JPH04279043A - ウエハ搬送装置とウエハ搬送方法 - Google Patents

ウエハ搬送装置とウエハ搬送方法

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JPH04279043A
JPH04279043A JP3013771A JP1377191A JPH04279043A JP H04279043 A JPH04279043 A JP H04279043A JP 3013771 A JP3013771 A JP 3013771A JP 1377191 A JP1377191 A JP 1377191A JP H04279043 A JPH04279043 A JP H04279043A
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fixed pulley
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ウエハ搬送装置、特に
旋回可能なフロッグレッグタイプのウエハ搬送装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造プロセス技術が半導体素子の
微細化、高精度化の要求に応えるには１つのチャンバで
の工程を終えて他のチャンバでの工程に移行するとき半
導体基板表面部に変質が生じないようにすることが必要
である。しかし、実際のプロセスにおいては、１つのチ
ャンバでの工程（例えばエッチング）を終えて他のチャ
ンバで次の工程（例えばＣＶＤ）を行う場合、半導体ウ
エハを大気に曝すので例えば配線膜のスルーホールに露
出する部分に自然酸化膜が生じるというような問題が生
じる。かかる自然酸化膜の存在はコンタクト抵抗の増大
を招くのでそれを除去する必要性が生じる場合が多い。 そして、自然酸化膜の除去は半導体ウエハのエッチング
液への浸漬、更にはそのエッチング液の水洗い等を必要
とし、工程を著しく増やす原因となり、スループットを
低下させる原因となる。そのため、複数のチャンバをゲ
ートバルブを介して一体化したマルチチャンバ装置なる
ものが開発され、たとえばＮＩＫＫＥＩ　　ＭＩＣＲＯ
ＤＥＶＩＣＥＳ　　１９８９年１０月号３４〜３９頁等
により紹介されている。
【０００３】そして、このようなマルチチャンバを用い
てより効果的に半導体装置の製造の工程を進めるには各
チャンバへの半導体ウエハの出し込れを円滑に行うウエ
ハ搬送装置が必要であり、その一つのウエハ搬送装置と
して図４に示すようなフロッグレッグタイプのウエハ搬
送装置を用いることが試みられた。図４は該装置の上部
（要部）を示す斜視図である。
【０００４】図面において、１は上端にフランジを有す
る無底の筒状体で、該フランジにて水平シールド板２に
直接又は間接に垂直に取り付けられている。尚、該筒状
体１は図４にはフランジのみが現われる。３は上記筒状
体１の内側に例えば磁気流体を介して回転自在に取り付
けられた無底筒状の旋回外筒である。図４には旋回外筒
３の上端のみが現われる。４は上記旋回外筒３に対して
垂直方向に移動可能に挿通状に図面に現われないリニア
モーションベアリングを介して取り付けられた旋回内筒
である。５はベローズで、下端が上記旋回外筒３の上端
面に固定され、上端が旋回内筒４の上部外周面に固定さ
れている。旋回内筒４は旋回外筒３が図面に現われない
駆動手段（モータ等）によって回転せしめられるとこれ
と一体的に回転し、また、図面に現われない昇降手段に
よって旋回外筒３に対する上下方向における位置が変化
せしめられるようになっている。
【０００５】６は旋回内筒４に回転可能に図面に現われ
ない磁性流体を介して挿通状に取り付けられた駆動軸で
、旋回内筒４から上方へ突出した上端部にはギア（以下
「駆動ギア」という）７が固定されている。そして、該
駆動ギア７にはアーム８ａの一端が一体に連結されてい
る。９は旋回内筒４の上端部に取り付けられた軸で、該
軸９に上記駆動ギア７と歯合する従動ギア１０が回転自
在に取り付けられている。該軸９は固定軸であるが、従
動ギア１０の軸なので、以後便宜上「従動軸」と称する
こととする。従動ギア１０には上記アーム８ａと同じ長
さのアーム８ｂの一端が一体に連結されている。上記駆
動軸６は図面に現われないモータによって回動せしめら
れるようになっており、駆動軸６が回動するとアーム８
ａがそれと共に同じ方向に回動するが、一方、従動ギア
１０と一体のアーム８ｂがアーム８ａと反対方向に回動
する。従って、アーム８ａと８ｂとは対を成し駆動軸６
の回動に伴って拡いたり閉じたりする。１１ａ、１１ｂ
は上記一対のアーム８ａ、８ｂの他端部に一端部を回動
自在に連結された一対のアームで、該アーム１１ａ、１
１ｂの他端部には互いに歯合せしめられたギア１２、１
２が設けられている。該アーム１１ａ、１１ｂと上記ア
ーム８ａ、８ｂによってフロッグレッグが構成されるの
である。１３は上記ギア１２、１２の軸心を介して一対
のアーム１１ａ、１１ｂの上記他端部に取り付けられた
ウエハ載置台で、１枚の半導体ウエハ１４を載置するこ
とができるようになっていた。
【０００６】本ウエハ搬送装置は旋回外筒３を回転する
ことによりフロッグレッグの向きを旋回することができ
、また駆動ギア６を回転することによりアーム８ａ、８
ｂ、１１ａ、１１ｂからなるフロッグレッグを伸ばした
り縮めたり、即ちウエハ載置台１３を前進させたり後退
させたりすることができる。また、昇降手段により旋回
内筒４を上下動させることによりウエハ載置台１３を上
下動させることができる。これはチャンバ内のウエハ受
部分との間で半導体ウエハ１４の受け渡しができるよう
にするにはウエハ載置台１３をある範囲で上下させる必
要があるからである。
【０００７】本ウエハ搬送装置によって半導体ウエハ１
４が出し入れされる各チャンバは、ウエハ搬送装置のま
わりに配置される。尚、図面には便宜上１つのチャンバ
１５のみを２点鎖線で示した。１６は各チャンバ１５と
ウエハ搬送装置との間に設けられたゲートバルブ、１７
、１７、……は半導体ウエハ１４を通すウエハ通過孔、
１８、１８、……はウエハがきたらそのことを検知する
検知センサ、１９は排気口である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
ような従来のウエハ搬送装置には、図６に示すようにア
ーム８ａ、８ｂ、１１ａ、１１ｂが上から見て一直線に
なりフロッグレッグの先端部が駆動ギア６上に位置した
状態で停止した場合、その状態から脱出することが難し
いという問題があった。即ち、ジャックナイフが延びき
った状態にあるときそれを曲げるのにとても大きな曲げ
モーメントを必要とするがそれと同じことが図４に示す
ようなウエハ搬送装置にも当てはまるのである。従って
、このような現象をジャクナイフ現象（Ｊａｃｋ　　Ｋ
ｎｉｆｅ　　Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）ともいう。若し、
かかるジャクナイフ現象によってフロッグレッグが停止
したままの状態になり、それを外部から動かすことがで
きなくなるとウエハ搬送装置のチャンバを開いて元に戻
してやらなければならないことになる。そして、高真空
のチャンバを一旦開いて大気に暴すと、チャンバ内面に
大気中の水分等が吸着し、ベーキング長時間の真空吸引
をしなければ元の高真空にすることができない。そのた
め数時間あるいは何日間マルチチャンバの使用ができな
くなる。これは生産設備の使用効率を低下せしめ半導体
装置の製造コスト増の要因となるので絶対に避ける必要
があった。
【０００９】そこで、本願発明者はフロッグレッグの先
端部が駆動ギア７上に位置する状態にならないような仕
組みにすることを試みた。即ち、図６に示すような縮み
きった状態にならないように、例えば駆動ギア７の回転
範囲を狭める等することによりジャックナイフ現象を起
きないようにするのである。しかしながらこのようにす
ると、スループットの著しい向上を図ることが難しいと
いう好ましくない別の問題が生じるのである。というの
は、元来、フロッグレッグタイプのウエハ搬送装置はフ
ロッグレッグが伸びた状態から縮んでウエハ載置台１３
が駆動ギア７上を通過（この通過のことを以後「支点通
過」ということとする）し、その後、今までと逆の方向
に伸びるようにでき、そのようにした場合には、ウエハ
載置台１３の移動ストロークをフロッグレッグの長さ（
アームの長さの２倍）の２倍にすることができ、ウエハ
載置台１３を駆動ギア７上（以後「支点」という）から
いずれの側へも伸ばすことができるのである。従って、
例えば一つのチャンバからそれと反対側のチャンバへフ
ロッグレッグの働きのみにより、即ち旋回することなく
半導体ウエハ１４を搬送することもでき、この機能を有
効に活用することによりスループットの向上を図ること
ができるのである。そして、更に、ウエハ載置台１３に
半導体ウエハ載置部を２個設けることにより２枚の半導
体ウエハ１４を並置できるようにすればより一層スルー
プットの向上を図る途が開けてくる筈なのである。 しかるに、ジャックナイフ現象を回避するために例えば
駆動ギア７の回転範囲を狭める等することによりフロッ
グレッグを図６の実線で示す縮み切った状態にならない
ようにすれば支点通過ができずウエハ載置台１３のスト
ロークが略半減し、１つのチャンバからそれと反対側の
チャンバへ旋回を伴うことなくフロッグレッグの伸縮の
みで半導体ウエハ１４を搬送することは全く不可能にな
り、またウエハ１４を２枚並置できるようにすることの
意義がほとんど失われ、スループットの著しい向上を図
ることができない。
【００１０】そこで、本願発明者は、図５に示すように
、駆動ギア７に固定プーリー２０を取り付け、アーム８
ａと１１ａの連結軸（関節部）に固定プーリー２０の２
分の１の径の動プーリー２１を回動自在に取り付け、固
定プーリー２０と動プーリー２１にワイヤ２２（あるい
はベルト）を掛けて支点脱出を補助するところの支点脱
出補助機構を設けることによりフロッグレッグが縮んだ
状態から脱出するに必要な脱出モータートルクを小さく
することを試みてみた。この脱出に要するモータトルク
をＭ、ウエハ載置台１３が駆動ギア６上から脱出するの
に要する力をＦ、アーム長をＬ、動プーリー２１の直径
、即ち固定プーリー２０の半径をｒとすると、脱出モー
タトルクＭは次式で表わされる。 Ｍ＝２ＦＬ２　／ｒ ところで、アーム長Ｌは長くなる傾向にあり、そのため
脱出に要する脱出モータトルクＭが大きくなる傾向にな
り、その結果ワイヤ２２切れの虞れが生じたり、モータ
脱調の虞れが生じることが予想される。
【００１１】そこで、本願発明者は支点からの脱出によ
うするトルクＭを大きくすべく固定プーリー２０の径を
大きくすることを着想したが、固定プーリー２０が駆動
ギア６に取り付けられるものであり従動ギアと近いので
当初駆動ギア６と従動ギア１０との軸間距離によって固
定プーリー２０の径が制約されると思い込んでいた。従
って、固定プーリー２０を大きくすることにより上記脱
出モータトルクＭを小さくすることに限界があり、支点
脱出補助機構によりこの難問を打開することは難しいと
思われた。しかし、本願発明者は従動ギア７と固定プー
リー２０との位置関係が固定されており、固定プーリー
２０の半径を駆動ギア６と従動ギア１０との軸間距離を
越えて大径にすることが可能であることに気付き本発明
を為すに至った。本発明は、その結果として為されたも
ので、フロッグレッグタイプのウエハ搬送装置の支点脱
出に要する脱出トルクを小さくすることによりウエハ搬
送装置を支点通過可能にし、スループットの向上を図る
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１のウエハ搬送装
置は、支点脱出補助機構の固定プーリーの半径を駆動体
と従動体の軸間距離よりも大きくしたことを特徴とする
。請求項２のウエハ搬送装置は、請求項１のウエハ搬送
装置において、ウエハ載置台のウエハ載置部の数を２個
にしたことを特徴とする。
【００１３】
【実施例】以下、本発明ウエハ搬送装置を図示実施例に
従って詳細に説明する。図１及び図２は本発明ウエハ搬
送装置の一つの実施例を示すもので、図１は斜視図、図
２は縦断面図であり、また、図３は原理説明のための平
面図である。図１及び図２に示した本ウエハ搬送装置は
、図４に示したウエハ搬送装置とは共通する部分を有し
、その共通部分については多くの部分が既に説明済なの
でその説明済部分の詳細な説明を省略することとし、相
違する部分と未説明の部分についてのみ説明する。そし
て、図１乃至図３の図４と共通する部分には同一の符号
を使用する。
【００１４】無底筒状体１は水平シールド板２にフラン
ジにてＯリング２３を用いて垂直の向きに気密に固定さ
れているが、その内側に磁性流体２４を介して回転可能
に設けられた旋回外筒３の回転による温度上昇を防止す
るため冷却水を通す冷却水路２５が設けられている。 尚、２４ａは通常のベアリングであり、磁性流体２４と
併用されている。２６は旋回外筒３の下部に取り付けら
れたプーリー、２７は旋回外筒３を旋回させる駆動源た
るＤＣサーボモータで、そのプーリー２８と上記旋回外
筒３のプーリー２６にはタイミングベルト２９が掛けら
れている。このモータ２７の回転によりフロッグレッグ
の向きを旋回させることができるのである。
【００１５】３０は旋回体３の下端面に取り付けられた
シリンダ支持ブラケットで、その下端の支持片３１にて
シリンダ３２を支持している。３３は旋回外筒３と旋回
内筒４との間に介在するリニアモーションベアリングで
、これによって旋回内筒４が旋回外筒３の内側に上下動
可能に取り付けられている。３４は旋回内筒４の下端に
取り付けられた伝動ブラケットで、下端の支持片３５に
てフロッグレッグ伸縮用のＤＣサーボモータ３６を支持
している。該モーター３６の回転中心は駆動軸６のそれ
と一致せしめられており、モータ３６の回転はカップリ
ング３７を介して駆動軸６に伝達されるようになってい
る。尚、ハーモニックドライブを用いて回転力をノンバ
ックラッシで伝達するようにしても良い。尚、旋回内筒
４とその内側に回転可能に取り付けられた駆動軸６との
間にもベアリングとして磁気流体２４と普通のベアリン
グが介在せしめられている。そして、上記伝動ブラケッ
ト３４は下端の支持片３５にてシリンダ３２により上下
方向に移動せしめられるようになっている。従って、シ
リンダ３２によって伝動ブラケット３４が上下動すると
モータ３６、カップリング３７及び駆動軸６が一体で上
下動し、延いてはフロッグレッグが上下動する。
【００１６】２０は旋回内筒４上端に一体的に取り付け
られた固定プーリーで、駆動軸６と軸中心が一致するよ
うに設けられており、駆動軸６と従動軸９との軸間距離
ｄよりも相当に大きくされている。２１はアーム８ａと
１１ａとを回動自在に連結する連結軸（関節部）に取り
付けられた動プーリーで、固定プーリー２０の直径の２
分の１の直径を有する。２２は固定プーリー２０と動プ
ーリー２１に掛けられたワイヤである。ワイヤではなく
ベルトを用いるようにしても良い。２３は固定プーリー
２０に形成されたところの逃げ孔で、これによって旋回
内筒４の上端に突出形成された従動軸９を逃げることが
できる。尚、該従動軸９を旋回内筒４にではなく固定プ
ーリー１０に取り付け、該軸に従動ギア１０を取り付け
るようにしても良い。これ等固定プーリー２０と動プー
リー２１とワイヤ２２によって支点脱出補助機構が構成
されている。
【００１７】本ウエハ搬送装置によれば、フロッグレッ
グが縮み切った状態（ウエハ載置台１３が支点にいる状
態）から脱出（即ち、支点脱出）するのを補助する支点
脱出補助機構を構成する固定プーリー２０の半径ｒを図
３に示すように駆動軸６と従動軸９との軸間距離ｄを越
えて大きくしたので、脱出に要するモータトルク（モー
タ３６により得る）Ｍ（＝２ＦＬ２　／ｒ）を小さくす
ることができる。従って、若し、ウエハ載置台１３が支
点上に停止した状態になっても小さなトルクで支点脱出
ができる。依って、支点脱出時にワイヤ２２に大きな力
が加わる虞れがなく、ワイヤ２２が切断する事故の発生
する虞れがなくなると共に、モータ３６が脱調する虞れ
もない。しかして、ウエハ搬送装置をフロッグレッグの
支点通過を許容する機構にすることができる。従って、
このようなウエハ搬送装置によれば、フロッグレッグの
旋回運動なしに半導体ウエハ１４を１つのチャンバから
ウエハ搬送装置を挟んで逆方向にあるチャンバに運ぶこ
とすら可能になり、フロッグレッグの伸縮及び旋回の組
み合せにより効率的な半導体ウエハ１４の搬送が可能に
なる。しかも、本ウエハ搬送装置においてはウエハ載置
台１３が伸縮方向に沿って並んだ２つのウエハ載置部１
３ａ、１３ｂを有し、２枚のウエハ１４、１４を同時に
搬送できるので更にウエハ搬送効率を高めることができ
るのである。
【００１８】ちなみに、２枚のウエハを搬送できるタイ
プのウエハ搬送装置と従来の１枚のウエハしか搬送でき
ないタイプのウエハ搬送装置とを４つのシーケンス例に
ついて比較する。前提条件は旋回に要する時間が３秒、
前進及び後退に要する時間が共に２秒、上昇及び下降に
要する時間が共に１秒、ピックアップ旋回に要する時間
が１秒、ゲートバルブの開及び閉に要する時間が共に１
秒である。次に、４つのシーケンス例について述べると
、少なくともチャンバＡ〜チャンバＥあるいはＦまでの
少なくとも５あるいは６個のチャンバがウエハ搬送装置
のまわりにあることを前提とし、第１のシーケンス例は
、チャンバＡ（４５秒間）、チャンバＢ（４０秒間）、
チャンバＣ（６０秒間）、チャンバＤ（２０秒間）チャ
ンバＥ（４０秒間）の順でウエハ１４を搬送するという
ものであり、カッコ内は以後のシーケンス例を含めウエ
ハがチャンバ内に存在する時間を示す。第２のシーケン
スは、例えばチャンバＡ（５０秒間）、チャンバＢ（３
０秒間）、チャンバＣ（６０秒間）、チャンバＤ（３０
秒間）、チャンバＥ（６０秒間）、チャンバＦ（１０秒
間）の順でウエハ１４を搬送する場合であり、第３のシ
ーケンス例はチャンバＡ（１０秒間）、チャンバＢ（３
０秒間）、チャンバＣ（６０秒間）、チャンバＤ（４０
秒間）、チャンバＥ（４５秒間）、チャンバＦ（１０秒
間）、チャンバＡ（１５秒間）の順でウエハ１４を搬送
する場合であり、第４のシーケンス例はチャンバＡ（１
０秒間）、チャンバＢ（４５秒間）、チャンバＣ（３０
秒間）、チャンバＤ（６０秒間）、チャンバＣ（１０秒
間）、チャンバＡ（２０秒間）の順でウエハ１４を搬送
する場合である。
【００１９】そして、スループット（ウエハ枚数／時間
）は、１枚のウエハしか搬送できない従来のウエハ搬送
装置によれば、同時に複数のゲートバルフを開閉できな
い場合には、第１のシーケンス例が３３、第２のシーケ
ンス例が２８、第３のシーケンス例が２０、第４のシー
ケンス例が１８であり、同時に複数のゲートバルブを開
閉できる場合には、第１のシーケンス例が３７、第２の
シーケンス例が３２、第３のシーケンス例が２２、第４
のシーケンス例が２０になる。それに対して、２枚のウ
エハ１４、１４を同時に搬送できる本ウエハ搬送装置に
よれば、スループット（ウエハ枚数／時間）は同時に複
数のゲートバルブを開閉できない場合には、第１のシー
ケンス例が４０、第２のシーケンス例が３４、第３のシ
ーケンス例が３０、第４のシーケンス例が２７にもなる
。そして、同時に複数のゲートバルブを開閉できる場合
だと、第１のシーケンス例が４２、第２のシーケンス例
が３６、第３のシーケンス例が３２、第４のシーケンス
例が２９と更に多くなる。このように本ウエハ搬送装置
によればスループットを高くできるのである。
【００２０】
【発明の効果】請求項１のウエハ搬送装置は、旋回体の
旋回中心に沿って回転自在に設けられた駆動体と、該駆
動体に対して従動する従動体と、該駆動体及び従動体に
一端部が取り付けられ該駆動体の回動により互いに反対
方向に回動する第１の一対のアームと、該アームの他端
部に一端部にて回動自在に連結されて上記第１の一対の
アームとでフロッグレッグを成す第２の一対のアームと
、該第２の一対のアームの他端部により支持されたウエ
ハ載置体と、からなるウエハ搬送装置において、上記駆
動体と軸中心が一致し且つ上記旋回体に対する位置関係
が固定にされて設けられた固定プーリーと、上記駆動軸
に一端部が取り付けられた上記アームの他端部の連結軸
に回動可能に取り付けられ上記固定プーリーとの間にベ
ルト乃至ワイヤが掛けられたところの該固定プーリーよ
り小径の動プーリーと、からなる支点脱出補助機構を有
し、上記固定プーリーの半径を上記駆動軸と従動体の軸
間距離よりも大きくしたことを特徴とするものである。 従って、請求項１のウエハ搬送装置によれば、支点脱出
補助機構を構成する固定プーリーの半径を駆動体と従動
体との軸間距離を越えて大きくしたので、フロッグレッ
グが支点脱出するときに要する駆動軸のトルクを小さく
することができる。従って、固定プーリーと動プーリー
に掛けられたワイヤ（あるいはベルト）に大きなテンシ
ョンがかかって切れたり駆動体を回転させるモータが重
負荷により脱調したりする虞れがなくなる。依って、ウ
エハ搬送装置をフロッグレッグ先端部のウエハ載置台が
支点通過でき支点のどちら側にも伸ばすことのできる態
様で支障なく、即ち、ワイヤ（あるいはベルト）に大き
なテンションが加わったり駆動軸を回転するモータが脱
調する虞れなく使用できる。請求項２のウエハ搬送装置
は、請求項１記載のウエハ搬送装置において、ウエハ載
置体にウエハを載置する部分を２個設けてなるものであ
る。従って、請求項２記載のウエハ搬送装置によれば、
同時に搬送できるウエハの枚数が従来の２倍なので、ウ
エハの搬送のスループットをより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ウエハ搬送装置の一つの実施例を示す斜
視図である。
【図２】同じく縦断面図である。
【図３】本発明の原理説明のための平面図である。
【図４】ウエハ搬送装置の従来例を示す斜視図である。
【図５】フロッグレッグの支点脱出を補助する支点脱出
補助機構として本願発明者が当初試みたものの平面図で
ある。
【図６】図４に示したウエハ搬送装置の問題点であると
ころのジャックナイフ現象を説明する平面図である。
【符号の説明】
３　　旋回体 ４　　旋回体 ７　　駆動体 ８ａ、８ｂ　　第１の一対のアーム １０　　従動体 １１ａ、１１ｂ　　第２の一対のアーム１３　　ウエハ
載置台 １３ａ、１３ｂ　　ウエハ載置部 １４　　ウエハ ２０　　固定プーリー ２１　　動プーリ ２２　　ワイヤ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　旋回体の旋回中心に沿って回転自在に
    設けられた駆動体と、該駆動体に対して従動する従動体
    と、上記駆動体及び従動体に一端部が取り付けられ上記
    駆動体の回動により互いに反対方向に回動する第１の一
    対のアームと、該アームの他端部に一端部にて回動自在
    に連結されて上記第１の一対のアームとでフロッグレッ
    グを成す第２の一対のアームと、該第２の一対のアーム
    の他端部により支持されたウエハ載置体と、からなるウ
    エハ搬送装置において、上記駆動体と軸中心が一致し且
    つ上記旋回体に対する位置関係が固定にされて設けられ
    た固定プーリーと、上記駆動軸に一端部が取り付けられ
    た上記アームの他端部の連結軸に回動可能に取り付けら
    れ上記固定プーリーとの間にベルト乃至ワイヤが掛けら
    れたところの該固定プーリーより小径の動プーリーと、
    からなる支点脱出補助機構を有し、上記固定プーリーの
    半径を上記駆動軸と従動体の軸間距離よりも大きくした
    ことを特徴とするウエハ搬送装置
  2. 【請求項２】　　ウエハ載置体にウエハを載置する部分
    を２個設けてなることを特徴とする請求項１記載のウエ
    ハ搬送装置
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