(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無粒子環境内でウェハを搬送する移動型キャリヤであって、キャリヤ内部とのアクセスを可能にするキャリヤポートを有するカバーと、前記キャリヤポートと密封状態で係合する閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なキャリヤドアと、前記キャリヤドアを前記キャリヤカバーに密封状態で取り付ける掛止位置へ常に付勢しかつ前記キャリヤカバーから前記キャリヤドアを解放する非掛止位置へ移動可能な掛止手段と、を含む移動型キャリヤと、
前記キャリヤの内部に円滑に収納されて所定の間隔で積み重ねられた複数のウェハを支持するカセットであって、前記キャリヤドア上に解放可能に支持されるカセットと、
少なくとも１つ以上の処理ステーションにウェハの各々が選択的に位置づけられるべく搬出される無粒子環境のチャンバを画定するロードロックであって、ロードロックチャンバへのロードロックポート開口を有し、かつ周囲の大気から前記ロードロックチャンバを密封して前記ロードロックポートと重なり合う閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なロードロックドアを含むロードロックと、
前記キャリヤと係合して前記キャリヤを収納する前記ロードロックに隣接する内部領域を画定する小環境であって、前記小環境は周囲の大気から前記ロードロックチャンバと前記キャリヤの内部とを密封して絶縁し、前記小環境は前記ロードロックに隣接するメインハウジングを含み、前記メインハウジングは、前記内部領域を包囲しかつ前記内部領域への開口を画定して最上縁を有する直立壁と台座と，平面ポート板と前記ポート板に従属する一体フード壁とを含む前記直立壁と前記縁とに重なり合うフードと、を含み、前記フード壁は前記直立壁に平行な平面内に位置しかつ細管シールを形成する前記直立壁に近接し、前記フードは前記フード壁と前記直立壁との間の細管シールを維持しつつ下降位置と上昇位置との間において移動可能であり、前記ポート板は前記内部領域と周囲の大気との連通を可能にするポート開口を有し、前記ポート板と前記キャリヤとは，前記キャリヤドアが前記ポートドアと近接しかつ前記ポートドアと同一の広がりとなるべく、前記キャリヤを位置づける相互係合位置決め手段を含む小環境と、
前記カセットを前記キャリヤから搬出し、かつ無粒子環境を維持して前記ロードロックチャンバに前記キャリヤを移動せしめる搬送手段と、からなり、
前記搬送手段は、前記カセットを前記キャリヤから搬出し前記小環境の前記内部領域に移動せしめて、かつ前記ポート開口と同一平面上において密封状態で係合する閉位置と前記ポート開口から離れて非係合状態となる開位置との間で可動なポートドアを含む第１搬送手段であって、前記ポートドアは、非掛止位置方向に前記掛止手段を移動せしめる付勢力に対抗して前記キャリヤの前記掛止手段を選択的に作動せしめる移動手段を含む第１搬送手段と、
前記カセットを支持する前記ポートドアの重力が加重される棚板と、
前記ポートドアを最近接位置に上昇せしめた後、前記棚板、前記ポートドア及び前記カセットを前記内部領域に下降せしめる駆動手段と、
前記カセットを前記小環境の前記内部領域から搬出し、かつ前記ロードロックチャンバに移動せしめる第２搬送手段と、を含むことを特徴とする半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２】
前記閉位置と前記開位置との間で前記ロードロックドアを移動せしめるロードロックドア駆動機構を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項３】
前記第１搬送手段は、前記台座に設けられて第１アクチュエータロッドを駆動する第１アクチュエータと、
第２アクチュエータロッドを駆動する第２アクチュエータと、を含み、
前記第２アクチュエータは、前記第１アクチュエータから離隔した位置において前記第１アクチュエータロッドに固定され、
前記棚板は、前記第２アクチュエータから離隔した位置において前記第２アクチュエータロッドに固定され、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは共に、前記棚板を前記ポートドアから離隔した搬出位置から前記ポートドアと最近接する前進位置へ移動せしめることができることを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項４】
前記ポートドアは、前記棚板が前記ポートドアと最近接する前記前進位置に位置するときに、前記掛止手段と係合可能となり、かつ前記掛止手段を前記非掛止位置に移動せしめることができる解除手段を含み、
前記第２アクチュエータは、前記棚板が前記ポートドアと最近接する前記前進位置に位置する状態で、前記ポートドアと前記カセットとを有する前記棚板を前記搬出位置と前進位置との間にある中間位置へ選択的に移動可能であり、
前記フードは、前記下降位置と前記上昇位置との間において前記フードを移動せしめる昇降手段と、
前記カセットと非係合となる位置と前記内部領域内において支持された前記カセットを保持する係合位置との間において移動可能な握持手段であって、前記棚板が前記中間位置に移動したときに前記係合位置まで移動可能である握持手段と、を含み、
前記第１及び第２アクチュエータは共に、前記カセットが前記握持手段により支持された状態で、前記棚板を前記ポートドアと共に前記搬出位置へ移動せしめることができ、
前記第２搬送手段は、前記内部領域において前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロック上に設けられて、前記小環境の前記内部領域内において前記ポート板の前記ポート開口に位置合わせされる伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、
前記カセットを収容すべく前記カセットと係合する前記プラットフォームを垂直に移動せしめる昇降駆動手段と、を含み、
前記握持手段は、前記カセットが前記プラットフォームと係合すると非係合位置まで移動することを特徴とする請求の範囲第３項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項５】
前記第２搬送手段は、前記ロードロックチャンバ内に設けられた台座部材であって、前記昇降駆動手段により上昇位置と下降位置との間において選択的に移動することができる台座部材と、
前記台座部材に回動可能に設けられた駆動アームシャフトと、
駆動シャフトと、
前記駆動シャフトを回動せしめるモータ手段と、
前記台座部材が前記下降位置にいるときに、前記駆動アームシャフトを前記駆動シャフトに連結駆動する連結手段と、を含み、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間においてなす平面上に前記プラットフォームを移動せしめるべく前記台座部材上に枢軸的に設けられ、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめるべく前記駆動アームシャフトに固定されていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項６】
前記握持手段は、前記内部領域内において前記ポート板に設けられていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項７】
前記カセットは、対向し合う一体型フランジを含み、
前記握持手段は、前記一体型フランジと解放可能に係合する握持指と、
前記係合位置と前記非係合位置との間で前記握持指を移動せしめる握持駆動手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第４項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項８】
前記握持指は、対向し合う第１及び第２フィンガ部材と、
前記第１フィンガ部材に位置づけられた送信機からの信号を受信すべく設けられた受信機を有する前記第２フィンガ部材に信号を送信する前記第１フィンガ部材上に設けられた送信機と、
前記受信機において信号が存在することは、前記フィンガ部材の間に適切に位置づけられたカセットが存在しないことを示し、
前記受信機において信号が存在しないことは、前記フィンガ部材の間にカセットフランジが存在することを示すことを特徴とする請求の範囲第７項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項９】
前記握持手段は、前記カセットが適切に係合したか否かを検出するセンサ手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１０】
前記第２搬送手段は、前記内部領域内において前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロックに設けられて、前記小環境の前記内部領域内において前記ポート板の前記ポート開口に位置合わせされる伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１１】
前記キャリヤドアは、前記掛止位置へ向かって前記掛止手段を付勢せしめる弾性手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１２】
前記第２搬送手段は、前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロックに設けられて、前記小環境における伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１３】
前記ロードロックチャンバの内側に設けられた台座部材を含み、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間の平面上に前記プラットフォームを移動せしめる前記台座部材に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１４】
前記駆動アーム手段は、前記台座部材に枢軸的に設けられ、かつ前記伸長位置と前記収縮位置との間を移動可能な駆動アームと、
前記台座部材に回動可能に設けられた駆動アームシャフトと、を含み、
前記駆動アームは、前記伸長位置と前記収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる前記駆動アームシャフトに固定されていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１５】
上昇位置と下降位置との間において前記台座部材を選択的に移動可能な昇降駆動手段と、
駆動シャフトと、
前記駆動シャフトを回動せしめるモータ手段と、
前記台座部材が前記下降位置にいるときに、前記駆動アームシャフトを前記駆動シャフトに連結駆動する連結手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１４項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１６】
前記第２搬送手段は、前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロック上に設けられて、前記小環境の前記内部領域内において前記ポート板の前記ポート開口に位置合わせされる伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１７】
前記小環境の前記内部領域を通過する層流空気流を差し向け、かつ前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去する空気流発生手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１６項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１８】
前記空気流発生手段は、正の圧力を生ぜしめ、かつ前記小環境内部において循環空気流を生成するファンと、
前記空気流から粒状物質を除去する前記ファンの下流フィルタと、
前記ファンから前記フィルタへの前記空気流を収容しかつ差し向けるダクト手段と、
前記カセットから前記ファンへ戻る空気流を収容しかつ差し向ける高圧状態維持手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項１９】
前記空気流発生手段は、正の圧力を生ぜしめ、かつ前記小環境内部において循環空気流を生成するファンと、
前記フードに設けられて、前記フードと前記メインハウジングとの間における細管シールを経て前記小環境から漏れる空気の量を補うべく、前記ファンと流体連通することにより前記ファンが周囲の大気から前記小環境内へ空気を吸引できるようにする空気量調整手段と、
前記空気から粒状物質を除去する前記ファンの下流フィルタと、
前記ファンから前記フィルタへの前記空気流を収容しかつ差し向けるダクト手段と、
前記カセットから前記ファンへ戻る空気流を収容しかつ差し向ける高圧状態維持手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２０】
前記高圧状態維持手段と前記ファンとの間に介在して、前記小環境内で生成された空気流内において層流を維持する可調流調節手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１９項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２１】
前記フィルタは、前記フードと共に移動すべく前記フードに設けられ、かつ前記フィルタを通過する空気流の全てを前記カセットの内部へ引き込みかつ通過せしめるべく排出する排気表面を有し、前記フィルタの前記排気表面の全突出領域は、前記カセットの全突出領域に等しく、
前記下降位置と前記上昇位置との間における前記フードの移動に伴い、前記キャリヤドアの面より上に位置づけられる前記排気表面の突出領域が増加する量と、前記キャリヤポートの面より下に位置づけられる前記カセットの突出領域が増加する量と、が各々等しくなることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２２】
前記高圧状態維持手段は、前記フードが前記上昇位置にあるときに、前記カセットと近接して同一の広がりとなる分配板を壁の一部分として含み、前記分配板は、表面全体に亘り均一な間隔で配置された複数の穿孔を有することを特徴とする請求の範囲第２１項記載のシステム。
【請求項２３】
前記高圧状態維持手段と前記ファンと間の空気流を制御する流量制御手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１９項記載のシステム。
【請求項２４】
前記フード壁の１つの壁に設けられ、前記フードが前記下降位置と前記上昇位置との間で移動する際に、前記フード壁の対向する１つの壁に設けられた受信機に前記カセットの通路を挟んで信号を差し向ける発信機を含むカセット存在センサ手段を含み、
前記受信機において信号が存在することは、前記内部領域内にカセットが存在しないことを示し、前記受信機において信号が存在しないことは、前記内部領域内にカセットが存在することを示すことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２５】
前記フード壁の１つの壁に設けられ、前記フードが前記下降位置と前記上昇位置との間で移動する際に、前記フード壁の対向する１つの壁に設けられた受信機に前記カセットの通路を挟んで信号を差し向ける発信機を含むウェハ送出センサ手段を含み、
前記受信機において信号が存在することは、前記カセット内においてウェハが適切に位置づけられたことを示し、前記受信機において信号が存在しないことは、前記カセットの外側に不適切に突出してウェハが位置づけられたことを示すことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項２６】
無粒子環境内における移動型キャリヤの内部に円滑に収容されるカセットの内部において所定の間隔で積み重ねられて支持されている半導体ウェハを一括搬送するシステムであって、
少なくとも１つ以上の処理ステーションにウェハの各々が選択的に位置づけられるべく搬出される無粒子環境のチャンバを画定するロードロックであって、ロードロックチャンバへのロードロックポート開口を有し、かつ周囲の大気から前記ロードロックチャンバを密封して前記ロードロックポートと重なり合う閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なロードロックドアを含むロードロックと、
前記閉位置と前記開位置との間において前記ロードロックドアを移動せしめるロードロックドア駆動機構と、
前記ロードロックに隣接する内部領域を画定しかつ前記内部領域と外側環境との連通のためのポートを有するポート板を含み、かつ前記ポートと密封状態で重なり合う閉位置と前記ポートから離隔した開位置との間で可動なポートドアを含む小環境であって、前記ポート板は前記キャリヤと係合して収容するように構成されて、前記ロードロックチャンバと前記キャリヤの内部とを周囲の大気から密封して絶縁する小環境と、
前記カセットを前記キャリヤから搬出し、かつ無粒子環境を維持して前記ロードロックチャンバに前記キャリヤを移動せしめる搬送手段と、からなり、
前記搬送手段は、前記カセットを前記キャリヤから搬出しかつ前記小環境の前記内部領域に移動せしめる第１搬送手段と、
前記カセットを前記小環境の前記内部領域から搬出し、かつ前記ロードロックチャンバに移動せしめる第２搬送手段と、を含み、
前記第２搬送手段は、前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロック上に設けられて、前記小環境の前記内部領域内において前記ポート板の前記ポート開口に位置合わせされる伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２７】
前記小環境の前記内部領域を通過する層流空気を差し向け、かつ前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去する空気流発生手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２６項記載のシステム。
【請求項２８】
無粒子環境内で前記カセットと前記カセット内で支持された前記ウェハとを前記小環境と離隔した位置との間において搬送するキャリヤであって、キャリヤ内部とのアクセスを可能にするキャリヤポートを有するカバーと、前記キャリヤポートと密封状態で係合しかつ前記キャリヤと重なり合う閉位置と前記キャリヤから所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なキャリヤドアと、を含む移動型キャリヤと、
前記キャリヤドアを前記ポートドアに選択的に連結する連結手段と、を含み、
前記キャリヤは、前記キャリヤポートが小環境ポートと最近接する位置において同一の広がりとなるべく、前記ポート板に選択的に受け取られて、前記キャリヤドアは前記ポートドアと隣接することを特徴とする請求の範囲第２６項記載のシステム。
【請求項２９】
前記カセットは前記キャリヤドアに解放可能に支持され、
前記キャリヤは、前記キャリヤドアを前記キャリヤカバーに密封状態で取り付ける掛止位置へ常に付勢しかつ前記キャリヤカバーから前記キャリヤドアを解放する非掛止位置へ移動可能な掛止手段を含み、
前記小環境は、前記ロードロックに隣接するメインハウジングであって、内部領域を包囲しかつ前記内部領域への開口を画定して最上縁を有する直立壁と台座とを含むメインハウジングと、
平面ポート板と前記ポート板に従属する一体フード壁とを含み前記直立壁と前記縁とに重なり合うフードであって、前記フード壁は前記直立壁に平行な平面内に位置しかつ細管シールを形成する前記直立壁に最近接し、前記フードは前記フード壁と前記直立壁との間の細管シールを維持しつつ下降位置と上昇位置との間において移動可能であり、前記ポート板は前記内部領域と周囲の大気との連通を可能にするポート開口を有するフードと、を含み、
前記ポート板と前記キャリヤとは，前記キャリヤドアが前記ポートドアと最近接して前記ポートドアと同一の広がりとなるべく、前記キャリヤを位置づける相互係合位置決め手段を含み、
前記第１搬送手段は、前記ポート開口と同一平面上において密封状態で係合する閉位置と前記ポート開口から離れて非係合状態となる開位置との間で可動なポートドアであって、非掛止位置方向に前記掛止手段を移動せしめる付勢力に対抗して前記キャリヤの前記掛止手段を選択的に作動せしめる移動手段を含むポートドアを含む第１搬送手段と、
前記カセットを支持する前記ポートドアの重力が加重される棚板と、
前記ポートドアを最近接位置に上昇せしめた後、前記棚板、前記ポートドア及び前記カセットを内部領域に下降せしめる駆動手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第２８項記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１搬送手段は、前記台座に設けられて第１アクチュエータロッドを駆動する第１アクチュエータと、
第２アクチュエータロッドを駆動する第２アクチュエータと、を含み、
前記第２アクチュエータは、前記第１アクチュエータから離隔した位置において前記第１アクチュエータロッドに固定され、
前記棚板は、前記第２アクチュエータから離隔した位置において前記第２アクチュエータロッドに固定され、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは共に、前記棚板を前記ポートドアから離隔した搬出位置から前記ポートドアと最近接する前進位置へ移動せしめることができることを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
【請求項３１】
前記ポートドアは、前記棚板が前記ポートドアと最近接する前記前進位置に位置するときに、前記掛止手段と係合可能となり前記掛止手段を前記非掛止位置に移動せしめる解除手段を含み、
前記第２アクチュエータは、前記棚板が前記ポートドアと最近接する前記前進位置に位置する状態で、前記ポートドアと前記カセットとを有する前記棚板を前記搬出位置と前進位置との間にある中間位置へ選択的に移動可能であり、
前記フードは、前記下降位置と前記上昇位置との間において前記フードを移動せしめる昇降手段と、
前記カセットと非係合となる位置と前記内部領域内において支持された前記カセットを保持する係合位置との間において移動可能な握持手段であって、前記棚板が前記中間位置に移動したときに前記係合位置まで移動可能である握持手段と、を含み、
前記第１及び第２アクチュエータは共に、前記カセットが前記握持手段により支持された状態で、前記棚板を前記ポートドアと共に前記搬出位置へ移動せしめることができ、
前記第２搬送手段は、前記カセットを収容すべく前記カセットと係合する前記プラットフォームを垂直に移動せしめる昇降駆動手段、を含み、
前記握持手段は、前記カセットが前記プラットフォームと係合すると非係合位置まで移動することを特徴とする請求の範囲第３０項記載のシステム。
【請求項３２】
前記第２搬送手段は、前記ロードロックチャンバ内に設けられた台座部材であって、昇降駆動手段により上昇位置と下降位置との間において選択的に移動することができる台座部材と、
前記台座部材に回動可能に設けられた駆動アームシャフトと、
駆動シャフトと、
前記駆動シャフトを回動せしめるモータ手段と、
前記台座部材が前記下降位置にいるときに、前記駆動アームシャフトを前記駆動シャフトに連結駆動する連結手段と、を含み、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間においてなす平面上に前記プラットフォームを移動せしめるべく前記台座部材上に枢軸的に設けられ、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめるべく前記駆動アームシャフトに固定されていることを特徴とする請求の範囲第３１項記載のシステム。
【請求項３３】
前記握持手段は、前記内部領域内において前記ポート板に設けられていることを特徴とする請求の範囲第３１項記載のシステム。
【請求項３４】
前記カセットは、対向し合う一体型フランジを含み、
前記握持手段は、前記一体型フランジと解放可能に係合する握持指と、
前記係合位置と前記非係合位置との間で前記握持指を移動せしめる握持駆動手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第３１項記載のシステム。
【請求項３５】
前記握持指は、対向し合う第１及び第２フィンガ部材と、
前記第１フィンガ部材に位置づけられた送信機からの信号を受信すべく設けられた受信機を有する前記第２フィンガ部材に信号を送信する前記第１フィンガ部材上に設けられた送信機と、
前記受信機において信号が存在することは、前記フィンガ部材の間に適切に位置づけられたカセットが存在しないことを示し、
前記受信機において信号が存在しないことは、前記フィンガ部材の間にカセットフランジが存在することを示すことを特徴とする請求の範囲第３４項記載のシステム。
【請求項３６】
前記握持手段は、前記カセットが適切に係合したか否かを検出するセンサ手段を含むことを特徴とする請求の範囲第３１項記載のシステム。
【請求項３７】
前記キャリヤドアは、前記掛止位置へ向かって前記掛止手段を付勢せしめる弾性手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
【請求項３８】
前記ロードロックチャンバの内側に設けられた台座部材を含み、
前記駆動アーム手段は、前記伸長位置と前記収縮位置との間の平面上に前記プラットフォームを移動せしめる前記台座部材に設けられていることを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
【請求項３９】
前記駆動アーム手段は、前記台座部材に枢軸的に設けられ、かつ前記伸長位置と前記収縮位置との間を移動可能な駆動アームと、
前記台座部材に回動可能に設けられた駆動アームシャフトと、を含み、
前記駆動アームは、前記伸長位置と前記収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる前記駆動アームシャフトに固定されていることを特徴とする請求の範囲第３８項記載のシステム。
【請求項４０】
上昇位置と下降位置との間において前記台座部材を選択的に移動可能な昇降駆動手段と、
駆動シャフトと、
前記駆動シャフトを回動せしめるモータ手段と、
前記台座部材が前記下降位置にいるときに、前記駆動アームシャフトを前記駆動シャフトに連結駆動する連結手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第３９項記載のシステム。
【請求項４１】
前記フード壁の１つの壁に設けられ、前記フードが前記下降位置と前記上昇位置との間で移動する際に、前記フード壁の対向する１つの壁に設けられた受信機に前記カセットの通路を挟んで信号を差し向ける発信機を含むカセット存在センサ手段を含み、
前記受信機において信号が存在することは、前記内部領域内にカセットが存在しないことを示し、前記受信機において信号が存在しないことは、前記内部領域内にカセットが存在することを示すことを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
【請求項４２】
前記フード壁の１つの壁に設けられ、前記フードが前記下降位置と前記上昇位置との間で移動する際に、前記フード壁の対向する１つの壁に設けられた受信機に前記カセットの通路を挟んで信号を差し向ける発信機を含むウェハ送出センサ手段を含み、
前記受信機において信号が存在することは、前記カセット内においてウェハが適切に位置づけられたことを示し、前記受信機において信号が存在しないことは、前記カセットの外側に不適切に突出してウェハが位置づけられたことを示すことを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
【請求項４３】
前記小環境の前記内部領域を通過する層流空気流を差し向け、かつ前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去する空気流発生手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２８項記載のシステム。
【請求項４４】
前記空気流発生手段は、正の圧力を生ぜしめ、かつ前記小環境内部において循環空気流を生成するファンと、
前記空気流から粒状物質を除去する前記ファンの下流フィルタと、
前記ファンから前記フィルタへの前記空気流を収容しかつ差し向けるダクト手段と、
前記カセットから前記ファンへ戻る空気流を収容しかつ差し向ける高圧状態維持手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第４３項記載のシステム。
【請求項４５】
前記高圧状態維持手段と前記ファンとの間に介在して、前記小環境内で生成された空気流内において層流を維持する可調流調節手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４４項記載のシステム。
【請求項４６】
前記フィルタは、前記フードと共に移動すべく前記フードに設けられ、かつ前記フィルタを通過する空気流の全てを前記カセットの内部へ引き込みかつ通過せしめるべく排出する排気表面を有し、前記フィルタの前記排気表面の全突出領域は、前記カセットの全突出領域に等しく、
前記下降位置と前記上昇位置との間における前記フードの移動に伴い、前記キャリヤドア面より上に位置づけられる前記排気表面の突出領域が増加する量と、キャリヤポート面より下に位置づけられる前記カセットの突出領域が増加する量と、が各々等しくなることを特徴とする請求の範囲第４５項記載のシステム。
【請求項４７】
前記高圧状態維持手段は、前記フードが前記上昇位置にあるときに、前記カセットと近接して同一の広がりとなる分配板を壁の一部分として含み、前記分配板は、表面全体に亘り均一な間隔で配置された複数の穿孔を有することを特徴とする請求の範囲第４６項記載のシステム。
【請求項４８】
前記高圧状態維持手段と前記ファンと間の空気流を制御する流量制御手段を含むことを特徴とする請求の範囲第４４項記載のシステム。
【請求項４９】
前記高圧状態維持手段と前記ファンとの間に介在して、前記小環境内で生成された空気流内において層流を維持する可調流調節手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２８項記載のシステム。
【請求項５０】
（ａ）無粒子環境を有する移動型キャリヤ内における離隔位置から無粒子環境の内部領域を画定する小環境へウェハを搬送するステップと、
（ｂ）前記キャリヤ内に円滑に収容されるカセットの内部において所定の間隔で積み重ねられた複数のウェハを支持するステップと、
（ｃ）前記内部領域と周囲の大気との間の連通を可能にするポート開口を有するポート板と、前記ポート開口と同一平面上において密封状態で係合する閉位置と前記ポート開口と離れて非係合となる開位置との間で可動なポートドアと、を前記小環境に設けるステップと、
（ｄ）ウェハの各々が少なくとも１つ以上の処理ステーションに位置づけられるべく選択的に搬出される無粒子環境を有するチャンバを画定するロードロックに近接するメインハウジングを前記小環境に設けるステップであって、前記ロードロックはロードロックチャンバへのロードロックポート開口を有し、かつ周囲の大気から前記ロードロックチャンバを密封して前記ロードロックポートと重なり合う閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なロードロックドアを含み、前記メインハウジングは、内部領域を包囲し前記内部領域への開口を画定する最上縁を有する直立壁と台座と，平面ポート板と前記ポート板に従属する一体フード壁とを含み前記直立壁と前記縁とに重なり合うフードと、を含み、前記フード壁を前記直立壁に平行な平面内に位置づけて細管シールを形成する前記直立壁に近接せしめるステップと、
（ｅ）前記キャリヤの内部とのアクセスを可能にするキャリヤポートを有するカバーと、前記キャリヤポートと密封状態で係合する閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間において可動なキャリヤドアと、を前記キャリヤに設けるステップと、
（ｆ）前記キャリヤポートが前記小環境の前記ポート開口と同一の広がりを有するように、前記小環境に前記キャリヤを配置するステップと、
（ｇ）前記キャリヤドアが前記ポートドアと近接して前記ポートドアと同一の広がりとなるべく、前記キャリヤを前記ポート板に位置づける相互係合位置決め手段を前記ポート板と前記キャリヤとに設けるステップと、
（ｈ）前記キャリヤと前記キャリヤドアとの掛止と、前記フードと前記ポートドアとの掛止を同時に解放するステップと、
（ｉ）前記フード壁と前記直立壁との間の細管シールを維持しながら、前記ポート板上の前記キャリヤカバーと前記フードとを下降位置と上昇位置との間において移動せしめて、前記小環境の前記内部領域に前記カセットを搬入するステップと、
（ｊ）前記小環境の前記内部領域から前記カセットを搬出し、かつ前記ロードロックチャンバへ移動せしめるステップと、
（ｋ）前記キャリヤからウェハを搬出し、かつ前記小環境の内部領域へ移動せしめるステップと、
（ｌ）前記小環境の前記内部領域からウェハを搬出し、かつ前記ロードロックチャンバへ移動せしめるステップと、からなることを特徴とする半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５１】
前記処理ステーションにおいてウェハの各々の処理を完了せしめる際に、ステップ（ｌ）、（ｋ）及び（ａ）の順に実行することを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５２】
前記ステップ（ｋ）は、
（ｍ）前記キャリヤドアと前記ポートドアとを前記閉位置から前記開位置へ移動せしめるステップを含み、
前記ステップ（ｌ）は、
（ｎ）前記ロードロックドアを前記開位置へ移動せしめるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５３】
前記ステップ（ｉ）は、
（ｍ）前記小環境の前記内部領域において前記カセットが適切に位置づけられて存在することを検出するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５４】
前記ステップ（ｋ）は、
（ｍ）前記キャリヤ内に前記カセットが存在することを検出するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５５】
前記ステップ（ｉ）は、
（ｍ）前記カセット内において全てのウェハが適切に位置づけられていることを検出するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５６】
（ｍ）前記小環境の前記内部領域を通過する層流空気流を差し向けるステップと、
（ｎ）前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去するステップと、を含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５７】
前記ステップ（ｍ）は、
（ｏ）前記小環境内に正の圧力を生ぜしめ、かつ循環空気流を生成するファンを設けるステップを含み、
前記ステップ（ｎ）は、
（ｐ）突出領域を有する排気面を備える前記ファンの下流フィルタにより前記空気から粒子状物質を除去するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５６項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５８】
（ｑ）前記フィルタを通過する空気流の全てを前記カセットの内部へ引き込みかつ通過せしめるべく排出するように差し向け、前記フィルタの前記排気表面の全突出領域を前記カセットの全突出領域に等しくするステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５７項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項５９】
（ｍ）前記小環境の前記内部領域を通過する層流空気流を差し向けるステップと、
（ｎ）前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去するステップと、
（ｏ）前記フードと前記メインハウジングとの間における細管シールを経て前記小環境から漏れる空気の量を補うべく、周囲の大気から前記小環境内へ空気を導入するステップと、を含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項６０】
（ｍ）前記キャリヤドアの面より上に位置づけられる前記排気表面の突出領域が増加する量と、前記キャリヤポートの面より下に位置づけられる前記カセットの突出領域が増加する量と、が各々等しくなるように、前記下降位置と前記上昇位置との間において前記フードを移動せしめるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第５０項記載の半導体ウェハ一括搬送方法。
【請求項６１】
無粒子環境内でウェハを搬送する移動型キャリヤであって、キャリヤ内部とのアクセスを可能にするキャリヤポートを有するカバーと、前記キャリヤポートと密封状態で係合する閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なキャリヤドアと、を含む移動型キャリヤと、
前記キャリヤの内部に円滑に収納されて、所定の間隔で積み重ねられた複数のウェハを支持するカセットと、
少なくとも１つ以上の処理ステーションにウェハの各々が選択的に位置づけられるべく搬出される無粒子環境のチャンバを画定するロードロックであって、ロードロックチャンバへのロードロックポート開口を有し、かつ周囲の大気から前記ロードロックチャンバを密封して前記ロードロックポートと重なり合う閉位置と前記閉位置から所定の間隔をおいた位置にある開位置との間で可動なロードロックドアを含むロードロックと、
前記キャリヤと係合して前記キャリヤを収納する前記ロードロックに隣接する内部領域を画定する小環境であって、周囲の大気から前記ロードロックチャンバと前記キャリヤの内部とを密封して絶縁する小環境と、
前記カセットを前記キャリヤから搬出し、かつ無粒子環境を維持して前記ロードロックチャンバに前記キャリヤを移動せしめる搬送手段と、からなり、
前記搬送手段は、前記カセットを前記キャリヤから搬出し、かつ前記小環境の前記内部領域に移動せしめる第１搬送手段と、
前記カセットを前記小環境の前記内部領域から搬出し、かつ前記ロードロックチャンバに移動せしめる第２搬送手段と、を含み、
前記第２搬送手段は、前記カセットを選択的に収容するプラットフォームと、
前記ロードロック上に設けられて、前記小環境の内部領域内において前記ポート板のポート開口に位置合わせされる伸長位置と前記ロードロックチャンバ内の収縮位置との間において前記プラットフォームを移動せしめる駆動アーム手段と、を含むことを特徴とする半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項６２】
前記小環境の内部領域を通過する層流空気流を差し向け、かつ前記カセット内において支持されているウェハから異物を除去する空気流発生手段を含むことを特徴とする請求の範囲第６１項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【請求項６３】
前記空気流発生手段は、正の圧力を生ぜしめ、かつ前記小環境内部において循環空気流を生成するファンと、
前記空気流から粒状物質を除去する前記ファンの下流フィルタと、
前記ファンから前記フィルタへの前記空気流を収容しかつ差し向けるダクト手段と、
前記カセットから前記ファンへ戻る空気流を収容しかつ差し向ける高圧状態維持手段と、を含むことを特徴とする請求の範囲第６２項記載のシステム。
【請求項６４】
前記高圧状態維持手段と前記ファンとの間に介在して、前記小環境内で生成された空気流内において層流を維持する可調流調節手段を含むことを特徴とする請求の範囲第６３項記載の半導体ウェハ一括搬送システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の技術分野
本発明は、汚染粒子を減少せしめる標準機械境界システム、特に汚染粒子による汚染を防止すべき半導体処理装置に用いるのに適した密封コンテナを使用する装置に関する。更に、本発明は、移動型コンテナ又はキャリヤと、制御可能な環境を有して処理ステーションへ搬送する際にコンテナ又はキャリヤを待機せしめるロードロックチャンバと、の間で半導体ウェハを効率よく搬送することができるシステムに関する。上述した如き装置により、生産処理量を著しく増加させることができるのである。
この開示の全体に亘り、「ウェハ」なる術語は、一貫して平板基板、例えばシリコンウェハや平板ガラスパネルを指し示すべく用いられるが、あらゆる基板に拡張することができることが理解されるであろう。代表的な基板は直径２００ｍｍで厚さが略０．７６０ｍｍの円盤型のものであるが、しかし乍ら、近頃では同じ厚さで直径が３００ｍｍのものが選ばれることもあるのである。
２．先行技術の説明
汚染粒子の制御は、ＶＬＳＩ回路の低コスト化、高収率化及び高収益化にとって欠くことのできないものである。設計上の原則としてより細い電気線とより狭い間隔とが次第に要求されてきており、粒子数をより一層制御し、かつより小さい直径の粒子を除去することが必要とされている。
ある種類の汚染粒子は、電気線間の空間における不完全なエッチングの原因となり、望ましくない電気的短絡を引き起こす。更に、このような物理的な欠陥に加えて、他の種類の汚染粒子は、ゲート絶縁体や接合部においてイオン化やトラッピング核を生ぜしめ電気的不良の原因になり得るのである。
汚染粒子の主な発生源は、人体、装置及び化学物質である。人体から発せられた粒子は、周囲の環境に広がり、物理的接触や移動によりウェハ上に到達する。例えば、皮膚の剥離片を発する人体は、容易にイオン化させたり欠陥を生ぜしめたりする影響力の大きい粒子発生源である。
現代の処理装置は、下は０．０１マイクロメータから上は２００マイクロメータまでの範囲の大きさの粒子と関わらねばならない。これらの大きさの粒子は、半導体処理に多大な損害を与える。今日の代表的な半導体処理は、１マイクロメータ以下の大きさを採用している。０．１マイクロメータ以上の大きさの望まざる汚染粒子は、１マイクロメータの大きさを採用する半導体装置に支障を及ぼすこととなる。当然のことながら、半導体処理において採用される大きさは次第に小さくなる傾向にある。
ごく最近においては、フィルターや他の技術により０．０３マイクロメータ以上の寸法を有する粒子を除去する試みがなされ、「クリーンルーム」は、確立されたものとなった。しかし乍ら、処理環境を改善する必要性は生じている。従来の「クリーンルーム」は、所望の無粒子状態を維持することができない。従来のクリーンルームを０．０１マイクロメータ以下の大きさの粒子が無い状態に維持することは事実上不可能である。クリーンルーム用の衣服は、粒子の放出を低減化するが、放出を十分に抑えることはできない。１分間当たり６０００個もの粒子が、十分に熟練した操作者に隣接する２８３１６立方センチメートル（１立方フィート）の空間へ放出されるのである。
汚染粒子を制御すべく、工場においては、ＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターを用いた再循環空気システムを備えたより綿密で（かつ費用のかかる）クリーンルームを建てる傾向にある。効率９９．９９９％のフィルタと一分間当たりに１０回程度の完全な空気交換とが、許容し得る清浄度を得るべく必要とされる。
装置や化学物質の内部にある粒子は、「工程欠陥」と称される。工程欠陥を最小にすべく、処理装置製造業者は、機械から発生する粒子がウェハに広がらないようにせねばならず、気体状態や液体状態で化学物質を供給する業者は、より浄化した製品を納品せねばならない。最も重要な点は、ウェハを保管、搬送及び処理装置へ移動する際において、システムを粒子から完全に絶縁するように設計せねばならない点である。ウェハ上への粒子の流動を著しく減少せしめることにより汚染粒子を減少すべく、標準自動環境（ＳＭＩＦ）システムが考案され用いられているのである。この目的は、ウェハを保管、搬送及び処理装置へ移動する際において、ウェハの周囲の気体状の媒体、例えば大気又は窒素がウェハに対して変動しないことを機械的に保証し、かつウェハの外側の周囲から粒子がウェハ環境の内部近傍に入り込まないことを保証することにより達成される。
ＳＭＩＦの概念は、内部に粒子発生源がなく粒子の無い空気である静止した小体積がウェハ環境を最も清浄化できるという認識に基づいている。
代表的なＳＭＩＦシステムは、（１）最小体積、即ち保管や搬送の為の防塵ボックスやキャリヤ、（２）ウェハカセットの開放棚、及び（３）処理装置の境界出入口のドアと係合するように設計されているボックスやキャリヤのドアや、同時に２つのドアが開放されることにより外側のドア表面に存在する粒子を２つのドアの間にサンドイッチ状に閉じ込めてしまう如き２つのドアに利用される。
代表的なＳＭＩＦシステムにおいて、ボックスやキャリヤは境界出入口に設置され、更に掛止手段であるラッチはボックスドアとポートドアとを同時に開放する。カセットを乗せる機械式のエレベータは２つのドアを開放する。操作者はカセットを取り出し、装置のカセットポート又はカセットエレベータにカセットを設置する。処理の後においては、逆の操作が行われる。
ＳＭＩＦシステムは有効であることが立証され、この事実はクリーンルームの内側と外側とにおいてＳＭＩＦ装置を用いた実験により示された。ＳＭＩＦシステムの構成は、クリーンルームの内部において開放型カセットを従来通りに搬送する装置よりも１０倍もの改良を成し遂げた。
ＳＭＩＦシステムを用いることにより、カセットを用いて一定の間隔を保ってウェハを支持することにより、ボックスやキャリヤの内部の多数のウェハを搬送することは従来通りのことであった。この技術を用いることにより、ウェハが供給された状態でカセットは搬入されボックスやキャリヤに搬送され、その後、次の処理位置の受取り用チャンバへ配置されるべくキャリヤの中で１つずつウェハはキャリヤから取り出される。
知られている代表的なシステムは、後述する先行技術であり、これら全ては、ボックス、ボックスドア及び好ましい密封装置を含むＳＭＩＦポッドの如き搬送可能な密封コンテナを利用する装置を開示している。
1991年2月26日登録の米国登録第4,995,430号  ボノラ（Bonora）他
1990年4月13日出願のPCT出願第US90/01995号
1985年7月29日出願のPCT出願第US85/01446号
各々の例において、ボックスは、超クリーン環境内にある複数のウェハをウェハ処理ステーションに隣接する環境を含んで包囲された天蓋へ離れた位置から搬送する為に用いられる。一般に、包囲された天蓋は、ＳＭＩＦポッドと天蓋との間でウェハを移動すべく、適当な密封、ラッチング及び搬送機構に組み込まれる。
ミカエルワイド（Michael Waide）他による1993年1月27日発行のEPO特許第340,345 B1号においては、包囲された天蓋を通過する清浄空気の流れのための用意がなされている。
「マイクロエレクトロニクスにおける汚染の制御の為のウェハの制限」と題された論文が、1990年8月発行の固体技術（SOLID STATE TECHNOLOGY）のＳ１頁〜Ｓ５頁に発表され、ウェハを包囲して閉鎖することの妥当性が述べられ、所望の目的を達成する３つの知られた方法が示されている。
上述した先行技術の状況を考慮して、本発明は考案されたものであり現時点において実行すべくまとめられたものである。特に、本発明は、必要とされるクリーン環境の体積を減少せしめ、かつウェハが処理ステーションから処理ステーションへ搬送される際においてＳＭＩＦボックス又はキャリヤからカセットを搬出したときに一時的に停留せしめるための保護された小環境を設けて、一度に搬送される多数のウェハのためのクリーンルームの状態を清浄に維持せしめようとする成果の結果である。
発明の概要
本発明によれば、システムは、無粒子環境において多数の半導体ウェハを搬送する移動型のキャリヤを用いている。一定の間隔を保って積み重ねられているウェハを支持しキャリヤの内部において円滑に受け取られるカセットは、クリーン環境のロードロックに引き渡される。小環境は、キャリヤと係合して収容するロードロックに隣接する内部領域を画定し、周囲の大気からロードロックチャンバとキャリヤの内部とを密封状態で絶縁する。搬送機構は、キャリヤからカセットを回収し、粒子が無い状態を維持しつつキャリヤをロードロックチャンバに移動せしめる役割を果たす。小環境内にある第１の搬送機構は、キャリヤからカセットを回収し内部領域に移動せしめ、ロードロック内にある第２の搬送機構は、小環境内の内部領域からカセットを回収してロードロックチャンバに移動せしめる。カセットの内部領域への移動を補助すべく、小環境のフードは、直立する壁を有する毛管密封を維持しつつ、降下位置と上昇位置との間で移動可能である。センサは、カセットがＳＭＩＦボックスに有るか否か、ウェハがカセット内に正確に位置づけられているか否か、更にカセットが内部領域に移動せしめられるように握持された否かを通知する。層流空気は、小環境の内部領域を通過して絶え間なく差し向けられ、カセット内で支持されているウェハから異物を除去すべく濾過されている。
本発明は、効率よく迅速に動作し統合化されて簡素化された設計に結びつくものであり、この設計は、処理ステップを実行する至る箇所において外部環境からウェハを保護しつつウェハの処理量を最大化することを保証するものである。本発明は、ＳＭＩＦアンローダの中や小環境の内部における独立したアームの代わりに、ロードロックを構成して既に利用できるロードアームを用いて、ＳＭＩＦボックスのクリーン環境を維持しつつ、吸引ロックの中に複数のウェハを収容しているカセットを移動せしめる（排気する間に）。更に、本発明のシステムは、ＳＭＩＦボックスが開放される際に順送りクロス空気流を流入せしめて、複数のウェハが収容されているカセットを小環境に送り込むのである。
本発明の更なる他の特徴、利点及び利益は、後述する図面と共に後述する記載から明らかになるであろう。上述した如き概説と後述する詳細な記載とは、典型的なものであって説明の為のものであり、本発明を制限するものではないことが理解されるであろう。本発明の一部分を取り込んで構成している添付した図面は、本発明の実施例を説明するものであり、詳細な説明と共に総括的な術語で本発明の原理を説明するものである。同じ符号は、開示の全てに亘って同じ部材を示すものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を実施するウェハ処理システムの概略正面図であり、ロードロックからカバーを取り外したときのものである。
図２は、図１に示した構成要素をより詳細に示し、図１の線２−２に沿った側面における概略断面図である。
図２Ａは、図１に示した部材の詳細断面図であり、もう１つの相対位置を描いたものである。
図３は、本発明の１つの構成要素の断面における詳細概略正面図であり、本発明のシステムのもう１つの構成要素である小環境の上部において、カセットを収容したキャリヤを示すものである。
図４は、本発明のシステムで用いられる型のウェハ搬送カセットの概略斜視図である。
図５は、図１に示した線５−５に沿った断面図である。
図６は、図５に示した線６−６に沿った断面図である。
図６Ａ〜６Ｄは、本発明のシステムの動作中に示される構成要素の連続的な位置を示す概略図であり、図６と同様のものである。
図６Ｅは、図６及び図６Ａ〜６Ｄに示した一部分の構成要素の詳細正面図である。
図７は、図３に示した構成要素の詳細断面図である。
図８は、図７と同様のものであり、もう１つの動作位置を示す更なる詳細断面図である。
図９は、本発明のシステムの小環境の内部に位置付けられた搬送装置の概略側面図である。
図１０Ａ〜１０Ｈは、図６の一部と略同様のものであり、構成要素の連続的な相対位置を示す概略側面図である。
図１１は、本発明のシステムにより用いられるカセット握持機構を示す詳細側面図である。
図１２は、図１１のカセット握持機構と本発明の他の構成要素を、拡大断面において示す詳細平面図である。
図１３及び１４は、各々、非係合位置及び係合位置におけるカセット握持機構の部材の詳細側面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
ウェハや平面パネルの如きシリコン平板基板を処理する処理システム２０を示す図１及び図２を参照する。上述した如く、後述する本開示の全てに亘り、「ウェハ」なる術語は、基板を指し示す目的で用いるのものであり、あらゆる基板に対応するように広い意味で用いられることを意図していることが理解されるであろう。特に、本発明は、新規寸法の基板の操作に有利である。
処理システム２０は、処理されるウェハを最初に受け取るロードロック２２と、映像法やプラズマエッチングの如きウェハ表面を処理する複数の単一ウェハ処理ステーション２４とを含む。代表的なものである処理ステーション２４は、処理されたウェハを１枚ずつ搬送した後、ロードロックと少なくとも１つ以上の処理ステーション２４との間において処理するために、ロードロック２２と処理ステーション２４との内部において同心円状に配置されている搬送チャンバ２８と共に接近した位置に並べられている。複数の絶縁バルブ３０は、幾つかの処理ステーション２４と搬送チャンバ２８との境界及びロードロック２２と搬送チャンバ２８との間に１つずつ設けられている。
上述した如く、半導体ウェハ３６（図１）の如き物品を清浄状態に維持すべく、キャリヤ３２（特に、図３参照）として示されている如き搬送可能なＳＭＩＦボックス又はコンテナを使用することが知られている。これは、ウェハが処理システム２０に搬入され又は搬出される間において、各々のキャリヤの内部を無粒子状態に維持することにより達成される。カセット３４（図４）を用いて一定の間隔をおいてウェハを支持することによりキャリヤの内部において多数のウェハを搬送することは通例のことである。この技術を用いることにより、キャリヤ内に配置されたカセットは、ウェハを搭載した状態でロードされ、その後、ウェハはキャリヤ内でロードロック２２に配置されるべく１枚ずつカセットから搬出されるか、又はカセットは、キャリヤ、ＳＭＩＦボックス等が存在する清浄状態の小環境とウェハ処理装置との内部でウェハと共に搬送されるかするのである。
更に、図３を参照すると、無粒子環境でウェハを搬送する移動型のキャリヤ３２は、内部４２とアクセスする為のキャリヤポート４０を有するカバー３８と、キャリヤポートと係合して密封する閉位置と閉位置から所定の間隔をおいた開位置との間で可動なキャリヤドア４４と、を含む。キャリヤ３２の完全気密性は、キャリヤドア４４が適切な位置に有るときには、最適なシール４５によって確実なものとなる。カセット３４は、キャリヤ内部において円滑に収容され、一定の間隔を保って積み重ねられている複数のウェハ３６を支持する役割を果たす。
上述した如く、ロードロック２２は、少なくとも１つ以上の処理ステーション２４内にウェハの各々が位置付けられるべくカセット３４から選択的に搬出される無粒子環境状態のチャンバ４６を画定する。ロードロック２２は、ロードロックチャンバを開放するロードロックポート４８を有すると共に、周囲の大気からロードロックチャンバを密封する為のロードロックポートと重なる閉位置と閉位置から一定の間隔を置いた開位置との間で可動なロードロックドア５０を含む。閉位置と開位置との間でロードロックドア５０を移動せしめる為の最適なドア開放機構５１（図２）が図に示されている。
図１、５及び６に示す如く、ロードロック２２は、キャリヤ３２と係合して収容する為の内部領域を画定する小環境５２と隣接する。小環境は、周囲の大気からロードロックチャンバ４６とキャリヤの内部４２とを密封して絶縁する。キャリヤ３２は、所定の方法で離れた位置から搬送され、小環境５２の一部分であるポート板５６上に位置づけられる。ポート板５６は、内部領域５４と周囲の大気との間の連通を可能にするポート開口５８を有する。ポートドア６０は、同一平面上でポート開口５８と密封状態で係合する閉位置とポート開口から離隔して非係合となる開位置との間において移動可能である。最適なシール６２は、小環境５２の完全気密性を確実にすべく使用される。
キャリヤドアがポートドアと最近接する位置において同一の広がりとなるべく、ポート板５６とキャリヤ３２とは、キャリヤを位置づける相互係合位置決め装置を含む。より明確に述べると、ポート板５６の上面には、キャリヤの底部から突出している突起６６を収容すべく所定の間隔で設けられている複数の凹部６４が形成されている。突起６６が凹部６４と完全に係合したときには、キャリヤドア４４は、ポート６０の近傍に位置しポート６０と同一の広がりを有する。
システム２０は、キャリヤ３２からカセット３４を取り出し、かつ無粒子環境状態を維持しつつロードロックチャンバ４６に搬入すべく搬送装置を利用する。この目的を達成すべく、搬送装置は、キャリヤからカセットを取り出し、小環境５２の内部領域５４へ搬入する為の第１搬送機構６８（図９）を含む。第２の搬送機構７０（図１及び２）は、内部領域５４からカセットを搬出し、ロードロックチャンバ４６へ搬入せしめる役割を果たす。
再度、図５及び６参照すると、小環境５２は、内部領域への開口を画定する最上縁７６を有し内部領域５４を包囲する直立壁７５とベース７４と含みロードロック２２と隣接するメインハウジング７２を含む。フード７８は、縁と直立壁７５とに重なり、水平なポート板５６とポート板に従属する一体化フード壁８０とを含む。フード壁は、直立壁７５と平行であり、かつ直立壁と毛管シールを形成すべく直立壁の近傍に位置する平面に位置付けられている。フード７８は、フード壁と直立壁との間の毛管シールを維持しつつ、下降位置と上昇位置との間で移動可能である。
上述した如く、ポート板５６は、内部領域５４と周囲の大気との連通を可能にすべくポート開口５８（図３）を有する。更に、上述した如く、ポートドア６０は、ポート開口と同一平面上で密封状態で係合する閉位置とポート開口から離隔して非係合となる位置にある開位置との間で移動可能である。
図７を参照すると、キャリヤドア４４には、シール４５により密封状態となる掛止位置へ常に付勢してキャリヤドアをキャリヤカバー３８へ係合せしめる掛止機構８２が設けられている。図８に示す如く、掛止機構８２は、キャリヤドアをキャリヤカバーから選択的に解放すべく非掛止位置へ移動せしめる動作が可能である。
更に明確に述べるため引き続き図７を参照すると、キャリヤドア４４は、シャフト９０上で円滑に回動可能な偏心ディスク８８を収容すべく適切な大きさと形状を有する中心空孔８６が形成されている。同様の掛止アセンブリ９２が、偏心ディスク８８に向かい合せで枢軸的に取り付けられており、一方のアセンブリについての説明は２つのアセンブリについて説明するものである。更に、所定の間隔を隔てた位置に、２つ以上の掛止機構８２をキャリヤドア４４に設けることとしてもよい。各々の掛止アセンブリは、キャリヤドア４４の端部表面９８と空孔８６との間に伸長する穿孔９６内の長手方向に摺動可能なラッチロッド９４を含む。一体偏倚板１００は、側部空孔１０２内に位置づけられており、圧縮スプリング１０３は、ラッチロッド９４を包囲すると共に、カバー３８のベース内の位置合わせ用穴部１０６と係合するラッチロッドの先端部１０４を付勢する偏倚板を押圧する。連結リンク１０８は、ラッチロッド９４の先端部１０４の反対側の端部と偏心ディスク８８とに枢軸的に取り付けられており、反時計回りにディスクが回転するとスプリング１０３の付勢力に対抗して穴部１０６から先端部１０４を引き出す（図８参照）。
ポートドア６０は、スプリング１０３の押圧による連続的な付勢力に対抗してキャリヤドアの掛止機構８２を選択的に動作せしめる起動力機構１１０を含み、上述の如き方法で、非掛止位置に向かって掛止機構を移動せしめる。上述した移動動作は、ポートドアがキャリヤ４４に隣接した位置に移動せしめられるときに発生する。ポート６０もまた起動力機構１１０を収容する中心空孔１１１を有する。起動力機構１１０は、ベルクランク１１６の１つの腕部にピン止めされているアクチュエータロッド１１４を介して、ポートドア６０内の開口１２０により導かれる駆動ピン１１８を駆動するアクチュエータ１１２を含む。図７及び８に示す如く、駆動ピンは、キャリヤドアをポートドアと分離する平面に対して上下動する。駆動ピン１１８の自由端は、係合動作中に駆動ピンの自由端を収容し保持する形状と大きさとを有する偏心ディスク８８上の支点表面１２２と係合する。即ち、キャリヤドアが、図３及び７に示す如くポートドアと重なるときに、アクチュエータは、図８に示す如き偏心ディスク８８を回転せしめるべく支点表面１２２と係合する駆動ピン１１８が前進するように動作し、その結果、カバー３８のベース内の穴部１０６と係合した状態からラッチロッド９４の先端部１０４を引き出す。反対に、アクチュエータ１１２が逆進し駆動ピン１１８が引き込まれたときには、先端部１０４が係合穴部１０６と位置合わせされている限り、先端部は、スプリング１０３の付勢力により係合穴部と再び係合することとなる。
掛止機構８２と共同起動力機構１１０との多数の他の設計によっても、随伴カバー３８からキャリヤドア４４を選択的に解放し、カバーにキャリアドアを取り付ける同様の結果に到達することができる。
システム２０が、キャリヤからカセットを取り出し小環境５２の内部領域５４へ移動せしめる第１の搬送機構６８を含むことは、上述の如きである。この機構は、特に図９においてより詳細に示されている。上述した搬送機構は、ベース７４に設けられて第１のアクチュエータロッド１２６を駆動する第１のアクチュエータ１２４と第２のアクチュエータロッド１３０を駆動する第２のアクチュエータ１２８とを含む。第２のアクチュエータ１２８は、第１のアクチュエータ１２４から離隔して第１のアクチュエータロッド１２６に固定されており、ポートドア６０と支持されるカセット３４（図３参照）を有するキャリヤ４４との重力が加重される棚板１３２は、第２のアクチュエータ１２８から離隔して第２のアクチュエータロッド１３０に固定されている。
第１のアクチュエータ１２４と第２のアクチュエータ１２８とは、共に、ポートドア６０から離隔した搬出位置からポートドア近傍の前進位置まで棚板１３２を移動せしめる操作が可能である。この前進位置を、図１０Ａに示す。システム２０の動作順に、キャリヤ３２は、ポート板５６上に配置され、正確に位置づけられる。即ち、キャリヤカバー３８の底部にある突起６６は、ポート板５６にある凹部６４と完全に係合し、その結果、入り口ドア６０と同じ広がりを有するキャリヤドア４４は、ポートドア６０の近傍に位置するのである。
更に、起動力機構１１０は、掛止機構を非掛止状態へ移動せしめる動作をし、第２のアクチュエータ１２８は、搬出位置と前進位置との間の中間位置に、ポートドア、キャリヤドア及びカセットと共に棚板１３２を移動せしめる動作をする。この中間位置を、図１０Ｂに示す。代表的な構成、但し本発明を制限するものではない構成においては、床１３４又は他の動作表面からのポート板５６の高度は９００ｍｍであり、棚板１３２は、図１０Ｂに示す位置に到達すべく１９ｍｍだけ低下せしめられる。
図６に示す如く、昇降機構１３６は、フード７８を下降位置と上昇位置との間で移動せしめる。昇降機構は、ベース７４上に支持されているシリンダ対１３８を含み、フード壁８０に設けられて対応する線形のレール１４０を動作せしめる。昇降機構１３６の動作に伴い、本発明のシステム２０の動作は連続的に動作し、フード７８は、図１０Ｃに示した如き方法で位置づけられるまでに２６６ｍｍだけ上昇する。この移動の結果、小空間５２の内部領域５４へ複数のウェハを搬送するカセット３４を低下せしめる。
図４に示す如く、カセット３４は、対向しあう一体型フランジ１４２を含む。図１１及び１２に示す如く、握持機構１４４は、カセットと係合しない位置と内部領域５４内で吊り下げられるカセットを保持する係合位置との間で移動可能である。握持機構１４４は、棚板１３２が図１０Ｂ及び１０Ｃの中間位置へ移動するときに、係合位置まで移動可能である。棚板１３２の高さは、図１０Ｂ及び１０Ｃの間において変化せず、フード７８のみが棚板に対して移動することは注目すべき点である。握持機構１４４は、ポート板５６の内部表面から吊り下げられており、片持ちされて対向する平行な支持棒対１４８を互いに近づけるように又は互いに遠ざけるように駆動する作動機器１４６を含む。支持棒１４８は、向き合う握持指部材１５０が位置づけられている自由端に伸長し、握持指部材の各々は、対向するフランジ１４２と開放可能に係合すべく一定の間隔を保っている第１と第２の向かい合う指１５４及び１５６で末端となる。
フード７８が、図１０Ｃに示す如き位置まで移動せしめられた際には、握持指部材１５０、特に、各々の握持指部材の指１５４及び１５６の間にある収容ノッチ１５８は、フランジを係合可能に収容すべくカセットのフランジ１４２の正面から見て一直線上に並ぶ。
図１０Ｄに示す如く、カセットが握持機構１４４により吊り下げられた状態で、第１及び第２のアクチュエータ１２４及び１２８は、共に床１３２から１３２ｍｍの上の高さに位置する図１０Ｅに示す引き出し位置までポートドア、キャリヤドア及びカセットと共に棚板１３２を移動せしめることができる。
上述した如く、システム２０は、小環境５２の内部領域５４からカセット３４を収容し、ロードロックチャンバ４６へ移動せしめる第２の搬送機構７０を含む。この機構は、特に図１及び２においてより詳細に記載されている。第２の搬送機構７０のより完全な記載は、1995年7月6日出願の米国出願第08/498,834号に開示されている。上述の出願の完全な記載は、本願に参照されて盛り込まれている。第２の搬送機構７０は、内部領域内においてカセットを選択的に収容するプラットフォーム１６０を含む。ロードロック２２上の駆動アーム機構１６２は、小環境の内部領域内においてポート板５６のポート開口５８と位置合わせされる（図１０Ｆ，１０Ｇ及び１０Ｈ参照）伸長位置と、ロードロックチャンバ内の収縮位置と、の間においてプラットフォーム１６０を移動せしめるべく動作可能である。
ベース部材１６４（図２及び２Ａ）は、ロードロックチャンバ４６の内部に設けられている。駆動アーム機構１６２は、上述した如き伸長位置と収縮位置との間においてなす平面上においてプラットフォーム１６０を移動せしめる為のベース部材１６４に枢軸的に設けられている。駆動アームシャフト１６６は、回転可能にベース部材１６４に設けられおり、駆動アーム機構１６２は、伸長位置と収縮位置との間においてプラットフォーム１６０を移動せしめる駆動アームシャフトに固定されている。
昇降駆動機構１６８は、上昇位置と下降位置との間において選択的にベース部材１６４を移動せしめるべく動作可能である。この目的を達成すべく、昇降駆動機構１６８は、ベース部材に設けられている駆動モータ１７０とネジ１７２を含む。プラットフォーム１６０が、内部領域５４内においてポート板５６内のポート開口５８と位置合わせされたとき（図１０Ｆ参照）、昇降駆動機構１６８は、カセットと係合して支持するプラットフォームを垂直に移動せしめるべく動作する。プラットフォームがカセットと係合すると、握持機構１４４は非係合位置（図１０Ｈ）まで移動する（図１０Ｇ）。
更に、第２の搬送機構７０は、駆動シャフト１７２と駆動シャフトを回転せしめるモータ１７４とを含む。連結機構１７６は、ベース部材１６４が下降位置にあるときに、駆動アームシャフト１６６を駆動シャフト１７２と連結駆動せしめる。
システム２０は、動作状態を検出して適切な情報を絶え間なく操作者に供給する幾つかのセンサが設けられている。
図１４に示す如き１つの例においては、握持機構は、対向し合う指１５４と１５６との間においてカセット３４のフランジ１４２が収容ノッチ１５８と適切に係合したか否かを検出するセンサを含む。この例においては、第１の指１５４上の送信機１７８は、第２の指１５６に対して指示信号を発すべく動作可能である。第２の指１５６は、第１の指の発信機からの信号を受信すべく第２の指１５６に位置づけられている受信機１８０を有する。上述した如き構成により、受信機１８０において信号が存在することは、指の間に位置づけられているカセットが存在しないことを示し、受信機において信号が存在しないことは、指の間にカセットフランジ１４２が存在することを示す。
他の例においては、実際にカセットがキャリヤ３２に存在するか否かを知ることが望ましい。図１０Ａに示す如く、この目的を達成すべく、カセット存在発信機１８２が、フード壁８０の１つに設けられており、フードが下降位置（図１０Ｂ）と上昇位置（図１０Ｃ）との間で移動する際に、カセット存在発信機１８２は、フード壁の対向する１つの壁に設けられているカセット存在受信機１８４にカセットの通路を挟んで信号を差し向ける。この装置においては、受信機１８４において信号が存在することは、内部領域５４の内部においてカセットが存在しないことを示し、受信機において信号が存在しないことは、内部領域においてカセットが存在することを示す。
更に他の例として、ウェハがカセットから部分的に出し入れされたか否か、この動作は望ましいものではないが、このことを知ることは好ましいことである。この目的を達成すべく、図１０Ａに示されている如く、ウェハ搬出発信機１８６がフード壁８０の１つに設けられており、フードが下降位置（図１０Ｂ）と上昇位置（図１０Ｃ）との間を再度移動する際に、信号はフード壁の対向する１つの壁に設けられているウェハ搬出受信機１８８にカセットの通路を挟んで差し向けられる。上述した如き装置において、信号が受信機１８８に存在することは、カセット内にウェハが適切な位置に位置づけられていることを示し、信号が受信機に存在しないことは、ウェハはカセットの外側に不適切に突出していることを示す。
図５及び６に示す如く、本発明の他の特徴として、システム２０は、内部領域から異物を除去すべく、特にカセット３４内で支持されているウェハ３６から異物を除去すべく、小環境５２の内部領域５４を介して層流を指し向ける空気流生成サブシステム１９０を含む。サブシステム１９０は、垂直移動するフード７８上に設けられているファン１９２を含んでいる。ファンは、周囲の大気から汚染物質の進入を防止すべく小環境内において正の圧力を生ぜしめる役割を果たす。更に、ファンは、小環境内において矢印１９３で示す如き循環空気流を生成せしめる動作もする。小環境内における正の圧力は過剰な空気の原因となり、約１０％〜１５％の空気が直立壁７５とフード壁８０との間の毛管シールを通じて排出されるが故に、周囲の大気からの「補填」空気により補充する必要が生じる。この目的のために、可調空気ダンパー２００は、「補填」空気の量を十分に吸い込み、フードとメインハウジングとの間の毛管シールを通じて小環境から漏れる空気の量を補うファンに空気を導く為に、周囲の大気とファン１９２とを連通すべくフード７８に設けられている。
サブシステム１９０の他の重要な構成要素は、フィルター１９４、好ましくはＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air）フィルターであり、このフィルターは、一般に０．１〜０．２ミクロンの範囲の大きさの粒子を空気流から約９９．９９９％の効率で除去するものである。フィルター１９４は、矢印１９３により示される空気流から粒子状物質を除去すべくフード７８上のファン１９２の下流に設けられている。ダクト１９６は、小環境５２内に設けられて、ファンからフィルターへの空気流を維持し差し向けるべくフード７８上に設けられている。
ファン１９２とダクト１９６と同様に、フィルター１９４は、フードと共に移動すべくフード上に設けられており、図５及び６に示す如くカセットが完全に小環境内にあるときにはフィルタを通過する空気流の全てをカセット３４の内部へ引き込みかつ通過せしめるべく排出することとなる排気表面２０２を有する。この例においては、フィルター１９４の排出面２０２における完全突出領域は、カセットの完全突出領域に等しい。
上述した如き構成において、図６Ａに示す如き下降位置と図５、６及び６Ｄに示す如き上昇位置との間におけるフード７８の移動に伴い、キャリヤドア４４の面より上に位置づけられる排気表面２０２の突出領域（図６Ｂ及び６Ｃに連続的に示した如く）が増加する量と、キャリヤポート４０の面より下に位置づけられるカセットの突出領域が増加する量とは、各々等しくなる。
カセットの下流においては、カセットからファンへ戻る空気流を維持し差し向けるべく、好ましく形成された高圧状態維持部材２０４が設けられている。高圧状態維持部材の壁の一部分である分配板２０６（図６、図６Ａ〜６Ｅ）には、カセットが図６Ｄに示す位置を占めるときにはカセットと最近接して同一の広がりとなる表面全体に亘って、均一な間隔で配置された複数の穿孔２０８が設けられている。この分配板２０６の目的は、流束線の集中を防止し、更に、小環境５２内の空気流、特にファンに戻る際の空気流の均一性を保証することである。
空気流の他の制御手段は、高圧状態維持部材２０４とファン１９２との間の境界に位置づけられている可調流ダンパー２１０である。ダンパー２１０は、主として常に乱流を防止することを保証すべく動作する。
空気流生成サブシステムの主な目的は、移動型キャリヤ３２の清浄環境から取り出されるカセットが、小環境５２内において、同水準の清浄環境を経て搬送されることを確実にすることである。上述した全ての手段は、カセットや半導体ウェハ上に有害な粒子状物質を持ち込む乱流や回転流を防止すべく動作するものである。この点に関して、本発明に求められて成し遂げるべき目標は、２点有り、第１の点は、小環境内において空気流を必要以上に攪拌させないことであり、さもなければ、隣接する表面上の粒子が空気中を伝達することとなる。第２の点は、フィルター１９４により遮られ除去されるまでの間において移動する空気流内に既に存在する粒子の数を保つことである。
本発明の好ましい実施例を詳細に開示したが、明細書内に記載されかつ添付した請求項内で明確にされた本発明の範囲から逸れること無く、上述した如き実施例を多様に修正できることを当業者は理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図９】
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【図４】
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【図１３】
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【図１４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１２】
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