JP2007216364A - 真空用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】真空室内に配置された加工ステージのレイアウトをコンパクトに変更できるように真空用ロボットを構成する。
【解決手段】真空ロボット１０は、機台１１内に４本の駆動軸を同心上に配置する。第１の駆動軸２１は、第１のアーム１２を機台１１に対して旋回可能に連結し、第２の駆動軸２２は、第２のアーム１３を第１のアーム１２に対して旋回可能に連結し、第３の駆動軸２３は、第１のハンド１４を第２のアーム１３に対して旋回可能に連結し、第４の駆動軸２４は、第２のハンド１５を第２のアームに対して旋回可能に連結する。第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３、第４の駆動軸２４を、それぞれ独立した駆動源で駆動するとともに、それぞれ磁性流体シール５１を嵌着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハやガラス基板等の薄型基板を真空内で搬送する真空用ロボットに関する。

一般的に、ウェハの加工は真空室内で行われ、ウェハを収納したカセットは大気室内に配置されている。そのため、ウェハの加工は、大気室と真空室とをウェハが行き来できるように構成されたウェハ処理装置によって行なわれていた。従来、このウェハ処理装置は、例えば、特許文献１によって知られている。これによれば、図３に示すように、ウェハ処理装置１００は、大気室１０１と真空室１０５とを有して構成されている。大気室１０１には、ウェハＷを収納しているカセット１０２とカセット１０２からウェハＷを取り出す大気用ロボット１０３とが配置され、真空室１０５にはウェハＷを加工する複数の加工ステージ１０６と真空用ロボット１０７とが配置されている。さらに、真空室１０５内には、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り換え可能なロードロック室１０８及びアンロードロック室１０９が設けられている。

真空用ロボット１０７は、通常、放射線上にレイアウトされた複数の加工ステージ１０６間に囲まれた位置に配置されている。この真空用ロボット１０７は、ウェハＷを直線的に各加工ステージ１０６に搬送できるように、回動可能な２本のアームと各アームを別々に駆動する駆動軸を有して公知のスカラ型ロボットとして構成されている。

一方、大気室１０１側に配置された大気用ロボット１０３も真空用ロボット１０７と同一の構成とされ、並列された複数のカセット１０２に対して、各カセット１０２に対向する位置に大気用ロボット１０３が複数のカセット１０２と平行に敷設されたレール上を移動できるように配置されている。
特開平１０−１３５３０１号公報（３〜５頁、図１参照）

しかし、ウェハが大型化されると、ウェハ処理装置自体も大型化されることとなって、特に、加工ステージがロボットを中心にして放射線上にレイアウトされていると、その設置スペースを広げることとなっていた。そのため、ウェハ処理装置全体の構成をコンパクトにする要望がなされていた。装置全体のコンパクト化を図るためには、放射線上にレイアウトされた加工ステージを直線上に並列させることが一つの解決策となる。従来の真空用ロボットは、放射線上に配置された複数の加工ステージのうちのいずれかの加工ステージに対向させるためのアームの旋回（θ軸回転）と、ウェハを加工ステージに搬送するためのハンドの直線移動（Ｘ軸移動）機構を有してスカラ型ロボットとして構成されていた。

スカラ型ロボットでは、上述のようにハンドの回動中心位置が直線的に移動されることから、直線上にレイアウトされた複数の加工ステージにウェハを搬送するためには、複数の加工ステージに沿って真空用ロボット自体が機台ごと移動（Ｙ軸移動）しなければならなかった。しかし、真空用ロボットがＹ軸移動するためには、床面に敷設したレール上を走行しなければならず、塵埃が発生して真空室内では使用することができなかった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、真空室内における複数の加工ステージのレイアウトを変更して処理装置をコンパクトに配置するとともに、そのためにＹ軸移動を廃止して塵埃を発生しない真空用ロボットを提供することを目的とする。そのために、本発明に係る真空用ロボットは、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、機台と機台に対して旋回可能な第１のアームと、前記第１のアームに対して旋回可能な第２のアームと、前記第２のアームに対して旋回可能なハンド手段と、を備える真空用ロボットであって、
前記第１のアームを旋回する第１の駆動軸と、前記第２のアームを旋回する第２の駆動軸と、前記ハンド手段を旋回する第３の駆動軸とが、前記機台内で同心上に配置されるとともに、
前記第１の駆動軸と、前記第２の駆動軸と、前記ハンド手段の駆動軸には、それぞれ独立した駆動源が配設され、
前記第１の駆動軸、前記第２の駆動軸、前記第３の駆動軸には、それぞれシール手段が配設されていることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明では、前記ハンド手段は、前記第２のアームの一端に枢着可能に配置される第１のハンドと第２のハンドとを備え、前記第１のハンドと前記第２のハンドとは、それぞれ別々に駆動されることを特徴としている。

請求項３記載の発明では、前記第１のハンドを駆動する駆動軸と前記第２のハンドを駆動する駆動軸との間にはシール手段が配設されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明では、前記シール手段は、回転軸に装着可能であって磁性流体シールで構成されていることを特徴としている。

本願発明によれば、真空用ロボットは、第１の駆動軸を回転させると第１のアームが旋回され、第２の駆動軸を回転させると第２のアームが旋回する。さらにハンド手段を第３の駆動軸によって旋回する。それぞれが独立して駆動されることから、ハンド手段が、所定の加工ステージに基板を搬送する際、ハンド手段を直線線的に移動させるようにそれぞれの駆動軸の回転を制御する。このように構成することによって、真空用ロボットをレール上で走行するＹ軸移動を削除することができることから、塵埃の発生をなくすことができる。

従って、加工ステージが直線上にレイアウトされていても、真空用ロボットが、機台の位置を移動することなく各加工ステージに基板を直線的に移動することができることから、基板処理装置の幅を狭くすることができ、基板処理装置のコンパクト化を図ることができる。しかも、第１の駆動軸、第２の駆動軸、及び第３の駆動軸が同心上に配置されていることから、内外に隣接する各駆動軸間にシール部材を装着することができ、大気室側の駆動部と真空室内のアーム側に分離するとともに、それぞれ独立して駆動する駆動部からの塵埃を、基板を加工する真空雰囲気内に侵入することを防止できる。そのため、真空用ロボットとして好適に使用することができる。

また、ハンド手段が同一の回転中心位置を有する第１のハンドと第２のハンドとを備えてあれば、２つの基板を同時に搬送することができ加工の効率化に繋がる。

さらに、シール手段が磁気流体によるシール手段であれば、回転する部位に装着することができて、大気雰囲気と真空雰囲気とを分離するシール精度を向上することができる。

次に、本発明の真空用ロボットの一形態を図面に基づいて説明する。以下の説明においては、真空用ロボットで搬送する基板は、ウェハで説明するものであるが、これに限定するものではなくガラス基板でもよい。従って基板処理装置をウェハ処理装置と呼ぶものとする。図１は、本発明の真空用ロボットをウェハ処理装置内に配置した状態を示すものであり、図２は真空用ロボットの簡略断面図を示すものである。そして、真空用ロボットは、真空雰囲気内に配置されている。

図１に示すように、ウェハ処理装置１は、ウェハＷを収納する複数のカセット３を備えた大気室２とウェハＷの加工処理をする複数の加工ステージ６を配置した真空室５と、を有して構成されている。大気室２には、カセット３からウェハＷを取り出す大気用ロボット４が配置されている。真空室５における大気室２側において、ロードロック室８、アンロードロック室９が配置され、ウェハＷの取り入れや取り出しを行っている。

真空室５内に配置された加工ステージ６は、真空用ロボット１０に対して、１列に直線状に並んで配置され、真空用ロボット１０から搬入されるウェハＷを順に受入可能に配置されている。なお、加工ステージ６のレイアウトは上記のように直線状に並列したものではなくてもよく、そのレイアウトを自由に行うことができる。

真空用ロボット１０は、図２に示すように構成されている。つまり、機台１１と、機台１１に対して旋回可能な第１のアーム１２と、第１のアーム１２の一端で旋回可能な第２のアーム１３と、第２のアーム１３の一端で旋回可能な２組のハンド１４、１５と、を備えている。

機台１１内には、４本の駆動軸が同心上に配置されている。第１の駆動軸２１は、円筒状に形成されるとともに第１のアーム１２の一端に連結されて第１のアーム１２を機台１１に対して旋回可能にしている。第２の駆動軸２２は、円筒状に形成されるとともに第２のアーム１３の一端に連結されて第２のアーム１３を第１のアーム１２の他端を中心にして旋回可能にしている。第３の駆動軸２３は、円筒状に形成されるとともに第１のハンド１４に連結されて第１のハンド１４を第２のアーム１３の他端を中心にして回動可能にしている。第４の駆動軸２４は、円柱状に形成されるとともに第２のハンド１５に連結されて第２のハンド１５を第２のアーム１３の他端を中心にして回動可能にしている。４本の駆動軸は、第４の駆動軸２４を中心にして、順に、第３の駆動軸２３、第２の駆動軸２２、第１の駆動軸２１とそれぞれ軸受け１６を介して外装されている。

また、第１のアーム１２は内部を中空状に形成した箱状に形成され、その下壁面の一端に形成された第１の挿通孔１２１の周りに第１の駆動軸２１の上端部が固着されている。第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３、第４の駆動軸２４の下端部にはそれぞれ図示しない駆動モータに連結された駆動側プーリ３１、３２、３３、３４が装着されている。

第１のアーム１２の他端は、その上面に第２の挿通孔１２２が形成されている。第２のアーム１３は内部を中空状に形成した箱状に形成され、第１のアーム１２の第２の挿通孔１２２と対向する下面の一端に第３の挿通孔１３１が形成され、他端の上面に第４の挿通孔１３２が形成されている。第１のアーム１２の第２の挿通孔１２２と第２のアーム１３の第３の挿通孔１３１を挿通するように、第２のアームの上壁部に固着された円柱状の第１の中間軸２６と、第１の中間軸２６の周りに外装される円筒状の第２の中間軸２７と、第２の中間軸２７の周りに外装される円筒状の第３の中間軸２８とがそれぞれ軸受け１６を介して同心上に配置されている。

さらに第２のアーム１３の第４の挿通孔１３２には、円筒状に形成された第１の回動軸２９と第１の回動軸２９に内装されて円柱状に形成された第２の回動軸３０が軸受け１６を介して同心上に配置されている。

一方、第１のアーム１２の挿通孔１２１を挿通する第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３、第４の駆動軸２４の上端には、それぞれ下から順に第１の伝達プーリ３５、３６、３７が装着されている。これらの第１の伝達プーリ３５、３６、３７は、それぞれ第１の中間軸２６の下端部、第２の中間軸２７の下端部、第３の中間軸２８の下端部に装着された第２の伝達プーリ３８、３９、４０にベルト１７、１７、１７を介して連結されている。

第２の中間軸２７の上端部、第３の中間軸２８の上端部は、第２のアーム１３内に挿通され、それぞれ上から順に第３の伝達プーリ４１、４２が装着されている。第３の伝達プーリ４１、４２は、第１の回動軸２９の下端、第２の回動軸３０の下端に装着された従動側プーリ４３、４４にベルト１８、１８を介して連結されている。そして、第１の回動軸２９の上端部は、第２のアーム１３の第４の挿通孔１３２から上方に突出して第１のハンド１４が装着され、第２の回動軸３０の上端部には第１のハンド１４の上方で第２のハンド１５が装着されている。

一方、機台１１内において、第４の駆動軸２４と第３の駆動軸２３との間、第３の駆動軸２３と第２の駆動軸２２との間、第２の駆動軸２２と第１の駆動軸２１との間及び第１の駆動軸２１と機台１１の内周面に配置されたハウジング１９との間には、それぞれ磁性流体シール５１、５１、５１、５１が嵌着されている。従って、磁性流体シール５１から上方は真空雰囲気として形成され、磁性流体シール５１から下方、つまり、駆動部は大気雰囲気として形成されている。

また、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３、第４の駆動軸２４は昇降台５２に支持されて機台１１の外部に配置されたモータ５３によりプーリ５４、５５ボールねじ５６を介して昇降可能に配置されている。そのため、機台１１の内周面には、複数箇所において上下方向に延設された直線状のガイドレール５７が配置され、ガイドレール５７に第１の駆動軸２１に外嵌されたガイド部材５８が摺動可能に装着されている。ガイド部材５８は、昇降可能なハウジング１９の先端に装着されている。

次に上記のように構成された真空用ロボット１０の作用について説明する。

図１に示すように、大気室２側に配置された大気用ロボット４がカセット３からウェハＷを取り出してロードロック室８に取り入れている。大気用ロボット４がウェハＷをロードロック室８に取り入れる際には、大気室２との間のゲートを開閉した後、ロードロック室８を真空雰囲気にしておく。真空用ロボット１０は、第１のアーム１２と第２のアーム１３と第１のハンド１４、第２のハンド１５とを折畳んだ状態にしてある。この折畳んだ状態とは、第１のハンド１４と第２のハンド１５との回動中心位置を機台１１の回転中心線上の位置（以下、原点位置という）に略一致させていることである。

この状態で、先ず第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）の高さ位置をロードロック室８のウェハＷの高さ位置に合わせるため、昇降台５２をモータ５３の駆動により昇降させる。次に、真空用ロボット１０の第１の駆動軸２１を駆動モータによって回転して、第１のアーム１２を機台１１に対して旋回し、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）をロードロック室８に向ける。

そして、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３（又は第４の駆動軸２４）を、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）をロードロック室８に向かって直線上に移動できるように、それぞれ回転制御する。この際、第１のハンド１４でロードロック室８内のウェハＷを取りに行くときには、第２のハンド１５をロードロック室８に干渉しない位置に回転しておく。そして、第１のハンド１４でウェハＷを吸着した後は、第２のハンド１５で次のウェハＷを取りに行く。このときには、第１のハンド１４は干渉しない位置に配置する。

ロードロック室８からウェハＷを取り出すと、真空用ロボット１０は、第１のアーム１２と第２のアーム１３とを屈曲させて、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）を原点位置に復帰する。その後、第１の駆動軸２１を回転させて、第１のアーム１２を旋回させ、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）を所定の加工ステージ６に向ける。

第１の駆動軸２１を回転しつつ、同時に第２の駆動軸２２を駆動して第２のアーム１３を第１のアーム１２の他端を中心にして旋回する。さらに、第３の駆動軸２３（又は第４の駆動軸２４）を駆動して第１のハンド１４あるいは第２のハンド１５を搬送する所定の加工ステージ６に直線移動させる。

この際、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２及び第３の駆動軸２３（又は第４の駆動軸２４）の回転を、第３の駆動軸２３（又は第４の駆動軸２４）が所定の加工ステージ６に直線的に移動できるようにそれぞれ制御する。なお、ウェハＷを加工ステージ６に載置する場合には、モータ５３により昇降台５２を適宜な位置に昇降させて行う。

ウェハＷを所定の加工ステージ６に搬送した後は、第１のハンド１４（又は第２のハンド）を戻る方向に直線的に移動して待機する。第１のハンド１４で搬送されたウェハＷの加工が終了すると、第２のハンド１５で搬送されたウェハＷと入れ替える。そして、第２のハンド１５を復帰させて再び加工終了するまで待機する。

これを順に繰り返してすべての加工ステージ６にウェハＷを搬送して、それぞれの加工ステージ６で加工処理を行うこととなる。

すべての加工ステージ６で加工処理を終えたウェハＷは、アンロードロック室９に搬送され、大気室２側の大気用ロボット４でカセット３に収納される。この間の真空用ロボット１０の作用は、ウェハＷをロード室８から取り出す作用と略同一となる。

上記のように、本形態の真空用ロボット１０によれば、第１のアーム１２を旋回駆動する第１の駆動軸２１、第２のアーム１３を旋回駆動する第２の駆動軸２２、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）を回動駆動する第３の駆動軸２３（又は第４の駆動軸２４）がそれぞれ独立して駆動されることから、それぞれの駆動軸が回転制御されることによって、第１のハンド１４（又は第２のハンド１５）を直線的に移動することができる。これによって、真空用ロボットは、Ｙ軸移動を行わなくても、１列に並設された加工ステージにウェハＷを搬送することができる。従って、真空用ロボット１０がレール上を走行することによって発生する塵埃を防止することができる。

しかも、この際、真空用ロボット１０において、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２、第３の駆動軸２３、第４の駆動軸２４を同心上に配置してそれぞれの駆動軸間に磁性流体シール５１を嵌着していることから、真空用ロボット１０を大気雰囲気と真空雰囲気とに分離することができる。

なお、本発明の真空用ロボットは、上記の形態に限定するものではない。例えば、上記の図２に示す真空用ロボットの構成（図２に示すもの）は、わかりやすくするための簡略図で説明したものである。つまり、各駆動軸は１本の軸により、下端部で駆動側プーリを装着し、上端部でアームに連結しているか又は伝達プーリを装着しているものであるが、上部と下部に分割してカップリングで連結してもよい。この場合、機台１１の下部には駆動モータに連結される駆動側プーリー等が配置され、上部には磁性流体シール等が配置されて大気室側と真空室側とを分離する。

また、加工ステージ６のレイアウトは、コンパクトに整列できるものであれば、直線上に並列するもの以外でもよい。

さらに、実施形態におけるシール部材は、磁性流体シールを使用しているが、シール性を有して回転する軸に装着できるシール部材であれば、磁性流体シール以外でも使用することはできる。

本願発明の真空用ロボットを含むウェハ処理装置のレイアウト図である。 本願発明の一形態における真空用ロボットを示す簡略断面図である。 従来のウェハ処理装置を示すレイアウト図である。

符号の説明

１、ウェハ処理装置
６、加工ステージ
１０、真空用ロボット
１１、機台
１２、第１のアーム
１３、第２のアーム
１４、第１のハンド
１５、第２のハンド
２１、第１の駆動軸
２２、第２の駆動軸
２３、第３の駆動軸
２４、第４の駆動軸
５１、磁性流体シール

Claims (4)

1. 機台と、前記機台に対して旋回可能な第１のアームと、前記第１のアームに対して旋回可能な第２のアームと、前記第２のアームに対して旋回可能なハンド手段と、を備える真空用ロボットであって、
   前記第１のアームを旋回する第１の駆動軸と、前記第２のアームを旋回する第２の駆動軸と、前記ハンド手段を旋回する第３の駆動軸とが、前記機台内で同心上に配置されるとともに、
   前記第１の駆動軸と、前記第２の駆動軸と、前記ハンド手段の駆動軸には、それぞれ独立した駆動源が連結され、
   前記第１の駆動軸、前記第２の駆動軸、前記第３の駆動軸には、それぞれシール手段が配設されていることを特徴とする真空用ロボット。
2. 前記ハンド手段は、前記第２のアームの一端に枢着可能に配置される第１のハンドと第２のハンドとを備え、前記第１のハンドと前記第２のハンドとは、それぞれ別々に駆動されることを特徴とする請求項１記載の真空用ロボット。
3. 前記第１のハンドを駆動する駆動軸と前記第２のハンドを駆動する駆動軸との間にはシール手段が配設されていることを特徴とする請求項２記載の真空用ロボット。
4. 前記シール手段は、回転軸に装着可能であって磁性流体シールで構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の真空用ロボット。
   
   

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