JPH067566B2 - 集積回路処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクリーンルームを使用することなく、集積回路
を外部環境にさらさないで処理する集積回路装置に関す
る。

処理の歩どまりは長い間集積回路（ＩＣ）の製造におい
ての大きな関心事であった。ＩＣ処理の失敗の主な原因
は距離環境に埃のような微粒子が存在することである。
したがって従来のＩＣ処理は空気を絶えず循環し空中微
粒子をろ過取除するクリーンルームで行われる。更に、
作業員は、作業員がクリーンルームを動き廻るとき入り
込む多数の微粒子を減らす目的で特殊な服を着用する。
最終段階では、最も傷つき易いＩＣ処理段階の多くはさ
らに、ろ過空気の層流のもとで行なわれ、局部的微粒子
汚染源からも保護している。

残念ながら、このような環境には幾つかの欠点がある。
第１に、このように特別に設計した部屋は構成および保
守とにかなり費用がかかるばかりでなく、このような環
境での作業は不便である。第２に、製品不良を起こす微
粒子の大きさは通常、製品の形体の最小の大きさの１／
４から１／３以上であるから、新しいＩＣ製品の寸法が
小さくなるにつれて、処理の歩どまりを許容範囲に維持
するためには汚染のレベルを絶えず減らすことが必要で
ある。この問題は、形体の最小の大きさが超大規模集積
回路（ＶＬＳＩ）においては１ミクロンよりも小さくな
るので特にきびしくなる。ＩＣの集積度を一層増加させ
るのが要求されるにつれて、広大なクリーンルーム全体
をよりクリーンにするには限界がある。

本発明はＩＣの製造において伝統的なクリーンルームを
使用しないようにするものである。かわりに、ウェーハ
上にふりかかる微粒子束を格段に減らして微粒子汚染を
減らす新しい標準化された機械的インターフェース（Ｓ
ＭＩＦ）システムを採用する。これは輸送、保管、およ
びほとんどの処理段階の期間中、機械的に、ウェーハを
取巻く気体をウェーハに対して本質的に静止させ、且つ
外部の周囲環境がウェーハの環境に入り込むことができ
ないようにしている。実験によれば、ＳＭＩＦシステム
のウェーハ処理では従来のクラス１００のクリーンルー
ムによるウェーハ処理方式と比較してウェーハの微粒子
汚染がほとんど１０倍も減ることが示された。更に、Ｓ
ＭＩＦシステムの微粒子汚染のレベルは周囲の外部環境
とは無関係なので、ＩＣの製造は清浄できない施設の中
で行うことができる。このように、高価で不便なクリー
ンルームが除かれるばかりでなく、微粒子汚染物の集中
が少ないため高密度ＶＬＳＩプロセスに対して処理の歩
どまりが維持できるはかりか向上さえできる。

実験ではＶＬＳＩ回路のかなりな数の処理欠陥は粒子に
よって起り、これら粒子の多くはたとえ無塵服を着用し
ても人間の操作に関係して生ずることがわかっている。
座っている人間が軽く手、前腕、頭を動かすと適切な無
塵服を着ていても毎分100,000個を超す粒子を発生し、
その粒子の大きさはすべて0.3ミクロンより大きい。し
たがってＳＭＩＦシステムは二つの部分から構成され
る。

（１）処理機器の各部のウェーハ処理器具を取囲んだ清
浄ガスを充填した天蓋と、（２）機械から機械へウェー
ハを運ぶ小型で清浄な静止ガスの箱とである。装置の各
種部分は微粒子の無い独特なドッキング可能なドアによ
って空気閉鎖する必要なしに機械的に連絡される。この
ドアは機械の各種部分上にあって、埃っぽい外部環境に
よりドアの外表面にたまった微粒子を捕えるように取付
けられているドアから成る。一旦結合すると、ドアは一
体となって清浄な内部空間内に移動し、装置の構成部品
の間に微粒子の無いインターフェースを開く。次いでウ
ェーハは人間の侵入なしに機械の腕とエレベータとで装
置内に移動される。実際のウェーハの運動もロボット式
の操作機構を使用して完全に自動化ができて更に生産性
が向上できる。このようにＩＣウェーハの人手による取
扱いを省き、ＩＣプロセスの大部分を通じてウェーハを
静止空気環境に維持することによって、微粒子を減ら
し、プロセスの歩どまりが向上する。以下図面を用いて
本発明を説明する。

概念的に、ＳＭＩＦシステムは次の二つの部分から構成
される。

１）処理機器の各部分のウェーハ処理器具を取り囲む清
浄空気を満たした天蓋と、 ２）ウェーハを機械から機械へ運ぶ小形の清浄空気を満
たした箱。

実際には、ＳＭＩＦ装置は、ＳＭＩＦサブシステムを形
成する幾つかの小さな清浄空気の箱と天蓋とから組立て
ており、そしてサブシステムはそれぞれ３個のＳＭＩＦ
サブシステム構成要素から組立てられている。

第１図に示すとおり第１図のＳＭＩＦサブシステム構成
要素は天蓋１０である。天蓋１０は処理機器１５の各ウ
ェーハ処理機構（たとえば、フオトレジスト塗布機、マ
スク合わせ器、検査機器など）を覆う取外し易いシール
ドである。一般に、天蓋１０はレクサンのような透明な
プラスチックで構成され、後に必要となる天蓋１０の内
部の検査あるいは保守を行い易くなっている。他のサブ
システム構成要素はＳＭＩＦカセットポート２０とＳＭ
ＩＦカセット操作器３０とであって、これらは天蓋１０
の中の動きやすい位置で所定位置で天蓋１０に取付けら
れている。天蓋１０は処理機器１５の処理機構を囲んで
いるので、クリーンルーム内で処理機器１５を囲む必要
はない。

第２Ａ図はＳＭＩＦカセットポート２０の詳細を示す。
ポート２０は代表的には天蓋取付板５０を用いて天蓋１
０の水平面４０に取付けられる。ポート２０は更にポー
トドア６０とポートドアエレベータ機構７０はとを含ん
でいる。このエレベータ機構７０はＩＣウェーハ８２が
入っているカセット８０を天蓋１０の内部に運び込む。
ウェーハ８２は第２Ｂ図に示すように、ウェーハ制動器
８５によってカセット８０内に保持される。このウェー
ハ制動器８５は、ドア１００に取り付けられ、そしてカ
セット８０の重量で付勢される。

ＳＭＩＦ箱９０は、カセット８０を処理機器１５の一つ
の処理機構から他へ輸送するのに使用するが、ＳＭＩＦ
ポート２０を介して天蓋１０と連絡している。ＳＭＩＦ
箱９０は楔形のリップ９５によりＳＭＩＦポート２と整
列しておりポート２０のドアと連動するドア１００が付
いている。ドア６０と１００とは共に、第２図に開いた
位置（下に下がった位置）を示してあるが、微粒子を侵
入させないドッキング可能なインターフェース１１０を
構成している。これについての詳細を簡潔に述べる。イ
ンターフェース１１０はポート２０な箱９０をラッチす
る手段ともなっており、したがってエレベータ機構７０
は箱９０と天蓋１０との間でカセット８０を自由に輸送
することができる。トア６０と１００とはこれらの外面
の微粒子の大部分がドア６０と１００との間に捕えられ
るように作られている（後述する）。このように、カセ
ット８０に保持されているウェーハはインターフェース
１１０を開いたとき汚染されることはない。

一旦カセット８０が天蓋１０の中に入ると、カセット８
０は必要に応じてカセット操作器３０で操作することが
できる。人手操作のカセット操作器３０を第３図に示
す。操作器３０は一般に長さ６０〜９２cmの腕１２０
と、内端（清浄空気で覆われている）にカセット把持器
１３０、外端（外気で覆われている）に握り部１４０と
を備えている。軸受１５０は腕１２０に角運動および内
・外運動をさせると共にきたない外気が侵入しないよう
に空気を封止する。カセット把持器１３０は把持器スイ
ッチ１５５で作動してカセット８０を保持し、次いで握
り部１４０に取付けられているつまみ１６０で垂直軸の
周りに回転することができる。操作器取付板１７０は軸
受１５０と、ポート作動スイッチ１８０とを支持してい
る。このポート作動スイッチ１８０は、ドア６０と１０
０とのラッチとエレベータ機構７０の運動とを作動させ
る。機械的ダンパ１８１が腕１２０の運動の３軸に沿っ
て設けられていて把持器１３０の運動の速さを制限して
いる。操作器取付板１７０は第１図に示すとおり天蓋１
０にボルト止めされている。

第３Ｂ図および第３Ｃ図はカセット操作器３０の他の実
施例を示しており、１８２は握り棒、１８３はウェーハ
把持器である。握り棒１８２は把持器１３０が無いカセ
ット操作器３０であって目的物を天蓋１０の内部に押込
むのに使用する。ウェーハ把持器１８３はカセット把持
器１３０の代わりに三つ又爪１８４または同様な機構を
備えたカセット操作器３０であってウェーハを必要に応
じ直接把持することができる。

前述の天蓋１０とＳＭＩＦ箱９０とは全体として人間の
介在が不要でしかもＩＣウェーハの表面にたまる微粒子
を減らすために常時ろ過した空気を流動させてはいない
ことに注目すべきである。そのかわり、ＩＣの清浄さは
静止空気の内部環境を維持することにより得られる。天
蓋１０と箱９０とにはそれぞれ粒子をろ過できる開口１
１および９１を設けることができ、（第４図を参照）内
部および外部（周囲）の空気圧を連続的に等しくするこ
とができる。このようなろ過圧力等化開口１１と９１と
により、インターフェース１１０を開きウェーハを箱９
０から天蓋１０に移動させるとき天蓋１０と箱９０との
間の圧力差と空気流とを最少限にすることができる。更
に、天蓋１０と箱９０との内部に接近するには、囲みの
内部で本質的に体積が一定でありしたがってＩＣウェー
ハが動き回ったとき内部体積がそれ程変らないようにな
っている機械の腕を用いて行う。したがって、処理中に
内部空気圧の変化がほとんどまたは全く無いから、天蓋
１０または箱９には気密封止の必要が無く、ＩＣウェー
ハ面上の微粒子は空気の流動が禁止されることにより更
に減少する。

第４図はＳＭＩＦカセットポート２０を天蓋１０に取付
けた場合の断面図で、垂直に開く機種を示す。水平に開
く機種も、垂直に開く機種にわずかな機械的変更を加え
ることにより達成できる。すなわち、ドアを保持するの
に重力を利用することができないから、ドア６０と１０
０との間に第５図に示すように正のばね負荷ラッチ１８
５と解放ケーブル１８７とを設けるようにすればよい。
カセット箱９０は１個のカセット８０を入れるようにな
っていてＩＣウェーハを保持するカセット８０そのもの
よりわずかに大きいだけである。カセット箱９０は一般
に側面が透明になっていて必要になる場合人間がたやす
く観察できる。先に述べた微粒子のないドッキング可能
なインターフェース１１０によって、天蓋１０およびＳ
ＭＩＦ箱９０のような独立した二つの清浄環境装置を清
浄に微粒子の存在なしに結合できる。インターフェース
１１０は風媒微粒子、特に大きさの範囲が0.1ないし0.2
ミクロンのものが、きれいな機械容器中に入って来ない
ようにしている。

第４図は封入体の天蓋１０と箱９０とが機械域１９０に
沿って結合された状態を示す。カセット８０、ドア１０
０および箱９０はラッチ２１０、案内リップ２７５等に
より一体化されている。本発明においては、空間１０′
および９０′を、外部環境にまたは天蓋１０および９０
のドア６０および１００の外表面に露出させずに接触域
１９０を開く必要がある。特に、ドア６０および１００
を開くとき、接触開口１９５の中にある接触域１９０の
外表面の部分は互いに接触しており、それによりドア６
０と１００の間の外面上に存在する微粒子を捕える。そ
して接触域１９０はドア６０と１００とは一体となって
空間１０′の内部に移動している間接触しつづける。

ドア６０と１００とは軸２００に関して円対称または直
角対称である。インターフェース１１０を開くまで、ド
ア１００は機密軸受すなわちブッシング２１５で空間９
０の壁を貫通するラッチ２１０によって所定の位置に保
持されている。天蓋１０と箱９０とはリップ９５におい
てクランプ２２０で結合されている。第４図に示す特定
の実施例においてエレベータ７０のピストン２３０は、
天蓋１０と箱９０の中に空間を確保するために、空間１
０’と９０′の外側に置かれる。ピストン２３０は腕２
４０とロッド２５０とでドア６０と結合している。ロッ
ド２５０は天蓋１０の壁を貫通し、そして埃っぽい周囲
の空気が侵入しないようにベローズ２６０によって囲ま
れている。通気孔２７０はエレベータ７０が動きベロー
ズ２６０が伸び縮みするときベローズ２６０の内側の空
気圧を等しくするために設けられている。通気孔２７０
を通過する空気は埃っぽい周囲空気であるが、ベローズ
２６０が空気１０′と腕２５０とを気密に隔離している
ので空間１０′が汚染されることはないことに注目すべ
きである。インターフェース１１０を開くには、ラッチ
２１０を解放し、ピストン２３０を伸ばし、そしてエレ
ベータ７０によりドア６０と１００とを一体として空間
１０′内に移す。それによりカセット８０は案内リップ
２７５の助けで整列されて空間１０′の中に運び込まれ
る。同時に二つのドア６０と１００との間の表面微粒子
は捕えられ、埃っぽい周囲の空気が侵入しないようにさ
れる。

ドア６０と１００との間の表面微粒子を捕えるために
は、それらのドアが互いに一様に且つ密接にそれぞれの
外周２８０と２８５の周りで接触するだけでよい。ドア
６０と１００とはインターフェース１１０の全体に亘っ
て互いに平らに合わさる必要はない。事実、ドア６０と
１００との間には、外周２８０と２８５との内側に空隙
２９０が残っていることが望ましい。空隙２９０はドア
６０と１００との間で圧縮性の空気空間を作り、その結
果ドア６０と１００との間に捕えられた埃っぽい空気
が、ドア６０と１００とを一緒に移動するとき、軸２０
０に垂直な面内に高速で突入することがなくなる。これ
がないと、捕えられた埃っぽい空気の一部分が空間１０
と９０とに流入する可能性がある。空隙２９０はドア６
０と１００とが、接触域１９０が大きい密着表面である
場合に起り得るような空気圧によって密着することがな
いようにもしている。普通は空隙２９０は接触開口１９
５の８０％以上を占めている。

理想的には、ドア６０と１００とは外周２８０と２８５
とが一つの連続した表面となるように固定されるべきで
ある。したがって、外周２８０と２８５とが接触するジ
ョグル２９５は可能なかぎり小さく（たとえば、約2.5
〜5.1ミリより小さい）しておくべきである。何故なら
ジョグル２９５の上にある微粒子はインターフェース１
１０を開いたとき清浄な空間１０および９０の中に持ち
込まれるからである。外周２８０にはいくらかの微粒子
が存在するであろうから、ドア６０に微粒子受側溝２９
７を設けてインターフェース１１０を開いたとき外周２
８０および２８５をころがり落ちる微粒子を捕える。か
わりに、外周２８０と２８５からの微粒子を始終天蓋１
０の底に落着かせれば微粒子受側溝２９７を省略するこ
とができる。また箱９０が天蓋１０から分離されると
き、ドア１００はカセット８０および箱９０と共に移動
し、箱９０やカセット８０中のウエーハに埃や他の汚染
源が侵入するのを防止する。カセット８０は全体として
閉鎖した封入体であるのでクリーンルームの必要性なし
に、自由に運搬することができる。

第６図はＳＭＩＦ箱保管ユニット３００を示す。箱保管
ユニット３００は基本的にはカセット箱９０を貯える開
いたラックである。

第７図はＩＣウェーハを保持するカセット８０を保管す
るカセット保管ユニット３２０を示す。カセット保管ユ
ニット３２０は天蓋１０、ポート２０、およびそれに付
属する操作器３０を備えるデシケータ箱である。カセッ
ト保管ユニット３２０は典型的にはカセット処理バッフ
ァとして働く。最初カセットは第８図に示すようにシス
テムインターロック３３０を介してＳＭＩＦシステムに
入る。これは代表的には一端に出入室３４０を他端にＳ
ＭＩＦポート２０を有する幅約１２０cmのグローブ・ボ
ックスである。新しいウェーハ・パッケージ３４５から
カセット（図示せず）にウェーハを移すために必要な複
雑な運動機構よりは手袋３５０を使用する必要がある。
カセット８０とウェーハとは出入室３４０を通ってＳＭ
ＩＦ装置に入ったり出たりする。システムインターロッ
ク３３０の内圧は人間の手が手袋３５０に出入するとき
急激に変化することがあるから、システムインターロッ
ク３３０は緊密に構成して外部のろ過しない空気が侵入
しないようにすること、およびシステムインターロック
３３０に空気ろ過ユニット３５５を使用する必要がある
ことに注意すべきである。空気ろ過ユニット３５５には
従来の強制空気フィルタまた静電集塵器のような微粒子
収集器を一緒に入れてもよい。一般に微粒子汚染の観点
からは第１図に示すように天蓋１０に機械的操作器３０
を使用するよりは、あまり望ましくないが、天蓋１０の
内部で更に運動に弾力性を持たせるために手袋３５０を
使用することができる。このような手袋３５０の使用
は、手袋３５０を使用することによって引き起される外
部のろ過しない空気の侵入により汚染される可能性のあ
るＩＣウェーハが存在しない期間に、天蓋１０の内部を
保守するには特に有用である。

ろ過ユニット３５５はこのような保守期間に侵入したか
もしれない微粒子を除去するため天蓋上に使用ることも
できる。

ＩＣはそれ自身の閉鎖容器で輸送され取扱いは機械の腕
で行われるので、静止または可動のロボットを使用する
ことによってＩＣの生産設備を完全に自動化することも
可能である。このロボットは各ＳＭＩＦ構成要素に結合
されるコンピュータ制御ロボット操作器に接続される。
処理が人手で行われようとあるいは自動的に行われよう
と、ＳＭＩＦ構成要素を従来のＩＣ処理機器と組合わせ
ることによってＩＣ製造区域はまず第１に従来のクリー
ンルーム環境を必要とせずに構成でき同時にＩＣの清浄
さも向上することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集積回路処理装置の概略斜視図、
第２Ａ図は本発明による集積回路処理用インターフェー
スを含むカセットポートの斜視図、第２Ｂ図は集積回路
を収納するカセットの斜視図、第３図Ａ乃至第３Ｃ図は
カセット操作器の斜視図、第４図はカセットホポートと
天蓋との結合状態を示した集積回路処理装置の断面図、
第５図はインターフェースの他の実施例を示した図、第
６図はカセットを内蔵するボックスの収納ユニットの斜
視図、第７図はＩＣウェーハを内蔵するカセットを収納
するためのユニットの斜視図、第８図はカセットを最初
にカセットポートに入れるためのシステム・インターロ
ックの斜視図である。 １５：集積回路処理装置、１０：天蓋、 ２０：カセット・ポート、３０：カセット操作器、７
０：エレベータ機構、８０：カセット ９０：ボックス、６０，１００：ドア １１０：インターフェース、８０：カセット ８２：ウェーハ、８５：ダンパー、 ５０：天蓋取付板、１２０：腕、１３０：カセット把持
器、１５０：軸受、１８１：ダンパー、１４０：握り
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリツヒ・カエンプ アメリカ合衆国カリフオルニア州ロスアル トス イーストウツド・コート 1094 (72)発明者 ジヨン・ジヤミーソン アメリカ合衆国カリフオルニア州ロスガツ トス ブロツサム・グレン・ウエイ 138 (56)参考文献 特開 昭57−99454（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路収納カセットを含む第１封入体
   と、前記第１封入体の開口部を封止する第１ドアと、少
   なくとも集積回路処理器具の一部を取巻く第２封入体
   と、前記第２封入体の開口部を封止する第２ドアと、前
   記第１，第２ドアを対向させて前記第１封入体と第２封
   入体とを脱着可能に結合する結合手段と、前記第２ドア
   に結合され、前記第１，第２封入体を密封結合した状態
   で、前記第１，第２ドアを一つの結合体として維持しな
   がら前記第１，第２封入体から分離して上下に移動さ
   せ、前記第１ドア上にある前記カセットを前記第２封入
   体内に移動させるエレベータ手段とを有し、前記第１，
   第２封入体が分離されているときに前記各ドアの外側表
   面に付着した汚染物は前記第１，第２ドアを対向配置さ
   せたとき、これらドアの間に捕獲されるようにした集積
   回路処理装置。