JPH09283588A - 基板搬送装置及び基板の搬送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２枚の半導体ウエハを同時に積載可能で、ジ
ャックナイフ現象を生じることなく不動点位置を越える
機構を備えた、小型で高いスループットで半導体ウエハ
を搬送する搬送装置を安価に提供する。 【解決手段】 互いに独立に同期して駆動可能な同軸に
配した２つの駆動軸３ａ、３ｂに左右対称に一対の第１
の腕６ａ、６ｂを結合させる。一方の第１の腕６ａの駆
動軸３ａに第１のプーリ９を固定し、各々の第１の腕６
ａ、６ｂの端部に、回転自在な軸受けを介して左右対称
に一対の第２の腕８ａ、８ｂを結合する。第１の腕６ｂ
に結合する第２の腕８ｂの回転軸に同軸に第２のプーリ
１０を設ける。第１のプーリ９と第２のプーリ１０との
間を、回転動力伝達媒体例えばベルト１１などで結合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
係わり、特に異種類の雰囲気条件の処理室を複数連結す
るための搬送室を備えた半導体製造装置、及びそれら搬
送室内、処理室間での半導体ウエハの搬送装置及び搬送
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サブミクロンオーダのパターンルールが
要求される半導体デバイスの製造装置には、スループッ
トの向上、プロセス装置の小型（小容量）化が要求され
る。この理由は、半導体デバイスの量産及び製造装置の
小型化によって多大な維持管理費を要するクリーンルー
ムの占有面積を削減し、半導体デバイスのコスト低減に
大きく貢献できる点にある。

【０００３】このような背景から、特開平４ー６３４１
４号に記載のような搬送室を中心に気密にシール可能な
開閉ゲート弁を介して、洗浄、成膜、エッチング、アニ
ールなど異種の複数の処理室を備え、大気から隔離した
雰囲気下で各種のプロセスを一貫して行なうことによっ
て半導体ウエハ１６への汚染防止と、スループット向上
を狙ったマルチプロセス装置が提案されている。このマ
ルチプロセス装置用として、例えば特開平４ー２７９０
４３号、特開平４ー１２９６８５号、特開平４ー９２４
４６号、特開平４ー３０４４７号記載の様なアーム型や
蛙足型といった搬送装置が開発されてきた。

【０００４】図１３は、従来のアーム型の搬送装置を示
したものである。アーム型搬送装置は、大気側に置かれ
た駆動源１ａ、１ｂの動力を、磁性流体シール４によっ
て搬送装置外の圧力を遮断して、アーム２９、ベルト３
０及びプーリ３１に伝達し、各アーム２９を各回転軸を
中心に回転させ各々のアーム２９を屈伸駆動又は回転駆
動させることで、半導体ウエハ１６を任意の位置に搬送
する。

【０００５】また図１４に示す蛙足型搬送装置において
は、一対の第１の腕６ａ、６ｂの一端に回転自在な転が
り軸受け（図示せず）を介して、２対の第２の腕８ａ、
８ｂを有しており、各々の第２の腕８ａ、８ｂに半導体
ウエハ１６を積載するキャリア１５を設けている。キャ
リア１５の移動は、第１の腕６ａ、６ｂを互いに逆方向
に回転することで、一方のキャリア１５が大きく直進移
動する。また各々の第１の腕６ａ、６ｂの回転方向をそ
れぞれ逆にすることで、他方のキャリア１５が大きく直
進移動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】スループットの向上の
ためには、半導体デバイスのプロセス時間や半導体ウエ
ハの搬送時間を短縮する必要がある。プロセス時間の短
縮のためには新しいプロセス方式を開発したり新しい手
段を導入することが考えられる。数百工程に及ぶプロセ
スやその条件の変更には、各種の製造装置の条件出しや
新しいプロセス立ち上げのための調整、さらにはデバイ
スの試作や評価等が必要となり、その間は当然のことな
がら通常の生産は停止せざるを得なくなる。従って現状
の生産ラインにおいてスループットを向上するには、直
接プロセスに関与しない半導体ウエハの搬送時間を短縮
することが効果的である。

【０００７】また、製造装置の小型化によって、多大な
維持管理費を要するクリーンルームの占有面積を削減す
ることができ、限られたクリーンルームの敷地を有効に
利用して、より多くの製造装置を設置可能となる。その
結果生産量を増加させて、デバイスのコストを低減でき
る。従って従来のアーム型、蛙足型搬送装置の小型化や
高速化が必要不可欠となっている。

【０００８】図１３に示す従来のアーム型搬送装置は、
大気側に置かれた駆動源１ａ、１ｂの動力を、磁性流体
シール４によって搬送装置外の圧力を遮断て、アーム２
９、ベルト３０及びプーリ３１に伝達し、各アーム２９
を各回転軸を中心に回転させ各々のアーム２９を屈伸駆
動又は回転駆動させることで、半導体ウエハ１６を任意
の位置に搬送する。このようなアーム型の搬送装置で
は、キャリア１５の搬送速度は各腕２９を回転駆動する
ベルト３０の剛性で決定される。従って、高速にキャリ
ア１５を搬送するには、ベルト３０の厚さや幅を増や
し、長さを減らす必要がある。しかし、ベルト３０の厚
さを増加すると、ベルトの繰り返し曲げ応力が低下する
ので、プーリ３１の直径を大きくするなど、プーリ３１
に巻き付けるベルト３０に生じる曲げ応力を軽減する手
段が必要となるという課題がある。また、ベルト３０の
幅を増やすと、ベルト３０やプーリ３１を収納するアー
ム２９の絶対高さが増加するので、より大型の開閉ゲー
ト弁１８（図示せず）を必要としてしまうという課題が
ある。ベルト３０の長さを減らすことは、各腕２９の関
節間の距離を短くすることを意味しており、結果として
搬送距離の低下を余儀されるという課題がある。近年、
半導体ウエハのサイズは大型化が顕著であり、直径１２
インチ（300ミリ）が使われようとしている。この場合
半導体ウエハの搬送距離が拡大し、それに伴って各アー
ム２９の関節間の距離は長くする必要が生じるという課
題がある。

【０００９】以上のことから、従来のアーム型搬送装置
の高速化を図るためには搬送装置自体の大型化や大型の
開閉ゲート弁が必要となる課題があるので、製造装置の
大型化が避けられず、製造装置のコスト増加や限られた
クリーンルームの床面積を有効に利用できない問題を生
じる。さらに複数の処理室を備えたマルチプロセス装置
において、大型の開閉ゲート弁を使用することは、処理
室間の相互汚染の原因となり、処理の歩留まり低下の主
因となりうるという課題がある。

【００１０】図１４に示す従来の蛙足型搬送装置におい
ては、一対の回転自在な駆動軸３ａ、３ｂ及び駆動軸３
ａ、３ｂに結合した一対の第１の腕６ａ、６ｂの連結部
を介して、駆動源（図示せず）からの回転駆動力を第２
の腕８ａ、８ｂに伝えて、キャリア１５に載置した半導
体ウエハ１６を移動し搬送する構成となっている。

【００１１】しかし、第１の腕６ａ、６ｂと第２の腕８
ａ、８ｂの長さが同じで、各々の第１の腕６ａ、６ｂの
成す開き角が１８０度の状態の時に、キャリア１５の直
進移動が不可能な状態、いわゆるジャックナイフ現象が
生じるという課題がある。従来の蛙足型搬送装置は、こ
のジャックナイフ現象を避けるために、第２の腕の長さ
を第１の腕の長さより長くする手段を採っていた。しか
し、この構成では、第１の腕の開き角が１８０度の状態
の時、キャリアは駆動軸中心より、第１の腕の長さ及び
第２の腕８ａ、８ｂの長さで幾何学的に決まる距離だけ
離れた位置に存在するという課題がある。図１５はこの
状態の搬送室１７内の搬送装置の位置関係を示した平面
図である。この状態では、各々の第２の腕８ａ、８ｂで
囲まれた空間は無駄な空間となるため最小旋回半径が大
型化し、結果として製造装置の床面積の増加を招くとい
う課題がある。この課題は半導体ウエハが大型化するに
従って顕著なものとなることは言うまでもない。

【００１２】特開平４ー２７９０４３号記載の不動点位
置脱出機構は、一つの駆動腕にプーリを有する構造であ
るため、この駆動腕に従属した従属腕を回転駆動するた
めの力を伝えることが出来ないことから、一対の駆動腕
のなす開き角度が１８０度となる位置での不動点位置を
円滑に脱出することが困難であるという課題があった。
またキャリアの旋回中心が、駆動軸の回転中心と偏芯し
ていることから、前述したマルチプロセス装置の搬送室
の中心に設置した場合、各々の処理室にキャリアを対向
出来ない課題がある。

【００１３】また図１４に示した従来例では、半導体ウ
エハを２枚同時に積載するために、第２の腕８ａ、８ｂ
を２対設けている。この構成では、一対の第１の腕６
ａ、６ｂの開き角に対して各々の一対の第２の腕８ａ、
８ｂに設けた２枚のキャリア１５の搬送位置を同一にす
る調整が必要となる。しかしこの調整には、搬送試験を
繰り返しながら調整を行なう必要があり非常に困難な作
業である。また第２の腕８ａ、８ｂが２対必要であるこ
とから、部品数と調整箇所が増えるのでコストの増加も
避けられないという課題があった。

【００１４】以上述べてきたように、従来のアーム型や
蛙足型搬送装置では、搬送速度の高速化を行うために
は、搬送装置の大型化やコストの増加を招くなど大きな
技術課題があった。特に搬送装置の大型化は、搬送室の
内容積を増大させる。その結果、半導体ウエハや基板に
種々のプロセス処理を反復するために真空排気や処理雰
囲気ガスの排気、さらには処理雰囲気への再設定に多く
の時間を要することになり、スループットを低下させる
問題を生じる。

【００１５】本発明は、互いに異なる雰囲気条件の搬送
室と処理室との間を、大型化した基板を高スループット
で搬送可能な小型で安価な搬送装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】互いに独立に同期して駆
動可能な同軸に配した２つの駆動軸と、各々の駆動軸に
左右対称となるように一対の第１の腕を結合させる。各
々の第２の腕の他端には、各々の第２の腕の開き角が常
に同一となる様な関節を構築する。例えば各々の第２の
腕の端部に各々プーリを固定し、各々のプーリ間にベル
トを略８の字状になる様な姿勢で各々のプーリに巻き回
して固定する。またはプーリの代わりに歯車を固定して
噛み合わせても同様の効果が得られる。半導体ウエハを
積載するキャリアはプーリまたは歯車と回転自在な軸受
けを介して結合される。キャリアは、前述した構成から
なる関節の回転中心間を結ぶ中心線に対して１８０度対
称となる位置に、各々の前述した中心線から等距離また
は不等距離に２枚の半導体ウエハを同時に積載可能な構
造とする。

【００１７】キャリアは、キャリアが直進移動し第１の
腕の成す開き角度が１８０度の状態を通過する際に、キ
ャリアの移動速度を保持したまま通過させた後、停止さ
せる工程を採る。

【００１８】互いに独立に同期して駆動可能な同軸に配
した２つの駆動軸と、各々の駆動軸に左右対称となるよ
うに一対の第１の腕を結合させる。一方の第１の腕の駆
動軸には、第１のプーリを固定し、一方の第１の腕と同
時に同期して駆動する構成とする。各々の第１の腕の端
部には、回転自在な軸受けを介して左右対称となるよう
に一対の第２の腕を結合する。ここで前述した第１のプ
ーリを固定した一方の第１の腕とは異なる他方の第１の
腕に結合する第２の腕の回転軸に同軸に第２のプーリを
設ける。第１のプーリと第２のプーリとの間を、回転動
力伝達媒体例えばベルト、ワイヤなどで結合する。

【００１９】またベルトは各々のプーリの中心を結ぶ中
心線に対して左右対称となるように、上下に位相をずら
した位置に２本配し、各々のベルトは途中を分断し、引
っ張りコイルバネを挿入した構成として、各々の端部を
各々のプーリに巻き回してプーリの円周上に固定する。
または、第１または第２のプーリの回転半径が連続で異
なるカム形状とする。

【００２０】また一方の腕の駆動軸の円周上の１８０度
対称な位置に一対の第１の磁石を配し、各々の第１の腕
の成す開き角が１８０度の時、第１の磁石と対向する位
置に、第２の腕またはキャリアに別の一対の第２の磁石
を配し、一方の対向する第１及び第２の磁石は吸引する
極性とし、他方の対向する第１及び第２の磁石は排斥す
る極性となるように配する。

【００２１】駆動軸は真空容器に各々回転自在な回転軸
受けを介して支持し、各々の駆動軸の同芯円上に永久磁
石を配する。各々の駆動軸に配した永久磁石と、各々磁
気回路を形成するように、搬送容器の薄い隔壁を挟んで
大気側の位置に、第２の永久磁石を各々２対垂直に配す
る。大気側に置かれた各々の第２の永久磁石は、それぞ
れ独立に任意の方向に任意の角度、速度を同期して駆動
可能な２つの駆動部の各々の出力軸の同芯円上に保持す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の搬送装置
の一実施例であり、図１は平面図であり、図２は縦断面
図を示している。尚、以下に示す図において同一符号を
用いた部材は、同等の機能を有することを示している。

【００２３】各々の駆動源１ａ、１ｂの回転動力は歯車
２を介して同軸に配した２つの駆動軸３ａ、３ｂに伝達
される。各々の駆動軸３ａ、３ｂは、主に磁性体と蒸気
圧の低い油の混成からなるシール４を介して真空側に導
入されている。このシール４は一般的に磁性流体シール
と呼ばれ、以下磁性流体シール４と呼称する。また駆動
軸３ｂは転がり軸受け（図示せず）及び磁性流体シール
４を介して別の駆動軸３ａに回転支持されており、同様
に別の駆動軸３ａも磁性流体シール４及び回転自在なこ
ろがり軸受け（図示せず）を介して、真空シール機能を
有するフランジ５に回転支持されている。真空側におい
て、駆動軸３ａ、３ｂに第１の腕６ａ、６ｂが左右対称
となる様に配して各々の固定する。この時各々の第１の
腕６ａ、６ｂは回転自在な転がり軸受け７を介して各々
支持している。各々の第１の腕６ａ、６ｂの端部には、
回転自在なころがり軸受け７を介して第２の腕８ａ、８
ｂが各々回転支持される。第２の腕８ａ、８ｂのもう一
方の端部には、各々プーリ１３が固定されている。各々
のプーリ１３間はベルト１４を略８の字形状になるよう
に、上下に位相を変えて巻き回されており、その端部は
プーリ１３の円周上に固定する。以上の構成が、各々の
第２の腕８ａ、８ｂのなす開き角を同一にし、キャリア
１５を直進移動させる関節機構となっている。半導体ウ
エハ１６を積載するキャリア１５は、回転自在な転がり
軸受け７を介して第２の腕８ａ、８ｂの端部に支持され
る。本実施例ではキャリア１５には、同時に２枚の半導
体ウエハ１６を、各々のプーリ１３の中心点を結ぶ中心
線に体してプラスマイナス９０度の位置に積載出来るキ
ャリア１５としている。

【００２４】以上の基本構成からなる搬送装置は、以下
の動作を行なう。

【００２５】キャリア１５の直進移動は、大気側におか
れた駆動源１ａ、ａｂを各々逆方向に回転させて行う。
歯車２を介して駆動軸３ａ、３ｂに伝達された回転駆動
力は直接真空側に配された各々の第１の腕６ａ、６ｂに
伝達される。駆動軸３ａ、３ｂの駆動源１ａ、１ｂ側と
第１の腕６ａ、６ｂとの間は、磁性流体シール４によっ
て気密にシールされており、キャリア１５側は真空の状
態に保持される。第１の腕６ａ、６ｂは、各々逆方向に
回転し、それに伴い第２の腕８ａ、８ｂも第１の腕６
ａ、６ｂと結合している回転中心周りに回転移動する。
ここで第２の腕８ａ、８ｂは前述したプーリ１３及びベ
ルト１４からなる関節機構によって、各々の第２の腕８
ａ、８ｂの回転移動量は同一となり、またキャリア１５
が直進移動する。本実施例では、第１の腕６ａ、６ｂの
なす開き角が１８０度の状態の時、第２の腕８ａ、８ｂ
は第１の腕６ａ、６ｂに水平な姿勢となる寸法としてい
る。この状態を以下不動点位置と呼称する。すなわちこ
の状態でキャリア１５の中心は駆動軸３ａ、３ｂの回転
中心近傍と一致する関係である。本実施例では、駆動軸
３ａ、３ｂ中心と第１の腕６ａ、６ｂの一端に設けた第
２の腕８ａ、８ｂの回転中心間距離は３１０ミリ、第２
の腕８ａ、８ｂの回転中心とプーリ１３間距離は２８５
ミリ、各々のプーリ１３間の距離は５０ミリである。

【００２６】またキャリア１５の回転移動は、駆動源１
ａ、１ｂを同方向に回転させ、駆動軸３ａ、３ｂを介し
て第１の腕６ａ、６ｂを同方向に回転移動させること
で、任意の方向にキャリア１５を対向させることが可能
である。

【００２７】また本実施例では、関節機構としてベルト
１４、プーリ１３を使用しているが、プーリ１３の代わ
りに歯車を使用し、各々の第２の腕８ａ、８ｂの歯車を
噛み合わせて配した関節構造としても良い。

【００２８】図３は図１、図２に示した搬送装置を用い
て本発明による搬送の方法を時系列にして示した概略図
である。

【００２９】キャリア１５を、キャリア１５の移動速度
を保持したまま不動点位置を通過させた後停止させる制
御方法を採る。

【００３０】以下に本発明による搬送装置及び制御方法
を採った場合の搬送の一手順を説明する。図示していな
い第１の処理室内にある処理済み半導体ウエハ２８を搬
出してから、未処理ウエハ２７を第１の処理室内に搬送
設置し、先の処理済みの半導体ウエハ２８を図示してい
ない第２の処理室内に搬送設置する手順を模式図的に図
３ーａから図３ーｇに示した。直線移動や旋回移動中の
半導体ウエハ２７、２８や第２の腕８ａ、８ｂなどに矢
印を付した。図示していないロードロック室から未処理
の半導体ウエハ２７をキャリア１５の一方に移載した
後、第１の腕６ａ、６ｂを各々の逆方向に回転角αだけ
回転させてキャリア１５を不動点位置を超えて図の矢印
方向に直線移動させて、図示しない第１の処理室内のサ
セプタ上にある処理済みの半導体ウエハ２８の下側にキ
ャリア１５を挿入する（図３ーａ）。図示しないサセプ
タを降下させて処理済みの半導体ウエハ２８をキャリア
１５上に移載する（図３ーｂ）。第１の処理室から処理
済みの半導体ウエハ２８を第１の腕を各々逆方向に回転
角αだけ回転させて移動して、図示していない搬送室内
に不動点位置を越えて搬出する。次にキャリア１５上の
未処理の半導体ウエハ２７を第１の処理室に対向させる
ため、搬送室内で第１の腕６ａ、６ｂを同一方向に回転
させ、キャリア１５を旋回移動する（図３ーｃ）。尚、
一対の第１の腕６ａ、６ｂの成す開き角が１８０度の状
態を通過させ停止させた後に旋回移動することが円滑に
キャリア１５を移動させるうえで大切である。すなわち
図３ーｃに示すように、次に半径方向へ移動する側へ
（ここでは未処理の半導体ウエハ２７側へ）若干片寄る
ようにキャリア１５を搬送停止維持した状態で旋回制御
することが望ましい。第１の処理室へ未処理の半導体ウ
エハ２７を対向させた後（図３ーｄ）、第１の腕６ａ、
６ｂを互いに逆方向に回転角βだけ回転させて第１の処
理室内のサセプタ上に未処理の半導体ウエハ２７を移載
した後（図３ーｅ）、第１の腕６ａ、６ｂを各々の逆方
向に回転角βだけ回転させてキャリア１５を矢印方向に
移動させて搬送室内にキャリア１５を戻す（図３ー
ｆ）。次に第２の処理室へ処理済みの半導体ウエハ２８
を対向させた後、第１の腕６ａ、６ｂを回転角αだけ逆
方向に回転させて、第２の処理室内のサセプタ上に処理
済みの半導体ウエハ２８を移載して（図３ーｇ）、搬送
室内にキャリア１５を戻す。すなわち複数の処理室を備
えた半導体製造装置において、同様の手順を随時反復す
ることで、一対の第１の腕と第２の腕とから構成される
搬送装置のキャリアの移動に際して、不動点位置を一旦
通過させた後キャリアを停止する制御方法を用いること
によって、特別な手段を講じることなしに、いわゆるジ
ャックナイフ現象を生じることなく処理済みウエハと未
処理ウエハとの載せ替えが短時間で円滑に行える。

【００３１】また、本実施例では図３に示したようにキ
ャリア１５の半導体ウエハを積載する中心位置を、第２
の腕８ａ、８ｂの関節の回転中心軸３３の中心位置から
不等距離としている。これによって総合的な搬送時間の
短縮が実現される。すなわち複数の処理室内のサセプタ
の位置が搬送装置の回転中心から同距離にあると仮定し
た場合、キャリア１５の半導体ウエハを積載する中心位
置を、第２の腕８ａ、８ｂの関節の回転中心軸３３の中
心位置から等距離とした構成では、回転角はα≧βとな
り、図３ーａから図３ーｂの搬送に要する時間の方が、
図３ーｄから図３ーｅの搬送に要する時間より長く要す
る。また、搬送室の空間も有効に使用できない。しかし
本実施例に示す様にキャリア１５の半導体ウエハ１６を
積載する中心位置を、第２の腕８ａ、８ｂの関節の回転
中心軸３３の中心位置から不等距離、本実施例では図３
ーｃにおいて、未処理の半導体ウエハ２７の中心の方
が、処理済みの半導体ウエハ２８の中心位置より関節の
回転中心軸３３の回転中心に近い位置に設定する。これ
によって、不動点位置を通過して所定の位置に搬送する
に要する第１の腕６ａ、６ｂの回転角αの方が不動点位
置を越えずに搬送する際の第１の腕６ａ、６ｂの回転角
βより小さくなる。従って総合的な搬送時間は不動点位
置に状態から起動する場合と比較してほとんど差は生じ
ない。もちろんキャリア１５の停止位置及びキャリア１
５の半導体ウエハの積載位置を調整することで、αとβ
を同一とすることも可能である。よって本実施例による
制御方法を採ることにより、小型で、高信頼性の搬送装
置を実現できる。もちろん半導体ウエハ１６の積載位置
を第２の腕８ａ、８ｂの関節の回転中心軸３３の中心位
置から等距離としても搬送には何ら問題はない事は言う
までもない。

【００３２】図４及び図５は本発明の搬送装置の一実施
例であり、図４は鳥瞰図であり、図５は縦断面図を示し
ている。本発明の特徴は不動点位置の脱出機構を備えた
点にある。

【００３３】各々の駆動源１ａ、１ｂから第１腕６ａ、
６ｂに回転駆動力を伝達する構成は図２の実施例と同様
の構成を採っている。各々の第１の腕６ａ、６ｂは回転
自在な転がり軸受け７を介して各々支持している。各々
の第１の腕６ａ、６ｂの端部には、回転自在なころがり
軸受け７を介して第２の腕８ａ、８ｂが各々回転支持さ
れる。ここで、第１の腕６ａと結合した駆動軸３ａに
は、プーリ９を同軸に配し固定する。同様にプーリ９と
同一の直径のプーリ１０を、この第１の腕６ａとは別の
駆動軸３ｂに結合した第１の腕６ｂの端部に配して回転
支持した第２の腕８ｂの回転軸と同軸に配し固定する。
各々のプーリ９、１０間には、プーリ９、１０の回転中
心を結ぶ中心線に対して線対称な位置に上下に位相をず
らして配したベルト１１で結合し、ベルト１１の端部は
プーリ９、１０に巻き付け円周上に固定する。この時ベ
ルト１１は、一本の連続したベルトではなく、途中を分
断し、その間に引っ張りコイルバネ１２を挿入した構成
とする。以上のプーリ９、１０及びベルト１１によっ
て、不動点位置脱出機構が構成されている。

【００３４】次に不動点位置脱出機構の原理を説明す
る。第１の腕６ａ、６ｂの回転開始と同時に第１の腕６
ａと結合している駆動軸３ａと同軸に配したプーリ９も
同方向に回転する。プーリ９の回転に伴って、プーリ１
０にもベルト１１を介して同方向の回転駆動力が伝達さ
れる。プーリ１０に伝達される回転駆動力の方向はプー
リ９を回転支持している第１の腕６ｂの回転方向とは逆
の方向となる。またプーリ１０に伝達される回転量は、
各々の第１の腕６ａ、６ｂの相対量であり、およそ第１
の腕６ａ、６ｂの回転量の２倍である。従って、第１の
腕６ａ、６ｂの回転と同時に、第２の腕８ｂに結合した
プーリ１０にも回転駆動力が伝達されることから、第２
の腕８ｂの回転移動が行われ、キャリア１５が直進移動
する。ここで、本実施例のように関節機構を構成するプ
ーリ１３が２個並列に配している場合は、第１の腕６
ａ、６ｂの回転量に対して、第２の腕８ａ、８ｂの回転
移動量は若干増加する（増速する）。従って一本の連続
したベルト１１をプーリ９、１０間に使用した場合に
は、第２の腕８ａ、８ｂの回転量が途中で不足し、キャ
リア１５の直進移動が困難となる現象を生じる。本実施
例では、ベルト１１を途中で分断し、その間に引っ張り
コイルバネ１２を挿入して用いている。本構成とするこ
とによって、第１の腕６ａ、６ｂの回転量と第２の腕８
ａ、８ｂの回転量の差は、引っ張りコイルバネ１２の伸
縮によって吸収されることから、キャリア１５は正常に
直進移動が可能となる。尚、引っ張りコイルバ１２ネに
よって、ベルト１１に印加される張力は、第２の腕８ｂ
の起動トルクに対して十分な値となるような構成とする
必要がある。

【００３５】以上述べてきた本実施例の構成を採る搬送
装置は、２枚の半導体ウエハを積載可能で、不動点位置
の脱出機構を備えていることから、いわゆるジャックナ
イフ現象が生じることなく円滑に不動点位置を越えての
搬送が可能となり、一対の第１の腕６ａ、６ｂ及び第２
の腕８ａ、８ｂで構成される搬送装置を抵コストで実現
できる。また不動点位置の状態からの起動が可能となる
ため、搬送空間の効率的な利用が可能となり、最小旋回
半径を小さくでき、製造装置の小型化に大きく貢献でき
る。図６は本発明の搬送装置の不動点位置上での状態と
半導体ウエハを直進移動した状態での平面図を示してい
る。直径１２インチの半導体ウエハ１６を２枚積載可能
なキャリア１５を有し、最大搬送距離は８００ミリ（駆
動軸中心と図示していない処理室内のサセプタ中心間距
離）の搬送装置を納める搬送室１７の直径は７００ミリ
である。これは先に示した図１５の従来の搬送装置の搬
送室１７の直径と比較して約１５％小型化できる値であ
る。またキャリア１５上の半導体ウエハ１６を駆動軸３
ａ、３ｂの回転中心近傍に近ずけて積載することが可能
であることから、キャリア１５の回転移動時に半導体ウ
エハ１６に加わる遠心力が小さくなる。従って回転移動
速度の高速化が実現できるようになることで高速搬送が
可能となる。さらに本実施例では、不動点位置からの起
動の際だけにプーリ９、１０、ベルト１１によって、回
転駆動力を伝達する必要があるが、不動点位置から脱出
した後は一対の第１の腕６ａ、６ｂ、第２の腕８ａ、８
ｂで構成されているリンク機構によって、第２の腕８
ａ、８ｂに回転駆動力が伝達されることから、搬送速度
はベルト１１の剛性に左右されずさらに高速な搬送が実
現できる。またキャリア１５の搬送位置の調整は、駆動
源１ａ、１ｂの回転量の調整のみで行えて、特別に煩雑
な調整は必要としない。従って高信頼性な搬送装置を実
現できる。

【００３６】図７は本発明の不動点位置脱出機構の別の
実施例を示している。第１の腕６ｂの部分のみを記載し
てある。

【００３７】プーリ９、１０間に一組のテンションプー
リ１９を配し、テンションプーリ１９は引っ張りコイル
バネ１２で引っ張られ、ベルト１１に張力が加えてい
る。テンションプーリ１９は各々のテンションプーリの
中心を結ぶ中心線に沿って移動が可能なように第１の腕
６ｂに支持されている。本構成とすることによって、第
１の腕６ｂの回転量と第２の腕８ｂの回転量の差は、引
っ張りコイルバネ１２が伸縮し、テンションプーリ１９
が移動することで吸収されることから、キャリア１５は
円滑に直進移動が可能となる。尚、引っ張りコイルバネ
１２、テンションプーリ１９によって、ベルト１１に印
加される張力は、第２の腕８ｂの起動トルクに対して十
分な値となるような構成とする必要がある。

【００３８】図８は本発明の不動点位置脱出機構の別の
実施例を示している。第１の腕６ｂの部分のみを記載し
てあいる。

【００３９】プーリ９の回転半径が第１の腕６ｂの回転
量と第２の腕８ｂの回転量の比率となるように、連続的
に変化するカム構造としてある。この比率は、第１の腕
６ｂ、第２の腕８ｂの長さで幾何学的に求めることがで
きる。本構成とすることで、第１の実施例、第２の実施
例で使用した引っ張りコイルバネ１２またはテンション
プーリ１９を使用することなく、単純なベルト１１及び
プーリ９、１０の構成からなる不動点位置脱出機構とす
ることが可能である。

【００４０】図９は本発明の不動点位置脱出機構の別の
実施例を示している。

【００４１】図９は不動点位置の状態の搬送装置の第１
の腕６ａ、６ｂが各々５度回転したときの平面図であ
り、図１０は搬送装置の縦断面図を示している。第１の
腕６ｂの駆動軸３ｂの端面に永久磁石２１ａ、２１ｂを
１８０度対称の位置に配する。一方各々の関節の回転中
心軸同士を板２３で結合し、不動点位置の姿勢で駆動軸
３ｂの端面に配した永久磁石２１ａ、２１ｂと対向する
位置に永久磁石２２ａ、２２ｂを配する。このとき一方
の対向する磁石２１ａ、２２ａ間には吸引力が働くよう
な極性配置とし、他方の対向する磁石２１ｂ、２２ｂ間
には排斥力が働くような極性となるように配する。

【００４２】駆動軸３ｂの回転による永久磁石２１ａ、
２１ｂの回転移動に伴って、吸引力が働くように配した
駆動軸３ｂとキャリア１５の永久磁石２１ａ、２２ａは
駆動軸３ｂの回転方向に吸引力によって引き寄せられ
る。同時に、排斥力が働くよう配したキャリア１５と駆
動軸３ｂの永久磁石２１ｂ、２２ｂはキャリア１５を駆
動軸３ｂの回転方向とは逆の方向に排斥力によって押し
上げる。すなわち本発明は、永久磁石２１ａ、２２ａ、
２１ｂ、２２ｂによる吸引力、排斥力を利用し駆動軸３
ｂの回転と同時にキャリア１５を押し出す力を生じさせ
ることで、キャリア１５の不動点位置からの脱出を可能
とする。本発明によれば、ベルト１１プーリ９、１０、
などを使用せずに不動点位置の脱出が可能となり、より
低価格な不動点位置脱出機構を実現できる他、さらに従
来の搬送装置にも容易に付加できる。図１１は本発明の
別の実施例を示している 以上説明してきた実施例と異なっている点は、搬送室
（図示せず）３７内の圧力を１×１０Ｅー７Ｐａ以下に
到達維持する目的で、駆動源１ａ、１ｂの動力の従動軸
２６ａ、２６ｂへの伝達手段として永久磁石２４ａ、２
４ｂ、２５ａ、２５ｂを用いたマグネットカップリング
を採用している点にある。

【００４３】駆動軸３ａ、３ｂの同芯円上には、等間隔
で永久磁石２４ａ、２４ｂが固定されている。永久磁石
２４ａ、２４ｂのフランジ５を挟んで真空側の各々の対
向する位置に、永久磁石２５ａ、２５ｂを永久磁石２４
ａ、２４ｂと各々独立に磁気回路を形成するように従動
軸２６ａ、２６ｂの同芯円上に配置する。従動軸２６ａ
は、回転自在な転がり軸受け７を介して別の従動軸２６
ｂに支持され、従動軸２６ｂは回転自在なの転がり軸受
け７を介して、フランジ５の真空側に支持される。キャ
リア１５の直進移動は、駆動源１ａ、１ｂを互いに逆に
駆動する。各々の駆動軸３ａ、３ｂの回転に伴い、永久
磁石２４ａ、２４ｂと永久磁石２５ａ、２５ｂの間に回
転磁界が生じる。その結果駆動軸３ａ、３ｂの回転に同
期して真空フランジ５の真空側の永久磁石２５ａ、２５
ｂを保持している従動軸２６ａ、２６ｂが互いに逆方向
に回転する。各々の従動軸２６ａ、２６ｂの回転に従
い、従動軸２６ａ、２６ｂに固定した第１の腕６ａ、６
ｂが各々の逆方向に回転し、前述してきた動作でキャリ
ア１５が直進移動する。

【００４４】キャリア１５の回転移動は、各々の駆動源
１ａ、１ｂを同方向に回転し従動軸２６ａ、２６ｂを同
方向に回転させることで、旋回開始時の姿勢を保持した
状態でキャリア１５は回転移動する。

【００４５】本実施例によるマグネットカップリングを
用いた回転駆動力伝達方式を採れば、駆動部と真空容器
３７内は、フランジ５の隔壁によって物理的に完全に遮
断されていることから、搬送室内の雰囲気を確実に保持
することが可能となり、製造装置の信頼性が大きく向上
する。本実施例によれば搬送室内の圧力は１×１０ー７
Ｐａ以下に到達維持することが可能である。

【００４６】以上述べてきた実施例では、キャリア１５
に積載する半導体ウエハ１６は２枚としているが、１枚
のみの半導体ウエハ１６を積載可能なキャリア１５を取
付けても問題はない。図１２は半導体ウエハ１６を一枚
積載し搬送する搬送装置の実施例を示している。本発明
によれば不動点位置を越えての搬送が可能となることか
ら、キャリア１５上の半導体ウエハ１６を駆動軸３ａ、
３ｂ中心近傍上まで移動可能となる。従って、第１の腕
６ａ、６ｂを同一方向に回転して半導体ウエハ１６の搬
入出の軸方向を変えるための旋回移動持に、半導体ウエ
ハ１６に遠心力が及ぶのを防止できる。従ってより高速
な旋回動作が可能となり、搬送時間を短縮できる効果が
得られる。

【００４７】また図３に示した搬送方法と上述の不動点
位置脱出機構を備えた搬送装置の実施例を併用しても問
題はなく、その際は以下の効果が得られる。

【００４８】搬送装置において、起動時に第１の腕６
ａ、６ｂ及び第２の腕８ａ、８ｂに最も大きな回転駆動
力を必要とし、その後は必要トルクは減少するのが一般
的である。図３の搬送方法を採れば、起動時の姿勢は不
動点位置とならないため、起動時に必要となる最も大き
な回転駆動力は、第１の腕６ａ、６ｂ、第２の腕８ａ、
８ｂで構成されるリンク機構によって第２の腕８ａ、８
ｂに回転駆動力が伝達される。第１の腕６ａ、６ｂの回
転動力は駆動源１ａ、１ｂの出力で供給される。起動後
第１の腕６ａ、６ｂの回転速度が所望の速度に達する時
点、またはその前後の時点で、不動点位置を通過する制
御を行うことで、不動点位置を通過する際にのみベルト
１１を用いて第２の腕８ａ、８ｂに回転駆動力を伝達す
る不動点位置脱出機構において、ベルト１１の伝達トル
クを著しく小さく設定することが可能となる。従ってベ
ルト１１の著しい小型化が可能となり、また、ベルト１
１の負荷が軽減されるためより高信頼性で、より第１の
腕６ａ、６ｂの小型化が可能な不動点位置脱出機構を構
築できる。

【００４９】尚、以上の実施例では、被搬送物として半
導体ウエハに限定して説明してきたが、半導体ウエハに
限定されるものではなく、例えば薄膜トランジスタを用
いた液晶パネルの生産ライン用の搬送装置としても使用
できる事は言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上述べてきた不動点位置の通過可能な
搬送方法及びまたは不動点位置脱出機構を備えた一対の
腕から構成される小型で安価な搬送手段を用いることに
よって、半導体製造装置の小床面積化が可能となり、限
られた面積のクリーンルームなどのプロセスエリアを有
効に活用可能となる。また、キャリアを移動速度を保持
したまま不動点位置を越えて停止する制御方法によっ
て、より小型で高速な搬送装置が実現でき、ジャックナ
イフ現象を生じることなく円滑にキャリアの高速搬送が
可能となり搬送時間を短縮できる。また複数の処理室を
備えた半導体製造装置において、一対の第１の腕及び第
２の腕と２枚搭載可能なキャリアとで構成されるリンク
機構によって、処理済み半導体ウエハと未処理半導体ウ
エハとの載せ換えが短時間で可能となり、スループット
の向上が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す搬送装置の平面図
である。

【図２】本発明の第１の実施例を示す搬送装置の縦断面
図である。

【図３】本発明の搬送方法の概略図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す搬送装置の鳥瞰図
である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す搬送装置の縦断面
図である。

【図６】本発明の搬送装置の平面図である。

【図７】本発明の第３の実施例の平面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の平面図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す搬送装置の平面図
である。

【図１０】本発明の第５の実施例を示す搬送装置の縦断
面図である。

【図１１】本発明の第６の実施例の縦断面図である。

【図１２】本発明の搬送装置の平面図である。

【図１３】従来のアーム型搬送装置の縦断面図である。

【図１４】従来の蛙足型搬送装置の鳥瞰図である。

【図１５】従来の蛙足型搬送装置の平面図である。

【符号の説明】

1..駆動源、２...歯車、３....駆動軸、４...磁性流体
シール、５..真空フランジ、６....第１の腕、７....転
がり軸受け、８...第２の腕、９...プーリ、１０...プ
ーリ、１１...ベルト、１２...引っ張りコイルバネ、１
３...プーリ、１４...ベルト、１５...キャリア、１
６...半導体ウエハ、１７...搬送室、１８...開閉ゲー
ト、１９...テンションプーリ、２０...カム、２１...
永久磁石、２２....永久磁石、２３...板、２４...永久
磁石、２５...永久磁石、２６...従動軸、２７...未処
理の半導体ウエハ、２８...処理済の半導体ウエハ、２
９....アーム、３０...ベルト、３１...プーリ、３
２...処理室、、３３...回転中心軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 泰秀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同軸に配した２軸の駆動軸を有し、前記駆
   動軸とその一端が結合し駆動可能な一対の第１の腕と、
   前記第１の腕のもう一方の他端に、第１の腕に対して回
   転自在な構成からなる一対の第２の腕が結合し、前記各
   々の第２の腕の開き角を同一にする関節と前記各々の関
   節の回転中心軸支持された被搬送物を載置するキャリア
   を有する搬送装置において、前記キャリアが前記駆動軸
   の回転中心軸上を通過可能な搬送装置。
2. 【請求項２】同軸に配した２軸の駆動軸を互いに逆方向
   に回転駆動して、前記駆動軸の一端が結合した一対の第
   １の腕と、前記第１の腕の他端に回転自在にそれぞれ支
   持された一対の第２の腕と、前記第２の腕の他端を互い
   に拘束して支持されたキャリアとを、前記同軸に配した
   ２軸の駆動軸に対して垂直な方向に移動させる搬送方法
   において、前記一対の第１の腕の互いになす開き角度が
   １８０度となる位置を通過するようにキャリアを直線移
   動させた後、前記駆動軸の駆動を停止し、次に前記２軸
   の駆動軸を互いに同一方向に回転駆動して、前記キャリ
   アを旋回移動させる工程を少なくとも反復して被搬送物
   を搬送することを特徴とする基板の搬送方法。
3. 【請求項３】同軸に配した第１の駆動軸と第２の駆動軸
   と、前記第１の駆動軸の一端が結合した第１の腕と、前
   記第２の駆動軸の一端が結合した第２の腕と、前記第１
   の腕の他端に回転自在にそれぞれ支持された第３の腕
   と、前記第２の腕の他端に回転自在にそれぞれ支持され
   た第４の腕と、前記第３の腕の他端と前記第４の腕の他
   端を互いに拘束して支持されたキャリアとを有する搬送
   装置において、前記第１の腕の他端の前記第３の腕の回
   転軸と同軸で前記第３の腕に結合した前記第１のプーリ
   と、前記第２の駆動軸に結合した前記第２のプーリと、
   前記第１のプーリと前記第２のプーリとを結合して回転
   力を伝えるベルト機構からなる不動点の脱出機構を少な
   くとも有することを特徴とする基板搬送装置。
4. 【請求項４】同軸に配した第１の駆動軸と第２の駆動軸
   とを互いに逆方向に駆動して、前記第１の駆動軸の一端
   が結合した第１の腕と、前記第２の駆動軸の一端が結合
   した第２の腕と、前記第１の腕の他端に回転自在に支持
   された第３の腕と、前記第２の腕の他端に回転自在にそ
   れぞれ支持された第４の腕と、前記第３の腕の他端と前
   記第４の腕の他端を互いの拘束して支持されたキャリア
   とを、前記同軸に配した駆動軸に対して垂直な方向に移
   動させる搬送方法において、前記第１の腕の他端の前記
   第３の腕の回転軸と同軸で前記第３の腕に結合した第１
   のプーリを、前記第２の駆動軸に結合した第２のプーリ
   から、前記第１のプーリと前記第２のプーリとを結合し
   て回転力を伝えるベルト機構によって駆動して、前記第
   １の腕と前記第２の腕の互いになす開き角度が１８０度
   となる位置での不動点を脱出する工程を少なくとも有す
   ることを特徴とする基板搬送方法。
5. 【請求項５】請求項３記載のベルト機構が、前記第１の
   プーリと前記第２のプーリを結合するベルトまたはワイ
   ヤは、その途中に引っ張りバネを挿入したベルトまたは
   ワイヤであって、前記ベルトまたはワイヤは、前記プー
   リの中心を結ぶ中心線に対して左右対称に、かつ上下に
   位相が異なるように配し、かつ各々のベルトは、そ一端
   を前記第１のプーリの円周に巻き回して固定し、他端を
   第２のプーリの円周に巻き回して固定して結合した構成
   からなる不動点位置脱出機構を備えた請求項３記載の搬
   送装置。
6. 【請求項６】請求項３記載のベルト機構において、前記
   第１、第２のプーリの少なくとも一方のプーリの前記ベ
   ルトまたはワイヤを巻き回す回転半径が連続的に可変す
   るカム構造となっている構成からなる不動点位置脱出機
   構を備えた請求項３記載の搬送装置。
7. 【請求項７】請求項３記載の搬送装置において、前記一
   方の腕の駆動軸の円周上に１８０度対称の位置に一対の
   磁石を配し、前記一対の第１の腕の成す開き角が１８０
   度の状態で前記第２の腕及びまたはキャリアの前記一対
   の磁石と対向する位置に、別の一対の磁石を配した構成
   からなる不動点位置脱出機構を備えた請求項３記載の搬
   送装置。
8. 【請求項８】請求項１から７記載の搬送装置において、
   前記キャリアが、前記各々の第２の腕の関節の回転中心
   を結ぶ中心線に対して、１８０度対称の位置に同時に、
   ２つの被搬送物を積載可能なキャリアであり、及びまた
   は前記キャリアの被搬送物積載中心位置が前記第２の腕
   の関節の回転中心から各々不等距離にあることを特長す
   る搬送装置。
9. 【請求項９】請求項１から８記載の搬送装置において、
   前記駆動軸と前記駆動軸に回転動力を供給する駆動源を
   気密的にあるいは物理的に遮断し、動力を伝達する機能
   を有したシール手段を介して接続されていることを特長
   とする搬送装置。
10. 【請求項１０】請求項９記載の搬送装置において、前記
    シール手段として前記駆動源と前記駆動軸を磁気的に結
    合したマグネットカップリングであることを特長とする
    搬送装置。
11. 【請求項１１】請求項１から１０記載の搬送装置におい
    て、前記被搬送物が半導体ウエハであって、前記搬送装
    置が、少なくとも一つ以上の半導体ウエハに処理を施す
    処理室と、前記処理室に連結可能な搬送室を備え、前記
    搬送室内に配される搬送装置。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の処理室として、所望の
    ガスまたは励起した所望のガスを使用し、半導体ウエハ
    に所望のパターンを形成する処理室、及びまたは常温以
    外の温度雰囲気にて前記半導体ウエハの処理を行なう処
    理室、及びまたは所望のパターンの自己成長処理を行な
    う育成手段を有する処理室、及びまたは所望のパターン
    の除去加工処理を行なう除去加工手段を有する処理室、
    及びまたは所望のパターンの堆積加工処理を行なう堆積
    加工手段を有する処理室であることを特長とする請求項
    １から１０記載の搬送装置。