JP4309935B2 - 密閉容器の蓋開閉システム及び当該システムを用いた基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造プロセス等において、ポッドと呼ばれる搬送容器に内部保持されたウエハを半導体処理装置間にて移送する際に用いられる、所謂FIMS（Front-Opening Interface Mechanical Standard）システムに関する。より詳細には、ウエハを収容する密閉容器たる所謂FOUP（Front-Opening Unified Pod）と呼ばれるポッドが載置され、当該ポッドの蓋を開閉して該ポッドに対するウエハの移載を行うFIMSシステムにおいて、該ポッド内部の清浄化を行うパージ機構を有したFIMSシステム、即ち蓋開閉システムに関する。

以前、半導体製造プロセスは、半導体ウエハを取り扱う部屋内部を高清浄化した所謂クリーンルーム内において行われていた。しかしウエハサイズの大型化への対処とクリーンルームの管理に要するコスト削減の観点から、近年では処理装置内部、ポッド（ウエハの収容容器）、及び当該ポッドから処理装置への基板受け渡しを行う微小空間のみを高清浄状態に保つ手法が採用されるに至っている。

ポッドは、その内部に複数のウエハを平行且つ隔置した状態で保持可能な棚と、外面を構成する面の一つにウエハ出し入れに用いられる開口とを有する略立方体形状を有する本体と、その開口を閉鎖する蓋とから構成される。この開口が形成されている面がポッドの底面ではなく一側面（微小空間に対して正対する面）に位置するポッドは、FOUP（front-opening unified pod）と総称され、本発明はこのFOUPを用いる構成を主たる対象としている。

上述した微小空間は、ポッドの開口と向かい合う第一の開口部と、第一の開口部を閉鎖するドアと、半導体処理装置側に設けられた処理装置側の開口部と、第一の開口部からポッド内部に侵入してウエハを保持すると共に該処理装置側の開口部を通過して処理装置側にウエハを搬送する移載ロボットとを有している。微小空間を形成する構成は、同時にドア正面にポッド開口部が正対するようポッドを支持する載置台を有している。

載置台上面には、ポッド下面に設けられた位置決め用の穴に嵌合されてポッドの載置位置を規定する位置決めピンと、ポッド下面に設けられた被クランプ部と係合してポッドを載置台に対して固定するクランプユニットとが配置されている。通常、載置台はドア方向に対して所定距離の前後移動が可能となっている。ポッド内のウエハを処理装置に移載する際には、ポッドが載置された状態でポッドの蓋がドアと接触するまでポッドを移動させ、接触後にドアによってポッド開口部からその蓋が取り除かれる。これら操作によって、ポッド内部と処理装置内部とが微小空間を介して連通することとなり、以降ウエハの移載操作が繰り返して行われる。この載置台、ドア、第一の開口部、ドアの開閉機構、第一の開口部が構成された微小空間の一部を構成する壁等を含めて、FIMS（front-opening interface mechanical standard）システムと総称される。

ここで、通常、ウエハ等を収容した状態でのポッド内部は、高清浄に管理された乾燥窒素等によって満たされており、汚染物質、酸化性のガス等のポッド内部への侵入を防止している。しかし、ポッド内のウエハを各種処理装置に持ち込んで所定の処理を施す際には、ポッド内部と処理装置内部とは常に連通した状態に維持されることとなる。移載ロボットが配置される室の上部にはファン及びフィルタが配置され、当該室内部には通常パーティクル等が管理された清浄空気が導入されている。しかし、このような空気がポッド内部に侵入した場合、空気中の酸素或いは水分によってウエハ表面が酸化される恐れがあった。

特開平１１−１４５２４５号公報 特開２００３−００７７９９号公報

半導体素子の小型化・高性能化に伴って、従来はそれほど問題とならなかった、ポッド内部に侵入した酸素等による酸化が留意され始めている。これら酸化性の気体は、ウエハ表面或いはウエハ上に形成された各種層に極薄の酸化膜を形成する。このような酸化膜の存在により、微細素子が所望の特性を確保できない可能性が出てきている。対策として、酸素分圧等が制御されていない気体のポッド外部からポッド内部への侵入を抑制することが考えられる。具体的な方法として、特許文献１には、FIMSシステムにおけるポッドの開口に隣接する領域に気体の供給ノズルと吸引ノズルとを設けてポッド開口を略閉鎖する気流膜を形成する構成が示されている。当該気流膜の形成により、外部気体のポッド内部への侵入を防止している。

半導体製造装置において、処理装置内部においては、エッチング工程等ウエハ上に形成された各種配線等を汚染する気体を用いた工程が実施される場合がある。この場合、処理装置内部からポッド内部への当該気体の侵入を抑制する方法が特許文献２に開示されている。当該方法も、ファンを用いて、FIMSシステムにおけるポッド開口の正面に気流膜を形成し、処理装置からポッド内部への気体の流入を防止している。当該方法は、当然ポッド内部に対する酸素流入を抑制する上でも効果的と考えられる。

しかしながら、これら方法を実用化した場合、実際には、ポッド開口を開放した直後から、ポッド内部での顕著な酸素分圧の増加が確認された。従って、上述の要求を満たす上で、これら方法は更なる改善を施す必要がある。このような状況に対して、本発明者は、気流膜の生成に際して用いられた気体放出用ノズルの形状等を種々改変し、ノズルから離れた位置においても気流膜中の酸素濃度を抑えることによってポッド内部への酸化性気体の侵入を抑制する構成を提案している。また、気流膜の生成と同時にポッド内部に対するパージ用気体の導入を実施し、更にポッド内部の酸化性気体の低減を図る構成も提案している。しかし、半導体の高性能化、或いは半導体製造装置の処理能力の向上等の種々の要望からFIMSシステムに固定された状態にあるポッドについて更なる酸化性気体の分圧の低減が望まれている。
本発明は、以上の背景に鑑み、ポッド解放後においても、ポッド内部における酸素等酸化性の気体の分圧を所定の低いレベルに抑制することを可能とする、密閉容器たるポッドの蓋開閉システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓋の開閉システムは、被収容物を内部に収容可能であって一面に開口を有する略箱状の本体と、本体から分離可能であって該開口を塞いで本体と共に密閉空間を形成する蓋と、を備える収容容器から該蓋を取り外すことによって開口を開放して被収容物の挿脱を可能とする、蓋の開閉システムであって、収容容器が載置される載置台と、載置台と隣接して配置され、パーティクルが管理されて被収容物を搬送する機構が収容される微小空間と、載置台に隣接して微小空間の一部を確定する壁に形成されて、該載置台に載置された収容容器における開口と正対可能な配置に設けられた略矩形状の第一の開口部と、該蓋を保持可能であると共に第一の開口部を略閉止可能であり、該蓋を保持して第一の開口部を開放することにより開口と第一の開口部とを連通させるドアと、第一の開口部と連続して微小空間内に配置され、ドアの移動空間を覆って第二の微小空間を構成し、且つ第一の開口部と微小空間とを連通させて被収容物を搬送する機構が被収容物と共に通過可能な第二の開口部を有するエンクロージャと、該エンクロージャの内部であって第一の開口部における上辺の上部に配置されて、上辺から第一の開口部の下辺に向かう方向に沿って所定のガスを供給可能なカーテンノズルと、を有し、該エンクロージャは、ガスが流れる方向に沿って微小空間内にガスが流出可能なガス流出口を有することを特徴としている。

なお、前述した蓋開閉システムにおいては、第二の微小空間内部であって第一の開口部の両側辺の外側に、前記収容容器の内部に向かう方向にガスを供給可能なパージノズルを更に配することとしても良い。また、当該パージノズルを配する場合、ガスの供給方向は、カーテンノズルからのガスの供給方向に対して垂直に延在する平面に略平行であって、前記平面内に前記パージノズルから等距離にある点に向かう方向であることが好ましい。更に、前述した蓋開閉システムにおいては、ドアは第一の開口部を閉鎖する面と反対側に形成される平坦面によって、第二の開口部を略閉鎖可能とすることとしても良い。この場合、該平坦面或いは該平坦面に埋設される部材が、エンクロージャにおいて第二の開口部を構成する周囲の領域に対して接触して当該第二の微小空間の閉鎖度を高めることとしても良い。或いは、ドアは第一の開口を閉鎖する位置から第二の開口部を略閉鎖する際に回動し、該第二の開口部を略閉鎖した状態においてカーテンノズルから供給されるガスを収容容器内部に導くことが可能となる容易に構成しても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る被収容物の処理方法は、被収容物を内部に収容可能であって一面に開口を有する略箱状の本体と、該本体から分離可能であって開口を塞いで本体と共に密閉空間を形成する蓋と、を備える収容容器から該蓋を取り外すことによって開口を開放して被収容物の挿脱を可能として、収容容器に対して被収容物を挿脱し、収容容器外部において被収容物に所定の処理を施す被収容物の処理方法であって、パーティクルが管理された微小空間を構成する壁に設けられた略矩形状の第一の開口部に対して開口を正対させて配置し、該第一の開口部を略閉鎖するドアによって蓋を保持し、当該蓋を保持したドアを駆動して第一の開口部を開放し、開口及び第一の開口部を介して被収容物の挿脱を行う方法であって、被収容物の挿脱に際して、第一の開口部と連続して微小空間と連通する第二の開口部を有する第二の微小空間を介することとし、当該第二の微小空間には第一の開口部の上辺から下辺に向かう方向に沿って流れる所定のガス流が存在し、該ガス流は第二の微小空間におけるガス流の突き当たる位置に設けられたガス流出口を介して微小空間に流出することを特徴としている。

なお、前述した基板の処理方法においては、ドアが蓋を収容容器から離脱させた段階より、当該収容容器内に向かうパージガスの供給を行うこととしても良い。また、その際、ガスの供給方向は、前述した第一の開口部の上辺から下辺に向かう方向に沿って供給されるガスの供給方向に対して垂直に延在する平面に平行であって、当該平面内にパージノズルから等距離にある点に向かう方向であることが好ましい。更に、前述した基板処理方法においては、ドアが蓋を保持して収容容器からこれを離脱させた際に、一旦該蓋の収容容器内部に向かう面が、前述した第一の開口部の上辺から下辺に向かう方向に沿って供給されるガスの方向を変えさせて収容容器内部に当該ガスを導く構成としても良い。また、当該ガスを収容容器内部に導く状態を、被収容物の個々を収容容器に対して挿脱する際以外において形成することとするとより好ましい。或いは、当該ガスを収容容器内部に導く際に、ドアにおける蓋を保持する面と反対側の平坦面が第二の開口部を閉鎖する構成とするとより好ましい。

本発明によれば、パーティクルは管理されているが酸化性気体の分圧が管理されていない微小空間とポッド内部との間に、パーティクルのみならず酸化性気体の分圧も管理された第二の微小空間を設けることによって、微小空間からポッドに拡散する酸化性気体の量を従来構成の場合と比較して大きく抑制することが可能となる。また、第二の微小空間と微小空間とを気体の流出口によって連通させ、これら空間間の圧力差に応じて第二の微小空間内の気体が微小空間に流出する構成としたことにより、単純な構成によって第二の微小空間、微小空間、微小空間周辺の大気との間で容易に圧力差を生成することが可能となる。これにより、微小空間からポッドへの気体の拡散を効果的に抑止することが可能となる。

また、第二の微小空間内においてはパージガスによるダウンフローを構成し、当該ダウンフローにより所謂ガスカーテンを形成することとしている。これにより、微小空間からポッド方向への大気の拡散或いはパーティクルの飛散等を効果的に防止できる。更に、これら効果を組み合わせることにより、単にポッド内部にパージガスを供給することによって該ポッド内部への酸化性気体の侵入を防止する多大なパージガスを必要とする場合、或いは多量のパージガスを一方から供給し且つ他方から当該ガスを吸引排気することでガスカーテンを形成する従来構成と比較して、極僅かな量のパージガスによって同等以上の酸化性気体の低分圧維持効果が得られる。

ここで、ノズルから気体を噴出させた場合、当該気体はノズル開口近傍に存在する他の気体を巻き込み、混合気となって気体流を形成することが知られている。即ち、ガスカーテン形成時に当該ガスがノズル周囲に存在する気体を巻き込むことにより、ガスカーテンを構成する不活性ガス等パージガスの濃度が低下し、該ガスカーテンから酸化性気体がポッド内部に供給される恐れがある。本発明によれば、エンクロージャ及びドアによって略閉鎖された容積の小さい第二の微小空間内をガスカーテンによってある程度パージガスで満たした後に、カーテンノズルとはとは異なるパージノズルからパージガスを供給している。従って、パージノズルから供給されるパージガスがパージノズル周囲の気体を巻き込んだとしても、もともとの酸化性気体の分圧が低い気体を巻き込むことなり、パージガスの純度の低下を抑えることができる。

また、カーテンノズルの周囲もエンクロージャによって囲まれており、当該カーテンノズルの周囲もある程度以上の純度を有するパージガスによって容易に満たすことが可能となる。パージノズルに関しても同様であり、エンクロージャによってその周囲が囲まれることから、当該ノズルの周囲をある程度以上の純度を有するパージガスによって容易に満たすことが可能となる。以上の効果により、ポッド周囲に対して導入するガス中の酸化性気体の分圧を従来と比して低く抑える効果も得られる。

以下に図面を参照し、本発明の実施形態に付いて説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る蓋開閉装置（FIMS、以下ロードポートと称する。）の要部についての概略構成を示すものであり、前述した載置台、ドア、第一の開口部、ドアの開閉機構の一部、第一の開口部が構成された微小空間の一部を構成する壁、本発明において新たに加えられたエンクロージャ、及び付随する構成のみを微小空間側から見た場合の概略斜視図である。また、図２Ａは、ロードポート（載置台）に対してポッドを載置し、且つポッドの蓋がドアに当接した状態におけるロードポート及びポッドの断面の概略構成を示す図であり、図２Ｂは図２Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面を微小空間側から見た状態を示している。なお、載置台等には種々の構成が付随しているが、これら構成は本発明と直接の関係を有さないため、ここでの詳細な図示および説明は省略する。

ここで、ロードポートに対して載置されるポッド及び該ポッドに収容されるウエハについて先に述べる（図２Ａ参照）。ポッド２における本体２ａの内部には、被処理物たるウエハ１を内部に収めるための空間が形成されている。本体２ａは、水平方向に存在するいずれか一面に開口を有する略箱状の形状を有する。また、ポッド２は、本体２ａの開口２ｂを密閉するための蓋４を備えている。本体２ａの内部に水平に保持されたウエハ１を鉛直方向に重ねる為の複数の段を有する棚（不図示）が配置されており、ここに載置されるウエハ１各々はその間隔を一定としてポッド２内部に収容される。ウエハ１は本発明における被収容物に、ポッド２は収容容器に、本体２ａは基本的な形状が箱体であることから略箱上の形状を有するとして定義される本体に、また、ポッド２の開口２ｂは基本形状が矩形であることから略矩形状として定義される開口に対応する。

本発明に係るロードポート５１は、載置台５３、ドア６、ロードポートの開口部として機能する第一の開口部１０、ドアの開閉機構６０、第一の開口部が構成された微小空間（後述する搬送室５２）を構成する一部材たる壁１１、及び本発明において新たに加えられたエンクロージャ３１を含む。載置台５３は、実際にポッド２が載置され、且つ載置されたポッドを第一の開口部１０方向に向けて接近或いは離間させる動作が可能な、上部に平坦面を有する可動プレート５４を含む。可動プレート５４の平坦面表面には位置決めピン５４ａが埋設されており、ポッド本体２ａ下面に設けられた位置決め凹部２ｃに当該位置決めピン５４ａが嵌合することにより、ポッド２と可動プレート５４との位置関係が一義的に決定される。

壁１１に設けられた第一の開口部１０は、可動プレート５４上で位置決めされたポッド２が該プレートによって第一の開口部１０に最も接近させられた際に、ポッド開口２ｂを閉鎖する蓋４が嵌まり込む大きさ、即ち蓋４の矩形外形より一回り大きな矩形状とされている。なお、可動プレート５４がポッド２を停止させる位置は、ドア６がポッド２の蓋４をポッド本体２ａから取り外し可能な位置であれば良い。ドア６は、ドアアーム６ａを介してドア開閉機構６０に支持されている。ドア開閉機構６０は、ドア６を、第一の開口部１０を略閉鎖する位置、及び該開口部１０を完全に開放し且つ不図示の搬送機構が該開口部１０を介してポッド２内部に対するウエハ１の挿脱が可能となる退避位置の間での移動を可能とする。

また、ドア開閉機構６０は、不図示の複数のエアシリンダ等から構成されており、支点６１を中心としてドアアーム６ａと共にドア６を回動する。当該回転動作は、第一の開口部１０の閉鎖位置と、ドア６が鉛直下方の退避位置に駆動される際の退避姿勢をとる位置の間で為される。また、ドア６の第一の開口部１０に対向する面と反対側の面６ｂは、後述する第二の開口部３１ａを閉鎖可能な大きさを有する矩形状の平坦面とされている。当該平坦面６ｂは、第一の開口部１０を閉鎖する面に対して傾けて配置されている。当該傾斜角は、ドア６が第一の開口部１０を開放するために回動して退避姿勢をとった際に第二の開口部３１ａの形成面と平行となるように設定されている。

エンクロージャ３１は、壁１１に向かう一面が開放面となる直方体形状を有する。該エンクロージャ３１内に形成される空間の横方向長さ（第一の開口部１０の水平方向に伸びる辺に対応する向きの長さ、即ち幅）は、ドア６及び後述するカーテンノズル１２を収容可能な長さとされる。また、縦方向長さ（第一の開口部１０の鉛直方向に伸びる辺に対応する向きの長さ）は、ドア６が退避位置及び第一の開口部１０の閉鎖位置各々に存在する場合であってもこれを収容可能とし、且つ第一の開口部１０の上辺の更に上部に配置される後述するパージノズル２１も収容可能とする最小の長さとされる。

また、厚さ（可動プレート５４の動作方向での長さ、即ち奥行き）としては、ドア６が第一の開口部１０を開放する際に、支点６１を中心として回動して退避姿勢をとって停止した際に、当該ドア６の第一の開口部１０側の面とは反対の平坦面６ｂとエンクロージャ３１とが干渉せず、且つ該平坦面６ｂが第二の開口部３１ａを略閉鎖可能となる長さを有する。エンクロージャ３１はこれらパージノズル２１、カーテンノズル１２及びドア６を収容する最適な位置に配置され、壁１１と協働して略直方体形状の第二の微小空間３０を形成する。

エンクロージャ３１における第一の開口部１０に対向する面には、矩形状の第二の開口部３１ａが形成されている。第二の開口部３１ａは第一の開口部１０と対向して配置されるが、矩形の大きさは、微小空間内に配置される不図示の搬送機構がポッド２内部に対してウエハ１を挿脱する動作に対してエンクロージャ３１が干渉しない最低限の大きさであることが好ましい。これにより、エンクロージャ３１内の第二の微小空間３０を閉鎖空間に少しでも近づけ、当該空間３０内と微小空間５２内とが略分離された状態を得ようとしている。エンクロージャ３１のドア６の退避方向に配置される下端面３１ｂには、ドアアーム６ａが退避可能な貫通穴３１ｃが設けられている。また、当該下端面３１ｂには、多数の貫通穴が形成される所謂パンチングメタルが用いられている。エンクロージャ３１内部では、後述するカーテンノズル２１から鉛直下方に向けたパージガスの供給が為されるが、下端面３１ｂにパンチングメタルを用いることにより、エンクロージャ３１の内部においても所謂ダウンフローが常に形成された状態を得ることが可能となる。

エンクロージャ３１の内部における最上部であって、該内部の第一の開口部１０の直前の空間の上部（第一の開口の上辺の上部）にはカーテンノズル１２が配置される。当該カーテンノズル１２は、第二の微小空間３０内でのダウンフローの形成及び第一の開口部１０の直前にガスカーテンを形成するために配置される。本実施形態では、カーテンノズル１２は、エンクロージャ３１の上端面３１ｄ（前述した下端面３１ｂの対向面）にできるだけ近づけて配置される。カーテンノズル１２は、該上端面３１ｄより一回り小さな上下面を有する直方体形状を有し、その下面１２ａには複数のノズル開口１２ｂが形成されている。

また、エンクロージャ３１の内部には、ポッド２内部をパージするためにパージガスを供給するパージノズル２１も配置される。パージノズル２１は一方向に延びる管状のパージノズル本体２１ａを有し不図示のパージガス供給系と接続されている。該パージノズル本体２１ａは、ロードポート開口部１０におけるポッド２が載置される載置台とは異なる側であって、該開口部１０の両側辺における該開口部外側に隣接して該側辺と平行に延在するように一対として配置される。

図３は、パージノズル本体２１ａ、ポッド２、ウエハ１、エンクロージャ３１に関して、これらを上方より見た際の概略構成を示している。パージノズル本体２１ａには、ポッド２におけるウエハ１の収容間隔と一致し且つ各々のウエハ１間の間と一致するようにパージノズル開口部２１ｂが複数個その延在方向に等間隔で配置されていることが好ましい。また、パージノズル開口部２１ｂは、ウエハ１の中心部に向かうようにも形成されている。即ち、パージノズルからのガス供給の方向は、カーテンノズルからのガスの供給方向に対して垂直に延在する平面に平行出会って、当該平面内において両パージノズルから均等な距離にある点に向かう方向であることが好ましい。

カーテンガスの流れ方向と垂直な方向とすることで確実にポッド２内部にパージガスを供給することが可能となる。ここで、本来はパージガスがウエハ表面に向かうようパージガスを噴出すことが最も効果的であるが、ポッド２内部ではウエハ1同時の間隔が狭いこと等からウエハ面に対して平行にガス供給されることとしている。なお、パージノズル２１及び前述したカーテンノズル１２は、実際には不図示のガス供給系に接続されているが、本発明の構成の理解を容易なものとするために当該図面注では省略して示されている。また、このガス供給系は、ガスソース、レギュレータ等から構成される一般的なものであることからここでの説明は省略する。

本実施形態では、当該ノズル開口１２ｂはカーテンノズル１２の下面１２ａのほぼ全面に渡って形成されている。従って、ドア６が退避位置にある場合、エンクロージャ３１内の第一の開口部１０と第二の開口部３１ａとの間の空間には該カーテンノズル１２から供給されるカーテンガスによる所謂ダウンフローが常に形成されることとなる。第二の微小空間３０は、ポッド２の内部と連通した状態において、第二の開口部３１ａ及びエンクロージャ下端面３１ｂの抜き穴等により微小空間５２と連通している。即ち、パンチングメタルにおける穴各々は、ガス流出口としてカーテンガスの流出経路として作用する。本発明では、当該ガス流出口はカーテンガスの流れ方向に対向する位置であって当該ガス流れに垂直に配置される。カーテンガスの流出経路をエンクロージャ下端面３１ｂに配置することにより、該ダウンフローを第二の微小空間３０の下部まで、安定した流れ状態で確実に至らせることが可能となる。

また、カーテンガスは、後述するファンフィルタユニットを介して微小空間５２内に供給される気体（大気）より更にパーティクル等の所謂コンタミ要因の管理が容易である。従って、当該ガスによるダウンフローを第一の開口部１０の直前に配置することにより、従来のロードポートの場合と比較して、微小空間５２側からポッド２内部側に対するコンタミ要因の流入をより効果的に防止することが可能となる。また、下端面３１ｂを単なる開放空間とせずにパンチングメタルによって開放部分を制限することによって、第二の微小空間３０を略閉鎖空間としてカーテンガス等の必要流量の低減、該下端面３１ｂ側からのパーティクル等の跳ね上がりによる第二の微小空間３０内部への侵入の防止、という効果も得ている。

ここで、微小空間５２では、該空間内部の清浄度を高く維持するために、該空間の上部に配置されたファンフィルタユニット（FFU）６３によって、清浄空気による所謂ダウンフロー６３ａが形成されている。即ち、該微小空間５２は、パーティクル管理が為され、且つ搬送機構の配置される空間として用いられる。該微小空間５２下部には不図示の気体流出経路が設けられているが、該ファンフィルタユニット６３の送風量を調節することによって該微小空間５２内部の圧力を微小空間の外部の空間の圧力よりも僅かに高く維持している。また、微小空間５２と連通する気体流出経路から流出するカーテンガスの量とカーテンノズル１２及びパージノズル２１から供給されるカーテンガス及びパージガスの量とを調節することにより、第二の微小空間３０、微小空間５２、外部空間の順に順次内部圧力が低下する環境を容易に作成することが可能となる。

なお、実際にはこれら空間間の圧力差は僅かであり、例えば第二の微小空間３０を特定の排気経路を設けてこれによって排気した場合には、実際上このような圧力差を設けることは困難である。本発明においては、直線的なパージガスの流れの下流に連通部を配置することで、該空間の下部において微小空間５２と連通する経路をガス流出口としての第二の微小空間３０からの気体流出の主経路とし、当該経路の排気抵抗を適切なものとすることで上記圧力差の形成を容易としている。

また、本実施形態では、第二の開口部３１ａの開口方向がファンフィルタユニット６３からのダウンフロー６３ａの流れ方向と平行に配置されている。更に、カーテンノズル１２から供給されるパージガスの流れ方向も、第二の開口部３１ａの開口方向と平行に配置されている。パージガスの流れとダウンフロー６３ａの流れとは、平行且つ、微差圧維持の観点から流速の差が僅かに維持されることから所謂ベンチュリー効果の作用は僅かである。従って、該ベンチュリー効果によって微小空間５２から第二の微小空間３０に引き込まれる大気は僅かに抑えられる。これに対し、ポッド２の内部に存在する気体は本来流れておらず、当該気流とカーテンガスの流速差が大きいことからベンチュリー効果によってポッド２内部の気体を第二の微小空間３０側に引き出す効果が期待できる。当該効果と、パージガスの供給とを平行して行うことによって、ポッド２内部のパージ操作をより効率的に行うことが可能となる。

例えば、処理済ウエハがポッドに収容されており当該ポッドに対して処理済ウエハの挿脱を行う場合、ウエハ表面に付着した処理時に用いられたガスが該表面から脱離して微小空間５２を汚染することが考えられる。本発明では、脱離したガスをパージガスによってウエハ表面近傍から排除し且つカーテンガスによって前述したガス流出口を介して第二の微小空間３０から微小空間５２に運んでいる。当該ガスは、微小空間５２内部から外部空間にダウンフロー６３ａを排出する不図示の排出部（微小空間５２の下部或いは下面に形成される。）を介して微小空間５２の外部に運び出すことができる。従って、ウエハ由来のガスは、従来構成における広く且つダウンフローの流速の低い微小空間からではなく、狭く且つダウンフローの流速の早い第二の微小空間を介して且つ微小空間を得る時間を極力減らして外部空間に排除されることとなる。即ち、異なる方向に流れるカーテンガスとパージガスとを同時に存在させることによって、処理済ウエハを包含するポッド２内部のパージをより効率的に実施することが可能となる。

また、通常ノズル等によって特定の空間に向けてガスを供給する場合、ノズル近傍の気体が先のベンチュリー効果によって巻き込まれてしまい、結果として供給されるガスの純度がノズル等からの放出直後から低下する。本発明では、カーテンノズル１２及びパージノズル２１共にその背後にはエンクロージャ３１を構成する壁が配置されている。従って、エンクロージャ３１外部からこれらノズル近傍に大気が供給される恐れは無く、ある程度の時間気体の放出操作を行うことによって、所定のガス以外でノズル周辺に存在する気体を極力低減することが可能となる。即ち、高い純度を保ったガスをノズルから供給することも可能となる。

次に、実際にポッド２に対するウエハ１の挿脱を実施する場合の当該構成の動作について述べる。ポッド２が載置台５３上に載置される時点で、ドア６は第一の開口部１０を略閉鎖している。なお、本実施形態において、ドア６は、第一の開口部１０を閉鎖する位置にあるときに周囲に微小空間５２と外部空間とを連通させる隙間を形成する大きさとされている。従って、本実施形態ではドア６は第一の開口部１０を概略閉鎖することしかできない。ポッド２の載置後、可動プレート５４が第一の開口部１０方向に移動し、蓋４をドア６に当接させる位置で停止する。ドア６は不図示の係合機構によって蓋４を保持する。ここで、ファンフィルタユニット６３による微小空間５２内のダウンフローの形成、及びカーテンノズル１２からのガス供給による第二の微小空間３０内でのダウンフローの形成は、ポッド２の載置が行われる前から常時行われている。

ドア６の背面側に設けられた平坦部６ｂは、上述したようにガスカーテンを構成するガスの流れに対して、カーテンノズル１２から離れるに従って第二の開口部３１ａに近づくように傾斜されて配置されている。また、平坦部６ｂの下端部は第二の開口部３１ａを構成する下辺よりも下方に位置するように構成される。エンクロージャ３１により区分される第二の微小空間３０の内部圧力は、カーテンノズル１２からのガス供給によって微小空間５２内部の圧力より高くされている。該圧力差に加え、平坦部６ｂの傾斜面がガスカーテン向きを変えてその一部を微小空間５２に流す構成とすることにより、微小空間５２側から第二の微小空間３０側へのパーティクル等の流入をより効果的に防止している。

続いて、ドア開閉機構６０が支点６１を中心としてドアアーム６ａを回動し、ドア６に対して図４Ａに示す退避姿勢をとらせ、ポッド２を第二の微小空間３０に対して部分的に開放させる。なお、図４Ａ及び後述する図４Ｂは、図２Ａと同様の様式にエンクロージャ３１の周囲を側面から見た状態を示している。この時点よりパージノズル２１からのパージガスの供給が開始される。ドア開閉機構６０は、ドア６に対してこの退避姿勢を維持させた状態で該ドア６をエンクロージャ３１内の最下端である退避位置まで後退させる。図４Ｂに、ドア６が退避位置に配置された状態を示す。当該状態において、ポッド２の開口２ｂは開放され、第二の開口部３１ａを介して、微小空間５２に配置された不図示の搬送機構によるポッド２内部に対するウエハ１の移送操作が可能となる。

図４Ｃに図２Ｂと同様の様式にて第一の開口部１０を微小空間５２側から見た状態の概略構成を示す。カーテンノズル１２からは、壁１１に平行なダウンフローを形成するようにパージガスと同様のガスが供給される。また、一対のパージノズル２１各々からは、ポッド２内部に収容されたウエハ１の中央部に各々パージガスの流れが向かうように、パージガスの供給が為される。当該状態にて、ウエハ１の搬送が行われる。当該搬送操作時の間、ポッド２の内部に対するパージ操作は継続して行われ、ポッド内部の酸化性気体の分圧を低く抑える。ポッド２内部に対して収容すべきウエハ１の搬入操作が終了した後、以下の蓋４の閉鎖操作が行われる。

当該閉鎖操作においては、ドア開閉機構６０がドア６を上昇させ、図４Ａに示すドア６が回動を停止して退避姿勢をとった位置まで戻す。この状態にて、ドア開閉機構６０は一旦動作を停止し、ドア６を回動前の姿勢にて維持する。その際、ドア６の背面側に設けられた平坦面６ｂはエンクロージャ３１の第二の開口部３１ａ周囲と略密着し、第二の微小空間３０の閉鎖度を高める。また、ドア６に保持された蓋４はガスカーテンに対して流れある角度を持って位置することとなり、ガスの流れ方向をエンクロージャ下向きからポッド内部方向に変更させる。

エンクロージャ３１の閉鎖度の向上によって第二の微小空間３０とポッド２内部とを含めた空間内に存在するパージガスの分圧の向上が容易となる。また、カーテンガスを直接的にポッド２内部のパージに用いることが可能となることから、ポッド２内部のパージ効率が、より高められる。図４Ａに示す状態を所定時間維持して、ポッド２内部のパージが十分に為されて当該空間の酸化性気体の存在量を十分に低減した後、ドア開閉機構６０はドア６を回動し、蓋４によってポッド開口部２ａを閉鎖する。以上の操作によって、従来構成では得られない低酸化性気体濃度でのポッド２に対するウエハ１の封入が可能となる。

なお、上述した動作においては、ウエハの挿脱動作を実施している際、全てのウエハの挿脱の開始時から終了時までドア６が退避することとしている。ここで、ポッド２の内部のパージを迅速且つ効果的に行おうとした場合、パージ空間に多量のパージガスを供給して当該空間の圧力を高め、それ以前に存在した気体を迅速に排出することが必要となる。しかし、上記動作のように第二の開口部３１ａが開放状態の場合、第二の微小空間３０の内圧を極端に高めることは困難である。また、開放時間が長い場合には、微小空間５２からの大気の拡散によってポッド２内部の酸化性気体の分圧が徐々に増加することも考えられる。このような場合、ウエハ１を一枚挿脱する毎に、ドア６を退避位置から上昇させて図４Ａに示す第二の開口部３１ａの略閉鎖位置に位置させ、第二の微小空間内３０内とポッド２内部とを略密閉状態としてパージすることが望ましい。これにより、酸化性気体の分圧の上昇を効果的に抑制することが可能となる。

なお、以上の実施形態において、カーテンノズル１２は直方体形状を有しその下面全域にガス噴出孔が設けられることとしているが、噴出孔の形状、配置、或いは数等は供給するガスの流量及び第二の微小空間３０の容積等に応じて適宜変更されることが望ましい。パージノズル２１も同様に、ガス噴出用の開口部２１ｂの形状、配置等、適宜変更することが好ましい。また、ドア６は第一の開口部１０を略閉鎖することとしているが、これを完全に閉鎖する構成としても良い。また、カーテンガガスの流れ方向に対向して設けられるガス流出口としてエンクロージャの下面３１ｄであるパンチングメタルの穴が用いられているが、当該面の構成は例えばメッシュ、特定のスリット設けた構造等、ダウンフローの形成を妨げず且つある程度の排気抵抗を呈する構造であれば良い。

また、パーティクル等の発生防止の観点から、エンクロージャ３１における第二の開口部３１ａ周辺の壁と平坦面６ｂとは接近するが接触はしないようにドア６の回転量が定められている。しかし、第二の微小空間３０内部とポッド２内部とを同時にパージする場合、該平坦面６ｂとエンクロージャ３１との間がシールされることがより好ましい。この場合、ドア６の回動範囲を二段階とし、パージ操作時とドア６の退避時とに相違を設け、パージ操作時にのみこれら構成が一時的に密着することとしても良い。或いは、平坦面６ｂの外周部に例えば流体の導入或いは排出によって膨張或いは縮小するシール部材を配置しても良い。この場合、パージ操作時にのみシール部材を膨張させてこれをエンクロージャ３１と密着させて上記密着性を得、収縮させることでエンクロージャ３１との接触解除を行える構成としても良い。

次に、本発明を実施した実際の蓋開閉システムであるFIMSシステム、及び当該システムを用いた半導体ウエハ処理装置について説明する。図５は、所謂ミニエンバイロメント方式に対応した半導体ウエハ処理装置５０の概略構成を示す図である。半導体ウエハ処理装置５０は、主にロードポート部（FIMSシステム、蓋開閉装置）５１、搬送室（微小空間）５２、および処理室５９から構成されている。それぞれの接合部分は、ロードポート側の仕切り５５ａおよびカバー５８ａと、処理室側の仕切り５５ｂおよびカバー５８ｂとにより区画されている。半導体ウエハ処理装置５０における搬送室５２では塵を排出して高清浄度を保つ為、その上部に設けられたファンフィルタユニット６３により搬送室５２の上方から下方に向かって空気流(ダウンフロー)を発生させている。また、搬送室５２の下面にはダウンフォローの排出経路が設けられる。以上の構成により、塵は常に下側に向かって排出されることになる。

ロードポート部５１上には、シリコンウエハ等（以下、単にウエハと呼ぶ）の保管用容器たるポッド２が載置台５３上に据え付けられる。先にも述べたように、搬送室５２の内部はウエハ１を処理する為に高清浄度に保たれており、更にその内部には搬送機構において実際にウエハを保持可能なロボットアーム５５が設けられている。このロボットアーム５５によって、ウエハはポッド２内部と処理室５９の内部との間を移送される。処理室５９には、通常ウエハ表面等に薄膜形成、薄膜加工等の処理を施すための各種機構が内包されているが、これら構成は本発明と直接の関係を有さないためにここでの説明は省略する。

ポッド２は、前述したように、被処理物たるウエハ１を内部に収めるための空間を有し、いずれか一面に開口を有する箱状の本体２ａと、該開口を密閉するための蓋４とを備えている。本体２ａの内部にはウエハ１を一方向に重ねる為の複数の段を有する棚が配置されており、ここに載置されるウエハ１各々はその間隔を一定としてポッド２内部に収容される。なお、ここで示した例においては、ウエハ１を重ねる方向は、鉛直方向となっている。搬送室５２のロードポート部５１側には、開口部１０及び上述したエンクロージャ３１が設けられている。開口部１０は、ポッド２が開口部１０に近接するようにロードポート部５１上で配置された際に、ポッド２の開口部と対向する位置に配置されている。なお、エンクロージャ３１、ドア６等の本発明に係る主たる構成は、上記実施形態において述べていること、及び図面の理解を容易なものとするという観点から、ここでの説明及び図示を省略する。

図６Ａおよび６Ｂは、当該装置におけるドア６及びドア開閉機構６０を拡大した側断面図および搬送室５２側からこれら見た正面図をそれぞれ示している。図６Ｃは、ドア開閉機構６０を用いてポッド２から蓋４を取り外した状態についてその側断面概略を示している。ドア６には固定部材４６が取り付けられており、ドア６は、当該固定部材４６を介してドアアーム６ａの一端に対して回動可能に連結されている。ドアアーム６ａの他端は、エアー駆動式のシリンダ５７の一部であるロッド３７の先端部に対して、枢軸４０を介して、当該枢軸４０に対して回転可能に支持されている。

ドアアーム４２の該一端と該他端との間には、貫通穴が設けられている。当該穴と、ドアアーム４２等のドア開閉を行う構成を昇降させる可動部５６の支持部材６０に固定される固定部材３９の穴とを不図示のピンが貫通することにより、支点６１が構成されている。従って、シリンダ５７の駆動によるロッド３７の伸縮に応じて、ドアアーム４２は支点６１を中心に回動可能となる。ドアアーム４２の支点６１は、昇降が可能な可動部５６に設けられる支持部材６０に固定されている。

これら構成によってウエハ１の処理を行う際には、まず搬送室開口部１０に近接するように載置台５３上に配置して、ドア６により蓋４を保持する。なお、ドア６の表面には不図示の係合機構が、また蓋４の表面には不図示の被係合機構が各々配置されており、蓋４及びドア６各々の表面同士が当接しあった状態においてこれら機構が作動することにより、ドア６による蓋４の保持が行われる。ここで、シリンダ５７のロッドを縮めるとドアアーム４２が支点６１を中心にして、ドア６が第一の開口部１０から離れるように動作する。この動作によりドア６は蓋４とともに回動して蓋４をポッド２から取り外す。その状態が図６Ｃに示されている。その後、可動部５６を下降させて蓋４を所定の待避位置まで搬送する。移行の操作に関しては上述の実施形態において述べていることからここでの説明は省略する。

なお、本実施例においては、FOUP及びFIMSを対象として述べているが、本発明の適用例はこれらに限定されない。内部に複数の被保持物を収容するフロントオープンタイプの容器と、当該容器の蓋を開閉して該容器より被保持物の挿脱を行う系であれば、本発明に係る蓋開閉装置を適用し、容器内部の酸化性雰囲気の分圧を低圧に維持することが可能である。また、容器内部を満たすガスとして、不活性ガスではなく所望の特性を有する特定のガスと用いる場合に、本発明に係る蓋開閉システムを用いて、当該容器内部の該特定のガスの分圧を高度に維持することも可能である。

本発明によれば、エンクロージャによる空間遮蔽効果とガスカーテン等からのパージガス供給による外部気体の進入抑制効果を得る、更には、ガスカーテンとは別個にパージガスをウエハに向けて供給することによってポッド内部の気体の酸化性気体の分圧の上昇を効果的に抑制することが可能となる。また、本発明は、既存のFIMSシステムに対してエンクロージャ、カーテンノズル、パージノズル、等を付加するのみで実施可能であり、規格化されたシステムに対して安価且つ簡便に取り付けることが可能である。

本発明の一実施形態に係る蓋開閉システムの主要部における概略構成を示す斜視図である。 図１に示した本発明の一実施に形態係る蓋開閉システム、即ちロードポート、ポッド、ポッド用の蓋およびオープナの一部に関し、これらのポッド開口に垂直な切断面の概略構成を示す図である。 図１に示した第一の開口部１０を矢印２Ｂ方向からから見た状態を示す図である。 パージノズルからポッド内部に向けて供給されるパージガスの供給方向を説明する図である。 図１に示す蓋開閉システムにおいて、蓋を開閉する動作の一段階を示す図である。 図１に示す蓋開閉システムにおいて、蓋を開閉する動作の一段階を示す図である。 図４Ｂに示す状態において、第一の開口部１０を図２Ｂと同様の様式にて見た状態を示す図である。 本発明が適用される一般的な半導体ウエハ処理装置の概略構成を示す全体側面図である。 図５に示す装置におけるドア開閉機構及びその近傍の構成を拡大し、これを側面から見た状態の概略構成を示す図である。 図６Ａに示す構成を、搬送室側から見た場合の概略構成を示す図である。 図６Ａに示す構成であって、ドアが蓋をポッドから取り外した状態を、図６Ａと同様の様式にて示す図である。

符号の説明

１：ウエハ、 ２：ポッド、 ４：蓋、 ６：ドア、 １０：第一の開口部、 １１：壁 １２：カーテンノズル、 １３：ガス導入経路、 １４：ガスカーテン、 ２１：パージノズル、 ３０：第二の微小空間、 ３１：エンクロージャ、 ３７：ロッド、 ３９：固定部材、 ４０：枢軸、 ４６：固定部材、 ５０：半導体処理装置、 ５１：ロードポート、 ５２：搬送室（微小空間）、 ５３：載置台、 ５４：可動プレート、 ５５：ロボットアーム、 ５７：シリンダ、 ６０：ドア開閉機構、 ６１：支点

Claims (4)

1. 被収容物を内部に収容可能であって一面に開口を有する箱状の本体と、前記本体から分離可能であって前記開口を塞いで前記本体と共に密閉空間を形成する蓋と、を備える収容容器から前記蓋を取り外すことによって前記開口を開放して前記被収容物の挿脱を可能とする、前記蓋の開閉システムであって、
   前記収容容器が載置される載置台と、
   前記載置台と隣接して配置され、パーティクルが管理されて前記被収容物を搬送する機構が収容される微小空間と、
   前記載置台に隣接して前記微小空間の一部を確定する壁に形成されて、前記載置台に載置された前記収容容器における前記開口と正対可能な配置に設けられた矩形状の第一の開口部と、
   前記蓋を保持可能であると共に前記第一の開口部を閉止可能であり、前記蓋を保持して前記第一の開口部を開放することにより前記開口と前記第一の開口部とを連通させるドアと、
   前記第一の開口部を開閉させるために前記ドアを駆動するドア開閉機構と、
   前記第一の開口部と連続して前記微小空間内に配置され、前記ドアの移動空間を覆って前記微小空間を前記被収容物を搬送する機構が配置された空間と第二の微小空間とに分離し、且つ前記第二の微小空間と前記空間とを連通させて前記被収容物を搬送する機構が前記被収容物と共に通過可能な第二の開口部を有するエンクロージャと、
   前記エンクロージャの内部であって前記第一の開口部における上辺の上部に配置されて、前記上辺から前記第一の開口部の下辺に向かう方向に沿って所定のガスを供給可能なカーテンノズルと、を有し、
   前記エンクロージャは、前記ガスが流れる方向に沿って前記微小空間内に前記ガスが流出可能なガス流出口を有し、
   前記ドア開閉機構は、前記第一の開口部を閉鎖している前記ドアを、支点を中心に回動させて前記ドアに退避姿勢を取らせ、前記ドアが退避姿勢を呈することにより前記第二の開口部が前記ドアにより閉鎖するようにされており、且つ前記ドアが前記退避姿勢を維持したまま前記ドア開閉機構により前記第一の開口部及び前記第二の開口部を共に開口する位置に移動され、前記被収容物の搬送を可能とすることを特徴とする蓋開閉システム。
2. 被収容物を内部に収容可能であって一面に開口を有する箱状の本体と、前記本体から分離可能であって前記開口を塞いで前記本体と共に密閉空間を形成する蓋と、を備える収容容器から前記蓋を取り外すことによって前記開口を開放して前記被収容物の挿脱を可能として、前記収容容器に対して前記被収容物を挿脱し、前記収容容器外部において前記被収容物に所定の処理を施す被収容物の処理方法であって、
   パーティクルが管理された微小空間を構成する壁に設けられた矩形状の第一の開口部に対して前記開口を正対させて配置し、
   前記第一の開口部を閉鎖するドアによって前記蓋を保持し、
   前記蓋を保持した前記ドアを駆動して前記第一の開口部を開放し、
   前記開口及び前記第一の開口部を介して前記被収容物の挿脱を行う方法であって、
   前記被収容物の挿脱に際して、前記第一の開口部と連続して前記微小空間と連通する第二の開口部を有する第二の微小空間を介することとし、前記第二の微小空間には前記第一の開口部の上辺から下辺に向かう方向に沿って流れる所定のガス流が存在し、前記ガス流は前記第二の微小空間における前記ガス流の突き当たる位置に設けられたガス流出口を介して前記微小空間に流出し、
   前記ドアは前記第一の開口部を開放する際に、前記第二の開口部を閉鎖する退避姿勢をとり、前記退避姿勢を維持して前記第二の開口部を開放する位置に移動することによって前記被収容物の搬送を可能とすることを特徴とする基板の処理方法。
3. 前記ドアが前記第一の開口部を閉鎖する面に対する背面の側にて前記第二の開口部を閉鎖し、且つ前記背面は前記ドアにおける前記第一の開口部を閉鎖する面に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項１に記載の蓋開閉システム。
4. 前記ドアが前記第二の開口部を閉鎖する退避姿勢をとった際に、前記ドアと前記第二の開口部の周囲との密着性を高めるシール部材が前記ドアに配されることを特徴とする請求項１或いは３何れかに記載の蓋開閉システム。

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