JP4297305B2

JP4297305B2 - 基板位置決め装置

Info

Publication number: JP4297305B2
Application number: JP33818499A
Authority: JP
Inventors: 篤利山田; 彰宍戸
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001156155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、カラーフィルタ等の製造において、セラミックスやガラス等からなる基板上に高精度パターンを形成するために、治具上に基板を位置決めする基板位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カラーフィルタの透明電極層を形成する工程では、スパッタ法が量産化の点で有利であり、自動化ラインにおいては、治具に対して基板とマスクを所定位置に固定し、数１０個程度の治具をスパッタ装置内に搬送しスパッタを行っている。従来、基板を治具に位置決めする場合、ロボットにより基板を吸着保持し、基板の基準となる辺を画像処理等により検出し、ロボットにより基板を治具上のおおよその位置にセットし、次いで、ロボットの水平移動により最終的な位置決めを行うようにしているが、基板の基準となる辺を高精度で検出するための装置が必要となり、また、基準辺の検出誤差やロボットの移動精度による誤差が累積され、位置精度を低下させていた。そのため、最終位置に予め設置された位置決めピンまたはブロックに付き当てるようにして位置決めを行う方式もとられているが、基板に負荷を加えることになり、基板を破損させてしまうという問題を有している。
【０００３】
この問題を解決するための基板位置決め装置が特開平６−８８２０５号により提案されている。これを図６により説明する。
【０００４】
図（Ａ）において、製造ラインの搬送装置上の所定位置には治具１が配置され、治具１の主プレート２上に位置決めピン７ａ、７ｂが設けられ、この位置決めピン７ａ、７ｂにマスク８に設けられた穴８ｃを通すことによってマスク８が位置決めセットされている。副プレート５は、主プレート２との間にマスク８と基板９を挟持するための部材であり、開かれた状態で待機している。このとき、基板位置決め装置１１の作動ピン１２は、図示しない外部装置の昇降ロッド１３により押されており、図（Ｂ）に示すように、作動ピン１２は装着穴６内に収納されるとともに、位置決めヘッド１４が基板９の固定位置から離れて傾斜状態に保持される。この状態で、図示しないロボットの把持装置により、基板９がマスク８上に載置される。次に、図（Ｃ）に示すように、昇降ロッド１３を作動ピン１２より解除すると、スプリングの付勢力により、作動ピン１２は主プレート２の底面から突出し、位置決めヘッド１４は基板９を位置決めピン７ａに付き当てることにより、基板９は所定位置に位置決めされる。なお、基板９には、例えば、２つのカラーパターン１０ａ、１０ｂが形成されており、マスク８にはカラーパターン１０ａ、１０ｂに対向するように開口部８ａ、８ｂが形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の基板位置決め装置においては、治具１ごとに基板位置決め装置１１を設ける必要があり、基板のサイズが変更されると治具のサイズも変更され、その都度、基板位置決め装置を設けなければならず、コストが増大するという問題を有している。また、基板位置決め装置は、位置決めピン７ａ方向に付き当てるようにしているため、位置決めピン７ｂ側に対応する基板の辺を高精度で検出する装置が必要になり、具体的には画像処理を伴う光学系により基板９の辺および位置決めピン７ｂを検出または基板９およびマスク８に予め設けたアライメントマークをもとに検出して相対距離を算出しなければならないという問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するものであって、高精度な位置検出装置を必要とせず、基板へ過度な負荷をかけずに精度良く基板の位置決めを行うことができる基板位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の請求項１記載の基板位置決め装置は、治具１に設けられた位置決め部材７に基板９を突き当てることにより基板を治具上に位置決めする基板位置決め装置において、ロボットハンド１６ａに固定されたベースプレート２１と、該ベースプレート２１の各辺に対向する位置に固定された基板把持用のエアシリンダ２２と、各エアシリンダに連結された基板把持部材２４とを備え、前記エアシリンダ２２には、基板９が位置決め部材７に突き当たって負荷が作用すると、シリンダの押圧力を予め設定された圧力に調整する調整装置が備えられていることを特徴とし、
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記ベースプレート２１の各辺に対向する位置に２つのエアシリンダ２２を配設したことを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項１、２において、前記ベースプレート２１に配設された基板固定板５把持用のエアシリンダ２５と、該エアシリンダに連結された固定板保持部材２７とを備え、基板９の位置決め後、基板固定板５を治具１に係止させることを特徴とし、
請求項４記載の発明は、請求項１〜３において、前記位置決め部材は、位置決めピンであり、該位置決めピンにローラ２９を回動自在に設けたことを特徴とする。なお、上記構成に付加した番号は、本発明の理解を容易にするために図面と対比させるものであり、これにより本発明の構成が何ら限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される成膜工程を示し、図（Ａ）、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は組立状態を示す断面図である。図（Ａ）において、製造ラインの搬送台車１５上には、治具１が縦置き状態で設置、搬送され、所定の位置でロボット１６のハンド１６ａの先端に装着された基板位置決め装置２０が基板９および基板固定板５を保持し、基板９を治具１の位置決めピン（位置決め部材）７に付き当てるようにしてセットし、さらに、基板固定板５を治具１に固定する。なお、このロボット１６は３軸以上の多関節からなりその先端部にロボットハンド１６ａが装着されている。その後、治具１は、図（Ｂ）に示す成膜装置１７内に搬送される。図（Ｃ）において、基板保持板２の開口部２ａの周囲には磁石２ｂが配設されており、これによりマスク８が着脱自在に保持され、また、複数の磁石５ａが内蔵された基板固定板５の周囲には係止ピン５ｂが設けられ、係止ピン５ｂにより基板保持板２に着脱自在に係止され、磁石５ａにより基板９とマスク８が密着するようにされている。なお、この基板固定板５は板状であっても格子状であってもよく、またこれらに限定されるものではない。
【０００９】
図２は、本発明における前記基板位置決め装置２０の１実施形態を示し、図（Ａ）は模式図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＸ方向から見た図である。
【００１０】
ロボットハンド１６ａには、矩形状のベースプレート２１が固定され、ベースプレート２１の前面には、各辺に対向する位置に２つづつ合計８つの基板把持用のエアシリンダ２２が固定されている。各エアシリンダ２２のピストン（ピストンロッド）２２ａには、連結部材２３を介して基板把持部材２４が連結され、基板把持部材の先端には二股状の把持爪２４ａが形成されている。これにより、ベースプレート２１の各辺から８つの基板把持部材２４が延設された構成になっている。前記エアシリンダ２２は、基板９が位置決めピン７（図１）に突き当たって負荷が作用すると、シリンダの押圧力を予め設定された圧力に調整する調整機構が備えられている。
【００１１】
また、ベースプレート２１の前面中央部には、基板固定板５（図１）把持用のエアシリンダ２５が固定されている。エアシリンダ２５のピストン２５ａには連結部材２６を介して、ベースプレート２１の前方に十字状に配設された固定板保持部材２７が連結され、固定板保持部材２７の先端には、基板固定板５を吸着保持するための８つの吸着パッド２７ａが配設され、吸着パッド２７ａには真空吸引ホース（図示せず）が接続される。
【００１２】
図３は、上記各エアシリンダ２２の調整装置５０を示すエア圧回路図である。なお、図３は、図２（Ｂ）に示すようにエアシリンダ２２のピストン軸２２ａが同一線上にあるエアシリンダ２２Ｘ、２２Ｙのエア圧回路を示している。エアシリンダ２２Ｘ、２２Ｙの内部には、ピストン２２ａにより圧力室５１、５２が区画形成されており、圧力室５１、５２は、それぞれ、速度調節器５３を介してソレノイド弁５５、５６に選択的に接続され、一方のソレノイド弁５５は、圧力調整弁５７を介して制御用エアと排気ＥＸに選択的に接続され、他方のソレノイド弁５６は、直接、制御用エアと排気ＥＸに選択的に接続されている。この構成により一方のエアシリンダ２２Ｘの左右の圧力室５１、５２は、圧力調整弁５７により予め設定された圧力となるように制御され、基板把持部材２４および把持爪２４ａは自由度Ｌを確保するように調整されているため、エアシリンダ２２Ｙの閉端を基準に基板９が把持されるようにされている。
【００１３】
上記構成からなる本発明の作用を図４をも参照して説明する。図１（Ａ）において、基板位置決め装置２０が基板９を把持爪２４ａにより保持し、基板固定板５を吸着パッド２７ａにより保持すると、ロボットハンド１６ａは、基板９を図４（Ａ）に示すＰ１位置（この位置は予めロボットに教示した座標である。）まで搬送する。次に、ロボットハンド１６ａにより、位置決めピン７を越えるＰ２位置を目標にして矢印Ｙ方向に基板の移動を開始させる。基板９が位置決めピン７に突き当たって負荷が作用すると、位置決めピン７により受ける反力は、エア圧（例えば５kgf／cm²）と圧力調整弁５７の設定圧（例えば２kgf／cm²）の差圧３kgf／cm²分を越えることなく、自由度Ｌの範囲で動作が可能である。そして、自由度Ｌの範囲内である所定のＰ３位置に基板９がセットされることになる。このとき、基板９の各辺は２つのエアシリンダ２２により押されるため、図４（Ｂ）に示すように、基板９と位置決めピン７との間の隙間Ｋ（回転誤差）をなくし、基板９の正確な位置決めを行うことができる。基板９の位置決めが終了すると、エアシリンダ２５が動作させ、基板固定板５を図１（Ｃ）に示すように、係止ピン５ｂにより基板保持板２に係止し、その後、ソレノイド弁５５，５６を切り換えると、エアシリンダ２２Ｘ、２２Ｙのピストンは開端に移動し、基板９を解放する。
【００１４】
なお、基板９にかかる負荷は、シリンダ内径の選定および制御用エアの圧力と圧力調整弁を介した圧力に依存するが、上記の圧力に限定されるものではない。また、ロボットハンド１６ａによる基板９の搬送時の加減速に対する安定性を増すため、エアシリンダ２２Ｘに供給される圧力を圧力調整弁５７を介さないバイパス回路を追加してもい。
【００１５】
図５は、本発明の変形例を示す断面図である。本例においては、位置決めピン７にベアリングで回転するローラ２９を設けている。これにより、基板が位置決めピン７に突き当たる際に生じる剪断抵抗をころがり抵抗に変えることができ、基板に作用する負荷をさらに軽減させることができる。
【００１６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、基板９を位置決めピン７に突き当てるようにしているが、ブロック等の位置決め部材でよい。また、上記実施形態においては、各辺に２つのエアシリンダ２２を配設しているが、各辺の２つの基板把持部材２４を１つのエアシリンダ２２により移動させるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、高精度な位置検出装置を必要とせず、基板へ過度な負荷をかけずに精度良く基板の位置決めを行うことができる。また、把持爪により移動する方式を採用するため、治具を縦置きにした状態で位置決めすることができ、製造ラインの幅をコンパクトにすることができるとともに、処理時間を短縮することができる。さらに、基板の位置決めだけではなく、基板固定板をも自動的にセットすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される成膜工程を示し、図（Ａ）、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は組立状態を示す断面図である。
【図２】本発明における前記基板位置決め装置２０の１実施形態を示し、図（Ａ）は模式図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＸ方向から見た図である。
【図３】本発明に係わるエアシリンダの調整装置を示すエア圧回路図である。
【図４】本発明の作用を説明するための図である。
【図５】本発明の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の基板位置決め装置の例を示し、図（Ａ）は全体斜視図、図（Ｂ）および図（Ｃ）は作用を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１…治具
５…基板固定板
７…位置決め部材
９…基板
１６ａ…ロボットハンド
２１…ベースプレート
２２…基板把持用エアシリンダ
２４…基板把持部材
２５…基板固定板把持用エアシリンダ
２７…固定板保持部材
２９…ローラ

Claims

治具に設けられた位置決め部材に基板を突き当てることにより基板を治具上に位置決めする基板位置決め装置において、ロボットハンドに固定されたベースプレートと、該ベースプレートの各辺に対向する位置に固定された基板把持用のエアシリンダと、各エアシリンダに連結された基板把持部材とを備え、前記エアシリンダには、基板が位置決め部材に突き当たって負荷が作用すると、シリンダの押圧力を予め設定された圧力に調整する調整装置が備えられていることを特徴とする基板位置決め装置。
前記ベースプレートの各辺に対向する位置に２つのエアシリンダを配設したことを特徴とする請求項１記載の基板位置決め装置。
前記ベースプレートに配設された基板固定板把持用のエアシリンダと、該エアシリンダに連結された固定板保持部材とを備え、基板の位置決め後、基板固定板を治具に係止させることを特徴とする請求項１または２記載の基板位置決め装置。
前記位置決め部材は、位置決めピンであり、該位置決めピンにローラを回動自在に設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板位置決め装置。