JP2016001706A - ウエハ搬入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体に用いられるウエハをクリーン室に搬送するウエハ搬入装置において、異物の侵入を防止しつつ省スペース化を図ること。【解決手段】本発明は、半導体製造装置２０の中に形成されたクリーン室１１にウエハ２を搬入するウエハ搬入装置１であり、ウエハ搬入装置１は、ウエハ２を収納し且つ下面側に開口５ａが形成されたウエハ収納空間５ｂを有するカバー５と、ウエハ収納空間５ｂの開口５ａを塞ぎ、ウエハを上面に載置する底板６と、クリーン室１１の上壁１０に形成されたウエハ取入口１０ａを塞ぎクリーン室１１内に移動自在な可動手段１２と、ウエハ取入口１０ａの周囲に配置され、カバーの下面に密着してカバーを固定する固定手段７と、可動手段１２に設けられ、底板６と可動手段１２との間の密閉空間８を吸引して可動手段１２に対して底板６を吸着させる吸引手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は半導体用のウエハをクリーン室に搬入するためのウエハ搬入装置に関する。

半導体を製造する場合に、半導体ウエハに異物が付着するのを防止するために工場全体をクリーン化したクリーン室内で行う生産方法がある。しかし、この生産方法によると、クリーン室全体のクリーン度を高度に維持する必要がある。そのため、例えば容器に収納された半導体用ウエハを半導体製造装置の一部に設けられた局所的なクリーン室内に搬入して処理する生産方式が提案されている。特許文献１には、搬送容器内の被搬送物を局所的なクリーン室内に搬送する連結システムが開示されている。連結システムは、ウエハを内部に格納して搬送する搬送容器と、搬送容器から取り出したウエハを局所的なクリーン室に搬入する搬送装置と、を備えている。ウエハを収納する搬送容器は、内部にウエハの収納空間が形成された搬送容器本体と、その下面の開口を塞ぐ搬送容器用の上方の扉と、を有している。この搬送容器用の上方の扉の上にはウエハが載置されている。ウエハは搬送容器用の上方の扉と一緒に搬送装置が有する搬送装置用の下方の扉によってクリーン室内に搬送される。この搬送装置用の下方の扉は電磁石を有し、搬送容器用の上方の扉を磁気吸着し、クリーン室に内に移動することができる。搬送容器と搬送装置が密着したとき、搬送容器と搬送装置との間に密閉化された連結室を形成する。この連結室は連結前に外気に晒されていたため異物が混入している。そのため、連結室内は、清浄気体を噴出させる孔から清浄ガスを導入し、排気孔から異物が混入した空気を排気して清浄される。連結室の清浄後、搬送装置用の下方の扉は、自体が有する電磁石の制御により、搬送容器用の上方の扉を磁気吸着して、ウエハと一緒にクリーン室内に移動する。

特開２０１１−２５８７２１号公報

特許文献１に開示された連結システムによると、クリーン室内にウエハを移動する前に、連結室を清浄ガスによって清浄することができる。しかし、この清浄方法によると、連結室の隅の周辺に異物が残存する可能性がある。また、搬送容器用の上方の扉を搬送装置用の下方の扉に吸着させるために電磁石が必要であり、装置が複雑化しスペースが増大する。特に、この搬送装置を小径のウエハの搬送に適用しようとすると、搬送装置用の下方の扉に電磁石を組み込むことがスペースの関係により困難となる。そのため、特許文献１にかかる搬送装置を半導体に用いられるウエハの搬送に適用しようとすると、クリーン室内に異物が侵入する可能性があり、さらに装置が複雑化してスペースが増大するという課題がある。
本発明は、半導体に用いられるウエハをクリーン室に搬送する場合に異物の侵入を防止しつつ、省スペース化を図るようにしたウエハ搬入装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるウエハ搬入装置は、半導体製造装置の中に形成されたクリーン室にウエハを搬入するウエハ搬入装置であり、前記ウエハを収納し且つ下面側に開口が形成されたウエハ収納空間を有するカバーと、前記ウエハ収納空間の前記開口を塞ぎ、前記ウエハを上面に載置する底板と、前記クリーン室の上壁に形成されたウエハ取入口を塞ぎ前記クリーン室内に移動自在な可動手段と、前記ウエハ取入口の周囲に配置され、前記カバーの下面に密着して前記カバーを固定する固定手段と前記可動手段に設けられ、前記底板と前記可動手段との間の密閉空間を吸引して前記可動手段に対して前記底板を吸着させる吸引手段と、を備えている。

本発明はこのような構成により、半導体用のウエハを外気に晒すこと無く半導体製造装置の中に形成されたクリーン室に搬入することができる。即ち、本発明はカバー内部のウエハ収納空間に密閉状態で載置されたウエハを取り出してクリーン室に搬入することができる。この搬入時にウエハ搬入装置は、底板と移動治具との間を吸引手段で吸引し、異物を除去することができ、しかも底板と移動治具とを吸着させてウエハが載置された底板をクリーン室に移動することができる。そして、ウエハ搬入装置は、この吸引手段によって底板と、移動治具とを吸着させることにより、装置の省スペース化を図ることができる。

本発明によると、半導体に用いられるウエハをクリーン室に搬送するウエハ搬入装置において、異物の侵入を防止しつつ省スペース化することができる。

本発明の実施形態に係るウエハ搬入装置を示す斜視図である。 ウエハ搬入装置の分解斜視図である。 ウエハを収納したキャリアを固定手段に載置させる前のウエハ搬入装置の状態を示す断面図である。 キャリアを固定手段に載置した状態のウエハ搬入装置を示す断面図である。 ウエハをクリーン室に搬入した状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係るウエハ搬入装置１の実施形態について説明する。

図１に示されるように、半導体製造装置２０は、制御装置等が収容された制御室２５と、局所的なクリーン室１１と、を有している。クリーン室１１は、室内の空気が極度にクリーン化された半導体製造処理用の空間である。クリーン室１１は、外部から取入れた空気をフィルタ（不図示）で濾過し、内部で空気を循環させることによりクリーン度が維持され、クリーン室１１内で半導体製造が行われる。

半導体製造に用いられるウエハ２（図２参照）は、密閉容器であるキャリア４内に格納されて他の場所から半導体製造装置２０に運搬される。半導体製造装置２０には、このウエハ２をクリーン室１１に取り入れるためにウエハ搬入装置１が設けられている。ウエハ搬入装置１は、キャリア４内に格納されたウエハ２を外気に触れさせること無く取り出してクリーン室１１内に搬入するための装置である。

ウエハ搬入装置１は、半導体材料であるウエハ２を内部に収納して搬送されるキャリア４と、搬送されてきたキャリア４が載置されるテーブル２２と、キャリア４を把持しながらテーブル２２から持ち上げて運搬するアーム２１と、運搬されたキャリア４を所定の位置に載置させ、載置されたキャリア４からウエハ２を取り出してクリーン室１１内に取り入れる取入手段１５と、を有する。

このような構成のウエハ搬入装置１が設けられた半導体製造装置２０にライン（不図示）から、ウエハ２はキャリア４の内部に収納されて運搬されてくる。そのため、ウエハ２は、異物が付着しないようにキャリア４から取り出されてクリーン室１１に搬入されることが必要である。キャリア４は、まず半導体製造装置２０の前方のテーブル２２に載置される。キャリア４は把持機構を有するアーム２１によって取入手段１５の上に載置される。取入手段１５は、キャリア４を正確な位置に位置決めし、さらに吸着して固定させる。その後、ウエハ２は取入手段１５が有する後述の吸引手段によってキャリア４から取り出されてクリーン室１１内に搬入される。

図２及び図３に示されるように、キャリア４は、内部に円盤状のウエハ２を格納して搬送するための格納容器である。キャリア４は、下面側に円形の開口５ａが形成されたウエハ収納空間５ｂを有するカバー５と、開口５ａを塞ぐと共にウエハ２を上面に載置する円形の底板６と、を有する箱体である。

カバー５は平面が正方形の形状を有する上蓋である。カバー５の材質は金属の他、樹脂を用いても良い。カバー５の内部には円形のウエハ収納空間５ｂが形成されている。ウエハ収納空間５ｂはウエハ２が収納できるようにウエハ２よりも大きい空間に形成されている。ウエハ収納空間５ｂの下部には段差５ｃが設けられ、ウエハ収納空間５ｂの直径よりも大きい円形の開口５ａが設けられている。

この開口５ａは、開口５ａの直径よりやや小さな直径の円形の底板６によって塞がれる。カバー５の四隅には、底板６を保持するための保持機構（不図示）が組み込まれている。保持機構は底板６を保持し、また、取り外し可能とする機構であり、金属製のボールを用いる他、磁石等種々の方法を用いることができる。

底板６には、ウエハ２が上面に載置され、底板６は段差５ｃに当接して開口５ａを塞ぐ。そして、底板６は、ウエハ収納空間５ｂを密閉するようにカバー５に保持される。段差５ｃの位置は、ウエハ２を載置した底板６が開口５ａに配置された状態でウエハ２の上面がウエハ収納空間５ｂの上壁に当接しない高さに形成されている。底板６の上面にはウエハ２が横方向にずれないようにウエハ２の外周を保持するように爪等を設けてもよい。

底板６は段差５ｃに当接する部分にシール材（不図示）が設けられ、ウエハ収納空間５ｂを密閉したときに気密性が高められる。底板６は、開口５ａを塞いだ状態で下面がカバー５の下面位置より高くなるよう位置決めされている。これにより、搬送時にカバー５の下面が搬送経路に接触するのに対し、底板６の下面は搬送経路に接触しない。そのため底板６の下面への異物の付着が軽減される。上記構成によりウエハ２は、キャリア４内部に密閉されたまま運搬される。ウエハ２を収納したキャリア４は、キャリア４を所定の位置に正確に位置決めして、クリーン室１１内にウエハ２を取入れるための取入手段１５に載置される。

取入手段１５は、運搬されたキャリア４を所定の位置に固定させる固定手段７と、キャリア４から底板６を吸着して取り外して、密着状態でウエハ２と一緒にクリーン室１１内に移動する可動手段１２と、可動手段１２を上下に駆動する昇降手段（不図示）と、底板６を吸着させるための吸引手段（１２ｃ,１２ｄ等）と、可動手段１２の一部とクリーン室１１とを遮断する蛇腹１３と、を有する。

固定手段７は、キャリア４を位置決機構（不図示）によって所定の位置に誘導して吸着固定するためのものである。位置決機構は、ピンやレール等公知の手法を用いることができる。固定手段７は、カバー５の下面が当接するように形成された方形の後述する吸引孔７ｂをもった着座板である。着座板７の材料は、金属の他、樹脂等を用いることができる。着座板７にはウエハ２を載置した状態の底板６が通過できるように底板６の外径よりやや大きい外径の円形の開口７ａが設けられている。着座板７の四隅には上面側から下面側に貫通した４つの吸引孔７ｂが形成されている。

吸引孔７ｂは外気と連通する孔である。着座板７の上にキャリア４が載置される際に、吸引孔７ｂから後述する真空引きが行われる。そして、着座板７は、吸引孔７ｂからカバー５の下面に付着した異物や着座板７の上面に付着した異物を吸い込むと共に着座板７の上面とカバー５の下面とを吸着させる。吸引孔７ｂがカバー５の下面の四隅を吸着すると、カバー５は着座板７に密着する。着座板７の上面とカバー５の下面とは吸着した際に密着する形状を有している。着座板７は、クリーン室１１を外気から遮断するための上壁１０に設けられているウエハ取入口１０ａの周囲に取り付けられる。

上壁１０は、クリーン室１１を外気から遮断しているクリーン室１１の外壁の一部である（図１参照）。上壁１０の一部にはウエハ２を取り入れるための円形のウエハ取入口１０ａが設けられている。ウエハ取入口１０ａは、ウエハ２が載置された底板６が通過できるように開口７ａと同じ径で形成されている。ウエハ取入口１０ａの近傍には上壁１０の上面側から下面側に貫通した吸引孔１０ｂが４箇所に形成されている。

この吸引孔１０ｂは、着座板７に形成された４つの吸引孔７ｂと連通する位置に形成されている。吸引孔１０ｂの下面側には吸引管接続部１０ｃが設けられている。吸引管接続部１０ｃには真空ポンプ（不図示）等に接続する吸引管（不図示）が取り付けられる。キャリア４が運搬されてきた際にこの真空ポンプ等によって矢印Ａの方向に真空引きを行うと、吸引孔７ｂから外気が吸引され、カバー５が着座板７に吸着する。これにより、カバー５は、着座板７に誘導されて所定の位置に固定される。

着座板７が上壁１０に取り付けられた状態で、着座板７の開口７ａとウエハ取入口１０ａとによって連通した円形の開口Ｓが形成される。この連通した開口Ｓには、キャリア４からウエハ２を取り出してクリーン室１１内に移動させる可動手段１２が配置されている（図１参照）。

可動手段１２は、昇降手段によって上下に移動可能な部材であり、上死点で開口Ｓを塞ぎ、下死点でウエハ２が載置された底板６をクリーン室１１内に移動させる。可動手段１２の材料には金属の他、樹脂等を用いることができる。可動手段１２は、底板６が載置される円盤状の載置ヘッド１２ａと、空気を吸引する吸引管１２ｄと、を有する。載置ヘッド１２ａは円盤状の部材であり、その直径は底板６の直径より大きく、着座板７の開口７ａの直径よりやや小さい径で形成されている。

載置ヘッド１２ａは、上死点で着座板７の開口７ａを塞ぎ、上面位置が着座板７の上面位置と略同一となるように配置される。載置ヘッド１２ａの底面には、縁に延在するように円形のシール１２ｂが設けられている。シール１２ｂはゴム等の弾性体を用いることができる。シール１２ｂは、外径がウエハ取入口１０ａの外径より若干大きくなるように形成されている。それによってシール１２ｂの側面は、ウエハ取入口１０ａの壁に密着する。

シール１２ｂの下縁には、外周方向に突起している凸部１２ｅが設けられている。凸部の外径はウエハ取入口１０ａの外径より大きくなるように形成されている。これによって凸部１２ｅは、ウエハ取入口１０ａの外周に密着する。上記の構成により可動手段１２が上死点に配置されている際には、シール１２ｂが上壁１０のウエハ取入口１０ａの壁に密着することによってクリーン室１１の気密性が保持され、クリーン室１１と外気とは遮断される。

載置ヘッド１２ａの中心には吸引孔１２ｃが形成されている。この吸引孔１２ｃは載置ヘッド１２ａの底面から下方向に伸びるように設けられた吸引管１２ｄに連通している。吸引管１２ｄはクリーン室１１の下壁１４に設けられた孔１４ａを通してクリーン室１１の外部に延在している。吸引管１２ｄの下端には、可撓性を有する吸引管（不図示）が連結されており、この吸引管を通じて真空ポンプ（不図示）等によって矢印Ｂの方向（図５参照）に真空引きが可能となっている。この吸引管と、吸引孔１２ｃと、吸引管１２ｄと、真空ポンプと、で吸引手段を構成している。

図４に示されるように、キャリア４が着座板７に載置された際に、カバー５と、底板６と、載置ヘッド１２ａと、に密閉された密閉空間８ができる。カバー５の下面近傍と、底板６の下面及び載置ヘッド１２ａの上面は、載置前に外気に晒されていたため空気中の異物が付着している場合がある。そのため真空引きによって、密閉空間８の中の空気を吸引すると異物が除去される。この際、密閉空間８の中で外周から吸引孔１２ｃに向かう空気の流れが生じる。この空気の流れによって密閉空間８内壁面に付着した異物が吸引除去される。

さらに、吸引によって生じた負圧により、底板６はカバー５から外されて下方向に移動する。カバー５の保持機構（不図示）の保持力は、この負圧によって底板６がカバー５から外されるように調整されている。底板６がカバー５から外されると、底板６は、載置ヘッド１２ａに吸着される。この状態で、底板６と、載置ヘッド１２ａとは密着する。

吸引管１２ｄの下端は昇降手段（不図示）にも接続されている。昇降手段は可動手段１２を上下動させるためのものであり、可動手段１２をクリーン室１１内の下死点に移動させ、再び上死点に移動させることができる。昇降手段はアクチュエータ等公知の手段を用いることができる。ここで、吸引管１２ｄの周囲には、吸引管１２ｄを取り囲むように蛇腹１３が配置されている。蛇腹１３は、上下方向に伸縮性を有する可撓性の管状の部材である。蛇腹１３の材料にはゴム等の弾性体を用いることができる。

蛇腹１３は、縦断面にＵ字状の山１３ａ及び谷１３ｂが管軸線方向に所定間隔を持って複数積層される連続形状を有している。谷１３ｂの内径は吸引管１２ｄの外形より大きく、吸引管１２ｄに接触しない。蛇腹１３は上下方向から圧縮力を受けると、山１３ａ及び谷１３ｂは扁平になるように撓むことで全長が縮む。蛇腹１３の上面と載置ヘッド１２ａの底面は密着するように取り付けられている。蛇腹１３の底部とクリーン室１１の下壁１４は密着するように取り付けられている。蛇腹１３は、上端と下端とに円環状の留め具（不図示）等を用いて固定してもよい。上述した孔１４ａは蛇腹１３の内部空間に位置しているので可動手段１２が開口Ｓを塞いでいる状態ではクリーン室１１は、密閉空間として形成されている。

図５に示されるように、可動手段１２が矢印Ｃの方向であるクリーン室１１方向に移動した際、蛇腹１３は載置ヘッド１２ａと、下壁１４と、によって圧縮力を受けて下方向に縮められる。可動手段１２がクリーン室１１に移動した際、載置ヘッド１２ａに吸着された底板６は、ウエハ２を載置しながらクリーン室１１に搬送される。この状態で上壁１０のウエハ取入口１０ａは着座板７及びカバー５に密閉されているため、クリーン室１１は外気と遮断されている。

次にウエハ搬入装置１の動作について説明する。

図３に示されるように、内部のウエハ収納空間５ｂにウエハ２を収納したキャリア４を着座板７の上から載置する。この状態で、吸引管接続部１０ｃに接続された真空ポンプ（不図示）等で真空引きを行うため、吸引管接続部１０ｃに連通している吸引孔７ｂ，１０ｂから空気を矢印Ａの方向に吸引する。キャリア４が着座板７に近づくと、カバー５の下面及びその周辺に付着している異物及び吸引孔７ｂの近傍に付着している異物は吸引孔７ｂから吸い込まれ、吸引孔１０ｂを通り吸引管接続部１０ｃに接続された吸引管（不図示）を通じて集塵部（不図示）等に排出される。

図４に示されるように、キャリア４が着座板７の上に載置されると、キャリア４は着座板７によって所定の位置に誘導される。吸引孔７ｂには負圧が生じておりカバー５の下面の４隅が４つの各吸引孔７ｂに吸着し、カバー５の下面と着座板７の上面とが密着する。これによってキャリア４は着座板７の所定の位置に固定される。底板６はカバー５の下面より高い位置で開口５ａ（図２参照）を塞いでいるため、この密着状態で底板６と、可動手段１２の載置ヘッド１２ａとカバー５に囲まれて密閉空間８が形成される。この密閉空間８の壁面は、外気に晒されていたため、異物が付着している。

この異物を除去するために、載置ヘッド１２ａに設けられている吸引管１２ｄに接続している真空ポンプ（不図示）で空気を吸引すると、密閉空間８の中で外周から吸引孔１２ｃに向かう空気の流れが生じ、吸引孔１２ｃから密閉空間８内の空気が異物と一緒に吸い込まれる。この吸引により密閉空間８に負圧が発生し、底板６がカバー５から外れて底板６の下面と、載置ヘッド１２ａの上面とが密着する。

図５に示されるように、載置ヘッド１２ａは、その上面にウエハ２を載置した状態の底板６を載置したまま昇降手段（不図示）により下方向のクリーン室１１内に移動する。載置ヘッド１２ａが下方向へ移動することにより、クリーン室１１の上壁１０のウエハ取入口１０ａが開いた状態となる。しかし、ウエハ取入口１０ａの上部は着座板７とカバー５が密着して塞いでいるため、クリーン室１１と外気とは遮断されたままの状態である。

また、底板６と載置ヘッド１２ａとは密着しているため、密閉空間８（図３参照）に残存した異物があったとしてもこの異物がクリーン室１１に入り込むことが防止される。可動手段１２の移動によりウエハ２はクリーン室１１内に移動する。このようにしてウエハ２は、外気に触れることなく、かつ異物が付着することなくキャリア４の中からクリーン室１１に搬入される。そして、ウエハ２は半導体の製造過程の各種処理が施される。

上述したようにウエハ搬入装置１によると、半導体用のウエハ２を外気に触れさせることなく、かつ異物の付着を防止しつつキャリア４の中からクリーン室１１に搬入することができる。そして、ウエハ搬入装置１は、ウエハ２をキャリア４から取り出す際に吸引手段を用いているため、装置を簡素化し、省スペース化することができる。

１…ウエハ搬入装置 ２…ウエハ ４…キャリア ５…カバー ５ａ…開口 ５ｂ…ウエハ収納空間 ５ｃ…段差 ６…底板 ７…着座板（固定手段） ７ａ…開口 ７ｂ…吸引孔 ８…密閉空間 １０…上壁 １０ａ…ウエハ取入口 １０ｂ…吸引孔 １０ｃ…吸引管接続部 １１…クリーン室 １２…可動手段 １２ａ…載置ヘッド １２ｂ…シール １２ｃ…吸引孔（吸引手段） １２ｄ…吸引管（吸引手段） １２ｅ…凸部 １３…蛇腹 １３ａ…山 １３ｂ…谷 １４…下壁 １４ａ…孔 １５…取入手段 ２０…半導体製造装置 ２１…アーム ２２…テーブル ２５…制御室 Ａ,Ｂ…吸引方向 Ｃ…移動方向 Ｓ…開口

Claims (1)

1. 半導体製造装置の中に形成されたクリーン室にウエハを搬入するウエハ搬入装置であって、
   前記ウエハを収納し且つ下面側に開口が形成されたウエハ収納空間を有するカバーと、
   前記ウエハ収納空間の前記開口を塞ぎ、前記ウエハを上面に載置する底板と、
   前記クリーン室の上壁に形成されたウエハ取入口を塞ぎ前記クリーン室内に移動自在な可動手段と、
   前記ウエハ取入口の周囲に配置され、前記カバーの下面に密着して前記カバーを固定する固定手段と、
   前記可動手段に設けられ、前記底板と前記可動手段との間の密閉空間を吸引して前記可動手段に対して前記底板を吸着させる吸引手段と、
   を備えるウエハ搬入装置。

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