JP6462444B2 - ウェーハ搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置、半導体ウェーハ等を測定、検査する装置等にウェーハを搬入、搬出するウェーハ搬送装置に係り、特に、ウェーハ搬送中に、ウェーハに付着する異物等の除去を行うウェーハ搬送装置に関する。

昨今、半導体デバイスの生産効率を高めるべく、半導体デバイスを形成するウェーハの径が３００ｍｍ、４５０ｍｍのように大口径化しつつある。また、半導体ウェーハ上に形成されるパターンの微細化にともない、塵埃などの異物の影響が大きくなる。そのため、半導体製造装置の設置される部屋のクリーン度向上が必要である。清浄空間を低コストで形成するための手段として、局所クリーン化システムを持つミニエンシステムがある。

ミニエンシステムは、内部を陽圧に保持することで外部からの塵埃など異物の挿入を防止し、クリーン度はＪＩＳクラス１程度である。

ミニエンシステム内部の陽圧は、ファンとフィルタから成るファンフィルタユニット（以下ＦＦＵ）からのクリーンな空気をダウンフローで送り込むことによって形成される。ＦＦＵの風量とミニエンシステム下部の排気機構を制御することによって、ミニエンシステム内を一定の陽圧に制御している。陽圧はミニエンシステム内部と外部の気圧をそれぞれ検出器で検出し差圧計を用いて監視する。ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）が備えられたミニエンシステムは、特許文献１に示されている。

特開２００７−２２０７７３号公報

上記特許文献１には、ミニエン装置の排気量を制御してファンフィルタユニット（ＦＦＵ）からの送風流量を変えることなく、ミニエン装置内の安定した気流状態を作り、ミニエン装置の内部で塵埃が拡散しないようにしている。しかし、ミニエン装置内の可動機構の動作等により発生する塵埃等の更なる除去が求められている。気流状態を適正に制御することによって、塵埃の拡散を抑制することはできるものの、一度、ウェーハに付着した塵埃を除去することは難しい。

以下に、試料表面、裏面、或いはその両面に付着した塵埃を試料の搬送過程で除去することを目的とするウェーハ搬送装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、以下に、搬送対象であるウェーハを搬送するアームと、当該アームを移動させる駆動機構を備えたウェーハ搬送装置であって、前記駆動機構の駆動によって移動する前記ウェーハの移動軌道に対して、振動を伝播させる振動子を備えたウェーハ搬送装置を提案する。

上記構成によれば、ウェーハに付着した塵埃を、ウェーハ搬送中に除去することが可能となる。

ミニエン装置の概略を示す図。 半導体ウェーハの通過軌道の上部に、複数の振動子を配置した塵埃除去機構の概要を示す図。 半導体ウェーハ搬送時の塵埃除去工程を示すフローチャート。 半導体ウェーハの通過軌道の下部に、複数の振動子を配置した塵埃除去機構の概要を示す図。 半導体ウェーハの通過軌道の上部と下部に、複数の振動子を配置した塵埃除去機構の概要を示す図。 塵埃除去機構とイオナイザを備えたウェーハ搬送装置の一例を示す図。 半導体ウェーハの搬送軌道近傍に設けられた塵埃除去機構と、イオナイザの概要を示す図。

以下に説明する実施例は、搬送用局所クリーンルーム（例えばミニエンシステム）に係り、特に、ウェーハの搬送過程にて、ウェーハの表面、裏面、或いはその両方に対し、振動を伝播させる振動子を備えたウェーハ搬送装置に関する。振動子は、ウェーハの搬送軌道に向かって定在波を発生させるように構成される。

上記構成によれば、振動子によりウェーハとの間に定在波が形成されるため、音響浮揚の理論に基づきウェーハに付着した粉塵が浮揚し、ウェーハ表面の塵埃等の付着を抑制することが可能となる。

以下、ウェーハ搬送装置の一例について、図面を用いて説明する。図１は、ウェーハ搬送装置を備えたミニエンシステムの一例を示す図である。図１は、ミニエンシステムの三面図であり、図１（ａ）は上視図、図１（ｂ）は、半導体製造装置や測定、検査装置側からみた側視図、図１（ｃ）は、ウェーハの搬送方向に対し垂直な方向から見た側視図である。ミニエン装置の外郭を形成する筺体１００は、内部に局所クリーンウェーハ搬送室１０１（クリーンな空間）を有する。局所クリーンウェーハ搬送室１０１には、ウェーハ４を搬送する搬送ロボット１０２が内蔵されている。

局所クリーンウェーハ搬送室１０１の上側に設けられたファンフィルタユニット１０３（ＦＦＵ）は、送風ファン１０３ａ、清浄用フィルタ１０３ｂを有する。このファンフィルタユニット１０３によって、清浄な空気が局所クリーンウェーハ搬送室１０１内に導入される。

ロードポート１１０は、筺体１００の前面に設けられる。ウェーハ４等を収納して運ぶ搬送密閉容器１１１は、ロードポート１１０に載置され、ウェーハ４等の製品が出し入れされる。ロードポート１１０は出入開口部を開閉する蓋体１１０ａを有する。この蓋体１１０ａは気密性があり、蓋体１１０ａを閉じると、筺体１００の内部は気密が保たれ、塵埃の出入りが遮断される。搬送密閉容器１１１への製品の出し入れは、ロードポート１１０の蓋体１１０ａ、および搬送密閉容器１１１の蓋（図示せず）を開いて行う。製品の出し入れ作業は、搬送ロボット１０２が行う。搬送ロボット１０２は、図示しない駆動機構の駆動によって、ロボットアーム１０４と、当該ロボットアーム１０４に載せられたウェーハ４を移動させる。

上位装置１１２（半導体製造装置や半導体検査装置）は、図１の（ｃ）に示すように、筺体１００の後面側に密接するように置かれる。半導体製造装置や半導体検査装置で製造／検査されたウェーハ４等の製品は搬送ロボット１０２を用いて搬送密閉容器１１１に移される。また、その逆の移動も搬送ロボット１０２を用いて行われる。半導体検査装置には、電子ビームを試料に走査することによって得られる二次電子等を検出して、測定用、或いは検査用の画像や波形信号を生成する走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）等がある。また、走査電子顕微鏡には、得られた波形信号に基づいて、パターン寸法を測定するＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−ＳＥＭ）や、欠陥の座標情報に基づいて、欠陥をレビューするレビューＳＥＭなどがある。

ミニエン装置の動作について、図１乃至図３を用いて説明する。まず、蓋体１１０ａを開き、搬送ロボット１０２の稼働操作でロードポート１１０に載置されている搬送密閉容器１１１にウェーハ４等の製品を出し入れする。製品の出し入れは、搬送密閉容器１１１を筺体１００に接合してするので空気流出は少ないが、搬送ロボット１０２の稼働によって塵埃が発生する可能性がある。そこで、ユーザーポート２の上部板金３に設置された振動子１から音波を出力する。振動子１はアレイ状に上部板金３に並んでいる。ここで振動子１はピエゾ素子、ランジュバン素子、もしくはスピーカを指す。

振動子１とロボットアーム１０４上のウェーハ４との距離は半波長の正の整数倍になるように取り付ける。例えば周波数が４０ｋＨｚの場合の半波長は音速／周波数／２で求まり、大気中の音速（３４０ｍ／ｓ)を用いると半波長は４．２５ｍｍになる。これは振動子１とウェーハ４の間に定在波を形成するための必要条件である。

以下、図３に例示するフローチャートを用いて、ウェーハ搬送装置の具体的な動作を説明する。まず搬送ロボット１０２が搬送動作を開始する（ステップ１）。次に、搬送ロボット１０２がユーザーポート２にウェーハ４を搬送するかコントローラ１０７で確認する（ステップ５）。搬送動作前であることを検知した場合、ＤＣ電源１０５からラック１０６に搭載されたコントローラ１０７に電力が供給され、コントローラ１０７から振動子１に出力信号を送る（ステップ６）。搬送ロボット１０２がロボットアーム１０４を伸ばしてウェーハ４を上位装置１１２に搬送する際、振動子１から出力された音波がウェーハ４と振動子１の間で多重反射し、ウェーハ４と振動子１の間に定在波が形成される（ステップ７、８）。定在波が形成されると、ウェーハ４と振動子１の間には音圧の変化量が最大となる腹と、常に音圧が０の節が交互に分布する。塵埃の周りの音圧分布に差が発生することによって、浮力、及び塵埃の周りの粒子速度が変化することによる揚力が発生し、これらの合力が浮揚力として物体に加わる。物体が剛体、微小であるとき物体に加わる浮揚力をＦとすると、Ｆ＝５π²・ｒ³・ｐ₀ ²・ｆ／３ρ²・ｃ²（ｒ：物体の半径［ｍ］、ｐ₀：音圧［Ｐａ］、ｆ：周波数［Ｈｚ］、ρ：媒体の密度［ｋｇ／ｍ³］）で求まる。Ｆが重力より大きければ物体は浮揚するので、Ｆ＞４／３πｒ³・ρ_s・ｇ（ρ_s：物体の密度、ｇ：重力）を満たせば良い。例えばポリプロピレン（９４６ｋｇ／ｍ³）を周波数４０ｋＨｚで浮揚させる場合、音圧は１０２．４７Ｐａ以上あれば良い。浮揚する条件を満たすと、ウェーハ４に付着した塵埃が腹もしくは節に移動し、留まる（ステップ９）。

ウェーハ４がユーザーポート２を通り過ぎると定在波は形成されず、下方向に向かう進行波に戻り塵埃が自由落下する（ステップ１０、１１）。その後、振動子１は停止し、搬送動作が終了する（ステップ１２、１３）。
以上のように、振動子１とウェーハ４が移動軌道との間の距離（振動子１とウェーハ４との間の重力場の向かう方向の距離）を、半波長の正の整数倍とすることによって、ウェーハ４が振動子１の直下に位置するときは、塵埃に対し浮揚力が発生し、ウェーハ４が振動子１の直下から離脱したときには、浮揚力によって持ち上げられた塵埃が落下する。このため、ウェーハ４の搬送によって、ウェーハ４からの塵埃の除去、及びウェーハ４が存在する個所以外への塵埃への落下の一連の異物除去作業を行うことが可能となる。

また、図４のように振動子１を下部板金５に取り付けることで、ウェーハ４の裏面に付着した塵埃の除去が可能になる。振動子１はウェーハ４と振動子１が半波長の正の整数倍になるように設置する。吸引口６は振動子１の駆動と同じタイミングで吸引動作を開始する（ステップ６）。振動子１の音波出力方向にウェーハ４がある場合、定在波により付着した塵埃が下降し定在波の腹、もしくは節で浮遊する（ステップ７〜９）。なお、図４に例示する塵埃除去機構のユーザーポート２には、ユーザーポート２内の半導体ウェーハ移動軌道を含む空間の空気を排気するように、当該空間の空気を吸引する吸引口６が設けられている。吸引口６は図示しない吸引機構に接続されている。

ウェーハ４がユーザーポート２を通過中に吸引口６により塵埃が除去されるため、塵埃のユーザーポート２への落下・付着は防止される（ステップ１０、１１）。吸引口が塵埃の除去を行うため、ファンフィルタユニット１０３によるダウンフローが期待できない環境下でも使用可能である。吸引口の動作は振動子１の駆動停止時に吸引動作を停止、もしくは数秒後に吸引動作を停止する（ステップ１２）。

なお、ユーザーポート２内の吸引口６に対向する位置に、清浄な空気を導入するための導入口（図示せず）を設けるようにしても良い。吸気口６から吸気する分の空気を、導入口から導入すれば、ミニエン内の他の空間からの空気の流れを抑制することができる。ＦＦＵによるダウンフローの流れを乱すことなく、塵埃除去機構によって生じた異物等を、空気清浄空間から除去することが可能となる。

図５に例示する塵埃除去機構は、ウェーハ搬送軌道の上下に、アレイ状に配列された振動子１を複数備えており、上下面の塵埃を同時に除去可能な構成となっている。振動子１はウェーハ４と振動子１が半波長の正の整数倍になるように設置する。

図６はアライナ１１３とイオナイザ７がミニエン装置の筐体１００の局所クリーンウェーハ搬送室１０１に設置された場合を示している。図６ではアライナ１１３の真上にイオナイザ７が設置されており、アライナ１１３上でウェーハ４を回転させて除電を行う。アライナ１１３が無い場合、イオナイザ７は例えば局所クリーンウェーハ搬送室１０１の天井にあり、その下でウェーハ４をロボットアーム１０４に装着した搬送ロボット１０２が往復することでウェーハ４を除電する（ステップ２〜４）。除電後のステップ５以降の動作は、上述した実施例と同じである。ウェーハ４が除電されているため、静電力で引き寄せられて付着した塵埃も除去することが可能になる。このように、イオナイザを用いた除電を行うことによって、帯電によって付着する塵埃であっても、帯電を除去した上で、浮かせることが可能となるため、より効果的に塵埃の除去を行うことが可能となる。なお、確実に除電を行うためには、上述のようにイオナイザ７の下で、ウェーハ４を往復させることが望ましいが、往復しなくても十分に除電効果が認められるのであれば、イオナイザ７下の通過後、速やかに振動子１下に、ウェーハ４を移送するようにしても良い。

図７はユーザーポート２にイオナイザ７を備えている。図７ではウェーハ４が装着されたロボットハンド１０４をユーザーポート２内で往復して除電する。除電動作をユーザーポート２内で行うことにより、ウェーハ４の除電中も塵埃の除去が可能となる。除電に要する時間は数十秒〜数分要するため、塵埃に対し長時間浮揚力が発生し、塵埃の除去機能がさらに向上する。

１ 振動子
２ ユーザーポート
３ 上部板金
４ ウェーハ
５ 下部板金
６ 吸引口
７ イオナイザ
１００ ミニエン装置の筐体
１０１ 局所クリーンウェーハ搬送室（クリーンな空間）
１０２ 搬送ロボット
１０３ ファンフィルタユニット
１０３ａ 送風ファン
１０３ｂ フィルタ
１０４ ロボットアーム
１０５ ＤＣ電源
１０６ ラック
１０７ コントローラ
１１０ ロードポート
１１０ａ 蓋体
１１１ 搬送密閉容器
１１２ 上位装置（ＣＤ−ＳＥＭなど）
１１３ アライナ

Claims (5)

1. 搬送対象であるウェーハを搬送するアームと、当該アームを移動させる駆動機構を備えたウェーハ搬送装置において、
   前記駆動機構の駆動によって移動する前記ウェーハの移動軌道の上方に設置され、前記移動機構を通過するウェーハとの間で定在波を形成するように、音波を出力する振動子を備えたことを特徴とするウェーハ搬送装置。
2. 請求項１において、
   前記振動子は、前記ウェーハとの間に定在波を形成するものであることを特徴とするウェーハ搬送装置。
3. 請求項１において、
   前記ウェーハを除電するイオナイザを備えたことを特徴とするウェーハ搬送装置。
4. 請求項３において、
   前記駆動機構は、前記移動軌道にて前記ウェーハを往復させることを特徴とするウェーハ搬送装置。
5. 請求項１において、
   前記ウェーハの移動軌道を含む空間の空気を吸引する吸引口を備えたことを特徴とするウェーハ搬送装置。