JP6614278B2 - 容器パージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスやガラス基板を用いたデバイス等の製造において、半導体ウ
ェハ基板やガラス基板を収容するキャリアカセット等の容器内にガスを注入することが可能な容器パージ装置に関する。

半導体デバイスの製造においては、製造装置間で半導体ウェハを移送させるために、複数のウェハを収容するキャリアカセットが用いられる。キャリアカセットには、ウェハの表面の酸化防止のために不活性ガスが充填されるように構成されたＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）と呼ばれる密閉型のものもある。

特許文献１には、ロードポート上に設置されたＦＯＵＰ等の容器内に不活性ガスを注入する技術が開示されている。この技術では、ロードポートにドア及びこれを開閉するドア開閉機構が設けられ、ドアが容器の蓋を保持し、ドア開閉機構によりドアが開かれるときに容器の本体から蓋が外され、露出した容器の開口から不活性ガスが供給される（例えば、特許文献１の明細書段落［００１８］、［００２０］、［００２４］参照）。

近年では、配線パターンの微細化に伴って容器内の不活性ガスの濃度を高めるために、容器の底に不活性ガスの注入部（注入口）が設けられ、その注入部を介して、不活性ガスを噴出するノズルから容器内に不活性ガスが注入される、といった技術も採用され始めている。

特開２００９−３８０７４号公報

本発明の課題は、容器内へガスの注入および排出する技術において、小型化された不活
性ガスの供給機構を備える容器パージ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る容器パージ装置は、複数枚の基板を収容可能な基板収容容器が載置される載置台を備えた容器パージ装置において、
前記容器パージ装置は、前記基板収容容器の底部に設けられる気体排出部を介して、前記基板収容容器内の気体を排出する排出機構と、前記底部に設けられる注入部を介して不活性ガスを前記基板収容容器内に供給する供給機構とを備え、前記排出機構と前記供給機構とを動作させることにより、前記基板収容容器内の前記不活性ガスの濃度を高めるものであり、
前記供給機構は、前記載置台から昇降可能に設けられる注入ノズルと、前記注入ノズルを前記基板収容容器の前記注入部に接触させるように前記注入ノズルを昇降可能に収容する筐体とを有し、
前記注入ノズルが前記筐体をシリンダとするピストンとなることで前記注入ノズルの昇降駆動を可能とし、前記筐体は前記注入ノズルが貫通する開口部を有し、前記注入ノズルの一部が前記筐体外に露出して前記注入部に接触することを特徴とする。

以上、本発明によれば、供給機構の小型化を実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る容器パージ装置としてのロードポートを示す斜視図である。 図２は、そのロードポートを示す平面図である。 図３は、側面から見た載置台の主要部を示す模式的な断面図である。 図４は、ロードポートの前方側に設けられた注入ノズル付近を拡大して示す断面図である。 図５は、キャリアの底部を示す図である。 図６は、昇降駆動ユニットの駆動により注入ノズルが上昇して注入ノズルの上端が注入部のグロメットに接触した状態を示す図である。 図７は、ロードポートに適用される、本発明の第２の実施形態に係る昇降駆動ユニットを示す断面図である。

上記のように不活性ガスの注入技術を採用する装置では、ロードポートにおける、容器の載置台上にノズルが設けられる。容器が載置台上に載置され、注入部にノズルが当接した後、不活性ガスが容器内に注入される。容器が載置台の所定の位置に載置されるようにするために、載置台上には位置決めピンが設けられ、容器の底に設けられた溝に位置決めピンが嵌ることにより容器が位置決めされる。また、不活性ガスの注入時において、容器の注入部に対するノズルの密着性を高めるために、ノズルは載置台から突出するように設置され、また、ノズルがバネにより載置台に弾性的に設置されている。具体的には、載置台に容器が載置される時、容器の注入部がノズルに当接し容器の自重によりノズルがそのバネ力に抗して押し下げられる。

しかしながら、載置台上に容器が載置される時、位置決めピンによって容器が位置決めされる前に、ノズルが、注入部または注入部周辺でひっかかり、容器が所期の位置に位置決めされないという問題がある。

また、バネ力により容器の注入部にノズルが密着するので、バネ力が強すぎると、容器の上下方向の位置決めも高精度に行うことができないおそれがある。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス注入装置としてのロードポートを示す斜視図である。図２は、そのロードポート１００を示す平面図である。

ロードポート１００は、半導体デバイスの各種の製造工程で使用される製造装置間のインターフェースの機能を有する。

ロードポート１００は、半導体ウェハ基板（以下、ウェハという）Ｗを複数収容する容器としてのキャリア１０（キャリアカセット）を載置させる載置台２を有している。キャリア１０は、密閉容器としてのＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）が用いられる。

載置台２は、ベースハウジング２２と、このベースハウジング２２上に設けられたプレート状のキャリアベース２１とを有する。キャリアベース２１上にキャリア１０が載置されるようになっている。キャリアベース２１上に載置されたキャリア１０の前面側、すなわち図１中Ｙ軸方向の奥側には、ウェハＷが通過する通過口１６が設けられている。通過口１６に対向するように、キャリア１０の蓋１０５を開閉する開閉装置１５が設けられている。

開閉装置１５は、キャリア１０の蓋１０５に設けられた図示しない鍵穴に挿入する鍵を搭載している。開閉装置１５がその鍵を用いて開錠及び施錠することにより、キャリア１０の蓋１０５が開閉され、蓋１０５がキャリア１０の本体から外されたり、装着されたりする。開閉装置１５は、例えばキャリア１０の本体から外した蓋１０５を、下方または横方向に移動させることが可能となっている。これにより通過口１６が開放され、通過口１６を介して図示しない製造装置内部とキャリア１０内部とが連通する。

キャリアベース２１は、ベースハウジング２２内に設けられた図示しないスライダ機構によりＹ軸方向に移動可能とされている。これにより、キャリアベース２１は、キャリアベース２１上に載置されたキャリア１０を、上記のように開閉装置１５がキャリア１０の蓋１０５が開閉する動作を行う位置まで移動させることができる。

キャリアベース２１の周縁部には、キャリアベース２１上に載置されたキャリア１０内に不活性ガスを注入するための３つの注入ノズル５（５ａ、５ｂ、５ｃ）が配置され、また、キャリア１０内のガスを排出するための１つの排出ノズル５'が配置されている。注入ノズル５及び排出ノズル５'は、それぞれノズルホルダ６により保持されている。ノズルホルダ６には取付部材９が接続され、ノズルホルダ６は取付部材９を介してキャリアベース２１の周縁部の所定位置にそれぞれ取り付けられている。これにより、注入ノズル５及び排出ノズル５'は、上記スライダ機構によりキャリアベース２１と一体的に移動可能となっている。

図３は、側面から見た載置台２の主要部を示す模式的な断面図である。載置台２のベースハウジング２２の上面には開口２２１が設けられており、この開口２２１を介してベースハウジング２２内から注入ノズル５及び排出ノズル５'が上方に露出するように設けられている。これらの注入ノズル５には、図示しないガスボンベ等の不活性ガスの供給源、この供給源に接続された配管及びこの配管に接続された開閉弁等、不活性ガスの供給に必要な要素が接続されている。配管の一部や開閉弁等は、ベースハウジング２２内に収容されている。また、排出ノズル５'には、配管及び開閉弁を介してブロワまたは真空ポンプに接続されている。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等が用いられる。

図４は、例えば３つの注入ノズル５ａ、５ｂ及び５ｃのうち、例えばロードポート１００の前方側（キャリア１０の後方側）に設けられた注入ノズル５ａ付近を拡大して示す断面図である。このロードポート１００は、注入ノズル５ａを昇降させる昇降駆動ユニット４をそれぞれ備えている。

なお、３つの注入ノズル５ａ、５ｂ及び５ｃ、ノズルホルダ６及び昇降駆動ユニット４の構成はそれぞれ同じである。排出ノズル５'にもこれらと同一のノズルホルダ６及び昇降駆動ユニット４が備えられている。注入ノズル５と排出ノズル５'とはそれらの機能上若干の構成の違いがあるが、実質的には同じである。

図４に示すように、昇降駆動ユニット４は、ノズルホルダ６の両側部に取り付けられた、流体圧により駆動するシリンダ駆動機構としてのエアシリンダ４１を有する。エアシリンダ４１の作用端には取付板４２が接続され、取付板４２には注入ノズル５ａが取り付けられている。したがって、エアシリンダ４１がこの取付板４２を昇降駆動させることで注入ノズル５ａを昇降させるように駆動する。

ノズルホルダ６は、下部に設けられた円柱状の凹部６２ａを有する本体６２と、凹部６２ａを塞ぐように本体６２上に設けられたカバー６１とを有し、注入ノズル５ａを昇降可能に保持する。注入ノズル５ａは側面にフランジ部５１を有し、このフランジ部５１がノズルホルダ６の凹部６２ａ内に配置されるように、ノズルホルダ６に保持される。カバー６１は、注入ノズル５ａのフランジ部５１との関係で、エアシリンダ４１の駆動による注入ノズル５の上昇移動時において、その上限位置のストッパとしての機能を有する。注入ノズル５ａの内部には流路５２が設けられ、その流路５２の下部において図示しない配管に接続される。

なお、ベースハウジング２２内に配置される配管はフレキシブルなものが用いられる。また、注入ノズル５ａのフランジ部５１の下面側に、注入ノズル５ａを支持するための支持部材としてバネが設けられていてもよい。この場合、このバネの機能は、従来のようにキャリア１０の注入部１０２（図５参照）に注入ノズルを押し付ける機能はなく、単に注入ノズルを支持するものであるので、後述するような適切なバランスを持つバネ定数を設計するといった、高い設計精度は必要ない。

図２〜４に示すように、キャリアベース２１には、キャリア１０を位置決めする位置決めピンとしてのキネマティックピン７が、キャリアベース２１上から突出するように複数設けられている。キネマティックピン７は、例えば３つ設けられているが、これに限られない。また、キャリアベース２１上には、キャリア１０がキャリアベース２１上で位置決めされて載置されているか否かを検出する着座センサ８が設置されている。着座センサ８は複数あってもよい。

図５は、キャリア１０の底部を示す図である。キャリア１０の底部１０３には、キネマティックピン７が嵌まり込んで係合する位置決め溝１０１が、それらキネマティックピン７の配置に対応するようにそれぞれ設けられている。また、底部１０３には、注入ノズル５及び排出ノズル５'がそれぞれ接触する注入部１０２及び排出部１０２'が、それらノズル５、５'の配置に対応するようにそれぞれ設けられている。

図４に示すように、例えば注入部１０２には、キャリア１０の底部１０３に設けられた開口１０２１及びこの開口１０２１に嵌め込まれたグロメットシール１０２２が設けられる。グロメットシール１０２２の外径及び内径は、注入ノズル５の流路５２径や外径との関係で予め決められる。排出部１０２'の構成も、注入部１０２の構成と実質的に同じである。

位置決め溝１０１は、図４に示すように断面で見てＶ字状であり、キネマティックピン７の上部曲面が、位置決め溝１０１内の向かい合う壁面にバランスよく当接することで、キャリア１０が位置決めされる。

ロードポート１００に設けられた注入ノズル５、排出ノズル５'及びキネマティックピン７の数や配置は、キャリア１０に設けられた注入部１０２、排出部１０２'及び位置決め溝１０１の数や配置と整合性が取れれば、どのような形態でも構わない。これらの数や配置は規格による。

以上のように構成されたロードポート１００の動作を説明する。

例えば、図示しないＯＨＴ（OverHead Transportation）、または、その他の搬送ロボットが、ウェハＷを収容したキャリア１０を、別の場所からこのロードポート１００まで移送してくると、キャリア１０をこのロードポート１００の載置台２に載置する。このとき図３に示したように、キャリアベース２１は前方側（図３中右側）に位置している。また、このとき図４に示したように、注入ノズル５ａ（及びその他の注入ノズル５ｂ、５ｃ及び排出ノズル５'）は、待機位置の高さ位置で待機している。

搬送ロボットからキャリアベース２１にキャリア１０が渡されるとき、キネマティックピン７と、キャリア１０の位置決め溝１０１との作用により、キャリア１０は所定の位置に位置決めされる。このとき着座センサ８によりキャリア１０がキャリアベース２１の所定の位置に載置されたことを検出する。このようにキャリア１０が位置決めされた状態であっても、図４に示すように注入ノズル５の上端は、未だキャリア１０の底部１０３の注入部１０２に接触していない。つまり、注入ノズル５の待機位置は、位置決め溝１０１にキネマティックピン７が係合してキャリア１０がキャリアベース２１上に載置された状態での、キャリア１０の底部１０３（特に注入部１０２）の位置より、注入ノズル５の上端が低くなるような位置である。

キャリア１０が位置決めされた後、つまり着座センサ８によりキャリア１０の着座状態が確認された後、図６に示すように昇降駆動ユニット４の駆動により注入ノズル５が上昇し、注入ノズル５の上端が注入部１０２のグロメットシール１０２２に接触する。そして、上記した開閉弁が開き、図示しない供給源から供給されてくる不活性ガスが、注入ノズル５及び注入部１０２を介してキャリア１０内に注入される。また、この注入動作のタイミングと実質的に同じタイミングで、排出部１０２'及び排出ノズル５'を介してキャリア１０内のエアが排出される。あるいは、先に排出ノズル５'を介してキャリア１０内のエアがある程度抜かれてキャリア１０内部が減圧された後、不活性ガスがキャリア１０内に注入されてもよい。

キャリア１０内に不活性ガスが注入された後、あるいは注入されている間に、キャリアベース２１がＹ軸方向に沿って後方側（図３中左側）へ移動することで、キャリア１０の蓋１０５が通過口１６に接触する。そして、開閉装置１５がキャリア１０の蓋１０５のロックを解除し、キャリア１０の本体から蓋１０５を取り外すことにより、通過口１６を介してキャリア１０内と製造装置内が連通する。そうすると、製造装置内の図示しない搬送ロボットがキャリア１０内のウェハＷを取り出し、製造装置によってウェハＷに所定の処理が行われる。

また、ウェハＷに処理が行われた後、その製造装置内の搬送ロボットが通過口１６を介して、処理後のウェハＷをキャリア１０内に収容する。所定数のウェハＷがキャリア１０内に収容されると、開閉装置１５により蓋１０５がキャリア１０の本体に装着され、ロックされる。そして、キャリアベース２１がＹ軸方向に沿って前方側に移動することで、キャリア１０が最初にキャリアベース２１に載置された位置に戻る。

このように、本実施形態では、キャリアベース２１にキャリア１０が載置される時、キネマティックピン７がキャリア１０の底部１０３に設けられた位置決め溝１０１に係合してキャリア１０が載置台２上で位置決めされる。そしてこの状態から、昇降駆動ユニット４により注入ノズル５及び排出ノズル５'がキャリア１０の注入部１０２及び排出部１０２'にそれぞれ接触する。したがって、キャリア１０が載置台２上で位置決めされる前に、注入ノズル５（または排出ノズル５'）がキャリア１０の注入部１０２（または排出部１０２'）にひっかかるという事態が発生しない。すなわち本実施形態によれば、キャリア１０を載置台２上で確実に位置決めすることができる。

また、仮に注入ノズル５が上述の支持用のバネ等によりキャリアベース２１に対して弾性的に設置されていて、そのバネ力が強すぎる場合であっても、エアシリンダ４１の駆動力が適切に制御されることにより、キャリアベース２１上で上下方向でもキャリア１０を位置決めすることができる。一方、そのバネ力が弱すぎると、上記のようにキャリア１０の注入部１０２と注入ノズル５との密着力が不足する。つまり、注入ノズルにバネを設ける場合にはバネ力について高い設計精度が必要であるが、エアシリンダ４１の駆動力が制御されればよいので、本実施形態によればそのような問題は起こらない。

特に、ＯＨＴを用いて上方からキャリア１０がロードポート１００に移送されて載置台２に載置される場合、キャリア１０は主に左右方向に揺れるので、ノズルがバネ力によって載置台から大きく突出した従来のロードポートの構造では、上述したような問題があり、位置決めが困難であった。本実施形態では、ＯＨＴでキャリア１０が移送されて来て、キャリア１０が左右に揺れても位置決め前に注入ノズル５がキャリア１０に接触することはない。

また特に、注入部１０２（または排出部１０２'）にゴム製のグロメットシール１０２２が用いられることにより、注入ノズル５及びグロメットシール１０２２の間の摩擦係数が、キネマティックピン７及びキャリア１０の位置決め溝１０１の間の摩擦係数より大きくなる。したがって、従来では注入ノズルがキャリアの注入部にひっかかりやすい状態になっていた。ちなみに、注入ノズル５は金属製であり、キネマティックピン７は金属または樹脂製、キャリア１０の本体は樹脂製である。

本実施形態では、図４に示したように、待機位置における注入ノズル５（または排出ノズル５'）の上端の位置が、位置決めされた状態でのキャリア１０の注入部１０２より低い。したがって、載置台２でのキャリア１０の位置決め時には、注入ノズル５（または排出ノズル５'）とキャリア１０とが干渉することがない。これにより、確実に載置台２でキャリア１０を位置することができる。

本実施形態では、昇降駆動ユニット４にエアシリンダ４１が用いられている。エアシリンダ４１によれば、バネ力とは異なり、どのようなストローク量でも一定の駆動力が得られるため、容易に所望の力でキャリア１０の注入部１０２（または排出部１０２'）に注入ノズル５（または排出ノズル５'）を接触させることができる。また、電磁式のモータを用いた他の駆動源と比べ、エアシリンダ４１の構成は単純であり、また、エア圧による駆動であるため制御も単純であるので、軽量性、メンテナンス性、耐久性等の点でメリットがある。

［第２の実施形態］
図７は、上記と同様にロードポートに適用される、本発明の第２の実施形態に係る昇降駆動ユニットを示す断面図である。この第２の実施形態の説明では、上記第１の実施形態に係るロードポート１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

この昇降駆動ユニット５４は、注入ノズル５５を昇降させるための筐体５４１とを有する。注入ノズル５５は、筐体５４１の上面に設けられた開口５４１ａからその一部が露出するように設けられている。注入ノズル５５の外周面にはフランジ部５５１が形成されている。注入ノズル５５のフランジ部５５１と筐体５４１の内壁面に形成された接続部５４７との間には、注入ノズル５５の昇降移動を支持する円筒状のベローズ５４２が接続されている。このベローズ５４２により、筐体５４１内が区画され２つの圧力室（第１及び第２の圧力室）５４５及び５４６が形成される。２つの圧力室５４５及び５４６には、不活性ガスを圧力室５４５内に導入する導入部５４３と、圧力室５４６内のガスを排出する排気部５４４とがそれぞれ設置されている。注入ノズル５５内に設けられた不活性ガスの流路５５２は、圧力室５４５内に連通している。

このような昇降駆動ユニット５４では、不活性ガスが圧力室５４５内に導入され、また、圧力室５４６からエアが排出される。そうすると、２つの圧力室５４５及び５４６に圧力差が発生する。この場合、導入部５４３及び排気部５４４により圧力差発生機構（圧力発生機構）として機能する。注入ノズル５５内の流路５５２の流路抵抗を比較的高めに設定しておけば、２つの圧力室５４５及び５４６に圧力差を発生させることが可能となる。

２つの圧力室５４５及び５４６に圧力差が発生すると、注入ノズル５５が上昇してベローズ５４２が伸長し、キャリア１０の底部１０３の注入部１０２に接触する。またこのとき、圧力室５４５内のガス圧が高められているため、圧力室５４５にある不活性ガスが注入ノズル５５内の流路５５２及び注入部１０２を介してキャリア１０内に注入される。

以上のように、本実施形態では、圧力室５４５及び５４６に圧力差を発生させることにより、ベローズ５４２に接続された注入ノズル５５がその圧力差で駆動される。これにより、注入ノズル５５自身がシリンダのピストンになるので、昇降駆動ユニット５４全体の小型化を実現することができる。

また、この昇降駆動ユニット５４は、キャリア１０内への不活性ガスの注入動作を利用して注入ノズル５５を駆動するので、別途の圧力の伝達媒体は不要である。

［その他の実施形態］
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。

上記各実施形態では、不活性ガスがキャリア１０内に注入される形態について説明したが、不活性ガスの代わりに、ドライエアがキャリア１０内に注入されてもよい。

上記各実施形態では、昇降駆動ユニット４の駆動源としてエアシリンダ４１が用いられたが、ボールネジ、ベルト、ラックアンドピニオン、あるいは電磁式のリニアアクチュエータ等が用いられてもよい。また、その駆動源（上記実施形態ではエアシリンダ４１）の数は、２つに限られず、単数でも３つ以上でもよい。

上記各実施形態では、ガス注入及び排出装置がロードポート１００に適用される場合について説明したが、キャリア１０を保管しておくストッカーや、その他パージステーション等にも、上記ガス注入装置を適用可能である。

上記各実施形態では、キャリア１０に収容される被収容体として、半導体ウェハ基板を例に挙げたが、これに限られず、表示デバイスや光電変換デバイス等に用いられるガラス基板であってもよい。

上記第２の実施形態において、圧力室５４５及び５４６に圧力差を発生させる場合、排気部５４４から、積極的な排気を行わず、圧力室５４５に不活性ガスを導入するだけでもよい。つまり、圧力室５４６では自然に排気される形態であってもよい。

あるいは、導入部５４３からの不活性ガスの導入を行わず、排気部５４４から排気を行い、注入ノズル５５には別途のルートで不活性ガスが供給されるようにしてもよい。また、上記第２の実施形態に係る昇降駆動ユニットは、ガスを排出する排出ノズルにも適用可能である。

Ｗ…ウェハ
２…載置台
４、５４…昇降駆動ユニット（駆動部に相当）
５（５ａ、５ｂ及び５ｃ）、５５…注入ノズル（ノズルに相当）
５'…排出ノズル（ノズルに相当）
７…キネマティックピン（位置決めピンに相当）
１０…キャリア（容器に相当）
４１…エアシリンダ
１００…ロードポート（ガス注入装置を搭載する装置に相当）
１０１…位置決め溝
１０２…注入部
１０２'…排出部
１０３…底部

Claims (5)

1. 複数枚の基板を収容可能な基板収容容器が載置される載置台を備えた容器パージ装置において、
   前記容器パージ装置は、前記基板収容容器の底部に設けられる排出部を介して、前記基板収容容器内の気体を排出する排出機構と、前記底部に設けられる注入部を介して不活性ガスを前記基板収容容器内に供給する供給機構とを備え、前記排出機構と前記供給機構とを動作させることにより、前記基板収容容器内の前記不活性ガスの濃度を高めるものであり、
   前記供給機構は、前記載置台から昇降可能に設けられる注入ノズルと、前記注入ノズルを前記基板収容容器の前記注入部に接触させるように前記注入ノズルを昇降可能に収容する筐体とを有し、
   前記注入ノズルが前記筐体をシリンダとするピストンとなることで前記注入ノズルの昇降駆動を可能とし、前記筐体は前記注入ノズルが貫通する開口部を有し、前記注入ノズルの一部が前記筐体外に露出して前記注入部に接触することを特徴とする容器パージ装置。
2. 前記載置台の上面には開口が設けられ前記開口から前記注入ノズルが上方に露出可能に設けられ、前記注入ノズルを不活性ガスの供給源につなぐ配管の少なくとも一部及び前記不活性ガスを供給するとき開かれる開閉弁が前記載置台に収容されることを特徴とする請求項１に記載の容器パージ装置。
3. 前記筐体は複数領域に区画されると共に、区画された前記筐体内の一部から気体を排気可能な排気部を有する請求項１または２に記載の容器パージ装置。
4. 前記筐体内は前記複数領域において圧力差を形成可能に区画されることを特徴とする請求項３に記載の容器パージ装置。
5. 前記排気部は前記載置台の容器載置面よりも下方で前記筐体内の気体を排気することを特徴とする請求項３又は４に記載の容器パージ装置。