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JP7512520B2 - 真空処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板状の試料を真空処理容器内に搬送して処理する真空処理装置であって、大気圧またはこれと見做せる程度に近似した圧力の下に配置された前記真空処理装置の大気側ブロックに配置された収納容器に収納された前記試料を所定の真空度に減圧される真空側ブロック内の前記真空処理容器内に搬送する真空処理装置に係り、特に、前記大気側ブロックに配置され大気圧またはこれと見做せる程度に近似した圧力にされた内部で前記試料が搬送されるウエハ搬送装置に関するものである。
近年では、半導体デバイスの高集積化や微細化がますます進んでおり、半導体デバイスの回路がその上に形成される半導体ウエハの表面には、回路の欠陥を生起する虞のあるパーティクルや水分が付着しないようにウエハを清浄な環境で保持するように要求されている。例えば、その内部で半導体ウエハが処理される真空処理容器(真空処理チャンバ)や内部に格納するFOUP(Front-Open Unified Pod)では、内部はより高い清浄の度合い(クリーン度)にすることが求められている。このことは、大気圧またはこれと見なせる程度に近似した雰囲気の圧力(略大気圧)の下に配置されて、当該圧力にされた容器の内部の空間内で半導体ウエハが搬送されるEFEM(Equipment Front End Module)のようなウエハ搬送装置に対しても、その内部の空間をより高いクリーン度に維持することを同様に要求している。
一般に、上記のウエハ搬送装置は、内部でFOUPおよび真空側ブロックの大気側ブロックに対するインターフェースの役割を果たすロック室(ロードロック室)ならびに前記収納容器との間でウエハが搬送されて受け渡される箇所であり、化学フィルターを備えたFFUといったダウンフロー発生装置により形成したダウンフローに浮遊する粒子を乗せて下方に押し流し濾過することで、ウエハ搬送装置の内部の空間に清浄な気流が形成されて、搬送中のウエハにパーティクルや水分が付着することの抑制が図られている。このため、内部の空間の酸素濃度や水分の量は、真空処理装置が設置されているクリーンルーム等の建屋の内部と同等程度に留められている。
このような構成においても、ウエハ搬送装置の前面側で台上に乗せられたFOUPから半導体ウエハを取出して真空側ブロックに受け渡す際に、FOUPとウエハ搬送装置内部との間に配置されたロードポートによってFOUPの前面の開口部が開かれると、FOUP容器内部の酸素濃度および湿度がEFEMと同じレベルまでに上昇してしまい、FOUP内部の環境が悪化してしまう。これを抑制するため、FOUPの収納容器内に不活性ガス(例えば窒素ガス、アルゴンガス等)あるいは圧縮ドライエアを供給して内部の粒子をガスごと置換することが考えられている。
しかしながら、真空処理容器で処理を施されて搬出された直後のウエハの周囲には、処理中に供給され或いは生成された反応性の高い物質の粒子が残留している。このため、このようなウエハがFOUPに搬入されるとFOUP内に格納された他の処理前のウエハを汚染してしまう虞がある。例えば、プラズマを用いたウエハのエッチングにおいては、ウエハ上の薄膜のマスクや配線パターンをエッチングする際に、HCl(塩化水素)、HCN(シアン化水素)、SiF(四フッ化珪素)、HBr(臭化水素)、F(フッ素)等のハロゲン系エッチングガスが用いられ、これらのガスは、上記パターンの加工処理後のエージング処理の後でも、一部がハロゲン化水素としてウエハ上に残ることがよく知られている。
そこで、EFEMの内部に或いはこれに接続された外部に配置された格納容器内に真空側ブロックから搬送された処理後のウエハを一旦格納して、上記残留した物質の濃度が十分に下がるまで待機させる技術が考えられている。処理後の半導体ウエハは残留物の濃度が所定のもの以下に下がった後に格納容器から元のFOUPに搬送される。例えば、上記待機用の格納容器はその開口部がEFEMの側壁に配置された開口に連通するようにEFEMの側壁に接続されて設置され、格納容器の内部の空間はEFEMの雰囲気に対して常時開放されている。
このような、処理前のウエハが真空側ブロックに搬送される前に或いは処理後のウエハが下のFOUPの元の位置に戻される前に一時的に内部に収納されるウエハの格納容器に対しても、内部のウエハのウエハにパーティクルや水分が付着して汚染が生じないようにすることが求められる。何故なら、ウエハを格納容器に搬入する際、容器内部の雰囲気もEFEM内部と同程度の湿度を有していると、格納容器内において、上記残留したハロゲン系の生成物が水分と反応し腐食性物質を形成してしまう虞がある。例えば、塩化水素の水溶液は一般的に塩酸として知られており、ハロゲン化水素からなる腐食性の生成物によって、ウエハ上面の配線パターンが断線したり、配線間のショート、配線抵抗増加や寄生容量によるクロストーク等の障害が引き起こされてしまう虞がある。
このような課題に対して、従来から半導体ウエハの収納容器内でのウエハの腐食や汚染の生起を抑制する技術が考えられてきた。例えば、特開2015-23037号公報(特許文献1)では、ウエハの格納容器の前面ドアが大気開放される際に、容器の前面にパージガス等を用いてシャワーカーテンを形成し、EFEM内部からの相対的に高い湿度の気流が侵入することを抑制する技術が開示されている。
特開2015-170752号公報(特許文献2)は、FOUPの前部の開口が開放された際にFOUP内部で外部からの気体(ガス)の進入により湿度が上昇することを抑制するために、FOUPの開口が開放された際に開口部の底板に装着されている2個のパージノズルから所定のガスを供給することが開示されている。
特開2015-23037号公報 特開2015-170752号公報
従来の技術において、ウエハを元のFOUPに搬送して戻す前に格納して待機させる格納容器は、その開口がEFEM内部と連結され連通している場合には、ダウンフローを含むEFEM内部のガスの環境に曝されて同様の条件になる。このため格納されたウエハが内部で待機中に、処理後のウエハの表面や周囲に残留するハロゲン系物質が水分と反応し、腐食性の生成物を形成してウエハを汚染してしまう虞があった。
従来技術に係る格納容器の前面の開口部を開放してEFEM内部と連通させると、EFEMの内部のガスと直結するようになり、FFUにより形成された相対的に高い湿度の気流が容器に侵入する。また、格納容器内部に不活性ガスを供給して処理済みウエハの表面または周囲の汚染源となる物質の粒子を内部から排出(パージ)する場合でも、単に容器内に相対的に湿度の小さいガスを容器内に供給するに過ぎない構成では、EFEM内から格納容器内のダウンフローのガスが進入し続け、パージ用のガスを容器内の全体に充満させて容器外に取り除かれた状態を維持し難いことが判っている。発明者らの検討によれば、このような構成では、容器内部の湿度は、EFEM内の湿度に比べ僅か数%しか低減されず十分に容器内の環境を改善できないことが判った。
特許文献1では、シャワーカーテンを用いてEFEMからの気流を遮蔽する構成が開示されているが、この遮蔽を十分に行うには容器内に大量のパージガスを供給する必要があり、装置の運転コストが増加してしまう。さらには、パージガスによるEFEM周囲の酸素レベルが低下してしまい、周囲の作業者が酸素の不足に陥る危険に晒される虞があった。そのため、本従来技術では、CDAといった圧縮乾燥空気を用いてシャワーカーテンを形成してEFEM内の粒子の格納容器内への進入の低減を図れるものの、半導体製造工場からの大量のパージガスの供給が必要となり、大流量のCDAを運用するには半導体製造装置を設置する設備や運転のコストが大きくなってしまう問題があった。
また、発明者らの検討によれば、特許文献2のような従来技術では、EFEMによるダウンフローは、EFEMの壁に沿って下方に流れた後、ウエハの格納容器の開口部の上端で壁面から剥離して流れが乱れ、格納容器の開口部の下端の近傍では乱流状態に発達してしまう。このため、EFEM内の相対的に高い湿度のガスの多くは格納容器の開口部の下端部およびこれに面した箇所である底板の近傍から格納容器内部に進入することが判った。さらに、このような進入を防ぐ目的で底板の近傍からパージガスをEFEM内部に向けて供給した場合には、EFEMの上記高い湿度のガスの粒子が却って格納容器の内部に巻き込まれてしまう虞があることが判った。
このような問題点について、上記の従来技術は考慮していなかった。本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、格納容器内部の湿度を低減して内部に格納されたウエハの汚染を低減して処理の歩留まりを向上できる真空処理装置を提供することにある。
上記目的は、減圧された内部に搬送された処理対象のウエハが処理される真空容器を有する真空処理ユニットと、内部に処理前または処理後の前記ウエハが搬送されるロック室と、このロック室と接続され、且つ大気圧にされて上方から下方に向けてガスの流れが形成された内部を前記ウエハが搬送される大気搬送室を有する筐体を含む大気搬送ユニットと、内部に処理済みウエハの格納空間を有し前記筐体の壁面に前端部が取り付けられ当該側壁に配置された開口を介して大気搬送室と内部が連通されるウエハ格納容器とを備えた真空処理装置であって、
前記ウエハ格納容器の内部に、前記開口の後方であって前記格納空間の前方であって当該格納空間の上端部と下端部に配置されて前記格納空間のガスを外部に排気する排気ポートと、前記格納空間の後方に配置され前記開口に向けて前記上端部と下端部との間に配置され当該格納空間の内部に所定のガスを供給するガス吹出孔を有したマニホールドとを備えたことにより達成される。
本発明によれば、格納容器内部の湿度を低減して内部に格納されたウエハの汚染を低減して処理の歩留まりを向上できる真空処理装置を提供できる。
本発明の実施例に係る真空処理装置の概略の構成を示す真空処理装置の横断面図である。 本発明の実施例に係る真空処理装置の概略の構成を示す真空処理装置の斜視図である。 本発明の実施例に係る真空処理装置の大気搬送ユニットの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図2に示す実施例に係る大気搬送ユニットのウエハ格納容器の構成の概略を示す横断面図である。 図2に示す実施例に係る大気搬送ユニットのウエハ格納容器の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図2に示す実施例に係る大気搬送ユニットのウエハ格納容器の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図4に示す実施例に係るウエハ格納容器の上方排気ポートの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図5に示す実施例に係るウエハ格納容器のパージマニホールドの構成を模式的に示す横断面図である。 図5に示す実施例に係るウエハ格納容器のパージマニホールドの構成を模式的に示す横断面図である。 図2に示すウエハ格納容器の構成の概略を模式的に示すブロック図である。 図2に示す実施例に係るウエハ格納容器内に配置された排気ポートの排気孔の角度の変化に対するウエハ格納容器内部の湿度の変化の例を示す表である。 図2に示す実施例に係るウエハ格納容器の構成の概略を模式的に示す横断面図である。
本発明は、内部にダウンフローが形成されるEFEMに配置されるウエハ格納容器のウエハ収納部の奥側に縦方向に延在して配置され少なくとも1つのガスパージ(導入)ポートと、EFEM内部に連通する開口に面するウエハ格納容器の入口部の上部および下部に配置され横方向に延在するガス排気ポートとを備えて、格納容器内部の湿度を低減して内部に格納されたウエハの汚染を低減して処理の歩留まりを向上できるようにした真空処理装置に関するものである。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
以下、本発明の実施例を図1A乃至11を用いて説明する。なお、図中において同一符号は同一構成要素を示す。
図1Aは、本発明の実施例に係る真空処理装置100の概略の構成を模式的に示す図で真空処理装置100を上方から見た横断面図であり、図1Bは、真空処理装置100の構成を示す斜視図である。
本実施例の真空処理装置100は、その前方側(図1Aにおいて右側)に配置された大気ブロック101と後方側(図1Aにおいて左側)に配置された真空ブロック102とを備えている。大気ブロック101は、大気圧下で半導体ウエハ等の基板状の試料が搬送され、収納の位置決め等がされる部分であり、真空ブロック102は大気圧から減圧された圧力下で試料が搬送され、或いは処理等が実施され、試料を載置した状態で圧力を上下させる部分を含んでいる。
大気ブロック101は、外形が直方体或いはそれと見做せる程度に近似した同等の形状を有しその内部に大気圧またはこれと見做せる程度に近似した同等の圧力にされた空間を有する筐体を含む大気搬送ユニット106と、この大気搬送ユニット106の筐体の前面側の側面に沿って並べられて取付けられ、処理用又はクリーニング用の半導体ウエハ等の基板状の試料が内部に収納されているカセット容器であるFOUPがその上面に載せられる複数のカセット台107とを備えている。大気ブロック101は、カセット台107上の各FOUPの内部に収納された処理用またはクリーニング用の試料であるウエハがFOUPと大気搬送ユニット106の筐体の背面に連結された真空ブロック102との間でやりとりされる箇所であり、大気搬送ユニット106の筐体の内部にはこのようなウエハの搬送のためにウエハ保持用のアームを備えた大気搬送ロボット109が配置されている。
真空ブロック102は、内部に減圧され試料が処理される処理室を有する真空容器を備えた複数の真空処理ユニット103-1,103-2,103-3,103-4と、これらの真空処理ユニットと連結されその内部に試料を減圧下で搬送する真空搬送ロボット110-1、110-2を備えられた搬送用の空間である真空搬送室104-1,104-2を有する真空容器、及び当該真空搬送用の真空容器(真空搬送容器)と大気搬送ユニット106の筐体との間でこれらと接続されて配置されウエハを収納する空間であって真空搬送室104-1及び大気搬送ユニット106の筐体と連通可能に配置された空間であるロック室105を内部に有する真空容器(ロック室容器)、2つの真空搬送容器の間でこれらと接続されて配置され真空搬送室104-1及び真空搬送室104-2の間でこれらと連通可能にされたウエハ収納用の空間である搬送中間室108を内部に有する真空容器とを備えている。この真空ブロック102は、その内部は減圧されて所定の値の真空度の圧力に維持可能な真空容器を備えて構成されている。
また、上記大気搬送ロボット109や真空搬送ロボット110-1、110-2の搬送の動作や複数の真空処理ユニット103-1,103-2,103-3,103-4におけるウエハを処理する動作、ロック室105における内部の密封、開放や減圧、昇圧の動作等真空処理装置100の動作は、これらを実行する各部分と有線あるいは無線によるものを含む通信経路を介して信号の送受信可能に接続された図示しない制御装置により調節される。制御装置は、外部の通信の経路と信号の送受信を行うインターフェースと、半導体デバイス製のマイクロプロセッサ等の演算器、当該演算器の演算のアルゴリズムが記載されたソフトウエアや通信される信号の値等のデータを記憶するRAM,ROMやハードディスク、リムーバブルディスク等の記憶装置とこれらを通信可能に接続する通信線路とを含んで構成されている。
図2は、図1A及び図1Bに示す実施例の大気搬送ユニット106の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図は、図1A及び図1Bに示す大気搬送ユニット106であってカセット台107が前面に設置された大気搬送ユニット106の筐体であるEFEM10を前方側の箇所から後方を向いて見た場合の、筐体の前面に平行な面で筐体を切った縦断面を示している。
図2に示すとおり、EFEM10は、筐体の左右方向の側壁面の少なくとも何れか一方(図2では図上左端の側壁)に、内部に複数枚のウエハ:Wを上下方向に隙間を開けて収納可能な収納空間を備えたウエハ格納容器13が両者の開口を介して取り付けられている。図2の本実施例によると、ウエハ格納容器13は、その図上右端に配置された開口部21とEFEM10の左端の側壁面に形成された開口を介してEFEM10の内部の空間に面しており、ウエハ格納容器13がEFEM10の側壁に取り付けられた状態で、ウエハ格納容器13の開口部21が開放された状態が維持され、ウエハ格納容器13とEFEM10との各々の内部の空間に連通されている。
なお、本実施例のウエハ格納容器13は、その上端および下端が図上左端の筐体の側壁の上端部および下端部から各々所定の距離だけ離れた、謂わば中間の高さの位置に取り付けられている。また、開口部21はウエハ格納容器13の筐体13’(図3参照)の凡そ矩形状となる最前端部であってEFEM10の左端の側壁に取り付けられる箇所を結んでできる面状の箇所を指しており、以下の説明では当該面の位置を示す実線または破線として示される。また、このような開口部21はEFEM10の左端の側壁に予め形成されその周囲に筐体13’の矩形状の前端部が接続して取り付けられるEFEM10側壁の開口と接しており、実質的に当該側壁の開口とウエハ格納容器13の開口部21とは以下の説明では同一のものとして説明される。
EFEM10の筐体の内部の空間は、ロック室105とカセット台107上に乗せられたFOUPとの間でウエハWが搬送される空間(大気搬送室)を構成する。この内部の空間には、両端の関節部同士が連結された複数のアームが当該関節部の周りに回転して、端部のアームの先端部にウエハWが載せられ保持された状態で複数のアームを伸長、収縮させてウエハWを搬送する搬送ロボット11(図1Aの大気搬送ロボット109に相当)が配置されている。EFEM10の上部には、上方から引き込んだ気流を下方に流出する複数のファンが水平方向(図2において左右方向)に並設されたFFU(Fan Filter Unit、ファンフィルタユニット)14が配置され、真空処理装置100の周囲の雰囲気が吸い込まれて筐体内部に流出して、筐体内部に上下方向の気流の流れfが形成されている。
気流fは、図2において矢印で示すように、FFU14の下部の出口からEFEM10内部に流出し搬送ロボット11の下方であってEFEM10の底部に配置され、幅の小さい板が隙間を開けて図上左右方向に並べて配置されたルーバー12の隙間を通して、EFEM10の外部に流出する。また、EFEM10内部の左端部の気流fは、ウエハ格納容器13の上方の筐体の側壁に沿って下方に流れて、ウエハ格納容器13の開口部21の上端部から下方に流れた後に、一部が図2において左側に進路を変えてウエハ格納容器13の内部の空間に入り込むものとなっている。このため、ウエハ格納容器13の内部には、所定の量の水分を含む、相対的に高い湿度のガスがEFEM10内部から流入することになる。
図3は、図2に示す実施例に係る大気搬送ユニット106のウエハ格納容器13の構成の概略を示す横断面図である。本図は、図2に示すウエハ格納容器13の開口部21の上下端の間の所定の高さ位置の水平な面でウエハ格納容器13を切った横断面を、開口部21を下側にして示した図である。このため、図3の上方がウエハ格納容器13の筐体13’の奥側を示している。
図2に示した実施例に係る大気搬送ユニット106のウエハ格納容器13の構成の概略を模式的に示した図4の縦断面図のように、本実施例では、開口部21の上端部および下端部には、上方排気ポート201と下方排気ポート202の各々が備えられている。これらの上方排気ポート201、下方排気ポート202の動作により、ウエハ格納容器13内部の気流に対するEFEM10内部の気流fから影響が抑制され、気流fから供給される水分が低減される。
さらに、図3に示すように、ウエハ格納容器13の筐体13’の内部の前部であって上方排気ポート201と下方排気ポート202の後方には、内部の中心部に向けて不活性ガス等の所定の水分または湿度を低い値に維持されたガスが供給されるパージマニホールド13Aと13Bが配置されている。さらに、筐体13’内部の後部(奥部)には、パージマニホールド13Cと13Dが備えられている。これらパージマニホールド13A,13B,13C,13Dの間の空間に、複数枚のウエハWが搬入されて、図示しないスタンド上に互いに隙間を開けて保持される。
図3に示した例では、パージマニホールド13A,13B,13C,13Dは、上方からみてウエハWの周囲で筐体13’の内部の四隅で、ウエハWがこれらと隙間を開けて収納されるように配置されている。このため、パージマニホールド13A,13B同士は、その水平方向(図上左右方向)の距離がウエハWの直径より大きくされて配置され、ウエハWの筐体13’内部に対する搬入出の際にパージマニホールド13A,13BとウエハWの衝突が生じないように構成されている。なお、パージマニホールド13C,13Dの水平方向の距離はウエハWの直径よりは小さくされている。
パージマニホールド13A,13B,13C,13Dの各々は、所定の径を有する円筒形状を有した管であって、上下方向(図3では紙面に垂直な方向)の軸に沿った内部の空洞は窒素やアルゴン等不活性ガスのガス源と連通されている。パージマニホールド13A,13B,13C,13D各々は、円筒形の上下方向(長手方向)の軸に沿って図3で矢印で示すような気流fを作る2列の円形を有した貫通孔であるガス吹出孔391と392又は491と492が内部の空洞と連通して配置されている。空洞内に導入された不活性ガスは、筐体13’内部のガスが不活性ガスと置換されるように、図3の矢印の方向にそってこれらのガス吹出孔391と392及び491と492から筐体13’内部に流出する。
本例のパージガス吹出孔の各列には、各々上下方向に25個の貫通孔が配置されている。また、各列の吹出孔は、各々の列から吹き出す不活性ガスの向きがウエハWの中心に対して異なる角度になるように配置されている。
なお、図示していないが、各パージガス吹出孔は、上方から見て重ねて収納される任意の2枚のウエハWの上下方向の隙間の空間に面する位置に、つまり、円筒形の各管の円筒形の側壁上のこれら2枚のウエハWの間の高さ位置に形成される。この結果、各々のパージマニホールド13A,13B,13C,13Dから合計で8つの方向に不活性ガスがウエハWの中心に向けて供給される。
図4および図5は、図2に示した実施例に係る大気搬送ユニット106のウエハ格納容器13の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図4は、EFEM10の側壁に取り付けられたウエハ格納容器13を、開口に沿った垂直な面で切った場合の断面を、また図5は、取り付けられたウエハ格納容器13を開口から奥に向かう垂直な面で切った場合の縦断面を示している。図4,5では、上方排気ポート201および下方排気ポート202とこれらの周囲の排気の流れ、およびパージマニホールド13A,13B,13C,13Dとこれらの周囲の気体の流れfを示している。
図4に示すように、ウエハ格納容器13は、筐体13’の面よりも僅かに小さい大きさを有する開口部21の上端近傍に円筒形の形状を有した上方排気ポート201と、下端近傍に下方排気ポート202が、各々の円筒形の軸を水平方向(図4において左右方向)にして、且つ、図5に示すように、当該軸は上方から見てウエハ格納容器13の開口部21の面に平行となる位置に、2つずつ配置されている。2つの上方排気ポート201および2つの下端近傍に下方排気ポート202は、各々の一つの端部がウエハ格納容器13の筐体13’の左右の内側壁に接して取り付けられ、開口部21の左右方向についての中心部に隙間を開けて配置されている。さらに、各々の2つは、それらの円筒形の軸を筐体13’の上下方向と前後方向についても合致またはこれと見なせる程度に近似した位置に配置されている。
さらに、図4に示すように、ウエハ格納容器13は、筐体13’の底面であって、開口部21の前方から見て、2つの下方排気ポート202同士の間の位置となる箇所にウエハ検知センサ25を備えている。このウエハ検知センサ25は、上方の筐体13’内の空間であるウエハWの収納空間にウエハWが存在しているか(ウエハWの有無)を検知する。このウエハ検知センサ25は、筐体13’の天面であって開口部21上部の2つの上方排気ポート201の間となる箇所に配置されていても良い。
図4に示すように、上方排気ポート201、下方排気ポート202の各々は、円筒形を有した管であって、内部にガスが通流する軸方向に延びた空間を備えている。さらに、円筒形の側壁の表面には、上記軸に沿った方向について予め定められた間隔の複数の箇所であって、ウエハ格納容器13の内部に面した位置に、内部の空間と連通した貫通孔(排気孔)191,192が配置されている。本例では、複数の貫通孔(排気孔)191,192のうちは、上方排気ポート201の貫通孔(排気孔)191では、円筒形の側壁面の筐体13’の底面に対向する位置(図4では上方排気ポート201の下側の面)に、特には、上方排気ポート201の軸の垂直下方の位置に列を成して配置されている。さらに、下方排気ポート202の貫通孔(排気孔)192では、円筒形の側壁面の筐体13’の天面に対向する位置(図4では下方排気ポート202の上側の面)に、特には、下方排気ポート202の軸の垂直上方の位置に列を成して配置されている。
上方排気ポート201、下方排気ポート202の各々の筐体13’の側壁に接続された一端の内部は、筐体13’の外側壁に接続された図示しない排気ポンプと図示しない排気管と筐体13’側壁部材に配置された貫通孔とを通して連通され、筐体13’のウエハ収納空間の内部のガスは、図4に上方排気ポート201および下方排気ポート202に矢印として示すように、上方排気ポート201および下方排気ポート202の側壁に配置された貫通孔191及び192と内部の空間を通って、筐体13’の外部に排気として排出される。
図5に示すように、本実施例のウエハ格納容器13は、EFEM10を前方から見て、左側の側壁1001上の上下端の中間の位置に取り付けられ、EFEM10の内部と開口部21を介して連通している。ウエハ格納容器13の内部には、開口部21から奥側(図5において左側)に向かう方向について、上方排気ポート201、下方排気ポート202と、パージマニホールド13A(13B)、ウエハ収納空間1311、パージマニホールド13C(13D)が、これらの順で配置されている。ウエハ収納空間1311に格納された状態でウエハWは、前後がパージマニホールド13A,13Bの対とパージマニホールド13C,13Dの対とで非接触に挟まれる。
上述の通り、パージマニホールド13A,13B,13C,13D(図5には、13A,13Cのみが示されている)は、各々が円筒形の管路の軸方向(高さ方向)に沿って、収納された状態の複数のウエハW同士の間の空間に面して位置するように、所定の間隔で配置された2つの貫通孔の列を備えている。これらの貫通孔から導入される不活性ガスは、水平方向(図5で左右方向)に沿って、ウエハWまたはその収納空間の中央部に向けて気流fを形成する。なお、本図に開口部21として符号が付されている破線は、このような構造体がウエハ格納容器13の端部に配置されているのではなく、ウエハ格納容器13内部の空間とEFEM10内部の空間との境界となる面の位置を線として示しているに過ぎない。
次に示す図6乃至8は、図4,5に示した上方排気ポート201、パージマニホールド13A,13Cの各々の貫通孔の周囲の構成の概略を示している。
図6は、図4に示す実施例に係るウエハ格納容器の上方排気ポートの構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図では、図4に示すC-C線に沿った垂直な面で切った場合の縦断面を拡大して示している。
本実施例の上方排気ポート201および下方排気ポート202は、円筒形の管の側壁面上に円筒の軸方向について所定の間隔で配置された断面が円形を有した貫通孔の列を1つ有し、これらの貫通孔からウエハ格納容器13内部のガスが管の内部の空間に流入して、各々の管の端部からウエハ格納容器13の筐体13’の外部に排出される。このような貫通孔は図6上に排気孔191として示されている。
排気孔191は、上方排気ポート201および下方排気ポート202の各々で、管の軸方向について10~15個が配置され列を構成している。図6において、図4に示すC-C線に沿って切った断面に示される上方排気ポート201の排気孔191は、その円形の開口の軸が図上破線で示される開口部21の面と平行またはこれと見なせる程度に近似した角度をなして、下方から上方にガスが流入するように配置されている。すなわち、ウエハ格納容器13の水平な面と排気孔191の軸との成す角度であるB1は90度又はこれに近似した角度となるように、上方排気ポート201がウエハ格納容器13に取り付けられている。
上方排気ポート201および下方排気ポート202の各貫通孔191,192の角度B1は、各々の管を軸回りに回転させて筐体13’に接続して位置を固定することで、真空処理装置100の使用者が使用に応じて増減して調節可能に構成されている。そして、上方排気ポート201の排気孔191または下方排気ポート202の排気孔192の軸の角度B1の大きさによって、ウエハ格納容器13の内部に流入するEFEM10内のガスの量やガスの流れの向き、ひいては内部に収納されたウエハWへの微粒子の付着とこれにより生起される汚染の度合いが調節される。この点については、図を用いて後述する。
図7は、図5に示す実施例に係るウエハ格納容器のパージマニホールドの構成を模式的に示す横断面図である。本図では、図5に示したパージマニホールド13AをZ-Z線に沿った水平面で切った場合の横断面を示している。
図7に示すように、本実施例のパージマニホールド13A,13Bは、各々が上下方向の軸に沿って不活性ガスが通流する内部の空洞と円筒形の外周壁面との間に、上記軸方向に沿って上下に所定の間隔を開けて並列に配置された2つのガス吹出孔391と392との列を備え、各々の列はガス吹出孔を25個有している。本図では、2つのガス吹出孔のうちガス吹出孔391は、これを通して供給される不活性ガスがウエハ格納容器13内部とEFEM10内部の空間との間に位置して図上破線として示されている開口部21の面(開口面)に平行に、且つ水平に流れ出るように、ガス吹出孔391の軸が形成されている。
さらに、もう一方の列をなすガス吹出孔392は、供給される不活性ガスがウエハ格納容器13の内部のウエハ収納部の中心に向けて流れ出るように、配置されている。すなわち、一方の列を構成するガス吹出孔392は円形を有する開口の中心軸が、他方の列を構成するガス吹出孔391の軸の方向に対し45°の角度を成し、且つ水平方向に形成されている。
このようなガス吹出孔391,392の配置は、パージマニホールド13Bにおいては、ウエハ格納容器13の開口部21の前方から見て左右対象となる位置に形成されている。このため、パージマニホールド13Aのガス吹出孔392の列から供給される不活性ガス(パージガス)は、ウエハ格納容器13の収納部にウエハWが格納されていた場合にウエハWの中心を通る上下方向の軸に向かって流れ、同様にパージマニホールド13Bのガス吹出孔392の列から供給されるパージガスについても同様である。また、パージマニホールド13A、13B各々のガス吹出孔391の列から供給されるパージガスは、ウエハ格納容器13の開口部21の直ぐ後方の筐体13‘の内部において、開口部21の左右方向の端部から中央部に向かって対抗して流れる。
さらに、各々が列を構成する25個のガス吹出孔391,392の対の各々は、パージマニホールド13A,13B側壁面上で、これらの開口の軸が収納部に格納された複数のウエハW同士の間、あるいはウエハWとウエハ格納容器13の筐体13’内部の天面または底面との間の同じ高さ位置に形成されている。この構成により、ウエハ格納容器13内部にウエハWが25枚収納された状態でも、ガス吹出孔391,392から供給されるパージガスはウエハW同士の間の隙間をスムーズに流れることができる。
図8は、図5に示す実施例に係るウエハ格納容器のパージマニホールドの構成を模式的に示す横断面図である。本図では、図5に示したパージマニホールド13CをX-X線に沿った水平面で切った場合の横断面を示している。
本図に示しているように、パージマニホールド13C,13Dは、パージマニホールド13A,13Bと同様に、その円筒形状の上下方向の軸に沿って上下方向に所定の間隔で配置された25個のガス吹出孔491,492から構成された2つの吹出孔の列を有している。これらのガス吹出孔は、各々のパージマニホールドの円筒形の外側壁面上で、円形を有した開口の中心の軸同士が角度30°を成して水平方向に沿って配置されている。さらに、これらの軸同士の成す角度の等分割線が、ウエハ格納容器13の収納部に格納されたウエハWの中心を通る上下方向の軸に向かうように配置されている。
パージマニホールド13C,13Dの対は、筐体13’の内部で、パージマニホールド13A,13Bと同様に、ウエハ格納容器13の左右方向の中心を通る面について左右対称の位置に配置され、各々が備えるガス吹出孔491,492も同様に対称の位置に配置されている。また、上記2列を構成するガス吹出孔491,492の対の各々は、パージマニホールド13A,13Bのガス吹出孔391,392の対と同様に、ウエハ格納容器13の収納部に格納されたウエハW同士の間またはウエハWと筐体13’の天面、底面との間の中間の同じ高さ位置に配置されている。この構成により、ウエハ格納容器13内部にウエハWが25枚収納された状態でも、ガス吹出孔491,492から供給されるパージガスはウエハW同士の間の隙間をスムーズに流れる。このようにパージガスの流れが整えられることにより、パージマニホールド13A,13Bまたは13C,13Dからのパージガスを用いて、ウエハWの上下の表面の近傍に浮遊し滞留する反応性の高い粒子や、ウエハ格納容器13内に流入したEFEM10内部の粒子をウエハWの中心軸の方向に押し流すことができる。
本実施例においてウエハ格納容器13内へのパージガスの供給を制御する構成ついて図9を用いて説明する。図9は、図2に示すウエハ格納容器13の構成の概略を模式的に示すブロック図である。
収納部内のウエハWの有無により、ウエハ格納容器13内の気流の流れが影響されるため、図9に示すパージガスの制御の構成は、ウエハ格納容器13の筐体13’内に配置され内部の湿度を検知する湿度センサ26および収納部内のウエハWの有無を検知するウエハ検知センサ25を備えて、これらから出力された信号を受信するコントローラ31を備えている。さらに、コントローラ31は、上方排気ポート201、下方排気ポート202の各々の端部と接続された排気管路上に配置され当該排気の量や速度を増減あるいは管路の開閉を調節する排気バルブ32、およびパージマニホールド13A,13B,13C,13Dに一端部が接続されたパージガス供給管上に配置されパージガス(不活性ガス)の流量や速度を調節する流量制御器(マスフローコントローラ)35と、これらの動作を指令する信号や動作の状態を示す信号を送受信可能に接続されている。なお、排気管路は排気の流れの排気バルブ32下流側においてロータリーポンプ等の排気ポンプと接続され、パージガス供給管はパージガス流れの流量制御器35の上流側において、不活性ガス源である貯留タンクやこれからのガスの流出を開放、閉塞するバルブを含むパージガス供給手段34と接続されている。
このような構成において、コントローラ31は、受信したウエハ検知センサ25の出力信号からウエハWが格納されているかを判定する。コントローラ31は、ウエハWが格納されていないと判定した場合には、ウエハWによるパージガスの整流の効果が小さくなるため、排気バルブ32に指令信号を発信してその開度を最大にするように調節する。このことにより、EFEM10内部の空間でウエハ格納容器13の開口部21上方のEFEM10の内側壁に沿って下向きに流れるガスを、開口部21の上端において側壁から剥離させる際の乱れを低減して、ウエハ格納容器13内部に向きを変えて流れるガスの量や速度を抑制することができる。また、これと並行して、コントローラ31は、受信した湿度センサ26からの信号からウエハ格納容器13内部の湿度を検出し、その湿度を制御シーケンスの目的関数として、予め内部の記憶装置内に格納したソフトウエアに記載されたシーケンスまたはアルゴリズムに沿って、流量制御器35に指令信号を発信して、パージマニホールド13A,13B、または13C,13Dの各々に、パージガス供給手段34からのパージガスを供給の量または速度を調節する。
コントローラ31がウエハWがウエハ格納容器13内に格納されていると判断した場合には、格納される或いは搬入出されるウエハWの枚数により、排気バルブ32の開度が調節される。以上から、ウエハWのウエハ格納容器13内の搭載の有無により、上方排気ポート201と下方排気ポート202に接続している排気管路321を通した排気を排気バルブの開度を調節することで適切に増減して、ウエハ格納容器13内の気流の流れを適切なものにすることができる。
上記の実施例によれば、ウエハ格納容器13の内部において、開口部21とパージマニホールド13A,13Bとの間の上端部および下端部の各々の位置で、左右の両側の箇所に配置され左右方向(水平方向)に軸を有した4本の円筒形のポートであって、軸方向に沿ってウエハ格納容器13の内部に向けて複数の排気孔191を有する上方排気ポート201、複数の排気孔192を有する下方排気ポート202を備えることにより、EFEM10の内部からウエハ格納容器13の内部に相対的に高い湿度のガスの流れが進入することを低減できる。すなわち、開口部21からウエハ格納容器13内部に侵入したEFEM10内部のガスは、少なくとも一部は上方排気ポート201および下方排気ポート202の動作によって排気管路321を介して筐体13’外部に排出される。このことにより、ダウンフローの一部にウエハ格納容器13が取り付けられたEFEM10の側壁から開口部21に沿って流れた後に下方排気ポート202に向かう流れが形成され、当該流れをEFEM10の内部の他のダウンフローがウエハ格納容器13内に侵入することを阻害するシーリング流として用いることができる。
すなわち、EFEM10内部において上部に配置されたFFU14により形成される下向きの気流は、図2に示すEFEM10左端のウエハ格納容器13が設置された側壁面に沿って流れる。さらに、開口部21に面する箇所ではこれを上下方向に横断するように流れる際に、開口部21の上方の側壁に沿っていた流れは側壁から剥離して渦状に旋回する流れを含む乱れを含むものに変化して、下方に移動するに伴って乱れの成分は旋回流として発達していく。
本実施例では、下向きの排気孔191の開口を複数有して下方から上方に向けて筐体13’内部のガスを吸引して排気する上方排気ポート201の動作により、上方から開口部21の領域を横切ろうとする流れが早期に側壁から剥離して、流れに渦の成分が形成される。このような渦が形成されると、開口部21近傍を流れる下向きの気流(ダウンフロー)の運動エネルギーが消費され、流れの速度や勢いといった量を減らすことができる。この結果、ウエハ格納容器13内部にパージマニホールド13A,13B,13C,13Dから内部の収納部に供給されるパージガスによって形成される流れに、ウエハ格納容器13の後部から前方の開口部21に向かう流れの成分を大きく形成することができる。
さらに、開口部21を通してウエハ格納容器13の内部に流入するEFEM10内部の気流は旋回の量が抑制された結果、開口部21近傍のEFEM10内部のガスが筐体13’内に巻き込まれる量を低減することができる。
さらに、上記のシーリング流に沿って、筐体13’内部にパージガスが供給されることで、EFEM10内部から筐体13’内に侵入した相対的に高湿のガスが徐々に希釈される。このため、少量のパージガスでもウエハ格納容器13内部の湿度の上昇が抑制され、ウエハWの表面やその近傍に残留する揮発性物質が水分と反応して腐食性を有する生成物が形成されることを低減できる。
なお、本実施例では、ウエハ格納容器13内部に配置される円筒形の上方排気ポート201及び下方排気ポート202は、パージマニホールド13A,13Bと開口部21との間であって筐体13’内部の天面および底面の近傍でEFEM10内部から開口部21を見て筐体13’の左右各々の端部に接続させて水平に配置されており、当該天面近傍(上端部)および底面近傍(下端部)との間の所謂中間の箇所に排気ポートは配置されていない。これは、中間の箇所に配置する場合は、ウエハWの搬入出の障害となることを避けるため必然的に筐体13’の垂直な側壁面に沿って配置することになり、このような配置の場合、EFEM10内部のガスの流入とウエハ格納容器13内部のガスとが入れ換わる量が大きくなるからである。
また、上記の効果の説明は、ウエハ格納容器13内にウエハWが搭載されていない状態についてのものであるが、ウエハWがウエハ格納容器13内に格納された場合では、ウエハWが整流板の役割を果たすため、ウエハW間のパージガスの滞留量はウエハWが無い場合に比べて確保しやすいため、より効果的にウエハ格納容器13内部の相対的に高い湿度のガスの流入が低減されて、処理の歩留まりが向上される。
図10は、図2に示す実施例に係るウエハ格納容器内に配置された排気ポートの排気孔の角度の変化に対するウエハ格納容器内部の湿度の変化の例を示す表である。この図10に示しているように、ウエハ格納容器13の湿度は上方排気ポート201の排気孔191の角度B1によってウエハ格納容器13内部の相対湿度の大きさを変化させることができる。ここで、図6における角度B1は開口部21に対して垂直な線を基準として、それに対する角度として説明したが、図10に示した角度B1は、図6で説明した角度B1と異なり、開口部21に平行な線を基準にして、それに対する角度としている。
この相対湿度の大きさを変化させることができる理由は、排気孔191の角度B1の大きさに応じて、ウエハ格納容器13内部でのパージガスが滞留する時間を変化させることができるためであり、EFEM10内の気流の流れについての量に応じてウエハ格納容器13内の上方排気ポート201の排気孔191の下向き垂直の方向に対する角度B1の大きさを最適にすることにより、パージガスの流れを最適にすることができる。同様に、下方排気ポート202の排気孔192の上向き垂直の方向に対する角度B2も可変に調節可能に構成してもよい。
なお、上方排気ポート201の排気孔191および下方排気ポート202の排気孔192は、開口が円形のみのものでなく、複数の孔を連結させた1本または複数本のスリット状の開口であっても良い。また、開口が円形状、楕円あるいはスリット状の排気孔を複数の箇所に異なる角度B1を有するものとして配置しても良い。例えば、複数の排気孔のうちの一部を図10における条件(D)の角度B1=45°となる位置および方向に配置し、他の排気孔を条件(A)の角度B1=0°のように開口部21を示す垂直方向に伸びる面に平行になる位置と角度に配置してもよい。このような排気孔191及び192の配置は、EFEM10にウエハ格納容器13が設置される箇所に応じて変化するEFEM10内部からの角度を変えて流入する気流の量や速度と、上方排気ポート201、下方排気ポート202の排気の能力とパージマニホールド13A,13B,13C,13Dから導入されるパージガスの量とのバランスを考慮して、使用者が適切なものを選択することができる。
図11は、図2に示す実施例に係るウエハ格納容器の構成の概略を模式的に示す横断面図である。本図では、上方排気ポート201または下方排気ポート202の開口部21に対する位置を示している。
真空処理装置100が用いるEFEM10の仕様に応じてウエハ格納容器13を適切に運用することができるように、図11に示すように、上方排気ポート201および下方排気ポート202の設置位置と開口部21との間の距離Lが選択される。本図では、上方排気ポート201のみが図示されている。本例では、水平方向(図11において左右方向)に沿って配置される円筒形の上方排気ポート201の中心軸と開口部21の面の位置を示す破線との水平距離Lが45mmにされている。この距離Lの値に応じて、EFEM10内部からウエハ格納容器13内部に流入するガスの流れの向きや流量、あるいは旋回流の量が変化するため、距離Lの値を適切に選択することにより、ウエハ格納容器13内部の湿度やその分布を変化させることができるので、EFEM10内のガスの流量や速度、さらにはパージガスの供給量、上方及び下方の排気ポートからの排気の量とのバランスを鑑みて、使用者は距離Lを適切に選択する。
例えば、EFEM10内のガスの流れは、図2に示すルーバー12の数や開度、形状、または搬送ロボット11の位置に依存している。このような、EFEM10内の流れの料の分布に合わせ、上方排気ポート201および下方排気ポート202の開口部21との距離Lを45mm±25mmにされている。
以上に説明したように、本実施例に係るウエハ格納容器においては、内部にダウンフローが形成されるEFEMに配置されるウエハ格納容器のウエハ収納部の奥側に縦方向に延在して配置され少なくとも1つのガスパージ(導入)ポートと、EFEM内部に連通する開口に面するウエハ格納容器の入口部の上部および下部に配置され横方向に延在するガス排気ポートとを備え、入り口の左右側壁に沿ってはガス排気ポートを備えてない構成を有している。
本実施例によれば、ウエハ搬送装置または半導体製造装置において、格納容器内部の湿度を低減して内部に格納されたウエハの汚染を低減して処理の歩留まりを向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
10…EFEM
11…搬送ロボット
12…ルーバー
13…ウエハ格納容器
14…FFU
21…開口部
25…ウエハ検知センサ
26…湿度センサ
31…コントローラ
32…排気バルブ
33…排気ポンプ
34…パージガス供給手段
35…流量制御器
100…真空処理装置
101…大気ブロック
102…真空ブロック
103-1,103-2,103-3,103-4…真空処理ユニット
104―1,104-2…真空搬送室
105…ロック室
106…大気搬送ユニット
107…カセット台
108…搬送中間室
109…大気搬送ロボット
110―1,110-2…真空搬送ロボット
191,192…排気孔
201…上方排気ポート
202…下方排気ポート
391,392,491,492…ガス吹出孔
13A,13B…パージマニホールド
13C,13D…パージマニホールド
B1…上方排気ポートの排気孔角度
B2…下方排気ポートの排気孔角度
f…気流
W…半導体ウエハ
Wc…半導体ウエハ中心

Claims (8)

  1. 減圧された内部に搬送された処理対象のウエハが処理される真空容器を有する真空処理ユニットと、内部に処理前または処理後の前記ウエハが搬送されるロック室と、このロック室と接続され、且つ大気圧にされて上方から下方に向けてガスの流れが形成された内部を前記ウエハが搬送される大気搬送室を有する筐体を含む大気搬送ユニットと、内部に処理済みウエハの格納空間を有し前記筐体の側壁に前端部が取り付けられ当該側壁に配置された開口を介して大気搬送室と内部が連通されるウエハ格納容器とを備えた真空処理装置であって、
    前記ウエハ格納容器の内部に、前記開口の後方であって前記格納空間の前方であって当該格納空間の上端部と下端部に配置されて前記格納空間のガスを外部に排気する排気ポートと、前記格納空間の後方に配置され前記開口に向けて前記上端部と下端部との間に配置され当該格納空間の内部に所定のガスを供給するガス吹出孔を有したマニホールドとを備えた真空処理装置。
  2. 請求項1に記載の真空処理装置であって、
    前記マニホールドが、前記開口から見て前記格納空間の左右両側の端部に配置された真空処理装置。
  3. 請求項1または2に記載の真空処理装置であって、
    前記格納空間と前記排気ポートとの間に配置され当該格納空間の内部に前記所定のガスを供給する別のマニホールドを備えた真空処理装置。
  4. 請求項3に記載の真空処理装置であって、
    前記別のマニホールドが、前記開口から見て前記格納空間の左右両側の端部に配置された真空処理装置。
  5. 請求項1または2に記載の真空処理装置であって、
    前記排気ポートが水平方向に軸が延在した管状の形状を有し、当該管状の形状の前記軸が前記開口に平行となるように配置された真空処理装置。
  6. 請求項5に記載の真空処理装置であって、
    前記排気ポートが、前記管状の形状の外側壁面上であって前記格納空間に面した箇所に少なくとも1つの排気孔を備えた真空処理装置。
  7. 請求項6に記載の真空処理装置であって、
    前記排気ポートが前記排気孔の前記格納空間に面する角度を調節可能に構成された真空処理装置。
  8. 請求項1または2に記載の真空処理装置であって、
    前記マニホールドは、軸が上下方向に延在する管状の形状を有して、当該管状の形状の外側壁面上の複数の箇所に前記ガス吹出孔を備え、当該ガス吹出孔が前記格納空間の内部に格納された前記ウエハと当該格納空間の天面または底面との間、或いは格納された複数のウエハ同士の間に位置する真空処理装置。
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