JP6451527B2

JP6451527B2 - ミニエンバイロメント装置

Info

Publication number: JP6451527B2
Application number: JP2015128521A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　一郎; 一郎宮崎; 順博蛇川
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: TWI648812B; JP2017011241A; TW201709388A

Description

本発明はミニエンバイロメント装置に関する。特に、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電することのできるミニエンバイロメント装置に関する。

空気中の塵などの微小パーティクルによる半導体ウェーハへの汚染対策のため、従来、半導体ウェーハの製造工程はクリーンルーム内で行われてきた。半導体デバイスの高集積化が進む近年では、汚染対策は更に厳しくなってきている。

近年では、クリーンルーム方式として、工場全体を高清浄域にするダウンフロー方式から、小さな空間内を周囲の清浄度より著しく高い局所的清浄環境を設置するミニエンバイロンメント（局所クリーン環境）方式が主流となってきている。このミニエンバイロメント方式では、例えば、ＳＥＭＩスタンダードで標準化されるＦＯＵＰ(Front Opening Unified Pod)やＦＯＳＢ(Front Opening Sipping Box)等と呼ばれる半導体ウェーハの搬送用や保管用の半導体ウェーハ格納容器が用いられる。半導体ウェーハ格納容器は一般的にポリカーボネート樹脂等で形成されるため帯電しやすく、内部に格納される半導体ウェーハも帯電しやすいという問題がある。

このようなミニエンバイロメント方式に用いる装置として、特許文献１には、移載室の内側の開口部の近傍に、開口部に向けてイオンエアを放出するイオナイザが設けられたミニエンバイロメント装置が記載されている。特許文献１によると、イオナイザを移載室の開口部近傍に設置することで、半導体ウェーハ格納容器内の静電気を除電することができ、半導体ウェーハ格納容器内に格納された、帯電した半導体ウェーハも除電することができる、とされる。

特開２０１０−１６５７４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のミニエンバイロメント装置では、半導体ウェーハ格納容器内に格納される半導体ウェーハの除電は不十分であり、また、半導体ウェーハ格納容器内を除電できたとしても長時間を要するものであった。半導体ウェーハの帯電は、静電気の放電による半導体ウェーハの劣化、ならびに、半導体ウェーハを搬送する搬送機構の誤動作および故障の原因となるため、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電することのできるミニエンバイロメント装置が求められる。

そこで本発明は、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電することのできるミニエンバイロメント装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記諸目的を達成すべく鋭意検討を行ったところ、ミニエンバイロメント装置の移載室の天井部に設けられたファンフィルタユニットによる清浄空気の流れ方向にまず着目した。

ここで、図１は、従来技術に係るミニエンバイロメント装置２００の要部を概略的に示す模式断面図である。ミニエンバイロメント装置２００は、半導体ウェーハＷを開閉蓋によって密閉保管し、半導体ウェーハＷを搬出入するための開閉部Ａ_１が設けられた半導体ウェーハ格納容器１０と、内部が清浄状態に維持される移載室２０と、移載室２０内に設けられ、半導体ウェーハＷを半導体ウェーハ格納容器１０から取り出して移載室２０内部に搬送する搬送機構３０を有する。そして、移載室２０の側壁の一部が、半導体ウェーハ格納容器１０を載置する載置台Ｌ_１、および、開閉部Ａ_１に連通する開口部Ａ_３を閉塞可能な閉塞機構Ｌ_２を備えるロードポートＬによって構成され、また、移載室２０の前記側壁の内面に閉塞機構Ｌ_２が位置する。さらに、移載室２０内の上方から下方に気流を生成するファンフィルタユニット２２（以下、「ＦＦＵ２２」と略記する。）が移載室２０の天井部に設けられ、ＦＦＵ２２には、イオナイザ２４が設置されている。

詳細を実施例において後述するが、従来技術に係るミニエンバイロメント装置２００の気流の方向を、本発明者はシミュレーションおよび実験によって検討した。すると、図１の矢印Ｆに示すように、ＦＦＵ２２から発生する気流Ｆは、半導体ウェーハ格納容器１０の移載室２０内全体で見れば上方から下方に流れる。しかしながら、半導体ウェーハ格納容器１０内に流れ込む気流Ｆは、底面側から上面側に回り込み、さらに半導体ウェーハ格納容器１０内への流出入の風速が比較的小さいことが本発明者らにより確認された。さらに、除電効果を実験的に確認したところ、ミニエンバイロメント装置２００では、半導体ウェーハ格納容器１０内はほとんど除電されないことが確認された。また、特許文献１に開示されているように、ミニエンバイロメント装置２００において、イオナイザ２４を開口部Ａ_３近傍に設置変更しても、除電の改善効果は見られるものの、不十分であることが確認された。

本発明者らは、半導体ウェーハ格納容器内に気流が十分に流出入できていないために、イオナイザにより発生したイオンも半導体ウェーハ格納容器内に十分に流れ込まず、その結果、半導体ウェーハ格納容器内の除電が不十分であると考えた。そこで、移載室の開口部近傍の所定の位置に整流板を設け、且つ、イオナイザを整流板に取り付けることを着想した。その結果、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電できることを知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。

本発明のミニエンバイロメント装置は、半導体ウェーハを開閉蓋によって密閉保管し、該半導体ウェーハを搬出入するための開閉部が設けられた半導体ウェーハ格納容器と、内部が清浄状態に維持される移載室と、該移載室内に設けられ、前記半導体ウェーハを前記半導体ウェーハ格納容器から取り出して前記移載室内部に搬送する搬送機構と、を有し、前記移載室の側壁の一部が、前記半導体ウェーハ格納容器を載置する載置台、および、前記開閉部に連通する開口部を閉塞可能な閉塞機構を備えるロードポートによって構成され、前記移載室の前記側壁の内面に前記閉塞機構が位置するミニエンバイロメント装置であって、前記移載室内の上方から下方に気流を生成するファンフィルタユニットと、前記移載室および前記半導体ウェーハ格納容器内部を除電するイオンを発生させるイオナイザと、前記開口部上方に位置し、前記開口部から間隔を置き、かつ、前記開口部に向けて傾斜設置された整流板と、が前記移載室内に更に設けられ、前記イオナイザは前記整流板に取り付けられることを特徴とする。

また、前記イオナイザは、前記整流板の前記開口部側先端部に取り付けられることが好ましい。

さらに、前記半導体ウェーハはシリコンウェーハであることが好ましい。

本発明によれば、移載室内の適切な位置に整流板およびイオナイザを設けたので、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電することのできるミニエンバイロメント装置を提供することができる。

従来技術に係るミニエンバイロメント装置の概略を示す模式断面図である。本発明の一実施形態に係るミニエンバイロメント装置の概略を示す模式断面図である。本発明の一実施形態に係るミニエンバイロメント装置における整流板による気流の方向を示す模式断面図である。本発明の一実施形態に係るミニエンバイロメント装置における整流板の設置位置を説明するための模式断面図である。実施例における半導体ウェーハ格納容器内の気流の風速を説明するための模式図であり、（Ａ）は風速の測定点を示す斜視図であり（Ｂ）は発明例１の風速を示し、（Ｃ）は従来例１の風速を示す。実施例における整流板およびイオナイザの設置位置を示す模式断面図であり、（Ａ）は発明例２を示し、（Ｂ）は従来例２を示し、（Ｃ）は比較例１を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図面は、説明の便宜上、半導体ウェーハおよび装置の構成要素の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。また、図面の簡略化のため、構成の要部のみを模式的に示すこととする。例えば、半導体ウェーハＷを処理する処理装置が移載室２０には連接されるが、本実施形態の要部ではないため図示および説明を省略する。

図２は、本発明に従うミニエンバイロメント装置１００の概略を示した模式断面図である。図２に示すように、本発明の一実施形態に従うミニエンバイロメント装置１００は、半導体ウェーハＷを開閉蓋１１によって密閉保管し、半導体ウェーハＷを搬出入するための開閉部Ａ_１が設けられた半導体ウェーハ格納容器１０と、内部が清浄状態に維持される移載室２０と、移載室２０内に設けられ、半導体ウェーハＷを半導体ウェーハ格納容器１０から取り出して移載室２０内部に搬送する搬送機構３０と、を有する。そして、移載室２０の側壁の一部が、半導体ウェーハ格納容器１０を載置する載置台Ｌ_１、および、開閉部Ａ_１に連通する開口部Ａ_３を閉塞可能な閉塞機構Ｌ_２を備えるロードポートＬによって構成され、また、移載室２０の前記側壁の内面に閉塞機構Ｌ_２が位置する。

ここで、移載室２０内の上方から下方に気流を生成するファンフィルタユニット２２（以下、「ＦＦＵ２２」と略記する。）と、移載室２０および半導体ウェーハ格納容器１０内部を除電するイオンを発生させるイオナイザ２４と、開口部Ａ_３の上方に位置し、該開口部Ａ_３に向けて間隔を置き、かつ、開口部Ａ_３に向けて傾斜設置した整流板２６と、が移載室２０内に更に設けられ、イオナイザ２４は整流板２６に取り付けられることが、本実施形態に従うミニエンバイロメント装置１００の特に特徴となる構成である。かかる構成を有することにより、図２の気流Ｆに示すように半導体ウェーハ格納容器１０内にイオナイザ２４より発生したイオンが十分に流れ込むため、本実施形態に従うミニエンバイロメント装置１００は、半導体ウェーハ格納容器１０内部をより確実且つ迅速に除電することができる。以下、各構成の詳細を説明する。

半導体ウェーハ格納容器１０としては、ＳＥＭＩスタンダードＥ４７．１等に規定されている一般的なＦＯＵＰを用いることができ、半導体ウェーハ格納容器１０には、半導体ウェーハＷを搬出入するための開閉部Ａ_１が設けられている。半導体ウェーハ格納容器１０を密閉する際には、開閉蓋１１により開閉部Ａ_１は閉じられる。また、開閉蓋１１をロボットアームなどで取り外すことにより開閉部Ａ_１が開かれる。なおＦＯＵＰは、ＦＯＵＰ内に複数枚（例えば２５枚）の半導体ウェーハＷを格納し、且つ、半導体ウェーハＷを密閉保管することができる。また、ＦＯＵＰの半導体ウェーハＷと接する部分は一般的にポリカーボネート樹脂等で形成されている。

ロードポートＬは、半導体ウェーハ格納容器１０（ＦＯＵＰ）内の半導体ウェーハＷを移載室２０に出し入れするインタフェース部となる装置であり、一般的なロードポートを用いることができる。また、ＦＯＵＰと同様、ロードポートもＳＥＭＩスタンダードＥ１５４等に規定されている。ロードポートＬは、半導体ウェーハ格納容器１０を載置する載置台Ｌ_１を備え、半導体ウェーハ格納容器の開閉部Ａ_１に連通する開口部Ａ_３を閉塞可能な閉塞機構Ｌ_２を備える。また、移載室２０の側壁の一部がロードポートＬによって構成され、移載室２０の側壁の内面に閉塞機構Ｌ_２が位置する。半導体ウェーハＷを格納した半導体ウェーハ格納容器１０は、天井モノレールや床面走行ロボット等でロードポートＬの近くにまで搬送され、次いでロボットアーム等によりロードポートＬの載置台Ｌ_１に載置される。なお、説明の便宜上、図示しないが、移載室２０には複数のロードポートが設置されることが一般的であり、ミニエンバイロメント装置１００は、複数のロードポートＬが設けられていてもよい。

移載室２０の内部はＦＦＵ２２等によって清浄状態に維持される。移載室２０の側壁の一部がロードポートＬによって構成されるのは前述のとおりである。また、移載室２０内部には、半導体ウェーハ格納容器１０の開閉部Ａ_１に設置される開閉蓋１１を開閉し、容器内から半導体ウェーハＷを取り出して移載室２０内部に搬送する搬送機構３０が設けられる。

閉塞機構Ｌ_２は、例えば上下に昇降するスライド式のポートドアであり、閉塞機構Ｌ_２によって移載室２０内を閉塞して清浄状態に維持することができる。閉塞機構Ｌ_２が開口部Ａ_３を解放し、また、開閉部Ａ_１も開放されている場合には、半導体ウェーハ格納容器１０および移載室２０は連通することとなる。

また、搬送機構３０は半導体ウェーハ格納容器１０内に格納された半導体ウェーハＷを吸着または把持して、半導体ウェーハＷを半導体ウェーハ格納容器１０内に出し入れするロボットハンド（あるいはロボットアーム）を備える、一般的な搬送ロボット等から構成することができる。

さらに、ＦＦＵ２２は、送風ファンおよび高性能の塵埃フィルタなどから構成される。また、イオナイザ２４は、放電用電極に高電圧を印加し、放電用電極と接地電極との間で発生するコロナ放電によって空気を電離し、正イオンおよび負イオンを生成する装置や、フォトイオナイザなどとすることができる。なお、図示しないが、イオナイザ２４には高電圧電源に接続する電源ケーブル等が気流Ｆの方向に影響しない範囲で設けられる。また、上述した移載室２０の筐体、閉塞機構Ｌ_２、搬送機構３０、ＦＦＵ２２およびイオナイザ２４は、通常のミニエンバイロメント装置に用いられている一般的なものを用いることができる。

ここで、本実施形態に従うミニエンバイロメント装置１００において、気流Ｆが移載室２０内の上方から開口部Ａ_３に流入するように、移載室２０の開口部Ａ_３の上方に位置し、該開口部Ａ_３から間隔を置き、かつ、該開口部Ａ_３に向けて傾斜設置された整流板２６を設け、且つ、整流板２６にイオナイザ２４が取り付けられることが特に重要である。図３に概略的に示すように、整流板２６を移載室内に設けることで、整流板２６を設けない場合（既述の図１参照）とは逆に、半導体ウェーハ格納容器１０の上面側から底面側に回り込むように気流Ｆが流れ込むこととなる。さらに、半導体ウェーハ格納容器１０内への流出入の風速も大きくなることが本発明者らのシミュレーションおよび実験によって明らかとなった。以上、本実施形態によるミニエンバイロメント装置１００では、イオナイザ２４から発生したイオンを気流Ｆに載せることで、半導体ウェーハ格納容器１０内部をより確実且つ迅速に除電することができるのである。

ここで、図４の模式断面図に示すように、整流板２６を設置する位置について、開口部Ａ_３の上端部からの水平方向の距離をｌ、高さをｈ、水平面から傾斜した角度をθとすると、気流Ｆの方向を図３に示すように半導体ウェーハ格納容器１０の上面から底面に流れ込むようにできる限りは何ら限定されるものではないがｌ、ｈおよびθの範囲を以下のようにすることができる。すなわち、整流板の形状が図示の平板状である場合には、水平方向の距離ｌを５０ｍｍ以上とすることができ、１５０ｍｍ以下とすることが好ましい。この場合、高さｈを５０ｍｍ以上とすることができ、２００ｍｍ以下とすることが好ましい。さらにこの場合、傾斜角θを、２０°以上とすることができ、６０°以下とすることが好ましい。また、整流板の形状が図示の平板状である場合、整流板の幅Ｌを３０ｍｍ以上とすることができ、１００ｍｍ以下とすることが好ましい。整流板２６の長手方向の長さ（図示せず）は、半導体ウェーハ格納容器１０の同方向の長さよりも長ければ十分であるが、図３に示す気流Ｆの方向とできる限りは、それより短くてもよい。

また、整流板２６の形状も図示の平板形状に何ら限定されるものではなく、図３に示す気流Ｆの方向とできる限りは、半円弧状または湾曲状とすることもできる。なお、整流板２６の移載室２０への取り付け方は常法に従い設置することができ、図示しないが、例えば移載室２０の壁部の一部にＶ字型の部材等を設置することもできるし、移載室２０の梁を利用して設置することもできる。なお、移載室２０内での整流板からの粉塵発生を避けるため、昇降器具等を用いずに、移載室２０内で接着剤等により固定設置することが好ましい。この場合、搬送機構３０による半導体ウェーハＷの取出しに整流板２６が干渉しないように設置することが肝要である。

イオナイザ２４を整流板２６に取り付ける位置は、生成するイオンが半導体ウェーハ格納容器１０に流れ込むようにする限りは任意であるが、イオナイザ２４を、整流板２６の開口部Ａ_３側端部に取り付けることが特に好ましい。また、イオナイザ２４を整流板２６の上面側に取り付けてもよい。

なお、本実施形態に従うミニエンバイロメント装置１００が搬送対象とする半導体ウェーハＷは任意である。半導体ウェーハＷとしては、例えば、シリコン、化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ）からなり、その表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶ウェーハが挙げられる。また、バルクの単結晶ウェーハ表面にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハも半導体ウェーハＷの例としてあげることができる。さらに、デバイス素子の形成途上にある、またはデバイス素子が形成された半導体ウェーハも、ミニエンバイロメント装置１００の搬送対象である。これらのなかでも、半導体ウェーハＷとしてシリコンウェーハ（その表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを含む）を用いることが好ましい。シリコンウェーハには静電気を帯やすいためである。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

＜実験例１＞
（発明例１）
図２に示すミニエンバイロメント装置１００を用意した。なお、整流板２６の設置位置としては、図４に既述の水平方向の距離ｌを６５ｍｍ、高さｈを６０ｍｍ、傾斜角θを、３０°とした。また、整流板２６の形状を図示のとおり平板状とし、整流板の幅Ｌを６５ｍｍとした。また、整流板２６の長手方向の長さを容器半導体ウェーハ格納容器の容器幅よりも大きく４００ｍｍとした。さらに、イオナイザ２４を整流板２６の開口部Ａ_３側端部に取り付けた。
半導体ウェーハ格納容器１０中央の、開口部Ａ_３の両端部から半導体ウェーハ格納容器１０の内部に鉛直方向に５０ｍｍ、水平方向に５ｍｍの位置（図５（Ａ）参照）を測定点として設定し、風向風速計を設置して測定点の風速を計測した。また、汎用熱流体解析プログラムを用いて、装置内の気流の流れ方向をシミュレーションした。なお、図２と異なり、３次元風速計設置のため半導体ウェーハＷを取り除いている。

図５（Ｂ）に示すとおり、発明例１では上方の測定点において、移載室２０側から半導体ウェーハ格納容器１０内に流出する方向で風速０．２５ｍ／ｓの通風を観測した。また、下方の測定点において、半導体ウェーハ格納容器１０の底面側から移載室２０下方に流出する方向で風速０．１５ｍ／ｓの通風を観測した。また、シミュレーションの結果、気流は図２の矢印Ｆに示す方向に流れることが確認された。なお、ＦＦＵ２２の風速を０．６０ｍ／ｓとした。

（従来例１）
発明例１のミニエンバイロメント装置１００から整流板２６およびイオナイザ２４を取り除いた以外は、発明例１と同様のミニエンバイロメント装置を用意した。発明例１と同じ位置に測定点を設定し、発明例１と同様に測定点の風速を計測し、また、装置内の気流の方向をシミュレーションした。

図５（Ｃ）に示すとおり、従来例１では上方の測定点において、半導体ウェーハ格納容器１０の上面側から移載室２０上方に流出する方向で風速０．１０ｍ／ｓの通風を観測した。また、下方の測定点において、移載室２０側から半導体ウェーハ格納容器１０の底面側方向に流入する方向で風速０．１５ｍ／ｓの通風を観測した。また、シミュレーションの結果、気流は図１の矢印Ｆに示す方向に流れることが確認された。

以上のことから、従来例１では、半導体ウェーハ格納容器１０内に流れ込む気流Ｆは、底面側から上面側に回り込み、さらに半導体ウェーハ格納容器１０内への流出入の風速が比較的小さいことがわかった。一方、発明例１では、半導体ウェーハ格納容器１０内に流れ込む気流Ｆは、従来例１とは反対に、上面側から底面側に回り込み、さらに半導体ウェーハ格納容器１０内への流出入の風速が比較的大きくなることがわかった。

＜実験例２＞
（発明例２）
発明例１と同じミニエンバイロメント装置を用意し、さらに、図６（Ａ）に示すように、半導体ウェーハ格納容器の１０の底面にチャージプレートモニター４０を設置した。なお、発明例１と同様に半導体ウェーハ格納容器１０内の半導体ウェーハＷを取り除いている。チャージプレートモニターが＋１０００Ｖから＋１００Ｖに減衰するまでの時間を計測したところ、１５ｓｅｃ以内に＋１００Ｖまで減衰した。

（従来例２）
発明例２のミニエンバイロメント装置を用意し、さらに、図６（Ｂ）に示すように、整流板を取り外し、ＦＦＵ２２の中央部にイオナイザ２４を取り付けた（すなわち、図１に示すミニエンバイロメント装置２００を用意した）。チャージプレートモニターが＋１０００Ｖから＋１００Ｖに減衰するまでの時間を計測したところ、６０ｓｅｃ経過後も約＋９００Ｖまでの減衰であった。

（比較例１）
発明例２のミニエンバイロメント装置を用意し、さらに、図６（Ｃ）に示すように、整流板を取り外し、開口部Ａ_３直上にイオナイザ２４を取り付けた。＋１０００Ｖから＋１００Ｖに減衰するまでの時間を計測したところ、６０ｓｅｃ経過後も約＋４００Ｖまでの減衰であった。

以上の結果から、整流板２６を移載室２０内の所定の位置に設けた実施例２では、半導体ウェーハ格納容器１０内を確実且つ迅速に除電できたことが確認された。実験例１，２より、従来例１，２に比べて発明例１，２では気流Ｆの方向を反転させて、風量を大きくすることができたため、除電が確実且つ迅速に行えたと考えられる。

本発明によれば、半導体ウェーハ格納容器内部をより確実且つ迅速に除電することのできるミニエンバイロメント装置を提供することができる。

１０半導体ウェーハ格納容器
１１開閉蓋
２０移載室
２２ファンフィルタユニット
２４イオナイザ
２６整流板
３０搬送機構
Ａ_１開閉部
Ａ_３開口部
Ｆ気流
Ｗ半導体ウェーハ
Ｌロードポート
Ｌ_１載置台
Ｌ_２閉塞機構

Claims

半導体ウェーハを開閉蓋によって密閉保管し、該半導体ウェーハを搬出入するための開閉部が設けられた半導体ウェーハ格納容器と、
内部が清浄状態に維持される移載室と、
該移載室内に設けられ、前記半導体ウェーハを前記半導体ウェーハ格納容器から取り出して前記移載室内部に搬送する搬送機構と、を有し、
前記移載室の側壁の一部が、前記半導体ウェーハ格納容器を載置する載置台、および、前記開閉部に連通する開口部を閉塞可能な閉塞機構を備えるロードポートによって構成され、前記移載室の前記側壁の内面に前記閉塞機構が位置するミニエンバイロメント装置であって、
前記移載室内の上方から下方に気流を生成するファンフィルタユニットと、
前記移載室および前記半導体ウェーハ格納容器内部を除電するイオンを発生させるイオナイザと、
前記開口部上方に位置し、前記開口部から間隔を置き、かつ、前記開口部に向けて傾斜設置された整流板と、が前記移載室内に更に設けられ、
前記イオナイザは前記整流板に取り付けられることを特徴とするミニエンバイロメント装置。
前記イオナイザは、前記整流板の前記開口部側端部に取り付けられる、請求項１に記載のミニエンバイロメント装置。
前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、請求項１または２に記載のミニエンバイロメント装置。