JP5202205B2

JP5202205B2 - 搬送装置及び真空装置

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Publication number: JP5202205B2
Application number: JP2008238191A
Authority: JP
Inventors: 展史南
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: JP2010069559A

Description

本発明は、例えば基板等の搬送物を搬送する搬送装置に関し、特に、半導体製造装置等の複数のプロセスチャンバを備えた真空装置に好適な搬送装置に関する。

半導体製造等の分野においては、従来から図６及び図７に示すような基板搬送装置１０１が用いられている。
この基板搬送装置１０１は、駆動部１０２と、この駆動部１０２に連結され複数のアームからなるアーム部１０３と、このアーム部１０３の先端に連結されたエンドエフェクタ１０４とを有しており、エンドエフェクタ１０４の上面で基板Ｗの裏面を支持し、複数のプロセスチャンバ（図示せず）間で基板Ｗの受け渡しを行なうように構成されている。

エンドエフェクタ１０４は、一般には、セラミックスやステンレス鋼などで製作されている。従って、アーム部１０３を高速で伸縮動作や旋回動作させるとエンドエフェクタ１０４も高速で動作するので、基板Ｗに加わる加速度の影響で基板Ｗがエンドエフェクタ１０４上で滑ってしまい、基板Ｗを正しい位置に搬送できない問題がある。
加えて、従来技術では、基板Ｗがエンドエフェクタ１０４上を滑る際に発生するダストが、基板Ｗの表面を汚染してしまう問題がある。

そこで、図７に示すように、エンドエフェクタ１０４の上面に複数の保持部１０５を設け、基板Ｗ裏面の所定箇所で接触することも提案されている。
この保持部１０５は一般にゴムやエラストマー等の樹脂系弾注材料で形成されているので、基板Ｗの裏面の滑りを抑制し、滑り止めパッドとして機能している。これにより、エンドエフェクタ１０４の上面において基板Ｗは滑ることなく安定した搬送姿勢で保持される（例えば特許文献１参照）。

ここで、エラストマー等の樹脂系弾性材料で形成された保持部１０５は、基板Ｗや周囲の雰囲気温度が比較的低い（例えば２００℃以下）場合には、効率よく基板Ｗの滑りは抑制されるが、当該温度が高い（例えば３００〜５００℃）場合には、保持部１０５が熱による変質や変形で、基板Ｗの滑りを抑制できなくなる問題がある。

一方、当該温度が比較的低い（例えば２００℃以下）場合でも、基板Ｗが保持部１０５の粘着力で貼り付き、エンドエフェクタ１０４から基板Ｗが適正に離れなくなることがある。例えば、プロセスチャンバ内のステージに基板Ｗを受け渡す際、保持部１０５から基板Ｗが離れず割れてしまう問題や、正しい位置に基板Ｗが搬送できない問題がある。

さらに、原理的に保持部１０５と基板Ｗとの間の摩擦力により基板Ｗの滑りを抑制しているので、双方の物質で決まる最大静止摩擦力を超えるような加速度が基板Ｗに加わると、基板Ｗはエンドエフェクタ１０４上で滑ってしまう。従って、基板搬送装置１０１の動作速度は保持部１０５と基板Ｗとの間の最大静止摩擦力を超えて大きくすることができないという問題がある。
特開２００２−３５３２９１号公報

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、その目的とするところは、搬送物や周囲の雰囲気温度が比較的低い環境下においても当該温度が高い環境下においても搬送物を確実に保持して高速搬送を図ることにある。
また、本発明の他の目的は、搬送物の搬送時におけるダストをできるだけ少なくする技術を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明は、駆動源からの動力が伝達される複数のアームを有する伸縮自在なリンク機構と、前記リンク機構の動作先端部において隣接する一対の隣接リンク部によって連結され、搬送物を載置するための載置部と、前記載置部に設けられ、当該搬送物の側部と当接して係止するための係止部と、当該搬送物の側部と当接し当該搬送物を前記載置部の係止部に対して付勢する付勢部を有する付勢部材とを備え、前記一対の隣接リンク部は、それぞれ「く」字状に形成され、かつ、各屈曲部分の凸部がリンク外方側に向けられて配置されるとともに、それぞれの先端部が、回転方向が反対方向となるように動力伝達機構を介して前記載置部に水平方向に回転自在に連結され、前記付勢部材は、金属製の一連の弾性部材からなり、その両端部が、前記一対の隣接リンク部における前記載置部の係止部側の側面である取付面に架け渡されて固定され、前記一対の隣接リンク部の回転に伴う前記取付面の相対的な角度変化に応じて前記載置部の係止部に対する前記付勢部材の付勢部の距離が変化するように、前記リンク機構が伸びた状態において前記一対の隣接リンク部の取付面のなす角度が１８０度より大きく、かつ、前記リンク機構が縮んだ状態では前記一対の隣接リンク部の取付面のなす角度が１８０度より小さくなるように構成されている搬送装置である。
本発明において、前記付勢部材は、前記動力伝達機構の表面及び前記載置部の表面に対して接触しないように配置構成されている場合にも効果がある。
本発明において、前記付勢部材は、ベルト状の部材からなる場合にも効果がある。
また、本発明は、真空槽と、前記搬送装置とを有し、前記搬送装置の載置部が前記真空槽内に対して搬入及び搬出するように構成されている真空装置である。

本発明にあっては、金属製の一連の弾性部材からなる付勢部材の両端部が、一対の隣接リンク部の載置部の係止部側の側面である取付面に架け渡されて固定され、一対の隣接リンク部の回転に伴う取付面の相対的な角度変化に応じて載置部の係止部に対する付勢部材の付勢部の距離が変化するようにし、付勢部材と係止部によって搬送物を機械的に把持して保持するようにしたので、載置部上面での搬送物の滑りを抑制して（原理的には滑り無しで）、搬送物の高速搬送を実現することができる。

また、付勢部材を含めて全ての部材を金属で作製することにより、搬送物や周囲の雰囲気温度が比較的低い環境下のみならず、搬送時の温度が高い（例えば３００〜５００℃）場合であっても熱変質や変形無しに搬送物の滑りを抑制することができる。
さらに、付勢部材を一連の弾性部材とすることによって搬送物を把持する近傍には摺動部が無くなるので、搬送物を汚染するダストの発生を極限まで低減することができる。

以下、本発明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実施の形態の構成を示す平面図、図２（ａ）（ｂ）は、本発明の動作原理を詳細に示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態の搬送装置５０は、例えば真空処理槽内において搬送物である基板１０の搬送を行う所謂フロッグレック方式のもので、以下に説明するリンク機構２０を駆動するための鉛直方向に同心状に配設した第１及び第２の駆動軸１１、１２を有している。

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の左アーム１Ｌの一方の端部（基端部）が固定され、第２の駆動軸１２の一方の端部（基端部）には、第１の右アーム１Ｒが固定されている。

第１の左アーム１Ｌの他方の端部（先端部）には、第２の左アーム２Ｌの一方の端部（基端部）が、支軸２１Ｌを中心として水平方向に回転自在に取り付けられている。
第１の右アーム１Ｒの他方の端部（先端部）には、第２の右アーム２Ｒの一方の端部（基端部）が、支軸２１Ｒを中心として水平方向に回転自在に取り付けられている。

本実施の形態では、これら第１の左アーム１Ｌ及び第１の右アーム１Ｒは、直線状に形成され、同一の支点間距離を有するように構成されている。
第２の左アーム２Ｌの他方の端部（先端部）には、第３の左アーム３Ｌの一方の端部（基端部）が、固定ねじ２２Ｌで固定されている。
第２の右アーム２Ｒの他方の端部（先端部）には、第３の右アーム３Ｒの一方の端部（基端部）が、固定ねじ２２Ｒで固定されている。

ここで、第３の左アーム３Ｌ、第３の右アーム３Ｒは、隣接リンク部を構成するもので、ほぼ「く」字状に形成されており、それぞれの屈曲部分の凸部がリンク外方側に向けられて配置されている。

また、第３の左アーム３Ｌの他方の端部（先端部）は、後述する動力伝達機構４の表面に設けられた支軸２３Ｌを中心として水平方向に回転自在に取り付けられている。
また、第３の右アーム３Ｒの他方の端部（先端部）は、後述する動力伝達機構４の例えば表面側に設けられた支軸２３Ｒを中心として水平方向に回転自在に取り付けられている。

本実施の形態においては、第２の左アーム２Ｌの支軸２１Ｌから第３の左アーム３Ｌの支軸２３Ｌの支点間距離と第２の右アーム２Ｒの支軸２１Ｒから第３の右アーム３Ｒの支軸２３Ｒの支点間距離は、同一の距離を有するように構成されている。
また、動力伝達機構４は、例えば矩形薄型箱形状のハウジング内に互いに噛み合う一対の歯車を有している（図示せず）。

これらの歯車は同一の歯数を有し、それぞれの回転軸が、上述した支軸２３Ｌ、２３Ｒに固定され、これにより、姿勢制御機構として作用すべく逆方向に同一速度で回転するように構成されている。
これら支軸２３Ｌ、２３Ｒは、基板１０の搬送方向に対して直交する方向に近接して配置されている。

本発明の場合、特に限定されることはないが、バランスよく搬送物を保持する観点からは、第１及び第２の駆動軸１１、１２の回転中心軸線を通り基板搬送方向（矢印Ｐ方向）に対して直交する位置に支軸２３Ｌ、２３Ｒを配置するように構成することが好ましい。

動力伝達機構４の基板搬送方向下流側には、所謂エンドエフェクタである載置部５が設けられている。
この載置部５は、所定の間隔をおいて設けた支持部材５Ｌ、５Ｒが設けられている。ここで、支持部材５Ｌ、５Ｒの基板搬送方向下流側の端部には、基板１０の側部と当接可能な凸部形状の係止部５ａ、５ｂがそれぞれ設けられている。

一方、本実施の形態においては、図２（ａ）（ｂ）に示すように、第３の左アーム３Ｌの載置部５側の側面である取付面３０Ｌと、第３の右アーム３Ｒの載置部５側の側面である取付面３０Ｒとに、一連の弾性体からなる付勢部材６が架け渡すように取り付けられている。

この付勢部材６は、好ましくは例えばステンレス等の金属材料から構成され、それぞれの端部が、例えばねじ等によって第３の左アーム３Ｌ及び第３の右アーム３Ｒに固定されている。そして、これにより、第３の左アーム３Ｌの載置部５側の取付面３０Ｌと、第３の右アーム３Ｒの載置部５側の取付面３０Ｒから基板搬送方向下流側に凸部形状となるようにその長さが設定されている。

さらに、本発明の場合、真空中におけるダストの発生を防止する観点から、付勢部材６が動力伝達機構４の表面及び載置部５の表面に接触しないように、付勢部材６の材料を選択し、また付勢部材６の形状及び配置を定めることが好ましい。
このような観点からは、付勢部材６の形状として、所定幅の帯状（ベルト状）に形成することがより好ましい。

また、付勢部材６の取付位置は、載置部５の表面から上方に離間した位置で、付勢部材６の基板搬送方向下流側の部分が基板１０の側面に確実に接触するように、付勢部材６の取付位置を定めることが好ましい。

図２（ａ）（ｂ）を用いて、本発明の動作原理及び構成を詳細に説明する。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態では、リンク機構２０が伸びた状態及び縮んだ状態においては、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒは、それぞれ基板搬送方向に対して傾斜した状態となるように構成する。

ここで、リンク機構２０が伸びた状態においては、図２（ａ）に示すように、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒのなす角度が例えば１８０度より大きくなるように設定する。

また、本発明の場合、特に限定されるものではないが、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒにおける付勢部材６の固定部３１Ｌ、３１Ｒ間の距離を、例えば、第３の左アーム３Ｌ及び第３の右アーム３Ｒの先端部側の支軸２３Ｌ、２３Ｒ間の距離より大きい距離Ｄとする。

一方、リンク機構２０が縮んだ状態においては、図２（ｂ）に示すように、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒのなす角度が例えば１８０度より小さくなるように設定する。

このような構成において、リンク機構２０が伸びた状態では、図２（ａ）に示すように、第３の左アーム３Ｌ及び第３の右アーム３Ｒ間に架け渡された付勢部材６の両端部近傍に対し、それぞれ内側方向へ巻き込む力（モーメント）Ｔが作用する。その結果、付勢部材６は、真円と比較して基板搬送方向につぶれた形状で静止した状態となる。

そして、この状態において、付勢部材６の基板搬送方向下流側の部分（付勢部６ａ）が、搬送すべき基板１０の側部と接触しないように、付勢部材６の形状、大きさ、材質を設定するとともに、第３の左アーム３Ｌ及び第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｌ、３０Ｒの角度、付勢部材６の固定位置（固定部３１Ｌ、３１Ｒ間距離）を設定する。

一方、リンク機構６が縮んだ状態では、図２（ｂ）に示すように、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒにおける付勢部材６の固定部３１Ｌ、３１Ｒ間の距離ｄは、リンク機構２０が伸びた状態と比較して小さく（Ｄ＞ｄ）、しかも、第３の左アーム３Ｌの取付面３０Ｌと第３の右アーム３Ｒの取付面３０Ｒのなす角度は１８０度より小さくなるため、第３の左アーム３Ｌ及び第３の右アーム３Ｒ間に架け渡された付勢部材６の両端部近傍に対し、それぞれ基板搬送方向下流側へ押し出す力（モーメント）ｔが作用する。

その結果、付勢部材６の基板搬送方向下流側の部分（付勢部６ａ）が、搬送すべき基板１０の側部と接触し、基板１０の側部に対し、載置部５の係止部５ａ、５ｂに向かう方向の力Ｆが作用し、これにより、当該基板１０に対して基板搬送方向に関して上流及び下流側から押圧力が働き、載置部５上において基板１０が保持（把持）される。

この状態においては、第１の左アーム１Ｌ及び第１の右アーム１Ｒを同一の方向へ回転させることにより、基板１０を保持した状態で旋回動作を行うことができる。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における搬送装置の動作を示す説明図である。

ここでは、搬送室７から処理室８内に基板１０を搬入する場合を例にとって説明する。なお、搬送室７及び処理室８は、図示しない真空排気系に接続されている。また、搬送室７と処理室８間には図示しないゲートバルブが接続されており、そのゲートバルブが開いた後、搬入、搬出動作を行う。

まず、図３（ａ）に示すように、上述した如くリンク機構２０を縮ませて基板１０を保持した状態で載置部５の係止部５ａ、５ｂを処理室８側に向ける。
この状態から第１の左アーム１Ｌを時計回り方向へ回転させるとともに、第１の右アーム１Ｒを反時計回り方向へ回転させることにより、リンク機構２０の伸び動作が開始され、図３（ｂ）に示すように、基板１０は処理室８に向って直進する。

さらに、リンク機構２０の伸び動作を継続することにより、図３（ｃ）に示すように、基板１０を処理室８内に搬入する。
この状態では、上述したように、付勢部材６の付勢部６ａと基板１０の側部とが接触しない状態となるため、処理室８に設置されている図示しない昇降機構によって基板１０を支持して上昇させることにより、基板１０を搬送装置５０の載置部５から離脱させることができる。

なお、付勢部材６の付勢部６ａと基板１０の側部との接触を解除するタイミングは、リンク機構２０が伸び切った状態と同時でもよいし、リンク機構２０が伸び切る前（直前）であってもよく、本発明が適用される搬送装置及び真空装置の大きさや配置構成に応じて適宜変更することができる。

その後、第１の左アーム１Ｌを反時計回り方向へ回転させるとともに、第１の右アーム１Ｒを時計回り方向へ回転させてリンク機構２０の縮み動作を行うことにより、載置部５を搬送室７内に戻すことができる。

以上述べたように本実施の形態にあっては、複数の隣接リンク部を構成する第３の左アーム３Ｌと第３の右アーム３Ｒの相対的な位置関係（角度変化）に応じて載置部５の係止部５ａ、５ｂに対する付勢部６ａの距離を変化させる付勢部材６を設け、付勢部材６と係止部５ａ、５ｂによって基板１０を機械的に把持して保持するようにしたので、載置部５上面での基板１０の滑りを抑制して（原理的には滑り無しで）、基板１０の高速搬送を実現することができる。

また、付勢部材６を含めて全ての部材を金属で作製することにより、搬送物や周囲の雰囲気温度が比較的低い環境下のみならず、搬送時の温度が高い（例えば３００〜５００℃）場合であっても熱変質や変形無しに基板１０の滑りを抑制することができる。

さらに、付勢部材６を帯状の部材とすることによって基板１０を把持する近傍には摺動部が無くなるので、基板１０を汚染するダストの発生を極限まで低減することができる。
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。

図４（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施の形態の要部構成を詳細に示す動作説明図、図５は、同実施の形態の要部を示す概略側面図である。
例えば、上述した図２（ａ）（ｂ）では、動力伝達機構４の上方に第３の左アーム３Ｌと第３の右アーム３Ｒが位置する構成となっているが、図４（ａ）（ｂ）に示すように、動力伝達機構４の下方に第３の左アーム３Ｌと第３の右アーム３Ｒが位置する構成としても良い。

本実施の形態では、付勢部材６の取付位置は、載置部５の下部表面から下方に離間した位置で、付勢部材６の基板搬送方向下流部側の部分（付勢部６ａ）が基板１０の側面に確実に接触するように、付勢部材６の取付位置を定めることが好ましい。

ここで、本実施の形態では、付勢部材６の取付位置が載置部５の下部表面から下方に離間した位置にあるので、付勢部材６の形状としては、例えば図５に示すように、所定幅の帯状で中腹部分を階段形状に形成し、付勢部６ａを含む先端部分６０が載置部５表面に対し上方に離間して位置するように構成することが好ましい。

このような構成を有する本実施の形態によれば、例えば、米国特許６，３６４，５９９Ｂ１の図２２や図２３に示されている上側のエンドエフェクタと下側のエンドエフェクタの上下間隔を小さくしたアーム機構の下側アームのウエハ把持機構として使用できる。
尚、このアーム機構の上側アームのウエハ把持機構として前述した図２（ａ）（ｂ）の構成を使用できる。

一方、例えば、上述の実施の形態においては、弾性の付勢部材として、帯状のものを例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、角棒形状や丸棒形状のものを用いることもでき、またコイルばね状のものを用いることもできる。
ただし、搬送物、特に半導体基板を確実に保持し、かつ、付勢部材を載置部に接触させずダストの発生を防止する観点からは、帯状のものを用いることが好ましい。

また、付勢部材の材料としては、金属に限られず、樹脂を用いることもできる。
ただし、高温で処理する場合の耐久性及び必要な弾性力を確保する観点からは、ステンレス等の金属材料からなるものを用いることが好ましい。

さらに、本発明の変形例として、付勢部材の付勢部にピン状の部材を取り付け、ガイド部材によって案内しつつ当該ピンを搬送物に当接付勢させることも可能である。
ただし、構成の簡素化及び搬送物との接触面積を大きくして確実な搬送物保持を行う観点からは、上述した一連の帯状の付勢部材を用いることが好ましい。

さらにまた、本発明は種々のリンク機構を有する搬送装置に適用することができるものである。
例えば、上述した実施の形態では、第３の左アーム３Ｌと第３の右アーム３Ｒとを回転することにより付勢部材６を動作させるようにしたが、本発明はこれに限られず、第２の左アーム２Ｌと第２の右アーム２Ｒに付勢部材６を固定して上述した動作を行うことも可能である。

さらに、平行リンクアーム機構のようなそれぞれ相対的に平行移動する複数の隣接リンク部に付勢手段を固定して動作させるようにすることも可能である。

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（ａ）（ｂ）：本発明の動作原理及び構成を詳細に示す説明図（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態における搬送装置の動作を示す説明図（ａ）（ｂ）：本発明の他の実施の形態の要部構成を詳細に示す動作説明図同実施の形態の要部を示す概略側面図従来技術に係る搬送装置の概略構成図従来技術に係る搬送装置の要部概略構成図

符号の説明

１Ｌ…第１の左アーム、１Ｒ…第１の右アーム、２Ｌ…第２の左アーム、２Ｒ…第２の右アーム、３Ｌ…第３の左アーム（隣接リンク部）、３Ｒ…第３の右アーム（隣接リンク部）、４…動力伝達機構、５…載置部、５ａ、５ｂ…係止部、６…付勢部材、７…搬送室、８…処理室、１０…基板（搬送物）、２０…リンク機構、３０Ｌ、３０Ｒ…取付面、５０…搬送装置

Claims

駆動源からの動力が伝達される複数のアームを有する伸縮自在なリンク機構と、
前記リンク機構の動作先端部において隣接する一対の隣接リンク部によって連結され、搬送物を載置するための載置部と、
前記載置部に設けられ、当該搬送物の側部と当接して係止するための係止部と、
当該搬送物の側部と当接し当該搬送物を前記載置部の係止部に対して付勢する付勢部を有する付勢部材とを備え、
前記一対の隣接リンク部は、それぞれ「く」字状に形成され、かつ、各屈曲部分の凸部がリンク外方側に向けられて配置されるとともに、それぞれの先端部が、回転方向が反対方向となるように動力伝達機構を介して前記載置部に水平方向に回転自在に連結され、
前記付勢部材は、金属製の一連の弾性部材からなり、その両端部が、前記一対の隣接リンク部における前記載置部の係止部側の側面である取付面に架け渡されて固定され、
前記一対の隣接リンク部の回転に伴う前記取付面の相対的な角度変化に応じて前記載置部の係止部に対する前記付勢部材の付勢部の距離が変化するように、前記リンク機構が伸びた状態において前記一対の隣接リンク部の取付面のなす角度が１８０度より大きく、かつ、前記リンク機構が縮んだ状態では前記一対の隣接リンク部の取付面のなす角度が１８０度より小さくなるように構成されている搬送装置。
前記付勢部材は、前記動力伝達機構の表面及び前記載置部の表面に対して接触しないように配置構成されている請求項１記載の搬送装置。
前記付勢部材は、ベルト状の部材からなる請求項１又は２のいずれか１項記載の搬送装置。
真空槽と、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の搬送装置とを有し、
前記搬送装置の載置部が前記真空槽内に対して搬入及び搬出するように構成されている真空装置。