JP3983254B2

JP3983254B2 - 製品収容容器用パージシステム及び該パージシステムに供せられる台

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Publication number: JP3983254B2
Application number: JP2005184788A
Authority: JP
Inventors: 勉岡部; 仁鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP2007005604A; EP1737030A1; TW200709329A; KR100799415B1; TWI297925B; DE602006019798D1; KR20060135536A; US20060288664A1; EP1737030B1

Description

本発明は、半導体、フラットパネルディスプレイ用のパネル、光ディスク等、高清浄な環境下にてそのプロセスが行われる物品の製造工程において、当該物品収容のために用いられる製品収容容器、および当該容器の開閉操作を行うためのいわゆるロードポートに関する。より詳細には、前述の物品、主として300mm径の半導体用ウエハの処理工程においてこれを被収容物として用いられるいわゆるFOUP(front-opening unified pod)において、その内部に封入された気体を置換するパージシステム、及び該パージシステムを構築する際に用いられる台に関するものである。

これまで、半導体デバイスの製造工程では、ウエハに対して各種処理を施すための工場全体をクリーンルーム化するで、求められるプロセス中の高清浄化に対応していた。しかし、ウエハの大径化に伴って、この様な対処では高清浄環境を得ることがコスト等において問題となり、ここ数年、各処理装置各々に対して高清浄度に保ったミニエンバイロンメント（微小環境）空間を確保する手段がとられている。

具体的には工場全体の清浄度を高めるのではなく、製造工程内における各処理装置内およびその間の移動中における保管用容器（以下、ポッドと呼ぶ）内のみを高清浄度に保つこととしている。このポッドを、上述のごとくFOUPと総称している。この様に、わずかな空間のみを高清浄化するいわゆるミニエンバイロンメント方式を採用することで、工場全体をクリーンルーム化した場合と同じ効果を得て設備投資や維持費を削減して効率的な生産工程を実現している。

以下、実際に用いられる、いわゆるミニエンバイロンメント方式に対応した半導体処理装置等について簡単に説明する。図５は半導体ウエハ処理装置５０の全体を示している。半導体ウエハ処理装置５０は、主にロードポート部５１、搬送室５２、および処理室５９から構成されている。それぞれの接合部分は、ロードポート側の仕切り５５ａおよびカバー５８ａと、処理室側の仕切り５５ｂおよびカバー５８ｂとにより区画されている。半導体ウエハ処理装置５０における搬送室５２では塵を排出して高清浄度を保つ為、その上部に設けられたファン（不図示）により搬送室５２の上方から下方に向かって空気流を発生させている。これで塵は常に下側に向かって排出されることになる。

ロードポート部５１上には、シリコンウエハ等（以下、単にウエハと呼ぶ）被収容製品の保管用容器たるポッド２が台５３上に据え付けられる。先にも述べたように、搬送室５２の内部はウエハ１を処理する為に高清浄度に保たれており、更にその内部にはロボットアーム５４が設けられている。このロボットアーム５４によって、ウエハはポッド２内部と処理室５９の内部との間を移送される。処理室５９には、通常ウエハ表面等に薄膜形成、薄膜加工等の処理を施すための各種機構が内包されているが、これら構成は本発明と直接の関係を有さないためにここでの説明は省略する。

ポッド２は、被処理物たるウエハ１を内部に収めるための空間を有し、いずれか一面に開口部を有する箱状の本体部２ａと、該開口部を密閉するための蓋４とを備えている。本体部２ａの内部にはウエハ１を一方向に重ねる為の複数の段を有する棚が配置されており、ここに載置されるウエハ１各々はその間隔を一定としてポッド２内部に収容される。なお、ここで示した例においては、ウエハ１を重ねる方向は、鉛直方向となっている。搬送室５２のロードポート部５１側には、開口部１０が設けられている。開口部１０は、ポッド２が開口部１０に近接するようにロードポート部５１上で配置された際に、ポッド２の開口部と対向する位置に配置されている。また、搬送室５２の内部における開口部１０付近には、不図示のオープナが配置されている。当該オープナがポッド２から蓋４を取り外した後に、ロボットアーム５４によるウエハ１の搬出あるいは搬入の操作が為されることとなる。

図６は、図５に示した台５３およびその上に載置されたポッド２に関し、これらの縦方向断面に観察される構成の概略を示している。ポッド２の下部には、凹部５、給気ポート７および排気ポート９が設けられている。また、台５３の表面には、凹部５に嵌合することによってポッド２の載置位置を規制する位置決めピン１２、ポッド２側の給気ポート７と当接する台５３側の台側給気ポート１４、およびポッド２側の排気ポート９と当接する台５３側の台側排気ポート１６が設けられている。台５３側の給排気ポート１４、１６の開口部には、これらポートがポッド２側のポートと当接した際にこの部分の気密性を高めるためのシール部材１８が配置されている。

ポッド側の給排気ポート７、９の開口部近傍にはフィルタ部材１１が配置されており、当該ポートを介して塵埃等がポッド２内部に侵入することを防止している。また、台５３側の給気ポート１４および排気ポート１６は、それぞれ不図示の逆止弁、フローメータ等を介して、外部装置たる不図示の置換気体供給源および置換気体排気源に接続されている。ここで、ポッド２としてのFOUPは、通常樹脂成型品から構成されている。従って、ポッド内部の圧力が外部圧力と僅かに異なった場合であっても変形が生じる。このため、上述した給排気ポートは通常開放状態とされており、これらポートをブリージングポート(呼吸ポート)として用いてFOUP内部と外部との間の圧力差を無くしてその変形を防止している。

以上述べた構成は、例えば、特許文献１或いは特許文献２に、その構成が概略開示されている。通常、この様な製品収容用のポッド２に対しては、塵埃等の付着を抑制したウエハ１が持ち込まれ、その内部雰囲気を清浄な窒素等の不活性気体により置換し、収容状態でのウエハ表面に対する自然酸化等の化学変化或いは有機汚染等の発生を抑制している。この様な内部雰囲気の置換操作は、ポッド２が台５３上に載置された状態において、上述したポッド２および台５３各々に設けられた給排気ポートから形成される気体流路を介して行われる。従って、当該気体流路は、充分な量の置換用気体あるいは内部雰囲気を流し得る大きさと、置換用気体あるいは内部雰囲気を汚染しないための充分な機密性を確保する必要がある。シール部材１８は、これら要求を満たす十分なシール特性の確保が求められる。

特表２００２−５１０１５０号公報米国特許第６１６４６６４号公報

ポッド２を台５３上に載置した場合、給気ポート７及び排気ポート９はシール部材１８によって、ポッド内部を介しての気体の循環路として完全な閉ループが形成される。該閉ループの形成により、ポッド内部から外部に対する気体の漏洩或いは外部からポッド内部への気体の侵入を防止している。しかし、このような構成において気体給気側と排気側との圧力バランスが崩れた場合、ポッド２の内部と外部との圧力差が発生し、ポッド２の変形を招く恐れがある。また、300mm径以上の大型の基板を収容するポッドの場合、ポッド本体２ａと蓋４とのシール状態が不安定化し、この部分から所謂リークが生じる恐れもある。

このような圧力変動の発生を防止する方法として、例えば特許文献２には、気体排気経路における気体の流量を制御し、供給気体のポッド内部への吸引をポッド内部に存在する気体の排気によって為す方法が開示されている。該方法によれば、気体の排気速度をある程度以下に抑えポッド内外での急激な圧力差の発生を防止することが可能である。しかしながら、該方法によれば、パージに要する時間がどうしても長時間化することとなり、生産性の点で更なる改善が必要となる。また、ポッド２の内容積が大きくなるにつれて、給排気ポートとポッド内部とのコンダクタンス差が大きくなり、給気側での気体の移動と排気側での気体の移動に時間遅れを生じさせ、圧力変動が発生する条件が増加することとなる。この場合、樹脂製のポッド２の変形可能性も大きくなり、微小な差圧の発生がポッド２の変形に大きく寄与することとなる。また、急激且つ大きな差圧の発生は、ポッド２内部に保持されたウエハ１の振動等を生じさせ、極端な場合にはウエハ自身の破損を招く恐れもある。

本発明は上記状況に鑑みて為されたものであり、ポッド２内部のパージ操作時において、ポッド内部と外部との間において差圧の発生を防止し得るパージシステム、及び該パージシステムを構築する際に用いられるロードポートにおける台の提供を目的としている。

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、製品を収容する容器を台上に載置し、容器の内部を所定の気体によってパージするパージシステムであって、容器における台との対向面に設けられて容器内部に所定の気体を給気する際に用いられる気体給気ポートと、容器における台との対向面に設けられて容器内部の気体を容器の外部に排気する際に用いられる気体排気ポートと、台における容器との対向面に設けられ気体給気ポートと協働して容器の内部に所定の気体を給気する気体給気系を構成する台側気体給気ポートと、台における容器との対向面に設けられ気体排気ポートと協働して容器の内部の気体を容器の内部から容器の外部に排気する気体排気系を構成する台側気体排気ポートとを有し、気体給気系の内部は気体給気系の外部に対して閉鎖されており、気体排気系の内部は連通経路を介して気体排気系の外部と連通することを特徴としている。

なお、上記パージシステムにおいて、気体給気系は気体給気ポートと台側気体給気ポートとの間にシール作用を有する部材を配することにより外部に対する閉鎖状態を形成し、気体排気系は気体排気ポートと台側気体排気ポートとの間にシール作用を有する部材を配置しないことにより気体排気ポートと台側気体排気ポートとの間に連通経路を構成することが好ましい。或いは、気体排気系の内部の圧力と気体排気系の外部の圧力とが所定の差圧を有する際に、連通経路を介して気体排気系の内部に容器外部から気体を導入する弁状部材を更に有することが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るパージシステムの構築に供せられる台は、製品を収容し、内部に所定の気体を給気する際に用いられる気体給気ポートと内部に存在する気体を外部に排気する際に用いられる気体排気ポートとを一面に有する容器における一面と対向するように容器が載置されて容器内部の所定の気体によるパージを行うパージ操作用台であって、台における容器との対向面に設けられて気体給気ポートと協働して容器の内部に所定の気体を給気する気体給気系を構成する台側気体給気ポートと、台における容器との対向面に設けられて気体排気ポートと協働して容器の内部の気体を容器の内部から容器の外部に排気する気体排気系を構成する台側気体排気ポートとを有し、容器が載置されて気体給気系が形成された際に気体給気系の内部は気体給気系の外部に対して閉鎖されており、且つ同時に形成される気体排気系の内部は連通経路を介して気体排気系の外部と連通することを特徴としている。

なお、上述したパージ操作用台において、気体給気系は気体給気ポートと台側気体給気ポートとの間にシール作用を有する部材を配することにより外部に対する閉鎖状態を形成し、気体排気系は気体排気ポートと台側気体排気ポートとの間にシール作用を有する部材を配置しないことにより気体排気ポートと台側気体排気ポートとの間に連通経路を構成することが好ましい。或いは、気体排気系の内部の圧力と気体排気系の外部の圧力とが所定の差圧を有する際に、連通経路を介して気体排気系の内部に容器外部から気体を導入する弁状部材を更に有することが好ましい。

本発明によれば、パージシステムにおける排気ポートによって、ポッドにおける排気ポートから排気されるポッド内部の気体と排気ポート周囲に存在する雰囲気とを同時に吸引排気することとしている。これにより、気体の給気側圧力と排気側圧力との圧力差の発生を抑えることが可能となり、ポッド内部と外部との圧力差を抑え、ポッドの変形等を防止することが可能となる。即ち、本発明においては、ポッド内部と外部との圧力差が生じかけた場合、排気側ポートに対して該ポート周辺の雰囲気がバッファとして供給される。これにより、排気によるポッド内部の大きな変動は抑制される。また、圧力変動が収まった後に大きな速度でポッド内部をパージすることも可能であり、パージに要する時間を短縮するという効果も得られる。

更に、排気ポート周辺の雰囲気の供給に際して、供給経路たる連通経路に対して、所定の差圧が生じた際にのみ雰囲気導入を可能とする所謂逆止作用を有する弁状部材を配するとより好ましい。当該部材を配することより、通常状態において水分等の含有量が管理されていない雰囲気がポッド内部に侵入する可能性を低減することとなり、ポッド内部の環境をより好適に維持することが可能となる。

以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパージシステムを模式的に示す図である。より具体的には、ポッド２及び図６における台５３上に設けられた台側給気ポート１４及び台側排気ポート１６の垂直方向断面に見られる構成を模式的に示している。なお、本図において、従来技術として図５に示した各構成と同様の構成については、同一の参照符号を用いて説明することとする。

図１において、ポッド２の給気ポート７と接続される台側給気ポート１４との間には、台５３側に固定されたシール部材１８が介在している。従って、気体の給気系については、ポッド２の外部空間に対して完全なシールが為されている。これに対し、排気ポート９と台側排気ポート１６との間にはシール部材１８を存在させず、気体の排気系がポッド２の外部空間と連通することを可能としている。このため、仮に給気系よりポッド２内部に給気される気体の流量に対して排気系によりポッド２外部に排気される気体の流量が大きな場合であっても、この連通空間２１を介して排気ポート９の開口周辺の雰囲気の補充が為される。その結果、給排気における流量のアンバランスは、或いは時間遅れはこの雰囲気の補充操作によって緩和され、給気ポート及び排気ポートの間での圧力差の発生を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態においては、ポッド２内部の気体のパージ操作は、台側排気ポートの下流に設けられた負圧を発生させる不図示の低圧源によって行われることとしている。また、給気系と、シール部材１８を介在させた場合の排気系と、のコンダクタンスをほぼ同一としている。しかし、台側給気ポートの上流に正圧を発生させる高圧源を配置することとし、該高圧源から供給される気体によってポッド２内部の気体を押し出すようにして該パージ操作を行うこととしても良い。この場合、例えば排気系のコンダクタンスを給気系のコンダクタンスより大きくし（具体的には排気ポートの内径を大きくする等の改変が考えられる。）ポッド内部の気体を押し出す際の排気抵抗を下げることが好ましい。しかしながら、パージに要する時間を短縮化する上では、これら高圧源及び低圧源の両者を併用することが好ましい。

次に上述した実施形態の変形例について、図１と同様の様式により得られた図２を用いて説明する。なお、図１に示す構成と同様の構成については同一の参照符号を用いてその説明を省略することとする。本実施形態においては、排気ポート９と台側排気ポート１６との間にシール部材１８が存在している。しかし、台側排気ポート１６に対して外部空間と連通する連通経路２３が形成されている。排気ポート周辺の雰囲気は、該連通経路２３を介して排気系に吸引排気される。即ち、本発明は従来の構成に対して、排気系に対して外部雰囲気を供給可能な連通経路を設けることによっても実施することが可能である。

なお、排気ポート周辺に存在する雰囲気は、ポッド２内部に積極的に供給される例えば乾燥窒素等の不活性気体と異なり、水分含有量の制御は為されておらず、また有機物系の汚染物質についての管理も為されていない。従って、このような雰囲気がポッド２内部に侵入することは避けることが好ましい。従って、例えば図３に示すように、排気ポート９と台側排気ポート１６との間であって排気系外部と連通する連通空間２１に、気体の流れに対して所謂逆流防止作用を有する弁状部材２５を配置することとしても良い。

当該弁状部材２５は、外部空間に対して排気系内部が所定圧だけ圧力差が生じた際には変形し、外部空間を排気系内部と連通させる作用を有する。当該部材を連通空間２１或いは連通経路２３に配置することにより、外部空間からポッド２内部に雰囲気が侵入する可能性を低減し、且つ本発明の効果を得ることが可能となる。本実施形態においては、ある程度の圧力付加によって屈曲する膜状の部材を台５３上の台側排気ポートの周囲に配することにより、これを弁状部材２５として用いることとしている。しかし、本部材の形状は該形状に限定されず、例えば図２に示す実施形態の連通経路２３に対して通常の所謂逆止弁を配置し、これを弁状部材として用いても良い。また、連通経路２３は、図１に示す連通空間２１或いは図２に示す経路に限定されず、台側排気ポートから延在する排気経路に対して、外部雰囲気を導入可能な形状から構成されれば良い。具体的には、排気経路を外部空間と連通させるものであれば良い。

次に、本発明の一実施例について述べる。図４は、図６と同じ様式にて本発明の一実施例に係るパージシステムを示したものであり、図６或いは図１等に示した構成と同様の構成については同一の参照符号を用いて説明することとする。

ポッド２は、その底面において、凹部５、給気ポート７および排気ポート９を有している。また、ポッド２が載置される台５３の表面には、凹部５に嵌合することによってポッド２の載置位置を規制する位置決めピン１２、ポッド２側の給気ポート７と協働して給気系を構成する台側給気ポート１４、およびポッド２側の排気ポート９と協働して排気形を構成する台側排気ポート１６が設けられている。また、給気ポート７及び台側給気ポート１４各々が向かい合う間には円環状のシール部材１８が配置され、給気系のポッド２外部に対する気密性を高めている。排気ポート９と台側排気ポート１６との間にはシール部材１８が配置されておらず、凹部５、位置決めピン１２、給気系等によってポッド２と台５３との位置関係が定められた際に、これらポート間にシール部材１８と略対応する間隔を有した連通空間２１が形成される。

ポッド側の給排気ポート７、９の開口部近傍にはフィルタ部材１１が配置されており、当該ポートを介して塵埃等がポッド２内部に侵入することを防止している。また、気体の流れにおける台側給気ポート１４の上流側、及び台側排気ポート１６の下流側には、それぞれ不図示の逆止弁、フローメータ等を介して、外部装置たる不図示の置換気体供給源および置換気体排気源に接続されている。また、本実施例においては、台側給気ポート１４の上流側に流量調整器２７が配置され、ポッド２内部に供給する気体の流量がここで制御される。

以下、図面を参照して本発明を適用したFOUPシステムにおけるパージ操作等について説明する。まず、内部に半導体ウエハ１を収容し、蓋４によってその内部が密閉空間とされたポッド２が台５３上方まで運ばれる。ポッド２は、台５３上に突出する位置決めピン１２がポッド２の下部に設けられた凹部５に略嵌合した状態で、台５３上に載置される。この状態において、ポッド側の給気ポート７はシール部材１８を介して台５３に設けられた台側給気ポート１４と当接する。また、排気ポート９と台側排気ポート１６とは向かい合い、その間に連通空間２１を形成する。

ここで、給気系及び排気系を、各々置換気体供給源および置換気体排気源と接続する。その際、パージ用気体の給気流量を予め流量調整器２７によって設定しておく。この状態にてパージ用気体のポッド２内部への給気と、ポッド２内部の気体の排気とが為される。ここで、置換気体排気源の大きさを大きく設定しておくことにより、気体の給気に対して十分な大きさの気体排気が為され、気体の給気によるポッド２の内部圧力の上昇は抑制される。また、過剰に排気される気体に関しては、連通空間２１を介して雰囲気が補給され、ポッド２の内部圧力の低下も防止される。この状態を維持することにより、ポッド２内部のパージ操作が行われる。パージ操作においては、台側給気ポート１４、シール部材２０、ポッド２側の吸気ポート７、フィルタ１１、ポッド２内部、フィルタ１１、ポッド２側の排気ポート９、台側排気ポート１６の順に置換気体を循環させることによって、ポッド２内部雰囲気の置換が行われる。

なお、本実施の形態においては、給気ポートおよび排気ポートが各々一系統のみ形成された台５３、およびこれと対応するポッド２が示されている。しかしながら本発明が適用可能となる構成はこれらに限られず、求められる気体置換速度、ポッド２の内容量等を考慮して、適宜その数を増減させることが好ましい。

なお、上述の第一及び第二の実施の形態においては、本システムの適用例として、FOUP対象として述べているが、本発明の実施の形態は当該システムに限定されない。具体的には、内部に複数の被保持物(製品)を収容する容器と、当該容器より被保持物を搬送して被保持物を処理する装置に搬送する搬送室とを有する系であって、当該容器内部の雰囲気をパージすることを要する系であれば、本発明に係るシステムを適用することは可能である。

本発明に係るパージシステムの一実施形態を適用したFOUP及びロードポートにおける主要部の概略構成を示す図である。図１に示す実施形態の変形例を示す図である。図１に示す実施形態の変形例を示す図である。本発明の一実施例に係るパージシステムについて、FOUP及びロードポートの主要部構成を示す図である。本発明及び従来技術が適用される一般的な半導体ウエハ処理装置の概略構成を示す全体側面図である。従来技術におけるFOUP及びロードポートによって構成されるパージシステムにおける主要部を模式的に示す図である。

符号の説明

１：ウエハ、２：ポッド、４：蓋、５：位置決め凹部、７：給気ポート、９：排気ポート、１０：搬送室開口部、１１：フィルタ、１２：位置決めピン、１４：台側給気ポート、１６：台側排気ポート、１８：シール部材、２１：連通空間、２３：連通経路、２５：弁状部材、２７：流量調整器、５０：半導体処理装置、５１：ロードポート、５２：搬送室、５３：台、５５：仕切り、５８：カバー、５９：処理室

Claims

製品を収容する容器を台上に載置し、前記容器の内部を所定の気体によってパージするパージシステムであって、
前記容器における前記台との対向面に設けられて、前記容器内部に前記所定の気体を給気する際に用いられる気体給気ポートと、
前記容器における前記台との対向面に設けられて、前記容器内部の気体を前記容器の外部に排気する際に用いられる気体排気ポートと、
前記台における前記容器との対向面に設けられ、前記気体給気ポートと協働して前記容器の内部に前記所定の気体を給気する気体給気系を構成する台側気体給気ポートと、
前記台における前記容器との対向面に設けられ、前記気体排気ポートと協働して前記容器の内部の気体を前記容器の内部から前記容器の外部に排気する気体排気系を構成する台側気体排気ポートとを有し、
前記気体給気系の内部は前記気体給気系の外部に対して閉鎖されており、
前記気体排気系の内部は、連通経路を介して前記気体排気系の外部と連通することを特徴とするパージシステム。
前記気体給気系は前記気体給気ポートと前記台側気体給気ポートとの間にシール作用を有する部材を配することにより前記外部に対する閉鎖状態を形成し、前記気体排気系は前記気体排気ポートと前記台側気体排気ポートとの間にシール作用を有する部材を配置しないことにより前記気体排気ポートと前記台側気体排気ポートとの間に前記連通経路を構成することを特徴とする請求項１に記載のパージシステム。
前記気体排気系の内部の圧力と前記気体排気系の外部の圧力とが所定の差圧を有する際に、前記連通経路を介して前記気体排気系の内部に前記容器外部から気体を導入する弁状部材を更に有することを特徴とする請求項１に記載のパージシステム。
製品を収容し、内部に所定の気体を給気する際に用いられる気体給気ポートと前記内部に存在する気体を外部に排気する際に用いられる気体排気ポートとを一面に有する容器における前記一面と対向するように前記容器が載置されて前記容器内部の前記所定の気体によるパージを行うパージ操作用台であって、
前記台における前記容器との対向面に設けられ、前記気体給気ポートと協働して前記容器の内部に前記所定の気体を給気する気体給気系を構成する台側気体給気ポートと、
前記台における前記容器との対向面に設けられ、前記気体排気ポートと協働して前記容器の内部の気体を前記容器の内部から前記容器の外部に排気する気体排気系を構成する台側気体排気ポートとを有し、
前記容器が載置されて前記気体給気系が形成された際に、前記気体給気系の内部は前記気体給気系の外部に対して閉鎖されており、
且つ同時に形成される前記気体排気系の内部は、連通経路を介して前記気体排気系の外部と連通することを特徴とするパージ操作用台。
前記気体給気系は前記気体給気ポートと前記台側気体給気ポートとの間にシール作用を有する部材を配することにより前記外部に対する閉鎖状態を形成し、前記気体排気系は前記気体排気ポートと前記台側気体排気ポートとの間にシール作用を有する部材を配置しないことにより前記気体排気ポートと前記台側気体排気ポートとの間に前記連通経路を構成することを特徴とする請求項４に記載のパージ操作用台。
前記気体排気系の内部の圧力と前記気体排気系の外部の圧力とが所定の差圧を有する際に、前記連通経路を介して前記気体排気系の内部に前記容器外部から気体を導入する弁状部材を更に有することを特徴とする請求項４に記載のパージ操作用台。