JP2005327815A - 収納容器のガス置換装置およびそれを用いたガス置換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハー等の収納容器内のガスを短時間に置換するとともに、半導体ウエハー等の表面を清浄化する。
【解決手段】ガス導入孔を有すると共に内部を清浄に保つ必要のある容器本体２と、容器本体２内を密封する蓋体３とを備えてなる収納容器１内のガスを、ガス置換流路を通して置換するガス置換装置である。容器本体２を取り付けてガス置換流路の一部を形成すると共に蓋体３を内部に完全に収納する収納容器取付け手段８と、上記ガス導入孔から容器本体２内にガスを導入するガス導入手段５と、収納容器取付け手段８を介して容器本体２内のガスを排気する排気手段４とを備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体ウエハー等の異物の付着を防止する必要のある材料を収納した状態で収納容器内部のガスを不活性ガス等に置換するとともに容器内に収納されている半導体ウエハー等の表面の清浄化を行う収納容器のガス置換装置、およびそれを用いた収納容器のガス置換方法に関するものである。

半導体ウエハーの大口径化が進むと共に、半導体に形成される加工パターンの微細化が急激に進展している。これに伴って、半導体ウエハーの汚染防止と表面の清浄化に関する技術的要求はますます高まってきている。

このような背景の中で、半導体ウエハーを収納して保管する半導体ウエハー収納容器中においてウエハー表面を清浄に保つと同時に、表面に不純物元素が吸着したり、保管容器中の水分が吸着したりすることによる劣化を防止するための技術が開発されてきている。

また、近年における半導体ウエハー収納容器は、無人で製造可能な高クリーン度の処理室に半導体ウエハーを自動でロード／アンロードできるように、収納容器の蓋が機械的に開閉可能な構造となっている。

さらに、半導体ウエハー収納容器内部に不活性ガスを充填して、内部の半導体ウエハー表面に形成した電極の腐食を防止できるようにした収納容器も用いられるようになってきた。例えば、特許文献１に示すように、半導体ウエハー収納容器に対して、ガス設定装置に接続可能な気密維持型カプラを取り付け、このカプラを介して乾燥した清浄な空気、窒素ガス、不活性ガス等の充填を可能とする収納容器内のガス置換に関する技術が開示されている。
特開平５−７４９２１号公報（第４−５頁、第２図）

しかしながら、特許文献１に示される従来のガス置換装置や方法は、収納容器内部の空気を排気してからガス置換を行なわなければならず、置換後のガス純度を高めるためには排気後の容器内到達真空度を十分高くする必要があり、一般に多用されているプラスティック製収納容器に対しては耐圧強度に課題を有していた。

さらに、ガス置換前の容器内真空度を減圧程度に低くした場合は、収納容器を気密状態で純度の高いガス置換を行なうためには十分長い時間ガスを置換しなければならないという課題を有していた。

また、半導体ウエハー上に既に吸着されている水分や不純物を取り除くためには、収納容器内に設けられた加熱装置で収納容器内部を加熱しなければならないために、プラスティック製容器が使用できなくなる上に処理時間が長くかかるという課題を有していた。

本発明の収納容器のガス置換装置は、内部を清浄に保つ必要のある容器本体及び当該容器本体内を密封する蓋体からなる収納容器に接続されて、その内部に不活性ガス等の機能性ガスを導入するガス導入手段と、上記収納容器に接続されて上記収納容器内のガスを外部に排気するガス排気手段と、上記収納容器に接続され内部のガスを循環させて当該ガス中の異物を除去するガス循環手段とからなることを特徴とする。

このような構成とすることによって開放系のガス置換装置とすることができ、その結果、半導体ウエハー収納容器内のガスの排気と導入を同時に行なうことによって短時間で高純度のガス置換が可能となり上記課題を解決することができた。

また、化学吸着フィルターを介して、半導体ウエハー収納容器内のガスを循環させることによって常温で短時間に表面の清浄化を可能とし上記課題を解決することができた。特に、この循環ガスとして、窒素ガスまたは５％程度以下の反応性ガスを含む窒素ガスを用いることによって、ウエハー表面に吸着した不純物元素や官能基を短時間で効率良く除去することが可能となった。

また、上記蓋体がガス置換流路内部に全て収納されるように上記収納容器本体を取り付けることが可能な半導体ウエハー収納容器取付け手段を設け、上記半導体ウエハー収納容器取付け手段を介して上記収納容器本体のガスを排気する排気手段を取り付け、上記収納容器本体と上記半導体ウエハー収納容器取付け手段と上記ガス導入孔との間で順にガスを循環させることができるガス循環手段を取り付けることによって、導入ガスまたは循環ガスの逆流を防ぎ、上記蓋体に付着したマイクロダストを除去して短時間で清浄度の高いガス置換を実現することができ、上記課題を解決することができた。

また、上記半導体ウエハー収納容器取付け手段を、少なくとも集塵壁によって囲まれてなる集塵室により構成されガス置換工程で発生するマイクロダストを隔離する集塵手段と、上記蓋体が上記集塵室の内部に全て含まれるようにするとともに、気密性を保って上記半導体ウエハー収納容器を上記半導体ウエハー収納容器取付け手段に取り付ける収納容器本体取付け手段とから構成した。

さらに、上記収納容器本体から上記蓋体を上記集塵手段の内部で脱着する蓋体脱着手段を構成し、上記蓋体脱着手段の構成を、上記蓋体を保持する蓋体保持機構と、上記収納容器本体と蓋体とを結合する蓋体留め構造を脱着する蓋体留め構造脱着機構と、上記蓋体と所定の間隙を有して接するガス流路形成機構と、上記蓋体と上記蓋体保持機構と上記蓋体留め構造脱着機構と上記ガス流路形成機構とを同時に移動させて上記収納容器と上記蓋体との間に所定の間隙を形成する脱着移動機構と、上記蓋体保持機構と上記蓋体留め構造脱着機構と上記脱着移動機構を各々駆動させる脱着駆動機構からなる構成とした。

このような構成とすることで、半導体ウエハー収納装置のガス置換を機械的に自動化でき、クリーンルーム内の汚染を最小にすると共に、半導体処理工程におけるロード／アンロードの処理にも対応できるようになり上記課題を解決することができた。

さらに、上記収納容器本体と上記半導体ウエハー収納容器取付け手段との合せ面に、気密維持用のシールを設け、ガスが外部環境に漏れ出すことを防ぎ、純度の高いガス置換を可能とした。

また、上記蓋体と所定の間隙を有して接する上記ガス流路形成機構を、上記蓋体周縁部で形成される間隙の体積が、上記蓋体中央部で形成される間隙の体積に比べて十分大きな体積を有するポンプ室を構成するように形成し、上記蓋体で形成される間隙であって上記ポンプ室を除く間隙と上記集塵室とを連通し、上記間隙側から上記集塵室側に向かうに従って径が大きくなるように形成された連通孔を少なくとも１つ形成することによって、蓋体に付着したマイクロダストを効率良く除去することが可能となった。

そして、上記蓋体留め構造脱着機構と上記脱着移動機構とを、回転自在かつ平行移動可能な同一の回転移動軸で構成し、上記回転移動軸を抜け留を有するフッ素含有高分子軸受けで上記ガス流路形成機構に回転自在に結合し、他のフッ素含有高分子軸受けで上記集塵壁と気密を保って回転自在かつ平行移動可能に結合することによって、装置構成を簡素化すると同時にマイクロダストが発生しない装置構成とすることができ、ガス置換純度を向上させることができた。

一方、本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換装置を用いて行なうガス置換方法として、以下の（ア）〜（オ）の工程からなることを特徴とする半導体ウエハー収納容器のガス置換方法を実現した。

（ア）上記半導体ウエハー収納容器を上記ガス置換装置に取り付ける工程。

（イ）上記ガス排気手段によって上記収納容器本体の空気を排気する工程。

（ウ）上記ガス排気手段によって上記収納容器本体のガスを排気しながら、上記ガス導入手段によって上記収納容器本体にガスを導入する工程。

（エ）上記収納容器本体へのガスの導入と排気を停止して、上記ガス循環手段によって、上記化学吸着フィルターを介して上記収納容器本体のガスを循環させる工程。

（オ）上記半導体ウエハー収納容器を上記ガス置換装置から取り外す工程。

このようなガス置換方法を用いることによって、短時間でガス置換と半導体ウエハーの清浄化が可能となり、上記課題を解決することができた。

また、上記置換に用いるガスとして、窒素ガスを９５％以上含む乾燥ガスを用いることによって、半導体ウエハーの清浄化の効果を高めることができた。

さらに、本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換装置を用いて行なうガス置換方法として、以下の（カ）〜（ソ）の工程からなるガス置換方法を開示した。

（カ）上記蓋体が上記集塵室内に入るようにして、半導体ウエハー収納容器を上記半導体ウエハー収納容器取付け手段に気密に取り付ける容器取付け工程。

（キ）上記収納容器本体のガス導入孔と上記ガス導入手段とを結合するガス導入手段結合工程。

（ク）上記ガス流路形成機構と上記蓋体留め構造脱着機構とを一緒に移動させて上記蓋体に近接させ、上記蓋体保持機構で上記蓋体を結合して保持する蓋体保持工程。

（ケ）上記蓋体留め構造脱着機構によって上記収納容器本体と上記蓋体とを結合している蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを分離する蓋体取外し工程。

（コ）上記排気手段によって上記集塵室内を排気して減圧する減圧工程。

（サ）上記排気手段によって上記集塵室内の排気を行ないながら、上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を用いて上記収納容器本体にガスを導入するガス置換工程。

（シ）上記収納容器本体と上記集塵手段、および上記収納容器のガス導入孔に順にガスを循環させるガス循環工程。

（ス）上記ガス流路形成機構と上記蓋体留め構造脱着機構および上記蓋体とを一緒に移動させて上記蓋体を上記収納容器本体に挿入し、上記蓋体留め構造脱着機構によって上記蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを結合させる蓋体取付け工程。

（セ）上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を取外すガス導入手段取外し工程。

（ソ）半導体ウエハー収納容器を上記集塵手段から取り外す容器取外し工程。

このようなガス置換方法を用いることによって、自動的または半自動的に半導体ウエハー収納容器のガス置換を可能とし、短時間で純度の高いガス置換と半導体ウエハーの清浄化を行なうことができるようになり上記課題を解決することができた。

さらに、上記工程（サ）の前に、以下の（ナ）および（ニ）工程を付け加えることによって、半導体ウエハーの清浄化をより短時間で効果的に行なうことができるようになった。

（ナ）上記排気手段によって上記集塵室内の排気を行ないながら、上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を用いて上記収納容器本体に乾燥窒素ガスに約５％以下の反応性ガスを混合したクリーニングガスを導入するクリーニングガス置換工程。

（ニ）上記収納容器本体と上記集塵手段、および上記収納容器本体のガス導入孔に順にクリーニングガスを循環させるクリーニングガス循環工程。

そして、上記反応性ガスとして、少なくともオゾンガスまたは水素ガスまたはアンモニアガスのいずれか１つのガス成分を含む乾燥窒素ガスを用いた。

本発明の半導体ウエハー等の収納容器のガス置換装置およびそれを用いたガス置換方法は、短時間で収納容器内部を目的とするガスに置換することが可能となるために、半導体ウエハー等の汚染や腐食を防止するためのガス置換工程の短縮化を図ることができ、安価で高品質な半導体部品等の製造を可能ならしめる効果を有する。

また、本発明の半導体ウエハー等の収納容器のガス置換装置およびそれを用いたガス置換方法は、常温で短時間に半導体ウエハー等の表面の清浄化を実現できるために、微細な加工を施した高品質の半導体部品等の製造時間を短縮化できるという効果を有する。

さらに、収納容器の蓋やその周辺に付着しているマイクロダストを同時に除去することができるために、半導体製造プロセス等のクリーン化を極限化できるという効果を有する。

さらにまた、本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換装置およびそれを用いたガス置換方法は、自動化されたロードおよびアンロードに対応したガス置換をも可能とし、クリーンルームの汚染を最小限に抑えることができるという効果を有する。

以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、内部を清浄に保つ必要のある収納容器として、半導体ウエハーを収納する半導体ウエハー収納容器を例に説明する。なお、本発明は、半導体ウエハーに限らず、保管空間内を清浄に保つ必要のあるＩＣや表示素子等の精密部品等の収納容器に対しても用いることができる。

[第１実施形態]
以下に、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明による半導体ウエハー収納容器のガス置換装置に関する実施形態の基本構成を示す構成図である。半導体ウエハー収納容器１は、内部を清浄に保つ必要のある収納容器本体２と、収納容器本体２内を密封する蓋体３とで構成され、容器内に大気中の水分や塵埃などが入らないようにシールによって密閉された密閉構造となっている。そして、この密閉された半導体ウエハー収納容器１中には、溝板(図示せず)によって半導体ウエハーが互いに離間した一定の距離を保って平行に収納されている。この半導体ウエハー収納容器１に、後述するガス排気手段４、ガス導入手段５、ガス循環手段６及び化学吸着フィルター７からなるガス置換装置が接続される。

図１に示す半導体ウエハー収納容器１においては、収納容器本体２にガス導入手段５から供給される置換ガスを導入するための置換ガス導入孔(図示せず)が、蓋体３に収納容器本体２内のガスを外部に排出する置換ガス排出孔(図示せず)が設けられている。また、収納容器本体２には、ガス循環手段６で循環されるガスを収納容器本体２内に導入する循環ガス導入孔(図示せず)と、収納容器本体２内のガスを循環させるためにガス循環手段６側へ排出する循環ガス排出孔(図示せず)とが設けられている。上記置換ガス導入孔及び置換ガス排出孔は、収納容器本体２と蓋体３にそれぞれ設けたが、両方とも収納容器本体２に設けても良いし、両方とも蓋体３に設けても良い。収納容器本体２内のガスを効率的に置換できる位置であればどの位置に設けても良い。また、循環ガス導入孔及び循環ガス排出孔の場合も、両方とも収納容器本体２に設けたが、両方とも蓋体３に設けても良く、収納容器本体２と蓋体３にそれぞれ設けもよい。この場合も同様に、収納容器本体２内のガスを効率的に循環できる位置であればどの位置に設けても良い。

ガス排気手段４は、蓋体３に接続されて収納容器本体２内のガスを外部に排気するための装置である。ガス排気手段４と上記置換ガス排出孔とは、当該置換ガス排出孔に着脱可能に接続されたガス排出管で結合されている。このガス排気手段４によって半導体ウエハー収納容器１内の空気またはガスが外部に排気されるようになっている。

ガス導入手段５は、半導体ウエハー収納容器１内にガス（収納容器内に収納される収納物に対して何らかの働きをさせたりさせなかったりするために、収納物に応じて適宜選択される機能性ガス、本実施形態においては半導体ウエハー表面の変質や汚染を防止するための不活性ガス）を導入するための装置である。ガス導入手段５と上記置換ガス導入孔とは、当該置換ガス導入孔に着脱可能に接続されたガス導入管で結合されている。このガス導入管を介してガス導入手段５から半導体ウエハー収納容器１内に不活性ガスが導入される。

ガス循環手段６は、収納容器本体２に接続されて内部のガスを循環させてガス中の異物を除去するための装置である。ガス循環手段６は、上記循環ガス導入孔及び循環ガス排出孔に、これらの孔に着脱可能に接続された循環ガス管を介して結合されて、ガス循環経路を構成している。このガス循環経路には、化学吸着フィルター７が挿入されている。この化学吸着フィルター７は、循環ガス中に含まれている不純物ガス成分等の異物を吸着濾過する作用をしている。この化学吸着フィルター７は、ステンレス鋼製の容器内に封入した化学吸着剤を充填して構成され、その化学吸着剤にガスを通すことによってガス中の水分や不純物等の異物の除去を行なう。この化学吸着剤としては、表面を活性化させたステンレスやニッケルなどの金属材料メッシュや、多孔質ガラス繊維や、多孔質アルミナなどのセラミック材料を用いる。

そして、上記ガス排気手段４、ガス導入手段５、ガス循環手段６及び化学吸着フィルター７でガス置換装置が構成されている。

次に、上記構成のガス置換装置を用いたガス置換方法について説明する。

まず、第一工程として、半導体ウエハー収納容器１を上記ガス置換装置に接続する。即ち、上記置換ガス排出孔にガス排出管を接続し、上記置換ガス導入孔にガス導入管を接続し、さらに上記循環ガス導入孔及び循環ガス排出孔に循環ガス管を接続して、半導体ウエハー収納容器１をガス排気手段４、ガス導入手段５及びガス循環手段６にそれぞれ接続する。

その後、第二工程として、ガス排気手段４を動作させて半導体ウエハー収納容器１の内部にある空気等のガスの排気を開始する。

その後、第三工程として、半導体ウエハー収納容器１内に不活性ガスを導入する。即ち、ガス排気手段４でガスを排気しながら、ガス導入手段５を作動させて当該ガス導入手段５から半導体ウエハー収納容器１の内部に不活性ガスを導入して、半導体ウエハー収納容器１内のガスを不活性ガスに置き換える。第三工程で用いる不活性ガスとしては、高純度の乾燥窒素ガスを用いる。また、半導体ウエハー収納容器１内の半導体ウエハーの処理状態によっては、乾燥アルゴンガスなどを用いる場合もある。また、低コスト化を図って高純度乾燥窒素ガスに乾燥空気などを混合させたものを用いる場合もあるが、窒素ガスは９５％以上含まれていることが望ましい。

上記第三工程を開始する時点で、半導体ウエハー収納容器１の内部は高真空になっている必要はなく、減圧状態で十分である。従来のガス置換装置の多くはガス導入孔とガス排出孔とが共通になった閉鎖系の構造となっており、上記第三工程前に半導体ウエハー収納容器１内部のガスが残存しているとそれが置換ガス純度に影響を与えた。そのため、ガス置換に対しては、少なくとも３０〜６０分以上の時間を必要とした。これに対して、本発明によるガス置換装置は開放系の構造を持っており、ガス導入とガス排気を同時に行なうことによって効率良く半導体ウエハー収納容器１内部のガスが置換される。

第三工程で所定時間に渡って上記ガス導入とガス排気を行なった後、第四工程として、ガス導入手段５からの半導体ウエハー収納容器１へのガス導入と、半導体ウエハー収納容器からのガス排気手段４によるガスの排気を停止する。第三工程に要する時間は、半導体ウエハー収納容器１の容積とガス排気手段４及びガス導入手段５の能力や、半導体ウエハーの処理状態に依存するが、６０リットル程度の容器であれば少なくとも１０〜３０分程度必要である。

次に、第五工程として、ガス循環手段６を用いて半導体ウエハー収納容器１内部のガスを循環させる。このとき、循環ガスは半導体ウエハー表面の不純物や官能基を取り除く作用を行なう。即ち、循環ガスが半導体ウエハーに吸着した不純物や官能基などの不純物を除去すると共に、半導体ウエハー収納容器１内部の循環ガスが不純物や官能基等を含んだ状態でガス循環手段６を循環する際に不純物や官能基等が除去される。この循環ガスは、ガス循環手段６を循環する際に化学吸着フィルター７に通され、この化学吸着フィルター７によって循環ガス中の水分や不純物元素等が吸着されて清浄化される。このガス循環の時間は５〜３０分程度必要である。

上記第三工程において導入するガスとして、純度９９．５〜９９．９９９％程度の高純度乾燥窒素ガスを用いることによって、この第五工程によって半導体ウエハー表面に吸着している水分や不純物を効果的に除去することができる。

さらにまた、第三工程において導入するガスとして、純度９９％以上の高純度乾燥窒素ガスに、純度９９％以上のオゾンガス、水素ガス若しくはアンモニアガス、またはこれらの混合ガスからなる反応性ガスをおよそ５％以下混合してもよい。これによって、第五工程による半導体ウエハー表面に吸着している水分や不純物の除去効果が高くなり、５〜１０分程度で表面清浄化の効果が得られる。

このように第三工程で反応性ガスを混合した乾燥窒素ガスを用いる場合は、その反応性ガスが半導体ウエハー収納容器１内部に残留するのを防ぐために、反応性ガスが含まれていない高純度乾燥窒素ガスを用いて上記第三工程から第五工程までの工程を繰り返す。

第五工程が終了すると、第六工程として、半導体ウエハー収納容器１のガス導入孔、ガス排出孔、循環ガス導入孔、および循環ガス排出孔を密閉した後、半導体ウエハー収納容器１からガス排気手段４とガス導入手段５とガス循環手段６を取り外し、ガス置換工程を終了する。

以上により、半導体ウエハー収納容器１内を目的とする不活性ガスに短時間で置換することが可能となる。この結果、半導体ウエハー１００の汚染や腐食を防止するためのガス置換工程の短縮化を図ることができ、全体としてコストの低減を図ることができる。これにより、安価で高品質な半導体部品等の製造を可能にすることができる。

また、上述したガス置換装置およびガス置換方法では、ガス排気手段４、ガス導入手段５、ガス循環手段６及び化学吸着フィルター７によって、常温で短時間に半導体ウエハー表面の清浄化を実現することができる。この結果、微細な加工を施した高品質の半導体部品等の製造時間を短縮化させることができる。

さらに、収納容器の蓋やその周辺に付着しているマイクロダストを同時に除去することができるために、半導体製造プロセス等のクリーン化を極限化できるという効果を有する。

さらにまた、上記構成のガス置換装置では、ガス排出管、ガス導入管及び循環ガス管の着脱を自動化することで、ガス置換方法全体を容易に自動化することができる。この結果、自動化されたロードおよびアンロードに対応したガス置換が可能となり、クリーンルームの汚染を最小限に抑えることができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２に本実施形態のガス置換装置の構成図を示す。本実施形態においては、図１に示した第１実施形態に係るガス置換装置と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施形態においては、第１実施形態のガス置換装置に半導体ウエハー収納容器取付け手段８を設けた。この半導体ウエハー収納容器取付け手段８は、蓋体３に直接接続されることなく、収納容器本体２内のガスの排気を行うための装置である。半導体ウエハー収納容器取付け手段８は、蓋体３全体を覆って収納容器本体２に取り付けられた状態で、蓋体３を取り外してガスの出し入れを可能とする。

半導体ウエハー収納容器１の蓋体３は半導体ウエハー収納容器取付け手段８のガス置換流路内部に全て収納されるように取り付けられる。半導体ウエハー収納容器取付け手段８は、半導体ウエハー収納容器１の収納容器本体２に密閉して取り付けられるようになっている。このため、収納容器本体２と半導体ウエハー収納容器取付け手段８との合わせ面には気密維持用のためのシール部材が設けられ、これらを機械的に押し付けて、気密に取り付けられている。

半導体ウエハー収納容器取付け手段８は、容器状の部材であり、収納容器本体２と気密に連結した状態で、蓋体３を開閉できる空間を有している。さらに、この空間は外部環境から密閉されたガス流路の一部を構成している。

収納容器本体２と蓋体３とは、蓋体留め構造で結合されている。この蓋体留め構造は、出没する部材が受け側と結合する等の機構（図４のスライド板１０８及びガス流路形成機構１１１参照）によって構成されている。蓋体留め構造を人の手または機械で解除することによって、収納容器本体２と蓋体３とを分離することができるようになっている。

図２においては、ガス導入孔は収納容器本体２に設けられており、ガス導入手段５とガス導入管で連結されている。一方、ガス排出孔は半導体ウエハー収納容器１には設けられていない。ガス排出孔は半導体ウエハー収納容器取付け手段８に設けられており、この半導体ウエハー収納容器取付け手段８のガス排気手段４とがガス排出管で連結されている。また、ガス循環手段６の循環ガス管の一方は収納容器本体２に設けられているガス導入孔と連結しており、循環ガス排出孔は半導体ウエハー収納容器取付け手段８に設けられている。そして、これらガス導入孔と循環ガス排出孔はガス循環手段６と結合されており、ガス循環経路を構成している。このガス循環経路の中には、第１実施形態で説明した化学吸着フィルター７が取り付けられている。

次に、上述した図２のガス置換装置を用いた半導体ウエハー収納容器１のガス置換方法について説明する。このガス置換方法で、図１に基づいて説明した第１実施形態と異なる点は、第一工程として、半導体ウエハー収納容器１を半導体ウエハー収納容器取付け手段８に取り付けることである。半導体ウエハー収納容器１の収納容器本体２と半導体ウエハー収納容器取付け手段８とが、シール部材を介して気密に取り付けられる。

そして、第二工程として、半導体ウエハー収納容器１の収納容器本体２をガス導入手段５に接続する。一方、ガス排気手段４は半導体ウエハー収納容器取付け手段８に、ガス循環手段６は半導体ウエハー収納容器取付け手段８とガス導入手段５のガス導入管に予め取り付けられているため、あらためて取り付ける必要はない。

次に、第三工程として、半導体ウエハー収納容器取付け手段８のガス流路内部で蓋体３を収納容器本体２から取り外す。すなわち、半導体ウエハー収納容器取付け手段８によって密封された状態で、収納容器本体２と蓋体３とを結合している蓋体留め構造を人の手または機械で解除することによって、収納容器本体２と蓋体３とを分離する。蓋体留め構造を人の手で解除する場合は、半導体ウエハー収納容器取付け手段８はグローブボックスの機能を有しており、蓋体留め構造の解除と、収納容器本体２と蓋体３との分離をガス流路の気密性を破らずに行なうことができるようになっている。そして、収納容器本体２内からガス排気手段４へ排出される排出ガス及びガス循環手段６へ循環される循環ガスは、分離された収納容器本体２と蓋体３との隙間を通って排出及び循環される。

ガス置換後の工程は、図１を用いて説明した第１実施形態の第二工程から第五工程までと同様であるため説明を省略する。

そして、第六工程として、半導体ウエハー収納容器取付け手段８の内部で、ガス流路の気密性を破らずに人の手または機械的に収納容器本体２と蓋体３とを密着し、蓋体留め構造をロックして結合する。

第七工程として、収納容器本体２のガス導入孔を密閉してから、ガス導入手段５を収納容器本体２から取外し、半導体ウエハー収納容器１を半導体ウエハー収納容器取付け手段８から取り外してガス置換工程を終了する。ガス排気手段４及びガス循環手段６の取り外しは必要ない。

以上により、上記第１実施形態と同様の効果を有すると共に、本実施形態ではさらに、ガス排気手段４、ガス導入手段５及びガス循環手段６の着脱が容易になり、ガス置換作業の効率化を図ることができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は本実施形態に係る半導体ウエハー収納容器のガス置換装置を示す構成図である。本実施形態のガス置換装置では、特に半導体ウエハー収納容器１の収納容器本体２から蓋体３を機械的に脱着する蓋体脱着手段１２と、それを制御するための蓋体脱着制御手段１３とを有している。

収納容器本体２と蓋体３とは上述した蓋体留め構造で固定されている。半導体ウエハー収納容器１内に収納されている半導体ウエハーを処理室(図示せず)に自動的にロードまたはアンロードできるように、蓋体留め構造は外部から機械的に脱着できるようになっている。

蓋体留め構造の１例を図１０に示す。図１０（ａ）に示すように、蓋体留め構造は、平行移動して収納容器本体２に設けられた結合孔（図４中の１１７）に挿入されるスライド板１３３と、このスライド板１３３に係止してスライド板１３３を出没動させる回転板１３１と、全体を覆って上記スライド板１３３の平行移動をガイドするガイド板１２８とから構成されている。スライド板１３３には、回転板１３１に係止するための円弧状の長穴１３４が設けられている。この長穴１３４は、回転板１３１によってスライド板１３３を往復動させることができる形状であればよく、円弧状以外の形状でもよい。

回転板１３１は、ガイド板１２８によって回転可能に支持されている。この回転板１３１の一側面（スライド板１３３側面）の外周部には、長穴１３４に嵌合するピン１３２が設けられている。回転板１３１の他側面の回転中心には、蓋体留め脱着機構１２３の嵌合片１２５が嵌合して一体的に回転する連結溝１３０が設けられている。ガイド板１２８のうち、回転板１３１の連結溝１３０に対応する位置には、ガイド穴１２９が設けられている。

蓋体留め構造脱着機構１２３は、蓋体３を収納容器本体２に対して固定し又は固定解除するための装置である。蓋体留め構造脱着機構１２３は、駆動モータ(図示せず)に回転可能に支持され、その先端に嵌合片１２５が取り付けられている。この嵌合片１２５は、直方体形状に形成され、ガイド板１２８のガイド穴１２９を通して回転板１３１の連結溝１３０に差し込まれるようになっている。さらに、蓋体留め構造脱着機構１２３は、その軸方向に移動できるように構成されている。

これにより、嵌合片１２５を回転板１３１の連結溝１３０に挿入した後、図１０（ｂ）の矢印１３５で示す方向に蓋体留め構造脱着機構１２３を回転させると、それに伴って回転板１３１が回転する。この回転板１３１の回転に伴って、長穴１３４に差し込まれたピン１３２が同時に回転して、スライド板１３３を矢印１３６の方向に平行移動させる。その結果、スライド板１３３の先端が結合孔１１７に挿入されて、収納容器本体２と蓋体３とが結合する。このとき、嵌合片１２５はガイド穴１２９と整合した状態となり、蓋体留め構造脱着機構１２３を引いて嵌合片１２５を連結溝１３０及びガイド穴１２９から引き抜く。

収納容器本体２と蓋体３とを分離するときは、嵌合片１２５が連結溝１３０に嵌合した状態で、蓋体留め構造脱着機構１２３を上記と逆方向に回転させる。これにより、回転板１３１が回転してスライド板１３３が引き込まれて、蓋体３が収納容器本体２に対して固定解除される。これと同時に、嵌合片１２５が連結溝１３０とガイド板１２８との間に支持され、蓋体留め脱着機構１２３と蓋体３とが結合されて保持される。この状態で、蓋体留め脱着機構１２３を引いて、蓋体３を収納容器本体２から離す。

この蓋体脱着手段１２の制御は蓋体脱着制御手段１３によって行なわれる。

一方、半導体ウエハー収納容器取付け手段８は、図3に示すように、収納容器本体取付け手段９と集塵手段１０とから構成されている。集塵手段１０は、集塵壁で取り囲まれた容器状に形成されてその内部に蓋体３を全てそっくり収納する空間からなる集塵室を備えて構成されている。集塵手段１０の収納容器本体２との当接面には、集塵手段１０と収納容器本体２との間を気密に接着するためのシール(図示せず)が設けられている。これにより、収納容器本体２は気密維持用のシールを介して集塵壁に密着して取り付けられる。

収納容器本体取付け手段９は、断面鉤状に形成されて集塵手段１０にスライド可能に設けられ、バネ構造(図示せず)で集塵手段１０の集塵壁側へ付勢されている。これにより、収納容器本体取付け手段９は、収納容器本体２を引っかけた状態で、上記バネ構造によって収納容器本体２を集塵手段１０の集塵壁に押し付けることで、集塵手段１０と収納容器本体２との間を気密に保って固定する。

蓋体脱着手段１２は、集塵手段１０で形成された密封空間内で蓋体３を脱着させるための機構である。蓋体脱着手段１２は、集塵手段１０内へ延出された蓋体留め構造脱着機構１１４と、この蓋体留め構造脱着機構１１４を回転駆動させる駆動モータ(図示せず)とを備えて構成されている。この蓋体脱着手段１２によって、上記したように蓋体３に設けられている蓋体留め構造の脱着を機械的に行なう。

図３に示す半導体ウエハー収納容器１のガス置換装置は、図２に示した実施形態と同様に、ガス排気手段４が集塵手段１０に連結されており、ガス導入手段５が収納容器本体２に連結されている。また、ガス循環手段６は集塵手段４とガス導入手段５に連結されており、ガス循環手段６を通して半導体ウエハー収納容器１内部のガスを循環させるようになっている。

ガス排気手段４は、集塵フィルター１４と排気ポンプ１５と第三バルブ１９と第四バルブ２０、および第五バルブ２１とから構成されている。これらの要素は、ガス流路を形成するガス管で結合されている。排気ポンプ１５は、通常の油回転ポンプを用いることができる。図では示されていないが、油回転ポンプを用いる場合は、オイルミストによってクリーンルーム内を汚染しないように、油回転ポンプからの排気は排気ダクトに密閉されて排出される。また、集塵フィルター１４は、上記した化学吸着フィルター７と同様に、サブミクロンのメッシュまたは多孔質構造を持ったフィルターによって排気ガスに含まれるマイクロダストを濾過・吸着して取り除くが、化学吸着フィルターに要求されるような水分や不純物に対する吸着活性は要求しなくても良い。

第三バルブ１９、第四バルブ２０、および第五バルブ２１は、これらを開閉することによって、ガス流路のつながりパターンを切り替える。すなわち、第四バルブ２０を閉じて、第五バルブ２１を開くことによってガス排気手段４と集塵手段１０のガス流路が連結される。また、第五バルブ２１と第三バルブ１９を閉じた状態で排気ポンプ１５を作動することによって、第五バルブ２１から排気ポンプ１５との間のガス流路内の大気を除去できる。その後、第五バルブ２１を開くことによって、ガス排気手段４内に大気が混入することを防ぐことができる。また、排気ポンプを止める場合は、第五バルブ２１を閉じてから第三バルブ１９を開いて排気ポンプ１５直前のガス流路を大気圧に戻してから停止する。このようにすることで、排気ポンプ内のオイルやダストをガス流路内に逆流させて汚染することなく排気ポンプ１５を停止させることができる。各バルブは電磁ソレノイド等によって電気的に開閉できるようになっており、排気ポンプ１５と共に蓋体脱着制御手段１３によって自動的に制御されるようになっている。なお、手動でバルブの開閉及びポンプのオンオフを切り替えるようにしてもよい。

ガス導入手段５は、第一バルブ１７と第二バルブ１８とガス管から構成される。これらのバルブも、自動制御の場合は、電磁ソレノイド等を含んで構成されて、蓋体脱着制御手段１３に接続されている。手動の場合は、開閉するための取っ手(図示せず)が設けられる。

ガス導入手段５には、ガス供給手段１１が接続されている。ガス供給装置１１は高圧ガスボンベやクリーンルームに設けられたガス供給管などである。第一バルブ１７と第二バルブ１８とを開状態にすることによって、ガス供給手段１１と収納容器本体２とのガス流路がつながる。複数の種類のガスをガス導入手段５に供給する場合は、ガス供給手段１１は複数の高圧ガスボンベまたはガス供給管から構成される。

ガス循環手段６は、循環ポンプ１６と化学吸着フィルター７と集塵フィルター１４と第二バルブ１８および第四バルブ２０で構成されている。これらの要素はガス流路を形成するガス管で結合されている。図３に示す実施形態では、ガス循環手段６はガス排気手段４およびガス導入手段５と結合され、これらと集塵フィルター１４、第二バルブ１８、第四バルブ２０を共有している。第一バルブ１７と第五バルブ２１を閉じ、第四バルブ２０を開くことによって、収納容器本体２と集塵手段１０に対してガス循環経路を形成する。すなわち、第四バルブ２０と第五バルブ２１とは、これらを開閉することによって排気手段とガス循環手段とのガス流を切り替えるガス流切り替え手段２２となっている。これらは、上記の場合と同様に、自動制御または手動の態様に応じた構成になっている。

図３に示した半導体ウエハーのガス循環装置に関する集塵手段近傍の詳細な構成断面図を図４に示す。図４（ａ）は、収納容器本体と蓋体とが蓋体留め構造で結合されている状態を示す部分断面図である。収納容器本体１０１（２）と蓋体１０２（３）とからなる半導体ウエハー収納容器は、気密維持用シール１０３で密着して取り付けられており、その中には半導体ウエハー１００が収納されている。この気密維持用シール１０３としては、いわゆるＯリングと呼ばれるゴム系樹脂やシリコン系樹脂で形成された弾性構造体が一般に用いられている。

蓋体１０２には、スライド板１０８と円板構造１０９とからなる蓋体留め構造が設けられている。また、円板構造１０９の回転中心には蓋体保持機構１１０が設けられている。上述したように、このスライド板１０８は、円板構造１０９の外周に設けられたピンに回転自在な穴を介して取り付けられており、円板構造１０９の回転に伴って平行移動して、結合孔１１７に対して着脱するようになっている。円板構造１０９の回転中心近傍に設けられた蓋体保持機構１１０は、蓋体留め構造脱着機構１１４の先端の嵌合片が挿入される穴または溝構造となっている。この蓋体保持機構１１０に対して、蓋体留め構造脱着機構１１４の先端に加工された嵌合片を挿入して回転させることで、蓋体１０２を保持又は保持の解除ができるようになっている。また、スライド板１０８の端部は収納容器本体１０１に形成された結合孔１１７に挿入されて、収納容器本体１０１と蓋体１０２とを結合して固定する。

蓋体脱着機構は、ガス流路形成機構１１１と蓋体留め構造脱着機構１１４と脱着移動機構１１２とから構成されている。図４に示す例では、ガス流路形成機構１１１と脱着移動機構１１２とは一体に作られている。蓋体留め構造脱着機構１１４はガス流路形成機構１１１と脱着移動機構１１２の内部で回転自在に取り付けられている。さらに、蓋体留め構造脱着機構１１４は、ガス流路形成機構１１１及び脱着移動機構１１２を貫通して設けられ、その先端の嵌合片が蓋体保持機構１１０に向けて延出されている。

また、脱着移動機構１１２は、集塵壁１０４に開口されたポートを通して、集塵室１０７内部で平行移動が可能となっている。このポートには、脱着移動機構１１２と集塵壁１０４との間を気密に維持するためのシール１１５が取り付けられている。このシール１１５で、脱着移動機構１１２の移動によって集塵室１０７内部のガスが外に漏れるのを防止している。

集塵壁１０４と収納容器本体１０１とは、収納容器本体取付け手段１０６（９）で密着して取り付けられる。このとき、収納容器本体取付け手段１０６は、鉤状の先端で収納容器本体１０１を引っかけて上述したバネ構造で集塵壁１０４側へ付勢する。

集塵壁１０４には、収納容器本体１０１に面する位置に気密維持用のシール１０５が取り付けられている。このシール１０５は、取付け部からガスが漏れることを防ぐ役割を果たしている。収納容器本体取付け手段１０６によって収納容器本体１０１が集塵壁１０４側へ付勢された状態で、収納容器本体１０１がシール１０５に圧接されて、シールされる。

収納容器本体１０１が集塵壁１０４に取り付けられると、蓋体脱着機構が移動してガス流路形成機構１１１が蓋体１０２に近づき、蓋体留め構造脱着機構１１４の直方体状の先端が蓋体保持機構１１０に挿入されて停止するが、このとき、ガス流路形成機構１１１と蓋体１０２との間に所定の間隙が形成されるようになっている。この間隙はガス流路形成機構１１１の周縁部分では広く、それ以外の部分では狭くなるように形成されている。このガス流路形成機構１１１の周縁部で形成される間隙をポンプ室１１６、それ以外の中央部分の間隙を通風間隙１１７と呼ぶことにする。具体的には、ポンプ室１１６の間隙は１０〜２０ｍｍ程度であり、それ以外の部分の間隙は１ｍｍ程度あるいはそれ以下になっている。ポンプ室１１６の体積がそれ以外の間隙空間の体積に比べて十分大きくなるように、これらの間隙が形成されていれば良い。

一方、ガス流路形成機構１１１の中心近傍には、通風間隙１１７と集塵室１０７とに連通した連通孔１１３が形成されている。この連通孔１１３の径は、通風間隙１１７側から集塵室１０７側に向かうに従って大きくなるように形成されている。図４では連通孔１１３の数が１つの場合を示してあるが、連通孔１１３を複数設けても良い。

図４（ｂ）は、収納容器本体２と蓋体３とが分離している状態を示した部分断面図である。蓋体保持機構１１０に挿入された蓋体留め構造脱着機構１１４を矢印１１８で示すように回転させると、それに伴って円板構造１０９も回転し、円板構造１０９の外周に設けられたピンに回転自在の穴を介して取り付けられたスライド板１０８が平行移動して、図に示すように結合孔１１７から抜ける。これで収納容器本体１０１と蓋体１０２とが分離される。

それから、脱着移動機構１１２が、蓋体１０２と蓋体留め構造脱着機構１１４とガス流路形成機構１１１とを一緒に矢印１１９の方向に平行移動させることによって、収納容器本体１０１と蓋体１０２との間のシールを破り、それらの間に間隙を形成する。この間隙がガス置換時またはガス循環時のガス流路を形成する。

また、図４（ｂ）から分かるように、この蓋体１０２が移動してもポンプ室１１６および通風間隙１３３の間隙寸法は変化することはない。

なおここでは、脱着移動機構１１２と蓋体留め構造脱着機構１１４とを別部材として構成したが、一体にしても良い。具体的には図５に示すように、蓋体脱着機構の一部を構成する蓋体留め構造脱着機構と脱着移動機構とが１本の回転移動軸１１４で兼用されている。このような構造とすることによって、蓋体脱着機構の構造を著しく簡単にすることができる。この回転移動軸１１４は軸受け１２０と１２１とで支持されている。軸受け１２０としては、通常の玉軸受けなどを用いても良いが、ダストやオイルミストなどが発生してガス流路内を汚染する恐れがある。そこで、軸受け１２０および１２１としては、摺動性が良くダストやオイルミストの発生のないフッ素含有高分子軸受けを用いるのが好ましい。その具体的な材料としては、テフロン（商品名：デュポン社製）が良く知られている。

軸受け１２０はガス流路形成機構１１１に取り付けられており回転移動軸１１４を回転自在に支持するが、抜けを防ぐために抜け留１２２が形成されている。一方、軸受け１２１は集塵壁１０４に取り付けられ、回転移動軸１１４を回転自在であり、かつ平行移動可能に支持している。この回転移動軸１１４をガス流路形成機構１１１の２箇所以上の場所に設けることによって、ガス流路形成機構１１１を回転させることなく回転移動軸１１４のみを矢印１１８に示すように回転させることが可能となる。また、回転移動軸１１４を矢印１１９の方向に移動させることによって、回転移動軸１１４とガス流路形成機構１１１とを集塵室１０７内部で移動させることが可能となる。

次に、図３に示した本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換装置を用いたガス置換方法について説明する。図８は、図３に示す本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換方法を示した工程図である。この工程を説明するため、図３に示した本発明のガス置換装置の詳細な断面図を用いてガス流路を示した図６と図７を同時に図８と合わせて参照しながら説明する。

まず、最初の工程は、蓋体が集塵室内に入るようにして、半導体ウエハー収納容器を半導体ウエハー収納容器取付け手段に気密に取り付ける容器取付け工程２０１である。このとき図６に示すように、収納容器本体１０１と蓋体１０２とは気密維持用シール１０３で密閉されている。収納容器内部には半導体ウエハー１００が平行に並べて通常２５枚収納されている。この容器取付け工程２０１では、収納容器本体取付け手段１０６を用いて収納容器本体１０１を集塵壁１０４に設けられた気密維持用シール１０５に機械的に押し付けることによって密着固定する工程である。

次に、収納容器本体のガス導入孔とガス導入手段とを結合するガス導入手段結合工程２０２を行なう。これは、図６において、収納容器本体１０１に設けられているガス導入孔１２６に、第一バルブ１３１と第二バルブ１３２およびガス導入管１３７とからなるガス導入手段を結合する工程である。収納容器本体１０１に設けられているガス導入孔１２６と、ガス導入手段とは気密維持型カプラ１２５によって結合されている。この気密維持型カプラ１２５は、雄型と雌型とから構成されており、ガス導入孔１２６には気密維持カプラの雄型が、ガス導入手段には雌型が前もって取り付けられている。従って、収納容器本体１０１とガス導入手段との結合は、この雄型に雌型を挿入するだけでよい。挿入前は気密維持型カプラの雄型は半導体ウエハー収納容器の気密を保っているが、この挿入によって収納容器本体１０１とガス導入手段との間にガス流路を形成する。

次の工程は、ガス流路形成機構と蓋体留め構造脱着機構とを一緒に移動させて上記蓋体に近接させ、上記蓋体保持機構で蓋体を結合して保持する蓋体保持工程２０３である。具体的には図６において、ガス流路形成機構１１１と蓋体留め構造脱着機構１１４を脱着移動機構１１２によって一緒に蓋体１０２に近接して移動し、蓋体留め構造脱着機構１１４の先端を蓋体保持機構１１０に挿入して蓋体を保持する。この脱着移動機構１１４は、集塵壁１０４の外部に設けられた脱着駆動機構１４０内部にあるモータなどの駆動源からの力を伝達して駆動される。この脱着駆動機構１４０内部の駆動源は、脱着駆動制御機構１４１内部の制御回路によって制御される。

次に、蓋体留め構造脱着機構によって、収納容器本体と蓋体とを結合している蓋体留め構造を作動し、収納容器本体と蓋体とを分離する蓋体取外し工程２０４を行なう。具体的には図６において、脱着駆動機構１４０によって蓋体留め構造脱着機構１１４を回転させて蓋体留め構造を取り外した後、再び脱着駆動機構１４０を用いて脱着移動機構１１２を移動させて、蓋体留め構造脱着機構１１４とガス流路形成機構１１１と蓋体保持機構１１０によって保持されている蓋体１０２とを同時に移動させて収納容器本体１０１と蓋体１０２を分離する工程である。この収納容器本体１０１と蓋体１０２との分離によって、気密維持用シール１０３と蓋体１０２との間に間隙ができ、収納容器本体１０１と集塵室１０７との間がガス流路によって結合される。

次に、排気手段によって集塵室内を排気して減圧する減圧工程２０５を行なう。具体的には図６において、まず第五バルブ１３５と第三バルブ１３３を閉じて、排気ポンプ１２７によって排気管１３８内部を脱気する。このとき、第四バルブ１３４は閉じた状態になっている。その後、第五バルブ１３５を開いて集塵室１０７の空気を排気する。このとき、収納容器本体１０１と蓋体１０２とは分離されているために、収納容器本体１０１内部の空気も同時に排気されることになる。

次に、排気手段によって集塵室内の排気を行ないながら、収納容器本体のガス導入孔からガス導入手段を用いて収納容器本体にガスを導入するガス置換工程２０６を行なう。ガス置換工程２０６を、具体的に図６を用いて説明する。ガス導入手段には、ガス供給源１２３と減圧バルブ１２４とガス供給管１３６とならなるガス供給手段が結合されている。ガス供給源である高圧ガスボンベやクリーンルーム内のガス配管は、およそ７ｋｇ／ｃｍ２の高圧状態になっている。これを減圧バルブ１２４によって適切な供給ガス圧である、例えば１．２〜１．５ｋｇ／ｃｍ２、に調節した後、第一バルブ１３１と第二バルブ１３２を開くことによって、収納容器本体１０１にガスを導入する。このガス置換工程２０６は減圧工程２０５が始まってから直ちに開始する。減圧工程２０５によって収納容器本体１０１と集塵室１０７の内部を高真空状態まで減圧してから、このガス置換工程２０６を行なうことが望ましいが、そのためには耐圧特性に優れた半導体ウエハー収納容器を用いる必要がある。一般の半導体ウエハー収納容器はプラスティック材料で形成されているため、減圧工程２０５で高真空状態にすることは容器の耐圧特性上好ましくない。

この導入するガスは、９５％以上の純度を持った乾燥窒素ガス、望むならば純度９９．９〜９９．９９９％以上の乾燥窒素ガスを供給する。この供給された乾燥ガスは、収納容器本体１０１に収納された半導体ウエハー１００の間を層流（流速等の条件によっては乱流）となって流れ、収納容器本体１０１と蓋体１０２との間隙を通って図４（ａ）と（ｂ）に既示したポンプ室内に流入する。このポンプ室１１６を形成することによって、収納容器本体１０１と蓋体１０２とで形成される間隙の流路抵抗を減ずると同時に、収納容器本体１０１内部に比較してポンプ室１１６が減圧状態になっているために、この間隙を流れるガスは勢い良くポンプ室１１６に流入する。そのため、収納容器本体１０１と蓋体１０２との間隙に付着していたマイクロダストが吹き飛ばされて除去され表面が清浄化される。また、この過程が進行すると、今度はポンプ室１１６のガス圧が次第に高くなってくる。集塵室１０７の容積はポンプ室１１６に比べて十分大きいために、集塵室１０７内部の圧力はポンプ室１１６に比べて十分低くなっている。そのため、ポンプ室１１６のガスとマイクロダストは、図４（ａ）と（ｂ）に示すガス流路形成機構１１１と集塵壁１０４との間隙および通風間隙から集塵室１０７内部に排出される。通風間隙を通るガスは、ガス流路形成機構１１１に開口された連通孔１１３を通って集塵室１０７に排気される。この連通孔１１３は、通風間隙から集塵室１０７に向かって径が大きくなるように形成されており、その結果流路抵抗を減じ、通風間隙を通るガスは減速されることなく流れる。その結果、この通風間隙を流れるガス流は蓋体１０２の表面に付着していたマイクロダストを除去して清浄化する作用をする。

集塵室１０７に流入したガスとマイクロダストは、集塵フィルター１３０で濾過され、第五バルブ１３５と排気管１３８を通って排気ポンプ１２７によって装置外に排気される。このガス置換工程２０６におけるガスの流れを図６に矢印で示してある。

このガス置換工程２０６は、置換ガス流路内のガス純度が十分高くなり、また、集塵室１０７内のマイクロダストが集塵フィルター１３０で十分吸着濾過されるまで行なう。十分な時間ガス置換を行なった後、第一バルブ１３１と第五バルブ１３５とを続けて閉じ、第三バルブ１３３を開いて排気口１２３から排気管に大気を取り込みながら、排気ポンプ１２７を停止させてガス置換工程２０６を終了する。

半導体ウエハー収納容器内部を減圧にして保管したい場合は第一バルブ１３１を先に閉じ、半導体ウエハー収納容器内部を加圧状態にして保管したい場合は、第五バルブ１３５を先に閉じれば良い。また、保管ガス圧を制御したい場合は、ガス流路の適切な場所、例えば集塵壁１０４に真空ゲージを設置し、ガス流路内部のガス圧を計測しながらバルブの開閉を行なうことができる。このようなバルブの開閉操作の自動化は、図中のバルブとして電気的に開閉動作が可能な電磁バルブなどを用いて、図示していない制御回路によってそれらの電磁バルブの開閉を制御することによって行なうことができる。

次に、収納容器本体と集塵手段、および収納容器のガス導入孔に順にガスを循環させるガス循環工程を行なう。この工程は、図７の第四バルブ１３４を開き、循環ポンプ１２８を作動させてガスを循環させる工程である。この工程によって、ガス置換工程２０６で置換された乾燥ガスは、循環ポンプ１２８、ガス導入管１３７、第二バルブ１３２、ガス導入孔１２６、収納容器本体１０２、集塵室１０７、集塵フィルター１３０、第四バルブ１３４、化学吸着フィルター１２９、循環ガス管１３９を順に流れるガス循環経路を形成する。このガス循環工程２０７によって、半導体ウエハー１００の表面に吸着されていた不純物や水分が循環ガスによって除去され、化学吸着フィルター１２９で濾過されるために、半導体ウエハー１００表面のクリーニングができる。また、図７に示す構成では、このガス循環経路中に集塵フィルター１３０が含まれているために、ガス循環中においてもマイクロダストが循環ガス中に含まれていた場合は濾過されて清浄化される。ガス循環工程におけるガスの流れを図７の矢印で示す。このガス循環工程２０７を所定の時間行なった後、循環ポンプ１２８を停止し、第四バルブ１３４を閉じてガス循環工程を終了する。

次に、蓋体留め構造脱着機構とガス流路形成機構とを一緒に移動させて蓋体を収納容器本体に挿入し、蓋体留め構造脱着機構によって蓋体留め構造を作動して収納容器本体と蓋体とを結合させる蓋体取付け工程２０８を行なう。これは、蓋体取外し工程２０４および蓋体保持工程２０３に対する逆の工程である。すなわち、図７において、脱着移動機構１１２によって蓋体留め構造脱着機構１１４とガス流路形成機構１１１および蓋体１０２とを移動させて、蓋体１０２を収納容器本体１０１に密着させ、蓋体留め構造脱着機構１１２を回転させて蓋体留め構造を結合孔に挿入し、収納容器本体１０１と蓋体１０２とを気密に結合する。その後、脱着移動機構１１２によって蓋体留め構造脱着機構１１４とガス流路形成機構１１１とを移動させて蓋体保持機構から蓋体留め構造脱着機構を取り外す工程である。

次に、収納容器本体のガス導入孔からガス導入手段を取外すガス導入手段取外し工程を行なう。これは気密維持型カプラ１２５の雄型と雌型とを取り外すことによって容易に行なうことができる。このカプラ１２５の雄型と雌型との着脱は、通常ロボットアーム等によって自動的に行う。必要に応じて手動で行う構成にしてもよい。

最後に、半導体ウエハー収納容器を集塵手段から取り外す容器取外し工程２１０を行い本発明のガス置換方法を終了する。

また、半導体ウエハー表面の清浄度をより短時間で向上させるために、図８における減圧工程２０５とガス循環工程２０６との間に、クリーニングガス置換工程とクリーニングガス循環工程を入れることができる。その場合における本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換方法の工程図を図９に示す。この工程は既述したように、置換ガスとして乾燥窒素ガス中におよそ５％以下の反応性ガスを混合したものを用いて、図８に示したガス置換工程２０６とガス循環工程２０７を行なう工程である。この工程を入れることによって、この工程を入れない場合に比べてより短時間で半導体ウエハー表面の清浄化効果が得られる。

なお、図９に示すように、クリーニングガス置換工程２１１とクリーニングガス循環工程２１２を行なうことによって、半導体ウエハー収納容器内部に反応性ガスが残留し、経時的にウエハー表面を損傷する場合があるため、それに続いて窒素ガス置換工程２１３と窒素ガス循環工程２１４とを行なう。これは、クリーニングガス置換工程２１１とクリーニングガス循環工程２１２と同様の工程であって、使用するガスが反応性ガスを含まない純度９５％以上の乾燥窒素ガスを用いる工程である。この窒素ガス置換工程２１３と窒素ガス循環工程２１４を行なうことによって、クリーニングガスの残留を防ぎ、ウエハー表面を損傷させることなく半導体ウエハー収納容器内に長時間ウエハー保管をすることができる。

図９に示した本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換方法を行なう場合は、ガス供給手段は反応性ガスを供給する第一ガス供給手段と窒素ガスを供給する第二ガス供給手段を用いる。第一ガス供給手段から供給される反応性ガスは、少なくともオゾンガスまたは水素ガスまたはアンモニアガスのいずれか１つのガス成分を含む反応性ガスを約５％以下の割合で窒素ガスに混合したものを用いることができる。また、第一ガス供給手段は少なくともオゾンガスまたは水素ガスまたはアンモニアガスのいずれか１つのガス成分からなる反応性ガスであって、この反応性ガスを第二ガス供給手段からの窒素ガスに所定の割合で混合させて用いても良い。第一ガス供給手段と第二ガス供給手段とを用いてガスを混合する場合は、ガス流量計を用いてガス混合比率を調節して行なう。

また、クリーニングガス置換工程２１１とクリーニングガス循環工程２１２で用いる反応性ガスが微量であったり、反応性の低いものであったりする場合は、窒素ガス循環工程２１４は省略することができる。

以上説明したように、本発明の半導体ウエハー収納容器のガス置換装置およびそれを用いたガス置換方法は、短時間で半導体ウエハー収納容器内の雰囲気を目的のガスに置換することができると共に、置換ガスを循環させることによって半導体ウエハー表面を清浄にすることができるために、高集積化に適した半導体ウエハーの加工プロセスを実現することができる。また、ガス置換を自動化できるために、自動化されたロード／アンロードシステムにも対応でき、処理室内の汚染をも最小限に抑えることができる。

なお、上記実施形態において、半導体ウエハー収納容器をガス置換装置に対して着脱するための構成は具体的に図示していないが、全体を自動化する場合は、ロボットアーム等の既存の装置を周囲に配設することになる。手動の場合は、カプラ等を手動に応じた構成にする。

本発明のガス置換装置に関する基本構成を示す構成図である。 本発明のガス置換装置に関する基本構成を示す構成図である。 本発明のガス置換装置に関する基本構成を示す構成図である。 蓋体を開閉させた場合の部分構成を示す断面図である。 本発明のガス置換装置に関する部分構成を示す断面図である。 本発明のガス置換装置に関する構成と置換ガス流を示す断面図である。 本発明のガス置換装置に関する構成と循環ガス流を示す断面図である。 本発明のガス置換方法の工程を示す工程図である。 本発明のガス置換方法の工程を示す工程図である。 脱着移動機構等の動作を示す部分断面図である。

符号の説明

１：半導体ウエハー収納容器
２：収納容器本体
３：蓋体
４：排気手段
５：ガス導入手段
６：ガス循環手段
７：化学吸着フィルター
８：収納容器取付け手段
９：収納容器本体取付け手段
１０：蓋体脱着手段
１４：集塵フィルター

Claims (16)

1. 内部を清浄に保つ必要のある容器本体及び当該容器本体内を密封する蓋体からなる収納容器に接続されて、その内部に不活性ガスを導入するガス導入手段と、
   上記収納容器に接続されて上記収納容器内のガスを外部に排気するガス排気手段と、
   上記収納容器に接続され内部のガスを循環させて当該ガス中の異物を除去するガス循環手段とからなることを特徴とする収納容器のガス置換装置。
2. ガス導入孔を有すると共に内部を清浄に保つ必要のある容器本体と、当該容器本体内を密封する蓋体とを備えてなる収納容器内のガスを、ガス置換流路を通して置換するガス置換装置であって、
   上記容器本体を取り付けて上記ガス置換流路の一部を形成すると共に上記蓋体を内部に完全に収納する収納容器取付け手段と、
   上記ガス導入孔から上記容器本体内にガスを導入するガス導入手段と、
   上記収納容器取付け手段を介して上記容器本体内のガスを排気する排気手段と
   を備えたことを特徴とする収納容器のガス置換装置。
3. 請求項２に記載の収納容器のガス置換装置において、
   上記収納容器取付け手段が、集塵壁によって囲まれてその内部に上記蓋体が完全に収納される集塵室を備えた集塵手段と、気密性を保って上記収納容器を上記集塵手段に取り付ける収納容器本体取付け手段とからなると共に、上記集塵手段に上記収納容器本体から上記蓋体を脱着する蓋体脱着手段を備えたことを特徴とする収納容器のガス置換装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の収納容器のガス置換装置において、
   上記導入または循環されるガス中から異物を除去する化学吸着フィルターを備えたことを特徴とする収納容器のガス置換装置。
5. ガス導入孔を有すると共に内部を清浄に保つ必要のある容器本体と、当該容器本体内を密封する蓋体と、上記容器本体及び上記蓋体を結合する蓋体留め構造とを備えてなる収納容器内のガスを、ガス置換流路を通して置換するガス置換装置であって、
   上記容器本体を取り付けて上記ガス置換流路の一部を形成すると共に上記蓋体を内部に完全に収納する収納容器取付け手段と、
   上記ガス導入孔から上記容器本体内にガスを導入するガス導入手段と、
   上記収納容器取付け手段を介して上記容器本体内のガスを排気する排気手段と、
   上記容器本体と上記収納容器取付け手段と上記ガス導入孔との間で順にガスを循環させるガス循環手段とを少なくとも有し、
   上記ガス循環手段のうち上記収納容器取付け手段と上記ガス導入孔との間に上記容器本体の外側を通して形成されるガス循環経路の途中に設けられた化学吸着フィルターを備えたことを特徴とする収納容器のガス置換装置。
6. ガス導入孔を有すると共に内部を清浄に保つ必要のある容器本体と、当該容器本体内を密封する蓋体と、上記容器本体及び上記蓋体を結合する蓋体留め構造とを備えてなる収納容器内のガスを、ガス置換流路を通して置換するガス置換装置であって、
   上記容器本体を取り付けて上記ガス置換流路の一部を形成すると共に上記蓋体を内部に完全に収納する収納容器取付け手段と、
   上記ガス導入孔から上記容器本体内にガスを導入するガス導入手段と、
   上記収納容器取付け手段を介して上記容器本体内のガスを排気する排気手段と、
   上記容器本体と上記収納容器取付け手段と上記ガス導入孔との間で順にガスを循環させるガス循環手段とを少なくとも有し、
   上記ガス循環手段のうち上記収納容器取付け手段と上記ガス導入孔との間に上記容器本体の外側を通して形成されるガス循環経路の途中に設けられた化学吸着フィルターを備え、
   上記収納容器取付け手段は、集塵壁によって囲まれてその内部に上記蓋体が完全に収納される集塵室を備えガス置換工程で発生するマイクロダストを隔離する集塵手段と、気密性を保って上記収納容器を上記集塵手段に取り付ける収納容器本体取付け手段とからなると共に、上記集塵手段に上記収納容器本体から上記蓋体を脱着する蓋体脱着手段を備え、
   上記ガス導入手段は、１または複数種類のガスを供給するガス供給手段を備え、
   上記集塵室のガスを排気する排気手段と、
   上記蓋体脱着手段の動作を制御する蓋体脱着制御手段と、
   上記集塵室の排気手段と上記ガス循環手段との間でガス流を切り替えるガス流切り替え手段とを備え、
   上記排気手段は少なくとも排気ポンプおよび上記集塵手段で隔離したマイクロダストを捕獲収集する集塵フィルターを含んでおり、
   上記ガス循環手段は少なくとも循環ポンプを含んでいることを特徴とする収納容器のガス置換装置。
7. 上記蓋体脱着手段は上記集塵室内外に分離して配置され、
   上記集塵室内においては、
   上記収納容器本体と蓋体とを結合する蓋体留め構造を脱着する蓋体留め構造脱着機構と、
   上記蓋体と所定の間隙を有するように接してガス流路を形成するガス流路形成機構と、
   上記蓋体、上記蓋体留め構造脱着機構及び上記ガス流路形成機構を同時に移動させて、上記収納容器と上記蓋体との間に所定の間隙を形成する脱着移動機構と、
   上記蓋体と上記脱着移動機構とを結合して保持する蓋体保持機構とで構成されており、
   上記集塵室外においては、上記蓋体保持機構と上記蓋体留め構造脱着機構と上記脱着移動機構を各々駆動させる脱着駆動機構で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の収納容器のガス置換装置。
8. 上記収納容器本体と上記収納容器取付け手段との合せ面は、気密維持用のシールが設けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれか1項に記載の収納容器のガス置換装置。
9. 上記蓋体と所定の間隙を有して接する上記ガス流路形成機構は、上記蓋体周縁部で形成される間隙の体積が、上記蓋体中央部で形成される間隙の体積に比べて十分大きな体積を有するポンプ室を構成するように形成されていることを特徴とする請求項５から８のいずれか1項に記載収納容器のガス置換装置。
10. 上記蓋体と所定の間隙を有して接する上記ガス流路形成機構は、上記蓋体で形成される間隙であって上記ポンプ室を除く間隙と上記集塵室とを連通し、上記間隙側から上記集塵室側に向かうに従って径が大きくなるように形成された連通孔を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項５から９のいずれか1項に記載の収納容器のガス置換装置。
11. 上記蓋体留め構造脱着機構と上記脱着移動機構とは、回転自在かつ平行移動可能な同一の回転移動軸で構成され、
    上記回転移動軸は、抜け留を有するフッ素含有高分子軸受けで上記ガス流路形成機構に回転自在に結合され、他のフッ素含有高分子軸受けで上記集塵壁と気密を保って回転自在かつ平行移動可能に結合されていることを特徴とする請求項５から１０のいずれか1項に記載の収納容器のガス置換装置。
12. 収納容器の内部に不活性ガスを導入すると共に収納容器内のガスを外部に排気し、収納容器内のガスを循環させて当該ガス中の異物を除去するガス置換方法であって、以下の（ア）〜（オ）の工程からなることを特徴とする収納容器のガス置換方法。
    （ア）上記収納容器を上記ガス置換装置に取り付ける工程。
    （イ）上記ガス排気手段によって上記収納容器本体の空気を排気する工程。
    （ウ）上記ガス排気手段によって上記収納容器本体のガスを排気しながら、上記ガス導入手段によって上記収納容器本体にガスを導入する工程。
    （エ）上記収納容器本体へのガスの導入と排気を停止して、上記ガス循環手段によって、上記化学吸着フィルターを介して上記収納容器本体のガスを循環させる工程。
    （オ）上記収納容器を上記ガス置換装置から取り外す工程。
13. 上記収納容器本体への導入ガスは、窒素ガスを９５％以上含む乾燥ガスであることを特徴とする請求項１２に記載の収納容器のガス置換方法。
14. 収納容器の内部に不活性ガスを導入すると共に収納容器内のガスを外部に排気し、収納容器内のガスを循環させて当該ガス中の異物を除去するガス置換方法であって、以下の（カ）〜（ソ）の工程からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の収納容器のガス置換方法。
    （カ）上記蓋体が上記集塵室内に入るようにして、収納容器を上記収納容器取付け手段に気密に取り付ける容器取付け工程。
    （キ）上記収納容器本体のガス導入孔と上記ガス導入手段とを結合するガス導入手段結合工程。
    （ク）上記ガス流路形成機構と上記蓋体留め構造脱着機構とを一緒に移動させて上記蓋体に近接させ、上記蓋体保持機構で上記蓋体を結合して保持する蓋体保持工程。
    （ケ）上記蓋体留め構造脱着機構によって上記収納容器本体と上記蓋体とを結合している蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを分離する蓋体取外し工程。
    （コ）上記排気手段によって上記集塵室内を排気して減圧する減圧工程。
    （サ）上記排気手段によって上記集塵室内の排気を行ないながら、上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を用いて上記収納容器本体にガスを導入するガス置換工程。
    （シ）上記収納容器本体と上記集塵手段、および上記収納容器のガス導入孔に順にガスを循環させるガス循環工程。
    （ス）上記ガス流路形成機構と上記蓋体留め構造脱着機構および上記蓋体とを一緒に移動させて上記蓋体を上記収納容器本体に挿入し、上記蓋体留め構造脱着機構によって上記蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを結合させる蓋体取付け工程。
    （セ）上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を取外すガス導入手段取外し工程。
    （ソ）収納容器を上記集塵手段から取り外す容器取外し工程。
15. 収納容器の内部に不活性ガスを導入すると共に収納容器内のガスを外部に排気し、収納容器内のガスを循環させて当該ガス中の異物を除去するガス置換方法であって、以下の（タ）〜（ヒ）の工程からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の収納容器のガス置換方法。
    （タ）上記蓋体が上記集塵室内に入るようにして、収納容器を上記収納容器取付け手段に気密に取り付ける容器取付け工程。
    （チ）上記収納容器本体のガス導入孔と上記ガス導入手段とを結合するガス導入手段結合工程。
    （ツ）上記ガス流路形成機構と上記蓋体留め構造脱着機構とを一緒に移動させて上記蓋体に近接させ、上記蓋体保持機構で上記蓋体を結合して保持する蓋体保持工程。
    （テ）上記蓋体留め構造脱着機構によって、上記収納容器本体と上記蓋体とを結合している蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを分離する蓋体取外し工程。
    （ト）上記排気手段によって上記集塵室内を排気して減圧する減圧工程。
    （ナ）上記排気手段によって上記集塵室内の排気を行ないながら、上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を用いて上記収納容器本体に乾燥窒素ガスに約５％以下の反応性ガスを混合したクリーニングガスを導入するクリーニングガス置換工程。
    （ニ）上記収納容器本体と上記集塵手段、および上記収納容器本体のガス導入孔に順にクリーニングガスを循環させるクリーニングガス循環工程。
    （ヌ）上記排気手段によって上記集塵室内の排気を行ないながら、上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を用いて上記収納容器本体に乾燥窒素ガスを導入する窒素ガス置換工程。
    （ネ）上記収納容器本体と上記集塵手段、および上記収納容器本体のガス導入孔に順に乾燥窒素ガスを循環させる窒素ガス循環工程。
    （ノ）上記蓋体保持機構と上記蓋体留め構造脱着機構と上記ガス流路形成機構および上記蓋体とを一緒に移動させて上記蓋体を上記収納容器本体に挿入し、上記蓋体留め構造脱着機構によって上記蓋体留め構造を作動させ、上記収納容器本体と上記蓋体とを結合させる蓋体取付け工程。
    （ハ）上記収納容器本体のガス導入孔から上記ガス導入手段を取外すガス導入手段取外し工程。
    （ヒ）収納容器を上記集塵手段から取り外す容器取外し工程。
16. 上記反応性ガスは、少なくともオゾンガスまたは水素ガスまたはアンモニアガスのいずれか１つのガス成分を含む乾燥窒素ガスであることを特徴とする請求項１５に記載の収納容器のガス置換方法。

Images