JP4309264B2 - 半導体材料取扱い装置 - Google Patents
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Description
本願は、2001年8月31日に出願された米国仮特許出願第60/316,722号(発明の名称:UNIVERSAL MODULAR PROCESSING INTERFACE SYSTEM )の優先権主張出願であり、かかる米国特許出願明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
関連出願の引照
1.2002年3月1日に出願された米国特許出願第10/087,638号明細書(発明の名称:UNIVERSAL FRAME FOR SEMICONDUCTOR MATERIAL HANDLING SYSTEM)
2.2002年3月1日に出願された米国特許出願第10/087,092号明細書(発明の名称:SEMICONDUCTOR MATERIAL HANDLING SYSTEM)
本発明は、一般にウェーハ移送システムに関する。特に、本発明は、装置フロントエンドモジュール(equipment front end module:EFEM)コンポーネントが取り付けられる統一型の拡大縮小可能なフレーム又は構造体及びウェーハを移送するウェーハエンジンに関する。
SMIF(Standard Mechanical Interface )ポッドは一般にウェーハを貯蔵したり移送できる密閉環境を提供するようポッドシェルとつがい又は組合せ関係をなすポッドドアで構成されている。ポッドの一形式は、FOUP10と呼ばれている前部開放式統一型ポッドであり、かかるFOUP10では、ポッドドアは鉛直面内に設けられ、ウェーハはポッドシェル内に設けられたカセット又はポッドシェル内に設けられた2つのシェル内に支持される。
EFEM20は、主要コンポーネントとして、ツールのフロントに固定されたハウジング22及びハウジング内に設けられた加工物取扱いロボット24を有し、加工物取扱いロボット24は、加工物を加工物キャリヤ、ツール及び他のフロントエンドコンポーネント相互間で移送するようx軸、r軸、θ軸、z軸運動を行うことができる。ロボット24は一般に、水平調節ねじを備えた状態で設けられ、この水平調節ねじは、EFEM20を構成していったんツールに取り付けると、ロボット24の平面度の調節を可能にする。
ロードポートは、SEMI・E−63により規定されたBOLTSインタフェースによりフロントエンドに取り付けられる。この規格は、ロードポートが取り付けられる表面及び取付け穴を定める。これが、製造工場のフロアのところで始まり、フロアから1,386mmという高さに至るよう構成され、そしてロードポート1つ当たり幅が約505mmである。その結果、ロードポートは工場内でのオペレータの通路からプロセスツールを完全に遮断する。SEMI・E−63は又、種々のロボット製造業者との互換性を確保するようツール側のロードポート寸法形状を規定している。
ロードポートは、高精度でウェーハロボットに位置合わせされなければならない。システム内に多くのロードポートがある場合、これらロードポートは全て、ウェーハを互いに平行な水平平面内に提供しなければならない。典型的には、ロードポートは、FOUP10内のウェーハをロボットで平坦化するための調整が数回行われる。ロボットをFOUP10の各々の中の25箇所のウェーハ位置の各々に合わせて校正するのに費やす時間を最小限に抑えるために、調整の全てと関連して専用ツール及び位置合わせジグが用いられる。ロードポートを新しいものに入れ替える場合、校正作業は時間が極めて長い場合がある。
また、ロボットは、水平調節され、1以上のツールドロップオフ箇所に位置合わせされなければならない。これは一般に、ロボットに位置を教示し、フロントエンド又はツールの何れかに対して平面度調整を行うことにより手作業で行われる。
ツールフロントエンドのセットアップを行うのは、ツール、ロボット及びFOUP10相互間のこれら関係の全ての組合せなので、時間がかかる。コンポーネントは全て典型的には、比較的精度の低いフレームに取り付けられるので、これを補償するための調整が行われる。ロードポートは、前面に取り付けられ、ロボットはベースに取り付けられ、ファン/フィルタユニット(FFU)は頂部に取り付けられ、外皮層が他の全ての開放表面に施されてミニエンバイロンメントエンクロージャが構成される。
発明の概要
本発明の一特徴は、多くの重要なEFEMコンポーネントを互いに正確に結びつける統一型構造体又はフレームを提供することにある。一実施形態では、フレームは、内部及び外部EFEMコンポーネントを位置合わせする単一の基準として役立つ。別の実施形態では、内部及び外部EFEMコンポーネントは、フレームの各垂直方向ストラットに関して位置合わせされる。
本発明の別の特徴は、サイズが拡大縮小可能な統一型構造又はフレームを提供することにある。一実施形態では、統一型構造体は、上及び下支持部材に固定された垂直方向ストラットを有している。垂直方向ストラットの数並びに上及び下支持部材の長さは、EFEM内のI/Oポートの数で決まる。これと同様に、垂直方向ストラット及び支持部材のサイズ及び間隔は、200mmウェーハ、300mmウェーハ及び400mmウェーハに対応するよう様々であるのがよい。
本発明の更に別の特徴は、ポートドア/キャリヤドア組立体を内部EFEMコンポーネントの多くから分離して隔離する統合型フレームを提供することにある。一実施形態では、ポートドア/キャリヤドア組立体は、ミニエンバイロンメント内に位置する別個の空気流/貯蔵領域内へ降ろされる。貯蔵領域は、例えばウェーハ取扱いロボットにより生じた粒子が組立体を汚染するのを阻止する。
本発明の更に別の特徴は、EFEMのフットプリントを減少させることにある。一実施形態では、EFEMは、EFEMの底面を持ち上げてウェーハ製造工場のフロアから離す転動架台によって支持される。ウェーハ製造工場のフロアとEFEMとの間の領域は、処理ツールへの保守用アクセスポートとして又は補助コンパートメントを配置する領域として役立ちうる。
本発明の更に別の特徴は、ウェーハをEFEMの減少したフットプリント内で移送できるウェーハエンジンを提供することにある。一実施形態では、ウェーハエンジンは、ウェーハをz軸に沿って移動させる直線駆動装置と、ウェーハをz軸に沿って移動させる垂直方向駆動装置と、ウェーハを半径方向軸に沿って移動させる半径方向駆動装置と、垂直方向及び半径方向駆動装置をシータ軸回りに回転させる回転駆動装置とを有している。
本発明の更に別の特徴は、着脱自在/互換性のあるスライダ本体機構を有するウェーハエンジンを提供することにある。一実施形態では、スライダ本体機構は、一体形処理ツール、例えばOCRリーダ、アライナ、IDリーダ又は計測ツールを有している。着脱自在なスライダ本体機構により、ウェーハ製造工場が完全に同一のウェーハエンジンを有することができ、それによりスライダ本体機構のみを個々の各プロセスステーションに合わせて注文製作すればよい。
本発明の更に別の特徴は、シータ駆動装置の上方に設けられた垂直方向駆動装置を有するウェーハエンジンを提供することにある。かかる垂直方向駆動装置は、実質的にFOUP10内に設置されていて、ウェーハエンジンのフットプリントを最小限に抑える。
本発明は、上記利点の全てをもたらす。
次に、一般にウェーハ移送システムに関する本発明を図4〜図31を参照して説明する。本発明の好ましい実施形態は、300mm半導体ウェーハ製造用に用いられる。本発明は又、半導体ウェーハ以外の加工物、例えばレチクル、フラットパネルディスプレイ及び磁気記憶ディスクの製造にも利用できる。本発明は又、300mmよりも大きな直径又はこれよりも小さな直径、例えば200mm及び150mm加工物の製造にも利用できる。さらに、本発明は好ましくはFOUPシステム内で利用されるが、本発明は、開放式ウェーハカセットシステムを含む他の加工物搬送システムに利用できる。
スパイン構造体100は、単一の統一型フレーム又は構造体がEFEMの基礎又はベースファンデーションとして役立つという技術的思想には立脚していない。このファンデーションを、同様な仕方で繰り返し製造してシステムのコストを下げると共にEFEMコンポーネントをフレームに取り付けて位置合わせを単純化できるようにすることができる。構造体又はフレーム100は、フロントエンドロードツールが必要とする空間の大きさを最小限に抑える。フレーム又は構造体は又、位置合わせ時間を最小限に抑え、必要な保守作業及び(又は)点検を行うことができるようフロントエンドツール内に設けられたコンポーネントへの接近を大幅に単純化する。
シート状金属コンポーネントは又、システム及び構造支持体に対する外皮層又は取付け面(以下に説明する)の役目も果たす。現行のEFEMシステムでは、シート状金属の使用が差し控えられ、うわべだけの仕上げ及び格納を提供するに過ぎない非構造的パネルが用いられるのが通例である。シート状金属を構造用コンポーネントの幾つかに組み込むことにより、EFEMの材料費を劇的に軽減することができる。
下支持部材106は又、前取付け面118と後取付け面116との間に位置する空気流領域121を形成する。空気流領域121は、ポートドア開口部から遠ざかって案内され、空気流領域121内へ下降されたFOUPドア開/閉モジュール139を収容するよう設計されている。
図4及び図5に示すようなスパイン構造体100は、4FOUP・I/OポートEFEMとして構成されている。EFEMが、任意の数のI/Oポートを有することは本発明の精神及び範囲に含まれる。加うるに、EFEMは、ウェーハを通過させる各I/Oポート相互間に位置した空間又は空のI/Oポートを有するのがよい。上述したように、スパイン構造体100は、拡大縮小可能である。垂直方向ストラット102の数並びに上支持体104及び下支持体106の長さは、EFEMに必要なI/Oポートの構成にマッチするよう変更可能である。
図11〜図13は、スパイン構造体の別の実施形態を示している。この実施形態の主要な構造的要素としては、水平方向ビーム170、位置合わせストラット170及び前取付けプレート174が挙げられる。図11に示すように、水平方向ビーム170は好ましくは、剛性フレームを形成するよう各位置合わせストラット172の底部に取り付けられる。前取付けプレート174も又、各位置合わせストラット172に取り付けられ、外部EFEMコンポーネント(例えば、FOUP前進組立体130)が取り付けられる表面を提供する。水平方向ビーム170を、一例を挙げるに過ぎないが、アルミニウム押出品、鋼管、折り曲げ状態のシート状金属から作られた構造部材、平らなプレート、積層プレート又は多くの場合には上述のものの幾つかの組合せから製造されたものであるのがよい。水平方向ビーム170は又、直線駆動装置306(以下に説明する)が取り付けられる表面をも提供する。スパイン構造体100と同様、この実施形態は、EFEMコンポーネントを取り付けてこれらを位置合わせする単一の基準となる。
ビーム170をウェーハ取り扱い装置の作業空間の下でウェーハエンジン300とポッドオープナとの間に位置決めするのがよい。しかしながら、ビーム170は、構成されると、EFEMコンポーネントが正確に取り付けられる1つの構造的な共通要素となり、EFEMを据え付け又は交換する際に現場での時間のかかる調整が不要になる。
図14〜図16は、FOUPドッキングステーションとして構成されたスパイン構造体の更に別の実施形態を示している。この実施形態では、EFEMコンポーネントが取り付けられるスパイン構造体は、単一のフレーム又はシェル202である。フレーム202は、内部(例えば、エンジンウェーハ300)及び外部コンポーネントをスパイン構造体100に類似したコンポーネント(例えば、FOUP前進組立体130)と位置合わせした状態でこれに取り付けるための単一の基準として役立つ。
図14に示すように、スパイン構造体200は、フレーム202に取り付けられた3つのロードポート組立体204を有している。各ロードポート組立体204は、先の実施形態で示したロードポート組立体130に類似している。クラス−1エリヤを外部周囲条件から隔離するロードポートドア206は、FOUPドアに係合してこれをFOUPシェルから取り外す各ロードポート組立体204に対応している。フレーム202がこれよりも多い又は少ないI/Oポートを有することは本発明の範囲及び精神に含まれる。これと同様に、フレーム202は、ウェーハを通過させるI/Oポート相互間に設けられた埋め込み又は中実I/Oポートを有するのがよい。
フレーム202によって得られる最小密閉容積に起因して、本発明は、空気取り扱いの観点から非常に効率的なシステムである。制御及び濾過する空気の量が少ないミニエンバイロンメントにより、空気のクリーンさを維持するのは容易である。不活性システム又は多量の空気が押し込まれると性能低下する分子フィルタを必要とするシステムも又、少量のガスを収容したミニエンバイロンメントを利用すると益がある。一例を挙げるに過ぎないが、フィルタは、少量及び低速のガスをこれらフィルタに通過させる場合、交換の頻度は少なくてよい。
上述したEFEMの全て(例えば、スパイン構造体、背骨及びフレーム)の重要な特徴の1つは、スペース利用方式の基本的な変更である。スペース利用に関する構造的特徴は、この構想が本願で開示した全ての実施形態にたとえ当てはまるとしても、スパイン構造体100にのみ関係付けられるであろう。従来型ツールフロントエンドでは、フロントエンドは、ロードポートのフロント(ロードフェース平面)からプロセスツールフェースまで、そして工場のフロアからその最も高い箇所、代表的にはFFUの頂部及びフロントエンドの幅全体までの全てのスペースを占める。
スパイン構造体100から構成されたEFEMは、ロードポート130の下に相当広いスペースを作り、クリーンなウェーハエンジン領域をプロセス/計測ツールに戻してもよく、又は他の目的に用いてもよい。加うるに、密閉領域又はミニエンバイロンメントの深さ全体も又、従来型EFEM構成の必要とするものから見て減少する。ウェーハエンジン半径方向スライダ本体400のフロントを回転させて一般に未使用の領域に入れるのがよい。というのは、FOUPドア機構が垂直方向ストラット102相互間に位置しているからである。かかるスペースをプロセスツール及びツール全体についてゆるいフットプリント要件を実現できるエンドユーザに戻してもよい。ウェーハエンジン300の構成は、これら新規且つゆるやかなスペース上の制約を利用している。例えば、半径方向スライダ400は、非オフセット(ずれが無い)構成よりも更にプロセスツール内へ到達することができる。
)方式シェルフ構造では、材料を統一型EFEMの密閉領域の真上の使用されていない領域に貯蔵することができる。
図10に最もよく示されているように、FOUPドッキングステーションは、スパイン100の周りに形成されている。底パン118が、底支持部材106底支持部材106に固定されていて、これとシールを形成している。好ましい実施形態では、底パン118は、FFU150からの空気を通過させることができる有孔表面である。FFU150は、上支持部材104に固定されていて、これとシールを形成している。ウェーハ移送プレート122が、底パン118及びFFU150に固定されていて、これらとシールを形成している。ウェーハ移送プレート122は、ウェーハエンジン300がウェーハをクラス−1エリヤとプロセスツールとの間で移送することができるようにする移送窓121を有するのがよい。
一般に、図18〜図23に示すウェーハエンジン300は、使用頻度及びウェーハ移送サイクル時間の重要性に関して機械的な慣性を最小限に抑える。一例を挙げるに過ぎないが、このウェーハエンジン300により得られる利点のうちの幾つかとしては、(1)迅速なウェーハスラップ時間が達成できること、(2)システムの総重量が軽いこと、(3)コンパクトで一体化されたパッケージが得られることが挙げられる。ウェーハエンジン300は、本願において開示した統一型スパイン100の実施形態のいずれでも動作でき、又はスタンドアロン型装置として動作できる。
ウェーハエンジン300の好ましい実施形態が、図18及び図19に示されている。ウェーハエンジン300は、EFEM内でのウェーハの移送を最適化する4つの主協調型駆動装置を有している。4つの駆動装置は、ウェーハをx軸、シータ(θ)軸、z軸及び半径方向又はr軸に沿って移動させる。
従来型ウェーハ取扱いロボットは、個々のウェーハを例えばをFOUP10から別個の処理ステーションに搬送する。処理ステーションは、ウェーハを検査し又は位置合わせし、次にウェーハ取扱いロボットがウェーハを次のステーションに搬送することができる。多くの場合、ウェーハ取扱いロボットは、何もしない状態のままでなければならず、又はFOUP10に戻って処理ステーションの稼働中、第2のウェーハを搬送する。かかる動作により、システムの処理量が減少する。
一実施形態では、ウェーハエンジン300は、別個の処理ステーションで通常行われるこれら機能のうち1又は幾つかを実行できるスライダ本体400を有している。これら機能の1つ又は幾つかをスライダ本体400に組み込むことにより、システムの処理量が増え、EFEMのフットプリントが減少することになる。
処理後のウェーハをプロセスステーションから取り出す時期と新しいウェーハをプロセスステーション内に配置する時期との間の時間は、「スワップタイム(入れ替え時間)」と呼ばれている。大抵のプロセスツールの場合、処理量は、処理時間+スワップタイムによって定まる。いずれかを短くすると処理量が増大する。処理時間は、ツール製造業者の権限に属し、スワップタイムは、主EFEM製造業者の権限に属する。
1.ウェーハを処理ステーションから受ける。
2.処理後ウェーハをロードポートに渡す。
3.位置合わせしたウェーハをアライナから受ける。
4.位置合わせしたウェーハを処理ステーションに渡す。
〔ウェーハの処理を開始する〕
5.(処理中、ロボットは新しいウェーハをロードポートから受ける。)
6.(処理中、ロボットは新しいウェーハをアライナに渡す。)
7.(処理中、アライナはウェーハを位置合わせする。)
〔繰り返す〕
迅速スワップロボット(例えば、ウェーハエンジン300)は、2つのエンドエフェクタを有しているので、以下の省略したシーケンスを用いて上述したのと同一の機能を実行することによりスワップタイムを劇的に減少させることができる。
1.ウェーハをパドル1で処理ステーションから受ける。
2.位置合わせしたウェーハをパドル2で処理ステーションに渡す。
〔ウェーハを処理する〕
3.(処理中、新しいウェーハをロードポートから受ける。)
4.(処理中、新しいウェーハをアライナに渡す。)
5.(処理中、アライナがウェーハを位置合わせする。)
6.(処理中、位置合わせしたウェーハをアライナから受ける。)
〔繰り返す〕
ロボットがホイール付きエンドエフェクタアライナ440を備えたウェーハエンジン300のようにアラインオンザフライ(align-on-the-fly)機能及び迅速スワップ機能を有していれば処理量に関する一段の向上及びロボット総動作数の減少を行うことができる。アラインオンザフライは、スワップタイムを減少させないが、ロボットの総動作時間を減少させるので、プロセス時間が短い場合又はロボットが多数の処理ステーションを受け持たなければならない場合、処理量が増加する。また、ロボットの動作数及びウェーハのハンドオフの回数を減少させることにより、アラインオンザフライ方式は、ロボットの寿命を長くし、クリーンさを向上させることができる。
〔プロセス完了〕
1.ウェーハをパドル1で処理ステーションから受ける。
2.位置合わせしたウェーハをパドル2で処理ステーションに渡す。
〔ウェーハを処理する〕
3.(処理中、新しいウェーハをロードポートから受ける。)
4.(処理中、ウェーハを位置合わせすると同時にこれを次の迅速入れ替えのための位置に移動させる。)
〔繰り返す〕
図25は、ホイール付きアライナ454及びIDリーダ430を備えたオフセンタスライド本体400と、延長されたz軸駆動装置コラム380′を有するウェーハエンジン300′を示している。ウェーハエンジンのこの実施形態は、ストッカ又はFOUPI/Oポートの上方に設置するのがよいロードポート又は処理ステーションに接近する延長zコラム380′を有している。基本的に、z軸駆動装置コラム380又は380′の高さは、無制限である。ウェーハエンジン300又は300′は、上エンドエフェクタ402又は下エンドエフェクタ404を半径方向又はr軸に沿って移動させることによりFOUP10内に位置したウェーハに接近できる。上エンドエフェクタ402又は下エンドエフェクタ404がFOUP10内へ移動しなければならない距離は、短い距離であるよう設計されている。というのは、これは、ウェーハエンジン300又は300′の最も必要な動作であることが多いからである。垂直方向駆動装置コラム380又は380′の高さは、上エンドエフェクタ402又は下エンドエフェクタ404がいずれにおいても移動しなければならない距離に影響を及ぼさない。かくして、垂直方向駆動装置コラム380又は380′の高さは、半径方向又はr軸に沿う運動に影響を及ぼさない。
従来型EFEMは、世界中の国々の電力要件と互換性のある配電方式を備えなければならない。したがって、大抵のEFEMは今日、110V又は220Vシステムに適合できなければならない。いずれの電力系統にも適合できなければならないことにより、EFEMは、例えば降圧変圧器又は昇圧変圧器のような電力部品並びに他の電気コンポーネントを有することが必要である。かかる電気コンポーネントは、EFEM内に設けられなければならず、かくしてEFEMのフットプリントが増大する。
Claims (3)
- 各々が外部周囲条件から環境的に隔離され、機械的に開放可能なFOUPドアを有するFOUPを受け入れてこれを開放するように構成された1つまたはそれ以上のモジュールを取り付けるようになった半導体材料取扱い装置であって、
1つ又はそれ以上のモジュールを取り付けるためのフレームを有し、前記フレームは、垂直方向に延び且つ互いに間隔を置いて設けられた第1の垂直方向ストラット及び第2の垂直方向ストラットを有し、前記第1の垂直方向ストラット及び前記第2の垂直方向ストラットは各々、底部及び頂部を有し、前記フレームは、前記第1の垂直方向ストラット及び前記第2の垂直方向ストラットの両方の前記底部を固定し位置合わせするための、前記第1の垂直方向ストラット及び前記第2の垂直方向ストラットの底部を同時に支持するU字形の下方チャネルを更に有し、前記下方チャネルは、FOUPを保持するための支持プレートに対向する外側取付け面、モジュールに対向する内側取付け面、及び前記外側取付け面と前記内側取付け面との間に位置するポートドア貯蔵領域を備え、
第1の垂直方向ストラット及び第2の垂直方向ストラットの前記頂部に結合するU字形の上支持部材を有し、
下方チャネルの上方において、前記第1の垂直方向ストラット及び前記第2の垂直方向ストラットに取外し可能に取り付けられ、モジュールをFOUPから隔離する隔離プレートを有し、前記隔離プレートは、各モジュールにそれぞれ設けられた開口部を有し、
前記外側取付け面に取り付けられたFOUP前進組立体を有し、前記FOUP前進組立体は、前記FOUPを受け入れ、FOUPのドアを隔離プレートに対して密閉するように、FOUPを隔離プレートの開口部に向かって前進させるようになった前記支持プレートを有し、
ポートドアが開口部に位置する第1の位置とポートドアがポートドア貯蔵領域内に位置する第2の位置との間で動くことができるポートドアを有し、前記ポートドアは、前記FOUPのドアと結合して、第1の位置から第2の位置に移動させることによりFOUPのドアを開放するようになっていることを特徴とする装置。 - 前記垂直方向ストラットのうちの少なくとも一方は、前記ポートドアを前記第1の位置と前記第2の位置との間で可動的に案内する案内機構を有することを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記隔離プレートは、前記フレームから取外し可能であることを特徴とする請求項1記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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