JP2017098405A - ハンド部材およびハンド - Google Patents

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Abstract

【課題】摩擦保持部材の交換容易性を向上すること。【解決手段】半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドを構成するハンド部材であって、前記ハンド部材は、前記半導体ウェハが載置されるＵ字形の部材であり、前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、前記半導体ウェハを保持する摩擦保持部材が側方から嵌め合わされる嵌合部を備える、ことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドに関する。
半導体製造工程では半導体ウェハを処理装置間で搬送するために基板搬送装置が使用される。基板搬送装置はロボットアームを備え、ロボットアーム先端のハンドでウェハを支持している（特許文献１〜４）。
ウェハは処理の結果、変形を生じる場合がある。例えば加熱処理における熱の影響によって反りや撓み等を生じる場合がある。ウェハに変形が生じていると、ハンドとウェハとが予定しない部位で接触してウェハに傷をつけたり、ウェハの位置がずれる場合がある。そこで、ハンド本体を構成するハンド部材に、ゴム等の摩擦保持部材を設けたものが提案されている（特許文献１〜３）。
特開２００１−２２３２５２号公報 特許第４０３８６５３号公報 特許第４７４０１８８号公報 特許第５５４８１６３号公報
摩擦保持部材は消耗品であり、その交換が容易であることが望ましい。
本発明の目的は、摩擦保持部材の交換容易性を向上することにある。
本発明によれば、
半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドを構成するハンド部材であって、
前記ハンド部材は、前記半導体ウェハが載置されるＵ字形の部材であり、
前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、前記半導体ウェハを保持する摩擦保持部材が側方から嵌め合わされる嵌合部を備える、
ことを特徴とするハンド部材が提供される。
また、本発明によれば、
半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドを構成するハンド部材であって、
前記ハンド部材は、前記半導体ウェハが載置され、難削材で構成されるＵ字形の部材であり、
前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、前記半導体ウェハを保持する摩擦保持部材が側方から嵌め合わされる嵌合部を備え、
前記嵌合部は、その周囲よりも薄肉の部位であり、
前記嵌合部は、少なくとも三つ形成されている、
ことを特徴とするハンド部材が提供される。
また、本発明によれば、
半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドであって、
前記半導体ウェハが載置されるＵ字形のハンド部材と、
前記半導体ウェハを保持する複数の摩擦保持部材と、を備え、
前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、側方から前記複数の摩擦保持部材が嵌め合わされる嵌合部を備える、
ことを特徴とするハンドが提供される。
本発明によれば、摩擦保持部材の交換容易性を向上することができる。
本発明の一実施形態に係るハンドの斜視図。 図２（Ａ）は摩擦保持部材と嵌合部との分解斜視図、図２（Ｂ）は図１のI-I線断面図、図２（Ｃ）は摩擦保持部材と嵌合部とを分離した状態の断面図。 図１のハンドの平面図。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、湾曲した半導体ウェハの載置態様の例を示す図。 図５（Ａ）および図５（Ｂ）は摩擦保持部材の配置態様の別例を示す図。 図６（Ａ）および図６（Ｂ）は嵌合部の他の構成例を示す図。 図７（Ａ）および図７（Ｂ）は嵌合部のさらに別の構成例を示す図。
図面を参照して本発明の一実施形態に係るハンドについて説明する。なお、各図において矢印Ｘ、Ｙは互いに直交する水平方向を示し、矢印Ｚは上下方向を示す。図中のハンドの各方向は、ロボットアームに水平姿勢で支持された状態での方向の例を示している。
図１は本発明の一実施形態に係るハンドＡの斜視図である。ハンドＡはハンド部材１と複数の摩擦保持部材２とを備える。図２（Ａ）は、図１の領域Ｒにおける摩擦保持部材２とハンド部材１の分解図、図２（Ｂ）は図１のI-I線断面破断図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）において、嵌合部１６から摩擦保持部材２を分離した状態を示す図である。
ハンド部材１は、半導体ウェハが載置される板状の部材であり、例えば、難削材で構成される。難削材としては、例えば、セラミックス材やカーボン材を挙げることができる。
ハンド部材１は、ハンドＡの本体部であり、不図示のロボットアームに固定される装着部１１を備え、ロボットアームに水平姿勢で支持される。装着部１１には、ロボットアームに固定するための穴１１ａが複数形成されている。ハンド部材１は、フォーク状にＸ方向に延びる一対のフィンガ部１２を備え、全体としてＵ字型をなしている。
ハンド部材１の上面には、規制部材１３、１４が形成されている。規制部材１３、１４は、載置される半導体ウェハの位置決めと、移載時の脱落を防止する。規制部材１３、１４はハンド部材１と一体に成形される部材であってもよいし、ハンド部材１に着脱自在な部材であってもよい。
規制部材１３は平面視で円弧形状の部材であり、本実施形態では、ハンド部材１の上面の、一対のフィンガ部１２と装着部１１との間の領域に二つ設けられている。円弧形状に湾曲した規制部材１３の内側側面は、載置される半導体ウェハの周縁と対向し、半導体ウェハの位置がずれた場合にその周縁と当接して脱落を防止する。
規制部材１４は平面視で四角形状の部材であり、本実施形態では各フィンガ部１２の先端部に一つずつ設けられている。平面形状である規制部材１４の内側側面は、載置される半導体ウェハの周縁と対向し、半導体ウェハの位置がずれた場合にその周縁と当接して脱落を防止する。
ハンド部材１は、また、吸着部１５を備える。吸着部１５はハンド部材１の上面に開口した穴と、その穴に取り付けられる当接部材とで構成され、不図示のエア吸引装置と連通する。吸着部１５においてエアを吸引することにより、載置される半導体ウェハを吸着保持することができる。これにより、半導体ウェハを高速で移載したとしても、確実に半導体ウェハを保持することができる。
なお、本実施形態では、規制部材１３および１４と、吸着部１５との双方を備えているが、吸着部１５が無い構成も採用可能である。逆に、規制部材１３および１４が無い構成も採用可能である。
ハンド部材１の内周縁部１ｂおよび外周縁部１ａには、それらの側方から、摩擦保持部材２が嵌め合わされている。摩擦保持部材２は、載置される半導体ウェハに対する摩擦力によって、半導体ウェハを保持する。ハンド部材１の内周縁部１ｂおよび外周縁部１ａには、摩擦保持部材２の各嵌合予定部位に図２（Ａ）に示すように嵌合部１６が形成されている。
本実施形態の場合、嵌合部１６はその周囲よりも薄肉の部位であって、上面側の凹部１６ａと、下面側の凹部１６ｂとを含む。本実施形態の場合、ハンド部材１の上面、下面のそれぞれに凹部を設けることにより、嵌合部１６を薄肉の部位として形成したが、上面または下面の一方にのみ凹部を設けて薄肉としてもよい。また、ハンド部材１の側壁面に、図２（Ｃ）に二点鎖線で示すように、上面側の凹部１６ａと下面側の凹部１６ｂを接続する凹部１１６ｃを設けてもよい。嵌合部１６を周囲よりも薄肉の部位とすることで、摩擦保持部材２の位置決めを嵌合部１６によって行うことができる。
摩擦保持部材２は、嵌合部材２１と摩擦部材２２とを含む。嵌合部材２１は嵌合部１６と嵌合する部材であり、摩擦部材２２は半導体ウェハの載置面を形成する部材である。摩擦保持部材２は、一部材の構成としてもよいが、本実施形態のように二部材の構成とすることで嵌合力と、半導体ウェハの保持力とを両立し易くなる。
本実施形態の場合、嵌合部材２１は上側壁部２１１と、下側壁部２１２と、上側壁部２１１と下側壁部２１２とを接続する側壁部２１３と、を含み、側面視あるいは垂直断面形状でＵ字型をなしている。上側壁部２１１、下側壁部２１２および側壁部２１３はいずれも板状をなし、上側壁部２１１と、下側壁部２１２とはＺ方向に離間し、側壁部２１３はこれらの横方向の一方端部を接続する垂直壁である。嵌合部材２１は、ステンレス等の金属材で構成され、例えば、平坦な板状の金属材を曲折することで形成することが可能である。
上側壁部２１１は摩擦部材２２の支持部として機能し、その上面に摩擦部材２２が固定されている。摩擦部材２２は、圧着や接着等により上側壁部２１１に固定することができる。上側壁部２１１、下側壁部２１２及び側壁部２１３は、図２（Ｃ）に示すようにこれらで囲まれた空間部Ｓを形成し、空間部Ｓが嵌合部１６に嵌め合わせられる。上側壁部２１１と下側壁部２１２とで嵌合部１６が挟み込まれ、この挟持力で摩擦保持部材２がハンド部材１に固定される。
本実施形態の場合、図２（Ｃ）に示すように、下側壁部２１２は、自然状態において、側壁部２１３と接続される根元側から先端側（同図で右側から左側）へ向かって、上側壁部２１１に近づくように傾斜して設けられている。図２（Ｂ）に示すように、摩擦保持部材２がハンド部材１に装着された状態では、下側壁部２１２は弾性変形して下側へ押し広げられ、上側壁部２１１と下側壁部２１２とは平行状態となる。摩擦保持部材２がハンド部材１に装着された状態では下側壁部２１２には弾性復帰力が常時作用しており、嵌合部１６を挟み込む挟持力を向上させる。
凹部１６ａは上側壁部２１１に対応した形状を、凹部１６ｂは下側壁部２１２に対応した形状を、それぞれ有している。摩擦保持部材２がハンド部材１に装着された状態では、凹部１６ａに上側壁部２１１が、凹部１６ｂに下側壁部２１２がそれぞれ隙間なく収まる。これにより、摩擦保持部材２の位置ずれや脱落が生じ難くなっている。
摩擦部材２２は半導体ウェハの載置面を形成する帯状の部材であり、例えば、シリコーンゴム等のゴムや樹脂で構成される。シリコーンゴムを採用した場合、その粘着性によって保持性能を高めることができる。但し、このような粘着部材を採用した場合、粘着力が大きすぎると、摩擦部材２２と半導体ウェハの分離が円滑に行われない場合がある。そこで、例えば、粘着性の高い粘着部材の表面に対して粗面化処理、エンボス加工、レーザなどによる切削加工等を施し、摩擦部材２２の粘着力が所定の範囲に収まるように調整してもよい。
本実施形態の場合、摩擦部材２２は、上側壁部２１１の上面における周縁部を除く部分に設けられており、上側壁部２１１の側方にはみ出ないように配設されている。これにより、摩擦部材２２の周縁が外部の物体と接触して、上側壁部２１１から剥がれることを防止することができる。摩擦部材２２の平面視形状は、任意の形状を採用可能であるが、本実施形態のように、矩形とすることで、半導体ウェハとの接触面積を比較的広くとることができる。また、矩形の各角部に面取り加工などを施してもよい。これにより、前述した”剥がれ”の防止性をより高めることができる。
以上の通り、本実施形態の場合、摩擦保持部材２を嵌合部１６に側方から嵌め合わせることにより、ハンド部材１に装着する構成としたので、消耗品である摩擦保持部材２の交換の際、工具等を用いることなく、容易に取り外すことができる。つまり、摩擦保持部材２の交換容易性を向上することができる。
また、嵌合部１６の加工は広範囲の薄肉加工であり、ネジ穴や蟻溝などの微細加工に比べて、ハンド部材１の加工部に応力集中が生じにくい。よって、ハンド部材１が難削材であったとしても、割れや欠けを生じさせることなく加工を施すことができる。
次に、摩擦保持部材２および対応する嵌合部１６の配置例について説明する。図３はハンドＡの平面図であり、載置される円形の半導体ウェハＷを二点鎖線で示している。点Ｃは半導体ウェハＷの中心位置を示す。本実施形態では、摩擦保持部材２および対応する嵌合部１６は、ハンド部材１の内周縁部１ａに四つ配置され、外周縁部１ｂに四つ配置されている。
既に述べたとおり、摩擦保持部材２は、載置される半導体ウェハＷの支持面を構成する。平面は三点で規定されることから、半導体ウェハＷが当接する位置（図３の半導体ウェハＷを示す二点鎖線の円およびその内側）に摩擦保持部材２を、少なくとも三つ配置すればよい。尤も、摩擦部材２２の面積が大きい場合、摩擦保持部材２は二つ配置すればよい場合もある。
半導体ウェハＷは、熱処理により湾曲している場合がある。ハンド部材１の内周縁部１ａと、外周縁部１ｂとにそれぞれ摩擦保持部材２を配置することで、真直な半導体ウェハＷは言うまでもなく、半導体ウェハＷが湾曲していたとしても保持が可能である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）はその説明図である。
図４（Ａ）は半導体ウェハＷが山反りしている場合を示す。この場合は、外周縁部１ｂに配置された摩擦保持部材２と半導体ウェハＷとが当接する。図４（Ｂ）は半導体ウェハＷが谷反りしている場合を示す。この場合は、内周縁部１ａに配置された摩擦保持部材２と半導体ウェハＷとが当接する。
このようなことから、ハンド部材１の内周縁部１ａと、外周縁部１ｂとにそれぞれ摩擦保持部材２を配置することで、半導体ウェハＷが湾曲していたとしても、かつ、湾曲の反り方向を問わず、半導体ウェハＷを確実に保持することができる。平面は三点で規定されることから、半導体ウェハＷが当接する位置（図３の半導体ウェハＷを示す二点鎖線の円およびその内側）において、内周縁部１ａに少なくとも三つの摩擦保持部材２を配置し、外周縁部１ｂに少なくとも三つの摩擦保持部材２を配置することが好ましい。本実施形態の場合、内周縁部１ａに配置された四つの摩擦保持部材２および外周縁部１ｂに配置された四つの摩擦保持部材２は、いずれも、半導体ウェハＷが当接する位置に配置されている。また、外周縁部１ｂに配置された各摩擦保持部材２は、点Ｃを中心とした仮想円ＣＥ１が通る位置に配置されているので、図４（Ａ）に示した山反りに湾曲した半導体ウェハＷを確実に支持することができる。同様に、内周縁部１ａに配置された各摩擦保持部材２は、点Ｃを中心とした仮想円ＣＥ２が通る位置に配置されているので、図４（Ｂ）に示した谷反りに湾曲した半導体ウェハＷを確実に支持することができる。
＜他の実施形態＞
摩擦保持部材２および対応する嵌合部１６の配置や数は、ハンド部材１の形状や、予想される半導体ウェハの湾曲態様等によって適宜設計可能である。
図５（Ａ）の例は、図３に示した内周縁部１ａに配置される４つの摩擦保持部材２を一体としたものである。また、同様に、図３に示した外周縁部１ｂに配置される４つの摩擦保持部材２の内、左右の２つずつをそれぞれ一体としたものである。合計で三つの摩擦保持部材２が配設され、これに対応して嵌合部１６も三つ配置される。
図５（Ｂ）の例は、ハンド部材１に代えて、形状が異なるハンド部材１Ａを採用した例を示している。Ｕ字型のハンド部材１Ａは、内周縁部１ａの輪郭形状がハンド部材１よりも角張っている。内周縁部１ａにおいて、摩擦保持部材２は三辺それぞれに配置され、計三つ配置される。外周縁部１ｂに配置される摩擦保持部材２は、ハンド部材１と同様に四つである。これらに対応して、ハンド部材１Ａには嵌合部１６も七つ配置される。
図６及び図７は摩擦保持部材２および嵌合部１６の別例を例示している。同図の例は、内周縁部１ａや外周縁部１ｂの厚さが全域に渡って摩擦保持部材２が嵌合可能な厚さ、すなわちハンド部材１と同じ厚さである場合を想定している。
図６（Ａ）の嵌合部１６Ａは、摩擦保持部材２の上側壁部２１１の位置を規定する一対の突起１６ｃをハンド部材１の上面に形成した例を示している。一対の突起１６ｃは、上側壁部２１１の横幅（図６（Ａ）中のＸ方向長さ）だけ離間させて設けられており、摩擦保持部材２の横幅方向における位置決めに寄与する。下側壁部２１２の位置を規定するものとして、ハンド部材１の下面にも一対の突起１６ｃを形成してもよい。
図６（Ｂ）の嵌合部１６Ｂは、摩擦保持部材２の上側壁部２１１の位置を規定する突起１６ｄをハンド部材１の上面に形成した例を示している。突起１６ｄは、上側壁部２１１の縦幅（図６（Ｂ）中のＹ方向長さ）だけ外周縁部１ｂの端面から離間させて設けられており、摩擦保持部材２の縦幅方向における位置決め（嵌め込み深さ）に寄与する。下側壁部２１２の位置を規定するものとして、ハンド部材１の下面にも突起１６ｄを形成してもよい。
図７（Ａ）の摩擦保持部材２Ａおよび嵌合部１６Ａは、一対の突起２１１Ａａを上側壁部２１１Ａの下面に形成し、一対の溝１６ｃをハンド部材１の上面に形成した例を示している。一対の突起２１１Ａａは、上側壁部２１１Ａの下面における横幅方向（図７（Ａ）中のＸ方向）の両側部に、縦幅方向（図７（Ａ）中のＹ方向）に沿って設けられ、一対の溝１６ｃは、嵌合部１６Ａにおける一対の突起２１１Ａａに対向する位置に設けられる。一対の突起２１１Ａａと一対の溝１６ｃは、摩擦保持部材２Ａの横幅方向における位置決めに寄与する。下側壁部２１２Ａの位置を規定するものとして、下側壁部２１２Ａに一対の突起２１２Ａａを形成し、ハンド部材１の下面に一対の溝１６ｃを形成してもよい。
図７（Ｂ）の摩擦保持部材２Ｂおよび嵌合部１６Ｂは、突起２１１Ｂａを上側壁部２１１Ｂの下面に形成し、溝１６ｄをハンド部材１の上面に形成した例を示している。突起２１１Ｂａは、上側壁部２１１Ｂの先端側に横幅方向（図７（Ｂ）中のＸ方向）に沿って設けられ、溝１６ｄは、嵌合部１６Ｂにおける突起２１１Ｂａに対向する位置に設けられる。突起２１１Ｂａと１６ｄは、摩擦保持部材２Ｂの縦幅方向における位置決め（嵌め込み深さ）に寄与する。下側壁部２１２Ｂの位置を規定するものとして、下側壁部２１２Ｂに突起２１２Ｂａを形成し、ハンド部材１の下面に溝１６ｄを形成してもよい。
Ａ ハンド、１ ハンド部材、２ 摩擦保持部材、１６ 嵌合部

Claims (13)

  1. 半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドを構成するハンド部材であって、
    前記ハンド部材は、前記半導体ウェハが載置されるＵ字形の部材であり、
    前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、前記半導体ウェハを保持する摩擦保持部材が側方から嵌め合わされる嵌合部を備える、
    ことを特徴とするハンド部材。
  2. 半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドを構成するハンド部材であって、
    前記ハンド部材は、前記半導体ウェハが載置され、難削材で構成されるＵ字形の部材であり、
    前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、前記半導体ウェハを保持する摩擦保持部材が側方から嵌め合わされる嵌合部を備え、
    前記嵌合部は、その周囲よりも薄肉の部位であり、
    前記嵌合部は、少なくとも三つ形成されている、
    ことを特徴とするハンド部材。
  3. 請求項２に記載のハンド部材であって、
    前記外周縁部には、前記嵌合部が少なくとも三つ形成され、
    前記内周縁部には、前記嵌合部が少なくとも三つ形成されている、
    ことを特徴とするハンド部材。
  4. 請求項２に記載のハンド部材であって、
    吸着部を更に備える、
    ことを特徴とするハンド部材。
  5. 半導体ウェハを移載するロボットアームのハンドであって、
    前記半導体ウェハが載置されるＵ字形のハンド部材と、
    前記半導体ウェハを保持する複数の摩擦保持部材と、を備え、
    前記ハンド部材は、その内周縁部及び外周縁部に、側方から前記複数の摩擦保持部材が嵌め合わされる嵌合部を備える、
    ことを特徴とするハンド。
  6. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記摩擦保持部材は、
    上側壁部と、下側壁部と、前記上側壁部と前記下側壁部とを接続する側壁部と、を含み、
    前記下側壁部は、前記側壁部側から先端側へ向かって、前記上側壁部に近づくように傾斜して設けられ、
    前記嵌合部に、前記上側壁部、前記下側壁部、及び前記側壁部とで囲まれた空間部を嵌め合わせた、
    ことを特徴とするハンド。
  7. 請求項６に記載のハンドであって、
    前記摩擦保持部材は、
    前記上側壁部の上面に、前記半導体ウェハを保持する摩擦部材を備える、
    ことを特徴とするハンド。
  8. 請求項７に記載のハンドであって、
    前記摩擦部材は、前記上側壁部の上面における周縁部を除く部分に設けられる、
    ことを特徴とするハンド。
  9. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記嵌合部は、その周囲よりも薄肉の部位である、
    ことを特徴とするハンド。
  10. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記嵌合部は、少なくとも三つ形成されている、
    ことを特徴とするハンド。
  11. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記ハンド部材の前記外周縁部には、少なくとも三つの前記嵌合部が形成され、
    前記ハンド部材の前記内周縁部には、少なくとも三つの前記嵌合部が形成されている、
    ことを特徴とするハンド。
  12. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記ハンド部材を難削材で構成した、
    ことを特徴とするハンド。
  13. 請求項５に記載のハンドであって、
    前記ハンド部材に設けられた吸着部を更に備える、
    ことを特徴とするハンド。
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