JP4431393B2 - 扉および２カ所でばね偏倚した掛止機構 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ搬送装置に関する。更に特定すれば、これは掛止機構を備えた扉を有する密閉可能なウエハ・エンクロージャに関する。

半導体ウエハを処理して電子素子に仕上げるには、通例多くの処理工程が必要であり、これらの工程においてウエハを取り扱い処理しなければならない。ウエハは非常に貴重であり、しかも極度に取り扱いに注意を要し、物理的および電気的衝撃によって損傷を受けやすい。加えて、処理ができるようにするには、粒子やその他の汚染物のない、最高度の清浄度を要する。その結果、ウエハの処理、取り扱いおよび輸送中に用いるために、特殊なコンテナ即ち搬送装置が開発されている。これらのコンテナは、ウエハを物理的および電気的危険性から保護し、ウエハを汚染物から保護するために密閉することができる。コンテナが使用中に密閉状態を保ち、ウエハを汚染物による損傷から防止することは重要である。また、プロセス効率の観点から、搬送装置が使い易く、しかも清浄化し易いことも重要である。

当技術分野では、密閉可能ウエハ搬送装置の扉のエンクロージャおよび掛止機構に種々の構成が知られている。公知の掛止機構には、掛止を作動させるために、カムのような回転部材を用いるものがある。しかしながら、かかる機構に伴う問題に、カム部材が望ましくない時点で自己回転する可能性があることがあげられる。この自己回転によって、扉の掛止が外れ、ウエハを汚染物に露出させる虞れがある。扉が搬送装置上の適所にないと、自己回転によって掛止の延長を招き、扉を搬送装置上に再度設置することが困難となる可能性がある。他の掛止機構には、回転または摺動エレメントによって作動する連動掛止アームのシステムを用いるものがある。かかるシステムも、望ましくない時点における意図した手段による掛止機構の作動に伴う同様の問題を有する可能性がある。

カムの回転を制限するためのカム作動型掛止機構と共に用いる従来の方法では、通例、カムに対して接線方向に配置された折曲先端を有する単純な板ばねを用いていた。カムを保持すべき回転運動限界付近までカムを回転させると、カムの表面または突起が、板ばねの折曲先端を超えて摺動する。次いで、カムは、板ばねのばね力および部品間の摩擦によって、好ましい位置に適切に保持される。かかる機構は、一般に、カムが戻り止から外れた場合に、カムを好ましい位置に付勢即ちばね偏倚させるようにはなっていない。更に、掛止開放位置および掛止閉鎖位置に対応して２カ所に好ましい位置が設けられている場合、適正に双方の条件に対処するためには、２つの別個の板ばねが必要となる。これは機構に複雑性を付加し、部品の組立を複雑化する。板ばねは、プラスチック材料で形成する場合、曲げに対して十分な剛性を有しておらず、カムを適所に保持するための十分な摩擦力を発生できない。金属材料のような代替物では、かかる材料間の摺動接触によって、損傷を招く粒子を発生する可能性があるので望ましくない。他の公知の方法では、単純な戻り止システムを用い、例えば、カム部材からの突起によって構造をドア上に係合する。しかしながら、かかる単純な戻り止は、意図しない時点に意図しない手段によって外れる可能性がある。一旦戻り止が外れると、単純な戻り止機構は、カム部材を戻り止に向けて付勢して扉の掛止または解除を防止する偏倚力を与えることができない。

したがって、ウエハ搬送装置の扉掛止機構に好ましい位置を設け、更にある種の偏倚力を供給して掛止機構を好ましい位置まで付勢し、好ましい位置から外れた場合に、掛止の
更なる移動を妨げるデバイスまたは装置が求められている。

少なくとも１つの掛止機構を備えた扉を有するウエハ・コンテナにおいて、掛止機構は、当該掛止機構を１つ以上の好ましい位置に保持するばね部材を有する。好ましい位置は、掛止開放状態および掛止閉鎖状態に対応することが好ましい。好適な実施形態では、ばね部材は、中心超過状態を有し、掛止機構を好ましい位置に向けて付勢することによって、掛止機構の意図しない作動を阻止する。更に、好適な実施形態では、掛止機構は、掛止開放状態および掛止閉鎖状態において穏やかな停止部を有し、掛止機構の急激な嵌め込みを最小限に抑える。好適な実施形態は、カム状部材として構成した回転可能部材を、少なくとも１つのノードを有し、プラスチックばねを形成する細長い剛性プラスチック部材と共に利用する。ばねは、回転可能部材上に枢動可能に取り付けられ、更に扉構造に枢動可能に取り付けられている。

図１を参照すると、ウエハ搬送装置２０が、自動処理機器２２上に据え付けられている。ウエハ搬送装置は、上面２６、底面２８、背面３０、１対の対向側面３２および３４、ならびに開放前面３６を含むコンテナ部２４を備えている。コンテナ部２４の内側には、複数の水平に整合され、離間されたウエハを保持する支持部３８がある。機械インターフェース３０がコンテナの底面２８の外面に取り付けられている。開放前面３６は、掛止受口４２を有する扉枠４０によって規定されている。コンテナ部２４は、更に、コンテナ部の上面２６上にロボット・フランジ４４を有する。ウエハ搬送装置の扉４６は、扉枠４０に嵌入し、開放前面を閉鎖する。

図１ないし図３を参照すると、扉４６は、全体的に、扉外枠４８、掛止機構５０、５２、および機構蓋５４、５６を含む。図３は、一例として、掛止機構５０の部分図を示す。図示した機構は、カム部材６８の形状の回転作動部材を有する。掛止アーム５８、６０は、各々、カム部７０、７２において、カム部材６８の周囲６６とそれぞれ係合するカム・フォロワ部６２、６４を有する。図３に示すように、掛止アーム５８、６０の各々は、カム・フォロワ部６２、６４とは逆側の端部に、掛止部７４、７６を有する。キー７８をキー・スロット８０に挿入して回転させると、カム・フォロワ部６２、６４は、カム部７０、７２に沿って摺動する。カム部材６８の形状によって、掛止アーム５８、６０は、半径方向に並進し、掛止開口８２、８４を介して、掛止部７４、７６を延出または後退させる。掛止部７４、７６は、ウエハ搬送装置内の掛止受口４２によって受容され、扉を適所に固着する。機構蓋５４、５６は、掛止機構５０、５２を物理的損傷および汚染から保護するように機能し、更に掛止アーム５８、６０の案内部として機能する。

本発明の好適な実施形態を図４および図５に示す。図４において、掛止機構５０は、開放位置に示されており、掛止アーム５８、６０は完全に後退している。ばね部材８６が枢軸８８においてカム部材６８に枢動可能に取り付けられており、更にばね枢軸９０において扉外枠４８に枢動可能に取り付けられている。ばね部材８６は、カム部材６８を回転可能に保持し、更に中立的に偏倚され、図示の位置におけるカム部材６８には偏倚力を与えない。したがって、ばね部材８６は、この位置において、掛止機構５０に好ましい位置を設ける。しかしながら、カム部材６８を時計回り方向に回転させると、ばね部材８６は偏倚されて張力がかかり、反時計回り方向に徐々に増大する偏倚力を与える。この反時計回り方向の偏倚力は、カム部材６８に対して、好ましい位置から時計回り回転方向の「穏やかな」回転抑制力として作用する。カム部材６８を更に時計方向に回転させると、カム・フォロワ部６２、６４が最終的にカム部材６８上において機械的停止部９２、９４と接触する。

図示した中立位置から反時計回り方向にカム部材６８を回転させると、ばね部材８６が偏倚されて圧縮し、最初にカム部材６８に対して時計回り回転方向に、徐々に増大する回転偏倚力を与える。カム部６８を更に反時計回り方向に回転させ、その回転移動範囲の中点に達すると、ばね部材８６の偏倚力はカム部材６８の中心を通る方向に向けられる。この位置では、ばね部材８６は、圧縮されているが、カム部材８６には回転偏倚力を与えない。カム部材６８を更に反時計回り方向に回転させその回転移動範囲の中点を通過すると、ばね部材８６が偏倚力を与え、この場合はカム部材６８を反時計回り方向に付勢する。カム部材６８を更に反時計回り方向に回転させると、ばね部材８６によって与えられる回転偏倚力は、ばね部材８６が伸張するに連れて、徐々に減少する。

一旦カム部材６８が図５に示すように完全に掛止された位置に達すると、ばね部材８６は再度中立位置に達し、いずれの方向にも回転偏倚力を与えない。したがって、この位置においてばね部材８６は別の好ましい位置を有する。以前と同様、カム部材６８をこの中立位置から更に反時計回り方向に回転させると、ばね部材８６に張力がかかり、徐々に増大する偏倚力を与え、カム部材を時計回り方向に付勢する。最終的に、カム部材を更に反時計回り方向に回転させると、カム・フォロワ部６２、６４は、カム部６８上の機械的停止部９６、９８と接触する。

図３および図４に示す掛止機構は、多数の格別な利点を有する。第１に、ばね部材８６は、前述の中立位置に対応して、カム部材６８に２つの好ましい位置を設ける。これらの好ましい位置は、単一のばね部材によって得られ、望ましくない粒子を発生する可能性のある部品間の摺動接触を必要としない。第２に、ばね部材８６は回転偏倚力を与え、カム部材６８の回転位置に応じて、カム部材６８を好ましい位置のいずれかに向けて偏倚する。動作において、カム部材６８の回転移動範囲は約９０度となる。ばね部材８６は、ほぼ全範囲にわたって回転偏倚力を与え、カム部材６８がその回転範囲の中点にあるとき、および２つの好ましい位置のいずれかにあるときにのみ、偏倚力を与えない。したがって、ばね部材８６が回転偏倚力を与え、カム部材６８をその好ましい位置に向けて付勢する有効回転範囲は、各方向に約４５度である。最後に、先に説明したように、ばね部材８６は、カム部材６８の好ましい位置を超えるカム部材６８の回転を阻止する偏倚力を与える。その結果、カム部材６８をその好ましい位置のいずれかに回転させるとき、好ましい位置を超えて移動すると、ばね部材８６によって制御されて減速し、そのモーメントが吸収される。一旦モーメントが吸収されたなら、ばね部材８６は収縮し、カム部材６８をその好ましい位置に引き込む。その結果、好ましい位置は「穏やか」となり、振動を発生する可能性がある、機械部品の衝突を伴わない。かかる振動は、扉上またはコンテナ内部に存在するあらゆる粒子物体を「撒き散らし」(launch)、ウエハ汚染の可能性が生ずる結果につながり得るので、望ましくない。「硬い」好ましい位置におけるような機械的部品の衝突を回避することの別の利点は、かかる衝突自体が望ましくない粒子を発生し得ることである。

ばね部材８６の材料および幾何学的形状の選択は、カム部材６８の意図しない回転を効果的に防止するには十分でありつつも、使用中に動作させたときにカム部材６８の意図した回転を不当に阻害しないために、過剰とならない偏倚力を与えるように行えばよい。図４および図５の好適な実施形態では、ばね部材８６は、熱可塑性材料で構成するとよいが、ウエハ・コンテナにおける使用に適した適合性のある弾性材料であれば、そのいずれで製作してもよい。また、望ましければ、例えば、カーボン・ファイバ・フィル(carbon fiber fill)の添加によって材料を導電性とし、接地経路に導電性を与えてもよい。

尚、ばね部材８６の長さ、断面、およびこれに用いる材料を変化させることによって、ばね部材８６によって与えられるばね偏倚力量にある範囲が得られることは認められよう。ばね偏倚力は、各好ましい位置の近傍において、カム部材６８の回転移動範囲の少なく
とも５度に対して有効であることが好ましいが、前述のように、各好ましい位置の近傍において回転移動範囲の約４５度までの範囲が可能である。加えて、ばね部材８６は円弧形状を有するように図示されているが、図６のＳ字状ばね１００、または図８のコイルばね１０２のように、他の幾何学的形状も可能であり、これらも本発明の範囲に該当する。望ましければ、例えば図７に示すように、寸法を小さくしたばね部材１０４、１０６を２つ以上用いてもよい。加えて、２つ以上のねじりばねを用いてカム部材６８内に配置しても、同様の効果を得ることができる。

本発明の別の実施形態を図９および図１０に示す。この実施形態では、カム部材６８は放射状突起１０８を有する。円弧形状のばね部材１１０が、先端１１２および１１４の中間点において、機構蓋５４に取り付けられている。ばね部材１１０は、先端１１２および１１４において、それぞれ、ｖ−字状折曲部１１６、１１８を有する。先端１１２、１１４は、突起１０８に合わせた形状となっている。機構蓋５４を扉外枠４８上に設置すると、先端１１２、１１４はカム部材６８の周囲６６に隣接する。カム部材６８が、図１０に示すように掛止閉鎖状態に対応する位置にあるとき、カム部材６８の突起１０８は先端１１２と係合し捕捉されて、カム部材６８に好ましい位置を与える。ばね部材１１０には負荷がかかっておらず、したがってこの位置では中立偏倚を有する。カム部材６８を時計回り方向に回転させると、ｖ−字状折曲部１１６が突起１０８に乗り上げ、ばね部材１１０を偏倚させ折り曲げる。ばね部材１１０の弾力が、突起１０８に接するｖ−字状折曲部１１６を介して作用する偏倚力を発する。この偏倚力は、カム部材６８を反時計回り方向に付勢し、時計回りの回転を阻止する。カム部材６８を更に時計回り方向に回転させると、突起１０８はｖ−字状折曲部１１６を解除し、ばね部材１１０は無負荷状態に戻る。

ばね部材１１０は、カム部材６８と接触しない状態を維持し、カム部材６８が図９に示した掛止開放状態に対応する位置に近づき、突起１０８がｖ−字状折曲部１１８に接触するまで、カム部材６８には回転偏倚力を与えない。カム部材６８を更に時計回り方向に回転させると、ｖ−字状折曲部１１８が突起１０８に乗り上げ、再度ばね部材１１０に負荷をかけて屈曲させる。一旦突起１０８がｖ−字状屈曲部１１８を解除すると、ｖ−字状折曲部１１８を介して作用するばね部材１１０の弾力が、カム部材６８を時計回り方向に付勢する。突起１０８は、先端１１４の形状によって捕捉および保持され、掛止開放状態に対応する好ましい位置を、カム部材６８のために定める。ばね部材１１０は、この位置で、再度中立偏倚を有する。この位置からカム部材６８を更に時計回り方向に回転させると、先端１１４の遠端が突起１０８によって半径方向外側に向かって押圧され、ばね部材１１０を偏倚して屈曲させる。その結果、ばね部材１１０は、半径方向内側に向かう偏倚力を発し、先端１１４の遠端と放射状突起１０８との間の摺動摩擦を増大させる。こうして、好ましい位置を超えるカム部材６８の時計回り方向の回転を阻止する力が得られる。カム部材６８を更に時計回り方向に回転させると、カム・フォロワ部６２および６４がカム部材６８上で機械的停止部９２および９４と接触するが、先端１１４の遠端が突起１０８を解除する前である。

図９および図１０に示す実施形態では、ばね部材１１０は、好ましい位置を中心として約５ないし１５度のカム部材６８の回転範囲で、２カ所の好ましい位置の各々に向けてカム部材６８を付勢する偏倚力を発し、こうしてカム部材６８の好ましい位置からの離脱を阻止する。加えて、この実施形態には、カム部材６８が好ましい位置を超えていずれの方向に回転するときにでも、突起１０８に抗して先端１１２および１１４の遠端によって与えられる偏倚力によって、好ましい位置が「穏やか」となる利点がある。

図９および図１０に示す実施形態では、ばね部材１１０およびカム部材６８は、熱可塑性材料で作られ、各々、耐磨耗品質を有することが好ましい。しかしながら、本発明の範囲は、相応しくかつ適合性のある材料であればそのいずれで製作した部材も含むことは認
められよう。

例えば、図１１ないし図１３に示すように、掛止集成体の回転エレメントの代わりに、掛止アーム自体に好ましい位置に向かうばね偏倚を与えてもよい。回転作動部材と共に図示しているが、かかる集成体は、例えば、作動のために４本のバーによる連結を用い、回転作動部材を有さない掛止機構には特に良く適応する。本発明のこの実施形態では、ばね部材１２０、１２２は、ベルビュー型ばねと同様に機能する。掛止開放位置および掛止閉鎖位置に対応して、２カ所の好ましい位置を設けている。ばね部材１２０は、枢軸１２４、１２６の間に配され、中心枢軸１３４において掛止アーム５８に取り付けられている。同様に、ばね部材１２２は、枢軸１３０、１３２の間に配され、中心枢軸１３４において掛止アーム６０に取り付けられている。ばね部材１２０、１２２の各々は、通常直線状であるが、それが取り付けられている枢軸間の距離よりも多少長くなっている。したがって、図１１および１２に示すように、ばね部材１２０、１２２は、枢軸の間に配され、負荷を加えない場合、多少円弧状となった形状となる。

カム部材６８を、図１１に示す掛止開放戻り止位置から時計方向に回転させると、掛止アーム５８、６０は、各掛止アームの長手方向軸に沿って半径方向外側に向かって並進し、中心枢軸１２８、１３４も半径方向外側に向かって移動させる。その結果、ばね部材１２０、１２２には負荷がかかって圧縮し、枢軸１２８、１３４を介して作用する力を発し、掛止アーム５８、６０の半径方向移動を阻止する。中心枢軸１２８が、枢軸１２４、１２６間を直接結ぶ線上にある点に達し、中心枢軸１３４が枢軸１３０、１３２間の直接結ぶ線上にある点に達すると、各ばね部材１２０、１２２は最大に圧縮され、掛止アーム５８、６０には半径方向の偏倚力を与えない。

カム部材６８を更に反時計回り方向に回転させ、中心枢軸１２８、１３４が更に半径方向外側に移動すると、ばね部材１２０、１２２は伸張し初め、半径方向外側に向かう力を発し、掛止アーム５８、６０を、図１２に示す掛止閉鎖戻り止位置に向けて付勢する。図１２に示すように、掛止アーム５８、６０を最大に延出させると、ばね部材１２０、１２２は再度中立位置となり、掛止アーム５８、６０には偏倚力を与えない。

尚、ばね部材１２０、１２２の長さ、断面、およびにこれらに用いられる材料を変化させることによって、ばね部材１２０、１２２によって与えられるばね偏倚力量にある範囲が得られることは認められよう。ばね偏倚力は、各好ましい位置近傍において、掛止アームの長手方向移動範囲の少なくとも１０％に対して有効であることが好ましいが、各好ましい位置近傍において長手方向移動範囲の約５０％までの範囲が可能である。

扉外枠上に単一の枢軸を有するばね構成を用いて、偏倚力を直接掛止アームに与える別の実施形態を図１３に示す。その他にも多くのかかる変形が可能であり、それらは本発明の範囲に該当することを、当業者は認めよう。

本発明の更に別の目的、利点、および新規な特徴は、部分的に以下に続く説明に明記され、部分的に以下のことを検討することによって当業者には明白となり、あるいは本発明の実施によって習得することができる。本発明の目的および利点は、添付した特許請求の範囲に特定的に指摘した手段および組み合わせによって実現および達成することができる。前述の説明には多くの特定性が含まれているが、これらは、本発明の範囲を限定するものとして解釈するのではなく、単に本発明の現時点における好適な実施形態の一部の例示を与えるものとして解釈することとする。したがって、本発明の範囲は、提示した例ではなく、添付した特許請求の範囲およびその法的な均等物によって決められることとする。

１台の処理機器上における、機械インターフェースを有するウエハ搬送装置の斜視図。 掛止集成体を露見させたウエハ搬送装置の斜視図。 掛止集成体の部分斜視図。 開放位置にある掛止部を示す、掛止集成体の好適な実施形態の平面図。 閉鎖位置にある掛止部を示す、図４の実施形態の平面図。 掛止集成体の代替実施形態の部分平面図。 掛止集成体の別の代替実施形態の部分平面図。 掛止集成体の更に別の代替実施形態の部分平面図。 開放位置にある掛止部を示す、掛止集成体の別の実施形態の平面図。 閉鎖位置にある掛止部を示す、図９の実施形態の平面図。 開放位置にある掛止部を示す、掛止集成体の別の代替実施形態の平面図。 閉鎖位置にある掛止部を示す、図１１の実施形態の平面図。 図１１および図１２の掛止集成体の代替実施形態の部分図。

Claims (5)

1. 開放前面を有するコンテナ部と、
   前記コンテナ部の開放前面を密封閉鎖する扉と、同扉は扉外枠と扉外枠を封鎖する機構蓋とを含むことと、
   前記扉外枠及び機構蓋間にあり前記扉を前記コンテナ部に固定する少なくとも１つの掛止機構であって、該掛止機構は回転動作可能な少なくとも１つのカム部材と、前記カム部材の外周面に対して摺動可能に係合するカム・フォロワ部を一端に備えるとともに、カム部材の形状に従うカム・フォロワ部の変位に基づいて扉外枠から出没してコンテナ部に接離して、扉をコンテナ部に対して固定及び固定解除する掛止部を他端に備え、機構蓋において長さ方向全体に形成された溝内を案内されて扉を開放する位置と閉鎖する位置との間を移動する少なくとも１つの掛止アームとを有し、
   前記扉外枠及びカム部材のそれぞれに対して直接に枢着され、カム部材に対する偏倚力の付与及び付与解除を選択的に行う円弧状をなす少なくとも１つの第１ばね部材であって、該第１ばね部材は扉がコンテナ部に固定されている時と固定解除されている時のいずれか一方において、前記カム部材に偏倚力を付与することなく、同カム部材を第１の好ましい位置に保持するように配置され、更に前記カム部材が第１の好ましい位置近傍にあるとき、前記カム部材を少なくとも５度の回転範囲にわたって第１の好ましい位置に向けて付勢し、カム部材が好ましい位置を越える回転をすると、これを阻止する方向に作用する偏倚力をカム部材に付与することと
   を備えているウエハ・コンテナ。
2. 請求項１に記載のコンテナにおいて、前記第１のばねの部材は扉がコンテナ部に固定されている時と固定解除されている時のいずれか他方において、前記カム部材に偏倚力を付与することなく、前記カム部材を第２の好ましい位置においても保持するように配置され、前記第２の好ましい位置近傍において前記カム部材を少なくとも５度の回転範囲にわたって前記カム部材を前記第２の好ましい位置に向けて付勢するように構成されているコンテナ。
3. 請求項1又は２に記載のコンテナであって、更に、前記扉外枠のばね枢軸と、前記回転作
   動部材の枢軸とに枢動可能に連結されている第２ばね部材を備えているコンテナ。
4. 開放前面を有するコンテナ部と、
   前記コンテナ部の開放前面を密封閉鎖する扉と、同扉は扉外枠と扉外枠を封鎖する機構蓋とを含むことと、
   前記扉外枠上にあり前記扉を前記コンテナ部に固定する少なくとも１つの掛止機構であって、該掛止機構は回転動作可能な少なくとも１つのカム部材と、前記カム部材の外周面に対して摺動可能に係合するカム・フォロワ部を一端に備えるとともに、カム部材の形状に従うカム・フォロワ部の変位に基づいて扉外枠から出没してコンテナ部に接離する掛止部を他端に備え、かつ機構蓋の長さ方向全体に延びる溝内にて案内され、所定の移動範囲内を移動して扉をコンテナ部に対して固定及び固定解除する少なくとも１つの掛止アームとを有し、
   前記扉外枠及び掛止アームのそれぞれに対して直接に枢着され、掛止アームに対する偏倚力の付与及び付与解除を選択的に行う円弧状をなす少なくとも１つのばね部材であって、該ばね部材は扉がコンテナ部に固定されている時と固定解除されている時のいずれか一方において、前記掛止アームに偏倚力を付与することなく、同掛止アームを第１の好ましい位置に保持するように配置され、更に前記掛止アームが第１の好ましい位置近傍にあるとき、前記掛止アームを同掛止アームの長手方向移動範囲の少なくとも１０パーセントにわたって第１の好ましい位置に向けて付勢し、カム部材が好ましい位置を越える回転をすると、これを阻止する方向に作用する偏倚力をカム部材に付与することと
   を備えているウエハ・コンテナ。
5. 請求項４に記載のコンテナにおいて、前記第１のばねの部材は扉がコンテナ部に固定されている時と固定解除されている時のいずれか他方において、前記掛止アームに偏倚力を付与することなく、前記掛止アームを第２の好ましい位置においても保持するように配置され、前記第２の好ましい位置近傍において前記掛止アームの長手方向移動範囲の少なくとも１０％にわたって前記掛止アームを前記第２の好ましい位置に向けて付勢するように構成されているコンテナ。

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