JPS63124763A - 物品移送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は移送及び位置付はシステム、より具体的に言え
ばクリーン・ルーム（清浄室）内で使うだめの移送及び
位置付はシステムに関する。

Ｂ、従来の技術及びその問題点 製造中の物品の汚染を防止するために、物品の移送及び
位置付けが実質的に粒子のない環境内で行われねばなら
ない種々の型式の製造例がある。

これらの製造例のなかで衆知に属する例が半導体チップ
の製造の分野で見ることが出来る。半導体チップの製造
は通常「クリーン・ルーム」と言われている基部で行わ
れ、クリーン・ルーム内では、浮遊する粒状物質の類は
絶対的に除去される。半導体の製造プロセスから製造さ
れる電子デバイスの大きさが益々小さくなったので、粒
子のないクリーン・ルームの清浄の程度が限界に達して
いる。

これに関連していうと、製造プロセスの間でたった１個
の塵埃でも今や汚染を与えて電子チップを駄目にするこ
とがありうる。

現用の多くのクリーン・ルームは、塵埃粒子の類を除去
するために、クリーン・ルームの天井からクリーン・ル
ームの床の格子を通って流れる濾過空気流を用いている
。然しながら、空気の乱流は、クリーン・ルーム環境か
ら粒子物体を除去するこの方法に対する解決しえない問
題を与えている。

本発明は、クリーン・ルーム環境内に相当な量の粒子状
の物質を発生する発生源を取り除くことを指向している
。このことに開運して説明すると、クリーン・ルーム内
において、移送及び位置付は装置の運動部材及び静止部
材の間の接触が、相当量の粒子状物質を発生することは
既に知られている。代表的なリニヤ・アクチュエータは
、モータが案内路にアクチュエータ組立体を運動させる
ために、ローラ又はボールを有する機械的な案内路と、
推進ねじや空気シリンダのような機構とを必要とする。

従って、この型の構造は。相当の量の粒子状物質を発生
する回転運動の摩擦及び滑動のＷ！擦を含んでいる。同
様に、代表的なロボット用の球８，１１手及び円筒状継
手は相当量の粒状物質を発生する摩擦を含んでいる。

チップを保持している領域から遠ざかる方向へ特別に設
計された空気流中の下流に、摩擦が生ずる部分を置くこ
とによって、この種の装置で発生される粒状物質を除去
する試みが行われている。

然しながら、このような空気流式の解決法は高価であり
且つ使用可能領域が限定され、そして、−般にあまり効
果的ではない。更に、室内で装置を移動したり、或は位
置付けるのに使用する種々の型式の密閉したツール室が
ある。クリーン・ルーム内の空気流はそのような密閉ツ
ール室内で発生される粒状物質には効果が及ばない。

本発明は、クリーン・ルーム内または、ウェハ処理用ツ
ール室内に設置された移送用及び位置付は用システムの
回転及び滑動摩擦によって発生された粒状物質により惹
起される上述の問題を解決することを目的としている。

本発明の利点は、移動及び位置付はシステムにおいて、
静止部分と運動部分との間のすべての摩擦接触が除去さ
れるということにある。その結果、本発明の移動及び位
置付はシステムは、クラス１０又はそれ以上の清浄度を
有するクリーン・ルーム及びウェハ処理ツールそれ自身
内で使うことが出来る。加えて、クリーン・ルーム内で
装置を位置付けることに関する制限、即ち、粒状物質の
飛来方向による制限や、空気流の方向による装置の位置
付けの制限は、本発明によってもはや問題にはならない
。

Ｃ９問題を解決するための手段 簡単に言うと、本発明の装置は、 表面を有する支持部材と、 支持部材の面と相対的に移動するために、支持部材に近
接して配置された少くとも１つの面を有する移動部材と
、 支持部材の面及び移動部材の少くとも１つの面との間に
空気ベアリングを形成する手段と、モータが動作すると
、固定子と該固定子と相対的に動くアーマチャとを含む
無刷子の磁気的に結合されたモータと、 固定子及びアーマチャは近接しているが物理的には接触
しないように、アーマチャを空気ベアリングで物理的に
保持させる手段と、 から成る移送装置である。

本発明の１つの実施例において、支持を与える部材は、
移動部材がアーマチャと共に移動するように、移動部材
にアーマチャを接続するフレーム部材を含んでいる。

本発明の良好な実施例において、磁気的に結合されたモ
ータは無刷子の直流リニヤ・モータである。このモータ
において、アーマチャは固定子の一部の中に設けられて
いる。

本発明の１つの実施例において、支持部材はレールを含
んでおり、そして、レールの長手方向に沿って移動動作
を行う移動部材は物品を載せる台を含んでいる。この実
施例において、この移動手段はレールを取り囲むスライ
ダを含み、このスライダは、レールとスライダの内側面
との間で形成する空気ベアリングを持っている。

本発明の他の実施例において、支持部材は球面状の部分
を含んでいる。この実施例において、固定子は、外殻部
の少くとも一部が球形状を呈しており、回転子、即ちア
ーマチャは固定子の外殻部の内側で同心的に配置され、
且つ少くとも一部が球形状にされており、支持作用手段
は、物品を載せる台と回転子とを接続するための接続部
材を含んでいる。

本発明の他の実施例において、支持部材はハウジングを
含み、連動部材はハウジングに設けられた円筒状継手を
含み、その円筒状継手は円筒状継手とハウジングの間で
形成された空気ベアリングを持っている。この実施例に
おいて、固定子は空洞の第２シリンダの少くとも一部の
形状を持ち、そして、回転子は固定子の空洞シリンダ内
で同軸的に設けられた第３シリンダの形状を持っている
。

本発明の他の実施例において、モータの回転子は回転子
、即ちアーマチャを包括するハウジングを含むモータ固
定子を有する円筒状回転子を含んでいる。この実施例に
おいて、固定子は支持部材として作用し、回転子は運動
部材として作用し、支持作用手段は円筒状回転子とその
固定子の間の空気ベアリングを形成する手段を含んでい
る。

Ｄ、実施例 本発明の移送及び位置付は装置は、装置の静止部材と運
動部材との間の接触なしでその機能を達成する。本発明
は空気ベアリング案内部と、磁気的に結合された無刷子
のモータとを結合させた新規な着想に基づいており、ま
た、空気ベアリングは、磁気的に結合されたモータのア
ーマチャを物理的に保持する機能を持っているので、モ
ータの固定子とアーマチャの間に物理的な接触がない。

本発明は、製品の移送及び位置付けが実質的に粒子のな
い環境に置かれねばならない、種々多様な製造装置に適
用することが可能である。本発明の実施例は以下に説門
する特定の適用例を示す特定の装置である。

本発明を理解するために、以下に示す３つの実施例につ
いて説明する。第１の実施例は直線状、又は曲線試の移
送系に本発明を適用したものである０本発明の第２及び
第３の実施例は、ロボットに利用しつる形式の円筒状継
手（ｓｙｌ　１ｎｄｒｉｅａｌｊｏｉｎｔ）及び球状継
手（ｂａｌｌ　ｊｏｉｎｔ）の適用例を示すものである
。

第１図を参照すると、全体として無接触の直線状、又は
曲線試の移送機能を遂行する実施例が示されている。第
２図は第１図の装置の基本概念を説明するための断面図
である。第２図は正確な縮尺図ではなく、単なる説明図
であることは注意を要する。

第１図及び第２図を参照すると、表面を持つ支持部材１
０と、支持部材の面と相対的に移動するために、支持部
材１０に近接して配置された少くとも１つの面を有する
移動部材１２と、支持部材の面及び移動部材の少くとも
１つの面との間に空気ベアリングを形成する手段と、モ
ータ１４が動作すると、ステータ、即ち固定子１６及び
該固定子と相対的に動くアーマチャ１８とを含む無刷子
の磁気的に結合されたモータ１４と、固定子１６及びア
ーマチャ１８は近接しているが物理的には接触しないよ
うに、アーマチャ１８を空気ベアリングで物理的に保持
させる手段２０とが示されている。このリニヤ移送装置
の実施例において、支持部材１０はレールでもよく、移
動手段１２は、レール１０の周囲を実質的に取り囲むス
ライダ１２を含んでいる。従って、空気ベアリングはレ
ール１０とスライダ１２の内面との間に形成される。

この実施例において、空気ベアリングを有するこのレー
ル式滑動構造部材は、マサチューセッツのウェストボロ
（Ｗｅｓｔｂｏｒｏ、　Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）
所在のドーパ・インスツルーメント社（ＤｏｖｅｒＩｎ
ｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　Ｃｏｒｐ、）で製造された部品番
号６００Ｓにより実施された。この部品は空気ベアリン
グを形成するために空気または窒素を用いる。圧縮空気
又は圧縮窒素はスライダ組立体中の流体通路のネットワ
ークによって、スライダ１２及びスライドレール１０の
四面との間の界面に均等に配分されている。従って、ス
ライダ１２及びスライドレール１０の間にある非常に小
さく且つ非常に正確な空隙がスライドレール１０上のス
ライダ１２を支持する空気膜を生ずる空気圧を保持する
。空気のこの薄膜、即ち、空気ベアリングは、スライダ
１２がスライドレール１０と物理的に接触することなく
、空気ベアリングで完全に支持されたスライダ１２をス
ライドレール１０に沿って移動させる。

良好な実施例において、磁気的に結合されたモータは固
定子の一部内に配置されたアーマチャを有する無刷子直
流リニヤモータである。そのようなモータの１例はニュ
ーヨーク州ハウバグ（Ｈａｕｐｐａｕｇ）所在のアノラ
ッド社（Ａｎｏｒａｄ　Ｃｏｒｐ、）で製造している部
品番号Ｌ−１−Ｂ−４６のモータである。この無刷子モ
ータは、跳ねたり、火花を発したり、Ｍ粍したりする原
因になる回転摩擦、滑り摩擦を生ずる部分を持っていな
い、このモータは、直接駆動型のリニヤ直流サーボ・ア
クチュエータであって、円滑な直線運動を与えるもので
ある。これは３相の全波モータ制御システムを用いる。

このモータは移動コイル構造と、移動磁石構造との２つ
の型式がある。移動コイル構造は移動部材中の電磁コイ
ルと、固定部材に装着された永久磁石とを持っている。

この構造は一連の希土類磁石を装着した細長いＵ字形の
磁石組立体を含んでいる。磁石組立体はこの装置の固定
側の素子であって、均一に離隔され且つ互いに逆極性を
持つ上側磁石と下側磁石で構成されている。これは、固
定子１６の上側部材及び下側部材がＵ字形磁石組立体を
構成している第１図及び第２図に示した構造である。こ
の固定子の上側磁石は、動作中に、駆動力発生能力を向
上するための磁界を今える。

このアノラッド装置のコイル組立体は重ね合わされ且つ
絶縁された一連の銅線のコイルを含んでおり、それら”
のコイルは精密に巻かれ且つ導電サイクルのため１２０
”に配置されている。このコイル組立体はアルミニウム
のハウジング内に装着され、本発明のアーマチャ１８を
含んでいる。３個のホール効果感知器の組がアーマチャ
１８のコイルをコミュテートする目的でコイル組立体枠
に装着されている。これらのホール効果感知器はコイル
及び磁石の設定されたピッチに応答して位置付けられて
いる。アノラッド・モータのこの移動コイルの構造は移
動アーマチャ部材１８に装着された電力供給数コミュテ
ート用のケーブルを必要とすることは注意を要する。こ
れは、モータのアーマチャ１８が運動する距にと少くと
も等しい長さにケーブルを整合しなければならないこと
を意味する。

また、アノラッド・モータは、ステータ１６中に形成さ
れた精密な巻線コイル／積層体の組と、アーマチャ１８
としての移動する短い磁石組立体とを含む可動磁石構造
を有するよう設計されている。アーマチャ１８の磁石構
造が移動するとき、磁石の下にある固定子１６中のコイ
ルだけが、コイルの組を制御する非接触式のホール効果
感知器によって付勢される。上述の無刷子直流リニヤ・
モータは、贋動のない平滑な運動と、必要ならば高速度
の移動を与える。

本発明に従って、モータ１４のアーマチャ１８は、アー
マチャを空気ベアリングで物理的に保持させる手段、即
ちインターフェース・ブラケット２０と、ゴム製の衝撃
／不整列用ブツシュ２２とによって、空気ベアリング・
スライダ１２に結合されている。ブツシュ２２はリニヤ
モータのアーマチャ１８と空気ベアリング・スライダ１
２との間に弾力を与えて、小さな不整列を補償しそして
、これら２つの素子の間の機械的なりッションを与える
。

上述した素子は、３点支持系によって、機械の筐体２４
上に配置される。３点支持系は、第１図に示されている
ように、３個の球面支持ワッシャ２６によってスライド
レール１０を支持しており、これにより、レールが装着
されたとき、スライドレール１０の捩り歪みを防止する
。

更に、この実施例は、移動部材１２が移動する支持部材
の表面の通路に近接して設けられた位置表示器と、移動
部材１２に設けられていて、位置表示器を読み取り、こ
の読み取り値に甚づいてモータの動作を制御する位置読
みセリ器とを含んでいる。第１図に示された実施例にお
いて、スライダ１２に接続されたサーボ系に対して位置
をフィードバックするための、符号化用格子３０が用い
られている。この符号化用格子３０を読み取るために、
スライダ１２上に符号読み取り器３２が設けられている
。符号読み取り器３２と符号化格子３０との間は物理的
に接触しないことは理解出来る。

例えば、符号読み取り器及びその付属電子回路はアノラ
ッド社で製造された部品番号ＩＥＥ９−５０によって実
施することが出来る。

上述した符号化用格子３０及び符号読み取り器３２の動
作を以下に説明する。符号読み取り器は、符号化用格子
３０に形成されている格子と同じ方向でほぼ同じピッチ
の格子を持っている。はぼ同じピッチを持つ２個の格子
の相対的な位置がモアレ像干渉縞を生じることは公知で
ある。符号読み取り器３２に設けられた短いインデック
ス（割り出し用）格子を設けて、固定した長尺の符号化
用格子３０と相対的に移動することによって一連のモア
レ干渉縞が発生される。これらの干渉縞は符号読み取り
器３２で検出され、符号読み取り器３２はスライダ１２
の位置を決めるための正弦波電気信号を発生する。第１
図に示された実施例において、符号化用格子３０は符号
化用ガラス部材３４上に装着されたゴムの表面に設けら
れ、クランプ・プレート３６により位置付けられる。

種々の型式の物品担持機構をスライダ１２に設けること
が出来る。第１図においては、スライダ１２に装着され
た物品を載せる台３６が示されている。物品を載せるこ
の台３６は単純なウェハの掴み台でもよい。

第１図に示された無刷子の直流リニヤ・モータは開ルー
プ構成で動作するリニヤ・ステップモータの動作で置き
換えることが出来る。然しながら、そのようなモータは
、精密な速度と精密な位置決め能力は持たない。

第３図を参照すると、本発明の他の実施例が示されてい
る。第３図に示した構成の目的は与えられた装置のため
に回転運動を与えることにある。

第３図の実施例において、円筒形の回転子、即ちアーマ
チャ５０が軸５２に装着されている。固定子のハウジン
グ５４は回転子５０を包括している。

第３図の実施例において、回転子５０は公知の態様で回
転子の周囲に装着された一組の永久磁石を含む。同様に
、固定子５４は、磁気的に結合された直流モータ構造を
形成するために、−組の固定予巻ｕＡ５６（第３図に示
した２個の巻線）を含んでいる。固定子巻線５６は軸５
２に設けられたディスク６０と、ディスク６０の回転位
置を感知するための標準的な光学感知装置６２とを含む
電子コミュテータ５８によってコミュテートされる。

固定子５４及び回転子５０との間に空気ベアリングを形
成するための手段が設けられている。第３図の実施例に
おいて、この手段は回転子５０のシリンダの上部及び下
部において固定子５４の内部に設けられた一組の圧縮空
気室６４を含む。これらの圧縮空気室６４は、圧縮空気
室を分離している固定子の部分を通る一組の開孔６６に
よって、回転子５０と固定子５４との闇の空隙により連
通している。これらの開孔６６から噴出する空気は固定
子５４の中に回転子５０を保持する空気ベアリングを形
成する。

動作を遂行するこの回転運動の利用は標準的な手段が用
いられる。例えば、物品を載せる台は軸５２の端部で回
転するように設けることが出来る。

同様に、軸５２の適宜の位置に軸部材を装着して所望の
機能を遂行するよう回転することが出来る。

本発明のこの実施例において、固定子は装置の支持部材
を構成し、回転子は移動部材を構成していることは注意
を要する。

第４図に示した他の実施例において、支持部材はハウジ
ング９０を含み、支持部材９０と相対的に運動する移動
部材はハウジングの中に設けられたシリンダ継手９２を
含み、シリンダ継手９２とハウジング９０との間の空隙
９４で空気ベアリングが形成されている。この実施例に
おいて、モータは、少くとも第２の空洞シリンダの一部
を形成し、適当な電気巻線が設けられた固定子９６と、
適当な永久磁石が設けられた第３のシリンダの形をした
回転子、即ちアーマチャ９８とで構成され、回転子９８
は空洞シリンダ９６の中に同軸的に配置される。この実
施例において、支持作用手段（ｓｕｐｐｏｒｔ−ｃａｕ
ｓｉｎｇ　ｍｅａｎｓ）は、回転子９８のシリンダの軸
から移動部材のシリンダ継手９２を接続する部材１００
で構成している。

第４図から明らかなように、空隙９４で形成された空気
ベアリングは継手９２及び回転子９８の両方で支持する
よう動作しているので、この組立体の可動部分と固定部
分との間の摩擦接触はない。

再言すると、負荷に対して動作させるため、この回転運
動を利用する多数の方法があるのは明らかである０例え
ば、部材１０２は回転継手９２か、或は接続部材１００
かの何れかに接続することが出来る。この部材１０２は
回転台として又は他の所望の機能を遂行する手段として
動作させることが出来る。

他の実施例において、本発明の空気ベアリングを適用し
てボール・ジヨイント、即ち球状継手の運動が得られる
。この実施例において支持部材の面ば球状の殻の部分を
含んでいる。移動部材は、この支持部材の球面と相対的
に運動するために、この支持部材の球面に近接して設け
られる。空気ベアリングはこの支持部材と移動部材との
間の空隙に形成される。この実施例において磁気的に結
合されたモータは、球状の外殻の形と同じ固定子を含み
、この固定子は３軸巻線（ｔｒｉａｘｉａｌ　ｗｉｎｄ
ｉｎｇ）が設けられている。更に、モータは固定子の外
殻部分の内部に同心的に配置された少くとも一部が球面
を持つ回転子、即ちアーマチャを含む０回転子は磁気的
に結合するモータ構造を構成するために、適当に配列さ
れた磁極を含んでいる。更に、この構造は、移動部材と
球面試回転子とを接続する支持作用手段としての接続部
材を含んでいる。

空気ベアリングが移動部材と回転子の球面の両方を支持
するよう動作しており、組立体の運動部材と固定部材と
の間に摩擦接触は生じない。変形例として、第２の支持
部材面を移動上に配置し、そして、空気ベアリングを移
動部材の上面と、この第２の部材との間の空隙で形成す
ることが出来る。

若し、下側の支持部材が用いられるのならば、種々の方
向に支持部材を回転するために、１個以上のスロットが
形成されなければならないことは注意を要する。

再言すると、所望の機能を遂行するため移動部材のこの
回転運動を利用する多数の方法があることは明らかであ
る。例えば、若し第２の支持部材が存在しなければ、移
動部材の上面は成る種の作業を行う操作台として利用す
ることが出来る。

その他に、この実施例は回転子の球面と固定子の間に空
気ベアリングを形成するよう構成することが出来る。従
って、固定子は支持部材として動作し、外側の球状の支
持部材は省略することが出来る。

上述の構造は２段階の自由度で回転連動を与える。この
構造、第３図及び第４図の構造は、ロボットを含んで多
様な装置の継手を形成するよう利用することが出来る。

本発明は装置の固定部材と運動部材との間に接触を持た
ない移送及び位置付はシステムのための装置を含んでい
る。この装置は滑動機構及び回転機構に関連して発生す
る粒試物質のすべての発生源を排除する。この装置は広
く応用することが出来るが、半導体ウェハを移送し且つ
位置付けるため、クラス１０以上のクリーン・ルームに
特に適している。

従来の装置において、空気ベアリングは装置の移動に対
して平滑な運動を与えるために主とじて使われており、
そして非直線形のスライドレールを有する装置は上述し
た問題が特に明らかに現われていた６本発明は空気ベア
リングを円滑な運動を与えるためばかりでなく、磁気的
に結合される駆動モータに空気ベアリングを相関させた
ので、空気ベアリングはこの磁気的に結合されたモータ
の回転子を支持する。この独特の構成は粒試物質を発生
させることなく、正確で且つ制御可能な運動を可能とす
る。

スライダ及びスライドレールは微小粒子による腐食を阻
止するために表面硬化処理が施されることは注意を要す
る。また、空気ベアリングのすべての開孔は微小粒子に
よる腐食を阻止するために硬い石を嵌め込んである。空
気ベアリングを形成するのに用いる空気源は高度に濾過
した空気又は窒素の何れかである。

Ｆ０発明の効果 本発明は静止部材と運動部材との間の摩擦的な接触をす
べて除去することが出来るから、クリーン・ルーム内で
使用しても、浮遊する粒試物質を生ずることがなく、ク
リーン・ルームを有効に使うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ったリニヤ移送システムの１実施例
を示す模式図、第２図は第１図のリニヤ移送システムの
基本概念を説明するための側面断面図、第３図は本発明
に従って作られた円筒状継手の１実施例の図、第４図は
本発明に従って作られた円筒状継手の他の実施例の図で
ある。 １０・・・・スライドレール（支持部材）、１２・・・
・スライダ（移動部材）、１４・・・・電磁式モータ、
１６・・・・モータの固定子、１８・・・・アーマチャ
、２０・・・・インターフェース・ブラケット。 出　願　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代　理　人　　弁理士　　岡　　１）　次　　生（外１
名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面を有する支持部材と、 支持部材の上記表面と相対的に移動するために、支持部
   材に近接して配置された少くとも１つの表面を有する移
   動部材と、 上記支持部材の上記表面及び上記移動部材の上記表面と
   の間に空気ベアリングを形成する手段と、固定子及び該
   固定子と相対的に動くアーマチャを含む無刷子の磁気的
   に結合されたモータと、上記固定子に対して接触させず
   に且つ近接して上記アーマチャを上記空気ベアリングで
   物理的に保持させる手段と、 から成る物品移送装置。