JP4753092B2 - 防塵機構を備えた基板搬送ロボット及びそれを備えた半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体や液晶のフラットパネルディスプレイの半導体製造装置において使用され、ウェハやガラスなどの基板を搬送する基板搬送ロボットに関し、特に、直動式アームを備えた基板搬送ロボットにおけるアーム部からの発塵防止機構に関する。

半導体や液晶の製造過程で基板を搬送するのに使用される基板搬送ロボットには、複数のアームを水平面内で回転させる事で伸縮または旋回動作を実現し、基板を搬送する水平多関節タイプのロボットが一般的によく使用されている。しかし、水平多関節のアームに必要なフットプリントが大きくなるという理由から、直動式アームを備えた基板搬送ロボットも開発され、使用されている。
直動式アームは複数のアームが垂直方向または水平方向に多段に重なった構成になっていて、複数のアームが互いに直線状にスライドしながら伸長または伸縮を繰り返すアームである。従って、直動式アームには、互いのアームを直線状に精密に案内するため、リニアスライダと呼ばれるガイドが各アームに敷設されている。
ところで、半導体や液晶の製造過程では、歩留まり向上のため、基板に粉塵（パーティクル）を載積させることを抑制する努力がなされているが、上記の直動式アームを備えた基板搬送ロボットも例外なく防塵のための構成が必要となっている。このため、直動式アームを備えた従来の基板搬送ロボットは、直動式アームの伸縮動作時にリニアスライダから発生するパーティクルをアーム外へ流出させないために防塵のためのカバーを設けた構造となっている。こういった防塵のためのカバーに関する技術は、例えば特許文献１などがある。
また、防振カバーの構造だけではなく、例えば特許文献２のようにファンとフィルタを使って、さらに発塵を抑える技術も開示されている。
特開平１０−０６７４２９号公報 特開２００３−０７２９４４号公報

ところが、特許文献１のような防塵カバーの構造だけでは、パーティクルがアーム外へ流出するのを防止しきれない。また、半導体の製造過程で使用される真空チャンバと呼ばれる減圧環境（真空）下に基板搬送ロボットが置かれた場合、特許文献２のようなファンとフィルタを使った清浄化手段は使用できない。また、特許文献２のような防塵構成を基板搬送ロボットに搭載すると、アーム構成が複雑となる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、直動式アーム内にあるリニアスライダなどの機構からの発塵を抑制するとともに、真空中に置かれる基板搬送ロボットでも使用可能な防塵機構を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、リニアスライダによって直動する直動式アームを備えて基板を所望の位置に搬送する基板搬送ロボットにおいて、前記リニアスライダを摺動可能に保持するリニアレールに沿って、前記リニアスライダと所定の隙間を介して敷設され、ポリ塩化ビニール又はフッ素樹脂で製作された集塵カバーを備え、前記集塵カバーの一端又は両端が、前記リニアスライダと接触して擦れるように、前記リニアスライダに対して凸部を有するように形成されたこと、を特徴とする基板搬送ロボットとした。
請求項２に記載の発明は、前記集塵カバーの少なくとも前記リニアスライダ及び前記リニアレールに対向する面に、複数の溝が設けられたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送ロボットとした。
請求項３に記載の発明は、前記集塵カバーの少なくとも前記リニアスライダ及び前記リニアレールに対向する面が、階段状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送ロボットとした。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の基板搬送ロボットが、真空チャンバに設置されたことを特徴とする半導体製造装置とした。

本発明によると、リニアレールとリニアスライダの間にある摺動用の玉の転がりにより発生するパーティクルを、帯電しやすいポリ塩化ビニール又はフッ素樹脂で製作された集塵カバによってリニアスライダ直近で収集することができ、アーム外へのパーティクル流出を防ぎ、フォーク上で搬送される基板にパーティクルの付着を防ぐことができる。
本発明によると、リニアスライダ及びリニアレールに対向する面に複数の溝が形成されているので、この面の表面積が大きくなり、パーティクルを多く集塵できる。
本発明によると、リニアスライダの下面とリニアレールの敷設面との間に集塵カバを挿入でき、集塵カバを発塵源により近接させることができるので、集塵効果が高くなる。
本発明によると、直動式アームが普段動作しない範囲でリニアスライダと集塵カバが接触するので、通常は余計な発塵が起こらず、所望のときにリニアスライダと集塵カバを接触させて、集塵カバの帯電を促すことができ、これにより集塵効果を高めることができる。
本発明によると、真空チャンバ内など電力が得られにくい場所でも発塵を抑える事ができる基板搬送ロボットを使用するため、製造装置の歩留まり向上・構成の簡単化が期待できる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

まず、本発明の防塵機構を備えた直動式アームの基板搬送ロボットの概要構成を図１を使って説明する。図１は、本発明の防塵機構を備えた直動式アームの基板搬送ロボットの外観斜視図を示している。基板搬送ロボット１は、回転型モータで構成された駆動部を収容する胴体２の上部に、直動式アーム３を備えている。直動式アーム３は、胴体２の上部で回転可能な第１アーム４と、第１アーム４の上部に直動可能に搭載され、第１アーム４の回転中心から放射状の方向に直動可能な第２アーム５と、第２アーム５の直動方向と同方向に、第２アーム５からさらに直動可能なフォーク６とから構成されている。第１アーム４上には、第２アーム５を直線状に案内するリニアレール７が敷設され、第２アーム５上にも、フォーク３を直線状に案内するリニアレール８が敷設されている。
以上の構成と胴体２内部の図示しない駆動部とによって、直動式アーム３は第１アーム４から上の部分が回転することができ、また、第１アーム４に対して第２アーム５が伸縮動作でき、また、第２アーム５に対してフォーク６が伸縮動作できるようになっている。そして、フォーク６に搭載した基板９を目的の位置に搬送する。

次に、図１における直動式アーム３の構成について図２を使って説明する。図２は図１の直動式アーム３を図１においてＸＸから見た断面図であり、真空チャンバ１１にロボットを据え付けた状態を示している。
胴体２に収容されている図示しない駆動部の回転軸１２ａが第１アーム４下面に接続されていて、第１アーム４から上部すべての機構を旋回中心１３を中心として回転可能である。第１アーム４内にはプーリ１４、ベルト１５などの第２アーム駆動機構１６が収容されている。プーリ２４には図示しない駆動部の回転軸１２ｂが接続されていて、これによってプーリ２４が回転し、この回転力によって後述するフォーク駆動機構２４と第２アーム駆動機構１６とを動作させて、第２アーム５とフォーク６とを動作させる。ここではこれらの詳細な構成については説明しない。そして、これらを覆うように第１アーム４の上面に第１アームカバ１７が固定されている。さらに第１アームカバ１７の上面に一対のリニアレール７ａ、７ｂが敷設されている。リニアレール７ａ、７ｂにはリニアスライダ１８ａ、１８ｂがレールに沿って直線状に摺動可能に保持されている。リニアスライダ１８ａ、１８ｂの上には第２アームベース１９が固定されている。第２アームベース１９は板状体のもので、これに第２アーム５が固定されている。従って、第２アームベース１９及び第２アーム５は、リニアスライダ１８によってリニアレール７上を移動する。また、第１アームカバ１７の周囲には、第２アームベース１９及び第２アーム５が移動するとき、これらと干渉しない形状であって、これらの移動の全域にわたってベースカバ２０によって覆われている。

第２アーム５の内部には、プーリ２１、ベルト２２、リニアレール８、及びリニアスライダ２３からなるフォーク駆動機構２４が設けられている。リニアレール８にはリニアスライダ２３がレールに沿って直線状に摺動可能に保持されている。リニアスライダ２３にはフォークプレート３１が固定されている。また、フォークプレート３１の一部はベルト２２に連結されている。また、第２アーム５の上面は、上記フォーク駆動機構２４を収容するように第２アームカバ２５が取り付けられていて、この第２アームカバ２５と第２アーム５の側壁上面に設けられた段差とによりスリット穴２６を形成している。フォークプレート３１はこのスリット穴３６から突出し、フォーク６を支持している。
よって、フォーク６は、フォークプレート３１とともにリニアスライダ２３によって直線状に案内され、第２アーム５に対してスライド可能である。

次に、本発明の防塵機構について説明する。本発明では、図２のように、リニアレール７、リニアレール８の各リニアレールに沿って、防塵機構４０が備えられている。各防塵機構４０はほぼ同一構成なので、代表してリニアレール７ａに沿って設けた防塵機構４０について、図３を用いて説明する。図３は図２におけるリニアレール７ａの部分の拡大図である。
図３のように、リニアレール７ａはリニアスライダ１８ａ保持しており、リニアスライダ１８ａは玉４１を介してリニアレール７ａに接触している。上述の直動式アーム３が伸縮動作をする際、リニアスライダ１８ａは玉４１の回転を伴って摺動する。玉４１が転がることでリニアレール７ａとリニアスライダ１８ａの間からは、潤滑剤として使用されているグリス４２の成分のパーティクル、及びリニアレール７ａや玉４１の金属磨耗によるパーティクルが飛散する。飛散したパーティクルは、図２の二点鎖線の矢印で示すように、直動式アーム２０の構造上、封止してしまうことができない隙間４３やスリット穴２６から流出し、フォーク６上の基板９上に付着してしまう。特に、図２のようにロボットを真空チャンバ１１内に設置したときは、パーティクルは、半導体製造工場でよく使用されるダウンフロー（清浄な気体を天から地に向かって流すこと）によって得られる粉塵飛散抑制効果が期待できない。
そこで本発明では、リニアレール６ａの直近に集塵カバ４４が設置されている。集塵カバ４４は、ほぼリニアレール７ａの長さにわたって設けられている棒状のもので、リニアスライダ１８ａが移動したときに接触しない程度の一定の微小な隙間をもってリニアレール７ａの側面に部品４６によって敷設されている。集塵カバ４４は部品４６に対して取り外し可能であって、後述するようにパーティクルを収集した後、簡単に交換可能になっている。勿論、部品４６を必ずしも介す必要はない。また、リニアレール７ａ及びリニアスライダ１８ａに対向する面に、複数の溝４５が形成されている。この溝４５はレール及びスライダに対向する面の表面積を増大させるためのものである。
集塵カバ４５は、ポリ塩化ビニール又はフッ素樹脂で製作する。特に、これらの材質は負（マイナス）に帯電しやすく、本発明ではこの性質を利用する。すなわち、集塵カバ４５をこれらの材質で製作し、レール及びスライダに対向する面の表面積を溝４５で増大させることによって、レール及びスライダから発生したパーティクルを集塵カバ４４に吸着させ、溝４５にパーティクルを蓄積させるようになっていて、隙間４３やスリット穴２６を介してアーム外にパーティクルが流出することを防ぐ。また、ポリ塩化ビニール又はフッ素樹脂は機械加工に適しており、複数の溝４５の加工も容易である。
また、半導体製造工程における真空チャンバ１１内は、図示しないポンプによって、その内部気体が吸引され、減圧された状態である。真空チャンバ１１は、一旦減圧状態にされた後は、仮に大気圧程度まで圧力が戻されるとしても純度の高いドライ窒素で圧力が戻されるため、乾燥した状態が保たれる。乾燥した環境では特に集塵カバ４４はマイナスに帯電しやすくなるため、集塵効果の向上が期待できる。
なお、基板搬送ロボットの各部の材質に多用されるアルミニウムなどは帯電しにくいため、集塵カバには不適である。

なお、図４のように、リニアスライダの下面とリニアレールの設置面との隙間に入るよう、集塵カバ４４を設置してもよい。この例の場合、リニアレール７に対して階段状の形をなすよう形成されていて、玉４１に近接する面の表面積を増大させている。また、集塵カバ４４は、リニアレールの両側面にそれぞれ配置するのが望ましい。
また、集塵カバ４４の帯電を促進させるため、図５のように、集塵カバ４４の一端又は両端の形状を、故意にリニアスライダ１８の側面表面と擦れるように、リニアスライダに対して傾斜を経て凸部４７を有する形状としてもよい。図５は、リニアスライダ、リニアレール、及び集塵カバ４４を上面から見た部分図である。この凸部４７は直動式アーム３が通常直動動作しない領域に設け、例えばメンテナンス時、或いは半導体製造の処理（プロセス）が行われている間、或いは所定周期ごとに、凸部４７がリニアスライダと接触するように動作させ、集塵カバ４４の帯電を促すものである。

以上のように第１アーム４に対して第２アーム５が直線移動するとき、或いは第２アーム５に対してフォーク６が直線移動する時、リニアレール７或いは８上のリニアスライダ１８或いは２３直近に静電気によってパーティクルを集塵する集塵カバ４４を設置したので、パーティクルは集塵カバ４４の溝４５に蓄積し、直動アーム３の構造上必ずできてしまう隙間からアームの外部へ流出するパーティクルの量を抑制することができる。これにより、基板９にパーティクルを付着させにくくなり、半導体製造における歩留まりの向上に寄与できる。また、真空チャンバ内にロボットを置いたときには、特にその乾燥した環境によって集塵カバ４４はより帯電しやすくなり、集塵効果の向上が期待できる。

本発明の防塵機構が適用された直動式アームの基板搬送ロボットの斜視図 図１における直動式アームのＸＸ断面図 防塵機構を示す図２の部分拡大図 防塵機構の他の構成例を示す部分側面図 防塵機構の他の構成例を示す部分上面図

符号の説明

１ 基板搬送ロボット
２ 胴体
３ 直動式アーム
４ 第１アーム
５ 第２アーム
６ フォーク
７ リニアレール
８ リニアレール
９ 基板
１１ 真空チャンバ
１２ 回転軸
１３ 旋回中心
１４ プーリ
１５ ベルト
１６ 第２アーム駆動機構
１７ 第１アームカバ
１８ リニアスライダ
１９ 第２アームベース
２０ ベースカバ
２１ プーリ
２２ ベルト
２３ リニアスライダ
２４ フォーク駆動機構
２５ 第２アームカバ
２６ スリット穴
３１ フォークプレート
４０ 防振機構
４１ 玉
４２ グリス
４３ 隙間
４４ 集塵カバ
４５ 溝
４６ 部品
４７ 凸部

Claims (4)

1. リニアスライダによって直動する直動式アームを備えて基板を所望の位置に搬送する基板搬送ロボットにおいて、
   前記リニアスライダを摺動可能に保持するリニアレールに沿って、前記リニアスライダと所定の隙間を介して敷設され、ポリ塩化ビニール又はフッ素樹脂で製作された集塵カバーを備え、
   前記集塵カバーの一端又は両端が、前記リニアスライダと接触して擦れるように、前記リニアスライダに対して凸部を有するように形成されたこと、
   を特徴とする基板搬送ロボット。
2. 前記集塵カバーの少なくとも前記リニアスライダ及び前記リニアレールに対向する面に、複数の溝が設けられたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送ロボット。
3. 前記集塵カバーの少なくとも前記リニアスライダ及び前記リニアレールに対向する面が、階段状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送ロボット。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の基板搬送ロボットが、真空チャンバに設置されたことを特徴とする半導体製造装置。
   

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