JP2014116441A - 半導体ウェーハ処理装置及び除電システム - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、ＦＯＵＰ内雰囲気を置換している間に除電を行うことによる除電時間の十分な確保と、試料搬送経路からドア及び置換チャンバが退避した時に流れ込む気流によるパーティクル付着を改善する装置の提供を目的とする。また、メンテナンス回数を抑え、メンテナンス時期を上位装置へ連絡する装置の提供を目的とする。
【解決手段】
試料の搬送に用いる蓋を備えた試料収納容器から試料を搬出する半導体ウェーハ処理装置であって、収納容器の蓋の開閉を行なうドアと、前記ドアが開閉する領域を覆う置換チャンバを備え、前記置換チャンバは、パージポートと、排気ポートと、除電装置を備え、前記試料収納容器の蓋を前記ドアが保持し、試料搬送経路から前記ドアを退避すると共に、前記除電装置により前記試料の除電を行うことを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェーハ処理装置及び半導体ウェーハの除電システムに関する。

ウェーハ上の半導体素子の製造プロセスにおいては、ウェーハへの微細な異物が、配線パターンの断線やショート、また半導体の特性の変化などさまざまな不具合を発生させる。そのため非常に清浄なクリーンルーム内で生産が行われている。φ３００ｍｍのウェーハにおいてはＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）と呼ばれる清浄な雰囲気にて満たされた蓋付き密閉容器に収納されて装置間を搬送される。ＦＯＵＰは、ＦＯＵＰシェルとＦＯＵＰ蓋にて構成される。ＦＯＵＰ蓋にはパッキンを備え、ＦＯＵＰ内雰囲気と外気とが遮蔽される。ＦＯＵＰはＩＣタグやバーコードを備え、ＦＯＵＰやＦＯＵＰ内のウェーハの情報を管理することができる。

半導体ウェーハ処理装置には、ロードポートと呼ばれるＦＯＵＰの蓋を開閉するオープナが設置され、ロードポートには、バーコードリーダーやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏ）リーダーが設置され、ＦＯＵＰの識別を行うことができる。ロードポートから検査や処理を行うチャンバやステージ間の大気搬送系においては、チャンバにより外気と遮断しファンフィルタユニットによるダウンフローによって局所的に清浄に管理されたミニエンバイロメント空間内を搬送ロボットにより搬送される。

ＦＯＵＰやロードポート、ミニエンバイロメントにより局所的に非常に清浄な管理された雰囲気内を搬送されるため、クリーンルーム自体の清浄度を落とし、クリーンルームの稼動コストを抑えることができる。半導体の製造過程においては、雰囲気の清浄度に加えて、湿度を嫌う工程や、酸素を嫌う工程がある。それらの工程においては、装置内の大気をプロセスに対して影響の少ない気体たとえば窒素や、乾燥空気、不活性ガスで置換してウェーハの搬送や処理を行っている。

また半導体プロセスの微細化に伴い大気中の水分や酸素によるパターンの腐食の影響が大きくなり、歩留まりが低下してしまう。パターンの腐食を防ぐためにプロセスに対して影響の少ない気体である窒素や、乾燥空気、不活性ガスにて、ウェーハ搬送経路の雰囲気の置換を行う取り組みがされている。

本発明は、特にウェーハの製造過程で生じるウェーハの静電気帯電を窒素や乾燥空気、不活性ガスなど試料への影響の少ないガスで試料搬送雰囲気の置換を行うミニエンバイロメント内の除電に関する。

半導体製造装置にウェーハを供給、回収するウェーハ搬送装置の主な搬送はＦＯＵＰからウェーハを取出し、半導体製造装置に供給し、半導体製造装置から処理の終ったウェーハを取出し、ＦＯＵＰに収納する。

ウェーハはクリーンルームと言う特殊環境下と各製造プロセスにより静電気が発生し、ウェーハは帯電している。よって、ＦＯＵＰ内に収納されているウェーハは帯電した状態である場合が多く、導電性のものが接近すると放電が発生し易い状態にある。

ＳＥＭＩ規格で統一されたＦＯＵＰはドアを閉じた状態でロードポートに供給され、ロードポートによりＦＯＵＰのドアを開閉させる。ＦＯＵＰは２５段のスロットを持ち、ウェーハが２５枚収納されている。

ロードポートにより、ＦＯＵＰのドアが外され、ウェーハ搬送装置のウェーハハンドがウェーハの下に移動し、ウェーハの裏面より吸着もしくは、ウェーハのエッジで保持して取出しを行うが、帯電したウェーハにウェーハハンドの導電部が近づき、ある距離に達すると放電が発生する。これにより、ウェーハの破壊やウェーハ搬送装置、半導体製造装置が電気的な破壊を受け、故障に至ることがある。

また、ウェーハ搬送装置にてウェーハが搬送され、半導体製造装置・検査装置にて処理されたウェーハは除電されている状態であるので、処理されたウェーハをＦＯＵＰに収納する時に未処理の帯電したウェーハの近くを通過する。この時に放電が起きる場合がある。これにより、ウェーハの破壊が発生し、処理後であるためウェーハの損傷を発見するこが困難となる。そのため、半導体検査製造装置に信頼性を損ねてしまう。

今までは、ウェーハ搬送装置の筐体内に静電気除電装置（以下イオナイザー）をフィルタ・ファン・ユニット（以下ＦＦＵ）のクリーンエア吹出しの直下に設置し、ウェーハ搬送過程で除電を行っていた。しかし、イオナイザーからのウェーハまでのイオンエアーの流れと距離により、ＦＯＵＰ内にあるウェーハは十分な除電ができない状態であった。また、高速搬送が要求されることから、イオナイザー設置位置付近のもっとも除電効果のある範囲での除電時間は、僅かである。

ウェーハ搬送過程で除電するので、ＦＯＵＰから取出す時点ではウェーハの除電が十分でなく、ウェーハハンドの移動により放電が発生する場合や、半導体製造装置にて処理後のウェーハを半導体搬送装置にてＦＯＵＰに収納する時に帯電している処理前のウェーハから処理後のウェーハに放電が起きる場合があった。

半導体ウェーハ処理装置は天井部にＦＦＵが設置され、ＦＦＵによりクリーンエアを天井から床面に向けてダウンフローで供給され、ウェーハ搬送装置内外の圧力差を発生させ、床面から排気される。ロボットなどの搬送機構により発生する塵埃を床面より装置外部に放出して、常に高いクリーンな状態を維持している。

除電装置としてのイオナイザーは、放出するエアをイオン化し、そのエアで静電気を除電するものである。イオナイザーを動作させると除電効果を高めるためエアを放出し遠くまでイオンを運ぼうとする。装置ではエアが放出されるのでダウンフローに乱れが生じ、搬送機構などにより発生する塵埃を巻上げてしまう場合がある。また、イオナイザーは放電針をよりイオンを発生するが放電針には放電時間に比例した寿命があり、イオナイザーを常時動作させることは良い方法ではない。

イオナイザー付きロードポートとしては、特開２０１０−１６５７４１公報（特許文献１）が知られている。

特開２０１０−１６５７４１号公報

クリーンルームと言う特殊環境下と各製造プロセスにより静電気が発生し、ウェーハは帯電している。帯電したウェーハの放電により、ウェーハの破壊、半導体搬送装置、半導体製造装置の電気的破壊による故障が発生する場合がある。また、帯電により、ウェーハの上、環境（工場内の空気中）内、装置内、薬液中などの中にあるゴミ（一般にパーティクルといわれる）が付着する場合がある。

ウェーハの製造過程において、雰囲気の洗浄度に加えて、湿度を嫌う工程や、酸素を嫌う工程がある。これらの工程においては、装置内の雰囲気を管理してウェーハの搬送や処理を行っている。この雰囲気下では、湿度が著しく低い。湿度が低い場合、帯電物は周囲へ放電することがなく、帯電状態を保ちやすい。また、イオナイザーはエアを放出するのでウェーハ搬送装置内部のＦＦＵによるクリーンエアのダウンフローを乱してしまう場合があり、ロボットなどの搬送機器により発生する塵埃を巻上げてしまうことがある。イオナイザーは、放電針によりイオンを発生するが放電針には放電時間による寿命があり、メンテナンスを行わないと除電能力低下、パーティクル発生源となってしまう。

本発明は、ＦＯＵＰ内雰囲気を置換している間に除電を行うことによる除電時間の十分な確保と、試料搬送経路からドア及び置換チャンバが退避した時に流れ込む気流によるパーティクル付着を改善する装置の提供を目的とする。また、メンテナンス回数を抑え、メンテナンス時期を上位装置へ連絡する装置の提供を目的とする。

課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。試料の搬送に用いる蓋を備えた試料収納容器から試料を搬出する半導体ウェーハ処理装置であって、収納容器の蓋の開閉を行なうドアと、前記ドアが開閉する領域を覆う置換チャンバを備え、前記置換チャンバは、パージポートと、排気ポートと、除電装置を備え、前記試料収納容器の蓋を前記ドアが保持し、試料搬送経路から前記ドアを退避すると共に、前記除電装置により前記試料の除電を行うことを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。

また、置換動作時間と回数からメンテナンス時期を予測し、メンテナンスの時期を上位装置へ連絡する。もしくは、ＦＯＵＰのランプに任意に表示し、イオナイザーのメンテナンス時期をユーザへ連絡する。

本発明により、ＦＯＵＰ内に収納された帯電したウェーハを、ＦＯＵＰ蓋を開いた状態で置換チャンバにより装置内雰囲気と隔離してパージと排気と除電を行い、ミニエンバイロメント内部雰囲気を排出したり、循環させたりすることで雰囲気の変動を迅速に安定させ、置換ウェーハ搬送装置内部のＦＦＵによるクリーンエアのダウンフローを乱すことなく除電することができる。

また、本発明の除電制御により、ＦＯＵＰ内雰囲気の置換を行う際に、ＦＯＵＰ内にパーティクルの巻き上げを抑えて、その気流に乗せてイオナイザーを動作させ、ＦＯＵＰ内雰囲気の装置内への流入を防ぎ、ＦＯＵＰ内雰囲気の時間を短縮させる効果があるとともに除電も完了する効果がある。

さらに、本発明の除電制御により、ＦＯＵＰ内雰囲気の置換中に除電動作をすることができ、動作時間の管理によりメンテナンス回数の時期を把握することで、装置の稼働時間をあげる効果がある。

イオナイザーは、放電針によりイオンを発生するが放電針には放電時間による寿命があり、雰囲気置換中のみに動作を制御することにより、イオナイザーのメンテナンス寿命を延ばすことができる。

本発明が適用される一般的な半導体ウェーハ処理装置の大気搬送の概略構成を示す側面図である。 本発明が適用される一般的な半導体ウェーハ処理装置の大気搬送のウェーハ搬出シーケンスを示すフロー図である。 本発明のオープナにＦＯＵＰを設置した状態の側面図である。 本発明のオープナに配置されたＦＯＵＰが蓋開閉位置まで移動した状態の側面図である。 本発明のオープナのドアが後退しＦＯＵＰの蓋が開いた状態の側面図である。 本発明のオープナの置換チャンバが後退した状態の側面図である。 本発明のオープナの置換チャンバおよびドアが後退しウェーハ搬出経路から退避した状態の側面図である。 本発明が適用される半導体ウェーハ処理装置の大気搬送のウェーハ搬出シーケンスを示すフロー図である。 本発明のオープナにＦＯＵＰを設置した状態の側面図である。 本発明のオープナに配置されたＦＯＵＰが蓋開閉位置まで移動した状態の側面図である。 本発明のオープナのドアが後退しＦＯＵＰの蓋が開いた状態の側面図である。 本発明のオープナの置換チャンバが後退した状態の側面図である。 本発明のオープナの置換チャンバおよびドアが後退しウェーハ搬出経路から退避した状態の背面図である。 本発明のオ―プナのＦＯＵＰなし状態の正面図である。 本発明が適用されるイオナイザーのメンテナンス報告判定シーケンスを示すフロー図である。

以下、発明の実施例を、図面を用いて説明する。

図１は本発明が適用される一般的な半導体ウェーハ処理装置の大気搬送の概略構成を示す。図２は本発明が適用される一般的な半導体ウェーハ処理装置の大気搬送の動作シーケンスを示す。

ウェーハ１はＦＯＵＰ２と呼ばれる清浄な雰囲気にて満たされた蓋付き密閉容器に収納されている。ＦＯＵＰ２は、ＦＯＵＰシェル３とＦＯＵＰ蓋４にて構成される。ＦＯＵＰ蓋４にはパッキンを備え、ＦＯＵＰ２内雰囲気と外気とが遮蔽される。装置間の搬送において、ウェーハ１はＦＯＵＰ２に収納されて搬送されるため、クリーンルームの清浄度を落とし、クリーンルームの稼動コストを抑えることができる。ウェーハ１の処理や検査を行なう装置本体５は、ファンフィルタユニット６を個々に備え、装置内のウェーハ搬送経路を清浄に維持する。ＦＯＵＰ２はオープナ７の置台８に設置される。オープナ７はドア９によりＦＯＵＰ蓋４を保持開閉し、装置内のウェーハ搬送経路からＦＯＵＰ蓋４を退避させる。装置本体５内の搬送機構１０によりＦＯＵＰ２からウェーハ１が搬出され、処理が行なわれる。

清浄な雰囲気に加え、酸素や湿度の管理を必要とする工程の処理を行なう装置は、ＦＯＵＰ２内に存在する湿度や酸素を、ＦＯＵＰ蓋４を開いた状態で窒素などにて置換することを可能としたオープナ７の除電システム及び除電制御から構成される。図３にウェーハ１の搬出方向に垂直方向にＦＯＵＰ蓋４を退避してウェーハ１の搬出経路を確保するオープナ７の構成を示す。

図８に動作シーケンスを示す。以下、動作シーケンスを図を用いて説明する。まず、ＦＯＵＰ２が置台８に設置される。置台８は位置決め用のピンや固定するための保持機構を備える。図４のようにＦＯＵＰ２は置台８により保持され蓋開閉位置へと移動される。ＦＯＵＰシェル３とベース１１の間にはパッキンａ１２が配置され、外部雰囲気と遮断される。ドア９にはＦＯＵＰ蓋４を保持するバキュウムチャック、蓋のロックを解除するラッチキー、位置決めを行なうピンなどの機構を備える。

図５のようにドア９はＦＯＵＰ蓋４のロックを解除し、バキュウムチャックを行い、アクチュエータａ１３により後退してＦＯＵＰ蓋４を開ける。ＦＯＵＰ２内雰囲気は置換チャンバ１４雰囲気に接続される。置換チャンバ１４とベース１１の間にはパッキンｂ１５が配置され、装置内雰囲気と隔離される。ドア９と置換チャンバ１４との可動部の隙間にはジャバラ１６が配置され、ドア９の移動時においても置換チャンバ１４内雰囲気が、装置内雰囲気に漏れることは無い。

イオナイザー３２が除電を開始する。排気ポート１７のバルブ１８を開きファン２４を回転させて、パージポート１９に備えた拡散フィルタ２０から窒素を流入する。また、この流入する気流を使用して、イオナイザー３２のエアを吹き付けることなく除電を行っても良い。窒素の代わりに乾燥空気や、アルゴンガスなどの不活性ガスを使用しても良い。排気ポート１７のバルブ１８は、置換チャンバ１４の後退および退避時に、装置内雰囲気と装置外部雰囲気を分離する役割を果たす。置換チャンバ１４内部雰囲気を置換する方法は、パージポート１９に、陽圧の窒素を使用して流入させて、排気ポート１７から排出しても良いし、排気ポート１７に負圧を用意して排気を行い、パージポートから吸入させても良い。またパージポート１９からの注入と排気ポート１７からの排気の両方を行なっても良い。

測定器２１により置換チャンバ１４内部の雰囲気の置換が完了したことを確認する。測定器２１は、酸素濃度計でも、湿度計でも良い。またあらかじめ置換に必要な時間を計測しておき、パージ開始からの時間にて、置換チャンバ１４内部の雰囲気の置換が完了したことを判断しても良い。置換終了後に排気ポート１７のファン２４を停止させる。イオナイザー３２の除電を停止させる。

図１５のように雰囲気の置換時間とイオナイザー３２の除電回数を管理して、予めイオナイザー３２のメンテナンス時期を予測し、制御コントローラ３３を介して上位装置へ連絡を行う。連絡は、制御コントローラ３３より通信でも良いし、Ｉ／Ｏもしくはその両方でも良い。

メンテナンス時期は、図１４に示すように、イオナイザーのメンテナンス時期をランプによりユーザに報告しても良い。そのとき、報告の仕方は、ユーザ側で任意に設定できる。メンテナンス時期が近いと点減、メンテナンス時期に点灯というように表示もできる。

図６のようにアクチュエータｂ２２によって置換チャンバ１４が後退して、装置内雰囲気と接続される。図７のようにアクチュエータｃ２３によってＦＯＵＰ蓋４をドア９が保持した状態でドア９と置換チャンバ１４が下降してウェーハ１の搬送経路から退避する。装置内の搬送機構１０がウェーハ１を搬出する。

図９にウェーハ１の搬出方向に水平方向にＦＯＵＰ蓋４を退避してウェーハ１の搬出経路を確保するオープナ７の構成を示す。図８に動作シーケンスを示す。ＦＯＵＰ２が置台８に設置される。置台８は位置決め用のピンや固定するための保持機構を備える。

図１０のようにＦＯＵＰ２は置台８により保持され蓋開閉位置へと移動される。ＦＯＵＰシェル３とベース１１の間にはパッキンａ１２が配置され、外部雰囲気と遮断される。ドア９にはＦＯＵＰ蓋４を保持するバキュウムチャック、蓋のロックを解除するラッチキー、位置決めを行なうピンなどの機構を備える。

図１１のようにドア９はＦＯＵＰ蓋４のロックを解除し、バキュウムチャックを行い、アクチュエータａ１３およびガイドａ２５により後退してＦＯＵＰ蓋４を開ける。置換チャンバ１４とベース１１の間にはパッキンｂ１５が配置され、装置内雰囲気と隔離される。ドア９開閉のためのガイドａ２５やアクチュエータａ１３の導入部にはパッキンｃ２８及びパッキンｄ２９が配置され置換チャンバ１４と装置内雰囲気を遮蔽する。パッキンｃ２８及びパッキンｄ２９の代わりにジャバラなどにて遮蔽しても良い。ＦＯＵＰ２内雰囲気は置換チャンバ１４雰囲気に接続される。イオナイザー３２が除電を開始する。排気ポート１７のバルブ１８を開きファン２４を回転させて、パージポート１９に備えた拡散フィルタ２０から窒素を流入する。また、この流入する気流を使用して、イオナイザー３２のエアを吹き付けることなく除電を行っても良い。窒素の代わりに乾燥空気や、アルゴンガスなどの不活性ガスを使用しても良い。

排気ポート１７のバルブ１８は、置換チャンバ１４の後退および退避時に、装置内雰囲気と装置外部雰囲気を分離する役割を果たす。置換チャンバ１４内部雰囲気を入れる方法は、パージポート１９に、陽圧の窒素を使用して流入させて、排気ポート１７から排出しても良いし、排気ポート１７に負圧を用意して排気を行い、パージポートから吸入させても良い。またパージポート１９からの注入と排気ポート１７からの排気の両方を行なっても良い。測定器２１により置換チャンバ１４内部の雰囲気の置換が完了したことを確認する。測定器２１は、酸素濃度計でも、湿度計でも良い。またあらかじめ置換に必要な時間を計測しておき、パージ開始からの時間にて、置換チャンバ１４内部の雰囲気の置換が完了したことを判断しても良い。イオナイザー３２の除電を停止させる。

図１５に、イオナイザー３２のメンテナンス報告判定シーケンスを示すフローを示す。雰囲気の置換時間とイオナイザー３２の除電回数を管理して、予めイオナイザー３２のメンテナンス時期を予測し、制御コントローラ３３を介して上位装置へ連絡を行う。連絡は、制御コントローラ３３より通信でも良いし、Ｉ／Ｏもしくはその両方でも良い。置換終了後に排気ポート１７のファン２４を停止させる。図１２のようにガイドｂ２６及びアクチュエータｂ２２によって置換チャンバが後退して、装置内雰囲気と接続される。図１３のようにアクチュエータｃ２３によってＦＯＵＰ蓋４をドア９が保持した状態でドア９と置換チャンバ１４がガイドｃ２７に保持され水平方向にスライドしてウェーハ１の搬送経路から退避する。

図１３はオープナの置換チャンバおよびドアが後退しウェーハ搬出経路から退避した状態の背面図で、ウェーハ１やパッキンｂ１５、排気ポート１７が確認できる。装置内の搬送機構１０がウェーハ１を搬出する。装置をコンパクトに実現するために、ドアベース３０と置換チャンバベース３１は一体となりガイドａ２５及びガイドｂ２６及びアクチュエータａ１３、アクチュエータｂ２２が配置されても良い。

１：ウェーハ
２：ＦＯＵＰ
３：ＦＯＵＰシェル
４：ＦＯＵＰ蓋
５：装置本体
６：ファンフィルタユニット
７：オープナ
８：置台
９：ドア
１０：搬送機構
１１：ベース
１２：パッキンａ
１３：アクチュエータａ
１４：置換チャンバ
１５：パッキンｂ
１６：ジャバラ
１７：排気ポート
１８：バルブ
１９：パージポート
２０：拡散フィルタ
２１：測定器
２２アクチュエータｂ
２３：アクチュエータｃ
２４：ファン
２５：ガイドａ
２６：ガイドｂ
２７：ガイドｃ
２８：パッキンｃ
２９：パッキンｄ
３０：ドアベース
３１：知管ちゃん場ベース
３２：イオナイザー
３３：制御コントローラ
３４：状態表示ランプ

Claims (5)

1. 試料の搬送に用いる蓋を備えた試料収納容器から試料を搬出する半導体ウェーハ処理装置であって、収納容器の蓋の開閉を行なうドアと、前記ドアが開閉する領域を覆う置換チャンバを備え、
   前記置換チャンバは、パージポートと、排気ポートと、除電装置を備え、
   前記試料収納容器の蓋を前記ドアが保持し、試料搬送経路から前記ドアを退避すると共に、前記除電装置により前記試料の除電を行うことを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。
2. 請求項１において、
   前記置換チャンバ上部に前記除電装置が設置されることを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。
3. 請求項１において、
   前記試料収納容器を大気以外の気体に置換中に前記除電装置による除電が完了することを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。
4. 請求項１において、
   置換動作時間と前記除電装置による除電回数から前記除電装置のメンテナンス時期を予測することを特徴とする半導体ウェーハ処理装置。
5. 請求項４において、
   前記除電装置のメンテナンス時期を前記試料収納容器の状態ランプにて表示することを特徴とした半導体ウェーハ処理装置。