JP2005236218A - 半導体ウエハの搬送ロボット、及びそれを備えた処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の搬送ロボットに用いられるベルト等を高温、高真空な環境下におくことで、有機物が気化して外部に放出される。これを防止するため、可動部分に幾重にも磁性シールを設ければ、搬送ロボットの大きさや重量が増加する。
また、ベルト機構を用いればアームの立体形状が細長筐体とならざるを得なかった。
【解決手段】本発明の搬送ロボットは、従来のベルト機構にかえて胴体部の駆動手段とエンドエフェクタの回転支軸間をワイヤで連結して該ワイヤを芯軸周りに回動させる連動でエンドエフェクタを回動させるのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動及び処理を行う際に高い清浄度を必要とする半導体ウエハ等の搬送ロボット及びそれを備えた処理装置に関するものである。
本発明は、移動及び処理を行う際に高い清浄環境を必要とする物品のいずれにも適用可能である。特に電子部品である半導体ウエハをあげて説明するが、これは例示のためであり、本発明を限定するものではない。

一般に半導体ウエハの製造工程において、処理装置内に塵埃が浮遊すれば半導体ウエハ表面上に付着して汚染が生じて、製品歩留まり（良品率）が低下する。これを防止するため、半導体ウエハの処理は高清浄な環境、いわゆるクリーンルームで行う。このクリーンルームにおける半導体ウエハの運搬は、半導体ウエハをカセット内の棚段上に収納して、カセット搬送ロボット等によりカセットごと運搬する。

図９は本出願人が従来クリーンルーム内で使用する半導体ウエハ５の処理装置８である。この処理装置８では、外気を遮断して処理室１１内を清浄に保つとともに内部を高真空、高温にするために、処理装置８内部と外部をつなぐ開口部１２に開閉可能なドア１３を備える。
上記処理装置８は、開口部１２から処理室１１までの半導体ウエハ搬送路間にスカラ型の搬送ロボット４を備える。この搬送ロボット４は処理装置８のステージ１４上に載置された前記カセット１５内から半導体ウエハ５を取り出して処理室１１へと移動することができる。

この搬送ロボット４では、水平な一定長のアーム２２片端へ、これと平行して半導体ウエハ５を保持するエンドエフェクタ２３の回転支軸３１を回動自在に支持させ、且つこれらアーム２２及びエンドエフェクタ２３を回動させる駆動手段の胴体部２１を備える。これにより上記アーム２２とエンドエフェクタ２３の回動により半導体ウエハ５を移動させることができる。
また、上記胴体部２１の駆動手段とエンドエフェクタ２３の回転支軸３１に、その軸周りに回転可能なプーリ３３を固設するとともにベルト３２で連結（以下プーリとベルトからなる伝達機構をベルト機構と称する）して備える。これにより、上記駆動手段が作動して、ベルト３２が回動される連動でエンドエフェクタ２３が回動可能となる。

上記搬送ロボット４の搬送動作では搬送ロボット４内部で多くの塵埃が発生するのであり、これを外部に放出しないようにするためには、アーム２２とエンドエフェクタ２３の可動部分に磁性シール３４を備えさせる。
ところで、上記搬送ロボット４は、胴体部２１内でボールネジ軸２９をモータ２８とベルト３５により回動させて上下方向へ昇降させるのであり、一方モータ１６はベルト１７を介してエンドエフェクタ２３の回動支軸２５を駆動させるのであり、他方モータ１８はベルト１９を介してアーム２２の回動支軸２４を駆動させる。この際、３４は胴体部２１内に発生する塵埃を外部に放出させないようにするための磁性シールである。

特開昭６０−１３５１９２号公報

半導体素子の微細化技術の進歩により、製品歩留まりを低下させる塵埃も、従来のものより小さいものについても問題視されるようになった。しかしながら、 かかる塵埃として、気化した有機物があげられ、この発生は、たとえば従来の搬送ロボットに用いられるゴム製のベルト等を高温、高真空な場所におくことで、ベルトに添加されている有機物が気化して雰囲気中に放出される。これを防止するために、上記のごとく可動部分に磁性シールを設けるのであるが、これを幾重にも設けたりすることは搬送ロボットの大きさや重量が増大するとともにコストが高くなるという問題となる。

また、従来の搬送ロボットで使用されるベルト機構では、各支軸間にベルトをかけることから、アームの立体形状が細長筺体とならざるを得ない。たとえば、アーム形状を円弧状細長筺体としたい場合や、エンドエフェクタの回動支軸と回転支軸とが、高さ方向に段差のある場合などではベルト機構を採用することができない。本発明はかかる問題点を解決せんとするものである。

本発明は上記のごときアームとエンドエフェクタの回動により半導体ウエハを移動させる搬送ロボットにおいて、ベルトを備えることなく即ち胴体部の駆動手段とエンドエフェクタの回転支軸間をワイヤで連結し、該ワイヤを芯軸周りに回動させる連動でエンドエフェクタを回動させるのである。このワイヤは、複数の金属線や合成繊維線等を縒ることによりなる屈曲自在なワイヤである。

而して、上記駆動手段はエンドエフェクタの回動支軸の外周にアームの回動支軸を同芯状に配設し、またアームは細長筺体に形成され、該筺体内で必要に応じ軸受け手段を使用し或いは、使用することなく、上記ワイヤを筺体内へ非接触状態に挿入させるのである。
なお、胴体部の前記駆動手段は、エンドエフェクタ及びアームの回動支軸、モータ、ベルト、プーリそれに減速機などから構成される。
また、ワイヤはその外径より大なる内径を有するチューブで覆い、チューブ内部に潤滑油を塗布して備えた構成にする。このチューブは高温、高真空である環境にあっても有機物を放出しにくい素材であることが望ましい。

一方、本発明の搬送ロボットはエンドエフェクタの回転支軸に少なくとも１つのストッパを、そして該回転支軸を包囲する筺体側の関係位置へ、上記ストッパと係合可能になる１つ若しくは複数のストッパを設けたりする。

他方、本発明の搬送ロボットでは、エンドエフェクタの回動を制御するエンドエフェクタ制御手段と、アームの回動を制御するアーム制御手段とを備え、エンドエフェクタがアームを介して直線と曲線軌道上を移動させたりするのである。

なお、今一の発明は上記のごとき構成の搬送ロボットを使用した半導体ウエハの処理装置であって、具体的には、カセットを載置するステージと、その前面で開口部を気密に閉鎖するドア、及び室内の温度や圧力を調整できる半導体ウエハの処理室間へ、上記構成の搬送ロボットの１つを配置したものとする。

高真空等の過酷な環境下で使用される搬送ロボットでは、半導体ウエハに分子汚染の回避が緊急の課題となっているが、本発明のごとくベルト手段に換えてワイヤ手段を採用したことで塵埃の発生を可及的に減少させることができ、半導体ウエハの製品歩留まり（良品率）の向上に寄与するものとなった。

本発明のワイヤによる伝達手段はベルト機構に比べ部品点数が少なく、機構が簡素であり、且つアームを軽量化できるとともに、剛性を保ったままアームの大きさや形状を任意に設計し、小さくしたりすることができる。このことから、稼働範囲を狭くしたり、処理室の内容積を小さくしたりすることも容易で、一般的に、アルミ塊をくり抜いて製造する処理室の製造も容易となり、コストの低減化に寄与することができる。

また、部品点数の減少により、作動中のトラブルや故障が減少し、メンテナンスにかかる労力とコストが減少し、搬送ロボットの寿命も長くなった。

また本発明のワイヤ機構ではエンドエフェクタの回動支軸とエンドエフェクタ支軸とが同一水平面内にない場合にも動力伝達が可能であって既定概念に促らわれない自由な設計が可能である。

以下に本発明の最良の実施形態の例を説明する。なお、以下の実施形態は、本願発明の範囲を限定するものではない。従って、当業者であれば本願発明の範囲で他の実施形態を採用することが可能である。
図１は本発明の搬送ロボット１を示す断面図である。この搬送ロボット１は図９の従来技術で説明したものに対し、胴体部２１の駆動手段とエンドエフェクタ２３の支軸間をワイヤ２６で連結した点の改良であり、他の構成については変わりがない。従って、ワイヤ以外の部品については図９と同じ符号で示してある。

本発明で上記ワイヤ２６は水平な一定長のアーム２２の筐体内へ、筐体内壁に接触することのないよう適宜軸受け手段を使用したり、或いは使用することなく挿入させるものとなすのであり、該ワイヤ２６の一端は胴体部２１側では中央の回動支軸２５の上端へ、そして他端はエンドエフェクタ２３の回転支軸３１下端へ夫々れ接続金具４３を使用して取り付けしめてある。

上記実施例ではアーム２２の片側上方へエンドエフェクタ２３を回動自在に支承させるのであり、従ってワイヤ２６はアーム２２の筺体内でＳ字状の波形を形成されるものとなり、回動支軸２５の回動伝達はワイヤ２６自身が上記形状を維持するその芯軸周りの回動によってエンドエフェクタ２３の回転支軸３１へ連動伝達されるのである。

図２は、他の実施例を示す。本例の搬送ロボット２は上記搬送ロボット１と異なり、水平な一定長のアーム２２片側下端へエンドエフェクタ２３を備えた構成である。この搬送ロボット２ではワイヤ２６がアーム２２の筺体内で椀形に屈曲されたものとなる。
この搬送ロボット２ではエンドエフェクタ２３に保持した半導体ウエハ５を、上方空間（イ）以外即ちアーム２２の下方空間（ロ）や胴体部２１を除く下方空間（ハ）を通るように搬送させることができる。

図３は、エンドエフェクタ２３の回動を適宜に制御可能とする手段の一例を示す一部切り欠き斜視図である。本図に見られる通りエンドエフェクタ２３の回転支軸３１及び該回転支軸３１を包囲するアーム２２の軸受け２７側の関係位置へ、それぞれ１箇或いは複数のストッパをその回動課程で係合可能となるように設けるのであり、これによりエンドエフェクタ２３の可動範囲が適宜制限されるものとなる。図面で３６は回転支軸側へ取り付けた第一ストッパであり、３７及び３８はこれと係合する軸受け２７側の第二ストッパである。

上述した実施例では、ワイヤ２６を露出状態でアーム内に備えさせたものであるが、図４はチューブ４４を被覆させる場合の実施例を示す一部切り欠き斜視図である。この図面で見られる通りワイヤ２６を被覆したチューブ４４は、チューブ固定台４５を使用して固定状態になされるのであり、本図はその片端側を示しているが、同様にして他端側部も固定されるのである。なお、チューブ４４内には潤滑剤を填入してワイヤ２６との摩擦による塵埃が発生しないようにしてある。

上記実施例ではアーム２２の形状が直線状で、且つ断面方形をなしたものを示したが、図５は曲管形状に形成されたアーム４２の使用例を示すものである。本図面は装置の平面図であり、点線で示す従来の直線的な細長筺体形状のアーム２２で制御困難となる障害物４１に対し、本図に示す如く設計することにより何ら支障なく半導体ウエハ５を搬送することが可能となる。

図６は上記説明の搬送ロボットの１つを、配設した処理装置６の断面図である。ここに処理装置６はアルミ塊をくり抜いて製造されるのであり、該処理装置は搬送ロボット１の構成が上記説明した点で異なる以外は図９で示したものと変りがないので、説明を省略する。図７は上記処理装置の斜視図である。

上記処理装置ではカセット１５と処理装置１１を同一直線上で、且つ両者の開放口を対向状態に配設した例を示したものであるが、図９はこれに限らない他例を示すものである。而して、本発明の上記構成に係わるロボット使用では、エンドエフェクタ２３の回動動作及び、その制御が従来のベルト駆動手段に比べ容易且つ円滑に遂行可能であり、即ち本図示例の如きカセット１５と処理室１１の両方を比較的狭い箇所で互いに近接した状態に配置したことにより、直線と曲線のＵ軌道を行わせて処理するような場合でも何ら支障なく、極めて迅速且つ効率的な作業性能を発揮させることのできるものとなる。
なお、上記のことは処理装置全体のコンパクト化やその設置上の省スペース化に寄与するものとなるのであり、またアルミ塊をくり抜いて作成したりするさいの装置コストの低減化に寄与する上でも 著効を奏するものとなる。

本発明の搬送ロボットを示す断面図である。 図１と異なる実施例を示す断面図である。 搬送ロボットのエンドエフェクタ２３の回動を制限する手段の一例を示す一部切り欠き断面図である。 ワイヤを覆うチューブを示す一部切り欠き斜視図である。 曲管形状に形成されたアーム４２の実施例を示す平面図である。 図１の搬送ロボットを配置した処理装置を示す断面図である。 図６で示す処理装置の斜視図である。 本発明の処理装置を示す平面図である。 従来の搬送ロボットを示す断面図である。

符号の説明

１，２ 搬送ロボット
４ 従来の搬送ロボット
５ 半導体ウエハ
７ 処理装置
８ 従来の処理装置
１１ 処理室
１２ 開口部
１３ ドア
１４ ステージ
１５ カセット
１６，１８ モータ
１７，１９ ベルト
２１ 胴体部
２２ アーム
２３ エンドエフェクタ
２４，２５ 回動支軸
２６ ワイヤ
２７ 軸受け
２８ モータ
２９ ボールネジ軸
３１ 回転支軸
３３ プーリ
３４ 磁性シール
３５ ベルト
３６ 第一ストッパ
３７，３８ 第二ストッパ
４１ 障害物
４２ 曲管形状のアーム
４３ 接続金具
４４ チューブ
４５ チューブ固定台

Claims (5)

1. 水平な一定長のアーム片端へ、これと平行して半導体ウエハを保持するエンドエフェクタの回転支軸を回動自在に支持させ、且つこれらアーム及びエンドエフェクタを回動させる駆動手段の胴体部を備え、上記アームとエンドエフェクタの回動により半導体ウエハを移動させる搬送ロボットにおいて、胴体部の駆動手段とエンドエフェクタの回転支軸間をワイヤで連結し、該ワイヤを芯軸周りに回動させる連動でエンドエフェクタを回動可能なさしめることを特徴とした搬送ロボット。
2. 上記駆動手段はエンドエフェクタの回動支軸の外周にアームの回動支軸を同芯状に配設し、またアームは細長筺体に形成すると共に、該筺体内で必要に応じ軸受け手段を使用し或いは、使用することなく、上記ワイヤを筺体内へ非接触状態に挿入してあることを特徴とした請求項１記載の搬送ロボット。
3. エンドエフェクタ回転支軸に少なくとも１つのストッパを、そして該回転支軸を包囲する筺体側の関係位置へ、上記ストッパと係合可能になる１つ若しくは複数のストッパを設けることを特徴とした請求項１または２記載の搬送ロボット。
4. エンドエフェクタの回動を制御するエンドエフェクタ制御手段と、アームの回動を制御するアーム制御手段とを備え、エンドエフェクタがアームを介して直線と曲線軌道上を移動することを特徴とした請求項１，２又は３記載の搬送ロボット。
5. カセットを載置するステージと、その前面で開口部を気密に閉鎖するドア、及び室内の温度や圧力を調整できる半導体ウエハの処理室などを備えさせると共に、上記ステージと処理室間へ上記請求項１から４のいずれか１つに記載の搬送ロボットを配置した構成となされていることを特徴とした処理装置。
   

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