JP2005101261A

JP2005101261A - 可搬式密閉容器内部のパージシステムおよびパージ方法

Info

Publication number: JP2005101261A
Application number: JP2003332936A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Miyajima; 俊彦宮嶋; Takeshi Kagaya; 武加賀谷; Hitoshi Suzuki; 仁鈴木; Mutsuo Sasaki; 睦夫佐々木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP3902583B2; US20050069420A1; US7360346B2

Abstract

【課題】可搬式密閉容器をパージする際に生じる細かな且つ短時間間隔の圧力変動を低減し、当該圧力変動によるシール部材の劣化等を防止する。
【解決手段】パージシステムにおける気体供給系および気体排気系に対して気体の流量調整装置をそれぞれ配置することとし、気体排気系から排出される気体流量を制御すると同時に、パージ時における可搬式密閉容器内の圧力を測定してその結果をフィードバックさせて供給気体の流量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、可搬式の密閉容器における空間内部をパージする際に用いられるパージシステムおよびパージ方法に関する。より詳細には、例えば、半導体等の製造工程においてレチクル等を搬送する際に用いられる可搬式密閉容器であるSMIFポッド等の可搬式密閉容器に関し、当該SMIFポッド等の容器内部のパージ処理を行うパージシステムおよびパージ方法に関する。

シリコンウエハ、液晶ディスプレイ用ガラス基板、ハードディスク用基板、レチクル等は通常可搬式の密閉容器内に保管され、各々の目的に応じた製造工程における各処理装置間を当該密閉容器に収容された状態で移送されている。これら基板等は、大気中に保持した場合には、その表面に自然酸化膜が形成される、あるいは有機系の物質の表面付着が生じることが知られている。この現象は、基板等に何らかの処理を施す上で問題となることが多いことから、前述した密閉容器内部は、通常高純度の窒素等、不活性ガスにより満たされており、この状態で基板等を収容、保管している。

密閉容器は、内部の基板等を取り出す場合、あるいは内部に基板を入れる場合においてその密閉状態が開放される。この開放操作は高清浄な環境下で為されるが、当該環境はあくまでいわゆる大気中で形成されたものである。従って、容器密閉後にその内部に取り込まれた大気(気体)を排気し且つ不活性ガスである窒素等を流入させるいわゆるパージ操作を行う必要がある。このパージ操作は、容器に対して基板等の出し入れを行う位置にて実施される場合もあるが、基板等が大型なものとなる場合にはパージ効率を考慮してパージ専用のシステムにおいて当該操作を行う場合が多い。

従来のパージシステムとして、特許文献１（図８、９および従来技術の項目参照）にその概要が例示されている。当該パージシステムにおいては、容器内部と連通可能であると共に各々開閉可能な弁を有する不活性ガス導入経路および排気経路が設けられている。当該容器をパージシステムに設置し、導入経路の吸気弁および排気経路の排気弁を開放することによって、容器およびシステム内部に存在するガスの排出とこれらへの不活性ガスの導入を行っている。また、当該容器内部にて基板等を長期間保存する場合には、基板等の品質管理上の観点から、適当な時間間隔をあけて当該容器内部のパージ操作を行う必要がある。

当該システムにおいては、導入経路に供給される不活性ガスは所定の圧力に維持されており、排気経路においては排気弁の開閉によってその排気量を調整可能としている。この排気量の調整を行うことで、容器内部等の圧力を所定値まで増加させることを可能としており、圧力増加後にさらに排気量を適宜増加させることで、パージ操作における不活性ガス消費量の低減を図っている。

また、特許文献２には、基板等を収容した状態で放置された容器において、その内部に封入された不活性ガスが容器外部に漏れた際の対策として、ガス導入経路の吸気弁にいわゆる減圧弁を使用する構成を開示している。当該構成によれば、減圧弁の二次側に繋がる容器内部の圧力が所定値以下となった場合には、減圧弁一次側から所定圧力の不活性ガスが導入されて容器内部を所定圧力に保つこととしている。

特開平７−８６３７０号公報特許第３１９１３９２号

上述したように、可搬式密閉容器のパージ操作においては、所定圧力の不活性ガス供給源からのガス供給を行う吸気弁の開閉および排気経路に設けられた排気弁の開閉量を適宜調整することによって、当該容器内部等の圧力の制御を行っている。また、吸気弁を圧力調整可能なものとすることによって、容器内部等の圧力制御を行うことも知られている。

ここで、容器内部等の圧力がこの開閉操作に伴って増減の変動を繰り返すということが、本出願人により確認されている。従って、弁の開閉によって不活性ガス等の流出を制御した場合、当該容器内部等の圧力を精度良く一定に保つことは困難と思われる。また、排気弁として弁開度制御可能なものを用い、容器内部等の圧力に基づいてこれを制御した場合であっても、不活性ガスの導入を弁の開閉によって行った場合には、当該操作によってこれまでと同様に不活性ガスの脈動を生じる。この脈動は、容器内部において短時間間隔で且つ細かな圧力変動を生じさせる。この傾向は、容器が大きくなるに必要なガス供給速度が大きくなることで、つれてより顕著になると考えられる。また、仮に吸気弁を圧力調整可能な減圧弁と交換した場合であっても、基本的に不活性ガスの導入弁の開閉動作によって行われることとなり、圧力を安定化させることは困難と思われる。

この短時間間隔で生じる細かな圧力変動は、当該容器内部とパージシステム内の空間とを密閉空間として接続するために用いられるシール部材に対して不必要な負荷を与え、シール部材の劣化を生じさせる恐れがある。また、極端に圧力変動が大きくなった場合には、このシール部材が密閉状態を保持しきれ無くなり、シール部分からの不活性ガス等の漏れを生じさせる恐れもある。また、圧力変動に伴いその内部に保持された基板等に振動を与え、予期せぬダスト等を発生させることも可能性として考えられる。

本発明は、上記状況に鑑みて為されたものであり、容器内部等の空間における圧力変動を低減してその内部圧力を略一定に保持すると共に、圧力変動に伴うシール部材の劣化あるいはシール部分からのガス流出を防止し得るパージシステム、あるいはパージ方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るパージシステムは、可搬式密閉容器内部をパージするパージシステムであって、可搬式密閉容器を開放した際に可搬式密閉容器内部と連通して密閉空間を形成するパージチャンバと、パージチャンバと連通して密閉空間に対して流量を制御しながら所定の気体を供給可能なガス供給系と、パージチャンバと連通して密閉空間に存在する気体を排出可能なガス排出系と、パージチャンバと連通して密閉空間の圧力を測定する圧力測定装置とを有し、ガス排気系から密閉空間内の存在する気体が排気される際に、ガス供給系より密閉空間内に供給される所定の気体の流量が、圧力測定装置によって測定された密閉空間の圧力に応じて変更されることを特徴としている。なお、本パージシステムにおけるガス排気系は、密閉空間に存在する気体を排出する際の排気流量を制御できることとすることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかるパージ方法は、可搬式密閉容器のパージ方法であって、可搬式密閉容器を開放して密閉空間を形成する工程と、密閉空間内部に所定の気体を供給すると共に密閉空間内部に存在する気体を密閉空間外部に排出する工程と、可搬式密閉容器を閉鎖する工程とを有し、密閉容器内部に所定の気体を供給する工程の際に、密閉空間内部の圧力を測定し、所定の気体を供給する際の流量が圧力の測定結果に基づいて制御されることを特徴としている。

なお、上述のパージ方法においては、密閉空間内部に存在する気体を排出する際の流量も制御されることが好ましい。また、上述のパージ方法においては、密閉空間内部に所定の気体を供給すると共に密閉空間内部に存在する気体を密閉空間外部に排出する工程は、所定時間の間、第一の供給流量にて所定の気体を密閉空間内部に供給すると共に第一の排出流量にて密閉空間内部に存在する気体を排出する第一の操作と、所定時間が経過した後に行われる操作であって、第二の供給流量にて所定の気体を密閉空間内部に供給すると共に第一の排出流量より小さい第二の排出流量にて密閉空間内部に存在する気体を排出する第二の操作とを有し、第一および第二の供給流量が圧力の測定結果に基づいて制御されることが好ましい。

本発明においては、可搬式密閉容器内部等の圧力に応じて、当該容器内部等に導入する不活性ガス等の気体の供給量および当該容器内部等から排出される気体の排出量を調整することとしている。これにより、可搬式密閉容器内部等の細かなあるいは短時間間隔での圧力変動を極僅かなものに低減し、略一定の圧力に保持した状態でのパージ操作の実行を可能としている。従って、本出願人が見出したシール部材の劣化、シール部分からのガス流出等が生じる恐れが無くなる。

また、本発明によれば、パージ操作を置換操作と維持操作とに分け、置換操作において大流量にて容器内部の気体の排出を図り、容器内部の気体が大部分パージされた後に、維持操作として比較的小流量にて容器内部の気体の排出を図ることで、パージ後に容器内部に封入される気体の高純度化を図っている。このため、通常のパージ操作と比較して、パージ操作に要する気体の流量を低く抑えるという効果も得られる。

本発明に係るパージシステムは、可搬式密閉容器を開放した際に可搬式密閉容器内部と連通して密閉空間を形成するパージチャンバを必須の構成として有する。このパージチャンバは、密閉空間と連通した際にこの密閉空間に対して流量を制御しながら所定の気体を供給可能なガス供給系と、流量を制御しながら密閉空間に存在する気体を排出可能なガス排出系と、パージチャンバと連通して密閉空間の圧力を測定する圧力測定装置とが取り付けられている。このガス供給系、ガス排気系および圧力測定装置は制御装置を介して接続されており、密閉空間内の気体を排気される際に、密閉空間内に供給される所定の気体の流量が、密閉空間の圧力に応じて変更されること可能としている。

また、気体排出時の流量は、パージ開始時にはその流量をできるだけ大きなものとして容器内部の気体の置換を効率的且つ速やかに行うこととし、内部気体のパージがある程度以上為された後は排気流量を抑え、内部圧力の安定化が容易な状態にて更なるパージを実行することが好ましい。なお、容器内部の圧力変動は、気体の供給流量に大きく依存していると考えられることから、本発明の構成において気体排気系の流量制御機能を無くす、あるいは無段階的な調整ではなく二段階等のより簡易な制御機能としても、類似の効果が得られると考えられる。また、後述するパージ装置の構成は、あくまでSMIFポッドに対するための構成を含めたものであり、上述した実施の形態を限定するものではない。

なお、以下に述べる実施の形態においては、可搬式搬送容器としてSMIFポッドを、所定の気体として高純度窒素等の不活性ガスを例示しているが、本発明の態様はこれら例示され内容に限られない。

本発明の実施例について、図面を参照して以下に説明する。なお、本実施例においては、可搬式密閉容器として、鉛直下方に開口部を有するポッドと、この開口部を閉鎖するポッドドアからなり、このポッドドアの上面にて基板等を支持するいわゆるSMIFポッドを対象とする場合について述べる。図１は、SMIEポッド、および当該ポッドが載置されてその内部のパージ操作を行うパージ装置(システム)の概略断面を示す図である。公知の如く、SMIFポッド３はその下方に開口部を有しており、開口部はポッドドア４によって閉鎖される。

また、ポッドドア４の上面にはウエハカセット２に収容されて複数のシリコンウエハ１が載置される。ポッドドア４の下面にはポッドラッチ機構５が配置されている。ラッチ機構５は、棒状の部材と棒状の部材中央に設けられた回動可能な部材とからなり、回動可能な部材が外部からの操作によって回動することによって棒状の部材がその長さ方向に伸縮する構成となっている。このラッチ機構５の伸縮（ラッチ）動作によって、例えば棒状の部材が伸びることによって、SMIFポッド３に対するポッドドア４の固定が為される。

ガスパージ装置９は、SMIFポッド３の下端を支持可能な上面を有する本体部１４、ポッドドア４をその上面において支持するポートドア１３、およびポートドア１３を上下方向に移動可能とするシリンダ機構８を主要な構成として有している。本体部１４におけるSMIFポッド３の受面の周囲にはホールドダウンラッチ６が配置されている。このホールドダウンラッチ６は、ピン６ａを中心として回動可能なフック状の部材であり、当該ラッチ６を回動させてSMIFポッド３のフランジ部３ａと係合させることによって、SMIFポッド３のガスパージ装置９への固定が行われる。

また、ポートドア１３の上面には前述したラッチ機構５を伸縮させるための回動機構１７が配置されている。SMIFポッド３の開口部を開放する際には、ポッドドア４はラッチ機構５等を介してポートドア１３に固定される。この状態で、ポートドア１３が下方に駆動されることによって前述の開放動作が行われる。

本体部１４は、ポートドア１３が上下方向に移動可能とするようにポートドア１３の大きさに応じた空間部を有している。ポートドア１３は、その下方において、上方から見た際の大きさがポートドア１３よりも小さくなる領域１３ａを有している。前述した空間部の下方は、この領域１３ａのみが通過可能な開口１４ａを有しており、この開口１４ａにおいて領域１３ａと対向する面にはＯリング１５が配置されている。Ｏリング１５によって、この空間は閉止空間となり、SMIFポッドのパージを行う際のパージチャンバ７として用いられる。

パージチャンバ７には、不活性ガス供給系、ガス排気系、圧力測定装置２３、大気圧開放弁１１が接続されている。不活性ガス供給系には、当該空間に近いほうから順にガス供給流量調整装置１９、ガス供給弁１０が配置されており、ガス供給弁１０は、所定圧力の不活性ガスを供給する不図示のガス源に接続されている。ガス排気系には、当該空間に近いほうから順にガス排気流量調整装置２１、ガス排気弁１２が配置されており、ガスは、この排気弁１２を介してパージ装置９の外部に排出されている。なお、ガスの排気流量を高めるために、この弁１２の後段に排気用ポンプを配置することとしても良い。

なお、実際のパージ操作時においては、ポッドドア４はポートドア１３によってパージチャンバ７の略下端位置に移動されており、ポッド３内部の空間はパージチャンバ７と連通している。同時に、ホールドダウンラッチ６の作用によって、ポッド３の下端部はパージ装置本体部１４のポッド受面上に配置されたＯリング２５と密着し、ポッド外部との間が完全にシールされる。従って、パージ操作は、ポッド３内部の空間とパージチャンバ７とが連通した形成された密閉空間に対して行われることとなる。

図２は、このパージ装置の制御系に関する主要な構成をブロック図として示したものである。同図は、通常のホールドダウンラッチ６の動作、ラッチ機構５の動作およびシリンダ機構８の動作等を制御する制御装置に対して付加された、本発明にかかる諸構成について示している。前述したガス供給流量調整装置１９は、供給ガス流量検出器１９ａと供給ガス流量調整器１９ｂとからなり、制御装置３１と接続されている。前述したガス排気流量調整装置２１も、排気ガス流量検出器２１ａと排気ガス流量調整器２１ｂとからなり、制御装置３１と接続されている。

データ設定器３３は、得ようとするポッド内部の圧力、その際に供給する不活性ガスの流量等の諸条件を制御装置３１に送るために用いられる。SMIFポッド内圧力測定装置２３から制御装置３１に送られてくる圧力変動等に関するデータは、制御装置３１において判定され、これら調整装置１９、２１の制御パラメータにフィードバックされる。

次に、本装置を用いて実際に行われるパージ操作について、図３および図４に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ１においてデータ設定器３３等を用いてガスパージ装置９の初期状態の確認と、置換操作に要する不活性ガスの供給排出流量、置換操作を行う時間、維持操作を行う際の供給排出流量、維持操作を行う時間、ポッド内圧力等、SMIFポッドに対するパージ条件の設定操作を行う。なお、この置換操作および維持操作を本発明特有の操作であり、置換操作はSMIFポッド内に最初封入されているガスを排出する操作を示し、維持操作は置換操作によって所定のレベルまで初期ガスのパージを行った後にガス流量を減少させ、不活性ガスの消費量を抑えて目標とするパージ状態を得るための操作を示す。設定終了後、SMIFポッドをガスパージ装置９上の所定位置に載置する。

載置後、ホールドダウンラッチ６を動作させ、SMIFポッド３をガスパージ装置９に対して固定してSMIFポッド３とガスパージ装置９との接合部分からのガス流出の防止を図る（ステップ３）。続いて、ラッチ機構５を解除してポッドドア４をSMIFポッド３から離間可能とする（ステップ４）。その後、ステップ５において、実際にSMIFポッドを開放する操作が為される。その際、予めガス供給弁１２を開放し、供給ガス流量調整器１９ｂも開放しておく。ポッド開放後、ポッド内の圧力に基づく供給ガス流量および排気ガス流量等の制御を行い、ポッド内圧力を一定に保持しながらパージ操作を行う（ステップ６）。

以下ステップ６で行われるパージ操作に関して、図４を参照して詳細に述べる。ステップ６０において、パージ操作における置換操作の開始が指示される。この段階で、不活性ガスの供給は可能となっているが、ガス排気弁が閉じられていることから、実際の容器内部の気体の置換は為されていない。置換操作開始の指示に応じて、ステップ６１においてガス排気流量制御装置２１に対して排気ガス流量をステップ１において設定した値とする指示が行われる。これにより、ガス排気弁１２が開放され、ポッド内部の気体が設定流量にて排出され、当該気体の置換操作が開始される。

その後、ステップ６２にて設定された時間だけ置換操作が行われたか否かを判別し、当該時間経過後はステップ６５における維持操作の実施に移る。当該時間が経過していない場合にはステップ６３に進み、ポッド内部の圧力を圧力測定装置２３にて測定する。得られた圧力が設定された圧力と異なる場合には、ポッド内圧力が所定値となるようにガス供給流量調整装置１９を制御する（ステップ６４）。その後ステップ６１に戻り、以下これらの操作を繰り返して、不活性ガスの供給流量を制御した状態で、置換操作が設定時間実施されるまで待つ。

設定時間が経過した後、ステップ６５における維持操作の開始の指示が為される。当該指示に基づき、ステップ６６において、ステップ１にて設定された維持操作時におけるガス流量値をガス排気流量調整装置２１伝え、ガス排気流量を変更する。その後、ステップ６７にて設定された時間置換操作が行われたか否かを判別し、当該時間が経過していない場合にはステップ６８に進み、ポッド内部の圧力を圧力測定装置２３にて測定する。得られた圧力が設定された圧力と異なる場合には、ポッド内圧力が所定値となるようにガス供給流量調整装置１９を制御する（ステップ６９）。その後ステップ６６に戻り、以下これらの操作を繰り返して、不活性ガスの供給流量を制御した状態で、維持操作が設定時間実施されるまで待つ。

維持操作終了後、ステップ７以降のSMIFポッドの閉鎖操作を実施する。ステップ７において、ポートドア１３が上昇し、ポッドドア４によってSMIFポッド３の開口部分が塞がれる。その際、ポッド内部から排出されるガスをパージチャンバ７から逃すために、大気開放弁１１を開放する。開口部がふさがれた後、この大気開放弁１１は速やかに閉じられる。さらに、ステップ８においてラッチ機構５を動作させてポッドドア４をSMIFポッド３に固定し、ステップ９においてホールドダウンラッチ６を非作動の状態とし、SMIFポッドをガスパージ装置９から取り外し可能とする。

以上述べたように、パージ操作を置換操作と維持操作とに分け、個々の操作に応じたガス排気流量とすることで、速やかなパージ操作を実施することが可能となる。また、個々の操作時におけるポッド内部等の圧力を測定し、この変動に応じて不活性ガスの供給流量を制御することによって細かな圧力変動を生じさせること無くパージ操作を実施することが可能となる。

なお、上述したステップ１において設定された諸条件は、ポッド形状、パージを目的とする有機ガスの濃度等によって異なる。従って、これら条件の設定にあたっては、実際に実験等を行い、その結果に基づいて為されることが好ましい。また、上述した各パラメータも一例であり、実際の発明の適用形態に応じて適宜変更されることが好ましい。

上述した実施例は、SMIFポッドを可搬式密閉容器の一つの例として、当該ポッドについてのパージ装置およびパージ方法について述べている。しかしながら、本発明は、FOUPタイプのポッド、ガラス基板収容用の容器等、可搬式の密閉容器あるいはこれと同等の作用を有する容器全般に対して適用することが可能である。また、本発明は、例えば、基板に対して各種処理を施す装置に対して、可搬式密閉容器内に収容された基盤を取り出すいわゆるロードポートにおいてもパージシステムとして適用することが可能である。

本発明の実施例に係るパージシステム（装置）およびパージ対象となるSMIFポッドの断面概略を示す図である。本発明の実施例に係るパージシステムの主要構成の関係を示すブロック図である。本発明の実施例に係るパージ方法を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの主要部を詳述した図である。

符号の説明

１：ウエハ
２：ウエハカセット
３：SMIFポッド
４：ポッドドア
５：ラッチ機構
６：ホールドダウンラッチ
７：パージチャンバ
８：シリンダ機構
９：ガスパージ装置
１０：ガス供給弁
１１：大気開放弁
１２：ガス排気弁
１３：ポートドア
１４：本体部
１５、２５：Ｏリング
１７：回動機構
１９：ガス供給流量調整装置
２１：ガス排気流量調整装置
２３：圧力測定装置
３１：制御装置
３３：データ設定器

Claims

可搬式密閉容器内部をパージするパージシステムであって、
前記可搬式密閉容器を開放した際に前記可搬式密閉容器内部と連通して密閉空間を形成するパージチャンバと、
前記パージチャンバと連通し、前記密閉空間に対して流量を制御しながら所定の気体を供給可能なガス供給系と、
前記パージチャンバと連通し、記密閉空間に存在する気体を排出可能なガス排出系と、
前記パージチャンバと連通し、前記密閉空間の圧力を測定する圧力測定装置とを有し、
前記ガス排気系から前記密閉空間内の存在する前記気体が排気される際に、前記ガス供給系より前記密閉空間内に供給される前記所定の気体の流量が、前記圧力測定装置によって測定された前記密閉空間の圧力に応じて変更されることを特徴とするパージシステム。
前記ガス排出系は、前記密閉空間に存在する気体を排出する際にその排出流量を制御可能であることを特徴とする請求項1記載のパージシステム。
可搬式密閉容器のパージ方法であって、
前記可搬式密閉容器を開放して密閉空間を形成する工程と、
前記密閉空間内部に所定の気体を供給すると共に前記密閉空間内部に存在する気体を前記密閉空間外部に排出する工程と、
前記可搬式密閉容器を閉鎖する工程とを有し、
前記密閉容器内部に前記所定の気体を供給する工程の際に、前記密閉空間内部の圧力を測定し、前記所定の気体を供給する際の流量が前記圧力の測定結果に基づいて制御されることを特徴とするパージ方法。
前記密閉空間内部に存在する気体を前記密閉空間外部に排出する工程の際に、その排気流量が制御されることを特徴とする請求項３記載のパージ方法。
前記密閉空間内部に所定の気体を供給すると共に前記密閉空間内部に存在する気体を前記密閉空間外部に排出する工程は、
所定時間の間、第一の供給流量にて前記所定の気体を前記密閉空間内部に供給すると共に第一の排出流量にて前記密閉空間内部に存在する気体を排出する第一の操作と、
前記所定時間が経過した後に行われる操作であって、第二の供給流量にて前記所定の気体を前記密閉空間内部に供給すると共に前記第一の排出流量より小さい第二の排出流量にて前記密閉空間内部に存在する気体を排出する第二の操作とを有し、前記第一および第二の供給流量が前記圧力の測定結果に基づいて制御されることを特徴とする請求項２記載のパージ方法。