JP4397074B2

JP4397074B2 - 昇降装置

Info

Publication number: JP4397074B2
Application number: JP22665399A
Authority: JP
Inventors: 英明後藤
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: JP2001053132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等において用いられる昇降装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば枚葉式のマルチチャンバ型半導体製造装置においては、ウェハのオリエーションフラットに基づいてウェハの向きを一定に保つためのオリエンターチャンバと称される真空チャンバが設けられている。このチャンバ内にはウェハの向きを調整するための回転テーブルが設けられおり、チャンバ外部からロボットを用いて搬入されたウェハが載置されるようになっている。また、従来一般のロボットは一定の高さの水平面内でのみ移動可能となっているため、ロボットのウェハ支持体（ブレード）と回転テーブルとの間でウェハを受け渡すために、オリエンターチャンバ内の回転テーフルの隣接位置には昇降装置が設けられている。
【０００３】
図３は、オリエンターチャンバ１０における従来の昇降装置を示す断面図である。この図３において、符号１２はオリエンターチャンバ１０内に搬入されたウェハ１４が載置される昇降テーブル（ウェハリフトフープ）である。昇降テーブル１２は、従来から知られている通り、ロボットブレード（図示しない）との間で、そして回転テーブル（図示しない）との間でウェハ１４を受け渡すことができるように、馬蹄形ないしはＵ字形をなしている。昇降テーブル１２の下部からは昇降シャフト１６が垂直方向下方に延び、チャンバ１０の底板１８を貫通してチャンバ１０の外部に延びている。また、オリエンターチャンバ１０の底板１８の下面には、昇降のための駆動源として空気圧シリンダ２０が設けられている。この空気圧シリンダ２０は複動型であり、そのピストンロッド２２はシリンダチューブ２４の下端から延出している。なお、ピストンロッド２２の安定した上下動を得るために、ピストン２６の上面からはガイドロッド２８が上方に延びており、このガイドロッド２８とピストンロッド２２はそれぞれシリンダチューブ２４の上下の内面に固着されたブッシュ３０，３２により摺動可能に支持されている。空気圧シリンダ２０のピストンロッド２２の下端と昇降シャフト１６の下端とは連結部材３４により連結されている。
【０００４】
このような構成においては、空気圧シリンダ２０に対する加圧ガスの供給を制御することにより、ピストンロッド２２が上下動し、それに伴って昇降シャフト１６、ひいては昇降テーブル１２が昇降するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の昇降装置１においては、昇降動作を繰り返すうちに、ピストンロッド２２やガイドロッド２８、ブッシュ３０，３２等に偏摩耗が生じたり振動が発生したりするという問題が、比較的短期間のうちに生じていた。
【０００６】
このため、従来においては、昇降装置１の保守管理に手間や費用がかかるという問題点があった。かかる弊害に対しては、空気圧シリンダ２０に耐久性のある材料からなるものや、定格の大きなものを用いることも考えられるが、そのような空気圧シリンダは高価あるいは大型であるという問題を有している。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点を解決することのできる手段を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、従来の昇降装置におけるピストンロッド等の偏摩耗及び振動の発生の原因を種々検討し、次の結論を得た。
【０００９】
すなわち、図３を参照するならば、オリエンターチャンバ１０内は真空とされており、また、真空を維持するためのベローズ３６が昇降テーブル１２とチャンバ底板１８との間に配置されているため、昇降シャフト１６には上方への荷重Ｆ₁が常に作用しており、この荷重Ｆ₁により、静止状態においては、ピストンロッド２２及びガイドロッド２８に横方向の力ＦＴ₁，ＦＴ₂が作用していることを見出した。
【００１０】
これは、昇降シャフト１６とピストンロッド２２とが同軸にないことに起因するため、昇降シャフト１６とピストンロッド２２とを同軸に配置することで、空気圧シリンダ２０に生ずる上記問題点は解消する。しかしながら、上下方向のスペースを十分に採れない場合、特に既存の半導体製造設備において昇降装置のみを交換しようとした場合には、昇降装置を設置することができないことが多い。
【００１１】
そこで、本発明は、オリエンターチャンバ等の真空チャンバ内の被昇降物、例えばウェハや昇降テーブルを昇降させるための昇降装置であって、真空チャンバの内部に上端が配置され下端が真空チャンバの外部に配置され、垂直方向に昇降可能に支持される昇降シャフトと、真空チャンバの外部に配置され、可動部が垂直方向に上下動可能となっている、昇降シャフトを昇降させるための駆動源と、駆動源の可動部と昇降シャフトの下端とを一体的に連結する連結部材と、駆動源の可動部との間で昇降シャフトを挟むように配置され、連結部材に取り付けられたカウンタウェイトとを備える昇降装置を特徴としている。可動部が上下方向に直動する駆動源としては空気圧シリンダがある。
【００１２】
このような構成において、連結部材及び駆動源の可動部には昇降シャフトに作用する上向きの荷重に起因するモーメントが生じているが、同時にカウンタウェイトによる下向きの荷重に起因する反対方向のモーメントが生ずる。これによって、駆動源の可動部についてのモーメントは全体として低減され、可動部、空気圧シリンダにあってはピストンロッドの横方向の力は低減又はゼロとなる。よって、摩耗や振動等の不具合が駆動源に生ずることを抑制することができる。
【００１３】
昇降シャフトの上向き荷重は一定でなく変動するものであるため、上記趣旨の下では、昇降シャフトが所定の位置にある状態で該昇降シャフトに作用する上向きの荷重によるモーメントとカウンタウェイトによるモーメントが相殺するよう構成することが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る昇降装置を示す断面図である。この昇降装置１００は、枚葉式のマルチチャンバ型半導体製造装置におけるオリエンターチャンバ（真空チャンバ）１０で用いられるものであり、当該チャンバ１０内に搬入されたウェハ１４を昇降させ、ロボットのブレード（図示しない）と回転テーブル（図示しない）との間でウェハ１４を受け渡すためのものである。図示の昇降装置１００の基本構成については、先に図３に沿って説明した従来のものと同様であるので、同一又は相当部分については同一符号を用いている。
【００１５】
昇降装置１００は、オリエンターチャンバ１０内の下部に配置される昇降テーブル（ウェハリフトフープ）１２を備えている。この昇降テーブル１２は馬蹄形ないしはＵ字形であり、その上面には、ウェハ１４を受け入れて載置するための凹部が形成されている。昇降テーブル１２の下面からは昇降シャフト１６が垂直方向下方に延びている。この昇降シャフト１６は、チャンバ底板１８を貫通し、チャンバ１０の外部まで延びている。オリエンターチャンバ１０内は所定の真空度まで減圧されるので、チャンバ１０内の気密を確保するために、昇降シャフト１６を取り囲み上端及び下端がそれぞれ昇降テーブル１２の下面とチャンバ底板１８の上面に気密に固着されたベローズ（蛇腹状筒体）３６が設けられている。このベローズ３６は、その構造上、昇降テーブル１２を上方に弾性的に付勢している。
【００１６】
オリエンターチャンバ１０の底板１８の下面であって、昇降シャフト１６からは偏心した位置には、昇降装置１００の駆動源として空気圧シリンダ２０が取り付けられている。昇降装置１００の駆動源としては他の装置も考えられるが、半導体製造設備においてはパーティクルの発生や振動を可能な限り抑制する必要があるので、空気圧シリンダ２０が有効である。この空気圧シリンダ２０は複動型であり、チャンバ底板１８に固着されたシリンダチューブ２４と、シリンダチューブ２４内を摺動しシリンダチューブ２４内を２つの空気圧チャンバに区画するピストン２６と、ピストン２６の下面から下方に延びシリンダチューブ２４の下端から延出するピストンロッド２２とから主に構成されている。ピストン２６の上面からはピストンロッド２２と同軸にガイドロッド２８が上方に延びており、このガイドロッド２８とピストンロッド２２はそれぞれシリンダチューブ２４の上下の内面に固着されたブッシュ３０，３２により摺動可能に支持されている。また、ガイドロッド２８を設けたことによる設置スペース（特に上下方向のスペース）の減少を抑えるため、チャンバ底板１８にはガイドロッド２８の上端を受け入れる凹部３８が形成されている。
【００１７】
空気圧シリンダ２０は、空気圧制御回路４０に接続されている。より詳細には、シリンダチューブ２４の上下の各ポート４２，４４は加圧ガス源４６に切換え弁４８を介して接続されており、この切換え弁４８のポジションを切り換えることにより、加圧ガスを空気圧チャンバのいずれかに供給し、ピストンロッド２２を垂直方向において上下動させることができるようになっている。
【００１８】
空気圧シリンダ２０のピストンロッド２２の下端と昇降シャフト１６の下端とは連結部材３４によって一体的に連結されている。従って、昇降シャフト１６はピストンロッド２２と一体的に動作することになる。なお、昇降シャフト１６と連結部材３４とは、昇降動作の停止時に生ずる衝撃が昇降シャフト１６に伝わらないよう、緩衝手段としていわゆるフローティングジョイント５０を介して接続されている。
【００１９】
本実施形態における連結部材３４は、従来と異なり、昇降シャフト１６側の端部が空気圧シリンダ２０から離れる方向に更に延びている。この延長部分５２の適当な位置にカウンタウェイト５４が配置されている。
【００２０】
半導体製造装置の稼働時、オリエンターチャンバ１０は所定の真空度に減圧され、チャンバ１０の外部に位置している昇降シャフト１６には大気圧が作用する。また、ベローズ３６も昇降テーブル１２に上方への弾性力を作用させている。従って、昇降シャフト１６には、装置稼働時には相当に大きな上向きの荷重Ｆ₁が作用する。
【００２１】
今、簡単のため、構成部品の重量を無視し、昇降シャフト１６がストロークの中間位置にて静止状態にあり、空気圧シリンダ２０のピストンロッド２２と連結部材３４とが一体の剛構造物と仮定した場合、半導体製造装置の稼働時に昇降シャフト１６にその軸線方向に沿って上向きの荷重Ｆ₁が作用しているとすると、ピストンロッド・連結部材の一体物には、ピストンロッド２２の揺動中心となり得るピストン２６の中心点Ｐを支点としたモーメントＭ₁が作用する。図２は図１の昇降装置を単純化したものであり、この図２における寸法及び角度に基づくと、モーメントＭ₁は次式で表される。
Ｍ₁＝Ｆ₁ｃｏｓθ₁・Ｌ₁
【００２２】
一方、カウンタウェイト５４により連結部材３４の延長部分に下向きの荷重Ｆ₂が作用しているので、ピストンロッド・連結部材の一体物にはピストン２６の点Ｐを支点としたモーメントＭ₂が作用する。このモーメントＭ₂は次式で示す通りである。
Ｍ₂＝Ｆ₂ｃｏｓθ₂・Ｌ₂
【００２３】
このモーメントＭ₂は、図２からも理解される通り、モーメントＭ₁とは反対方向であるため、ピストン２６の点Ｐに関するモーメントは全体として低減し、カウンタウェイト５４の重量及び取付位置（連結部材３４の延長部分５２の長さ）を適宜調整することにより、モーメントＭ₁とＭ₂を完全に一致させることができる。このようにモーメントモーメントＭ₁とＭ₂を一致させた場合、モーメントが相殺されてゼロになるので、ピストンロッド２２及びガイドロッド２８には横方向の荷重は作用しない。
【００２４】
このようにカウンタウェイト５４を設けることにより、ピストン２６の点Ｐに関するモーメントは全体として低減し或いはゼロとなり、ピストンロッド２２及びガイドロッド２８に作用する横方向の荷重が低減された場合、ブッシュ３０，３２との摩擦が抑制され、また、いわゆる片当たりによる振動の発生も防止されることは、当業者ならば理解されよう。
【００２５】
勿論、カウンタウェイト５４の重量が過度に大きい場合には、ピストンロッド２２及びガイドロッド２８には上記とは逆方向の横荷重がかかることになるため、カウンタウェイト５４の重量は適宜定める必要がある。
【００２６】
また、実際には、昇降シャフト１６のオリエンターチャンバ１０からの突出量が一定ではないので、荷重Ｆ₁又はモーメントＭ₁は一定の範囲で変動する。従って、実験や経験等から最も頻繁に現れるモーメントＭ₁を見出して、その値に対応する位置で昇降シャフト１６を静止させ、その状態でモーメントＭ₁とＭ₂とが互いに相殺するよう調整することが好適である。
【００２７】
実際に、図３に示すような従来の昇降装置１において昇降を繰り返した場合、２万〜３万サイクルで空気圧シリンダ２０のピストンロッド２２に顕著な摩耗痕が観察され、且つ、昇降時に振動が発生した。一方、この従来の昇降装置１にカウンタウェイト５４を付加し、同実験を行った場合、６万サイクルを経過した段階でも異常摩耗や振動は観察されなかった。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、昇降装置１００は、オリエンターチャンバ１０内のウェハ１４の昇降用であるが、同様な機構を有し真空チャンバ内の物体を昇降させる昇降装置、例えばウェハを支持するサセプタを昇降させるものや、サセプタに対してウェハを上下させるためのリフトピンを昇降させるためのもの等にも本発明を適用することができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、駆動源が空気圧シリンダであるが、連結部材に固定され上下方向に直線往復運動する可動部を有するタイプのアクチュエータ、例えばリニアモータや液体圧シリンダであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、直動型駆動源が昇降シャフトから偏心して配置されている昇降装置において、昇降シャフトの一部が真空チャンバ内に延び真空により昇降シャフトに大きな上向きの力が作用することに起因する問題、例えば駆動源の振動や摩耗等を、カウンタウェイトを付加するだけの簡単な手段により解消することができる。従って、廉価で耐久性の低い駆動源を用いても、所期の性能を長期間にわたり発揮させることができる。
【００３２】
しかも、カウンタウェイト自体も極めて廉価であるため、本発明による昇降装置の製造コストも低廉なものとなる。
【００３３】
更に、カウンタウェイトは横方向に取り付けられるものであるので、上下方向のスペースが小さくとも、本発明の昇降装置を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る昇降装置を示す断面図である。
【図２】図１の昇降装置における力の関係を簡略化して示す概略図である。
【図３】従来一般の昇降装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１００…昇降装置、１０…オリエンターチャンバ（真空チャンバ）、１２…昇降テーブル、１４…ウェハ、１６…昇降シャフト、２０…空気圧シリンダ（駆動源）、２２…ピストンロッド（可動部）、３４…連結部材、５４…カウンタウェイト。

Claims

真空チャンバ内の被昇降物を昇降させるための昇降装置であって、
前記真空チャンバの内部に上端が配置され下端が前記真空チャンバの外部に配置され、垂直方向に昇降可能に支持される昇降シャフトと、
前記真空チャンバの外部に配置され、可動部が垂直方向に上下動可能となっている、前記昇降シャフトを昇降させるための駆動源と、
前記駆動源の前記可動部と前記昇降シャフトの下端とを一体的に連結する連結部材と、
前記駆動源の前記可動部との間で昇降シャフトを挟むように配置され、前記連結部材に取り付けられたカウンタウェイトと
を備える昇降装置。
前記駆動源が空気圧シリンダであり、前記可動部が該空気圧シリンダのピストンロッドである請求項１に記載の昇降装置。
前記昇降シャフトの上端には、前記ウェハを支持し昇降させる昇降テーブルが取り付けられている請求項１又は２に記載の昇降装置。