JP5732329B2

JP5732329B2 - 電動アクチュエータ

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Publication number: JP5732329B2
Application number: JP2011140460A
Authority: JP
Inventors: 真士若林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: US9096395B2; TWI525030B; KR101680421B1; KR20140031309A; US20140110224A1; WO2012176913A1; JP2013008835A; TW201318944A

Description

本発明は、一方向に往復移動するスライダを備える電動アクチュエータに関する。

半導体用ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）等の基板に所定の処理を施す基板処理装置では、当該基板処理装置内でウエハを直線状に移動させる際、電動アクチュエータを用いる。

図８は、基板処理装置で用いられる従来の電動アクチュエータの構成を概略的に説明するための図であり、図８（Ａ）は正面図であり、図８（Ｂ）は底面図であり、図８（Ｃ）は図８（Ａ）における線Ｃ−Ｃに関する断面図である。

電動アクチュエータ８０では、細長状の直方体からなる本体８１の長手方向に沿って板状のスライダ８２が図中の白抜き矢印で示すように往復自在に移動する。スライダ８２は本体８１内に配されたレール８３と係合するガイド８４にブラケット８５を介して接続され、ベルト８６によってガイド８４がレール８３に沿って駆動される際、ガイド８４とともに移動する。スライダ８２には複数のねじ穴８７が設けられ、各ねじ穴８７へ取り付けねじ（図示しない）を螺合させることにより、スライダ８２へ、例えば、ウエハを載置するピック（図示しない）を取り付け、スライダ８２を移動させることによってウエハを移動させる。

電動アクチュエータ８０の本体８１の側面には、スライダ８２やブラケット８５の本体８１の長手方向に沿う移動を可能にするために、長手方向に沿って開口部８８が設けられているが、該開口部８８はダストシールバンド８９によって殆ど覆われている。ダストシールバンド８９はガイド８４がレール８３に沿って駆動される際に擦れによって生じるパーティクルが本体８１の外側へ流出するのを防止する（例えば、非特許文献１参照。）。

"電動アクチュエータスライダタイプ"、p. 8, 13、[online]、ＳＭＣ株式会社、[平成２３年５月１３日検索]、インターネット（URL:http://www.smcworld.com/new/pdf/S100-87B-LEF.pdf）

しかしながら、上述した電動アクチュエータ８２における開口部８８で生じる隙間、具体的には本体８１及びダストシールバンド８９の隙間９０は数十μｍであるため、図９に示すように、粒径が数十ｎｍのパーティクルＰが隙間９０を通過して本体８１の外側へ流出することがある。

一方、近年、ウエハにおける加工の微細化が進み、例えば、ウエハ表面にエッチングによって形成されるトレンチの幅やホールの径を数十ｎｍで形成する必要が生じてきているため、隙間９０を通過した粒径が数十ｎｍのパーティクルＰがウエハの表面に付着すると、該ウエハから製造される半導体デバイスの欠陥の原因となることがある。したがって、隙間９０を通過した粒径が数十ｎｍのパーティクルＰが電動アクチュエータ８２を離れてウエハの表面に付着するのを防止する必要がある。

本発明の目的は、パーティクルが本体から離れるのを防止することができる電動アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の電動アクチュエータは、細長状の筐体からなる本体と、該本体の長手方向に沿って往復自在に移動する基部と、該基部の移動路に対応して前記本体の側面に形成された開口部と、該開口部と覆うように設けられたシール部材とを備える電動アクチュエータにおいて、前記開口部の両脇において当該開口部を挟むように前記本体から該本体の外側に向けて突出し、且つ前記本体の長手方向に沿って延設された一対の電極を備え、前記一対の電極の一方には正の電位が生じ、前記一対の電極の他方には負の電位が生じることを特徴とする。

請求項２記載の電動アクチュエータは、請求項１記載の電動アクチュエータにおいて、前記本体の内部圧力が前記本体の外部圧力よりも高く維持されることを特徴とする。

請求項３記載の電動アクチュエータは、請求項１又は２記載の電動アクチュエータにおいて、前記基部は前記本体の外側に向けて突出する突出部を有し、該突出部は少なくとも１つの屈曲箇所を有し、前記一対の電極は前記基部の前記突出部を挟み、且つ前記挟まれた突出部に沿って屈曲することを特徴とする。

請求項４記載の電動アクチュエータは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータにおいて、前記開口部は上方に向けて開口することを特徴とする。

請求項５記載の電動アクチュエータは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動アクチュエータにおいて、前記基部には基板を搬送する基板搬送装置が取り付けられることを特徴とする。

請求項６記載の電動アクチュエータは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動アクチュエータにおいて、前記一対の電極と前記本体との間には絶縁部材が介在し、前記一対の電極は前記本体から電気的に絶縁されることを特徴とする。

請求項７記載の電動アクチュエータは、前記シール部材はシールバンドであることを特徴とする。

本発明によれば、本体の側面に形成された開口部の両脇において当該開口部を挟むように本体から該本体の外側に向けて突出し、且つ本体の長手方向に沿って延設された一対の電極の一方には正の電位が生じ、一対の電極の他方には負の電位が生じるので、本体の内部から開口部及びシールバンドの隙間を介して本体の外側へ流出した帯電したパーティクルは静電気力によって当該帯電したパーティクルの電荷の極と反対の極の電位が生じる電極に吸着される。その結果、帯電したパーティクルが本体から離れるのを防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電動アクチュエータの構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は底面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）における線Ｃ−Ｃに関する断面図である。所定の条件下におけるシミュレーションによって算出されたパーティクルに発生する各移動速度を示すグラフである。本体及びダストシールバンドの隙間を介して本体の外側へ流出したパーティクルが下部電極の側部や上部電極の側部へ静電気力によって吸着される様子を説明するための図である。図１の電動アクチュエータの基板搬送室における配置の様子を説明するための図である。図１の電動アクチュエータの変形例の構成を概略的に示す断面図であり、図５（Ａ）は第１の変形例であり、（Ｂ）は第２の変形例である。排気装置を備える従来の電動アクチュエータの構成を概略的に示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る電動アクチュエータの構成を概略的に示す断面図である。従来の電動アクチュエータの構成を概略的に示す図であり、図８（Ａ）は正面図であり、図８（Ｂ）は底面図であり、図８（Ｃ）は図８（Ａ）における線Ｃ−Ｃに関する断面図である。従来の電動アクチュエータにおけるパーティクルの本体の外側への流出の様子を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る電動アクチュエータについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る電動アクチュエータの構成を概略的に示す図であり、図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は底面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）における線Ｃ−Ｃに関する断面図である。

電動アクチュエータ１０は、細長状の直方体からなる本体１１と、該本体１１の側面に配されて図中の白抜きの矢印で示すように、本体１１の長手方向に沿って往復自在に移動する略直方体状のスライダ１２（基部）と、スライダ１２の移動路に対応して本体１１の側面に形成された矩形の開口部１３と、該開口部１３を覆うように本体１１に設けられたダストシールバンド１４とを備える。

本体１１は内部に当該本体１１の長手方向に沿って延設された断面略Ｈ字状のレール１５と、該レール１５に係合する断面略コ字状のガイド１６と、該ガイド１６をベルト１７を介してレール１５に沿って駆動するモータ（図示しない）とを有する。ガイド１６はレール１５と対向する面に埋設されたベアリング（図示しない）を有し、該ベアリングによってレール１５上を滑走する。

ガイド１６は断面略環状のブラケット１８を介してスライダ１２へ接続される。ブラケット１８は開口部１３においてダストシールバンド１４を包むように配置され、ガイド１６の断面形状は本体１１の内部から本体１１及びダストシールバンド１４の隙間１９を介して本体１１の外側へ露出する。また、ブラケット１８は本体１１及びダストシールバンド１４との非接触状態が維持される。これにより、ブラケット１８が本体１１の長手方向に沿って移動する際、開口部１３にダストシールバンド１４が存在するにもかかわらず、ブラケット１８は本体１１やダストシールバンド１４と干渉することなく移動することができる。

また、スライダ１２は本体１１側とは反対の面に形成された複数のねじ穴２０を有する。スライダ１２には取り付け対象部材、例えば、搬送アームの基部が取り付けねじを各ねじ穴２０へ螺合させることによって取り付けられる。また、電動アクチュエータ１０では、ガイド１６がモータによって駆動されてレール１５に沿って移動する際、ブラケット１８及びスライダ１２とともに移動する。したがって、電動アクチュエータ１０はスライダ１２に取り付けられた取り付け対象部材を本体１１の長手方向に沿って移動させることができる。

また、電動アクチュエータ１０は、開口部１３の両脇において本体１１から本体１１の外側に向けて突出する一対の電極２１を有する。一対の電極２１は断面がＬ字状をなす屈曲された板状の下部電極２１ａと、断面が下部電極２１ａの断面と鏡面対称となる屈曲された板状の上部電極２１ｂとからなり、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂはともに本体１１の長手方向に沿って延設される。また、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂは、各底部２１ａａ，２１ｂａが本体１１へ固着され、平板状の各側部２１ａｂ，２１ｂｂが開口部１３を挟むように本体１１から突出し且つ互いに並行となるように配置される。

下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂは間に直流電源２２を介して電気的に接続されるため、互いに異なる極の電位が発生する。本実施の形態では、下部電極２１ａが直流電源２２の陰極に接続され、上部電極２１ｂが直流電源２２の陽極に接続されるため、下部電極２１ａには負の電位が生じ、上部電極２１ｂには正の電位が生ずる。

電動アクチュエータ１０では、ガイド１６がレール１５に沿って移動する際、ベアリングがレール１５の面と擦れてパーティクルＰが発生する。このようなパーティクルＰは摩擦によって生じた静電気を帯電するため、通常、負又は正の電荷を有する。パーティクルＰが小さくなると、パーティクルＰの運動は重力による自由落下運動よりもブラウン運動が支配的になるため、パーティクルＰは本体１１の内部を自在に移動し、隙間１９を介して本体１１の外側へ流出することがある。

しかしながら、流出したパーティクルＰは負又は正の電荷を有するので、パーティクルＰは下部電極２１ａ又は上部電極２１ｂの一方の電極から静電気力による引力を受け、一方で下部電極２１ａ又は上部電極２１ｂの他方から静電気力による斥力を受ける。

本発明者は、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの間の圧力を１０Ｐａとし、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの間隔を３０ｍｍとし、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの電位差を２４Ｖとした場合における１価の電荷を有するパーティクルＰに発生する重力による移動速度、ブラウン運動による移動速度、及び静電気力による移動速度をシミュレーションによって計算し、その結果を以下の図２のグラフに示した。

図２は、所定の条件下におけるシミュレーションによって算出されたパーティクルに発生する各移動速度を示すグラフである。

図２のグラフにおいて縦軸は移動速度を表し、横軸はパーティクルＰの粒径を表す。また、実線は重力による移動速度を示し、一点鎖線はブラウン運動による移動速度を示し、破線は静電気力による移動速度を示す。

図２のグラフに示すように、パーティクルＰの粒径が３００ｎｍ以下となると、静電気力による移動速度が重力による移動速度やブラウン運動による移動速度を上回ることが確認された。すなわち、パーティクルＰの粒径が小さくなると、パーティクルＰの運動は自由落下運動やブラウン運動よりも静電気力による運動が支配的になることが確認された。

したがって、所定の条件下、例えば、粒径が３００ｎｍ以下のパーティクルＰは、図３に示すように、静電気力によって下部電極２１ａの側部２１ａｂや上部電極２１ｂの側部２１ｂｂへ引き寄せられる。

但し、流出した負又は正の電荷を有するパーティクルＰが静電気力によっての側部２１ａｂや側部２１ｂｂへ引き寄せられたとしても、当該パーティクルＰは本体１１の外側へ向けた運動を持続するため、側部２１ａｂや側部２１ｂｂが短い（突出量が小さい）と、上記パーティクルＰは下部電極２１ａの側部ａｂや上部電極２１ｂの側部２１ｂｂへ到達する前に、側部２１ａｂ及び側部２１ｂｂに挟まれた空間から流出する虞がある。

これに対応して側部２１ａｂや側部２１ｂｂを長くする（突出量を大きくする）のが好ましく、少なくとも側部２１ａｂや側部２１ｂｂの長さを開口部１３の幅（図３における上下方向に関する幅）よりも長くするのがよい。これにより、負又は正の電荷を有するパーティクルＰが側部２１ａｂや側部２１ｂｂへ到達する前に側部２１ａｂ及び側部２１ｂｂに挟まれた空間から流出するのを防止することができる。

下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂを構成する部材は導電性部材であればよいが、搬送されるウエハから処理ガスに含まれていた腐食性ガスが揮発することがあるため、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂを構成する部材を樹脂系のコーティング等で覆うのが好ましい。

また、パーティクルＰを確実に静電気力によって側部２１ａｂや側部２１ｂｂへ吸着させるには下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの電位差を大きくするのが好ましい。但し、低圧環境下では、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの電位差を大きくするとこれらの電極の間で異常放電が生じる虞がある。一方、パッシェンの法則によれば、例えば、窒素ガス（Ｎ_２ガス）が少量残留する低圧環境下では電位差が５００Ｖを上回らない限り、異常放電が生じない。したがって、下部電極２１ａ及び上部電極２１ｂの電位差は５００Ｖ以下が好ましく、パーティクルＰに作用する静電気力をも考慮すると当該電位差を数十Ｖ近傍に維持するのが好ましい。

さらに、下部電極２１ａ及び本体１１の間、並びに上部電極２１ｂ及び本体１１の間には絶縁部材２３が介在し、該絶縁部材２３は下部電極２１ａや上部電極２１ｂを本体１１から絶縁する。これにより、本体１１には電位が生じず、本体１１がパーティクルＰを静電吸着するのを防止することができる。絶縁部材２３はシリコンゴムや金属酸化膜等からなり、塗布や溶射によって形成される。

上述した電動アクチュエータ１０によれば、本体１１の側面に形成された開口部１３の両脇において当該開口部１３を挟むように本体１１から該本体１１の外側に向けて突出し、且つ本体１１の長手方向に沿って延設された一対の電極２１の上部電極２１ｂには正の電位が生じ、下部電極２１ａには負の電位が生じるので、本体１１の内部から隙間１９を介して本体１１の外側へ流出した負又は正の電荷を有するパーティクルＰは静電気力によって当該パーティクルＰの電荷の極と反対の極の電位が生じる電極（下部電極２１ａ又は上部電極２１ｂ）に吸着される。その結果、負又は正の電荷を有するパーティクルＰが本体１１から離れるのを防止することができる。

また、上述したように、電動アクチュエータ１０からは負又は正の電荷を有するパーティクルＰが飛散しにくいため、電動アクチュエータ１０から飛散したパーティクルＰが重力によって落下して当該電動アクチュエータ１０よりも下方においてストック又は搬送されるウエハの表面へ付着することが殆どない。その結果、電動アクチュエータ１０の配置の自由度を向上させることができる。

例えば、基板搬送室において電動アクチュエータ１０を上方に配置することができる。具体的には、図４に示すように、基板搬送室としてのトランスファモジュール４０において、スカラタイプの搬送アーム４１（基板搬送装置）を移動させるための２つの電動アクチュエータ１０をトランスファモジュール４０内の上方に配置することができる。これにより、トランスファモジュール４０内の下方に配置された他の搬送アームやウエハ用のバッファを飛び越えてウエハＷを搬送することができ、もって、効率のよいウエハＷの搬送を実現することができる。また、トランスファモジュール４０内においてウエハＷの搬送経路を増やす際に、多数の搬送アームをトランスファモジュール４０内の下方のみに配置する必要がなくなるので、トランスファモジュール４０の設置面積（フットプリント）が増加するのを防止することができる。

上述した電動アクチュエータ１０では、下部電極２１ａの側部２１ａｂや上部電極２１ｂの側部２１ｂｂが単純な平板状であったが、側部２１ａｂや側部２１ｂｂの少なくとも１箇所を屈曲させてもよい。例えば、図５（Ａ）に示すように、スライダ１２に本体１１の外側へ向けて突出し且つ２つの屈曲箇所を有する突出部１２ａを設け、下部電極２１ａの側部２１ａｂ及び上部電極２１ｂの側部２１ｂｂによって当該突出部１２ａを間に挟み、且つ突出部１２ａに沿って屈曲するように側部２１ａｂ及び側部２１ｂｂを構成してもよい。これにより、開口部１３から一対の電極２１の開放端にかけて下部電極２１ａの側部２１ａｂ及びスライダ１２の突出部１２ａの間、並びに上部電極２１ｂの側部２１ｂｂ及び突出部１２ａの間に屈曲路５０ａ，５０ｂが形成される。本体１１の内部から隙間１９を介して本体１１の外側へ流出したパーティクルＰは当該屈曲路５０ａ，５０ｂを通過するので、屈曲路５０ａ，５０ｂにおける屈曲箇所において突出部１２ａや各側部２１ａｂ，２１ｂｂに衝突する。その結果、パーティクルＰは屈曲路５０ａ，５０ｂ内に留まるので、パーティクルＰが一対の電極２１の開放端から流出するのを防止することができる。また、本変形例では、部材との衝突、すなわち、力学的手法によってパーティクルＰを屈曲路５０ａ，５０ｂ内に留めるため、パーティクルＰが負又は正の電荷を有していなくてもパーティクルＰが本体１１から離れるのを防止することができる。

また、上述した電動アクチュエータ１０では、本体１１の開口部１３が側方に開口していたが、例えば、図５（Ｂ）に示すように、開口部１３を上方に向けて開口させてもよい。この場合、本体１１の内部から隙間１９を介して本体１１の外側へ流出したパーティクルＰには本体１１の内部へ戻るように重力が作用する。その結果、パーティクルＰが本体１１から離れるのを確実に防止することができる。また、本変形例では、パーティクルＰに重力を作用させて本体１１の内部へ戻すため、パーティクルＰが負又は正の電荷を有していなくても本体１１の内部へ戻すことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る電動アクチュエータについて説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

従来、電動アクチュエータを所定の圧力以上の環境下、例えば、大気圧環境下で使用する場合、パーティクルは気流に巻き込まれて移動するため、例えば、図６に示すように、電動アクチュエータ６０の本体６１内部を減圧する排気装置６２を設け、本体６１の内部の圧力を本体６１の外側の圧力よりも低く設定して本体６１の外側から内部へ流れる気流Ｆを生じさせ、該気流Ｆによって本体６１の内部から外側へパーティクルが流出するのを防止している。

ところが、ウエハの処理に腐食性ガス、例えば、臭素ガスを含む処理ガスを用いた場合、基板搬送室において電動アクチュエータを利用してウエハを搬送するとき、該ウエハから腐食性ガスが揮発することがある。このとき、本体６１の内部の圧力を本体６１の外側の圧力よりも低くしていると、腐食性ガスが本体６１の内部へ吸引され、本体６１の内部に配置されているレール、ガイドやモータを腐食させることがある。

本実施の形態に係る電動アクチュエータでは、これに対応して、本体の内部の圧力を本体の外側の圧力よりも高く設定する。

図７は、本実施の形態に係る電動アクチュエータの構成を概略的に示す断面図である。

図７において、電動アクチュエータ７０は、本体１１に接続された圧力制御装置７１を備える。圧力制御装置７１は本体１１の内部へガス等を送り込み、本体１１の内部の圧力を本体１１の外側の圧力（外部圧力）よりも高く維持する。これにより、腐食性ガス等が本体１１の内部へ吸引されることがなく、もって、本体１１の内部に配置されているレール１５、ガイド１６やモータが腐食するのを防止することができる。

一方、本体１１の内部の圧力が本体１１の外側の圧力よりも高く維持されると、本体１１の内部から外側へ向けて流れる気流Ｆ’が生じる。この気流Ｆ’によって本体１１の内部で生じたパーティクルＰは隙間１９を介して本体１１の外側へ流出するが、流出した負又は正の電荷を有するパーティクルＰは静電気力によって下部電極２１ａの側部２１ａｂや上部電極２１ｂの側部２１ｂｂへ引き寄せられる。すなわち、上述した電動アクチュエータ７０によれば、腐食性ガスを本体１１の内部へ吸引するのを防止できるとともに、負又は正の電荷を有するパーティクルＰが本体１１から離れるのを防止することができる。

電動アクチュエータ７０において圧力制御装置７１から本体１１の内部へ送り込まれるガスは、腐食性ガスでなければよいが、例えば、不活性ガスからなるドライガスが好ましい。

なお、電動アクチュエータ７０においても、上述した図５（Ａ）や図５（Ｂ）の第１の実施の形態の変形例と同様に、スライダ１２に突出部１２ａを設け、且つ下部電極２１ａの側部２１ａｂや上部電極２１ｂの側部２１ｂｂを突出部１２ａに沿って屈曲させて屈曲路５０ａ，５０ｂを形成してもよく、また、開口部１３を上方に向けて開口させてもよい。

以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。

Ｐパーティクル
Ｗウエハ
１０電動アクチュエータ
１１本体
１２スライダ
１２ａ突出部
１３開口部
１９隙間
２１一対の電極
２１ａ下部電極
２１ｂ上部電極
２１ａｂ，２１ｂｂ側部
２２直流電源
２３絶縁部材
４１搬送アーム
５０ａ，５０ｂ屈曲路
７１圧力制御装置

Claims

細長状の筐体からなる本体と、該本体の長手方向に沿って往復自在に移動する基部と、該基部の移動路に対応して前記本体の側面に形成された開口部と、該開口部と覆うように設けられたシール部材とを備える電動アクチュエータにおいて、
前記開口部の両脇において当該開口部を挟むように前記本体から該本体の外側に向けて突出し、且つ前記本体の長手方向に沿って延設された一対の電極を備え、
前記一対の電極の一方には正の電位が生じ、前記一対の電極の他方には負の電位が生じることを特徴とする電動アクチュエータ。
前記本体の内部圧力が前記本体の外部圧力よりも高く維持されることを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
前記基部は前記本体の外側に向けて突出する突出部を有し、
該突出部は少なくとも１つの屈曲箇所を有し、
前記一対の電極は前記基部の前記突出部を挟み、且つ前記挟まれた突出部に沿って屈曲することを特徴とする請求項１又は２記載の電動アクチュエータ。
前記開口部は上方に向けて開口することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記基部には基板を搬送する基板搬送装置が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記一対の電極と前記本体との間には絶縁部材が介在し、前記一対の電極は前記本体から電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記シール部材はシールバンドであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。