CN106660191B - 自动装卸装置 - Google Patents

Abstract

该自动装卸装置特征在于设置有：用于吸引并支承工件的吸头；连接于吸头并使吸头移动的手臂；装载被搬送至载体的工件支承孔的工件的工作台。该自动装卸装置特征还在于：该吸头设置有相对于吸头本体而在水平面内可移动的可动部；该可动部能够吸引并支承工件，该吸头还设置有垂直向下方向延伸的多个定位销；当由可动部支承的工件被插入到载体的工件支承孔时，该多个定位销配合位于载体外围的齿轮的齿底，并且该可动部在水平面内移动，因此，将载体向太阳齿轮侧推压并固定载体的位置及方向，而将支承的工件搬入至载体的支承孔内。借此提供了一种低价且精确地将工件插入载体的工件支承孔的自动装卸装置。

Description

自动装卸装置

技术领域

本发明涉及一种自动地搬送单晶硅晶圆等的工件的自动装卸装置。

背景技术

在现有技术中，将例如硅晶圆等的薄板状工件的上下面同时进行平面加工时，会使用两面研磨装置及两面抛光装置等的两面加工装置。例如，两面研磨装置中，于贴附发泡聚氨酯及不织布做成的研磨衬垫的上下平盘之间，配置有被称为载体的圆盘状的行星齿轮。工件贯穿并支承于此载体的支承孔，借由啮合于载体的太阳齿轮及内齿轮相互的旋转，使载体发生自转及公转。借由此自转、公转以及上下平盘的旋转及与工件的滑动，对工件的上下面同时进行研磨。再者，于两面研磨中，为有效地进行研磨而从设于上平盘的多个孔供给研磨浆。

再者，上平盘包括上下升降的机构，让上平盘处于上升位置，于下平盘上设置载体，并设置工件于该已设置的载体。将工件设置于载体，有经作业员以手动作业装载于载体的工件支持孔的场合，以及使用自动装卸装置来装载的场合。如此一来，在装载工件后，上平盘下降而上下平盘夹住工件与载体。之后供给研磨浆且经上述上下平盘的旋转及内齿轮与太阳齿轮的旋转所得的载体的自转与公转进行工件的研磨。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2005-243996号公报。

发明内容

[发明所欲解决的问题]

例如，硅晶圆的加工处理中，将硅晶圆装载或取出于加工处理装置，一般自作业员的处理演进成利用机器人等的自动化方法，借此人工费用降低而对硅晶圆的制造成本削减产生贡献。

然而，上述的两面研磨装置，以及有与其非常相似机构的两面抛光装置中，虽自动的工件取出的技术难易度较低，但自动的工件装载须有高度技术。以下详细说明其原因。

自动装卸装置中，将工件装载于载体的工件支承孔，在取出的情况下，借由多关节机器人、水平关节型机器人、旋转手臂或其他致动器等，将晶圆臂移动至预先记忆的位置，于该位置取放工件。此搬送机构一般可调控于数百微米内的位置准确度，能够充分对应工件的装载及取出作业的应用上。

另一方面，关于取放工件时的载体的工件支承孔的位置，提升其精确度伴随着困难。此工件支承孔的位置不正确的理由在于难以维持放置于下平盘上的载体的位置及方向。

另外，一般的两面研磨装置及两面抛光装置中，一个载体可支承一片或多片的工件，而多个载体，例如5片的载体较多以等间隔(即72°的间隔)设置于装置内。

将工件支承于载体时，多个载体中，经旋转内齿轮及太阳齿轮使对象的载体移动至特定的工件的装载位置。使工件相对于配置于此特定的装载位置的载体而受支承。于此特定的装载位置的载体的工件支承结束后，借由使内齿轮与太阳齿轮以同一方向旋转72°，此次将紧邻的载体移动至工件装载位置(此动作亦被称为载体的定位)。重复5次这些工件的支承与定位而使5片载体上全部支承工件。

如此一来，虽透过调控内齿轮与太阳齿轮使载体的位置停止于期望的位置上，而这些齿轮通常有背隙，因应此大小而产生不确定的停止位置。进一步，虽载体装设于太阳齿轮与内齿轮啮合的装置上，如图10所示，载体与两个齿轮间一般设有间隙，这也是使载体的停止位置精确度的正确性降低的因素。

工件的取出，考虑在例如硅晶圆的情况下，尺寸为直径200mm或直径300mm的晶圆为现在的主流，晶圆手臂抓取晶圆时的背隙及载体与齿轮的间隙所致使的毫米级的位置精确度下降，因与工件尺寸相比之下十分微小，故多不造成问题。

然而，关于工件的装载，因载体的工件支承孔的直径通常较工件的直径仅大于1mm程度，或是更小的设计，只要未解决前述的载体位置精确度的不安定性，就无法重复并正确地将工件装载于工件支承孔。

针对这样的问题，例如专利文献1，提出以光学的方式测定载体的位置及工件支承孔的位置，并于因应该测定结果的位置装载工件的装置。但是，因导入光学机器，从画面信息计算工件支承孔的位置，及因应前述而调控工件装载位置所必须的软件，而要庞大的导入成本。

鉴于上述的问题，本发明的目的是提供一种低价且可正确将工件装载于载体的工件支承孔的自动装卸装置。

〔解决问题的技术手段〕

为达成上述目的，本发明提供一种自动装卸装置，于具有工件支承用的载体且借由太阳齿轮与内齿轮啮合而进行行星齿轮运动的两面加工装置中，将工件搬入至该载体的工件支承孔，或自该载体的工件支承孔而搬出工件，该自动装卸装置包括：吸头，吸引并支承该工件；手臂，连接于该吸头，并使该吸头移动；以及工作台，装载被搬送至该载体的工件支承孔的工件，其中该真空吸头具有可动部，相对于该吸头本体而在水平面内可移动，该可动部吸引支承该工件，并且具有垂直向下方向延伸的多个定位销，其中该多个定位销在以该可动部所支承的工件装载至该载体的工件支承孔时，密合于该载体外围的齿轮的齿底，借由该可动部在水平面内移动，将该载体向该太阳齿轮侧推压并固定该载体的位置及方向，而将支承的工件搬入至该载体的支承孔内。

本发明的自动装卸装置借由上述多个定位销将载体往太阳齿轮侧推压，能够常态地在一定的工件支承孔的位置装载工件。再者，此自动装卸装置没有特别复杂的构造且不须有昂贵的光学机器等。因此，不用导入光学机器或图像处理装置等昂贵的机器，也可将工件正确地装载于载体的支承孔，低价且有高度精确度的工件的搬送得以实现。

此时，优选地，该工作台包括一机构，该机构于该多个定位销固定该载体的位置及方向时，得以将该工件装载于支承于该可动部的该工件的中心与该载体的工件支承孔的中心一致的位置。

如此一来，经由预先于工作台上具有此机构，使支承于可动部的工件的中心与载体的工件支承孔的中心一致，成为可更高精确度的工件的搬送的装置。

再者此时，该工作台具有多个定位孔，于该可动部吸引支承装载于该工作台的工件时，该多个定位销插入该多个定位孔，该多个定位孔的位置系经调整而使被该多个定位销插入时，该可动部与装载于该工作台上的工件的相对位置，而在该多个定位销固定该载体的位置及方向时，于支承于该可动部的该工件的中心与该工件支承孔的中心一致的位置，该可动部得以支承该工件。

本发明的自动装卸装置，其中吸头，因于该可动部具有定位销之故，借由定位销插入定位孔，可用较单纯的构造于支承于可动部的工件的中心与工件支承孔的中心一致的位置上支承工件，能够更简便且正确地进行工件的搬送。

本发明的自动装卸装置不须有昂贵的光学机器与图像处理装置，可低价且正确地将工件装载于载体的工件支承孔。

附图说明

图1是显示于两面加工装置中本发明的自动装卸装置的一实施方式的概略图。

图2是显示于两面加工装置中使定位销密合于载体的齿底时的本发明的自动装卸装置的状态的一实施方式的概略图。

图3是显示于两面加工装置中载体向θ方向倾斜的说明图。

图4是显示于两面加工装置中吸头的可动部移动且所有的定位销密合于载体的齿底时的本发明的自动装卸装置的状态的一实施方式的概略图。

图5是显示于本发明的自动装卸装置中手臂及吸头的构成的一实施方式的(a)俯视图、(b)侧面图。

图6是显示(a)本发明的自动装卸装置的吸头的第二气缸呈伸长的状态的一实施方式的侧面图。(b)本发明的自动装卸装置的吸头的第二气缸呈缩短的状态的一实施方式的侧面图。

图7是分别显示(a)本发明的自动装卸装置的吸头的可动部于水平面内移动的状态的一实施方式的俯视图。(b)本发明的自动装卸装置的吸头的可动部未移动的状态的一实施方式的俯视图。

图8是显示本发明的自动装卸装置的工作台的构成的一实施方式的俯视图。

图9是说明使用本发明的自动装卸装置将工件取出的动作的说明图。

图10是显示两面加工装置的太阳齿轮及内齿轮的二个齿轮与载体间的间隙的说明图。

具体实施方式

以下，针对本发明说明实施例，而本发明并未限定于此。

如同上述，于两面研磨装置和两面抛光装置等的两面加工装置，其中将工件装载至载体的工件支承孔时，因太阳齿轮及内齿轮的二个齿轮与载体间的间隙使载体的位置与方向无法一定，而有不能正确地将工件装载的问题。再者，虽提出有使用光学的方式测定载体的位置及工件支承孔的位置并因应该测定结果的位置而装载工件的装置，但有于光学机器等需要庞大的导入成本的问题。

因此，发明人们为解决这样的问题而反复努力研究。结果构思出于装载工件时，若为能够借由定位销将载体的位置及方向固定的自动装卸装置，则能够以单纯的构造而低价且高度精确度的工件的搬送，进而完成本发明。

以下，参考图式对于本发明的自动装卸装置进行详细的说明。

如图1所示，本发明的自动装卸装置1于具有工件支承用的载体23且借由下平盘25上的太阳齿轮21与内齿轮22啮合而进行行星齿轮运动的两面加工装置20(图1以两面研磨装置为例)中，将工件W搬入至载体23的工件支承孔24，或自工件支承孔24而搬出工件W。

此自动装卸装置1包括：吸头2，吸引并支承工件W；手臂3，连接于该吸头2，并使该吸头2移动；以及工作台4，装载被搬送至两面加工装置20中的载体23的工件支承孔24的工件W。并且，工作台4也可装载从工件支承孔24取出的加工完成后的工件W。再者，于图1，其中虽以载体的片数为5片的两面加工装置20为例，当然载体的片数未限制为5片。

此自动装卸装置1，基本上先以吸头2吸引支承装载于工作台4上的工件W。之后，借由手臂3使吸头2移动至载体23的上方，将工件W位移至工件支承孔24的上方后，解除吸头2的吸引支承而将工件W装载工件支承孔24。

于此，本发明的自动装卸装置1的吸头2，如图5的(a)、(b)所示，具有可动部5，相对于该吸头本体8而在水平面内可移动。可动部5可吸引支承工件W，并且具有垂直向下方向延伸的多个定位销6。

之后如图2所示，此吸头2于工件W装载工件支承孔24之前，将多个定位销6插入载体23与内齿轮22以及下平盘25包围的空间。之后将工件W装载工件支承孔24时，多个定位销6可将载体23往太阳齿轮21侧推压。借由此种将载体23往太阳齿轮推压的动作可几乎消除太阳齿轮21与载体23的间隙(即决定图2的x方向(下平盘25的中心方向)的载体位置)。

然而单纯地仅往图2所示的x方向推压载体23，会如图3所示般，内齿轮22侧的间隙的范围中，无法决定载体23的方向。亦即，无法决定图3的θ方向(下平盘25的外围方向)的位置。

对此，本发明的自动装卸装置如图4所示，将载体23往太阳齿轮21侧推压时，于吸头2中，相对于吸头2的本体可动部5在水平面内移动，可经由因应载体23的方向θ，吸头2的可动部5也移动而仅倾斜θ，而让全部的定位销6密合载体23于相同的位置(具体为定位销6密合于载体23的齿底)。

借由此机构，全定位销6常态地密合于载体23相同的位置，再者定位销6被固定于可动部5，吸引工件的可动部5与载体23的位置及方向的关系常态地维持相同的状态。

借由具有此种吸头2的本发明的自动装卸装置，即使载体的停止位置的精确度不足，因吸引工件的可动部5与载体23的位置及方向的关系常态地维持相同的状态而可正确地装载工件。再者，此自动装卸装置不须借由昂贵的光学机器来测定工件支承孔的位置。因此，即使不导入光学机器等，也可正确地将工件装载于载体的支承孔，得以实现低价且高精确度的工件的装载。

以下具体说明本发明的自动装卸装置中的吸头以及手臂的构造的一实施方式。

如图5的(a)、(b)所示，吸头2装设于可旋转的手臂3，此手臂3附加有借由第一气缸7的伸缩机能。以手臂3缩短的状态自工件支承孔24取出工件W，及以手臂3伸长的状态装载工件W。

再者，如图5(a)、(b)所示，吸头2有两段构造：固定于手臂3的上部(吸头本体8)以及透过滑动轴承9而与吸头本体8接触的下部(可动部5)，可动部5可相对于本体8而在水平面内移动。在此情况中，实际吸引支承工件W的部分为可动部5，可动部5的底侧表面贴附有吸引衬垫10，以此吸引衬垫10真空吸引并支承工件W。此可动部5具有固定于可动部5的平盘，而于此平盘装设有垂直向下方向延伸的多个定位销6。另外，图5中虽示以定位销6为两支的情况为例，但定位销6的支数当然也可为三支以上。

因相对于吸头的本体8而于水平面内有可动区域的可动部5与装设有定位销6的平盘为一体的构造，可动部5相对于本体8移动时，定位销6也可随之连动而移动。

再者，吸头本体8中设有第二气缸11，第二气缸11使成为一体构造的可动部5与定位销6朝向手臂3的基部且于滑动轴承9的可动范围中移动。再者，于吸头2的前端侧，吸头2的本体8与可动部5透过伸长状态(弹簧12具有向手臂3的前端方向的收缩力的状态)的弹簧12而连接，使得在可动部5的可动范围内，可动部5可向手臂3的前端方向矫正支承。在第二气缸11伸长的状态下，可动部5与第二气缸11的前端接触，且借由弹簧12拉往手臂3的前端而相对于吸头本体8被固定。再者，第二气缸11未伸长的状态下，亦即未经第二气缸11固定可动部5的状态，可动部5可在滑动轴承9的范围中移动

于此，亦可使用多关节机器人取代可旋转的手臂3。于该场合下，亦可不具备手臂3的伸缩机能，亦即不具备的第一气缸7。再者，将可动部5推出于手臂基部侧的第二气缸11亦可为借由马达或磁铁的机构的缸体。或者，在固定可动部5时，亦可使用利用顺应性组件的机构使可动部5往基部侧移动。

接下来对装载工件的动作进行说明。

如同上述，如图1所示的两面加工装置20，其中首先借由调控太阳齿轮21与内齿轮22的停止位置，使载体23停置于工件装载位置。之后旋转手臂3并使被吸头2吸引的工件W进入此载体23的上方。之后，如图6的(a)所示，将第二气缸11伸长并固定可动部5，使支承工件W的可动部5下降至使工件W仅些微高于载体的位置。此时，多个定位销6装设于未接触图1中的下平盘25、载体23以及内齿轮22中任一个的位置，且插入那些构件的间隙中。

之后，如图6的(b)所示，借由缩短第二气缸11，可动部5以及定位销6从被推往手臂3的基部方向的状态解放，借由弹簧12拉引而向相对的手臂前端方向，亦即图1中太阳齿轮21的方向而移动，定位销6与载体23的间隙缩小，或是开始接触。一旦定位销6与载体23开始接触，借由定位销6使载体23被往太阳齿轮21侧推压，而使载体23与太阳齿轮21侧的间隙变小，或是变成零间隙。

然后，更借由弹簧12的拉力，如图7的(a)所示，可动部5以及定位销6从图7的(b)的状态更向太阳齿轮侧移动。于此，因吸头本体8透过滑动轴承9与可动部5连接，假使载体23被放置呈θ方向倾斜的位置，可动部5倾斜移动使多个定位销6密合于载体23外围的齿轮的齿底。此时，以更收缩的弹簧12的力量，将载体23往太阳齿轮21侧推压，使载体23与太阳齿轮21间的间隙成为零。亦即，载体23的位置与方向被太阳齿轮21与多个定位销6所固定。

在此状态下，进一步使手臂3与吸头2下降直至工件W置于载体23的工件支承孔24内，并借由解除吸引支承而可正确地将工件W装载于工件支承孔24。之后，解除工件的吸引支承的吸头2些微上升后，第二气缸11伸长并使可动部5往手臂3的基部移动，解除定位销6与载体23的接触状态并产生间隙后，进一步上升并为吸引支承下一个工件而移动至工作台4。两面加工装置20将载体23予以72°分度(index)以备下一次的工件的装载。借由重复5次此些动作而将5片载体全部装载工件。

接着，对于工作台4的构造与工作台上的工件吸引动作进行说明。

本发明的自动装卸装置中，优选地，工作台4具有一机构，该机构于吸头2吸引搬入载体23的工件支承孔24的工件W时，在多个定位销6固定载体23的位置及方向时，能将工件W装载于支承在可动部5的工件W的中心与载体23的工件支承孔24的中心一致的位置。

具体为，工作台4较佳地具有于可动部5吸引支承装载于工作台4的工件W时，被多个定位销6插入的多个定位孔。并且，于该多个定位孔的位置较佳地系经调整而在被多个定位销6插入时，使可动部5与装载在工作台4上的工件W的相对位置在多个定位销6固定载体23的位置及方向时，可动部5可将工件W支承在支承于可动部5的工件W的中心与工件支承孔24的中心一致的位置。

参考图8说明关于此种工作台的构造的一实施方式。

如图8所示，于待装载搬入工件支承孔24的工件的工作台设有工件的定心机构，能够使以手动或自动装载的工件W的位置常态地位在相同的位置。在图8所示的工件台4处，借由例如自气缸等形成出的推杆14将放置于多个工件支持部13上的工件往一方向推压，而与推杆14相对侧并支承工件的工件支持部13将工件W固定，而常态地得到相同的工件W的位置。

更进一步，此工作台4设有被吸头2所具备的多个定位销6插入的多个定位孔15。此些定位孔15具有大于定位销6直径的直径，以于吸头2下降时，不论图6的(a)、(b)所示的第二气缸11的伸缩位置，使定位销6插入。再者，此定位孔15设置在于第二气缸11收缩且可动部5借由弹簧12而拉往手臂3的前端方向时，多个定位销6与这些多个定位孔15的内壁相接触的位置。

更进一步，在此状态下，定位孔15的位置经调整而使得可动部5吸引工件W时，工件W的中心与前述工件装载动作中的定位销6与载体23接触时的工件支承孔24的中心为一致。

旋转至此工作台4上方的吸头2以第二气缸伸长的状态而下降。吸头2的吸引面到达工件W的些微上方时停止下降且第二气缸11收缩。从第二气缸11解放的可动部5借由弹簧12的施力而被拉往手臂3的前端方向，多个定位销6与定位孔15的内壁完全接触。之后吸引支承工件W并于上升后旋转移动至工件装载位置。从这里开始，以前述的工件装载动作将工件W装载于载体23的工件支承孔24。

如上所述，包括具有对应吸头的定位销的定位孔的工作台的自动装卸装置，可用单纯的工作台的构造使工件的支承位于支承于可动部的工件的中心与工件支承孔的中心为一致的位置上，可更简便且正确地装载工件。

接着，说明关于在两面加工装置20的加工结束后，取出且搬出支承于载体23的工件支承孔24的工件W的取出动作。

首先，将支承工件W的载体23与装载动作一样停置于装载工件位置。之后借由使手臂3旋转而将吸头2导入此工件W的上方。此时可使第一气缸7为缩短的状态。

于此，若第一气缸7为缩短的状态，与装载动作时相比，虽吸头2成为位于内齿轮22侧，但依然位于工件W的上方。此状态下吸头2的可动部5呈仅被弹簧12拉引的状态之故，第二气缸11伸长且将可动部5固定。此时，如图9所示，装载动作中使用的定位销6变成位于内齿轮22的外侧。

自此，吸头2下降至吸引衬垫10与工件W接触的位置并吸引支承工件W。因定位销6位于内齿轮22的外侧，未与内齿轮22或载体23接触而可下降。接着，经吸引工件的吸头2上升，并使其往自动装卸装置侧旋转，将工件W置于工作台4上方后释放工件。此时，如图9所示，因以手臂3为缩短的状态进行动作，手臂3为了使工件W置于工作台4而下降时，可使定位销6于工作台4的定位孔15的外侧下降。之后，使手臂3与吸头2上升，将载体23定位且移动至下一个工件W的取出位置。此些动作反复进行5次而完成全部工件W的取出。

具体实施例

以下，借由本发明的实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于此。

(实施例1)

使用如图1所示的自动装卸装置1，依照上述的工件装载动作及取出动作，反复进行朝着两面研磨装置20的载体的工件支承孔的硅晶圆的装载以及自两面研磨加工后的硅晶圆的工件支承孔的搬出，进行合计3000片的直径300mm的硅晶圆的装载及搬出。

此时，使用具有定位孔的工作台，且该定位孔经调整而使吸头的可动部能将工件支承于支承的硅晶圆的中心与工件支承孔的中心一致的位置。

其结果，全部3000片的硅晶圆可正确地装载于载体的工件支承孔。再者，于两面研磨加工后的硅晶圆的取出中，错误的发生件数也为零。

如此得以确认以本发明的自动装卸装置，不使用昂贵的机器而可低价且正确地将工件搬送及搬出。

再者，本发明并不限定于上述的实施例。上述实施例为举例说明，凡具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想实质上同样的构成，产生相同的功效者，不论为何物皆包括在本发明的技术范围内。

Claims (3)

1.一种自动装卸装置，于具有工件支承用的载体且借由太阳齿轮与内齿轮啮合而进行行星齿轮运动的两面加工装置中，将工件搬入至该载体的工件支承孔，或自该载体的工件支承孔而搬出工件，该自动装卸装置包括：

吸头，吸引并支承该工件；

手臂，连接于该吸头，并使该吸头移动；以及

工作台，装载被搬送至该载体的工件支承孔的工件，

其中该吸头具有可动部，相对于该吸头本体而在水平面内可移动，

该可动部吸引支承该工件，并且具有垂直向下方向延伸的多个定位销，

其中该多个定位销在以该可动部所支承的工件装载至该载体的工件支承孔时，密合于该载体外围的齿轮的齿底，借由该可动部在水平面内移动，将该载体向该太阳齿轮侧推压并固定该载体的位置及方向，而将支承的工件搬入至该载体的支承孔内。

2.如权利要求1所述的自动装卸装置，其中该工作台包括机构，该机构于该多个定位销固定该载体的位置及方向时，得以该工件装载于支承于该可动部的该工件的中心与该载体的工件支承孔的中心一致的位置。

3.如权利要求2所述的自动装卸装置，其中该工作台具有多个定位孔，于该可动部吸引支承装载于该工作台的工件时，该多个定位销插入该多个定位孔，

该多个定位孔的位置经调整而使：被该多个定位销插入时，该可动部与装载于该工作台上的工件的相对位置，而在该多个定位销固定该载体的位置及方向时，于支承于该可动部的该工件的中心与该工件支承孔的中心一致的位置，该可动部得以支承该工件。