JP5187565B2 - ポッド開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体の製造装置や検査装置において使用される半導体ウェハやレチクルの収納容器であるポッドに係わり、特に国際的な業界標準規格となっているＳＥＭＩ規格におけるＳＥＭＩメカニカルインターフェイス（ＳＭＩＦ）に準拠したポッドの開閉装置に関するものである。以下、半導体ウェハやレチクルを収容する箱型容器をＳＭＩＦポッドもしくは、単にポッドと呼ぶ。

半導体製造工程では回路の微細化が進んでおり、それに伴い半導体ウェハや回路を形成する原版となるレチクルの運搬や製造工程内の搬送では、微小粒径の粉塵であるパーティクルの付着に対して格段の配慮を払う必要がある。このため、昨今の半導体製造装置においては半導体ウェハやレチクルを搬送する際、ＳＭＩＦポッドが使用される。ＳＭＩＦポッドは、ウェハやレチクルといった基板を収納できる箱型容器であり、この容器内に基板を収納することで密閉環境を実現でき、清浄度が高い空間で基板を収納することができ、移送や保管時においても容器外部の雰囲気に影響されることなく基板を清浄度の高い状態に保つことが出来る。
したがって、ポッドの開閉およびポッド内の基板の取り出しは、清浄度が高い雰囲気で行われる必要がある。ポッドは半導体製造工場のクリーンルーム内において自動搬送もしくは人手により移送され、通常は半導体製造装置の前面に設けられているポッドの開閉装置へと載置されてくる。半導体製造装置においてポッドの開閉及びポッド内の基板が搬送される空間は、半導体製造工場のクリーンルーム雰囲気よりもさらに清浄度の高い状態が維持された局所クリーン空間となっていて、この空間内でポッドの開閉及びポッド内の基板の搬送が行われるよう構成されている。従ってポッド開閉装置もしくは開閉装置の近傍には、半導体製造工場内のクルーンルーム雰囲気と局所クリーン空間とを仕切るためのシール面が存在する。

ポッドは、基板の単体あるいは複数の基板を多段に積載したラックを収納するポッド容器と、ポッド容器の底板となるポッドプレートとから成るもので、これらが分離可能な容器である。このポッド容器とポッドプレートとを開閉するポッド開閉装置は、ポッドプレートをポートドアに固定し、ポートドアに設けられたラッチ開閉機構によって、ポッド容器とポッドプレートとを切り離し、ポッド容器を上昇させるか、もしくはポッドプレートを下降させることによって、ポッド容器とポッドプレートを分離し、基板をロボットなど搬送装置が取り出せる状態にする装置である。

このポッド開閉装置の代表的な構成を開示するのが特許文献１であって、これを示すのが図５である。同図において、ポッド開閉装置５１にポッド５２が載置されている。ポッド５２はポッド容器５３とポッドプレート５４とからなり、ポッド５２内にウェハカセット５５が収納されている。ウェハカセット５５内には基板が多段に収容されている。ウェハカセット５５はポッドプレート５４上に支持されている。ポッドプレート５４が内側支持プレート５６に載置されると、ラッチ機構５７がポッド容器５３を外側支持プレート５８に対して固定する。内側支持プレート５６の図示しない機構はポッド容器５３とポッドプレート５４とを切り離す。一方、密閉された局所クリーン空間５９は、ファンフィルタ６０によって清浄な気体が供給される空間であって、空間外部よりも高い気圧が維持されることによって空間外部の清浄でない気体が入り込むことを防いでいる。そして、昇降機構６１は外側支持プレート５８を上方に引き上げ可能に構成されていて、外側支持プレート５８を上方に引き上げることによって局所クリーン空間５９を引き上げ、その空間内にウェハカセット５５及びポッドプレート５４６が位置するように動作する。

これら一連の動作を示すのが図６（ａ）〜（ｃ）である。同図のように、ポッド開閉装置５１は半導体製造装置６２の側面にシール面（ボルツ面）６３を介して取り付けられている。半導体製造装置６２の内部空間には図示しない搬送ロボット（搬送装置）が設置されていて、かつ、当該内部空間は、図示しないファンフィルタによって半導体製造装置６２の外部環境よりも清浄な状態に保たれている。シール面６３の一部には開口６４が設けられているが、ポッド開閉装置５１が上述の動作を開始する前、すなわち同図（ａ）の状態では開口６４はパネル６５によって封止されている。パネル６５は外側支持プレート５８とともに昇降する垂直面である。一方、局所クリーン空間５９のシール面側には開口が設けられている。従って、同図（ａ）から（ｂ）を経て（ｃ）の状態となったとき、すなわち昇降機構６１によって局所クリーン空間５９らが上昇すると、ウェハカセット５５らが局所クリーン空間５９内へと入り込むとともに、開口６４と局所クリーン空間５９の開口とが同じ高さとなり、この開口を介して半導体製造装置６２内の図示しない搬送ロボットがウェハカセット５５や基板にアクセスが可能な状態となる。ウェハカセット５５に対して搬送ロボットが基板の受け渡しを行う間、基板は局所クリーン空間５７内に完全に収納されているが、半導体製造装置６２の内部空間とも連通している。
特表２００２−５２０８３１号公報

ポッド内の基板がレチクルの場合は、ポッド開閉装置は半導体製造装置の中でも露光装置におもに使用されることになる。特に露光装置においては、レチクルが露呈される空間は、清浄空間であることは当然であり、さらに、温度、湿度、気圧までもが極めて厳しく管理される必要がある。これは、近年集積回路の微細化が進んでおり、レチクルの露呈空間の僅かな温度変化が、レチクルそのものや、その周辺機器へ影響を与え、半導体ウェハの回路形成の精度に重大な影響を及ぼすからである。また、ポッド内の基板がレチクルに限らず、露光装置で処理されるウェハであっても同じことが言える。

ところで、特許文献１においては、レチクル等の基板が露呈される局所クリーン空間の清浄度を維持するため、ファンフィルタによってポッド開閉装置外部から気体を取り込み、強制的に気流を形成しつつ空間内を高い圧力に維持するものである。ところが、装置外部の空気は、通常、厳密に温度、湿度管理がなされているものとは限らず、そのような気体をファンフィルタにて装置内部へと流入させると、装置内空間の温度が変化し、基板の露呈空間の温度制御に時間を要したり、制御が困難になるなどの問題がある。また、ポッドの開動作に伴なって、圧力を維持するべき局所クリーン空間の気体体積が増大することも、基板の露呈空間の温度制御に時間を要したり、制御を困難したりすることになる。
また、そもそも局所クリーン空間をポッド開閉装置に有する構成なので、開閉装置が大きく、複雑な構成となっている。

さらに、特許文献１のポッド開閉装置のファンフィルタには外部雰囲気の粉塵を除去するためのフィルタを設けなくてはならないので、フィルタの目詰まりに対する定期的なメンテナンスが必要となる。特にフィルタの能力低下による外部雰囲気の取り込み量の低下は、目視ですぐに判断できるものではないことから、その程度を数値等で表示するためには、局所クリーン空間に差圧検出センサなどを取り付ける必要があり、コストもアップするという課題がある。

また、局所クリーン空間内は、外部雰囲気の流入を阻止するために外部雰囲気に対して陽圧（正圧）に保たれているが、ポッド開閉装置の局所クリーン空間が正圧となっているので、ポッド開閉装置と半導体製造装置とが上記開口によって連通したとき、半導体製造装置内部の内部空間（搬送空間）の気流制御、圧力制御が困難になるという課題もある。

本発明は、このような課題を鑑みたものであり、半導体製造装置の内部における温度、湿度、圧力や気流までもが極めて厳しく管理された搬送空間に対して発塵を起こさず、温度、湿度や気流に影響を与えない小型のポッド開閉装置を提供するものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、基板を収容するポッド容器と、前記ポッド容器の底板となって前記基板を載置するポッドプレートとから成るポッドを搭載し、前記ポッドプレート及び前記基板を昇降させて前記ポッド容器と前記ポッドプレートとを開閉するポッド開閉装置において、前記ポッド容器が搭載されるポートベースと、前記ポッドプレートが搭載されるポートドアと、前記ポートドア及び前記基板が開放される基板開放空間から隔離された遮蔽空間内に収容され、前記ポートドアを昇降させる昇降機構と、前記遮蔽空間を形成す
る遮蔽プレートに設けられた開口を介して前記ポートドアと前記昇降機構とを接続する昇降部材と、前記遮蔽空間内の気体を前記遮蔽空間外へ排出する第１の整流ファンと、前記遮蔽空間内にあって前記昇降部材に設けられ、前記開口を介して前記基板開放空間の気体を前記遮蔽空間内へ導入する第２の整流ファンと、を備え、前記基板開放空間と清浄な気体の流れを有する搬送空間とが連通するように半導体製造装置に設置され、前記搬送空間の清浄な気体が、前記第１と第２の整流ファンによって前記基板開放空間から前記遮蔽空間へ流れ、前記半導体製造装置の外部環境へと排出されること、を特徴とするポッド開閉装置とするものである。

本発明によると、ポッド開閉装置の昇降機構部を集約して閉じた遮蔽空間内に設置する構成としており、かつ、整流装置（ファン）により、常にある一定量の気流をポッド開閉装置外部へと排出することにより、半導体製造装置内の搬送空間への発塵を抑制することができ、また、搬送空間の雰囲気温度や湿度、気流を一定に保つことができる効果がある。
さらに、整流装置にはフィルタなどは用いないため、フィルタなどの目詰まりなどの能力低下による流量が変化することはないため、遮蔽空間内の圧力も一定に保つことができ、フィルタの管理、監視コストも不要となる効果もある。

以下、本発明の実施の形態の一例について図を参照して説明する。

本発明の構成を、各図を用いて説明する。図１は、本発明のポッド開閉装置の外観斜視図であり、図１（ａ）と（ｂ）とはそれぞれ反対方向から見た斜視図である。説明の便宜上、図１（ａ）斜視図において図の左手前側を装置の正面、その奥手側を装置の背面、正面側から見て右側側面を右側面、同じく左側側面を左側面と呼称する。従って同図（ｂ）では装置の左側面及び背面が表現されている。
図１のように、ポートドア１とポートベース２はポッド開閉装置の天板に相当するものであって、平板状に形成されている。ポートドア１の外周に僅かな空隙を介してポートベース２がある。この空隙は、装置内への外気流入を極力抑える必要があることから小さい方がよく、本実施例では、０．５ｍｍ程度としている。ポートドア１とポートベース２の上面にポッドが載置可能である。図示しないポッドは、ポッド容器とポッドプレートとで構成されていて、これらが上下方向に分離可能な容器である。ポッドプレート上に載置された基板あるいは基板を収容するラックを、ポッド容器が収容するように上から覆う。ポートドア１の平面寸法はポッドプレートの平面視の寸法にほぼ合わせるよう形成されておいる。
ポートベース２のポートドア１を囲う部分には、ポッドを所定の位置に決めるピン（ラッチピン）３が正面側に２本、背面側の合計で４本立設されている。このピン（ラッチピン）３は、ポッドのポッド容器とポッドプレートとを開閉させるためのラッチを駆動するラッチ機構を兼ねており、ピン（ラッチピン）３がポートドア１から遠ざかるように装置外側に直動することでポッドを開閉させることができる。このラッチの開放でポッドはポッド容器とポッドプレートに分離することができる。
本実施例においては、ポッドに収納される基板がレチクルであるとした場合の例である。収納される基板が半導体ウェハである場合は、ピン（ラッチピン）３はポートドア１に設ける。これらの違いは、国際的な業界標準規格となっているＳＥＭＩ規格においてそのロケーション等が記述されている。なお、ピン（ラッチピン）３の動作方向に違いはあるものの、ピンが動作することでポッドのラッチを開放し、分離できることは同じである。

装置の最下には本体ベース１４を有している。本体ベース１４は平板状でポートベース２と平行に存在する。本体ベース１４から立設してポートベース２を支持するのが遮蔽プレート４である。遮蔽プレート４の正面側にはサイドプレート４ａが遮蔽プレート４と同様に立設され、遮蔽プレート４の背面側にもサイドプレート４ａと同様なサイドプレート４ｂが立設されている。そして装置の右側面にはカバープレート１６が装着されている。従って装置はこれらの部材およびポートベース２と本体ベース１４とで囲まれた箱型の遮蔽空間２４を有している。一方、装置左側面には支持プレート２５が本体ベース１４から立設されていて、ポートベース２を補助的に支持している。遮蔽空間２４の内部には後述するように、ポートドア１を昇降させる昇降機構２６が収容されていて、ポートドア１に搭載されたポッドは図示しないラッチ機構によってラッチが開放され、ポッド容器とポッドプレートとが分離可能となった後、昇降機構２６によって下降し、ポートベース２下方の空間、すなわち支持プレート２５と遮蔽プレート４とで挟まれた基板開放空間２７に下降する。

次に、遮蔽空間２４の詳細な内部構成について図２及び図３によって説明する。図２は図１において矢印Ｃ方向から見た装置右側面の図であって、カバープレート１６を透視した図である。また、図３（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は図２においてそれぞれ矢印Ｄ、Ｅ、Ｆから見た断面図である。
図２及び図３のように、遮蔽プレート４の側面にはボールネジ５とリニアガイド６とが鉛直方向に配設されている。ボールネジ５の下端は、プーリ７、タイミングベルト８を介してモータ９の出力軸に接続されている。ボールネジ５のボールネジナット５ａとリニアガイド６のスライダ６ａには昇降ベース１０が固定してあり、昇降ベース１０は、図２では図示しない昇降アーム１１を介してポートドア１に接続されている。一方、遮蔽プレート４には、昇降ベース１０の昇降動作領域に渡って上下方向に長穴開口１３が図１（ｂ）のように設けられている。長穴開口１３は遮蔽空間２４と基板開放空間２７とを貫通している。図３からわかるように、昇降アーム１１はこの長穴開口１３を介してポートドア１と昇降ベース１０とを接続する部材である。以上の構成によれば、モータ９の回転動作により昇降ベース１０が昇降動作し、これにともなってポートドア１が昇降できる。
なお、図２のように、遮蔽プレート４の上方にはエアシリンダ１２を配設されていて、エアシリンダ１２の動作によってポートベース２の下部に設けた具体的には図示していないラッチ機構部を動作させ、ポッドの分離、結合のラッチ動作を行うようにしている。
さらに遮蔽空間２４には、図２及び図３（Ｆ）のように、遮蔽空間２４内の本体ベース１４に第１整流ファン１５が設けられており、遮蔽空間２４から装置下面外側への気流を形成するように配置されている。また、本実施例においては、昇降ベース１０の昇降動作時に遮蔽空間２４の気流が基板開放空間２７へ流れ込むことをより確実に防止するために第２整流ファン１７を設けている。第２整流ファン１７は昇降ベース１０に固定されていて、スライダ６ａの近傍に位置している。こうすることにより、図３（Ｆ）の矢印のように確実に気流を形成し、第１整流ファン１５とともにスライダ６ａからの粉塵を装置下面へと誘導することができる。

さらに、遮蔽プレート４の長穴開口１３を塞ぐように可動式のシールベルト１８が設けられている。これにより長穴開口１３が基板開放空間２７に開口する領域を最小限にとどめ、遮蔽空間２４の気密性を向上させている。シールベルト１８はベルト自身の動作や摺動によっても発塵が少ない材質のものを使用した短冊状の有端ベルトである。シールベルト１８は遮蔽プレート４に対して回転自在に固定されたローラ１９に巻装され、一端が昇降アーム１１の上端に、他端が昇降アーム１１の下端に固定されている。またローラ１９によって張られたシールベルト１８の面は、長穴開口１３に僅かな空隙を介して対向する位置に配置されている。これにより、昇降ベース１０の動作に伴って昇降アーム１１がいかなる昇降位置に移動した場合においても、シールベルト１８が長穴開口１３を覆う（塞ぐ）ことになるため、遮蔽空間２４は気密性が向上する。

以上で構成された本発明のポッド開閉装置２０が半導体製造装置２８の１つのユニットとして装置内に組み込まれていることを示す図が図４である。（ａ）が上面図、（ｂ）が（ａ）における矢印Ｇからの側断面図を示している。半導体製造装置２８は本実施例の場合、露光装置を示す。同図のように半導体製造装置２８の上部にはファンフィルタ２２が設置されていて、閉鎖された搬送空間２９を有している。搬送空間２９内には基板搬送ロボット２１が設置されている。基板搬送ロボット２１は本実施例の場合、水平多関節形のアームを有するロボットであって、アーム先端にポッド内の基板を載置することが可能である。搬送空間２９はファンフィルタ２２によって上部から下方に向けて清浄な気流が形成されていて、半導体製造装置２８外部環境よりも高い圧力に維持されている。特に、先に述べたように半導体製造装置２８が露光装置などの場合は、搬送空間２９は、温度、湿度、圧力なども厳しく制御されている空間となっている。そして、半導体製造装置２８の装置側壁３０には本発明のポッド開閉装置２０が２台設置されている。ポッド開閉装置２０はポートドア１とポートベース２の一部のみが半導体製造装置２８の外部環境に露出するよう装置側壁３０において覆われている。すなわち、ポートドア１及びポートベース２は、半導体製造装置２８外部との境界となっている。さらに、ポッド開閉装置２０が覆われた空間は装置側壁３０に設けられている開口３０ａによって搬送空間２９と連通していて、実質的にポッド開閉装置２０は搬送空間２９内と同等の清浄度の環境下に置かれている。すなわち、ポッド開閉装置２０の基板開放空間２７は搬送空間２９に露呈されている。一方、ポッド開閉装置２０が設置される台座３０ｂには上述の第１整流ファン１５の直下に相当する位置に開口３０ｃが形成されている。この開口３０ｃの部分から、ポッド開閉装置２０の遮蔽空間２４からの気流が第１整流ファン１５によって排出される。

次に、以上で構成された半導体製造装置２８におけるポッド開閉装置２０のポッド開放動作について説明する。
まず、ポッド２３をポートドア１に載置する。このとき、ポートドア１とポートベース２の高さは同じである。このときの清浄な気体の気流については、まずファンフィルタ２２から基板開放空間２７を通り、遮蔽プレート４の長穴開口１３を経て、次にシールベルト１８の僅かな隙間を経て、遮蔽空間２４へ流れ、そして、第１整流ファン１５によりポッド開閉装置２０下面外側へと流れる気流が形成されている。また、このときポッド２３のポッドプレートに設けてあるラッチキーホールは、ピン（ラッチピン）３と係合している。エアシリンダ１２の動作により図示しないラッチ機構部が動作し、ポッド容器とポッドプレートとのラッチ拘束が開放され、互いに分離できる状態となる。ラッチが開放されるまで上述した気流に変化は無い。
次に、モータ９が動作することで、ポッド容器はポートベース２に留まったままで、ポートドア１は下降し始め、ポッドプレート上に載置、収納されていた基板（この場合レチクル）が、ポッドプレートとともにポッド開閉装置２０の基板開放空間２７へと下降する。そして、予め決められた基板搬送ロボット２１との基板受け渡し位置まで下降して停止する。このとき、スライダ６ａやボールネジナット５ａなどが動作して発塵しても、第２整流ファン１７によりその粉塵が基板開放空間２７側すなわち搬送空間２９側へと排出されることは無い。
そして、基板搬送ロボット２１によってポッド開閉装置２０との間で基板の受け渡しが行われ、基板搬送ロボット２１によって半導体製造装置２８の図示しない処理装置部分へと基板が搬送され、露光作業などが行われる。作業が終了すれば、上記とは逆の手順で基板がポッドへと収容される。

このように、本発明のポッド開閉装置２０は昇降機構２６がポッド開閉装置２０の側面に設けられた遮蔽空間２４内に収容されており、遮蔽空間２４の下面に設けられた第１整流ファン１５によって遮蔽空間２４内の気流を常に下方へと形成している。そして本発明のポッド開閉装置２０を図４のように半導体製造装置２８に設置すれば、すなわち、半導体製造装置２８の搬送空間２９にポッド開閉装置２０が収容されるように設置し、かつポッド開閉装置２０の第１整流ファン１５の下面が半導体製造装置２８の外部環境に連通するように設置すれば、ポッド開閉装置２０の基板開放空間２７は半導体製造装置２８の搬送空間２９と同等の清浄環境を維持できる一方で、ポッド開閉装置２０の遮蔽空間２４内に発生する粉塵を半導体製造装置２８の外部環境へと排出できる。従って、搬送空間２９のように温度、湿度、圧力が厳しく管理された空間に何ら影響を与えない。

本発明のポッド開閉装置の外観を示す斜視図 本発明のポッド開閉装置の遮蔽空間内の昇降機構を示す側面図 図２における矢印Ｄ、Ｅ、Ｆから見た図 本発明のポッド開閉装置を半導体製造装置に設置した場合の図 特許文献１のポッド開閉装置を示す図 特許文献１のポッド開閉装置の動作を示す図

符号の説明

１ ポートドア
２ ポートベース
３ ピン（ラッチピン）
４ 遮蔽プレート
４ａ サイドプレート
４ｂ サイドプレート
５ ボールネジ
５ａ ボールネジナット
６ リニアガイド
６ａ スライダ
７ プーリ
８ タイミングベルト
９ モータ
１０ 昇降ベース
１１ 昇降アーム
１２ エアシリンダ
１３ 長穴開口
１４ 本体ベース
１５ 第１整流ファン
１６ カバープレート
１７ 第２整流ファン
１８ シールベルト
１９ ローラ
２０ ポッド開閉装置
２１ 基板搬送ロボット
２２ ファンフィルタ
２３ ポッド
２４ 遮蔽空間
２５ 支持プレート
２６ 昇降機構
２７ 基板開放空間
２８ 半導体製造装置
２９ 搬送空間
３０ 装置側壁
３０ａ 開口
３０ｂ 台座
３０ｃ 開口

Claims (1)

1. 基板を収容するポッド容器と、前記ポッド容器の底板となって前記基板を載置するポッドプレートとから成るポッドを搭載し、前記ポッドプレート及び前記基板を昇降させて前記ポッド容器と前記ポッドプレートとを開閉するポッド開閉装置において、
   前記ポッド容器が搭載されるポートベースと、
   前記ポッドプレートが搭載されるポートドアと、
   前記ポートドア及び前記基板が開放される基板開放空間から隔離された遮蔽空間内に収容され、前記ポートドアを昇降させる昇降機構と、
   前記遮蔽空間を形成する遮蔽プレートに設けられた開口を介して前記ポートドアと前記昇降機構とを接続する昇降部材と、
   前記遮蔽空間内の気体を前記遮蔽空間外へ排出する第１の整流ファンと、
   前記遮蔽空間内にあって前記昇降部材に設けられ、前記開口を介して前記基板開放空間の気体を前記遮蔽空間内へ導入する第２の整流ファンと、
   を備え、
   前記基板開放空間と清浄な気体の流れを有する搬送空間とが連通するように半導体製造装置に設置され、前記搬送空間の清浄な気体が、前記第１と第２の整流ファンによって前記基板開放空間から前記遮蔽空間へ流れ、前記半導体製造装置の外部環境へと排出されること、
   を特徴とするポッド開閉装置。
   

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