DE19630912A1 - Roboterarm, der ein Objekt durch einen interaktiven Mechanismus trägt - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung a) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Roboter­ arm und insbesondere auf einen Roboterarm zum Halten oder Lösen eines Werkstückes ansprechend darauf, daß er aus­ fährt oder einfährt.

b) Beschreibung der verwandten Technik

Feine Partikel oder Verunreinigungen, die an der Ober­ fläche eines Halbleiterwafers, eine Flüssigkristallan­ zeige (LCD = liquid crystal display), einer Solarbatterie oder ähnlichem während eines LSI-Herstellungsprozesses haften, verringern beträchtlich eine Herstellungsausbeute der Endprodukte. Es ist daher erwünscht, einen Halbleiter­ wafer in einer reinen Umgebung während des Herstellungs­ prozesses zu transportieren oder zu halten. Im allge­ meinen wird eine Vielzahl von Halbleiterwafern, die in eine Kassette geladen sind, zwischen den Verarbeitungssy­ stemen übertragen bzw. transportiert. Bei einem Verarbei­ tungssystem wird ein Halbleiterwafer in eine vorbestimmte Position durch einen Roboterarm bewegt. Zum Befestigen bzw. Festlegen eines Halbleiterwafers während des Trans­ ports in einem Verarbeitungssystem wird eine Vakuumspann­ vorrichtung oder eine elektrostatische Spannvorrichtung verwendet. Wenn eine solche Spannvorrichtung verwendet wird, wird die Struktur eines Roboterarms kompliziert, um verläßlich einen Halbleiterwafer während des Transportes durch den Roboterarm zu tragen.

Beispielsweise ist es sehr wichtig, die Oberfläche eines Wafers zu waschen und zu reinigen und auch nicht die Um­ gebungen durch die Reinigung zu zerstören. Ein Verfahren ist bekannt, bei dem die Oberflächenreinigung in einer Niederdruckatmosphäre unter Verwendung von Argon-Gas aus­ geführt wird. Bei diesem Verfahren wird Argon-Gas oder gemischtes Gas, welches Argon-Gas enthält, auf eine sehr niedrige Tempreratur abgekühlt und wird auf die Oberflä­ che eines Werkstücks geblasen. Wenn das Gas aus den Düsen in eine Niederdruckatmosphäre ausgestoßen wird, expan­ diert das Gas adiabatisch schnell und senkt seine Tempe­ ratur. Die verringerte Temperatur erzeugt festes Argon und feine feste Argon-Partikel kollidieren mit der Ober­ fläche eines Werkstückes.

Ein Verfahren zum Umwandeln von Argon-Gas in Argon- Feststoff ist vorgeschlagen worden, bei dem Argon enthal­ tendes Gas bei einem gewissen Druck auf eine Temperatur abgekühlt wird, die geringfügig höher als ein Verflüssi­ gungspunkt des Gases bei diesem Druck ist, und wird aus Düsen in eine Niederdruckatmosphäre ausgestoßen.

Ein Verarbeitungssystem, welches in einer Niederdruckat­ mosphäre verwendet wird, ist im allgemeinen mit einer Verarbeitungskammer installiert bzw. eingerichtet, die immer in einer Niederdruckatmosphäre gehalten wird und mit einer Lade-Verriegelungs-Kammer, die alternativ zwi­ schen einer Niederdruckatmosphäre und einer Atmosphä­ rendruckatmosphäre umgeschaltet wird. Ein Roboter ist er­ forderlich, um ein Werkstück zwischen der Verarbei­ tungskammer und der Lade-Verriegelungs-Kammer zu über­ tragen bzw. zu transportieren.

Für den Halbleiterherstellungsprozeß ist ein Roboter mit einem simplen Mechanismus, insbesondere mit einer gerin­ gen Partikelerzeugung erwünscht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Ro­ boterarm vorzusehen, der keinen komplizierten Antriebs­ mechanismus erfordert, um ein Werkstück zu tragen.

Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Roboterarm vorgesehen, der folgendes aufweist: eine dreh­ bare Welle; ein Armglied, welches an der drehbaren Welle befestigt ist, und einen Falt-Expansions/Kontraktions- bzw. Falt-Ausfahr/Einfahr-Mechanismus besitzt; ein Trag­ glied, welches drehbar von einem entfernten Ende des Arm­ gliedes getragen wird und welches eine konstante Bezie­ hung bzw. Verbindung mit der drehbaren Welle besitzt; und ein Hilfstragglied, welches von einer Tragwelle getragen wird, die an dem Tragglied befestigt ist, um ein Werk­ stück in Zusammenarbeit mit dem Tragglied zu tragen, wo­ bei das Hilfstragglied zusammen mit einer Falt- Expansions/Kontraktions- bzw. Falt-Ausfahr/Einfahr- Bewegung des Armgliedes schwingt.

Wenn das Armglied ausfährt oder einfährt, schwingt das Hilfstragglied zusammen mit dem Ausfahren bzw. der Expan­ sion oder dem Einfahren bzw. der Kontraktion des Armglie­ des. Wenn das Hilfstragglied schwingt, wird das Werkstück gehalten oder gelöst. Dementsprechend kann das Werkstück gemäß der Expansion oder Kontraktion des Armgliedes ge­ halten oder gelöst werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Werkstück mit einem einfachen Mechanismus ohne Verwendung von kompli­ zierten Antriebsmechanismen zum Halten des Werkstücks ge­ halten werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Reinigungssy­ stem gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung zeigt;

Fig. 2 ist ein Phasendiagramm von Argon;

Fig. 3 ist eine Querschnittsdraufsicht eines Reinigungs­ systems gemäß eines Ausführungsbeispiels der Er­ findung;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Reinigungs­ kammer des Reinigungssystems, welches in Fig. 3 gezeigt ist;

Fig. 5A und 5B sind Querschnittsansichten eines Flußra­ tensteuermechanismus des Reinigungssystems, wel­ ches in Fig. 3 gezeigt ist;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Flußratensteu­ ermechanismus, der von Experimenten verwendet wird;

Fig. 7A ist eine Draufsicht einer Pufferkammer des in Fig. 3 gezeigten Reinigungssystems und Fig. 7B ist eine Querschnittsansicht der Pufferkammer entlang der Strichpunktlinie B7-B7 der Fig. 7A;

Fig. 8A bis 8I sind Diagramme, die vom Konzept her ein Verfahren zum Tauschen der Positionen der Wafer in der Pufferkammer veranschaulichen;

Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters des in Fig. 3 gezeigten Reinigungssystems;

Fig. 10 ist eine Draufsicht eines Armkopfes eines Roboter­ arms, des in Fig. 3 gezeigten Reinigungssystems;

Fig. 11A ist eine Teildraufsicht des in Fig. 10 gezeigten Roboterarms und Fig. 11B ist eine Teilquer­ schnittsansicht davon;

Fig. 12A ist eine Draufsicht einer Abschirmplatte des in Fig. 3 gezeigten Reinigungssystems und Fig. 12B ist eine Querschnittsansicht eines Düsenkopfes, der Abschirmplatte und des Wafers.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungs­ beispiele

Als erstes wird der Umriß eines Oberflächenreinigungssy­ stems und ein Verfahren zur Verwendung eines Roboterarms gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben werden.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Oberflächenreinigungs­ systems gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Eine Argon (Ar)-Gasflasche 1 und eine Stickstoff (N₂)- Gasflasche 2 sind durch Rohre über Drucksteuerventile 3 und 4 mit einem Zusammenflußstück 20 verbunden, wo Argon-Gas und Stickstoff-Gas vermischt werden. Das gemischte Gas von Argon und Stickstoff wird über ein Rohr 21 an ei­ nen Filter 5 geliefert, welcher Fremdartikel im ge­ mischten Gas entfernt.

Das gemischte Gas, aus dem die Partikel entfernt wurden, wird über ein Rohr 22 an einen Kühler (oder Wärmetau­ scher) 6 geliefert, wo das Gas gekühlt und aus einer Dü­ seneinheit 10 in eine Vakuumkammer 11 ausgestoßen wird. Der Druck und die Temperatur des gemischten Gases, wel­ ches aus dem Kühler 6 ausgestoßen wird, werden mit einem Druckmeßgerät 8 und einem Temperaturmeßgerät 7 gemessen und die Meßergebnisse in Form von elektrischen Signalen werden an eine Temperatursteuervorrichtung bzw. einen Temperaturcontroller 9 geliefert.

Die Temperatursteuervorrichtung 9 steuert den Kühler 6 so, daß die Temperatur, die vom Kühler 6 gekühlt wird, gleich oder niedriger als ein Verflüssigungspunkt von Ar­ gon-Gas beim gemessenen Druck wird.

Fig. 2 ist ein Graph, der eine Verflüssigungstemperatur und eine Verfestigungstemperatur von Argon-Gas zeigt. In Fig. 2 stellt die Abszisse eine Entropie in der Einheit Joule/(Mol·K) und die Ordinate stellt eine Temperatur in der Einheit der absoluten Temperatur K dar. Ein Gebiet G zeigt eine Gasphase an, ein Gebiet L zeigt eine Flüs­ sig/Gas-Phase an und ein Gebiet S zeigt eine Fest­ stoff/Gas-Phase an. Eine Kurve a zeigt eine Verflüssi­ gungstemperatur (Schnittstelle zwischen Gas und Flüssig­ keit), eine unterbrochene Linie zeigt eine Verfesti­ gungstemperatur (Schnittstelle zwischen Flüssigkeit und Feststoff) und ein Punkt P zeigt einen Tripelpunkt von Ar­ gon an.

Die in Fig. 1 gezeigte Temperatursteuervorrichtung 9 steuert den Kühler 6 gemäß den Eingangsdruck- und Tempe­ ratursignalen, so daß die Temperatur des Gases am Auslaß­ anschluß des Kühlers 6 gleich oder niedriger als eine Verflüssigungstemperatur von Argon-Gas beim gemessenen Druck wird was die in Fig. 2 gezeigten Beziehung erfüllt.

Ein Teil oder das ganze Argon-Gas im gemischten Gas wird gekühlt und verflüssigt, um feine Tröpfchen zu bilden.

Es ist vorzuziehen, den Teil des Stickstoff-Gases im ge­ mischten Gas auf 2 bis 70 Mol-% einzustellen. Da das Stickstoff-Gas eine höhere spezifische Wärme bzw. Wärme­ kapazität als Argon-Gas besitzt, wird eine notwendige Wärmemenge für Kühlgas groß, wenn der Teil des Stick­ stoff-Gases groß gemacht wird. Daher wird der Teil des Stickstoff-Gases geringer eingestellt. Da zusätzlich die Verflüssigungstemperatur von Stickstoff niedriger als von Argon ist, falls Stickstoff-Gas, auch wenn es an Menge gering ist, im gemischten Gas enthalten ist, wird einiges Trägergas übrig gelassen, auch wenn das gemischte Gas zu stark gekühlt wird.

Wenn das gemischte Gas aus der Düseneinheit 10 in die Va­ kuumkammer 11 ausgestoßen wird, senkt sich sein Druck schnell und das gemischte Gas expandiert adiabatisch. Da­ her senkt sich die Temperatur des gemischten Gases schnell und feine Tropfen werden zu feinen Argon-Par­ tikeln, wobei zumindest deren Oberflächen verfestigt sind.

In der obigen Weise wird ein Strömungsmittel, welches ei­ ne Anzahl von feinen Argon-Partikeln enthält, aus der Oberfläche eines Werkstückes 12 ausgestoßen bzw. von ihr abgelöst und die Oberfläche des Werkstückes kann wir­ kungsvoll gereinigt werden.

Die Vakuumkammer 11 ist über ein Flußratensteuerventil 13 mit einem nicht dargestellten Vakuumauslaß bzw. einer Va­ kuumpumpe verbunden. Eine Druckmeßvorrichtung bzw. ein Drucksensor 14 ist mit der Vakuumkammer 11 verbunden und ein Signal, welches einen mit der Druckmeßvorrichtung 14 detektierten Druck entspricht, wird an eine Drucksteuer­ vorrichtung 15 geliefert.

Die Drucksteuervorrichtung 15 steuert das Flußratensteu­ erventil 13 gemäß des detektierten Druckes. Vakuumauslaß- bzw. Vakuumpumpenmittel, die das Flußratensteuerventil 13, die Druckmeßvorrichtung 14 und die Drucksteuervor­ richtung 15 aufweisen, halten das Innere der Vakuumkammer 11 auf einem verringerten Druck.

Es wird bevorzugt, daß das Drucksteuerventil 13 den Druck in der Vakuumkammer 11 in einem Bereich eines Druckes von 0,2 Atmosphären oder höher bis 0,7 Atmosphären oder nied­ riger, was den Absolutdruck betrifft, steuert. Ins­ besondere wird bevorzugt, daß der Druck auf einen Trip­ elpunkt (Druck von 0,68 Atmosphären) von Argon oder nie­ driger eingestellt wird. Ein ordnungsgemäßer Druck in der Düseneinheit 10 wird aus dem Druck in der Vakuumkammer 11 bestimmt und wird vorzugsweise, was den absoluten Druck betrifft, auf einen Druck von 3 bis 7 Atmosphären einge­ stellt.

Wenn eine Druckdifferenz zwischen der Düseneinheit 10 und der Vakuumkammer 11 gering ist, kann keine hohe Reini­ gungsleistung erreicht werden. Wenn die Druckdifferenz angehoben wird, wird die Reinigungsleistung allmählich verbessert. Wenn die Druckdifferenz zu groß gemacht wird, diffundieren bzw. verteilen sich die aus der Düseneinheit 10 ausgestoßenen feinen Argon-Partikel in der Vakuumkam­ mer 11 und hängen bzw. bleiben darin, so daß die Reini­ gungsleistung verringert wird.

Der Grund für dies kann wie im folgenden beschrieben wer­ den.

Wenn eine Druckdifferenz gering ist, ist das Ausmaß einer adiabatischen Expansion des gemischten Gases gering. Es wird daher in Betracht gezogen, daß feine Argon-Tropfen nicht verfestigt sind und mit der Reinigungsoberfläche kollidieren. Die Reinigungsleistung ist in diesem Zustand gering. Wenn eine Druckdifferenz zu groß ist, wird das Ausmaß der adiabatischen Expansion des gemischten Gases groß und die Temperatur des gemischten Gases senkt sich sehr. Es wird daher in Betracht gezogen, daß feine Argon-Tropfen fast bis zu ihrer Mitte verfestigt sind, und daß die festen Partikel, die mit der Reinigungsoberfläche kollidieren, elastisch zurückgestoßen werden. Die Reini­ gungsleistung in diesem Zustand ist auch gering.

Wenn eine Druckdifferenz ordnungsgemäß ist, kann ange­ nommen werden, daß nur die Oberfläche der feinen Argon-Tropfen verfestigt ist, und daß die Innenseiten davon in einer flüssigen Phase sind. Wenn die feinen Argon-Parti­ kel Hüllen besitzen, die nur an ihrer Oberfläche gebildet sind, werden diese Hüllen bei einer Kollision mit der Reinigungsoberfläche bzw. der zu reinigenden Oberfläche aufgebrochen und werden nicht elastisch zurückgestoßen.

Es kann daher in Betracht gezogen werden, daß die Reini­ gungsleistung verbessert wird.

Wenn der Druck in der Vakuumkammer 11 gleich oder nie­ driger dem Tripel-Punkt von Argon ist, existiert kein Ar­ gon in der flüssigen Phase, so daß zumindest die Ober­ flächen der feinen Argon-Tropfen verfestigt sind. Durch Einstellen des Druckes in der Vakuumkammer 11 auf den Trippelpunkt von Argon oder niedriger wird es leicht, die feinen Argon-Tropfen zu steuern, so daß sie zu feinen Ar­ gon-Partikeln mit Schalen werden.

Es wird bevorzugt, die Atmosphäre im Reinigungssystem über ein Ventil 17 zu evakuieren, welches mit dem Rohr 21 verbunden ist, und zwar vor dem Einleiten des Gases in das System, um die Mischung bzw. Zumischung von Verunrei­ nigungsgas zu vermeiden. Es wird auch bevorzugt, das ge­ mischte Gas durch Öffnen eines Ventils 17 zu entlüften, nachdem der Systemlauf angehalten wird.

Da der Druck stromaufwärts der Düseneinheit 10 im all­ gemeinen konstant gehalten wird, kann die Druckmeßvor­ richtung 8 stromaufwärts des Kühlers 6 angeordnet sein.

In der obigen Beschreibung wird gemischtes Gas aus Argon-Gas und Stickstoff-Gas verwendet, das Argon-Gas wird ver­ flüssigt und feine Tropfen werden in das Stickstoff-Gas oder gemischte Gas eingeleitet. An Stelle des gemischten Gases kann nur Argon-Gas verwendet werden.

In diesem Fall wird ein Teil des Argon-Gases in feine Tropfen umgewandelt, wenn es durch den Kühler 6 hindurch­ geht und es schwebt im restlichen Argon Gas. Daher kann Argon-Gas von einigen Prozent bis 100% als das Reini­ gungsgas verwendet werden. Flüssigkeit anstelle von Trop­ fen kann im unteren Teil der Düseneinheit bleiben. Diese Flüssigkeit wird zu Tropfen, wenn die Flüssigkeit genauso wie das Gas aus der Düseneinheit ausgestoßen wird.

Das Werkstück 12 in der Vakuumkammer 11 kann erhitzt wer­ den. Wenn das feine Argon-Tropfen enthaltende Gas aus der Düseneinheit 10 ausgestoßen wird, werden zumindest die Oberflächen der feinen Tropfen verfestigt und diese Trop­ fen kollidieren mit dem Werkstück 12. Wenn die Temperatur des Werkstückes um einige Grad angehoben wird, verdampfen schnell feine Argon-Partikel oder Tropfen, die an der Oberfläche des Werkstücks haften.

In der obigen Weise können sowohl die Sandstrahleffekte als auch die Verdampfung der Partikel zur Reinigung ver­ wendet werden. Die Durchmesser der feinen Argon-Partikel können durch Einstellen des Argon-Gasteils und Druckes, einer Kühlfähigkeit, einer Kühltemperatur und ähnlichem gesteuert werden.

Ein Kühler wird in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ver­ wendet. Zwei oder mehrere Kühler können verwendet werden. Verunreinigungs- bzw. unreines Gas kann in einem Kühler der ersten Stufe entfernt werden und Argon kann in einem Kühler der zweiten Stufe verflüssigt werden.

Fig. 3 ist eine Querschnittsdraufsicht eines Wafer-Rei­ nigungssystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der Er­ findung. Das Wafer-Reinigungssystem wird durch folgendes gebildet: eine Reinigungskammer 30, eine Pufferkammer 40, eine Roboterkammer 50, eine Wafer-Ladekammer 60 und eine Wafer-Entladekammer 70. Die Reinigungskammer 30 und die Pufferkammer 40 sind durch ein Torventil 81 aufgeteilt, die Pufferkammer 40 und die Roboterkammer 50 sind durch ein Torventil 82 aufgeteilt, die Roboterkammer 50 und die Wafer-Ladekammer 60 sind durch ein Torventil 83 aufge­ teilt, und die Roboterkammer 50 und die Wafer-Entladekam­ mer 70 sind durch ein Torventil 84 aufgeteilt. Das Innere jeder Kammer ist mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe über ein Ventil verbunden und kann unabhängig evakuiert werden.

Ein Düsenkopf 31 aus einem geraden Rohr, welches aus rei­ nem Aluminium hergestellt ist, ist am Inneren der Reini­ gungskammer 30 montiert. Die Seitenwand des Düsenkopfes 31 ist mit einer Vielzahl von Düsenlöchern 32 in Axial­ richtung ausgebildet. Die Düsenlöcher 32 sind durch­ gehende bzw. Durchgangslöcher, die in der Seitenwand des Düsenkopfes 31 ausgebildet sind. Ein kleines Rohr aus Aluminium oder Saphir kann in das Durchgangsloch einge­ setzt werden, um jedes Düsenloch 32 zu formen. Gas, wel­ ches feine Argon-Tropfen enthält, wird an den Düsenkopf 31, wie in Fig. 1 beschrieben, geliefert. Das Gas, wel­ ches in den Düsenkopf 31 geliefert wird, wird aus den Dü­ senlöchern 32 in die Reinigungskammer 30 ausgestoßen. Dieses Mal expandiert das Gas adiabatisch und wird ge­ kühlt, um feine Argon-Partikel zu bilden.

Ein Flußratensteuermechanismus 33 ist an der Endwand der Reinigungskammer 30 montiert und kann das Innere der Rei­ nigungskammer 30 durch Evakuierung steuern, um einen ge­ wünschten Druck zu haben.

Türen 61 und 71 sind an den Wafer-Lade- und -Entladekam­ mern 60 und 70 montiert. Durch Öffnen der Türen 61 und 71 können Wafer-Träger, die Wafer halten, geladen oder ent­ laden werden. Ein zu reinigender Wafer 62 wird durch ei­ nen Wafer-Träger 63 gehalten und in der Wafer-Ladekammer 60 angeordnet. Ein gereinigter Wafer wird nacheinander in einem Wafer-Träger 73 aufgenommen, der in der Wafer-Entladekammer 70 angeordnet ist.

Ein Roboterarm 51 zum Transportieren eines Wafers ist in der Roboterkammer 50 aufgenommen. Der Roboterarm 51 wird durch einen ersten Arm 51A gebildet, der auf einer Dreh­ welle 52 mit einem Hebemechanismus montiert ist, durch einen zweiten Arm 51B, der am äußersten Ende des ersten Arms 51A montiert ist, und durch einem Armkopf 51C, der am äußersten Ende des zweiten Arms 51B montiert ist. Der Roboterarm 51 kann seinen Armkopf 51C über die Drehwelle 52 durch Biegen jedes Verbindungspunktes zwischen den Ar­ men bewegen. Durch Expandieren bzw. Ausfahren und Kontra­ hieren bzw. Einfahren des Verbindungspunktes eines jeden Arms um die Drehwelle 52 kann sich der Armkopf 51C in die Pufferkammer 40, die Wafer-Ladekammer 60 oder die Wafer-Entladekammer 70 bewegen.

Der Roboterarm 51 kann linear auf- und abbewegt werden (in Richtung senkrecht zur Oberfläche eines Zeichnungs­ blattes). Durch Bewegen des Armkopfes 51 unter einen Wa­ fer in der Wafer-Ladekammer 60 oder der Pufferkammer 40 und durch Heben des Armkopfes 51C kann der Wafer auf dem Armkopf 51C angeordnet werden. Anders kann durch Anordnen eines Wafers auf dem Armkopf 51C, durch Bewegen des Arm­ kopfes 51C über die Position, wo der Wafer in der Wafer-Entladekammer 60 oder der Pufferkammer 40 gehalten wird, und durch Senken des Armkopfes 51C der Wafer in einer vorbestimmten Position angeordnet werden.

Ein Wafer-Halter 41 und eine Pufferplatte 42 sind in der Pufferkammer 40 angeordnet. Der Wafer-Halter 41 wird in der Pufferkammer 40 durch eine Lagerungs- bzw. Tragwelle 45 getragen. Die Tragwelle 45 ist mit einer Antriebswelle 48 über den unteren Teil der Pufferkammer 40 gekoppelt. Die Antriebswelle 48 empfängt eine Antriebskraft von ei­ nem Kugelgewindemechanismus 49 und wird linear in seit­ licher Richtung, wie in Fig. 3 gezeigt, bewegt. Wenn die Antriebswelle linear in der seitlichen Richtung bewegt wird, können die Tragwelle 45 und der Wafer-Halter 41 in der seitlichen Richtung bewegt werden. Die Antriebswelle 48 ist luftdicht mit der Pufferkammer durch Faltenbälge gekoppelt. Fig. 3 zeigt den Wafer-Halter 41 in einer Home- bzw. Anfangsposition der Pufferkammer 40.

Der Wafer-Halter 41 hält einen Wafer und bewegt sich nach rechts, wie in Fig. 3 gezeigt, in die Reinigungskammer 30 in die Position, wo der Wafer rechts des Düsenkopfes 31 angeordnet ist. Nachdem der Wafer in die Reinigungskammer 30 transportiert wird, bewegt sich der Wafer-Halter 41 allmählich nach links, während er sich auf und ab hin- und herbewegt, wie in Fig. 3 gezeigt. Zu dieser Zeit wird Gas, welches feine Argon-Partikel enthält, die aus einer Vielzahl von Düsenlöchern 32 des Düsenkopfes 31 ausge­ stoßen werden, auf die Oberfläche des Wafers geblasen, um ihn zu reinigen. Die Amplitude der Hin- und Herbewegung des Wafer-Halters 41 während der Reinigung wird größer eingestellt als die Höhe der Düsenlöcher 32 und die Bewe­ gungsgeschwindigkeit nach links wird ordnungsgemäß einge­ stellt, so daß die gesamte Oberfläche des Wafers gerei­ nigt werden kann. Der Wafer-Haltemechanismus des Wafer-Halters 41 wird später im Detail mit Bezug auf Fig. 9 be­ schrieben.

Die Pufferplatte 42 wird verwendet, um zeitweise einen Wafer zu halten, wenn der Wafer vom Armkopf 51C zum Wa­ fer-Halter 41 oder vom Wafer-Halter 41 zum Armkopf 51C transportiert wird. Die Pufferplatte 42 besitzt zwei Stu­ fen, um zwei Wafer gleichzeitig zu halten. Ein Wafer-Transportverfahren in der Pufferkammer 40 wird später mit Bezug auf die Fig. 7A bis 8I im Detail beschrieben wer­ den.

Als nächstes wird das Wafer-Reinigungsverfahren mit dem in Fig. 3 gezeigten Reinigungssystem beschrieben werden.

Zuerst werden die Tür- bzw. Torventile 81 bis 84 ge­ schlossen und die Pufferkammer 40 und die Roboterkammer 50 werden auf einen Druck von 100 mTorr oder geringer evakuiert. Während feine Argon-Partikel enthaltendes Gas aus dem Düsenkopf 31 in die Reinigungskammer 30 ausge­ stoßen wird, wird die Reinigungskammer 30 auf einen Druck von 0,3 bis 0,7 Atmosphären evakuiert. Ein Wafer-Träger 63 mit einer Vielzahl von noch nicht gereinigten Wafern 62 wird in der Wafer-Ladekammer 60 angeordnet. Ein leerer Wafer-Träger 73 wird in der Wafer-Entladekammer 70 ange­ ordnet. Die Wafer-Lade- und -Entladekammern 60 und 70 werden auf einen Druck von 100 mTorr oder geringer evaku­ iert.

Das Torventil 83 wird geöffnet, um den Armkopf 51C in die Wafer-Ladekammer 60 zu bewegen und der noch nicht gerei­ nigte Wafer 62 wird auf dem Armkopf 51C angeordnet. Durch Einfahren des Roboterarms 51 wird der Wafer von der Wa­ fer-Ladekammer 60 in die Roboterkammer 50 transportiert. Das Torventil 83 wird danach geschlossen.

Das Torventil 82 wird geöffnet, um den Armkopf 51C in die Pufferkammer 40 zu bewegen und der vom Armkopf 51C gehal­ tene Wafer wird über die Pufferplatte 42 zum Wafer-Halter 41 transportiert. Wenn ein gereinigter Wafer von der Puf­ ferplatte 42 gehalten wird, wird er zum Armkopf 51C transportiert, welcher den gereinigten Wafer von der Puf­ ferkammer 40 in die Roboterkammer 50 transportiert. Das Torventil 82 wird danach geschlossen.

Stickstoff-Gas wird in die Pufferkammer 40 eingeleitet und der Druck in der Pufferkammer 40 wird nahezu gleich dem in der Reinigungskammer 30 eingestellt. Nachdem die Drüc­ ke in der Pufferkammer 40 und der Reinigungskammer 30 na­ hezu gleich eingestellt sind, wird das Torventil 81 ge­ öffnet. Da die Drücke in der Pufferkammer 40 und der Rei­ nigungskammer 30 nahezu gleich sind, wird keine turbu­ lente Gasbewegung auftreten, auch wenn das Torventil 81 geöffnet wird. Daher ist es möglich, zu verhindern, daß an den Innenwänden der Kammer anhaftende Partikel wegge­ blasen bzw. gerissen werden, und am Wafer anhaften.

Der Wafer-Halter 41 wird nach rechts, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, bewegt, um den Wafer in die Reinigungskammer zu transportieren. Der Wafer-Halter wird allmählich nach links bewegt, während er auf und ab hin- und herbewegt wird, wie in Fig. 3 gezeigt. Zu dieser Zeit wird feine Argon-Partikel enthaltendes Gas aus den Düsenlöchern 32 auf die Wafer-Oberfläche geblasen, um sie zu reinigen. Nach der Reinigung wird der Wafer-Halter 41 in der Puf­ ferkammer 40 aufgenommen und das Torventil 81 wird ge­ schlossen. Die Pufferkammer 40 wird auf einen Druck von 100 mTorr oder niedriger evakuiert und der gereinigte Wa­ fer wird vom Wafer-Halter 41 zur Pufferplatte 42 trans­ portiert.

Parallel mit der Wafer-Reinigung nimmt der Roboterarm 51 einen gereinigten Wafer im Wafer-Träger 73 in der Wafer-Entladekammer 70 auf. Der Roboterarm 51 nimmt einen näch­ sten zu reinigenden Wafer aus der Wafer-Ladekammer 60 auf und transportiert ihn in die Roboterkammer 50.

Nachdem das Torventil 82 geöffnet ist, wird der zu rei­ nigende und vom Roboterarm 51 gehaltene Wafer auf den Wa­ fer-Halter 41 übertragen. Der gereinigte von der Puf­ ferplatte 42 gehaltene Wafer wird zum Armkopf 51C und zur Roboterkammer 50 transportiert.

Die obigen Prozesse werden wiederholt, um aufeinanderfol­ gend eine Vielzahl von Wafern zu reinigen.

Bei den obigen Prozessen wird Stickstoff-Gas in die Puf­ ferkammer 40 eingeleitet, um die Drücke in der Puffer­ kammer 40 und der Reinigungskammer 30 gleich zu machen. Anstelle Stickstoff-Gas einzuleiten, kann ein anderes Verfahren verwendet werden, wobei der Vakuumgrad der Rei­ nigungskammer 30 im allgemeinen auf den Vakuumgrad in der Pufferkammer angehoben wird. Um den Vakuumgrad in der Reinigungskammer anzuheben, ist es notwendig, die Liefe­ rung von feinen Argon-Partikeln enthaltendem Gas, welches aus dem Düsenkopf 31 ausgestoßen werden soll, zu stoppen. Wenn die Gaslieferung gestoppt wird, senkt sich der Druck im Düsenkopf 31 abrupt und das Gas im Düsenkopf 31 expan­ diert adiabatisch. Diese adiabatische Expansion senkt die Temperatur schnell und verfestigt das Argon im Düsenkopf 31.

Festes Argon, welches im Düsenkopf 31 erzeugt wird, ist schwer zu zerstören bzw. zu degradieren (decay). Festes Argon kann an die Düsenlöcher 32 stoßen. Die Temperatur-, Druck- und ähnliche Zustände im Düsenkopf 31 für die nächste Reinigung werden schwierig einzustellen. Daher ist eine Anhebung des Vakuumgrades in der Reinigungskam­ mer 30, um eine Druckdifferenz zwischen der Pufferkammer 40 und der Reinigungskammer 30 zu eliminieren, nicht be­ vorzugt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Reinigungskammer 30 nicht direkt mit der Roboterkammer 50 verbunden, jedoch sind sie indirekt über die Pufferkammer 40 gekoppelt. Es ist daher möglich, einen Wafer zwischen der Reinigungskammer 30 und der Roboterkammer 50 zu transportieren, ohne die Reinigungskammer 30 auf einen hohen Vakuumgrad zu evaku­ ieren.

In dem mit Fig. 3 beschriebenen Prozeß wird eine Ober­ flächenreinigung durch Ausstoßen eines feine Argon-Partikel enthaltenden Strömungsmittel in die Reinigungs­ kammer 30 ausgeführt. Die Effekte der Pufferkammer 40 sind nicht nur auf die Oberflächenreinigung begrenzt, sondern die Pufferkammer 40 ist zur Verarbeitung bzw. zum Betrieb der Reinigungskammer 30 in einer Atmosphäre mit verringertem Druck wirksam. Die Pufferkammer 40 ist ins­ besondere in dem Fall wirksam, daß der Druck in der Robo­ terkammer 50 von dem in der Reinigungskammer 30 unter­ schiedlich ist. Die Roboterkammer 50 wird mit einer ge­ wöhnlichen Vakuumpumpe auf ungefähr 100 mTorr oder nied­ riger evakuiert. Daher ist die Roboterkammer 50 sehr wirksam, um in eine Atmosphäre mit reduziertem Druck in einem Bereich von ungefähr 100 mTorr oder höher bis auf atmosphärischem Druck oder niedriger zu arbeiten.

Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 4 die Struktur der Reinigungskammer beschrieben werden.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich­ punktlinie A-A der Fig. 3. Die Reinigungskammer 30 ist hauptsächlich durch eine Hauptkammer 34, eine Zusatz­ kammer 35 und eine Wärmeabschirmkammer 36 gebildet. Eine Außenwand 100 definiert die Hauptkammer 34 und die Wärme­ abschirmkammer 36. Die Hauptkammer 34 und die Wärmeab­ schirmkammer 36 werden durch eine Wärmeabschirmplatte 101 getrennt. Obwohl die Wärmeabschirmplatte 101 so angeord­ net werden kann, daß sie den gesamten Umfang der Haupt­ kammer 34 umgibt, ist sie nur am Seitenteil und am unte­ ren Teil der Hauptkammer 34, wie in Fig. 4 gezeigt, ange­ ordnet. Daher ist der obere Teil der Hauptkammer 34 von einer Atmosphäre mit atmosphärischem Druck nur durch die Außenwand 100 getrennt.

In der Außenwand 100 und der Seitenwand der Wärmeab­ schirmplatte 101 auf der Seite der Pufferkammer 40 ist ein schlitzförmiges Durchgangsloch 102 gebildet. Ein ähn­ liches Durchgangsloch 48 ist auch in der Seitenwand der Wärmeabschirmplatte auf der Seite der Pufferkammer 40 ausgebildet. Die Pufferkammer 40 und die Hauptkammer 34 stehen miteinander über die Durchgangslöcher 102 und 48 in Verbindung. Ein Torventil 81 ist zwischen der Außen­ wand 100 und der Seitenwand der Pufferkammer 40 an­ geordnet. Da das Torventil 81 das Durchgangsloch 48 bloc­ kiert, können die Hauptkammer 34 und die Pufferkammer 40 getrennt werden.

Die Zusatzkammer 35 ist an der Position angeordnet, die zur Pufferkammer 40 hinweist, wobei die Hauptkammer 34 dazwischen angeordnet ist. Die Zusatzkammer 35 ist ein Hohlraum, der durch eine kastenförmige Zusatzkammerwand 103 mit nur einer Öffnung an der Seite der Hauptkammer 34 definiert ist. Zur Reinigung wird ein Wafer von der Puf­ ferkammer 40 über die Durchgangslöcher 48 und 102 und die Hauptkammer 34 in die Zusatzkammer 35 geladen.

Der Düsenkopf 31 ist in der Hauptkammer 34 an der Posi­ tion montiert, die geringfügig höher ist als das Durch­ gangsloch 102. Ein feine Argon-Partikel enthaltendes Gas wird aus den Düsenlöchern 32 des Düsenkopfes 31 ausge­ stoßen, und zwar schräg nach unten von der Seite des Durchgangslochs 102 zur Seite der Zusatzkammer 35. Zwi­ schen dem Düsenkopf 31 und einem Wafer-Durchlaß sind Ab­ schirmplatten 107 und 108 montiert, um den Außen­ umfangsteil eines aus den Düsenlöchern 32 ausgestoßenen Gasflusses abzuschirmen. Nur ein Gasfluß, der am Mittel­ teil nicht von den Abschirmplatten 107 und 108 ab­ geschirmt wird, kollidiert mit der Wafer-Oberfläche. Wenn ein Wafer nicht in die Reinigungskammer 30 transportiert wird, kollidiert der aus den Düsenlöchern 32 ausgestoßene Gasfluß mit der Wärmeabschirmplatte 101. Die Struktur und die Effekte der Abschirmplatten 107 und 108 werden später mit Bezug auf die Fig. 12A und 12B im Detail beschrieben.

Eine Außenwand 106, die luftdicht an der Außenwand 100 montiert ist, umgibt den Umfang der Zusatzkammerwand 103. Im Hohlraum zwischen der Außenwand 106 und der Zusatzkam­ merwand 103 ist eine Gasflußpfad-Trennungsplatte 104 an­ geordnet. Zwischen der Gasfluß-Trennungsplatte 104 und der Zusatzkammerwand 103 ist ein Gasflußpfad bzw. -weg 37 definiert, und zwischen der Gasflußpfad-Trennungsplatte 104 und der Außenwand 106 ist ein Gasflußpfad bzw. -weg 39 definiert.

Das Ende der Gasflußpfad-Trennungsplatte 104 auf der Sei­ te der Hauptkammer 34 ist in engem Kontakt mit der Wärme­ abschirmplatte 101. Der Gasflußpfad 37 steht mit der Hauptkammer 34 über einen Spalt 109 in Verbindung, der zwischen der Wärmeabschirmplatte 101 und der Zusatzkam­ merwand 103 ausgebildet ist. Der Gasflußpfad 39 steht in Verbindung mit der Wärmeabschirmkammer 36, und zwar über einen Spalt 110, der zwischen der Außenwand 100 und der Zusatzkammerwand 103 ausgebildet ist.

Das Ende der Gasflußpfad-Trennungsplatte 104 auf der ent­ gegengesetzten Seite der Hauptkammer 34 ist an einem zy­ lindrischen Gasflußpfad-Trennungsrohr 105 montiert. Der Kopf des Gasflußpfad-Trennungsrohrs 105 wird in den Fluß­ ratensteuermechanismus 33 eingefügt. Die Hauptkammer 34 ist mit dem Flußratensteuermechanismus 33 über den Gas­ flußpfad 37 und die inneren Hohlräume des Gasfluß-Tren­ nungsrohrs 105 verbunden. Die Wärmeabschrimungskammer 36 ist mit dem Flußratensteuermechanismus 33 über den Gas­ flußpfad 39 und die äußeren Hohlräume des Gasflußpfad- Trennungsrohrs 105 verbunden.

Der Gasflußsteuermechanismus 33 wird durch ein äußeres Rohr bzw. Außenrohr 120, eine Nadel 121, ein Auslaßrohr 122 und einen Nadelantriebsmechanismus 123 gebildet. Ein Ende des Außenrohrs 120 ist luftdicht an der Außenwand 106 montiert, so daß der Kopf des Gasflußpfad-Trennungs­ rohrs 105 in das Außenrohr eingesetzt werden kann. Die Gasflußpfade 37 und 39 stehen mit dem inneren Hohlraum des Außenrohrs 120 über die inneren und äußeren Hohlräume des Gasflußpfad-Trennungsrohrs 105 in Verbindung.

Die Nadel 121, die in den inneren Hohlraum des Außenrohrs 120 eingesetzt wird, besitzt einen Stangenteil mit gerin­ gem Durchmesser, einen Stangenteil mit mittlerem Durch­ messer und einen Stangenteil mit großem Durchmesser. Die Durchmesseränderungsteile der Nadel 121 und die Spitze des Stangenteils mit kleinem Durchmesser sind mit Verjün­ gungen ausgebildet. Der Nadelantriebsmechanismus 123 be­ wegt die Nadel 121 in Axialrichtung und steuert die Ein­ schub- bzw. Einsetztiefe in das Außenrohr 120. Ein Ende des Auslaßrohrs 122 ist mit der Seitenwand des Außenrohrs 120 verbunden, und das Innere des Außenrohrs 120 wird über das Auslaßrohr 122 ausgestoßen bzw. abgelassen. Durch Verändern der Einschubtiefe der Nadel 121 kann die Leitungsfähigkeit eines Gasflußpfades verändert werden und die Auslaß- bzw. Abgasflußrate kann gesteuert werden. Der Flußratensteuermechanismus 33 wird später mit Bezug auf die Fig. 5A bis 6 im Detail beschrieben werden.

Als nächstes wird ein Wafer-Reinigungsverfahren beschrie­ ben werden, welches der Reinigungskammer 30 Beachtung schenkt.

Feine Argon-Partikel enthaltendes Gas wird aus dem Dü­ senkopf 31 ausgestoßen, um das Innere der Hauptkammer 34 zu kühlen, und um die Temperatur in der Hauptkammer 34 in einen stetigen Zustand eintreten zu lassen. Gas und feine Argon-Partikel, die aus dem Düsenkopf 31 ausgestoßen wer­ den, werden nach außen über das Gas 109 und den Gas­ flußpfad 37 ausgestoßen bzw. abgelassen.

Da feine Argon-Partikel mit der Wärmeabschirmplatte 101 kollidieren, wird diese Platte auf ungefähr einen Ver­ flüssigungspunkt von Argon abgekühlt. Da die Wärmeab­ schirmkammer 101 auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird, ist es schwierig, die Koppeloberflächen zwischen der Wärmeabschirmplatte 101 und der Außenwand 100 luft­ dicht unter Verwendung eines O-Rings oder ähnlichem zu machen. In der in Fig. 4 gezeigten Struktur sind die Wär­ meabschirmplatte 101 und die Außenwand 100 in direktem Kontakt miteinander gebracht, und zwar ohne Verwendung eines O-Rings oder ähnlichem. Daher leckt ein Teil des Gases aus der Hauptkammer 34 in die Wärmeabschirmkammer 36 über diese Koppelungsoberflächen. Das Gas, welches in die Wärmeabschirmkammer 36 geleckt ist, wird nach außen über den Spalt 110 und den Gasflußpfad 39 ausgelassen.

Der Flußratensteuermechanismus 33 steuert die Drücke in der Hauptkammer 34 und in der Wärmeabschirmkammer 36, so daß sie einen Druck von 0,3 bis 0,7 Atmosphären bzw. 0,2 bis 0,6 Atmosphären aufweisen. Der Grund, warum der Druck in der Wärmeabschirmkammer 36 niedriger eingestellt wird als der in der Hauptkammer 34, ist es, Gas in der Wärme­ abschirmkammer 36 davon abzuhalten, in die Hauptkammer 34 zurückzufließen.

Ein Wafer wird vom mit Fig. 3 beschriebenen Wafer-Halter 41 gehalten und wird von der Pufferkammer 40 in die Zu­ satzkammer 35 über die Durchgangslöcher 48 und 102 trans­ portiert. Der in die Zusatzkammer 35 transportierte Wafer wird unter den Abschirmplatten 107 und 108 der Hauptkam­ mer 34 bewegt und wird in die Pufferkammer 40 zurückge­ bracht. Wenn sich der Wafer unter den Abschirmplatten 107 und 108 bewegt, kollidiert ein Gasfluß, der feine Argon-Partikel enthält, mit der Wafer-Oberfläche, um sie zu reinigen.

Um die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, daß die Innenseite der Hauptkammer 34 auf einen stationären Zu­ stand abgekühlt wird, ist es vorzuziehen, die Wärmekapa­ zität der Wärmeabschirmplatte 101 so gering wie möglich zu machen. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Alumi­ niumplatte von 5 mm Dicke als die Wärmeabschirmplatte 101 verwendet.

Um die Wärmeabschirmeffekte der Wärmeabschirmkammer zu verbessern, ist es vorzuziehen, das Innere der Wärmeab­ schirmkammer 36 auf einen so hohen Vakuumgrad wie möglich zu bringen. Um eine große Druckdifferenz zwischen der Hauptkammer 34 und der Wärmeabschirmkammer 36 einzurich­ ten, ist es erforderlich, daß die Wärmeabschirmplatte 101 große mechanische Festigkeit besitzt. Es ist nicht vorzu­ ziehen, die mechanische Festigkeit durch Dickermachen der Wärmeabschirmplatte 101 zu vergrößern, da die Wärmekapa­ zität groß wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird daher eine Druckdifferenz zwischen der Hauptkammer 34 und der Wärmeabschirmkammer 36 auf einen Druck von ungefähr 0,1 Atmosphären eingestellt.

Wenn die Temperatur der Außenoberfläche der Außenwand 100 sinkt, kondensiert Wasser an der Oberfläche. Wenn die Temperatur weiter sinkt, haftet Frost an der Oberfläche. Um die Kondensation von Wasser zu vermeiden, ist es vor­ zuziehen, die Außenwand 100 dicker zu machen und eine große Temperaturdifferenz zwischen den Außen- und Innen­ flächen der Außenwand 100 zu haben. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Dicke der Außenwand 100 auf 20 mm eingestellt.

Bei der Beschreibung der Fig. 4 wird feine Argon-Partikel enthaltendes Strömungsmittel in die Hauptkammer 34 aus­ gestoßen. Die Effekte der Wärmeabschirmplatte 101 sind nicht auf das Ausstoßen von feinen Argon-Partikeln be­ grenzt. Die Effekte der Wärmeabschirmplatte 101 können auch für jenen Fall erwartet werden bzw. auftreten, in dem andere Strömungsmittel mit niedriger Temperatur aus­ gestoßen werden.

Als nächstes wird die Struktur und der Betrieb des Fluß­ ratensteuermechanismus 33 mit Bezug auf die Fig. 5A und 5B beschrieben werden.

Die Fig. 5A und 5B sind Querschnittsansichten des Fluß­ ratensteuermechanismus 33. Der Flußratensteuermechanismus 33 wird durch das zylindrische Außenrohr 120, die Nadel 121 und das Auslaßrohr 122 gebildet.

Ein Ende des Außenrohrs 120 ist luftdicht an der Außen­ wand 106 der Reinigungskammer montiert und der Innenhohl­ raum des Außenrohrs 120 steht mit dem Inneren der Reini­ gungskammer in Verbindung. Das Gasfluß-Trennungsrohr 105 wird in den Innenhohlraum des Außenrohrs von einem seiner Enden eingesetzt. Ein Gasflußpfad 37A im Gasflußpfad- Trennungsrohr 105 steht mit der Hauptkammer 34 über den Gasflußpfad 37, wie in Fig. 4 beschrieben, in Verbindung. Ein zylindrischer Gasflußpfad 39A, der zwischen dem Au­ ßenumfang des Gasflußpad-Trennungsrohrs 105 und dem In­ nenumfang des Außenrohrs 120 ausgebildet ist, steht mit der Wärmeabschirmkammer 36 über den Gasflußpfad 39 in Verbindung.

Ein Ende des Auslaßrohrs 122 ist an der Seitenwand des Außenrohrs 120 montiert und das andere Ende ist mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe verbunden. Der Innenhohl­ raum des Außenrohrs 120 kann durch das Auslaß- bzw. Ab­ gasrohr 122 evakuiert werden.

Ein Teil 124 mit kleinem Durchmesser ist an der Innenwand des Außenrohrs 120 ausgebildet, und zwar im Bereich zwi­ schen dem Kopf des Gasflußpfad-Trennungsrohrs 105 und der Koppelungsposition zwischen dem Auslaßrohr 122 und dem Außenrohr 120.

Die Nadel 122 wird durch einen Stangenteil 121A mit ge­ ringem Durchmesser, durch einen Stangenteil 121B mit mittlerem Durchmesser, durch einen Stangenteil 121C mit großen Durchmesser und durch diese verbindende Verjün­ gungsteile gebildet. Der Außendurchmesser des Stangen­ teils 121A mit kleinem Durchmesser ist geringfügig klei­ ner als der Innendurchmesser des Gasflußpfad-Trennungs­ rohrs 105, der Außendurchmesser des Stangenteils 121B mit mittlerem Durchmesser ist geringfügig kleiner als der In­ nendurchmesser des Teils 124 mit kleinem Durchmesser, und der Außendurchmesser des Stangenteils 121C mit großem Durchmesser ist geringfügig kleiner als der Innendurch­ messer des Außenrohrs 121.

Wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt, wird die Nadel in das Außenrohr 120 eingeschoben, und zwar beginnend vom Ende des Stangenteils 121A mit kleinem Durchmesser. Der in Fig. 4 gezeigte Nadelantriebsmechanismus 123 steuert die Einschubtiefe der Nadel 121. Fig. 5A zeigt die Nadel 121 als geringfügig in das Außenrohr 120 eingeschoben, und Fig. 5B zeigt die Nadel 121 als tief in das Außenrohr 120 eingeschoben. Wie in Fig. 5B gezeigt, wird die Nadel 121 tief in das Außenrohr 120 eingeschoben, der Stangenteil 121A mit kleinem Durchmesser wird in den Gasflußpfad 37A des Gasflußpfad-Trennungsrohrs 105 eingeschoben, und ein Teil des Stangenteils 121B mit mittlerem Durchmesser auf der Kopfseite wird in den Teil 124 mit kleinem Durchmes­ ser eingeschoben.

Wie in Fig. 5A gezeigt, wenn die Einschubtiefe der Nadel 121 gering ist, und der Stangenteil 121A mit kleinem Durchmesser nicht in das Gasflußpfad-Trennungsrohr 105 eingeschoben ist, stehen sowohl die Gasflußpfade 37A als auch 39A mit dem Auslaßrohr 122 in Verbindung, und zwar über den Spalt, der zwischen der Nadel 121 und der In­ nenfläche des Außenrohrs 120 ausgebildet ist. Wie oben sind relativ breite Gasflußpfade zwischen dem Gasflußpfad 37A und dem Auslaßrohr 122 und zwischen dem Gasflußpfad 39A und dem Auslaßrohr 122 gebildet und die Gasflußpfade 37A und 39A werden über diese relativ breiten Gasflußpfa­ de abgeleitet bzw. ausgelassen.

Wie in Fig. 5B gezeigt, werden, wenn der Großteil des Stangenteils 121A mit kleinem Durchmesser in den Gas­ flußpfad 37A eingeschoben ist, die Gasflußpfade, die die Gasflußpfade 37A und 39A mit dem Auslaßrohr 122 verbin­ den, eng gemacht. Insbesondere besteht der Gasflußpfad 37A mit dem Auslaßrohr 122 über einen schmalen Spalt zwi­ schen der Außenfläche des Stangenteils 121A mit kleinem Durchmesser und der Innenfläche des Gasflußpfad-Tren­ nungsrohrs 105 in Verbindung, und über einen schmalen Spalt zwischen der Außenfläche des mittleren Stangenteils 121B und der Innenfläche des Teils 124 mit kleinem Durch­ messer. Der Gasflußpfad 39A steht mit dem Auslaßrohr 122 in Verbindung, und zwar über einen schmalen Spalt zwi­ schen der Außenfläche des Stangenteils 121B mit mittlerem Durchmesser und der Innenfläche des Teils 124 mit kleinem Durchmesser. Diese schmalen Spalte arbeiten als Strö­ mungswiderstand.

Dieser Strömungswiderstand senkt die Leitfähigkeit der Gasflußpfade, die die Gasflußpfade 37A und 39A mit dem Auslaßrohr 122 in Verbindung bringen, so daß eine Aus­ laßfähigkeit in den Gasflußpfaden 37A und 39A sinkt. Ein Flußwiderstand durch den Stangenteil 121A mit kleinem Durchmesser und dem Stangenteil 121B mit mittlerem Durch­ messer ist seriell mit dem Gasflußpfad verbunden, der den Gasflußpfad 37A mit dem Auslaßrohr 122 verbindet. Demge­ genüber ist nur ein Flußwiderstand durch den Stangenteil 121B mit mittlerem Durchmesser mit dem Gasflußpfad ver­ bunden, der den Gasflußpfad 39A mit dem Auslaßrohr 122 verbindet. Daher sinkt die Auslaßfähigkeit im Gasflußpfad 37A stark im Vergleich zu dem im Gasflußpfad 39A.

Ein Unterschied bei der Auslaßfähigkeit zwischen den Gas­ flußpfaden 37A und 39A kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, und zwar durch Einstellen des Unter­ schiedes zwischen dem Außendurchmesser des Stangenteils 121A mit kleinem Durchmesser und dem Innendurchmesser des Gasflußpfad-Trennungsrohrs 105, des Unterschiedes zwi­ schen dem Außendurchmesser des Stangenteils 121B mit mittlerem Durchmesser und dem Innendurchmesser des Teils 124 mit kleinem Durchmesser, dem Verhältnis der Länge des Flußwiderstandsgebietes des Stangenteils 121A mit kleinem Durchmesser zu dem des Stangenteils 121B mit mittlerem Durchmesser und ähnlichem.

Als nächstes werden die experimentellen Ergebnisse der Drucksteuerung in einer Vakuumkammer unter Verwendung des in den Fig. 5A und 5B gezeigten Flußratensteuermecha­ nismus mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben werden.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des von den Expe­ rimenten verwendeten Flußratensteuermechanismus. Die Na­ del des von den Experimenten verwendeten Flußratensteuer­ mechanismus besitzt denselben Durchmesser außer am ver­ jüngten Kopf. Diese Nadel kann als die in den Fig. 5A und 5B gezeigte Nadel angesehen werden, die nur den Stangen­ teil 121A mit kleinem Durchmesser oder den Stangenteil 121B mit mittlerem Durchmesser aufweist.

Die Nadel 131 wird in das Außenrohr 130 eingeschoben. Ein Nadeltragring 133, der ein Durchgangsloch von im allge­ meinen demselben Durchmesser wie die Nadel 131 besitzt, ist am Außenrohr 130 am linken Ende, wie in Fig. 6 ge­ zeigt, montiert und dieser Ring ist am Außenrohr 130 durch einen Befestigungsring 134 befestigt. Die Nadel 131 wird in das Durchgangsloch des Nadeltragrings 133 einge­ schoben und wird in Radialrichtung getragen. Der Innen­ durchmesser des Außenrohrs 130 ist 10,2 mm und der Außen­ durchmesser der Nadel 131 ist 9,53 mm. Ein Ende des Aus­ laßrohrs 132 ist mit der Seitenwand des Außenrohrs 130 verbunden, und das andere Ende ist mit einer (nicht ge­ zeigten) Vakuumpumpe verbunden. Eine Auslaßfähigkeit bzw. Pumpkapazität der Vakuumpumpe ist ungefähr 500 l/min.

Das rechte Ende des Außenrohrs 130, wie in Fig. 6 zu se­ hen, ist mit einer (nicht gezeigten) Vakuumkammer verbun­ den. Unter diesen Umständen wurde der Druck in der Vaku­ umkammer gesteuert. Stickstoff-Gas mit einer Flußrate von 4 slm und Argon-Gas mit einer Flußrate von 40 slm wurden in die Vakuumkammer eingeleitet. Unter diesen Umständen wurde der Druck in der Vakuumkammer in einem Bereich ei­ nes Druckes von 0,2 bis 0,5 Atmosphären verändert und konnte stabil gesteuert werden. Im Bereich eines Druckes von 0,2 bis 0,5 Atmosphären wurde der Atmosphärendruck um ungefähr 0,01 verändert, und zwar durch eine Bewegung der Nadel 131 um 0,5 mm in Axialrichtung.

Bei einem herkömmlichen Nadelventil wird der verjüngte Kopf der Nadel in eine kreisförmige Öffnung eingeschoben, um die Öffnungsfläche zu verändern, d. h. ein Quer­ schnittsgebiet eines Gasflußpfades, um die Flußrate zu steuern. Um ein relativ hohes Vakuum zu erhalten, kann auch ein herkömmliches Verfahren den Druck stabil steu­ ern. Jedoch war es für das herkömmliche Ventil schwierig, stabil den Druck um 0,01 Atmosphären im Bereich eines Druckes von 0,2 bis 0,7 Atmosphären zu verändern. Wie in Fig. 6 gezeigt, konnte nicht durch Verändern der Quer­ schnittsfläche eines Gasflußpfades, sondern durch die Verwendung des Flußratensteuermechanismus, der die Länge einer Flußwiderstandsfläche bzw. eines Flußwiderstandge­ bietes verändert, um die Leitfähigkeit einzustellen, der Druck von 0,2 bis 0,7 Atmosphären stabil gesteuert wer­ den.

Wenn der Kopf eines herkömmlichen Nadelventils tief in die Öffnung eingeschoben wird, gibt es die Möglichkeit, daß die verjüngte Oberfläche die Innenkante der Öffnung berührt. Wenn die verjüngte Oberfläche die Innenkante der Öffnung berührt, kann die Berührungsfläche verformt wer­ den oder Partikel, wie beispielsweise Schleifpulver, kön­ nen erzeugt werden. Bei dem in den Fig. 5A bis 6 gezeig­ ten Flußratensteuermechanismus wird die Nadel, auch wenn die Nadel tief eingeschoben wird, nicht das Außenrohr be­ rühren, so daß eine Verformung und die Erzeugung von Par­ tikeln, die von dem Kontakt verursacht werden, vermieden werden kann.

Als nächstes wird die Struktur der Pufferkammer mit Bezug auf die Fig. 7A und 7B beschrieben werden.

Fig. 7A ist eine schematische Draufsicht des Inneren der in Fig. 3 gezeigten Pufferkammer 40. Der Wafer-Halter 41 und die Pufferplatte 42 sind in der Pufferkammer 40 an­ geordnet. Die Pufferplatte 42 wird durch eine Hauptstange 43 getragen. Wenn ein Wafer eingeladen oder ausgeladen wird, wird das Torventil 82 geöffnet und der Armkopf 51C des Roboterarms wird in die Pufferkammer 40 eingeschoben.

Die Pufferplatte 42 besitzt ein Tragglied 44, welches an der Hauptstange 43 befestigt ist und zwei flache Platten, die am Tragglied 44 befestigt sind.

Fig. 7B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich­ punktlinie B7-B7, die in Fig. 7A gezeigt ist. Obere und untere flache Platten 42A und 42B, die parallel mit einem konstanten Abstand angeordnet sind, sind am Tragglied 44 befestigt. Sowohl die oberen als auch die unteren flachen Platten 42A und 42B besitzen in der Draufsicht die glei­ che Form.

Wie in Fig. 7A gezeigt, besitzen die oberen und unteren flachen Platten jeweils einen Armteil 42A, der am Trag­ glied 44 an einem Ende davon befestigt ist, und nach un­ ten, wie in Fig. 7A, entlang des Torventils 81 gelegen ist, und einen Wafer-Halteteil 42B, der nahe dem anderen Ende des Armteils 42A zum Mittelgebiet der Pufferkammer 40 hin gelegen ist. Der Wafer-Halteteil 42B hält einen Wafer an seiner Oberfläche. Um stabil einen Wafer an der Position nahe seines Außenumfangsgebietes zu halten, ist der Wafer-Halteteil 42B mit drei Vorsprüngen 42Ba verse­ hen, die vom Mittelteil des Außenumfangs vorstehen. Vor­ sprünge sind an der Oberseite der Vorsprünge 42Ba aus­ gebildet und ein Wafer wird auf diesen Vorsprüngen an­ geordnet.

Die Hauptstange 43 kann sich linear auf- und abbewegen (in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Zeichenblat­ tes). Die Pufferplatte 42 bewegt sich zusammen mit der Hauptstange 43 auf und ab.

Der Wafer-Halter 41 besitzt eine ebene Form, die den Wa­ fer-Halteteil 42B in drei Richtungen umgibt, wobei der Verbindungsteil des Armteils 42A an der Anfangsposition ausgenommen ist. Der Innenumfang des Wafer-Halters 41 be­ sitzt einen Bogen mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Wafer-Durchmesser und der Außenumfang ist rechteckig. Ausnehmungen sind im Innenumfangsgebiet des Wafer-Halters 41 ausgebildet, und zwar an den Posi­ tionen, die den Vorsprüngen 42Ba entsprechen, so daß der Wafer-Halter 41 und die Pufferplatte 42 nicht in einer horizontalen Ebene übereinanderliegen. Ein Wafer wird durch Anordnen des Außenumfanggebietes der Bodenfläche des Wafers auf dem Innenumfangsgebiet der Oberseite des Wafer-Halters 41 gehalten. Die Struktur des Wafer-Halters 41 wird später mit Bezug auf Fig. 9 im Detail beschrie­ ben.

Der Armkopf 51C besitzt eine ebene Form, die in der Ho­ rizontalebene den Wafer-Halteteil 42B in drei Richtungen umgibt, außer dem Verbindungsteil zum Armteil 42A, wenn er in die Pufferkammer 40 eingeführt wird. Der Armkopf 51C besitzt auch eine ebene Form, so daß der Armkopf 51C und die Pufferplatte 42 nicht in der Horizontalebene überlappen. Der Armkopf 51C hält einen Wafer auf seiner Oberseite und transportiert ihn in die Wafer-Halteposi­ tion des Wafer-Halters 41 in seiner Anfangsposition. Die Struktur des Armkopfes 51C wird später mit Bezug auf Fig. 10 im Detail beschrieben.

Die Pufferplatte 42 kann sich frei nach oben und unten bewegen, da der Wafer-Halter 41 und der Armkopf 51C sich nicht in der Horizontalebene überlappen. Wenn die Puffer­ platte 42 steigt, wird ein Wafer, der vom Wafer-Halter 41 oder dem Armkopf 51C gehalten wird, auf die Pufferplatte 42 übertragen bzw. transportiert. Wenn sich andererseits die Pufferplatte 42 senkt, wird ein Wafer, der von der Pufferplatte 42 gehalten wird, auf den Wafer-Halter 41 oder den Armkopf 51C übertragen bzw. transportiert.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Transportieren eines Wafers in die Pufferkammer 40 mit Bezug auf die Fig. 8A bis 8I beschrieben werden.

Die Fig. 8A bis 8I sind schematische Diagramme, die die Positionsbeziehung in Höhenrichtung zwischen den oberen und unteren flachen Platten 42a und 42b der Pufferplatte, dem Wafer-Halter 41 und dem Armkopf 51C zeigen.

Wie in Fig. 8A gezeigt, wird der Armkopf 51C, der einen Wafer 62A vor der Reinigung hält, zwischen den oberen und unteren flachen Platten 42a und 42b eingeführt. Wie in Fig. 8B gezeigt, wird die Pufferplatte 42 angehoben, um den Wafer 62A auf dem Armkopf 51C auf die untere flache Platte 42b zu übertragen.

Wie in Fig. 8C gezeigt, wird der Armkopf 51C aus der Puf­ ferkammer 40 zurückgezogen und die Pufferplatte 42 wird gesenkt, so daß der Wafer-Halter 41 zwischen den oberen und unteren flachen Platten 42a und 42b positioniert wird. Der Wafer 62A wird daher auf den Wafer-Halter 41 übertragen. Der Wafer-Halter 41 wird in die Reinigungs­ kammer bewegt, um den Wafer 62A zu reinigen. Wie in Fig. 8D gezeigt, wird die Pufferplatte 42 gesenkt, während der Wafer-Halter 41 in die Reinigungskammer 30 eingeführt wird. Wenn der Wafer-Halter 41 zur Anfangsposition zu­ rückkehrt, wird die obere flache Platte 42a tiefer als der Wafer-Halter 41 positioniert. Wie in Fig. 8E gezeigt, wird die Pufferplatte 42 angehoben, so daß die untere flache Platte 42b höher als der Wafer-Halter 41 positio­ niert ist. Der gereinigte Wafer 62A wird daher auf der oberen flachen Platte 42a gehalten.

Wie in Fig. 8F gezeigt, wird der Armkopf 51C, der einen Wafer 62B vor der Reinigung hält, zwischen die oberen und unteren flachen Platten 42a und 42b eingeschoben. Wie in Fig. 8G gezeigt, wird die Pufferplatte 42 angehoben, so daß die untere flache Platte 42b höher als der Armkopf 51C positioniert ist. Der Wafer 62B wird daher auf der unteren flachen Platte 42b gehalten.

Wie in Fig. 8H gezeigt, wird der Armkopf 51C zeitweise aus der Pufferkammer zurückgezogen und er wird wieder zwischen den oberen und unteren flachen Platten 42a und 42b eingeschoben. Wie in Fig. 8I gezeigt, wird die obere flache Platte zwischen dem Armkopf 51C und dem Wafer-Halter 41 positioniert und die Pufferplatte 42 wird ge­ senkt, so daß die untere flache Platte 42b tiefer posi­ tioniert ist als der Wafer-Halter 41. Der Wafer 62A wird daher auf den Armkopf 51C übertragen und der Wafer 62B wird auf den Wafer-Halter 41 übertragen. Der Armkopf 51C wird danach aus der Pufferkammer zurückgezogen. Durch Wiederholen des in den Fig. 8C bis 8I veranschaulichten Prozesses kann eine Vielzahl von Wafern nacheinander ge­ reinigt werden.

Wie oben ist die Pufferplatte mit zwei flachen Platten 42a und 42b zum Halten eines Wafers versehen. Daher kann die Übertragung bzw. der Transport eines Wafers vor der Reinigung vom Armkopf 51C zum Wafer-Halter 41 und die Übertragung eines gereinigten Wafers vom Wafer-Halter 41 auf dem Armkopf 51C in kurzer Zeit vollendet werden.

Bei der Beschreibung der Fig. 8A bis 8I wird nur die Puf­ ferplatte 42 auf- und abbewegt. Statt dessen kann der Arm­ kopf 51C oder der Wafer-Halter 41 auf- und abbewegt wer­ den. Da der Roboterarm eine Auf- und Abbewegungsfunktion besitzt, kann der Armkopf 51C ohne zusätzlichen Mechanis­ mus auf- und abbewegt werden. Beispielsweise kann im in Fig. 8F gezeigten Prozeß anstelle des Anhebens der Puf­ ferplatte 42 der Armkopf 51C gesenkt werden.

Als nächstes wird die Struktur und der Betrieb des Wafer-Halters 41 mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben werden.

Fig. 9 ist eine Draufsicht des Wafer-Halters 41. Der Wa­ fer-Halter 41 wird aus einem Wafer-Halteteil 41a und ei­ nem Armteil 41b gebildet. Der Wafer-Halteteil 41a besitzt eine ebene Form, die mit einem kreisförmig aus­ geschnittenen Teil im allgemeinen im Mittelgebiet eines Rechteckes ausgebildet ist, wobei der kreisförmig ausge­ schnittene Teil sich an der rechten Seite des Rechtecks, wie in Fig. 9 gezeigt, öffnet. Der Armteil 41b erstreckt sich nach links, vom Wafer-Halteteil 41a, wie in Fig. 9 gezeigt. Die oberen und unteren Teile, wie in Fig. 9 ge­ zeigt, können aus verschiedenen flachen Platten 41A und 41B gemacht werden, die durch eine Tragwelle 45 an der linken Endposition gekoppelt sind und können geöffnet und geschlossen werden. Die flachen Platten 41A und 41B über­ lappen sich in der Auf- und Abrichtung (Richtung senk­ recht zur Oberfläche des Zeichenblattes), und zwar nahe bei der Tragwelle 45 und der rechte Teil des Armteils 41b und der Wafer-Halteteil 41a sind in derselben Horizon­ talebene angeordnet.

Der Durchmesser des kreisförmig ausgeschnittenen Teils, der im Wafer-Halteteil 41a ausgebildet ist, ist geringfü­ gig kleiner als der Wafer-Durchmesser, so daß der Wafer durch Anordnen des Umfangsgebietes der Bodenfläche des Wafers auf dem oberen Umfangsgebiet des Wafer-Halteteils nahe des kreisförmig ausgeschnittenen Teils gehalten wird.

Ein elastisches Glied ist zwischen den flachen Platten 41A und 41B vorgesehen und spannt die flachen Platten in Schließrichtung vor. Eine Rolle 46 ist fest an der Posi­ tion angeordnet, wo die Rolle 46 in Kontakt mit dem Arm­ teil von nur der flachen Platte 41B am überlappenden Ge­ biet der Armteile 41b kommt, wenn der Wafer-Halter 41 in der Anfangsposition in der Pufferkammer 40 ist, die in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die Tragwelle 45, wie in Fig. 9 gezeigt, leicht nach oben bewegt wird, liegt nur die fla­ che Platte 41B an der Rolle 46 an und beide flachen Plat­ ten öffnen sich leicht. Wenn die Tragwelle 45 in die An­ fangsposition bewegt wird, werden die flachen Platten von der Rückstellkraft des elastischen Gliedes geschlossen.

Eine Vielzahl von Vorsprüngen 47 sind auf der Oberseite des Wafer-Halteteils 41a entlang der Außenumfangslinie eines zu haltenden Wafers ausgebildet. Nachdem ein Wafer auf dem Wafer-Halteteil 41a in dem Zustand angeordnet ist, daß die flachen Platten 41A und 41B leicht geöffnet sind, werden die flachen Platten 41A und 41B geschlossen, so daß die Vielzahl von Vorsprüngen 47 nach innen vom Au­ ßenumfang des Wafers drücken. Dementsprechend kann im Vergleich zu dem Fall, wo ein Wafer einfach auf der Ober­ seite des Wafer-Halteteils 41a angeordnet wird, ein Wafer stabiler und zuverlässiger gehalten werden.

Als nächstes wird die Struktur und der Betrieb des Ro­ boterarms mit Bezug auf die Fig. 10 bis 11B beschrieben werden.

Fig. 10 ist eine Draufsicht des Roboterarms. Der Robo­ terarm wird hauptsächlich durch einen ersten Arm 51A, ei­ nen zweiten Arm 51B und einen Armkopf 51C gebildet. Der erste Arm 51A ist mit einer Drehwelle 52 gekoppelt, die aus der Unterseite der in Fig. 3 gezeigten Roboterkammer 50 in Vertikalrichtung vorsteht. Der zweite Arm 51B ist mit dem äußersten Ende des ersten Arms 51A gekoppelt und der Armkopf 51C ist mit dem äußersten Ende des zweiten Arms 51B gekoppelt. Die Längen der ersten und zweiten Ar­ me 51A und 51B sind gleich.

Der erste Arm 51A ist auf der Drehwelle 52 drehbar re­ lativ zur Unterseite der Roboterkammer 50 montiert. Der zweite Arm 51B ist drehbar auf einer Drehwelle 53B mon­ tiert, die am ersten Arm 51A befestigt ist. Eine Dreh­ welle 53A ist am zweiten Arm 51B konzentrisch mit der Drehwelle 53B befestigt. Die Drehwellen 52 und 53A besit­ zen Zähne, die an den Außenumfangsseitenwänden ausgebil­ det sind und sind durch einen Zeitsteuerriemen 160A ge­ koppelt. Die Übersetzung der Zähne der Drehwelle 52 zu denen der Drehwelle 53A ist 2 : 1.

Der Armkopf 51C ist drehbar auf der Drehwelle 54 mon­ tiert, die am zweiten Arm 51B befestigt ist. Eine Dreh­ welle 56 ist am Armkopf 51C konzentrisch mit der Dreh­ welle 54 befestigt. Die Drehwellen 53B und 56 besitzen Zähne, die an den Außenumfangsseitenwänden ausgebildet sind, und sind durch einen Zeitsteuerriemen 160B gekop­ pelt. Das Verhältnis der Zähne der Drehwelle 53B zu denen der Drehwelle 56 ist 1 : 2.

Die ersten und zweiten Arme 51A und 51B bilden faltbare Arme und die Axialrichtung des Armkopfs 51C wird immer zur Drehwelle 52 hin gerichtet. Für diese Faltfunktion wird jede Drehachse aus einem oben beschriebenen Doppel­ mechanismus gebildet.

Konvexe Teile 156A und 156B (angezeigt durch schraffierte Linien in Fig. 10), die von der Oberseite des zweiten Ar­ mes 51B vorstehen, sind um die Drehwelle 54 herum ge­ formt. Die konvexen Teile 156A und 156B sind symmetrisch zur Mittelachse der Drehwelle 54. Die konvexen Teile 156A und 156B definieren an ihren Seitenwänden Nockenoberflä­ chen 157A und 158A bzw. Nockenoberflächen 157B und 158B. Die Nockenoberflächen 158A und 158B sind Teile von zylin­ drischen Oberflächen, die die Mittelachse der Drehwelle 54 als ihre Mitte aufweisen. Die Abstände von den Noc­ kenoberflächen 157A und 157B zur Mittelachse der Drehwel­ le 54 sind nicht konstant und werden allmählich monoton verändert. Daher werden die Nockenfolgeoberflächen in Kontakt mit der Nockenoberfläche 157A oder 157B, wenn die Nockenoberflächen sich drehen, in Radialrichtung der Drehwelle 54 angetrieben.

Der Armkopf 51C wird hauptsächlich durch ein Tragglied 151 gebildet, welches am zweiten Arm 151B montiert ist, und durch Hilfstragglieder 152A und 152B, die am Trag­ glied 151 montiert sind.

Das Tragglied 151 wird mit Wafer-Halteoberflächen 151A und 151B ausgebildet, um einen Wafer 62 horizontal (senk­ recht zur Drehachse 54) zu halten. Die Wafer-Halteober­ fläche 151a hält die Außenumfangsfläche des Wafers 62 auf der Seite der Drehwelle 54 und die Wafer-Halteoberfläche 151b hält die Außenumfangsfläche des Wafers 62 gegenüber­ liegend zur Seite der Drehwelle 54. Die Wafer-Halteober­ fläche 151b ist an der Drehwelle 56 über einen Koppe­ lungsteil 151d befestigt.

Eine Vielzahl von Halte- bzw. Stoppvorsprüngen 151c ist auf der Wafer-Halteoberfläche 151b entlang der Außenum­ fangslinie des Wafers 62 gebildet. Die Außenumfangssei­ tenwand des Wafers 62, die auf der Wafer-Halteoberfläche 151b angeordnet ist, kommt in Kontakt mit den Seitenwän­ den der Vorsprünge 151c, so daß der Wafer 62 in Richtung der Halteoberflächenebene getragen (gestoppt) wird.

Die Hilfstragglieder 152A und 152B werden jeweils auf Tragwellen 153A und 153B montiert, die an der Unterseite (Unterseite des Zeichnungsblattes) des Traggliedes 151 ausgebildet sind, und können in der Ebene der Halteober­ fläche schwenken. Die Hilfstragglieder 152A und 152B sind symmetrisch mit einer virtuellen Ebene, die die Mittel­ achse der Drehwelle 54 enthält, und die durch die Mitte der Wafer-Halteoberfläche 151B hindurchgeht.

Rollen 154A und 154B sind jeweils auf den Hilfstrag­ gliedern 152A und 152B an ihren einen Enden montiert. Die Außenflächen der Rollen 154A und 154B sind in Kontakt mit den Nockenoberflächen 157A und 158A bzw. den Nockenober­ flächen 157B und 158B in Kontakt gebracht. Wenn der Arm­ kopf 151C sich um die Drehwelle 54 herum dreht, bewegen sich die Rollen 154A und 154B entlang der Nockenober­ flächen.

Vorsprünge 155A und 155B sind jeweils an den anderen En­ den der Hilfstragglieder 152A und 152B ausgebildet, wobei die Vorsprünge die Außenumfangsseitenwand des Wafers 62 berühren und den Wafer zur Seite der Vorsprünge 151c hin drücken. Die Hilfstragglieder 152A und 152B sind jeweils durch elastische Glieder 159A und 159B vorgespannt, so daß die Enden der Glieder auf der Seite der Vorsprünge 155A und 155B schwenken, um sich nahe zueinander zu bewe­ gen. Wenn die Enden der Glieder auf der Seite der Vor­ sprünge 155A und 155B schwenken, um sich voneinander weg­ zubewegen, bewegen sich die Vorsprünge 155A und 155B un­ ter dem Tragglied 151. Ausnehmungen sind an der Untersei­ te (Hinterseite des Zeichenblattes) des Traggliedes 151 an den Spurflächen der Vorsprünge 155A und 155B ausgebil­ det, so daß die Vorsprünge 155A und 155B das Tragglied 151 nicht berühren werden.

Fig. 11B ist eine Querschnittsansicht eines Nockenmecha­ nismus. Der zweite Arm 51B ist von ebener Form mit einem inneren Freiraum und ist derart ausgebildet, daß die Drehwelle 54 von der inneren Bodenfläche zum mittleren Freiraum hin vorsteht. Ein Eingriffsteil 55 ist an der Unterseite des Armkopfes 51C ausgebildet. Die Ausnehmung des Eingriffsteils 55 steht im Eingriff mit der Drehwelle 54, so daß der Armkopf 51C drehbar auf dem zweiten Arm 51B montiert werden kann. Die konvexen Teile 156A und 156B sind an der Oberseite des zweiten Arms 51B ausge­ bildet. Die Nockenoberflächen der konvexen Teile 156A und 156B sind jeweils in Kontakt mit den Außenumfangsseiten­ wänden der Rollen 154A und 154B.

Der Betrieb des Roboterarms wird als nächstes beschrieben werden.

Um den Roboterarm zusammenzuziehen, wird der erste Arm 51A entgegen des Uhrzeigersinns gedreht, beispielsweise um einen Winkel θ um die Drehwelle 52, während die Dreh­ welle 52 festgelegt wird. Diese Drehung ist äquivalent einer Drehung der Drehwelle 52 im Uhrzeigersinn und den Winkel θ relativ zum ersten Arm 51A. Die Drehwelle 53A, die mit der Drehwelle 52 durch den Zeitsteuerriemen 160A gekoppelt ist, dreht sich um einen Winkel 2θ relativ zum ersten Arm 51A. Da die Drehwelle 53A am zweiten Arm 51B befestigt ist, dreht sich der zweite Arm 51B im Uhr­ zeigersinn um den Winkel 2θ relativ zum ersten Arm 51A. Es sei nun ein gleichschenkliges Dreieck mit den Mittel­ achsen der Drehwellen 52, 53A und 54 als seinen Spitzen betrachtet. Wenn der Roboterarm eingefahren wird, wird der Spitzenwinkel dieses gleichschenkligen Dreiecks um den Winkel 2θ kleiner. Daher wird der Basiswinkel um den Winkel θ größer. Da der Basiswinkel des gleichschenkligen Dreiecks um den Winkel θ größer wird, wenn sich der erste Arm 51A entgegen des Uhrzeigersinns um den Winkel θ dreht, ändert sich nicht die Richtung einer geraden Li­ nie, die die Mittelachsen der Drehwellen 52 und 54 ver­ bindet, d. h. die Richtung des Roboterarms verändert sich nicht, sondern nur seine Länge wird verkürzt.

Da sich der Arm 51B im Uhrzeigersinn um den Winkel 20 re­ lativ zum ersten Arm 51A dreht, dreht sich die am ersten Arm 51A befestigte Drehwelle 53B entgegen des Uhrzeiger­ sinns um den Winkel 2θ relativ zum zweiten Arm 51B. Die Drehwelle 56, die mit der Drehwelle 53b durch den Zeit­ steuerriemen 160B gekoppelt ist, dreht sich entgegen des Uhrzeigersinns um den Winkel θ relativ zum zweiten Arm 51B. Der an der Drehwelle 56 befestigte Armkopf 51C dreht sich auch entgegen des Uhrzeigersinns um den Winkel θ re­ lativ zum zweiten Arm 51B. Da der zweite Arm 51B sich im Uhrzeigersinn um den Winkel 2θ relativ zum ersten Arm 51A dreht, dreht sich der Armkopf 51C im Uhrzeigersinn um den Winkel θ relativ zum ersten Arm 51A.

Wenn der erste Arm 51A entgegen dem Uhrzeigersinn um den Winkel θ gedreht wird, dreht sich der Armkopf 51C im Uhr­ zeigersinn um den Winkel θ relativ zum ersten Arm 51 A. Daher ändert sich die Richtung des Armkopfes 51C nicht, d. h. der Armkopf 51C führt eine Translationsbewegung aus, indem er sich nahe der Drehwelle 52 bewegt.

Wenn sich der Armkopf 51C entgegen des Uhrzeigersinns um die Drehachse 54 relativ zum zweiten Arm 51B dreht, be­ wegt sich die Rolle 154A von der Nockenoberfläche 158A zur Nockenoberfläche 157A, wie in Fig. 10 gezeigt. Das Hilfstragglied 152A schwenkt entgegen des Uhrzeigersinns durch die Rückstellkraft des elastischen Gliedes 159A, und zwar unter Verwendung der Tragwelle 153A als Dreh­ gelenk. Ähnlich schwingt das Hilfstragglied 152B im Uhr­ zeigersinn unter Verwendung der Tragwelle 153B als Dreh­ gelenk. Die Vorsprünge 155A und 155B drücken den Wafer 62 auf die Seite der Vorsprünge 151C und halten den Wafer 62 auf den Wafer-Halteoberflächen 151A und 151B in der vor­ bestimmten Position.

Fig. 11A ist eine Draufsicht des Nockenmechanismus, wenn der Roboterarm ausgedehnt ist. Mit Bezug auf Fig. 10, wenn der erste Arm 51A im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Drehwelle 52 festgelegt ist, führt der Arm­ kopf 51C eine Translationsbewegung aus, indem er sich von der Drehwelle 52 wegbewegt. Der Armkopf 51C dreht sich im Uhrzeigersinn um die Drehwelle 54 relativ zum zweiten Arm 51B. Die Rolle 154A bewegt sich von der Nockenoberfläche 157A zur Nockenoberfläche 158A. Das Hilfstragglied 152A schwingt im Uhrzeigersinn unter Verwendung der Tragwelle 153A als Drehgelenk. Ähnlich schwingt das Hilfstragglied 152B entgegen des Uhrzeigersinns unter Verwendung der Tragwelle 153B als Drehgelenk.

Mit Bezug auf Fig. 10 bewegen sich die Vorsprünge 155A und 155B unter dem Tragglied 151 und lösen die Unterstüt­ zung des Wafers 62. Wie oben, wenn der Roboterarm einge­ fahren ist, hält er automatisch einen Wafer und wenn er ausgefahren ist, löst er automatisch die Unterstützung eines Wafers.

Da der Nockenmechanismus die auf den zweiten Arm 51B aus­ gebildeten Nockenoberflächen und die auf dem Armkopf 51C ausgebildeten Nockenfolgeoberflächen verwendet, ist kein zusätzlicher Antriebsmechanismus zum Schwenken der Hilfstragglieder 152A und 152B nötig, um einen Wafer zu halten.

In der Beschreibung der Fig. 10 wird ein Paar von Hilfs­ traggliedern verwendet. Ein Paar von Gliedern ist nicht notwendigerweise erforderlich. Ein einzelnes Hilfstrag­ glied kann einen Wafer in der Halteoberflächenebene hal­ ten. Auch ist in der Beschreibung der Fig. 10, obwohl ein Wafer zu Veranschaulichungszwecken gehalten wird, ein zu haltendes Objekt nicht auf einen Wafer begrenzt. Andere Objekte als ein Wafer können gehalten werden, wenn die Formen der Vorsprünge 151c, 155A und 155B ordnungsgemäß ausgewählt werden. Wenn ein Objekt nur durch die Vor­ sprünge 151c, 155A und 155B gehalten werden kann, sind die Wafer-Halteoberflächen 151a und 151b nicht notwen­ digerweise erforderlich.

Auch können in der Beschreibung der Fig. 10, obwohl die Nockenoberflächen zur Drehwelle hinweisend angeordnet sind, die Nockenoberflächen zur entgegengesetzten Seite der Drehwelle hinweisend angeordnet sein. Die Rollen 154A oder 154B können zwischen den zueinanderweisenden zwei Nockenoberflächen sandwichartig aufgenommen sein. Ein weiterer Nockenmechanismus kann verwendet werden oder ein damit zusammenarbeitender anderer Bewegungsmechanismus als der Nockenmechanismus kann auch verwendet werden.

Als nächstes wird die Struktur und der Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Abschirmplatte 107 mit Bezug auf die Fig. 12A und 12B beschrieben werden.

Fig. 12A ist eine Draufsicht der Abschirmplatte 107. Die Abschirmplatte 107 ist mit einer Vielzahl von halbkreis­ förmigen Einschnitten 140 an einer Seite einer rechtecki­ gen rostfreien Stahlplatte ausgebildet. Die Spitze der Schnitte 140 ist gleich den Düsenlöchern 32 des in Fig. 3 gezeigten Düsenkopfes 31. Die Endfläche an der Seite, wo die Schnitte 140 geformt bzw. ausgebildet sind, ist als eine abgeschrägte Oberfläche mit einem Steigungswinkel von 60° ausgeführt.

Fig. 12B ist eine Querschnittsansicht des Düsenkopfes 31, der Abschirmplatten 107 und 108 und des Wafers 62, der gerade gereinigt wird, wobei die Mittelachse 141 eines Gasflusses, der aus den Düsenlöchern 31 ausgestoßen wird, die Wafer-Oberfläche unter 45° schneidet. Die Abschirm­ platte 107 ist so positioniert, daß die Mitte eines jeden halbkreisförmigen Schnittes 140 mit der Mittelachse 141 des aus den Düsenlöchern 32 ausgestoßenen Gasflusses aus­ gerichtet ist.

Die Abschirmplatte 107 ist an der Position 5 mm höher als die Oberfläche des Wafers 62 angeordnet. Der Düsenkopf 31 ist an der Position angeordnet, wo der Abstand von der Oberfläche vom Wafer 62 zu den Düsenlöchern 32 entlang der Mittelachse 141 des Gasflusses 20 mm lang wird. Unter diesen Bedingungen werden Wafer gereinigt. Im Vergleich zur Reinigung ohne die Abschirmplatte 107 lieferte die Abschirmplatte 107 mit den Schnitten 140 mit einem Radius von 3 mm oder 4 mm höhere Reinigungseffekte. Im Vergleich zur Reinigung ohne die Abschirmplatte 107 veränderten sich die Abschirmeffekte durch die Verwendung der Ab­ schirmplatte 107 mit den Schnitten 140 mit einem Radius von 5 mm kaum.

Der Grund, warum die Abschirmplatte 107 mit den Schnitten 140 mit einem Radius von 3 mm oder 4 mm bessere Reini­ gungseffekte lieferte, kann in der folgenden Weise be­ schrieben werden. Ein aus den Düsenlöchern 32 ausgestoße­ ner Gasfluß wird allmählich breit, wenn er voranschreitet bzw. weiterfliegt. Es kann in Betracht gezogen werden, daß ein Strömungsfluß nahe der Außenumfangsfläche des Gasflusses Gas enthält, welches nahe der Innenfläche ei­ nes jeden Düsenlochs 32 vorbeigeht und daher Verunreini­ gungen enthält, die von der Innenfläche eines jeden Dü­ senlochs 32 herausgestoßen werden. Eine Geschwindigkeit eines Strömungsflusses nahe der Außenumfangsfläche des Gasflusses ist niedriger als die nahe dem Mittelgebiet und so sind die Reinigungseffekte schwach.

Es kann daher in Betracht gezogen werden, daß der Strö­ mungsfluß nahe der Außenumfangsfläche des Gasflusses eine stärkere Verunreinigungsablagerungswirkung besitzt als die Reinigungswirkung der Wafer-Oberfläche. Strömungs­ flüsse stromabwärts der Mittelachse 141 in Bewegungsrich­ tung des zu reinigenden Wafers kollidieren mit dem Ober­ flächengebiet, welches schon durch die Mittelströmungs­ flüsse gereinigt worden ist. In dem in Fig. 12B gezeigten Beispiel kollidiert der Strömungsfluß 142 stromabwärts der Mittelachse 141 des Gasflusses in Bewegungsrichtung des zu reinigenden Wafers 62 (Richtung, die durch einen Pfeil 64 in Fig. 12B angezeigt wird) mit dem Oberflächen­ gebiet, welches schon gereinigt worden ist. Daher wird die von diesem Strömungsfluß 142 verunreinigte Oberfläche danach nicht gereinigt. Es kann daher in Betracht gezogen werden, daß hohe Reinigungseffekte durch Schneiden des Strömungsflusses 142 durch die Abschirmplatte 107 erhal­ ten werden können.

Die von einem Strömungsfluß 143 stromaufwärts von der Mittelachse 141 des Gasflusses an der in Fig. 12B zu se­ henden linken Seite verunreinigte Wafer-Oberfläche wird danach durch die Mittelströmungsflüsse des Gasflusses ge­ reinigt. Es kann daher in Betracht gezogen werden, daß der Einfluß der Verunreinigung durch den Strömungsfluß 143 gering ist. Um eine Verunreinigung durch den Strö­ mungsfluß 143 zu vermeiden, kann eine weitere Abschirm­ platte 108 an der Position verwendet werden, die der Ab­ schirmplatte 107 gegenüberliegt, und zwar über der Mittelachse 141 des Gasflusses.

Bei den obigen Experimenten wurde die Höhe der Abschirm­ platte von der Wafer-Oberfläche auf 5 mm eingestellt. Diese Höhe kann verändert werden. Ähnliche Effekte können im Höhenbereich von 2 bis 5 mm erwartet werden. Der Dü­ senkopf 31 kann an der Position angeordnet werden, wo der Abstand von der Oberfläche des Wafers 62 zu den Düsenlö­ chern 32 entlang der Mittelachse 141 des Gasflusses 5 bis 20 mm lang wird.

In der Beschreibung der Fig. 12A wird die Abschirmplatte mit halbkreisförmigen Einschnitten am geradlinigen Außen­ umfang der Platte ausgebildet. Halbkreisförmige Schnitte sind nicht notwendigerweise erforderlich. Beispielsweise können Bogenschnitte mit einem geringeren Mittelwinkel als 180° geformt werden oder eine Abschirmplatte ohne Einschnitte und mit geradliniger Form kann verwendet wer­ den.

Im obigen Ausführungsbeispiel wird die Reinigungsober­ fläche nach oben gerichtet, und zwar durch horizontales Anordnen eines Wafers. Die Richtung der Wafer-Oberfläche ist nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt. Bei­ spielsweise kann die Reinigungsoberfläche nach unten ge­ richtet sein oder ein Wafer kann vertikal angeordnet sein.

Die vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit den be­ vorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Die Erfindung ist nicht nur auf die obigen Ausführungsbei­ spiele beschränkt. Es ist dem Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen, Verbesserungen, Kombi­ nationen und ähnliches vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Ein Armglied mit einem Falt-Ausfahr/Einfahr-Mechanismus ist an einer Drehwelle befestigt. Ein Tragglied ist dreh­ bar am äußersten Ende des Armgliedes montiert. Dieses Tragglied hält eine konstante Beziehung bzw. Ausrichtung zur Drehwelle aufrecht. Ein Hilfstragglied wird auf eine Tragwelle montiert, die am Tragglied befestigt ist, wobei das Hilfstragglied fähig ist, zu schwenken. Ein Nockenme­ chanismus ist an Rotationsteilen des Tragglieds und des Hilfstraggliedes vorgesehen. Das Hilfstragglied wird durch diesen Nockenmechanismus gemäß einer Falt-Aus­ fahr/Einfahr-Bewegung des Armgliedes geschwenkt.

Claims (9)

1. Roboterarm, der folgendes aufweist:
eine Drehwelle;
ein Armglied, welches an der Drehwelle befestigt ist und einen Falt-Ausfahr/Einfahr-Mechanismus besitzt;
ein Tagglied, welches drehbar von einem äußersten Ende des Armgliedes getragen wird und eine konstante Be­ ziehung bzw. feste Verbindung mit der Drehwelle besitzt,
und
ein Hilfstragglied, welches von einer Tragwelle ge­ tragen wird, die an dem Tragglied befestigt ist, um ein Werkstück in Zusammenarbeit mit dem Tragglied zu tragen, wobei das Hilfstragglied in Verbindung mit einer Falt- Ausfahr/Einfahr-Bewegung des Armgliedes schwenkt.

2. Roboterarm nach Anspruch 1, wobei das Hilfstragglied durch einen Nockenmechanismus geschwenkt wird, der an den Drehteilen des Tragglieds und des Armgliedes vorgesehen ist.

3. Roboterarm nach Anspruch 2, wobei der Nockenmecha­ nismus folgendes aufweist:
eine Nockenoberfläche, die auf dem Armglied um eine Mitteldrehachse der Drehteile herum ausgebildet ist und daran befestigt ist; und
eine Nockenfolgeoberfläche, die auf dem Hilfstrag­ glied ausgebildet ist, um die Nockenoberfläche zu berüh­ ren, und
wobei der Roboterarm weiter ein elastisches Glied aufweist, um dem Hilfsglied eine Schwenkkraft aufzuprägen und um die Nockenfolgeoberfläche auf die Nockenoberfläche drücken zu lassen.

4. Roboterarm nach Anspruch 2,
wobei das Tragglied eine Tragoberfläche zum Tragen eines Werkstückes in einer Richtung aufweist; und
wobei das Hilfstragglied eine Hilfstragoberfläche aufweist, die zur Tragoberfläche hinweist, um das Werk­ stück mit der Tragoberfläche sandwichartig aufzunehmen.

5. Roboterarm nach Anspruch 3,
wobei das Tragglied eine Tragoberfläche zum Tragen des Werkstückes in einer Richtung aufweist; und
wobei das Hilfstragglied eine Hilfstragoberfläche aufweist, die zur Tragoberfläche hinweist, um das Werk­ stück mit der Tragoberfläche sandwichartig aufzunehmen.

6. Roboterarm nach Anspruch 4, wobei das Tragglied eine Halteoberfläche zum Halten des Werkstücks besitzt, und wobei die Tragoberfläche und die Hilfstragoberfläche die Seitenwand des Werkstücks berühren, welches von der Hal­ teoberfläche gehalten wird, um die Position des Werkstüc­ kes festzulegen bzw. einzuschränken.

7. Roboterarm nach Anspruch 5, wobei das Tragglied eine Halteoberfläche zum Halten des Werkstückes besitzt, und wobei die Tragoberfläche und die Hilfstragoberfläche die Seitenwand des Werkstückes berühren welche durch die Hal­ teoberfläche gehalten wird, und zwar um die Position des Werkstückes festzulegen.

8. Roboterarm nach Anspruch 2, welcher weiter ein wei­ teres Hilfsglied aufweist, welches am Tragglied montiert ist, wobei das andere Hilfsglied fähig ist, zu schwenken und wobei es symmetrisch zum Hilfsglied relativ zu einer virtuellen Ebene liegt, die eine Mitteldrehachse der Drehteile enthält, und die durch die Mitte der Tragober­ fläche hindurchgeht, wobei der Nockenmechanismus weiter eine weitere Nockenoberfläche zum Antreiben des anderen Hilfstraggliedes aufweist, wobei die andere Nockenober­ fläche symmetrisch zur Nockenoberfläche relativ zur Mit­ teldrehachse der Drehteile ist.

9. Roboterarm nach Anspruch 3, welcher weiter ein wei­ teres Hilfsglied aufweist, welches an dem Tragglied mon­ tiert ist, wobei das andere Hilfsglied fähig ist zu schwenken, und wobei es symmetrisch zum Hilfsglied rela­ tiv zu einer virtuellen Ebene liegt, die eine Mitteldreh­ achse der Drehteile enthält, und die durch die Mitte der Tragoberfläche hindurchgeht, wobei der Nockenmechanismus weiter eine weitere Nockenoberfläche zum Antreiben des anderen Hilfstraggliedes aufweist, wobei die andere Noc­ kenoberfläche, symmetrisch zur Nockenoberfläche relativ zur Mitteldrehachse der Drehteile ist.