JP6135903B2 - 装置内層流化機構 - Google Patents

Description

この発明は、小径の処理基板（例えば半導体ウェハ等）を用いてデバイス（半導体デバイス等）を製造するプロセスで使用される小型製造装置の、装置内層流化機構に関する。

従来の製造装置について、半導体製造プロセスに使用される装置、すなわち半導体製造装置を例に採って説明する。

従来の半導体製造装置は、少品種の半導体デバイスを大量に製造することを前提としていた。同一種類の半導体デバイスを大量に且つ安価に製造するためには、大口径の半導体ウェハを使用することが望ましい。大口径の半導体ウェハを使用することにより、多数の半導体デバイスを同時に製造することができるため、同じ種類の半導体デバイスを大量に製造することや、１チップ当たりの製造コストを低減することが容易になる。このため、従来の半導体製造プロセスには、非常に大型の製造装置が使用されていた。従って、半導体製造工場も非常に大規模であり、工場の建設や運営には高額の費用が必要であった。

これに対して、近年、半導体デバイスの多品種少量生産に対する要望が高まっている。また、研究開発等において半導体デバイスを試作する場合には、半導体デバイスを１個或いは数個単位で製造することが望まれる。このような需要を満たすためには、小径の半導体ウェハを用いて、安価に半導体デバイスを製造する技術が望まれる。

また、上述のように、大規模な工場で同一品種の製品を大量に製造する場合、市場の需要変動に合わせて生産量を調整することが非常に困難となる。少量の生産では、工場の運営コストに見合う利益を確保できないからである。更に、半導体製造工場は、高額の建設投資や運営費用が必要であるため、中小企業が参入し難いという欠点もある。

以上のような理由から、小規模な製造工場等で、小径の半導体ウェハや小型の製造装置を用いて、半導体デバイスの多品種少量生産を安価に行うための技術が望まれる。

ここで、半導体デバイスの十分な歩留まりを確保するためには、搬送過程で、半導体ウェハが微粒子に汚染されないようにする必要がある。このような汚染を防止する技術としては、例えば下記特許文献１及び２で開示された技術が知られている。

特許文献１の技術では、クリーンルームの天井にＨＥＰＡフィルタを敷設すると共に床をグレーティング構造にして、これら天井と床との間に垂直層流を発生させている。これにより、クリーンルーム全体の空気清浄を行って、半導体ウェハの汚染を低減することができる（特許文献１の段落［０００２］−［０００５］等参照）。

特許文献２の技術では、上記特許文献１と同様にしてクリーンルーム内の空気清浄を行うと共に、かかる清浄空気を、ケミカルフィルタ３４及びＵＬＰＡフィルタ３５で更に清浄化及び層流化して、製造装置２１の搬出入室３１内に供給している。これにより、半導体ウェハの汚染を、さらに低減することができる（特許文献２の段落［００２９］−［００３８］、図１等参照）。

このように、特許文献１、２の技術では、クリーンルームや搬出入室の天井にフィルタを配置することで、空気の清浄化及び層流化の両方を行っている。

特開平１０−３００１４６号公報 特開平８−８８１５５号公報

上記特許文献１、２に開示されたような技術は、以下のような理由により、小型の製造装置には適さない。

従来の大型製造装置において、ＨＥＰＡフィルタ等を用いて層流化を行うためには、空気の風速を十分に高くする必要がある（一般に風速３５０ｍｍ／秒程度）。そして、空気の十分な清浄化を行うためには、風速が高いほど、ＨＥＰＡフィルタ等を厚くする必要が生じる。ＨＥＰＡフィルタは、圧力損失を低減するために折り畳み構造となっているため、元々厚みが非常に大きい。半導体デバイスの製造において、ＨＥＰＡフィルタの厚みは、通常、２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度である。

ここで、製造装置を小型化するためには、ウェハ搬送容器と該製造装置の前室との間の半導体ウェハの搬入・搬出を、該前室の上面側から行うことが望ましい。前室の側面から水平方向に半導体ウェハを搬入・搬出する場合、該前室の側面に搬入・搬出用の扉を設けなければならず、製造装置の専有面積が大きくなってしまうからである。また、前室の側面から半導体ウェハを搬入・搬出する場合、ウェハ搬送容器を前室の横に一旦載置することになり、この点でも、必要なスペースが増大してしまう。更には、ウェハ搬送容器と前室との間の搬入・搬出及び前室と処理室との間の搬入・搬出の両方を水平搬送とした場合、ウェハ搬送機構の構造が複雑且つ大規模になって、前室の小型化や低価格化が困難である。

しかしながら、上述のように、従来の製造装置では、ＨＥＰＡフィルタ等の厚みが非常に大きいために前室の全高が非常に高くなってしまい、このため、ウェハ搬送容器と前室との間の半導体ウェハの搬入・搬出を該前室の上面側から行うことは困難であった。

このような問題は、半導体製造装置だけで無く、例えばサファイア基板やアルミニウム基板等に処理を施して電子デバイスを製造する装置や、光学デバイスを製造する装置等にも生じる。

本発明の課題は、小型製造装置において空気等のガスの清浄化及び層流化を行う、装置内層流化機構を提供することにある。

本発明に係る装置内層流化機構は、処理基板に所望の処理を施す処理室と、該処理室との間で前記処理基板の搬入及び搬出を行う装置前室とを有する小型製造装置の、装置内層流化機構であって、外部フィルタで微粒子を除去したガスを前記装置前室内のクリーン化室に供給する給気口と、該給気口から供給された前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた上側層流板と、前記ガスを前記クリーン化室から排気するために該クリーン化室の底面側に設けられた、１個の排気口と、該排気口から排気される前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた下側層流板と、該下側層流板の下方であって前記排気口から所定距離だけ上方に配置された整流板とを備え、前記ガスが、前記下側層流板を通過した後、前記整流板の下方に回り込んで前記排気口から排出されるようにしたことを特徴とする。

本発明の装置内層流化機構においては、前記クリーン化室の内部の幅方向及び奥行き方向の寸法が、それぞれ５００ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明の装置内層流化機構においては、前記クリーン化室に供給される前記ガスの風速が１０ｍｍ／秒以上３０ｍｍ／秒以下であることが望ましい。

本発明の装置内層流化機構においては、間隔を隔てて配置された複数の前記上側層流板を有し、隣接する該上側積層板の前記貫通孔の位置が相互にずれていることが望ましい。

本発明の装置内層流化機構においては、間隔を隔てて配置された複数の前記下側層流板を有し、隣接する該下側積層板の前記貫通孔の位置が相互にずれていることが望ましい。

本発明の装置内層流化機構においては、前記上側層流板の下側に設けられた層流布と、該層流布の下側に設けられ、該層流布を貫流した前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた中位層流板とを更に備えることが望ましい。

本発明の装置内層流化機構は、前記処理基板が、径が２０ｍｍ以下のウェハである場合に適用して好適である。

本発明者等の知見によれば、小型の製造装置ではクリーン化室も小さく、ガスが流れる空間の側面間距離が短いことから、ガスの乱流（渦流）が生じ難くなる。このため、小型の製造装置では、ガスの風速を小さくしても、良好な層流を容易に得ることができる。そして、ガスの風速が小さい程、厚みのある清浄化用フィルタを使用しなくても、良好な清浄化を行えるようになる。
また、本発明においては、該下側層流板の下方であって前記排気口から所定距離だけ上方に整流板を配置することにより、さらに良好な層流化を行うことが可能になる。

このため、本発明では、ガスの清浄化を外部フィルタで行うことと、上側層流板及び下側層流板の貫通孔にガスを貫流させることとで、垂直層流化を行うこととした。その結果、本発明によれば、ガス清浄化用フィルタを用いてガスの清浄化及び層流化の両方を行う場合と比較して、製造装置の高さを低くして小型化を図ることができる。

本発明においては、クリーン化室の内部の幅方向及び奥行き方向の寸法をそれぞれ５００ｍｍ以下とすることにより、ガスの乱流を十分に発生し難くすることができ、このため、ガスの風速を十分に小さくすることができる。このため、本願発明により、良好な清浄化や層流化を行うことが容易になる。

本発明においては、ガスの風速を１０ｍｍ／秒以上３０ｍｍ／秒以下とすることにより、良好な清浄化や層流化を行うことが容易になる。

本発明においては、上側層流板及び／又は下側層流板を、隣接する前記積層板の前記貫通孔の位置が相互にずれるように構成することにより、さらに良好な層流化を行うことが可能になる。

本発明においては、前記上側層流板の下側に設けられた層流布と、該層流布の下側に設けられ、該層流布を貫流した前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた中位層流板とを備えることにより、さらに良好な層流化を行うことが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る小型半導体製造装置の全体構成を概念的に示す斜視図である。 同実施の形態１に係る装置前室の構造を概略的に示す外観斜視図である。 同実施の形態１に係る装置前室の全体的内部構造を概略的に示す左側面図である。 同実施の形態１に係る装置前室の全体的内部構造を概略的に示す前面図である。 同実施の形態１に係る図４のＡ−Ａ断面図である。 同実施の形態１に係る図４のＢ−Ｂ断面図である。 同実施の形態１に係る搬送アームの構造を示す側面図である。 同実施の形態１に係る搬送アームの構造を説明するための平面図である。 同実施の形態１に係る搬送アームを分解した状態を示す平面図である。 同実施の形態１に係る図８のＣ−Ｃ断面図である。 同実施の形態１に係る上側パンチングプレートを示す平面図、 同実施の形態１に係る下側パンチングプレートを示す平面図である。 図１１Ａに示した上側パンチングプレートを三枚配置した場合の、貫通孔の位置関係を概念的に示す平面図である。 同実施の形態１に係る小型半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。 同実施の形態１に係る小型半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。 同実施の形態１に係る小型半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。 同実施の形態１に係る小型半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態２に係る小型半導体製造装置のクリーン化機構を概念的に示す平面図である。 この発明の実施の形態２に係る小型半導体製造装置のクリーン化機構を概念的に示す側面図である。

［発明の実施の形態１］
以下、この発明の実施の形態１について、本発明を半導体製造装置の装置内層流化機構に適用する場合を例に採って説明する。

図１は、この実施の形態１に係る小型半導体製造装置の全体構成を概念的に示す斜視図である。図２は、装置前室１２０の構造を概略的に示す外観斜視図である。また、図３乃至図６は、装置前室１２０の内部構造を示す概略図であり、図３は左側面図、図４は前面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。

図１から解るように、この実施の形態１に係る小型半導体製造装置１００は、処理室１１０と、前室としての装置前室１２０とを収容する。処理室１１０と装置前室１２０とは、分離可能に構成されている。これにより、様々な種類の処理室１１０について装置前室１２０を共通化でき、従って、小型半導体製造装置全体としての製造コストを低減できる。

処理室１１０は、図示しないウェハ搬送口を介して装置前室１２０から半導体ウェハ１３１を受け取る。そして、この半導体ウェハ１３１に対して、公知の処理（すなわち、成膜やエッチング、検査処理等）を行う。処理室１１０についての詳細な説明は、省略する。この実施の形態１では、半導体ウェハ１３１として、径が２０ｍｍ以下（例えば１２．５±０．２ｍｍ）の小径のものを使用する。

一方、装置前室１２０は、ウェハ搬送容器１３０に収容された半導体ウェハ１３１を取り出して、処理室１１０に搬送するための部屋である。

装置前室１２０は、金属等で形成された天板１２０ａ、側板１２０ｂ−１２０ｅ等によって構成された筐体を有し、その天板１２０ａの前面側は側板１２０ｂから突出しており、この突出部分の裏側には裏板１２０ｆが設けられている（図４参照）。そして、天板１２０ａと裏板１２０ｆとの隙間部分は、外部から空気を装置前室１２０へ導入するための給気路１２０ｇを形成している（詳細は後述する）。

装置前室１２０の天板１２０ａには、ウェハ搬送容器１３０を載置するための容器載置台１２１（図３参照）と、載置されたウェハ搬送容器１３０を上方から押圧固定する押さえレバー１２２（図２参照）とが設けられている。後述するように、ウェハ搬送容器１３０から装置前室１２０内に搬入された半導体ウェハ１３１は、搬送アーム１２３を用いて、搬送口１２０ｈ（図３参照）を通過して処理室１１０に搬送される。加えて、装置前室１２０の天板１２０ａには、小型半導体製造装置１００の操作を行うための操作釦１２４等が設けられている。

図３乃至図６に示したように、装置前室１２０は、仕切り板２０１により、半導体ウェハ１３１が搬入・搬出されるクリーン化室２１０と、後述のモータ機構２３８，２４５，２４９を収容する駆動室２２０とに、気密に仕切られている。

また、装置前室１２０には、容器載置台１２１にセットされたウェハ搬送容器１３０との間で半導体ウェハ１３１の搬入・搬出を行うウェハ昇降機構２３０、搬送アーム１２３を用いて処理室１１０に対する半導体ウェハ１３１の搬入・搬出を行う水平搬送機構２４０、クリーン化室２１０内に流れる空気を層流化するクリーン化機構２５０等が設けられている。

まず、ウェハ昇降機構２３０の構造について、図３乃至図５を用いて説明する。

ウェハ昇降機構２３０は、半導体ウェハ１３１が載置される、略円筒形状の昇降体２３１を有し、この昇降体２３１の上面部には、縮径された載置部２３１ａが形成されている。載置部２３１ａの上面には、突起２３１ｂが例えば３個設けられている。そして、これら突起２３１ｂの上に、ウェハ搬送容器１３０の受渡底部１３２が、半導体ウェハ１３１を載置したままの状態で保持される（詳細は後述する）。この昇降体２３１は、図５に示すように、昇降軸２３２により上下動自在に支持されている。

この昇降軸２３２は、仕切板２０１の開口孔２０１ａ及びウェハ昇降ベローズ２３３（詳細は後述する）を貫通して昇降体２３１の下面中央部に連結固定されており、この昇降体２３１を支持している。

そのウェハ昇降ベローズ２３３は、クリーン化室２１０と駆動室２２０との気密性を維持するために設けられている。ウェハ昇降ベローズ２３３の上端は、昇降体２３１の下面周縁部に、気密に固着されている。また、ウェハ昇降ベローズ２３３の下端は、仕切板２０１の上面に、開口孔２０１ａの外縁外側を囲むように、気密に固着されている。このウェハ昇降ベローズ２３３は、昇降体２３１の昇降に伴って、垂直方向に伸縮する。

また、その昇降軸２３２は、略鉤型に形成された支持部材２３４に支持されている。この支持部材２３４の上板部２３４ａには、昇降軸２３２の下端が支持固定されている。また、支持部材２３４の側板部２３４ｂは、後述のナット２３６に固定支持されている。このナット２３６に、ねじ軸２３５が螺合されている。

このねじ軸２３５は、駆動室２２０内に、鉛直方向に沿って配設されている。ねじ軸２３５の上端は、仕切板２０１の下面に、回転自在に支持されている。一方、ねじ軸２３５の下端は、ウェハ昇降モータ機構２３８の回転軸に連結された状態で支持されている。

ナット２３６は、ウェハ昇降モータ機構２３８がねじ軸２３５を一方向に回転させることにより案内部材２３７に沿って上昇し、他方向に回転させることにより案内部材２３７に沿って下降するようになっている。

次に、水平搬送機構２４０の構造について、図３、図４及び図６を用いて説明する。

水平搬送機構２４０は、搬送アーム１２３と、この搬送アーム１２３を昇降させるための機構と、この搬送アーム１２３を伸縮させるための機構とを備えている。

図６に示したように、スライド機構２４１は、ガイド板２４１ａとスライド板２４１ｂとを備えている。ガイド板２４１ａは、仕切板２０１の上面に固定されている。また、スライド板２４１ｂは、ガイド板２４１ａに案内されて、上下動する。このスライド板２４１ｂには、昇降板２４２が固定されており、この昇降板２４２は、略水平に配置されている。

アーム昇降ベローズ２４３ａ，２４３ｂは、クリーン化室２１０と駆動室２２０との気密性を維持するために設けられている。アーム昇降ベローズ２４３ａ，２４３ｂの上端は、昇降板２４２の下面に、気密に固着されている。また、アーム昇降ベローズ２４３ａ，２４３ｂの下端は、仕切板２０１の上面に、開口孔２０１ｂ，２０１ｃの外縁外側を囲むように、気密に固着されている。これらのアーム昇降ベローズ２４３ａ，２４３ｂは、昇降板２４２の昇降に伴って、上下方向に伸縮する。

昇降軸２４４は、昇降板２４２を昇降させる。昇降軸２４４の上端部分は、昇降板２４２の下面に設けられた圧入孔２４２ａに、圧入されている。一方、昇降軸２４３の下端は、アーム昇降モータ機構２４５に設けられた、プレート２４５ｄ（詳細は後述する）の上面に当接・支持されている。

アーム昇降モータ機構２４５は、モータ２４５ａを備えている。このモータ２４５ａがカム２４５ｂを回転させると、回転板２４５ｃが回転しながら昇降し、これにより、プレート２４５ｄが昇降する。

支持台２４６ａ，２４６ｂは、略円筒形を呈しており、昇降板２４２の上面に載置固定されている。

この支持台２４６ａ，２４６ｂの上面には、搬送アーム１２３のベース板７００（詳細は後述する）が載置固定されている。

アーム伸縮モータ機構２４９は、駆動軸２４８を回転させ、これにより、搬送アーム１２３を伸縮させる。このアーム伸縮モータ機構２４９は、上下動するプレート２４５ｄに固定されている。このため、プレート２４５ｄの昇降に伴って、アーム伸縮モータ機構２４９及び駆動軸２４８も昇降する。

図７乃至図１０は、搬送アーム１２３の構造を示す概略図であり、図７は側面図、図８は、平面図、図９は分解した状態を示す平面図、図１０は図８のＣ−Ｃ断面図である。

図７乃至図１０に示したように、搬送アーム１２３は、ベース板７００の上に、第１スライドアーム７１０、第２スライドアーム７２０、第３スライドアーム７３０及び第４スライドアーム７４０を上下方向に積層してなる構造を有する。そして、搬送アーム１２３は、装置前室１２０の搬送口１２０ｈと、この装置前室１２０と処理室１１０とを気密に連結する連結部１４０とを介して、処理室１１０内に半導体ウェハ１３１を搬入する（図８参照）。

ベース板７００の両端には、図９に示すように、プーリ７０１，７０２が設けられている。そして、これらプーリ７０１，７０２間には、ベルト７０３が巻回されている。このプーリ７０１は、上述の駆動軸２４８に連結されており、この駆動軸２４８の回転に応じて回転する。

更に、ベース板７００は、スライド部材７０４を備えている。スライド部材７０４は、ガイドレール７０５の案内により、長手方向に移動自在となるように構成されている。更に、このスライド部材７０４は、ベルト７０３を挟持していると共に、上段に設けられた第１スライドアーム７１０の底面に連結固定されている。

加えて、ベース板７００は、伝達部材７０６を備えている。この伝達部材７０６は、プーリ７０２の後方（図７乃至図９では右側）に配置されて、ベース板７００に固定されている。そして、この伝達部材７０６は、上段に設けられた第１スライドアーム７１０のベルト７１３を挟持している。更に、この伝達部材７０６は、上段の第１スライドアーム７１０の右側面に当接して、この第１スライドアーム７１０の移動を案内する。

第１スライドアーム７１０の両端には、プーリ７１１，７１２が回転自在に設けられ、これらプーリ７１１，７１２間には、ベルト７１３が巻回されている。

更に、第１スライドアーム７１０は、スライド部材７１４を備えている。スライド部材７１４は、ガイドレール７１５の案内により、長手方向に移動自在となるように構成されている。更に、このスライド部材７１４は、ベルト７１３を挟持しているとともに、上段に設けられた第２スライドアーム７２０の底面に連結固定されている。

加えて、第１スライドアーム７１０は、伝達部材７１６を備えている。この伝達部材７１６は、プーリ７１２の後方（図７乃至図９では右側）に配置されて、第１スライドアーム７１０に固定されている。また、この伝達部材７１６は、上段に設けられた第２スライドアーム７２０のベルト７２３を挟持している。更に、伝達部材７１６は、上段の第２スライドアーム７２０の左側面に当接して、この第２スライドアーム７２０の移動を案内する。

第２スライドアーム７１０は、上述の第１スライドアームと同様、両端にプーリ７２１，７２２が回転自在に設けられており、これらプーリ７２１，７２２間にはベルト７２３が巻回されている。

第２スライドアーム７１０のスライド部材７２４は、ガイドレール７２５の案内により、長手方向に移動自在に構成されている。また、このスライド部材７２４は、ベルト７２３を挟持しているとともに、上段の第３スライドアーム７３０の底面に連結固定されている。

更に、第２スライドアーム７２０の伝達部材７２６は、プーリ７２２の後方（図７乃至図９では右側）に配置されて、第２スライドアーム７２０に固定されている。また、この伝達部材７２６は、上段に設けられた第３スライドアーム７３０のベルト７３３を挟持している。更に、伝達部材７２６は、第３スライドアーム７３０の右側面に当接して、この第３スライドアーム７３０の移動を案内する。

第３スライドアーム７３０の両端には、プーリ７３１，７３２が設けられている。プーリ７３１，７３２は、回転自在に設けられている。これらプーリ７３１，７３２間には、ベルト７３３が巻回されている。

更に、第３スライドアーム７３０のスライド部材７３４は、ガイドレール７３５の案内により、長手方向に移動自在となるように構成されている。また、このスライド部材７３４は、ベルト７３３を挟持している。

第４スライドアーム７４０は、搬送アーム１２３の伸縮方向と直角な方向に伸びる水平板７４１を備えている。この水平板７４１は、上述した第３スライドアーム７３０のスライド部材７３４に連結固定されている。

更に、第４スライドアーム７４０は、この水平板７４１の先端に固定されて、搬送アーム１２３の伸縮方向に伸びるハンド部７４２を備えている。

ハンド部７４２の先端部分には、半導体ウェハ１３１（図７乃至図１０には示さず）を真空吸着するための吸着孔７４３が設けられている。この吸着孔７４３は、吸引管７４４を介して、吸引孔７４５に繋がっている（図９参照）。吸引孔７４５は、樹脂製の配管（図示せず）を介して、真空ポンプ（図示せず）に接続されている。

次に、クリーン化機構２５０の構造について、図３乃至図５及び図１１Ａ乃至図１１Ｃを用いて説明する。

クリーン化機構２５０は、図４及び図５に示したように、給気バルブ２５１、排気バルブ２５３、排気管２５７、「上側層流板」としての複数枚の上側パンチングプレート２５４、「下側層流板」としての複数枚の下側パンチングプレート２５５、整流板２５６等を備えている。

給気バルブ２５１は、裏板１２０ｆに、設けられている（図４参照）。そして、給気バルブ２５１は、外部フィルタ等（図示せず）により微粒子が除去されたクリーンな空気を、給気路１２０ｇ内に導入する。

整流板２５６は、仕切り板２０１の排気口２０１ｄから上方に所定距離だけ離れた位置に、略水平にネジ２５６ａによって固定される（図５参照）。

排気バルブ２５３は、排気口２０１ｄの下側に固定されている。排気バルブ２５３には、排気管２５７が連結される。

上側パンチングプレート２５４は、多数の貫通孔１１０１を備えている（図１１Ａ参照）。各貫通孔１１０１において、直径は例えばφ２ｍｍ、ピッチは例えば３．５ｍｍである。これらの貫通孔１１０１は、上側パンチングプレート２５４に、千鳥格子状に配置されている。上側パンチングプレート２５４の、昇降体２３１を通過させる部分には、切り欠き１１０３が設けられる。上側パンチングプレート２５４は、互いに所定の間隔を隔てて、例えば三枚配置される。給気路１２０ｇからクリーン化室２１０の本体部に導入された空気は、これらの貫通孔１１０１を通過して、下方に流れる。また、この実施の形態１では、各上側パンチングプレート２５４間で、貫通孔１１０１の位置を互いにずらすことにより、それぞれの上側パンチングプレート２５４に設けられた貫通孔１１０１の位置が、平面視において、互いに重ならないようにした。図１１Ｃは、これら三枚の上側パンチングプレートに形成された貫通孔１１０１の位置関係を概念的に示す平面図であり、ｘは最上位の上側パンチングプレートに形成された貫通孔１１０１、ｙは中位の上側パンチングプレートに形成された貫通孔１１０１、ｚは最下位の上側パンチングプレートに形成された貫通孔１１０１を示している。このような構成により、空気の流れに偏りのない、良好な層流を得やすくなる。

下側パンチングプレート２５５は、上側パンチングプレート２５４と同様、多数の貫通孔１１０２を備えている（図１１Ｂ参照）。各貫通孔１１０２において、直径は例えばφ４ｍｍ、ピッチは例えば７ｍｍである。これらの貫通孔１１０２は、下側パンチングプレート２５５に、千鳥格子状に配置されている。下側パンチングプレート２５５には、ウェハ昇降ベローズ２３３を貫通させる貫通孔１１０４が設けられると共に、アーム昇降ベローズ２４３ａ，２４３ｂの配置位置に対応する部分に切り欠き１１０４，１１０５が設けられる。下側パンチングプレート２５５も、互いに所定の間隔を隔てて、例えば三枚配置される。上側パンチングプレートの場合（図１１Ｃ参照）と同様、それぞれの下側パンチングプレート２５５に設けられた貫通孔１１０２の位置は、平面視において、互いに重ならないようにした。このような構成により、空気の流れに偏りのない、良好な層流を得やすくなる。

この実施の形態１では、上側パンチングプレート２５４、下側パンチングプレート２５５及び整流板２５６を設けたことにより、給気バルブ２５１からクリーン化室２１０内に導入された空気を、層流化している。

クリーン化室２１０内に導入される空気の風速は、例えばクリーン化室２１０の内側寸法が幅１００ｍｍ、奥行き１００ｍｍ且つ高さ１００ｍｍの場合、１０〜３０ｍｍ／秒とすることができる。

続いて、容器載置台１２１について説明する。

上述のように、容器載置台１２１には、ウェハ搬送容器１３０がセットされる。そして、このウェハ搬送容器１３０の受渡底部１３２を、半導体ウェハ１３１が載置された状態で、クリーン化室２１０内に搬入する。ウェハ搬送容器１３０としては、例えば特願２０１０−１３１４７０等で開示された搬送容器を使用することができる。

一方、ウェハ搬送容器１３０がセットされていないときは、容器載置台１２１の開口部は、昇降体２３１の上側部分によって塞がれている（図示せず）。

次に、この実施形態に係る小型半導体製造装置の動作について、図１２乃至図１５を用いて説明する。

上述のように、ウェハ搬送容器１３０がセットされていないとき、昇降体２３１は、最も高い位置まで上昇して、容器載置台１２１の搬入口１２１ａを塞いでいる。この状態で、図示しないポンプ等を用いて、給気バルブ２５１からクリーン化室２１０内に、清浄化された空気が導入される。この空気は、排気口２０１ｄ、排気バルブ２５３及び排気管２５７を介して、装置前室１２０の外部に排気される。このとき、上側パンチングプレート２５４、下側パンチングプレート２５５及び整流板２５６により、空気の流れが制御され、層流が生成される。

安定した層流が得られると、その状態で、容器載置台１２１に、ウェハ搬送容器１３０がセットされる（図１２参照）。このとき、ウェハ搬送容器１３０の受渡底部１３２は、例えば電磁石（図示せず）の吸着力等により、昇降体２３１に保持される。

ウェハ搬送容器１３０が容器載置台１２１にセットされた後、レバー１２２を押し下げることによって、この容器載置台１２１上に押圧固定される。

次に、ウェハ昇降モータ機構２３８が駆動することにより、ねじ軸２３５が回転を開始する。これにより、ナット２３６が下降し、その結果、昇降軸２３２の下降と共に昇降体２３１が下降する（図１３参照）。この実施の形態１では、ウェハ昇降ベローズ２３３によってクリーン化室２１０が駆動室２２０から密閉されているので、ウェハ昇降モータ機構２３８やねじ軸２３５の駆動に起因して微粒子が拡散等しても、クリーン化室２１０内が汚染されるおそれは無い。

昇降体２３１を下降させると、ウェハ搬送容器１３０の受渡底部１３２は、昇降体２３１に保持されたままの状態で下降する（図１３参照）。この結果、半導体ウェハ１３１は、受渡底部１３２に載置されたままの状態で、装置前室１２０内に搬入される。受渡底部１３２が下降したとき、蓋部１３３は、そのまま容器載置台１２１を塞いでいる。このため、受渡底部１３２が装置前室１２０内に搬入されても、この装置前室１２０内に微粒子が進入する可能性は小さい。

昇降体２３１が所定位置まで下降して停止すると、次に、アーム伸縮モータ機構２４９が駆動することにより、駆動軸２４８が回転を開始し、これにより、ベース板７００のプーリ７０１が回転を開始する（図９及び図１５参照）。

プーリ７０１が回転すると、ベルト７０３が回動する。上述のように、スライド部材７０４はベルト７０３を挟持すると共に、第１スライドアーム７１０の底面に連結固定されている。このため、ベルト７０３が回動すると、スライド部材７０４がレール７０５に案内されて伸延方向（図９の左方向）に移動し、この結果、第１スライドアーム７１０も伸延方向に移動する。

また、上述のように、伝達部材７０６は、ベース板７００に固定されると共に、第１スライドアーム７１０のベルト７１３を挟持している。このため、第１スライドアーム７１０が伸延方向に移動すると、この第１スライドアーム７１０のベルト７１３が回動を開始する。

ベルト７１３が回動すると、第１スライドアーム７１０のスライド部材７１４が、レール７１５に案内されて伸延方向に移動する。従って、第２スライドアーム７２０が、第１スライドアーム７１０に対して相対的に、伸延方向に移動する。そして、第２スライドアーム７２０が相対的に移動すると、第１スライドアーム７１０の伝達部材７１６によって、第２スライドアーム７２０のベルト７２３が回動する。

ベルト７２３が回動すると、第２スライドアーム７２０のスライド部材７２４がレール７２５に案内されて伸延方向に移動する。この結果、第３スライドアーム７３０が、第２スライドアーム７２０に対して相対的に、伸延方向に移動する。そして、第３スライドアーム７３０が相対的に移動すると、第２スライドアーム７２０の伝達部材７２６によって、第３スライドアーム７３０のベルト７３３が回動する。

ベルト７３３が回動すると、第３スライドアーム７３０のスライド部材７３４がレール７３５に案内されて伸延方向に移動する。この結果、第４スライドアーム７４０が、第３スライドアーム７３０に対して相対的に、伸延方向に移動する。

このようにして、駆動軸２４８の回転によって、搬送アーム１２３を伸延させることができる。この実施の形態１では、アーム昇降ベローズ２４３ｂによってクリーン化室２１０が駆動室２２０から密閉されているので、アーム伸縮モータ機構２４９や駆動軸２４８が駆動して微粒子が拡散等しても、クリーン化室２１０内が汚染されるおそれは無い。

搬送アーム１２３は、まず、昇降体２３１の位置まで伸延して、先端部（吸着孔７４３が設けられた部分）が半導体ウェハ１３１と受渡底部１３２との隙間に入り込んだ状態で停止する。そして、ウェハ昇降モータ機構２３８をさらに駆動して昇降体２３１をわずかに再下降させることにより、第４スライドアーム７４０のハンド部７４２（図９参照）に設けられた吸着孔７４３の上に、半導体ウェハ１３１を載置させる。更に、排気穴７４５から排気を行うことにより、ハンド部７４２に半導体ウェハ１３１を真空吸着する。

続いて、駆動軸２４８の回転を再開して、搬送アーム１２３を、処理室１１０内まで伸延させる。そして、処理室１１０内のウェハ載置台１１１の上まで、半導体ウェハ１３１を搬送する（図１５参照）。

そして、駆動軸２４８の回転を停止することによって搬送アームの伸延を停止し、続いて、排気穴７４５からの排気を停止することによって半導体ウェハ１３１の吸着を停止する。

次に、アーム昇降モータ機構２４５を駆動して、カム２４５ｂをわずかに回転させる。これにより、回転板２４５ｃが下降して、プレート２４５ｄも下降する。これにより、搬送アーム１２３や水平搬送機構２４０の全体が、わずかに下降する。この結果、半導体ウェハ１３１が、ウェハ載置台１１１の上に載置される。

続いて、搬送アーム１２３が縮んで、クリーン化室２１０内に戻る。これにより、ウェハ搬送容器１３０から処理室１１０への、半導体ウェハ１３１の搬送が終了する。その後、処理室１１０内で、半導体ウェハ１３１に対する所望の処理が行われる。

処理室１１０内からウェハ搬送容器１３０までの半導体ウェハ１３１の搬送は、以上の説明と逆の操作によって行われる。

以上説明したように、この実施の形態１では、外部フィルタ等（図示せず）によって微粒子が除去されたクリーンな空気が、給気路１２０ｇからクリーン化室２１０内に導入される。この実施の形態１では、クリーン化室が小さいので（例えば、幅５００ｍｍ以下、且つ、奥行き５００ｍｍ以下）、空気が流れる空間の側面間距離が短く、従って、空気の乱流（渦流）が生じ難い。このため、この実施の形態１では、空気の風速を小さくしても、良好な層流を容易に得ることができる。クリーン化室２１０内に導入される空気の風速は、例えばクリーン化室２１０の内側寸法が幅１００ｍｍ、奥行き１００ｍｍ且つ高さ１００ｍｍの場合、１０〜３０ｍｍ／秒とすることができる。この風速値は、一般的なクリーンルームが３５０ｍｍ／秒であるのに比べて、１０分の１以下である。この結果、この実施の形態１では、給気バルブ２５１や排気バルブ２５３に連結されるパイプを細くすることができると共に、例えばインラインフィルタ等の外部フィルタを用いて空気を十分に清浄化できる。

そして、この実施の形態１では、クリーン化室２１０に供給された空気を、三枚の上側パンチングプレート２５４、三枚の下側パンチングプレート２５５及び整流板２５６を用いて、垂直層流化している（図４等参照）。上述のように、この実施の形態１では、クリーン化室２１０が小さいので、このような構造によっても、良好な層流を得ることができる。

このように、この実施の形態１では、空気の清浄化を外部フィルタで行うと共に、層流化をパンチングプレート２５４，２５５等で行っている。すなわち、この実施の形態１の小型半導体製造装置１００によれば、空気の清浄化及び層流化を行うために、クリーン化室２１０内にＨＥＰＡフィルタ等の厚いフィルタを配する必要が無い。このため、この実施の形態１によれば、装置前室１２０の全高を低く抑えることができる。

装置前室１２０の全高が低いため、この実施の形態１では、ウェハ搬送容器１３０と装置前室１２０との間の半導体ウェハの搬入・搬出を、かかる装置前室１２０の上面側から行うことができる。すなわち、この実施の形態１では、装置前室１２０の上面にウェハ搬送容器１３０を載置した後に昇降体２３１を下降させることにより、半導体ウェハ１３１がクリーン化室２１０内に搬入される。そのため、搬送アーム１２３は、クリーン化室２１０と処理室１１０との間で半導体ウェハ１３１を搬送すれば良く、ウェハ搬送容器１３０とクリーン化室２１０との間での搬送を行う必要は無い。従って、この実施の形態１では、搬送アーム１２３は、伸縮動作及び昇降動作のみのものを使用することができ（図９、図１０等参照）、水平方向の回転動作を行う必要が無い。更には、装置前室１２０の上面側から半導体ウェハの搬入・搬出を行うので、装置前室１２０の側面に扉を設ける必要や、かかる装置前室１２０の横にウェハ搬送容器１３０の設置スペースを確保する必要も無い。この結果、この実施の形態１では、小型半導体製造装置１００全体としての専有面積を低減することができる。

なお、この実施の形態１では、半導体ウェハを用いる半導体製造装置を例に採って説明したが、本発明は、他の種類の基板（例えばサファイア基板等の絶縁性基板や、アルミニウム基板等の導電性基板）や、非円盤形状（例えば矩形）の処理基板からデバイスを製造する製造装置にも適用することができる。

また、この実施の形態１では「デバイス」として半導体デバイスを例に採ったが、本発明は他の種類のデバイス（例えば、光学素子や光集積回路等の光デバイス）を製造する製造装置にも適用することができる。

更に、本発明は、基板の処理を行う装置だけで無く、製造プロセスにおける他の工程（例えばデバイスの検査工程）を行う装置にも適用することができる。本発明の「処理室」は、これら他の工程を行うものをも含むこととする。

この実施の形態では、搬送アーム１２３の第１〜第４スライドアーム７１０〜７４０を上下方向に積層させる構成としたが、複数のスライドアームを水平方向に積層させる構成としても良く、また、他の構成であっても良い。
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２に係る小型半導体製造装置のクリーン化機構について、図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、この実施の形態２に係るクリーン化機構を概念的に示す図であり、図１６Ａは平面図、図１６Ｂは側面図である。

なお、この実施の形態２では、クリーン化機構を前室のクリーン化室に適用した例を説明するが、処理室のクリーン化機構に採用することも可能である。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示したように、この実施の形態２に係る前室のクリーン化室１６００には、給気口１６０１及び排気口１６０２が設けられている。給気口１６０１は、クリーン化室１６００の天井１６０３の略中央に設けられている。すなわち、図１６Ａに示したように、天井１６０３の中央に給気口１６０１が設けられ、その両側下方に、搬送アーム１２３と昇降体２３１とが配置される。給気口１６０１からは、例えば窒素等の空気が、前室１６００内に導入される。一方、排気口１６０２は、クリーン化室１６００の床面（すなわち仕切り板１６０４）の略中央に設けられている。排気口１６０２からは、クリーン化室１６００内の空気が排出される。

クリーン化室１６００の天井１６０３から下方に所定距離だけ離れた位置には、上側整流板１６１１が、図示しないネジ等によって略水平に固定される。一方、仕切り板１６０４から上方に所定距離だけ離れた位置には、下側整流板１６１２が、図示しないネジ等によって略水平に固定される。上側整流板１６１１及び下側整流板１６１２の直径は、例えば２０ｍｍである。

上側整流板１６１１の下方には、「上側層流板」としての上側パンチングプレート１６２１，１６２２，１６２３が、複数枚配置されている（ここでは三枚とする）。上側パンチングプレート１６２１〜１６２３は、互いに所定の間隔を隔てて、天井１６０３の全面を覆うように配置される。上側パンチングプレート１６２１〜１６２３は、それぞれ、多数の貫通孔１６２１ａ，１６２２ａ，１６２３ａを備えている。各貫通孔１６２１ａ，１６２２ａ，１６２３ａは、例えば、直径φ２ｍｍ、ピッチ３．５ｍｍである。これらの貫通孔１６２１ａ，１６２２ａ，１６２３ａは、上側パンチングプレート１６２１〜１６２３に、千鳥格子状に配置されている。

一方、下側整流板１６１２の上方には、「下側層流版」としての下側パンチングプレート１６３１，１６３２，１６３３が、複数枚配置されている（ここでは三枚とする）。下側パンチングプレート１６３１〜１６３３は、互いに所定の間隔を隔てて、仕切り板１６０４の全面を覆うように配置されている。上側パンチングプレート１６２１〜１６２３と同様、下側パンチングプレート１６３１〜１６３３も、多数の貫通孔１６３１ａ，１６３２ａ，１６３３ａを備えている。各貫通孔１６３１ａ，１６３２ａ，１６３３ａにおいて、直径は例えばφ４ｍｍ、ピッチは例えば７ｍｍである。これらの貫通孔１６３１ａ，１６３２ａ，１６３３ａは、下側パンチングプレート１６３１〜１６３３に、千鳥格子状に配置されている。

更に、この実施の形態２では、上側パンチングプレート１６２３の下方には、層流布１６４１（例えば不織布等）が設けられている。

加えて、層流布１６４１の下方には、「中位層流板」としての中位パンチングプレート１６５１が、１枚又は複数枚配置されている（ここでは１枚とする）。中位パンチングプレート１６５１は、層流布１６４１の全面を覆うように、設けられる。中位パンチングプレート１６５１も、多数の貫通孔１６５１ａを備えている。各貫通孔１６５１ａにおいて、直径は例えばφ１ｍｍ、ピッチは例えば１．２５ｍｍである。これらの貫通孔１６５１ａは、中位パンチングプレート１６５１に、千鳥格子状に配置されている。

このような構成において、給気口１６０１からクリーン化室１６００内に導入された空気は、上側整流板１６１１で横方向に拡散されて、上側層流板１６２１〜１６２３、層流布１６４１及び中位パンチングプレート１６５１を通過して、搬送アーム１２３や昇降体２３１に達する。そして、下側パンチングプレート１６３１〜１６３３を通過した後、下側整流板１６１２の下方に回り込んで、排気口１６０２から、クリーン化室１６００の外部に排出される。

この実施の形態２では、クリーン化室１６００に供給された空気を垂直層流化するための機構として、上側パンチングプレート１６２１〜１６２３、下側パンチングプレート１６３１〜１６３３及び整流板１６１２に加えて、上側整流板１６１１、層流布１６４１及び中位パンチングプレート１６５１を用いた。このため、上記実施の形態１と比較して、更に良好な層流を得ることができる。

なお、上記実施の形態１及び２では、クリーン化機構を前室のクリーン化室に適用した例を説明するが、処理室にクリーンなガスを供給するためのクリーン化機構に採用することも可能である。

１００ 小型半導体製造装置
１１０ 処理室
１２０ 装置前室
１２１ 容器載置台
１２３ 搬送アーム
１３０ ウェハ搬送容器
１３１ 半導体ウェハ
１３２ 受渡底部
１３２ｂ，１３３ａ 永久磁石
１３３ 蓋部
２０１ 仕切り板
２１０，１６００ クリーン化室
２２０ 駆動室
２３０ ウェハ昇降機構
２３１ 昇降体
２３１ａ 載置部
２３１ｂ 突起
２３１ｃ 突起の先端
２３１ｄ Ｏリング
２３２ 昇降軸
２３３ ウェハ昇降ベローズ
２３４ 支持部材
２３５ ねじ軸
２３６ ナット
２３７ 案内部材
２３８ ウェハ昇降モータ機構
２４０ 水平搬送機構
２４１ スライド機構
２４２ 昇降板
２４３ａ，２４３ｂ アーム昇降ベローズ
２４４ 昇降軸
２４５ アーム昇降モータ機構
２４６ａ，２４６ｂ 支持台
２４８ 駆動軸
２４９ アーム伸縮モータ機構
２５０ クリーン化機構
２５１ 給気バルブ
２５３ 排気バルブ
２５４，１６２１，１６２２，１６２３ 上側パンチングプレート
２５５，１６３１，１６３２，１６３３ 下側パンチングプレート
２５６ 整流板
２５７ 排気管
７００ ベース板
７０１，７０２，７１１，７１２，７２１，７２２，７３１，７３２ プーリ
７０３，７１３，７２３，７３３ ベルト
７０４，７１４，７２４，７３４ スライド部材
７０５，７１５，７２５，７３５ ガイドレール
７０６，７１６，７２６，７３６ 伝達部材
７１０ 第１スライドアーム
７２０ 第２スライドアーム
７３０ 第３スライドアーム
７４０ 第４スライドアーム
１６１１ 上側整流板
１６１２ 下側整流板
１６４１ 層流布
１６５１ 中位パンチングプレート

Claims (7)

1. 処理基板に所望の処理を施す処理室と、該処理室との間で前記処理基板の搬入及び搬出を行う装置前室とを有する小型製造装置の、装置内層流化機構であって、
   外部フィルタで微粒子を除去したガスを前記装置前室内のクリーン化室に供給する給気口と、
   該給気口から供給された前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた上側層流板と、
   前記ガスを前記クリーン化室から排気するために該クリーン化室の底面側に設けられた、１個の排気口と、
   該排気口から排気される前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた下側層流板と、
   該下側層流板の下方であって前記排気口から所定距離だけ上方の位置に配置された整流板と、
   を備え、
   前記ガスが、前記下側層流板を通過した後、前記整流板の下方に回り込んで前記排気口から排出されるようにした、
   ことを特徴とする装置内層流化機構。
2. 前記クリーン化室の内部の幅方向及び奥行き方向の寸法が、それぞれ５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の装置内層流化機構。
3. 前記クリーン化室に供給される前記ガスの風速が１０ｍｍ／秒以上３０ｍｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置内層流化機構。
4. 間隔を隔てて配置された複数の前記上側層流板を有し、隣接する該上側層流板の前記貫通孔の位置が相互にずれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の装置内層流化機構。
5. 間隔を隔てて配置された複数の前記下側層流板を有し、隣接する該下側層流板の前記貫通孔の位置が相互にずれていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の装置内層流化機構。
6. 前記上側層流板の下側に設けられた層流布と、
   該層流布の下側に設けられ、該層流布を貫流した前記ガスを貫流させる複数の貫通孔が設けられた中位層流板と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置内層流化機構。
7. 前記処理基板が、径が２０ｍｍ以下のウェハであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の装置内層流化機構。

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