JP6061269B2 - 搬送容器の開閉装置 - Google Patents
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Description
このときに、これらの産業において、各製品や試薬、試料等を取り扱う際に、真空装置等の密閉した装置、空調装置が整備された環境等にて容器から各製品、試薬、試料等を取り出して、試験、製造、処理等を行ってきた。
もちろん機械化された設備にて、容器を取り出し、その内容物を自動的に処理装置にて処理する方法もあるが、サンプルとして試料を取り扱い、あるいは小ロットで試料を取り扱う際に、樹脂製の箱やビン等の個別の容器から速やかに内容物を取り出して、その中から必要量を取り出して製造や試験に供することは困難であった。
また以下に示す背景技術等においては、容器の蓋を直接、手で把持して開閉しているが、容器全体及び内部にも予測できない力がかかる可能性があり、容器を破損したり、より多くの微粒子が発生することが懸念される。
巨大化が他産業に比較して特に進んでいることが理由で、清浄化のための手段としてクリーンルームを用いることが最適でないケミカルプラントを除き、先に例示した産業の製造工場の大半は、クリーンルームを用いた製造工程を有する。そこで、局所クリーン化生産方式等の手法によるクリーンルームのグレードダウン等によって、設備投資を削減する考え方が、即効的な手段として認識され始めた。一部の産業では実用化され普及が進みつつある。局所クリーン化には、工場の環境制御コストを削減する効果もある。
また、特許文献7〜9には、ポッドと装置をポッドドアと装置のポートドアが対向するように密着させて、その後該ポッドドアとポートドアを移動させることによってポッドを開く装置が記載されているが、そのポッドドアと装置のポートドアにより形成される空間は単に窒素で置換するに留まるのであって、空間を規定する部材表面を清浄化するものではないし、窒素で置換することはポッドまたは装置内部が真空である場合には圧力差を理由に機能しないことを示す。
特許文献10には保管箱のキャップを開けるために、該キャップを保持する手段として磁気や真空力による手段が記載されているが、これはあくまで保持手段に過ぎず、該キャップ表面とそれに対向する装置の扉表面を清浄化させるものではない。
特許文献11記載の発明は真空クリーンボックスのシャッター兼用蓋体とクリーン装置のシャッターを気密に接合し、その密閉空間を真空にした後に該シャッター蓋体とシャッターを別々に開けることが記載されており、このような方法は全て真空下で行わなくてはならないし、全ての部材の外面を清浄化させておくことを前提としている。
特許文献12記載の発明は露光マスク容器の蓋と装置の蓋により形成される空間を真空にして、その後にこれらの蓋を開けるものであるが、この方法は真空装置にのみ使用されるし、しかも単に真空にするのみであって清浄化を行うものではない。
これは、化合物や微生物等の試料に関しても同様にいえ、容器外にこれらの化合物や試料が存在する時間などが少なく、かつ容器への収納や取り出しが円滑に行われることが望まれる。
開閉装置上部に該搬送容器本体を収納できる凹部からなる載置部を設け、
その凹部の内面は該搬送容器本体の外面形状に対応した形状であり、
該載置部底面は、搬送容器扉に形成されている凹部に嵌合する凸部であり、
該載置部底面の搬送用容器扉に設けた磁石に対応する位置には、磁石を収納してなる孔を形成し、
該磁石は該載置部底面を横切るようにして駆動力により上下に移動可能となる機構。
(2)該機構は側部に設けたレバーを有し、このレバーを上下することにより該磁石を上下させる機構である1に記載の搬送容器の開閉装置。
(3)該磁石が上に位置するときには、該搬送容器扉が搬送容器本体に対して固定されておらず、該磁石が下に位置するときには、該搬送容器扉が搬送容器本体に対して固定された状態である、1又は2に記載の搬送容器の開閉装置。
(4)搬送容器扉は、その中に位置する磁石と搬送容器本体の中に位置する磁性体との間に形成された磁気回路により搬送容器本体に固定され、
搬送容器本体に設けられた磁石が上に位置した際には、搬送容器扉に位置した磁石との間で、磁気回路を形成するため、搬送容器扉に位置する磁石か搬送容器本体に設けられた磁性体との間で磁気回路を形成できず、搬送容器扉は搬送容器本体に対して固定されていない1〜3のいずれかに記載の搬送容器の開閉装置。
本発明の装置は、このような半導体製造装置において使用する容器を開閉する開閉装置である。
そのような搬送容器は、装置本体が気密に連結し、これらの間で内容物を移動させるために必要な扉を2つだけとするものである。一つは容器の扉であり、もう一つは、装置本体の扉である。これらの2つの扉は、搬送容器と装置が気密に連結した時だけ連結室を形成できるような形状を有する。元々その連結室の内面は2つの扉の外面であるから、外部空間にさらされることで汚染された可能性がある表面である。従って、連結室を形成して連結室内部の清浄化機構を具備する場合には、さらに清浄性を確保でき、搬送容器内部、装置内部及び連結室からなる内部空間と外部との分離を実現できる。
次に、装置は、装置本体と装置扉の密着連結により密閉可能な第2番目のシール構造(シール2)を有する。最後に、搬送容器本体と装置本体は、両者の密閉連結により密閉可能な第3番目のシール構造(シール3)を有する。搬送容器と装置が連結する際には、最初の2つのシールに加えて、3番目のシールが成立するので、これらの3つのシールにより、分割されない1つの密閉化された連結室が形成される。
ここで、これらのシール構造は、Oリングやガスケット等の公知のシール手段を採用することが可能である。
また、連結室内の雰囲気を装置内部の雰囲気と同じ雰囲気に制御すると、搬送装置扉と装置扉を開ける前後において、装置内の雰囲気の組成が変化することがない。
ただし、連結室の気圧が、搬送容器内部または装置内部の気圧に対してある程度の気圧差を有する場合には、その圧力差に抗して搬送容器扉や装置扉を開けることが困難になる可能性がある。
搬送容器の扉は装置との合体の後に装置内部に開かれる構造を有する。仮に、容器扉が容器の外へ合体前に開く方法では、容器内部が外部にさらされないよう、もう一つ扉が必要になってしまうので、省スペースとメカニズムの効率の点で、不利である。容器の内部へ搬送容器の扉が格納される方法では、奥方向へ引き込まれると、それだけ搬送容器の扉の移動に使う容積が増えてしまい、搬送する容器が大型化して望ましくない。従って、搬送容器の扉は装置内部へ格納される。
このような磁気開閉機構が機械開閉機構よりも清浄化の点で優れているが、磁気開閉機構は実際の搬送容器の開閉機構としては不十分な点がある。それは、磁気力が磁性体間の距離に強く依存しており、吸引力が1mm以下で急速に強くなって、逆にそれ以上の距離になると急速に弱くなるので、製品構造に高い精度を要求されることが理由の一つである。特に磁性体同士を接触させた場合、ミクロンスケールでみれば、磁性体表面は凹凸があり、精度もミクロンオーダに達していなければ、磁気吸引力は、意図したものにならない。また、搬送容器のように同じものがたくさんある場合、個々の容器で僅かに寸法が違うので、磁気吸引力が個々の容器で違う可能性がある。
本発明の開閉装置により開閉される搬送容器は、外気に直接触れることにより汚染や反応等の何らかの支障を生じる物を搬送するための密閉容器である。この「物」としては、半導体用基板、センサ用基板、微生物、培地、遺伝子、不安定な化合物、酸化されやすい金属、有害物質等、化合物や菌等による汚染を避けるべき物質、拡散を防止すべき物質、反応性が高い物質等、各種用途に使用され、現在において、クリーンルームやグローブボックス等の装置内にて取り扱うべきものが広く対象となる。中でも広く使用される用途としては加工途中のハーフインチから450mm等の大口径に至る各種口径の半導体ウェハ、半導体チップの搬送等である。
搬送容器の扉側の面が装置扉に接続されるが、ここで搬送容器の扉が装置扉に対してずれることなく高精度に位置決めされることが必要である。この点は、搬送容器を手で装置扉に接続する場合であっても、あるいは搬送装置にて接続する場合であっても同じである。
しかも、搬送容器と装置扉との間で摺擦する部分があれば、その部分からはパーティクルを発生することになり、その後、装置内を汚染したり搬送容器内の物品を汚染することになりかねない。このため、搬送容器の扉側には特定の構造を持たせる必要がある。
まず、搬送容器の扉は、搬送容器本体に埋め込まれるようにして設置される。そして搬送容器本体の扉側の面の周縁部には搬送容器側面にかけての傾斜部を設ける。この傾斜部は装置本体のポートの周縁部に設け、ポート中心部に向けて設けられた傾斜部と一致するようにされている。
さらに搬送容器の扉の周囲の搬送容器本体部には、複数の突起部を設けてなり、該突起部は装置本体のポートに設けられた凹部に嵌合するようにされている。
さらに、搬送容器の扉の外面には3つの先端が半球状の突起として設けられ、この突起に対応して装置扉表面には3つのV字状の溝が放射状に設けられている。
まず、装置本体に接近してきた搬送容器は、上記の搬送容器本体の扉側の面の周縁部に設けた傾斜部を装置本体のポートの周縁部に設けた傾斜部に合わせるようにして挿入され始める。途中まで挿入されて、搬送容器は装置本体に対して多少の遊びがある程度に位置決めされる。
次いで、上記の搬送容器の扉の周囲の搬送容器本体部に設けた複数の突起部が、対応する該装置本体のポートに設けられた凹部に嵌合する。この際に上記の多少の遊びは相当削減されて、搬送容器の垂直軸に対する回転がある程度抑制される。
その状態でさらに搬送容器本体が装置扉に接近すると、搬送容器の扉に設けた3つの先端の半球状の突起が、装置本体の扉に設けた上記の3つのV字の溝に入ることになる。このときには、1つのV字の溝を構成する対向した2つの斜面それぞれが、該半球状の突起と接触し、該半球状の突起は2箇所において該対向した2つの斜面それぞれと接触する。
この結果、搬送容器は垂直軸に対する回転方向へのぶれがなくなり、かつ水平方向へのぶれも放射状の3つのV字の溝により解消する。
このような機構によって、搬送容器は装置本体に対して垂直方向への移動以外は不可能となり固定される。
上記搬送容器と密着連結される装置としては、上記のように搬送される「物」が取り扱われる各種装置でよく、「物」が半導体用基板であれば半導体製造用装置、センサ用基板であればセンサ製造用装置、微生物や培地、あるいは遺伝子であれば培養装置や分析装置、不安定な化合物や酸化されやすい金属であれば反応装置や分析装置、有害物質であれば分析装置等のそれを取り扱う装置等、外気を遮断して操作することが必要な公知の各種の装置を選択し得る。
なかでも半導体製造装置としては、半導体製造工程にて使用される一連の各種装置を採用することができる。
また搬送容器扉に設けた磁性体に対して十分な磁力を有する磁石を採用することが必要であり、手動又は電動、あるいは機械的な機構等適宜の駆動力や構成により該磁石を上下に移動させることができるものである。
そして、該磁石を移動させることにより、該磁石が搬送容器扉に設けた磁性体と十分に密着し、その磁性体との間で磁気回路を形成しているときには搬送容器扉は搬送容器本体との間で開閉可能とされ、磁気回路が形成されない間は、搬送容器扉は搬送容器本体に対して密着し固定されている。
このようにして本発明の搬送容器の開閉装置を使用して搬送容器を開閉することができ、またこの搬送容器の開閉手段を、例えば半導体製造のための各処理装置にウエハを供給するための前室等に設けることもできる。
図1(c)は本発明の開閉装置により開閉される搬送容器7と装置8が密着連結している図であり、図示はしないが搬送容器7を装置8に固定し、密着連結させるための公知の手段に基づいて、搬送容器7と装置8が密着している。ここで、搬送容器7は装置8の前室に密着しているのではなく、装置8そのものに密着させることができる。ただし、これは搬送容器7が装置前室に密着することを排除するものではない。
前記のように、搬送容器7と装置8が密着連結した結果、搬送容器7の容器扉12と装置8の装置扉9で規定される連結室10が従来の連結システムにおける前室の役目を果たすものとして形成される。
装置内の雰囲気が真空であれば、気体排出用ポート16から連結室10内の気体を真空ポンプ等により排出し、必要であれば、続いて気体供給用ポート15から不活性の気体を連結室内に導入後、さらに気体排出用ポート16からその気体を排出する操作を任意の回数行う等により、微粒子等を含有している連結室10内の環境を装置内の環境と同程度のものとすることが可能である。
このように、本発明は搬送容器を前室ではなく直接装置8に密着連結できるものであり、そのために密着連結により形成された連結室10には、気体導入用ポート15及び気体排出用のポート16が接続されるように、装置8にはこれらのポートを設けることができる。
これらのポートにより連結室10内を気体が流通して清浄化するにあたっては、気体が連結室10内全てにわたって流通することが必要であるし、容器扉12と装置扉9が密着していた容器7の開口部及び装置本体8の開口部に付着している、粒子等も除去可能なように気体が流通することも必要である。
図2は、搬送容器7が搬送容器本体11と容器扉12からなり、搬送容器本体11と容器扉は公知のシール手段により気密にシールされている。そして搬送容器本体11には容器扉から搬送容器本体11の内部に向けて設けられたウエハ17を支持する部材を設けてなる。
搬送容器7を装置8の上に正確な位置で載置した後には、両者を密着連結させるための操作を行う。密着連結をしない場合には、搬送容器7と装置8が気密にシールされず、それらの間には隙間が形成されることになり、その状態で扉を開くと外気が搬送容器7内や装置8内に侵入し、これらの内部が外気と微粒子等で汚染されることになる。
この密着連結するための手段としては、ラッチ機構等の公知の手段でよく、その密着強度としては搬送容器本体11と装置本体13の間に介在するガスケット等の公知のシール手段によるシールが有効に機能する程度の強度でよい。
具体的な調整方法としては、当初は外気と同じ環境の連結室10内の空気を気体排出用ポート16から排気して減圧とする。次いで気体供給用ポート15から例えば乾燥した窒素ガスを導入し、さらに気体排出用ポート16から排気して減圧とする工程からなる方法、またはこの方法を繰り返す方法を採用できる。
いずれにも図示していないが、装置扉9を開閉するためのエレベータ等の装置が装置8内に設けられており、搬送容器7の容器扉に固定されたウェハを、容器扉12及び装置扉9ごと装置8内に移送して装置内の処理手段による処理に付すことになる。
一体化した容器扉12と装置扉9を共に装置8内に移動させるに際して、容器扉12と搬送容器本体7との密着を解除する。
容器扉12に設けられた磁性体19は、搬送容器本体7の壁に設けられた磁石18の磁気力を受けて、該磁石18と磁着している。
このため、容器扉12を搬送容器本体11から離すためには、磁性体19に作用する磁石18からの磁気力に抗して、磁性体19に対して容器扉12を離す方向へと力を加えることが必要である。
このように、装置扉9に容器扉12を磁着させた状態で、装置扉9を下方に移動させることにより、図4に示すように装置内に装置扉9と容器扉12が共に導入される。電磁石への通電は磁石18から容器扉12への磁気力がある程度弱くなった時点で停止してもよい。
この状態において、装置扉9と容器扉12からなる連結室10は装置8内の空間と連通するが、既に連結室10は装置8内の環境と同環境であるので、連結室10に由来する装置内の汚染はみられない。
さらに、上記の実施例の装置8の装置扉の向きを横向き、あるいは下向きとし、搬送容器7の容器扉12も横向き、あるいは上向きとすることも可能である。
図5は搬送容器21が装置20に密着した状態の図であり、装置扉22の上面に容器扉23が対向し、搬送容器本体25の容器扉23の周囲の部分が装置本体24に対向している。
装置扉には、電磁石26が埋め込まれ、その先端が装置扉の上面に露出している。
該電磁石26の先端の位置に対向するように、磁性体27が容器扉23の表面から反対面を貫通するように埋め込まれている。この磁性体27は複数埋め込まれており、その複数の磁性体27は磁石36の両端に磁気力にて接続されている。そして、このような2つの磁性体27と磁石36からなる組が1つ以上埋め込まれている。
搬送容器本体25に埋め込まれた複数の磁性体28は、容器扉23と対向する部分から離れた箇所にて、磁性体29により接続されており、この状態において搬送容器本体と容器扉を磁気力が接続して閉回路が形成されている。
このため、図5においては搬送容器本体25と容器扉23との間を気密しシールするための、Oリング等のシール部材31が設けられ、装置本体24と装置扉22との間を気密にシールするための、Oリング等のシール部材33が設けられ、また搬送容器本体25と装置本体24を気密にシールするためのOリング等のシール部材32が設けられており、これらのシール部材により、容器21の内部と装置20の内部は、容器21が装置20に接続しているときはもちろん、そうでないときも、内部が外気から遮断された状態でいられることが可能である。
位置決めピン34の先端形状は円球状でも円錐状、角錐状でもよく、ピンとして明確な先端を備えるものであればよい。また穴や溝35はその位置決めピン34と嵌合するように、位置決めピンの先端形状を反映した内面の形状を有してもよいが、特にV字状の溝、U字状の溝とすることが好ましい。このときに位置決めピン34の先端付近の2点が穴や溝35の底部付近の2点に接触するようにしてもよい。このときには、例えば位置決めピン34の先端が円球状、穴や溝がV字の溝のときのように、位置決めピンの先端の円球状部分をV字の溝35の中心部に位置させてもよい。このような位置決め手段によれば、容器21を装置20に正確かつ確実に、予定した位置に接続させることが可能となる。
図5において、容器、装置及びそれらの扉の形状、電磁石の形状、磁性体の形状、ピンや穴、溝は図示されたものに限定されず、同様の機能を発揮可能であれば任意の形状のものでよい。また、電磁石26に代えて磁石とすることも可能である。
また、図2〜4に示したように、図5に記載の装置も容器扉が装置扉と共に装置内に移動し、装置内にて所定の処理等がなされるものである。
図6において、搬送容器は電磁石から離れた場所に位置し、電磁石は磁気力を持っていない状態にある。一方、搬送容器においては、容器扉に埋め込まれた磁石36により接続された2つの磁性体27がある。そして該磁性体27のそれぞれには搬送容器本体に設けられた磁性体28が接続され、さらにこれらの該磁性体28は磁性体29により接続されている。このように接続した結果、図6に示すようにそれぞれの磁性体により矢印方向に磁気力による回路が形成される。
まず電磁石26に電流を流して、電磁力を発生させると、その電磁力発生前に磁性体27内部で磁性体28へ向かっていた磁力線は、電磁石の磁力により、磁性体28へ向かうのをやめ、その磁力線は電磁石方向へ再配置される。結果として、磁石36-磁性体27-電磁石26-電磁石26-磁性体27という磁気回路を形成する。このことで、磁性体27と電磁石26は強い吸引力を持つことになる。このことで、搬送容器本体25と容器扉23で構成されていた磁気回路は、磁性体27と磁性体28の間で、磁力線がかなり弱くなり、事実上磁気回路として切断される。すなわち、磁性体27と磁性体28の吸引力が極めて弱くなり、搬送容器本体25と容器扉23は、磁気ロックが解除される。
以上のように、電磁石で磁力を発生させると、搬送容器本体と容器扉の磁気ロックが解除され、電磁石と容器扉が磁気ロックされるので、容器扉を開くことができることになる。
このように、電磁石の作用により容器扉の開閉と装置扉の開閉を同時に行うことができるので、外気や外部の微粒子が容器内部や装置内部に流入することを防止でき、その際には容器扉の開閉前後ともに磁気力の閉回路が形成されるので、磁気力が外部に漏れることがない。
この搬送容器扉には磁性体39及び磁石40が埋め込まれている。
該搬送容器扉23の爪38に被搬送物を保持した後に、装置との位置決めピンを備えた搬送容器本体25に搬送容器扉23を嵌合させるようにして該被搬送物を該搬送容器内に入れる。この際に、図8で示される搬送容器扉を反転し、該搬送容器扉23の斜面37を搬送容器25の内部の斜面43に合わせるようにして嵌合させる。このとき該搬送容器扉23の周囲に設けられた切り欠き部41が搬送容器内部に設けた突起44にかみ合うようにされる。さらに同時に該搬送容器扉の周囲に設けられ、かつ斜面43に一致するように設けられた斜面37が、該搬送容器本体の内面を形成する斜面43に徐々に接するように接近して該搬送容器本体に該搬送容器扉が嵌合されると同時に、該斜面37と43も接するようになる。
さらに、上記のように、該搬送容器扉23の磁性体39は、搬送容器本体25内部に設けた磁性体42と対向配置される。このとき、磁性体39を経由して磁石40の磁力線が磁性体42へ配向することで、該搬送容器扉側の磁性体39へ該搬送容器本体25側の磁性体42が磁気力で吸引され、これによって該搬送容器扉23は該搬送容器本体25に固定される。
図10には、搬送容器の開閉装置50と搬送容器本体25と搬送容器扉24の対応する関係を示す。搬送容器本体25と搬送容器扉24からなる搬送容器を搬送容器扉23が下方に向くようにしながら、搬送容器の開閉装置50に設けた凹部からなる載置部51にはめ込むようにして載置する。
このとき、搬送容器扉の外面に設けた図示されない溝が、載置部内に設けた凸部54と嵌合することにより、搬送容器扉が開けられた際の位置決めを正確に行うようにする。また、載置部内に設けた磁石55を内部に有する孔が、搬送容器扉の内部に位置する図示しない磁石の位置に対応して設けられる。
搬送容器を開ける際には、まず図11に示すように搬送容器の開閉装置50のレバー56を下にさげて、同時に磁石55も下にさげた状態としておく。
その状態において図12に示すように、搬送容器を搬送容器扉を載置部51の底部に向け、上記のように搬送容器が有する突起を載置部51に設けた凹部に嵌合させるように設置する。
その状態で、搬送容器本体を摘まんで搬送容器の開閉装置から取り上げると、図18のように搬送容器扉24により密閉された状態で搬送容器を取り出すことができる。
この図において、レバー56と磁石55は一体となっており、ばね57により上方に向けて付勢されている。
図19の状態では搬送容器扉24は磁石55に接触し固定されている。この固定された状態において、図示しない搬送容器本体は搬送容器扉24に対して自在に着脱されることができる。
以上が本発明の搬送容器の開閉装置を用いて行う搬送容器の開閉方法の例であるが、この例に限らず、本発明の範囲内において適宜変更することができる。
2・・・従来の装置の前室
3・・・従来の搬送容器の本体
4・・・従来の搬送容器の容器扉
5・・・従来の装置の本体
6・・・従来の装置の装置扉
7・・・本発明における搬送容器
8・・・本発明における装置
9・・・装置扉
10・・連結室
11・・搬送容器本体
12・・搬送容器扉
13・・装置本体
14・・電磁石
15・・気体供給用ポート
16・・気体排出用ポート
17・・ウエハ
18・・永久磁石
19・・磁性体
20・・装置
21・・容器
22・・装置扉
23・・容器扉
24・・装置本体
25・・搬送容器本体
26・・電磁石
27・・磁性体
28・・磁性体
29・・磁性体
30・・被処理物
31・・シール部材
32・・シール部材
33・・シール部材
34・・位置決めピン
35・・溝
36・・磁石
37・・斜面
38・・爪
39・・磁性体
40・・磁石
41・・切り欠き部
42・・磁性体
43・・斜面
44・・突起
50・・搬送容器の開閉装置
51・・載置部
52・・凹部
53・・凹部
54・・凸部
55・・磁石
56・・レバー
57・・ばね
Claims (3)
- 搬送容器本体と搬送容器扉で構成され、磁力により密閉される搬送容器の搬送容器扉を開閉するための、以下の構成を有する搬送容器の開閉装置。
開閉装置上部には該搬送容器本体を収納できる凹部からなる載置部を設け、
その凹部の内面は該搬送容器本体の外面形状に対応した形状であり、
該載置部底面は、搬送容器扉に形成されている凹部に嵌合する凸部であり、
該載置部底面の搬送用容器扉に設けた磁石に対応する位置には、磁石を収納してなる孔が形成し、
該磁石は該載置部底面を横切るようにして駆動力により上下に移動可能となり、搬送容器扉は、その中に位置する磁石と搬送容器本体の中に位置する磁性体との間に形成された磁気回路により搬送容器本体に固定され、
該載置部底面に設けられた磁石が上に位置した際には、搬送容器扉に位置した磁石との間で、磁気回路を形成するため、搬送容器扉に位置する磁石は搬送容器本体に設けられた磁性体との間で磁気回路を形成できず、搬送容器扉は搬送容器本体に対して固定されていない
機構。 - 該機構は側部に設けたレバーを有し、このレバーを上下することにより該磁石を上下させる機構である請求項1に記載の搬送容器の開閉装置。
- 該磁石が下に位置するときには、該搬送容器扉が搬送容器本体に対して固定された状態である、請求項1又は2に記載の搬送容器の開閉装置。
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