JP2017220561A

JP2017220561A - ノズルユニット、およびノズルユニットを備える雰囲気置換装置、ならびに雰囲気置換方法

Info

Publication number: JP2017220561A
Application number: JP2016113964A
Authority: JP
Inventors: 大悟玉造; Daigo Tamatsukuri
Original assignee: Rorze Corp
Current assignee: Rorze Corp
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】容器内の被収容物の収容状況に応じて、雰囲気置換用ノズルに適正な推力をリアルタイムで供給することが出来るノズルユニット、及び浮雰囲気置換装置を提供する。【解決手段】パージガスが通過する流路が形成されたノズル本体と、電磁石を備え、前記ノズル本体を前記雰囲気置換用ポートに対して進退移動させるノズル駆動部と、前記電磁石が発生する磁界により進退移動する永久磁石と、前記ノズル駆動手段に電力を供給する電源部と、前記電源部から供給される電流値を調節して前記電磁石に供給する制御部とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶パネル、有機ＥＬディスプレイパネル等の薄板状の基板を処理する工程間の搬送に使用される密閉可能な容器に対して、容器内部の雰囲気を不活性ガス等の雰囲気に置換する雰囲気置換装置、及び、この雰囲気置換装置に備えられるノズルユニット、並びに雰囲気置換方法に関するものである。

従来から、半導体ウエハ等の薄板状の基板に成膜、エッチングといった様々な処理を行う処理装置や、基板の移載を行うＥＦＥＭ（ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＦｒｏｎｔＥｎｄＭｏｄｕｌｅ）、ロット番号を読み取り仕分けするソーターと呼ばれる装置では、空気中に浮遊するパーティクルが薄板状基板に付着するのを防止するため、基板が曝される装置内部の雰囲気を高清浄に保つミニエンバイロメント方式と呼ばれる高度に清浄化された微小空間とすることで、比較的安価に高い清浄度を保つ工夫がなされてきた。

しかしながら、近年半導体回路線幅のデザインルールの微細化が進み、１０ｎｍ以下での生産も現実味を帯びてきている。その結果、従来のミニエンバイロメント方式による高清浄化だけでは対応出来ない問題が現れてきている。すなわち、処理装置により処理された後、容器内部に搬送されてきた基板の表面に、空気中の酸素や水分に反応して自然酸化膜等の各種処理工程上好ましくない膜が生成されてしまうのである。また、空気中の酸素や水分以外にも、処理装置内で使用された汚染物質が薄板状基板上に付着したままの状態で容器内に搬送され、この汚染物質が密閉された容器内の他の薄板状基板までも汚染してしまい、次の処理工程に悪影響を及ぼすこととなり歩留まりの悪化を招いてしまうのである。

そういった問題を解決するための方法として、容器内に入り込んだ空気や汚染物質を外部から供給する不活性ガスで除去し、且つ、容器の収容空間を不活性ガスで満たすことにより、収容された薄板状基板表面の酸化を防止する様々な方法が考えられてきた。

半導体ウエハを内部空間に収容する密閉可能な容器の一つであるＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎｉｎｇＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）には、ＦＯＵＰの内部雰囲気を不活性ガスで置換するための雰囲気置換用ポートとして、ＦＯＵＰ内部の空間に不活性ガスを注入する注入ポートと、ＦＯＵＰ内部に残留する酸化性ガスを含む大気を排出するための排出ポートとが備えられているものがある。また、ＦＯＵＰを載置してこのＦＯＵＰに備えられたドアを開閉する機構を有するロードポートと呼ばれる装置には、この注入ポートと排出ポートを介してＦＯＵＰ内部の雰囲気を置換するための注入ノズルと排出ノズルが、ＦＯＵＰを載置するステージ部に装着可能な構造となっている。

また、運ばれて来たＦＯＵＰをステージ上に載置したり、ステージ上に載置されているＦＯＵＰを次の工程へと運び出したりといった作業の際に、注入ノズルや排出ノズルがＦＯＵＰと衝突するのを防止するために、ロードポートには、注入ノズルと排出ノズルとを駆動機構によって昇降可能な構造としているものがある。これは、ＦＯＵＰ内部を置換する必要の無い時には各ノズルをステージ下部に移動させてＦＯＵＰの搬送に干渉しない位置に待機させて、ＦＯＵＰ内部の雰囲気を不活性ガス等で置換する時には各ノズルを駆動機構によってＦＯＵＰの底面に向かって突出させることでＦＯＵＰ底面に配置される注入ポートと排出ポートに接触させて、ＦＯＵＰ内部の雰囲気置換処理を行うように構成したものである。

特開２０１１−１８７５３９号公報特開２０１５−０８８５００号公報

特許文献１に開示されるノズル昇降駆動ユニットはＦＯＵＰを載置するステージの下部に配置されるものであり、駆動源としてエアシリンダを備えている。このエアシリンダに供給される圧縮空気を電磁弁等で開放もしくは遮断することで、注入ノズルと排出ノズルとを昇降移動させている。

上記構成とすることで、雰囲気置換処理を行わない時に各ノズルを退避位置まで退避させることは可能になった。しかし、ここに開示された構成では、一定の力でノズルを上昇若しくは下降させることしか出来ない。ＦＯＵＰ内を短時間で置換するためには大流量のパージガスを供給する必要がある。その際、注入用ノズルとＦＯＵＰ底面との間からパージガスが外部へ漏出するのを防止するために、ある程度強い力で注入ノズルをＦＯＵＰ底面に押し付ける必要がある。また、ＦＯＵＰは内部に収容する基板の枚数によって全体の重量が増減するので、最も重い満載状態のＦＯＵＰに対応した押し付け力で軽い状態のＦＯＵＰの底面にノズルを押し付けると、ステージ上に載置されたＦＯＵＰが浮き上がってしまう。ＦＯＵＰが浮き上がるとＦＯＵＰの載置状態を検知するセンサがオフ状態となり、それが原因で装置全体が停止してしまい、大幅な工程遅延が発生してしまうのである。

特許文献２に開示される気体供給排出機構は、不活性ガスを供給するガス流通ノズルと、このガス流通ノズルの下方に、供給するガスの圧力によりガス流通ノズルを上昇させるためのハウジング部を備えている。ガス流通ノズルは、ガスが供給されていない時にはハウジング部内に収容されているが、ガスが供給されるとハウジング部に形成された第１の圧力調整室内に充満するガスの圧力によって上方に押し上げられて、ＦＯＵＰ底面の供給ポートと当接する。そして、ハウジング部内に充満したガスは、ガス流通ノズルに形成された開口を介してＦＯＵＰ内部へと導入される。さらに、ハウジング部の第１の圧力調整室の上方には第２の圧力調整室が形成されていて、この第２の圧力調整室の内圧を陰圧若しくは陽圧に調節することで、ガス流通ノズルの上昇若しくは下降移動を付勢している。

上記構成とすることで、供給するパージガスの流量によってパージ用ノズルを押し上げる力を変化させることは可能になるが、ＦＯＵＰ内部を置換するガスで直接ノズルを上昇移動させることで新たな問題が発生している。すなわち、ハウジング部内をノズルが昇降移動することで、ハウジング部の内壁に沿ってノズルが摺動することとなり、微小な塵埃が発生する。この塵埃が、パージガスとともにＦＯＵＰの内部空間に侵入してＦＯＵＰ内部に収容された基板の表面に付着して、その結果、基板に形成された極微小な電子回路にパターン切れ等の不具合が発生して、製品の歩留まりが悪化してしまうのである。

本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、容器内部の基板の収容状況に対応して最適な推力でパージ用ノズルを容器に形成されたパージポートに押し付けることが可能であり、且つ、容器の内部空間に清浄なパージガスを供給することが可能なノズルユニット、及び、ノズルユニットを備える雰囲気置換装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るノズルユニットは、密閉可能な容器に設けられた雰囲気置換用ポートを介して前記容器内部を所定の雰囲気に置換するためのノズルユニットであって、パージガスが通過する流路が形成されたノズル本体と、電磁石を備え、前記電磁石により発生する磁界によって前記ノズル本体を前記雰囲気置換用ポートに対して進退移動させるノズル駆動部と、前記電磁石が発生する磁界により進退移動する永久磁石と、前記ノズル駆動手段に電力を供給する電源部と、前記電源部から供給される電流値を調節して前記電磁石に供給する制御部と、を備えることを特徴としている。

上記構成とすることで、制御部は電源部から供給される電流値を調節して電磁石に供給することが出来る。さらに、ノズル本体を進退移動させる駆動部の駆動源は電磁石であるので、パージガスが通過する流路内には可動部分からの塵埃は侵入することは無く、清浄なパージガスを容器内部に供給することが出来る。

また、本発明の一実施形態に係るノズルユニットが備える制御部は、容器内に収容される被収容物の収容状況に応じて、電磁石に供給する電流値を調節することを特徴としている。こうすることで、容器内に収容された被収容物の増減による容器の重量変化に対応して適正な値の電流を電磁石に供給することが出来る。さらに、制御部は、上位の制御装置から送信される雰囲気置換開始信号を受信することによって電源部からの電流を電磁石に供給開始するようにしておくことで、ノズル本体と容器とが当接している時間を短縮することが可能になり、ノズルユニットの摩耗や変形を防止することが出来る。

また、電磁石を空芯コイルとして永久磁石は空芯コイルの空芯部分に配置するように構成することで、空芯コイルの空芯領域に発生する磁界を推力として永久磁石を所定の方向に移動させることが出来る。さらに、永久磁石を空芯コイルの空芯領域に配置されるノズル本体に配置することが出来る。こうすることで、空芯コイルとノズル本体と別個に配置するよりもスペースを有効に利用することが出来る。

また、電磁石と永久磁石との間には、永久磁石の横方向の移動を規制する摩擦抵抗の小さい非磁性部材からなる規制部材を備えることで、永久磁石と電磁石との接触による故障を防止することが出来る。さらに、永久磁石にヨークを備えることで、永久磁石から放散される磁界を集中させることが出来るので、より大きな推力を得ることが出来る。さらに、電磁石から発生する磁界が他の電気部品に悪影響を及ぼすことを防止するために電磁石を磁性材料からなるケースに収納することも出来る。

また、本発明の一実施形態に係るノズルユニットを、容器を載置するステージに備え、この容器の載置状態を検出するセンサをステージに配置する構成とすることで、ノズルユニットは容器が載置されたタイミングを検知して電磁石への電流の通電を開始することが出来る。また、制御部は複数のセンサの各検出信号を分析することで容器の載置状態を把握することが出来るので、適正な電流量をリアルタイムで電磁石に供給することが出来る。

本発明によれば、容器内部の基板の収容状況に対応して最適な推力でパージ用ノズルを容器に形成されたパージポートに押し付けることが可能になった。また、推力を発生する駆動部とパージガスの配管を完全に分離出来ているので、容器の内部空間に清浄なパージガスを供給することが可能になった。

図１は、本発明が適用される処理装置１を示す斜視図である。図２は、この処理装置１の断面を示す図である。図３は、密閉可能な容器であるＦＯＵＰ１３を示す概略図である。図４は、本発明の一実施形態であるロードポート２の概要を示す断面図である。図５は、本発明のロードポート２が備えるステージ１４を示す平面図である。図６は、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８を示す断面図である。図７は、図６に示すノズルユニット１８のＡ−Ａ断面を示す図である。図８は、ステージ１４上に載置されるＦＯＵＰ１３の載置姿勢を示す図である。図９は、本発明の一実施形態であるノズルユニット１９を示す断面図である。図１０は、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８´を示す図である。図１１は、図１０に示すノズルユニット１８´のＢ−Ｂ断面を示す図である。図１２は、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８´´を示す図である。図１３は、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８´´の作用を示す概略図である。

以下に、本発明を図面に示す実施形態について詳しく説明する。図１は処理装置１を示す斜視図であり、図２はその断面図である。処理装置１はクリーンルームと呼ばれる清浄な雰囲気に管理された工場内に設置されている。処理装置１は主として、ロードポート２と搬送ロボット４を備え、ウエハＷを清浄な雰囲気中で移送するＥＦＥＭ３と、ウエハＷの表面に所定の処理を施すプロセスチャンバ７と、ＥＦＥＭ３とプロセスチャンバ７との間でウエハＷを遣り取りする搬送チャンバ６とで構成されている。ＥＦＥＭ３はフレームと、そのフレームに固定され外部雰囲気と分離するための壁面と、外部からの空気を高清浄な空気に清浄化したうえでダウンフローとしてＥＦＥＭ３の内部空間に導入する高清浄空気導入手段であるファンフィルタユニット５が設けられている。ファンフィルタユニット５はＥＦＥＭ３の天井に設置されていて、ＥＦＥＭ３内部に向かって下向きに空気を送るファン８と、送られてきた空気の中に存在する塵埃や有機物などの汚染物質を除去するフィルタ９とで構成されている。また、ＥＦＥＭ３の床面１０には所定の開効率を有する空気流通可能な部材が用いられている。

これらの構成により、ファンフィルタユニット５により内部に供給された清浄空気は常にＥＦＥＭ３の内部空間を下向きに流れ、床面１０から装置外部へと排出されることとなり、ＥＦＥＭ３内は高清浄雰囲気に保たれている。搬送ロボット４は薄板状基板の１種であるウエハＷをＦＯＵＰと呼ばれる容器１３とプロセスチャンバ７との間で搬送するもので、ロボット４のアーム可動部分は磁性流体シールなどの発塵防止のシール構造とすることで、発塵によるウエハＷへの悪影響を抑える工夫がなされている。これにより、ウエハＷは高清浄な雰囲気内を搬送ロボット４により表面に塵埃を付着させることなく搬送される。また、ＥＦＥＭ３のウエハＷの搬送領域である内部の気圧は、ＥＦＥＭ３の外部よりも高い圧力「陽圧」に維持されており、典型的には１．５Ｐａ程度の差圧をもつように維持されている。このようにして、外部からの汚染物質や塵埃の侵入を防止することで、ＥＦＥＭ３内部の清浄度は０．５μｍのダストでクラス１以上の高清浄度を維持することが可能となっている。またＥＦＥＭ３には、予め記憶されたプログラムに沿ってロードポート２や搬送ロボット４から送られて来る情報を基に、ロードポート２や搬送ロボット４に動作の指令を送信する不図示の制御装置が備えられている。

次に本発明の一実施形態であるロードポート２について図１及び図４を参照して以下に説明する。図４は本発明の一実施形態であるロードポート２の概要を示す断面図である。ロードポート２は密閉可能な容器の一形態であるＦＯＵＰ１３を所定の位置に載置するステージ１４と、ステージ１４を鉛直方向に支持し、ステージ１４を前進・後退動作させるステージ駆動機構４０と、搬送ロボット４がＦＯＵＰ１３内のウエハＷの搬出・搬入を行うためのポート開口部１１と、ポート開口部１１を塞ぐ位置とポート開口部１１を開放する位置との間を移動可能であり、ＦＯＵＰ１３の内部を密閉するための蓋体１３ｂと一体化するＦＩＭＳドア１２と、このＦＩＭＳドア１２を昇降動作させる不図示のＦＩＭＳドア昇降機構とを備えている。

ＦＩＭＳドア１２の扉開閉動作は、蓋体１３ｂと一体化したＦＩＭＳドア１２をＦＯＵＰ１３に対して離間した位置まで往復動作させる開閉手段を設けるか、若しくは、ステージ駆動機構４０がＦＯＵＰ１３を載置したステージ１４を、蓋体１３ｂと一体化したＦＩＭＳドア１２に対して離間した位置まで往復動作させることで行われる。後者の場合、ステージ駆動機構４０が開閉手段の役割も担うこととなる。なお、これらの機構は半導体製造に係る国際規格であるＳＥＭＩ規格によって規定されたＦＩＭＳ（Ｆｒｏｎｔ−ｏｐｅｎｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔａｎｄａｒｄ）システムに対応したものとなっている。

本実施形態のロードポート２が備えるステージ駆動機構４０は駆動源であるモータ４０ａと送りネジ４０ｂとを備えており、モータ４０ａの回転が送りネジ４０ｂに伝達され、送りネジ４０ｂに固定されたステージ１４を任意の位置まで移動させることが可能な構成となっている。なお、モータ４０ａと送りネジ４０ｂに代えて、空気圧や油圧といった流体圧を利用したシリンダを使用することとしても良い。

ステージ１４はＦＯＵＰ１３を所定の位置に正確に位置決めし、且つＦＯＵＰ１３の鉛直方向の荷重を支持する。ステージ１４の上面にはキネマティックピンと呼ばれる円柱状の位置決めピン４１が平面視して二等辺三角形を描くように三本立設されている。この位置決めピン４１は頂部が略半球状の形状を有していて、この位置決めピン４１の頂部とＦＯＵＰ１３の底部の位置決めピン４１に対応する位置に形成されたＶ字状の断面を有する位置決め溝１６とが係合することによって、ＦＯＵＰ１３はステージ１４上の所定の位置に案内される。また、本実施形態のロードポート２には、ＦＯＵＰ１３がステージ１４上の正規の位置に載置されているかどうかを検出するための検出センサ１７が、各位置決めピン４１の近傍にステージ１４の表面から突出するように少なくとも３個配置されている。全ての検出センサ１７は、ＦＯＵＰ１３が正常に載置されていると反応するように上下方向の位置を調整されていて、例えばＦＯＵＰ１３が傾斜して載置された場合には、これらの検出センサ１７のいずれかがＦＯＵＰ１３を検出しないようになっている。検出センサ１７はロードポート２が備える制御部３７と電気的に接続されていて、制御部３７は各検出センサ１７から送信される信号により、ＦＯＵＰ１３がステージ１４上に正常に載置されているか否かを認識することが出来るように構成されている。

ステージ１４上にＦＯＵＰ１３が正常に載置されると、ＦＯＵＰ１３は係止フック１５によって係止される。係止フック１５は駆動源として不図示のエアシリンダを備えていて、このエアシリンダに圧縮空気が供給されることでエアシリンダが作動して、係止フック１５がＦＯＵＰ１３をステージ１４と係止する。また、供給された圧縮空気を開放することによりＦＯＵＰ１３の係止を解除する。エアシリンダへの圧縮空気の供給と解放はロードポート２に備えられた不図示の電磁弁により切り替えられる。電磁弁は圧縮空気の供給源とエアシリンダとを連通する配管の途中に設けられていて、制御部３７から送信される信号により作動の制御が行われる。

上記の構成に加えて、ロードポート２にはＦＯＵＰ１３内部に形成された各棚にウエハＷが載置されているか否かを検知するマッピングセンサ４２が備えられている。図４において、マッピングセンサ４２は、ウエハＷの載置される面と平行な光軸を有する透過型センサが用いられており、ウエハＷの水平面上の周縁を囲む様に間隔を開けた略コの字形状のセンサ取付部４３上に取付けられている。また、センサ取付部４３の両端は不図示のセンサ駆動機構に取り付けられている。センサ駆動機構の駆動源としてはモータやロータリーアクチュエータであり、これらの駆動源が動作することにより、駆動源の軸を中心にセンサ取付部４３が回動し、上部に取り付けられたマッピングセンサ４２がＦＯＵＰ本体１３ａ内部に対して進入及び退出することが出来る。

センサ駆動機構はブラケットに固定されており、図示しないＦＩＭＳドア昇降機構の動作に連動して昇降動作を行うことが可能で、これにより容器１３内の全ての棚についてのウエハＷの有無や載置状況を検知することが可能となる。なお、各駆動機構への出力信号やセンサ等の入力信号は制御部３７によって制御されている。

次に、ウエハＷを収容する容器であるＦＯＵＰ１３について説明する。ＦＯＵＰ１３は、上下方向に間隔をおいて形成された棚板上にウエハＷを載置して収容するＦＯＵＰ本体１３ａと、ラッチ機構によりＦＩＭＳドア１２と一体化することが可能で、且つＦＯＵＰ本体１３ａと係合してＦＯＵＰ１３内部を気密に閉鎖することが可能な蓋体１３ｂとで構成されている密閉可能な容器である。図３（ａ）を参照。

図３（ｂ）はＦＯＵＰ１３の底部を示す図である。ＦＯＵＰ１３の底部には位置決めピン４１と係合してＦＯＵＰ１３のステージ１４に対する相対的な位置を規定する位置決め溝１６が形成されている。また、係止フック１５に係止されることでＦＯＵＰ１３をステージ１４に固定する係合部２０が形成されている。さらに、ＦＯＵＰ１３の底部の所定の位置には、雰囲気置換の際に供給されるパージガスをＦＯＵＰ１３の内部に注入するための注入用ポート２１と、ＦＯＵＰ１３内に残留する気体をＦＯＵＰ１３外部へ排出するための排出用ポート２２とが配置されている。

注入用ポート２１と排出用ポート２２にはＦＯＵＰ１３の内部環境と外部とを連通する注入口２１ａと排出口２２ａが形成されていて、これら注入口２１ａと排出口２２ａには気体の流通を制限する逆止弁２１ｂ、２２ｂが備えられている。注入用ポート２１に設けられた逆止弁２１ｂは、規定される圧力以上の圧力で注入されるパージガスのＦＯＵＰ１３内部への流入を許容するが、規定の圧力以下の圧力で注入されるパージガスや、逆方向に流れる気体の流通は許容しない弁である。また、注入用ポート２１には、逆止弁２１ｂから発生する塵埃や供給されるガス中に含まれる塵埃を捕集してＦＯＵＰ１３内部への侵入を防止するためのフィルタ２１ｃが備えられている。排出用ポート２２に設けられた逆止弁２２ｂは、規定される圧力以上の圧力で排出されるパージガスもしくは大気のＦＯＵＰ１３外部への流出は許容するが、規定の圧力以下の圧力で排出される気体や、逆方向に流れる気体の流通は許容しない弁である。逆止弁２１ｂ、２２ｂを備えることで、ＦＯＵＰ１３の内部に供給されたパージガスがＦＯＵＰ１３の外部に漏出することは無く、また、外部の一般大気がＦＯＵＰ１３の内部に浸入することも無くなり、ＦＯＵＰ１３内部の低酸素雰囲気は維持される。なお、排出用ポート２２には、逆止弁２２ｂから発生する塵埃がＦＯＵＰ１３内部に浸入ことを防止するためのフィルタ２２ｃを備えることとしてもよい。

図５は本実施形態のロードポート２が備えるステージ１４を上方から見た平面図である。ステージ１４にはＦＯＵＰ１３の底面に対応する位置に位置決めピン４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）と検出センサ１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）と係止フック１５が配置されている。さらに、本実施形態のロードポート２が備えるステージ１４には、注入用ポート２１および排出用ポート２２を介してＦＯＵＰ１３の内部雰囲気を所定のガスで置換するために本発明のノズルユニット１８が配置されている。

本実施形態のロードポート２には、注入用ポート２１を介してＦＯＵＰ１３の内部に所定のガスを注入するための注入用ノズルユニット１８ａと、排出用ポート２２を介してＦＯＵＰ１３の内部に残留する気体を排出するための排出用ノズルユニット１８ｂからなる一対のノズルユニット１８が、ステージ１４の後部、すなわちＦＩＭＳドア１２から離間する側と、ステージ１４の前方、すなわちＦＩＭＳドア１２に対向する側にそれぞれ配置されている。また、各ノズルユニット１８はステージ１４を形成するベース板の下面であって、ステージ１４上の正規位置に固定されたＦＯＵＰ１３の底面に配置される各雰囲気置換用ポート２１、２２に対応する位置に配置されている。なお、注入用ノズルユニット１８ａと排出用ノズルユニット１８ｂの配置は、使用するＦＯＵＰ１３の注入用ポート２１と排出用ポート２２の配置に対応して適宜変更することが可能であり、例えば、４ヶ所に配置されるノズルユニット１８のうち３ヶ所を注入用ノズルユニット１８ａとして使用し、残る１ヶ所を排出用ノズルユニット１８ｂとして使用することも十分可能である。さらに、４ヶ所のうち２ヶ所のみ使用することも可能である。ここで、注入用ポート２１と排出用ポート２２とを総称して雰囲気置換用ポートと呼ぶこととする。

次に、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８について説明する。図６は本実施形態のノズルユニット１８を示す概略断面図であり、図７は図６に示すＡ−Ａ線から見る断面図である。図６に示すように、本実施形態のノズルユニット１８は、パージガスが流通する流路が形成されたノズル本体２３と、電磁石２４を備えノズル本体２３を雰囲気置換用ポート２１、２２に対して進退する方向に駆動するノズル駆動部２５と、処理装置１に備えられた電源部２６から電磁石２４に供給される電流を調節する制御部３７とから構成されている。

本実施形態のノズルユニット１８が備えるノズル本体２３は、ガス流通可能な流路２７が形成され、略円筒形状をした筒状部材２８と、筒状部材２８の先端に配置され、雰囲気置換用ポート２１、２２に当接する円環状の部材である当接部材２９と、筒状部材２８の外周縁上に配置された永久磁石３０とから構成されている。筒状部材２８は下部材２８ａと上部材２８ｂとから構成されている。下部材２８ａは、上側の領域が下側の領域に比べて外径が小さい段差のついた断面形状となっていて、この小さい外径の円筒部分に永久磁石３０が嵌め込まれた状態で上部材２８ｂと接合されている。また、下部材２８ａの底部には継手３４が取り付けられていて、継手３４はパージガスの供給源３５に接続されたガス供給用配管３６の一端と接続されている。さらに、ガス供給用配管３６の途中には、パージガスの流量を調整する不図示の調整弁と、制御部３７の指令によりパージガスの供給及び遮断を行う開閉弁３８と、パージガス中に含まれる微小な塵埃を除去するフィルタ３９とが備えられている。なお、調整弁や開閉弁３８の作動により発生した塵埃を除去するために、フィルタ３９はガス供給用の配管３６の経路に配置される各要素のうち、ノズル本体２３に最も近い位置に配置されることが望ましい。また、ガス供給用の配管３６の材質はステンレススチール等の金属製、若しくはフッ素樹脂等の材質が望ましく、本実施形態のロードポート２に備えられるガス供給用の配管３６は、フッ素樹脂製の配管が使用されている。

永久磁石３０は、筒状部材２８の外径寸法と同じ外径寸法を有する円筒形状となっており、下部材２８ａに嵌合して配置されている。なお、本実施形態のノズル本体２３では、永久磁石３０として強力な磁力を有するネオジム磁石が使用されており、磁化方向が図面視して上下方向となるように着磁されている。なお、筒状部材２８は軟磁性材料で形成されることが好ましく、本実施形態の筒状部材２８は鉄で形成されている。当接部材２９は雰囲気置換用ポート２１、２２に当接する部材であり、中央部分にパージガスの流通口が形成された円環状の部材である。本実施形態の当接部材２９は機械的強度に優れ、摩擦抵抗が小さく、且つ発塵の少ないＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用しているが、他の部材に適宜変更可能である。また、雰囲気置換用ポート２１、２２との気密性を高めるために、当接部材２９のポート当接面にＯリングやパッキンといったシール部材を設けてもよい。

本実施形態のノズル駆動部２５は、電源部２６に接続され、永久磁石３０を昇降移動させる推力となる磁界を発生させる電磁石２４と、電磁石２４を収容するケース３１と、このケース３１の下面に配置される底板３２とケース３１の上面に配置される上板３３とで構成されている。本実施形態で使用される電磁石２４は空芯コイルであり、この中央の空芯領域は、ノズル本体２３を収容可能な寸法を有している。また、電磁石２４は永久磁石３０が移動する上下方向の可動範囲全て覆うように、コイルボビンに巻線された状態で配置されている。

電磁石２４と電磁石２４の空芯領域に配置されるノズル本体２３は、円筒状のケース３１に収容されている。ケース３１は磁性を有する材料により形成されていて、電磁石２４が発生する磁気を有効に集中させるヨークとしての働きを有する。また、ケース３１の下部には底板３２が取り付けられ、上部には上板３３が取り付けられていている。底板３２の中央部には円形の孔が形成されていて、この孔は継手３４及び配管３６が挿通されている。上板３３の中央部分には円形の穴が形成されていて、ノズル本体２３はこの孔を通過して雰囲気置換用ポート２１、２２に対する進退移動する。なお、底板３２の孔の直径はノズル本体２３の直径よりも小さくなるように形成されていて、ノズル本体２３の移動範囲を規制するストッパーとしての機能を有する。なお、底板３２と上板３３は、磁性を有する部材により形成されることが好ましく、これにより、電磁石２４が発生する磁気を漏らすことなく有効に集中させることが出来る。

ノズル本体２３と、ノズル本体２３の周囲を囲むように配置される空芯状の電磁石２４との間には、円筒状の規制部材４４が配置されている。規制部材４４は、進退移動するノズル本体２３の水平方向の位置ずれを規制し、且つ、ノズル本体２３の側面と電磁石２４の内壁面との接触を防止する。規制部材４４は進退移動を行うノズル本体２３と接触する部材であるので、低摩擦体で成形されることが好ましい。なお、本実施形態のノズル駆動部２５が備える規制部材４４はＰＦＡ（ポリフルオロエチレン）製である。また、本実施形態のノズル本体２３と電磁石２４、および規制部材４４はいずれも略円筒状の形状を有していて、それぞれは共通の中心軸Ｃを中心とする同軸上に配置されている。図７を参照。

電源部２６からノズル駆動部２５に供給される直流電流の流れる方向の切替、及び、供給される電流の調節は制御部３７が行っている。制御部３７は本実施形態のロードポート２に備えられていて、ロードポート２に配置される各種センサや上位の制御装置から送信された信号を受信し、各動力源や上位の制御装置へ信号を送信する。制御部３７には動作プログラムや予め教示された教示データを記憶する記憶装置と、受信した信号やデータを動作プログラム上で演算処理する演算装置が備えられている。これにより、受信した信号を基に、予め記憶されたプログラムに沿って各駆動部の動作を制御することが可能になる。

上記構成により、制御部３７により調節される直流電流を電磁石２４に通電することで、電磁石２４の中空部分には中心軸Ｃに平行な磁界が発生する。この磁界がノズル本体２３に備えられた永久磁石３０を、図面視して上下の方向、すなわち中心軸Ｃに平行な方向に進退移動させる推力となる。また、通電する直流電流の流れを逆方向にすることで、この電磁石２４の磁界を逆方向に向けることが可能になり、ノズル本体２３を逆方向に移動させることが可能になる。さらに、電源部２６から供給される直流電流の値を制御部３７が調節することで、ノズル本体２３に付与する推力を調節することが出来る。

また、本実施形態のノズルユニット１８にノズル本体２３をＦＯＵＰ１３に対して前進する方向に付勢する付勢部材を設けてもよい。こうすることで、ノズル本体２３をＦＯＵＰ１３に向かって前進させる際に電磁石２４に通電する直流電流を少なくすることが可能になる。なお、付勢部材には、コイルバネや板バネといったバネ部材を使用することが望ましい。

次に、本発明のノズルユニット１８、およびノズルユニット１８を備えるロードポート２の動作について詳しく説明する。ＦＯＵＰ１３は工場内に敷設されたＯＨＴ（ＯｖｅｒｈｅａｄＨｉｓｔＴｒａｎｓｆｅｒ）や手動で、前の工程からロードポート２のステージ１４上に載置される。このとき、ノズルユニット１８のノズル本体２３は、上面がＦＯＵＰ１３と接触ことを防止するために、ＳＥＭＩ規格で規定されたＦＯＵＰ１３のＨＤＰ（ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＤａｔｕｍＰｌａｎｅ：水平基準面）よりも下方であって、ＦＯＵＰ１３の底面に配置される雰囲気置換用ポート２１、２２と接触しない待機位置で待機している。図６（ａ）を参照。ＦＯＵＰ１３がステージ１４上に載置される際、位置決めピン４１とＦＯＵＰ１３の位置決め溝１６との作用により、ＦＯＵＰ１３はステージ１４上の所定の位置に位置決めされて載置される。このとき、制御部３７は検出センサ１７から送信される検出信号により、ＦＯＵＰ１３がステージ１４上の所定の位置に正常に載置されたことを検知する。

次に、ＯＨＴの動作を制御している制御装置からＦＯＵＰ１３の載置完了信号を受信した制御部３７は、係止フック１５の駆動源を作動させて、ＦＯＵＰ１３をステージ１４に固定する。係止フック１５には駆動源の動作を検出する不図示のセンサが備えられていて、係止フック１５が正常に動作したら、制御部３７に係止動作完了の信号を送信する。なお、ＦＯＵＰ１３をオペレータが手動でステージ１４上に載置した場合には、オペレータはロードポート２に備えられたスタートスイッチを押下する。このスタートスイッチの信号は制御装置からの載置完了信号と同等の信号であり、この信号を受信した制御部３７は、係止フック１５の係止動作を開始する。また、ＦＯＵＰ１３がステージ１４上に正常に載置された状態であれば、制御部３７は所定のタイミングでノズルユニット１８にパージ開始信号を送信することが可能である。制御部３７がパージ開始信号を送信するタイミングは、予め記憶された制御プログラムに沿って行われるか、若しくは、上位の制御装置から送信されるパージ開始信号を制御部３７が受信することにより行われることが好ましい。

次に制御部３７は、ロードポート２の各駆動機構を動作させて、ＦＯＵＰ本体１３ａと蓋１３ｂとを分離して、マッピングセンサ４２によるＦＯＵＰ本体１３ａ内に収容されたウエハＷの載置状態を把握するマッピング動作を行う。このマッピング動作を行うことで、制御部３７はマッピングセンサ４２の検出信号を受信する。この受信したマッピング検出信号を記憶装置に記憶されたデータと照合することによって、制御部３７はＦＯＵＰ本体１３ａの各棚に対するウエハＷの載置情報を取得することが出来る。このウエハＷの載置情報を基に、制御部３７は電磁石２４に通電する電流値を調節する。

ロードポート２によるＦＯＵＰ１３の開扉動作が終了すると、ＦＯＵＰ１３内部に収容されたウエハＷは処理装置１へと移送されて所定の処理を施された後、処理装置１からＦＯＵＰ１３へと移送される。この時、ウエハＷは必ず元のＦＯＵＰ１３に戻される訳ではなく、次に行われる処理工程や、ウエハＷに施された表面処理の完成度により、収容されていたＦＯＵＰ１３とは別のＦＯＵＰ１３に移送される場合がある。この場合でも、各ロードポート２に備えられた制御部３７はＥＦＥＭ３が備える制御装置からのウエハＷの移送情報を受信しているので、処理装置１からＦＯＵＰ１３内に搬送されてきたウエハＷの数と、搬送ロボット４がウエハＷをどの棚に載置したかといったＦＯＵＰ１３内の載置情報を把握することが出来る。このリアルタイムの載置情報を基に制御部３７は、ノズルユニット１８の電磁石に通電する電流値を随時調節する。

上記した一連の工程の中で、制御部３７は予め記憶したプログラムに沿って所定のタイミングでノズルユニット１８を作動させてパージ動作を行うか、若しくは、上位となる制御装置からのパージ開始信号を受信することによって、ノズルユニット１８を作動させてパージ動作を開始する。なお、本発明のノズルユニット１８がパージ動作を開始するタイミングは特に限定されない。必要であれば、ＦＯＵＰ１３が係止フック１５によりステージ１４上に固定される前にパージ動作を開始することも可能である。この場合でも、制御部３７はＦＯＵＰ１３の総重量を把握出来ているので、最適な推力でノズル本体２３を押し上げることが可能となる。また、ノズル本体２３は、パージが開始される直前まで待機位置に待機していることが望ましい。ＦＯＵＰ１３が載置されたタイミングでノズル本体２３をＦＯＵＰ１３の底面に接触させておくと、その後の各駆動機構の動作により発生する微振動によって、ノズルユニット１８の当接部材２９とＦＯＵＰ１３の底面とが擦れ合うことで微細な隙間が生じて十分な気密性を維持できなくなるからである。

次に、本発明の一実施形態であるノズルユニット１８のパージ手順について説明する。制御装置からパージ開始信号を受信した制御部３７は、まず自身に備えられた電気回路を作動させてノズル駆動部２５に所定の直流電流を通電する。これにより、電磁石２４の空芯部分にノズルユニット１８をＦＯＵＰ１３の雰囲気置換用ポート２１、２２に向かって前進移動させる磁界が発生する。これによりノズル本体２３の当接部材２９が雰囲気置換用ポート２１、２２に当接する。

ノズル本体２３が雰囲気置換用ポート２１、２２に当接すると、制御部３７は開閉弁３８を作動させて、供給源３５に貯留されているパージガスを、注入用ノズルユニット１８ａを介してＦＯＵＰ１３内部に供給する。なお、パージガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスといった不活性ガスや除湿された清浄空気であるＣＤＡ（ＣｌｅａｎＤｒｙＡｉｒ）を使用することが望ましい。また、パージガスの供給量は、配管３６上に設けられた不図示の流量調節弁により調節される。パージガスの供給量は当接部材２９と各雰囲気置換用ポート２１、２２の接触面との間からパージガスが漏出しない流量とすることが望ましい。

パージガスの流量を可能な限り大きくにするには、ノズル本体２３を雰囲気置換用ポート２１、２２に押し当てている推力を把握しておく必要がある。また、ノズル本体２３に適切な推力を付与するには、ＦＯＵＰ１３内部に収容されるウエハＷの枚数を把握しておく必要がある。なぜなら、ＦＯＵＰ１３の重量を把握することなく強い推力をノズル本体２３に付与すると、ノズル本体２３の上昇移動によってＦＯＵＰ１３が傾いてしまい、エラーとなって装置全体が一時停止してしまうからである。本発明のノズルユニット１８を構成する制御部３７は、上位の制御装置及びマッピングセンサからの信号によりＦＯＵＰ１３内部に収容されているウエハＷの数を適時把握することが出来る。さらに、制御部３７は電磁石２４に供給する電流値を調節することでノズルユニット１８の推力となる磁界の強さを調節することが出来る。これにより、制御部３７はＦＯＵＰ１３の重量に応じた適切な推力をノズル本体２３に付与することが出来る。さらに、パージガスの流量を調節する図示しない流量調節弁を制御部３７からの信号により調節できるように構成することで、ノズル駆動部２５によるノズル本体２３を駆動する推力の変化に応じて適正なガス量をＦＯＵＰ１３内部に供給することが可能になる。

パージ動作の終了手順は、上位の制御装置がパージ停止信号を制御部３７に送信することで開始される。パージ停止信号を受信した制御部３７は、開閉弁３８を作動させて、供給源３５からのパージガスの供給を停止する。次に制御部３７は、自身に備えられた電気回路を作動させて電磁石２４に供給していた電流を遮断する。その後、それまで供給していた電流とは逆方向に流れる電流を電磁石２４に供給する。これにより電磁石２４の空芯部分には、ノズル本体２３をＦＯＵＰ１３から離間させる方向となる磁界が発生して、ノズル本体２３はこの磁界により待機位置まで後退移動する。一旦待機位置まで後退したノズル本体２３は、そのまま待機位置に静止しているので、制御部３７は電磁石２４への電流の供給を停止する。以上により、パージ終了動作は完了する。

なお、本発明のノズルユニット１８に備えられる電磁石２４に供給される電流の向き、及びノズル本体２３に備えられる永久磁石３０の磁極の方向、電磁石２４の巻線方向は、適宜調整される。さらに、コイルボビンに巻線される導線の巻き数は、想定されるノズル本体２３を各ポート２１、２２に押し当てる電磁石２４の推力により決められる。また、ノズル本体２３を各ポート２１、２２に押し当てる推力の大きさは、ＦＯＵＰ１３自体の重さや、ＦＯＵＰ１３内部に収容されるウエハＷの枚数により適宜設定される。

次に、図８を参照して、制御部３７が上位の制御装置からのウエハＷの搬送情報やマッピングセンサ４２からのマッピング情報を得ることなく、ノズル駆動部２５に適正な電流を供給する方法を説明する。この方法はＥＦＥＭ３に接続されるロードポート２ではなく、例えばＦＯＵＰ１３の蓋体１３ｂを備えず単独で設置される雰囲気置換装置において有効な方法となる。図８（ａ）はステージ１４上にＦＯＵＰ１３が正常に載置された状態を示す概略図である。ステージ１４上に配置された検出センサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃはＦＯＵＰ１３の底面によって押下されていて、検出オン信号を制御部３７が検知する。ここで、制御部３７はノズル駆動部２５に所定の電流を供給してノズル本体２３を上昇移動させる。この時、ノズル駆動部２５に供給された電流値がＦＯＵＰ１３を押し上げる力よりも弱い場合には、検出センサ１７ｃはＦＯＵＰ１３の底面によって押下されたままなので、検出センサ１７ｃは依然として制御部３７にオン信号を送信し続ける。

そこで、制御部３７はより大きな電流をノズル駆動部２５に供給する。ここで、ＦＯＵＰ１３がノズル本体２３により底部を押し上げられると、ＦＯＵＰ１３は位置決めピン４１ａ、４１ｂの先端部分を支点にして、蓋体１３ｂが配置された側に向かって傾斜する。図８（ｂ）を参照。この時、ＦＯＵＰ１３の底部はＦＯＵＰ１３を後方で指示する位置決めピン４１ｃの近傍に配置された検出センサ１７ｃから離間した状態となる。制御部３７は検出センサ４１ａ、４１ｂのオン信号を受信し、検出センサ４１ｃのオフ信号を受信することでＦＯＵＰ１３の後方が浮き上がったことを認識する。ここで制御部３７は、ＦＯＵＰ１３が浮き上がる直前に供給した電流値をノズル駆動部２５に供給することが可能な適正電流値であると確定する。そして、もう一度この適正な電流をノズル駆動部２５に供給してノズル本体２３を雰囲気置換用ポート２１、２２に当接させた後、パージガスをＦＯＵＰ１３の内部に供給する。図８（ｃ）を参照。上記説明した動作は、検出信号４１ａ、４１ｂの検出状態によって電磁石２４に供給する電流値を調節するプログラムを予め制御部３７に記憶させておくことで可能になる。

本発明の第一の実施形態であるノズルユニット１８では、電磁石２４の中央部分に形成された内部領域にノズル本体２３を配置して、電磁石２４に正方向もしくは逆方向の電流を通電させることで電磁石２４の内部空間に所定の磁界を発生させて、この磁界の推力によってノズル本体２３に備えられた永久磁石３０と共にノズル本体２３を進退移動させる構成となっていた。次に、電磁石４９をノズル本体４８の下方に設け、永久磁石５２と電磁石４９との間に発生する反発力、及び吸着力を利用する実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、ノズル本体４８の下部に永久磁石５２を固定して、この永久磁石５２の下方に電磁石４９を配置する構成としている。電磁石４９は、中心部に鉄芯４６が配置された鉄芯電磁石であり、電磁石４９に正方向もしくは逆方向の電流を供給することで、鉄芯４６の磁極を切り替えてノズル本体４８を進退移動させる構成となっている。本実施形態では、電磁石４９をノズル本体４８の外側の周面ではなく下方に設ける構成とすることで、ノズルユニット１９の横方向の寸法を小さくすることが可能になり、限られたステージ１４内の面積を有効に利用することが出来る。

図９は本実施形態のノズルユニット１９を示す断面図であり、図中で第一の実施形態と共通する部材については同じ番号を付与している。ノズルユニット１９が備えるノズル本体４８は円柱状に形成された部材であり、中央部分にはパージガスが流通可能な流路５１が形成されている。流路５１は、ノズル本体４８の中心部付近に図面視して上方から下方に向かって穿設されている。ただし、流路５１はノズル本体４８を上下方向に貫通することなく、途中で側壁に向かって方向を変えて穿設されている。流路５１の基端部には継手３４が取り付けされていて、この継手３４はパージガスの供給源３５に接続されたガス供給用配管３６の一端が接続されている。なお、継手３４からパージガスの供給源３５までの構成は、第一の実施形態と同様のものであるので、ここでは説明を省略する。

ノズル本体４８は底面に円盤状の永久磁石５２が固定されていて、ステージ１４に固定された略円筒形状のケース５３内に進退自在に配置されている。ケース５３は非磁性体であり摩擦抵抗の小さい樹脂製とすることが好ましい。ノズル本体４８の下方には、鉄芯４６にコイルボビンを介して巻線された電磁石４９がケース５３に固定されている。また、電磁石４９と鉄芯４６は周囲をシールドケース４７で囲まれている。シールドケース４７は鉄ニッケル合金製の箱状の部材であり、電磁石４９が発生させる磁界ノイズが電子部品へ悪影響を及ぼさないために設置される。なお、シールドケース４７は鉄ニッケル製合金以外にも、比較的透磁率の高い鉄等の金属製としてもよい。また、第一の実施形態と同様に、電磁石４９は制御部３７を介して電源部２６に接続されている。

上記構成により、鉄芯４６の永久磁石５２に対向する面の磁極が、永久磁石５２の鉄芯４６に対向する面の磁極と同極となるように、所定の直流電流を電磁石４９に供給することにより、鉄芯４６と永久磁石５２とは互いの磁界が反発することとなる。この反発力がノズル本体４８に備えられた永久磁石５２を図面視して上方向に移動させる推力となる。また、電源部２６から電磁石４９に供給される直流電流の流れる方向を逆方向にすることで、電磁石４９と鉄芯４６とは互いに磁気的に引き付け合い、この磁気的吸着力がノズル本体４８を図面視して下方向に移動させる推力となる。さらに、第一の実施形態と同様に、本実施形態のノズルユニット１９にノズル本体４８をＦＯＵＰ１３に対して前進する方向に付勢する付勢部材を設けることが可能である。なお、第一の実施形態と同様に、電源部２６からノズル駆動部５０に供給される直流電流の流れる方向を切り替えたり、供給される直流電流値を調節したりするのは、制御部３７が行う。

次に、上述した第一の実施形態及び第二の実施形態では各永久磁石３０、５２がノズル本体２３、４８に備えられているものであったが、ステージ１４にノズル本体２３、４８と永久磁石３０、５２とを分離して配置することも可能である。

図１０は本発明の第三の実施形態であるノズルユニット１８´を側面から見た断面図であり、図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態のノズルユニット１８´は、ステージ１４の所定の位置にノズル本体２３´とノズル駆動部２５´とが水平方向に並んで固定されていて、このノズル駆動部２５´の可動部分とノズル本体２３´とは連結部材５４によって連結されている。この連結部材５４により、ノズル駆動部２５´が行う進退動作に連動してノズル本体２３´は進退動作を行うことが出来る構成となっている。ノズル本体２３´は、第一の実施形態と同様に中心部分に流路２７´が形成された円筒状の部材である筒状部材２８´と、筒状部材２８´の先端に配置され、ＦＯＵＰ１３の配置された雰囲気置換用ポート２１、２２に当接する円環状の部材である当接部材２９とで構成されている。さらに、ノズル本体２３´の周縁部には、ノズル本体２３´の水平方向の移動を規制する規制部材５５が配置されていて、規制部材５５はステージ１４に固定されている。規制部材５５は摩擦抵抗の小さいフッ素樹脂で形成された円筒状の部材で、この規制部材５５の内径は円筒形状の筒状部材２８´の外径よりも若干大きな寸法を有していて、ノズル本体２３´はこの規制部材５５の内部空間に上下動自在に挿入されている。

本実施形態のノズル駆動部２５´は、空芯領域に円筒状の永久磁石３０´を収容することが可能な内径寸法を有する空芯コイルである電磁石２４´と、電磁石２４´を収容可能なケース３１´と、このケース３１´の下面に配置される底板３２とで構成されている。電磁石２４´は、永久磁石３０´に対向する位置にコイルボビンに巻線されて配置されている。ケース３１´は水平に配置された電磁石２４´を収容可能な円筒状の部材であり、磁性を有する部材により形成されていて、電磁石２４´により発生する磁力を有効に集中させるヨークとしての働きを有する。ケース３１´の下部には底板３２´が取り付けられている。底板３２´の中央部には円形の孔が形成されていて、この孔には円筒状の永久磁石３０´に固定された円柱状部材５６が挿通されている。

また、円柱状の永久磁石３０´とその周囲を取り囲むように積み重ねて配置される中空状の電磁石２４´との間には、円筒状の規制部材４４´が配置されている。第一の実施形態と同様に、規制部材４４´は、往復移動する永久磁石３０´の水平方向の移動を規制して、永久磁石３０´の側面と電磁石２４´の内壁との接触を防止する。規制部材４４´は進退移動を行うノズル本体２３と接触する部材であるので、低摩擦体で成形されることが好ましい。永久磁石３０´の内側の空間には、円柱状部材５６の一端部が固着されている。この円柱状部材５６は底板３２´に形成された円形の孔を貫通するように配置されていて、その他端部には連結部材５４の一端が固定されている。上記構成により、電源部から供給される所定の直流電流を電磁石２４´に供給することにより、永久磁石３０´を図面視して上下方向に移動させる推力となる。この永久磁石３０´の上下方向の移動は、円柱状部材５６と連結部材５４を介してノズル本体２３´へと伝達され、ノズル本体２３´はステージ１４上に載置されたＦＯＵＰ１３の底部に配置される雰囲気置換用ポート２１、２２に対して進退移動する。なお、本実施形態の連結部材５４は、ネジにより筒状部材２８´および円柱状部材５６に固定されている。

本実施形態のノズルユニット１８´は、ノズル駆動部２５´とノズル本体２３とを分離して配置されている。これにより、ノズルユニット１８´の高さ方向の寸法を抑制することが可能になり、さらに、永久磁石３０´をノズル本体２３に備える必要が無くなるので、ノズル本体２３の構造がシンプルになることでメンテナンス性を向上させるという効果も生まれる。

次に、ノズル駆動部が互いに異なる磁極による吸着力と同じ磁極による反発力の二つの力を同時に利用する、第四の実施形態について説明する。図１２は本発明の第四の実施形態であるノズルユニット１８´´を側面から見た断面図である。本実施形態のノズルユニット１８´´は、第三の実施形態と同様にステージ１４の所定の位置にノズル本体２３´´とノズル駆動部２５´´とが水平方向に並列に配置されていて、さらに、このノズル駆動部２５´´の可動部分とノズル本体２３´´とは連結部材５４によって連結されている。
また、第三の実施形態のノズル駆動部２５´はケース３１´の上部をステージ１４に固定される形態となっているが、第四の実施形態では、ケース３１´´の下部がステージ１４に取り付けられたブラケット５７に固定される形態となっている。なお、ケース３１´、３１´´の上部若しくは下部のどちらをステージ１４に対して固定するかは、ステージ１４の内部の構成部品の配置によって適宜変更可能である。

本実施形態のノズル本体２３´´は第三の実施形態と同様に、中心部分に流路２７´が形成された円筒状の部材である筒状部材２８´と、筒状部材２８´の先端に配置されて、ＦＯＵＰ１３の配置された雰囲気置換用ポート２１、２２に当接する円環状の部材である当接部材２９とで構成されている。また、ノズル本体２３´の周縁部には、ノズル本体２３´の水平方向の移動を規制する規制部材５５がステージ１４に固定されている。規制部材５５は摩擦抵抗の小さいフッ素樹脂で形成された円筒状の部材で、この規制部材５５の内径は円筒形状の筒状部材２８´の外径よりも若干大きな寸法となっていて、ノズル本体２３´はこの規制部材５５の内部空間に摺動自在に挿入された状態でステージ１４に備えられる点も第三の実施形態と同じ構成である。

本実施形態のノズル駆動部２５´´は、空芯領域に円筒状の永久磁石５８を収容することが可能な内径寸法を有する空芯コイルである２つの電磁石５９、６０と、２つの電磁石５９、６０を収容可能なケース３１´と、このケース３１´の下面に配置される底板３２´´と、ケース３１´の上面に配置される上板６１で構成されている。本実施形態の電磁石５９、６０は、永久磁石５８の移動範囲に対向する位置に、コイルボビンに巻線されて配置されている。また、電磁石５９、６０は上下方向に所定の間隔を置いて配置されていて、この２個の電磁石５９、６０の間には樹脂製のスペーサ４５が配置されている。なおケース３１´は、第三の実施形態と同様に水平な姿勢で配置された電磁石５９、６０を収容可能な円筒状の部材であり、磁性を有する部材により形成されていて、電磁石５９、６０により発生する磁力を有効に集中させるヨークとしての働きを有する。

ケース３１´の下部には底板３２´´が取り付けられていて、上部には上板６１が取り付けられている。底板３２´´は板状の部材であり、ケース３１´の下面は、この底板３２´´により閉塞される。また、上板６１の中央部には円形の孔が形成されていて、この孔には円筒状の永久磁石５８に固定された円柱状部材５６´が挿通されている。

本実施形態の永久磁石５８は円柱状に形成されていて、上下方向に隙間を開けて配置された中空形状の電磁石５９、６０の空芯領域に配置される。なお、永久磁石５８は磁界の向きが図面視して上下方向になるように着磁処理されている。さらに、永久磁石５８の上面と下面には、永久磁石５８のそれぞれの磁極が持つ吸着力を集中させるためのヨーク６２、６３が備えられている。本実施形態が備えるヨーク６２、６３は軟鉄製の円盤状部材であり、永久磁石５８と同じ外径寸法を有している。また、永久磁石５８とヨーク６２、６３とは中心軸Ｃを中心とする同軸上に配置されていている。さらに、永久磁石５８とヨーク６２、６３の中心部には同軸状の孔が形成されていて、永久磁石５８とヨーク６２、６３はこの孔を貫通して設けられるネジ６４によって円柱状部材５６´に固定されている。これにより、永久磁石５８とヨーク６２、６３と円柱状部材５６´とは、電磁石５９、６０が発生させる磁界により、移動子６５として一体的に移動することとなる。

移動子６５と中空の電磁石５９、６０との間には、他の実施形態と同様に低摩擦体から成形された円筒状の規制部材４４´が配置されていて、規制部材４４´は、移動子６５の水平方向の移動を規制して、電磁石５９、６０の内壁との接触を防止する。この構成により、電磁石５９、６０が発生させる磁力により移動子６５は規制部材４４´が規制する空間内を上下方向に移動することが可能となる。また、この移動子６５上下移動によって連結部材５４によって連結されたノズル本体２３´´も上下移動を行うことが可能になる。

次に、本実施形態が備える電磁石５９、６０の作用による永久磁石５８の上下移動について説明する。図１３は本実施形態のノズル駆動部２５´´が備える電磁石５９、６０と移動子６５との位置関係を示す概略図である。本実施形態のノズル駆動部２５は移動子６５を所定の方向に移動させるために、各電磁石５９、６０のそれぞれに個別に磁界を発生させる制御を行う。図１３（ａ）は、移動子６５が最下方の待機位置まで下降した状態を示している図である。この図では、移動子６５に連結されているノズル本体２３´´もＦＯＵＰ１３に対して最も離間した待機位置まで移動している。なお、本実施形態の移動子６５の永久磁石５８は、図面視して上側がＳ極、下側がＮ極になるように着磁されていて、永久磁石５８の上側に配置されたヨーク６２にはＳ極となり、永久磁石５８の下側に配置されたヨーク６３はＮ極となる。

制御部３７は電源部２６から供給される電流を、下方に配置される電磁石５９には上側がＳ極、下側がＮ極となるように通電し、上方に配置される電磁石６０には上側がＮ極、下側がＳ極となるように通電している。各電磁石５９、６０に電流が通電されると、電磁石５９の上側はＳ極の磁性を有することで、永久磁石５８の下側とヨーク６３が有するＮ極の磁性と互いに引き付け合うこととなる。また、電磁石６０の下側はＳ極の磁性を有することで、永久磁石５８の上側とヨーク６２が有するＳ極の磁性とが互いに反発し合うこととなる。これにより、移動子６５は下側の電磁石５９による吸引力と、上側の電磁石６０による反発力という二つの力が推力となって、矢印で図示するように、下方に向かって移動する。また、下方に向かって移動した移動子６５はネジ６４の頭部が底板３２´´と当接することで停止する。

次に、移動子６５の上昇動作について説明する。図１３（ｂ）は、移動子６５がパージ位置まで上昇した状態を示している。この時、移動子６５に連結されているノズル本体２３´´は、ＦＯＵＰ１３に配置された雰囲気置換用ポート２１、２２に対して当接する位置まで上昇した状態である。図１２（ｂ）を参照。制御部３７は電源部２６から供給される電流を、下方に配置される電磁石５９には上側がＮ極、下側がＳ極となるように通電し、上方に配置される電磁石６０には上側がＳ極、下側がＮ極となるように通電する。各電磁石５９、６０に電流が通電されると、電磁石６０の下側はＮ極の磁性を有することで、永久磁石５８の上側とヨーク６２が有するＳ極の磁性と互いに引き付け合うこととなる。

また、電磁石５９の上側もＮ極の磁性を有することで、永久磁石５８の下側とヨーク６３が有するＮ極の磁性とが互いに反発し合うこととなる。これにより移動子６５は、下側の電磁石５９による反発力と、上側の電磁石６０による吸引力という二つの力が推力となって、矢印で図示するように、上方に向かって移動する。また、移動子６５の移動によって、移動子６５に連結部材５４を介して連結されているノズル本体２３´´も上方に向かって移動する。下方に向かって移動した移動子６５及びノズル本体２３´´は、ノズル本体´´の当接部材２９がＦＯＵＰ１３底面に配置される雰囲気置換用ポート２１、２２に当接することで停止する。次に制御部３７は開閉弁３８を作動させて供給源３５からパージガスをＦＯＵＰ１３の内部へと供給する。この時、制御部３７は電磁石５９、６０へ電流の供給を続けていて、ノズル本体２３´´は雰囲気置換用ポート２１、２２に向かって付勢された状態である。なお、仮にＦＯＵＰ１３が載置されていない状態で移動子６５及びノズル本体２３´´が上方へ移動したとしても、電磁石６０の上方に発生するＳ極の磁力と永久磁石５８上面にＳ極の磁力が反発する作用により、永久磁石５８は電磁石６０が配置される位置よりも上方に飛び出してしまうことは無い。

ところで、樹脂製のＦＯＵＰ１３は、内部に塵埃や処理工程で使用された不純物が滞留するので定期的に温水洗浄され再利用される。この温水洗浄が繰り返されることによりＦＯＵＰ１３は徐々に変形していって雰囲気置換ポート２１、２２のステージ１４に対する位置も徐々に傾いてしまうことがある。雰囲気置換ポート２１、２２が傾いてしまうと、当接部材２９との間に隙間が出来てしまい、この隙間からパージガスが漏出してしまうというトラブルが発生する。そこで、本発明の各実施形態では、ノズル本体２３、２３´、２３´´をＦＯＵＰ１３に対して前進する方向に付勢する付勢部材を設けることが可能である。付勢部材を設けることで、ＦＯＵＰ１３に配置された雰囲気置換ポート２１、２２が当接部材２９に対して微小に傾いている場合でも、当接部材２９と雰囲気置換ポート２１、２２とが気密に当接することが可能になる。なお、付勢部材には、コイルバネや板バネといったバネ部材を使用することが望ましい。この付勢部材を備えることは前述したいずれの実施形態にも適用することが出来る。

以上は本発明のノズルユニットをロードポート２に装着した実施形態を説明したが、本発明はロードポート２に装着されるものに限定されない。例えば、ウエハＷをＦＯＵＰ１３に収容したまま保管するストッカーの各ＦＯＵＰ載置台に装着することも可能であり、さらに、ＦＯＵＰ１３の開閉機構を備えず、ＦＯＵＰ１３の内部の雰囲気置換を行うことのみに特化されたパージポートと呼ばれる装置に装着することもできる。また、本実施形態においてはＦＯＵＰ１３を対象にして説明しているが、ＦＯＵＰ１３のように底面に雰囲気置換用ポート２１、２２を備える容器に限定されることはなく、例えば容器の側面や上面に雰囲気置換のためのポートを備える容器に対しても適用できる。本発明は被収容物を収容する密閉可能な収容容器の内部雰囲気を置換する用途であればどのような容器に対しても適用できる。

Claims

密閉可能な容器に設けられた雰囲気置換用ポートを介して前記容器内部を所定の雰囲気に置換するためのノズルユニットであって、
パージガスが通過する流路が形成されたノズル本体と、
電磁石を備え、前記電磁石により発生する磁界によって前記ノズル本体を前記雰囲気置換用ポートに対して進退移動させるノズル駆動部と、
前記電磁石が発生する磁界により進退移動する永久磁石と、
前記ノズル駆動手段に電力を供給する電源部と、
前記電源部から供給される電流値を調節して前記電磁石に供給する制御部と
を備えることを特徴とするノズルユニット。
前記制御部は、前記容器内に収容される被収容物の収容状況に応じて、
前記電磁石に供給する電流値を調節する
ことを特徴とする請求項１に記載のノズルユニット。
前記制御部は、上位の制御装置から送信される雰囲気置換開始信号を受信することで、
前記電源部からの電流を前記電磁石に供給開始する
ことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のノズルユニット。
前記電磁石は空芯コイルであり、前記永久磁石は前記空芯コイルの空芯領域に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のノズルユニット。
前記永久磁石は前記ノズル本体に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のノズルユニット。
前記電磁石と前記永久磁石との間には、
前記永久磁石の横方向の移動を規制する摩擦抵抗の小さい非磁性部材からなる規制部材が備えられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のノズルユニット。
前記永久磁石はヨークを備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のノズルユニット。
前記電磁石は磁性材料からなるケースに収納されている
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のノズルユニット。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のノズルユニットと、
前記容器を載置するステージと、
前記ステージに配置され、前記容器の載置状態を検出するセンサを備える
ことを特徴とする雰囲気置換装置。
前記制御部は、前記センサの検出信号により前記電磁石に供給する電流値を調節する
ことを特徴とする請求項９に記載の雰囲気置換装置。
密閉可能な容器に設けられた雰囲気置換用ポートを介して前記容器内部を所定の雰囲気に置換するための雰囲気置換方法であって、
電磁石を備え、前記ノズル本体を前記雰囲気置換用ポートに対して進退移動させるノズル駆動部が、パージガスが通過する流路が形成されたノズル本体を前記容器に対して当接させる工程と、
前記容器内部にパージガスを供給する工程と、を含み、
前記当接させる工程は、
前記ノズル駆動部に備えられる電磁石が発生する磁界により永久磁石が付勢されることによって行われる
ことを特徴とする雰囲気置換方法。
前記ノズル駆動部は制御部を備え、前記制御部は、前記容器内に収容される被収容物の収容状況に応じて、電源部から供給される電流値を調節して前記電磁石に供給する
ことを特徴とする、請求項１１に記載の雰囲気置換方法。