JP2004500521A - ガスカーテンを利用したシールリング - Google Patents

Abstract

半導体製造自動化に使用する回転動及び往復動シーリング用の非接触隔離シールアセンブリ（３４）である。非接触隔離シールアセンブリ（３４）は、開口を有するシールを使用し、シャフト（２２）が該開口を貫通して伸長している。ギャップ領域（６８）は、シャフト（２２）の外側表面（８８）とシールの開口との間に保持されている。気体源（４２）がギャップの内部に接続され、圧力がシャフトを囲繞している。気体の流れ及び差圧力は、流体、気体、及び汚染物質にギャップ領域（６８）が通過されることを防止し、駆動機構の汚染を防止している。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
関節式アームが、半導体ウエーハ，板材及びフラットパネルディスプレイをカセット，ロードロック，加工モジュール及び他の作業位置の間を搬送するために使用されていることは、周知である。半導体の処理における最近の技術開発は、化学金属研磨（ＣＭＰ）及び銅蒸着の導入を含んでおり、その結果関節式アームは、流体、腐食性の液体及び腐食性の気体に曝されることが可能である。該流体、腐食性の液体及び腐食性の気体は、関節式アームに対する駆動機構に浸透することが可能であり、汚染と腐食に起因する機械的及び電気的コンポーネントの早期破損を生じる。従来、駆動機構は典型的にはベローズ、リップシール、ラビリンスシール、又は磁性流体タイプシールを使用してシールされている。これらシールの種類の各々は、効果的ではあるが、高価であるか又は高精度の機械加工とシーリングコンポーネントの整合を更に必要とする。
【０００２】
本発明の装置は、材料搬送装置に関する。搬送される材料は、シリコン、ガリウム砒素等の半導体ウエーハに限定されず、高密度インターコネクト等の半導体封入基板、マスク又はレチクル等の半導体製造工程のイメージングプレート、アクティブマトリックス液晶表示器基板又は電界放出ダイオード基板等の大領域表示パネルが含まれ得る。
【０００３】
本発明はウエーハ及びフラットパネルを取扱うロボット駆動技術に更に関係し、より詳細には流体、気体及び汚染物質がロボット駆動機構から隔離され且つ排除されることが可能な該技術の改良に関する。本発明は、更に回転運動するシャフト又は往復運動するシャフト又は両方の運動をするシャフトのシールに関していて、より詳細には回転運動するシャフト又は往復運動するシャフト又は両方の運動をするシャフトに対する低摩擦の気体及び液体排除シールに関する。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、半導体製造自動化に使用するシールアセンブリに属し、より詳細にはロボット駆動機構がベローズ、リップシール、ラビリンスシール、又は磁性流体タイプシールを使用することなく流体、気体、及び汚染物質からシールし且つ隔離することを可能とする改良に関する。
【０００５】
より詳細には、本発明は、半導体製造自動化に使用する回転動及び往復動シーリングに対する非接触隔離シールアセンブリに存する。非接触隔離シールアセンブリは、開口を有するシールを含み、シャフトが該開口を貫通して伸長している。ギャップ領域は、シャフトの外側表面とシールの開口との間に維持されている。気体源はギャップ領域の内側に接続され、その結果ギャップ領域中の気体圧力は、シャフトを囲繞する気体圧力よりも高圧力で維持されている。気体の流れ及び差圧は、流体、気体、及び汚染物質がギャップ領域を通過することを防止し、駆動機構の汚染を防止している。
【０００６】
本発明における上記記載の特性及び他の特徴は、添付図面と関連する以下の詳細な説明中に説明されている。
【０００７】
【好適な実施例の詳細な説明】
図１は、基板搬送装置１０の斜視図を示している。基板搬送装置１０は、駆動ハウジング１４と、駆動シャフト２２と、駆動アーム２６及びマウンティングフランジ１８とを含んでいる。マウンティングフランジ１８は、作業表面１３に固定されている。流体、腐食性液体及び腐食性気体等の汚染物質は、作業表面１３とマウンティングフランジ１８の側面に限定され、駆動アーム２６は、クランピング、ガスケット、Ｏリングの何れかによってマウンティングフランジ１８を作業表面１３に静的にシーリングすることによって動作する。作業表面１３は、流体、腐食性液体及び腐食性気体等の汚染物質に駆動ハウジング１４の外側が曝されることを防止する障壁として作用している。駆動アーム２６は、基板３２を搬送する際に真空グリップが利用され得る又は利用され得ないエンドエファクタ２８を含んでいる。駆動シャフト２２は、駆動ハウジング１４に対して垂直方向１６又は回転方向１２又はその両方向に移動し得る。シールアセンブリ３４は、流体、腐食性液体及び腐食性気体等の汚染物質が駆動アーム２６を動作する作業表面１３及びマウンティングフランジ１８の側面から駆動アーム２６が駆動するためのロボット駆動機構が存在する駆動ハウジング１４の内部に通過することを防止する。シールアセンブリ３４は、粒子等の汚染物質が、駆動ハウジング１４の内側から駆動アーム２６が動作する作業表面１３及びマウンティングフランジの側面に通過することを更に防止している。米国特許第５，２７０，６００号に開示される如き基板加工装置は、この明細書の開示に組み込まれる。基板搬送装置１０は、基板及び公知の如き半導体ウエーハ又はフラットパネルディスプレイ等の同類の他の物品の処理に使用するよう適用される。変形実施例において、他の種類のハウジング、フランジ、アームアセンブリが本発明と共に使用され得る。
【０００８】
図２は、基板搬送装置の１部断面斜視図を示している。シールアセンブリ３４は、マウンティングフランジ１８中にシール３８を含み、捕獲板４０により緩く又は固く適切に保持されている。シャフト２２は、マウンティングフランジ１８に対して垂直方向１６に又は回転方向１２に又は両方向に移動し得る。気体源４２は、配管４４と継手４６によってマウンティングフランジ１８に接続されている。気体源は、圧縮空気，窒素，アルゴン，又は図１の駆動ハウジング１４内に含まれた駆動機構に適合する他の種類の気体とすることが可能である。
【０００９】
図３は、本発明の第１実施例の１部断面図を示している。第１実施例のシールアセンブリ５０は、捕獲板４０によって適切に保持されたマウンティングフランジ１８中のシール５４を含んでいる。シャフト２２は、マウンティングフランジ１８に対して垂直方向１６又は回転方向１２又はその両方向に移動し得る。シャフト２２は、外側表面８０を含み、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な物質が使用可能である。マウンティングフランジ１８は、ポート５２と下部台座表面７８と外側台座表面６６とを含む。捕獲板４０は、上部台座表面７４を含む。シール５４は、第１シーリング表面５６と第２シーリング表面と凹部６０と下部シーリング表面７６と上部シーリング表面７２と外側表面６２と通気孔６４及び６５とを含んでいる。変形実施例として、凹部６０は、シールアセンブリの機能性を維持する限り、第１シーリング表面５６と第２シーリング表面５８とに同様の表面を効果的に作成することで削除され得る。シール５４は、各種の金属、プラスチック、又は他の適切な物質から作成可能であるが、好ましくはＫＹＮＡＲ等のＰＶＤＦ樹脂から機械加工される。ＫＹＮＡＲは、ペンヴォルトコーポレーション（Ｐｅｎｎｗａｌｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のポリフッ化ビニリデン樹脂に対する登録商標である。
【００１０】
下部シールギャップ８８は、下部シーリング表面７６と下部台座表面７８との間の空間である。上部シールギャップ９０は、上部台座表面７４と上部シーリング表面７２との間の空間である。下部シーリングギャップ８８と上部シーリングギャップ９０の好ましい総計値は、シールリング５４がマウンティングフランジ１８中で浮上する略０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間に維持され、その結果シール５４はシャフト２２と実質的に同軸に位置する。しかしながら、他の距離が提供され得、且つ企図された目的を作用する範囲が使用可能である。この特性は、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の偏心及び撓みを補正する。変形実施例として、下部シーリングギャップ８８と上部シーリングギャップ９０は、フランジ１８に対してゼロ又はより少なくして有効な固定シール５４とすることが可能であり、この場合シャフト２２は、シール５４の第１シーリング表面５６と第２シーリング表面５８に接触しないように正確に案内されなければならない。外側遊びギャップ８６は、外側表面６２と外側台座表面６６との間の空間である。外側遊びギャップは、シール５４がフランジ１８の底に達することを防止するために、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の撓み及び偏心の予期された値の総計よりも多い値を維持することが好ましい。上部シャフトシールギャップ８２は、第１シーリング表面５６とシャフト２２の間の空間である。下部シャフトシールギャップ８４は、第２シーリング表面５８とシャフト２２の間の空間である。好ましい上部シャフトシールギャップ８２と下部シャフトシールギャップ８４は、略０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間に維持される。しかしながら、他の距離が適用され得、且つ企図された目的を作用する範囲が使用可能である。
【００１１】
気体源４２は、配管４４と継手４６とによりマウンティングフランジ１８に接続されている。気体源は、圧縮空気、窒素、アルゴン、又は図１の駆動ハウジング１４内に含まれた駆動機構に適合する他の種類の気体とすることが可能である。気体圧力は、好ましくは略２．２７から４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（略５から１０ポンド／平方インチ）の間の範囲に維持される。しかしながら、他の圧力が提供され得、企図された目的を作用する範囲が使用可能である。気体はポート５２を通ってシールアセンブリに案内され、外側与圧領域７０と通気孔６４，６５とギャップ領域６８とを略２．２７から４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（略５から１０ポンド／平方インチ）の間の好ましい圧力に維持する。しかしながら、他の圧力が提供され得、企図された目的を作用する範囲が使用可能である。気体は、下部シールギャップ８８と上部シールギャップ９０とを通過するよりも高いレートで上部シャフトシールギャップ８２と下部シャフトシールギャップ８４とを通過して流れる。何となれば、第１シーリング表面５６及び第２シーリング表面５８の下部表面領域と同様に上部シャフトシールギャップ８２と下部シャフトシールギャップ８４が高いクリアランスである故である。気体圧力と気体流れの組合わせは、シール５４がシャフト２２に接触することを防止し、流体、気体、及び汚染物質に上記記載の如きシールアセンブリが通過されることを防止する障壁として作用する。
【００１２】
図４は、本発明の第２実施例の１部断面図を示している。第２実施例のシールアセンブリ１００は、捕獲板４０によって適切に保持されたマウンティングフランジ１８中に第１シール１３８と第２シール１３２とスペーサ１３６を含んでいる。シャフト２２は、マウンティングフランジ１８に対して垂直方向１６又は回転方向１２又はその両方向に移動し得る。シャフト２２は、外側表面８０を含み、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な物質で製造され得る。マウンティングフランジ１８は、ポート５２と下部台座表面７８と外側台座表面６６とを含んでいる。捕獲板４０は、上部台座表面７４を含んでいる。第１シール１３８は、第１シーリング表面１３０と第１下部表面１２４と第１上部シーリング表面１２２と第１外側表面１２０とを含んでいる。第２シール１３２は、第２シーリング表面１１４と第２下部シーリング表面１１２と第２上部表面１１０と第２外側表面１０４とを含んでいる。スペーサ１３６は、スペーサ内側表面１２８とスペーサ下部表面１０８とスペーサ上部表面１２６とスペーサ外側表面１１８とバックカット（ｂａｃｋｃｕｔ）１１９と通気孔１０６及び１３４とを含んでいる。第１シール１３８と第２シール１３２とスペーサ１３６とは、各種の金属、プラスチック、又は他の適切な物質から使用可能であるが、ＫＹＮＡＲ等のＰＶＤＦ樹脂から機械加工される。ＫＹＮＡＲは、ペンヴォルトコーポレーション（Ｐｅｎｎｗａｌｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のポリフッ化ビニリデン樹脂に対する登録商標である。
【００１３】
下部シールギャップ１４０は、第２下部シーリング表面１１２と下部台座表面７８との間の空間である。上部シールギャップ１４８は、上部台座表面７４と第１上部シーリング表面１２２との間の空間である。下部スペーサギャップ１４２は、第２上部表面１１０とスペーサ下部表面１０８との間の空間である。上部スペーサギャップ１４６は、第１下部表面１２４とスペーサ上部表面１２６との間の空間である。下部シーリングギャップ１４０と上部シーリングギャップ１４８と下部スペーサギャップ１４２と上部スペーサギャップ１４６との好ましい総計は、第１シール１３８と第２シール１３２がマウンティングフランジ１８中で浮上することを許容する略０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間に維持され、その結果第１シール１３８と第２シール１３２はシャフト２２と実質的に同軸に位置する。しかしながら、他の距離が提供され得、且つ企図された目的を作用する範囲が使用可能である。この特性は、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の偏心及び撓みを補正する。第１外側遊びギャップ１５６は、第１外側表面１２０と外側台座表面６６との間の空間である。第１外側遊びギャップは、第１シール１３８がフランジ１８の底に達することを防止するために、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の撓み及び偏心に対して予期された値の総計よりも多い値を維持することが好ましい。第２外側遊びギャップ１５４は、第２外側表面１０４と外側台座表面６６との間の空間である。第２外側遊びギャップは、第２シール１３２がフランジ１８の底に達することを防止するために、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の撓み及び偏心に対して予期された値の総計よりも多い値を維持することが好ましい。外側スペーサギャップ１５８は、スペーサ外側表面１１８と外側台座表面６６との間の空間である。好適な外側スペーサギャップ１５８は、略０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間に維持されることが好ましい。しかしながら、他の距離が適用され得、且つ企図された目的を作用する範囲が使用可能である。内側スペーサギャップ１５２は、シャフト２２の外側表面８０とスペーサ内側表面１２８との間の空間である。内側スペーサギャップ１５２は、シャフト２２がスペーサ１３６に接触することを防止するために、調整不良、フランジ１８に対するシャフト２２の撓み及び偏心に対して予期された値の総計よりも多く支持することが好ましい。上部シャフトシールギャップ１５０は、第１シーリング表面１３０とシャフト２２との間の空間である。下部シャフトシールギャップ１４４は、第２シーリング表面１１４とシャフト２２との間の空間である。好適な上部シャフトシールギャップ１５０及び下部シャフトシールギャップ１４４は、略０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間に維持されることが好ましい。しかしながら、他の距離が適用され得、企図された目的を作用する範囲が使用可能である。
【００１４】
気体源４２は、配管４４と継手４６によりマウンティングフランジ１８に接続されている。気体源は、圧縮空気、窒素、アルゴン、又は図１の駆動ハウジング１４に含まれた駆動機構に適合する他の種類の気体とすることが可能である。気体圧力は、好ましくは略２．２７から４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（略５から１０ポンド／平方インチ）の間の範囲に維持されている。しかしながら、他の圧力が提供され得、企図された目的を作用する範囲が使用可能である。気体はポート５２を通ってシールアセンブリに案内され、外側与圧領域１０２と通気孔１０６，１３４とギャップ領域１１６とを略２．２７から４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（略５から１０ポンド／平方インチ）の間の好ましい圧力に維持する。しかしながら、他の圧力が提供され得、企図された目的を作用する範囲が使用可能である。気体は、下部シールギャップ１４０と上部シールギャップ１４８とを通過するよりも高いレートで上部シャフトシールギャップ１５０と下部シャフトシールギャップ１４４とを通過して流れる。何となれば、第１シーリング表面１３０及び第２シーリング表面１１４の下部表面領域と同様に上部シャフトシールギャップ１５０と下部シャフトシールギャップ１４４の高クリアランスの故である。気体圧力と気体流れの組合わせは、第１シールリング１３８と第２シールリング１３２がシャフト２２に接触することから防御し、流体、気体、及び汚染物質に上記記載の如きシールアセンブリが通過されることを防止する障壁として作用する。
【００１５】
本発明が実施例中で特定の要素に関して詳しく記載されている一方で、本発明は、実施例，処理工程，シーケンス，又は図面中に図示された最終構造に記載された特定の方法又は装置又はその両方には限定されないことは理解されるであろう。それどころか、特許請求の範囲により規定された発明の精神と範囲内に含まれ得るものとして全ての変形と修正と均等とを含むことを企図している。加えて、他の方法又は装置が、本発明の装置に採用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を包含させた基板搬送装置の斜視図である。
【図２】本発明のシールアセンブリを示す基板搬送装置の１部断面斜視図であ
【図３】本発明の第１実施例の１部断面図である。
【図４】本発明の第２実施例の１部断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板搬送装置
１４ 駆動ハウジング
１８ マウンティングフランジ
２２ 駆動シャフト
３４，５０，１００ シールアセンブリ
３８，５４ シール
４２ 気体源
６８，１１６ ギャップ領域
１３２ 第２シール
１３６ スペーサ
１３８ 第１シール

Claims (20)

1. 半導体製造自動化の回転動及び往復動シーリングに対する非接触隔離シーリングアセンブリであって、
   前記非接触隔離シーリングアセンブリは、
   開口を有するシールと、
   外側表面を有し、且つ前記シールの前記開口を貫通して伸長しているシャフトと、
   前記シャフトの前記外側表面と前記シールの前記開口との間のギャップ領域と、
   前記ギャップ領域の内部に接続された気体源と、を含み、
   前記ギャップ領域中の気体圧力は、前記シャフト及び前記シールを囲繞する気体圧力よりも高い圧力に維持されていることを特徴とするシーリングアセンブリ。
2. 前記シャフトの前記外側表面は、筒状の形であることを特徴とする請求項１記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
3. 前記シールの前記開口は、
   前記シャフトの前記外側表面に対向する第１シーリング表面と、
   前記シャフトの前記外側表面に対向する第２シーリング表面と、
   前記第１シーリング表面と前記第２シーリング表面との間に配置された凹部と、を含むことを特徴とする請求項２記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
4. 前記凹部と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、第１及び第２シーリング表面と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離よりも大であることを特徴とする請求項３記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
5. 前記シールの前記開口は、更に内径を含むことを特徴とする請求項１記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
6. 前記開口の前記内径と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、前記開口の前記内径が前記シャフトと同軸を有する場合に０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）よりも小であることを特徴とする請求項５記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
7. 前記ギャップ領域の気体圧力は、４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（１０ポンド／平方インチ）より低く、且つ前記シャフト及び前記シールを囲繞する気体圧力よりも高く維持されていることを特徴とする請求項１記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
8. 半導体製造装置の自動化に使用される基板搬送装置であって、
   前記基板搬送装置は、
   開口を有するシールを含む駆動ハウジングと、
   外側表面を有し、且つ前記シールの前記開口を貫通して伸長しているシャフトと、
   前記シャフトの前記外側表面と前記駆動ハウジングの前記開口との間のギャップ領域と、
   前記ギャップ領域の内部に接続された気体源と、を含み、
   前記ギャップ領域の気体圧力は、前記シャフト及び前記駆動ハウジングを囲繞する気体圧力よりも高い圧力に維持されていることを特徴とする装置。
9. 前記シャフトの前記外側表面は、筒状の形であることを特徴とする請求項８記載の基板搬送装置。
10. 前記シールの前記開口は、
    前記シャフトの前記外側表面に対向する第１シーリング表面と、
    前記シャフトの前記外側表面に対向する第２シーリング表面と、
    前記第１シーリング表面と前記第２シーリング表面との間に配置された凹部と、を含むことを特徴とする請求項９記載の基板搬送装置。
11. 前記凹部と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、第１及び第２シーリング表面と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離よりも大であることを特徴とする請求項１０記載の基板搬送装置。
12. 前記駆動ハウジングの前記開口は、更に内径を含むことを特徴とする請求項８記載の基板搬送装置。
13. 前記開口の前記内径と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、前記開口の前記内径が前記シャフトと同軸を有する場合に０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）よりも小であることを特徴とする請求項１２記載の基板搬送装置。
14. 前記ギャップ領域の気体圧力は、４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（１０ポンド／平方インチ）より低く、且つ前記シャフト及び前記シールを囲繞する気体圧力よりも高く維持されていることを特徴とする請求項８記載の基板搬送装置。
15. 半導体製造自動化の回転動及び往復動シーリングに使用される非接触隔離シーリングアセンブリであって、
    前記非接触隔離シーリングアセンブリは、
    第１開口を有する第１シールと、
    第２開口を有する第２シールと、
    前記第１シールと第２シールとの間に配置された第３開口を有するスペーサと、
    外側表面を有し、前記第１シールの前記第１開口及び前記第２シールの前記第２開口を貫通して伸長し、前記スペーサの第３開口を貫通して伸長するシャフトと、
    前記シャフトの前記外側表面と前記第１シールの前記第１開口及び前記第２シールの前記第２開口及び前記スペーサの前記第３開口との間のギャップ領域と、
    前記ギャップ領域の内側に接続された気体源と、を含み、
    前記ギャップ領域の気体圧力は、前記シャフト及び前記シールリングを囲繞する気体圧力よりも高い圧力に維持されていることを特徴とするシーリングアセンブリ。
16. 前記シャフトの前記外側表面は筒状の形であり、
    前記第１シールの前記第１開口は前記シャフトの前記外側表面に対向する第１シーリング表面を含み、
    前記第２シールの前記第２開口は前記シャフトの前記外側表面に対向する第２シーリング表面を含み、
    前記スペーサの第３開口は前記第１シーリング表面と前記第２シーリング表面との間に配置された凹部を形成する、ことを特徴とする請求項１５記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
17. 前記凹部と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、第１及び第２シーリング表面と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離よりも大であることを特徴とする請求項１６記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
18. 前記第１シールの前記第１開口及び前記第２シールの前記第２開口は、第１内径及び第２内径を更に含むことを特徴とする請求項１５記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
19. 前記第１内径及び前記第２内径と前記シャフトの前記外側表面との間の半径方向の距離は、前記第１及び第２内径が前記シャフトと同軸を有する場合に０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）よりも小であることを特徴とする請求項１８記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。
20. 前記ギャップ領域の気体圧力は、４．５４ｋｇ／６．４５ｃｍ^２（１０ポンド／平方インチ）より低く、且つ前記シャフト及び前記シールを囲繞する気体圧力よりも高く維持されていることを特徴とする請求項１５記載の非接触隔離シーリングアセンブリ。

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