(57)【要約】（１）第１ロータ（１０４）と、（２）整流することで真空バリア（１０６）を隔てて第１ロータを回転させ、真空チャンバ（１０８）内の第１ロボットアーム（１１０）の第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータ（１０２）と、（３）第１ロータ下方の第２ロータ（１２２）と、（４）第１ステータの下方に在り、整流することで真空バリア（１０６）を隔てて第２ロータを回転させ、真空チャンバ（１０８）内の第２ロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータ（１２０）と、（５）第１ロボットアーム（１１０）の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置（１１８）と、（６）第２ロボットアーム（１２４）の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置（１３２）とを含む多軸真空モータアセンブリを提供する。
2008530970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ロータと、
真空バリアを隔てて第１ロータと磁気結合し、真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、
第１ロータ下方の第２ロータと、
第１ステータの下方に在り、真空バリアを隔てて第２ロータと磁気結合し、真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、
真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、
真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む多軸真空モータアセンブリ。
【請求項２】
第１及び第２ステータが真空バリアの外気側に位置されている請求項１記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項３】
第１及び第２ステータが垂直方向に整列されている請求項２記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項４】
第１及び第２ステータが真空バリアに直接的に取り付けられている請求項２記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項５】
第１ステータの整流により真空バリアを隔てて第１ロータの回転を制御する請求項１記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項６】
第２ステータの整流により真空バリアを隔てて第２ロータの回転を制御する請求項１記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項７】
第１ステータと第１ロータが同一水平面上に在る請求項１記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項８】
第１ステータ、第２ステータ、第１フィードバック装置、第２フィードバック装置が真空チャンバの底部を越えて下方に延びないように配置されている請求項１記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項９】
第１ロータと、
整流することで真空バリアを隔てて第１ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、
第１ロータ下方の第２ロータと、
第１ステータの下方に在り、整流することで真空バリアを隔てて第２ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、
ロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、
ロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１０】
第１及び第２ステータが真空バリアの外気側に位置されている請求項８記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１１】
第１及び第２ステータが垂直方向に整列されている請求項９記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１２】
第１及び第２ステータが真空バリアに直接的に取り付けられている請求項９記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１３】
第１ステータと第１ロータが同一水平面上に在る請求項８記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１４】
第１ステータ、第２ステータ、第１フィードバック装置、第２フィードバック装置が真空チャンバの底部を越えて下方に延びないように配置されている請求項８記載の多軸真空モータアセンブリ。
【請求項１５】
第１ロータと、
真空バリアを隔てて第１ロータと磁気結合し、真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、
第１ロータ下方の第２ロータと、
第１ステータの下方に在り、真空バリアを隔てて第２ロータと磁気結合し、真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、
真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、
真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む多軸真空モータアセンブリを提供し、
第１ステータと第２ステータとを用いてロボットアームの第１軸と第２軸を回転させることでロボットアームを伸長又は後退させるロボットアームの操作方法。
【請求項１６】
第１及び第２ステータが真空バリアの外気側に位置されている請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第１及び第２ステータが垂直方向に整列されている請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
第１及び第２ステータが真空バリアに直接的に取り付けられている請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
第１ステータ、第２ステータ、第１フィードバック装置、第２フィードバック装置が真空チャンバの底部を越えて下方に延びないように配置されている請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
第１ロータと、
整流することで真空バリアを隔てて第１ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、
第１ロータ下方の第２ロータと、
第１ステータの下方に在り、整流することで真空バリアを隔てて第２ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、
ロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、
ロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む多軸真空モータアセンブリを提供し、
第１ステータと第２ステータを整流させてロボットアームの第１軸と第２軸を回転させることでロボットアームを伸長又は後退させるロボットアームの操作方法。
【請求項２１】
第１及び第２ステータが真空バリアの外気側に位置されている請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
第１及び第２ステータが垂直方向に整列されている請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
第１及び第２ステータが真空バリアに直接的に取り付けられている請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本出願は、２００５年２月１２日に出願された米国特許仮出願第６０／６５２１４５号に基づく優先権を主張し、この出願は引用により全て本願に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は半導体デバイス製造に係り、より具体的にはウェハハンドラと共に使用するための多軸モータアセンブリに関する。
【発明の背景】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等の半導体デバイスの製造においては、半導体デバイスを製造するための大面積薄型ウェハ（典型的には、シリコン製）をある処理チャンバから別の処理チャンバへと頻繁に搬送しなくてはならない。このウェハ搬送は清浄な環境、かつ多くの場合は減圧下で行わなくてはならない。これを目的として、一設備内の処理チャンバ内外での、或いは設備間でのウェハ搬送用に様々な機械的配置が考案されてきた。
【０００４】
複数のウェハを１つのカセットに装填することで多数のウェハをクリーンルーム条件下で安全かつ効率よくある場所から別の場所へと搬送可能とするのが通常のやり方である。次に、ウェハを装填したカセットを所望のガス圧と外気を確立可能な投入（ｉｎｐｕｔ）／取出しチャンバ（ｏｕｔｐｕｔ）チャンバ（Ｉ／Ｏチャンバ）（「ロードロック」チャンバ）に挿入する。ウェハは各カセットから／に一枚ずつＩ／Ｏチャンバに／から供給される。
【０００５】
ウェハ取扱いにおける効率という観点から、Ｉ／Ｏチャンバを多数の処理チャンバに近接して位置させ１つ以上のウェハを近くで同時に処理可能とすることが望ましい。これを目的として、２つ以上のチャンバを、密閉可能かつＩ／Ｏチャンバと処理チャンバの双方と連通している搬送チャンバの周囲に配置する。搬送チャンバ内には自動制御ウェハ取扱機構、つまりロボットが位置され、Ｉ／Ｏチャンバからウェハを受け取り次に各ウェハを選択した処理チャンバへと搬送する。あるチャンバ内で処理した後、ロボットはウェハをチャンバから取り出して別の処理チャンバに挿入する、或いはＩ／Ｏチャンバ、最終的には各カセットに戻す。
【０００６】
半導体ウェハは本質的に脆く容易に欠けたり傷が付くため、損傷を防ぐために多大な注意を払って取り扱われる。ウェハを取扱うロボット機構は表面に傷を付けたり脆いウェハの縁を欠くことなく、ウェハをしっかりと保持する。ロボットは振動や急激な停止、発進を伴わずに円滑にウェハを移動する。ロボットが振動するとウェハを保持しているロボットのブレードとウェハ表面との間に擦過傷が生じる。「ダスト」やこういった振動により生じるウェハの磨耗粒子はその他のウェハの表面の汚染原因となる可能性がある。このため、ロボットの可動部分を空転或いは遊びなしに、ウェハを保持する際に必須とされる丁寧さでもってウェハを保持しながら円滑に作動させつつも、ウェハを迅速かつ正確に位置間で移動可能とするにはロボット設計に慎重な方策が必要となる。
【０００７】
搬送チャンバの下及び／又は内部の空間的な制約により、ロボットを駆動する為に用いるモータアセンブリの高さを低下させることが望ましい。また、ウェハ処理装置のスループットが上昇するように、複数のウェハを独立して取扱い可能なロボットを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の第１の態様において、第１の多軸真空モータアセンブリを提供する。第１多軸真空モータアセンブリは（１）第１ロータと、（２）真空バリアを隔てて第１ロータと磁気結合することで真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、（３）第１ロータ下方の第２ロータと、（４）第１ステータの下方に在り、真空バリアを隔てて第２ロータと磁気結合することで真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、（５）真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、（６）真空バリアの外気側に位置し、かつ真空バリアを隔てた受動磁気結合を介してロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む。
【０００９】
本発明の第２の態様において、第２の多軸真空モータアセンブリを提供する。第２多軸真空モータアセンブリは（１）第１ロータと、（２）整流することで真空バリアを隔てて第１ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第１軸の回転を制御するように用いられる第１ステータと、（３）第１ロータ下方の第２ロータと、（４）第１ステータの下方に在り、整流することで真空バリアを隔てて第２ロータを回転させ、真空チャンバ内のロボットアームの第２軸の回転を制御するように用いられる第２ステータと、（５）ロボットアームの第１軸の回転をモニタするように用いられる第１フィードバック装置と、（６）ロボットアームの第２軸の回転をモニタするように用いられる第２フィードバック装置とを含む。
【００１０】
第１及び第２多軸真空モータアセンブリを用いたロボットアームの操作方法を含む、様々なその他の態様を提供する。本発明のその他の構成及び態様は以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面により更に完全に明らかとなる。
【詳細な説明】
【００１１】
搬送チャンバ又はその他のチャンバ内で使用するための多軸モータアセンブリを開示する。設計の改善により、フィードバック装置及び／又はモータ要素を入れ子状に納めて搬送チャンバ下方の積み重ね高さを下げることが可能となる。これに加え、センサ関数を真空バリアを超えて伝達する必要がない。
【００１２】
図１は本発明による第１の例示的な多軸真空モータアセンブリ１００の断面図である。以下で記載するように、第１多軸モータアセンブリ１００は真空バリアを隔てた磁気結合を利用して真空チャンバ内のロボットを駆動する。フィードバック装置とモータ要素は垂直方向のコンパクト化のために入れ子状に納められ、真空チャンバ外部に位置する。
【００１３】
図１の第１多軸真空モータアセンブリ１００は、真空チャンバ１０８の真空バリア１０６を隔てて第１ロータ１０４（ロータ１）を駆動するための第１ステータ１０２（モータ１（ステータ１））を含む。第１ステータ１０２は第１ロータ１０４を駆動するための能動磁気結合として機能し得る。つまり、第１ステータ１０２の（例えば、ステータの巻線に適切に電流を印加することによる）整流により、真空バリア１０６を隔てて第１ロータ１０４の回転を制御する。
【００１４】
第１ステータ１０２は外気側の真空バリア１０６に取り付けることができる。一実施形態においては、第１ステータ１０２は固定されており、第１ステータ１０２と真空バリア１０６との間に空隙が生じないように真空バリア１０６に取り付けることで磁気効率を最大限にしている。その他の構成を採用してもよい。
【００１５】
第１ロータ／ステータ対１０２、１０４は、例えば、慣用のブラシレスＤＣモータ又はいずれの適切なモータ構成の一部を含んでいてもよい。
【００１６】
第１ロータ１０４は（例えば、フロッグレッグ又はその他のロボットの）第１ハブ１１２を介してロボットアーム１１０の第１軸に連結されている。第１ハブ１１２には第１受動回転式磁気結合１１４（Ｍ１）も連結されている。第１回転式磁気結合１１４は、真空バリア１０６を隔てて第２受動回転式磁気結合１１６（Ｍａｇ１）に連結されている。第２回転式磁気結合１１６は第１フィードバック装置１１８（エンコーダ１）に連結されている。このフィードバック装置は真空チャンバ１０８の外部の外気中にあるため、フィードバック装置１１８として利用可能なデバイス技術に制約はほぼない。例えば、フィードバック装置１１８はレゾルバ、光学エンコーダ、磁気エンコーダ、又は（例えば、真空ロボットの位置決め及び／又は整流に有用な）その他のいずれの適切な装置であってもよい。
【００１７】
第１フィードバック装置１１８は多軸真空モータアセンブリ１００によって駆動されるロボット（独立しては図示せず）の操作を制御するように用いられる制御装置１１９に連結され、かつ第１ロボットアーム１１０に関しての位置情報を伝達することができる。例えば、第１フィードバック装置１１８は制御装置１１９に配線接続され、又はワイヤレス通信で接続される。
【００１８】
上述のモータ要素とフィードバック装置と共に、第２フィードバック装置、モータ・ステータ駆動装置、及び磁気結合システムが入れ子状に納められている。図１に示されるように、第１の例示的な多軸真空モータアセンブリ１００は真空バリア１０６を隔てて第２ロータ１２２(ロータ２)を駆動するためのモータ・ステータである第２ステータ１２０（モータ２（ステータ））を含む。第２ステータ１２０は第２ロータ１２２を駆動するための能動磁気結合として機能することができる。つまり、第２ステータ１２０の（例えば、ステータの巻線に適切に電流を印加することによる）整流により、真空バリア１０６を隔てて第２ロータ１２２の回転を制御する。
【００１９】
第２ステータ１２０は外気側の真空バリア１０６に取り付けることができる。一実施形態においては、第２ステータ１２０は固定されており、第２ステータ１２０と真空バリア１０６との間に空隙が生じないように真空バリア１０６に取り付け、磁気効率を最大限としている。その他の構成を採用してもよい。
【００２０】
第２ロータ／ステータ対１２０、１２２は、例えば、慣用のブラシレスＤＣモータ又はいずれの適切なモータ構成の一部を含んでいてもよい。
【００２１】
第２ロータ１２２は（例えば、フロッグレッグ又はその他のロボットの）第２ハブ１２６を介してロボットアーム１２４の第２軸に連結してもよい。第２ハブ１２６には第３受動回転式磁気結合１２８（Ｍ２）も連結してよい。第３回転式磁気結合１２８は、真空バリア１０６を隔てて第４受動回転式磁気結合１３０（Ｍａｇ２）に連結されている。第３回転式磁気結合１２８は第２フィードバック装置１３２（エンコーダ２）に連結されている。第１フィードバック装置１１８と同様に、第２フィードバック装置はレゾルバ、光学エンコーダ、磁気エンコーダ、又はその他のいずれの適切なフィードバック装置であってもよい。
【００２２】
第２フィードバック装置１３２は多軸真空モータアセンブリ１００により駆動されるロボット（独立して図示せず）の操作を制御するように用いられる制御装置１１９に連結され、かつ第２ロボットアーム１２４に関しての位置情報を伝達することができる。例えば、第２フィードバック装置１３２は制御装置１１９に配線接続され、又はワイヤレス通信で接続される。配線型の実施形態においては、第１及び／又は第２フィードバック装置１３８、１３２はその中に制御装置１１９又はその他の適切な位置まで配線を通すことが可能な中空口を含んでいてもよい。
【００２３】
互いに運動及び／又は回転するコンポーネント間にベアリングを設けてもよいことに留意すべきである。例えば、図１に図示されるように、第１ステータ１０２と第２回転式磁気結合１１６との間、第２ステータ１２０と第４回転式磁気結合１３０との間、第１ハブ１１２と第２ハブ１２６との間、第２ハブ１２６と多軸真空モータアセンブリ１００の外側筐体１３２との等の間にベアリングを設ける。
【００２４】
図１で更に図示されるように、多軸真空モータアセンブリ１００はカバー又は蓋部１３４を含んでいてもよく、これを取外すことで多軸真空モータアセンブリ１００内の様々なコンポーネントにアクセスすることができる。カバー１３４はO―リング等の適切なシール部材１３６を用いて真空シールしてもよい。シール部材１３８を同様に用いて多軸真空モータアセンブリ１００の外側筐体１３２を真空チャンバ１０８に対してシールしてもよい。
【００２５】
図２は本発明による第２の例示的な多軸真空モータアセンブリ２００の断面図である。第２多軸真空モータアセンブリ２００は第１多軸真空モータアセンブリ１００と同様である。しかしながら、第２多軸真空モータアセンブリ２００において、第２受動回転式磁気結合１１６（Ｍａｇ１）は第１回転シャフト２０２を介して第１フィードバック装置１１８に連結され、第４受動回転式磁気結合１３０（Ｍａｇ２）は第２回転シャフト２０４を介して第２フィードバック装置１３２に連結されている。
【００２６】
図示の実施形態において、第１回転シャフト２０２と第２回転シャフト２０４は（他の構成を用いてもよいが）同軸である。つまり、この例示の図において、第１回転シャフト２０２は第２回転シャフト２０４内に収容されている。このように設計することで図１の第１多軸モータアセンブリ１００と同様のコンパクトさを実現することが可能となるが、第１及び第２フィードバック装置１１８、１３２はモータ要素の下に位置されることになる。こういった実施形態において、第１及び／又は第２フィードバック装置１１８、１３２は空孔（図示せず）を含み、ここを通してシャフト２０２及び／又は２０４は延びている。
【００２７】
本発明の多軸真空モータアセンブリは搬送チャンバ（真空チャンバ１０８）の下又は内部に必要とされる空間を縮小し得る、よりコンパクトな設計を提供する。それに加え、センサ関数を真空バリア１０６を超えて伝達する必要がない。より正確には、本発明は磁場結合原理を利用して第１ロータ１０４及び／又は第２ロータ１２２の真空バリア１０６の外気側や、真空チャンバ１０８外部に位置するフィードバック装置１１８、１３２に対する角度位置を求めることができる。
【００２８】
同軸となる軸の数はいずれであってもよいことに留意すべきである（例えば、スプール部品等によって隔てられた４軸等）。例えば、多軸真空モータアセンブリ１００及び／又は２００を、引用により本願に全て組み込まれる米国特許第６３７９０９５号及び第６５８２１７５号に開示の複数ウェハ取扱いロボットと共に用いてもよい（例えば、２、４又はそれ以上の基板を一度に搬送し得る複数ウェハ取扱いロボット）。
【００２９】
更に、図１及び／又は図２に図示のロータ・ステータ位置は（例えば、ロータ１０４、１２２が真空チャンバ１０８の外部に位置され、ロボットアームがロータによって駆動されるように）反対であってもよい。
【００３０】
多軸真空モータアセンブリ１００及び／又は２００の使用を通して、フロッグレッグロボット、ＳＣＡＲＡロボット等のロボットを制御することができる。例えば、第１ステータと第２ステータを用いてロボットアームの第１軸と第２軸を回転させることで、ロボットアームを伸長、後退及び／又は回転させることができる。更に具体的には、第１ステータと第２ステータを整流することでロボットアームの第１軸と第２軸が回転し、ロボットアームを伸長、後退及び／又は回転させる。
【００３１】
従って、本発明をその例示的な実施形態と関連させて開示してきたが、特許請求の範囲により定義されるように、その他の実施形態も本発明の精神と範囲内となり得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による第１の例示的な多軸真空モータアセンブリの断面図である。
【図２】本発明による第２の例示的な多軸真空モータアセンブリの断面図である。
【図１】
2008530970.tif 000003
【図２】
2008530970.tif 000004
【国際調査報告】
2008530970.tif 000005
2008530970.tif 000006
2008530970.tif 000007