WO2012036189A1

WO2012036189A1 - 搬送装置、基板処理システム及び姿勢制御機構

Info

Publication number: WO2012036189A1
Application number: PCT/JP2011/070951
Authority: WO
Inventors: 勤廣木; 寿尚加藤
Original assignee: 東京エレクトロン株式会社; 株式会社三共製作所
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-03-22
Also published as: US20130216335A1; TWI556925B; TW201244898A; KR20130116866A; JP5525399B2; KR101842504B1; US9138901B2; JP2012061568A

Abstract

　保持台の姿勢を正確に制御することができ、また高速で移動させても保持台がふらつくことがない搬送装置を提供する。搬送装置に、第一の姿勢保持リンク（５６）、及び第二の姿勢保持リンク（５７）を設ける。第一の姿勢保持リンク（５６）の一端と第二の姿勢保持リンク（５７）の一端とは連結軸（５３）によって回転可能に連結される。保持台（２１）の基部プレート（２７）にレール（５１，５２）を取り付ける。連結軸（５３）にローラ（５４，５５）を所定の軸線の回りを回転可能に取り付ける。ローラ（５４，５５）はレール（５１，５２）のローラ転走部（５１ａ，５２ａ）に接触するように配置される。保持台（２１）を移動させるとき、ローラ（５４，５５）がローラ転走部（５１ａ，５２ａ）を転がり運動する。

Description

搬送装置、基板処理システム及び姿勢制御機構

　本発明は、搬送対象物を搬送する搬送装置に関し、特に半導体ウェハ、液晶用基板、有機ＥＬ素子等の被処理体を処理チャンバに搬送する搬送装置に関する。

　半導体基板や液晶用基板等の被処理体には、成膜、エッチング、酸化、拡散等の各種の処理が施される。これらの処理は処理チャンバ内で行われる。被処理体を処理チャンバ内に搬入したり、処理チャンバから搬出したりするための搬送装置として種々のタイプが存在するが、蛙の足のように伸縮する多関節ロボットが用いられることが多い。フロッグレッグ式の多関節ロボットは、タイミングベルトを使用しないで構成できるので、高真空や熱に強いという特徴を持つ。

　特許文献１には、フロッグレッグ式の多関節ロボットが開示されている。フロッグレッグ式の多関節ロボットはひし形に組み合わされた四本のリンク（二本の駆動アーム＋二本のリンク）を備える。中央ハブには、二本の駆動アームが中央ハブの回りを回転するように結合される。二本の駆動アームの先端には、二本のリンクの一端が回転可能に連結される。二本のリンクの他端は、被処理体を保持する板状の保持台に回転可能に連結される。フロッグレッグ式の多関節ロボットによれば、二本の駆動アームを互いに逆方向に回転させることで、保持台が中央ハブから半径方向に離間したり、保持台が中央ハブに近づいたりする。

　上記のフロッグレッグ式の多関節ロボットにおいて、二本のリンクの先端に保持台を回転可能に連結しただけでは、保持台の姿勢を一定に保つことができない。保持台の姿勢を一定に保つために、二本のリンクの先端の連結軸には歯車が取り付けられる。二つの連結軸に取り付けられる二つの歯車を互いに噛み合わせ、二本のリンクの同期をとることによって、二本のリンクの先端に取り付けられる保持台の姿勢を一定に保っている。

　特許文献２にも、フロッグレッグ式の多関節ロボットの他の例が開示されている。特許文献２に記載の多関節ロボットにおいては、保持台の姿勢を制御するために、二つの連結軸には、歯車の替わりにたすき掛けにスチールベルトが架け渡されている。スチールベルトによって二つの連結軸は互いに反対方向に回転するように同期がとれている。このため、二本のリンクの先端に取り付けられる保持台の姿勢を一体に保つことができる。

　特許文献３には、フロッグレッグ式の多関節ロボットのさらに他の例が開示されている。このフロッグレッグ式の多関節ロボットにおいては、保持台の姿勢を制御するために、ひし形に組み合わせた四本のリンクにさらに方向維持機構が追加されている。

　方向維持機構は、保持台に固定される方向付けアーム軸を備える。方向付けアーム軸は保持台から中央ハブに向かって伸びる。方向付けアーム軸は、磁石の反発力によって一対のガイドマグネット間にその位置が保たれる。保持台が中央ハブから半径方向に離間したり、中央ハブに近づいたりするとき、方向付けアーム軸は一対のガイドマグネットに対して方向付けアーム軸の軸線方向に移動するものの、一対のガイドマグネット間に位置する状態が保たれる。これにより、方向付けアーム軸に固定される保持台の姿勢を一定に保つ。さらに、上記特許文献３には、方向付けアーム軸とガイドマグネットの替わりに、シャフトとシャフトに回転自在かつスライド自在なボールスプラインを用いてもよいことも開示されている。

特開平６－１５５９２号公報特表平７－５０４１２８号公報特開平１１－３１３４７７号公報（段落０１０８～段落０１１５、図７参照）

　しかし、特許文献１に記載のような、歯車の噛合いを利用した姿勢制御機構にあっては、歯車の噛合いを利用する以上、バックラッシ（互いに噛み合う歯と歯の間に生ずるすきま）が発生するのが避けられない。このバックラッシは、歯車が取り付けられる連結軸の回転角度の誤差、ひいては保持台の姿勢のずれを招く。

　特許文献２に記載の、スチールベルトを利用した姿勢制御機構にあっては、歯車のようなバックラッシは存在しないものの、たすき掛けされたスチールベルトの剛性が低いので、保持台を高速で移動させると、スチールベルトが伸縮し、これが原因で保持台がふらつくという問題を招く。

　特許文献３に記載の方向維持機構にあっては、磁石の反発力だけでは、保持台の姿勢を正確に制御できないという問題がある。磁石の替わりにボールスプラインを用いても、シャフトとボールスプラインとの間にすきまが発生し、このすきまが原因で、保持台の姿勢を正確に制御できないという問題がある。

　シャフトとボールスプラインとの間のすきまをなくすために、シャフトとボールスプラインとの間のすきまをマイナスすきまにし、ボールスプラインに予圧を付与することも考えられる。しかし、予圧を付与すると、ボールスプラインに転動体として組み込まれる多数のボールの運動が転がり運動からすべり運動に近づき、ボールの滑りに起因したパーティクルが発生し易くなるという新たな問題を招く。

　そこで本発明は、保持台の姿勢を正確に制御することができ、また高速で移動させても保持台がふらつくことがない搬送装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の一態様は、第一の軸線の回りを回転する第一のアームと、前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアームと、前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンクと、前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンクと、前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備え、前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させると、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線から離れたり、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線に近づいたりする搬送装置において、前記搬送装置はさらに、前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、前記保持台及び前記連結軸のいずれか一方に設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する搬送装置である。

　本発明の他の態様は、真空チャンバ内に配置され、被処理体を搬送する搬送装置であって、第一の軸線の回りを回転する第一のアームと、前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアームと、前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンクと、前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンクと、前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備え、前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させると、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線から離れたり、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線に近づいたりする搬送装置において、前記搬送装置はさらに、前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、前記保持台及び前記連結軸のいずれか一方に設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する搬送装置である。

　本発明のさらに他の態様は、第一の軸線の回りを回転する第一のアーム、前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアーム、前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンク、前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンク、及び前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備えるフロッグレッグ式の基板搬送装置に用いられる姿勢制御機構であって、前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、前記保持台及び前記連結軸のいずれかに設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する姿勢制御機構である。

　本発明によれば、ローラ転走部にすきまがない状態で接触するローラの転がり運動を利用して、保持台の姿勢を制御するので、すきまに起因した保持台のがたつきが発生することがなく、したがって保持台の姿勢を正確に制御することができる。また、ローラとローラ転走部とは線接触するので、案内の剛性が高くなり、高速で移動させても保持台がふらつく（振動する）ことがない。さらに、ローラとローラ転走部との接触面圧を高くしても、ローラの転がり運動は保たれ、ボールに比べて滑り運動が発生するのが抑制されるので、滑り運動に起因したパーティクル（粒子）が発生するのを防止することができる。

半導体デバイス製造システム（クラスタ型プラットフォーム）の平面図本発明の一実施形態の搬送装置の斜視図初期状態の搬送装置を示す図（図中（ａ）は平面図を示し、図中（ｂ）は底面図を示す）伸長した状態の搬送装置を示す図（図中（ａ）は平面図を示し、図中（ｂ）は部分底面図を示す）搬送装置の模式図姿勢制御機構の斜視図姿勢制御機構の拡大斜視図スタッドに回転可能に取り付けられたローラを示す断面図姿勢制御機構の断面図（図４のIX-IX線断面図）姿勢制御機構のローラ及びレールの他の例を示す断面図姿勢制御機構のローラ及びレールのさらに他の例を示す斜視図図１１のレールを傾けた例を示す平面図図１１のレールを湾曲させた例を示す平面図本発明が適用されるフロッグレッグ式の搬送機能の例を示す図（図中（ａ）は二つのフロッグレッグ式の搬送機構を設けた例を示し、図中（ｂ）はアームの回転中心の位置を異ならせた例を示す、図中（ｃ）は二つのピックを中央ハブの片側に設けた例を示し、図中（ｄ）は二つのフロッグレッグ式の搬送機構を上下に二段設け、合計四つのフロッグレッグ式の搬送機構を設けた例を示す）減衰特性を示すグラフ（図中（ａ）は本実施形態の減衰特性を示し、図中（ｂ）は比較例の減衰特性を示す）

　以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態の搬送装置を説明する。図１は、クラスタ型プラットフォームと呼ばれる半導体デバイス製造システムの平面図を示す。この半導体デバイス製造システムは、入口搬送系１と処理システム系２の二つに分類される。入口搬送系は、基板を大気中で搬送する大気搬送系４－１～４－３⇔３⇔６－１～６－２と、基板を真空中で搬送する真空搬送系６－１～６－２⇔１０⇔１１－１～１１－６と、を含む。処理システム系２である半導体デバイス製造装置は、真空処理装置としての多数のプロセスチャンバー１１－１～１１－６を備え、基板にプラズマ処理等の各種の処理を施す。

　まず、半導体デバイス製造システムの全体概要について説明する。入口搬送系１には、縦長に形成されるローダーモジュール３が設けられる。ローダーモジュール３の側面のポート４－１～４－３には、被処理体としての基板を複数枚収容するカセット容器が設置される。ローダーモジュール３の長手方向の端部には、基板のノッチ等を認識して基板の位置決めを行う位置決め装置５が設けられる。ローダーモジュール３には、ポート４－１～４－３とロードロック室６－１，６－２との間で基板の受け渡しを行う多関節ロボット７が搭載される。多関節ロボット７は、ローダーモジュール３の長手方向にスライドできるようスライド軸８を有する。多関節ロボット７の、基板を保持するピック７ａは、基板を受け渡しできるように垂直方向にかつ水平方向に移動する。ローダーモジュール３の天井部には図示しないＦＦＵが配置される。ローダーモジュール３内には、ローダーモジュール３の天井部から清浄な空気が降りてきて、ローダーモジュール３の床面から流出されるダウンフローが形成される。

　処理システム系２の中央には、多角形に形成されたトランスファーモジュール１０が配置される。トランスファーモジュール１０は、四角形、六角形、八角形等の、プロセスモジュールの数や配置に対応した多角形に形成される。トランスファーモジュール１０の周囲には放射状に複数のプロセスモジュール１１が配置される。各プロセスモジュール１１は、真空引きされた処理チャンバ内で基板に成膜、エッチング、酸化、拡散等の各種の処理を行う。トランスファーモジュール１０のチャンバも真空引きされる。トランスファーモジュール１０にはロードロック室６－１，６－２が連結される。ロードロック室６－１，６－２は、真空引きと大気圧復帰が繰り返し行われる小部屋からなる。トランスファーモジュール１０とプロセスモジュール１１－１～１１－６、及びトランスファーモジュール１０とロードロック室６－１，６－２は、ゲートバルブ１６，１３を介して連結される。ロードロック室６－１，６－２とローダーモジュール３とは、ゲートバルブ１５を介して連結される。

　トランスファーモジュール１０には、搬送装置１２が搭載される。この搬送装置１２は、ロードロック室６－１，６－２のいずれか一方に搬送された未処理の基板を受け取り、トランスファーモジュール１０内に引き入れた後、プロセスモジュール１１に渡す。基板は複数のプロセスモジュール１１－１～１１－６でシリアル処理される場合と、パラレル処理される場合とがある。基板をシリアル処理する場合、搬送装置１２は複数のプロセスモジュール１１－１～１１－６の少なくとも二つに亘って基板を渡り歩かせ、基板に複数の異なる処理（シリアル処理）を施す。その後、搬送装置１２は基板をロードロック室６－１，６－２の他方に戻す。一方、基板をパラレル処理する場合、複数のプロセスモジュール１１－１～１１－６の少なくとも二つには同一の処理を行うものが用意されていて、搬送装置１２は同一の処理を行うプロセスモジュール１１－１～１１－６のいずれか一つに基板を搬送する。その後、搬送装置１２は基板を残りのプロセスモジュール１１－１～１１－６に渡らせることなく、ロードロック室６－１，６－２の他方に戻す。同一の処理を行う少なくとも二つのプロセスモジュール１１－１～１１－６で同時に処理を行うことができるように、搬送装置１２は併行して少なくとも二つのプロセスモジュール１１－１～１１－６に基板を渡す。

　この搬送装置１２は、ウェハ基板を保持する保持台としてピック２１を備える。この実施形態では、搬送装置１２に一つのピック２１を設けているが、スループットを向上させるために、二つ以上のピック２１を設けてもよい。

　搬送装置１２は、トランスファーモジュール１０の真空チャンバ内で、水平面内において基板を旋回させる機能と、放射方向に基板を直線運動させる機能を併せ持つ。搬送装置１２は、まず水平面内で基板を旋回させて、放射状に配列されたプロセスモジュール１１－１～１１－６のいずれか一つ又はロードロック室６－１，６－２のいずれか一つの方向に向ける。そして、基板を放射方向に直線運動させて、基板をプロセスモジュール１１－１～１１－６のいずれか一つ又はロードロック室６－１，６－２のいずれか一つに搬送する。

　半導体デバイス製造システムの全体の動きは、以下のとおりである。まず多関節ロボット７が、ポート４－１～４－３のカセット容器内に収容された基板を保持し、位置決め装置５に搬送する。位置決め装置５が基板の位置合わせをした後、多関節ロボット７が基板をロードロック室６－１に搬送する。このとき、ロードロック室６－１の内部は大気圧になっている。

　次に、ロードロック室６－１のローダーモジュール３側のゲートバルブ１５を閉じ、ロードロック室６－１を図示しない排気装置により減圧する。その後、ゲートバルブ１３を開け、ロードロック室６－１とトランスファーモジュール１０とを連通させる。トランスファーモジュール１０は図示しない排気装置により減圧されている。トランスファーモジュール１０に配置される搬送装置１２は、ロードロック室６内の基板を受け取り、トランスファーモジュール１０内に取り込む。そして、プロセスモジュール１１－１～１１－６のいずれかに基板を渡す。基板は複数のプロセスモジュール１１－１～１１－６でシリアル処理されるか、又はパラレル処理される。プロセスモジュール１１－１～１１－６での処理が終わると、搬送装置１２はプロセスモジュール１１－１～１１－６から基板を取り出し、ロードロック室６－２に搬送する。

　次に、ロードロック室６－２のゲートバルブ１３を閉じ、ゲートバルブ１５を開け、ロードロック室６－２を大気圧に復帰させる。多関節ロボット７は、処理が終了した基板をロードロック室６－２から取り出し、ローダーモジュール３を経由した後、ポート４－１～４－３のカセット容器内に戻す。

　図２は、トランスファーモジュール１０に配置される搬送装置１２の斜視図を示す。搬送装置１２は、中央ハブ２２の回りを回転する第一のアーム３１、及び中央ハブ２２の回りを回転する第二のアーム３２を備える。第一のアーム３１は、その一端が中央ハブ２２に結合され、第一のモータ２３によって中央ハブ２２の第一の軸線の回りを回転駆動される。第二のアーム３２も、その一端が中央ハブ２２に結合され、第二のモータ２４によって中央ハブ２２の第一の軸線の回りを回転駆動される。正確にいえば、中央ハブ２２には同心に配置された内側の中実軸及び外側の中空軸からなる二重の軸が設けられる。内側の中実軸及び外側の中空軸のいずれか一方に第一及び第二のアーム３１，３２のいずれか一方が結合され、内側の中実軸及び外側の中空軸の他方に第一及び第二のアーム３１，３２の他方が結合される。第一及び第二のアーム３１，３２は、中央ハブ２２の中心となる第一の軸線Ａ１の回りを回転する。第一及び第二のモータ２３，２４には、公知のダイレクトドライブモータ、減速機付きモータ等を用いることができる。第一及び第二のモータ２３，２４は、第一及び第二のアーム３１，３２を逆方向に回転させたり、同方向に回転させたりする。

　ピック２１は、Ｕ字形状に形成されるピック本体２６と、ピック本体２６が取り付けられる基部プレート２７と、を備える。ピック本体２６は、ボルトねじ等の結合手段によって基部プレート２７に取り付けられる。

　ピック２１の基部プレート２７には、第一のリンク４１の一端及び第二のリンク４２の一端が回転可能に連結される。第一のリンク４１の他端は第一のアーム３１の先端に回転可能に連結され、第二のリンク４２の他端は第二のアーム３２の先端に回転可能に連結される。これらピック２１、第一及び第二のリンク４１，４２、第一及び第二のアーム３１，３２によって、フロッグレッグ式の搬送機構が構成される。

　図３は、フロッグレッグ式の搬送機構の初期状態（第一のアーム３１と第二のアーム３２のなす角度が１８０度の状態）を示し、図４は、フロッグレッグ式の搬送機構の伸長状態を示す。図３及び図４において、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は底面図を示す。

　図３に示す初期状態において、フロッグレッグ式の搬送機構は収縮した状態にある。第一及び第二のアーム３１，３２を逆方向に回転させると、図４に示すように、フロッグレッグ式の搬送機構１２が伸びた伸長状態になる。このとき、ピック２１が中央ハブ２２から半径方向に離間する。また、図３に示す初期状態において、第一及び第二のアーム３１，３２を同じ方向に回転させると、ピック２１が半径方向の位置を一定にしたまま中央ハブ２２の周囲を回転する。

　図３及び図４に示すように、第一のリンク及び第二のリンク４１，４２の先端には、ピック２１が回転可能に連結される。第一のリンク４１とピック２１を回転可能に連結する軸３６と第二のリンク４２とピック２１を回転可能に連結する軸３６とは、同一である。第一のリンク及び第二のリンク４１，４２の先端付近には、ピック２１の姿勢を制御するための姿勢制御機構が設けられる。図５に示すように、姿勢制御機構は、第一のリンク４１に一端５６ａが回転可能に連結される第一の姿勢保持リンク５６と、第二のリンク４２に一端５７ａが回転可能に連結される第二の姿勢保持リンク５７と、第一の姿勢保持リンク５６の他端と第二の姿勢保持リンク５７の他端とを回転可能に連結する連結軸５３と、を備える。第一の姿勢保持リンク５６の長さと第二の姿勢保持リンク５７の長さは互いに等しい。第一の姿勢保持リンク５６の一端５６ａから軸３６までの長さと第二の姿勢保持リンク５７の一端５７ａから軸３６までの長さは互いに等しい。このため、第一の姿勢保持リンク５６と第二の姿勢保持リンク５７とを連結する連結軸５３は、軸３６と中央ハブ２２の中心とを結んだ線Ｌ１上を移動する。連結軸５３は、ピック２１に設けられたレール５１，５２（詳しくは後述する）に沿って移動するので、ピック２１の姿勢が一定に保たれる。姿勢制御機構を設けないと、ピック２１は軸３６の回りを水平面内で旋回してしまうので、ピック２１の姿勢を制御することができない。

　図６は姿勢制御機構の斜視図を示し、図７は姿勢制御機構の拡大斜視図を示す。ピック２１の基部プレート２７は中央ハブ２２に向かって拡張されている（図３参照）。基部プレート２７の底面には、互いに平行な一対のレール５１，５２が取り付けられる。一対のレール５１，５２は、軸３６と中央ハブ２２の中心とを結んだ線Ｌ１に沿って伸びる（図３参照）。一対のレール５１，５２の内側面には、互いに平行に直線的に伸びる一対のローラ転走部５１ａ，５２ａが形成される。一方のレール５１の下段側は上段側よりも僅かに内側に突出しており、このレール５１の下段側にローラ転走部５１ａが形成される。他方のレール５２の上段側は下段側よりも僅かに内側に突出しており、このレール５２の上段側にローラ転走部５２ａが形成される。一対のローラ転走部５１ａ，５２ａは、上下方向に位置を異ならせて形成される。

　一対のレール５１，５２の内側には、上下一対（上下二段）のローラ５４，５５が挟まれる。上下一対のローラ５４，５５は共通する軸線Ａ２の回りを回転可能に設けられる。この実施形態では、上下一対のローラ５４，５５は後述する連結軸５３（図９参照）に連結される。上下一対のローラ５４，５５の回転中心と連結軸５３の軸線とは一致する。上側のローラ５４はローラ転走部５２ａに接触していて、所定の荷重でローラ転走部５２ａに付勢される。下側のローラ５５はローラ転走部５１ａに接触していて、所定の荷重でローラ転走部に５１ａに付勢される。上側のローラ５４とローラ転走部５２ａとの間に働く荷重は、下側のローラ５５とローラ転走部５１ａとの間に働く荷重と等しい。上下一対のローラ５４，５５が一対のレール５１，５２に沿って移動するとき、上下一対のローラ５４，５５は互いに反対方向に回転する。

　ローラ５４，５５には、カムフォロアが用いられる。すなわち、図８に示すように、連結軸５３にはスタッド５９が取り付けられていて、スタッド５９の周囲には、上下二段の転動体転走面５９ａ，５９ｂが形成される。下段の転動体転走面５９ａの周囲には、転動体としてニードルローラ６０が周方向に多数配列される。円筒状のローラ５５は多数のニードルローラ６０の周囲にスタッド５９と同心に配置される。上段の転動体転走面５９ｂの周囲には、転動体としてニードルローラ６０が周方向に多数配列され、多数のニードルローラ６０の周囲には、円筒状のローラ５４がスタッド５９と同心に配置される。ローラ５４，５５が回転すると、多数のニードルローラ６０もスタッド５９とローラ５４，５５との間を転がり運動する。

　図６及び図７に示すように、第一のリンク４１の下側の一部は切り欠かれており、切り欠かれた部分に第一の姿勢保持リンク５６の一端が回転可能に連結される。第二のリンク４２の上側の一部は切り欠かれており、切り欠かれた部分に第二の姿勢保持リンク５７の一端が回転可能に連結される。第一及び第二の姿勢保持リンク５６，５７の長さは、互いに等しく、第一及び第二のリンク４１，４２の長さよりも短い。上述のように、軸３６から第一の姿勢保持リンク５６の一端５６ａまでの距離は、軸３６から第二の姿勢保持リンク５７の一端５７ａまでの距離に等しい（図５参照）。第一の姿勢保持リンク５６の他端と第二の姿勢保持リンク５７との他端とは共通する連結軸５３によって回転可能に連結される（図５参照）。

　図９は姿勢制御機構の断面図を示す。上記のように、第一の姿勢保持リンク５６の他端は連結軸５３に回転可能に連結される。第二の姿勢保持リンク５７の他端も連結軸５３に回転可能に連結される。連結軸５３の中心線上には、上下一対のローラ５４，５５が回転可能に連結される。

　図９に示すように、レール５１，５２には、ねじ孔５１ｂ，５２ｂが形成される。ピック２１の基部プレート２７には、レール５１，５２のねじ孔５１ｂ，５２ｂに対応したボルト挿入孔２７ａが形成される。ボルト挿入孔２７ａにボルト５８を通し、レール５１，５２のねじ孔５１ｂ，５２ｂにねじ込むことにより、基部プレート２７にレール５１，５２を固定することができる。

　基部プレート２７には、レール５１，５２の位置を調節する位置調節機構として、位置調節ねじ６２が設けられる。基部プレート２７には水平方向に伸びる雌ねじ６４が形成されていて、雄ねじからなる位置調節ねじ６２がこの雌ねじ６４に螺合する。位置調節ねじ６２のねじ込み量を調節することにより、ローラ５４，５５に向かうレール５１，５２の進退量が調節され、ローラ５４，５５とレール５１，５２との接触面圧が調節される。

　図３に示すように、第一及び第二のリンク４１，４２、並びに第一及び第二の姿勢保持リンク５６，５７によってひし形の四節回転連鎖が構成され、これらによってフロッグレッグ式の姿勢制御機構が構成される。フロッグレッグ式の搬送機構を図３に示す初期状態から図４に示す伸長状態に変化させると、フロッグレッグ式の姿勢制御機構も図３に示す初期状態から図４に示す伸長状態に変化する。第一及び第二の姿勢保持リンク５６，５７の長さは等しく、軸３６から第一の姿勢保持リンク５６の一端５６ａまでの長さは、軸３６から第二の姿勢保持リンク５７の一端５７ａまでの長さに等しく設定されるから、姿勢制御機構が伸縮するとき、連結軸５３は軸３６と中央ハブ２２の中心を結んだ線Ｌ１上を直線運動する。連結軸５３には上下一対のローラ５４，５５が取り付けられ、この上下一対のローラ５４，５５は一対のレール５１，５２で挟まれている。このため、レール５１，５２に取り付けられるピック２１の姿勢を一定に保持できる。連結軸５３が直線運動するとき、上下一対のローラ５４，５５は互いに反対方向に回転しながら一対のレール５１，５２のローラ転走部５１ａ，５２ａを転がり運動する（図７参照）。

　本実施形態の姿勢制御機構によれば、以下の効果を奏する。
　ローラ転走部５１ａ，５２ａにすきまがない状態で接触するローラ５４，５５の転がり運動を利用して、ピック２１の姿勢を制御するので、すきまに起因したピック２１のがたつきが発生することがなく、したがってピック２１の姿勢を正確に制御することができる。また、ピック２１のがたつきがないことから、ピック２１と基板との間での滑りや衝突を防ぐことができ、基板に損傷が発生することもない。

　ローラ５４，５５とローラ転走部５１ａ，５２ａとは線接触するので、連結軸５３を高い剛性で案内することができ、高速で移動させてもピック２１が水平面内でふらつく（振動する）ことがない。本実施形態によれば、従来のフロッグレッグ式の搬送機構に比べて伸縮動作のスピードを約３倍に上げることができ、一回の伸縮動作にかかる時間を１秒から０．３秒に低減できた。ピック２１が基板を保持した状態では、フロッグレッグ式の搬送機構の伸縮動作のスピードを上げるのには限界があるが、ピック２１が基板を保持していない状態では、フロッグレッグ式の搬送機構の伸縮動作のスピードを高くすることができる。伸縮動作は繰り返し行われるので、伸縮動作のスピードを上げることができれば、半導体デバイス製造装置全体のスループットが向上する。

　水平面内の剛性だけでなく、上下方向（Ｚ軸）の剛性も向上させることができる。図１５に示すデータは、第一のアーム３１と第二のアーム３２が最大まで伸びたとき（ピック２１が中央ハブ２２から最も遠い位置に移動したとき）の上下方向（Ｚ軸）の減衰特性（振動が止まるまでの時間）を示す。ピック２１に上方向からレーザーを当てて、ピック２１の上下方向の変位を時間の経過と共に測定している。図中（ａ）は本実施形態の場合を示し、図中（ｂ）は姿勢を制御するために、たすき掛けにしたスチールベルトを使用した比較例（特許文献２に記載の比較例）の場合を示す。図中（ｂ）に示すように、比較例では、５秒経過しても上下方向の振動が収まっていないのに対し、図（ａ）に示すように、本実施形態では、１秒で振動がほぼ収まっている。ローラ５４，５５がレール５１，５２上を転がり運動するときに、上下方向（Ｚ軸）のエネルギも吸収されることが原因であると推測される。本実施形態においては、減衰特性がよいので、第一のアーム３１及び第二のアーム３２を最大まで伸ばした直後に、精度よく基板を受け渡すことが可能になる。

　本実施形態によれば、ピック２１にがたつきが発生することがないので、大型化した搬送装置を容易に設計できる。近年、基板口径の３００ｍｍから４５０ｍｍへの大口径化が求められている。基板口径が大口径化すると、基板重量が重くなるため、搬送装置にはより剛性が求められる。さらに、搬送機構の最大伸長時の長さは１．５倍となり、搬送機構の重量が重くなるため、がたつきやふらつきによる搬送誤差は顕著となる。

　ローラ５４，５５とローラ転走部５１ａ，５２ａとの接触面圧を高くしても、ローラ５４，５５の転がり運動は保たれる。ボールに比べて滑り運動が発生するのが抑制されるので、滑り運動に起因したパーティクル（粒子）が発生するのを防止することができる。

　連結軸５３に上下二段のローラ５４，５５を配置し、ピック２１に一対のレール５１，５２を配置することにより、姿勢制御機構のコンパクト化、軽量化が図れる。フロッグレッグ式の搬送機構の先端のたわみを減少させることができるので、より高精度な位置決めが可能になる。

　図１０は、ローラ及びレールの他の例を示す。この例では、ピック２１に一本のレール７１が取り付けられ、一本のレール７１の左右側面にローラ転走部７１ａが形成される。一対のローラ７２，７３はレール７１の外側に、レール７１を挟むように配置され、レール７１の左右側面のローラ転走部７１ａに接触する。一対のローラ７２，７３の回転中心は、連結軸５３の軸線と平行である。この例のように、一対のローラ７２，７３は一対のローラ転走部７１ａの外側に配置されてもよい。

　図１１は、ローラ及びレールのさらに他の例を示す。この例では、ローラ８１及びローラ８２は、互いに独立した回転軸８１ａ，８２ａを有する。回転軸８１ａと回転軸８２ａとは、互いに平行であり、水平面内の異なった位置で固定プレート８７に固定される。固定プレート８７は、第一及び第二の姿勢保持リンク５６，５７に回転可能に連結される。二つのローラ８１，８２は二本のレール８３，８４間に挟まれる。二本のレール８３，８４は平行であり、基部プレート２７に接続される。レール８３はローラ８１の外周面に接触している。レール８３とローラ８１との間の圧力は、レール８３の位置を図中（１）方向に調節することによって調節される。同様に、レール８４はローラ８２の外周面に接触していて、レール８４とローラ８２との間の圧力は、レール８４の位置を図中（２）方向に調節することによって調節される。ローラ８１及びローラ８２の上下方向の位置は一致しており、レール８３及びレール８４の上下方向の位置も一致している。この例によれば、二つのローラ８１，８２が上下方向に重なっていないので、姿勢制御機構を薄く作ることができる。

　図１２は、図１１に示すレール８３，８４を半径方向の内側に向かって徐々に幅が狭くなるように傾けた例を示す。すなわち、平行なレールをハの字又はＶ字に配置した例を示す。本実施形態では、少なくとも第一及び第二のアーム３１，３２が最大まで伸びたときに、剛性高くピック２１の姿勢を制御できればよい。この例によれば、第一及び第二のアーム３１，３２が最大まで伸びたとき、ローラ８１がレール８３に高い圧力で接触し、ローラ８２がレール８４に高い圧力で接触するので、剛性高くピック２１の姿勢を制御できる。その一方、他の部分では、ローラ８１とレール８３との圧力、及びローラ８２とレール８４との圧力が小さくなるので、ピック２１を高速搬送することができる。このように、レール８３，８４の形状を変化させることによって、ピック２１の動きを自由に設計できるようになる。なお、レール８３，８４の間隔の差（Ｗ１－Ｗ２）は、数μｍ程度でもよい。また、ここでは、二つの回転軸を有する構成にて説明したがこれに囚われず、図７に示す一つの回転軸を有する構成においても適用することができる。

　図１３は、図１１に示すレール８３，８４を湾曲させ、二つのローラ８１，８２間に弾性体としてコイルばね８６を配置した例を示す。平行な二本のレール８３，８４は、平行半径方向の内側に向かって途中から両者間の距離が短くなるように湾曲し、その後、再び平行になる。二つのローラ８１，８２間にはコイルばね８６が介在されていて、二本のレール８３，８４間の距離が変わっても、ローラ８１をレール８３に付勢でき、ローラ８２をレール８４に付勢できるようになっている。この例によれば、第一及び第二のアーム３１，３２が最大まで伸びたとき、コイルばね８６によってローラ８１がレール８３に高い圧力で付勢され、ローラ８２がレール８４に高い圧力で付勢されるので、剛性高くピック２１の姿勢を制御できる。なお、コイルばね８６以外にも板ばねやゴムなどの弾性体、ピエゾ素子、エアシリンダ等を付勢手段として利用することができる。

　なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまに変更可能である。

　例えば、本発明の搬送装置は、半導体デバイスの製造装置に限られることなく、ＦＰＤ、有機ＥＬ、太陽電池の製造装置に適用することもできる。また、本発明の搬送装置は、基板の入口と出口とが異なるインライン型の半導体デバイス製造装置にも使用することができる。

　上記実施形態では、レールの位置を調節してローラとレールとの接触面圧を調節しているが、ローラの位置を調節してローラとレールとの接触面圧を調節してもよい。偏心しているカムフォロアを使用すれば、ローラの位置の調整が容易になる。

　上記実施形態では、ローラの数は二つ設けられているが、一つでも三つ以上であってもよい。ローラ転走部の数も二つ設けられているが、一つでも三つ以上であってもよい。

　本発明は、上記実施形態のピックが一つのみで且つ第一及び第二のアームが同一の中心線の回りを回転する（いわゆる同軸２軸）のフロッグレッグ式の搬送機構に限られることはなく、例えば図１４（ａ）～（ｄ）に示すような、他の構造を備えるフロッグレッグ式の搬送機構にも適用することができる。

　図１４（ａ）は、ピック２１ａ，２１ｂを中央ハブ２２の周囲に１８０度の間隔を空けて二つ設け、二つのピック２１ａ，２１ｂを二つのフロッグレッグ式の搬送機構で駆動させる例を示す。この例において、一方のピック２１ａには、第一のリンク４１ａの一端及び第二のリンク４２ａの一端が回転可能に連結される。第一のリンク４１ａの他端は第一のアーム３１の先端に回転可能に連結され、第二のリンク４２ａの他端は第二のアーム３２の先端に回転可能に連結される。また、他方のピック２１ｂには、第一のリンク４１ｂの一端及び第二のリンク４２ｂの一端が回転可能に連結される。第一のリンク４１ｂの他端は第一のアーム３１の先端に回転可能に連結され、第二のリンク４２ｂの他端は第二のアーム３２の先端に回転可能に連結される。二つのフロッグレッグ式の搬送機構は、中央ハブ２２中心にして周方向に１８０度離れた位置に配置される。

　図１４（ｂ）は、第一のアームの回転中心３１ｃと第二のアームの回転中心３２ｃとを水平面内で異なった位置に配置した例（いわゆる同軸２軸ではない例）を示す。第一のアーム３１は基台９１上の第一の回転中心３１ｃの回りを回り、第二のアーム３２は第一の回転中心線３１ｃとは水平面内で異なる位置の第二の中心線３２ｃの回りを回る。この例のように、第一のアームの回転中心３１ｃと第二のアームの回転中心３２ｃとは、水平面内で異なった位置に配置されてもよい。

　図１４（ｃ）は、二つのフロッグレッグ式の搬送機構を設け、二つのピック２１ａ，２１ｂを中央ハブ２２の片側（図中右側）に配置した例を示す。二つのピック２１ａ，２１ｂは上下方向に高さを異ならせて配置される。この例では、合計二つの２１ａ，２１ｂ及び合計四本のアーム３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂが設けられる。合計四本のアーム３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂは二つの駆動軸によって回転駆動される。二つのフロッグレッグ式の搬送機構を設けた場合、この例のように、二つのピック２１ａ，２１ｂを中央ハブ２２の片側にのみ配置してもよい。

　図１４（ｄ）は、図１４（ａ）に示す二つのフロッグレッグ式の搬送機構を上下方向に２段重ねて配置した例を示す。この例では、合計四個のピック２１ａ～２１ｄ及び合計四つのフロッグレッグ式の搬送機構が設けられる。合計四本のアーム３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂは四つの駆動軸によって回転駆動される。

　本明細書は、２０１０年９月１６日出願の特願２０１０－２０８４０６に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１１－１～１１－６…プロセスモジュール（真空処理装置）
１２…搬送装置
２１，２１ａ，２１ｂ…ピック（保持台）
２７…基部プレート（保持台）
２２…中央ハブ（第一の軸線）
３１…第一のアーム
３２…第二のアーム
４１，４１ａ，４１ｂ…第一のリンク
４２，４２ａ，４２ｂ…第二のリンク
５１，５２…一対のレール
５１ａ，５２ａ…一対のローラ転走部
５３…連結軸
５４，５５…一対のローラ
５６…第一の姿勢保持リンク
５７…第二の姿勢保持リンク
５９…スタッド
６０…ニードルローラ

Claims

　第一の軸線の回りを回転する第一のアームと、
　前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアームと、
　前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンクと、
　前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンクと、
　前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備え、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させると、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線から離れたり、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線に近づいたりする搬送装置において、
　前記搬送装置はさらに、
　前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、
　前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、
　前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、
　前記保持台及び前記連結軸のいずれかに設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、
　前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する搬送装置。
　前記ローラ転走部は、直線的に伸びる平行な一対のローラ転走部を有し、
　前記ローラは、所定の軸線の回りを回転可能な一対のローラを有し、
　前記一対のローラは前記一対のローラ転走部の内側又は外側に、前記一対のローラの一方が前記一対のローラ転走部の一方に接触し、前記一対のローラの他方が前記一対のローラ転走部の他方に接触するように配置され、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記一対のローラが直線的に伸びる前記一対のローラ転走部を転がり運動することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
　前記一対のローラは、共通する所定の軸線上に軸線方向に位置を異ならせて前記連結軸に配置されると共に、前記一対のローラ転走部の内側に配置され、
　前記一対のローラ転走部は、前記保持台に取り付けられる一対のレールの内側に、前記所定の軸線の方向に位置を異ならせて形成されることを特徴とする請求項２に記載の搬送装置。
　前記搬送装置はさらに、ローラとローラ転走部との接触面圧を調節できるように、前記ローラ及び前記ローラ転走部の少なくとも一方の位置を調節する位置調節機構を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の搬送装置。
　前記ローラは、前記保持台及び前記連結軸の他方に結合されるスタッドの回りに回転可能に設けられ、
　前記スタッドと前記ローラとの間には、転動体として複数のニードルローラが設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の搬送装置。
　前記第一のアーム及び前記第二のアームは、前記第一の軸線のみの回りを回転駆動され、
　前記搬送装置を平面図で見たとき、
　前記第一及び前記第二のリンク、並びに前記保持台が、前記第一の軸線中心にして周方向に１８０度離れた位置に二組配置され、
　前記第一及び前記第二の姿勢保持リンク、前記ローラ転走部、並びに前記ローラが、前記第一の軸線を中心にして周方向に１８０度離れた位置に二組配置されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の搬送装置。
　真空チャンバ内に配置され、被処理体を搬送する搬送装置であって、
　第一の軸線の回りを回転する第一のアームと、
　前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアームと、
　前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンクと、
　前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンクと、
　前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備え、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させると、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線から離れたり、前記保持台が前記第一の軸線又は前記第二の軸線に近づいたりする搬送装置において、
　前記搬送装置はさらに、
　前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、
　前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、
　前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、
　前記保持台及び前記連結軸のいずれか一方に設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、
　前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する搬送装置。
　請求項７に記載の搬送装置を用いて前記被処理基板を真空処理装置内へ搬入することを特徴とする基板処理システム。
　第一の軸線の回りを回転する第一のアーム、前記第一の軸線の回り又は前記第一の軸線と異なる位置の第二の軸線の回りを回転する第二のアーム、前記第一のアームの先端に一端が回転可能に連結される第一のリンク、前記第二のアームの先端に一端が回転可能に連結される第二のリンク、及び前記第一のリンクの他端、及び前記第二のリンクの他端に回転可能に連結され、搬送対象物を保持する保持台と、を備えるフロッグレッグ式の基板搬送装置に用いられる姿勢制御機構であって、
　前記第一のリンクに一端が回転可能に連結される第一の姿勢保持リンクと、
　前記第二のリンクに一端が回転可能に連結される第二の姿勢保持リンクと、
　前記第一の姿勢保持リンクの他端と第二の姿勢保持リンクの他端とを回転可能に連結する連結軸と、
　前記保持台及び前記連結軸のいずれかに設けられ、所定の軸線の回りを回転可能なローラと、
　前記保持台及び前記連結軸の他方に設けられ、前記ローラが転がり運動可能なローラ転走部と、を備え、
　前記第一のアーム及び前記第二のアームを回転させるとき、前記ローラ転走部に接触する前記ローラが前記ローラ転走部を転がり運動する姿勢制御機構。