JP2006248628A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡素な構成でありながら、被搬送物を精度良く２次元方向に搬送できる搬送装置を提供する。
【解決手段】
図１（ａ）に示すように、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を近接する方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲから遠ざかる方向に移動させることができる。これとは逆に、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を離隔する方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲに近接する方向に移動させることができる。更に、図１（ｂ）に示すように、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を等速で同方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲに沿った方向に移動させることができる。即ち、スライダＳ１，Ｓ２の移動のみで、ツイーザＴが保持するウエハを２次元方向に任意の位置に搬送できることとなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークや工具などを搬送する搬送装置に関する。

作業者の代わりに、ワークや工具などを加工場所に搬送するロボットとしての搬送装置が知られている。特許文献１には、自動生産ラインに配置されるワーク搬入出手段を備えた搬送装置が開示されている。
特開２００３−２８５２５０号公報

ところで、特許文献１の搬送装置は、２本のアームを直列に互いに枢動可能に取り付けており、かかるアームを所定の角度位置へと枢動させることで「く」字状にし、そのアーム先端に保持したワークを任意の位置に搬送できるようになっている。しかるに、アームは、片持ち状で直列に連結されているので、ガタの積み重ねにより、アーム先端のワークの位置精度が悪くなるという問題がある。又、アームが、片持ち状で直列に連結されていることから振動に弱いという問題があり、これらを解消するには、アームの剛性をかなり高める必要があり、装置全体の重量増を招くこととなる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら、被搬送物を精度良く２次元方向に搬送できる搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の搬送装置は、
レールに沿って移動可能に配置された一対のスライダと、
前記スライダに各々一端を枢動可能に取り付けられた一対のアームと、
前記アームの他端に取り付けられ、被搬送物を保持可能なツイーザと、
前記スライダを前記レールに沿って駆動する駆動部と、
前記駆動部が前記スライダを等速で同方向に移動させることによって、前記ツイーザを前記レールの方向に移動させ、前記駆動部が前記スライダを異なる速度で移動させることによって、前記ツイーザを前記レールと交差する方向に移動させることを特徴とする。

本発明の搬送装置によれば、前記ツイーザを一対のアームで支持しているので、従来技術に比べ、被搬送物の支持剛性を高く維持できる。また、前記スライダの移動のみで、前記ツイーザを２次元方向において任意の位置に位置決めできるので、駆動制御が簡素化される。

図１は、本発明の一例を示す斜視図である。図１において、リニアガイドレールＲ上を、２つのスライダＳ１，Ｓ２が移動自在に配置されている。スライダＳ１には、アームＡ１の一端が枢動可能に取り付けられており、スライダＳ２には、アームＡ２の一端が枢動可能に取り付けられている。アームＡ１，Ａ２の他端は、それぞれツイーザＴに枢動可能に取り付けられている。ツイーザＴは、ここでは被搬送物であるウエハＷを保持可能となっている。不図示の駆動部が、スライダＳ１，Ｓ２をそれぞれ独立して駆動可能となっている。

図１（ａ）に示すように、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を近接する方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲから遠ざかる方向に移動させることができる。これとは逆に、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を離隔する方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲに近接する方向に移動させることができる。更に、図１（ｂ）に示すように、駆動部によりスライダＳ１、Ｓ２を等速で同方向に駆動することによって、ツイーザＴをガイドレールＲに沿った方向に移動させることができる。即ち、これらスライダＳ１，Ｓ２の移動の組み合わせで、ツイーザＴが保持するウエハを２次元方向に任意の位置に搬送できることとなる。

前記スライダと、前記アームと、前記ツイーザは、大気から遮蔽される隔壁内に配置され、前記駆動部は、前記隔壁の外部に設けられており、前記駆動部と前記スライダとの間は、磁気カップリングを介して動力が伝達されると好ましい。

例えば半導体製造装置等においては、不純物を極力排除するために真空槽内の超高真空雰囲気中で被加工物に対する加工作業が行われる。その場合に使用される搬送装置の駆動モータにあっては、駆動軸の軸受に一般的なグリースなどのように揮発成分を含有する潤滑剤を用いることはできないから、金や銀などの軟質金属を軸受の内外輪にプレーティングすることで潤滑性を高めている。また、駆動モータのコイル絶縁材、配線被覆材及び積層磁極の接着剤なども、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されるという実情がある。

特に近年、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にＩＣのパターン幅の微細化による高密度化が進められている。この微細化に対応できるウエハを製造するために、ウエハ品質に対する高度の均一性が要求されている。その要求に応えるためには、ウエハの低圧ガス処理室における不純物ガス濃度の一層の低減が重要である。また、要求通りに微細加工を行うためには、極めて高精度の位置決め装置が必要である。こうした見地から上記従来の搬送装置を検討すると、以下のような種々の問題点が指摘される。

すなわち、超真空雰囲気を備えた真空槽内で用いる駆動モータの場合、たとえ駆動モータのコイル絶縁材や配線被覆等に、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されても、それが有機系の絶縁材料である限り、ミクロ的には多孔質であって表面には無数の穴を有している。これを一旦大気にさらすと、その表面の穴にガスや水分子等を取り込んで吸蔵してしまう。それらの吸蔵不純分子を真空排気で除去する脱ガスに長時間を要してしまい、生産効率の低下は避けがたい。さらには、真空中においては空気の対流による放熱があり得ないから、コイル温度の局部的な上昇を生じた場合に、その部分の抵抗が増大して発熱が加速され、コイル絶縁皮膜の焼損を招き易い。これに対して、コイル絶縁材に無機材料を用いると共に、配線はステンレス管のシース電線を用いることで吸着不純分子を低減することが考えられる。しかしその場合はコストが非常に高くなるのみならず、コイル巻線スぺース内に占める銅などの導体の比率が減少して電気抵抗が増加し、その結果、モータの容量低下を来す恐れがある。

これに対し、本発明によれば、かかる用途に搬送装置を用いる場合には、大気環境から遮蔽する隔壁を設け、前記駆動部を隔壁外に配置することによって、前記隔壁内が真空雰囲気であっても、吸蔵不純分子等が前記隔壁内に放出されることが抑制され、真空中の加工を損なう恐れことなどを抑制できる。

前記磁気カップリングは、前記スライダに取り付けられた第１の磁石と、前記隔壁の外部に配置された第２の磁石とを含み、前記第２の磁石は、前記駆動部により前記レールに沿った方向に駆動されると好ましい。

前記スライダと、前記アームと、前記ツイーザは、大気から遮蔽される隔壁内に配置され、前記駆動部は、前記隔壁の外部に設けられてたリニアモータ固定子を含むと好ましい。リニアモータ固定子とリニアモータ可動子とで、リニアモータを構成するものとする。

前記レールに沿った方向に複数のプロセスチャンバが配置され、前記ツイーザは、一つのプロセスチャンバに侵入した後に、他のプロセスチャンバに侵入するようになっていると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる搬送装置の断面図であり、図３は、本実施の形態にかかる搬送装置の駆動部の斜視図であり、図４は、駆動部の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。

図２において、筐体１は、内部が超真空雰囲気に維持されており、左側がウエハＷを搬送するための搬送チャンバＣＣであり、右側がウエハＷに加工を行うためのプロセスチャンバＰＣ（紙面垂直方向に複数並んで設けられている）となっている。筐体１の搬送チャンバＣＣ底面１ａ上には、２本のリニアガイドレール２，２が紙面垂直方向に延在するように敷設されている。かかるリニアガイドレール２，２の上方には、矩形板状のスライダ４が配置されている。スライダ４の下面に取り付けられたベアリング３，３は、リニアガイドレール２，２に係合しており、すなわちスライダ４は、リニアガイドレール２，２に対して移動可能となっている。

スライダ４の上面に設けられた軸部４ａには、軸受５を介してアーム６の一端が枢動可能に取り付けられている。更に、アーム６の他端に形成された軸部６ａには、軸受７を介してツイーザ８が枢動可能に取り付けられている。ツイーザ８は、被搬送物としてのウエハＷを保持しており、搬送チャンバＣＣ内から、図２に示すようにプロセスチャンバＰＣ内の受け渡し位置へと搬送することで、上下するウエハ支持シャフトＷＳに対してウエハＷの受け渡しを行い、所望の加工を行うことができるようになっている。尚、図２では不図示だが、同様のスライダがリニアガイドレール２，２上に配置され、また同様のアームがそのスライダとツイーザ８とを連結している。

軸受５，７は、内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし。転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。

尚、軸受５，７は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、また４点接触式玉軸受であるので、アーム６やツイーザ８からのチルトする方向のモーメントを受けることができるが、４点接触式に限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理（ＤＦＯ）を行っても良い。

筐体１の搬送チャンバＣＣ底面１ａには、リニアガイドレール２，２に沿って延在する開口１ｂが形成されている。スライダ４の下面に取り付けられ、開口１ｂを介して筐体１の内部から外部へと延在するようにして、脚部４ｂが取り付けられている。脚部４ｂの図２で左右の下部端面には、永久磁石（第１の磁石）ＭＧ１がＮ極とＳ極とがリニアガイドレール２，２に沿って交互に並ぶようにして取り付けられている（図３参照）。又、開口１ｂには、脚部４ｂと磁石ＭＧ１とを包囲する筐体状の隔壁９が、密封的に取り付けられている。隔壁９は非磁性体であるステンレス（例えばＳＵＳ３１６）などから形成されると好ましい。従って、脚部４ｂと磁石ＭＧ１とを含むスライダ４，アーム６，ツイーザ８は、真空環境内に配置されていることとなる。

隔壁９を包囲するようにして駆動部１０が設けられている。図３に示すように、駆動部１０は、本体１１と、モータ１２と、ボールねじ機構１３と、永久磁石（第２の磁石）ＭＧ２とから構成されている。

筐体１の搬送チャンバＣＣ底面１ａの下面には、リニアガイドレール１４、１４が紙面垂直方向に（即ちリニアガイドレール２，２と同方向に）延在するように敷設されている。かかるリニアガイドレール１４，１４の下方には、駆動部１０の本体１１が配置されている。本体１１の上面に取り付けられたベアリング１５，１５は、リニアガイドレール１４，１４に係合しており、すなわち本体１１は、リニアガイドレール１４，１４に対して移動可能となっている。

又、図３に示すねじ軸１３ａが、リニアガイドレール１４，１４と同方向に延在している。ねじ軸１３ａの周囲に配置されたナット１３ｂは、本体１１に対して回転のみ可能となるように支持されている。ナット１３ｂは、本体１１に固定されたモータ１２の回転軸に取り付けられたプーリ１２ａより、それに係合するタイミングベルト１７を介して回転力を伝達されるようになっており、ナット１３ｂが回転することで、ねじ軸１３ａの外周に形成される雄ねじ溝と、ナット１３ｂの内周に形成される雌ねじ溝との間に形成される転送路内に配置された多数のボール（不図示）が転動し、それにより、ねじ軸１３ａに対してナット１３ｂと共に本体１１が軸線方向に移動するようになっている。ねじ軸１３ａ、ナット１３ｂ、不図示のボールとでボールねじ機構を構成する。

本体１１は、図４（ｂ）で示す方向に見て略Ｕ字状の断面を有し、その内側の対向する両側面に、脚部４ｂに取り付けた永久磁石ＭＧ１に対向するようにして、一対の永久磁石ＭＧ２を取り付けている。図４（ａ）に示すように、各永久磁石ＭＧ２においては、Ｎ極とＳ極とがリニアガイドレール１４，１４に沿って交互に並ぶようにして配置されている。永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２が磁気カップリングを構成する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。不図示の制御部より、駆動部１０のモータ１２に電力を供給することで、各モータ１２を独立して回転駆動できる。モータ１２が回転すれば、その回転方向と回転角度に応じて、本体１１が所望の方向及び所望の位置に移動するようになっている。本体１１が移動すると、永久磁石ＭＧ１，ＭＧ２の異極同士が引き合う磁気カップリング作用により、脚部４ｂが追従し、それによりスライダ４も所望の方向及び所望の位置に移動する。尚、永久磁石ＭＧ１、ＭＧ２の間には大きな吸引力が働くが、隔壁９をはさんで、２組の磁極を対向させているので、各組の磁石同士の吸引力がほぼ相殺されるためスライダ４を支持するリニアガイド（リニアガイドレール２，２とベアリング３）には、実質的に吸引力が働かないようになっている。真空中用のリニアガイドは、アウトガスを防ぐ為に真空中用の潤滑材を使用しているものがあるが、このタイプのリニアガイドでは一般的に許容負荷容量が小さくなる。その為、リニアガイドに吸引力を作用させないことは、その長寿命化に貢献する。

従って、図２において、ウエハ支持シャフトＷＳからウエハＷを受け渡されたツイーザ８は、２つのスライダ４を離隔する方向に駆動することによって、プロセスチャンバＰＣから搬送チャンバＣＣ内へと引き出すことができる。その後、スライダ４を等速で同方向に駆動することによって、ウエハＷを保持したツイーザ８をガイドレール２，２に沿った方向（紙面垂直方向）に移動させることができる。別のプロセスチャンバＰＣに対向する位置にきたときに、２つのスライダ４を近接する方向に駆動することによって、ツイーザ８をガイドレール２，２から遠ざかる方向に移動させ、搬送チャンバＣＣ内からそのプロセスチャンバＰＣへと侵入させることができ、そのウエハ支持シャフトＷＳにウエハＷを受け渡すことが可能となる。

又、モータ１２は大気側に配置されており、隔壁９を挟んで磁気カップリングにより駆動力をスライダ４に伝達するようになっているので、搬送チャンバＣＣ内にアウトガスなどの発生源を設けることが回避され、搬送チャンバＣＣと連通するプロセスチャンバＰＣ内において、より適切な加工を行うことができる。

図５は、第２の実施の形態にかかる搬送装置の斜視図であり、図６は、その上面図である。第２の実施の形態が、図２〜４の実施の形態と異なる点は、駆動部にリニアモータを装備した点である。より具体的には、それ自体が真空隔壁として機能する筐体１には、開口が形成されておらず、筐体１の内部に配置されたスライダ４の下面にリニアモータの可動子ＬＭを配置し、それに対向して筐体１の底面１ａを挟んで、駆動部としてのリニアモータの固定子ＬＳを配置している点が異なっている。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であるため同じ符号を付すことで説明を省略する。又、リニアモータの動作については良く知られているので、ここで詳細は記載しない。上述した実施の形態では、ねじ軸の長さを無制限に確保することは困難であるため、ストロークの制約があったが、本実施の形態では、リニアモータの固定子ＬＳは、搬送方向に距離の制限なく配置できるので、プロセスチャンバＰＣの数に制限なく設けられるという特長がある。

良く知られている態様でリニアモータを駆動することによって、１対のスライダ４を任意の方向・任意の位置に移動させることで、プロセスチャンバＰＣにウエハを保持したツイーザを、複数のプロセスチャンバＰＣのいずれかに対して出し入れ自在とすることができる。即ち、図６に示すように、プロセスチャンバＰＣが、ガイドレール２，２の延在する方向に並んでおり、個々に加工内容が異なる場合に、本実施の形態の搬送装置を用いて、ツイーザ８に保持したウエハＷを順次プロセスチャンバＰＣに挿入しながら搬送でき、加工効率が大幅に向上することとなる。又、かかる搬送装置であれば、プロセスチャンバＰＣを直線状に多数配置できるため、例えば放射状にプロセスチャンバＰＣを配置した構成に比べると、プロセスチャンバの数の制約がなくなり、近年、工程数が増加傾向にある半導体製造などの真空プロセスに容易に対応できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態の搬送装置においては、駆動部にボールねじ機構及びモータ、又はリニアモータを用いているが、これに制約されるわけではなく、ラックとピニオンによる駆動方式でも良い。また、アームの構成も、各１本の構成でツイーザに接続する構成で記したが、アームを多段構成にして伸縮長さを伸ばす構成も可能である。

本発明の一例を示す斜視図である。 第１の実施の形態にかかる搬送装置の断面図である。 本実施の形態にかかる搬送装置の駆動部の斜視図である。 本実施の形態の駆動部の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 第２の実施の形態にかかる搬送装置の斜視図である。 本実施の形態にかかる搬送装置の上面図である。

符号の説明

１ 筐体
１ａ 底面
１ｂ 開口
２，２ リニアガイドレール
３ ベアリング
４ スライダ
４ａ 軸部
４ｂ 脚部
５，７ 軸受
６ アーム
６ａ 軸部
８ ツイーザ
９ 隔壁
１０ 駆動部
１１ 本体
１２ モータ
１２ａ プーリ
１３ ボールねじ機構
１３ａ ねじ軸
１３ｂ ナット
１４ リニアガイドレール
１５ ベアリング
１７ タイミングベルト
ＣＣ 搬送チャンバ
ＬＭ 可動子
ＬＳ 固定子
ＭＧ１，ＭＧ２ 永久磁石
ＰＣ プロセスチャンバ
Ｗ ウエハ
ＷＳ ウエハ支持シャフト

Claims (5)

1. レールに沿って移動可能に配置された一対のスライダと、
   前記スライダに各々一端を枢動可能に取り付けられた一対のアームと、
   前記アームの他端に取り付けられ、被搬送物を保持可能なツイーザと、
   前記スライダを前記レールに沿って駆動する駆動部と、
   前記駆動部が前記スライダを等速で同方向に移動させることによって、前記ツイーザを前記レールの方向に移動させ、前記駆動部が前記スライダを異なる速度で移動させることによって、前記ツイーザを前記レールと交差する方向に移動させることを特徴とする搬送装置。
2. 前記スライダと、前記アームと、前記ツイーザは、大気から遮蔽される隔壁内に配置され、前記駆動部は、前記隔壁の外部に設けられており、前記駆動部と前記スライダとの間は、磁気カップリングを介して動力が伝達されることを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記磁気カップリングは、前記スライダに取り付けられた第１の磁石と、前記隔壁の外部に配置された第２の磁石とを含み、前記第２の磁石は、前記駆動部により前記レールに沿った方向に駆動されることを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。
4. 前記スライダと、前記アームと、前記ツイーザは、大気から遮蔽される隔壁内に配置され、前記駆動部は、前記隔壁の外部に設けられてたリニアモータ固定子を含むことを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。
5. 前記レールに沿った方向に複数のプロセスチャンバが配置され、前記ツイーザは、一つのプロセスチャンバに侵入した後に、他のプロセスチャンバに侵入するようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搬送装置。
   

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