JP4550164B2 - 搬送装置及び真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体基板等を真空処理槽内に搬入したり、搬出して所定の位置に搬送するための搬送装置に関する。

近年、半導体素子に関し、超微細高精度化が要求されており、このような半導体素子を製造する装置には、スループットを向上させること、また装置を設置するための床面積を小さくすること等が要求されている。

このため、搬送室を中心としてその周囲に複数の処理室を配し、ゲートバルブを介して連結することによって種々の基板処理を真空中で一貫して行うことができるマルチチャンバ装置及び搬送装置が提案されている（例えば、特許第２７３３７９９号公報、特許第２８０８８２６号公報等参照）。

図５は、従来の搬送装置（特開平４−２７９０４３号公報参照）の要部構成を示す平面図である。
図５に示すように、この搬送装置１００においては、図示しない駆動源の回転動力が、駆動軸１０１及びこの駆動軸１０１に取り付けられた駆動ギア１０２に伝達され、さらに、駆動ギア１０２及びこの駆動ギア１０２と噛み合う従動ギア１０３を介して従動軸１０４に伝達されるようになっている。

駆動軸１０１には第１のアーム１０５が取り付けられ、この第１のアーム１０５の先端部には、回転軸１０６を中心として回転可能な第３のアーム１０７が取り付けられている。

一方、従動軸１０４には第２のアーム１０８が取り付けられ、この第２のアーム１０８の先端部には、回転軸１０９を中心として回転可能な第４のアーム１１０が取り付けられている。

第３のアーム１０７には上記回転軸１０６と同心的に回転可能な動プーリ１１１が取り付けられ、この動プーリ１１１は、駆動軸１０１と同心位置に固定された固定プーリ１１２とベルト１１３によって連結されている。なお、動プーリ１１１と固定プーリ１１２との直径比は１：２である。

第３のアーム１０７と第４のアーム１１０の先端部には、それぞれ拘束ギア１１４、１１６が回転可能に取り付けられ、これら拘束ギア１１４、１１６は、噛み合った状態で基板載置台１１５に取り付けられている。

このようなリンク機構を有する従来の搬送装置１００においては、駆動軸１０１を回転させることにより、駆動軸１０１と従動軸１０４の中心を結ぶ直線に水平面内で直交する直線（以下「搬送ライン」という。）ｌに沿って基板載置台１１５が移動し、第１のアーム１０５と第２のアーム１０８の開き角が１８０度となる位置（以下「死点位置」という。）を通過する。

また、この搬送装置１００は、駆動軸１０１及び従動軸１０４は図示しない支持台に回転可能に取り付けられ、この支持台を他の駆動源（図示せず）によって回転させることにより基板載置台１１５が駆動軸１０１を中心として旋回するように構成されている。

特開平４−２７９０４３号公報

しかしながら、このような従来の搬送装置１００においては、駆動軸１０１を中心として基板載置台１１５を回転させる構成となっているため、第１〜第４のアーム１０５、１０７、１０８、１１０を死点位置まで縮めた状態で旋回させた場合に、基板載置台１１５は第１〜第４のアーム１０５、１０７、１０８、１１０の中心位置、すなわち、駆動軸１０１と従動軸１０４の中心軸を結ぶ直線ｍと上記搬送ラインｌの交点Ｏを中心に旋回しない構成となっている。

このため、従来技術においては、最小旋回半径を小さくすることができず、搬送室の内径を小さくすることができないので、半導体製造装置を小さくすることができないという課題がある。

また、半導体製造装置のスループットを向上させるためには、搬送装置の動作速度を大きくすることが効果的であるが、従来技術においては、一つの駆動源を用いて駆動軸１０１及び従動軸１０４を動作させるようにしているため、回転動力の伝達ロス等によって駆動源の動作トルクが不足し、動作速度が速くならないという課題がある。

このような課題を解決するためには、同心状に配設した第１及び第２の駆動軸に対して２つの独立した駆動源の回転動力を伝達させることも考えられるが、その場合、関節機構を構成する拘束ギア１１４、１１６が２個並列に配置されているので、上記第３のアーム１０７の第１のアーム１０５に対する回転角と、第４のアーム１１０の第２のアーム１０８に対する回転角は、それぞれ第１のアーム１０５及び第２のアーム１０８の回転角に比例しない。そのため、第１及び第２のアーム１０５、１０８の回転運動に第３及び第４のアーム１０７、１１０の回転運動に同期せず、基板載置台１１５の移動が困難になってしまう。

その一方、このような課題を回避するためには複雑な補正機構を設けなければならず、部品点数が増加するとともに組立工程も煩雑になってしまう。

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で旋回半径を小さくすることができ、しかも搬送速度が大きい搬送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、第１、第２、第３及び第４のアームを有する搬送装置であって、前記第１のアームは、一方の端部Ａが第１の駆動軸に固定され、前記第２のアームは、一方の端部Ｂが、前記第１の駆動軸と同心状に配設された第２の駆動軸に固定され、前記第３のアームは、一方の端部Ｅが前記第１のアームの他方の端部Ｃにおいて支軸を中心に回転可能に連結され、前記第４のアームは、一方の端部Ｆが前記第２のアームの他方の端部Ｄにおいて支軸を中心に回転可能に連結され、前記第３及び第４のアームの他方の端部Ｇ、Ｈが所定の連結軸を中心に回転可能に連結され、前記第１又は第２のアームの駆動軸の回転動力を前記第３又は第４のアームに伝達するための第１の動力伝達機構と、前記第１又は第２のアームの他端部における回転動力を前記連結軸に伝達するための第２の動力伝達機構とを備え、前記第１の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの一方の端部Ａ、Ｂに設けられた駆動部と、前記第３又は第４のアームの一方の端部Ｅ、Ｆに設けられた従動部とを有し、前記駆動部と前記従動部とが所定の動力伝達部材によって連結され、前記第２の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの他方の端部Ｃ、Ｄに設けられた駆動部と、前記連結軸に設けられた従動部とを有し、前記駆動部と前記従動部とが所定の動力伝達部材によって連結されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１、第２、第３及び第４のアームのアーム長が同一であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記第１の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの一方の端部Ａ、Ｂに設けられた第１のプーリと、前記第３又は第４のアームの一方の端部Ｅ、Ｆに設けられた第２のプーリとを有し、前記第１のプーリと前記第２のプーリとが伝達ベルトによって連結されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記第２の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの他方の端部Ｃ、Ｄに設けられた第３のプーリと、前記連結軸に設けられた第４のプーリとを有し、前記第３のプーリと前記第４のプーリとが伝達ベルトによって連結されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記第１のプーリの直径と、前記第２のプーリの直径と、前記第３のプーリの直径とが同一であり、前記第４のプーリの直径が、前記第１〜第３のプーリの直径の２倍であることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の搬送装置を用いて真空処理槽内の搬送を行うように構成されていることを特徴とする真空処理装置である。

本発明の場合、第１及び第２のアームの駆動軸が同心状に配設されていることから、第１〜第４のアームを死点位置に配置した状態における最小旋回半径を従来技術に比べて小さくすることが可能になる。
また、本発明によれば、第３及び第４のアームの他方の端部Ｇ、Ｈが所定の連結軸によって同心状に連結されていることから、アーム長を変化させるための複雑な補正機構を用いることなく第３及び第４のアームに駆動軸の回転動力を与えることができ、その結果、簡素な構成で第１〜第４のアームの動作速度を速くすることが可能になる。
しかも、本発明にあっては、第２の動力伝達機構によって第１又は第２のアームの他方の端部Ｃ、Ｄにおける回転動力を前記連結軸に伝達するように構成されていることから、例えばこの連結軸に取り付けたキャリアが回転してしまうことなく所定の搬送ラインに沿って直進性良く移動させることができ、また、死点位置近傍においてもキャリアを円滑に移動させることができる。
さらに、本発明によれば、第１の動力伝達機構によって駆動源の動力が効率良く各アームに伝達されるので、より円滑かつ高速で動作させることが可能になる。
さらにまた、本発明において、第１の動力伝達機構を第１及び第２のプーリとベルトによって構成すれば、薄型で軽量の搬送機構を提供することが可能になる。
加えて、本発明において、第２の動力伝達機構を第３及び第４のプーリとベルトによって構成すれば、薄型で軽量の搬送機構を提供することが可能になる。
この場合、第１のプーリの直径と、第２のプーリの直径と、第３のプーリの直径とを同一とし、第４のプーリの直径を、第１〜第３のプーリの直径の２倍となるように構成すれば、第１のアームの回転角度と、第３のアームに対する第４のプーリの回転角度を一致させることができ、これにより第４のプーリに連結軸に固定した例えばキャリアを連結軸を中心に回転することなく搬送ライン上を直進性良く移動させることができる。
一方、本発明の真空処理装置によれば、小型で処理対象物の搬送速度の大きい真空処理装置を提供することができる。

以上述べたように本発明によれば、簡素な構成で旋回半径を小さくすることができ、しかも搬送速度が大きい搬送装置を提供することができる。

本発明に係る搬送装置の実施の形態の構成を示す平面図 同実施の形態の構成を示す側断面図 （ａ）〜（ｄ）：同実施の形態を用い、真空処理槽内において処理済みの半導体ウェハを未処理の半導体ウェハと入れ替える動作を示す説明図（その１） （ｅ）〜（ｇ）：同実施の形態を用い、真空処理槽内において処理済みの半導体ウェハを未処理の半導体ウェハと入れ替える動作を示す説明図（その２） 従来の搬送装置の要部構成を示す平面図

以下、本発明に係る搬送装置の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る搬送装置の第１の実施の形態の構成を示す平面図、図２は、本実施の形態の構成を示す側断面図である。
図１に示すように、本実施の形態の搬送装置１は、例えば真空処理槽（図示せず）内における処理対象物の搬送を行うもので、同心状に配設した第１及び第２の駆動軸１１、１２を有し、これら各駆動軸１１、１２は、独立した第１及び第２の駆動源Ｍ１、Ｍ２からそれぞれ時計回り方向又は反時計回り方向の回転動力が伝達されるように構成されている。

第１の駆動軸１１には第１のアーム２１の一方の端部Ａが固定され、第２の駆動軸１２には、第２のアーム２２の一方の端部Ｂが固定されている。

第１及び第２のアーム２１、２２の他方の端部Ｃ、Ｄには、例えば軸受け（図示せず）を用いて第３及び第４のアーム２３、２４の一方の端部Ｅ、Ｆが、支軸２３ａ、２４ａを中心としてそれぞれ回転自在に取り付けられている。

これら第３及び第４のアーム２３、２４は、その他方の端部Ｇ、Ｈが、後述するベース板３０に固定された連結軸３０ａを中心として同心的に回転できるように構成されている。

なお、本実施の形態においては、第１〜第４のアーム２１〜２４の長さ（回転軸間の距離）が、全て同一の長さに設定されている。以下、第１〜第４のアーム２１〜２４全体を適宜アーム２０と総称する。

また、本実施の形態においては、第２のアーム２２と第３のアーム２３との間に第１の動力伝達機構４が設けられている。

図１及び図２に示すように、この第１の動力伝達機構４においては、第２のアーム２２の回転軸である第２の駆動軸１２に対して同心状に第１のプーリ（駆動部）４１が固定されるとともに、第３のアーム２３の回転軸である支軸２３ａに対して同心状に第２のプーリ（従動部）４２が固定され、これら第１及び第２のプーリ４１、４２に伝達ベルト（動力伝達部材）４０が巻き掛けられている。

ここで、第１及び第２のプーリ４１、４２は、それぞれ径が同一のものが用いられている。

そして、このような構成を有する第１の動力伝達機構４により、第２のアーム２２を駆動するための第２の駆動軸１２の回転動力が、同位相で第３のアーム２３に伝達されるようになっている。

さらに、本実施の形態においては、第２の動力伝達機構５が設けられている。
この第２の動力伝達機構５は、第１のアーム２１の他方の端部Ｃに固定され第３のアーム２３の支軸２３ａを中心として回転可能な第３のプーリ（駆動部）５３を有している。

また、ベース板３０の連結軸３０ａには当該連結軸３０ａを中心として第４のプーリ（従動部）５４が固定されている。この第４のプーリ５４の直径は第３のプーリ５３の直径の２倍に設定されている。そして、これら第３及び第４のプーリ５４に伝達ベルト（動力伝達部材）５０が巻き掛けられ、これにより第３のプーリ５３の回転が同位相で第４のプーリ５４に伝達されるようになっている。

図１に示すように、ベース板３０には、半導体ウェハ２を載置するためのキャリア３１が取り付けられている。

本実施の形態の場合は、ベース板３０に対して第１及び第２の駆動軸１１、１２側に第１のキャリア３１ａが設けられるとともに、ベース板３０を挟んで１８０度回転対称側に第２のキャリア３１ｂが設けられ、これにより２枚の半導体ウェハ２を同時に載置できるようになっている。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、第１のアーム２１と第２のアーム２２の開き角が１８０度の状態、即ち死点位置にある状態から、第１のアーム２１と第２のアーム２２の開き角が小さくなるように第１の駆動軸１１と第２の駆動軸１２を逆方向に所定の角度θだけ回転させると、第１のアーム２１と第２のアーム２２は、それぞれ逆方向に同一の角度θだけ回転する。

ここで、第１〜第４のアーム２１〜２４は、リンク機構を構成しており、また、第１〜第４のアーム２１〜２４はアーム長が等しいので、この回転に伴い、ベース板３０に固定された連結軸３０ａは、第１及び第２の駆動軸１１、１２の中心と当該連結軸３０ａの中心を結ぶ直線（以下「搬送ライン」という。）Ｌ上を移動する（図１参照）。

ここで、第１のアーム２１が角度θだけ回転すると、第３のアーム２３は第１のアーム２１に対して逆方向に角度２θだけ回転する。第１のアーム２１に固定された第３のプーリ５３は第３のアーム２３に対して相対的に２θだけ回転したことになる。この第３のプーリ５３の回転動力は伝達ベルト５０を介して第４のプーリ５４に伝達されるが、第３のプーリ５３と第４のプーリ５４の直径比が１：２であるので、第４のプーリ５４は、第３のアーム２３に対して角度θだけ回転する。

その結果、第４のプーリ５４に連結軸３０ａを介して固定されているベース板３０とキャリア３１は、連結軸３０ａを中心に回転することなく、搬送ラインＬ上を直進性良く移動することになる。

一方、キャリア３１を元の位置に戻す場合には、第１の駆動軸１１と第２の駆動軸１２を上記方向と逆方向に所定の角度θだけ回転させる。これにより、上述した動作と反対の動作が行われ、第１のアーム２１と第２のアーム２２が死点位置に戻る。

なお、第１の駆動軸１１と第２の駆動軸１２を同じ方向へ回転させた場合には、キャリア３１は、第１の駆動軸１１及び第２の駆動軸１２を中心として同方向に回転する。

次に、本実施の形態においてキャリア３１が死点位置を通過するときの動作について説明する。
ここでは、第１のアーム２１と第２のアーム２２の開き角が死点位置における１８０度から少し小さくなった状態を考える。

この状態において、第１のアーム２１と第２のアーム２２の開き角が大きくなるように、第１の駆動軸１１を所定の方向に角度θだけ回転させ、第２の駆動軸１２をこれと逆方向に角度θだけ回転させる。

本実施の形態においては、第２の駆動軸１２の回転動力が、動力伝達機構８によって同位相で第３のアーム２３に伝達されるようになっているため、第１及び第２のアーム２１、２２を回転させると、第３のアーム２３が第１のアーム２１に対して回転移動し、その結果、キャリア３１は円滑に死点位置を通過することになる。

図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ｅ）〜（ｇ）は、本実施の形態を用い、真空処理槽内において処理済みの半導体ウェハを未処理の半導体ウェハと入れ替える動作を示す説明図である。

ここでは、図３（ａ）に示すように、第１のキャリア３１ａ上に未処理の半導体ウェハ２ａがあり、第２のキャリア３１ｂ上には半導体ウェハ２がない状態を考える。

まず、第１〜第４のアーム２１〜２４を死点位置に配置した状態で旋回させることにより、第２のキャリア３１ｂを、真空処理槽（図示せず）内の所定の位置に配置された処理済みの半導体ウェハ２の方向に向ける。

次いで、図３（ｂ）に示すように、アーム２０を伸ばして第２のキャリア３１ｂをウェハ受け渡し位置５０に移動させ、さらに、図３（ｃ）に示すように、処理済みの半導体ウェハ２を第２のキャリア３１ｂ上に載せてアーム２０を初期位置に戻す。この状態では第１及び第２のキャリア３１ａ、３１ｂ上に半導体ウェハ２が載置されている。

そして、図３（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、アーム２０を１８０度旋回させ、第１のキャリア３１ａをウェハ受け渡し位置５０に向け、アーム２０を伸ばして第１のキャリア３１ａをウェハ受け渡し位置５０に移動させる。

その後、図４（ｆ）に示すように、第１のキャリア３１ａ上にある未処理の半導体ウェハ２ａを受け渡し、さらに、図４（ｇ）に示すように、第１のキャリア３１ａを初期位置に戻す。

以上述べたように本実施の形態によれば、第１及び第２のアーム２１、２２の駆動軸１１、１２が同心状に配設されていることから、第１〜第４のアーム２１〜２４を死点位置に配置した状態における最小旋回半径を従来技術に比べて小さくすることが可能になる。

また、本実施の形態によれば、第３及び第４のアーム２３、２４が、それぞれ他方の端部Ｇ、Ｈにおいて連結軸３０ａを中心として同心的に回転するように構成されていることから、アーム長を変化させるための複雑な補正機構を用いることなく第３及び第４のアーム２３、２４に駆動軸１１、１２の回転動力を与えることができ、その結果、簡素な構成で第１〜第４のアーム２１〜２４の動作速度を速くすることができる。

しかも、本実施の形態にあっては、第２の動力伝達機構５によって第１のアーム２１の他方の端部Ｃにおける回転動力を前記連結軸３０ａに伝達するように構成されていることから、この連結軸３０ａに取り付けたキャリア３１が回転してしまうことなく搬送ラインＬに沿って直進性良く移動させることができ、また、死点位置近傍においてもキャリア３１を円滑に移動させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、第１の動力伝達機構４によって駆動源Ｍ１、Ｍ２の動力が効率良く各アーム２１〜２４に伝達されるので、より円滑かつ高速で動作させることが可能になる。

さらにまた、本実施の形態によれば、第１及び第２の動力伝達機構４、５が第１〜４のプーリ４１、４２及び５３、５４と伝達ベルト４０及び５０によって構成されているので、薄型で軽量の動力伝達機構を提供することができるものである。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記第１及び第２の動力伝達機構のプーリとベルトの代わりにスプロケットとチェーンを用いることも可能である。

スプロケットとチェーンを用いた場合には、滑りのない、また、熱伸びの小さな動力伝達機構を提供することができる。

また、上述した実施の形態では、第２のアームと第３のアームとの間に第１の動力伝達機構を設け、第１のアームと連結軸の間に第２の動力伝達機構を設けるようにしたが、第１のアームと第４のアームの間に第１の動力伝達機構を設け、第２のアームと連結軸の間に第２の動力伝達機構を設けることもできる。

さらにまた、本発明の搬送装置は例えば真空処理装置を始めとして種々の装置に用いることができ、本発明の範囲を逸脱しない限り、適宜変更することができるものである。

１…搬送装置 ２…半導体ウェハ ４…第１の動力伝達機構 ５…第２の動力伝達機構 １１…第１の駆動軸 １２…第２の駆動軸 ２０…アーム ２１…第１のアーム ２２…第２のアーム ２３…第３のアーム ２４…第４のアーム ３０…ベース板 ３０ａ…連結軸 ４０…伝達ベルト（動力伝達部材） ４１…第１のプーリ（駆動部） ４２…第２のプーリ（従動部） ５０…伝達ベルト（動力伝達部材） ５３…第３のプーリ（駆動部） ５４…第４のプーリ（従動部）

Claims (6)

1. 第１、第２、第３及び第４のアームを有する搬送装置であって、
   前記第１のアームは、一方の端部Ａが第１の駆動軸に固定され、
   前記第２のアームは、一方の端部Ｂが、前記第１の駆動軸と同心状に配設された第２の駆動軸に固定され、
   前記第３のアームは、一方の端部Ｅが前記第１のアームの他方の端部Ｃにおいて支軸を中心に回転可能に連結され、
   前記第４のアームは、一方の端部Ｆが前記第２のアームの他方の端部Ｄにおいて支軸を中心に回転可能に連結され、
   前記第３及び第４のアームの他方の端部Ｇ、Ｈが所定の連結軸を中心に回転可能に連結され、
   前記第１又は第２のアームの駆動軸の回転動力を前記第３又は第４のアームに伝達するための第１の動力伝達機構と、
   前記第１又は第２のアームの他端部における回転動力を前記連結軸に伝達するための第２の動力伝達機構とを備え、
   前記第１の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの一方の端部Ａ、Ｂに設けられた駆動部と、前記第３又は第４のアームの一方の端部Ｅ、Ｆに設けられた従動部とを有し、前記駆動部と前記従動部とが所定の動力伝達部材によって連結され、
   前記第２の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの他方の端部Ｃ、Ｄに設けられた駆動部と、前記連結軸に設けられた従動部とを有し、前記駆動部と前記従動部とが所定の動力伝達部材によって連結されていることを特徴とする搬送装置。
2. 前記第１、第２、第３及び第４のアームのアーム長が同一であることを特徴とする請求項１記載の搬送装置。
3. 前記第１の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの一方の端部Ａ、Ｂに設けられた第１のプーリと、前記第３又は第４のアームの一方の端部Ｅ、Ｆに設けられた第２のプーリとを有し、前記第１のプーリと前記第２のプーリとが伝達ベルトによって連結されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の搬送装置。
4. 前記第２の動力伝達機構は、前記第１又は第２のアームの他方の端部Ｃ、Ｄに設けられた第３のプーリと、前記連結軸に設けられた第４のプーリとを有し、前記第３のプーリと前記第４のプーリとが伝達ベルトによって連結されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の搬送装置。
5. 前記第１のプーリの直径と、前記第２のプーリの直径と、前記第３のプーリの直径とが同一であり、前記第４のプーリの直径が、前記第１〜第３のプーリの直径の２倍であることを特徴とする請求項４記載の搬送装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の搬送装置を用いて真空処理槽内の搬送を行うように構成されていることを特徴とする真空処理装置。
   

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