JP3631997B2

JP3631997B2 - Particle contamination prevention method and particle contamination prevention structure

Info

Publication number: JP3631997B2
Application number: JP2001394684A
Authority: JP
Inventors: 康人唐澤
Original assignee: 株式会社クリーントランスポートマトリックス
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003190894A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a structure for preventing the contamination caused by particles when a substrate such as a semiconductor wafer is stored or transported. <P>SOLUTION: A laminar flow boundary layer or a turbulent flow boundary layer is formed over the whole area on the surface of the semiconductor wafer W by making clean air flow along the surface of the wafer W arranged horizontally in the environment 38 having a prescribed cleanliness at a prescribed speed relative to the surface of the wafer W. The fluid in the laminar flow boundary layer or the turbulent flow boundary layer formed on the surface of the wafer W is regarded as a viscous fluid with respect to minute particles. Accordingly, even if the particles float in the environment where the wafer W is arranged and descend toward the wafer W, the descent of the particles is hindered by the layer of the viscous fluid so that the contamination caused by the particles can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハやガラス基板等の基板に対するパーティクル（微細粒子）による汚染を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスや液晶パネル等のマイクロデバイスの微細化、高集積化に伴い、基板表面のパーティクル汚染が重大な問題となっている。かかる問題に対しては、従来においては、極めて清浄な空間を作り、その空間内にて基板を搬送や保管等を行うこととしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状では、空間の清浄度を上げるには限界があり、完全にパーティクルが除去された空間を形成することは実質的に不可能である。
【０００４】
このため、例えば清浄な基板保管空間内で基板を水平に支持し保管していると、その空間内に浮遊しているパーティクルは、極めて微量であっても、やがて基板の表面に沈着してしまうことがある。
【０００５】
また、基板の枚葉式搬送はクリーントンネルを通して行うことが従来から提案されているが、搬送装置の機械的部分の摩擦により発生するパーティクルがクリーントンネル内に侵入することもあり、基板のパーティクル汚染の可能性が高くなっている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、基板の保管時や搬送時等におけるパーティクル汚染を防止するための方法及び構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、所定の清浄度の環境に水平に配置された基板の表面に沿って清浄ガスを、当該基板の表面に対して所定の相対速度にて流すことにより、当該基板の表面上の全域にわたり、層流境界層、遷移層及び乱流境界層を形成することとしたパーティクル汚染防止方法を特徴としている。
【０００８】
この方法によれば、基板の表面に形成された層流境界層、遷移層及び乱流境界層における流体は、微細なパーティクルに対して粘性流体とみなせる。従って、基板が配置されている環境にパーティクルが浮遊しており、基板に向かって降下したとしても、粘性流体の層によってその粒子の降下は阻止され、当該層が保護膜となって基板のパーティクル汚染は防止される。なお、清浄ガスは、典型的には、所定の清浄度に調整された空気が用いられることとなろう。
【０００９】
また、本発明は、前記方法を実施するためのパーティクル汚染防止構造にも係るものである。本発明によるパーティクル汚染防止構造は、内部が所定の清浄度に保たれるハウジングと、このハウジング内にて基板を水平に支持するための支持手段と、支持手段により支持された基板の表面に沿って清浄ガスを、当該基板の表面に対して所定の相対速度にて流すための送風手段とを備え、当該基板の表面上の全域にわたり、層流境界層、遷移層及び乱流境界層を形成することを特徴としている。
【００１０】
この構成は基板搬送設備に適用することができる。すなわち、ハウジング内を基板搬送経路とし、そこに支持手段が移動可能に配設されることで、支持手段により支持された基板を搬送することが可能となる。この際、支持手段が移動するが、清浄ガスの流速は、支持手段と共に移動する基板に対する相対速度が層流境界層ないしは乱流境界層を形成する値となるよう、調整される。
【００１１】
勿論、支持手段がハウジング内で移動不可能とされている場合は、当該構造は基板保管用とされることになる。
【００１２】
また、送風手段としては、空気をハウジング内で循環させるファンと、このファンによる空気の循環経路中に配置されたフィルタとを備えたものが考えられる。空気を循環させることで清浄な環境を作ることが、効率的にも、コスト的にも有効である。
【００１３】
なお、清浄ガスとしての空気は乾燥状態で使用されるため、空気流の摩擦によりパーティクルや基板が静電気を帯びる可能性がある。そこで、このような静電気を中和するためのイオンをハウジング内に供給するイオン供給手段を設けることが好ましい。これにより、静電力によるパーティクルの基板への吸着が防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２は本発明によるパーティクル汚染防止構造を基板搬送設備に適用した実施形態を示すものである。図示の基板搬送設備１０は、基板である半導体ウェハＷを一方向（図１及び図２の左側から右側への方向）に搬送するためのものであり、基板搬送ロボット１２を主構成要素として備えている。
【００１６】
基板搬送ロボット１２は、基本的には周知のアーム型ロボットであり、回転可能な円板状のベース１４と、このベース１４に偏心して回転可能に取り付けられたアームアセンブリ１６とから構成されている。アームアセンブリ１６は、ベース１４側のアーム１８と、アーム１８の先端部に屈曲可能に接続されたアーム、いわゆるエンドエフェクタ２０とを有している。エンドエフェクタ２０の先端部には半導体ウェハＷを支持する支持手段が設けられている。支持手段としては種々の型式のものが考えられるが、本実施形態における支持手段は、図３から理解される通り、半導体ウェハＷが嵌合されるようエンドエフェクタ２０の表面に形成された凹部２２となっている。この凹部は、半導体ウェハＷの厚さと同一の深さを有し、その内壁面は半導体ウェハＷの水平方向の位置ずれが防止されるよう半導体ウェハの外形と同一形状となっている。また、エンドエフェクタ２０の先端部２３は二叉状となっており、更にその上面は流線形となっている。かかる形状は、半導体ウェハＷの表面（上面）に沿って空気を可能な限り円滑に流すためである。
【００１７】
ベース１４、アーム１８及びエンドエフェクタ２０の内部にはリンク機構ないしは駆動機構（図示しない）が設けられており、図２の矢印Ａに示すようにベース１４を回転させることにより、エンドエフェクタ２０の凹部２２にて支持された半導体ウェハＷを矢印Ｂに沿って直進させることが可能となっている。このような基板搬送ロボット１２を複数台、直線的に並設することで、半導体ウェハＷを間欠的に移送することが可能となる。
【００１８】
また、上記の基板搬送ロボット１２では、半導体ウェハＷを直接受け渡すことができないので、本実施形態の基板搬送設備１０は、隣り合う１対の基板搬送ロボット１２間に基板受渡し装置２４が配置されている。基板受渡し装置２４は、駆動機構（図示しない）により上下動可能となっている複数本、好ましく４本のリフトピン（支持手段）２６から構成されている。半導体ウェハＷはその裏面がリフトピン２６によって支持され、リフトピン２６を上下させることによって、リフトピン２６間に挿入、配置される基板搬送ロボット１２のエンドエフェクタ２０との間で半導体ウェハＷを受け渡すことが可能となる。リフトピン２６は、本実施形態ではエンドエフェクタ２０と同様な理由から、半導体ウェハＷの裏面のみに接する構成となっている。
【００１９】
１台の基板搬送ロボット１２と、これに隣接する１台の基板受渡し装置２４とは対をなし、各対の基板搬送ロボット１２及び基板受渡し装置２４は管状ないしはトンネル状のハウジング２８内に収容されている。ハウジング２８は、半導体ウェハＷの搬送方向と同一方向に延び、その両端は開口されている。基板搬送ロボット１２は一方の開口端部（搬送方向下流側の端部）の近傍に配置され、基板受渡し装置２４は他方の開口端部の近傍に配置される。基板搬送ロボット１２のベース１４はハウジング２８の下部部分に設けられた穴３０に配置され、その上面がハウジング２８の底面と同一面とされている。これも、ハウジング２８内での障害物を減らして、半導体ウェハＷの表面を流れる空気流に渦や乱れを生じさせない工夫となっている。また、基板受渡し装置２４のリフトピン２６は、ハウジング２８の下部部分に形成された小孔３２に通されている。
【００２０】
なお、基板搬送ロボット１２のベース１４とハウジング２８の穴３０との間、及び、リフトピン２６と小孔３２との間には間隙が形成されており、機械的接触による摩耗を防止している。また、図１の点線の矢印で示すように、これらの間隙を通してハウジング２８内の空気が緩やかに吸引されるようになっており、基板搬送ロボット１２や基板受渡し装置２４自体の機械的摩耗によるパーティクルがハウジング２８内に侵入するのを防止ないしは抑制している。
【００２１】
ハウジング２８の内部空間は、ハウジング２８内に水平に配置された仕切り板３４により上部空間３６と下部空間３８に分割されている。搬送方向下流側となる仕切り板３４の端部には開口が設けられ、そこにハウジング２８の下部空間３８から空気を吸引し上部空間３６に流すファン４０が取り付けられている。また、仕切り板３４の他方の端部にも開口が設けられており、そこにはＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒ）フィルタやＵＬＰＡ（ＵｌｔｒａＬｏｗＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒ）フィルタ等のフィルタ４２が配置されている。従って、ファン４０を駆動すると、図１の実線の矢印で示すように空気が循環し、フィルタ４２を通過した空気は清浄空気（清浄ガス）としてハウジング２８の下部空間３８内を一方の開口端部から他方の開口端部へと流れる。また、これによって、ハウジング２８の下部空間３８は所定の清浄度の環境に維持される。なお、符号４４は整流板であり、下部空間３８内での清浄空気の流れを水平に整流するためのものである。
【００２２】
更に、ハウジング２８内の仕切り板３４には、フィルタ４２の下流側近傍に、イオン供給ノズル（イオン供給手段）４６が配置されている。このイオン供給ノズル４６は、空気が流れることにより下部空間３８内の浮遊パーティクルが帯電して半導体ウェハＷに静電力により付着する事態を防止すべく、パーティクルの静電気を中和するために設けられている。
【００２３】
かかるハウジング２８を複数、直線状に並べ、隣り合う開口端部を接続することにより、基板搬送経路として１本のクリーントンネルが形成される。そして、各ハウジング２８に設けられた基板搬送ロボット１２及び基板受渡し装置２４をそれぞれ制御することで、クリーントンネル内に沿って半導体ウェハＷを搬送することができる
【００２４】
次に、このような構成の基板搬送設備１０において本発明のパーティクル汚染防止方法を実施した場合を説明する。
【００２５】
まず、ファン４０を駆動して各ハウジング２８内で空気を循環させると、各ハウジング２８の下部空間３８内で基板搬送方向と同方向に、清浄空気が略水平に流れる。また、複数のハウジング２８が接続され、その内部が互いに連通しているため、全ハウジング２８を通して清浄空気が水平に流れることになる。この清浄空気の流速は１００〜３００ｍｍ／ｓｅｃ程度とすることが好適である。
【００２６】
かかる微流速の空気流が発生している状態において、３００ｍｍ径の半導体ウェハＷがリフトピン２６上にて支持されているとすると（図１の右側のハウジング２８内での状態）、２０℃の環境で空気の動粘性係数が０．１５ｃｍ^２／ｓｅｃとなることから、半導体ウェハＷの前縁部（空気流に向かう側の縁部）での空気流のレイノルズ数は数十というレベルとなる。また、半導体ウェハＷの後縁部（前縁部から３００ｍｍ下流側の地点）での空気流のレイノルズ数は３００ｍｍ／ｓｅｃの流速でも６０００程度である。この数値範囲の下では、図４に示すように、半導体ウェハＷの表面には前縁部から後縁部にかけて順に、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍ程度の層流境界層（図４の一点鎖線）、遷移層及び乱流境界層（図３の二点鎖線）が形成され、これらの層は微細なパーティクルＰに対して粘性流体である。また、現状の半導体ウェハＷは、その外周縁の断面形状が略円形となっており且つ空気流も微流速であるため、空気流が半導体ウェハＷの前縁に接した場合にも渦流が生ずることもない。また、エンドエフェクタ２０の先端部２３が存在する箇所（図３参照）も、そこが流線形となっているので、渦流等の乱れの発生は抑制される。
【００２７】
従って、半導体ウェハＷの上方に微細なパーティクルＰが浮遊しており、そのパーティクルＰが空気流に流されつつ降下しても、パーティクルＰに対しては粘性流体である層流境界層、遷移層及び乱流境界層が形成されてそれ以上の降下速度が与えられることなく、空気流の主流（層流境界層、遷移層及び乱流境界層よりも上方の空気流）に随伴して半導体ウェハＷよりも下流へと流される。この浮遊パーティクルＰは、空気と共にファン４０により吸引され、ハウジング２８の上部空間３６を流れるが、空気が再度フィルタ４２を通する際に、フィルタ４２により除去される。
【００２８】
ここで、日本における清浄度のＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ９９２０）の基準パーティクル（径０．１μｍ）よりも大きな１．０μｍの石英パーティクルがハウジングが浮遊していると仮定し、考察してみると、このパーティクルの重量は１．３ｐｇ程度と極めて軽いため、粘性流体である層流境界層ないしは乱流境界層によって確実に遮られ、半導体ウェハＷの表面に到達して汚染することはない。勿論、本実施形態においては、ハウジング２８の下部空間３８内を流れる空気はＨＥＰＡフィルタないしはＵＬＰＡフィルタ４２によってパーティクルが除去された極めて清浄なものであり、且つ、ハウジング２８の下部部分の穴３０及び小孔３２からは空気が吸引され基板搬送ロボット１２や基板受渡し装置２４自体からのパーティクルがハウジング２８内に侵入することはないので、１μｍもの大径のパーティクルが存在することは極めて希である。
【００２９】
基板搬送ロボット１２により半導体ウェハＷを搬送する場合、リフトピン２６上の半導体ウェハＷを基板搬送ロボット１２のエンドエフェクタ２０上に移載する必要がある。すなわち、基板受渡し装置２４と基板搬送ロボット１２を制御して、リフトピン２６を上昇させ、リフトピン２６上の半導体ウェハＷの下側に基板搬送ロボット１２のエンドエフェクタ２０の凹部２２を配置した後、リフトピン２６を下降させることで、半導体ウェハＷを基板搬送ロボット１２のエンドエフェクタ２０の凹部２２内に移載するのである。
【００３０】
次いで、基板搬送ロボット１２を制御して、ベース１４を回転させると共にアームアセンブリ１６を屈曲させ、エンドエフェクタ２０、従って半導体ウェハＷを水平に直進させる（図２参照）。この際、半導体ウェハＷの移動速度の最高値が１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃとなるようにすることが好適である。なお、この最高移動速度は、半導体ウェハＷに対する空気流の相対速度が、１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃの範囲内となるように設定される。
【００３１】
半導体ウェハＷが移動し、半導体ウェハＷに対する空気流の相対速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃの範囲内にある場合、半導体ウェハＷの表面での清浄空気の挙動は、半導体ウェハＷが静止状態にあるときと同様であり、半導体ウェハＷの表面上には空気の層流境界層、遷移層そして乱流境界層が形成され、パーティクルの付着が防止される。
【００３２】
なお、空気が流れることにより生ずる静電気もイオン供給ノズル４６からのイオンによって中和されるため、静電力による半導体ウェハＷへのパーティクルの吸着も防止される。
【００３３】
半導体製造プロセスにおいては、インライン型枚葉式搬送は従来から提案されてきたが、実際には、半導体ウェハＷの受渡しや移送のための機構からの発塵による汚染が原因で未だ実現されていなかった。しかしながら、上記実施形態の如く基板搬送設備１０を構成することで、半導体ウェハＷ上へのパーティクルの付着が防止ないしは大幅に抑制されることから、インライン型枚葉式搬送が可能となる。特に、枚葉式搬送が可能となることにより、半導体ウェハＷの大径化に伴うバッチ式搬送の困難性を解決することができ、生産性の向上に大いに寄与することになる。
【００３４】
なお、半導体ウェハＷを基板搬送ロボット１２により搬送することとしているが、半導体ウェハＷの搬送手段はロボットに限定されないことは勿論である。
【００３５】
また、半導体ウェハＷの表面に層流境界層ないしは乱流境界層が形成されるならば、半導体ウェハＷの支持手段の形状や支持位置は上記のものに限られない。
【００３６】
更に、上記実施形態では、半導体ウェハＷ上では層流境界層、遷移層及び乱流境界層が形成されているが、空気流の速度や半導体ウェハの直径等によっては層流境界層のみ又は層流境界層及び遷移層のみが半導体ウェハＷ上に形成される場合もある。或いはまた、半導体ウェハＷ上では遷移層と乱流境界層、又は、乱流境界層のみが形成されることもあり得る。本明細書中における「層流境界層ないしは乱流境界層」なる表現はかかる状態を含むものである。
【００３７】
更にまた、空気流の流速については、層流境界層ないしは乱流境界層が形成されれば如何なる速度であってもよく、ハウジングの内部構造や支持手段の移動速度、或いは清浄ガスのガス種や環境温度等に応じて適宜変更され得るものである。
【００３８】
図５は、本発明を適用したＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）システムの実施形態を示している。次世代半導体製造プロセスにおける半導体ウェハの搬送システムでは、ＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）が採用される傾向にある。ＦＯＵＰは前面開放型のウェハカセットであり、内部が小さな密閉空間となるハウジングに収容され、必要に応じてハウジングの前面を開放して半導体ウェハの出し入れが行われる。ＦＯＵＰは、高清浄度を達成できる小空間に配置されることから、パーティクル汚染に耐え得るものと考えられている。しかしながら、小空間であっても、パーティクルを完全に除去することは困難である。
【００３９】
図５に示す実施形態に係るＦＯＵＰシステム１００は、半導体ウェハＷの支持手段たるＦＯＵＰ１０２を収容するハウジング１０４を備えている。このハウジング１０４内にはサブハウジング１０６が配置され、内部が２重の空間に仕切られている。ＦＯＵＰ１０２はサブハウジング１０６内に収容される。また、サブハウジング１０６の一方の側壁１０８には、サブハウジング１０６の内部空間から空気を吸引するファン１１０が取り付けられ、他方の側壁１１２にＨＥＰＡフィルタ又はＵＬＰＡフィルタ等のフィルタ１１４が取り付けられている。従って、ファン１１０を駆動すると、図５の矢印で示すように空気が循環し、サブハウジング１０６の内部にはフィルタ１１４を通過した清浄空気が水平方向に流通し、所定の清浄度の空間が形成される。更に、本実施形態のＦＯＵＰ１０２は、その両側壁１１６に貫通孔１１８が形成され、清浄空気がＦＯＵＰ１０２内を通過できるよう構成されている。ＦＯＵＰ１０２の側壁１１６に形成される貫通孔１１８は、ＦＯＵＰ１０２内を通過する清浄空気がＦＯＵＰ１０２の支持棚１２０で支持されている半導体ウェハＷの表面に沿って水平に流れ、且つ、層流境界層ないしは乱流境界層を形成するよう、位置や数、形状が定められている。これによって、清浄空気を１００ｍｍ／ｓｅｃ〜３００ｍｍ／ｓｅｃで流通させることにより、各半導体ウェハＷの上方の空気流は図４と同様な挙動を示し、パーティクルの付着が防止されることになる。
【００４０】
なお、図５において符号１２２は、静電気を中和するためのイオン供給ノズルである。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限られないことはいうまでもない。
【００４２】
例えば、対象となる基板は半導体ウェハＷに限られず、液晶パネルを製造するためのガラス基板等であってもよい。
【００４３】
また、搬送系のみならず、基板の長期保管箇所や処理チャンバに対する基板待機箇所等にも本発明のパーティクル汚染防止方法ないしは設備を適用することが可能である。
【００４４】
更に、清浄空気ないしは清浄ガスを作る送風手段も、上述したようなファン４０，１１０及びフィルタ４２，１１４からなる循環型に限られない。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板の表面にそって層流境界層ないしは乱流境界層を形成することで、基板の上方から落下してくるパーティクルが基板の表面に沈着することを防止することができる。従って、本発明は、基板に対するパーティクル汚染が防止され、或いは大幅に低減されるので、基板の最終製品である半導体デバイスや液晶パネルの性能、歩留まり等の向上に寄与することになる。
【００４６】
また、本発明の技術思想は、上述したように、基板の搬送設備や保管設備に適用可能であり、更に処理装置等にも適宜応用することも可能である。すなわち、本発明は、極めて応用範囲が広いという特徴があり、今後のマイクロデバイスの微細化や高集積化にも大いに寄与することとなろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパーティクル汚染防止構造が適用された基板搬送設備を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿っての断面図である。
【図３】図１及び図２における基板搬送ロボットのエンドエフェクタの先端部を示す断面部分図である。
【図４】本発明によるパーティクル汚染防止方法を説明するために、半導体ウェハに対する空気流の挙動を示す概略説明図である。
【図５】本発明によるパーティクル汚染防止構造が適用されたＦＯＵＰシステムを概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…基板搬送設備、１２…基板搬送ロボット、２０…エンドエフェクタ、２２…凹部、２４…基板受渡し装置、２６…リフトピン、２８…ハウジング、３４…仕切り板、３６…上部空間、３８…下部空間、４０…ファン、４２…フィルタ、４６…イオン供給ノズル、４８…ブレード、１００…ＦＯＵＰシステム、１０２…ＦＯＵＰ、１０４…ハウジング、１０６…サブハウジング、１１０…ファン、１１４…フィルタ、１２２…イオン供給ノズル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for preventing contamination of a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate by particles (fine particles).
[0002]
[Prior art]
With recent miniaturization and higher integration of microdevices such as semiconductor devices and liquid crystal panels, particle contamination on the substrate surface has become a serious problem. Conventionally, for this problem, an extremely clean space is created, and the substrate is transported and stored in the space.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, at present, there is a limit to increasing the cleanliness of the space, and it is virtually impossible to form a space from which particles are completely removed.
[0004]
For this reason, for example, when a substrate is horizontally supported and stored in a clean substrate storage space, even if the amount of particles floating in the space is extremely small, it will eventually be deposited on the surface of the substrate. Sometimes.
[0005]
In addition, it has been proposed that single-wafer transfer of substrates is performed through a clean tunnel. However, particles generated by friction of the mechanical parts of the transfer device may enter the clean tunnel, causing particle contamination of the substrate. The possibility of is increasing.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and a structure for preventing particle contamination during storage or transportation of a substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention allows a clean gas to flow at a predetermined relative velocity with respect to the surface of the substrate along the surface of the substrate disposed horizontally in an environment of a predetermined cleanliness. The particle contamination prevention method is characterized in that a laminar boundary layer, a transition layer, and a turbulent boundary layer are formed over the entire surface of the substrate.
[0008]
According to this method, the fluid in the laminar boundary layer, transition layer, and turbulent boundary layer formed on the surface of the substrate can be regarded as a viscous fluid with respect to fine particles. Therefore, even if the particles are floating in the environment where the substrate is placed, and the particles fall toward the substrate, the particles are prevented from descending by the viscous fluid layer, and the layer acts as a protective film to prevent the particles on the substrate. Contamination is prevented. The clean gas will typically be air adjusted to a predetermined cleanliness.
[0009]
The present invention also relates to a particle contamination preventing structure for carrying out the method. The particle contamination prevention structure according to the present invention includes a housing whose inside is maintained at a predetermined cleanliness, a support means for horizontally supporting the substrate in the housing, and a surface of the substrate supported by the support means. Air flow means for flowing a clean gas at a predetermined relative velocity with respect to the surface of the substrate, and a laminar boundary layer, a transition layer, and a turbulent boundary layer are formed over the entire surface of the substrate. It is characterized by doing.
[0010]
This configuration can be applied to a substrate transfer facility. That is, the inside of the housing is used as a substrate transfer path, and the support means is movably disposed therein, so that the substrate supported by the support means can be transferred. At this time, the support means moves, but the flow rate of the clean gas is adjusted so that the relative velocity with respect to the substrate moving together with the support means becomes a value forming a laminar boundary layer or a turbulent boundary layer.
[0011]
Of course, when the supporting means is not movable in the housing, the structure is used for substrate storage.
[0012]
Moreover, as a ventilation means, what was equipped with the fan arrange | positioned in the circulation route of the air by this fan and the air which circulates in a housing can be considered. It is efficient and cost effective to create a clean environment by circulating air.
[0013]
In addition, since air as a clean gas is used in a dry state, there is a possibility that particles and the substrate are charged with static electricity due to friction of the air flow. Therefore, it is preferable to provide ion supply means for supplying ions for neutralizing such static electricity into the housing. Thereby, the adsorption | suction to the board | substrate of the particle | grains by an electrostatic force is prevented.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
[0015]
1 and 2 show an embodiment in which a particle contamination prevention structure according to the present invention is applied to a substrate transfer facility. The illustrated substrate transfer facility 10 is for transferring a semiconductor wafer W as a substrate in one direction (the direction from the left side to the right side in FIGS. 1 and 2), and includes a substrate transfer robot 12 as a main component. ing.
[0016]
The substrate transfer robot 12 is basically a well-known arm type robot, and includes a rotatable disk-shaped base 14 and an arm assembly 16 that is attached to the base 14 so as to be eccentric and rotatable. . The arm assembly 16 includes an arm 18 on the base 14 side and an arm so-called end effector 20 that is flexibly connected to a distal end portion of the arm 18. A support means for supporting the semiconductor wafer W is provided at the tip of the end effector 20. Although various types of support means are conceivable, the support means in the present embodiment is a recess 22 formed on the surface of the end effector 20 so that the semiconductor wafer W can be fitted as understood from FIG. It has become. The concave portion has the same depth as the thickness of the semiconductor wafer W, and the inner wall surface thereof has the same shape as the outer shape of the semiconductor wafer so as to prevent the horizontal displacement of the semiconductor wafer W. Moreover, the front-end | tip part 23 of the end effector 20 is bifurcated, and the upper surface is streamlined. This shape is for flowing air as smoothly as possible along the surface (upper surface) of the semiconductor wafer W.
[0017]
A link mechanism or a drive mechanism (not shown) is provided inside the base 14, the arm 18, and the end effector 20. By rotating the base 14 as shown by an arrow A in FIG. The semiconductor wafer W supported at 22 can be moved straight along the arrow B. By arranging a plurality of such substrate transfer robots 12 in a straight line, the semiconductor wafer W can be transferred intermittently.
[0018]
In addition, since the substrate transfer robot 12 cannot directly transfer the semiconductor wafer W, the substrate transfer facility 10 of the present embodiment has the substrate transfer device 24 disposed between a pair of adjacent substrate transfer robots 12. ing. The substrate delivery device 24 includes a plurality of, preferably four lift pins (support means) 26 that can be moved up and down by a drive mechanism (not shown). The back surface of the semiconductor wafer W is supported by lift pins 26, and the semiconductor wafer W is transferred to and from the end effector 20 of the substrate transfer robot 12 inserted and arranged between the lift pins 26 by moving the lift pins 26 up and down. It becomes possible. In the present embodiment, the lift pins 26 are configured to contact only the back surface of the semiconductor wafer W for the same reason as the end effector 20.
[0019]
One substrate transfer robot 12 and one substrate transfer device 24 adjacent thereto form a pair, and each pair of the substrate transfer robot 12 and the substrate transfer device 24 are accommodated in a tubular or tunnel-shaped housing 28. ing. The housing 28 extends in the same direction as the transfer direction of the semiconductor wafer W, and both ends thereof are opened. The substrate transport robot 12 is disposed in the vicinity of one opening end (end on the downstream side in the transport direction), and the substrate transfer device 24 is disposed in the vicinity of the other opening end. The base 14 of the substrate transfer robot 12 is disposed in a hole 30 provided in a lower portion of the housing 28, and the upper surface thereof is flush with the bottom surface of the housing 28. This is also a device that reduces the obstacles in the housing 28 and does not cause vortices or turbulence in the airflow flowing on the surface of the semiconductor wafer W. Further, the lift pins 26 of the substrate transfer device 24 are passed through small holes 32 formed in the lower portion of the housing 28.
[0020]
Note that gaps are formed between the base 14 of the substrate transfer robot 12 and the hole 30 of the housing 28 and between the lift pins 26 and the small holes 32 to prevent wear due to mechanical contact. Further, as shown by the dotted arrows in FIG. 1, air in the housing 28 is gently sucked through these gaps, and particles due to mechanical wear of the substrate transfer robot 12 and the substrate transfer device 24 itself. Is prevented or suppressed from entering the housing 28.
[0021]
The internal space of the housing 28 is divided into an upper space 36 and a lower space 38 by a partition plate 34 disposed horizontally in the housing 28. An opening is provided at an end portion of the partition plate 34 on the downstream side in the transport direction, and a fan 40 that sucks air from the lower space 38 of the housing 28 and flows into the upper space 36 is attached thereto. An opening is also provided at the other end of the partition plate 34, and a filter 42 such as a high efficiency particulate air (HEPA) filter or an ultra low penetration air (ULPA) filter is disposed there. Accordingly, when the fan 40 is driven, air circulates as indicated by the solid line arrow in FIG. 1, and the air that has passed through the filter 42 becomes clean air (clean gas) in the lower space 38 of the housing 28 at one open end. To the other open end. As a result, the lower space 38 of the housing 28 is maintained in an environment of a predetermined cleanliness. Reference numeral 44 denotes a rectifying plate for horizontally rectifying the flow of clean air in the lower space 38.
[0022]
Further, an ion supply nozzle (ion supply means) 46 is disposed on the partition plate 34 in the housing 28 in the vicinity of the downstream side of the filter 42. The ion supply nozzle 46 is provided to neutralize the static electricity of the particles in order to prevent the floating particles in the lower space 38 from being charged and adhering to the semiconductor wafer W due to electrostatic force due to the flow of air. Yes.
[0023]
By arranging a plurality of such housings 28 in a straight line and connecting adjacent open ends, one clean tunnel is formed as a substrate transfer path. The semiconductor wafer W can be transferred along the clean tunnel by controlling the substrate transfer robot 12 and the substrate transfer device 24 provided in each housing 28.
Next, the case where the particle contamination prevention method of the present invention is implemented in the substrate transport equipment 10 having such a configuration will be described.
[0025]
First, when the fan 40 is driven to circulate air in each housing 28, clean air flows substantially horizontally in the lower space 38 of each housing 28 in the same direction as the substrate transport direction. Further, since a plurality of housings 28 are connected and the interiors thereof are in communication with each other, clean air flows horizontally through all the housings 28. The flow rate of this clean air is preferably about 100 to 300 mm / sec.
[0026]
Assuming that a 300 mm diameter semiconductor wafer W is supported on the lift pins 26 in a state where such an air flow having a very low flow velocity is generated (state in the right housing 28 in FIG. 1), the environment at 20 ° C. Since the dynamic viscosity coefficient of air becomes 0.15 cm ² / sec, the Reynolds number of the air flow at the front edge portion (edge portion toward the air flow) of the semiconductor wafer W becomes a level of several tens. In addition, the Reynolds number of the air flow at the rear edge of the semiconductor wafer W (300 mm downstream from the front edge) is about 6000 even at a flow rate of 300 mm / sec. Under this numerical range, as shown in FIG. 4, on the surface of the semiconductor wafer W, a laminar boundary layer of about 20 mm to about 30 mm (a one-dot chain line in FIG. 4) in order from the front edge portion to the rear edge portion, A transition layer and a turbulent boundary layer (two-dot chain line in FIG. 3) are formed, and these layers are viscous fluids with respect to fine particles P. In addition, since the current semiconductor wafer W has a substantially circular cross-sectional shape at the outer periphery, and the air flow is also a very low flow velocity, a vortex is generated even when the air flow contacts the front edge of the semiconductor wafer W. There is nothing. Moreover, since the location (refer FIG. 3) where the front-end | tip part 23 of the end effector 20 exists is also a streamline, generation | occurrence | production of disturbances, such as a vortex | eddy_current, is suppressed.
[0027]
Accordingly, fine particles P are floating above the semiconductor wafer W, and even if the particles P descend while flowing in the air flow, a laminar flow boundary layer or transition layer that is a viscous fluid is applied to the particles P. And the turbulent boundary layer is formed and no lower velocity is given, and the semiconductor wafer is accompanied by the main flow of airflow (the airflow above the laminar boundary layer, transition layer and turbulent boundary layer). It flows downstream from W. The floating particles P are sucked together with air by the fan 40 and flow through the upper space 36 of the housing 28, but are removed by the filter 42 when the air passes through the filter 42 again.
[0028]
Here, assuming that 1.0 μm quartz particles larger than the standard particle (diameter 0.1 μm) of the JIS standard (JIS B9920) for cleanliness in Japan are floating, Since the weight of the particles is as extremely low as about 1.3 pg, the particles are surely blocked by the laminar boundary layer or the turbulent boundary layer that is a viscous fluid, and do not reach the surface of the semiconductor wafer W to be contaminated. Of course, in the present embodiment, the air flowing in the lower space 38 of the housing 28 is very clean from which particles have been removed by the HEPA filter or ULPA filter 42, and the holes 30 and small holes in the lower portion of the housing 28 are used. Since air is sucked from the holes 32 and particles from the substrate transfer robot 12 and the substrate delivery device 24 do not enter the housing 28, it is extremely rare that particles having a diameter as large as 1 μm exist.
[0029]
When the semiconductor wafer W is transferred by the substrate transfer robot 12, it is necessary to transfer the semiconductor wafer W on the lift pins 26 onto the end effector 20 of the substrate transfer robot 12. That is, the substrate transfer device 24 and the substrate transfer robot 12 are controlled to lift the lift pins 26 and the recesses 22 of the end effector 20 of the substrate transfer robot 12 are arranged below the semiconductor wafer W on the lift pins 26. By lowering 26, the semiconductor wafer W is transferred into the recess 22 of the end effector 20 of the substrate transfer robot 12.
[0030]
Next, the substrate transfer robot 12 is controlled to rotate the base 14 and bend the arm assembly 16, thereby causing the end effector 20, and hence the semiconductor wafer W, to go straight horizontally (see FIG. 2). At this time, it is preferable that the maximum value of the moving speed of the semiconductor wafer W be 100 mm / sec to 200 mm / sec. The maximum moving speed is set so that the relative velocity of the air flow with respect to the semiconductor wafer W is in the range of 100 mm / sec to 200 mm / sec.
[0031]
When the semiconductor wafer W moves and the relative velocity of the air flow with respect to the semiconductor wafer W is in the range of 100 mm / sec to 200 mm / sec, the behavior of the clean air on the surface of the semiconductor wafer W indicates that the semiconductor wafer W is stationary. In this case, a laminar boundary layer, a transition layer, and a turbulent boundary layer of air are formed on the surface of the semiconductor wafer W to prevent adhesion of particles.
[0032]
In addition, since static electricity generated by the flow of air is neutralized by ions from the ion supply nozzle 46, adsorption of particles to the semiconductor wafer W due to electrostatic force is also prevented.
[0033]
In the semiconductor manufacturing process, in-line type single wafer transfer has been proposed in the past, but in reality, it has not yet been realized due to contamination due to dust generation from the mechanism for delivery and transfer of the semiconductor wafer W. It was. However, by configuring the substrate transfer facility 10 as in the above embodiment, the adhesion of particles onto the semiconductor wafer W is prevented or greatly suppressed, so that in-line single wafer transfer is possible. In particular, since single wafer transfer is possible, the difficulty of batch transfer associated with an increase in the diameter of the semiconductor wafer W can be solved, which greatly contributes to an improvement in productivity.
[0034]
Although the semiconductor wafer W is transferred by the substrate transfer robot 12, the transfer means for the semiconductor wafer W is of course not limited to the robot.
[0035]
If a laminar boundary layer or a turbulent boundary layer is formed on the surface of the semiconductor wafer W, the shape and the support position of the support means for the semiconductor wafer W are not limited to those described above.
[0036]
Further, in the above embodiment, the laminar boundary layer, the transition layer, and the turbulent boundary layer are formed on the semiconductor wafer W, but only the laminar boundary layer or the layer is formed depending on the velocity of the air flow, the diameter of the semiconductor wafer, and the like. In some cases, only the flow boundary layer and the transition layer are formed on the semiconductor wafer W. Alternatively, the transition layer and the turbulent boundary layer or only the turbulent boundary layer may be formed on the semiconductor wafer W. The expression “laminar boundary layer or turbulent boundary layer” in this specification includes such a state.
[0037]
Furthermore, the flow velocity of the air flow may be any speed as long as a laminar boundary layer or a turbulent boundary layer is formed. The internal structure of the housing, the moving speed of the support means, the type of clean gas, It can be appropriately changed according to the environmental temperature or the like.
[0038]
FIG. 5 shows an embodiment of a FOUP (Front Opening Unified Pod) system to which the present invention is applied. In a semiconductor wafer transfer system in the next-generation semiconductor manufacturing process, FOUP (Front Opening Unified Pod) tends to be adopted. The FOUP is an open front wafer cassette that is housed in a housing having a small sealed space inside, and the front surface of the housing is opened and a semiconductor wafer is taken in and out as necessary. The FOUP is considered to be able to withstand particle contamination because it is placed in a small space where high cleanliness can be achieved. However, it is difficult to completely remove particles even in a small space.
[0039]
The FOUP system 100 according to the embodiment shown in FIG. 5 includes a housing 104 that houses a FOUP 102 that is a support means for the semiconductor wafer W. A sub-housing 106 is disposed in the housing 104, and the interior is partitioned into double spaces. The FOUP 102 is accommodated in the sub housing 106. A fan 110 that sucks air from the internal space of the sub housing 106 is attached to one side wall 108 of the sub housing 106, and a filter 114 such as a HEPA filter or a ULPA filter is attached to the other side wall 112. Therefore, when the fan 110 is driven, air circulates as shown by the arrow in FIG. 5, and the clean air that has passed through the filter 114 circulates in the horizontal direction inside the sub-housing 106 to form a space with a predetermined cleanliness. Is done. Furthermore, the FOUP 102 of the present embodiment has through holes 118 formed on both side walls 116 so that clean air can pass through the FOUP 102. The through-hole 118 formed in the side wall 116 of the FOUP 102 allows the clean air passing through the FOUP 102 to flow horizontally along the surface of the semiconductor wafer W supported by the support shelf 120 of the FOUP 102, and the laminar flow boundary layer or The position, number, and shape are determined so as to form a turbulent boundary layer. Accordingly, by flowing clean air at 100 mm / sec to 300 mm / sec, the air flow above each semiconductor wafer W behaves in the same manner as in FIG. 4 and particle adhesion is prevented.
[0040]
In FIG. 5, reference numeral 122 denotes an ion supply nozzle for neutralizing static electricity.
[0041]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, it cannot be overemphasized that this invention is not restricted to the said embodiment.
[0042]
For example, the target substrate is not limited to the semiconductor wafer W, and may be a glass substrate or the like for manufacturing a liquid crystal panel.
[0043]
Further, the particle contamination preventing method or facility of the present invention can be applied not only to the transfer system but also to a long-term storage location of the substrate, a substrate standby location for the processing chamber, and the like.
[0044]
Further, the blowing means for producing clean air or clean gas is not limited to the circulation type comprising the fans 40 and 110 and the filters 42 and 114 as described above.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, particles falling from above the substrate are deposited on the surface of the substrate by forming a laminar boundary layer or a turbulent boundary layer along the surface of the substrate. Can be prevented. Accordingly, the present invention prevents or greatly reduces particle contamination on the substrate, which contributes to improvement in performance, yield, and the like of semiconductor devices and liquid crystal panels that are final products of the substrate.
[0046]
Further, as described above, the technical idea of the present invention can be applied to a substrate transfer facility and a storage facility, and can also be appropriately applied to a processing apparatus or the like. In other words, the present invention is characterized by a very wide range of applications, and will greatly contribute to future miniaturization and higher integration of microdevices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a substrate transfer facility to which a particle contamination preventing structure according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a partial cross-sectional view showing a tip portion of an end effector of the substrate transfer robot in FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing the behavior of an air flow with respect to a semiconductor wafer in order to explain a particle contamination prevention method according to the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a FOUP system to which a particle contamination preventing structure according to the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board transfer equipment, 12 ... Board transfer robot, 20 ... End effector, 22 ... Recessed part, 24 ... Substrate delivery device, 26 ... Lift pin, 28 ... Housing, 34 ... Partition plate, 36 ... Upper space, 38 ... Lower space, DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Fan, 42 ... Filter, 46 ... Ion supply nozzle, 48 ... Blade, 100 ... FOUP system, 102 ... FOUP, 104 ... Housing, 106 ... Sub housing, 110 ... Fan, 114 ... Filter, 122 ... Ion supply nozzle

Claims

所定の清浄度の環境において水平に配置された基板の表面に沿って清浄ガスを、当該基板の表面に対して所定の相対速度にて流すことにより、当該基板の表面上の全域にわたり、層流境界層、遷移層及び乱流境界層を形成したことを特徴とするパーティクル汚染防止方法。By flowing a clean gas along the surface of the substrate disposed horizontally in a predetermined cleanness environment at a predetermined relative velocity with respect to the surface of the substrate , laminar flow is performed over the entire surface of the substrate. A method for preventing particle contamination, comprising forming a boundary layer, a transition layer, and a turbulent boundary layer .

内部が所定の清浄度に保たれるハウジングと、前記ハウジング内にて基板を水平に支持するための支持手段と、前記支持手段により支持された基板の表面に沿って清浄ガスを、当該基板の表面に対して所定の相対速度にて流すための送風手段とを備え、当該基板の表面上の全域にわたり、層流境界層、遷移層及び乱流境界層を形成することを特徴とするパーティクル汚染防止構造。A housing whose inside is maintained at a predetermined cleanliness, a support means for horizontally supporting the substrate within the housing, and a clean gas along the surface of the substrate supported by the support means. Particle contamination characterized by comprising a blowing means for flowing at a predetermined relative velocity with respect to the surface, and forming a laminar boundary layer, a transition layer, and a turbulent boundary layer over the entire surface of the substrate Prevention structure.

前記支持手段が前記ハウジング内を移動可能となっていることを特徴とする請求項２に記載のパーティクル汚染防止構造。The particle contamination prevention structure according to claim 2, wherein the support means is movable in the housing.

前記送風手段は、空気を前記ハウジングで循環させるファンと、前記ファンによる空気の循環経路中に配置され、空気を所定の清浄度の清浄ガスとするフィルタとを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のパーティクル汚染防止構造。The air blower includes: a fan that circulates air in the housing; and a filter that is disposed in a circulation path of air by the fan and uses air as a clean gas having a predetermined cleanliness. Or the particle contamination preventing structure according to 3.

前記清浄ガス中のパーティクルに生じる静電気を中和するためのイオンを前記ハウジング内に供給するイオン供給手段を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のパーティクル汚染防止構造。The particle contamination prevention according to any one of claims 2 to 4, further comprising ion supply means for supplying ions for neutralizing static electricity generated in particles in the clean gas into the housing. Construction.