JP4023210B2

JP4023210B2 - 処理システム

Info

Publication number: JP4023210B2
Application number: JP2002137644A
Authority: JP
Inventors: 健弘新藤; 義明佐々木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP2003329279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等を処理する処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエハ等に所定の処理、例えば成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理、アニール処理、スパッタ処理等を施して、集積回路等を製造する装置として処理システムが知られている。この種の処理システムにおいて、例えばウエハに対して真空雰囲気下にて処理を行う場合には、カセット等に収容した半導体ウエハを、搬送室内に一旦取り込み、このウエハを位置合わせ等した後、ロードロック室内へ導入してこの中を真空雰囲気とし、そして、このロードロック室や真空雰囲気下の搬送室を更に経由して、このウエハを真空雰囲気にて処理を行う処理装置内へ搬入し、このウエハに対して実際に処理を施すことになる。
【０００３】
このような処理システムにおいて、ウエハに対してはこの歩留りの低下を招くパーティクルが付着することをできるだけ、且つ確実に阻止しなければならない。そこで、例えば大気中にてウエハを搬送する作業室、すなわちこれを搬送室と称し、この搬送室内には、クリーン度が高い清浄空気のダウンフローが形成されており、搬送途中のウエハ表面にパーティクル等が極力付着しないようにしている（例えば特開平１１−６３６０４号公報や特開平１１−１３０２１０号公報等）。
図８は上述したような従来の搬送室の一例を示す概略断面図であり、この搬送室２はその周囲が箱状の筐体４で区画形成されている。この搬送室２内には、水平移動及び屈伸旋回移動可能になされた図示しない搬送アームが設けられる。この筐体４の天井板４Ａには円形のファン取付孔６が形成され、このファン取付孔６に臨ませて筐体４内側に回転ファン機構８を設けて、天井の上方から供給される清浄空気を取り込むようになっている。また、この回転ファン機構８の真下には、例えばＵＬＰＡ（ＵｌｔｒａＬｏｗＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒ）フィルタ等よりなるフィルタ手段１０が設けられており、空気中のパーティクルを除去するようになっている。そして、筐体４の底部４Ｂには、排気口１２が設けられており、この排気口１２より筐体４内のダウンフローを排出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような搬送室２にあっては、天井板４Ａのファン取付孔６から清浄空気１４を取り込む際に、ファン取付孔６の周縁部の真上にて渦巻状に乱流１６が発生してしまい、これがために、搬送室２内への吸気量が落ちてダウンフローの流速が低下したり、搬送室２の内外の差圧が設定値よりも低下してしまう等の吸入特性の低下をもたらす、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、気体を取り込む際に乱流の発生を抑制して、吸気量が低下したり、外気との差圧が低下することを防止することが可能な気体導入構造及び搬送室を有する処理システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、被処理体を収容するカセット容器が載置される導入ポートと、前記カセット容器内の前記被処理体を搬出入する搬送機構を内部に有する搬送室と、前記被処理体に対して所定の処理を行なう処理装置と、を有する処理システムにおいて、前記搬送室は、内部に、筐体により区画された搬送室内の換気を行なうための気体導入構造を有し、前記気体導入構造は、ファン取付孔に臨ませて前記筐体内側に設けられた回転ファン機構と、前記回転ファン機構の下方にて水平方向へ広がって設けられたフィルタ手段と、前記ファン取付孔を囲むようになされると共に、前記ファン取付孔を区画する開口端部より上方へ起立させて設けられた円筒状の整流筒体と、を備え、前記整流筒体の高さは５〜１００ｍｍの範囲内であることを特徴とする処理システムである。
このように、ファン取付孔に、上方へ起立させて整流筒体を設けるようにし、しかも整流筒体の高さを５〜１００ｍｍの範囲内に設定するようにしたので、気体が流れ込む際に、上記整流筒体の作用で気体の流れが整流されて気体取入口近傍に渦巻が発生することを抑制することが可能となる。従って、気体の吸気量が低下したり、外気との差圧が低下する等の吸入特性の低下が発生することを防止できる。
【０００６】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記整流筒体の高さは１０〜２０ｍｍの範囲内である。
また、例えば請求項３に規定するように、前記フィルタ手段は、前記筐体の水平方向に全域に亘って設けられる。
また、例えば請求項４に規定するように、前記筐体の水平方向の断面積は、前記ファン取付孔の面積よりも大きくなされている。
また、例えば請求項５に規定するように、前記搬送室の底部には、前記搬送室内へ導入された気体を排気するための排気口が設けられる。
【０００７】
本発明に関連技術は、上記気体導入構造を有する搬送室の発明であり、すなわち、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の処理を行うための処理システムに設けられる搬送室において、前記搬送室は前記被処理体を搬送するための搬送室であって、この搬送室の天井部には前記気体導入構造が設けられることを特徴とする搬送室である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る作業室（搬送室）を有する処理システムの一例を示す概略構成図、図２は作業室を示す概略斜視図、図３は作業室を示す概略断面図である。
【０００９】
まず、本発明に係る作業室、すなわちここでは搬送室を有する処理システムについて説明する。
図１に示すように、この処理システム２０は、複数、例えば４つの処理装置２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと、略六角形状の共通搬送室２４と、ロードロック機能を有する第１及び第２のロードロック室２６Ａ、２６Ｂと、本発明に係る作業室である細長い導入側の搬送室２８とを主に有している。
具体的には、略六角形状の上記共通搬送室２４の４辺に上記各処理装置２２Ａ〜２２Ｄが接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２のロードロック室２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２のロードロック室２６Ａ、２６Ｂに、上記導入側の搬送室２８が共通に接続される。
【００１０】
上記共通搬送室２４と上記４つの各処理装置２２Ａ〜２２Ｄとの間及び上記共通の搬送室２８と上記第１及び第２のロードロック室２６Ａ、２６Ｂとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧ１〜Ｇ４及びＧ５、Ｇ６が介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室２４内と連通可能になされている。また、上記第１及び第２の各ロードロック室２６Ａ、２６Ｂと上記導入側の搬送室２８との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧ７、Ｇ８が介在されている。
【００１１】
上記４つの処理装置２２Ａ〜２２Ｄ内には、それぞれウエハを載置するサセプタ３０Ａ〜３０Ｄが設けられており、被処理体である半導体ウエハＷに対して同種の、或いは異種の処理を施すようになっている。そして、この共通搬送室２４内においては、上記２つの各ロードロック室２６Ａ、２６Ｂ及び４つの各処理装置２２Ａ〜２２Ｄにアクセスできる位置に、屈伸、昇降及び旋回可能になされた多関節アームよりなる第１の搬送機構３２が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つの保持ピック３４Ａ、３４Ｂを有しており、一度に２枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。
【００１２】
上記導入側の搬送室２８は、横長の箱状になされた例えばステンレスやアルミ製の筐体３６により区画形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハＷを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの被処理体搬入口３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃが設けられる。そして、この各被処理体搬入口３８Ａ〜３８Ｃに対応させて、導入ポート４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃがそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器４２を載置できるようになっている。各カセット容器４２には、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを多段に載置して収容できるようになっている。尚、上記各被処理体搬入口３８Ａ〜３８Ｃに開閉ドアを設けてこれを開閉できるようにしてもよい。
【００１３】
上記導入側の搬送室２８内には、ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための導入側搬送機構４４が設けられる。この導入側搬送機構４４は、導入側の搬送室２８内の中心部を長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール４６上にスライド移動可能に支持されている。また、上記導入側搬送機構４４は、上下２段に配置された多関節形状になされた２つの搬送アーム４６Ａ、４６Ｂを有しており、この各搬送アーム４６Ａ、４６ＢによりそれぞれウエハＷを直接的に保持するようになっている。従って、各搬送アーム４６Ａ、４６Ｂは、この中心より半径方向へ屈伸自在になされており、また、各搬送アーム４６Ａ、４６Ｂの屈伸動作は個別に制御可能になされている。また、導入側の搬送室２８の他端には、ウエハの位置合わせを行なう位置合わせ機構としてのオリエンタ４８が設けられる。
【００１４】
次に、上記導入側の搬送室２８及びこれに設けられる気体導入構造５０（図２及び図３も参照）について説明する。尚、図２及び図３においては、オリエンタ４８や導入側搬送機構４４の記載は省略している。
図示するように、上記気体導入構造５０は、上記筐体３６の天井部に、ここでは略等間隔で３台設けている。具体的には、上記筐体３６の天井板３６Ａに、所定の直径Ｄ１のファン取付孔５２を形成し、このファン取付孔５２に臨ませて、筐体３６の内側に回転ファン機構５４を取り付け固定している。この回転ファン機構５４は、外殻を形成するファンケース５６より中心に向けて延びる複数本の支持ロッド５８で回転モータ６０を支え、この回転モータ６０に取り付けたファン６２を回転するようになっている。
【００１５】
そして、このファン取付孔５２の面積、すなわち回転ファン機構５４の通気部の断面積よりも、上記筐体３６の水平方向の断面積は大きくなされており、ここで吸入した気体を下方横方向へも流すようになっている。そして、この回転ファン機構５４の直下には、これに接近させて筐体３６の水平方向に全域に亘って広がるようにフィルタ手段６４が設けられている。このフィルタ手段６４は、例えばＵＬＰＡフィルタやＨＥＰＡフィルタ等よりなる。
また、上記筐体３６の底部３６Ｂには、多数の排気口６６が形成されており、この筐体３６（搬送室２８）内へ導入された気体を下方へ排気するようになっている。
【００１６】
そして、上記回転ファン機構５４が設けられるファン取付孔５２では、これを囲むようになされると共に、このファン取付孔５２を区画する開口端部６８より上方へ起立させて本発明の特徴とする円筒状の整流筒体７０が設けられており、この整流筒体７０の上端開口部が吸入口７０Ａとなっている。この円筒状の整流筒体７０は、例えばステンレスやアルミ等よりなり、その厚さは数ｍｍ、例えば２ｍｍ程度になされている。そして、この整流筒体７０の高さＨ１は、５〜１００ｍｍの範囲内、好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲内に設定されており、清浄空気等の気体を吸入する際に、上記吸入口７０Ａの外側近傍に気体の乱流を生ぜしめないで、円滑に気体を吸入できるようになっている。
【００１７】
また、上記フィルタ手段６４の直下には、圧力検出器７２が設けられており、ここで検出した圧力値は例えばマイクロコンピュータ等よりなる回転制御部７４へ供給され、外気圧との差圧が所定の範囲内を維持するように上記回転ファン機構５４の回転数を制御できるようになっている。また、この回転制御部７４には警報器７６が設けられており、上記回転ファン機構５４の回転数や差圧がそれぞれ所定の許容範囲内を逸脱した時に、この警報器７６を動作させてオペレータにその旨を知らせるようになっている。
【００１８】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について図４及び図５も参照して説明する。
図４は気体導入構造の吸入気体の流れを説明するための説明図、図５は水平面上における気体の流速分布を示す図である。
まず、導入ポート４０Ａ〜４０Ｃ上には未処理の半導体ウエハＷを収容したカセット容器４２が載置されており、このウエハＷは、搬送室２８内の導入側搬送機構４４を用いて略大気圧状態の搬送室２８内へ取り込まれる。この取り込まれたウエハＷは、オリエンタ４８にてその位置合わせがなされた後、第１或いは第２のロードロック室２６Ａ、或いは２６Ｂへ搬入される。次に、このロードロック室２６Ａ、或いは２６Ｂ内が真空引きされた後に、このウエハＷは、予め真空引きされた共通搬送室２４内の第１の搬送機構３２を用いてこの中に取り込まれる。
【００１９】
そして、このウエハＷには、所定の処理の順序に従って、処理装置２２Ａ〜２２Ｄ内にて必要な処理が順次施されることになる。処理済みのウエハＷは、例えば上記した経路とは逆に経路を経て、カセット容器４２内に戻されることになる。
さて、このようなウエハＷの一連の処理工程において、搬送室２８内においては、この天井部に設けた各回転ファン機構５４が常時回転駆動されており、搬送室２８内に清浄気体のダウンフロー８０が形成されている。すなわち、図３に示すように、回転ファン機構５４の回転駆動により、この処理システムを設置したクリーンルームの天井部より供給される清浄空気（清浄気体）が整流筒体７０の吸入口７０Ａから搬送室２８内へ流入し、この清浄気体はフィルタ手段６４を通過した後にダウンフロー８０となってこの搬送室２８内を流下して最終的に底部３６Ｂに設けた排気口６６から下方へ排出される。尚、必要に応じてこの排出された清浄気体を循環させて再利用してもよく、特に、清浄気体として窒素ガス等の不活性ガスを用いる場合には、循環使用により運転コストを抑制できる。
【００２０】
ここで、図４（Ａ）は従来の気体導入構造における気体の流れを示し、図４（Ｂ）は本発明の気体導入構造における気体の流れを示す。従来の気体導入構造にあっては、上記整流筒体７０を設けていなかったことから、図８及び図４（Ａ）に示すように、清浄空気が搬送室２内へ吸入されて導入される際、天井板４Ａの上面の直上に位置する空気１４Ａが取付孔６の端部にて渦巻状の乱流１６を生ぜしめてしまい、このために清浄空気１４の導入、或いは吸い込みがある程度阻害されてしまっていた。
これに対して、図４（Ｂ）に示す本発明の場合には、円筒状の整流筒体７０を上方へ突出させて設けるようにしたので、清浄空気１４は、何ら乱流を生ずることなく吸入口７０Ａから円滑に搬送室２８内へ導入、或いは吸い込まれることになる。
【００２１】
すなわち、天井板３６Ａの直上の空気１４Ａは、上記整流筒体７０によってその流れが阻止され、これに対して、この空気１４Ａの更に上層の空気１４Ｂが清浄空気１４の流れに随伴して吸入されることになる。このために、従来の気体導入構造の場合に発生した乱流１６の発生を抑制することが可能となる。
この理由は次のように推測される。図５は水平面からの高さと、気体の流速との関係を示しており、水平面の上方においてある程度の流速で気体が流れていても、水平面からの高さが低くなるに連れてその風速は次第に低下し、水平面の直上では略ゼロになる。これは、どのうような気体もある程度の粘性を有していることから、これがために静止面である水平面の直上の気体は静止面によってその動きが抑制されて流速がゼロになるからである。このよう状況下において、図４（Ａ）に示す従来機構の場合には、天井板４Ａの直上の空気１４Ａは流速が略ゼロであることから、流速が略ゼロの空気１４Ａを清浄空気１４の流れに巻き込もうとする際に、両気体の速度差が大きいことから、大きな抵抗が発生してそこに乱流１６が発生してしまう。
【００２２】
これに対して、図４（Ｂ）に示すような本発明構造の場合には、天井板３６Ａの直上の流速が略ゼロの空気１４Ａは突状になった整流筒体７０によってその移動が阻止され、この空気１４Ａの更に上層の空気１４Ｂが清浄空気１４に随伴して導入されることになり、この際、上記空気１４Ｂは、静止面である天井板３６Ａからある程度離れているので、これが流れる際に抵抗が少なく（図５参照）、その結果、図４（Ａ）にて見られたような乱流１６が発生することを抑制することができる。
このように、本発明においては、清浄空気１４を取り込む際に乱流の発生を抑制できるので、清浄空気を円滑に吸い込むことができ、従って、吸気量が低下することや、搬送室内と外気との差圧が低下すること等を防止することが可能となる。
【００２３】
また、フィルタ手段６４の下方に設けた圧力検出器７２でこの搬送室２８内の圧力を検出し、この圧力と外気との差圧が例えば１．３Ｐａ程度に一定となるように回転数制御部７４により回転ファン機構５４の回転数を制御するようにしてもよいが、本発明のように整流筒体７０を設けることによって気体の吸入特性が改善され、上記回転数の制御も行い易くなるばかりか、エネルギー効率も高めることができる。
【００２４】
次に、上記整流筒体７０の高さＨ１と搬送室内の流速及び差圧との関係を検討したので、その評価結果について説明する。
図６は回転ファン機構の回転数と搬送室内の流速との関係を示すグラフ、図７は回転ファン機構の回転数と差圧（搬送室内と外気）との関係を示すグラフである。
図６に示すように、ここでは整流筒体７０の高さＨ１を０ｍｍ（無し）及び５〜１５ｍｍに種々変化させている。このグラフから明らかように、整流筒体７０を設けない場合（無し）には、回転ファン機構５４の回転数が例えば２２００〜２４００ｒｐｍ程度において目標とする所定の流速が得られるが、整流筒体７０を設けた場合には、同じ流速を得るのに回転ファン機構５４の回転数を２０００〜２２００ｒｐｍ程度に設定すればよく、整流筒体７０を設けない場合よりも、回転数を２００ｒｐｍ程度も低く設定することができ、その分、エネルギー効率を高めることができることが判明する。すなわち、従来構造に対して本発明の構造の場合は、グラフ全体が左方向（低回転数側）へシフトしている。特に、高さＨ１が僅かに５ｍｍ程度の整流筒体７０を設けるだけでも、上記した作用効果を発揮できる。
【００２５】
また図７に示すように、ここでは整流筒体７０の高さＨ１を０ｍｍ（無し）及び５〜１００ｍｍに種々変化させている。このグラフの場合にも、従来構造（無し）に対して本発明の構造の場合、グラフ全体が左方向（低回転数側）へシフトしている。また、従来構造（無し）の場合は、グラフ全体の曲がり具合が大きくて直線性が低く、特に回転数が２２００〜２４００ｒｐｍの間は、差圧の変化が大きくてファンの回転制御にとって回転制御が行い難くて吸入特性が劣っている。
これに対して、本発明構造の場合には、整流筒体７０の高さＨ１が５〜１００ｍｍの全体に亘ってグラフ自体の曲がり具合が小さくて直線性が高く、ファンの回転制御が行い易くて吸入特性が良好であることが判明する。特に、高さＨ１が１０〜２０ｍｍの範囲はグラフの直線性が非常に高く、特に良好な吸入特性を示していることが判明する。
【００２６】
尚、高さＨ１を５ｍｍよりも小さくした場合、或いは１００ｍｍよりも大きくした場合には、上記した作用効果は非常に少なくなって好ましくなく、上記した値がそれぞれ下限値、或いは上限値となる。
また、上述したファン取付孔の直径、差圧、流速、或いは回転数は、それぞれ単に一例を示したに過ぎず、回転モータの種類や特性、搬送室のサイズ等によって異なるのは勿論である。
また、ここで説明した処理システム２０の形態も単に一例を示したに過ぎず、大気圧の搬送室を有する処理システムならば、本発明は、どのような構造のものにも適用することができる。
【００２７】
また、本実施例では、気体導入構造を設ける作業室として半導体ウエハを搬送する搬送室を例にとって説明したが、これに限定されず、ダウンフローが形成される作業室ならばどのようなものでもよく、例えば半導体ウエハを検査する検査室等にも本発明を適用することができる。
また、本実施例では被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等の場合にも本発明を適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
ファン取付孔に、上方へ起立させて整流筒体を設け、しかもこの整流筒体の高さを５〜１００ｍｍの範囲内に設定するようにしたので、気体が流れ込む際に、上記整流筒体の作用で気体の流れが整流されて気体取入口近傍に渦巻が発生することを抑制することができる。従って、気体の吸気量が低下したり、外気との差圧が低下する等の吸入特性の低下が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業室（搬送室）を有する処理システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】作業室を示す概略斜視図である。
【図３】作業室を示す概略断面図である。
【図４】従来の気体導入構造と本発明の気体導入構造における気体の流れを示す図である。
【図５】水平面からの高さと、気体の流速との関係を示す図である。
【図６】回転ファン機構の回転数と搬送室内の流速との関係を示すグラフである。
【図７】回転ファン機構の回転数と差圧（搬送室内と外気）との関係を示すグラフである。
【図８】従来の搬送室の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２０処理システム
２２Ａ〜２２Ｄ処理装置
２４共通搬送室
２８搬送室（作業室）
３６筐体
３６Ａ天井板
３６Ｂ底部
５０気体導入構造
５２ファン取付孔
５４回転ファン機構
６０回転モータ
６２ファン
６４フィルタ手段
６６排気口
７０整流筒体
７０Ａ吸入口
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

被処理体を収容するカセット容器が載置される導入ポートと、前記カセット容器内の前記被処理体を搬出入する搬送機構を内部に有する搬送室と、前記被処理体に対して所定の処理を行なう処理装置と、を有する処理システムにおいて、
前記搬送室は、内部に、筐体により区画された搬送室内の換気を行なうための気体導入構造を有し、
前記気体導入構造は、
ファン取付孔に臨ませて前記筐体内側に設けられた回転ファン機構と、
前記回転ファン機構の下方にて水平方向へ広がって設けられたフィルタ手段と、
前記ファン取付孔を囲むようになされると共に、前記ファン取付孔を区画する開口端部より上方へ起立させて設けられた円筒状の整流筒体と、
を備え、
前記整流筒体の高さは５〜１００ｍｍの範囲内であることを特徴とする処理システム。
前記整流筒体の高さは１０〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の処理システム。
前記フィルタ手段は、前記筐体の水平方向に全域に亘って設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の処理システム。
前記筐体の水平方向の断面積は、前記ファン取付孔の面積よりも大きくなされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の処理システム。
前記搬送室の底部には、前記搬送室内へ導入された気体を排気するための排気口が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の処理システム。