JP4601683B2 - 半導体収納容器開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体製造工程で使用する半導体収納容器の蓋を開閉する半導体収納容器開閉装置に関する。

近年、半導体製造工場では半導体ウエハを外界の環境と隔離する蓋付きの半導体収納容器（以下容器と称す）に収納して、各製造装置間を搬送する。容器内部は外界と比べて非常に清浄な状態に保たれていて、容器の蓋を開閉しない限り、容器内部のウエハに付着する異物は微少である。容器の外界の環境は、クリーン度ＩＳＯ６程度であり、この環境にウエハを放置しておくと時間とともにウエハ表面に異物が付着し、ウエハ上に作られている半導体部品の歩留まりが著しく低下する。各製造装置には容器開閉装置が設けてあり、製造装置内部は外界と比べて非常に清浄なクリーン度ＩＳＯ１〜２の状態に保たれている。

ウエハを容器から製造装置へ、または製造装置から容器へ移動する際、容器開閉装置を介して、製造装置と容器とを接続してから、容器の蓋を開閉することで、製造装置内部の清浄な領域と容器内部の清浄な領域とを直接接続するので、ウエハが外界の雰囲気と接触する可能性は低い。

従来の容器開閉装置は容器の蓋を開ける速度は、動作時間を短縮するために高速に設定されている。

また、従来の容器開閉装置は、装置背面の駆動系を覆うための安全カバーがあり、この安全カバーの下部が密閉構造になっている。

従来の容器開閉装置は容器の蓋を開ける速度が大きいので、容器の蓋を開けるときに容器内部が負圧になり、容器と容器開閉装置の壁面との間隙から、外界の異物が容器内部に進入し、ウエハに付着する問題があった。

また、従来の容器開閉装置は装置背面の駆動系を覆うための安全カバーがあり、この安全カバーの下部が密閉構造になっているので、安全カバー内側に異物が堆積する。蓋昇降部が降下する際、安全カバー内側に堆積した異物が巻き上がり、容器内部に進入し、ウエハに付着する問題があった。

本発明の目的は、容器開閉装置を使用して容器を開く際、異物が容器内部に進入することを防止し、ウエハに付着する異物を減少することである。

また、本発明の別の目的は、異物が安全カバー内に堆積したり、異物が巻き上がったりすることを防止し、ウエハに付着する異物を減少することである。

上記目的を達成するため、本発明の半導体収納容器開閉装置は、半導体収納容器を開ける時の最大速度を、半導体製造装置内部の圧力と外界の圧力との差圧で、除した速度差圧比を０．０６ｍ／（ｓ・Ｐａ）以下に設定することを特徴としている。

また、本発明の半導体収納容器開閉装置は、半導体収納容器開閉装置裏側のカバー下部に開口を設けたことを特徴としている。

また、本発明の半導体収納容器開閉装置は、半導体収納容器開閉装置裏側のカバー下部に排気ファンを設けたことを特徴としている。

本発明によれば、容器を開く時に容器内に流入する異物を減少できるので、ウエハに付着する異物を減少でき、半導体部品の歩留まりを向上できる。

また、パッキンが不要なので、信頼性が高く、低コストの開閉装置を実現できる。

また、本発明によれば、安全カバー内に異物が堆積しないため、異物が巻き上がらないので、ウエハに付着する異物を減少でき、半導体部品の歩留まりを向上できる。

本発明の第１の実施例を図１〜８を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施例の半導体収納容器開閉装置（以下、開閉装置と称す）の斜視図、図２は半導体収納容器（以下、容器と称す）の斜視図、図３は開閉装置を取り付けた半導体製造装置（以下、製造装置と称す）の斜視図、図４、図７、図８は容器を開ける最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図、図５は本発明の第１の実施例の開閉装置の容器を開ける速度の時間変化を表す概念図、図６は従来の開閉装置の容器を開ける速度の時間変化を表す概念図である。

図１、図２を用いて開閉装置１００、容器２００の構造を説明する。開閉装置１００は大きく分けて、容器２００を載置するステージ１１０と、容器２００の蓋２２０を把持し開閉するオープナ１２０とで構成される。ステージ１１０には容器２００を正確な姿勢に載置するための位置決めピン１１２と、容器２００をオープナ１２０に接近させるためのスライダ１１１とを設けている。本実施例では、スライダ１１１はステージ１１０内部に設置された図示しないモータとボールねじによって前後方向に移動可能である。オープナ１２０には回転キー１２１が設けてあり、回転キー１２１はオープナ１２０内部にある図示しないモータによって９０°回転可能である。オープナ１２０の裏側にはオープナ１２０を水平方向に前後進させて容器２００の蓋２２０を開閉するオープナ開閉機構１３０と、オープナ１２０を昇降させるオープナ昇降機構１３１とを設けている。オープナ開閉機構１３０とオープナ昇降機構１３１とは共に図示しないモータとボールねじによって動作し、オープナ開閉機構１３０、オープナ昇降機構１３１の駆動部分全体には、作業者が容易に触れられないように安全カバー１４０が設置されている。

容器２００は容器本体２１０と蓋２２０とで構成される。容器本体２１０には４個のラッチ溝２１１と、容器本体２１０の周囲にフランジ２１２とを設けてある。容器本体２１０内部にはウエハ３００を水平に収納する図示しない棚があり、ウエハ３００を２５枚収納可能である。蓋２２０には開閉装置１００の回転キー１２１に対応する位置にキー溝２２１があり、キー溝２２１に開閉装置１００の回転キー１２１を挿入して９０°回転することで、蓋２２０にある４本のラッチ２２２が蓋２２０内部の図示しないカム機構によって蓋２２０から出入りする。ラッチ２２２は容器本体２１０のラッチ溝２１１と対応する位置にあり、容器本体２１０に蓋２２０が挿入された状態でラッチ２２２を蓋２２０の周囲に出せば、蓋２２０を容器本体２１０に固定できる。

実際に容器２００を開く動作は以下の通りである。容器２００をステージ１１０上に載置する。ステージ１１０上のスライダ１１１を製造装置側へ平行移動し、容器２００の蓋２２０の表面と開閉装置１００のオープナ１２０とを接触させる。このとき容器２００の加工精度の問題で、容器２００のフランジ２１２と開閉装置１００の表面板１５０とは一部接触することはあるが、間隙が完全になくなることはない。蓋２２０とオープナ１２０とが接触した状態で、回転キー１２１を容器２００に向かって時計回りに９０°回転すると、蓋２２０のキー溝２２１が回転し、蓋２２０がオープナ１２０に固定されるとともに、ラッチ２２２が蓋２２０内部の図示しないカム機構によって蓋２２０内部に収納される。その後、オープナ開閉機構１３０を製造装置側に水平動作することで容器２００の蓋２２０を容器本体２１０から離脱させる。すなわち、上記半導体収納容器２００の蓋２２０を把持して容器２００の開口面に対して上記蓋２２０を垂直に開く。その後、オープナ昇降機構１３１でオープナ１２０を下降させる。

容器２００を閉める動作は前述した開ける動作と逆に、オープナ昇降機構１３１を上昇してから、オープナ開閉機構１３０をステージ１１０側に水平動作してオープナ１２０に固定してある蓋２２０を容器本体２１０に接続する。その後、回転キー１２１を反時計回りに９０°回転すると、蓋２２０のラッチ２２２が容器本体２１０のラッチ溝２１１に収まり、蓋２２０が容器本体２１０に固定される。最後にスライダ１１１を製造装置とは逆側に平行移動し、容器２００をステージ１１０から離脱できる状態にする。

製造装置４００に開閉装置１００を４台取り付けた例を図３に示す。

製造装置４００内部はダウンフローになっていて、クリーン度ＩＳＯ１〜２であり、製造装置４００外部のクリーン度ＩＳＯ６と比べ、非常に清浄な状態である。クリーン度ＩＳＯ６の環境にウエハ３００を放置すると、時間とともにウエハ表面に異物が付着し、ウエハ上に作られている半導体部品の歩留まりが著しく低下する。容器２００内部は外界と遮断されており、清浄度の高い環境でウエハ３００の出し入れを行えば容器内部の清浄度は保たれ、クリーン度ＩＳＯ６の環境に容器２００を放置しても、容器２００の蓋２２０を開閉しない限り、容器２００内部のウエハ３００に付着する異物は微少である。

ウエハ３００を容器２００から製造装置４００へ、または製造装置４００から容器２００へ移動する際、容器開閉装置１００を介して、製造装置４００と容器２００とを接続してから、容器２００の蓋２２０を開閉することで、製造装置４００内部の清浄な領域と容器２００内部の清浄な領域とを直接接続する。製造装置４００内部の圧力は外界に比べて僅かに陽圧に設定されているので、容器２００を開閉する瞬間以外は容器２００のフランジ２１１と開閉装置１００の表面板１５０との間隙から異物が流入する可能性は低い。

開閉装置１００のオープナ開閉機構１３０の動作速度が大きいと、容器本体２１０から蓋２２０を引き抜く瞬間、容器２００内部が負圧になり、容器２００のフランジ２１２と開閉装置１００の表面板１５０との間隙から容器２００内部に異物が流入しウエハ３００に付着してしまう。

本発明の開閉装置１００のオープナ開閉機構１３０が容器２００を開けるときの速度の時間変化を図５に示す。横軸に時間（ｓ）、縦軸に開速度（ｍ／ｓ）をとっていて、最大速度は０．０２５（ｍ／ｓ）である。従来の開閉装置１００のオープナ開閉機構１３０が容器２００を開けるときの速度の時間変化を図６に示す。横軸に時間（ｓ）、縦軸に開速度（ｍ／ｓ）をとっていて、最大速度は０．１５（ｍ／ｓ）である。

図４に、装置４００内部の圧力が外界に比べて１（Ｐａ）高い状態での、容器開速度の最大値と収納されていたウエハに付着された異物数との相関を表す概念図を示す。横軸に容器開時のオープナ開閉機構１３０の最大速度（ｍ／ｓ）を、縦軸に容器２００に収納した一番上のウエハ３００表面に容器２００開閉１回当たりに付着する粒経０．１２μｍ以上の異物数（ケ／Ｗａｆｅｒ・回）をとっている。図７に装置４００内部の圧力が外界に比べて５（Ｐａ）高い状態での、容器開閉最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図を示す。縦軸と横軸は図４と同様である。図８に装置４００内部の圧力が外界に比べて１０（Ｐａ）高い状態での、容器開時最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図を示す。縦軸と横軸は図４、図７と同様である。

図４ではウエハ３００に付着する異物数が、最大速度０．０６（ｍ／ｓ）では０．０１（ケ／Ｗａｆｅｒ・回）を越え、それ以上の速度では急激に増加している。図７では最大速度０．３（ｍ／ｓ）で異物増加数が０．０１（ケ／Ｗａｆｅｒ・回）を越え、図８では最大速度０．６（ｍ／ｓ）で異物増加数が０．０１（ケ／Ｗａｆｅｒ・回）を越えている。図４、図７、図８から、装置４００内部の圧力と外界の圧力との差圧に比例して、異物が増加する最大速度が増しているのがわかる。

容器開時のオープナ開閉機構１３０の最大速度を下げることで、ウエハ３００に付着する異物を減少できるが、開閉装置１００各部の動作速度が遅いと、製造装置４００の単位時間あたりの処理能力にも影響するため、動作速度を適正な範囲に設定する必要がある。このため、半導体生産時の処理能力を確保するに十分な範囲であって、図４、図７、図８で共通してウエハ付着異物数が急激に増加し始める境界の０．０１（ケ／Ｗａｆｅｒ・回）である時の動作速度以下に抑えることが適切と考える。装置４００内の圧力と外界の圧力との差圧と異物が増加する最大速度とが比例しているので、 Ｖｍａｘ：容器開時のオープナ開閉機構１３０の最大速度（ｍ／ｓ）と△Ｐａ：装置４００内の圧力と外界の圧力との差圧（Ｐａ）との比率（速度差圧比Ｄｖｐ）を式１の範囲に設定することで、ウエハ表面に付着する異物数を抑えることができる。

本実施例は式１の速度差圧比が範囲内に収まっているため、容器２００内に収納してあるウエハ３００に付着する異物を減少できるので、半導体部品の歩留まりを向上できる。

なお、本実施例は外界のクリーン度がＩＳＯ６の場合の例であり、周辺環境の変化に伴って、ウエハ付着異物数も変化するが、ウエハ付着異物数が急激増加する最大速度は同じである。

開閉装置１００の表面板１５０と容器２００のフランジ２１２との接触部位にパッキンを設置し、表面板１５０とフランジ２１２との間隙を無くすことにより、容器２００の蓋２２０を開ける際の流入異物を無くし、ウエハ３００に付着する異物数を減少することができる。しかしパッキンを設置した場合、パッキンの経時変化、繰り返し動作による劣化などで、パッキン自体が発塵しウエハに付着する異物数が増加する問題と、パッキン自体のコスト、表面板の加工、パッキンの取り付けなどコストが上昇する問題とがある。本発明の開閉装置はパッキンが不要なので、信頼性が高く、低コストである。

また、本発明の別の実施例では、開閉装置１００の安全カバー１４０下部に開口部を設けている。従来の安全カバー１４０は開口部が上のみのため、安全カバー１４０内部にオープナ開閉機構１３０とオープナ昇降機構１３１などから発生した異物が堆積している。この異物がオープナ昇降機構１３１降下時に上方へ巻き上がり、容器２００内部に進入してウエハに付着する問題があった。本実施例では、安全カバー１４０下部に開口部を設けたので、安全カバー内部に異物が堆積せず、異物の巻き上がりがなくなるため、容器２００内に収納してあるウエハ３００に付着する異物を減少できるので、半導体部品の歩留まりを向上できる。

安全カバー１４０はオープナ開閉機構１３０とオープナ昇降機構１３１の駆動系を覆い、作業者の安全確保と、開閉装置１００搬送時の駆動系の保護を目的としているので、安全カバー１４０下部に開口を設けても、本来の目的を損なうことはない。

また、本実施例では、安全カバー１４０下部に開口部を設けただけであるが、安全カバー１４０下部に排気用ファンを設置することで同様の効果が期待できる。

本発明の第１の実施例の半導体収納容器開閉装置の斜視図である。 半導体収納容器の斜視図である。 本発明の第１の実施例の半導体収納容器開閉装置を取り付けた半導体製造装置の斜視図である。 半導体収納容器を開ける最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図である。 本発明の第１の実施例の半導体収納容器開閉装置の容器を開ける速度の時間変化を表す概念図である。 従来の半導体収納容器開閉装置の容器を開ける速度の時間変化を表す概念図である。 半導体収納容器を開ける最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図である。 半導体収納容器を開ける最大速度とウエハ付着異物数との相関を表す概念図である。

符号の説明

１００：半導体収納容器開閉装置
１１０：ステージ
１１１：スライダ
１１２：位置決めピン
１２０：オープナ
１２１：回転キー
１３０：オープナ開閉機構
１３１：オープナ昇降機構
１４０：安全カバー
１５０：表面板
２００：半導体収納容器
２１０：容器本体
２１１：ラッチ溝
２１２：フランジ
２２０：蓋
２２１：キー溝
２２２：ラッチ
３００：ウエハ
４００：半導体製造装置。

Claims (3)

1. 半導体ウエハを収納した半導体収納容器を載置するステージと、上記半導体収納容器の開口部と半導体製造装置の開口部とを接続する接続部と、上記半導体収納容器の蓋を把持して容器の開口面に対して上記蓋を垂直に開閉するオープナと、上記半導体収納容器の開口部と上記半導体製造装置の開口部とが開いて接続されるように上記半導体収納容器の蓋を把持したオープナを降下する、または上記オープナを上昇して上記開口部の接続を閉じるオープナ昇降機構とを備えた半導体収納容器開閉装置において、
   上記半導体収納容器の蓋を開ける時の最大速度を、上記半導体製造装置内部の圧力と外界の圧力との差圧で除した速度差圧比を０．０６ｍ／（ｓ・Ｐａ）以下とするオープナの開き動作速度に設定することを特徴とする半導体収納容器開閉装置。
2. 上記降下されたオープナおよびオープナ昇降機構を覆うカバーを備え、
   上記半導体収納容器開閉装置裏側の上記カバー下部に開口を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体収納容器開閉装置。
3. 上記半導体収納容器開閉装置裏側の上記カバー下部に排気ファンを設けたことを特徴とする請求項２記載の半導体収納容器開閉装置。

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