JP2013235991A - Power feeding device - Google Patents
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Description
本発明は、可動体に被吸着物を静電吸着するためにこの可動体に設けた一対の吸着用電極に直流電圧を印加する、共振回路を用いた非接触式の給電装置に関する。 The present invention relates to a non-contact type power feeding device using a resonance circuit that applies a DC voltage to a pair of suction electrodes provided on a movable body in order to electrostatically attract an object to be attracted to the movable body.
この種の給電装置として、例えばシリコンウエハ(以下、「ウエハ」という)の搬送に用いられる搬送ロボットの駆動機器に対する給電に適用したものが例えば特許文献1で知られている。このものは、給電回路ユニットと、受電回路ユニットと、機械的に分離される一対の電極から構成されるキャパシタとを備え、給電回路ユニットの高周波発振器から電極板に高周波電圧が給電されるようにしている。
As this type of power supply apparatus, for example,
ところで、上記搬送ロボットにおいてウエハを搬送する際に、搬送途中で搬送ロボットのロボットハンドからウエハが脱離したり、位置ずれしたりしないように、ロボットハンドに所謂静電チャックを設けることがある。このようなロボットハンドは例えば特許文献2で知られている。このものでは、ロボットハンドが、搬送ロボットのロボットアームに連結される基端部と、この基端部から先方にのびる平面視矩形のフィンガー部とを備え、その内部に正負一対の電極が埋設されている(所謂双極型)。そして、例えばロボットハンドの薄板状の被搬送物の吸着面を誘電体(絶縁層)で覆い、両電極間にチャック電源により直流電圧を印加することで発生する静電気力でウエハを吸着保持するようにしている。このロボットハンドに設けた正負一対の電極に直流電圧を印加するため、上記非接触式の給電装置を用いることが考えられる。
By the way, when a wafer is transferred by the transfer robot, a so-called electrostatic chuck may be provided on the robot hand so that the wafer is not detached or displaced from the robot hand of the transfer robot during transfer. Such a robot hand is known from
ここで、ロボットハンドにウエハを静電吸着させた状態で所定位置まで搬送する際、このウエハがロボットハンドに確実に静電吸着されているかを確認する必要がある。このため、従来では、ウエハの搬送経路に例えば光学式センサを配置し、搬送中にウエハの有無を検出するものや、ロボットハンドに磁性体の支持ピンと磁気センサとを設けてウエハの有無を検出するものが一般に知られている(例えば、特許文献3参照)。然し、このような別個のセンサでウエハの有無を検出するのでは、構成や制御が複雑になったりしてコスト高を招く。 Here, when the wafer is transported to a predetermined position while the wafer is electrostatically attracted to the robot hand, it is necessary to confirm whether the wafer is reliably electrostatically attracted to the robot hand. For this reason, conventionally, for example, an optical sensor is arranged in the wafer transfer path to detect the presence of a wafer during transfer, or a robot hand is provided with a magnetic support pin and a magnetic sensor to detect the presence of a wafer. It is generally known (see, for example, Patent Document 3). However, detecting the presence / absence of a wafer with such a separate sensor complicates the configuration and control, resulting in high costs.
本発明は、以上の点に鑑み、可動体への被吸着物の静電吸着時、この被吸着物の有無を簡単に検出できるようにした給電装置を提供することをその課題とするものである。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a power feeding device that can easily detect the presence or absence of an object to be adsorbed when the object is electrostatically adsorbed to a movable body. is there.
上記課題を解決するために、可動体に被吸着物を静電吸着するためにこの可動体に設けた一対の吸着用電極に直流電圧を印加する、共振回路を用いた本発明の非接触式の給電装置は、対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極が固定配置されると共に他方の電極がこれら電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように可動体に配置されるキャパシタと、電極のいずれか一方に接続される給電回路ユニットと、電極のいずれか他方と吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットと、給電回路ユニット及び受電回路ユニットの作動を制御する制御手段とを備え、前記給電回路ユニットは、キャパシタを含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器と、振幅変調を加える変調器とを有して、所定の振幅に変調された搬送波を供給するものであり、前記受電回路ユニットは、一対の吸着用電極に並列に設けた抵抗と、キャパシタを通してこの抵抗の両端に供給された搬送波を整流する整流回路と、一対の吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切り換え回路とを有し、制御手段は、一対の吸着用電極間に逆電圧を印加したときのインピーダンスの変化から可動体での被吸着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the non-contact type of the present invention using a resonance circuit that applies a DC voltage to a pair of adsorption electrodes provided on the movable body in order to electrostatically attract an object to be attracted to the movable body The power feeding device is mechanically separated between a pair of electrodes arranged opposite to each other, and one electrode is fixedly arranged, and the other electrode moves relative to each other while keeping the distance between the electrodes constant. A capacitor disposed on the electrode, a power supply circuit unit connected to one of the electrodes, a power receiving circuit unit connected between the other electrode and the adsorption electrode, and a power supply circuit unit and a power receiving circuit unit. The power supply circuit unit includes a self-excited oscillator that oscillates at a resonance frequency of a resonance circuit including a capacitor, and a modulator that applies amplitude modulation, and is modulated to a predetermined amplitude. The power receiving circuit unit includes a resistor provided in parallel with a pair of suction electrodes, a rectifier circuit for rectifying the carrier wave supplied to both ends of the resistor through a capacitor, and a pair of suction electrodes. A polarity switching circuit for applying a reverse voltage between the electrodes, and the control means determines whether or not there is an object to be adsorbed on the movable body from a change in impedance when a reverse voltage is applied between the pair of adsorption electrodes. It is comprised by this.
本発明によれば、給電回路ユニットの自励発振器から所定周波数の搬送波が出力され、変調器にて振幅変調がかけられて、キャパシタを通して、抵抗の両端に変調された搬送波が供給される。そして、この搬送波が整流回路で整流され、可動体に被吸着物を静電吸着するための一対の吸着用電極に、被吸着物の静電吸着に必要な高電圧が印加される、この場合、倍電圧整流方式などで昇圧するようにしてもよい。そして、可動体に被吸着物が確実に吸着されているかを検出する場合、一対の吸着用電極に印加される電圧の極性を極性切り換え回路により反転させると、一対の吸着用電極間の電圧差に対応する充電電流が受電回路ユニット内を流れる。この充電電流が流れる時間は回路抵抗と一対の吸着用電極のキャパシタンスに依存するため、充電電流は抵抗に並列に接続されるインピーダンスの変化として捉えられ、このインピーダンスの変化は、給電回路ユニットの自励発振器の発振周波数を決定する素子の一部をなしているので、給電回路ユニットにおいては、発振周波数の変化を検出すれば、被吸着物の有無を検出することができる。このように本発明は、極性切り換え回路を設けて、可動体に被吸着物を静電吸着した後に極性を切り換えるだけで、被吸着物の有無を簡単に検出することができる。その結果、被吸着体を検出するセンサ等を不要にでき、有利である。 According to the present invention, a carrier wave having a predetermined frequency is output from the self-excited oscillator of the power supply circuit unit, subjected to amplitude modulation by the modulator, and the modulated carrier wave is supplied to both ends of the resistor through the capacitor. Then, the carrier wave is rectified by a rectifier circuit, and a high voltage necessary for electrostatic adsorption of the object to be adsorbed is applied to a pair of adsorption electrodes for electrostatically adsorbing the object to be adsorbed to the movable body. Alternatively, the voltage may be boosted by a voltage doubler rectification method or the like. When detecting whether or not the object to be adsorbed is reliably adsorbed to the movable body, if the polarity of the voltage applied to the pair of adsorption electrodes is reversed by the polarity switching circuit, the voltage difference between the pair of adsorption electrodes The charging current corresponding to is flowing in the power receiving circuit unit. Since the time during which this charging current flows depends on the circuit resistance and the capacitance of the pair of adsorption electrodes, the charging current is regarded as a change in impedance connected in parallel to the resistance. Since it forms part of an element that determines the oscillation frequency of the excitation oscillator, the presence or absence of an object to be adsorbed can be detected in the power supply circuit unit by detecting a change in the oscillation frequency. As described above, according to the present invention, the presence or absence of the object to be adsorbed can be easily detected by providing the polarity switching circuit and simply switching the polarity after the object to be adsorbed is electrostatically adsorbed to the movable body. As a result, a sensor for detecting the object to be adsorbed can be dispensed with, which is advantageous.
なお、本発明においては、前記可動体は、回転軸と、この回転軸に連結され、静電チャック付きロボットハンドを有するロボットアームとを備えた搬送用ロボットであり、前記キャパシタの一方の電極を回転軸に外挿すると共に、他方の電極を回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成しておけばよい。 In the present invention, the movable body is a transfer robot including a rotating shaft and a robot arm connected to the rotating shaft and having a robot hand with an electrostatic chuck. What is necessary is just to comprise the cylindrical electrode provided concentrically with a rotating shaft while the extra electrode is extrapolated to a rotating shaft.
以下、図面を参照して、可動体を真空処理室内に配置される搬送ロボットとし、この搬送ロボットのロボットハンドに組み付けた静電チャック用の一対の吸着用電極に直流電圧を印加し、被吸着物たるウエハWを吸着する場合を例として本発明の給電装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, referring to the drawings, the movable body is a transfer robot arranged in the vacuum processing chamber, and a DC voltage is applied to a pair of suction electrodes for an electrostatic chuck assembled in the robot hand of the transfer robot, and the suction target is The embodiment of the power supply apparatus of the present invention will be described by taking as an example the case of adsorbing an actual wafer W.
図1を参照して、TRは、所謂フログレッグ式の搬送ロボットを示し、搬送ロボットTRは同心状に配置され、図外の駆動源により夫々回転駆動される2本の回転軸R11,R12と、この回転軸R11,R12に夫々連結され、先端にロボットハンドR2を有するロボットアームR3とから構成される。回転軸R11、R12、ロボットハンドR2及びロボットアームR3は夫々金属製であり、ロボットハンドR2には静電チャックを構成する静電チャックの吸着用電極P1,P2が夫々埋設されている。そして、両チャック電極P1、P2に給電するために給電装置PSが用いられる。 Referring to FIG. 1, TR represents a so-called frog-leg type transfer robot, and the transfer robot TR is arranged concentrically, and two rotation axes R11 and R12 that are respectively rotated by a drive source (not shown), Each of the rotary shafts R11 and R12 is connected to a robot arm R3 having a robot hand R2 at the tip. The rotating shafts R11 and R12, the robot hand R2 and the robot arm R3 are each made of metal, and the chucking electrodes P1 and P2 of the electrostatic chuck constituting the electrostatic chuck are respectively embedded in the robot hand R2. A power feeding device PS is used to feed power to both chuck electrodes P1 and P2.
図2及び図3も参照して、給電装置PSは、対向配置される一対の電極間で機械的に分離された、回転軸R12に一体に設けられる一方の電極1aと、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように、回転軸R12に外挿した金属製の筒状部材からなる他方の電極1bとで構成されるキャパシタ(所謂エアーギャップ式のもの)1と、筒状部材からなる他方の電極1bに配線W1を介して接続される給電回路ユニット2と、一方の電極1aと吸着用電極P1,P2との間に配線W2を介して接続される受電回路ユニット3とを備える。一方の電極1aは、例えば、フィルム状の導電性シートを回転軸R12に外表面所定位置に貼付して構成することができる。また、キャパシタ1を構成する、回転軸R12に金属製の筒状部材を外挿する場合、真空処理室内の底面に立設した図示省略の絶縁ピンで支持させればよく、これにより、両電極1a,1b間距離を一定に維持しながら相対移動するようになる。この場合、両電極1a,1bの表面積や両電極1a,1b相互間の距離は、用途に応じて、キャパシタ1に加わる電圧がパッシェンの法則で制限される放電電圧以上あるように適宜選択され、また、両電極1a,1bの対向する面積は同一である必要はない。
Referring also to FIGS. 2 and 3, the power feeding device PS has a constant inter-electrode distance from one
給電回路ユニット2は、例えば搬送ロボットTRのドライバー内に収納され、キャパシタ1を含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器21と、振幅変調を加える変調器22と、これらの作動を統括制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知の第1制御ユニット23とを備える。この場合、自励発振器21及び変調器22として、例えば公知の構造を有するオシレーターを用いることができ、その駆動周波数が100kHz〜数十MHzのものであり、高周波帯域の駆動周波数を含むものである。
The power
他方、受電回路ユニット3は、ロボットアームR3の下面に取り付けられた金属製の筺体3a内に収納され、吸着用電極P1,P2の並列に設けた抵抗31と、キャパシタ1を通してこの抵抗31の両端に供給された搬送波を整流する整流回路32と、吸着用電極P1,P2間に逆電圧を印加する極性切り換え回路33と、これらの作動を制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知の第2制御ユニット34とを備える。この場合、第1及び第2の両制御ユニット23、34は、例えば無線通信できるようにしている。なお、本実施形態では、一方の吸着用電極P2は、ロボットハンドR2にアース接地され、また、抵抗31は、筺体3aにアース接地されている。また、整流回路32と極性切り換え回路33とは、ダイオード、スイッチングトランジスタ等を用いた公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。以下に、ウエハWをロボットハンドR2の表面で静電吸着する場合の吸着用電極P1,P2への直流電圧を印加及びウエハWの有無の判断について説明する。
On the other hand, the power
先ず、ロボットハンドR2の上面にウエハWが載置されると、第1制御ユニット23により給電回路ユニット2の自励発振器21から所定周波数の搬送波が出力され、変調器22にて振幅変調がかけられて、キャパシタ1を通して、抵抗31の両端に変調された搬送波が供給される。そして、この搬送波が整流回路32で整流され、吸着用電極P1に、ウエハWの静電吸着に必要な(正)高電圧が印加される、この場合、特に図示して説明しないが、倍電圧整流方式などで昇圧するようにしてもよい。これにより、ウエハWがロボットハンドR2の表面に静電吸着される。
First, when the wafer W is placed on the upper surface of the robot hand R2, a carrier wave having a predetermined frequency is output from the self-
次に、ウエハWをロボットハンドR2の表面で静電吸着し、例えば所定位置までウエハWを搬送した後、このウエハWが未だロボットハンドR2の表面に静電吸着されているかを検出する場合、先ず、第2制御ユニット34により極性切り換え回路33を制御して、吸着用電極P1に印加される電圧の極性を反転させる。吸着用電極P1に印加される電圧の極性を反転させると、吸着用電極P1とアースとの電圧差に対応する充電電流が受電回路ユニット3内を流れる。この場合、この充電電流が流れる時間は回路抵抗と一対の吸着用電極P1,P2のキャパシタンスに依存するため、充電電流が抵抗31に並列に接続されるインピーダンスの変化として捉えられ、このインピーダンスの変化は、給電回路ユニット2の自励発振器21の発振周波数を決定する素子の一部をなしていることから、給電回路ユニット2の第1制御ユニット23により、発振周波数の変化を検出し、この発振周波数を、ウエハWの静電吸着に必要な(正)高電圧を印加する常時の発振周波数と比較すれば、その比較結果からウエハWの有無が検出される。
Next, when the wafer W is electrostatically adsorbed on the surface of the robot hand R2, for example, after the wafer W is transported to a predetermined position, it is detected whether the wafer W is still electrostatically adsorbed on the surface of the robot hand R2. First, the
上記実施形態によれば、受電回路ユニット3に極性切り換え回路33を設けて、ロボットハンドR2にウエハWを静電吸着した後に、その極性を切り換えるだけで、ウエハWの有無を簡単に検出することができる。その結果、搬送ロボットTRのロボットハンドR2にウエハWを静電吸着し、ウエハWを移送する際に、その移送経路にウエハWを検知するセンサ等を不要にでき、有利である。
According to the embodiment described above, the
次に、本発明の効果を確認するために、給電装置PSの等価回路で抵抗値(kΩ)を変化させたときの発周波数の変化を測定し、その結果を図4に示す。これによれば、抵抗値が30kΩまでの範囲では、その抵抗値が変化すれば、発振周波数が大きく変化していることが確認でき、ひいては、ウエハWを検知できることが判る。 Next, in order to confirm the effect of the present invention, the change in the emission frequency when the resistance value (kΩ) is changed in the equivalent circuit of the power feeding device PS is measured, and the result is shown in FIG. According to this, it can be seen that if the resistance value changes within the range of the resistance value up to 30 kΩ, the oscillation frequency can be greatly changed, and the wafer W can be detected.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、可動体を搬送ロボットとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、真空チャンバ内に回転自在に設けられ、表面でウエハを静電吸着可能なステージを可動体として、このステージに内蔵した吸着用電極に給電し、また、ステージ上のウエハの有無を検知するのに本発明を適用することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said thing. In the above-described embodiment, an example in which the movable body is a transfer robot has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a stage that is rotatably provided in a vacuum chamber and can electrostatically attract a wafer on its surface is used as a movable body, and power is supplied to an adsorption electrode built in the stage, and the presence or absence of a wafer on the stage is detected. However, the present invention can be applied.
また、上記実施形態では、制御手段として第1及び第2の制御ユニット23,34を設けたものを例に説明したが、受電回路ユニット側の制御ユニットを省略し、変調した信号で給電回路ユニットと受電回路ユニットとを通信するようにしてもよい。更に、上記実施形態では、同心に配置した金属部材でキャパシタを構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するものであれば、他のどんな形態も採用することができる。
In the above embodiment, the first and
PS…給電装置、1…キャパシタ、1a,1b…電極、2…給電回路ユニット、21…自励発振器、22…変調器、3…受電回路ユニット、31…抵抗、32…整流回路、33…極性切り換え回路、23,34…第1、第2の制御ユニット(制御手段)、TR…搬送ロボット(可動体)、R2…ロボットハンド、P1,P2…吸着用電極、W…ウエハ(被吸着物)。
PS ... power feeding device, 1 ... capacitor, 1a, 1b ... electrode, 2 ... feed circuit unit, 21 ... self-excited oscillator, 22 ... modulator, 3 ... power receiving circuit unit, 31 ... resistor, 32 ... rectifier circuit, 33 ... polarity Switching circuit, 23, 34 ... first and second control units (control means), TR ... transfer robot (movable body), R2 ... robot hand, P1, P2 ... adsorption electrode, W ... wafer (adsorbed object) .
Claims (2)
対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極が固定配置されると共に他方の電極がこれら電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように可動体に配置されるキャパシタと、電極のいずれか一方に接続される給電回路ユニットと、電極のいずれか他方と吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットと、給電回路ユニット及び受電回路ユニットの作動を制御する制御手段とを備え、
前記給電回路ユニットは、キャパシタを含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器と、振幅変調を加える変調器とを有して、所定の振幅に変調された搬送波を供給するものであり、
前記受電回路ユニットは、一対の吸着用電極に並列に設けた抵抗と、キャパシタを通してこの抵抗の両端に供給された搬送波を整流する整流回路と、一対の吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切り換え回路とを有し、制御手段は、一対の吸着用電極間に逆電圧を印加したときのインピーダンスの変化から可動体での被吸着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする給電装置。 A non-contact type power supply device using a resonance circuit that applies a DC voltage to a pair of adsorption electrodes provided on the movable body in order to electrostatically attract an object to be attracted to the movable body,
A capacitor that is mechanically separated between a pair of opposed electrodes, one electrode is fixedly arranged, and the other electrode is arranged on the movable body so as to move relative to each other while maintaining the distance between these electrodes constant. A power supply circuit unit connected to one of the electrodes, a power receiving circuit unit connected between the other electrode and the adsorption electrode, and a control for controlling the operation of the power supply circuit unit and the power receiving circuit unit Means and
The power supply circuit unit has a self-excited oscillator that oscillates at a resonance frequency of a resonance circuit including a capacitor, and a modulator that applies amplitude modulation, and supplies a carrier wave modulated to a predetermined amplitude.
The power receiving circuit unit includes a resistor provided in parallel to the pair of suction electrodes, a rectifier circuit for rectifying a carrier wave supplied to both ends of the resistor through a capacitor, and a polarity for applying a reverse voltage between the pair of suction electrodes. A switching circuit, and the control means is configured to determine the presence or absence of an object to be adsorbed on the movable body from a change in impedance when a reverse voltage is applied between the pair of adsorption electrodes. Power feeding device to do.
The movable body is a transfer robot including a rotating shaft and a robot arm connected to the rotating shaft and having a robot hand with an electrostatic chuck, and extrapolates one electrode of the capacitor to the rotating shaft. 2. The power feeding apparatus according to claim 1, wherein the other electrode is formed of a cylindrical member provided concentrically with the rotating shaft.
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