JP4533697B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は基板搬送装置に係り、簡単な機構により旋回時及び伸縮時に確実に基板を保持するとともに、所定位置で容易に基板保持を解除可能な基板搬送装置に関する。

現在、半導体、液晶基板製品の製造工程において、真空雰囲気、高温下でのプロセスが重要な位置を占めており、そのなかでも真空雰囲気での基板等のワーク高速搬送が装置構成においてきわめて重要となっている。そのため、搬送アーム先端のエンドエフェクタ位置には、旋回時及び伸縮時に基板を確実に把持し、処理位置等において迅速に、基板の把持を解放する種々の把持手段が開発されている。このとき、把持手段に部材接触個所が多い機構では、ダストの発生、部材の摩耗の問題が発生するため、これらの問題を解消するために、この種の把持機構に、永久磁石の磁力を利用した技術が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。

特許文献１の基板保持装置は、支点としてのセグメントギアを介して中心軸線に対して対称に鋏上に開閉し、腕部材の先端に位置するようになっている。一方、基板を挟持する腕部材の端部には同一磁性の磁石が取り付けられており、これらの磁石の反発力を利用して基板を把持する一方、把持解放時にはこれらの磁石が腕部材の屈曲により、本体の一部に取り付けられた磁性体に近接し、磁性体に吸引されることにより腕部材が開状態となり基板の把持が解かれるようになっている。

特許文献２の基板保持装置では、基板把持機構に取り付けられた永久磁石に対して、アクチュエータにより位置、向きを変更可能な他の磁石を接近、離間させることで、磁性の切り替えを行って基板保持機構による基板の保持、解放を実現している。

特開２０００−６１８７６公報 特開２００３−１４２５５４公報

ところで、特許文献１に開示された基板保持装置では、腕部材の付け根に位置するセグメントギアを支点として鋏状に動作して腕部材が基板の一部を挟むようになっているため、腕部材の端に取り付けられた磁石による磁力による腕部材の開閉のバランスや、セグメントギアの噛合状態等の動作精度が要求される。また、固定部の所定位置に磁性シールド部材を設けているため、２本の腕部材の端部に取り付けられた磁石の磁力切り替えを精度良く行うのが難しい。

また、特許文献２に記載された基板保持装置では、把持部に永久磁石を設ける他に、永久磁石の磁性を変更するためのアクチュエータ等の動力装置を備え、このアクチュエータによって永久磁石の向きを変更して、対向する把持部の永久磁石の極性を変更することで、把持部の把持動作とその解放動作を実現している。したがって、特許文献２では、真空内に接触個所を多く備えた複雑な可動機構を備える必要があるため、接触個所でのダスト発生、製品のコストアップ等の問題がある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡単な構造により、旋回時及び伸縮時における基板の把持を確実に行うとともに、処理時における基板の解放を容易に行えるようにした基板搬送装置を提供することにある。

基板をその先端位置に載置し、把持する基板把持機構をアーム先端のベースプレート上に有し、前記基板把持機構を直進運動可能な搬送アームを、旋回軸で支持し、該旋回軸の回転と前記搬送アームの直進運動とにより、前記基板把持機構を所定位置に移動可能な基板搬送装置において、前記旋回軸には、延在方向が前記搬送アームの直進運動方向と一致し、先端が前記基板把持機構の側方に位置可能で、該旋回軸の回転に伴って前記搬送アームと一体的に回転可能な、磁性体からなる規制プレートが固定され、前記基板把持機構には、先端部で基板を把持するクランプレバー本体と、該クランプレバー本体を、その付勢力で位置保持する初期状態保持手段と、前記規制プレートに面した部位に永久磁石が設けられて、回動動作により前記クランプレバー本体を直動運動させる回動部材とが設けられ、前記クランプレバー本体は、初期状態では前記初期状態保持手段の付勢力により、前記基板を把持しない状態に位置保持され、前記搬送アームが直進運動して、前記基板把持機構が前記規制プレートの側方に位置した基板把持状態では、前記回動部材に設けられた永久磁石が前記規制プレートに磁力吸着されて前記回動部材が回動し、前記クランプレバー本体を、前記初期状態保持手段に抗して前記基板を把持する方向へ直動させて前記基板を把持する。

前記クランプレバー本体は、略Ｕ字形状をなすアームの先端に形成された先端パッドと、エンドエフェクタ先端に設けられたストッパとで基板外縁を押さえるように、前記基板を把持するようにすることが好ましい。

前記初期状態保持手段は、前記クランプレバー本体と前記ベースプレートとの間に設けられた引張バネとすることが好ましい。

前記回動部材は、前記ベースプレート上に軸支されたクランクからなり、該クランクの前記規制プレート側に永久磁石が取着され、前記クランクの回動動作を、前記クランプレバー本体の直進運動に変換させることが好ましい。

以上に述べたように、本発明によれば、搬送アームの先端位置にある搬送ベースプレート上での把持、解放機構を簡易な構造で実現でき、またそのタイミングも別異の単一部材で適宜設定できるため、コンパクトでコストを抑えた基板把持機構を備えた基板搬送装置とすることができるという効果を奏する。

以下、本発明の基板搬送装置の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

以下、本発明の基板搬送装置１の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は駆動部２が取付固定部３に埋め込まれ、搬送アーム５部分が固定プレート４を介して取付固定部３の表面に設置された状態を示した平面図及び側面図である。同図には、駆動部２の中心軸と同軸配置されたリンク駆動回転軸Ｒ₁に支持された搬送アーム５全体が示されている。搬送アーム５は、２組の平行リンクを用いた公知の搬送アームと同様に短節を共有して連結し動作する２組の第１平行リンク６、第２平行リンク７とから構成され、図示しない駆動モータの回転により、搬送アーム５全体はリンク駆動回転軸Ｒ₁の回転動作により、第１平行リンク６、第２平行リンク７の屈曲、伸長動作による、第２平行リンク７の自由端側の短節に相当する細長形状の搬送ベースプレート８をＸ軸方向（長手方向）に往復直線移動（側面視した場合、水平移動する。）させることができる。また、リンク駆動回転軸Ｒ₁と同軸配置された旋回回転軸（図示せず）の回転動作により、２組のリンクから構成された搬送アーム５全体は所定の旋回方向、速度で装置中心軸回りに旋回運動することができる。

本実施例では、図１（ａ）に示したように、搬送ベースプレート８上には、搬送ベースプレート８の中心対称軸Ｃに関して対称配置された状態で２組の基板把持機構１０が装備されている。なお、同図に示したように、基板把持機構１０を、屈曲、伸長可能な平行リンク６，７の先端に対称配置することは、基板（以下、実施例としてウエハＷと記す。）の搬送、処理のスループットを高めることができる公知配置手段として知られている。本発明では、後述する基板把持機構１０が基板を把持する範囲を規制するための規制プレート３５が、その長さ方向の中心位置において旋回回転軸外側面に図示しない固定部材を介して一体的に固定されている。したがって、この規制プレート３５は旋回回転軸、すなわち搬送アーム５全体と一体的に旋回するようになっている。

基板把持機構１０の構成について、図１，図２，図４（ａ）を参照して説明する。図２は、図１（ａ）に示した搬送ベースプレート８上に設置された基板把持機構１０の詳細構成を、エンドエフェクタ９上のウエハＷとの関係で示した平面図である。図４（ａ）は図２を部分的に示した拡大図である。

本実施例では、例えば図２に示したように、基板把持機構１０で保持する対象として直径２００〜３００mm程度のウエハＷ等を想定している。搬送アーム５の伸長動作により、図示しないカセットあるいは処理部から取り出されたウエハＷ（仮想線で表示）は、搬送ベースプレート８の端部に固着された公知形状のエンドエフェクタ９の所定位置に載置された状態にある。載置されたウエハＷはエンドエフェクタ９先端に取り付けられた樹脂製の爪状をなすストッパ２１に一部が係止された状態で、ウエハＷの中心線（図示せず）とエンドエフェクタ９の中心線（図示せず）とがほぼ一致するようにエンドエフェクタ９上に載置されている。そしてこのウエハＷは、搬送ベースプレート８上に設けられた基板把持機構１０の動作によって、エンドエフェクタ９上に保持される。

図２は、基板把持機構１０の解放状態を示している。すなわち、エンドエフェクタ９の根元部には基板把持機構１０の樹脂パッド２２がウエハＷの外縁に接触しない状態（解放状態）が示されている。基板把持機構１０は、クランプレバー本体１１と、このクランプレバー本体１１のスライド部１３を両側から挟んだ状態で位置保持させることで、クランプレバー本体１１の直進運動を案内する４本のガイドピン１６と、クランプレバー本体１１がウエハＷをクランプしない状態を初期状態として位置保持させる初期保持手段として弾性伸縮体としての引張バネ部２０と、クランプレバー本体の後端に形成されたレバーに、クランプレバー本体のスライド部に前進方向力を伝達する、搬送ベースプレート８上にピン支持されたクランク３０と、このクランク３０の搬送ベースプレート８外側に延長した位置に設けられた側面プレート３１上に装着された永久磁石３２とから構成されている。

一方、規制プレート３５について、その全体が図１に示され、図２には基板把持機構１０に接近した位置関係が示されている示されている。この規制プレート３５は、強磁性を示すとともに真空下での材質変化のない平鋼で、細長部材であるため、わずかにフランジを形成する等によりその曲げ剛性を高める工夫がなされている。

ここで、上述した基板把持機構１０の構成について詳述する。基板把持機構１０のうち、クランプレバー本体１１は、本実施例では、図４（ａ）に拡大して示したように、平面視して先端が幅広形状をなす略Ｕ字形のアーム部１２と、このアーム部１２の根元部に一体的に連続するスライド１３部と、スライド部１３の後端でわずかにＬ字形をなしたレバー部１４とを一体的に構成したステンレス鋼の成形加工部材からなる。この部材の材質としてはダストフリーの各種非磁性金属部材を用いることができる。

クランプレバー本体１１は、同図（ａ）示したように、スライド部の側面に位置するように搬送ベースプレート８上に固着された４本のガイドピン１６により、スライド部１３を両側から挟んだ状態で搬送ベースプレート８上に位置保持されている。このガイドピン１６により、スライド部１３はクランプレバー本体１１の直進運動が確保される。さらにガイドピン１６間のスライド部１３の側面に突起部１３ａが形成され、この突起部１３ａに初期保持手段としての引張バネ部２０の端部が支持されている。この引張バネ部２０は支持ブロック２４に対して、クランプレバー本体１１がウエハＷをクランプしない状態を初期状態となるような張力状態で装着されている。なお、本実施例では４本の円柱状のガイドピン１６を用いているが、ガイドピンの形状、本数は、スライド部１３の位置保持を行え、また突起部１３ａに相当する部位と干渉しない形状等であれば、適宜設定することができる。

引張バネ部２０のバネ強さは、後述する磁石の吸引力より弱く、磁石の吸引力が最大となって作用する状態において、規制範囲において伸長状態になる。なお、クランプレバー本体１１のアーム部１２の先端には板バネ２３と樹脂パッド２２とからなるウエハ押さえ部が設けられている。このウエハ押さえ部によれば、クランプレバー本体１１がウエハＷに近接した状態で板バネ２３がわずかに屈曲した状態で先端の樹脂パッド２２でウエハＷの外縁を確実に押さえ、エンドエフェクタ９先端位置に取り付けられたストッパ２１との間で確実にウエハＷの外縁を把持することができる。なお、取付位置とバネ動作方向を変更することで圧縮バネやダストフリーの弾性伸縮体を適宜採用することができる。

クランプレバー本体１１の後端に形成されたレバー部１４にはピン１８が突設されている。このピン１８には、搬送ベースプレート８に回動ピン１９を介して回動可能に軸支されたクランク３０の他端に形成された長孔３０ａが嵌合され、クランク３０の回動ピン１９回りの回動動作がレバー部１４を介してクランプレバー本体１１の直進運動に変換される機構が組み込まれている。

一方、クランク３０の搬送ベースプレート８外側から延長した位置には、図４（ｂ）に示したように、側面プレート３１が固着されている。この側面プレート３１外側面には、表面が平面をなすように、永久磁石３２が固着されている。本実施例では、永久磁石３２は側面プレート３１に形成された穴部に嵌着されている。

ここで、ウエハＷの把持状態と解除状態における各部材の動作について、図２、図４各図（解放状態）、図３、図５各図（把持状態）を参照して説明する。解放状態とは、通常、カセット内に収容されたウエハＷを取り出す際に搬送アームを伸長してエンドエフェクタ９上にウエハＷを載置した状態、あるいは所定の処理区域内への移送完了時を想定している。一方、把持状態とは、搬送アーム５（図１）がある程度屈曲して、図１に示した範囲に設けられた規制プレート３５の端部に、永久磁石３２の端部が吸引され、クランク３０が回動ピン１９回りに矢印Ａ方向（図３）に回動し、スライド部１３がガイドピン１６に案内されてクランプレバー本体１１が矢印Ｂ方向に直進移動してアーム部１２の先端の樹脂パッド２２でウエハＷがエンドエフェクタ９先端のストッパ２１に押圧され、保持された状態を想定している。

具体的には、図４（ａ）に示したように、永久磁石３２と規制プレート３５の端部とが離れている状態にある場合、永久磁石３２と規制プレート３５との間の磁力吸引力は弱いため、引張バネ部２０により初期保持状態が保持され、クランプレバー本体１１は解除状態にある。この状態から、搬送アーム５（図１）の屈曲により、図５に示したように、搬送ベースプレート８が矢印Ｘ方向に移動量（Ｌ）（図５（ａ））だけ規制プレート３５に近接すると、永久磁石３２が規制プレート３５に近接し、重なり状態になると、永久磁石３２は、規制プレート３５との磁力吸引力によって回動ピン１９を支点として、規制プレート３５にさらに近接する方向に回動し、クランク３０は回動ピン１９を支点としてガイドピン１６に近接するように回動する。このクランク３０の回動は、クランク３０の他端の長孔３０ａで連結ピン１８を介してクランプレバー本体１１の後端のレバー１４に対する横方向力に変換され、レバー１４の移動がガイドピン１６により方向規制され、クランクレバー本体１１は移動量（ｓ）だけに直進移動する。このとき、スライド部１３に形成された突起１３ａがガイドピン１６間でその直進移動量を規制するようになっている。本実施例では、移動量（ｓ）、すなわちガイドピン１６の離隔は５〜１０mm程度の適当な距離に設定することが好ましい。

クランプレバー本体１１のスライド部１３がガイドピン１６で案内されたスライド（直進）動作により、アーム部１２の先端のパッド２２とエンドエフェクタ９先端のストッパ２１とよってウエハＷの縁が挟み込まれ、把持動作が完了する。このとき、引張バネ部２０の引張力（初期状態を保持する力）よりも永久磁石３２と規制プレート３５との間の吸引力の方が大きくなるように設定されているため、搬送ベースプレート８がこの位置を保持する限り、把持状態も保持される。この把持状態では、エンドエフェクタ９上のウエハＷは搬送アームが高速旋回してもその位置が確実に保持される。

そして、搬送アーム５（図１）の旋回及び伸長動作によってウエハＷを載置保持したエンドエフェクタ９が所定の解放位置まで到達した状態で、搬送ベースプレート８を前方（回転中心から離れる方向）に移動するように搬送アーム５（図１）を伸長させることで、接点としての永久磁石３２の位置が規制プレート３５からはずれ、永久磁石３２の吸引力が引張バネの付勢力より弱くなると、引張バネの付勢力によりクランプレバー本体１１はガイドピン１６をガイドとして図２（図４（ａ））の解放状態に復帰し、クランプレバー本体１１の先端の樹脂パッド２２はウエハＷの縁から離れ、ウエハＷはエンドエフェクタ９上に載置された状態となる。

図６は、上述のクランプレバー本体１１の変形例を拡大して示した平面図である。この変形例では、初期状態を保持するためにクランプレバー本体１１の中心線上の前方位置にダストフリーの樹脂製の弾性支持体２５を固定部２６との間に介装させている。この樹脂製の弾性支持体２５は初期状態において変形が生じず、上述したようにクランプレバー本体１１が前方にスライドした状態で、圧縮変形するが、クランク３０、３６の動作によって伝達される前方への移動方向力によって容易に変形する程度の剛性からなる。また、クランク３０を直進動作に変換する機構に関してもたとえば中間部材３６を用いたリンク等を種々選択することができる。

以上に述べたように、ウエハＷを把持するための基板把持機構１０としてのクランプレバー本体１１の把持、解放動作は旋回部に一体的に取り付けられる規制プレート３５の長さ（範囲）に依存する。したがって、この規制プレート３５の長さを適宜設定することで基板の把持、解放の時期、範囲を適正に設定することが好ましい。

本発明の基板搬送装置の全体構成を示した平面図、側面図。 本発明のうちの基板把持機構の一実施例（解放状態）を示した部分平面図。 本発明のうちの基板把持機構の一実施例（把持状態）を示した部分平面図。 図２に示した基板把持機構のクランプレバー本体の構成と動作状態（解放状態）を示した部分拡大平面図。 図３に示した基板把持機構のクランプレバー本体の構成と動作状態（把持状態）を示した部分拡大平面図。 本発明のうちの基板把持機構の一変形例（解放状態）を示した部分平面図。

符号の説明

１ 基板搬送装置
５ 搬送アーム
８ 搬送ベースプレート
９ エンドエフェクタ
１０ 基板把持機構
１１ クランプレバー本体
１２ アーム部
１３ スライド部
１４ レバー本体
１６ ガイドピン
１９ 回動ピン
２０ 引張バネ部
３０ クランク
３２ 永久磁石
３５ 規制プレート

Claims (4)

1. 基板をその先端位置に載置し、把持する基板把持機構をアーム先端のベースプレート上に有し、前記基板把持機構を直進運動可能な搬送アームを、旋回軸で支持し、該旋回軸の回転と前記搬送アームの直進運動とにより、前記基板把持機構を所定位置に移動可能な基板搬送装置において、
   前記旋回軸には、延在方向が前記搬送アームの直進運動方向と一致し、先端が前記基板把持機構の側方に位置可能で、該旋回軸の回転に伴って前記搬送アームと一体的に回転可能な、磁性体からなる規制プレートが固定され、
   前記基板把持機構には、先端部で基板を把持するクランプレバー本体と、該クランプレバー本体を、その付勢力で位置保持する初期状態保持手段と、前記規制プレートに面した部位に永久磁石が設けられて、回動動作により前記クランプレバー本体を直動運動させる回動部材とが設けられ、
   前記クランプレバー本体は、初期状態では前記初期状態保持手段の付勢力により、前記基板を把持しない状態に位置保持され、前記搬送アームが直進運動して、前記基板把持機構が前記規制プレートの側方に位置した基板把持状態では、前記回動部材に設けられた永久磁石が前記規制プレートに磁力吸着されて前記回動部材が回動し、前記クランプレバー本体を、前記初期状態保持手段に抗して前記基板を把持する方向へ直動させて前記基板を把持することを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記クランプレバー本体は、略Ｕ字形状をなすアームの先端に形成された先端パッドと、エンドエフェクタ先端に設けられたストッパとで基板外縁を押さえるように、前記基板を把持することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
3. 前記初期状態保持手段は、前記クランプレバー本体と前記ベースプレートとの間に設けられた引張バネであることを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
4. 前記回動部材は、前記ベースプレート上に軸支されたクランクからなり、該クランクの前記規制プレート側に永久磁石が取着され、前記クランクの回動動作を、前記クランプレバー本体の直進運動に変換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。

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