JP2676334B2

JP2676334B2 - ロボットアーム

Info

Publication number: JP2676334B2
Application number: JP7195228A
Authority: JP
Inventors: 忠素玉井; 敏隆山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: US5702228A; DE19630912A1; GB2303839A; JPH0938875A; CN1151344A; TW336925B; KR970005546A; GB9615983D0; KR100254370B1; GB2303839B; CN1055429C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボットアームに関
し、特にアームの伸縮に応じて対象物を保持しまたは放
すロボットアームに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造工程における半導体ウエハの
表面上やＬＣＤあるいは太陽電池等の表面上の微粒子や
汚れは、最終製品の歩留りを大きく低下させる。このた
め、半導体ウエハの加工処理プロセスにおいて、半導体
ウエハをゴミの発生しない環境で搬送、保管することが
望まれる。通常、半導体ウエハは複数枚がカセットに収
容され、加工処理装置間を搬送される。加工処理装置内
では、カセットから所定位置への半導体ウエハの移動が
ロボットアームを用いて行われる。加工処理装置内での
半導体ウエハの固定には、真空吸着チャックや静電チャ
ックが利用される。ロボットアームで移動中の半導体ウ
エハを確実に支持するため、これらのチャックを用いよ
うとすると、ロボットアームの構成が複雑化する。

【０００３】例えば、ウエハの表面洗浄が極めて重要で
ある。洗浄に伴って環境破壊を生じさせないことも重要
である。アルゴンガスを用いて減圧雰囲気中で表面洗浄
を行う方法が知られている。これは、アルゴンガスまた
はアルゴンガスを含む混合ガスを極低温にし、表面に吹
き付ける方法である。ノズルから減圧雰囲気中にガスを
噴出することにより、ガスは急激に断熱膨張し、その温
度を低下させる。温度低下の結果、固体アルゴンが形成
され、固体アルゴン微粒子が表面上に衝突する。

【０００４】例えば、加圧状態でのアルゴンを含むガス
を、その圧力でのアルゴンガスの液化点よりも高い温度
まで冷却し、ノズルから減圧雰囲気中に吹き出すことに
より、気体アルゴンを固体アルゴンに変化させる方法が
提案されている。

【０００５】このように、減圧雰囲気中で処理を行う装
置においては、一般的に、常時減圧雰囲気とされている
処理室と減圧雰囲気と大気雰囲気とを繰り返す予備室と
が設けられる。処理室と予備室との間で処理対象物を移
送するロボットが必要になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体プロセスにおい
ては、特にゴミの発生の少ない簡単な機構のロボットが
望まれる。

【０００７】本発明の目的は、処理対象物を支持するた
めの専用の駆動機構を必要としないロボットアームを提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、回転軸と、前記回転軸に固定され、折り畳み伸縮機
構を有する腕部材と、前記腕部材先端部に回動可能に支
持され、前記回転軸に対して一定の相対的関係を保つ支
持部材と、前記支持部材上の支軸に揺動可能に支持され
る補助支持部材と、前記支持部材と前記腕部材との回動
部に設けられ、前記腕部材の折り畳み伸縮運動に基づい
て前記補助支持部材を駆動するカム機構とを有するロボ
ットアームが提供される。

【０００９】腕部材が伸縮すると、カム機構により補助
支持部材が揺動する。補助支持部材が揺動することによ
って、処理対象物を支持しもしくは解放する。従って、
腕部材の伸縮に応じて処理対象物を支持したり解放した
りする。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、図１及び図２を参照して、
本発明の実施の一形態による表面洗浄装置及び洗浄方法
の概略を説明する。

【００１１】図１は、本発明の実施の一形態による表面
洗浄装置のブロック図を示す。アルゴン（Ａｒ）ガスの
ボンベ１および窒素（Ｎ₂）ガスのボンベ２は、それぞ
れ圧力調整弁３、４を介して合流点２０に配管で接続さ
れる。合流点２０でアルゴンガスと窒素ガスが混合され
る。アルゴンと窒素の混合ガスは、配管２１を通ってフ
ィルタ５に供給され、フィルタ５によりガス中の粒子が
除去される。

【００１２】粒子の除去された混合ガスは、配管２２を
通って冷却器（または熱交換器）６で冷却され、ノズル
装置１０から真空容器１１内に吹き出される。冷却器６
から出力された混合ガスの圧力および温度は、圧力計８
および温度計７で測定され、その測定結果は電気信号の
形で温度制御装置９に送られる。

【００１３】温度制御装置９は、冷却器６の到達冷却温
度がその圧力でのアルゴンガスの液化点以下になるよう
に冷却器６を制御する。図２は、アルゴンガスの液化温
度および固化温度を示すグラフである。図中、横軸はエ
ントロピをジュール／モル・Ｋで表し、縦軸は温度を絶
対温度Ｋで表す。図中、領域Ｇは気相、領域Ｌは液相、
領域Ｓは固相を示す。曲線ａは液化温度（気体液体界
面）を示し、破線ｂは固化温度（液体固体界面）、点Ｐ
はアルゴンの三重点を示す。

【００１４】図１に示す温度制御装置９は、入力される
圧力信号および温度信号に基づいて、冷却器６の出口ガ
ス温度が図２に示すようなその圧力でのアルゴンガスの
液化温度以下になるように制御する。

【００１５】したがって、混合ガス中のアルゴンガスの
一部または全部は冷却されて液化し、微細液滴を形成す
る。混合ガス中の窒素ガス濃度は、２〜７０モル％とす
ることが好ましい。窒素ガスは、アルゴンガスよりも比
熱が大きいため、窒素ガスの濃度を高くするとガス冷却
のために必要な熱量が多くなり、好ましくないからであ
る。また、窒素の液化温度はアルゴンよりも低いため、
少しでも窒素ガスを含むことにより、冷却しすぎた場合
でもキャリアガスを気体の状態で残すことができる。

【００１６】ノズル装置１０から真空容器１１内に混合
ガスを吹き出すことにより、混合ガスの圧力が急激に低
下し、断熱膨張を行なう。このため、混合ガスの温度が
急激に低下し、微細液滴は少なくとも表面が固化したア
ルゴンの微粒子に変化する。

【００１７】このようにして、多量のアルゴン微粒子を
含む流体が被洗浄物１２表面に噴射される。このように
して、被洗浄物１２表面はアルゴンの微粒子により効率
的に洗浄される。

【００１８】なお、真空容器１１は、流量調整弁１３を
介して真空排気装置に接続されている。また、真空容器
１１には圧力計１４が接続されており、圧力計１４で検
出された圧力に対応する信号が、圧力制御器１５に供給
される。

【００１９】圧力制御器１５は、検出された圧力に基づ
いて流量調整弁１３を制御する。このように、流量調整
弁１３、圧力計１４及び圧力制御器１５を含む真空排気
手段１８によって、真空容器１１内が所定の圧力に保た
れる。

【００２０】なお、真空容器１１内の圧力が絶対圧で
０．２気圧以上０．７気圧以下になるように圧力調整弁
１３を制御することが好ましい。より好ましくは、アル
ゴンの三重点（０．６８気圧）以下の圧力になるように
制御する。また、ノズル装置１０内の圧力は、真空容器
１１内の圧力との関係によって適正値が決まり、絶対圧
で３〜７気圧とすることが好ましい。

【００２１】ノズル装置１０内と真空容器１１内の圧力
差が少ない場合は、高い洗浄効果が得られない。圧力差
を徐々に大きくすると洗浄効果が増加する。さらに大き
くすると、ノズル装置１０から吹き出されたアルゴン微
粒子が真空容器１１内に拡がって浮遊した状態になり、
洗浄効果は減少する。

【００２２】これは、以下のように推察される。圧力差
が少ない場合には、混合ガスの断熱膨張量が少ない。こ
のため、アルゴン微細液滴が固化せず液滴の状態で洗浄
表面に衝突すると考えられる。この時の洗浄能力は低
い。また、圧力差が大きすぎる場合には、混合ガスの断
熱膨張量が大きくなり、混合ガスの温度が大きく低下す
る。このため、アルゴン微細液滴のほとんど中心部まで
固化して固体粒子となり、洗浄表面に衝突した際に弾性
的に反射すると考えられる。この時も洗浄能力は低い。

【００２３】圧力差が適切な場合は、アルゴン微細液滴
の表面のみが固化し、内部は液相状態のままであると考
えられる。アルゴン微粒子の表面のみが固化し、殻状に
なっている場合には、洗浄表面に衝突した際に殻が割れ
るため、弾性的に反射することがない。そのため、洗浄
効果が向上するものと考えられる。

【００２４】なお、真空容器１１内の圧力がアルゴンの
三重点以下であれば、アルゴンは液相で存在し得ないた
め、少なくともアルゴン微細液滴の表面が固化する。真
空容器１１内の圧力をアルゴンの三重点以下とすること
により、制御性よくアルゴン微細液滴を殻状のアルゴン
微粒子とすることができる。

【００２５】なお、ガスを装置内に導入する前には、配
管２１に接続された弁１７を通してシステム内の雰囲気
を真空排気し、不純物ガスの混合を防止することが望ま
しい。また、装置運転停止後は、弁１６を開き、混合ガ
スをベントすることが好ましい。

【００２６】なお、ノズル装置１０の上流側における圧
力はほぼ一定に保持されるため、圧力計８は冷却器６の
上流側に設けてもよい。アルゴンガスと窒素ガスの混合
ガスを用い、アルゴンガスを液化して微細液滴を窒素ガ
スまたは混合ガス中に浮遊させる場合を説明したが、ア
ルゴンガスのみを用いることも可能である。

【００２７】この場合、ガスが冷却器６を通過する際、
アルゴンガスの一部が微細液滴に変化し、残余の気体ア
ルゴンガス中に浮遊する状態とすればよい。したがっ
て、洗浄用ガスとしては数％〜１００％のアルゴンガス
を用いることができる。また、液滴の代わりに液体がノ
ズル装置の下部に溜まってもよい。ノズル装置からガス
と共に噴き出すことにより、液体は液滴となる。

【００２８】また、真空容器１１内で被洗浄物１２を加
熱してもよい。アルゴンの微細液滴を含むガスがノズル
装置１０を通って噴射することにより、微細液滴の少な
くとも表面は固化して被洗浄物１２を衝撃するが、被洗
浄物の温度がある程度以上高ければ、被洗浄物表面に付
着したアルゴン微粒子または液滴は急激に蒸発する。

【００２９】このように、粒子のサンドブラスト効果と
気化による洗浄作用を併用することもできる。また、ア
ルゴンガス濃度、圧力、冷却能力、冷却温度等を調整す
ることにより、アルゴン微粒子の径を制御することも可
能である。

【００３０】図１では、冷却器を１段設ける場合につい
て説明したが、冷却器を２段以上の構成としてもよい。
まず１段目の冷却器で不純物ガスを液化等して、次に２
段目の冷却器でアルゴンの液化を行い、不純物を除去す
ることができる。

【００３１】図３は、本発明の実施の形態によるウエハ
洗浄装置の平断面図を示す。ウエハ洗浄装置は、洗浄室
３０、バッファ室４０、ロボット室５０、ウエハ搬入室
６０、及びウエハ搬出室７０を含んで構成される。洗浄
室３０とバッファ室４０との間、バッファ室４０とロボ
ット室５０との間、ロボット室５０とウエハ搬入室６０
との間、及びロボット室５０とウエハ搬出室７０との間
は、それぞれゲートバルブ８１、８２、８３及び８４で
仕切られている。各部屋の内部は、それぞれバルブを介
して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、それぞ
れ独立に真空排気することができる。

【００３２】洗浄室３０内には純アルミニウム製の直管
状のノズルヘッダ３１が取り付けられている。ノズルヘ
ッダ３１の側壁には、軸方向に沿って複数のノズル３２
が形成されている。ノズル３２は、ノズルヘッダ３１の
側壁に設けられた貫通孔で形成される。または、このよ
うな貫通孔に、アルミ製もしくはサファイア製等の微小
な管を挿入してノズルが形成される。ノズルヘッダ３１
内に、図１で説明したようにアルゴン微細液滴を含むガ
スが供給される。ノズルヘッダ３１内に供給されたガス
は、ノズル３２から洗浄室３０内に噴出する。このと
き、ガスが断熱膨張して冷却されアルゴン微粒子が形成
される。

【００３３】洗浄室３０の側壁に、流量調整機構３３が
取り付けられており、流量調整機構３３を通して洗浄室
３０内を所望の圧力になるまで排気することができる。
ウエハ搬入室６０及びウエハ搬出室７０には、それぞれ
扉６１及び７１が設けられており、扉６１もしくは７１
を開けてウエハを保持したウエハキャリアを搬出入する
ことができる。洗浄すべきウエハ６２がウエハキャリア
６３に保持されて、ウエハ搬入室６０内に配置される。
洗浄されたウエハは、ウエハ搬出室７０内に配置された
ウエハキャリア７３に順次蓄積される。

【００３４】ロボット室５０内には、ウエハを移送する
ためのロボットアーム５１が格納されている。ロボット
アーム５１は昇降機構を備えた回転軸５２に取り付けら
れた第１の腕５１Ａ、第１の腕５１Ａの先端に取り付け
られた第２の腕５１Ｂ、及び第２の腕５１Ｂの先端に取
り付けられたアームヘッド５１Ｃから構成されている。
ロボットアーム５１は、各腕の接続点を屈曲させること
により、アームヘッド５１Ｃを回転軸５２上に移動させ
ることができる。また、回転軸５２を中心として適宜回
動させて各腕の接続点を伸張させることにより、アーム
ヘッド５１Ｃをバッファ室４０、ウエハ搬入室６０もし
くはウエハ搬出室７０内に移動させることができる。

【００３５】また、ロボットアーム５１は、上下方向
（図において紙面の法線方向）に平行移動することがで
きる。アームヘッド５１Ｃをウエハ搬入室６０もしくは
バッファ室４０内のウエハの下方に移動させ、アームヘ
ッド５１Ｃを上昇させることにより、ウエハをアームヘ
ッド５１Ｃ上に保持することができる。逆に、アームヘ
ッド５１Ｃ上にウエハを保持し、バッファ室４０もしく
はウエハ搬出室７０内のウエハを保持すべき位置の上方
に移動させ、アームヘッド５１Ｃを下降させることによ
り、ウエハを所定の位置に保持させることができる。

【００３６】バッファ室４０内には、ウエハホルダ４１
及びバッファ板４２が配置されている。ウエハホルダ４
１は、支軸４５でバッファ室４０内に支持される。支軸
４５は、バッファ室４０の下方を通って駆動軸４８に接
続されている。駆動軸４８は、ボールネジ機構４９から
駆動力を受けて図の横方向に平行移動する。駆動軸４８
を横方向に平行移動させることにより、支軸４５及びウ
エハホルダ４１を図の横方向に移動させることができ
る。駆動軸４８はベローズを介してバッファ室に気密に
結合される。図３は、ウエハホルダ４１をバッファ室４
０内のホームポジションに配置した場合を示している。

【００３７】ウエハホルダ４１は、ウエハを保持して図
の右方に移動し、ウエハがノズルヘッダ３１の右側に位
置するまでウエハを洗浄室３０内に搬入する。ウエハを
洗浄室３０内に搬入した後、ウエハホルダ４１は、図の
上下方向に往復運動しながら徐々に左方に移動する。こ
のとき、ノズルヘッダ３１の複数のノズル３２から噴き
出したアルゴン微粒子を含むガスがウエハ表面に吹きつ
けられて、ウエハ表面を洗浄する。洗浄時におけるウエ
ハホルダ４１の往復運動の振幅をノズル３２のピッチ以
上にし、左方への移動を適当な速さにすることにより、
ウエハ表面を隈なく洗浄することができる。なお、ウエ
ハホルダ４１のウエハ保持機構については、後に図９を
参照して詳しく説明する。

【００３８】バッファ板４２は、アームヘッド５１Ｃか
らウエハホルダ４１へ、もしくはウエハホルダ４１から
アームヘッド５１Ｃへウエハを移し替える際に、一時的
にウエハを保持する。バッファ板４２は２段構成とさ
れ、同時に２枚のウエハを保持することができる。バッ
ファ室４０内におけるウエハの移し替え方法について
は、後に図７及び図８を参照して詳細に説明する。

【００３９】次に、図３に示す洗浄装置を用いてウエハ
を洗浄する工程を説明する。まず、すべてのゲートバル
ブ８１〜８４を閉じ、バッファ室４０及びロボット室５
０内を１００ｍｔｏｒｒ以下の圧力になるまで真空排気
する。また、ノズルヘッダ３１から洗浄室３０内にアル
ゴン微粒子を含むガスを噴出させつつ、洗浄室３０内の
圧力が０．３〜０．７気圧になるように洗浄室３０内を
排気する。ウエハ搬入室６０内に洗浄前の複数のウエハ
６２を保持したウエハキャリア６３を配置する。ウエハ
搬出室７０内に、空のウエハキャリア７３を配置する。
ウエハ搬入室６０及びウエハ搬出室７０内を１００ｍｔ
ｏｒｒ以下の圧力になるまで真空排気する。

【００４０】ゲートバルブ８３を開けてアームヘッド５
１Ｃをウエハ搬入室６０内に移動させ、洗浄前のウエハ
６２をアームヘッド５１Ｃ上に保持する。ロボットアー
ム５１を縮めて洗浄前のウエハ６２をウエハ搬入室６０
からロボット室５０に移送する。ゲートバルブ８３を閉
じる。

【００４１】ゲートバルブ８２を開けてアームヘッド５
１Ｃをバッファ室４０内に移動させ、アームヘッド５１
Ｃで保持していた洗浄前ウエハをバッファ板４２を経由
してウエハホルダ４１に移し替える。バッファ板４２に
洗浄済ウエハが保持されている場合には、洗浄済ウエハ
をアームヘッド５１Ｃに移し替えてバッファ室４０から
ロボット室５０に移送する。ゲートバルブ８２を閉じ
る。

【００４２】バッファ室４０内に窒素ガスを導入して、
バッファ室４０内の圧力を洗浄室３０内の圧力と同程度
にする。バッファ室４０内と洗浄室３０内とがほぼ同程
度の圧力になった後、ゲートバルブ８１を開ける。バッ
ファ室４０内と洗浄室３０内の圧力がほぼ等しいため、
ゲートバルブ８１を開けても急激なガスの移動は起こら
ない。従って、各部屋の内壁等に付着しているパーティ
クルがガス流によって巻き上げられてウエハに付着する
ことを防止できる。

【００４３】ウエハホルダ４１を図の右方に移動させ、
ウエハを洗浄室３０内に搬入する。ウエハホルダを図の
上下方向に往復運動させながら左方にゆっくり移動させ
る。このとき、ノズル３２から噴出したアルゴン微粒子
を含むガスがウエハ表面に吹き付けられて、ウエハ表面
が洗浄される。洗浄後、ウエハホルダ４１をバッファ室
４０内に収容し、ゲートバルブ８１を閉じる。バッファ
室４０内を１００ｍｔｏｒｒ以下の圧力まで真空排気
し、洗浄後のウエハをウエハホルダ４１からバッファ板
４２に移し替える。

【００４４】ウエハの洗浄と並行して、ロボットアーム
５１は、洗浄後のウエハをウエハ搬出室７０内のウエハ
キャリア７３に収納する。さらに、ロボットアーム５１
は、洗浄すべき次のウエハをウエハ搬入室６０から取り
出し、ロボット室５０内に移送する。

【００４５】ゲートバルブ８２を開け、ロボットアーム
５１に保持されている洗浄前ウエハをウエハホルダ４１
に移し替える。バッファ板４２に保持されている洗浄後
のウエハを、アームヘッド５１Ｃに移し替え、ロボット
室５０に移送する。

【００４６】上記処理を繰り返すことにより、複数のウ
エハを順次洗浄することができる。上記処理では、バッ
ファ室４０内と洗浄室３０内の圧力を等しくするため
に、バッファ室４０内に窒素ガスを導入したが、窒素ガ
ス導入の代わりに、洗浄室３０内の真空度をバッファ室
４０内の真空度と同程度まで高めて、圧力差をなくす方
法も考えられる。洗浄室３０内の真空度を高めるために
は、ノズルヘッダ３１から噴き出しているアルゴン微粒
子を含むガスの供給を停止する必要がある。ガスの供給
を停止するとノズルヘッダ３１内の圧力が急激に低下
し、ノズルヘッダ３１内のガスが断熱膨張する。この断
熱膨張により温度が急激に低下し、ノズルヘッダ３１内
のアルゴンが固化する。

【００４７】ノズルヘッダ３１内に固体アルゴンが生ず
ると、この固体アルゴンは容易には消滅しない。固体ア
ルゴンがノズル３２を塞いでしまうこともある。次回洗
浄時のノズルヘッダ３１内の温度、圧力等の条件設定も
困難になる。従って、バッファ室４０と洗浄室３０との
圧力差をなくすために洗浄室３０内の真空度を高めるこ
とは、好ましくない。

【００４８】図３に示すように、洗浄室３０とロボット
室５０とを直結せず、バッファ室４０を介して接続する
ことにより、洗浄室３０内を高真空に引くことなく、洗
浄室３０とロボット室５０との間でウエハを搬送するこ
とが可能になる。

【００４９】図３では、処理室３０内にアルゴン微粒子
を含む流体を噴出して表面洗浄を行う場合を説明した
が、バッファ室４０を設けた効果は表面洗浄を行う場合
に限定されない。処理室３０内を減圧雰囲気にして処理
を行う場合に効果がある。特に、ロボット室５０内と処
理室３０内との圧力が異なる場合に効果が大きい。ロボ
ット室５０は通常の真空ポンプで１００ｍｔｏｒｒ程度
以下まで真空排気される。従って、１００ｍｔｏｒｒ程
度以上大気圧以下の減圧雰囲気で処理を行う場合に、大
きな効果が期待できる。

【００５０】次に、図４を参照して、洗浄室の構成を説
明する。図４は、図３の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図
を示す。洗浄室３０は、主として、主室３４、副室３５
及び熱シールド室３６を含んで構成される。外壁１００
によって主室３４及び熱シールド室３６が画定される。
主室３４と熱シールド室３６とは、熱シールド板１０１
によって分離される。主室３４の全周囲を取り囲むよう
に熱シールド板１０１を配置してもよいが、図では、主
室３４の側方及び下方のみに配置した場合を示してい
る。従って、主室３４の上方は外壁１００のみによって
外気と隔離される。

【００５１】外壁１００及び熱シールド板１０１のバッ
ファ室４０側の側壁に、スリット状の貫通孔１０２が形
成されている。貫通孔１０２に対応するバッファ室４０
側の側壁にも同様の貫通孔４８が設けられており、貫通
孔１０２及び４３を通してバッファ室４０と主室３４と
が連通する。外壁１００とバッファ室４０の側壁との間
にはゲートバルブ８１が配置されている。ゲートバルブ
８１が貫通孔４８を塞ぐことにより、主室３４とバッフ
ァ室４０とを隔離することができる。

【００５２】主室３４を挟んでバッファ室４０と対向す
る位置に副室３５が配置されている。副室３５は、主室
３４側の面のみが開放された箱状の副室壁１０３によっ
て画定された平板状の空洞である。洗浄時には、バッフ
ァ室４０から貫通孔４８、１０２及び主室３４を通って
副室３５内にウエハが格納される。

【００５３】主室３４内の貫通孔１０２よりもやや上方
にノズルヘッダ３１が取り付けられている。ノズルヘッ
ダ３１に形成されたノズル３２から、アルゴン微粒子を
含むガスが、貫通孔１０２側から副室３５側に向かって
斜め下方に噴出する。ノズルヘッダ３１とウエハの通路
との間に、ノズル３２から噴出したガス流のうち、ガス
流の外周面近傍部分を遮蔽するための遮蔽板１０７及び
１０８が取り付けられている。遮蔽板１０７及び１０８
によって遮られなかった中央部分のガス流のみが、ウエ
ハ表面に衝突する。なお、ガス流の流路下には、熱シー
ルド板１０１が配置されている。遮蔽板１０７及び１０
８の構成及び効果については、後に図１２を参照して詳
しく説明する。

【００５４】外壁１００に気密に取り付けられた外壁１
０６が、副室壁１０３の周囲を取り囲んでいる。外壁１
０６と副室壁１０３との間の空洞に、ガス流路隔離板１
０４が配置されている。ガス流路隔離板１０４と副室壁
１０３との間に、ガス流路３７が画定され、ガス流路隔
離板１０４と外壁１０６との間にガス流路３９が画定さ
れる。

【００５５】ガス流路隔離板１０４の主室３４側の端部
は、熱シールド板１０１に密着している。ガス流路３７
は、熱シールド板１０１と副室壁１０３との間に形成さ
れた間隙１０９を通して主室３４に連通している。ガス
流路３９は、外壁１００と副室壁１０３との間に形成さ
れた間隙１１０を通して熱シールド室３６に連通してい
る。

【００５６】ガス流路隔離板１０４の主室３４と反対側
の端部には、円筒状のガス流路隔離管１０５が取り付け
られている。ガス流路隔離管１０５の先端は、流量調整
機構３３内に挿入されている。主室３４は、ガス流路３
７及びガス流路隔離管１０５の内部空洞を通って流量調
整機構３３に接続される。熱シールド室３６は、ガス流
路３９及びガス流路隔離管１０５の外部空洞を通って流
量調整機構３３に接続される。

【００５７】流量調整機構３３は、外管１２０、ニード
ル１２１、排気管１２２及びニードル駆動機構１２３を
含んで構成される。外管１２０の一端は、ガス流路隔離
管１０５の先端が外管１２０内に挿入されるように外壁
１０６に気密に取り付けられている。ガス流路３７と３
９は、それぞれガス流路隔離管１０５の内部空洞及び外
部空洞を経由して外管１２０の内部空洞に連通してい
る。

【００５８】外管１２０の内部空洞内に、小径ロッド
部、中径ロッド部及び大径ロッド部を有するニードル１
２１が挿入されている。ニードル１２１の径切換部分及
び小径ロッド部の先端には、テーパが形成されている。
ニードル駆動機構１２３は、ニードル１２１を軸方向に
移動させ、外管１２０内への挿入の深さを調整する。排
気管１２２の一端が外管１２０の側壁に接続され、外管
１２０内が排気管１２２を介して排気される。ニードル
１２１の挿入の深さを変化させることにより、ガス流路
のコンダクタンスを変化させ排気流量を制御することが
できる。流量調整機構３３については、後に図５及び図
６を参照して詳細に説明する。

【００５９】次に、洗浄室３０に着目して、ウエハの洗
浄方法を説明する。ノズルヘッダ３１からアルゴン微粒
子を含むガスを噴出して主室３４内を冷却し、主室３４
内の温度を定常状態にする。ノズルヘッダ３１から噴出
したガス及びアルゴン微粒子は、間隙１０９からガス流
路３７を通って外部に排出される。

【００６０】アルゴン微粒子が熱シールド板１０１に衝
突するため、熱シールド板１０１はアルゴンの液化点程
度まで冷却される。熱シールド板１０１が低温になるた
め、熱シールド板１０１と外壁１００との接続面をＯリ
ング等で気密に維持することは困難である。図４では、
Ｏリング等を使用せず熱シールド板１０１と外壁１００
とを直接密着させている。このため、密着部分を通って
一部のガスが主室３４から熱シールド室３６に漏れる。
熱シールド室３６内に漏れたガスは、間隙１１０からガ
ス流路３９を通って外部に排出される。

【００６１】主室３４内の圧力が０．３〜０．７気圧、
熱シールド室３６内の圧力が０．２〜０．６気圧になる
ように流量調整機構３３を調整する。熱シールド室３６
内の圧力を主室３４内の圧力よりも低くしているのは、
熱シールド室３６内のガスが主室３４内に逆流しないよ
うにするためである。

【００６２】ウエハを図３で説明したウエハホルダ４１
に保持して、バッファ室４０から貫通孔４８及び１０２
を通って副室３５内に搬入する。副室３５内に搬入され
たウエハを、主室３４内の遮蔽板１０７及び１０８の下
方を通過させてバッファ室４０内に回収する。ウエハが
遮蔽板１０７及び１０８の下方を通過する時に、アルゴ
ン微粒子を含むガス流がウエハ表面に衝突し、表面を洗
浄する。

【００６３】主室３４内が冷却され定常状態になるまで
の時間を短縮するために、熱シールド板１０１の熱容量
をなるべく小さくすることが好ましい。本実施の形態で
は、厚さ５ｍｍのアルミニウム板を用いた。

【００６４】熱シールド室３６の熱シールド効果を高め
るためには、熱シールド室３６内をできるだけ高真空に
することが好ましい。主室３４と熱シールド室３６との
気圧差を大きくすると、熱シールド板１０１に大きな機
械的強度が要求される。しかし、熱シールド板１０１を
厚くして機械的強度を高めることは、熱容量が大きくな
るため好ましくない。従って、本実施の形態では、主室
３４と熱シールド室３６との圧力差を０．１気圧程度と
している。

【００６５】外壁１００の外部表面の温度が低下する
と、表面に水滴が付着する。さらに温度が低下すると霜
が付着する。水滴の付着を防止するためには、外壁１０
０を厚くして、外壁の内外温度差を大きくすることが好
ましい。本実施の形態では、外壁の厚さを２０ｍｍとし
ている。

【００６６】図４では、主室３４内にアルゴン微粒子を
含む流体を噴出させる場合を示したが、熱シールド板１
０１を設ける効果は、アルゴン微粒子を噴出させる場合
に限定されない。他の低温の流体を噴出させる場合に
も、熱シールド板１０１を配置する効果が期待できる。

【００６７】次に、図５を参照して流量調整機構３３の
構成及び作用を説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、流
量調整機構３３の断面図を示す。流量調整機構３３は、
円筒状の外管１２０、ニードル１２１及び排気管１２２
を含んで構成されている。

【００６８】外管１２０の一端が、洗浄室の外壁１０６
に気密に取り付けられ、外管１２０の内部空洞が洗浄室
内に連通している。外管１２０の端部から内部空洞内
に、ガス流路隔離管１０５が挿入されている。ガス流路
隔離管１０５内のガス流路３７Ａは、図４で説明したよ
うにガス流路３７を通して主室３４に連通している。ガ
ス流路隔離管１０５の外周面と外管１２０の内周面との
間に形成された円筒状のガス流路３９Ａは、ガス流路３
９を通して熱シールド室３６に連通している。

【００６９】排気管１２２の一端が、外管１２０の側壁
に取り付けられており、他端は図示しない真空ポンプに
接続されている。排気管１２２を通して外管１２０の内
部空洞を真空排気することができる。

【００７０】外管１２０の内面には、ガス流路隔離管１
０５の先端部と排気管１２２の取り付け部との間に、小
径部１２４が形成されている。ニードル１２１は、小径
ロッド部１２１Ａ、中径ロッド部１２１Ｂ、大径ロッド
部１２１Ｃ、及びこれらを接続するテーパ部から構成さ
れている。小径ロッド部１２１Ａの外形はガス流路隔離
管１０５の内径よりもやや小さく、中径ロッド部１２１
Ｂの外形は小径部１２４の内径よりもやや小さく、大径
ロッド部１２１Ｃの外径は外管１２１の内径よりもやや
小さい。

【００７１】図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ニー
ドル１２１は小径ロッド部１２１Ａ側の端部から外管１
２０内に挿入される。図４に示したニードル駆動機構１
２３によって、ニードル１２１の挿入の深さが調節され
る。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれニードル１２１
を外管１２０内に浅く挿入した場合、及び深く挿入した
場合を示す。図５（Ｂ）に示すように、ニードル１２１
を外管１２０内に深く挿入すると、小径ロッド部１２１
Ａがガス流路隔離管１０５内のガス流路３７Ａ内に挿入
され、中径ロッド部１２１Ｂの先端側の一部分が小径部
１２４内に挿入される。

【００７２】図５（Ａ）に示すように、ニードル１２１
の挿入深さが浅く小径ロッド部１２１Ａがガス流路隔離
管１０５内に挿入されていないときは、ガス流路３７Ａ
及び３９Ａ共にニードル１２１と外管１２０の内面との
間に形成された間隙を通って排気管１２２に連通する。
このように、ガス流路３７Ａ及び３９Ａと排気管１２２
との間に比較的広いガス流路が形成され、このガス流路
を通してガス流路３７Ａ及び３９Ａ内が排気される。

【００７３】図５（Ｂ）に示すように、小径ロッド部１
２１Ａのほとんどの部分をガス流路３７Ａ内に挿入する
と、ガス流路３７Ａ及び３９Ａと排気管１２２とを連通
させるガス流路が狭くなる。すなわち、ガス流路３７Ａ
は、小径ロッド部１２１Ａの外周面とガス流路隔離管１
０５の内周面との間の狭い間隙、及び中径ロッド部１２
１Ｂの外周面と小径部１２４の内周面との間の狭い間隙
を通して排気管１２２に連通する。また、ガス流路３９
Ａは、中径ロッド部１２１Ｂの外周面と小径部１２４の
内周面との間の狭い間隙を通して排気管１２２に連通す
る。これらの狭い間隙は、流動抵抗として作用する。

【００７４】この流動抵抗により、ガス流路３７Ａ及び
３９Ａと排気管１２２とを接続するガス流路のコンダク
タンスが小さくなるため、ガス流路３７Ａ及び３９Ａ内
の排気能力が低下する。また、ガス流路３７Ａと排気管
１２２とを接続するガス流路には、小径ロッド部１２１
Ａと中径ロッド部１２１Ｂとによる流動抵抗が直列に介
在する。これに対し、ガス流路３９Ａと排気管１２２と
を接続するガス流路には、中径ロッド部による流動抵抗
のみが介在する。このため、ガス流路３７Ａ内の排気能
力がガス流路３９Ａ内の排気能力よりも大きく低下す
る。

【００７５】小径ロッド部１２１Ａの外径とガス流路隔
離管１０５の内径との差、中径ロッド部１２１Ｂの外径
と小径部１２４の内径との差、小径ロッド部１２１Ａ及
び中径ロッド部１２１Ｂによる流動抵抗部の長さの比等
を調整することにより、ガス流路３７Ａ及び３９Ａ内の
排気能力の差を所望の値に設定することができるであろ
う。

【００７６】次に、図６を参照して、図５に示す流量調
整機構を用いて真空容器内の圧力制御を行った実験結果
を説明する。図６は、実験に用いた流量調整機構の断面
図を示す。実験に用いた流量調整機構のニードルは、先
端のテーパ部を除いて単一径のものである。すなわち、
図５に示すニードル１２１の小径ロッド部１２１Ａの
み、もしくは中径ロッド部１２１Ｂのみを有するニード
ルと考えることができる。

【００７７】外管１３０内にニードル１３１が挿入され
ている。外管１３０の図の左端にニードル１３１の外径
とほぼ同径の貫通孔を有するニードル支持リング１３３
が取り付けられ、固定リング１３４により外管１３０に
固定されている。ニードル１３１は、ニードル支持リン
グ１３３の貫通孔に挿入され、半径方向に支持される。
外管１３０の内径は１０．２ｍｍ、ニードル１３１の外
径は９．５３ｍｍである。排気管１３２の一端が外管１
３０の側壁に接続され、他端は真空ポンプに接続されて
いる。真空ポンプの排気能力は約５００リットル／分で
ある。

【００７８】外管１３０の図の右端を真空容器に接続し
て、真空容器内の圧力を制御した。真空容器内には、流
量４ｓｌｍの窒素ガス及び流量４０ｓｌｍのアルゴンガ
スを導入した。上記条件において、真空容器内の圧力を
０．２〜０．５気圧の範囲で変化させ、安定して制御す
ることができた。圧力が０．２〜０．５気圧の範囲で
は、ニードル１３１を軸方向に０．５ｍｍ移動させると
圧力が約０．０１気圧変化した。

【００７９】従来のニードルバルブは、円形の開口部に
ニードルのテーパ状先端部を挿入して開口部面積、すな
わちガス流路の断面積を変化させることにより、流量を
制御していた。比較的高真空を得たい場合には、従来の
方法でも安定して圧力を制御することができる。しか
し、従来のバルブを用いて０．２〜０．７気圧の範囲で
０．０１気圧の変化をを安定して得ることは困難であっ
た。図６に示すように、ガス流路の断面積ではなく、流
動抵抗部の長さを変化させてコンダクタンスを調整する
流量調整機構を用いることにより、０．２〜０．７気圧
程度の圧力を安定して制御することができた。

【００８０】また、従来のニードルバルブでは、ニード
ル先端を開口部に深く挿入すると、テーパ面が開口部の
縁に接触するおそれがあった。テーパ面と開口部の縁が
接触すると、接触部が変形したり切削粉等のゴミが発生
する場合がある。図５及び図６に示す流量調整機構にお
いては、ニードルを深く挿入してもニードルと外管が接
触しないため、接触による変形及びゴミの発生を防止で
きる。

【００８１】次に、図７を参照してバッファ室内の構成
を説明する。図７（Ａ）は、図３のバッファ室４０内の
概略平面図を示す。バッファ室４０内に、ウエハホルダ
４１及びバッファ板４２が配置されている。バッファ板
４２は支柱４３によりバッファ室４０内に支持されてい
る。ウエハの搬入もしくは搬出時には、ゲートバルブ８
２が開き、ロボットアームのアームヘッド５１Ｃがバッ
ファ室４０内に挿入される。

【００８２】バッファ板４２は、支柱４３に固定された
支持部材４４及び支持部材４４に固定された２枚の平板
から構成されている。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の一点
鎖線Ｂ７−Ｂ７における断面図を示す。一定の間隔で平
行配置された上側平板４２ａ及び下側平板４２ｂが支持
部材４４に固定されている。上側平板４２ａ及び下側平
板４２ｂは、同一の平面形状を有する。

【００８３】図７（Ａ）に示すように、上側平板及び下
側平板は、一端が支持部材４４に固定され、ゲートバル
ブ８１に沿って図の下方に延在し、ゲートバルブ８１の
ほぼ中央まで達する腕部４２Ａと、腕部４２Ａの他端近
傍からバッファ室４０の中央に向かって突出したウエハ
保持部４２Ｂとを有する。ウエハ保持部４２Ｂは、その
上面にウエハを保持する。ウエハをなるべく外周部近傍
で安定に保持できるように中心から外周に向かって突出
した３個の突出部４２Ｂａが設けられている。突出部４
２Ｂａの上面には、突起が設けられており、この突起上
にウエハを保持する。支柱４３は上下方向（図において
紙面の法線方向）に平行移動可能である。バッファ板４
２は支柱４３と共に上下方向に移動する。

【００８４】ウエハホルダ４１は、ホームポジションに
あるときに、水平面内においてウエハ保持部４２Ｂを腕
部４２Ａとの接続部を除く３方向から取り囲む平面形状
を有する。その内周は、ウエハ径よりもやや小さい円周
状であり、外周は矩形状である。内周には、ウエハホル
ダ４１とバッファ板４２とが水平面内で重ならないよう
に、突出部４２Ｂａに対応する部分に切り欠きが設けら
れている。ウエハ下面の外周部近傍をウエハホルダ４１
上面の内周近傍に載置し、ウエハを保持する。ウエハホ
ルダ４１の構造については、後に図９を参照して詳細に
説明する。

【００８５】アームヘッド５１Ｃは、バッファ室４０内
に挿入したときに、水平面内においてウエハ保持部４２
Ｂを腕部４２Ａとの接続部を除く３方向から取り囲む平
面形状を有する。また、アームヘッド５１Ｃとバッファ
板４２とが水平面内で重ならないような形状とされてい
る。アームヘッド５１Ｃは、その上面上にウエハを保持
し、ウエハホルダ４１がホームポジションにあるときの
ウエハ保持位置までウエハを移送する。アームヘッド５
１Ｃの構造については、後に図１０を参照して詳しく説
明する。

【００８６】バッファ板４２は、水平面内においてウエ
ハホルダ４１及びアームヘッド５１Ｃと重ならないた
め、自由に上下方向に移動することができる。バッファ
板４２が上昇するとき、ウエハホルダ４１もしくはアー
ムヘッド５１Ｃ上に保持されていたウエハが、バッファ
板４２上に移し替えられる。逆に、バッファ板４２が下
降するとき、バッファ板４２上に保持されていたウエハ
が、ウエハホルダ４１もしくはアームヘッド５１Ｃ上に
移し替えられる。

【００８７】次に、図８を参照して、バッファ室４０内
のウエハの移し替え方法を説明する。図８は、バッファ
板の上側平板４２ａ、下側平板４２ｂ、ウエハホルダ４
１、及びアームヘッド５１Ｃの高さ方向の位置関係を概
略的に示す図である。

【００８８】図８（Ａ）に示すように、洗浄前のウエハ
６２Ａを保持したアームヘッド５１Ｃを、上側平板４２
ａと下側平板４２ｂとの間に挿入する。図８（Ｂ）に示
すようにバッファ板４２を上昇させる。アームヘッド５
１Ｃ上に保持されていたウエハ６２Ａが下側平板４２ｂ
上に保持される。

【００８９】図８（Ｃ）に示すように、アームヘッド５
１Ｃをバッファ室４０から引き出し、上側平板４２ａと
下側平板４２ｂとの間にウエハホルダ４１が配置される
ようにバッファ板４２を下降させる。ウエハ６２Ａがウ
エハホルダ４１上に移し替えられる。ウエハホルダ４１
を洗浄室内に移動させてウエハ６２Ａの洗浄を行う。図
８（Ｄ）に示すように、ウエハホルダ４１が洗浄室３０
内に挿入されている間にバッファ板４２を下降させる。
ウエハホルダ４１がホームポジションに戻ってきたとき
には、上側平板４２ａがウエハホルダ４１よりも下にあ
る。図８（Ｅ）に示すように、下側平板４２ｂがウエハ
ホルダ４１よりも高くなるまでバッファ板４２を上昇さ
せる。洗浄後のウエハ６２Ａが上側平板４２ａ上に保持
される。

【００９０】図８（Ｆ）に示すように、洗浄前のウエハ
６２Ｂを保持したアームヘッド５１Ｃを上側平板４２ａ
と下側平板４２ｂとの間に挿入する。図８（Ｇ）に示す
ように、下側平板４２ｂがアームヘッド５１Ｃよりも高
くなるまでバッファ板４２を上昇させる。ウエハ６２Ｂ
が下側平板４２ｂ上に保持される。

【００９１】図８（Ｈ）に示すように、アームヘッド５
１Ｃを一旦バッファ室から引き出し、再度上側平板４２
ａと下側平板４２ｂとの間に挿入する。図８（Ｉ）に示
すように、上側平板４２ａがアームヘッド５１Ｃとウエ
ハホルダ４１との間に配置され、下側平板４２ｂがウエ
ハホルダ４１よりも低くなるまでバッファ板４２を下降
させる。ウエハ６２Ａがアームヘッド５１Ｃ上に移し替
えられ、ウエハ６２Ｂがウエハホルダ４１上に移し替え
られる。アームヘッド５１Ｃをバッファ室から引き出
す。図８（Ｃ）から図８（Ｉ）の工程を繰り返すことに
より、複数のウエハを順次洗浄することができる。

【００９２】このように、バッファ板にウエハを保持す
る２段の平板４２ａ及び４２ｂを設けておくことによ
り、洗浄前のウエハのアームヘッド５１Ｃからウエハホ
ルダ４１への移し替えと、洗浄後のウエハのウエハホル
ダ４１からアームヘッド５１Ｃへの移し替えを短時間に
完了することができる。

【００９３】図８では、バッファ板４２のみを上下方向
に移動させる場合を示したが、アームヘッド５１Ｃもし
くはウエハホルダ４１を上下方向に移動させてもよい。
特に、ロボットアームは上下方向に移動する機能を有し
ているため、新たな機構を追加することなくアームヘッ
ド５１Ｃを上下に移動させることができる。例えば、図
８（Ｆ）に示す工程において、バッファ板４２を上昇さ
せる代わりにアームヘッド５１Ｃを下降させてもよい。

【００９４】次に、図９を参照してウエハホルダ４１の
構成及び作用を説明する。図９は、ウエハホルダ４１の
平面図を示す。ウエハホルダ４１は、長方形のほぼ中央
部分に図の右側の辺に向かって開いた円形のくり抜き部
を形成した平面形状を有するウエハ保持部４１ａと、ウ
エハ保持部４１ａから図の左方に延在する腕部４１ｂか
ら構成される。図の上側部分と下側部分は別個の平板４
１Ａと４１Ｂで形成され、両平板は腕部４１ｂの左端近
傍において支軸４５で開閉可能に接続されている。平板
４１Ａと４１Ｂの支軸４５近傍は、上下方向（図におい
て紙面の法線方向）に重なるように配置され、腕部４１
ｂの右部分及びウエハ保持部４１ａは同一水平面内に配
置される。

【００９５】ウエハ保持部４１ａに形成された円形のく
り抜き部の直径は、ウエハ径よりもやや小さく、くり抜
き部の周辺部上面にウエハ底面の縁部近傍領域を載せて
ウエハを保持する。

【００９６】平板４１Ａと４１Ｂとの間には弾性部材が
取り付けられ、両平板は常に閉じる向きに付勢されてい
る。また、ウエハホルダ４１が図３に示すバッファ室４
０内のホームポジションにあるときに、腕部４１ｂの上
下に重なった部分において平板４１Ｂの腕部のみに接触
する位置にローラ４６が固定配置されている。支軸４５
を図の上方に少しだけ移動させると、平板４１Ｂのみが
ローラ４６に押し当てられるため、両平板がわずかに開
く。支軸４５を元の位置に戻すと、弾性部材の復元力に
より両平板は閉じる。

【００９７】ウエハ保持部４１ａの上面には、保持すべ
きウエハの外周線上に複数の突起４７が形成されてい
る。平板４１Ａと４１Ｂとをやや開いた状態でウエハ保
持部４１ａ上にウエハを載置し、その後両平板を閉じる
と、複数の突起４７がウエハの外周部を内向きに押さえ
つける。このため、ウエハをウエハ保持部４１ａの上面
に単に載置するだけの場合に比べて、より安定してウエ
ハを保持することができる。

【００９８】次に、図１０及び図１１を参照して、ロボ
ットアームの構成及び作用を説明する。図１０は、ロボ
ットアームの平面図を示す。ロボットアームは、主とし
て図３に示すロボット室５０の底面から垂直方向に突出
した回転軸５２に取り付けられた第１の腕５１Ａ、第１
の腕５１Ａの先端に取り付けられた第２の腕５１Ｂ、及
び第２の腕５１Ｂの先端に取り付けられたアームヘッド
５１Ｃを含んで構成される。第１の腕５１Ａと第２の腕
５１Ｂの長さは等しい。

【００９９】第１の腕５１Ａは、ロボット室５０の底面
に対して回転可能な回転軸５２に回動可能に取り付けら
れている。第２の腕５１Ｂは、第１の腕５１Ａに固定さ
れた回転軸５３Ｂに回動可能に取り付けられている。ま
た、第２の腕５１Ｂに、回転軸５３Ｂと同軸の回転軸５
３Ａが固定されている。回転軸５２と回転軸５３Ａと
は、その外周面に歯を有し、タイミングベルト１６０Ａ
で連結されている。回転軸５２と回転軸５３Ａとの歯数
の比は２：１である。

【０１００】アームヘッド５１Ｃは、第２の腕５１Ｂに
固定された回転軸５４に回動可能に取り付けられてい
る。また、アームヘッド５１Ｃに、回転軸５４と同軸の
回転軸５６が固定されており、回転軸５３Ｂと回転軸５
６とは、その外周面に歯を有し、タイミングベルト１６
０Ｂで連結されている。回転軸５３Ｂと回転軸５６との
歯数の比は１：２である。

【０１０１】第１及び第２の腕５１Ａ、５１Ｂは、折り
畳み可能な腕を構成し、アームヘッド５１Ｃの軸方向は
常に回転軸５２に向かう。折り畳み機能のため、各回転
軸は上述のように二重構造になっている。

【０１０２】回転軸５４の周囲には、第２の腕５１Ｂの
上面から突出した凸部１５６Ａ及び１５６Ｂ（図中斜線
を付して示す）が形成されている。凸部１５６Ａと１５
６Ｂとは、回転軸５４の中心軸に関して相互に軸対称の
関係にある。凸部１５６Ａ及び１５６Ｂは、それぞれ側
面にカム面１５７Ａと１５８Ａ、及びカム面１５７Ｂと
１５８Ｂを画定する。カム面１５８Ａ及び１５８Ｂは、
回転軸５４の中心軸を中心とする円筒状面の一部であ
る。カム面１５７Ａ及び１５７Ｂと回転軸５４の中心軸
との距離は一定ではなく、徐々に単調に変化している。
このため、カム面の回転に応じて、カム面１５７Ａもし
くは１５７Ｂに接するカム従動面が回転軸５４の半径方
向に駆動される。

【０１０３】アームヘッド５１Ｃは、主として第２の腕
５１Ｂに取り付けられた支持部材１５１、支持部材１５
１に取り付けられた補助支持部材１５２Ａ及び１５２Ｂ
を含んで構成される。

【０１０４】支持部材１５１には、ウエハ６２の外周近
傍の底面を載置し、ウエハ６２を水平（回転軸５４に対
して垂直）に保持するウエハ載置面１５１ａ及び１５１
ｂが形成されている。ウエハ載置面１５１ａは、ウエハ
６２の回転軸５４側の外周近傍を載置し、ウエハ載置面
１５１ｂは、その反対側の外周近傍を載置する。ウエハ
載置面１５１ｂは、連結部１５１ｄによって支持されて
いる。

【０１０５】ウエハ載置面１５１ｂ上には、ウエハ６２
の外周線に沿って複数のストッパ用突起１５１ｃが形成
されている。載置面１５１ｂ上に載置されたウエハ６２
の外周端面が突起１５１ｃの側面に接触し、載置面内に
おいてウエハ６２を一方向から支持（ストップ）する。

【０１０６】補助支持部材１５２Ａ及び１５２Ｂは、そ
れぞれ支持部材１５１の下面（図中において裏面）に形
成された支軸１５３Ａ及び１５３Ｂに、これらの支軸を
支点としてウエハ載置面内で揺動可能に取り付けられて
いる。また、補助支持部材１５２Ａと１５２Ｂとは、回
転軸５４の中心軸を含みウエハ載置面１５１ｂの中央部
を通過する仮想平面に関して面対称の関係にある。

【０１０７】補助支持部材１５２Ａ及び１５２Ｂの一方
の端部には、それぞれローラー１５４Ａ及び１５４Ｂが
取り付けられている。ローラー１５４Ａ及び１５４Ｂの
外周面は、それぞれカム面１５７Ａ、１５８Ａ及びカム
面１５７Ｂ、１５８Ｂに接触する。アームヘッド５１Ｃ
が回転軸５４を中心として回動すると、ローラー１５４
Ａ及び１５４Ｂがカム面に沿って移動する。

【０１０８】補助支持部材１５２Ａ及び１５２Ｂの他方
の端部には、それぞれウエハ６２の外周端面に接触して
ウエハ６２を突起１５１ｃ側に押しつけるための突起１
５５Ａ及び１５５Ｂが形成されている。補助支持部材１
５２Ａ及び１５２Ｂは、それぞれ弾性部材１５９Ａ及び
１５９Ｂにより、突起１５５Ａ及び１５５Ｂ側の端部が
相互に近づく向きに揺動するように付勢されている。突
起１５５Ａ及び１５５Ｂ側の端部が相互に離れる向きに
揺動すると、突起１５５Ａ及び１５５Ｂが支持部材１５
１の下部に隠れる。支持部材１５１の下面（図の裏面）
には、突起１５５Ａ及び１５５Ｂの経路となる領域に凹
部が形成され、突起１５５Ａ及び１５５Ｂが支持部材１
５１に接触しないようにされている。

【０１０９】図１１（Ｂ）は、カム機構部の断面を示
す。第２の腕５１Ｂは中空の板状であり、内部底面から
中空部に突出した回転軸５４が形成されている。アーム
ヘッド５１Ｃの下面に、嵌合部５５が形成されている。
嵌合部５５の凹部と回転軸５４とが嵌合することによ
り、アームヘッド５１Ｃが第２の腕５１Ｂに回動可能に
取り付けられる。

【０１１０】第２の腕５１Ｂの上面に凸部１５６Ａ及び
１５６Ｂが形成されている。凸部１５６Ａ及び１５６Ｂ
のカム面に、それぞれローラー１５４Ａ及び１５４Ｂの
外周面が接触している。

【０１１１】次に、ロボットアームの動作を説明する。
ロボットアームを縮める時には、回転軸５２を固定した
まま第１の腕５１Ａを回転軸５２を中心として図中反時
計回りに例えば角度θだけ回動させる。これは、回転軸
５２が第１の腕５１Ａに対して時計回りに角度θだけ回
動したことと等価である。タイミングベルト１６０Ａで
回転軸５２に連結された回転軸５３Ａは、第１の腕５１
Ａに対して時計回りに２θだけ回転する。回転軸５３Ａ
は第２の腕５１Ｂに固定されているため、第２の腕５１
Ｂが第１の腕５１Ａに対して時計回りに角度２θだけ回
転する。従って、回転軸５２の中心と回転軸５４の中心
とを結ぶ直線の方向は変化しない。すなわち、ロボット
アームの向きは変化せず、長さのみが短くなる。

【０１１２】第２の腕５１Ｂが第１の腕５１Ａに対して
時計回りに角度２θだけ回動するため、第１の腕５１Ａ
に固定された回転軸５３Ｂは、第２の腕５１Ｂに対して
反時計回りに角度２θだけ回動する。タイミングベルト
１６０Ｂで回転軸５３Ｂに連結された回転軸５６は、第
２の腕５１Ｂに対して反時計回りに角度θだけ回動す
る。回転軸５６に固定されたアームヘッド５１Ｃも、第
２の腕５１Ｂに対して反時計回りに角度θだけ回動す
る。第２の腕５１Ｂが第１の腕５１Ａに対して時計回り
に角度２θだけ回動しているため、アームヘッド５１Ｃ
は第１の腕５１Ａに対して時計回りに角度θだけ回動し
ていることになる。

【０１１３】第１の腕５１Ａを反時計回りに角度θだけ
回動したとき、アームヘッド５１Ｃが第１の腕５１Ａに
対して時計回りに角度θだけ回動するため、アームヘッ
ド５１Ｃの向きは変化しない。すなわり、アームヘッド
５１Ｃは回転軸５２に近づく向きに並進運動する。

【０１１４】アームヘッド５１Ｃが第２の腕５１Ｂに対
して相対的に回転軸５４を中心として反時計回りに回動
すると、図１０に示すようにローラー１５４Ａが、カム
面１５８Ａから１５７Ａに移動する。補助支持部材１５
２Ａが、弾性部材１５９Ａの復元力により、支軸１５３
Ａを支点として反時計回りに揺動する。同様に、補助支
持部材１５２Ｂが支軸１５３Ｂを支点として時計回りに
揺動する。突起１５５Ａ及び１５５Ｂがウエハ６２を突
起１５１ｃ側に押しつけ、ウエハ６２をウエハ載置面１
５１ａ及び１５１ｂ上の所定の位置に支持する。

【０１１５】図１１（Ａ）は、ロボットアームを伸ばし
たときのカム機構部の平面図を示す。図１０において、
回転軸５２を固定したまま第１の腕５１Ａを時計回りに
回動させると、アームヘッド５１Ｃが回転軸５２から遠
ざかる方向に並進運動する。アームヘッド５１Ｃが第２
の腕５１Ｂに対して相対的に回転軸５４を中心として時
計回りに回動する。ローラー１５４Ａがカム面１５７Ａ
から１５８Ａの方へ移動する。補助支持部材１５２Ａ
が、支軸１５３Ａを支点として時計回りに揺動する。同
様に、補助支持部材１５２Ｂが、支軸１５３Ｂを支点と
して反時計回りに揺動する。

【０１１６】図１０において、突起１５５Ａ及び１５５
Ｂが支持部材１５１の下方に隠れ、ウエハ６２の支持を
解放する。このように、ロボットアームを縮めると自動
的にウエハを支持し、伸ばすと自動的にウエハの支持を
解放する。

【０１１７】第２の腕５１Ｂに形成したカム面とアーム
ヘッド５１Ｃに取り付けたカム従動面とから構成される
カム機構を用いているため、補助支持部材１５２Ａ及び
１５２Ｂを揺動させる駆動機構を別途設けることなく、
ウエハを支持することができる。

【０１１８】図１０では、１対の補助支持部材を設けた
場合を説明したが、必ずしも１対である必要はない。１
本の補助支持部材でもウエハを載置面内に支持すること
が可能である。また、図１０では、ウエハを支持する場
合を例に説明したが、支持対象物はウエハに限らない。
突起１５１ｃと突起１５５Ａ及び１５５Ｂとの形状を適
当に選択すれば、ウエハ以外の対象物を支持することも
可能である。また、突起１５１ｃと突起１５５Ａ及び１
５５Ｂのみで対象物を支持できれば、ウエハ載置面１５
１ａ及び１５１ｂは必ずしも必要ではない。

【０１１９】また、図１０では、カム面を回転軸に対向
するように配置した場合を説明したが、回転軸と反対側
を向くように配置してもよい。また、ローラー１５４Ａ
もしくは１５４Ｂを相互に対向する２つのカム面で挟み
込むようにしてもよい。

【０１２０】次に、図１２を参照して、図４に示す遮蔽
板１０７の構成及び作用を説明する。図１２（Ａ）は、
遮蔽板１０７の平面図を示す。遮蔽板１０７は、長方形
状のステンレス板の１つの辺に、複数の半円形状の切り
欠き１４０を形成して構成される。切り欠き１４０のピ
ッチは、図３に示すノズルヘッダ３１に形成されたノズ
ル３２のピッチと等しい。また、切り欠き１４０が形成
された辺の端面は、斜角６０度の斜面とされている。

【０１２１】図１２（Ｂ）は、ノズルヘッダ３１、遮蔽
板１０７、１０８、及び洗浄中のウエハ６２の断面図を
示す。図１２（Ｂ）は、ノズル３２から噴出したガス流
の中心軸１４１がウエハ表面と４５度で交わる場合を示
している。遮蔽板１０７は、半円形状の切り欠き１４０
の中心が、各ノズル３２から噴出したガス流の中心軸１
４１上に位置するように配置される。

【０１２２】ウエハ６２の表面からの高さ５ｍｍの位置
に遮蔽板１０７を配置し、ウエハ６２の表面からノズル
３２までのガス流の中心軸１４１に沿った長さが２０ｍ
ｍになる位置にノズルヘッダ３１を配置して、ウエハの
洗浄を行った。切り欠き１４０の半径が３ｍｍ及び４ｍ
ｍの場合には、遮蔽板１０７を配置しないで洗浄を行っ
た場合に比べて高い洗浄効果を得ることができた。切り
欠き１４０の半径が５ｍｍの場合には、遮蔽板１０７を
配置しない場合と比べて、洗浄効果はほとんど変わらな
かった。

【０１２３】切り欠き１４０の半径を３ｍｍ及び４ｍｍ
とした場合に高い洗浄効果が得られた理由は、以下のよ
うに推察される。ノズル３２から噴出したガス流は、進
行するに従って徐々に広がる。ガス流の外周部近傍の流
束は、ノズル３２の内面近傍を通過したガスを多く含む
と考えられる。従って、ノズル３２の内面から放出され
たゴミを多く含んでいると考えられる。また、ガス流の
外周部近傍の流束の速さは中心部の流束の速さに比べて
遅いため、洗浄効果も低い。

【０１２４】このため、ガス流の外周部近傍の流束はウ
エハ表面を洗浄するよりも、むしろゴミを付着させる作
用が強いと考えられる。特に、洗浄表面のうちガス流が
衝突する洗浄領域の洗浄表面内における進行方向に関し
て、中心軸１４１よりも後方の流束は、中央部の流束に
よって既に洗浄された表面領域に衝突する。図１２
（Ｂ）に示す場合では、ガス流の中心軸１４１よりもウ
エハ６２の進行方向側（図中矢印６４で示す向き）を流
れる流束１４２は、既に洗浄された表面領域に衝突す
る。このため、流束１４２によって汚染されたウエハ表
面は、その後洗浄されない。従って、遮蔽板１０７で流
束１４２を遮断することにより、高い洗浄効果が得られ
ると考えられる。

【０１２５】ガス流の中心軸１４１よりも図中左側を流
れるガス流１４３によって汚染されたウエハ表面は、そ
の後ガス流の中央部の流束によって洗浄される。従っ
て、流束１４３による汚染の影響は少ないと考えられ
る。但し、流束１４３による汚染をも防止するために、
ガス流の中心軸１４１を挟んで遮蔽板１０７と対向する
位置に他の遮蔽板１０８を配置してもよい。

【０１２６】上記実験では、ウエハ表面から遮蔽板まで
の高さを５ｍｍとしたが、高さを変えてもよい。例え
ば、高さを２〜５ｍｍの範囲としても同様の効果が得ら
れるであろう。

【０１２７】図１２では、直線状の外周部に半円状の切
り欠きを設けた遮蔽板を用いる場合を説明したが、必ず
しも半円状の切り欠きを設ける必要はない。例えば、１
８０度以下の中心角を有する円弧状の切り欠きを設けて
もよいし、切り欠きのない直線状形状としてもよい。

【０１２８】上記実施の形態では、洗浄すべき表面を上
方に向け、ウエハを水平に配置して洗浄を行う場合を説
明したが、必ずしもウエハの向きはこの向きに限らな
い。例えば、洗浄すべき表面を下方に向けてもよいし、
ウエハを鉛直に配置してもよい。

【０１２９】以上実施の一形態に沿って本発明を説明し
たが、本発明はこれらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
処理対象物を支持するための専用の駆動機構を設けるこ
となく、簡易な機構で処理対象物を支持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による洗浄装置のブロッ
ク図である。

【図２】アルゴンの相図である。

【図３】本発明の実施の一形態による洗浄装置の平断面
図である。

【図４】図３に示す洗浄装置の洗浄室の断面図である。

【図５】図３に示す洗浄装置の流量調整機構の断面図で
ある。

【図６】実験に使用した流量調整機構の断面図である。

【図７】図３に示す洗浄装置のバッファ室内の平面図で
ある。

【図８】バッファ室内におけるウエハの移し替え方法を
説明するための概念図である。

【図９】図３に示す洗浄装置のウエハホルダの平面図で
ある。

【図１０】図３に示す洗浄装置のロボットアームのアー
ムヘッドの平面図である。

【図１１】図１０に示すロボットアームの部分平面図及
び部分断面図である。

【図１２】図３に示す洗浄装置の遮蔽板の平面図、及び
ノズルヘッダ、遮蔽板及びウエハの断面図である。

【符号の説明】

１、２ボンベ３、４圧力調整弁５フィルタ６冷却器７温度計８圧力計９温度制御装置１０ノズル装置１１真空容器１２被洗浄物１３流量調整弁１４圧力計１５圧力制御器１６、１７弁１８真空排気手段２０合流点２１、２２配管３０洗浄室３１ノズルヘッダ３２ノズル３３流量調整機構３４主室３５副室３６熱シールド室３７、３９ガス流路４０バッファ室４１ウエハホルダ４２バッファ板４３支柱４４支持部材４５支軸４６ローラー４７突起４８貫通孔５０ロボット室５１ロボットアーム５２、５３Ａ、５３Ｂ、５４回転軸６０ウエハ搬入室６１、７１扉６２ウエハ６３、７３ウエハキャリア６４進行方向７０ウエハ搬出室８１、８２、８３、８４ゲートバルブ１００、１０６外壁１０１熱シールド板１０２貫通孔１０３副室壁１０４ガス流路隔離板１０５ガス流路隔離管１０７、１０８遮蔽板１０９、１１０間隙１２０、１３０外管１２１、１３１ニードル１２２、１３２排気管１２３ニードル駆動機構１２４小径部１３３ニードル支持リング１３４固定リング１４０切り欠き１４１中心軸１４２、１４３流束１５１支持部材１５２Ａ、１５２Ｂ補助支持部材１５３Ａ、１５３Ｂ支軸１５４Ａ、１５４Ｂローラー１５５Ａ、１５５Ｂ突起１５６Ａ、１５６Ｂ凸部１５７Ａ、１５７Ｂ、１５８Ａ、１５８Ｂカム面１５９Ａ、１５９Ｂ弾性部材１６０Ａ、１６０Ｂタイミングベルト

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸と、前記回転軸に固定され、折り畳み伸縮機構を有する腕部
材と、前記腕部材先端部に回動可能に支持され、前記回転軸に
対して一定の相対的関係を保つ支持部材と、前記支持部材上の支軸に揺動可能に支持される補助支持
部材と、前記支持部材と前記腕部材との回動部に設けられ、前記
腕部材の折り畳み伸縮運動に基づいて前記補助支持部材
を駆動するカム機構とを有するロボットアーム。
【請求項２】前記カム機構が、前記回動部の回転中心軸の周囲に、前記腕部材に固定し
て設けられたカム面と、前記補助支持部材に設けられ、前記カム面に接触するカ
ム従動面とを有し、さらに、前記補助支持部材に対して、前記カム従動面が
前記カム面に押しつけられるように揺動する力を与える
弾性部材を有する請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】前記支持部材が、処理対象物を一方向か
ら支持する支持面を有し、前記補助支持部材が、前記支持面に対向し、前記支持面
との間に処理対象物を挟持する補助支持面を有する請求
項１または２に記載のロボットアーム
【請求項４】前記支持部材が、処理対象物を載置する
載置面を有し、前記支持面及び補助支持面が、前記載置面に載置された
処理対象物の側面に接して、前記載置面内における処理
対象物の位置を固定する請求項３に記載のロボットアー
ム。
【請求項５】さらに、前記回動部の回転中心軸を含
み、前記支持面の中央を通過する仮想平面に関して、前
記補助支持部材と面対称の関係になるように揺動可能に
前記支持部材に取り付けられた他の補助支持部材を有
し、前記カム機構が、さらに、前記回動部の回転中心軸に関
して前記カム面と軸対称の関係にあり、前記他の補助支
持部材を駆動する他のカム面を有する請求項１〜４にい
ずれかに記載のロボットアーム。