JP4575792B2 - Substrate holding device - Google Patents
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Description
本発明は基板保持装置に係り、簡単な把持機構により、基板の高速搬送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把持部を有する基板保持装置に関する。 The present invention relates to a substrate holding apparatus, and more particularly to a substrate holding apparatus having a substrate holding portion that can hold a substrate reliably during high-speed conveyance of the substrate by a simple holding mechanism and can easily release the substrate holding at a predetermined position.
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機構が開発されている。この種の把持機構は、部材接触個所が多い構造となっているため、ダストの発生、部材の摩耗の問題が発生する。このため、これらの問題を解消する一手段として、電磁石、永久磁石の磁力等の非接触による部材動作を利用した把持機構を備えた基板保持装置が提案されている(特許文献1,特許文献2参照)。
Currently, vacuum atmospheres and high-temperature processes occupy an important position in the manufacturing process of semiconductor and liquid crystal substrate products. Among them, high-speed transfer of workpieces such as substrates in a vacuum atmosphere is extremely important in equipment configuration. ing. For this reason, various gripping mechanisms have been developed that reliably hold the substrate at the end effector position at the tip of the transfer arm and quickly release the substrate at the processing position or the like at the processing position. Since this type of gripping mechanism has a structure in which there are many member contact points, problems such as generation of dust and wear of members occur. For this reason, as one means for solving these problems, there has been proposed a substrate holding apparatus having a gripping mechanism that utilizes a non-contact member operation such as magnetic force of an electromagnet or a permanent magnet (
特許文献1の基板保持装置は、基板を搬送アーム上で保持するために、先端側の固定ガイドと、基端側の移動ガイドとが設けられている。移動ガイド内の基端側端面には永久磁石が埋設され、この永久磁石の基端側に対向する位置の搬送アーム上に電磁石がわずかな離れをとって固定されている。このような構成からなるため、基板をアーム上に受け取る場合は、対向位置にある永久磁石の極性と電磁石の極性が異極(逆極性)となるように、電磁石に通電し、移動ガイドを後退させて基板をアーム上に搭載し、その後、基板を把持するためには、電磁石の極性を対向する永久磁石の極性と同極(同極性)となるように、電磁石に通電し、電磁石の可動部を基板側に移動させ、移動ガイドと固定ガイドの把持部で基板を確実に保持するようになっている。
The substrate holding device of
特許文献2の基板保持装置では、先行技術として、図18に支点912aで揺動可能に支持された基板押圧保持部材911が開示されている。この基板押圧保持部材911は支点を挟んだ両端が永久磁石の異極となるように帯磁され、カップ部材918の一部に設けられた他の永久磁石920との異極同士の反発作用により支点回りに揺動し、その結果、基板押圧保持部材911の先端で基板Wの端辺が押圧付勢され、基板保持が図られる。
In the substrate holding device of
また、特許文献3では、軸止部130回りに揺動可能なブロック状の基板(ウェハW)を支持する支持部材124〜127で構成されるピンセット57,58が開示されている。この断面略Z字形の一部でウェハWを支持するとともに、内蔵されたワイヤの操作により、軸止部130回りに回動し、ウェハWが、支持部材の一部に形成されたV字形の溝部135に滑り落ちるようにして係止し、図7〜図11に示したように、最終的に冷却板141上の支持ピン142に盛り替えられるようになっている。 Patent Document 3 discloses tweezers 57 and 58 including support members 124 to 127 that support a block-shaped substrate (wafer W) that can swing around a shaft stopper 130. The wafer W is supported by a part of the substantially Z-shaped cross section, and is rotated around the shaft stopper 130 by the operation of a built-in wire, so that the wafer W is formed in a V-shape formed on a part of the support member. As shown in FIGS. 7 to 11, the groove 135 is slidably locked and finally replaced with the support pins 142 on the cooling plate 141.
ところで、特許文献1に開示された基板保持装置では、可動部である搬送アーム上に電磁石を備えるために、旋回、伸長動作を連続的に繰り返すアームに沿って通電コードを配線しなければならず、また基板の載置時、保持時に応じた通電切り替えタイミングの正確な制御を必要とする。このため、装置の複雑化に伴うコストアップが生じるとともに、電磁石の可動磁心、制御部、アーム内の配線等の定期的なメインテナンスも欠かせない。
By the way, in the board | substrate holding apparatus disclosed by
また、特許文献2に記載された上述の基板保持装置では、永久磁石920を昇降させることで基板押圧保持部材911が揺動するようになっているため、この永久磁石920を支持するカップ部材を昇降させる設備が必要となってくる。このため、付加的な可動機構を備えた部材群が必要があるため、製品のコストアップ等の問題がある。
Further, in the above-described substrate holding device described in
さらに、特許文献3では、支持部材は板バネ131で水平位置が保持されており、フレーム内に挿通されたワイヤの操作で全体が軸止部130回りに回動し、ウェハWが滑り落ちるようにして溝部135に嵌って保持される。このため、各支持部材を回動させるタイミングを調整しないと、ウェハWがフレームから落下してしまうおそれがある。また、ワイヤによるタイミング調整の機構も複雑となり、トラブルが生じやすい。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保持装置を提供することにある。 Further, in Patent Document 3, the horizontal position of the support member is held by the leaf spring 131, and the whole is rotated around the shaft stopper 130 by the operation of the wire inserted into the frame so that the wafer W slides down. Are fitted and held in the groove 135. For this reason, the wafer W may fall from the frame unless the timing for rotating each support member is adjusted. In addition, the timing adjustment mechanism using the wire is complicated, and trouble is likely to occur. Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and with a simple structure, the substrate can be securely held during turning and stretching, and the substrate can be easily released during processing. An object of the present invention is to provide a substrate holding apparatus.
上記目的を達成するために、本発明は搬送アームの旋回動作により、該旋回アームの先端のチャック部材上に保持された基板を所定の受け渡し位置に搬送する基板搬送装置の前記チャック部材に組み込まれるようにした基板保持装置であって、前記チャック部材の一部に形成された開口を塞ぐように設けられた軸受フランジに支持された揺動支軸と、その一部に前記基板が載置されるトリガー部とを有し、前記揺動支軸を支点軸として回動する押圧部材保持フレームと、該押圧部材保持フレームの一部に、前記チャック部材の軸線と平行をなして支持され、先端の押圧ピンと根元部との間に圧縮バネが嵌装された状態で軸方向に伸縮可能なピン本体を収容保持するスラスト軸受と、前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部と反対側に位置し、無負荷状態で前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部が高くなるように、前記押圧部材保持フレームを傾斜状態に保持するカウンタウエイトとを備え、前記押圧部材保持フレームは、前記チャック部材上に基板が載置された際に、前記トリガー部に基板の一部が載置されることで回動し、前記押圧部材保持フレーム上の前記スラスト軸受の回動に伴い、短縮状態にあった前記圧縮バネが伸長することで、前記ピン本体がスラスト軸受の軸線方向にスライド伸長し、前記チャック部材上に水平状態で載置された前記基板の縁辺を、前記押圧ピン先端で押圧して前記基板を前記チャック部材上に保持することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is incorporated in the chuck member of a substrate transport apparatus for transporting a substrate held on a chuck member at the tip of the swing arm to a predetermined delivery position by a swing operation of the transport arm. A substrate holding apparatus configured as described above, wherein the swinging shaft is supported by a bearing flange provided so as to close an opening formed in a part of the chuck member, and the substrate is placed on a part thereof. that has a trigger portion, a pressing member holding frame for rotating the swing shaft as a fulcrum shaft, a portion of the pressing member holding frame is supported in parallel to the axis of the chuck member, the tip A thrust bearing that accommodates and holds a pin body that can be expanded and contracted in the axial direction with a compression spring fitted between the pressing pin and the root portion, and is positioned on the opposite side of the trigger portion with the swing support shaft interposed therebetween And nothing A counterweight that holds the pressing member holding frame in an inclined state so that the trigger portion is raised across the swing support shaft in a loaded state, and the pressing member holding frame is a substrate on the chuck member Is rotated when a part of the substrate is mounted on the trigger portion, and the compression in a shortened state is accompanied by the rotation of the thrust bearing on the pressing member holding frame. When the spring is extended, the pin body slides and extends in the axial direction of the thrust bearing, and the edge of the substrate placed in a horizontal state on the chuck member is pressed by the tip of the pressing pin, thereby pressing the substrate. The chuck member is held on the chuck member .
また、前記付勢部材は、前記押圧ピンの先端と前記スラスト軸受間に位置するピン本体に嵌装された圧縮バネと板バネとからなるようにすることも好ましい。 Further, it is preferable that the urging member includes a compression spring and a leaf spring fitted to a pin body located between the tip of the pressing pin and the thrust bearing.
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設けられる基板保持部コンパクトでコストを抑えた機構として実現できるという効果を奏する。 As described above, according to the present invention, there is an effect that the substrate holding unit provided at the tip position of the transfer arm can be realized as a compact and cost-effective mechanism.
以下、主要構成が共通である発明の基板保持装置を実施するための最良の形態として、以下の複数の実施例について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, as a best mode for carrying out a substrate holding apparatus of the invention having a common main configuration, a plurality of embodiments described below will be described with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の基板保持装置10の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1には、本発明のシングルアーム方式の基板搬送装置1の第1アーム2、第2アーム3とが直線上に伸長した状態が示されている。同図に示したように、第2アーム3の先端には、その全面で基板を保持可能なフォーク状のチャック20の根元部が、第3関節部6を介して回動可能に連結されている。図1では、例示的にチャックが第2アーム3に対して直角をなした状態が示され、チャック上に載置される基板Wが仮想線で示されている。
Hereinafter, an embodiment of a
第1アーム2は、搬送装置1本体の中心軸と同軸の第1関節部4回りに、図示しない駆動モータにより所定の旋回動作が可能な、扁平形状をなす中空アームからなる。そして第1アーム2上の幅が細くなった先端部には、第2アーム3との間に第2関節部5が設けられている。さらに、第1アーム2からのアーム回転駆動力は、この第2アーム3内に組み込まれた図示しない駆動ベルト等の伝達機構を介して第2アーム3の先端の第3関節部6の支軸(図示せず)に伝達され、この支軸に伝達される回転力により、チャック20は第1アーム2、第2アーム3の旋回角度に応じた方向に、その向き、伸長位置が制御されるようになっている。
The
チャック20は、本実施例では、略台形のプレートからなるチャック根元部21と、このチャック根元部21と一体的に形成され、載置される基板Wの大きさ(直径)に適合した長さの2本の平行なフォーク22からなり、チャック20の先端には基板Wを保持する保持爪23が形成されている。保持爪23の基板Wの縁辺に接する部位には、当接した基板Wの縁辺にわずかに係止して基板Wを保持可能な溝状部が形成されている。あるいは基板Wに当接したときに表面が凹み、載置された基板Wを保持できる程度に弾性変形する樹脂成形品等からなる爪状の小部材を設けてもよい。
In this embodiment, the
基板保持装置10は、チャック20のチャック根元部21に設けられ、チャック20のほぼ全面を覆うように載置された基板Wを、保持爪23側に押圧するように機能する。この基板保持装置10は、基板Wを押圧する可動部材としての押圧ピン12を有し、この押圧ピン12の先端に取り付けられた先端部材19で基板Wの縁辺を保持爪23側に押圧することで、基板Wはチャック20上の定位置に位置保持される。
The
以下、基板保持装置10の構成及び動作について、図2,図3及び図4各図を参照して説明する。基板保持装置10は、図2,図3に示したように、チャック根元部21の幅が狭くなった首部近くに形成された開口部13内に保持されるように設けられている。具体的には、チャック根元部21の下面に固着され、上方が開放した略U字形をなした軸受フランジ14の側面間に設けられた揺動支軸16に装置10全体が揺動可能に組み込まれている。
Hereinafter, the configuration and operation of the
基板保持装置10は、軸受フランジ14の両側面に固着された玉軸受15に軸支された揺動支軸16と、揺動支軸16を支点軸として所定角度範囲で滑らかに揺動する押圧部材保持フレーム17と、押圧部材保持フレーム17の揺動支軸16の上側位置で、チャックの軸線と平行にかつ軸線を挟んで対称位置に設けられたスラスト軸受18と、このスラスト軸受18内にピン本体が収容され、スラスト軸受18の傾きに応じてスラスト軸受18内を軸受軸線方向に沿って滑らかにスライドし、水平状態で基板Wの縁辺を押圧可能な押圧ピン12と、スラスト軸受18端と押圧ピン12の先端部材19との間のピンに介装された圧縮バネ30と、押圧部材保持フレーム17の幅方向中央位置に、揺動支軸16近くから基板Wと反対方向に延設されたカウンタウエイトピン31とから構成されている。
The
上述の各部材のうち、押圧部材保持フレーム17は、上述したように揺動支軸16回りに滑らかに揺動可能に支持されている。この押圧部材保持フレーム17の揺動のタイミングについて、図3及び図4各図を参照して説明する。押圧部材保持フレーム17には、図3に示したように、前端側の幅方向中央部に細長棒状のトリガー17aが形成されており、図4(a)〜(c)に示したように、このトリガー17a上に基板Wの端部が載置されることで押圧部材保持フレーム17全体が揺動支軸16回りに図4(c)に示した水平位置まで回動するようなっている。
Among the members described above, the pressing
一方、押圧部材保持フレーム17の初期状態は、図4(a)に示したように、わずかにトリガー17a先端がチャック上面より突出した状態にあり、初期の傾きは本実施例では、トリガー17a先端が水平面から約10°上方に傾いた状態に設定されている。この傾き角度はトリガー17aと反対側に延在するカウンタウエイトピン31に螺着されているナット32の位置によるモーメントの釣り合いを調整することで容易に調整できる。また、スラスト軸受18に支持された押圧ピン12は傾いた状態で自重の傾きに応じたピン軸線方向の自重成分の作用力により、圧縮バネ30が縮められてスラスト軸受18内にスライドし、押圧ピン12の先端側の長さがわずかに短くなっている。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the initial state of the pressing
この初期状態から基板Wを把持するまでの動作について、図4(a)〜(c)を参照して説明する。初期状態にある押圧部材保持フレーム17のトリガー17a上に基板Wの端部が載置されると、基板Wの自重により、トリガー17aは水平位置に向けて矢印A方向に回動する。この押圧部材保持フレーム17の回動に伴い、スラスト軸受18で支持された押圧ピン12の傾きが水平に近づき、自重のピン軸線方向の分力が減少するので、圧縮バネ30はその分だけ伸びて押圧ピン12は基板W側にわずかずつ突出する。最終的にチャック上面に基板Wが完全に載置されると、押圧ピン12を保持したスラスト軸受18も水平状態となり、そのとき圧縮バネ30に作用する押圧ピン12の自重の分力はゼロとなる。そして押圧ピン12は圧縮バネ30の作用により、最大限(自然長)まで伸長しようとするが、その間に基板Wの縁辺に当接するので基板Wが保持爪側に押圧され、結果として基板Wがチャック上に押圧保持される。本実施例で使用した圧縮バネ30は、自然長が5mmで、図4(a)に示した初期状態(待機状態)では、押圧ピン12の自重のスラスト軸受18方向分力により、0.2mm程度圧縮されてスラスト軸受18内に入り込む。その後、基板Wがチャック上面に載置され、水平状態で基板Wを押圧する際は、突出部分は圧縮バネ30の作用で再び伸長するが、自然長よりわずかに短縮した全長(本実施例では約4.3mm)の状態で基板Wの縁辺に当接して基板Wを押圧している。
The operation from this initial state to gripping the substrate W will be described with reference to FIGS. When the end portion of the substrate W is placed on the
以下、基板保持装置10に設けられた押圧ピン12の他の実施例及び変形例について、図5,図6を参照して説明する。図5は、1本の押圧ピン12を用いて、押圧ピン12を保持するスラスト軸受18をチャックの軸線上に配置した実施例を示した平面図である。同図に示したように、本実施例では、押圧ピン12の先端部材19には、基板Wの縁辺をある程度の幅の範囲で保持できる扁平形状の樹脂成形品が採用されている。この実施例では基板押圧部材の質量の軽量化を図ることと、その際、初期状態での押圧部材保持フレーム17の傾きを、カウンタウエイトピン31のナット32の移動で適正に調整することが好ましい。
Hereinafter, other embodiments and modifications of the
図6各図は、図5に示した基板保持装置10の押圧ピン12の先端に、さらに板バネ33を装着した変形例を示している。この実施例では、板バネ33として細幅のバネ鋼加工品が使用され、板バネ33の先端に取り付けられた先端部材19で基板Wの縁辺を押圧するようになっている。板バネ33は、図6(a)に示したように、初期状態において、押圧ピン12の先端面に固着された約120°の開角をなすように加工され、各板バネ19の先端に先端部材19としての樹脂キャップが装着されている。図6(b)はこの基板保持装置10で基板Wを押圧保持している状態を示しており、同図に示したように、この状態では、圧縮バネ30の短縮と板バネ33の撓みとが協働して押圧ピン12の押圧力となり、基板Wの縁辺が押圧されるが、圧縮バネ30の縮み量、板バネ33の撓み量が適正にバランスするように、載置される基板Wの質量、寸法(曲率)等を考慮して圧縮バネ30のバネ定数、板バネ33の曲げ剛性を設定することが好ましい。
Each drawing in FIG. 6 shows a modification in which a
なお、基板保持装置10の汎用性を高めるために、取り扱う基板Wの寸法(直径)の違いに対応できるようにすることが好ましい。そのためには、チャック根元部21の開口部13を軸線方向に長い長方形状の長孔とし、その開口部13に取り付けられる基板保持装置10の取付位置を、載置される基板Wの寸法(直径)に合わせてを適宜設定できるようにすることで、寸法の変化に対処することができる。
In order to increase the versatility of the
1 基板搬送装置
10 基板保持装置
12 押圧ピン
13 開口部
14 軸受フランジ
16 揺動支軸
17 押圧部材保持フレーム
17a トリガー
18 スラスト軸受
19 先端部材
20 チャック
21 チャック根元部
22 フォーク
30 圧縮バネ
31 カウンタウエイトピン
33 板バネ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記チャック部材の一部に形成された開口を塞ぐように設けられた軸受フランジに支持された揺動支軸と、その一部に前記基板が載置されるトリガー部とを有し、前記揺動支軸を支点軸として回動する押圧部材保持フレームと、
該押圧部材保持フレームの一部に、前記チャック部材の軸線と平行をなして支持され、先端の押圧ピンと根元部との間に圧縮バネが嵌装された状態で軸方向に伸縮可能なピン本体を収容保持するスラスト軸受と、
前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部と反対側に位置し、無負荷状態で前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部が高くなるように、前記押圧部材保持フレームを傾斜状態に保持するカウンタウエイトとを備え、
前記押圧部材保持フレームは、前記チャック部材上に基板が載置された際に、前記トリガー部に基板の一部が載置されることで回動し、前記押圧部材保持フレーム上の前記スラスト軸受の回動に伴い、短縮状態にあった前記圧縮バネが伸長することで、前記ピン本体がスラスト軸受の軸線方向にスライド伸長し、前記チャック部材上に水平状態で載置された前記基板の縁辺を、前記押圧ピン先端で押圧して前記基板を前記チャック部材上に保持することを特徴とする基板保持装置。 A substrate holding device configured to be incorporated in the chuck member of a substrate transport device that transports a substrate held on a chuck member at a tip of the swing arm to a predetermined delivery position by a swing operation of the transport arm,
The has a rocking shaft which is supported in a bearing flange provided so as to close an opening formed in a portion of the chuck member, and a trigger portion in which the substrate is Ru is placed in a part, the rocking A pressing member holding frame that rotates about a fulcrum shaft;
A pin body that is supported on a part of the pressing member holding frame in parallel with the axis of the chuck member, and that can be expanded and contracted in the axial direction with a compression spring fitted between the pressing pin at the tip and the root portion. A thrust bearing for containing and holding,
The pressing member holding frame is held in an inclined state so as to be positioned on the opposite side of the trigger portion with the swing support shaft interposed therebetween and to be raised with the swing support shaft sandwiched between the swing support shaft in an unloaded state. With counterweight,
When the substrate is placed on the chuck member, the pressing member holding frame rotates when a part of the substrate is placed on the trigger portion, and the thrust bearing on the pressing member holding frame As the compression spring in the shortened state expands along with the rotation of the pin , the pin body slides and extends in the axial direction of the thrust bearing, and the edge of the substrate placed horizontally on the chuck member The substrate holding device is characterized in that the substrate is held on the chuck member by pressing with a tip of the pressing pin .
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