JP2000069741A - 真空用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転中心方向の大きさを小さくできるように
する。 【解決手段】 円筒状に形成されてこれの内側と外側と
を気密状に封止する真空封止体２２，２２ａ，２８ａ〜
２８ｄと、この真空封止体の外側に位置し、かつこの真
空封止体に回転自在に支承された出力部材１０ａ〜１０
ｄと、真空封止体の内側で、かつ出力部材の内側に対向
する位置に設けたダイレクトドライブタイプのモータの
ステータ２５ａ〜２５ｄと、ステータに真空封止体を隔
てて対向すると共に、出力部材の内側に固着されたダイ
レクトドライブタイプのモータのロータ２６ａ〜２６ｄ
とからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転中心方向に位
置をずらせて同心状に回転自在に設けられた複数の出力
部材を真空状態下で回転駆動するようにした真空用アク
チュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の真空用アクチュエータの用途と
して半導体製造装置や、ＬＣＤ製造装置があり、例えば
マルチチャンバタイプの半導体製造装置のように、１つ
のトランスファチャンバの周囲に複数のステーションと
なるプロセスチャンバを配設し、各プロセスチャンバに
て加工処理されるウエハ等の薄板状のワークを、トラン
スファチャンバを経由して、このトランスファチャンバ
に設けたハンドリング用ロボットに用いられる。

【０００３】マルチチャンバタイプの半導体製造装置は
図１に示すようになっていて、トランスファチャンバ１
の周囲に、複数のプロセスチャンバからなるプロセスチ
ャンバステーション２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、
外部に対してワークを受け渡しを行うワーク受け渡しス
テーション３とが配設されており、トランスファチャン
バ１内は常時真空装置にて真空状態が保たれている。

【０００４】そして上記トランスファチャンバ１は図２
に示すようになっていて、これの中心部にハンドリング
用ロボットＡが回転可能に備えてあり、周壁で、かつプ
ロセスチャンバステーション２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，
２ｅ及びワーク受け渡しステーション３に対向する仕切
り壁５には各プロセスチャンバステーションへのワーク
の出入口となるゲート６が設けてある。このゲート６は
トランスファチャンバ１の内側に各ゲート６に対向して
設けられて図示しない開閉扉にて開閉されるようになっ
ている。

【０００５】上記ハンドリング用ロボットＡはいわゆる
フロッグレッグ式の双腕型といわれているものが用いら
れていて、その構成は図３から図６に示すようになって
いる。

【０００６】回転中心に対して同長の２本のアーム７
ａ，７ｂがそれぞれ回転可能に設けられている。一方同
一形状の２つの搬送台８ａ，８ｂを有しており、この各
搬送台８ａ，８ｂの基部に、同長の２本のリンク９ａ，
９ｂの一端が連結されている。この両リンク９ａ，９ｂ
の一端は搬送台８ａ，８ｂに対してフロッグレッグ式の
搬送台姿勢規制機構を介して連結されており、両リンク
９ａ，９ｂは各搬送台８ａ，８ｂに対して完全に対称方
向に回転するようになっている。そして各搬送台８ａ，
８ｂに連結した２本のリンクのうちの一方のリンクは一
方のアームに、他方のリンクは他方のアームにそれぞれ
連結されている。

【０００７】図４は上記フロッグレッグ式の搬送台姿勢
規制機構を示すもので、搬送台８ａ，８ｂに連結される
２本のリンク９ａ，９ｂの先端部は図４（ａ）に示すよ
うに互いに噛合う歯車９ｃ，９ｃからなる歯車構成によ
り結合されており、搬送台８ａ，８ｂに対するリンク９
ａ，９ｂの姿勢角θＲ、θＬが常に同じになるようにし
ている。これにより、搬送台８ａ，８ｂは常にトランス
ファチャンバ１の半径方向に向けられると共に、半径方
向へ動作される。上記リンク９ａ，９ｂの連結は歯車に
代えて、図４（ｂ）に示すようにたすき掛けしたベルト
９ｄによるものもある。

【０００８】図５は上記アーム７ａ，７ｂをそれぞれ独
立して回転するための従来の真空用アクチュエータを示
すものである。各アーム７ａ，７ｂの基部はそれぞれ、
リング状ボス１０ａ，１０ｂに固着されている。そして
この各リング状ボス１０ａ，１０ｂはそれぞれ回転軸１
１ａ，１１ｂの先端部に固着されている。この各回転軸
１１ａ，１１ｂは、一方の回転軸１１ａを中空にし、他
方の回転軸１１ｂをこの中空内を貫通させて同心状に配
置されていて、このそれぞれの回転軸１１ａ，１１ｂは
トランスファチャンバ１に固着される支持部材１２ａ，
１２ｂに回転自在に支持されている。またこの各回転軸
１１ａ，１１ｂはトランスファチャンバ１に固着される
支持部材１３ａ，１３ｂに支持されるモータユニット１
４ａ，１４ｂの出力部に連結されている。

【０００９】この各モータユニット１４ａ，１４ｂは各
回転軸１１ａ，１１ｂに固着されたロータ１５ａ，１５
ｂと、支持部材１３ａ，１３ｂに固着されたステータ１
６ａ，１６ｂとからなり、この両者間の誘導起電力にて
ロータ１５ａ，１５ｂが回転されるものである。そして
この各モータユニット１４ａ，１４ｂのロータ１５ａ，
１５ｂとステータ１６ａ，１６ｂ間には真空封止体であ
る真空隔壁部材１７ａ，１７ｂが支持部材１２ａ，１２
ｂと一体構成にして設けてあり、回転軸１１ａ，１１ｂ
部からトランスファチャンバ１内が回転軸１１ａ，１１
ｂの支持部の外部に対して気密状態となっている。

【００１０】図６の（ａ），（ｂ）は上記したハンドリ
ング用ロボットＡの作用を示すもので、図６（ａ）に示
すように、両アーム７ａ，７ｂが回転中心に対して直径
方向に対称位置にあるときには、両搬送台８ａ，８ｂに
対してリンク９ａ，９ｂが拡開するよう回転された状態
となり、従って両搬送台８ａ，８ｂは回転中心側へ移動
されている。

【００１１】この状態で真空用アクチュエータが駆動さ
れて両アーム７ａ，７ｂを同一方向に回転することによ
り、両搬送台８ａ，８ｂは半径方向の位置を維持したま
ま回転中心に対して回転される。また図６（ａ）に示す
状態から、両アーム７ａ，７ｂを、これらが互いに近付
く方向（互いに逆方向）に回転することにより、図６
（ｂ）に示すように、両アーム７ａ，７ｂでなす角度が
小さくなる方に位置する搬送台８ａがリンク９ａ，９ｂ
に押されて放射方向外側へ突出動されて、トランスファ
チャンバ１に対して放射方向外側に隣接して設けられた
上記ステーション２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，３の
１つのステーションのプロセスチャンバ内に突入する。

【００１２】このとき、他方の搬送台は回転中心側へ移
動されるが、各アーム７ａ，７ｂとリンク９ａ，９ｂと
のなす角度の関係上、その移動量はわずかとなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の真空用アク
チュエータにあっては、図５に示すように、アクチュエ
ータであるモータユニットの本体部分を上下（回転中
心）方向に積み重ね、複数の出力部材を回転状に構成す
る場合において次のような問題がある。

【００１４】（１）下側に位置するモータユニットの出
力部材であるリング状ボスに連結した回転軸は上側に位
置するモータユニットの出力部材に連結した回転軸を貫
いて上方まで延出させる必要があるため、この回転軸が
細くて長くなり、そのため、この回転軸はねじり剛性が
低下し、振動の発生や、回転位置精度が低下してしまう
という問題がある。

【００１５】また、ねじり剛性を確保するために、下側
に位置するモータユニットに連結した回転軸を太くした
場合には、これが貫通する外側の回転軸も太くしなけれ
ばならずアクチュエータ全体が大型で重量化してしまう
という問題がある。この問題は回転中心方向に積み重ね
るアクチュエータが多くなる程顕著になる。

【００１６】（２）各アクチュエータに連結する回転軸
の形状（径、長さ）がそれぞれ異なるため、構造が複雑
となる。また、各回転軸の慣性モーメント及びねじり剛
性も異なるため、制御の調整が困難となる。この問題も
やはり重ねるアクチュエータの数が多くなる程顕著にな
る。

【００１７】（３）回転対象物を各回転軸の半径方向に
接続するために、各回転軸の上端部を上下方向にずらし
て延出させる場合には、多軸化によりアクチュエータ本
体部分（ロータ、ステータ部分）が長くなるほかに、こ
の回転軸部の段状延出の延長分も加わり、アクチュエー
タ全体の高さがさらに高く（軸方向に長く）なってしま
うという問題がある。

【００１８】（４）また上記したように、モータユニッ
トに回転軸を設け、この回転軸の先端に出力部材を固着
しているので、上記回転軸の長さ分だけアクチュエータ
の軸方向の大きさが大きくなってしまう。

【００１９】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、回転軸が不要となって回転中心方向の大きさを小
さくでき、また出力部材の半径方向の多重化をなくし
て、出力部材の剛性が低下することなく、装置の低振動
化、高精度化が可能となり、また、回転軸の同一剛性化
を図ることができて制御の調整が容易となり、さらに、
同一軸心における出力部材の多軸化が容易になり、そし
てさらに、アクチュエータ全体の高さを小さくできるよ
うにした真空用アクチュエータを提供することを目的と
するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る真空用アクチュエータ
は、円筒状に形成されてこれの内側と外側とを気密状に
封止する真空封止体と、この真空封止体の外側に位置
し、かつこの真空封止体に回転自在に支承された出力部
材と、真空封止体の内側で、かつ出力部材の内側に対向
する位置に設けたダイレクトドライブタイプのモータの
ステータと、ステータに真空封止体を隔てて対向すると
共に、出力部材の内側に固着されたダイレクトドライブ
タイプのモータのロータとからなっており、出力部材は
ダイレクトタイプのモータ構成のステータとロータによ
りダイレクトに回転駆動される。出力部材の外側と内側
とは真空封止体にて気密状に封止される。

【００２１】この発明によれば、出力部材がアクチュエ
ータであるダイレクトドライブタイプのモータの半径方
向外側に位置されるため、回転軸を用いずにモータユニ
ットの回転駆動力を出力部材に伝達することができ、ア
クチュエータ全体の回転中心方向の大きさを小さくする
ことができる。

【００２２】また、上記構成における真空用アクチュエ
ータにおいて、真空封止体の外側に回転中心方向に位置
をずらせて複数の出力部材を支承し、この各出力部材の
内側に固着したロータのそれぞれに対向するステータを
真空封止体の内側に固着した構成にした。

【００２３】この発明によれば、出力部材がアクチュエ
ータであるダイレクトドライブタイプのモータの半径方
向外側に位置されるため、アクチュエータ本体部分を回
転中心方向（上下方向）に重ねて、複数の出力部材を同
軸状に構成する場合において、従来のように、軸方向の
一方側（下側）に位置するアクチュエータの出力部材
が、他方側（上側）に位置するアクチュエータを貫いて
延出する必要がなくなって半径方向の多重化がなくな
り、これにより一方の出力部材を貫通する他方の出力部
材の剛性が低下することがなく、低振動化、高精度化が
可能となる。

【００２４】また、各アクチュエータの出力部材を同一
形状にすることが可能になり、これにより、各出力部材
の慣性モーメントやねじり剛性も同一にでき、制御の調
整が容易となる。

【００２５】さらに、回転対象物を各出力部材の半径方
向に接続する場合に、従来のように出力部材を延長する
必要がないため、アクチュエータ全体の回転中心方向
（上下方向）の大きさを小さくできる。

【００２６】また本発明は、複数の出力部材を回転中心
方向に位置をずらせて支承した真空用アクチュエータに
おいて、真空封止体を各出力部材にわたって一体構成に
して設けた構成にしたから、真空封止体の気密構成を簡
単にすることができる。

【００２７】また本発明は、上記した構成の真空アクチ
ュエータにおいて、真空封止体を各出力部材ごとに設
け、各出力部材及び上記各真空封止体を隔てて対向する
ステータとロータとを各段ごとに別体にして積み重ね可
能にした構成になっており、複数の出力部材がモジュー
ル化され、順次積み重ねて組み立てられる。

【００２８】この発明によれば、複数の出力部材を同軸
状に構成する場合において、多軸化が容易となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図７以下に
基づいて説明する。なおこの実施の形態では複数の出力
部材を回転中心方向に位置をずらせて配置した例を説明
する。そしてこの実施の形態の説明において、図６まで
示した従来の構成部材と同一部材は同一符号を付して説
明を省略した。

【００３０】図７は本発明の第１の実施の形態を示すも
ので、一対のアーム７ａ，７ｂの基端が固着される出力
部材である各リング状ボス１０ａ，１０ｂが、上側を閉
じた円筒状で、かつ下端部をトランスファチャンバ１の
フレーム２１に固着した真空封止体である真空隔壁部材
２２にそれぞれ軸受２３，２３を介して回転自在に支持
されている。

【００３１】上記真空隔壁部材２２は上端を閉じた略帽
子状に形成されていて、これの下端部がトランスファチ
ャンバ１のフレーム２１に固着されており、この真空隔
壁部材２２にてトランスファチャンバ１内とボス部内側
とが気密状に封止されている。

【００３２】この真空隔壁部材２２の内側で、かつ上記
各リング状ボス１０ａ，１０ｂの内側に対向する部分に
ダイレクトドライブタイプのモータユニット２４ａ，２
４ｂのステータ２５ａ，２５ｂが支持されている。そし
て、この各ステータ２５ａ，２５ｂに上記真空隔壁部材
２２を隔てて対向する各リング状ボス１０ａ，１０ｂの
内側に上記ダイレクトタイプのモータユニット２４ａ，
２４ｂのロータ２６ａ，２６ｂが各リング状ボス１０
ａ，１０ｂと一体状に取り付けてある。なお特に図示し
てないが隔壁部材２２あるいはトランスファチャンバ１
等の固定側には、上記各リング状ボス１０ａ，１０ｂ等
のそれぞれの回転側部材の回転角を個別に検出する回転
角検出器が設けてある。

【００３３】上記構成においては、両モータユニット２
４ａ，２４ｂは、それぞれのステータ２５ａ，２５ｂ及
びロータ２６ａ，２６ｂにより回転駆動され、真空隔壁
部材２２の外側に位置する各リング状ボス１０ａ，１０
ｂが回転駆動される。

【００３４】この両リング状ボス１０ａ，１０ｂの回転
動作によるハンドリング用ロボットＡの作動は図６に示
した従来のものと同じである。

【００３５】図８から図１１は本発明の他の実施の形態
を示すもので、図８に示したものは、真空隔壁部材２２
ａの下端をフレーム２１に固着し、上端をトランスファ
チャンバ１の天蓋２７に固着した構成になっている。こ
の実施の形態では、真空隔壁部材２２ａは上下の両端で
支持されるので、これの剛性が向上される。

【００３６】図９に示したものは、上下に重ねる下側と
上側の各モータユニットを積み重ね（モジュール構造）
タイプにした例を示す。下側のモータユニット２４ａの
真空隔壁部材２８ａと上側のモータユニット２４ｂの真
空隔壁部材２８ｂとが積み重ね固定可能にした別体構成
となっている。２９はモータユニット２４ａ，２４ｂの
内側の真空を保持するための天蓋である。

【００３７】この実施の形態では各モータユニット２４
ａ，２４ｂ及び各リング状ボス１０ａ，１０ｂとかユニ
ット状に組立てた状態で積み重ねて組立てられる。

【００３８】図１０はこの積み重ねタイプの具体例を示
すもので、ボス部の頂面の上側にハンドリング用ロボッ
トＡの搬送台８ａ（８ｂ）が通過するようになってい
る。

【００３９】図１１は上記図９，図１０で示した構成の
変形例で４個のリング状ボス１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄを積み重ねる構成のものである。この各リング状
ボス１０ａ〜１０ｄ及びモータユニット２４ａ〜２４ｄ
はそれぞれ積み重ね固定可能にした別体構成の真空隔壁
部材２８ａ〜２８ｄにて支持されている。上記各リング
状ボス１０ａ〜１０ｄにはそれぞれアーム７ａ，７ｂ，
７ｃ，７ｄが固着されている。

【００４０】上記した実施の形態では、出力部材である
リング状ボスを回転中心に位置をずらせて設けた構成に
ついて説明したが、アームが１本でよい場合、すなわち
出力部材が１個でよい場合でも本発明の構成は適用され
る。この場合１個のリング状ボスを用い、これの内側に
真空封止体を隔てて、リング状ボスに固着したロータ
と、真空封止体に固着したステータを用いる。この構成
も上記した実施の形態と同様に回転軸を用いることなく
出力部材を回転駆動することができる。

【００４１】上記各実施の形態において、真空封止体で
ある真空隔壁部材はモータユニットのステータとロータ
の間に介在されるためと真空封止作用を行うために、こ
れの材質としては、真空環境下においてガスの発生がな
いこと、及び磁性が少ない性質を有しているものがよ
く、その一例としてＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等が用
いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルチチャンバタイプの製造装置の一例である
半導体製造装置の概略的な平面図である。

【図２】トランスファチャンバとハンドリング用ロボッ
トの関係を示す分解斜視図である。

【図３】ハンドリング用ロボットの一例を示す斜視図で
ある。

【図４】（ａ），（ｂ）は搬送台姿勢規制機構を示す説
明図である。

【図５】従来のハンドリング用ロボットのアーム回転機
構に用いる真空用アクチュエータを示す断面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）はハンドリング用ロボットの作
用説明図である。

【図７】本発明における真空用アクチュエータの一例を
示す断面図である。

【図８】本発明における真空用アクチュエータの他例を
示す断面図である。

【図９】本発明における真空用アクチュエータの他例を
示す断面図である。

【図１０】図９に示した真空用アクチュエータの一具体
例を示す断面図である。

【図１１】図９に示した真空用アクチュエータの他例を
示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ…ハンドリング用ロボット １…トランスファチャンバ ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…プロセスチャンバステ
ーション ３…ワーク受け渡しステーション ５…仕切り壁 ６…ゲート ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…アーム ８ａ，８ｂ…搬送台 ９ａ，９ｂ…リンク ９ｃ…歯車 ９ｄ…ベルト １０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…リング状ボス １１ａ，１１ｂ…回転軸 １２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…支持部材 １４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…モ
ータユニット １５ａ，１５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…ロ
ータ １６ａ，１６ｂ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…ス
テータ １７ａ，１７ｂ，２２，２２ａ，２８ａ，２８ｂ，２８
ｃ，２８ｄ…真空隔壁部材 ２１…フレーム ２７，２９…天蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F060 AA01 AA07 AA08 BA00 DA10 EB12 EC12 GA13 GB12 GB31 HA00 5H605 AA00 BB05 BB14 BB17 CC05 DD01 EA19 EB10 EB12 5H649 AA00 AA01 BB02 BB07 GG01 HH01 JK02 JK04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状に形成されてこれの内側と外側と
   を気密状に封止する真空封止体と、 この真空封止体の外側に位置し、かつこの真空封止体に
   回転自在に支承された出力部材と、 真空封止体の内側で、かつ出力部材の内側に対向する位
   置に設けたダイレクトドライブタイプのモータのステー
   タと、 ステータに真空封止体を隔てて対向すると共に、出力部
   材の内側に固着されたダイレクトドライブタイプのモー
   タのロータと、からなることを特徴とする真空用アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 真空封止体の外側に回転中心方向に位置
   をずらせて複数の出力部材を支承し、この各出力部材の
   内側に固着したロータのそれぞれに対向するステータを
   真空封止体の内側に固着したことを特徴とする請求項１
   記載の真空用アクチュエータ。
3. 【請求項３】 真空封止体を各出力部材にわたって一体
   構成にして設けたことを特徴とする請求項２記載の真空
   用アクチュエータ。
4. 【請求項４】 真空封止体を各出力部材ごとに設け、各
   出力部材及び上記各真空封止体を隔てて対向するステー
   タとロータとを各段ごとに別体にして積み重ね可能にし
   たことを特徴とする請求項２記載の真空用アクチュエー
   タ。