JP4914721B2 - 半導体ウエハ搬送器及びその搬送器のシールの維持方法 - Google Patents

Description

この発明は半導体ウエハ処理装置に関し、より詳しくは、半導体ウエハの処理工程の際、自動化された操作のために複数の半導体ウエハを保護するように収容するのに使用されるシリコンウエハ搬送器に関する。

集積回路の製造は、半導体基板のウエハに関する複数の工程を伴う。工程の幾つかは、フォトリソグラフィ、エッチング、暴露等の処理段階と、所望の最終製品に形成される際のウエハの検査および試験とを含む可能性がある。これらの工程の幾つかは、ロボットエンド・エフェクタを用いる自動化された材料の操作および処理を含む。これらの工程の多くは、最終製品の品質を著しく危うくし得る空中の微粒子および他の汚染物質のないクリーンルーム環境を必要とする。

移送および処理の際、ウエハに必要な汚染のない貯蔵環境を提供するために、標準ウエハポッド等の特殊な器具が開発されている。例えば、前開き一体形ポッド（ＦＯＵＰＳ）は、ウエハのための、汚染物質のない密閉された保護筐体を提供する。また、ウエハの寸法によって、標準メカニカルインターフェース（ＳＭＩＦ）ポッド等の他の種類の容器がクリーンルームの内部と外部との両方で半導体ウエハの操作に用いられてもよい。同一出願人による１９９７年７月１１日出願の表題が“輸送モジュール”である米国特許出願第０８／８９１，６４４号明細書（現在は、米国特許第６，０１０，００８（‘００８）号明細書）、および１９９６年７月１２日出願の表題が“ドアを備えたウエハ搬送器”である米国特許出願第６７８，８８５号明細書（現在は、米国特許第５，７１１，４２７（‘４２７）号明細書）は、このようなＦＯＵＰを例示する特徴を有するウエハ容器を開示している。これらの出願の明細書は、具体的な参照によって本願に組み込まれる。

２００ｍｍ以下の範囲のウエハでは、クリーンな密閉された小環境を提供するためにＳＭＩＦポッドが用いられている。これらのポッドの例は、米国特許第４，５３２，９７０号明細書および米国特許第４，５３４，３８９号明細書に示されている。前記‘００８号明細書で考察されているように、このようなＳＭＩＦポッドは通常、開放された底部とラッチ式ドアとを画定する下部ドア枠またはフランジを有する透明な箱型の外殻を利用している。ドア枠は処理器具に固定されており、処理器具上のドアおよび開放された底部が閉鎖されている下部ＳＭＩＦポッドのドアは、外殻から下方の前記処理器具の密閉された処理環境内へと同時に下げられる。ＳＭＩＦポッドのドアの内部の上面に設置され、ウエハを搭載した別個のＨ−バー搬送器は、前記ウエハにアクセスして処理するためために、ポッドのドアとともに下げられる。このようなポッドでは、貯蔵および輸送の際にウエハの重量がドアに直接かかり得る。

より大きく、且つより重いウエハ、具体的には３００ｍｍのウエハの出現により、このようなウエハの輸送モジュールは現在、モジュールから下方へ下がる底部のドアとは対照的にウエハの挿入および除去のために前開きドアを用いるように進化している。ドアはウエハの荷重を支えることができず、むしろ透明プラスチック（ポリカーボネート等）の外殻と、低粒子生成プラスチック（ポリエーテルエーテルケトン等）から成型された、ウエハを支持する他の部材とを含む容器部分がウエハの荷重を支えている。このような容器部分は、必ずしも共に組立てられた複数の構成要素から製造されていない。放電は半導体ウエハを損傷または破壊することが可能であることから、静電気は、このようなウエハの操作および処理において引き続き存在する懸念事項である。静電放電を引き起こす可能性がある任意のこのような電位の生成を最小にするために、搬送器は通常、カーボン充填ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリカーボネート（ＰＣ）等の従来型の静電気消散材料で製造されている。

このようなモジュールの工業規格は、モジュールが外部処理装置と相互接続可能であることを要求する。例えば、モジュールは、該モジュールの正面のドアと係合し、ドアを開け、そして必要量の精度で特定の水平配置されたウエハを把持および除去するロボット操作手段を用いて、繰り返し且つ的確に整列される必要があるかもしれない。モジュールおよび該モジュール内に含まれるウエハは、該ウエハのロボットによる引き出しおよび挿入の際にウエハが設置および損傷されないように、外部機器インターフェースを基準として特定の高さおよび方位に設置されることが重要である。

更に、粒子、水分または他の汚染物質による汚染に対するウエハの感受性が高いことに起因して、モジュール内への電位侵入路を最小数にすることが理想的である。モジュールの個別の構成要素部品の締め具または接合部分等の、ポッドの内部と外部との間のプラスチック内の通路または裂け目は防止されるべきであり、必要ならば、内部と外部との間のモジュールの裂け目または開口は、エラストマー系シール等によって密閉される。更に、金属製の締め具または他の金属部品をポッドの任意の位置で使用することは、半導体ウエハ搬送器または容器では極めて望ましくない。金属部品は、擦れたり削れたりすると高損傷微粒子を生成する。締め具によるモジュールの組み立ては、このような擦れおよび削れを引き起こす。従って、金属製の締め具または他の金属部品を要する輸送モジュールの使用は避けるべきである。このようなモジュールは、金属ねじを含む幾つかの異なる構成要素を通ってウエハ棚から機器インターフェースへ接地する経路を有する。

通常、このような容器は、幾つかのプラスチック部品を組み立てることにより構築されている。しかし、成型プラスチック部品の不一致に起因して、このようなプラスチック部品の組み立ては、限界寸法の不都合な変動に至る部品間の開放性クラックおよび個々の部品の許容誤差の積み重ねなどの不一致の原因となる。更に、容器の上部に取り付けられたハンドルは、容器を持ち上げて輸送する手段を提供する。このハンドルは、手動で持ち上げるのに使用されてもよく、あるいは、より重い容器の場合のように、ロボットエンド・エフェクタにより持ち上げられるのに適していてもよい。いずれにしても、ハンドルを用いて容器を持ち上げることにより、筐体の上壁に応力が誘発される。ハンドルが上壁のより大きな領域にわたって荷重を分散しなければ、応力分布は、上壁へのハンドルの取付け点付近の小領域にわたって局在化しそうである。この応力特性に依存して、生じる応力は上壁の変形状態を生じ、モジュールの前面の開口の寸法を歪め、開口が前面ドアと係合することからＦＯＵＰ／ＦＯＳＢシールから空気が漏れて（ｂｕｒｐｉｎｇ）密閉された筐体が破損する原因となる。

ＦＯＵＰ／ＦＯＵＳの主目的の一つは、半導体ウエハを含むウエハカセットに汚染物質のない密閉保護筐体を提供することである。更に、上述したように、工業規格は、容器が外部の材料操作機器および処理機器と正確かつ繰り返し相互接続可能であることを要求する。特に、ＦＯＵＰ／ＦＯＵＳは、筐体内の無塵の保護環境を維持するのに必須である密閉された相互連結を破ることなく、一つの位置から別の位置へ輸送されなければならない。

本発明は、上壁と、対向底壁と、ドアを収容する寸法の前面開口に対向する後壁と、上壁、底壁および後壁と隣接する対向側壁とを有する単一の一体型外殻を用いる。前面開口内にドアが組み立てられると、外殻は、ウエハ支持部材のための実質的に囲まれた密閉ウエハ容器を構成する。輸送または移送のために外部処理機械またはロボットエンド・エフェクタとの相互接続を可能にするために、外殻の壁に相互接続手段を画定する構造体が設けられてもよい。好適な実施例において、底壁は導電板と支持関係にあり、次いで好ましくは、アース端子に連結されている。

輸送または移送の際に容器を持ち上げるためにロボットエンド・エフェクタと相互接続する、容器の上壁でロボットフランジ付属部品を用いる従来技術の容器とは異なり、本発明の特徴および利点は、容器の上部に設置されるがロボットエンド・エフェクタがウエハ容器を持ち上げるインターフェースを形成するロボットフランジであり、好適な実施例において、フランジは容器の上壁に強固に取り付けられていない。それどころか、ロボットフランジはリフトサドルの構成要素である。リフトサドルは一対のストラップから構成されており、各ストラップは、ロボットフランジの側面に固定して取付けられて容器の側壁に沿って垂れ下がっている。各ストラップは、容器の外殻の側壁上の対応する支持ブラケットと係合するように構成された複数のストラップ係合部材を有しており、それによって、ロボットフランジにかかる荷重がストラップを介して容器の側壁へ移送される。この配置により、荷重が外殻の上壁の歪みを誘発することを防止し、結果として生じるＦＯＵＰ／ＦＯＳＢシールからの空気の漏れを排除する。

別の実施形態において、容器には、静電気を消散させるオーバーモールド導電性幹線配列（ｏｖｅｒｍｏｌｄｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｒｔｅｒｙ ａｒｒａｙ）を有するウエハ支持カラムが設けられている。導電性幹線に電気的に接続されている導電性タブは、容器の外殻の側面および容器の底部から突出している。支持ブラケットとストラップ係合部材とが係合すると、ストラップおよびロボットフランジが導電板への導電路を構成するように、各側壁から突出しているとともに側壁上の支持ブラケットと電気的に接続されている少なくとも一つの導電性側面タブが存在している。

さらに別の実施形態において、リフトサドルの各ストラップには、外殻上の対応する間隔を置いた“Ｕ”字形のフープに容易に適合するように構成された、少なくとも二つの間隔を置いた“Ｕ”字形のリブが設けられている。“Ｕ”字形のリブが“Ｕ”字形のフープと係合すると、ストラップは、二つのフープの間に把持可能なループハンドルを形成する。ループは容器を手動で持ち上げるのに適している。

図１，２，３，４および５を参照すると、一般的に数字２０で示されるウエハの容器モジュールは、基本的には容器部分２５とリフトサドル３０とから構成されている。
容器部分２５は基本的に、上壁５５、底壁６０、前面開口７０、左側壁７４および右側壁７６（双方とも各側壁から外方へ延びる“Ｕ”字形のループ７８および８０として構成されるリフトサドル収容部を有する）を有する外殻５０から構成されている。側壁は連続的かつ頑丈である。図１および２は、前記開放内部の軸方向に配置された複数のウエハ固定器具３８を有する容器の開放内部３６を示す。ウエハ固定器具は、弾力性のある成型プラスチックからなる柔軟な歯状突起４４から形成される。図２はまた、その上で容器が支持される導電板５６を示している。好適な実施例において、導電板５６は電気的に接地されており、運動学的な結合を含む三つのインターフェース構造で設計されている。

リフトサドル３０は、図４に示されるロボット持ち上げフランジ１１０を含む。ロボット持ち上げフランジは、二つの外側縁１１２と、一対の対向した案内溝１１５とを有している。容器１２５の上壁５５は、該上壁５５から外方へ突出するとともに一般的には側壁７４および７６の平面と平行な方向に沿って延びる一対の間隔を置いた縦案内レール１２５を有しており、各案内レールは、ロボット持ち上げフランジ１１０の案内溝１１５内にスライド式で収容されるように構成されている。案内レール１２５はリップ１２７を有しており、該リップ１２７は、外方へ上壁５５から遠ざかるように移動する際に案内レールから離れないようにロボット持ち上げフランジを抑止するが、ロボット持ち上げフランジ１１０が案内レール１２５の長さに沿って移動することができるように機能している。ストラップ１２０は、ロボットフランジ１１０の各側縁１１２に従属している。各ストラップ１２０には、容器２５の各側壁７４および７６上の対応する“Ｕ”字形のループ１７０の内部に取り外し可能に収容されるように構成されている少なくとも一つの“Ｕ”字形のリブ１３０が設けられている。

図５および７に例示された好適な実施例において、ロボットフランジ１１０は、輸送または移送のために容器を持ち上げることができるロボットエンド・エフェクタと相互接続するように構成されている。このような方法で容器を持ち上げることにより、ロボットフランジ１１０に作用する力が生じる。この力は、容器の重量と、輸送または移送の際に容器が加速または減速されるときに生じる慣性負荷との両方に起因するかもしれない。好適な実施例において、案内溝１１５およびリフトサドル３０は、ストラップ上の“Ｕ”字形のリブが容器２５の側壁７４および７６上の対応する“Ｕ”字形のループ１７０と係合すると、ロボットフランジ１１０上の荷重誘発応力が、ストラップ１２０を通って“Ｕ”字形のリブ１３０、そして容器の側壁上の“Ｕ”字形のループ１７０内へ移送されるように構成されている。案内溝１１５は、ロボットフランジ１１０の広範囲な構造撓みのために、これらが案内レール１２５のリップ１２７と接触しないような寸法である。しかし、ロボットフランジ１１０が過剰に撓むと、リップ１２７は案内溝１１５と摩擦接触するようになり、それによってストラップ１２０の過剰な荷重が防止される。

さらに別の好適な実施例において、リフトサドルの各ストラップ１２０には、容器の側壁上の対応する間隔を置いた“Ｕ”字形のループ１７０に容易に適合するように構成された、少なくとも二つの間隔を置いた“Ｕ”字形のリブ１３０が設けられている。双方の“Ｕ”字形のリブが側壁上の該当する“Ｕ”字形のループと係合すると、図１および３に示されるように、ストラップは、容器を手動で持ち上げるのに適した二つのループ間に把持可能なループハンドルを形成する。

この発明の第三の好適な実施例では、容器２５には、図６に例示されるようなウエハ支持カラム３８が設けられている。この支持カラムは、静電気を消散するためにオーバーモールド導電性幹線配列２６０を有している。導電性幹線に電気的に接続されている導電性タブ２７０、２７５は、容器の外殻の側面および容器の底部から突出している。図８に例示されるように、各側壁から少なくとも一つの導電性側面タブ３００が突出しており、該タブ３００は、“Ｕ”字形のループがストラップ上の“Ｕ”字形のリブと係合すると、ストラップと導電性ロボットフランジとが導電板５６への導電路を形成して容器２５上の任意の蓄積静電気を効果的に接地するように、側壁上の“Ｕ”字形のループと電気的に接続している。

本発明は、その主属性から外れることなく他の特定の形態で具象化されてもよく、例示の実施例は、全てに関して制限ではなく例示として考慮すべきであり、前述の説明よりはむしろ、添付の特許請求の範囲を参照してこの発明の範囲を示す。

本発明の容器の斜視図。 非係合状態のリフトハンドルを例示する本発明の容器の斜視図。 容器の側壁上の“Ｕ”字形のループと係合したリフトサドルを例示する本発明の容器の斜視図。 互いに係合しない容器およびサドルの斜視図。 容器の背面斜視図。 ウエハ支持カラムの例示。 容器の側壁と係合したリフトサドル・ストラップを示す側面図。 容器の側壁上の導電性タブの例の側面図。

Claims (13)

1. 半導体ウエハを輸送する搬送器であって、
   前面開口以外は閉鎖されている筐体を画定する上部、底部、側壁を備えた側部および後壁を備える容器部分であって、ウエハを水平に支持するように構成された容器部分と、
   前記前面開口に収容されたドアと、
   Ｕ字形のリフトサドルおよびロボットフランジであって、該リフトサドルおよびロボットフランジは、容器部分の上部の上方に延びるとともに、容器部分の上部の上方に設置されたロボットフランジとともに容器部分の側部を下方へ延びており、ロボットフランジを有するＵ字形のリフトサドルは、容器部分の側部に取り付けられ、ロボットフランジによって容器部分を持ち上げることにより、容器部分の上部よりむしろ容器部分の側部に荷重を伝達して容器部分の歪みを抑制することと、
   前記Ｕ字形のリフトサドルおよびロボットフランジは案内溝を備え、容器部分は、上部に形成されるとともに案内溝に収容される案内レールを備えており、過剰な荷重がロボットフランジを介してＵ字形のリフトサドルおよびロボットフランジに加わるときにのみ、Ｕ字形のリフトサドルおよびロボットフランジが案内溝で案内レールと係合し、それによって側壁を下方へ延びるストラップに、Ｕ字形のリフトサドルおよびロボットフランジの過剰な荷重が伝達されることが防止されるように配置されていることと
   を備える搬送器。
2. 前記リフトサドルは二つのストラップを備えており、各ストラップは、二つの異なる位置で容器部分の一つの側部に連結されている請求項１に記載の搬送器。
3. 前記Ｕ字形のリフトサドルおよびロボットフランジは、容器部分の側壁を下方へ延びる一対のストラップを備えている請求項１に記載の搬送器。
4. 前記リフトサドルの一対のストラップは、搬送器を手動で持ち上げるために使用可能なハンドルとして構成されている請求項３に記載の搬送器。
5. 半導体ウエハの処理工程中、前面開口を有する筐体およびドアを有する搬送器でシリコン半導体ウエハを輸送する際にシールの完全性を維持する方法であって、
   シールは筐体とドアとの間にあり、筐体は上部、側部および底部を備えており、
   リフトサドルにロボットフランジを連結する工程であって、ロボットフランジは、搬送器がロボットフランジを介して機械により持ち上げられ得るように、機械動作エンド・エフェクタと相互接続するように構成され、リフトサドルは二つのストラップを有するように構成されている工程と、
   リフトサドルを、その二つのストラップによって筐体の側部に連結する工程であって、ロボットフランジによる容器部分の持ち上げにより、荷重が容器部分の側部に伝達され、それによって筐体の歪みが荷重下で抑制されて筐体とドアとの間のシールの完全性を維持する工程と、
   ロボットフランジを容器部分の上部に配置してそのロボットフランジの案内溝に筐体の案内レールを収容する工程であって、過剰な荷重がロボットフランジを介してリフトサドルに加わるときにのみ、案内溝が案内レールと接触してリフトサドルの過剰な荷重の伝達を防止する工程と
   を備える方法。
6. 前記リフトサドルを筐体の側部に連結する工程は、二つの異なる位置で筐体の一つの側部に二つの各ストラップを連結することからなる請求項５に記載の方法。
7. 前記リフトサドルを筐体の側部に連結する工程は、筐体のＵ字形のループにリフトサドルのＵ字形のリブを取り外し可能に収容することからなる請求項６に記載の方法。
8. 前記リフトサドルの二つのストラップは、搬送器を手動で持ち上げるためのハンドルとして使用可能である請求項５に記載の方法。
9. 半導体ウエハの処理工程の際にシリコン半導体ウエハを輸送する搬送器であって、
   上部、側部および底部を有している筐体と、開閉可能なドアとを備える前面開口容器と、
   機械動作エンド・エフェクタとの相互接続手段であって、該手段は、ロボットフランジと、筐体の側部に取り付けられたリフトサドルとを含み、該相互接続手段を介して搬送器が機械により持ち上げられることと、
   ロボットフランジにかかる荷重が筐体の側部に伝達され、それによって筐体の歪みが抑制されて筐体とドアとの間のシールの完全性を維持するように、筐体に相互接続手段を相互に連結する手段と、
   前記相互に連結する手段の過剰な荷重を防止する手段であって、その過剰な荷重を防止する手段は、ロボットフランジに設けられている案内溝と、筐体の上部に形成されている案内レールとを備えており、案内溝および案内レールは、過剰な荷重がロボットフランジを介してリフトサドルに加わるときに、案内溝が案内レールと接触するように配置されていることと
   からなる搬送器。
10. 前記相互接続手段が筐体の上部の上方に設置されている請求項９に記載の搬送器。
11. 前記相互に連結する手段が筐体の側部に連結されている請求項９に記載の搬送器。
12. 前記相互に連結する手段が、各側部の二つの異なる位置で各側部に連結されている請求項１１に記載の搬送器。
13. 前記相互接続手段が、搬送器を手動で持ち上げるために使用可能なハンドルを備えている請求項１０に記載の搬送器。

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