JP4697791B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体基板等を真空処理室内に搬入したり搬出して所定の位置に搬送するための基板搬送装置に関する。

近年、半導体素子に関し、超微細化、高精度化が要求されており、このような半導体素子を製造する装置には、スループットを向上させること、装置を設置するための床面積を小さくすること等が要求されている。

このため、搬送室を中心としてその周囲に複数の処理室を配し、ゲートバルブを介して連結することによって種々の基板処理を真空中で一貫して行うことができるマルチチャンバ装置において、搬送室から各々の処理室へ基板を自動的に搬入・搬出するための基板搬送装置が用いられている。

基板搬送装置にはアーム型やフロッグレッグ（蛙足）型が知られており、例えばフロッグレッグ型の基板搬送装置は、図６に模式的に示すように構成されている。フロッグレッグ型の基板搬送装置は、互いに異なる方向に回転する一対の回動軸１，２を具備するベース３と、回動軸１，２を各々の一端に接続された一対の第１アーム１１，１２と、これら第１アーム１１，１２の各々の他端に一端が回転可能に結合された一対の第２アーム２１，２２と、これら第２アーム２１，２２の各々の他端に回転可能に結合された基板支持体４とを備えている。

第１アーム１１，１２、第２アーム２１，２２はそれぞれ同一のアーム長を有しており、これらにより平行リンク機構が構成されている。従って、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、第１アーム１１，１２と第２アーム２１，２２とのなす角θが変化し、基板支持体４は図中上下方向に移動される。これにより、基板支持体４上の基板Ｗを任意の位置に搬送することが可能となる。なお、ベース３をその軸心のまわりに回転させることで、基板支持体４はベース３のまわりに旋回移動される。また、回動軸１，２のうち何れか一方に駆動モータ（駆動源）が接続されている。

このような構成のフロッグレッグ型の基板搬送装置においては、ベース３に対して基板Ｗを図６Ａに示す前方位置から図６Ｂに示す後方位置へ搬送する際、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行（θ＝０°）となる図６Ｃに示す位置を通過する必要がある。この図６Ｃに示すアーム位置は、平行リンク機構の死点に対応する。そこで、従来の基板搬送装置においては、基板Ｗの搬送を円滑に行うため、この死点位置で第２アーム２１，２２に対して移動方向に駆動力を付与する機構（以下「死点脱出機構」という）が設けられている。

図７は、死点脱出機構を備えた従来の基板搬送装置５の構成を示している（下記特許文献１参照）。図において図６と対応する部分については同一の符号を付している。なお、回動軸１，２は互いに同軸上に配置され各々独立した駆動源を有しており、基板支持体４は２枚の基板Ｗを同時に支持できる構成となっている。

図示する従来の基板搬送装置５は、回動軸２に同心的に固定された第１プーリ６と、第１アーム１１と第２アーム２１との連結部に同心的に固定された第２プーリ７と、これら第１プーリ６と第２プーリ７との間に架け渡されたベルト８とを備えている。この構成により、回動軸２の回転力がベルト８を介して第２アーム２１にダイレクトに伝達されるので、円滑にリンクの死点位置を通過できるようになる。

特開平９−２８３５８８号公報

しかしながら、図７に示した従来の死点脱出機構を備えた基板搬送装置５においては、第２アーム２１は回動軸２から常時回転力を付与される構成であるため、第２アーム２１の回転角が回動軸２により常に拘束され、これが原因で基板の搬送精度が損なわれるという問題がある。

すなわち、第２アーム２１は、第１アーム１１の回転運動に連動して回転するものであるため、基板Ｗの搬送過程において第１アーム１１の回転角に加えて回動軸２の回動量がダイレクトに伝達されることで、第２アーム２１が過拘束となり、これが原因で基板搬送時に振動が発生したり基板の直進性が損なわれる場合がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、死点通過を円滑に行いながら第２アームの過拘束を防ぐことができる基板搬送装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の基板搬送装置は、少なくとも一方に駆動源が接続された一対の回動軸と、これら一対の回動軸に一端が接続された一対の第１アームと、これら一対の第１アームの各々の他端に一端が回転可能に結合され第１アームと同一のアーム長を有する一対の第２アームと、これら一対の第２アームの各々の他端に回転可能に結合された基板支持体とを備えた基板搬送装置において、第１アームと第２アームとが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、第２アームに対して回転力を付与する死点脱出機構を備えている。

本発明の基板搬送装置は、第１アームと第２アームとが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、第２アームに対して回転力を付与する死点脱出機構を備えているので、死点通過を円滑に行いながら、第２アームの過拘束を防止して基板の安定した直進性と搬送精度の向上を図ることが可能となる。

また、本発明の基板搬送装置において、上記死点脱出機構は、回動軸に連絡する回転駆動部と、第２アーム又は基板支持体に設けられ基板支持体が上記死点位置を通過する時に回転駆動部と係合する係合部とを有している。この構成により、第２アームが第１アームと平行となる死点位置を通過するときのみ、第２アームに対して所期の回転力を付与することが可能となる。

上記死点脱出機構の一構成例としては、上記回転駆動部は、回動軸と同心的に設置された固定ギヤと、第１アームの一端近傍に軸支され固定ギヤと噛合する第１回転ギヤと、第１アームの他端近傍に軸支される第２回転ギヤと、第１回転ギヤの回転力を第２回転ギヤへ伝達する回転力伝達部材とを有し、上記係合部は、第１アームと第２アームとの結合軸に固定され、上記第２回転ギヤと係合可能な係合歯を外周部に部分的に有している。

また、上記死点脱出機構の他の構成例としては、上記回転駆動部は、回動軸の回転軸心をこれと直交する方向に変換する駆動軸変換部と、変換された回転軸心のまわりに回転する回転ギヤとを有し、上記係合部は、基板支持体の下面に設けられ上記回転ギヤと係合可能な平ギヤとされる。

以上述べたように、本発明の基板搬送装置は、第１アームと第２アームとが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、第２アームに対して回転力を付与する死点脱出機構を備えているので、死点通過を円滑に行いながら、第２アームの過拘束を防止して基板の安定した直進性と搬送精度の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の基板搬送装置は、図示せずとも真空搬送室の周囲に複数の真空処理室が配置されたマルチチャンバ装置において、その真空搬送室内に設置され、ロード／アンロード室を含む複数の真空処理室間で基板を自動搬送する基板搬送装置に適用される。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態による基板搬送装置１０の構成を示している。

本実施の形態の基板搬送装置１０は、互いに異なる方向に回転する一対の回動軸１，２を具備するベース３と、回動軸１，２を各々一端に接続された一対の第１アーム１１，１２と、これら第１アーム１１，１２の各々の他端にアーム結合軸１３，１４を介して一端が回転可能に結合された一対の第２アーム２１，２２と、これら第２アーム２１，２２の各々の他端に回転可能に結合された基板支持体４とを備えている。

第１アーム１１，１２、第２アーム２１，２２はそれぞれ同一のアーム長を有しており、これらにより平行リンク機構が構成されている。従って、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、第１アーム１１，１２と第２アーム２１，２２とのなす角θが変化し、基板支持体４は図中上下方向に移動される。これにより、基板支持体４上の基板Ｗを任意の位置に搬送することが可能となる。なお、ベース３をその軸心のまわりに回転させることで、基板支持体４がベース３のまわりに旋回移動される。また、回動軸１，２のうち何れか一方に駆動モータ等の駆動源（図示略）が接続されている。

ここで、回動軸１，２は同一軸心上に配置されていてもよい。この場合、図７に示したように、例えば一方の回動軸１は内周側に配置され、他方の回動軸２は外周側に配置される。これらの回動軸１，２は各々独立した駆動源を有し、互いに逆方向に回転することで基板支持体４が前後方向に移動し、互いに同一方向に回転することで基板支持体４が旋回移動することになる。

また、基板支持体４は、図の例では１枚の基板Ｗを載置できる構成としているが、図７に示したように２枚の基板が載置できる構成としてもよい。また、基板支持体４の形状は図示の例に限られず、フォーク形状にするなど適宜変更することが可能である。基板Ｗとしては、未処理あるいは既処理の半導体ウェーハ基板、ガラス基板等が適用される。

このようなフロッグレッグ型の基板搬送装置１０においては、ベース３に対して基板Ｗを図示する前方位置（図において上方位置）から後方位置（図において下方位置）へ搬送する際、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行（θ＝０°）となる死点位置を通過する必要がある。そこで、この死点位置を円滑に通過するために、本実施の形態の基板搬送装置１０には、後述する死点脱出機構１５が設けられている。

図２および図３は、死点脱出機構１５の構成を示している。ここで、図２は基板搬送装置１０の要部破断側面図、図３は死点脱出機構１５の作用を説明する要部平面図である。

本実施の形態において、死点脱出機構１５は、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、第２アーム２１に対して回転力を付与するように構成されている。なお、死点脱出機構１５は、それぞれ一方側の第１アーム１１および第２アーム２１に設けられているが、他方側の第１アーム１２および第２アーム２２に設けられていても良い。

ベース３には、第１アーム１１を回転させる回動軸１と同心的に固定ギヤ１６が設置されている。そして、この第１アーム１１の下面側の一端近傍には、固定ギヤ１６の周囲と噛合する第１回転ギヤ１７が回転可能に軸支されている。第１回転ギヤ２１は、第１アーム１１の回転に伴って固定ギヤ１６の回りを遊星ギヤのように周回しながら回転する。第１アーム１１の下面側の他端近傍には、第２回転ギヤ１８が回転可能に軸支されている。第２回転ギヤ１８と第１回転ギヤ１７との間には、リンク（レバー）１９が接続されており、第１回転ギヤ１７の回転力がリンク１９を介して第２回転ギヤ１８に伝達されるように構成されている。

これら固定ギヤ１６、第１回転ギヤ１７、第２回転ギヤ１８およびリンク１９とにより本発明に係る「回転駆動部」が構成されている。なお、リンク１９は本発明の「回転力伝達部材」の一具体例であり、リンク以外に例えばベルト部材で構成してもよい。

一方、第１アーム１１の他端と第２アーム２１の一端とを結合するアーム結合軸１３の下端には、当該第２アーム２１が所定の回転角度（回転位相）の際に第２回転ギヤ１８と係合する係合ギヤ２０が固定されている。アーム結合軸１３は第２アーム２１に固定されており、第１アーム１１に対して相対的に回転する。係合ギヤ２０は、本発明に係る「係合部」に対応し、第２回転ギヤ１８と係合可能な係合歯２０ａを外周部に部分的に有している。係合歯２０ａは第２アーム２１の延在方向に向けて配置され、図３Ｂに示すように第２アーム２１が第１アーム１１の上に重なって平行となる死点位置およびその前後の所定角度範囲においてのみ、第２回転ギヤ１８と係合する。

以上のように構成される本実施の形態の基板搬送装置１０においては、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、一対の第１アーム１１，１２およびこれに結合される一対の第２アーム２１，２２からなる平行リンク機構が伸縮し、基板支持体４上の基板Ｗが前後方向（図１において上下方向）に直進移送される。より具体的には、一方の回動軸１が反時計回りに回転し他方の回動軸２が時計方向に回転することで基板Ｗは図１においてＦ方向に前進する。また、一方の回動軸１が時計回りに回転し他方の回動軸２が反時計回りに回転することで基板Ｗは図１においてＢ方向に後退する。

死点脱出機構１５においては、第１アーム１１の回転に伴い、図３Ａに示したように固定ギヤ１６に噛合する第１回転ギヤ１７が回転し、その回転力がリンク１９を介して第２回転ギヤ１８に伝達される。基板支持体４が図１に示したようにベース３に対して前方位置で直進移動される場合には、係合ギヤ２０の係合歯２０ａは第２回転ギヤ１８に係合しないので、第２アーム２１は回動軸１から何ら拘束力を受けることなく第１アーム１１の回転角に対応した回転角で回転する。

これに対し、基板支持体４がベース３に対して図１に示す前方位置からベース３の後方位置に搬送される場合、一対の第２アーム２１，２２がそれぞれ第１アーム１１，１２と平行となるリンクの死点位置を通過することになる。この場合、第１アーム１１の回転に伴って回転する第２回転ギヤ１８に係合ギヤ２０が係合する（図３Ｂ）。これにより、第２アーム２１は、係合ギヤ２０を介して第２回転ギヤ１８の回転方向に所定の軸トルクを受けて図３Ｂに示す死点位置を円滑に通過することが可能となる（図３Ｃ）。

なお、基板支持体４がベース３の後方位置から前方位置へ移動される際も上述と同様な作用が行われる。この場合、第２回転ギヤ１８の回転方向は上記と逆方向となる。

従って、本実施の形態の基板搬送装置１０によれば、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行となる死点位置を通過するときのみ、第２アーム２１に対して回転力を付与する死点脱出機構１５を備えているので、死点通過を円滑に行いながら、死点非通過時の第２アーム２１の過拘束を防止して基板Ｗの安定した直進性と搬送精度の向上を図ることが可能となる。

また、本実施の形態の基板搬送装置１０によれば、第２アーム２１，２２が死点位置で一旦停止し、この死点位置から第２アーム２１，２２が再移動される際にも、上記死点脱出機構１５による回転力付与作用を受けることで、第２アーム２１，２２の円滑な移動が可能となる。

［第２の実施の形態］
図４および図５は本発明の第２の実施の形態による基板搬送装置３０の構成を示しており、図４は基板搬送装置３０の平面図、図５は基板搬送装置３０の正面図である。なお、各図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付する。

本実施の形態の基板搬送装置３０は、上述の第１の実施の形態と同様に、互いに異なる方向に回転する一対の回動軸１，２を具備するベース３と、回動軸１，２を各々一端に結合された一対の第１アーム１１，１２と、これら第１アーム１１，１２の各々の他端に一端が回転可能に結合された一対の第２アーム２１，２２と、これら第２アーム２１，２２の各々の他端に回転可能に結合された基板支持体４とを備えている。

一対の第１アーム１１，１２および一対の第２アーム２１，２２はそれぞれ同一のアーム長を有しており、これらにより平行リンク機構が構成されている。従って、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、第１アーム１１，１２と第２アーム２１，２２とのなす角θが変化し、基板支持体４は図中上下方向に移動される。なお、ベース３をその軸心のまわりに回転させることで、基板支持体４がベース３のまわりに旋回移動される。

本実施の形態では、第２アーム２１，２２の各々の他端と基板支持体４とを結合する結合軸３１，３２の周囲にそれぞれギヤ部材３３，３４が固定されている。これらのギヤ部材３３，３４は、互いに噛合し互いに逆方向に回転可能とすることで、第２アーム２１，２２の回転動作時に基板支持体４の姿勢を一定に保持する姿勢保持機構を構成している。

このようなフロッグレッグ型の基板搬送装置３０においては、ベース３に対して基板支持体４を図示する前方位置（図において上方位置）から後方位置（図において下方位置）へ搬送する際、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行（θ＝０°）となる死点位置を通過する必要がある。そこで、この死点位置を円滑に通過するために、本実施の形態では以下に説明する構成の死点脱出機構３５が設けられている。

死点脱出機構３５は、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、第２アーム２１，２２に対して回転力を付与するように構成されている。

図５を参照して、第１アーム１２を回転させる回動軸２の上端には、第１かさ歯車３６が設けられている。この第１かさ歯車３６は第１アーム１２の上面に臨んでおり、この第１かさ歯車３６には第２かさ歯車３８が係合している。第２かさ歯車３８は、ベース３の上面略中心部に立設された支柱３７に回転可能に軸支されている。これら第１，第２かさ歯車３６，３８により、回動軸２の回転軸心をこれと直交する方向に変換する駆動軸変換部が構成される。そして、第２かさ歯車３８の軸部には回転ギヤ３９が一体的に固定されており、上記駆動軸変換部によって変換された回転軸心のまわりに回転される。

上記駆動軸変換部および回転ギヤ３９は本発明に係る「回転駆動部」を構成する。そして、基板支持体４が死点位置を通過する時に上記回転駆動部に係合する係合部として、本実施の形態では、基板支持体４の下方側に設けられたラック（平ギヤ）４１が用いられている。ラック４１は、結合軸３１，３２の下端を支持する支持プレート４０の下面に設けられている。そのギヤ長は任意に設定可能であり、例えば第２アーム２１，２２が第１アーム１１，１２と平行となる死点位置（θ＝０°）およびその前後所定角度範囲においてのみ回転ギヤ３９と係合する長さとされる。

以上のように構成される本実施の形態の基板搬送装置３０においては、回動軸１，２を互いに逆方向に回転させることで、一対の第１アーム１１，１２およびこれに結合される一対の第２アーム２１，２２からなる平行リンク機構が伸縮し、基板支持体４上の基板が前後方向に直進移送される。

死点脱出機構３５においては、第１アーム１２の回転に伴って第１かさ歯車３６が回転し、この第１かさ歯車３６に係合する第２かさ歯車３８を介して回動軸２の回転軸心が図５において横方向に９０°変換される。そして、この変換された回転軸心のまわりに回転ギヤ３９が回転する。基板支持体４が図４に示したようにベース３に対して前方位置で直進移動される場合には、係合部としてのラック４１は回転ギヤ３９に係合しないので、第２アーム２１，２２は回動軸２から何ら拘束力を受けることなく第１アーム１１，１２の回転角に対応した回転角で回転する。

これに対し、基板支持体４がベース３に対して図４に示す前方位置から、ベース３の後方位置に向かって矢印Ｂ方向に搬送される場合、一対の第２アーム２１，２２がそれぞれ第１アーム１１，１２と平行となるリンクの死点位置を通過することになる。この場合、第１アーム１２の回転に伴って回転する回転ギヤ３９にラック４１が係合する。これにより、第２アーム２１，２２はラック４１を介して回転ギヤ３９の回転方向に所定の軸トルクを受けて、死点位置を円滑に通過することが可能となる。

なお、基板支持体４がベース３の後方位置から前方位置へ移動される際も上述と同様な作用が行われる。この場合、回転ギヤ３９の回転方向は上記と逆方向となる。

従って、本実施の形態の基板搬送装置３０によれば、一対の第１アーム１１，１２と一対の第２アーム２１，２２とが互いに平行となる死点位置を通過するときのみ、第２アーム２１，２２に対して回転力を付与する死点脱出機構３５を備えているので、死点通過を円滑に行いながら、死点非通過時の第２アーム２１，２２の過拘束を防止して基板の安定した直進性と搬送精度の向上を図ることが可能となる。

また、本実施の形態の基板搬送装置３０によれば、第２アーム２１，２２が死点位置で一旦停止し、この死点位置から第２アーム２１，２２が再移動される際にも、上記死点脱出機構３５による回転力付与作用を受けることで、第２アーム２１，２２の円滑な移動が可能となる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の第１の実施の形態では、死点脱出機構１５を構成する係合ギヤ２０において、ベース３の直上位置に基板支持体４が位置するリンクの死点位置を通過するときのみ第２回転ギヤ１８と係合し得る回転角のみ係合歯２０ａを形成したが、この係合歯２０ａを係合ギヤ２０の外周に更に１８０°隔てた位置にも形成することで、θ＝１８０°（又は−１８０°）となるアーム位置（死点位置）における駆動制御も安定かつ高精度に行うことが可能となる。

また、以上の各実施の形態では、死点脱出機構１５，３５をギヤの駆動力伝達機構を用いて構成したが、これに代えて、例えば、アーム結合軸１３（又は１４）に回転モータを設置し、死点位置を通過する時のみ軸トルクを付与する構成としてもよい。

さらに、本発明は、真空搬送室等の真空雰囲気で用いられる基板搬送装置への適用例に限らず、大気中で使用される基板搬送装置にも勿論適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による基板搬送装置１０の概略平面図である。 基板搬送装置１０の要部破断側面図である。 基板搬送装置１０の死点脱出機構の作用を説明する要部平面図である。 本発明の第２の実施の形態による基板搬送装置３０の概略平面図である。 基板搬送装置３０の正面図である。 従来のフロッグレッグ型の基板搬送装置を説明する図である。 従来の死点脱出機構を備えた基板搬送装置の概略平面図である。

符号の説明

１，２ 回動軸
１０，３０ 基板搬送装置
１１，１２ 第１アーム
１３，１４ アーム結合軸
１５ 死点脱出機構
１６ 固定ギヤ
１７ 第１回転ギヤ
１８ 第２回転ギヤ
１９ リンク（回転力伝達部材）
２０ 係合ギヤ（係合部）
２１，２２ 第２アーム
３１，３２ 結合軸
３５ 死点脱出機構
３６，３８ かさ歯車（駆動軸変換部）
３９ 回転ギヤ
４１ ラック（平ギヤ）

Claims (3)

1. 少なくとも一方に駆動源が接続された一対の回動軸と、
   前記一対の回動軸に一端が接続された一対の第１アームと、
   前記一対の第１アームの各々の他端に一端が回転可能に結合され前記第１アームと同一のアーム長を有する一対の第２アームと、
   前記一対の第２アームの各々の他端に回転可能に結合された基板支持体と、
   前記第１アームと前記第２アームとが互いに平行となる死点位置を通過する時のみ、前記第２アームに対して回転力を付与する死点脱出機構とを備え、
   前記死点脱出機構は、前記回動軸に連絡する回転駆動部と、前記第２アームに設けられ前記基板支持体が前記死点位置を通過する時に前記回転駆動部と係合する係合部とを有し、
   前記回転駆動部は、前記回動軸と同心的に設置された固定ギヤと、前記第１アームの一端近傍に軸支され前記固定ギヤと噛合する第１回転ギヤと、前記第１アームの他端近傍に軸支される第２回転ギヤと、前記第１回転ギヤの回転力を前記第２回転ギヤへ伝達する回転力伝達部材とを有し、
   前記係合部は、前記第１アームと前記第２アームとの結合軸に固定され、前記第２回転ギヤと係合可能な係合歯を外周部に部分的に有する
   ことを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記一対の回動軸は、異なる軸心位置に配置されて互いに逆方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
3. 前記一対の回動軸は、同軸上に配置されて互いに逆方向および同一方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。

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