(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブ内に２つの端面を有するピストン室を設け、２つの流体ポートを介して該ピストン室に供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの往復運動を行うシリンダにおいて、
前記ピストンと前記ピストン室の少なくとも一方の端面との間に、該一方の端面により移動が規定されるように前記ピストンロッドと同軸で可動に配置されたバネ受け部材と、
該バネ受け部材と前記ピストンとを離間するように配置された第１のバネ部材と、
前記ピストンロッドに設けられ、前記バネ受け部材のピストンロッドに対する前記ピストンと反対側への移動を制限するストッパーと、
前記ストッパーよりも前記ピストンから離れた位置のピストンロッドに設けられた凹部と、
前記シリンダチューブに前記凹部と係合するように配置され、第２のバネ部材により前記凹部方向に付勢されたストップピンと、からなり、
前記ピストン室の他方の端面と前記ピストンが当接する位置、前記凹部の前記ピストンと離れた端部と前記ストップピンとが当接する位置、及び前記凹部の前記ピストン側の端部と前記ストップピンが当接する、又は前記バネ受け部材の前記ピストン側への移動が係止される位置、の３位置にピストンロッドの送り出しを規定したことを特徴とするシリンダ。
【請求項２】
前記ピストンと前記ストッパとの間に前記ピストンロッドと同軸にバネガイド部材を配置し、該バネガイド部材及び前記バネ受け部材により前記バネ部材の内径側を支え、前記バネ部材と前記ピストンロッドとが直接接触しない構成としたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダに係り、特に、種々のラッチキー受け形状を有するＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）に対応可能なロードポートに用いられるシリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハを複数枚収納する容器として、オープンカセットが広く用いられていたが、クリーンルームに要するコストを削減して、高性能な半導体デバイスを安価に作るための手段として、ミニエンバイロメント方式が提唱され、２００ｍｍウェハではＳＭＩＦ（Standard Mechanical InterFace）方式が広く使用されており、３００ｍｍウェハではＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）方式が使用されようとしている。
【０００３】
ＦＯＵＰは、世界各国の半導体製造装置・材料メーカーが集まり組織されたＳＥＭＩ（Semiconductor  Equipment  and  Materials  International）において提唱され、規格標準化されたミニエンバイロメント方式であり、半導体デバイスメーカーも本方式にて量産製造ラインの構築を進めようとしている。
ＦＯＵＰ方式は、ＳＥＭＩのスタンダード委員会にて技術的な検討がなされ規格化されたものであるが、ＦＯＵＰとＦＯＵＰドアを開閉するためロードポートの機械的なインターフェース方法については、ロードポートに関する精度を厳格に規定する一方、ＦＯＵＰはあえて自由度を持たせることにより、ＦＯＵＰメーカーの独創性を持たせる内容となっている（ＳＥＭＩ規格  Ｅ５７−０２９９）。
【０００４】
このようなＦＯＵＰ方式は、例えば、特開平８−２７９５４６号公報に詳細に記載されているが、図５及び６を用いてその構造、開閉機構を説明する。
図５は、ＦＯＵＰを開閉するためのロードポートである。ロードポート３０は、開口を有するフレーム３１と、３個のキネマティックピン３４を有し、フレーム方向に前後進可能なステージ３２と、ステージと反対方向から開口部に挿入、退避するポートドア３３とから構成される。ポートドア３３には、対角線上に配設された２個のレジストレーションピン３６と、直立した状態（９０°）と水平状態（０°）に回転可能なラッチキー３５が２個取り付けられている。また、レジストレーションピン３６を囲むように、ＦＯＵＰドア５２を吸引固定するための吸着パッド３７が取り付けられている。
【０００５】
ＦＯＵＰ５０は、図６に示すように、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２とからなり、ＦＯＵＰボックス５１には、ウエハ５３を戴置するための棚やオペレータが持つためのハンドル５６等が取り付けられている。ＦＯＵＰドア５２には、ポートドア３３のラッチキー３５及びレジストレーションピン３６に対応する位置に、ラッチホール５５及びレジストレーションホール５４が形成されている。ラッチホール５５の内部には、ラッチキー３５と係合するラッチキー受けが設けられ、このラッチキー受けをラッチキーで回転させることによりラッチ５６のロック及び解除が行われる。
ＳＥＭＩ規格には、ラッチキー受けを９０°及び０°の位置にすることにより、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２との固定及び解除を行う旨の規定はあるものの、具体的な固定方法についてはＦＯＵＰメーカーに任されている。ＦＯＵＰドアの開閉構造を示すの具体的な例については、例えば、米国特許第５９１５５６２号に開示されている。
【０００６】
次に、ＦＯＵＰの開閉操作方法について説明する。
ＦＯＵＰはステージ上に配置している３箇所のキネマティックピン３４上に戴置することにより、位置決めがなされる。
この状態でステージ３２を前進させることにより、ＦＯＵＰ５０のレジストレーションホール５５がポートドアのレジストレーションピン３６にはまり込み、ＦＯＵＰドアの位置が補正される。さらにステージを前進させることにより、ポートドアのラッチキー３５がＦＯＵＰのラッチホール５５を通してラッチキー受けにはまり込み、最終的にはＦＯＵＰドアとポートドアが密着する。この状態でレジストレーションピン３６の根本に配設されている吸着パッド３７を負圧にすることにより、ＦＯＵＰドアをポートドアに固定することができる。
【０００７】
次に、ラッチキーを９０°回転させて０°位置とすることにより、ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアの固定を解除する。ポートドアはＦＯＵＰドアを保持したまま、後方へ移動し、さらに下降し、開口を介してウエハの取り出しが可能な状態とする。   
この状態において、ＦＯＵＰボックスに収納されているウエハは、日本国特許第２７４９３１４号公報の記載されている基板搬送用スカラ型ロボット等で基板処理装置へ移送することが可能となる。
ＦＯＵＰドアを閉じる場合は、以上の操作を逆に行えばよい。
【特許文献１】特開平８−２７９５４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このＦＯＵＰ方式は、１９９６年にＳＥＭＩの暫定仕様として制定され、この規格をもとに各社がＦＯＵＰ、ロードポートの開発・製作を進めてきたが、実際にＦＯＵＰ方式での運用の検証を進めるにつれてさまざまな問題点が明らかになってきた。
【０００９】
前述したようにＳＥＭＩ規格は、ロードポートに関する精度を厳格に規定するものの、ＦＯＵＰにはあえて自由度を持たせている。例えば、ラッチキーの形状・大きさには公差を含めて厳密な規定を設けているが、ラッチキー受けの形状・大きさには何ら規定はない。このため、以下のような問題が発生している。
すなわち、ラッチキーの回転角度は、ＳＥＭＩ規格Ｅ６２−０９９９により、０°位置及び９０°位置のそれぞれに±１°の公差規定がある。しかし、ラッチキー受けの大きさに規定がないため、図１３に示すように、ラッチキー受け５７の幅Ｗ１がラッチキー３５の幅Ｗ２よりもある程度以上大きくなると、ラッチキーが９０°に回転してもラッチキー受けは９０°まで回転せず、９０°位置にない状態（すなわち、９０−θ°）が起こり得る。従って、幅の差（Ｗ１−Ｗ２）によっては、ラッチのロックが行われない場合を生じる。また、ラッチのロックが行われる範囲であっても、ラッチキー受けが９０°位置に無い状態で、次の基板処理工程のロードポートに搬送されると、ＦＯＵＰを開けるためにステージが前進したとき、ラッチキーとラッチキー受けとが接触、若しくは衝突してしまう場合がある。この接触等は、発塵を起こし、ウエハ移送空間を汚染してしまうという問題とともに、この接触等が度重なることでラッチキー受けが削られ変形してしまうことにもなる。ラッチキー受けが変形すると、例えばラッチキーを０°に回転させてもラッチキー受けは０°位置まで回転できず、すなわち、公差１°以上の位置（例えば５°）で停止してしまうことになる。ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアは、ラッチキー受けが０°±１°となることにより、その固定が解かれる構成になっていたものが、ラッチキー受けの変形によりその固定を解くことができなくなり、製造プロセス上大きな問題となる。
【００１０】
以上の問題を解決するため、ＦＯＵＰメーカー各社はさまざまな検討を行っているが、コスト・信頼性等の問題から、現在のところ妥当な解決策は得られていない状況である。
【００１１】
本発明者は、上記問題点を解決すべく、ラッチキーの駆動機構にシリンダを用いて、ラッチキー受けへのラッチキーの挿入方法及びラッチのメカニズム等を詳細に検討した結果、上記問題を解決するには、ラッチ後にラッチキー受けを９０°位置に修正するのが最も信頼性に優れているとの結論に達した。すなわち、ラッチをロックする際、ラッチキー受けが９０°位置となるように、ラッチキーを９０°位置よりも大きな角度（９０°＋θ）まで回転し、その後ラッチキーを９０°位置に戻すという方法である。
【００１２】
この方法を実現するためには、少なくとも３つの位置に正確にピストンロッドを送り出すことができるシリンダが不可欠となる。そこで、本発明者は、９０°回転用シリンダ７１と微少角（θ）回転用シリンダ７２を連結して、図１２に示す連結型のシリンダを作製し、種々の形状のラッチキー受けを有するＦＯＵＰについて、ラッチのロック、解除の検討を行った。このシリンダを用い４つの流体ポートに供給する空気の圧力を制御することにより、図１２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す３つの状態にピストンロッドを送り出すことが可能となり、上記従来の問題点を解決できることが分かった。しかしながら、シリンダ全体のサイズが大きくなりすぎ、ＳＥＭＩ規格のポートドアに設置することが実際上困難であった。そこで、本発明者は、以上の知見に基づいてさらに検討を加え、小型化可能なシリンダ構造を研究した結果、本発明のシリンダを完成したものである。
すなわち、本発明は、小型の３位置シリンダを提供することを目的とし、特にＦＯＵＰ開閉時のラッチ動作を確実に行うことが可能な信頼性の高いロードポートに好適に用いられるシリンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のシリンダは、シリンダチューブ内に２つの端面を有するピストン室を設け、２つの流体ポートを介して該ピストン室に供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの往復運動を行うシリンダにおいて、
前記ピストンと前記ピストン室の少なくとも一方の端面との間に、該一方の端面により移動が規定されるように前記ピストンロッドと同軸で可動に配置されたバネ受け部材と、
該バネ受け部材と前記ピストンとを離間するように配置された第１のバネ部材と、
前記ピストンロッドに設けられ、前記バネ受け部材のピストンロッドに対する前記ピストンと反対方向への移動を制限するストッパーと、
前記ストッパーよりも前記ピストンから離れた位置のピストンロッドに設けられた凹部と、
前記シリンダチューブに前記凹部と係合するように配置され、第２のバネ部材により前記凹部方向に付勢されたストップピンと、からなり、
前記ピストン室の他方の端面と前記ピストンが当接する位置、前記凹部の前記ピストンと離れた端部と前記ストップピンとが当接する位置、及び前記凹部の前記ピストン側の端部と前記ストップピンが当接する、又は前記バネ受け部材の前記ピストン方向の移動が係止される位置、の３位置にピストンロッドの送り出しを規定したことを特徴とする。
さらには、前記ピストンと前記ストッパとの間に前記ピストンロッドと同軸にバネガイド部材を配置し、該バネガイド部材及び前記バネ受け部材により前記バネ部材の内径側を支え、前記バネ部材と前記ピストンロッドとが直接接触しない構成としたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成とすることにより、１つのピストンロッドで、３つの位置への送り出しを高精度に行うことができ、しかも、３位置の状態間の移行を安定して行うことが可能となる。また、２つのシリンダを連結した構成に比べて、切り替えバルブ等の部品点数を大幅に減らすことができるため、コスト的にも極めて有利である。その結果、小型で、低価格、かつ信頼性が高い３位置型のシリンダを実現することが可能となる。
【００１５】
本発明のシリンダを用いることにより、ＦＯＵＰ開閉時のラッチ動作を確実に行うことが可能な信頼性の高いロードポートを得ることができる。このようなロードポートは、開口を有するフレームと、ラッチにより前面ドアを固定して内部の密閉状態を保持する基板収納容器を載置し、かつ前記フレームの方向に移動可能なステージと、前記ステージと反対側から前記開口に挿入され、前記前面ドアのラッチのロック及び解除を行うポートドアと、からなり、前記ステージを前記フレーム側に移動させて、前記前面ドアを前記ポートドアに密着固定させた状態で、前記前面ドアのラッチのロック及び解除を行うロードポートにおいて、前記ポートドアは、前面ドアのラッチをロック及び解除するためのラッチキーであって、垂直位置に回転させてラッチをロックし、水平位置にしてロックを解除するラッチキーと、該ラッチキーを回転させるためのシリンダとを有し、前記ラッチキーを垂直位置に回転させてラッチのロックを行う際、ラッチキーを水平位置から９０°よりも大きな角度に回転させ、その後９０°位置に戻すように構成したことを特徴とする。
即ち、ラッチキーを９０°以上に回転してラッチをロックするため、種々の形状を有するＦＯＵＰであっても、確実にＦＯＵＰボックスにドアを固定し、内部の密閉を確保することができる。さらに、ラッチをロックした後のラッチキー受けは常に９０°位置となるため、次工程のロードポートにおけるラッチのロック解除動作の際に、ラッチキーとラッチキー受けが衝突等する問題を回避することができる。このようなロードポートを用いることにより、信頼性の高いラッチのロック、解除を行うことができる。
【００１６】
なお、ラッチキーの駆動に、上記本発明のシリンダが用いられる。
前記ピストン室の他方の端面と前記ピストンが当接する位置、前記凹部の前記ピストンと離れた端部と前記ストップピンとが当接する位置、及び前記凹部の前記ピストン側の端部と前記ストップピンが当接する、又は前記バネ受け部材の前記ピストン方向の移動が係止される位置、の３位置を前記ラッチキーの水平位置、垂直位置及び９０°より大きい角度に対応させることにより、信頼性の高いラッチ動作を行わせることが可能となる。さらには、本発明の小型のシリンダを用いるため、ポートドアに余裕を持って取り付けることができ、ＳＥＭＩ規格に十分対応できるものである。
【００１７】
前記ラッチキーを水平位置に回転させてラッチの解除を行う際、水平位置を越えてさらに所定の角度回転させることを特徴とする。これにより、ラッチの解除の信頼性をより高まめることができる。
さらに、２つのラッチキーを連結させ、１つのシリンダにより２つのラッチキーを同時に回転させる構成とするのが好ましい。これにより、シリンダ、及びバルブは半分ですむことになり、ロードポートの一層のコスト削減を図ることができる。
また、上記ロードポートを用いて例えば半導体集積回路等の量産が可能な生産方式を構築することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明により、３つの位置に送り出し可能で、しかも３位置間の移行を安定して行うことができるシリンダを提供することができる。しかも、２つのシリンダを連結した場合に比べてピストンロッドを一本で構成しているため、流体ポート数も２つと半減でき、小型化が達成できるとともに、コストの低減を図ることができる。
また、かかるシリンダを用いてロードポートを構成することにより、ＦＯＵＰ開閉時のラッチ動作を確実に行うことが可能な信頼性の高いロードポートを提供することが可能となる。さらに、２つのラッチキーを連結して、１つのシリンダで２つのラッチを固定、解除することが可能となり、ポートドア、さらにはロードポートのコスト削減を図ることが可能となる。
さらに、かかるロードポートを用いた半導体生産方式により、確実に密閉され、クリーンな状態でウエハを各処理装置間で搬送することができ、さらに各処理室におけるウエハ処理を安定して行うことが可能となる。クリーンルームのコスト削減を図りながら、半導体集積回路等の量産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
（シリンダ）
本発明のシリンダを図１，２を参照して説明する。
図１は、本発明の３点位置決めシリンダの一例を示す概略断面図である。
図において、２はシリンダチューブ、３はピストンロッド、４はピストン、５，６は流体ポートである。シリンダチューブ２には、ピストン４の外径と略同径の内径を有するピストン室（Ｉ−II）がシリンダカバー７、１９の間に形成されている。
【００２１】
ピストンロッド３の一端には、スリーブ８が固定され、その外周面には溝（凹部）９が形成され、また、その先端部にはテーパー１０が形成されている。ピストン４とスリーブ８との間には、一端面にフランジが取り付けられた円筒部材からなるバネ受け部材１４が、ピストンロッド３と同軸に、ピストンロッド３と独立に軸方向移動可能に配置されている。このバネ受け部材１４とピストン４の間には、バネ（第１のバネ部材）１５がバネ受け部材１４を右側に付勢するように配置されている。バネ受け部材１４はシリンダカバー１９及びスリーブ８のそれぞれにより右方向の移動が抑えられる。すなわち、スリーブ８はバネ受け部材１４の右方向への移動を抑えるストッパーとしても作用する。なお、図においては、バネ１５の作用を滑らかに行うためのバネガイド部材１６がピストンロッド３及びピストン４に固定されて配置されている。
【００２２】
また、シリンダチューブ２には、スリーブ８に形成された凹部９に係合可能なストップピン１１が設けられている。このストップピン１１は、バネ１２（第２のバネ部材）とカバー１３により、ピストンロッド３の中心軸方向に付勢されている。ストップピン１１と凹部９を係合させることにより、ピストンロッド３の軸方向の動きが制限される。なお、このストップピン１１は、流体ポート６に導入される加圧流体により押し戻され、凹部９との係合が解除される。
【００２３】
次に、図２を用いて、シリンダの動作と共にピストンロッドを異なる３位置に送り出す方法を説明する。図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が送り出し量の異なる状態を示し、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順に送り出し量が増加する（すなわち、Ｌ３＞Ｌ２＞Ｌ１）。
【００２４】
まず、図２（Ａ）に示すように、流体ポート５を高圧（Ｈ）、流体ポート６を低圧（Ｌ）にすると、ピストンロッド３は図の右方向に押され、送り出し量は最小値Ｌ１となる。この位置は、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接し、両者の間隔Ｌ０がゼロになる位置である。すなわち、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接する位置により送り出しの最小量が決められる。なお、この最小送り出し量は、上記間隔Ｌ０がゼロになる位置で決める他に、凹部９の左端がストップピン１１と当接する位置で決めてもよい。
【００２５】
次に、図２（Ｂ）に示すように、（Ａ）の状態から、流体ポート５を低圧とすると、ピストン４はバネ１５の力により左方向に押され、ピストンロッド３は左方向に移動し、凹部９の右端がストップピン１１と当接する位置で停止する。この位置が第２の送り出し量Ｌ２となる。この送り出し量Ｌ２は凹部９の右端の位置により決められるが、この際、バネ１５は、ストップピン１１が凹部の右端に当接するまでピストンロッド３を移動させるのに十分なバネ定数及び長さを有するバネを用いることは言うまでもない。
【００２６】
最後に、送り出し量最大の状態を示す図２（Ｃ）は、流体ポート５を低圧、流体ポート６を高圧とすることにより、ピストン４に左方向の圧力を加え、ピストンロッド３を送り出す。ただし、図２（Ｂ）の状態で流体ポート６を高圧とすると、ピストンロッド３に左方向の力が加わり、ストップピン１１と凹部９の端面との摩擦によりストップピン１１と凹部９との係合が解除できなくなる場合があるため、例えば、図２（Ｄ）に示す状態を経由して図２（Ｃ）の状態に移行させるのが好ましい。すなわち、流体ポート５を高圧とし、続いて流体ポート６も高圧とすると、凹部９右端とストップピン１１の間に力が加わらない状態で、ストップピン１１を押し戻す圧力を加えることができ、ストップピン１１と凹部９の係合を安定して解除することができる。続いて、流体ポート５を低圧状態とすることにより、ピストンロッド３は左方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置で停止する。この状態が最大送り出し位置Ｌ３に対応する。
【００２７】
なお、図２（Ｃ）の状態から（Ａ），（Ｂ）の状態に移行させる場合は、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とする。流体ポート６は低圧となるため、ストップピン１１はバネ１２の力により突出した状態となるが、スリーブ８の端面にはテーパー部１０が形成されているため、ピストンロッド３が右方向に移動する際、テーパー部１０がストップピン１１を押し戻しながらに移動することになり、信頼性のある動作を確保することができる。
【００２８】
以上述べたようにして、図１のシリンダを用いることにより、凹部９の形成位置及び長さ、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６との間隔Ｌ０及びシリンダカバー７を適宜選択することにより、３段階のピストンロッド３の送り出し量を様々な値に変化させることができ、しかも、それぞれの位置を正確に規定することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図１に示すシリンダは、ピストンのピストンロッド送り出し方向とは反対側にストップピン、凹部、バネ受け部材等を配設した構成としたが、ピストンロッドの送り出し方向側にストップピン等を配設した構成も可能である。このような構成のシリンダを図３に示す。
図３の例では、図１に示したようなテーパー部１０を有するスリーブ８を設けず、ピストンロッドの一部分１７をバネ受け部材１４の左方向への移動を制限するストッパーとして作用させ、さらにピストンロッド３の外周に溝（凹部）９を形成したものである。また、バネガイド部材１６として、バネ受け部材１４と同じ形状のものを用いている。ここで、図３の両部材１４，１６とも、ピストンロッド３には固定されておらず、軸方向に独立して移動することができる。なお、図３のシリンダにおいては、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す状態がピストンロッド３の３つの送り出し位置に対応する。なお、図３の場合、ピストン室はピストン止め１８とシリンダカバー１９を端面とする室である。
【００３０】
最小送り出し量Ｌ１は、図３（Ａ）に示すように、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とすることにより達成される。ピストンロッド３は右方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー１９に当接する位置で停止する。すなわち、送り出し量Ｌ１は、シリンダカバー１９の位置により決定される。なお、この状態で、ストップピン１１は、ピストンロッド３により押し戻された状態にある。
第２の送り出し量Ｌ２は、図３（Ｂ）に示すように、流体ポート５を低圧にし、流体ポート６を高圧にして、ピストンロッド３を左側に移動させ、ストップピン１１と凹部９とを係合させた後、いずれの流体ポートも低圧とすることにより達成される。ピストン両側の圧力差がなくなると、バネ１５の力によりピストンロッド３は右方向に移動し、ストップピン１１が凹部９左端と当接する位置で停止する。この状態が第２の送り出し量に対応し、送り出し量Ｌ２はストップピン１１と凹部９左端とが当接する位置で決められる。
【００３１】
次に、この（Ｂ）の状態から、流体ポート６を高圧にすると、ピストンロッド３はストップピン１１の右端面に当接するまで送り出される（図３（Ｃ））。すなわち、最大送り出し量Ｌ３は、ストップピン１１と凹部９の右端が当接する位置により決められることになる。なお、図１と同様に、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６が当接する位置（すなわち、Ｌ０＝０）を最大送り出し量としても良い。
【００３２】
また、図３（Ｂ）又は（Ｃ）の状態から、図３（Ａ）の状態に移すには、図２で示したのと同様に、図３（Ｄ）に示すように、流体ポート６を高圧にした後、流体ポート５を高圧にし、その後、流体ポート６を低圧とすればよい。このようにすることにより、ストップピン１１が容易に押し戻され、（Ａ）状態への移行がスムーズに行なわれる。  
【実施例３】
【００３３】
さらに、本発明のシリンダは、例えば、図４に示すように、ピストンの両側の所定の位置に、凹部、バネ受け部材、ストップピン等をそれぞれ配置することにより、送り出し量を４位置以上の多位置で規定するシリンダ構造を実現することも可能である。
【００３４】
以上のように、図１〜４に本発明のシリンダの構成例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらに基づき種々の設計変更をしても良い。例えば、スリーブ８又はピストンロッド３上に形成される凹部９は外周面全体にわたり形成する必要は必ずしもなく、ストップピン１１と係合する部分のみに形成してもよい。また、バネガイド部材１６は、図１，３の構造のものにかぎらず、バネの伸縮を安定して確保できるものであればどのような構造のものであっても良く、また、ピストン等に固定してもしなくても良い。さらに、バネガイド部材１６を省略することも可能である。省略する場合は、間隔Ｌ０は、ピストン４とバネ受け部材１４との間隔となる。
また、バネ受け部材１４は、シリンダカバー１９（又はピストン止め１８）やスリーブ８等のストッパー１７により、係止されるものであれば、どのような構造ものでもよく、図１〜４で示したものに限られるものではない。
さらに、本発明のバネ部材は、バネ受け部材１４やストップピン１１を押しつけるものであればどのような構造、材質のものであってもよく、例えば、コイル状バネ、皿バネ、スポンジ、ゴム等を含む意味である。
【００３５】
（ロードポート）
次に、本発明のシリンダを用いたロードポートについて説明する。
図５はロードポートの構成例を示す概略斜視図である。図に示すように、ロードポート３０は、図６に示すＦＯＵＰ５０を載置し、基板を移送するための開口を有するフレーム３１と、フレーム３１方向に移動可能なＦＯＵＰ載置ステージ３２と、フレームの開口に挿入でき、ＦＯＵＰ内の基板を移送する際には、後退したのち下方に退避するポートドア３３とから構成される。ＦＯＵＰ載置ステージ３２には、ＦＯＵＰを位置決めするキネマティックピンが３個取り付けられている。一方、ポートドアは、後述するように、ラッチキー３５とそれを駆動するシリンダ１が２組設けられ、ＦＯＵＰドア５２のラッチ及びその解除を行う。ポートドア３３は、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除した後、ＦＯＵＰドアとともに後方さらに下方に移動し、ロボットによる基板移送を妨害しない位置に退避する。
【００３６】
図７（Ａ）は、ポートドアの前面カバーを取り除いた状態をステージ３２側から見た概略図である。ＦＯＵＰドア５１のラッチホール５５及びレジストレーションホール５４に対応する位置にラッチキー３５及びレジストレーションピン３６がそれぞれ２つずつ取り付けられている。ラッチキー３５は、連結部材３８に連結され、該連結部材３８はエアシリンダのピストンロッド先端のナックル２１に回転可能に連結されている。この結果、エアシリンダのピストンロッド３の往復運動に伴い、ラッチキーは回転することができる。なお、エアシリンダ１の他端はクレビス型の支持構造２０をなし、ポートドアの後面カバー４１に取り付けられた支持部材４２に回転可能に固定されている。また、シリンダのポート５，６はエア配管４０を介して切り替えバルブ、さらには圧縮エア源に接続されている。
また、レジストレーションピン３６を囲むように吸着パッ３７ドが取り付けられており、ＦＯＵＰドアとポートドアとが密着した際、吸着パッド３７とＦＯＵＰドア５２との間の空間を真空排気可能なように、吸着パッドは真空用配管３９を介して真空装置（不図示）と接続されている。
【００３７】
ラッチキー受け５７の形状に伴う種々の問題を未然に防ぎ、安定したラッチのロック及びその解除を行うためには、どのようなラッチ形状のＦＯＵＰに対しても、ラッチをロックした後のラッチキー受け５７を常に９０°位置に置くことが重要であるが、このためにはピストンロッドの送り出し量を３段階に制御できる本発明のシリンダが好適に用いられる。すなわち、本発明のシリンダを用いることにより、ラッチキー受け５７の形状にかかわらず、ラッチ動作終了後のラッチキー受け５７を常に９０°位置におくことができ、ラッチの信頼性を高めるとともに、ラッチ解除のためにラッチキー３５をラッチキー受け５７へ挿入する際の両者の衝突を防止することができる。
【００３８】
図１に示す構造のエアシリンダを用いてポートドアを構成した場合のＦＯＵＰドアの開閉動作を図５〜１０を参照して説明する。図８は、各動作に対応するシリンダの状態を示す概略断面図、図９はエアポートに連結された切り替え用の電磁バルブの動作及びラッチキー位置を示す模式図である。なお、図８では、各動作におけるピストンロッド位置の具体的数値を示した。
ＦＯＵＰ５０は、ロードポート３０のステージ３２にキネマティックピン３４をあわせて載置される。ここで、ＦＯＵＰボックス５１とドア５２とは、ラッチにより、固定され、内部は外部と完全に遮断され密閉状態にある。また、２つのラッチキー受け５７は水平方向から９０°回転した位置にある。一方、ポートドアの２つのラッチキー３５も９０°の位置にある。
【００３９】
ステージ３２を不図示の駆動機構によりポートドア３３方向に移動させると、ＦＯＵＰドア５２のレジストレーションホール５４にレジストレーションピン３６が挿入されて両者の位置決めがなされ、続いてラッチホール５５を通してラッチキー３５がラッチキー受け５７に挿入される。ポートドア３３とＦＯＵＰドア５２とが密着した状態で、真空装置（不図示）により吸着パッド３７内を真空にし、ポートドア３３にＦＯＵＰドア５２を吸着固定させる。
この状態で、ラッチのロックを解除し、ＦＯＵＰドア５２を開ける操作を行う。ピストンロッドの動きとポート５，６へのエアの供給との関係を図８、９を用いて説明する。なお、２つのシリンダは全く同じ動作を行う。
【００４０】
ラッチキー３５がラッチキー受け５７に挿入される状態の２つのシリンダは、いずれも図８（Ａ）に示す状態にあり、ポート５，６に接続されたバルブＡ，Ｂはいずれも大気圧側に切り替えられている（図９（Ａ））。ピストンロッド３は、バネにより左方向に押され、凹部９の右端がストップピン１１により係止されている。このときのラッチキーは９０°位置にある。
【００４１】
次に、まず、バルブＡを、続いてバルブＢを圧縮空気側に切り替えると（図９（Ｂ））、ピストン４が右方向に少しずれた状態でピストンの両側のいずれもが加圧状態になるため、この圧力によりストップピン１１がバネ１２の力に抗して押し戻され、ストップピンと凹部の係合が解かれる（図８（Ｂ））。
【００４２】
この状態で、バルブＡを大気圧側に切り替えると（図９（Ｃ））、ピストン４に左方向の力が加わり、ピストンロッド３は押し出され、ピストン４がシリンダカバー７と当接する位置で停止し、これに対応してラッチキー３５が０°位置まで回転する。ラッチキー３５の回転に伴いラッチキー受け５７も回転し、ＦＯＵＰドアのラッチが解除される（図８（Ｃ））。
【００４３】
ここで、ポートドア３３を駆動機構（不図示）により、開口部から後退、退避させて、不図示のロボットによる基板移送動作を可能な状態とする。ＦＯＵＰと基板処理装置間で基板の移送を行い、ＦＯＵＰに収納された基板の処理を行い、処理終了後の基板は再びＦＯＵＰ内に移送される。
【００４４】
すべての基板の処理が終了した後、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する操作を行う。ポートドア３３を退避した状態から、不図示の駆動機構により、ポートドアを上昇、さらに前進させて開口内に挿入し、ＦＯＵＰボックス５１にＦＯＵＰドア５２を押し当てる。この状態で、バルブＡ、Ｂをそれぞれ圧縮空気側及び大気圧側へと切り替える（図９（Ｄ））。ピストンロッド３は右方向に移動し、ストップピン１１が凹部９に係合して、ストップピンと凹部の右端とが接触する位置よりもさらに進み、間隔Ｌ０がゼロとなる位置で停止する。これに対応して、ラッチキー３５は９０°位置を越えて９０°＋θ位置で停止し（図８（Ｄ）、図９（Ｄ））、一方、ラッチキー受け５７は９０°位置となる。
【００４５】
ラッチキー受け幅Ｗ１とラッチキー幅Ｗ２との差によっては、ラッチキー３５は９０°位置にあってもラッチキー受け５７は９０°に達せず（例えば、Ｗ１＝６ｍｍ，Ｗ２＝５ｍｍのとき、ラッチキー受け角度＝８６°）、この状態では次工程のラッチ解除の際に、ラッチキー３５とラッチキー受け５７周辺が接触する問題や、ラッチのロックが不十分で密閉性が不十分となり、ＦＯＵＰ搬送中に内部が汚染されかねないという問題がある。しかしながら、図１に示すシリンダにより、ラッチキー３５は９０°＋θ位置まで回転するため、ラッチキー受け５７を常に９０°位置とすることができ、以上の問題を未然に防ぐことができる。
【００４６】
ここで、ポート５のバルブＡを大気圧側に切り替えると、バネ１５の力によりピストンロッド３はストップピン１１が凹部右端に当接するまで左方向に移動する。これに対応して、ラッチキー３５も９０°位置に戻り、ラッチキー受け５７及びラッチキー３５のいずれもが９０°位置になる。この結果、ロードポートは次のＦＯＵＰのラッチ解除操作を行える状態となるとともに、ＦＯＵＰも次の工程のロードポートにより支障なくドア解除が行えることになる。
ピストンロッドの往復運動により、シリンダは軸に垂直方向の力を受けるため、シリンダの両端部２１、２０は、それぞれ回転可能に連結部材３８，支持部材４２と連結されている。従って、上記した一連の動作において、シリンダは図１０に示すような動きをすることになる。
【００４７】
また、ラッチを解除する場合は、上述したように、ラッチキーを水平位置に回転するが、ラッチキー受け幅Ｗ１が大きいＦＯＵＰになると、ラッチキー３５を０°に戻してもラッチキー受け５７はラッチ解除角度（０°±１°）まで達せず、ラッチが解除できない場合が起こりうる。そこで、ラッチ解除を安定して行うには、ラッチキー３５を０°を越えてさらに回転させるようにすればよい。すなわち、ラッチ解除の信頼性を高めるにはラッチキー３５を（−θ）まで回転すればよい。この角度（−θ）は、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置により決めることができる。
【００４８】
以上は図１のシリンダを用いたロードーポートについて説明したが、同様に、図３に示す構成のシリンダを用いた場合も同様である。なお、この場合は図７（Ａ）に示すシリンダ位置を９０°回転して配置すればよい。
また、図５のポートドアには、２つのラッチキーに対応した２本のシリンダが取り付けられているが、一本のシリンダで同様なラッチ動作を実現することも可能である。この場合のポートドア構成例を図７（Ｂ）に示す。
図の例は、Ｔ字型の連結部材４３を用いて、２つのラッチの連結部材３８とシリンダのナックル２１とを連結したものである。シリンダの往復運動により、２つのラッチキーが同位相で回転し、ラッチのロック及び解除を１つのシリンダで行うことができる。
【００４９】
（生産方式）
次に、以上のシリンダ及びロードポートを用いた半導体生産方式を図１１を参照して説明する。半導体工場内では、各種処理を受けるウエハ５３はＦＯＵＰ５０に収納された状態で各処理装置６１間を移動する。３００ｍｍ径クラスのウエハ５３を収納したＦＯＵＰ５０は８ｋｇ以上の重量となるため、安全上人手での搬送は考えにくく、ＯＨＴ部（Overhead  Hoist  Transfer）６０等の自動搬送機器を使用することになる。
【００５０】
図１１の例では、処理されるウエハ５３が収納されたＦＯＵＰ５０を、工程内に設置されたストッカからＯＨＴ部６０によって処理装置６１（例えばエッチング装置）上に搬送する。      
【００５１】
次いで、ＦＯＵＰ５０を、ホイスト（Hoist）機構６２を用いて処理装置６１のロードポート３０上へ降ろして所定位置（移載ポジション）にセットする。次いで、ＦＯＵＰ５０の下面に設けられているＶ溝を、ロードポート３０上のキネマティックピン３４上に導いて所定の収まり位置に固定する。
【００５２】
次いで、ホイスト機構６２をＦＯＵＰ５０から外してＦＯＵＰ５０をロードポート３０上に載せる。その後、ＦＯＵＰ５０を前進させてポートドア３３に密着固定する。次いで、ラッチキー３５を回転することにより、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除する。
【００５３】
次いで、ポートドア開閉機構を駆動してＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１から取り外し、処理装置６１内下部へＦＯＵＰドア５２を移動する。ＦＯＵＰドア５２が外れた状態でＦＯＵＰ５０の前面からウェハ５３を取り出し、処理装置６１内のウェハ移送ロボット（不図示）でウェハ５３を処理装置６１内部の処理部（不図示）に移送して所要の処理を行う。半導体チップが出来るまで、このＦＯＵＰドア５２の開閉動作は、５００回から多い場合には１０００回程度行うことになる。
【００５４】
次いで、処理の終了後、処理済みのウェハ５３をウェハ移送ロボットを用いてＦＯＵＰ５０に戻す。このように、ＦＯＵＰ５０内に収納されているウェハ５３のそれぞれに所要の処理を行った後、ボートドア開閉機構を駆動しＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に挿入し、本発明のシリンダーを用いてラッチキー３５を一旦９０°＋θの位置まで過回転させ、ラッチキー３５を９０°位置に戻すことによりラッチをロックし、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する。
【００５５】
その後、ＦＯＵＰ５０を後退させて移載ポジションに納置する。搬送要求に応じて、ロードポート３０、すなわち搬送要求の対象となっているＦＯＵＰ５０が置かれているロードポート３０上に空のＯＨＴ部６０を停止させ、ホイスト機構６２のロボットハンド（不図示）を用いて引き上げる。
【００５６】
次いで、ＦＯＵＰ５０をＯＨＴ部６０でストッカに搬送して一時保管した後に、次の処理工程（例えば、アッシング工程等）にＦＯＵＰ５０を搬送する。このようなフロー（基板収納治具搬送方法）を繰り返すことで所望の回路をウェハ５３上に形成する。
【００５７】
なお、上記においては、自動搬送としてＯＨＴ部６０を用いる例で説明したが、これに特に限定されることなく、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）やＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）を用いても良く、またＰＧＶ（Person Guided Vehicle）を用いた手動搬送を用いても良いことは明らかである。
以上生産方式においては、全ての処理装置６１に上記したロードポート３０を取付けることが望ましいが、従来のロードポートの一部を上記ロードポートに置き換える構成であっても、従来の生産方式に比べてより安定した生産を行うことが可能となる。例えば、５〜６台の処理装置６１のロードポートの１台に上記ロードポート３０を取付け、他の処理装置には従来のロードポートが取り付けられた場合であっても、上記ロードポートにＦＯＵＰが搬送されてきた際に、従来のロードポートで生じたラッチキー受けの位置ずれを矯正し、正確に９０゜位置とすることができることとなる。その結果、ラッチキー解除の際のラッチキーとラッチキー受けとの接触、衝突等の問題発生を低減し、より安定した生産を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例１のシリンダの構成を示す概略断面図である。
【図２】実施例１のシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図３】実施例２のシリンダを示す概略断面図である。
【図４】実施例３のシリンダを示す概略断面図である。
【図５】ロードポートの構成を示す概略斜視図である。
【図６】ＦＯＵＰを示す概略斜視図である。
【図７】本発明のシリンダを組み込んだポートドアの構成図である。
【図８】ロードポートのシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図９】ロードポートの（ａ）ラッチキー動作及び（ｂ）シリンダの電磁弁回路を示す模式図である。
【図１０】ピストンロッドの往復運動に伴うシリンダの揺動を説明する平面図である。
【図１１】本発明の半導体生産方式を示す概念図である。
【図１２】従来構造のシリンダを２つ連結して、３位置へピストンロッド送り出しを可能としたシリンダを示す概略断面図である。
【図１３】ラッチキ−とラッチキー受けとの関係を示した模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  シリンダ、
２  シリンダチューブ、
３  ピストンロッド、
４  ピストン、
５，６  流体ポート、
７、１９  シリンダカバー、
８  スリーブ、
９  溝（凹部）、
１０  テーパー、
１１  ストップピン、
１２  バネ（第２のバネ部材）、
１３  カバー、
１４  バネ受け部材、
１５  バネ（第１のバネ部材）、
１６  バネガイド部材、
１７  ストッパー部分、
１８  ピストン止め、
２１  ナックル、
３０  ロードポート、
３１  フレーム、
３２  ステージ、
３３  ポートドア、
３４  キネマティックピン、
３５  ラッチキー、
３６  レジストレーションピン、
３７  吸着パッド、
５０  ＦＯＵＰ、
５１  ＦＯＵＰボックス、
５２  ＦＯＵＰドア、
５４  レジストレーションホール、
５５  ラッチホール、
５６  ラッチ、
５７  ラッチキー受け
６０  ＯＨＴ部、
６１  処理装置、
６２  ホイスト機構、
７１、７２  シリンダ。
【図１】
0003713529.tif 000002
【図２】
0003713529.tif 000003
【図３】
0003713529.tif 000004
【図４】
0003713529.tif 000005
【図５】
0003713529.tif 000006
【図６】
0003713529.tif 000007
【図７】
0003713529.tif 000008
【図８】
0003713529.tif 000009
【図９】
0003713529.tif 000010
【図１０】
0003713529.tif 000011
【図１１】
0003713529.tif 000012
【図１２】
0003713529.tif 000013
【図１３】
0003713529.tif 000014