(57)【要約】直線運動アセンブリが、真空内で基板を処理するロボットの一部として提供される。エフェクタアセンブリが、直線運動のためにリニアベアリング上に設けられる。エンドエフェクタは、大気圧に維持される隣接した圧力ベッセル内に位置した駆動装置によって駆動されるケーブルによって駆動される。
2005521268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で基板を搬送する直線運動アセンブリであって、
前記真空チャンバ内に設けられたリニアベアリングと、
前記リニアベアリング上に直線運動のために設けられて、搬送のための基板に係合しこれを支持する少なくとも１つのエンドエフェクタと、
前記直線運動アセンブリ上に設けられて前記真空チャンバから隔離された圧力チャンバを囲むハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、少なくとも１つの前記エンドエフェクタと適切に接続されて前記エンドエフェクタの動きを引き起こし、ダイナミックシールを介して前記エンドエフェクタに接続されて前記圧力チャンバを前記真空チャンバから隔離された状態に維持する駆動システムと、
からなることを特徴とする直線運動アセンブリ。
【請求項２】
請求項１記載の真空チャンバ内で基板を搬送する直線運動アセンブリであって、
リニアベアリングが、更に、
前記直線運動アセンブリに固定された少なくとも１つのベアリングレールと、
少なくとも１つの前記エンドエフェクタに取り付けられ前記ベアリングレールに直線運動のために設けられた少なくとも１つのベアリングブロックと、
前記リニアベアリングによって発生する粒子汚染物質を閉じ込めるために構成されたラビリンスシールと、
からなることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項３】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項１記載の直線運動アセンブリであって、前記圧力チャンバが実質的に大気圧で維持されることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項４】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項１記載の直線運動アセンブリであって、
前記駆動システムが、更に、
前記アセンブリ上に回転するシャフトに設けられたキャプスタンと、
らせん状に前記キャプスタンに巻かれ少なくとも１つの前記エンドエフェクタに両端で接続され、該キャプスタンが回転するとき前記ケーブルの一端が前記キャプスタンの周りに巻かれ他端がほどかれて、前記リニアベアリング上の少なくとも１つの前記エンドエフェクタの動きを引き起こすケーブルと、
からなり、前記駆動システムが前記シャフトと適切に接続されて前記キャプスタンの回転を引き起こし、前記ハウジングを介して伸長するときダイナミックシールによって前記シャフトが囲まれて前記真空チャンバから前記ハウジングの前記圧力チャンバを封止することを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項５】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項４記載の直線運動アセンブリであって、
前記ケーブルがスプリングによって少なくとも１つの前記エンドエフェクタに接続され、更に、前記ケーブルが前記スプリングに対して張力を与えられていることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項６】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項１記載の直線運動アセンブリであって、
前記駆動システムが、更に、前記圧力チャンバ内に設けられたコントローラ及びエンコーダを含むことを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項７】
真空チャンバ内で基板を搬送するロボットアセンブリであって、
中央軸を有し、前記真空チャンバ内に固定されており、前記真空チャンバから隔離されている第１の圧力チャンバを囲むロボット体と、
前記第１の圧力チャンバ内に設けられて前記の軸回りの回転運動と前記軸に沿う並進運動との両方を備える第１の駆動システムであって、前記駆動システムと、
前記真空チャンバ内で前記ロボットアセンブリ上に設けられその動きのために前記第１の駆動システムに適切に接続された直線運動アセンブリと、からなり、
前記直線運動アセンブリは、
前記真空チャンバ内に設けられたリニアベアリングと、
前記リニアベアリングに直線運動のために設けられた、搬送する基板を係合しかつ支持する少なくとも１つのエンドエフェクタと、
直線運動アセンブリに設けられ前記真空チャンバから隔離されている第２の圧力チャンバを囲むハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ少なくとも１つの前記エンドエフェクタに適切に接続されて前記エンドエフェクタの動きを引き起こし、ダイナミックシールを介して前記エンドエフェクタに接続されて前記真空チャンバから前記第２の圧力チャンバを隔離する第２の駆動システムと、
からなることを特徴とするロボットアセンブリ。
【請求項８】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項７記載の直線運動アセンブリであって、
前記リニアベアリングが、更に、
前記直線運動アセンブリに固定された少なくとも１つのベアリングレールと、
少なくとも１つの前記エンドエフェクタに取り付けられ前記ベアリングレール上の直線運動のために設けられた少なくとも１つのベアリングブロックと、
前記リニアベアリングによって発生する粒子汚染物質を閉じ込めるために構成されたラビリンスシールと、
からなることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項９】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項７記載の直線運動アセンブリであって、前記圧力チャンバが実質的に大気中で維持されることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項１０】
真空中で基板を搬送する請求項７記載の直線運動アセンブリであって、
前記駆動システムが、更に、
前記アセンブリで回転するシャフトに設けられたキャプスタンと、
らせん状に前記キャプスタンに巻かれ少なくとも１つの前記エンドエフェクタに両端で接続され、該キャプスタンが回転するとき前記ケーブルの一端が前記キャプスタンの周りに巻かれ他端がほどかれて、前記リニアベアリング上の少なくとも１つの前記エンドエフェクタの動きを引き起こすケーブルと、
からなり、前記駆動システムが前記シャフトと適切に接続されて前記キャプスタンの回転を引き起こし、前記ハウジングを介して伸長するときダイナミックシールによって前記シャフトが囲まれて前記真空チャンバから前記ハウジングの前記圧力チャンバを封止することを特徴とする直線運動アセンブリ。
【請求項１１】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項１０記載の直線運動アセンブリであって、
前記ケーブルが少なくとも１つの前記エンドエフェクタにスプリングによって接続され、更に、前記ケーブルが前記スプリングに対して張力を与えられていることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項１２】
真空チャンバ内で基板を搬送する請求項７記載の直線運動アセンブリであって、
前記駆動システムが、更に、前記圧力チャンバ内に設けられたコントローラ及びエンコーダを含むことを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項１３】
真空チャンバ内で基板を搬送する直線運動アセンブリであって、
１対の脚部及びブリッジ部を有し、前記真空チャンバ内に設けられた、前記真空チャンバから隔離された前記圧力チャンバを囲むＵ字型ハウジングと、
前記脚部の一方に設けられた第１のリニアベアリング及び前記脚部の他方に別個に設けられた第２のリニアベアリングと、
前記リニアベアリングに直線運動のために別個に設けられた、搬送する基板に係合しかつこれを支持する第１及び第２のエンドエフェクタと、
前記ハウジング内に別個に設けられ前記第１及び第２のエンドエフェクタにそれぞれ適切に接続されて前記エンドエフェクタの動きを引き起こし、ダイナミックシールを介してそれぞれの前記エンドエフェクタに接続されて前記真空チャンバから隔離された前記圧力チャンバを維持する第１及び第２の駆動システムと、
からなることを特徴とする、直線運動アセンブリ。
【請求項１４】
中心軸を有し前記真空チャンバに固定されて、前記真空チャンバから隔離された第２の圧力チャンバを囲む前記ロボット体と、
前記軸についての回転運動と前記軸に沿う並進運動との両方を備える第３の駆動システムであって、前記第２の圧力チャンバ内に設けられた前記第３の駆動システムと、
からなり、前記直線運動アセンブリがその上動きのための前記第２の駆動システムに適切に接続されて前記ロボット体に設けられて、真空チャンバ内の基板を搬送することを特徴とする、請求項１３記載の直線運動アセンブリ。
【請求項１５】
真空チャンバ内の基板を搬送する請求項１３記載の直線運動アセンブリであって、前記Ｕ字型ハウジングが一方の脚が他方の上であるように配向されて、一方の前記エンドエフェクタが他方の前記エンドエフェクタの上に運動平面を有することを特徴とする直線運動アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中での液晶ディスプレイのような平面パネルの処理において当該平面パネルを取り扱うロボットに関する。特に、本発明のロボットシステムは、真空中で直線運動を用いて作動する。
【背景技術】
【０００２】
真空環境における半導体や他のコンポーネントの処理のために使用される、多くの異なった型のロボットが存在する。これらのロボットは、全体として、制限された領域内、すなわち、真空チャンバ内で行われるべき運動の複数軸を有する。それ故、ロボットの作業領域（フットプリント）を制限するようにロボットの運動要素を構成することが望ましい。これは、ワークピースが取り上げられ処理され搬送のために戻される経路を経てワークピースホルダー（エンドエフェクタ）を移動する回転と並進の機構を設けることによってほぼ成し遂げられる。
【０００３】
半導体の処理は、しばしば、化学蒸着法（ＣＶＤ）による基板上の薄膜の蒸着、薄膜の写真エッチング、加熱、冷却、及び洗浄のような、複数の処理ステップを含む。
【０００４】
処理作業は、全体として、特別な処理チャンバ内で真空下において行われる。それぞれの処理の効率を改善させることが必要である故、通常、半導体基板のバッチ処理が基板処理について使用されている。なぜなら、それぞれの処理ステップに対して、処理チャンバを開放し、基板をローディングし、チャンバを封止し、真空にポンピングし、処理後、これらのステップを逆に行わなければならないからである。
【発明の開示】
【０００５】
処理の効率を改善するために、１群の処理チャンバが真空に保たれるように構成された基板搬送チャンバの周囲に配置される。１つまたは複数のロードロックチャンバが、スリットバルブを介して搬送チャンバに接続されている。
【０００６】
ロードロックは、処理されるべき基板のカセットを収容している。かかるカセットは、ロードロックにこのシステムのフロントエンドデリバリートランスポートによって運ばれる。このようなカセットを収容して構成されたロードロックは、本出願人と同一人によって所有される米国特許第５，６６４，９２５号に開示されている。この特許の開示の全体は、本明細書に組み入れられる。
【０００７】
このようにして、システム処理量（スループット）がかなり増大して、循環回数が減少する。処理及び搬送チャンバは、ロードロックだけが循環されている間、連続的に真空に維持される。ロードロックは、搬送チャンバから封止されて大気中に開放された後、処理されるべき基板を受け取る。次いで、フロントエンドポートは封止され、ロードロックは搬送及び処理チャンバと同様な真空に引かれる。
【０００８】
ロボット移動機構は、搬送チャンバ内に設けられ、ロードロックから基板を取り出し、選択された処理チャンバにそれらを供給するように作動する。処理後、基板はロボットによってピックアップされ搬送チャンバから次の処理チャンバまたは取り出し用ロードロックに搬送される。いくつかの例では、タイミングのために、これらのシステムはローディングの前またはシステムの中で基板を搬送する間に、基板を保持するバッファステーションを使用し得る。
【０００９】
このタイプのシステムが、米国特許第５，８８２，４１３号に記載され、ロボット移動機構の例は、米国特許第５，６４７，７２４号に開示されている。かかる特許は、本出願人と同一人によって所有される。これら特許の開示の全体は、本明細書に組み入れられる。
【００１０】
このようなシステムが、液晶ディスプレイ等のより大きな半導体素子について使用されるとき、可能な限り小さなスペース内に処理経路を経た、所望の動きを生み出すことへの挑戦は、重要になる。上記した機構システムの特許に示されるように、SCARAのような一連の回転機構、すなわち、２つのリンクロボットアーム機構は、回転素子を介して作動して、所望の軌道を経てロボットのエンドエフェクタを並進させる。いくつかの例では、小さなフットプリントのため直線運動を使用して所望のディレクトリを得ることが、望ましい。これは、大きな基板が処理されている場面で、より望ましい。直線運動を使用したシステムの例は、米国特許第４，７１５，９２１号に示される。特に、この特許における実施例の図４及び図１１（ａ）は、直線運動形機構を図示する。しかしながら、直線運動形機構は、かなりの粒子汚染物質がリニアベアリングとケーブルとプーリ駆動機構とによって生成され得るので、汚染源となることが、知られている。
【００１１】
本発明の目的は、エンドエフェクタが軌道内で直線運動を使用して、真空中でより大きな基板を処理するときに使用するロボットを構成することである。本発明の更なる目的は、リニアベアリングに設けられケーブル駆動であるエンドエフェクタを有するロボットを提供することである。本発明の更なる目的は、リニアベアリングに設けられて、リニアベアリングとケーブル駆動からのシステム汚染物質が最少にされたケーブル駆動エンドエフェクタを有するロボットシステムを構成することは、本発明の更なる目的である。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、真空チャンバ内での処理のための基板を搬送するロボットシステムである。このシステムは、中央搬送チャンバによって相互に連結された複数の処理ステーションを伴うバッチ処理システムと合わせて、記載されている。基板は、適切なスライドバルブの操作によって真空と大気圧との間を循環する１つまたは複数のロードロックを介して外部ローディング端末から供給され、あるいは、ピックアップされる。本発明の搬送機構は、また、１つの処理チャンバを扱うようにも設計され得る。
【００１３】
本発明のシステムは、搬送チャンバの中へ伸長し、かつ、真空から隔離されたワイヤー及び通路の如き回転駆動機構とコンポーネントを収容するロボット体を利用する。軸方向に伸長したシャフトは、駆動機構によって駆動され、ロボット体から上の方へ伸長する。かかるシャフトは、軸方向と回転方向の両方に駆動されて、鉛直方向と回転方向の位置決めをなす。ロボット体内のハウジングは、ほぼ、大気圧に維持される。加えて、ロボット体は、ロボット体の鉛直軸の回りにシャフトを回転させる直線運動アセンブリを支持する台を形成する。
【００１４】
本発明による直線運動アセンブリは、直線運動駆動システムのための密閉囲繞を形成するＵ字型コンポーネントハウジングを有する。かかるＵ字型コンポーネントハウジングは、共に、回転運動するロボット体のシャフトに設けられる。本発明による直線運動アセンブリは、長手状リスト部に支持される上部及び下部のエンドエフェクタを含む。かかるリスト部は、ロボット体の軸方向をよぎる方向に向けられたリニアベアリング上の直線運動のために設けられている。かかるエンドエフェクタがＵ字型ハウジングに設けられているので、それらは積み重ねられて便利である。これは、デュアルエフェクタシステムのフットプリントをかなり削減する。
【００１５】
Ｕ字型コンポーネントは、直線運動アセンブリの直線駆動のための駆動モータ、制御コンポーネント、ワイヤー及び通路を収容する。２つの脚部は、一方が他方の上にあるリニアベアリングをそれらを横切る方向において支持する。直線駆動モータは、脚部の各々に収容され、リニアベアリング上のエンドエフェクタを駆動するために接続されたプーリ・ケーブルシステムにダイナミックシールを介して機械的に接続される。汚染物質を最少にするために、ラビリンスシールはリニアベアリングの底に構成される。これらのシールは、プーリ・ケーブル駆動システムとリニアベアリングからの粒子が真空チャンバに入り基板が汚染するのを防止するように作用する。
【００１６】
かかるＵ字型ハウジングのブリッジ部に位置したマイクロプロセッサによる適切な制御アルゴリズム実行可能プログラムを介して、かかるエンドエフェクタは、処理チャンバへまたは処理チャンバから基板をローディング・アンローディングするように往復動され得る。
【００１７】
このようにして、ロボットシステムが構成されて、ロボット体の軸についての直線運動アセンブリの回転運動、ロボット体の軸における直線運動アセンブリの鉛直運動、及び、リニアベアリング上のエンドエフェクタの直線運動を提供する。
【実施例】
【００１８】
図２において、本発明の特徴を含む、基板搬送ロボットシステム１００が、示されている。ここで、本発明は図に示される実施例を参照して説明されるが、実施例の多くの変形例によって実現され得ることを理解すべきである。また、適当なサイズ、形状、タイプの要素や材料が、使用され得る。
【００１９】
図１に、真空チャンバ内で処理のための基板を搬送するロボットシステム１００が示されている。また、バッチ処理システム２１と共用されるべく示されている。かかるシステム２１は、適切なスライドバルブ２３によって中央搬送チャンバ２６と相互に連結された複数の処理ステーション２４を含む。基板（図示せず）は、適切なスライドバルブ２３の動作によって真空と大気圧との間を循環する１つまたは複数のロードロック２２を介して外部ローディングステーション２９から供給され、あるいは、ピックアップされる。勿論、本発明のロボットシステム１００は、１つの処理チャンバとして作用するように設計され得る。
【００２０】
本発明のシステム１００は、搬送チャンバ２６の中に伸長し、搬送チャンバ２６内に維持される真空から隔離される、駆動モータ、制御プロセッサ、ワイヤー、及び、通路の如き回転駆動機構とコンポーネント（図示せず）を収容するロボット体１を利用している。軸方向に伸長したシャフト２は、ロボット体１内の駆動機構によって駆動される。シャフト２は、ロボット体１から上向きに伸長し、マウンティングブラケット３を支持する。シャフト２は、矢印２７に示される軸方向と矢印２８に示される回転方向の両方に駆動して、マウンティングブラケット３の鉛直方向と回転方向における位置決めをなす。
【００２１】
直線運動アセンブリ２００は、作動の便宜のために２つのエンドエフェクタ１０及び１１を含むとしているが、多くの応用において、１つのエンドエフェクタで十分であり得る。かかるエンドエフェクタ１０及び１１は、処理する基板の搬送の間、基板５０及び５１を保持するように設計される。
【００２２】
直線運動アセンブリ２００は、マウンティングブラケット３に取り付けられ、Ｕ字型駆動コンポーネントハウジング４を含む。ハウジング４は、ブリッジ部５によって相互に連結された上部脚部６及び下部脚部７を有して構成される。かかるハウジング４は、直線運動アセンブリ２００の搬送コンポーネントのための堅い支持構造を形成し、また、空洞で直線駆動システムのための内部エンクロージャ５２を備える。かかるＵ字型ハウジング４によって形成されるかかる内部エンクロージャ５２は、ダイナミックシール３５によって搬送チャンバ２６の真空から隔離された密閉圧力ベッセルとして構成され、ロボット体１と接続することによって大気圧に維持される。このような隔離は、駆動システムの駆動モータ及び制御コンポーネントの信頼できる動作を得るために必要とされる。かかるＵ字型コンポーネントハウジング４は、マウンティングブラケット３に支持されるので、直線運動アセンブリ２００全体は、矢印２７及び２８による回転方向及び軸方向の運動のためにマウントされる。
【００２３】
直線運動アセンブリ２００は、上部及び下部のエンドエフェクタ１０及び１１を、更に含む。図２から良く解るように、かかるエンドエフェクタは、それぞれ、リスト部１２及び１３に支持されている。リスト部１２及び１３は、ロボット体の軸をよぎる方向に向いたリニアベアリング３４上で、矢印２９に示される直線運動出来るように設けられる。図４及び図５に示されるように、リスト部１２は、１対のブラケット１４及び１５によってリニアベアリング３４に接続されている。リニアベアリング３４は、ベアリングブロック４２及び４３における滑り運動のために設けられた長手状ベアリングレール４４及び４５からなる。この構成では、エンドエフェクタは、便宜的に、相互に重ねられ、それによって、フットプリントが削減される。
【００２４】
簡単のために、マウンティングと上部エンドエフェクタ１０の関連したコンポーネントだけが、記載されている。なお、下部エンドエフェクタがエンドエフェクタ１０に対して記述したものと類似した構造及び動作を有することが解る。
【００２５】
ブラケット１４及び１５のそれぞれは、Ｌ字型部分１６及び１７と共に構成される。図４からよく解るように、Ｌ字型部分１６及び１７の脚によって形成される平面部分は、ベアリングブロック４２及び４３の取付けのための表面を提供する。図６に示されるように、ブラケット１４及び１５は、ラビリンスシール５３及び５４を収容するスロット１８及び１９を提供するように形状を与えられる。スロット１８、１９及びシール５３、５４の組合せは、協働してねじれた経路を形成し、リニアベアリング３４及びケーブル駆動システム６０によって発生し得るいかなる粒子汚染物質も閉じ込める。
【００２６】
図４乃至６において、直線運動アセンブリ２００のための駆動システム３００が、示されている。このシステム３００は、キャプスタン６１にらせん状に巻かれた順方向及び逆方向ケーブル５９及び６０を含む。キャプスタン６１は、ケーブルのらせん状の巻きを維持する溝を有することも出来、軸シャフト６２の回りに回転駆動される。ケーブル５９、６０は、キャプスタン６１からプーリ６３及び６４の回りまで伸長して、リスト部１２及び１３のブラケット１４及び１５に固定されている２つのコネクタブロック６５に取り付く。ケーブル５９、６０の両方は、キャプスタン６１に取り付けられて一方のケーブルが引き込まれるとき他方のケーブルが伸長する。ケーブル５９、６０は、ブロック６５との接続部分で積み重ねられたベルビルワッシャー６６に抗して張力を与えられる。らせん状のスプリングであっても、この目的を満たし得る。適切な器具を用いて、ケーブル５９、６０をブロック６５に接続することが出来、例えば、調整ねじ７３及び７４の如き張力調整装置を用い得る。
【００２７】
図７及び図８に示されるように、キャプスタン６１は、Ｕ字型ハウジング４に含まれるモータ６７及びコントローラ６８によって駆動される。モータ６７はベルト６９を介してシャフト６２を駆動する。コントローラ６８はエンコーダ７２を介してモータ６７の回転運動を制御する。
【００２８】
キャプスタン及びケーブルアセンブリは搬送チャンバ２６の真空内であり、駆動要素が、ハウジング４の圧力ベッセル内であるので、ダイナミックシール３５が、ハウジング４の壁７１を通過するシャフト６２のために設けられる。ダイナミックシール３５は、搬送チャンバ２６からハウジング４を隔離する。これは、駆動コンポーネントの適切な動作のために必要とされる。
【００２９】
かかるケーブル５９及び６０上の残留機械油による汚染物質を避けるために、ケーブル材料が、そのような残留物を除去するために洗浄及び電解研磨をされる。残留油は、真空下で使用されたとき、ガス状の汚染物質を発生する傾向がある。真空チャンバ２６内の動作のためのリニアベアリング及びケーブルに注油するために、不揮発性の潤滑油が使われる。
【００３０】
本発明によるシステムは、１０６から１４０インチ長のＬＣＤディスプレイのような大きなパネルを処理する際、特に効果的である。かかるシステムは、同様に、より小さい基板に対して、好都合に使用され得る。かかるシステムは、真空チャンバの汚染物質を避けつつ、真空内で直線運動を使用するロボット搬送機構を備える。直線運動は、ロボットの小さな運動フットプリントを与える。
【００３１】
上の記載は、本発明の実例にすぎないことを理解すべきである。様々な代替及び修正は、本発明から逸脱することなしに当業者によって考案され得る。加えて、本発明は、特許請求の範囲内にあるすべてのそのような代替、修正、及び、バリエーションを包含する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、以下の添付図面を参照して詳細に記述される。
【図１】本発明が使用され得るバッチ処理システムの全体図である。
【図２】本発明のロボットシステムの全体斜視図である。
【図３】本発明による直線運動アセンブリを示す図２のロボットシステムの全体斜視図である。
【図４】図３のＡ部分の拡大図である。
【図５】本発明のケーブル駆動システムの全体斜視図である。
【図６】図５のＢ部分の拡大図である。
【図７】リニアベアリング駆動コンポーネントの一部破断全体斜視図である。
【図８】図７のＣ部分の拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005521268.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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