(57)【要約】インレットおよびアウトレット共に一対の壁面（２２、２８）間に形成された蛇行状通路（２５）を有する流体媒質粒子分離システム（２０）。インレットは清浄なゾーン（１４）に対して開いているが、アウトレットは粒子で汚染されたゾーン（１８）に対して開いている。壁面（２２、２８）は、蛇行状通路（２５）を形成する仕切（２６）を含み、この通路を複数のチャンバ（２３）に分離する。ピストン構造（３１）を形成する複数の開放セル（３３〜４２）で構成されたインペラ（３０）は、蛇行状通路（２５）内に設けられ、壁面（２２、２８）に平行な運動軸（３１）を有する。各セル（４２）は、低圧下で清浄なゾーン（１４）から汚染されたゾーン（１８）に向けて流体媒質を移すための容器を形成し、それによって、汚染されたゾーン（１８）内で発生した粒子が清浄なゾーン（１４）に移行するのを防止する。各容器は、１つのセルから次のセルまで出口ポート（５６）を介して移行（５０）が生じるように輪郭が付けられた底面（４８）を有する各セル（４２）の、４つの壁面（４３、４４、４５、４６）によって形成される。
2004510322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の側が清浄な流体媒質ゾーンにさらされ、他方の側が汚染された流体媒質ゾーンにさらされた複数のチャンバによって形成された蛇行状通路と、
前記清浄の流体ゾーンから清浄な流体媒質を引き出して、前記流体を、前記蛇行状通路内に通して前記汚染された流体媒質ゾーンに押しやるためのインペラ装置とを含み、
前記インペラが、前記蛇行状通路の各チャンバ内で容器を形成する複数のセルからなり、前記容器のそれぞれが、隣接するチャンバ内の隣接する容器と相互に接続して前記流体を前記蛇行状通路に通し、
前記インペラが、前記複数のチャンバ内で往復運動させるために可動プラットフォームに取り付けられ、
流体媒質が、前記清浄な流体媒質ゾーンから、前記汚染された流体媒質ゾーンへと移送され、それによって、清浄な流体媒質ゾーンと汚染粒子とを分離する、流体媒質粒子分離システム。
【請求項２】
流体の流れを各容器のインレット・ポートから各容器の出口ポートへと仕向けて増大させるため、前記複数の容器の各容器に輪郭が付けられた移行面を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記蛇行状通路が、仕切によって分離された複数の連続したチャンバによって形成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蛇行状通路が、第２の仕切と重なって交互に配置された第１の仕切によって形成され、それによって清浄なゾーンから前記蛇行状通路内に至るインレットを形成し、前記複数の容器の側壁に形成された後続の仕切によって複数のチャンバが形成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記蛇行状通路が、５つの連続したチャンバによって形成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の容器によって形成されたインペラが前記往復プラットフォームの両側に取り付けられ、前記システムが二重動作ポンプを形成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記インペラが、前記蛇行状通路を形成する隣接するチャンバ対ごとに、少なくとも３つの容器からなる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の容器の各容器が、隣接する容器から軸方向にずれる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
各容器が、前記移行面の軸方向の長さに等しい分だけ隣接する容器からずれる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記容器のそれぞれの各移行面が、１つの容器から隣接する容器に向かう流体の流れを増大させる曲率を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
各容器から隣接する容器に至る前記出口ポートが、各容器へのインレット・ポートよりも大きい、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
各容器の出口ポートが、各容器へのインレット・ポートよりも少なくとも５％大きい、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
各容器の輪郭が付けられた移行面が一定の曲率を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記輪郭が付けられた移行面が、前記出口ポートに隣接する各容器の底面である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記輪郭が付けられた移行面が凸面状の曲がりおよび凹面状の曲がりを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記凸面状の曲がりおよび凹面状の曲がりが同じ曲率半径を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記輪郭が付けられた移行面のそれぞれが、前記出口ポートの高さにほぼ等しい高さを有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記インペラにおける前記中間容器の１つの輪郭が付けられた移行面が、直前の容器の出口ポートを横切って、前記流体媒質の一部を前記インペラの下に送り出す、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記輪郭が付けられた移行面が、直前の容器の出口ポートをほぼ中央で横切る、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記可動プラットフォームが、前記汚染された流体媒質ゾーンから前記清浄な流体媒質ゾーンまで前記蛇行状通路を横断する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記可動プラットフォームが、前記蛇行状通路内で軸運動をするために前記汚染された流体ゾーン内で駆動システムに接続される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記蛇行状通路が、間隔を空けて配置された第１の壁面と第２の壁面であって第２の壁面が前記第１の壁面に平行に配置されたものにより形成され、複数の交互に差し挟まれた仕切が前記第１および第２の壁面に直角に延在し、前記清浄な流体媒質ゾーンからのインレットが前記第１および第２の壁面間の一端に形成され、前記汚染された流体媒質ゾーンへのアウトレットが前記第１および第２の壁面の他方の端部に形成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項２３】
各壁面には少なくとも２つの交互に配置された仕切がある、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
各壁面には３つの交互に配置された仕切があり、前記インレットと前記アウトレットの間に５つのチャンバを形成する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記インレットおよび前記アウトレットが、前記第１および第２の壁面の全長に延在する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
第１のシリンダと、
インレットを形成する前記第１のシリンダに結合する第２のシリンダと、
前記第１および第２のシリンダの中央に形成されるアウトレットと、
蛇行状通路を形成する、前記第２のシリンダ上の少なくとも１つの円形の仕切りと交互に配置される、前記第１のシリンダ上の少なくとも１つの円形の仕切と、
前記第２のシリンダに前記第１のシリンダを接続する駆動装置であって、前記シリンダの一方を前記シリンダの他方に対して回転させるようになされた駆動装置とを含み、
流体媒質が、前記インレット内に引き入れられて前記アウトレットから排出され、それによって、第１および第２のシリンダの一方の側にある流体媒質と、前記第１および第２のシリンダの他方の側とを分離する、流体媒質分離システム。
【請求項２７】
前記第１および第２のシリンダのそれぞれに、前記交互に配置された円形の仕切が少なくとも２つある、請求項２６に記載の流体媒質分離システム。
【請求項２８】
前記第１および第２のシリンダ間で前記蛇行状通路内に形成されたインペラを含む、請求項２７に記載の流体媒質分離システム。
【請求項２９】
前記インペラが、前記シリンダの一方に一体的に形成される、請求項２８に記載の流体媒質分離システム。
【請求項３０】
前記インペラが、前記シリンダの一方で前記円形の仕切の間に形成された複数の弓状の容器を含み、前記弓状の容器が、流体媒質を前記インレットから前記結合している第１および第２のシリンダの中央に向けて前記アウトレットを通して放出させるように構成される、請求項２９に記載の流体媒質分離システム。
【請求項３１】
前記インレットが、前記結合している第１および第２のシリンダの周辺の回りに延在する、請求項３０に記載の流体媒質分離システム。
【請求項３２】
前記インペラが、前記蛇行状通路を横断する１０個の容器で構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項３３】
１つの容器の前記出口ポートが、隣に接する容器の出口ポートに対して９０度をなす、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記容器が、長さが等しいほぼ同一の複数のセル内に形成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記セルが少なくとも３つの複数のグループに形成され、各グループが直前のグループから軸方向にずれる、請求項３４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、汚染物質を含まない媒質ボリュームの汚染を防止するシステムおよび方法に関し、より詳細には、汚染物質を含まない媒質ボリュームと汚染された粒子を生成する媒質ボリュームとを分離する流体媒質粒子分離器に関する。
【０００２】
２．背景情報
いくつかの産業および応用例では、汚染物質を含まない環境を維持することが求められている。この要件は、汚染物質を含まない媒質から汚染された媒質を分離し、また単離しなければならないことを意味する。半導体を製造するためのウェーハ処理は、この要件の良い例である。半導体を組み立てるのに用いられるウェーハを汚染する可能性がある粒子は、分離しておかなければならない。
【０００３】
半導体を組み立てるのに用いられるウェーハは、保管および移送システムとして知られる汚染物質を含まない大型のエンクロージャ内に保管される。ウェーハは、移送システムとして知られる機械装置によって、汚染物質を含まない容器に保管され、または保管領域の内外に移送される。この移送システムは、ウェーハを保管領域に、また保管領域から移送するのに、リニア・アクティベータおよびロータリー・アクティベータを使用する。これらのアクチュエータは、ウェーハを汚染する可能性のある粒子を必ず発生させる。これらの粒子によるウェーハの汚染は、製造プロセス中のウェーハの不合格および却下の主な原因になる。
【０００４】
したがって、そのような機械装置によって粒子が生じた媒質とウェーハの周りの媒質との分離に使用される、多くの技法がある。ある技法では、真空によって粒子が発生する機械装置の周りの領域を除去する。
【０００５】
この技法によれば、汚染された媒質の領域から汚染物質を含まない媒質領域への粒子の移行がいくらか低減される。しかし、この真空技法の欠点および制限とは、ウェーハを収容する汚染物質を含まない（清浄ゾーン）媒質領域と、粒子を発生させる機械装置の汚染領域との間で、フレキシブルな機械的分離が必要とされることである。フレキシブルな機械的分離とは、通常、フレキシブルなプラスチックまたは金属で作製されたシーリング・バンドである。シーリング・バンドは、ウェーハを保管場所の内部に移動させたり保管場所から移動させるなど、機械式アクチュエータがその作用を伝達することができるように、フレキシブルでなければならない。真空を効果的にする差圧を生成するために、またウェーハから汚染粒子を機械的に分離するのを助けるためにフレキシブルな機械式バンドを使用することに関して明らかにされた問題とは、機械式バンドによって、機械式アクチュエータがバンドを通過するときに汚染物質が生成されることである。
【０００６】
汚染を防止するために媒質を分離する現況技術には、汚染物質を含まない媒質ボリュームと、そこに隣接して汚染物質を含む可能性がある媒質ボリュームとの間に、物理的なバリアを使用することが含まれる。このようなバリアは、可動機械部品を含み、または可動機械部品に接触する。これらの機械部品を動かすと互いに接触しまたは擦れ、汚染物質を含まない媒質ボリュームを汚染する可能性かある粒子を必ず生成する。そのようなシステムの一例が、１９７７年４月１日に発行されたＷｅｉｓｌｅｒ他の米国特許第５，６１５，９８８号に、開示され記述されている。この特許は、ウェーハを保管領域内のキャリアから移送するための移動式移送システムを有するウェーハ移送システムを開示している。壁面のドアが、保管領域と移送領域を分離する。このドアが開放されると、保管キャリア内のウェーハにアクセス可能になる。移送システムはドア内を進んでウェーハを取り出す。これら可動部品の全てが、ウェーハを汚染する可能性がある粒子の放出、すなわち一般に「摩耗」と呼ばれる現象を引き起こそうとする。
【０００７】
上述の機械的なシールの場合、そのシールは、移送機構が１つの媒質ボリュームから別の媒質ボリュームに移動してウェーハを取り出すことができるように、フレキシブルである。これらの部品は一緒に擦れて汚染をもたらす。汚染を防止しようとする試みには、圧力を高めることによって、または一方の媒質ボリュームに真空をもたらすことによって、差圧を生み出すことが含まれる。最も一般的な適用例では、機械的なシールと差圧とを組み合わせることによって偏倚を生成し、一方の媒質ボリュームから隣接する媒質ボリュームに向かう一方向の流れを確立する。一般にこの流れは、汚染物質を含まない媒質ボリュームから離れて、汚染された粒子が発生する媒質ボリュームへと向かっていく。これらの方法は役に立つが、特に機械的なシールが移送機構と接触する場合、汚染粒子の逆流が汚染物質を含まない媒質ボリュームに進入しないようにするのには、完全に有効ではない。
【０００８】
したがって本発明の一目的は、移送システムのアクチュエータ・アームが動くときに、部品が接触せず、滑らず、または擦れない、現況技術の装置とは異なる流体媒質分離器を製造することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、粒子を含まない（清浄ゾーン）ウェーハ・プロセス領域から粒子が発生する汚染された（汚染ゾーン）に向けて清浄な媒質を移送する、流体媒質分離器を有することである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、汚染物質を含まないゾーンと汚染物質が発生するゾーンとを、蛇行状の媒質ゾーンを含むバリアによって機械的に分離する、流体媒質分離器を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、リニア・アクチュエータで前進または後進させるため、移送システムのアクチュエータ・アームの両側に流体媒質分離器を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的では、ラジカル・アクチュエータの場合に時計回りおよび反時計回りの運動をさせるため、流体媒質分離器がアクチュエータ・アームの両側に取り付けられる。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、一方の媒質ボリュームと隣接する媒質ボリュームとの間に共通の接続部を有するこれらの媒質ボリュームを分離する装置を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、一方のボリュームから他方のボリュームに向けて一方向に媒質を移送しつつ、一方のボリュームから他方のボリュームに向かう逆流を偏倚させることができる装置を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、一方の媒質ボリュームを移送して他方の媒質ボリュームに混合することができ、一方向に送出することができる流体媒質分離器を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、汚染物質を含まない媒質ボリュームと汚染物質が発生するボリュームとを分離する蛇行状の通路と、移送システムと共に動くように取り付けられた蛇行状の通路を横切る流体移送装置とからなる流体媒質分離器を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、移送システム・アクチュエータと共に動くように蛇行状の通路内に取り付けられた、１つの容器から別の容器へと流体媒質を移送する複数の容器またはセルからなる流体移送装置を提供することである。流体移送装置は、移送装置のそれぞれの運動ごとに一方向にポンピング動作を行って、実質上逆流が無い一方向の流れを確立し、それによって、汚染物質を含まない媒質ボリュームを汚染する粒子が駆動装置により発生するのを防止することができる。
【００１８】
（発明の簡単な説明）
本発明の目的は、汚染物質を含まない媒質ボリュームと、粒子が発生して汚染された媒質ボリュームとを分離する、システムおよび方法を提供することである。
【００１９】
本発明のシステムおよび方法は、一方の機械的に分離されたゾーンの媒質ボリュームを分離して、且つ他方の媒質ボリュームへと移送する。これらの媒質ボリュームは、蛇行状または曲がりくねった通路が間に形成されている一対の隣接する壁面によって、分離される。蛇行状の通路は、一対の壁面の内側に、仕切またはフィンを交互に差し挟むことによって形成される。交互に配置された仕切は壁面の全長を延びて、一対の壁面間の蛇行状通路内に媒質ボリュームを形成する。この壁面は、汚染物質を含まない媒質ボリュームまたはゾーンと汚染されたボリュームとを分離し、その一端に、汚染物質を含まない媒質ボリュームに連絡する入口を有し、反対側の端部には、汚染された媒質ボリュームへと抜ける出口を有する。このように、壁面内のスペースは、２つの媒質ゾーン間に連続的な蛇行状通路を形成する。
【００２０】
壁面間の蛇行状の通路内に同軸上に組み込まれた一連の容器またはセルによって、ポンプが形成される。この一連の容器またはセルは、壁面間の蛇行状または曲がりくねった通路内で往復線形運動を行うため、ウェーハ移送アクチュエータ・アームに取り付けられる。一連の容器は、インペラ、すなわちこれが移送システム・アクチュエータ・アームの運動により壁面間を上下に移動するときに汚染物質を含まないゾーンから汚染されたゾーンに向けて媒質を推進させる、インペラを形成する。
【００２１】
所定の長さの一連の容器またはセルは、隣接するそれぞれのセルに対して垂直方向にまたは軸方向に、かつ蛇行状の通路の入口から出口に向かって水平方向に、ずれた状態にある。各セルは、入口および出口を、外壁に非常に近接した状態で、しかしその壁面からは離れた状態で有し、蛇行状の通路を仕切っている。接触しまたは一緒にウェブ状になる部分は無い。セルは、１つのセルの出口から隣接するセル内に流体媒質が送り出されるように配置される。各セルの入口は最上部が開放しており、わずかに広い出口が隣接するセルに媒質を移行するように、かつ隣接するセル内に媒質を仕向けまたは送り出すような状態になされている。各セルのバッフルには輪郭が付いた面があるので、隣接するセル内にその媒質ボリュームが送り出されるよう、入口から出口までの媒質の流れを増大させる移行がもたらされる。それぞれが蛇行状通路内の媒質にさらされ、軸方向にずれ、かつ各セル内に輪郭の付いた移行面を有する一連の容器またはセルの構造では、汚染物質を含まない媒質ボリュームへの汚染粒子の逆流または移行が実質的に無い状態で、入口から出口に向けて流れを一方向のみに偏倚させ、その流れを促進させる。
【００２２】
このシステムでは、試験をしたときに、汚染された媒質ボリュームから汚染物質を含まない媒質ボリュームへの汚染物質の移行は無かった。これは、汚染物質を含まない媒質ボリュームに汚染粒子が流れず、または、粒子がほとんど無いので正確に検出することができないことを示している。したがって、それ自体は可動部品を実質上含まずにウェーハ移送システムの機械的な部分に接続することによってのみ動くシステムは、効果的で傑出した媒質分離バリアであることが証明された。
【００２３】
第２の実施形態では、流体媒質移送システムが、円形蛇行状通路を形成する交互に差し挟まれた円形の仕切りを有する一対の交差するシリンダで形成される。外側のシリンダは、一連の減衰型円形仕切りによって形成された蛇行状通路内への入口を形成する、内側のシリンダにぴたりと嵌まるスカートを有する。駆動システムは、蛇行状通路を通して引き出される媒質用の出口となる複数の通気口によって取り囲まれた、円筒形の蛇行状通路の中心に取り付けられる。
【００２４】
円筒形システムが、一対のシリンダのうち一方が他方に対して回転することによって作動し、それによって、通気口を通して排出するために好ましくは汚染物質を含まない媒質ボリュームから汚染物質を含む媒質へと媒質が引き出されることを見出したことは、興味深い。蛇行状通路を形成する仕切自体は、入口から出口またはベント・ホールに向けて媒質を推進させるインペラとして働く。
【００２５】
円筒形分離器の代替の実施形態では、円周に沿ってずれた状態に配置された弓形の容器またはセルで構成されたインペラを、蛇行状通路に一体化することができた。各容器またはセルは入口および出口を有し、それによって、最初のセルおよび最後のセルを除いた隣接するセル内に送り出すことができる。一連のセルは蛇行状通路の輪郭にぴたりと合うが、蛇行状通路の壁面からは十分にスペースを置いて配置されており、したがって、汚染粒子を発生させる可能性のあるいかなる接触も防止することができる。
【００２６】
後者の実施形態では、インペラを形成する一連の容器またはセルを、円筒形分離器の蛇行状通路内で回転させまたは往復運動させ、それによって、入口から出口または次のホールに至るまで十分な流れを発生させることができる。
【００２７】
本発明の上記およびその他の目的、利点、および新規な特徴は、以下の詳細な記述および添付図面から、より十分に理解されよう。
【００２８】
（発明の詳細な説明）
図１は、ウェーハの保管および伝達システム１０と、キャリア（図示せず）に半導体ウェーハを保管しまたは取り出すための移送システム１２を示す。保管システム１０内のボリュームまたはゾーン１４は、処理のため保管されている半導体ウェーハが汚染されないように、汚染物質を含まない環境である。移送システム１２を移動させるために駆動システム１６が設けられ、それによって、半導体キャリアまたはパレットを保管しまたは取り出して処理を行うことができるようになる。保管システム１０内の汚染物質を含まないボリューム１４は、汚染粒子ができる限り含まれないように保つことが必要不可欠である。
【００２９】
駆動システム１６は、保管されているウェーハに届くように移送システムを回転方向及び垂直方向に移動する。駆動システム１６は、汚染粒子を発生させる可能性がある可動部品を有する。駆動システム１６は、内外に動くアクチュエータ・アーム１３で移送システム１２を回転方向のみならず垂直方向に動かすようにも構成され、それによって、半導体ウェーハ・キャリアを持ち上げて取り出しまたは保管するようになされているので、保管システム１０の、汚染物質を含まないボリュームまたは領域１４とは分離しなければならない。従って駆動システム１６は、エンクロージャ１９で隔離された汚染物質ボリュームまたは領域１８に取り囲まれ、流体媒質分離器２０を介して作動する。流体媒質分離器２０は、汚染物質を含まない領域またはゾーン１４から粒子が発生しまたは汚染物質を含むゾーン１８へと、清浄な媒質を移送する。このようにすると、駆動システム１６によって発生したいかなる汚染粒子も、汚染物質を含まないゾーンまたは領域１４に移行しないようになる。
【００３０】
流体媒質分離器２０は、リニア・アクチュエータの場合には移送システム１２が前後に移動することができるように、またはラジアル・アクチュエータから時計回りおよび反時計回りに動くことができるように、駆動システム・アクチュエータまたはプラットフォーム３２の両側に取り付けられる。流体媒質分離器２０は、汚染物質を含まないゾーン１４から汚染物質ゾーン１８まで一方向に媒質を移送しつつ逆流を偏倚させて、汚染物質を含まないゾーン１４に粒子が入らないようにすることができる。
【００３１】
流体媒質分離器２０の目的は、別個のいかなる可動部品も用いずに、汚染物質を含まないボリュームまたはゾーンと汚染物質発生ゾーン１８とを分離して、汚染物質を含まないボリュームを一方向に移送することである。
【００３２】
本発明により構成された流体媒質分離器２０を、図２から図７にさらに詳細に示す。流体媒質分離器２０は、仕切またはフィン２４を有する第１の壁面２２からなり、この仕切またはフィン２４は、第２の壁面２８に取着されている同様の仕切またはフィン２６と交互に配置されている。仕切２４および２６が交互に配置されるようになされたこれら２つの壁面２２および２８は、図３に示したように、汚染物質を含まないゾーン１４と汚染されまたは汚染物質が発生するゾーン１８とを連通する蛇行状通路２５を形成する。交互に配置された仕切３４と仕切２６の間のチャンバ２３は、蛇行状通路２５を形成する。図３に、５つのチャンバ２３を示す。移送システム１２のアクチュエータ・アーム３２と全ての電子ケーブル接続は、汚染物質発生ゾーン１８から汚染物質を含まないゾーン１４までこの蛇行状通路を通過する。壁面２２と壁面２８の間の蛇行状通路２５は、汚染物質を含まないゾーン１４と汚染されたゾーン１８とを分離する。
【００３３】
本発明独自の態様は、汚染物質を含まないゾーン１４から汚染されたゾーン１８への流体媒質の流れを増大させるのに別個のいかなる可動部品も用いない、一体型ポンピング・システムを提供することである。インペラ３０は、壁面２２と壁面２８の間の蛇行状通路２５内を移動することによって、汚染物質を含まないゾーン１４から汚染されたゾーン１８への流れを増大させる差圧をもたらすポンピング・システムを提供する。インペラ３０のセル内に形成された一連の容器は、移送システム１２を動かす移送駆動システム１６およびアクチュエータまたはプラットフォーム３２の運動によって、壁面２２と壁面２８の間の蛇行状通路２５内を移動する。このため、移送または駆動システム１６が保管システム１０内を上下に動くにつれ、インペラ３０はアクチュエータ・プラットフォーム３２に取り付けられて、このシステムと共に動く。インペラ３０の容器またはセルは、粒子が全く発生しないように、流体媒質分離器２０の壁面またはフィンに極めて接近してはいるがそこから離れた状態で移動する。
【００３４】
インペラ３０を図４に概略的に示し、その動作を図５に示す。
【００３５】
インペラ３０は、流体媒質分離器の壁面２２と壁面２８の間の蛇行状通路２５によって形状が決められるセル内に形成された一連の容器で構成される。各容器またはセルは、入口および出口を有する。入口は蛇行状通路２５の内部に向かって開放されており、一方、出口は、蛇行状通路内でその隣に接するセル内に流体媒質を送り出すことができるように接続されている。本発明の好ましい実施形態では、１つのセルからそれに隣接するセルへの出口の断面積が、蛇行状通路２５内の媒質にさらされている入口よりも大きい。
【００３６】
インペラ３０は、運動軸３１を有するピストン状構造を形成する複数の開放セルで構成される。これらのセルは、一群の長方形または正方形のセルを構成し、４つの壁面と移行面またはディフレクタ面で形成された容器を有し、それによって複数のプリズム・ディフレクタ・セルが作り出される。インペラ３０を図５および６に示すが、そこには１０個のセル３３から４２が示されている。これらのセルは全て運動軸３１に平行である。セル３３を除くこれらのセルは、図７に示すように、実質上その形状が同一である。最後のディフレクタ・セル４２のみについて詳細に記述する。
【００３７】
ディフレクタ・セル４２を図７の断面図に示すが、このセルは、運動軸３１に全て平行であり相互に直角な４つの壁面４３、４４、４５、および４６によって画定されている。ディフレクタ・セル４２は、その最上部４７（図６）が開放され、底部４８は、移行面またはディフレクタ面５０として働く輪郭が付けられた傾斜底面５０により閉ざされている。底面５０は、壁面４４から壁面４６へと下に向かって傾斜している曲がった面である。ディフレクタ面または移行面５０の上部５２は凸面状であり、下部５２は凹面状である。４つの壁面４３、４４、４５、および４６は移行面５０と共に、セル３３から４２のそれぞれにおいて容器を形成する。
【００３８】
壁面４３を通る入口ポート５５は移行面５０の上縁の上方で開いており、放出は、開口が無い壁面４５に向かって底面上を真っ直ぐ流れるように行われる。移行面５０の下縁のすぐ上にある壁面４６を通る出口ポート５６は、向きを９０°変えた流れを受け取る。
【００３９】
全ての底部移行面またはディフレクタ面５０（閉じた面）は、ディフレクタ３３の開口５８からディフレクタ・セル４２の出口ポート５６まで連続したディフレクタ・セルを、順次下へと配置したディフレクタ・セル３３から４２のそれぞれを通して空気を受け取るために、上向き（図６参照）であることが観察される。ディフレクタ・セル３３は、これが最上部のディフレクタ・セルであることから側面に入口ポートが無い点で、他のセルとは異なっている。図面からわかるように、ディフレクタ・セル３３から４２は軸方向に一まとめにされ、したがって、各底部移行面またはディフレクタ面に沿って連続通路（上部が開放されている）が存在し、各ディフレクタ・セルで隣に接するディフレクタ・セルに対して９０°の偏向が生じるようになされている。その結果、セル３３から４２の上部を通る直接的な流れによって増大した、これらの輪郭が付けられた底部ディフレクタ面に沿って、空気の蛇行状通路ができる。インペラ・アセンブリを上方に動かすことによって、ディフレクタ・セル４２内に形成された容器から出口ポート５６に向かう流体媒質の流れが得られる。インペラ３０の運動が逆になると、底部ディフレクタ面が一緒に閉じた面を形成するので、空気は逆方向に流れないことが容易に分かる。唯一の逆通路は出口ポート５６を通る。
【００４０】
図６および図７に、１つの有用な例外を示す。本発明の理解を容易にするため、図７に、複数のセル３３から４２を直線状の通路で示す。当然ながら図５および６に示すように、セルは、分離器の壁面２２および２８と仕切２４によって形成された蛇行状通路２５に従って配置されることになる。この例外は、このグループ内の第３のセル３５と第４のセル３６の間の出口ポート６０を横切る１つの底部移行面またはディフレクタ面６２を、セル３６に設けることである。流体媒質は、一部が出口ポート６０から底部ディフレクタ面６２の下を通って放出され、一部がセル３６の上部にある入口ポート６４に入る。このため、両方向における流体媒質のバイパス制御が制限されるが、目立つような逆流も無い状態で、移行面５０の上から下へと流体媒質を移送するのに好都合とすることができる。
【００４１】
出口ポート６０のほぼ中央を横切る移行面またはディフレクタ面６２によって、以下にさらに詳細に述べるように、蛇行状通路２５（図３）の中心に圧力障壁が生成される。
【００４２】
ディフレクタ・セル３３から４２は、インペラ３０の面の近くに位置付けられるがその面に触れないように交互に配置された仕切またはブレード２４を有する壁面２２および２８で形成された、シュラウドまたはエンクロージャによって取り囲まれる。摩擦接触は、汚染粒子を発生させる可能性があるので禁じられる。この装置は低圧勾配で作動し、流れはより高い圧力勾配からより低い圧力勾配（汚染粒子を含む）に向かうことが好ましい。
【００４３】
各底部移行面またはディフレクタ面５０の形状は、断面が約１インチ×（３／４）インチの、各ディフレクタ・セルにおける、輪郭が付けられた凸面形状および凹面形状の組合せである。有用なディフレクタ面は、上部から底部まで軸方向に約１インチ延在し、壁面と交わる。セル上部のインレット・ポートよりも若干広い、隣接するセルの出口ポートを作製することによって、流れを改善することができる。すなわち、セル間の出口ポートは、その断面形状が、各セルの上部の入口ポートよりも大きい。これは、各出口ポートの高さを、各セルの上部の各入口ポートの最大寸法よりも大きくすることによって実現される。出口ポートの断面積は、入口ポートよりも少なくとも５％大きいことが好ましい。凸面５２および凹面５４の曲率半径は同じであり、約２分の１（１／２）インチである。
【００４４】
前述のように、インペラ３０は、蛇行状通路２５内のあちらこちらを曲がりくねりながら通るように一緒に接合された、長さが等しい複数のディフレクタ・セルからなる。ディフレクタ・セル３３から４２のそれぞれは、清浄なゾーン１４から粒子を含む汚染されたゾーン１８まで流体媒質を移動させるための容器を形成する。各セル内に形成された容器は、底部に移行面またはディフレクタ面５０を有し、それによって、１つのセルのインレットから出口を通して同様の移行底面を有する隣接する容器まで流体媒質を仕向けるための移行が行われる。各底部移行面５０は、軸方向または垂直方向に移行面の高さに等しい距離だけずれており、種々の値の容器を作り出している。
【００４５】
移行面５０は、半径がほぼ等しい凹凸状の面からなる。各移行面５０の幅はセルの幅に等しく、高さは最大でその幅の約２倍でよい。セル３３から４２は、少なくとも３つのグループをなして、１つのセルが、３つの（セル３３から３５）第１のグループと３つの（セル３７から３９）第２のグループとの間で代替の中間的な移行をもたらすことが好ましい。
【００４６】
それぞれの場合において、セル内の１つの容器から、隣接して取着された容器に至る出口は、その容器の上部にある入口よりも大きい。そのため、分離器の入口２７から分離器の出口２９（図３）まで分離器２０の全長に亘ってインペラ３０を通してより高い圧力勾配からより低い圧力勾配への流体媒質の流れが増大する。過渡的なセル３６内に形成された容器は、３つのセルからなる第１グループのセル３５の出口６０をほぼ中央で横切る移行面を有する。この構成では、流体媒質の一部が移行面６０の下に送り出され、第１のグループからの流体媒質の一部が過渡的セル３６の入口６４内へ送り出される。
【００４７】
これは、２つの理由で行われる。第１の理由は、蛇行状通路２５（図３）の中央に圧力障壁を生成するためである。したがって、非常に小さい差圧で動作する場合、中央に集中する追加の圧力が均等に分散し、分離されている２種のボリューム間に清浄な空気（流体媒質）の圧力障壁が生成される。第２の理由は、流体媒質分離器２０の次のサイドで生じるいかなる真空による影響も最小限に抑えるためである。第４のセル３６の過渡的容器の後の、残りのセル３７から４２の６個の容器は、流体媒質を、清浄な空気側１４から「汚れた」（汚染された）低圧側へと送出する。
【００４８】
図７は、セル３３から４２の複数の容器を示し、その全てを本発明の理解を容易にするために、かつ分離器２０内を通る流体媒質の流れを示すために、同じ平面上に説明的に示す。第１のグループの３つのディフレクタ・セルにおける、セル３３から３５の最初の３つの容器は、流体媒質を、セル３３の第１の容器から出口ポート４３および４５を通して隣接するセル３４の容器および隣接するセル３５の第３の容器へと送り出し、それによって、出口６０を通して過渡的セル３６へと送り出すことができる。第４のディフレクタ・セル３６の過渡的容器は、出口ポート６０に対し、その出口のほぼ中央を横切る。このため、最初の３つの容器に関する流体媒質ボリュームの一部は、過渡的な面６２の下に送り出されて、第４のディフレクタ・セル３６の底部を通して出て行く。
【００４９】
前述のように、この理由は、蛇行状通路２５の中央に圧力障壁を生成するためである。したがって、このシステムが非常に小さい差圧で動作する場合、中央に集中する追加の圧力が均等に分散し、分離されている２種のボリューム間に清浄な空気の圧力障壁が生成される。過渡的な容器の別の理由は、分離器２０の次のサイドで生じるいかなる真空による影響も最小限に抑えるためである。残りのセル３７から４２の６個の容器は、移行面５０の位置によって決定されたボリュームが順次増大するようにグループをなし、流体媒質を、清浄なゾーン４０から汚染された（すなわち、汚れた）低圧ゾーン１８へと送出する。
【００５０】
好ましい実施形態では、一群の３つのセル（３３、３４、３５）、一群の４つのセル（３６、３７、３８、３９）、次いで３つのディフレクタ・セル（４０、４１、４２）において、各ディフレクタ・セルの長さが約４インチである。４つのセルからなる第２のグループは、３つのセルからなる第１のグループに対して軸方向にずれており、一方、３つのセルからなる第３のグループは、３つのセルからなる第２のグループに対して軸方向にずれている。このため、各セルに形成された容器は、底部移行面５０の高さにほぼ等しい距離だけ軸方向にずれて、図６および７に示すように、インレットから、隣接するセルのアウトレットを通して流れを供給することができる。過渡的な、または圧力障壁ディフレクタ・セル３６は、第３の容器３５の出口６０を横切るように構成された移行面６２を備え、それによって、流体媒質の一部がインペラ３０の下に送り出され、蛇行状通路２５の中央に圧力障壁をもたらすことができる。
【００５１】
インペラ３０は、図５に示すように作動する。この図は、流体媒質が、セル３３から４２のそれぞれに形成された容器の最上部に入り、ディフレクタ・セル４２の最後のポンピング容器の出口ポート５６を通して汚染された領域１８へと出て行くまで、流体媒質を１つの容器からそこに隣接して取着された容器へと移行させる状態を示す。
【００５２】
このシステムは、図８および９に示すように、媒質分離器２０内に一対のインペラ３０および３１を備えている。インペラ３０は、移送システム・アクチュエータ２２（図２）の上にあり、一方インペラ３１は、そのアクチュエータの下にある。このため、駆動システム１６（図１）がアクチュエータ３２を動かしてプラットフォーム１２がウェーハ保管室１０（図８）内で上下に移送されるにつれて、流体媒質は、蛇行状通路２５内のインペラ３０、３１の容器によって、清浄な空気の側１４から汚染された側１８まで移送され、半導体ウェーハのいかなる汚染も防止される。インペラ３１はインペラ３０と同一であるが、逆向きの構成である。すなわち、図６に示されるインペラ３０をアクチュエータ３２に上下逆に取り付けることになる。
【００５３】
インペラ３０および３１は、蛇行状通路２５を通過して移送システム１２まで移動する作動機構３２に取り付けられており、それによって、保管システム１０内のパレットまたは半導体ウェーハ・キャリアを取り出しまたは保管する。作動機構またはプラットフォーム３２は、蛇行状通路１２の形状に追従し、移送システム１２と駆動システム１６とを接続する一連のプレートにすることができる。システム用電気ケーブル３３も蛇行状通路を通過し、移送機構１２を作動させる一連のプレート３２の形状に追従する。
【００５４】
蛇行状通路２５での作動プラットフォーム３２の垂直運動を利用するために、作動プラットフォーム３２の上下には、図８および９に示される２つのインペラ３０および３１があることが好ましい。このため、作動プラットフォーム３２の上のインペラ３０と作動プラットフォーム３２の下のインペラ３１は、作動機構が蛇行状通路２５内を上下に動くたびに、二重に動作するポンピング動作をもたらす（図８）。このため効果的に、ほとんど連続的に、汚染物質を含まないゾーン１４から汚染物質が発生するゾーン１８に向かう流体媒質の一方向の流れが生成される。
【００５５】
作動プラットフォーム３２の下のインペラ３１は、汚染物質を含まない領域またはゾーン１４から汚染されまたは汚染物質が発生するゾーン１８へと移行するインペラ３０と同一である。すなわち、第２、第３、および後続のセルはそれぞれ、隣接するセルから作動機構３２に向かって垂直方向または軸方向にずれている。このため、汚染物質を含まないゾーンまたは領域１４から汚染された発生ゾーン１８に向かう流れが増大し、または生成される。
【００５６】
図１０から１２に、任意選択の実施形態を示す。先の実施形態の流体媒質分離器２０で作用するのと同じ原理を、図１０から１２に示す円筒形の構成に適用できることが発見された。図１０には、第１のシリンダ６２とそれに嵌合する第２のシリンダ６４からなる円筒形の流体媒質分離器６０が示されている。シリンダ６２は、シリンダ６４内の複数の円筒形の仕切６８に交互に配置された複数の円筒形の仕切またはフィン６６を有する。シリンダ６２は、シリンダ６４の中心に取り付けられた駆動システム７４に接続された、駆動シャフト７０を受容するソケットを有する。したがって駆動システム７４は、シリンダ６４に対してシリンダ６２を回転させながら駆動することができ、またはその逆も可能である。駆動シャフト７０の周りのシリンダ６２の中央には、複数の放出口７６が設けられている。
【００５７】
シリンダ６２および６４において交互に配置された仕切またはフィン６６および６８によって、これらのシリンダ間に蛇行状通路７８が設けられる。シリンダ６４に対するシリンダ６２（またはその逆）の回転運動または往復運動によって、流体媒質は、先の実施形態で示されるようなピストンやインペラなどのいかなる追加のポンピング装置も必要とせずに、矢印で示されるようにインレット６５を通して蛇行状通路７８内へと引き出され、アパーチャまたはベント７６から流出しまたはそこを通して放出されることが発見された。したがって円筒形の流体媒質粒子分離器７５は、汚染物質を含まない流体ボリュームを、汚染が生じまたは汚染された領域に向かって流し続けることが重要な、任意の特定の領域で使用することができる。シリンダ６２がシリンダ６４を中心として回転することにより、入口またはインレット６５から矢印８０で示される方向で、出口またはベント７６までの連続した流体の流れが生成され、それによっていかなる逆流または背圧も効果的に防止され、汚染物質を含まない媒質を円筒形流体媒質分離器６０から流し続けることができる。
【００５８】
任意選択で、仕切６６と仕切６８の間の蛇行状通路の曲率にぴたりと合うよう成形されたインペラを、円筒形流体媒質分離器７５に付加することができる。この場合インペラは、入口６５に複数のセルを有するよう構成することができ、これらのセルは、円周上で、隣接するセルとの間にスペースをおいて配置され、最終的には最後のセルから流体媒質が出口またはベント７６を取り囲むスペース内に送り出されるように配置される。この代替の実施形態では、シリンダ６２とシリンダ６４は共に静止したままであるが、蛇行状通路７８内のインペラは回転しまたは往復運動して、汚染物質を含まない流体を、入口６５から出口ベント７６まで吸い込む。
【００５９】
別の任意選択の実施形態を、図１３および１４に示す。この実施形態は、図１０から１２の実施形態と同様の円筒形流体媒質分離器の、任意選択のデザインである。この実施形態は、一体型または組込み型のインペラ８４を有する第１のシリンダ８２を、円筒形の仕切またはリング８８および９０を有する第２のシリンダ８６に嵌め込んだものを使用する。
【００６０】
この実施形態では、一対の同一の組込み式一体型インペラ８４が、シリンダ８２に組み入れられている。一体型インペラ８４は、間に差し挟まれるリング８８および９０を受容するためのスペースを有する弓状になった長方形のセクション９２および９４で形成される。長方形の弓状セクション９２および９４は、直線状のインペラのセル３３から４２と同様である。セル９２および９４は、上部区画９６および９８に形成された容器に向けて流体媒質を偏向させまたは流すための移行面を有し、この流体媒質は、出口１００を通して中央領域１０２へと流出し、シリンダ８６のアパーチャまたはベント１０４を通して外に放出される。シリンダ８２に取り付けられた駆動システム１０６は、駆動シャフト１０８によってシリンダ８６に接続される。したがって駆動システム１０６は、シリンダ８２を回転させまたは往復運動させて、区画または容器９２および９４のセルを介して上部区画９６および９８へと空気を強制的に通し、それによって中央領域１０２へと排出させ、ベント１０４を通して外に放出させる。
【００６１】
間に差し挟まれる仕切またはリング８８および９０は、セル区画９２と９４の間のスロット９３に係合して、入口１０８からこのシステムを通して出口アパーチャ１０４へと向かう蛇行状の流れをもたらす。
【００６２】
このように、一方の機械的に分離されたゾーンからの流体媒質ボリュームと他方の流体媒質ボリュームとを分離して移送する、独自の流体媒質分離システムについて述べてきた。このシステムは、汚染物質を含まないゾーンと汚染されたゾーンとを連通する蛇行状の流体通路が得られるように構成された流体媒質分離器を含む。蛇行状の流体通路は、隣接する壁面に取り付けられた、交互に配置された仕切またはフィンのアレイからなり、それによって、流体媒質を移送する通路が形成される。第１の実施形態では、半導体ウェーハ移送システムを移動させるためにアクチュエータに取り付けられた一連の容器またはセルがポンプとして働いて、汚染物質を含まないゾーンから汚染されたゾーンへと流体媒質を一方向に移送する。インペラ内の各容器またはセルは、蛇行状通路内の流体媒質に開放され、出口によって、軸方向にずれた状態で隣接している容器に接続される。各容器またはセルは、１つの容器またはセルから隣に接するセルに向けた媒質の移送を増大させる移行面またはバッフルを含む。各セル内のバッフルまたは移行面は輪郭を付けて構成され、それによって背圧が制限され、蛇行状通路に入った媒質を効率的に、隣に接する容器へと移送する。１つの容器から別の容器、またはセルからセルへの流れは、この流れを単一の方向に偏倚させる輪郭付きの移行面を通る。
【００６３】
代替の実施形態では、円筒形の流体媒質分離器が、複数の仕切を有する一対の交互に差し挟まれたシリンダを有し、外周から中心に向かう蛇行状通路を形成する。別の選択は、２つのシリンダ間に、またはこれらのシリンダの一方に組み込まれた弓状のインペラを含むことである。これらのシリンダの一方を他方に対して回転させ、またはインペラをシリンダに対して回転させるための駆動シャフトの周りの複数のベントは、流体媒質分離器を通して流体媒質を移動させるための出口として設けられる。
【００６４】
好ましい実施形態では、一方のシリンダが他方のシリンダに対して回転しまたは往復運動することにより、流体媒質が蛇行状通路を通して吸い込まれ、一方のシリンダの中心にあるベントを通して出て行く。あるいは、直線状のインペラに類似するがシリンダの輪郭にぴたりと合うように成形された蛇行状通路に沿ってインペラを設けることができ、または、インペラとシリンダの一方とを一体化することができる。このインペラは、蛇行状通路内で２つのシリンダ間を往復し、それによって、蛇行状通路の始まりにある入口から、円筒形流体分離器の中央にあるベントまで、流れが生成される。
【００６５】
本発明は、図面に示され説明の中で述べた実施形態に限定するものではなく、これらは一例として与えられるものであって限定を意味するものではなく、上述の特許請求の範囲によってのみ解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による流体媒質粒子分離システムを有する、半導体ウェーハの保管および移送システムの平面図である。
【図２】
図１の２−２で切って見た流体媒質粒子分離システムの断面図である。
【図３】
図２の３−３で切って見た、本発明により構成された流体媒質粒子分離システムの、拡大部分断面図である。
【図４】
流体媒質粒子分離システムの、流体媒質移送インペラの等角図である。
【図５】
流体媒質分離システムにおける流体媒質移送システムの動作を示す図である。
【図６】
図５の６−６で切って見た流体媒質移送インペラのセルの１つの容器の部分断面図である。
【図７】
本発明の理解を容易にするために、流体媒質粒子分離器インペラの複数のセルを直線状の通路で示した説明図である。
【図８】
流体媒質粒子分離器でインペラのポンピング動作を生み出す移送システム・アクチュエータの運動を示す、図２と同様の図である。
【図９】
図３の９−９で切って見た、流体媒質移送システムの構成でのアクチュエータ・プラットフォームを示す、流体媒質分離システムの別の背面図である。
【図１０】
本発明により構成された円筒形流体媒質粒子分離システムの、任意選択の実施形態を示す図である。
【図１１】
図１０の１１−１１で切って見た円筒形流体媒質粒子分離システムの構成を示す断面図である。
【図１２】
図１０の円筒形流体媒質粒子分離システムの内部を示す分解図である。
【図１３】
図１０の円筒形流体媒質移送システムの、任意選択の実施形態の断面図である。
【図１４】
内部構成を示す、図１３の実施形態の分解図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004510322.tif 000045