JP2023543061A - 非接触式の搬送装置 - Google Patents

Abstract

複数の有効荷重、特にウェハを同時に搬送するために設計されている搬送装置であって、各有効荷重に１つに搬送体（可動部）が割り当てられており、該搬送体は、ステータの表面上で浮動式に運動可能かつ位置決め可能である搬送装置が開示されている。好適には、６つ全ての自由度に関する運動および位置決めが行われる。搬送体と割り当てられた有効荷重とは、密閉された搬送室内に収容されている。ステータは、密閉された搬送室の下側に配置されている。搬送室の底部は、ステータの表面に対して平行にステータ上に配置されている。搬送体の各ケーシングは、好適には同様に密閉されている。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の形式の非接触式の搬送装置に関する。特に、本発明に係る搬送装置は、組付け技術、生物、化学、医薬および食品産業ならびに太陽電池製造／ディスプレイ製造、医療技術、実験室自動化および物流における産業用途のために適している。半導体産業における搬送装置の使用は特に好適である。

技術的な製造の枠内では、材料、ワークピース、工具または生成物のような物体もしくは有効荷重を搬送または位置決しなければならないことがよくある。このためには、接触式の搬送装置と非接触式の搬送装置とが知られており、これらの搬送装置は、例えば、機械製作もしくは設備製作において、例えば包装機における物体もしくは有効荷重の搬送、機械要素の位置決め、または例えばレーザー加工のための、ワークピースに対する工具のできるだけ正確な位置調整のために使用される、または半導体産業においてウェハクラスタもしくはステッパ設備における基板のコーティング、露光、構造化のために使用される。その際、物体を浮上させるためのシステムを使用することができる。

磁気浮上時の１つの課題は、磁場内で安定的に浮動する構造物を作製することにある。別の１つの課題は、浮動する構造物を、目標設定に応じて自動的に６つ全ての自由度（それぞれ３つの並進運動および回転運動）で位置決めおよび／または運動させることであり、このことは完全な磁気浮上と呼ばれる。

独国特許出願公開第１０２０１６２２４９５１号明細書は、有効荷重を支持する搬送体の、ステータに対して相対的な制御された搬送および位置決めを以下のことにより可能にしている。すなわち、２つの要素のうちの一方の要素が、少なくとも部分的に可動に配置された多数の作動磁石を有しており、この一方の要素に対して相対的な作動磁石のそれぞれの位置および／または配向を、作動要素を介して制御された形式で予め規定することができ、２つの要素のうちの他方の要素が、この他方の要素に不動に結合された少なくとも２つの静止磁石を有しており、静止磁石が作動磁石に磁気結合されている。搬送装置は、作動磁石の制御された位置決めおよび／または配向によって、ステータに対して相対的に搬送体を搬送するように構成されている。この場合、搬送体もステータに対して相対的な所望の位置および／または配向にもたらされ、保持される。

この場合に、６つの自由度、つまりステータに対して相対的に３つの並進自由度、および３つの回転自由度での搬送体の完全な磁気浮上が可能にされる。このことは、搬送体の搬送をより柔軟に行うことができるという利点を有している。

さらに、独国特許出願公開第１０２０１６２２４９５１号明細書は、ステータに対して相対的な搬送体の浮上および／または前進運動が、それぞれの作動要素による作動磁石の対応する位置決めおよび／または配向によって可能にされるという利点を提供する。これにより、ソレノイドの複雑な配置および制御の準備が省略される。このことは、搬送装置の複雑さ、ひいては製造コストを減じるだけではなく、永久磁石の使用も可能にし、この永久磁石は、このような目的のために使用可能であるソレノイドよりもはるかに大きな磁束密度を提供することができることが多い。このことは、ステータと搬送体との間の比較的大きな上昇高さもしくはギャップを可能にすることができ、これによりＺ方向および／またはピッチ角およびロール角の領域における運動時の比較的大きな運動域を形成することができる。さらにこのことは、電気的なエネルギの供給の中断も、必ずしも誤作動または損傷を引き起こすことにつながらないという利点を有している。特に、電力供給の中断がステータと搬送体との間の磁場もしくは磁気結合の損失につながらない。例えば、電力供給が中断された場合、作動磁石の位置および／または配向が静止磁石の吸引力に屈するや否や、作動磁石と固定磁石との間の結合力が増大してもよく、次いで搬送体がステータに引き寄せられ、これにより制御されていない落下に対して保護されている。ステータと搬送体との間の磁気結合は、搬送体の浮上、つまりステータ上での上昇を引き起こすことができ、かつステータに対して相対的な搬送体の前進運動、つまり搬送を、別の接触式または非接触式のシステムを必ずしも必要とすることなく、引き起こすことができる。これにより、非接触式の搬送が可能にされているので、開示された搬送装置は、高められた清浄度要求を有する環境においても使用することができる。例えば、搬送体を、高められた清浄度要求を有する環境において搬送することができる一方で、ステータは、外側で低い清浄度要求を有する環境に配置されていてもよい。ステータと搬送体とのギャップを通って、分離エレメントが延びていてもよく、これにより種々異なる清浄度領域を分離することができる。したがって、開示された搬送装置は、生物学的、化学的および／または医薬的な方法、ならびに例えば、気密、液密かつ／または封止された領域における使用にも適している。

典型的な半導体製造ラインでは、ウェハが製造装置において加工され、搬送装置により製造装置間で搬送される。通常、ウェハは常圧で搬送容器内に搬送され、搬送は、２５枚の典型的なサイズを有するロットで行われる。

製造装置（クラスタツール）内では、ウェハは通常、超高真空（ＵＨＶ）下で加工され、かつ搬送される。製造装置は、ウェハを加工するための少なくとも１つのプロセスステーションと、真空下でウェハを搬送するための搬送装置と、未加工のウェハおよび加工されたウェハを保管するための保管領域とを含んでいる。少なくとも１つのプロセスステーション、搬送装置および保管領域は、真空密閉されたチャンバに取り囲まれており、超高真空にまで排気することができる。チャンバは側方で互いに隣接して配置されており、場合によっては真空密閉式のゲートを介して互いに接続されている。

搬送容器と生産装置との間のウェハの引渡しと、真空領域における複数のウェハの保管とのために、製造装置にはいわゆる真空ロードロックが位置している。搬送容器は常圧下で真空ロードロック内に挿入され、次いで真空ロードロックが排気される。次いで、真空ロードロックと、クラスタツールの搬送領域との間の真空ゲートが開放し、ウェハが搬送装置によりゲートを通って搬送容器から取り出される、または搬送容器内に挿入される。

全てのウェハが搬送容器から取り出され、加工され、再び搬送容器内に置かれた後に、真空ゲートが閉じられ、真空ロードロックに空気が送られる。次いで、搬送容器が常圧下で真空ロードロックから取り出され、次のクラスタツールへと搬送される。

ウェハに空気が送られることは、ウェハの表面に影響を与え、減じられた収量につながってしまう。この影響を低減するために、ウェハは、クラスタツール内において、最後のプロセスステップにおいて保護層をコーティングされ、これにより通常の条件下での搬送のために準備される。次の加工ステップ前に、保護層は再び除去しなければならない。

この欠点は、独国特許出願公開第１０２０１８００６２５９号明細書に記載されたウェハのための搬送装置にも当てはまる。

これに対して、本発明の根底にある課題は、特別な環境下で、つまり通常の条件下ではない種々異なる加工ステーションにおいて加工しなければならない有効荷重、特にウェハのための搬送装置を提供することである。搬送装置による有効荷重の搬送も、特別な環境下で、つまり通常ではない条件下で可能にされることが望ましい。

この課題は、請求項１に記載された特徴を有する搬送装置により解決される。

本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

特許請求された搬送装置は、複数の有効荷重、特にウェハを同時に搬送するために設計されており、各有効荷重に、１つの搬送体（可動部）が割り当てられており、搬送体が、ステータの表面上で浮動式に運動可能かつ位置決め可能である。好適には、運動および位置決めは、６つ全ての自由度に関して行われる。本発明によれば、搬送体と、搬送体が割り当てられた有効荷重とは、密閉された搬送室内に収容されている。ステータは、密閉された搬送室の下側に配置されている。密閉された搬送室の底部は、ステータの表面に対して平行に、ステータ上に配置されている。好適には、搬送体のそれぞれのケーシングも密閉されている。これにより、特別な環境下における種々異なる加工状況で、つまり通常ではない状態で加工することができる有効荷重、特にウェハのための搬送装置が提供される。本発明に係る搬送装置の搬送体による有効荷重の搬送も、特別な環境、つまり通常ではない状態で行われる。

搬送室は、搬送チャンバまたは搬送ケーシングと呼ぶこともでき、直線状で細長くトンネル状であってもよい。底部は道路状であってもよい。

好適には、搬送室内には、ガス（例えば、保護ガス、窒素または不活性ガス）またはガス混合物（例えば、清浄空気）または真空または超高真空（例えば１０^－７または１０^－８バールまで）あるいは無菌領域またはＡＢＣ保護領域または液体（例えば２バールまで）が設けられている。

例えば、超高真空（ＵＨＶ）が設けられている場合、搬送体の対応するＵＨＶ密閉された容器がない場合、真空が侵入してしまう。一方では、構成要素（例えば電子的な構成部材またはバッテリ）を損傷してしまい、他方では、構成要素（特にバッテリおよびプリント基板上の電解コンデンサ）がガス放出してしまい、これにより搬送室内の超高真空の構造を妨げてしまう。このことを回避するために、搬送体の（好適にはその寿命にわたって）ＵＨＶ密閉されたケーシングが適切な解決策となる。代替的には、真空に適した構成要素から成る搬送体の構造が、大気もしくは真空の侵入を可能にする開いたケーシング内に設けられている。

搬送室に隣接して、加工ステーションがプロセスチャンバ内に配置されていてもよく、各搬送体は、有効荷重のための収容部を有している。好適には、片持ちアーム（エンドエフェクタ）が設けられており、片持ちアームの、ケーシングとは反対側の端部分に、有効荷重のための収容部が設けられている、または形成されている。ステータは、プロセスチャンバの下には延びていない。特殊な場合には、プロセスチャンバの下の別個のステータも有意であり得る。

プロセスチャンバは、ステータの磁場から遮蔽されることが望ましい。なぜならば、この磁場がプロセスチャンバ内で経過するプロセスを妨害し得るからである。

プロセスチャンバに対するステータの磁場を弱めるために、特に好適には、ステータもしくは搬送室とプロセスチャンバとの間にそれぞれの間隔が設けられており、この間隔が、片持ちアームにより橋渡し可能である。片持ちアームは、例えば、ケーシングと、有効荷重のための収容部との間の自由な横方向の間隔が、少なくともケーシングの延在長さおよび／または有効荷重の延在長さに一致するような長さであってもよい。これらの延在長さは片持ちアームの方向で観察される。ウェハの場合、この延在長さはウェハの直径である。

付加的な双極補償磁石を、ステータの作動磁石アレイの下側で遠方磁場を補償するために使用することができる。付加的な双極補償磁石は、作動磁石アレイの全ての双極子モーメントの和がゼロに等しく、これにより特に遠方磁場が極めて効果的に消されることを引き起こす。

今は浮上のために必要とされない作動磁石を、隣接するプロセスチャンバにおける遠方磁場の解消を促進する角度位置に積極的に走行させることもできる。

高い透磁率を有する材料から成る磁場遮蔽も可能である。理想的には、ステータ全体が、ステータの上面に至るまでの下側の半空間を完全に覆う一貫した「鉄鍋」の中に入れられる。特にミューメタルから成る鉄薄板が適している。しかし、フェライトセラミックスも使用することができる。

基本的には、搬送室の特別な環境と加工ステーションもしくはプロセスチャンバの特別な環境とは、同じでも互いに異なっていてもよい。

前者の場合では、プロセスチャンバは搬送室に直接に接続された隣室として構成されていてもよい。

搬送体は、本発明に係る搬送装置の好適な用途では、超高真空下でクラスタツール内を運動する。しかし、加工中に別の真空またはガス雰囲気を有し、したがってゲートにより搬送室から分離されている個別のプロセスチャンバが存在していてもよい。

好適には、各搬送体のために少なくとも１つのカメラと、１つの共通の平らな（例えば１ｍｍ未満の）２次元のコード配置とを有している光学的な位置検出装置が設けられている。コード配列は、搬送室の底部に受動的もしくは電流なしに配置されている。

搬送体のケーシング内に（好適にはケーシングのそれぞれの底部に）、少なくとも１つの永久磁石アレイが配置されており、永久磁石アレイがステータと作用結合可能であり、かつステータによって運動可能である。これにより、駆動技術に関して、搬送体への給電不要である。少なくとも１つの永久磁石アレイは、環状であってもよい。ケーシングは、複数の永久磁石アレイを有していてもよい。

永久磁石アレイの中心は、特に好適には、それぞれの搬送体の重心に配置されている。重心は、有効荷重と一緒に、または有効荷重なしで計算する、または求められていてもよい。

このためには、カウンタウェイトが、ケーシングの、片持ちアームとは反対に位置する領域に配置されていてもよい。

カウンタウェイトは、固体（例えば金属製のブロック）として実現されていてもよく、または液体が運ばれるタンクとして実現されていてもよい。任意には、カウンタウェイトを空間的にずらすことができ、特に片持ちアームの方向に沿ってずらすことができ、これにより、搬送体を種々異なる負荷に適合させることができる。

搬送室内に、搬送体のためのサービスステーションが配置されていてもよく、このサービスステーションには、周期的に、または要求に応じて搬送体が接近し、それにより作用結合可能である。

種々異なる有効荷重のための種々異なるカウンタウェイトを提供することができる。サービスステーションは、搬送体のカウンタウェイトのための交換ステーションを有していてもよい。

搬送体からの熱の導出は、真空における使用にとって問題となり得る。なぜならば、（機械的な接触による）熱伝達、（ガスまたは空気流による）対流および熱放射（電磁効果）の基本的に３つの熱搬送メカニズムのうち、単に熱放射しか機能しないからである。自己加熱および／または外部加熱による搬送体内への熱導入が熱放射よりも大きい場合、熱均衡が成立するまで、搬送体は引き続き加熱する。過熱を阻止するために、特に真空における使用のために除熱のための措置が取られている。

除熱コンセプトの好適な構成では、蓄熱器が一定の運転期間（例えば数時間）にわたって熱エネルギを吸収し（つまり、蓄熱器の温度は連続的に上昇する）、合間にサービスステーションにおいて交換または冷却される（熱排出）。

カウンタウェイトと蓄熱器とが一緒に（例えば真鍮から成る）１つの金属ブロックによって形成されていると装置技術的に特に有利である。カウンタウェイトおよび蓄熱器は、搬送体の積載状態に適応させるために、複数の金属ブロックから形成されていてもよい。

サービスステーションは、電気的なエネルギ貯蔵器、例えばバッテリを充電または交換するための装置を搬送体内に有していてもよい。エネルギ貯蔵器は、例えば、位置検出装置に給電する。

例えばウェハのような、静電気放電にさらされている有効荷重は、静電気を逃がす措置により保護される。

安全コンセプトは、好適には、搬送体および搬送される有効荷重を、停電時に、損傷することなく安全な保持状態にもたらし、給電の再開後に運転を自動的に再開することを可能にする。

搬送体の２つの実施例を備えた本発明に係る搬送装置の実施例を図面に示した。

実施例による本発明に係る搬送装置を示す横断面図である。 図１に示した搬送体の第１の実施例を部分的に断面して示す平面図である。 図１および図２に示した搬送体を示す縦断面図である。 図１に示した本発明に係る搬送装置において使用するための搬送体の第２実施形態を部分的に断面して示す平面図である。 図４ａに示した搬送体を示す縦断面図である。 図４ａおよび図４ｂに示した搬送体を備えた、図１に示した搬送装置の電子的な構成群の回路図である。

図１は、搬送装置の１つの実施例を示している。搬送装置は、複数の駆動モジュール２１から構成されているステータ２０と、少なくとも１つの搬送体１とを有しており、搬送装置は、少なくとも１つの搬送体１をステータ２０上で制御された形式でステータ２０に対して相対的に搬送し、かつ位置決めするように構成されている。

この搬送装置は、半導体製造においてガス雰囲気または真空条件下でウェハ１２を非接触式に搬送するために構成されている。搬送体１は、自動的に目標設定に応じて６つ全ての自由度（３つの並進自由度Ｘ、Ｙ、Ｚと３つの回転自由度ｒｏｔ＿Ｘ、ｒｏｔ＿Ｙ、ｒｏｔ＿Ｚ）で運動され得る。搬送室３０は、主搬送方向が図平面に対して垂直方向に延びる搬送路として形成されている。特に、搬送室３０では、超高真空（約１０～７ｂａｒ）が占めていてもよい。搬送室３０の側方には、隣接するプロセスチャンバ３３が配置されており、図１ではこれらのプロセスチャンバのうち例示的に唯１つのプロセスチャンバ３３が示されている。

搬送体１には片持ちアーム１１が取り付けられており、この片持ちアーム１１は、ウェハ１２を収容するために働く。片持ちアーム１１は、ウェハ１２と搬送体１との間の横方向の間隔を拡大し、これによりウェハ１２をプロセスチャンバ３３内に導入することができる。場合によってはゲート３２が存在しており、ゲート３２はプロセスチャンバ３３への装填のために開かれる。長い片持ちアーム１１と、搬送体１の自由な位置決め性とは、ゲート３２の開口がウェハ１２の直径より大幅に大きくない場合にも、ウェハ１２をプロセスチャンバ３３に導入することを可能にする。

搬送体１の第１の実施例の構造が図２に図示されている。搬送体１は、種々異なる雰囲気条件下で使用することができる。特に、搬送体１は、超高真空において作動され得る。搬送体１は、種々異なるガスおよびガス混合物内で作動され得る。

このためには、搬送体１は、真空密かつ圧力密に閉じられたケーシング９を有しており、ケーシング９は、搬送体の内室の雰囲気を外側の雰囲気、つまり例えば搬送室３０の内部の雰囲気から分離する。任意には、換気弁がケーシング９内に存在しており、この換気弁は定期的に閉じられており、必要に応じてケーシング９内の圧力補償またはガス交換を可能にする。好適には、ケーシング９の内室は標準圧力である。

ケーシング９は、例えば金属、プラスチック、セラミック、ガラスまたは材料の複合物から製造されている。ケーシング９の底部にはガラスプレートが嵌め込まれており、ガラスプレートは、ケーシング９の内部のカメラモジュール４が搬送室３０の底部に設けられた２次元のコード配列２３の光学的な検出を可能にする。

基本的に先行技術から知られている駆動原理に従って、図１～図３に示した第１の実施例では搬送体１は、駆動力および駆動トルクを導入するために、好適には円環の形態のハルバッハ配列としての、永久磁石２の例えば円環状のアレイを有している。このハルバッハ配列は、永久磁石アレイ２の、ステータ２０に面した側が強い磁場を有しており、搬送面に面した側が弱磁場を有していることを引き起こす。

搬送室３０とプロセスチャンバ３３との間隔を最大にすることにより、プロセスに対する搬送装置の遠方磁場の影響が最小限にされる。このためには、片持ちアーム１１が相応の長さを有している。別の措置は、通常の措置、例えば強磁性の材料または積層体によるステータ２０の磁気的な遮蔽にあり、この場合材料は、特に高い透磁係数を有する（例えば鉄薄板、フェライト、ミューメタル）。

さらに、搬送装置内には、好適には搬送体１ごとの複数のカメラモジュール４と慣性センサ７とに基づいている位置規定ユニットが組み込まれている。各カメラモジュール４は、２次元のコード配列２３の一部のデジタル画像を周期的に検出する。画像情報の評価により、カメラモジュール４は、６次元までの固有の位置を求めることができる。

図２は、３つのカメラモジュール４を備えた搬送体１を示している。カメラモジュール４は、ケーシング９の互いに遠く離れた点に位置している。これにより、カメラモジュール４間のベース間隔が最大化され、このことは角度検出の精度を高める。

複数のカメラモジュール４により検出された位置は、ケーシング９内におけるその固定的な機械的な配置に基づいて、部分的に冗長的である。冗長性は、例えば、複数のカメラモジュール４によって求められた位置データに関する平均化によって、搬送体１の計算された位置の精度を高めるために利用することができる。付加的には、診断機能によって、独立して得られた位置値が比較され、妥当化されることにより、個別のカメラモジュール４の誤測定を検出し、修正することができる。１つの位置値が別の位置値から著しく異なっている場合、この位置値は誤測定として扱われ、評価に取り込まれない。

示された実施例では、慣性センサ７が、ケーシング９内に設けられている。慣性センサ７は、カメラモジュール４に対して固定的な寸法関係にある。慣性センサ７は、好適には６つ全ての自由度を規定するために構成されており、つまり、慣性センサ７は、少なくとも１つの３Ｄ加速度センサと少なくとも１つの３Ｄ回転速度センサとの組み合わせを含んでいる。代替的には、慣性センサ７が、例えば単に並進自由度および／または回転自由度のように、６つよりも少ない自由度を規定するように構成されていてもよい。

図５は、そのＬＥＤ３５によりコード配列２３を照明するカメラモジュール４と、慣性センサ７とが、その測定信号および／または測定データを搬送体１の制御ユニット６に提供することを示している。制御ユニット６は、センサデータを融合することにより、搬送体１の位置を求める。特に、制御ユニット６は、１つ以上のカメラモジュール４の一時的な故障を検出し、かつ／または、検出の問題が発生した場合には、搬送体１の位置を慣性センサ７の測定データに基づいて規定するように構成されている。

搬送体１のケーシング９内の制御ユニット６は、算出された位置または中間値を、場合によっては付加情報と一緒に、ワイヤレスの通信インターフェースを介してステータ２０に伝送する。好適には、ワイヤレスの誘導データ伝送が使用される。この場合、２値のシリアルデータストリームが、ＦＳＫモデム６．１によって周波数コード化され、搬送体コイル３を介して可変の磁場に変換される。ステータ２０内には、その空間的な配置に基づいて搬送体コイル３にギャップ２６を介して誘導結合されているコイル２４が位置している。ステータコイル２４により受信された信号は、ステータ２０内のＦＳＫモデム２８．１により復調され、シリアルデータストリームに変換される。

プロセスチャンバ３３内の搬送体コイル３とプロセスチャンバ３３外のステータコイル２４とのギャップ２６を介した誘導結合をブロックしないために、プロセスチャンバ３３の底部を搬送体１の作業領域において主に非金属の材料で製造することが必要である。代替的には、ステータコイル２４はステータ２０に統合されておらず、プロセスチャンバ３３に、例えば２次元のコード配列２３の下方の統合されている。ステータコイル２４とステータ２０との電気的な接続部は、プロセスチャンバ３３の壁部内の電流ブッシングによりガイドされる。

誘導データ伝送に対して代替的に、例えば無線伝送または光データ伝送を使用することができる。搬送体１のケーシング９およびステータ２０内に、情報伝送のために使用される別のＬＥＤおよびフォトダイオードが設けられていてもよい。

図２によれば、搬送体１は、その無線の作動のために電気的なエネルギ貯蔵器５を備えている。好適には、高い運転安全性および高いサイクル安定性（耐久性）により優れているアキュムレータ、例えばリチウムポリマー電池（ＬｉＰｏ）、リン酸鉄リチウムイオン電池（ＬＦＰ）、チタン酸リチウム電池（ＬＴＯ）が使用される。代替的には、高い蓄電容量を備えたコンデンサ（スーパーキャパシタ）を使用することができる。

運転中、エネルギ貯蔵器５には常に負荷が加えられ、連続的に放電が行われる。したがって、エネルギ貯蔵器５は周期的に一定の期間で、または要求に応じて充電または再充電される。このためには、接触式または非接触式にエネルギを伝送するための装置８が設けられている。

接触式のエネルギ伝送は、例えば、ケーシング９の外面に設けられた充電コンタクトを介して行われ、この充電コンタクトは、電流導入端子を介してケーシング９の内部の充電エレクトロニクスに接続されている。

非接触式のエネルギ伝送は、２つのコイル間の誘導結合によって行うことができ、これらのコイルのうちの一方のコイルは、ケーシング９内に配置されていて、他方のコイルはケーシング９外に配置されている。ケーシング９は、結合を減衰させないようにするために、結合領域において主に非金属材料から成っている。代替的にはエネルギ伝送を、搬送体１の外側に取り付けられている高い効率を有する太陽電池を用いて光学的に行うこともできる。

最終的に、エネルギ貯蔵器５は、交換可能な構成要素として実施されてもよく、この構成要素は、ケーシング９の外側に位置し、搬送体１に機械的および電気的に接続されている。接続部は着脱可能に構成されており、これにより、放電したエネルギ貯蔵器５を短時間で充電されたエネルギ貯蔵器５と交換することができる。

充電は、通常運転中以外に行うことができ、または運転中に行うこともできる。コンデンサのような小さな容量を有するエネルギ貯蔵器５の使用時には、好適には運転中に非接触式に再充電される。

図３は、図２に示した浮動式の搬送体１の、片持ちアーム１１およびウェハ１２との均衡状態を示している。この均衡状態では、搬送体１に作用する全ての力のベクトルの和は、０Ｎに等しく、全てのモーメントのベクトルの和は、０Ｎｍに等しい。示されたレバーアームは、磁力Ｆ＿ｍが永久磁石アレイ２内に導入される箇所からの個別の重心の間隔ｒ＿ｃ、ｒ＿ｈ、ｒ＿ｅ、ｒ＿ｐと見なされる。静止した状態では、永久磁石アレイ２を介して搬送体１に導入される反対方向に等しい力Ｆ＿ｍにより、取り付けられた全てのユニットを有する搬送体１の重量が補償されることにより、均衡が達成される。さらに、搬送体１に作用する全てのトルクの和は、永久磁石アレイ２を介して導入される反対方向に作用するトルクにより補償される。

長い片持ちアーム１１と片持ちアーム１１上のウェハ１２とは、持続的に搬送体１に高いトルクを作用させる。任意には、少なくとも１つのカウンタウェイト１０が対向トルクを発生させ、これにより永久磁石アレイ２によって補償されなければならない残りのモーメントを減少させる。同時にカウンタウェイトは、搬送体１の総重量を高める。つまりカウンタウェイト１０の使用は、搬送体１のモーメント負荷を減じ、力負荷を高める。このことは特に、トルクの作業範囲が既に尽きているが、力の作業範囲がまだ残っている場合に有意である。

カウンタウェイト１０は、搬送体１のケーシング９内に統合されていてもよく、別個の構成要素としてケーシング９の外側に取り付けられていてもよく、または複数の取付け位置に分散されていてもよい。別の１つのバリエーションでは、カウンタウェイト１０は、片持ちアーム１１と一緒に、ケーシング９上に取り付けられる構造ユニットを形成する。

搬送装置は、重量分配または片持ちアーム１１を今後の搬送タスクに適合させるために、別個のカウンタウェイト１０および／または片持ちアーム１１を自動的に搬送体１に収容する、または取り外すように構成されていてもよい。

図４は、分配された永久磁石アレイ２を備えた第２の実施例による搬送体１を示している。永久磁石アレイ２は、２つの環状の部分アレイ２ａ，２ｂから成っており、これらの部分アレイ２ａ，２ｂは、ケーシング９を介して機械的に固定的に互いに結合されている。これらの部分アレイ２ａ，２ｂは、制御装置により、図２および図３に示した組み立てられた永久磁石アレイ２と同様に扱うことができる。

永久磁石アレイ２の最大寸法は、好適には片持ちアーム１１の方向に延びている。この配置により、永久磁石アレイ２の作業範囲が意図的に拡張されており、これにより、片持ちアーム１１およびウェハ１２による負荷を補償するために、より高いトルクＭ＿ｍを出力することができる。これにより、適切な寸法設定時に、カウンタウェイト１０を省略することができる。

運転中に、搬送体１は、外部からの影響（例えば、加熱プロセスに対して空間的に近接して使用される場合）および搬送体１内の電気的な構成要素の損失出力によって、加熱され得る。過熱を回避するために、搬送体１の除熱が必要である。特に、真空における運転時に、このことは困難となる。なぜならば、浮上運転中に熱伝導または対流による冷却の可能性がないからである。

熱放射による搬送体１の除熱を改善するために、搬送体１の表面は高い放出度を有している。例えば、金属製のケーシング９の放出度は、表面のコーティングまたは構造化によって高められる。付加的に、ケーシング９内の熱源、例えばマイクロプロセッサのような電子構成要素は、熱導出を支援するためにケーシング９に熱的に結合されている。

付加的な措置は、損失熱を搬送体１内の蓄熱器に収集することである。蓄熱器は、付加的な構成要素として構成されていてもよく（図示せず）、またはカウンタウェイト１０を付加的に蓄熱器として使用することによって、カウンタウェイト１０と一緒に１つの機能ユニットを形成することができる。蓄熱器は、固体から成っていてもよく、または液体を充填されたタンクから成っていてもよい。高い比熱容量を有する液体が蓄熱媒体として使用される。

特に好適には、水槽としての蓄熱体の構成であり、この水槽は、搬送体１内に統合されており、かつ同時にカウンタウェイト１０の機能を担う。熱源は水槽に熱的に接続されており、場合によっては管／ホース接続部またはマイクロポンプにより支援されている。代替的には、潜熱蓄熱器を使用することができる。潜熱蓄熱器は、供給された熱エネルギを固体から液体への相変態に利用し、これにより熱を蓄える。

搬送体１の通常の運転の短時間の中断中に、蓄熱器または蓄熱媒体の交換により、または例えば蓄熱器が大きな面積でサービスステーションのコールドプレートに接触させられることにより蓄熱器から熱を導出することにより、熱放出が行われる。熱放出は規定された運転期間後に周期的に、または危機的な温度閾値を上回った場合に行われる。

運転中断の時間を有効に利用するために、充電工程と、熱放出工程とを同時に行うことができる。

静電気放電によるウェハ１２の損傷を回避するために、ネスト（Nest）内にウェハ１２を収容または配置する前に、片持ちアーム１１とネストとの間の電気接点を閉じることができる。このためには、片持ちアーム１１に、ばねを被せられた接触ニードルが位置しており、この接触ニードルは、ウェハ１２の配置／取出しの直前に、ネストに設けられた電気的に接地された接触面に点状に接触する。被せばねの戻し力は、搬送体１の力に対して小さく、これにより、取扱い工程は接触工程により損なわれない。代替的には、接地され、ばねを被せられた接触ニードルは静止的にネストに位置しており、片持ちアーム１１に設けられた接触面に接触する。

停電時に、搬送体１をウェハ１２と一緒に安全な保持状態にもたらすことができる。このためには中断のない電力供給部が設けられており、この電力供給部は、搬送装置に停電後に数秒間電力を供給する。この時間の間に、搬送体１は制御されて停止させられ、それぞれの箇所において搬送室３０の床部に着地させられる。完全な電源遮断後に、安全機能が生じ、アクチュエータ磁石アレイ２５（図１を参照）が、搬送体１の永久磁石アレイ２との磁気結合の影響下で自動的に安定的な位置へと運動する（可動部クランプ）。この位置では、搬送体１は、設備への給電がない状態でも、搬送室３０の底部に位置固定される。粒子の移動を回避するために、搬送体１は、ケーシング下面に少なくとも３つの平らな基部を有しているので、着地状態における機械的な接触は単に点状に最小限の接触面で行われる。

電力供給の再開後に、制御装置は、搬送体１を再び浮上運転することができ、処理シーケンスを継続することができる。

カメラモジュール４の測定速度が慣性センサ７の測定速度とほぼ同じである場合、位置検出装置は慣性センサ７なしで運転することができる。なぜならば、慣性センサ７はこの場合に速度上の利点をもはやもたらさないからである。

カメラモジュール４とコード配列２３との取付け位置は交換されていてもよく、ＬＥＤ３５を備えたカメラモジュール４が、搬送体１の、コード配列２３が位置している下面に向くようにステータ２０内に組み付けられている。

慣性センサ７の省略およびステータ２０内におけるカメラモジュール４の組込み時に、搬送体１を電流なしに運転することができる。これにより、搬送体１内の多くの構成要素が省略されるので、搬送体１は純粋に機械的なユニットとなる。損失熱を放出する電子機器がもはや搬送体１内にないので、搬送体１の冷却の問題がなくなる。

搬送装置であって、複数の有効荷重１２、特にウェハを同時に搬送するために設計されており、各有効荷重１２に、１つの搬送体１（可動部）が割り当てられており、該搬送体１が、ステータ２０の表面上で浮動式に運動可能かつ位置決め可能である搬送装置が開示されている。好適には、６つ全ての自由度に関する運動および位置決めが行われる。搬送体１と割り当てられた有効荷重１２とは、密閉された搬送室３０内に収容されている。ステータ２０は、密閉された搬送室３０の下側に配置されている。搬送室３０の底部は、ステータ２０の表面に対して平行にステータ２０上に配置されている。搬送体１の各ケーシング９は同様に密閉されている。

１ 搬送体
２ 永久磁石アレイ
２ａ 部分アレイ
２ｂ 部分アレイ
４ カメラモジュール
５ エネルギ貯蔵器
６ 制御装置
６．１ ＦＳＫモデム
７ 慣性センサ
８ エネルギ伝送装置
９ ケーシング
１０ カウンタウェイト
１１ 片持ちアーム
１２ 有効荷重／ウェハ
２０ ステータ
２１ （ステータの）駆動モジュール
２２ （駆動モジュールの）カバープレート
２３ コード配列
２４ ステータコイル
２５ アクチュエータ磁石アレイ
２６ ギャップ
２７ （駆動モジュールの）ケーシング
２８ （駆動モジュールの）制御ユニット
２８．１ ＦＳＫモデム
３０ 搬送室
３２ ゲート
３３ プロセスチャンバ
３４ 遮蔽部
３５ ＬＥＤ
Ｆ＿ｃ カウンタウェイトの重量
Ｆ＿ｈ ケーシングと永久磁石アレイとエネルギ貯蔵器との重量
Ｆ＿ｅ 片持ちアームの重量
Ｆ＿ｐ 有効荷重の重量
Ｆ＿ｍ 磁力
ｒ＿ｃ カウンタウェイトの重心の間隔
ｒ＿ｈ ケーシングと永久磁石アレイとエネルギ貯蔵器との重心の間隔
ｒ＿ｅ 片持ちアームの重心の重量
ｒ＿ｐ 有効荷重の重心の重量

Claims (14)

1. 少なくとも１つの有効荷重を搬送するための搬送装置であって、各有効荷重に、１つの搬送体（１）が割り当てられており、該搬送体（１）は、ステータ（２０）の表面上で浮動式に運動可能かつ位置決め可能である、搬送装置において、
   前記少なくとも１つの有効荷重（１２）および前記少なくとも１つの搬送体（１）は、密閉された搬送室（３０）内に収容されており、前記ステータ（２０）は、前記密閉された搬送室（３０）の外側に配置されていることを特徴とする、搬送装置。
2. 前記搬送体（１）のケーシング（９）が、同様に密閉されている、請求項１記載の搬送装置。
3. 前記搬送室（３０）内に、ガスまたはガス混合物または液体または真空または超高真空あるいは無菌領域またはＡＢＣ保護領域が設けられている、請求項１または２記載の搬送装置。
4. 前記搬送室（３０）に隣接して、前記有効荷重（１２）を加工するための複数のプロセスチャンバ（３３）が配置されており、前記搬送体（１）は、片持ちアーム（１１）を有しており、該片持ちアーム（１１）の、前記ケーシング（９）とは反対側の端部分に、前記有効荷重（１２）のための収容部が設けられている、または形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の搬送装置。
5. 前記プロセスチャンバ（３３）に対する前記ステータ（２０）の磁場を弱めるために、前記ステータ（２０）と前記プロセスチャンバ（３３）との間にそれぞれ間隔が設けられており、該間隔は、前記片持ちアーム（１１）により橋渡し可能であり、前記ケーシング（９）と、前記有効荷重（１２）のための前記収容部との間の間隔は、少なくとも、前記片持ちアーム（１１）の方向での前記ケーシング（９）の延在長さおよび／または前記有効荷重の延在長さに一致する、請求項４記載の搬送装置。
6. 前記プロセスチャンバ（３３）のうちの少なくとも１つのプロセスチャンバ（３３）は、前記搬送室（３０）からゲート（３２）を介して分離されている、請求項４または５記載の搬送装置。
7. 光学的な位置検出装置を備えており、該光学的な位置検出装置は、前記搬送体（１）の前記ケーシング（９）内の少なくとも１つのカメラ（４）と、前記搬送室（３０）の底部に設けられた平らなコード配列とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の搬送装置。
8. 前記搬送体（１）の前記ケーシング（９）内に、少なくとも１つの永久磁石アレイ（２）が配置されており、該永久磁石アレイ（２）は、前記ステータ（２０）と作用結合可能であり、かつ該ステータ（２０）により運動可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の搬送装置。
9. 前記永久磁石アレイの中心は、前記搬送体（１）の重心に配置されている、請求項８記載の搬送装置。
10. カウンタウェイト（１０）は、前記ケーシング（９）の、前記片持ちアームから離間した領域に配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の搬送装置。
11. 前記搬送室（３０）内に、サービスステーションが配置されており、該サービスステーションは、周期的に、または要求に応じて前記搬送体（１）に作用結合可能であり、前記サービスステーションは、前記搬送体（１）の前記カウンタウェイト（１０）のための交換ステーションである、または該交換ステーションを有している、請求項１０記載の搬送装置。
12. 前記搬送室（３０）内に、サービスステーションが配置されており、該サービスステーションは、周期的に、または要求に応じて前記搬送体（１）に作用結合可能であり、前記サービスステーションは、冷却ステーションまたは前記搬送体（１）の蓄熱器のための交換ステーションである、または前記冷却ステーションまたは前記交換ステーションを有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の搬送装置。
13. 前記カウンタウェイト（１０）および前記蓄熱器は、一緒に１つの金属製のブロックにより形成されている、請求項１１および１２記載の搬送装置。
14. 前記搬送室内に、サービスステーションが配置されており、該サービスステーションは、周期的に、または要求に応じて前記搬送体（１）に作用結合可能であり、前記サービスステーションは、前記搬送体（１）の電気的なエネルギ貯蔵器のための充填ステーションまたは交換ステーションを有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の搬送装置。

Images