JP4691281B2 - シリンダ及びそれを用いたロードポート並びに生産方式 - Google Patents
シリンダ及びそれを用いたロードポート並びに生産方式 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリンダ及びそれを用いたロードポート並びに生産方式に係り、特に、ＳＥＭＩ規格に対応し、しかも種々のラッチキー受け形状を有するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）に対応可能なロードポートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハを複数枚収納する容器として、オープンカセットが広く用いられていたが、クリーンルームに要するコストを削減して、高性能な半導体デバイスを安価に作るための手段として、ミニエンバイロメント方式が提唱され、２００ｍｍウェハではＳＭＩＦ（Standard Mechanical InterFace）方式が広く使用されており、３００ｍｍウェハではＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）方式が使用されようとしている。
【０００３】
ＦＯＵＰは、世界各国の半導体製造装置・材料メーカーが集まり組織されたＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）において提唱され、規格標準化されたミニエンバイロメント方式であり、半導体デバイスメーカーも本方式にて量産製造ラインの構築を進めようとしている。
ＦＯＵＰ方式は、ＳＥＭＩのスタンダード委員会にて技術的な検討がなされ規格化されたものであるが、ＦＯＵＰとＦＯＵＰドアを開閉するためロードポートの機械的なインターフェース方法については、ロードポートに関する精度を厳格に規定する一方、ＦＯＵＰはあえて自由度を持たせることにより、ＦＯＵＰメーカーの独創性を持たせる内容となっている（ＳＥＭＩ規格 Ｅ５７−０２９９）。
【０００４】
このようなＦＯＵＰ方式は、例えば、特開平８−２７９５４６号公報に詳細に記載されているが、図１２及び１３を用いてその構造、開閉機構を説明する。
図１２は、ＦＯＵＰを開閉するためのロードポートである。ロードポート３０は、開口を有するフレーム３１と、３個のキネマティックピン３４を有し、フレーム方向に前後進可能なステージ３２と、ステージと反対方向から開口部に挿入、退避するポートドア３３とから構成される。ポートドア３３には、対角線上に配設された２個のレジストレーションピン３６と、直立した状態（９０°）と水平状態（０°）に回転可能なラッチキー３５が２個取り付けられている。また、レジストレーションピン３６を囲むように、ＦＯＵＰドア５２を吸引固定するための吸着パッド３７が取り付けられている。
【０００５】
ＦＯＵＰ５０は、図１３に示すように、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２とからなり、ＦＯＵＰボックス５１には、ウエハ５３を戴置するための棚やオペレータが持つためのハンドル５８等が取り付けられている。ＦＯＵＰドア５２には、ポートドア３３のラッチキー３５及びレジストレーションピン３６に対応する位置に、ラッチホール５５及びレジストレーションホール５４が形成されている。ラッチホール５５の内部には、ラッチキー３５と嵌合するラッチキー受けが設けられ、このラッチキー受けをラッチキーで回転させることによりラッチ５６のロック及び解除が行われる。
ＳＥＭＩ規格には、ラッチキー受けを９０°及び０°の位置にすることにより、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２との固定及び解除を行う旨の規定はあるものの、具体的な固定方法についてはＦＯＵＰメーカーに任されている。ＦＯＵＰドアの開閉構造を示すの具体的な例については、例えば、米国特許第５９１５５６２号に開示されている。
【０００６】
次に、ＦＯＵＰの開閉操作方法の一例について説明する。
ＦＯＵＰはステージ上に配置している３箇所のキネマティックピン３４上に戴置することにより、位置決めがなされる。
この状態でステージ３２を前進させることにより、ＦＯＵＰ５０のレジストレーションホール５５がポートドアのレジストレーションピン３６にはまり込み、ＦＯＵＰドアの位置が補正される。さらにステージを前進させることにより、ポートドアのラッチキー３５がＦＯＵＰのラッチホール５５を通してラッチキー受けにはまり込み、最終的にはＦＯＵＰドアとポートドアが密着する。この状態でレジストレーションピン３６の根本に配設されている吸着パッド３７を負圧にすることにより、ＦＯＵＰドアをポートドアに固定することができる。
【０００７】
次に、ラッチキーを９０°回転させて０°位置とすることにより、ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアの固定を解除する。ポートドアはＦＯＵＰドアを保持したまま、後方へ移動し、さらに下降し、開口を介してウエハの取り出しが可能な状態とする。
この状態において、ＦＯＵＰボックスに収納されているウエハは、日本国特許第２７４９３１４号公報の記載されている基板搬送用スカラ型ロボット等で基板処理装置へ移送することが可能となる。
ＦＯＵＰドアを閉じる場合は、以上の操作を逆に行えばよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このＦＯＵＰ方式は、１９９６年にＳＥＭＩの暫定仕様として制定され、この規格をもとに各社がＦＯＵＰ、ロードポートを開発・製作を進めてきたが、実際にＦＯＵＰ方式での運用の検証を進めるにつれてさまざまな問題点が明らかになってきた。
【０００９】
前述したようにＳＥＭＩ規格は、ロードポートに関する精度を厳格に規定するものの、ＦＯＵＰにはあえて自由度を持たせている。例えば、ラッチキーの形状・大きさには公差を含めて厳密な規定を設けているが、ラッチキー受けの形状・大きさには何ら規定はない。このため、以下のような問題が発生している。
すなわち、ラッチキーの回転角度は、ＳＥＭＩ規格Ｅ６２−０９９９により、０°位置及び９０°位置のそれぞれに±１°の公差規定がある。しかし、ラッチキー受けの大きさに規定がないため、図８（ａ）に示すラッチキー受け５７の幅Ｗ１がラッチキー３５の幅Ｗ２よりもある程度以上大きくなると、ラッチキーが９０°に回転してもラッチキー受けは９０°まで回転せず、９０°位置にない状態が起こり得る。従って、幅の差（Ｗ１−Ｗ２）によっては、ラッチのロックが行われない場合を生じる。
また、ラッチのロックが行われる範囲であっても、ラッチキー受けが９０°位置に無い状態で、次の基板処理工程のロードポートに搬送されると、ＦＯＵＰを開けるためにステージが前進したとき、ラッチキーがラッチキー受けに滑らかに挿入できず、ラッチキー受けが損傷したり、発塵を起こしてウエハ移送空間を汚染してしまうという問題があった。これが度重なると、ラッチキー受けが削られ変形し、甚だしい場合にはＦＯＵＰの蓋を破壊してしまうことにもなる。また、ラッチキー受けが変形すると、例えばラッチキーを０°に回転させてもラッチキー受けは０°位置まで回転できず、すなわち、公差１°以上の位置（例えば５°）で停止してしまうことになる。ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアは、ラッチキー受けが０°±１°となることにより、その固定が解かれる構成になっていたものが、ラッチキー受けの変形によりその固定を解くことができなくなり、半導体等の製造プロセス上大きな問題となる。
【００１０】
以上の問題を解決するため、ＦＯＵＰメーカー各社はさまざまな検討を行っているが、コスト・信頼性等の問題から、現在のところ妥当な解決策は得られていない状況である。そこで、本発明者らは、ラッチのロック時に、ラッチキーを９０°以上に回転して、ラッチキー受けを９０°位置にすることが可能なロードポートを開発し（特願２０００−５９６５４）、これにより、安定したラッチの開閉動作が可能とした。しかしながら、従来のロードポートが混在する生産システムの場合、ＦＯＵＰの種類によっては、ラッチキー受け角度が９０°から大きくずれ、ラッチキーとラッチキー受けとが当接してラッチキー受けが損傷する場合が起こることが分かった。これを図１４を用いて説明する。図１４は、従来のロードポートＣ，Ｇと新規なロードポート（Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ）を有する生産システムに、２種類のＦＯＵＰを流したときに、ラッチをロックした後のラッチキー受け角度を示すグラフである。
新方式のロードポート（Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ）を用いた場合には、どのようなＦＯＵＰに対してもラッチキー受けをほぼ９０°にすることが可能であるが、従来のロードポート（Ｃ、Ｇ）では、ラッチキー受けが８６°程度となる場合があり、これらが次のロードポート（Ｄ、Ｈ）に搬送されると、新規のロードポートであってもラッチキーとラッチキー受けが当接し、ラッチキー受けが損傷を受ける場合が起こった。
【００１１】
かかる状況において、本発明は、ＦＯＵＰを開けるためにステージが前進し、ラッチキー受けにラッチキーを挿入する際、例えばラッチキー受けが９０°位置にない場合であっても、ラッチキー受けを損傷することなく、確実に挿入することが可能なロードポートを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、かかるロードポートに好適に用いられる小型のシリンダを提供することを目的とする。さらに、本発明の目的は、半導体集積回路等を高い信頼性を持って連続生産可能な生産方式を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決すべく、ラッチキーの駆動機構にシリンダを用いて、ラッチキー受けへのラッチキーの挿入方法及びラッチのメカニズム等を詳細に検討した結果、ＦＯＵＰのラッチキー受けにラッチキーを挿入する際、ラッチキーを自由に回転できる状態とすることにより、図８（Ｃ）に示すように、ラッチキー受けの角度（９０°−α）に倣って、ラッチキーが回転し、ラッチキー受けにラッチキーが滑らかに挿入され、ラッチキー受けの損傷や発塵を回避できることが分かった。ここで、ラッチキーがラッチキー受けに接触しながら回転し、ラッチキー受けに挿入される様子を図９（Ｂ）〜（Ｄ）の平面図及び断面図に示した。なお、図９（Ａ）はラッチキとラッチキー受けの関係を示す概略図である。
さらに、図８（Ｂ）に示すように、ＦＯＵＰドアを閉じてラッチをロックする際、ラッチキー受けが９０°位置になるように、ラッチキーを９０°より大きな角度（９０°＋θ）まで回転し、その後ラッチキーを９０°位置まで戻す構成とすることにより、どのようなＦＯＵＰに対しても、ラッチを確実にロックし、ラッチキー受けを９０°位置に戻すことが可能となり、従来のロードポートが混在する生産システムにおいても、安定したラッチのロック、解除が可能となることが分かった。
【００１３】
この方法を実現するためには、ラッチキーの４つの角度に対応して４つの位置に正確にピストンロッドを送り出すことができるシリンダが不可欠となる。このような多段階にピストンロッドを停止させるシリンダは、例えば、特開平８−８２３０５号公報に開示されているが、ピストンロッドを停止させるためのストッパを駆動させるアクチュエータが４つ必要となり、シリンダ全体のサイズが大きくなりすぎ、ＳＥＭＩ規格のポートドアに設置することが実際上不可能であった。また、従来のシリンダを連結して４位置シリンダを実現することも可能であるが、同様に、シリンダ全体のサイズが大きくなりすぎるという問題がある。そこで、本発明者は、以上の知見を基にさらに検討を加え、小型化可能なシリンダ構造を研究した結果、本発明のシリンダ及びロードポートを完成するに至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明のシリンダは、２つの流体ポートを有し、該ポートに供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの直線運動を行うシリンダにおいて、 １つのストップピンにより、前記ピストンロッドの端部が、最大作動範囲の一端である第１の位置と、最大作動範囲の他端である第２の位置、第１の位置と第２の位置との間にあって第２の位置に近い第３の位置、及び第１の位置と第３の位置との間にあって第３の位置に近い第４の位置に停止する構成としたことを特徴とする。
さらに、前記ロッドの端部が、第３の位置と第４の位置との間で自由可動としたことを特徴とする。なお、ストップピンの駆動は、例えば、流体圧力、バネ力、電磁力等により行えばよい。
【００１５】
具体的には、２つの流体ポートを有し、該ポートに供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの直線運動を行うシリンダでにおいて、シリンダチューブのピストン室に、前記ピストン室の一方の端面に係止されるようにピストンロッドと同軸に配置されたバネ受け部材と、該バネ受け部材と前記ピストンとを離間するように配置された第１のバネ部材と、前記ピストンロッドに設けられ、前記バネ受け部材のピストンロッドに対する前記ピストンと反対方向への移動を制限するストッパと、前記ストッパよりも前記ピストンから離れた位置のピストンロッドに設けられた凹部と、前記シリンダチューブに前記凹部と係合するように配置され、第２のバネ部材により前記凹部方向に付勢されたストップピンと、を有し、前記ピストンと前記バネ受け部材間の移動距離より、前記凹部に係合したストップピンにより制限されるピストンロッドの移動可能な長さを大きくしたことを特徴とし、４箇所の位置にピストンロッドを移行させるシリンダである。
ここで、前記第１〜第４の位置は、例えば、それぞれ、前記ピストン室の前記ストップピンから離れた側の第１の端面と前記ピストンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面に当接し且つ前記ピストンと前記バネ受け部材との距離が最小となる位置又は前記凹部の前記ピストン側の端面と前記ストップピンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面及び前記ストッパと当接する位置、及び前記凹部の他端面と前記ストップピンとが当接する位置により規定することができる。
【００１６】
このような構成とすることにより、１つのピストンロッドで、４つの位置への移行を高精度に行うことができ、しかも、４位置の状態間の移行を安定して行うことが可能となる。また、２つのシリンダを連結した構成や特開平８−８２３０５号公報のものに比べて、部品点数を大幅に減らすことができるため、コスト的にも極めて有利である。その結果、小型で、低価格、かつ信頼性が高い４位置型のシリンダを実現することが可能となる。
【００１７】
本発明のロードポートは、開口を有するフレームと、ラッチにより前面ドアを固定して内部の密閉状態を保持する基板収納容器を載置するステージと、ラッチキーを備えたポートドアとからなり、前記前面ドアと前記ポートドアとを密着させ、前記前面ドアのラッチキー受けと前記ラッチキーとを嵌合させた状態で前記ラッチキーをシリンダにより回転させてラッチのロック及び解除を行うロードポートにおいて、前記前面ドアを前記ポートドアに密着させる際、前記ラッチキーが前記ラッチキー受けの角度に倣って嵌合する構成としたことを特徴とする。ここで、シリンダとしては、４つの位置に移行可能な上記本発明のシリンダが好適に用いられる。
【００１８】
このような構成のロードポートを用いることにより、従来のロードポートで起こったラッチ不良や、ラッチ挿入時の損傷、発塵の問題を解消することができる。即ち、ラッチキー受けが９０°になっていないＦＯＵＰがあっても、ラッチキーがそれに倣って的確に嵌り、ＦＯＵＰの前面ドアを支障なく開放することができ、前面ドアを閉じた後はラッチキー受けを９０°位置に戻すことができるため、従来のロードポートが混在する生産システムであっても、ラッチキーとラッチキー受けの衝突を回避することが可能となり、損傷や発塵等の問題を回避することができる。
ここで、図１４が示すように、一般に、種々のＦＯＵＰのロックされた状態のラッチキー受けの角度（９０°−α）の範囲は、８６〜９２°であるため、θ、βを
（９０°＋θ）＝ ９０〜９４°
（９０°−β）＝ ８５〜９０°
とすることにより、従来のロードポートを含む生産システムであっても、安定したラッチ動作を行うことができる。
なお、シリンダの第１〜第４の位置は、これらの角度により定めればよい。即ち、前記第１〜第４の位置をそれぞれ、ラッチキーの水平位置、垂直位置よりも大きい角度（９０°＋θ）、垂直位置及び垂直位置より小さい角度（９０°−β）の４つの角度に対応させることにより、信頼性の高いラッチ動作を行わせることが可能となる。さらには、本発明の小型のシリンダを用いるため、ポートドアに余裕を持って取り付けることができ、ＳＥＭＩ規格に十分対応することができる。
【００１９】
本発明において、２つのラッチキーを連結させ、１つのシリンダにより２つのラッチキーを同時に回転させる構成とするのが好ましい。これにより、シリンダ、及びバルブは半分ですむことになり、ロードポートの一層のコスト削減を図ることができる。
また、本発明の生産方式は、上記本発明のロードポートを用いたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
（シリンダ）
まず、本発明のシリンダを図１，２を参照して説明する。
図１は、本発明の４点位置決めシリンダの一例を示す概略断面図である。
図において、２はシリンダチューブ、３はピストンロッド、４はピストン、５，６は流体ポートである。シリンダチューブ２には、ピストン４の外径と略同径の内径を有するピストン室（Ｉ−II）がシリンダカバー７、１９の間に形成されている。
【００２１】
ピストンロッド３の一端には、ストッパ８が固定され、その外周面には溝（凹部）９が形成され、また、その先端部にはテーパー１０が形成されている。ピストン４とストッパ８との間には、一端面にフランジが取り付けられた円筒部材からなるバネ受け部材１４が、ピストンロッド３と同軸に、ピストンロッド３と独立に軸方向移動可能に配置されている。このバネ受け部材１４とピストン４の間には、バネ（第１のバネ部材）１５がバネ受け部材１４を右側に付勢するように配置されている。バネ受け部材１４はシリンダカバー１９及びストッパ８のそれぞれにより右方向の移動が抑えられる。なお、図１においては、バネ１５の作用を滑らかに行うためのバネガイド部材１６がピストンロッド３及びピストン４に固定されて配置されている。
【００２２】
また、シリンダチューブ２には、ストッパ８に形成された凹部９に係合可能なストップピン１１が設けられている。このストップピン１１は、バネ１２（第２のバネ部材）とカバー１３により、ピストンロッド３の中心軸方向に付勢されている。ストップピン１１と凹部９を係合させることにより、ピストンロッド３の軸方向の動きが制限される。なお、このストップピン１１は、流体ポート６に導入される加圧流体により押し戻され、凹部９との係合が解除される。
【００２３】
次に、図２を用いて、シリンダの動作と共にピストンロッドを異なる４つの位置に移行させる方法を説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）が移行する量の異なる状態を示し、（Ａ），（Ｄ），（Ｃ）、（Ｂ）の順に移送する量が増加する（すなわち、シリンダ長：Ｌ１＞Ｌ４＞Ｌ３＞Ｌ２）。
【００２４】
まず、図２（Ｂ）に示すように、流体ポート５を高圧（Ｈ）、流体ポート６を低圧（Ｌ）にすると、ピストンロッド３は図の右方向に押され、シリンダ長は最小値Ｌ２となる。この位置は、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接し、両者の間隔Ｌ０がゼロになり、バネ受け部材１４の右端がシリンダカバー１９に当接するすることによって決まる位置（第２の位置）である。すなわち、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接する位置により最小シリンダ長が決められる。なお、この最小シリンダ長Ｌ２は、上記間隔Ｌ０がゼロになる位置で決める他に、凹部９の左端がストップピン１１と当接する位置で決めてもよい。
【００２５】
次に、図２（Ｂ）の状態から、流体ポート５を低圧とすると、ピストン４は第１のバネ１５の力により左方向に押され、ピストンロッド３は左方向に移動し、バネ受け部材の右端がシリンダカバー１９とストッパ８とに同時に当接する位置で停止する（図２（Ｃ））。この位置が第３の位置である。
このときのストップピン１１は凹部９に係合しているが、その位置は凹部９の中間部にある。ここで、第１のバネ１５は、バネガイド部材１６とバネ受け部材１４とを離間させ、バネ受け部材１４がストッパ８に当接するまでピストンロッド３を移動させるのに十分なバネ定数及び長さを有するバネを用いることは言うまでもない。
【００２６】
次に、流体ポート５と流体ポート６とがともに低圧の状態で、ピストンロッド３に外力が作用すると、ストップピン１１が凹部９の右端面に当接する図２（Ｄ）の状態に移行する。ここで、バネ受け部材１４はストッパ８の左端と当接したままであるが、シリンダカバー１９とは離間する。この位置が第４の位置となり、このときのシリンダ長はＬ４となる。図２（Ｃ）と２（Ｄ）との状態の間には、何ら拘束する力は働かないので、ピストンロッド３は第３の位置と第４の位置との間を自由に移動できる。この移動可能部分はクランク機構を通して、ラッチキーの自由回転部分となり、ラッチキー受けの傾き（９０°−α）に倣ってラッチキーの挿入が容易となる。
【００２７】
最後に、シリンダ長が最大となる図２（Ａ）は、流体ポート５を低圧、流体ポート６を高圧とすることにより、ピストン４に左方向の圧力を加え、ピストンロッド３を移行させる。ただし、図２（Ｂ）、（Ｃ）又は（Ｄ）のように、ストップピン１１が凹部に係合している状態で流体ポート６を高圧とすると、ピストンロッド３に左方向の力が加わり、ストップピン１１と凹部９の端面との摩擦によりストップピン１１と凹部９との係合が解除できなくなる場合があるため、例えば、図２（Ｅ）に示す状態を経由して図２（Ａ）の状態に移行させるのが好ましい。すなわち、流体ポート５を高圧とし、続いて流体ポート６も高圧とすると、凹部９右端とストップピン１１の間に力が加わらない状態で、ストップピン１１を押し戻す圧力を加えることができ、ストップピン１１と凹部９の係合を安定して解除することができる。続いて、流体ポート５を低圧状態とすることにより、ピストンロッド３は左方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置で停止する（第１の位置）。この状態が最大シリンダ長Ｌ１に対応する。
【００２８】
なお、図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の状態に移行させる場合は、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とする。流体ポート６は低圧となるため、ストップピン１１はバネ１２の力により突出した状態となるが、ストッパ８の端面にはテーパー部１０が形成されているため、ピストンロッド３が右方向に移動する際、テーパー部１０がストップピン１１を押し戻しながらに移動することになり、信頼性のある動作を確保することができる。
【００２９】
以上述べたようにして、図１のシリンダを用い、凹部９の形成位置及び長さ、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６との間隔Ｌ０及びシリンダカバー７を適宜選択することにより、ピストンロッド３の移行量を４段階に変化させることができ、しかも、それぞれの位置を正確に規定することが可能となる。
【００３０】
図１に示すシリンダは、ピストンのピストンロッドの伸長方向とは反対側にストップピン、凹部、バネ受け部材等を配設した構成としたが、ピストンロッドが伸長する方向側にストップピン等を配設した構成も可能である。このような構成のシリンダを図３に示す。
図３の例では、図１に示したようなテーパー部１０を有するストッパ８を設けず、ピストンロッドの一部分１７をバネ受け部材１４の左方向への移動を制限するストッパとして作用させ、さらにピストンロッド３の外周に溝（凹部）９を形成したものである。また、バネガイド部材１６として、バネ受け部材１４と同じ形状のものを用いている。ここで、図３の両部材１４，１６とも、ピストンロッド３には固定されておらず、軸方向に独立して移動することができる。なお、図３のシリンダにおいては、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す状態がピストンロッド３の４つの位置に対応する（Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ１）。なお、図３の場合、ピストン室はピストン止め１８とシリンダカバー１９を端面とする室である。
【００３１】
最小のシリンダ長Ｌ１は、図３（Ａ）に示すように、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とすることにより達成される。ピストンロッド３は右方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー１９に当接する位置で停止する。すなわち、シリンダ長Ｌ１は、シリンダカバー１９の位置により決定される（第１の位置）。なお、この状態で、ストップピン１１は、高圧流体により押し戻された状態にある。
【００３２】
次に、図３（Ａ）の状態から、流体ポート５を低圧に、流体ポート６を高圧にすると、ピストンロッド３はストップピン１１が凹部９の右端面に当接するまで移行する（図３（Ｂ））。すなわち、最大シリンダ長Ｌ２は、ストップピン１１と凹部９の右端が当接する位置により決められることになる（第２の位置）。なお、図１と同様に、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６が当接する位置（すなわち、Ｌ０＝０）を最大シリンダ長としても良い。
【００３３】
第３の位置におけるシリンダ長Ｌ３は、図３（Ｃ）に示すように、図３（Ｂ）の位置から流体ポート５，６をともに低圧とすることにより得られる。即ち、第１のバネ１５が伸びてバネガイド１６を介してピストンロッド３を右に移動させた位置であり、バネ受け部材１４がストッパ１７及びピストン止め１８に当接する位置である。ここで、ストップピン１１は凹部９の両端面の中間に位置している。
【００３４】
次に、図３（Ｄ）に示すように、流体ポート５，６をともに低圧とした状態で、外力が作用すると、ピストンロッド３は右方向に移動して、ストップピン１１が凹部９の左端と当接する位置で停止する。この状態が第４の位置に対応する。
【００３５】
なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の状態から、図３（Ａ）の状態に移すには、図２（Ｅ）で示したのと同様に、図３（Ｅ）に示すように、流体ポート６を高圧にした後、流体ポート５を高圧にし、その後、流体ポート６を低圧とすればよい。このようにすることにより、ストップピン１１は容易に押し戻され、図３（Ａ）状態への移行がスムーズに行われる。
【００３６】
以上のように、図１〜３に本発明のシリンダの構成例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらに基づき種々の設計変更をしても良い。例えば、ストッパ８又はピストンロッド３上に形成される凹部９は外周面全体にわたり形成する必要は必ずしもなく、ストップピン１１と係合する部分のみに形成してもよい。また、バネガイド部材１６は、図１，３の構造のものにかぎらず、バネ１５の伸縮を安定して確保できるものであればどのような構造のものであっても良く、また、ピストン等に固定してもしなくても良い。さらに、バネガイド部材１６を省略することも可能である。省略する場合は、間隔Ｌ０は、ピストン４とバネ受け部材１４との間隔となる。
また、バネ受け部材１４は、シリンダカバー１９（又はピストン止め１８）やストッパ８，１７により、係止されるものであれば、どのような構造ものでもよく、図１〜３で示したものに限られるものではない。
さらに、本発明のバネ部材は、バネ受け部材１４やストップピン１１を押しつけるものであればどのような構造、材質のものであってもよく、例えば、コイル状バネ、皿バネ、スポンジ、ゴム等を含む意味である。
【００３７】
（ロードポート）
次に、本発明のシリンダを用いたロードポートについて説明する。
図１２はロードポートの構成例を示す概略斜視図である。図に示すように、ロードポート３０は、図１３に示すＦＯＵＰ５０を載置し、基板を移送するための開口を有するフレーム３１と、フレーム３１方向に移動可能なＦＯＵＰ載置ステージ３２と、フレームの開口に挿入でき、ＦＯＵＰ内の基板を移送する際には、後退したのち下方に退避するポートドア３３とから構成される。ＦＯＵＰ載置ステージ３２には、ＦＯＵＰを位置決めするキネマティックピンが３個取り付けられている。一方、ポートドアは、後述するように、ラッチキー３５とそれを駆動するシリンダ１が２組設けられ、ＦＯＵＰドア（前面ドア）５２のラッチ及びその解除を行う。ポートドア３３は、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除した後、ＦＯＵＰドアとともに後方さらに下方に移動し、ロボットによる基板移送を妨害しない位置に退避する。
【００３８】
図４（Ａ）は、ポートドアの前面カバーを取り除いた状態をステージ３２側から見た概略図である。ＦＯＵＰドア５１のラッチホール５５及びレジストレーションホール５４に対応する位置にラッチキー３５及びレジストレーションピン３６がそれぞれ２つずつ取り付けられている。ラッチキー３５は、連結部材３８に連結され、該連結部材３８はエアシリンダのピストンロッド先端のナックル２１に回転可能に連結されている。この結果、エアシリンダのピストンロッド３の直線運動に伴い、ラッチキーは回転することができる。なお、エアシリンダ１の他端はクレビス型の支持構造２０をなし、ポートドアの後面カバー４１に取り付けられた支持部材４２に回転可能に固定されている。また、シリンダのポート５，６はエア配管４０を介して切り替えバルブ、さらには圧縮エア源に接続されている。
また、レジストレーションピン３６を囲むように吸着パッド３７が取り付けられており、ＦＯＵＰドアとポートドアとが密着した際、吸着パッド３７とＦＯＵＰドア５２との間の空間を真空排気可能なように、吸着パッドは真空用配管３９を介して真空装置（不図示）と接続されている。
【００３９】
ラッチキー受けが正常位置にきていない場合やその形状に伴う種々の問題を未然に防ぎ、安定したラッチのロック及びその解除を行うためには、どのようなラッチ形状のＦＯＵＰに対しても、ラッチキーがラッチキー受けに円滑に嵌合し、さらにはラッチをロックした後のラッチキー受けを９０°位置に置くことが重要である。このためにはピストンロッドの移動する距離を４段階に制御できる本発明のシリンダが好適に用いられる。すなわち、本発明のシリンダを用いることにより、ラッチキー受けの形状にかかわらず、ラッチ解除のためにラッチキーをラッチキー受けへ挿入する際の損傷や発塵を防止することができる。
【００４０】
図１に示す構造のエアシリンダを用いてポートドアを構成した場合のＦＯＵＰドアの開閉動作を図を参照して説明する。図５は、各動作に対応するシリンダの状態を示す概略断面図、図６は流体ポートに連結された切り替え用の電磁バルブの動作（ｂ）及びラッチキー位置（ａ）を示す模式図である。なお、図５では、各動作におけるピストンロッド位置の具体的数値（ｍｍ単位）を示した。
ＦＯＵＰ５０は、ロードポート３０のステージ３２にキネマティックピン３４をあわせて載置される。ここで、ＦＯＵＰボックス５１とドア５２とは、ラッチにより、固定され、内部は外部と完全に遮断され密閉状態にある。また、２つのラッチキー受けは水平方向から９０°回転した位置にある。一方、ポートドアの２つのラッチキー３５も９０°の位置にある。
【００４１】
ステージ３２を不図示の駆動機構によりポートドア３３方向に移動させると、ＦＯＵＰドア５２のレジストレーションホール５４にレジストレーションピン３６が挿入されて両者の位置決めがなされ、続いてラッチホール５５を通してラッチキー３５がラッチキー受けに挿入される。ポートドア３３とＦＯＵＰドア５２とが密着した状態で、真空装置（不図示）により吸着パッド３７内を真空にし、ポートドア３３にＦＯＵＰドア５２を吸着固定させる。
この状態で、ラッチのロックを解除し、ＦＯＵＰドア５２を開ける操作を行う。ピストンロッドの動きと流体ポート５，６へのエアの供給との関係を図５，６を用いて説明する。なお、２つのシリンダは全く同じ動作を行う。
【００４２】
ラッチキー３５がラッチキー受け５７に挿入される状態の２つのシリンダは、いずれも図５（Ｃ）に示す状態（第３の位置）にあり、ポート５，６に接続されたバルブＡ，Ｂはいずれも低圧（Ｌ）側に切り替えられている（図６（Ｃ））。ピストンロッド３は、バネ１５により左方向に押され、ストップピン１１は凹部９の中間位置に停止する。このときのラッチキーは９０°位置にある。この際、ラッチキー受けが９０°近傍にありながら、もし９０°に満たない角度にある場合、ラッチ気受けの角度に倣ってラッチキーが回転すると連結部材３８を通して、自由可動状態にあるピストンロッドは引っ張られ、図５（Ｄ）の位置（第４の位置）まで移行する。このようにしてラッチキーがラッチキー受けに嵌合し吸着パッドによって、ＦＯＵＰの前面ドアとポートドアとが密着する。
【００４３】
次に、まず、バルブＡを、続いてバルブＢを圧縮空気（Ｈ）側に切り替えると（図６（Ｅ））、ピストン４が右方向に少しずれた状態でピストンの両側のいずれもが加圧状態になるため、この圧力によりストップピン１１がバネ１２の力に抗して押し戻され、ストップピンと凹部の係合が解かれる（図５（Ｅ））。
【００４４】
この状態で、バルブＡを低圧側に切り替えると（図６（Ａ））、ピストン４に左方向の力が加わり、ピストンロッド３は押し出され、ピストン４がシリンダカバー７と当接する位置で停止し、これに対応してラッチキー３５が０°位置まで回転する。ラッチキー３５の回転に伴いラッチキー受けも回転し、ＦＯＵＰドアのラッチが解除される（図５（Ａ））。
【００４５】
ここで、ポートドア３３を駆動機構（不図示）により、開口部から後退、退避させて、不図示のロボットによる基板移送動作を可能な状態とする。ＦＯＵＰと基板処理装置間で基板の移送を行い、ＦＯＵＰに収納された基板の処理を行い、処理終了後の基板は再びＦＯＵＰ内に移送される。
【００４６】
すべての基板の処理が終了した後、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する操作を行う。ポートドア３３を退避した状態から、不図示の駆動機構により、ポートドアを上昇、さらに前進させてロードポートのフレーム開口部３１内に挿入し、ＦＯＵＰボックス５１にＦＯＵＰドア５２を押し当てる。この状態で、バルブＡ、Ｂをそれぞれ圧縮空気（Ｈ）側及び低圧（Ｌ）側へと切り替える（図６（Ｂ））。ピストンロッド３は右方向に移動し、ストップピン１１が凹部９に係合して、ストップピンと凹部の右端とが接触する位置よりもさらに進み、間隔Ｌ０がゼロとなる位置で停止する。これに対応して、ラッチキー３５は９０°位置を越えて９０°＋θ位置で停止し（図５（Ｂ）、図６（Ｂ））、一方、ラッチキー受けは９０°位置となる。
【００４７】
ここで、ラッチキー受け幅Ｗ１とラッチキー幅Ｗ２との差によっては、ラッチキーは９０°位置にあってもラッチキー受けは９０°に達せず（例えば、Ｗ１＝６ｍｍ，Ｗ２＝５ｍｍのとき、ラッチキー受け角度＝８６°）、この状態では次工程のラッチ解除の際に、ラッチキーとラッチキー受け周辺が接触する問題や、ラッチのロックが不十分で密閉性が不十分となり、ＦＯＵＰ搬送中に内部が汚染されかねないという問題がある。しかしながら、図１に示すシリンダにより、ラッチキーは９０°＋θ位置まで回転するため、ラッチキー受けを常に９０°位置とすることができ、以上の問題を未然に防ぐことができる。
【００４８】
ここで、ポート５のバルブＡを低圧側に切り替えると、第１のバネ１５の力によりピストンロッド３はストップピン１１が凹部９の中間位置まで左方向に移動し、図５（Ｃ）の位置（第３の位置）に再び戻る。これに対応して、ラッチキーも９０°位置に戻り、ラッチキー受け及びラッチキーのいずれもが９０°位置になる。
ＦＯＵＰは、この後、次工程のロードポートに送られるが、ラッチキー受けは９０°位置にあるため、次工程のロードポートが従来のロードポートであっても、ラッチキーの挿入を支障なく行うことができる。
なお、ピストンロッドの直線運動により、シリンダは軸に垂直方向の力を受けるため、シリンダの両端部２１、２０は、それぞれ回転可能に連結部材３８，支持部材４２と連結されている。従って、上記した一連の動作において、シリンダは図７に示すような動きをすることになる。
【００４９】
以上のロードポートにおいては、ラッチのロックを行う場合、ラッチキーを（９０°＋θ）まで回転してラッチキー受けを９０°位置にした後、ラッチキーを９０°に戻す構成としたが、本発明のシリンダを用いることにより、ラッチのロック後、図１０（Ｃ）に示すように、ラッチキを（９０°−θ）まで戻す構成とすることも可能である。この場合でも、９０°位置にあるラッチキー受けに対し、ラッチキーはそのままの状態で挿入することができる。さらに、ラッチキー挿入時に、ラッチキーは（９０°−θ）から（９０°−θ−β）まで回転することになるため（図１０（Ｄ））、ラッチキー受け角が９０°より大幅に小さなＦＯＵＰに対しても（例えば８１〜８２°）ラッチキーを支障なくラッチキー受けに挿入することができる。即ち、ラッチキー受け角が９０から大きくずれるＦＯＵＰに対しても対応することが可能となる。
一方、ラッチを解除する場合は、上述したように、ラッチキーを水平位置に回転するが、ラッチキー受け幅Ｗ１が大きいＦＯＵＰになると、ラッチキーを０°に戻してもラッチキー受けはラッチ解除角度（０°±１°）まで達せず、ラッチが解除できない場合が起こりうる。そこで、ラッチ解除を安定して行うには、ラッチキーを０°を越えてさらに回転させるようにすればよい。すなわち、ラッチ解除の信頼性を高めるにはラッチキーを（−θ）まで回転すればよい。この角度（−θ）は、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置により決めることができる。
【００５０】
また、以上は図１のシリンダを用いたロードーポートについて説明したが、図３に示す構成のシリンダを用いた場合も同様である。なお、この場合は図（Ａ）に示すシリンダ位置を９０°回転して配置すればよい。
また、図１２のポートドアには、２つのラッチキーに対応した２本のシリンダが取り付けられているが、一本のシリンダで同様なラッチ動作を実現することも可能である。この場合のポートドア構成例を図４（Ｂ）に示す。
図の例は、Ｔ字型の連結部材４３を用いて、２つのラッチの連結部材３８とシリンダのナックル２１とを連結したものである。シリンダの直線運動により、２つのラッチキーが同位相で回転し、ラッチのロック及び解除を１つのシリンダで行うことができる。
【００５１】
さらに、以上は、ラッチ解除後のＦＯＵＰドアとＦＯＵＰ本体との開放を、ポートドアを後方に下げ、更に下方に退避させる方法について述べてきたが、本発明はこれに限ることはなく、例えば、ポートドアとＦＯＵＰ前面ドアが密着した後、ＦＯＵＰ本体を若干後退させて、前面ドアを開放する方法や、逆にＦＯＵＰ本体は動かさず、これらの密着した２つのドアを垂直に降下させる方法、若しくは、これら２つの密着したドアを垂直から水平に倒して開放する方法など各種の方法に適用することができる。
【００５２】
（生産方式）
次に、本発明の半導体生産方式を図１１を参照して説明する。半導体工場内では、各種処理を受けるウエハ５３はＦＯＵＰ５０に収納された状態で各処理装置６１間を移動する。３００ｍｍ径クラスのウエハ５３を収納したＦＯＵＰ５０は８ｋｇ以上の重量となるため、安全上人手での搬送は考えにくく、ＯＨＴ部（Overhead Hoist Transfer）６０等の自動搬送機器を使用することになる。
【００５３】
図１１の例では、処理されるウエハ５３が収納されたＦＯＵＰ５０を、工程内に設置されたストッカからＯＨＴ部６０によって処理装置６１（例えばエッチング装置）上に搬送する。
【００５４】
次いで、ＦＯＵＰ５０を、ホイスト（Hoist）機構６２を用いて処理装置６１のロードポート３０上へ降ろして所定位置（移載ポジション）にセットする。続いて、ＦＯＵＰ５０の下面に設けられているＶ溝を、ロードポート３０上のキネマティックピン３４上に導いて所定の収まり位置に固定する。
【００５５】
次に、ホイスト機構６２をＦＯＵＰ５０から外してＦＯＵＰ５０をロードポート３０上に載せる。その後、ＦＯＵＰ５０を前進させてポートドア３３に密着固定する。次いで、ラッチキー３５を回転することにより、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除する。
【００５６】
ポートドア開閉機構を駆動してＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１から取り外し、処理装置６１内下部へＦＯＵＰドア５２を移動する。ＦＯＵＰドア５２が外れた状態でＦＯＵＰ５０の前面からウェハ５３を取り出し、処理装置６１内のウェハ移送ロボット（不図示）でウェハ５３を処理装置６１内部の処理部（不図示）に移送して所要の処理を行う。半導体チップが出来るまで、このＦＯＵＰドア５２の開閉動作は、５００回から多い場合には１０００回程度行うことになる。
【００５７】
処理終了後、処理済みのウェハ５３をウェハ移送ロボットを用いてＦＯＵＰ５０に戻す。このように、ＦＯＵＰ５０内に収納されているウェハ５３のそれぞれに所要の処理を行った後、ボートドア開閉機構を駆動しＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に挿入し、本発明のシリンダーを用いてラッチキー３５を一旦９０°＋θの位置まで過回転させ、ラッチキーを９０°位置に戻すことによりラッチをロックし、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する。
【００５８】
その後、ＦＯＵＰ５０を後退させて移載ポジションに納置する。搬送要求に応じて、ロードポート３０、すなわち搬送要求の対象となっているＦＯＵＰ５０が置かれているロードポート３０上に空のＯＨＴ部６０を停止させ、ホイスト機構６２のロボットハンド（不図示）を用いて引き上げる。
【００５９】
次いで、ＦＯＵＰ５０をＯＨＴ部６０でストッカに搬送して一時保管した後に、次の処理工程（例えば、アッシング工程等）にＦＯＵＰ５０を搬送する。このようなフロー（基板収納治具搬送方法）を繰り返すことで所望の回路をウェハ５３上に形成する。
【００６０】
なお、上記においては、自動搬送としてＯＨＴ部６０を用いる例で説明したが、これに特に限定されることなく、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）やＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）を用いても良く、またＰＧＶ（Person Guided Vehicle）を用いた手動搬送を用いても良いことは明らかである。
【００６１】
本発明の生産方式においては、全ての処理装置６１に本発明のロードポート３０を取付けることが望ましいが、従来の生産方式のロードポートの一部を本発明のロードポートに置き換える構成であっても、従来の生産方式に比べてより安定した生産を行うことが可能となる。
例えば、本発明のロードポートにラッチキー受け角度（９０°−α）のＦＯＵＰが搬送されてきた場合でも、ＦＯＵＰドアにポートドアを密着させる過程でラッチキーは（９０−β）まで回転し、ラッチキー受けの角度に倣って挿入させることができる。即ち、ラッチキーがラッチキー受けに挿入される際、ラッチキーは滑らかに回転するため、両者間に過度の力が加わることがないことから、ラッチキー及びラッチキー受けの損傷、並びにこれに伴う発塵の問題発生を未然に防止し、より安定した生産を行うことが可能となる。例えば図１４のような種々のロードポートＡ〜Ｈの８台を用いる半導体生産工程では、従来のロードポートＣ、ＧでＦＯＵＰを閉じると、ＦＯＵＰのラッチキー受けは９０°に満たない８６〜８８°となる。ここで、このＦＯＵＰが本発明のロードポートＤ、Ｈに送られてくると、これらのロードポートのラッチキーは、ラッチキー受け角度（８６〜８８°）に倣って、滑らかに嵌合するため、上記損傷等の問題を起こすことなくラッチ開閉が行うことができる。しかも、ラッチキー受け角度を９０°として次のロードポートに送り出すことができるため、たとえ次のロードポートが従来のものであっても、安定したラッチ開閉が可能となる。
このように、従来の生産ラインのロードポートの一部を本発明のロードポートに置き換えることにより、安定した生産が可能となるため、低コストで生産方式の向上を図ることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、４つの位置に送り出し可能で、しかも４位置間の移行を安定して行うことができるシリンダを提供することができる。しかも、少ない部品数で小型化が達成できるため、低コストのシリンダを実現することができる。
また、かかるシリンダを用いてロードポートを構成することにより、ラッチキーとラッチキー受けの係合が完全となりＦＯＵＰ開閉時のラッチ動作を確実に行うことが可能な信頼性の高いロードポートを提供することが可能となる。
また、本発明により、ラッチキーが傾斜しているラッチキー受けに倣って嵌合させることができるため、前者の後者への加傷、衝突を防止でき、発塵が大幅に軽減されるとともにＦＯＵＰの寿命も長くなってコストダウンはもちろん廃棄物の減少にもつながる。さらに、２つのラッチキーを連結して、１つのシリンダで２つのラッチを施錠、開錠することが可能となり、ポートドア、さらにはロードポートのコスト削減を図ることが可能となる。
さらに本発明の半導体生産方式により、確実に密閉され、クリーンな状態でウエハを各処理装置間で搬送することができ、さらに各処理室におけるウエハ処理を安定して行うことが可能となる。クリーンルームのコスト削減を図りながら、半導体集積回路等の量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明のシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図３】本発明のシリンダの別の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明のシリンダを組み込んだポートドアの構成図である。
【図５】本発明のロードポートのシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図６】本発明のロードポートの（ａ）ラッチキー動作及び（ｂ）シリンダの電磁弁回路を示す模式図である。
【図７】ピストンロッドの直線運動に伴うシリンダの揺動を説明する平面図である。
【図８】ラッチキ−とラッチキー受けとの関係を示した模式図である。
【図９】ラッチキーがラッチキー受けに挿入する様子を示した模式図である。
【図１０】施錠時のラッチキーが９０°に満たない実施例を示す図である。
【図１１】本発明の半導体生産方式を示す概念図である。
【図１２】ロードポートの構成を示す概略斜視図である。
【図１３】ＦＯＵＰを示す概略斜視図である。
【図１４】各種タイプのロードポートのラッチキー受け角度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ シリンダ、
２ シリンダチューブ、
３ ピストンロッド、
４ ピストン、
５，６ 流体ポート、
７、１９ シリンダカバー、
８、１７ ストッパ、
９ 溝（凹部）、
１０ テーパー、
１１ ストップピン、
１２ バネ（第２のバネ部材）、
１３ カバー、
１４ バネ受け部材、
１５ バネ（第１のバネ部材）、
１６ バネガイド部材、
１８ ピストン止め、
２１ ナックル、
３０ ロードポート、
３１ フレーム、
３２ ステージ、
３３ ポートドア、
３４ キネマティックピン、
３５ ラッチキー、
３６ レジストレーションピン、
３７ 吸着パッド、
５０ ＦＯＵＰ、
５１ ＦＯＵＰボックス、
５２ ＦＯＵＰドア、
５４ レジストレーションホール、
５５ ラッチホール、
５６ ラッチ、
５７ ラッチキー受け、
５８ ハンドル、
６０ ＯＨＴ部、
６１ 処理装置、
６２ ホイスト機構、
θ ラッチ記とラッチキー受けとの間の遊び角度
α ラッチキー受けが９０°に満たない場合の角度
β シリンダの第３の位置と第４の位置との移動に対応するラッチキーの回転角度
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリンダ及びそれを用いたロードポート並びに生産方式に係り、特に、ＳＥＭＩ規格に対応し、しかも種々のラッチキー受け形状を有するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）に対応可能なロードポートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハを複数枚収納する容器として、オープンカセットが広く用いられていたが、クリーンルームに要するコストを削減して、高性能な半導体デバイスを安価に作るための手段として、ミニエンバイロメント方式が提唱され、２００ｍｍウェハではＳＭＩＦ（Standard Mechanical InterFace）方式が広く使用されており、３００ｍｍウェハではＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）方式が使用されようとしている。
【０００３】
ＦＯＵＰは、世界各国の半導体製造装置・材料メーカーが集まり組織されたＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）において提唱され、規格標準化されたミニエンバイロメント方式であり、半導体デバイスメーカーも本方式にて量産製造ラインの構築を進めようとしている。
ＦＯＵＰ方式は、ＳＥＭＩのスタンダード委員会にて技術的な検討がなされ規格化されたものであるが、ＦＯＵＰとＦＯＵＰドアを開閉するためロードポートの機械的なインターフェース方法については、ロードポートに関する精度を厳格に規定する一方、ＦＯＵＰはあえて自由度を持たせることにより、ＦＯＵＰメーカーの独創性を持たせる内容となっている（ＳＥＭＩ規格 Ｅ５７−０２９９）。
【０００４】
このようなＦＯＵＰ方式は、例えば、特開平８−２７９５４６号公報に詳細に記載されているが、図１２及び１３を用いてその構造、開閉機構を説明する。
図１２は、ＦＯＵＰを開閉するためのロードポートである。ロードポート３０は、開口を有するフレーム３１と、３個のキネマティックピン３４を有し、フレーム方向に前後進可能なステージ３２と、ステージと反対方向から開口部に挿入、退避するポートドア３３とから構成される。ポートドア３３には、対角線上に配設された２個のレジストレーションピン３６と、直立した状態（９０°）と水平状態（０°）に回転可能なラッチキー３５が２個取り付けられている。また、レジストレーションピン３６を囲むように、ＦＯＵＰドア５２を吸引固定するための吸着パッド３７が取り付けられている。
【０００５】
ＦＯＵＰ５０は、図１３に示すように、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２とからなり、ＦＯＵＰボックス５１には、ウエハ５３を戴置するための棚やオペレータが持つためのハンドル５８等が取り付けられている。ＦＯＵＰドア５２には、ポートドア３３のラッチキー３５及びレジストレーションピン３６に対応する位置に、ラッチホール５５及びレジストレーションホール５４が形成されている。ラッチホール５５の内部には、ラッチキー３５と嵌合するラッチキー受けが設けられ、このラッチキー受けをラッチキーで回転させることによりラッチ５６のロック及び解除が行われる。
ＳＥＭＩ規格には、ラッチキー受けを９０°及び０°の位置にすることにより、ＦＯＵＰボックス５１とＦＯＵＰドア５２との固定及び解除を行う旨の規定はあるものの、具体的な固定方法についてはＦＯＵＰメーカーに任されている。ＦＯＵＰドアの開閉構造を示すの具体的な例については、例えば、米国特許第５９１５５６２号に開示されている。
【０００６】
次に、ＦＯＵＰの開閉操作方法の一例について説明する。
ＦＯＵＰはステージ上に配置している３箇所のキネマティックピン３４上に戴置することにより、位置決めがなされる。
この状態でステージ３２を前進させることにより、ＦＯＵＰ５０のレジストレーションホール５５がポートドアのレジストレーションピン３６にはまり込み、ＦＯＵＰドアの位置が補正される。さらにステージを前進させることにより、ポートドアのラッチキー３５がＦＯＵＰのラッチホール５５を通してラッチキー受けにはまり込み、最終的にはＦＯＵＰドアとポートドアが密着する。この状態でレジストレーションピン３６の根本に配設されている吸着パッド３７を負圧にすることにより、ＦＯＵＰドアをポートドアに固定することができる。
【０００７】
次に、ラッチキーを９０°回転させて０°位置とすることにより、ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアの固定を解除する。ポートドアはＦＯＵＰドアを保持したまま、後方へ移動し、さらに下降し、開口を介してウエハの取り出しが可能な状態とする。
この状態において、ＦＯＵＰボックスに収納されているウエハは、日本国特許第２７４９３１４号公報の記載されている基板搬送用スカラ型ロボット等で基板処理装置へ移送することが可能となる。
ＦＯＵＰドアを閉じる場合は、以上の操作を逆に行えばよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このＦＯＵＰ方式は、１９９６年にＳＥＭＩの暫定仕様として制定され、この規格をもとに各社がＦＯＵＰ、ロードポートを開発・製作を進めてきたが、実際にＦＯＵＰ方式での運用の検証を進めるにつれてさまざまな問題点が明らかになってきた。
【０００９】
前述したようにＳＥＭＩ規格は、ロードポートに関する精度を厳格に規定するものの、ＦＯＵＰにはあえて自由度を持たせている。例えば、ラッチキーの形状・大きさには公差を含めて厳密な規定を設けているが、ラッチキー受けの形状・大きさには何ら規定はない。このため、以下のような問題が発生している。
すなわち、ラッチキーの回転角度は、ＳＥＭＩ規格Ｅ６２−０９９９により、０°位置及び９０°位置のそれぞれに±１°の公差規定がある。しかし、ラッチキー受けの大きさに規定がないため、図８（ａ）に示すラッチキー受け５７の幅Ｗ１がラッチキー３５の幅Ｗ２よりもある程度以上大きくなると、ラッチキーが９０°に回転してもラッチキー受けは９０°まで回転せず、９０°位置にない状態が起こり得る。従って、幅の差（Ｗ１−Ｗ２）によっては、ラッチのロックが行われない場合を生じる。
また、ラッチのロックが行われる範囲であっても、ラッチキー受けが９０°位置に無い状態で、次の基板処理工程のロードポートに搬送されると、ＦＯＵＰを開けるためにステージが前進したとき、ラッチキーがラッチキー受けに滑らかに挿入できず、ラッチキー受けが損傷したり、発塵を起こしてウエハ移送空間を汚染してしまうという問題があった。これが度重なると、ラッチキー受けが削られ変形し、甚だしい場合にはＦＯＵＰの蓋を破壊してしまうことにもなる。また、ラッチキー受けが変形すると、例えばラッチキーを０°に回転させてもラッチキー受けは０°位置まで回転できず、すなわち、公差１°以上の位置（例えば５°）で停止してしまうことになる。ＦＯＵＰボックスとＦＯＵＰドアは、ラッチキー受けが０°±１°となることにより、その固定が解かれる構成になっていたものが、ラッチキー受けの変形によりその固定を解くことができなくなり、半導体等の製造プロセス上大きな問題となる。
【００１０】
以上の問題を解決するため、ＦＯＵＰメーカー各社はさまざまな検討を行っているが、コスト・信頼性等の問題から、現在のところ妥当な解決策は得られていない状況である。そこで、本発明者らは、ラッチのロック時に、ラッチキーを９０°以上に回転して、ラッチキー受けを９０°位置にすることが可能なロードポートを開発し（特願２０００−５９６５４）、これにより、安定したラッチの開閉動作が可能とした。しかしながら、従来のロードポートが混在する生産システムの場合、ＦＯＵＰの種類によっては、ラッチキー受け角度が９０°から大きくずれ、ラッチキーとラッチキー受けとが当接してラッチキー受けが損傷する場合が起こることが分かった。これを図１４を用いて説明する。図１４は、従来のロードポートＣ，Ｇと新規なロードポート（Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ）を有する生産システムに、２種類のＦＯＵＰを流したときに、ラッチをロックした後のラッチキー受け角度を示すグラフである。
新方式のロードポート（Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｈ）を用いた場合には、どのようなＦＯＵＰに対してもラッチキー受けをほぼ９０°にすることが可能であるが、従来のロードポート（Ｃ、Ｇ）では、ラッチキー受けが８６°程度となる場合があり、これらが次のロードポート（Ｄ、Ｈ）に搬送されると、新規のロードポートであってもラッチキーとラッチキー受けが当接し、ラッチキー受けが損傷を受ける場合が起こった。
【００１１】
かかる状況において、本発明は、ＦＯＵＰを開けるためにステージが前進し、ラッチキー受けにラッチキーを挿入する際、例えばラッチキー受けが９０°位置にない場合であっても、ラッチキー受けを損傷することなく、確実に挿入することが可能なロードポートを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、かかるロードポートに好適に用いられる小型のシリンダを提供することを目的とする。さらに、本発明の目的は、半導体集積回路等を高い信頼性を持って連続生産可能な生産方式を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決すべく、ラッチキーの駆動機構にシリンダを用いて、ラッチキー受けへのラッチキーの挿入方法及びラッチのメカニズム等を詳細に検討した結果、ＦＯＵＰのラッチキー受けにラッチキーを挿入する際、ラッチキーを自由に回転できる状態とすることにより、図８（Ｃ）に示すように、ラッチキー受けの角度（９０°−α）に倣って、ラッチキーが回転し、ラッチキー受けにラッチキーが滑らかに挿入され、ラッチキー受けの損傷や発塵を回避できることが分かった。ここで、ラッチキーがラッチキー受けに接触しながら回転し、ラッチキー受けに挿入される様子を図９（Ｂ）〜（Ｄ）の平面図及び断面図に示した。なお、図９（Ａ）はラッチキとラッチキー受けの関係を示す概略図である。
さらに、図８（Ｂ）に示すように、ＦＯＵＰドアを閉じてラッチをロックする際、ラッチキー受けが９０°位置になるように、ラッチキーを９０°より大きな角度（９０°＋θ）まで回転し、その後ラッチキーを９０°位置まで戻す構成とすることにより、どのようなＦＯＵＰに対しても、ラッチを確実にロックし、ラッチキー受けを９０°位置に戻すことが可能となり、従来のロードポートが混在する生産システムにおいても、安定したラッチのロック、解除が可能となることが分かった。
【００１３】
この方法を実現するためには、ラッチキーの４つの角度に対応して４つの位置に正確にピストンロッドを送り出すことができるシリンダが不可欠となる。このような多段階にピストンロッドを停止させるシリンダは、例えば、特開平８−８２３０５号公報に開示されているが、ピストンロッドを停止させるためのストッパを駆動させるアクチュエータが４つ必要となり、シリンダ全体のサイズが大きくなりすぎ、ＳＥＭＩ規格のポートドアに設置することが実際上不可能であった。また、従来のシリンダを連結して４位置シリンダを実現することも可能であるが、同様に、シリンダ全体のサイズが大きくなりすぎるという問題がある。そこで、本発明者は、以上の知見を基にさらに検討を加え、小型化可能なシリンダ構造を研究した結果、本発明のシリンダ及びロードポートを完成するに至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明のシリンダは、２つの流体ポートを有し、該ポートに供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの直線運動を行うシリンダにおいて、 １つのストップピンにより、前記ピストンロッドの端部が、最大作動範囲の一端である第１の位置と、最大作動範囲の他端である第２の位置、第１の位置と第２の位置との間にあって第２の位置に近い第３の位置、及び第１の位置と第３の位置との間にあって第３の位置に近い第４の位置に停止する構成としたことを特徴とする。
さらに、前記ロッドの端部が、第３の位置と第４の位置との間で自由可動としたことを特徴とする。なお、ストップピンの駆動は、例えば、流体圧力、バネ力、電磁力等により行えばよい。
【００１５】
具体的には、２つの流体ポートを有し、該ポートに供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドの直線運動を行うシリンダでにおいて、シリンダチューブのピストン室に、前記ピストン室の一方の端面に係止されるようにピストンロッドと同軸に配置されたバネ受け部材と、該バネ受け部材と前記ピストンとを離間するように配置された第１のバネ部材と、前記ピストンロッドに設けられ、前記バネ受け部材のピストンロッドに対する前記ピストンと反対方向への移動を制限するストッパと、前記ストッパよりも前記ピストンから離れた位置のピストンロッドに設けられた凹部と、前記シリンダチューブに前記凹部と係合するように配置され、第２のバネ部材により前記凹部方向に付勢されたストップピンと、を有し、前記ピストンと前記バネ受け部材間の移動距離より、前記凹部に係合したストップピンにより制限されるピストンロッドの移動可能な長さを大きくしたことを特徴とし、４箇所の位置にピストンロッドを移行させるシリンダである。
ここで、前記第１〜第４の位置は、例えば、それぞれ、前記ピストン室の前記ストップピンから離れた側の第１の端面と前記ピストンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面に当接し且つ前記ピストンと前記バネ受け部材との距離が最小となる位置又は前記凹部の前記ピストン側の端面と前記ストップピンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面及び前記ストッパと当接する位置、及び前記凹部の他端面と前記ストップピンとが当接する位置により規定することができる。
【００１６】
このような構成とすることにより、１つのピストンロッドで、４つの位置への移行を高精度に行うことができ、しかも、４位置の状態間の移行を安定して行うことが可能となる。また、２つのシリンダを連結した構成や特開平８−８２３０５号公報のものに比べて、部品点数を大幅に減らすことができるため、コスト的にも極めて有利である。その結果、小型で、低価格、かつ信頼性が高い４位置型のシリンダを実現することが可能となる。
【００１７】
本発明のロードポートは、開口を有するフレームと、ラッチにより前面ドアを固定して内部の密閉状態を保持する基板収納容器を載置するステージと、ラッチキーを備えたポートドアとからなり、前記前面ドアと前記ポートドアとを密着させ、前記前面ドアのラッチキー受けと前記ラッチキーとを嵌合させた状態で前記ラッチキーをシリンダにより回転させてラッチのロック及び解除を行うロードポートにおいて、前記前面ドアを前記ポートドアに密着させる際、前記ラッチキーが前記ラッチキー受けの角度に倣って嵌合する構成としたことを特徴とする。ここで、シリンダとしては、４つの位置に移行可能な上記本発明のシリンダが好適に用いられる。
【００１８】
このような構成のロードポートを用いることにより、従来のロードポートで起こったラッチ不良や、ラッチ挿入時の損傷、発塵の問題を解消することができる。即ち、ラッチキー受けが９０°になっていないＦＯＵＰがあっても、ラッチキーがそれに倣って的確に嵌り、ＦＯＵＰの前面ドアを支障なく開放することができ、前面ドアを閉じた後はラッチキー受けを９０°位置に戻すことができるため、従来のロードポートが混在する生産システムであっても、ラッチキーとラッチキー受けの衝突を回避することが可能となり、損傷や発塵等の問題を回避することができる。
ここで、図１４が示すように、一般に、種々のＦＯＵＰのロックされた状態のラッチキー受けの角度（９０°−α）の範囲は、８６〜９２°であるため、θ、βを
（９０°＋θ）＝ ９０〜９４°
（９０°−β）＝ ８５〜９０°
とすることにより、従来のロードポートを含む生産システムであっても、安定したラッチ動作を行うことができる。
なお、シリンダの第１〜第４の位置は、これらの角度により定めればよい。即ち、前記第１〜第４の位置をそれぞれ、ラッチキーの水平位置、垂直位置よりも大きい角度（９０°＋θ）、垂直位置及び垂直位置より小さい角度（９０°−β）の４つの角度に対応させることにより、信頼性の高いラッチ動作を行わせることが可能となる。さらには、本発明の小型のシリンダを用いるため、ポートドアに余裕を持って取り付けることができ、ＳＥＭＩ規格に十分対応することができる。
【００１９】
本発明において、２つのラッチキーを連結させ、１つのシリンダにより２つのラッチキーを同時に回転させる構成とするのが好ましい。これにより、シリンダ、及びバルブは半分ですむことになり、ロードポートの一層のコスト削減を図ることができる。
また、本発明の生産方式は、上記本発明のロードポートを用いたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
（シリンダ）
まず、本発明のシリンダを図１，２を参照して説明する。
図１は、本発明の４点位置決めシリンダの一例を示す概略断面図である。
図において、２はシリンダチューブ、３はピストンロッド、４はピストン、５，６は流体ポートである。シリンダチューブ２には、ピストン４の外径と略同径の内径を有するピストン室（Ｉ−II）がシリンダカバー７、１９の間に形成されている。
【００２１】
ピストンロッド３の一端には、ストッパ８が固定され、その外周面には溝（凹部）９が形成され、また、その先端部にはテーパー１０が形成されている。ピストン４とストッパ８との間には、一端面にフランジが取り付けられた円筒部材からなるバネ受け部材１４が、ピストンロッド３と同軸に、ピストンロッド３と独立に軸方向移動可能に配置されている。このバネ受け部材１４とピストン４の間には、バネ（第１のバネ部材）１５がバネ受け部材１４を右側に付勢するように配置されている。バネ受け部材１４はシリンダカバー１９及びストッパ８のそれぞれにより右方向の移動が抑えられる。なお、図１においては、バネ１５の作用を滑らかに行うためのバネガイド部材１６がピストンロッド３及びピストン４に固定されて配置されている。
【００２２】
また、シリンダチューブ２には、ストッパ８に形成された凹部９に係合可能なストップピン１１が設けられている。このストップピン１１は、バネ１２（第２のバネ部材）とカバー１３により、ピストンロッド３の中心軸方向に付勢されている。ストップピン１１と凹部９を係合させることにより、ピストンロッド３の軸方向の動きが制限される。なお、このストップピン１１は、流体ポート６に導入される加圧流体により押し戻され、凹部９との係合が解除される。
【００２３】
次に、図２を用いて、シリンダの動作と共にピストンロッドを異なる４つの位置に移行させる方法を説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）が移行する量の異なる状態を示し、（Ａ），（Ｄ），（Ｃ）、（Ｂ）の順に移送する量が増加する（すなわち、シリンダ長：Ｌ１＞Ｌ４＞Ｌ３＞Ｌ２）。
【００２４】
まず、図２（Ｂ）に示すように、流体ポート５を高圧（Ｈ）、流体ポート６を低圧（Ｌ）にすると、ピストンロッド３は図の右方向に押され、シリンダ長は最小値Ｌ２となる。この位置は、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接し、両者の間隔Ｌ０がゼロになり、バネ受け部材１４の右端がシリンダカバー１９に当接するすることによって決まる位置（第２の位置）である。すなわち、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６とが当接する位置により最小シリンダ長が決められる。なお、この最小シリンダ長Ｌ２は、上記間隔Ｌ０がゼロになる位置で決める他に、凹部９の左端がストップピン１１と当接する位置で決めてもよい。
【００２５】
次に、図２（Ｂ）の状態から、流体ポート５を低圧とすると、ピストン４は第１のバネ１５の力により左方向に押され、ピストンロッド３は左方向に移動し、バネ受け部材の右端がシリンダカバー１９とストッパ８とに同時に当接する位置で停止する（図２（Ｃ））。この位置が第３の位置である。
このときのストップピン１１は凹部９に係合しているが、その位置は凹部９の中間部にある。ここで、第１のバネ１５は、バネガイド部材１６とバネ受け部材１４とを離間させ、バネ受け部材１４がストッパ８に当接するまでピストンロッド３を移動させるのに十分なバネ定数及び長さを有するバネを用いることは言うまでもない。
【００２６】
次に、流体ポート５と流体ポート６とがともに低圧の状態で、ピストンロッド３に外力が作用すると、ストップピン１１が凹部９の右端面に当接する図２（Ｄ）の状態に移行する。ここで、バネ受け部材１４はストッパ８の左端と当接したままであるが、シリンダカバー１９とは離間する。この位置が第４の位置となり、このときのシリンダ長はＬ４となる。図２（Ｃ）と２（Ｄ）との状態の間には、何ら拘束する力は働かないので、ピストンロッド３は第３の位置と第４の位置との間を自由に移動できる。この移動可能部分はクランク機構を通して、ラッチキーの自由回転部分となり、ラッチキー受けの傾き（９０°−α）に倣ってラッチキーの挿入が容易となる。
【００２７】
最後に、シリンダ長が最大となる図２（Ａ）は、流体ポート５を低圧、流体ポート６を高圧とすることにより、ピストン４に左方向の圧力を加え、ピストンロッド３を移行させる。ただし、図２（Ｂ）、（Ｃ）又は（Ｄ）のように、ストップピン１１が凹部に係合している状態で流体ポート６を高圧とすると、ピストンロッド３に左方向の力が加わり、ストップピン１１と凹部９の端面との摩擦によりストップピン１１と凹部９との係合が解除できなくなる場合があるため、例えば、図２（Ｅ）に示す状態を経由して図２（Ａ）の状態に移行させるのが好ましい。すなわち、流体ポート５を高圧とし、続いて流体ポート６も高圧とすると、凹部９右端とストップピン１１の間に力が加わらない状態で、ストップピン１１を押し戻す圧力を加えることができ、ストップピン１１と凹部９の係合を安定して解除することができる。続いて、流体ポート５を低圧状態とすることにより、ピストンロッド３は左方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置で停止する（第１の位置）。この状態が最大シリンダ長Ｌ１に対応する。
【００２８】
なお、図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の状態に移行させる場合は、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とする。流体ポート６は低圧となるため、ストップピン１１はバネ１２の力により突出した状態となるが、ストッパ８の端面にはテーパー部１０が形成されているため、ピストンロッド３が右方向に移動する際、テーパー部１０がストップピン１１を押し戻しながらに移動することになり、信頼性のある動作を確保することができる。
【００２９】
以上述べたようにして、図１のシリンダを用い、凹部９の形成位置及び長さ、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６との間隔Ｌ０及びシリンダカバー７を適宜選択することにより、ピストンロッド３の移行量を４段階に変化させることができ、しかも、それぞれの位置を正確に規定することが可能となる。
【００３０】
図１に示すシリンダは、ピストンのピストンロッドの伸長方向とは反対側にストップピン、凹部、バネ受け部材等を配設した構成としたが、ピストンロッドが伸長する方向側にストップピン等を配設した構成も可能である。このような構成のシリンダを図３に示す。
図３の例では、図１に示したようなテーパー部１０を有するストッパ８を設けず、ピストンロッドの一部分１７をバネ受け部材１４の左方向への移動を制限するストッパとして作用させ、さらにピストンロッド３の外周に溝（凹部）９を形成したものである。また、バネガイド部材１６として、バネ受け部材１４と同じ形状のものを用いている。ここで、図３の両部材１４，１６とも、ピストンロッド３には固定されておらず、軸方向に独立して移動することができる。なお、図３のシリンダにおいては、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す状態がピストンロッド３の４つの位置に対応する（Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ１）。なお、図３の場合、ピストン室はピストン止め１８とシリンダカバー１９を端面とする室である。
【００３１】
最小のシリンダ長Ｌ１は、図３（Ａ）に示すように、流体ポート５を高圧、流体ポート６を低圧とすることにより達成される。ピストンロッド３は右方向に移動し、ピストン４がシリンダカバー１９に当接する位置で停止する。すなわち、シリンダ長Ｌ１は、シリンダカバー１９の位置により決定される（第１の位置）。なお、この状態で、ストップピン１１は、高圧流体により押し戻された状態にある。
【００３２】
次に、図３（Ａ）の状態から、流体ポート５を低圧に、流体ポート６を高圧にすると、ピストンロッド３はストップピン１１が凹部９の右端面に当接するまで移行する（図３（Ｂ））。すなわち、最大シリンダ長Ｌ２は、ストップピン１１と凹部９の右端が当接する位置により決められることになる（第２の位置）。なお、図１と同様に、バネ受け部材１４とバネガイド部材１６が当接する位置（すなわち、Ｌ０＝０）を最大シリンダ長としても良い。
【００３３】
第３の位置におけるシリンダ長Ｌ３は、図３（Ｃ）に示すように、図３（Ｂ）の位置から流体ポート５，６をともに低圧とすることにより得られる。即ち、第１のバネ１５が伸びてバネガイド１６を介してピストンロッド３を右に移動させた位置であり、バネ受け部材１４がストッパ１７及びピストン止め１８に当接する位置である。ここで、ストップピン１１は凹部９の両端面の中間に位置している。
【００３４】
次に、図３（Ｄ）に示すように、流体ポート５，６をともに低圧とした状態で、外力が作用すると、ピストンロッド３は右方向に移動して、ストップピン１１が凹部９の左端と当接する位置で停止する。この状態が第４の位置に対応する。
【００３５】
なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の状態から、図３（Ａ）の状態に移すには、図２（Ｅ）で示したのと同様に、図３（Ｅ）に示すように、流体ポート６を高圧にした後、流体ポート５を高圧にし、その後、流体ポート６を低圧とすればよい。このようにすることにより、ストップピン１１は容易に押し戻され、図３（Ａ）状態への移行がスムーズに行われる。
【００３６】
以上のように、図１〜３に本発明のシリンダの構成例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらに基づき種々の設計変更をしても良い。例えば、ストッパ８又はピストンロッド３上に形成される凹部９は外周面全体にわたり形成する必要は必ずしもなく、ストップピン１１と係合する部分のみに形成してもよい。また、バネガイド部材１６は、図１，３の構造のものにかぎらず、バネ１５の伸縮を安定して確保できるものであればどのような構造のものであっても良く、また、ピストン等に固定してもしなくても良い。さらに、バネガイド部材１６を省略することも可能である。省略する場合は、間隔Ｌ０は、ピストン４とバネ受け部材１４との間隔となる。
また、バネ受け部材１４は、シリンダカバー１９（又はピストン止め１８）やストッパ８，１７により、係止されるものであれば、どのような構造ものでもよく、図１〜３で示したものに限られるものではない。
さらに、本発明のバネ部材は、バネ受け部材１４やストップピン１１を押しつけるものであればどのような構造、材質のものであってもよく、例えば、コイル状バネ、皿バネ、スポンジ、ゴム等を含む意味である。
【００３７】
（ロードポート）
次に、本発明のシリンダを用いたロードポートについて説明する。
図１２はロードポートの構成例を示す概略斜視図である。図に示すように、ロードポート３０は、図１３に示すＦＯＵＰ５０を載置し、基板を移送するための開口を有するフレーム３１と、フレーム３１方向に移動可能なＦＯＵＰ載置ステージ３２と、フレームの開口に挿入でき、ＦＯＵＰ内の基板を移送する際には、後退したのち下方に退避するポートドア３３とから構成される。ＦＯＵＰ載置ステージ３２には、ＦＯＵＰを位置決めするキネマティックピンが３個取り付けられている。一方、ポートドアは、後述するように、ラッチキー３５とそれを駆動するシリンダ１が２組設けられ、ＦＯＵＰドア（前面ドア）５２のラッチ及びその解除を行う。ポートドア３３は、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除した後、ＦＯＵＰドアとともに後方さらに下方に移動し、ロボットによる基板移送を妨害しない位置に退避する。
【００３８】
図４（Ａ）は、ポートドアの前面カバーを取り除いた状態をステージ３２側から見た概略図である。ＦＯＵＰドア５１のラッチホール５５及びレジストレーションホール５４に対応する位置にラッチキー３５及びレジストレーションピン３６がそれぞれ２つずつ取り付けられている。ラッチキー３５は、連結部材３８に連結され、該連結部材３８はエアシリンダのピストンロッド先端のナックル２１に回転可能に連結されている。この結果、エアシリンダのピストンロッド３の直線運動に伴い、ラッチキーは回転することができる。なお、エアシリンダ１の他端はクレビス型の支持構造２０をなし、ポートドアの後面カバー４１に取り付けられた支持部材４２に回転可能に固定されている。また、シリンダのポート５，６はエア配管４０を介して切り替えバルブ、さらには圧縮エア源に接続されている。
また、レジストレーションピン３６を囲むように吸着パッド３７が取り付けられており、ＦＯＵＰドアとポートドアとが密着した際、吸着パッド３７とＦＯＵＰドア５２との間の空間を真空排気可能なように、吸着パッドは真空用配管３９を介して真空装置（不図示）と接続されている。
【００３９】
ラッチキー受けが正常位置にきていない場合やその形状に伴う種々の問題を未然に防ぎ、安定したラッチのロック及びその解除を行うためには、どのようなラッチ形状のＦＯＵＰに対しても、ラッチキーがラッチキー受けに円滑に嵌合し、さらにはラッチをロックした後のラッチキー受けを９０°位置に置くことが重要である。このためにはピストンロッドの移動する距離を４段階に制御できる本発明のシリンダが好適に用いられる。すなわち、本発明のシリンダを用いることにより、ラッチキー受けの形状にかかわらず、ラッチ解除のためにラッチキーをラッチキー受けへ挿入する際の損傷や発塵を防止することができる。
【００４０】
図１に示す構造のエアシリンダを用いてポートドアを構成した場合のＦＯＵＰドアの開閉動作を図を参照して説明する。図５は、各動作に対応するシリンダの状態を示す概略断面図、図６は流体ポートに連結された切り替え用の電磁バルブの動作（ｂ）及びラッチキー位置（ａ）を示す模式図である。なお、図５では、各動作におけるピストンロッド位置の具体的数値（ｍｍ単位）を示した。
ＦＯＵＰ５０は、ロードポート３０のステージ３２にキネマティックピン３４をあわせて載置される。ここで、ＦＯＵＰボックス５１とドア５２とは、ラッチにより、固定され、内部は外部と完全に遮断され密閉状態にある。また、２つのラッチキー受けは水平方向から９０°回転した位置にある。一方、ポートドアの２つのラッチキー３５も９０°の位置にある。
【００４１】
ステージ３２を不図示の駆動機構によりポートドア３３方向に移動させると、ＦＯＵＰドア５２のレジストレーションホール５４にレジストレーションピン３６が挿入されて両者の位置決めがなされ、続いてラッチホール５５を通してラッチキー３５がラッチキー受けに挿入される。ポートドア３３とＦＯＵＰドア５２とが密着した状態で、真空装置（不図示）により吸着パッド３７内を真空にし、ポートドア３３にＦＯＵＰドア５２を吸着固定させる。
この状態で、ラッチのロックを解除し、ＦＯＵＰドア５２を開ける操作を行う。ピストンロッドの動きと流体ポート５，６へのエアの供給との関係を図５，６を用いて説明する。なお、２つのシリンダは全く同じ動作を行う。
【００４２】
ラッチキー３５がラッチキー受け５７に挿入される状態の２つのシリンダは、いずれも図５（Ｃ）に示す状態（第３の位置）にあり、ポート５，６に接続されたバルブＡ，Ｂはいずれも低圧（Ｌ）側に切り替えられている（図６（Ｃ））。ピストンロッド３は、バネ１５により左方向に押され、ストップピン１１は凹部９の中間位置に停止する。このときのラッチキーは９０°位置にある。この際、ラッチキー受けが９０°近傍にありながら、もし９０°に満たない角度にある場合、ラッチ気受けの角度に倣ってラッチキーが回転すると連結部材３８を通して、自由可動状態にあるピストンロッドは引っ張られ、図５（Ｄ）の位置（第４の位置）まで移行する。このようにしてラッチキーがラッチキー受けに嵌合し吸着パッドによって、ＦＯＵＰの前面ドアとポートドアとが密着する。
【００４３】
次に、まず、バルブＡを、続いてバルブＢを圧縮空気（Ｈ）側に切り替えると（図６（Ｅ））、ピストン４が右方向に少しずれた状態でピストンの両側のいずれもが加圧状態になるため、この圧力によりストップピン１１がバネ１２の力に抗して押し戻され、ストップピンと凹部の係合が解かれる（図５（Ｅ））。
【００４４】
この状態で、バルブＡを低圧側に切り替えると（図６（Ａ））、ピストン４に左方向の力が加わり、ピストンロッド３は押し出され、ピストン４がシリンダカバー７と当接する位置で停止し、これに対応してラッチキー３５が０°位置まで回転する。ラッチキー３５の回転に伴いラッチキー受けも回転し、ＦＯＵＰドアのラッチが解除される（図５（Ａ））。
【００４５】
ここで、ポートドア３３を駆動機構（不図示）により、開口部から後退、退避させて、不図示のロボットによる基板移送動作を可能な状態とする。ＦＯＵＰと基板処理装置間で基板の移送を行い、ＦＯＵＰに収納された基板の処理を行い、処理終了後の基板は再びＦＯＵＰ内に移送される。
【００４６】
すべての基板の処理が終了した後、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する操作を行う。ポートドア３３を退避した状態から、不図示の駆動機構により、ポートドアを上昇、さらに前進させてロードポートのフレーム開口部３１内に挿入し、ＦＯＵＰボックス５１にＦＯＵＰドア５２を押し当てる。この状態で、バルブＡ、Ｂをそれぞれ圧縮空気（Ｈ）側及び低圧（Ｌ）側へと切り替える（図６（Ｂ））。ピストンロッド３は右方向に移動し、ストップピン１１が凹部９に係合して、ストップピンと凹部の右端とが接触する位置よりもさらに進み、間隔Ｌ０がゼロとなる位置で停止する。これに対応して、ラッチキー３５は９０°位置を越えて９０°＋θ位置で停止し（図５（Ｂ）、図６（Ｂ））、一方、ラッチキー受けは９０°位置となる。
【００４７】
ここで、ラッチキー受け幅Ｗ１とラッチキー幅Ｗ２との差によっては、ラッチキーは９０°位置にあってもラッチキー受けは９０°に達せず（例えば、Ｗ１＝６ｍｍ，Ｗ２＝５ｍｍのとき、ラッチキー受け角度＝８６°）、この状態では次工程のラッチ解除の際に、ラッチキーとラッチキー受け周辺が接触する問題や、ラッチのロックが不十分で密閉性が不十分となり、ＦＯＵＰ搬送中に内部が汚染されかねないという問題がある。しかしながら、図１に示すシリンダにより、ラッチキーは９０°＋θ位置まで回転するため、ラッチキー受けを常に９０°位置とすることができ、以上の問題を未然に防ぐことができる。
【００４８】
ここで、ポート５のバルブＡを低圧側に切り替えると、第１のバネ１５の力によりピストンロッド３はストップピン１１が凹部９の中間位置まで左方向に移動し、図５（Ｃ）の位置（第３の位置）に再び戻る。これに対応して、ラッチキーも９０°位置に戻り、ラッチキー受け及びラッチキーのいずれもが９０°位置になる。
ＦＯＵＰは、この後、次工程のロードポートに送られるが、ラッチキー受けは９０°位置にあるため、次工程のロードポートが従来のロードポートであっても、ラッチキーの挿入を支障なく行うことができる。
なお、ピストンロッドの直線運動により、シリンダは軸に垂直方向の力を受けるため、シリンダの両端部２１、２０は、それぞれ回転可能に連結部材３８，支持部材４２と連結されている。従って、上記した一連の動作において、シリンダは図７に示すような動きをすることになる。
【００４９】
以上のロードポートにおいては、ラッチのロックを行う場合、ラッチキーを（９０°＋θ）まで回転してラッチキー受けを９０°位置にした後、ラッチキーを９０°に戻す構成としたが、本発明のシリンダを用いることにより、ラッチのロック後、図１０（Ｃ）に示すように、ラッチキを（９０°−θ）まで戻す構成とすることも可能である。この場合でも、９０°位置にあるラッチキー受けに対し、ラッチキーはそのままの状態で挿入することができる。さらに、ラッチキー挿入時に、ラッチキーは（９０°−θ）から（９０°−θ−β）まで回転することになるため（図１０（Ｄ））、ラッチキー受け角が９０°より大幅に小さなＦＯＵＰに対しても（例えば８１〜８２°）ラッチキーを支障なくラッチキー受けに挿入することができる。即ち、ラッチキー受け角が９０から大きくずれるＦＯＵＰに対しても対応することが可能となる。
一方、ラッチを解除する場合は、上述したように、ラッチキーを水平位置に回転するが、ラッチキー受け幅Ｗ１が大きいＦＯＵＰになると、ラッチキーを０°に戻してもラッチキー受けはラッチ解除角度（０°±１°）まで達せず、ラッチが解除できない場合が起こりうる。そこで、ラッチ解除を安定して行うには、ラッチキーを０°を越えてさらに回転させるようにすればよい。すなわち、ラッチ解除の信頼性を高めるにはラッチキーを（−θ）まで回転すればよい。この角度（−θ）は、ピストン４がシリンダカバー７に当接する位置により決めることができる。
【００５０】
また、以上は図１のシリンダを用いたロードーポートについて説明したが、図３に示す構成のシリンダを用いた場合も同様である。なお、この場合は図（Ａ）に示すシリンダ位置を９０°回転して配置すればよい。
また、図１２のポートドアには、２つのラッチキーに対応した２本のシリンダが取り付けられているが、一本のシリンダで同様なラッチ動作を実現することも可能である。この場合のポートドア構成例を図４（Ｂ）に示す。
図の例は、Ｔ字型の連結部材４３を用いて、２つのラッチの連結部材３８とシリンダのナックル２１とを連結したものである。シリンダの直線運動により、２つのラッチキーが同位相で回転し、ラッチのロック及び解除を１つのシリンダで行うことができる。
【００５１】
さらに、以上は、ラッチ解除後のＦＯＵＰドアとＦＯＵＰ本体との開放を、ポートドアを後方に下げ、更に下方に退避させる方法について述べてきたが、本発明はこれに限ることはなく、例えば、ポートドアとＦＯＵＰ前面ドアが密着した後、ＦＯＵＰ本体を若干後退させて、前面ドアを開放する方法や、逆にＦＯＵＰ本体は動かさず、これらの密着した２つのドアを垂直に降下させる方法、若しくは、これら２つの密着したドアを垂直から水平に倒して開放する方法など各種の方法に適用することができる。
【００５２】
（生産方式）
次に、本発明の半導体生産方式を図１１を参照して説明する。半導体工場内では、各種処理を受けるウエハ５３はＦＯＵＰ５０に収納された状態で各処理装置６１間を移動する。３００ｍｍ径クラスのウエハ５３を収納したＦＯＵＰ５０は８ｋｇ以上の重量となるため、安全上人手での搬送は考えにくく、ＯＨＴ部（Overhead Hoist Transfer）６０等の自動搬送機器を使用することになる。
【００５３】
図１１の例では、処理されるウエハ５３が収納されたＦＯＵＰ５０を、工程内に設置されたストッカからＯＨＴ部６０によって処理装置６１（例えばエッチング装置）上に搬送する。
【００５４】
次いで、ＦＯＵＰ５０を、ホイスト（Hoist）機構６２を用いて処理装置６１のロードポート３０上へ降ろして所定位置（移載ポジション）にセットする。続いて、ＦＯＵＰ５０の下面に設けられているＶ溝を、ロードポート３０上のキネマティックピン３４上に導いて所定の収まり位置に固定する。
【００５５】
次に、ホイスト機構６２をＦＯＵＰ５０から外してＦＯＵＰ５０をロードポート３０上に載せる。その後、ＦＯＵＰ５０を前進させてポートドア３３に密着固定する。次いで、ラッチキー３５を回転することにより、ＦＯＵＰドア５２のラッチを解除する。
【００５６】
ポートドア開閉機構を駆動してＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１から取り外し、処理装置６１内下部へＦＯＵＰドア５２を移動する。ＦＯＵＰドア５２が外れた状態でＦＯＵＰ５０の前面からウェハ５３を取り出し、処理装置６１内のウェハ移送ロボット（不図示）でウェハ５３を処理装置６１内部の処理部（不図示）に移送して所要の処理を行う。半導体チップが出来るまで、このＦＯＵＰドア５２の開閉動作は、５００回から多い場合には１０００回程度行うことになる。
【００５７】
処理終了後、処理済みのウェハ５３をウェハ移送ロボットを用いてＦＯＵＰ５０に戻す。このように、ＦＯＵＰ５０内に収納されているウェハ５３のそれぞれに所要の処理を行った後、ボートドア開閉機構を駆動しＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に挿入し、本発明のシリンダーを用いてラッチキー３５を一旦９０°＋θの位置まで過回転させ、ラッチキーを９０°位置に戻すことによりラッチをロックし、ＦＯＵＰドア５２をＦＯＵＰボックス５１に固定する。
【００５８】
その後、ＦＯＵＰ５０を後退させて移載ポジションに納置する。搬送要求に応じて、ロードポート３０、すなわち搬送要求の対象となっているＦＯＵＰ５０が置かれているロードポート３０上に空のＯＨＴ部６０を停止させ、ホイスト機構６２のロボットハンド（不図示）を用いて引き上げる。
【００５９】
次いで、ＦＯＵＰ５０をＯＨＴ部６０でストッカに搬送して一時保管した後に、次の処理工程（例えば、アッシング工程等）にＦＯＵＰ５０を搬送する。このようなフロー（基板収納治具搬送方法）を繰り返すことで所望の回路をウェハ５３上に形成する。
【００６０】
なお、上記においては、自動搬送としてＯＨＴ部６０を用いる例で説明したが、これに特に限定されることなく、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）やＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）を用いても良く、またＰＧＶ（Person Guided Vehicle）を用いた手動搬送を用いても良いことは明らかである。
【００６１】
本発明の生産方式においては、全ての処理装置６１に本発明のロードポート３０を取付けることが望ましいが、従来の生産方式のロードポートの一部を本発明のロードポートに置き換える構成であっても、従来の生産方式に比べてより安定した生産を行うことが可能となる。
例えば、本発明のロードポートにラッチキー受け角度（９０°−α）のＦＯＵＰが搬送されてきた場合でも、ＦＯＵＰドアにポートドアを密着させる過程でラッチキーは（９０−β）まで回転し、ラッチキー受けの角度に倣って挿入させることができる。即ち、ラッチキーがラッチキー受けに挿入される際、ラッチキーは滑らかに回転するため、両者間に過度の力が加わることがないことから、ラッチキー及びラッチキー受けの損傷、並びにこれに伴う発塵の問題発生を未然に防止し、より安定した生産を行うことが可能となる。例えば図１４のような種々のロードポートＡ〜Ｈの８台を用いる半導体生産工程では、従来のロードポートＣ、ＧでＦＯＵＰを閉じると、ＦＯＵＰのラッチキー受けは９０°に満たない８６〜８８°となる。ここで、このＦＯＵＰが本発明のロードポートＤ、Ｈに送られてくると、これらのロードポートのラッチキーは、ラッチキー受け角度（８６〜８８°）に倣って、滑らかに嵌合するため、上記損傷等の問題を起こすことなくラッチ開閉が行うことができる。しかも、ラッチキー受け角度を９０°として次のロードポートに送り出すことができるため、たとえ次のロードポートが従来のものであっても、安定したラッチ開閉が可能となる。
このように、従来の生産ラインのロードポートの一部を本発明のロードポートに置き換えることにより、安定した生産が可能となるため、低コストで生産方式の向上を図ることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、４つの位置に送り出し可能で、しかも４位置間の移行を安定して行うことができるシリンダを提供することができる。しかも、少ない部品数で小型化が達成できるため、低コストのシリンダを実現することができる。
また、かかるシリンダを用いてロードポートを構成することにより、ラッチキーとラッチキー受けの係合が完全となりＦＯＵＰ開閉時のラッチ動作を確実に行うことが可能な信頼性の高いロードポートを提供することが可能となる。
また、本発明により、ラッチキーが傾斜しているラッチキー受けに倣って嵌合させることができるため、前者の後者への加傷、衝突を防止でき、発塵が大幅に軽減されるとともにＦＯＵＰの寿命も長くなってコストダウンはもちろん廃棄物の減少にもつながる。さらに、２つのラッチキーを連結して、１つのシリンダで２つのラッチを施錠、開錠することが可能となり、ポートドア、さらにはロードポートのコスト削減を図ることが可能となる。
さらに本発明の半導体生産方式により、確実に密閉され、クリーンな状態でウエハを各処理装置間で搬送することができ、さらに各処理室におけるウエハ処理を安定して行うことが可能となる。クリーンルームのコスト削減を図りながら、半導体集積回路等の量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明のシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図３】本発明のシリンダの別の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明のシリンダを組み込んだポートドアの構成図である。
【図５】本発明のロードポートのシリンダの動作原理を示す概略断面図である。
【図６】本発明のロードポートの（ａ）ラッチキー動作及び（ｂ）シリンダの電磁弁回路を示す模式図である。
【図７】ピストンロッドの直線運動に伴うシリンダの揺動を説明する平面図である。
【図８】ラッチキ−とラッチキー受けとの関係を示した模式図である。
【図９】ラッチキーがラッチキー受けに挿入する様子を示した模式図である。
【図１０】施錠時のラッチキーが９０°に満たない実施例を示す図である。
【図１１】本発明の半導体生産方式を示す概念図である。
【図１２】ロードポートの構成を示す概略斜視図である。
【図１３】ＦＯＵＰを示す概略斜視図である。
【図１４】各種タイプのロードポートのラッチキー受け角度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ シリンダ、
２ シリンダチューブ、
３ ピストンロッド、
４ ピストン、
５，６ 流体ポート、
７、１９ シリンダカバー、
８、１７ ストッパ、
９ 溝（凹部）、
１０ テーパー、
１１ ストップピン、
１２ バネ（第２のバネ部材）、
１３ カバー、
１４ バネ受け部材、
１５ バネ（第１のバネ部材）、
１６ バネガイド部材、
１８ ピストン止め、
２１ ナックル、
３０ ロードポート、
３１ フレーム、
３２ ステージ、
３３ ポートドア、
３４ キネマティックピン、
３５ ラッチキー、
３６ レジストレーションピン、
３７ 吸着パッド、
５０ ＦＯＵＰ、
５１ ＦＯＵＰボックス、
５２ ＦＯＵＰドア、
５４ レジストレーションホール、
５５ ラッチホール、
５６ ラッチ、
５７ ラッチキー受け、
５８ ハンドル、
６０ ＯＨＴ部、
６１ 処理装置、
６２ ホイスト機構、
θ ラッチ記とラッチキー受けとの間の遊び角度
α ラッチキー受けが９０°に満たない場合の角度
β シリンダの第３の位置と第４の位置との移動に対応するラッチキーの回転角度
Claims (5)
- ２つの流体ポートを有し、該ポートに供給される流体がピストンに加える圧力によりピストンロッドを４位置に移動させ、停止させるシリンダーにおいて
前記シリンダチューブのピストン室に、前記ピストン室の一方の端面に係止されるようにピストンロッドと同軸に配置されたバネ受け部材と、該バネ受け部材と前記ピストンとを離間するように配置された第１のバネ部材と、前記ピストンロッドに設けられ、前記バネ受け部材のピストンロッドに対する前記ピストンと反対方向への移動を制限するストッパと、前記ストッパよりも前記ピストンから離れた位置のピストンロッドに設けられた凹部と、前記シリンダチューブに前記凹部と係合するように配置され、第２のバネ部材により前記凹部方向に付勢されたストップピンと、を有し、前記ピストンと前記バネ受け部材間の移動距離より、前記凹部に係合したストップピンにより制限されるピストンロッドの移動可能な長さを大きくし、
前記４位置は、前記ピストン室の前記ストップピンから離れた側の第１の端面と前記ピストンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面に当接し且つ前記ピストンと前記バネ受け部材との距離が最小となる位置又は前記凹部の前記ピストン側の端面と前記ストップピンとが当接する位置、前記バネ受け部材が前記ピストン室の第２の端面及び前記ストッパと当接する位置、及び前記凹部の他端面と前記ストップピンとが当接する位置、により規定されることを特徴とするシリンダ。 - 開口を有するフレームと、ラッチにより前面ドアを固定して内部の密閉状態を保持する基板収納容器を載置するステージと、ラッチキーを備えたポートドアとからなり、前記前面ドアと前記ポートドアとを密着させ、前記前面ドアのラッチキー受けと前記ラッチキーとを嵌合させた状態で前記ラッチキーをシリンダにより回転させてラッチのロック及び解除を行うロードポートにおいて、
前記シリンダは、請求項１に記載のシリンダであり、
前記前面ドアを前記ポートドアに密着させる際、前記ラッチキーが前記ラッチキー受けの角度に倣って嵌合する構成としたことを特徴とし、ことを特徴とするロードポート。 - 前記ラッチキーを水平位置から垂直位置に回転して前記ラッチをロックする際、前記ラッチキーを垂直位置より更に回転させることを特徴とする請求項２に記載のロードポート。
- ２つのラッチキーを連結し、１つのシリンダにより前記２つのラッチキーを同時に回転させる構成としたことを特徴とする請求項２または３に記載のロードポート。
- 請求項２〜４のいずれか１項に記載のロードポートを用いたことを特徴とする生産方式。
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