JP4873129B2

JP4873129B2 - 基板把持装置

Info

Publication number: JP4873129B2
Application number: JP2006039116A
Authority: JP
Inventors: 信一勝田; 泰広圓山; 崇之今中
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2007220868A

Description

本発明は、基板を把持する把持装置を備えた基板搬送・処理装置に関するものであり、特に半導体ウエハ、液晶ガラス基板などの各種基板の搬送・処理装置に関するものである。

従来、基板を移載したり、処理のために回転させたりする際、スループットを向上させるためにその動作を高速に行うと、基板の位置がずれたり、落下したりする問題があった。
これらの問題を解決するために、基板の自重によって動作する基板把持機構を備えた基板搬送・処理装置が公知となっている。（例えば、特許文献１乃至３参照）。

以下、特許文献１乃至３記載の基板把持機構を有する基板搬送・処理装置の概略について説明する。
図６において、１は基板把持機構であり、基板２搭載前は基板把持機構１の重量バランスにより、基板把持機構１が図６において時計回りに回転した位置で、かつ基板搭載テーブル４と接触した位置にて静止している。基板２が搭載されると基板２の裏面が基板裏面支え１ｇに接触し、基板２の自重により支点１ｂを中心に図６において反時計回りに基板把持機構１が回転する。回転はストッパ１ｃによって停止し、この位置にて基板２は保持される。このとき、基板端部接触部１ｅおよび基板裏面支え１ｇによって基板２は固定される。さらに基板２が固定されるときには、複数の基板把持機構１が同時に動作し、基板把持機構１と基板２が接触して基板２を位置決めする。基板把持機構１より基板２を取り出すときには、図示しないロボットなどの基板昇降手段が基板２の裏面を持ち上げると、基板２の自重によってストッパ１ｃにて停止していた基板把持機構１が、図６において時計回りに回転し基板２は、基板把持機構１から降ろされる。このとき基板把持機構１は重量のバランスによって時計回りに回転し、基板搭載テーブル４と接触する位置で停止する。

次に、特許文献２記載の基板搬送・処理装置は、搬送ロボットのフォーク上に基板把持機構を有するものである。図６におけるストッパ１ｃがなく、基板把持機構がフォークに直接接触する点を除き、基本的構成は特許文献１と同様である。

次に、特許文献３記載の基板搬送・処理装置であるが、基本的に特許文献１と同様の構成となっている。

特開平６−１５５２１３号公報（第２−３頁、図１）特開平１０−７４８１６号公報（第３−４頁、図２）特許３１３８５５４号（第５−７頁、図１）

従来の基板把持機構を備えた基板搬送・処理装置は、基板の自重で把持動作するために、基板裏面が基板把持手段に接触してしまい、基板裏面を汚染するという問題があった。また、基板把持手段の回転支点が基板下の近傍にあるため、ここから発生したパーティクルが基板裏面を汚染するという問題があった。さらに、基板を把持する際には、基板把持手段がストッパ部に勢いがついた状態で衝突し、なおかつストッパが基板下近傍にあるので、ここから同様にパーティクルが発生し、基板裏面を汚染するという問題があった。

すなわち、把持されることにより基板自身が振動してパーティクルが発生するという課題は解決されるものの、基板把持手段を動作させるための機構（基板裏面支持部、回転支点、ストッパ）からパーティクルが発生してしまうため、結局は、汚染の影響を免れることができなかった。
上記パーティクルの発生に対しては、ダウンフローによって、汚染を防止しているが、パーティクル発生源が基板の極めて近い位置にある上、基板把持手段が取り付けられる装置の形状との兼ね合いで、ダウンフローの巻き返し等の気流の乱れが発生するため、完全にこれを防止することはできない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、基板の汚染を最小限に抑えるとともに、基板を安定的に位置保持できる基板搬送・処理装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、基板を載置する基板搭載部と、前記基板搭載部に設けられた回転支持部と、前記回転支持部を中心に前記基板の半径方向に回転可能な基板把持手段と、を備え、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記基板を把持する基板把持装置において、前記基板把持手段は、前記基板に接触する第１把持部と第２把持部とウエイトとを備え、前記基板搭載部は、前記基板把持手段が前記基板を把持する位置および開放する位置で、それぞれ前記ウエイトが当接するストッパを備え、前記基板搭載部の前記基板把持手段下に通気孔を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、基板を載置する基板搭載部と、前記基板搭載部に設けられた回転支持部と、前記回転支持部を中心に前記基板の半径方向に回転可能な基板把持手段と、を備え、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記基板を把持する基板把持装置において、前記基板把持手段は、第１把持部と第２把持部とを備えかつ前記回転支持部回りに回転する動きを制限されており、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記制限に至った状態において前記基板の下端に接触する前記第１把持部と前記基板の上端に接触する前記第２把持部によって、前記基板の上下端部のみを把持することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、基板を安定的に位置保持できると共に、回転支持部外側に設けられたウエイトがストッパをかねているので、ストッパからのパーティクルは基板から離れた場所で発生し、基板が汚染される可能性が低い。また、基板把持手段または回転支持部から発生したパーティクルがダウンフローによって巻き返されることなく、通気孔を通って流出していくので、基板の汚染される可能性が極めて低い。
また、請求項３に記載の発明によると、基板把持部と基板との接触面積が減少し、基板把持部と基板が接触する際の基板へのパーティクル付着の可能性が減少する。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す基板搬送・処理装置の基板搭載部側面図側面図である。図１（ａ）は、基板を把持していない状態（開放状態）を示し、図１（ｂ）は、基板を把持している状態（把持状態）を示している。なお、図は一部を示したものであり、後述の基板把持手段やストッパ等は基板中心に対して対称に複数設けられる。
図において、１００は、シリコンウエハ又はガラス基板等の基板である。
１０１は、基板１００を搭載するための基板搭載部であり、半導体搬送ロボットにおけるエンドエフェクタやプリアライナの回転テーブル等に相当する。基板搭載部は、後述する基板把持機構を介して基板１００を搭載するものである。
１０２は、基板搭載部１０１に設けられた軸受け等の回転支持部である。
１１０は、第１把持部１１１と第２把持部１１２とウエイト１１３からなる基板把持手段である。基板把持手段１１０は、回転支持部１０２を中心に基板半径方向（図１の矢印方向）に回転することができる。基板把持手段１１０を構成する第１把持部は、基板の下端部に接触し、第２把持部は、基板の上端部に接触する。また、ウエイト１１３は、回転支持部１０２よりも基板半径方向の外側に設けられ、基板把持部１１０を開放状態に維持するように、回転支持部１０２回りのモーメントを発生させる。
１０５は、ウエイト１１３が接触する第１ストッパであり、１０６は、ウエイト１１３が接触する第２ストッパである。第１ストッパ１０５は、基板把持手段１１０が基板開放状態（図１（ａ））にあるときに基板把持手段の動きを制限するものであり、第２ストッパは、基板把持手段１１０が基板把持状態（図１（ｂ））にあるときに基板把持手段の動きを制限するものである。

本発明が特許文献１乃至３と異なる部分は、基板裏面を直接支える部分がなく基板把持手段１１０は基板端部のみにて基板を把持するという点である。
また、ウエイト１１３がストッパの役割を兼ねる点が異なっている。

以下、その動作について説明する。
まず、基板が載置されていない状態では、基板把持部１１０は、図１（ａ）の状態にある。ウエイト１１３の重心は回転支持部１０２よりも基板半径方向の外側に設けられ、基板把持部１１０を開放状態に維持するように、回転支持部１０２回りのモーメントを発生させている。しかし、第１ストッパ１０５に接触することにより、基板把持手段１１０は、基板開放状態で静止することとなる。
次に、図示しない装置によって基板が基板把持手段の第１把持部１１１に載置されると、基板自身の自重により、ウエイト１１３が発生するモーメントに打ち勝つような、基板把持手段を把持状態に至らしめる回転モーメントが回転支持部１０２回りに発生する。すなわち、基板１００載置の過程においては、徐々に基板把持手段１１０が回転支持部１０２回りに回転していく。
最後に、図１（ｂ）に示すように、ウエイト１１３が第２ストッパに接触し、基板１００の載置が完全に完了する。
この状態では、基板１００は、第１把持部１１１および第２把持部１０２によって、基板上下端部がそれぞれ把持される。
ここで、ウエイト１１３が第１および第２ストッパと接触する場所は、基板から離れた場所であるため、パーティクルが基板に付着しにくい構造となっている。

以上のように、本実施例における基板搬送・処理装置は、基板把持手段が基板上下端のみで線接触すると共に、基板把持位置と開放位置を決めるストッパの位置が基板から離れているため、基板が汚染される可能性が低い。

図２は、本発明の第２実施例を示す基板搬送・処理装置の基板搭載部側面図である。
図において、２０１は、基板搭載部１０１に設けられた通気孔であり、基板把持手段の下方に位置している。
その他の部分については、実施例１と同様であるので、説明は省略する。
実施例１記載の基板搬送・処理装置は、基板把持動作中は、基板と第１、第２把持部との接触、回転支持部と基板把持部との回転摺動、ウエイトとストッパとの接触等の原因により、パーティクルが発生する。しかし、従来と比較して、その発生場所は基板からはなれているために、基板が汚染される可能性は低いものとなっているものの、装置上方からのダウンフローが基板搭載部で巻き返され、発生したパーティクルが基板に付着してしまう恐れがある。
そこで、本発明においては、基板搭載部１０１の基板把持手段下にダウンフローが流入する通気孔を設け、発生したパーティクルが巻き返されることなく、ダウンフローと共に通気孔から流出するようになっている。

以上のように、本実施例における基板搬送・処理装置は、発生したパーティクルが巻き返されないので、基板の汚染度が低い。

図３は、本発明の第３実施例を示す基板搬送・処理装置の基板搭載部側面図である。
実施例１、２においては、基板が載置されると、ウエイトがストッパに勢い良く衝突するため、このときにパーティクルが発生する恐れがある。そこで、本実施例においては、ウエイトがストッパに勢い良く衝突しないようにするものである。
図において、３０１は、基板把持手段１１０に設けられた磁性体であり、本実施例においては、マグネットである。
３０２は、マグネット３０１に磁気を印加するための磁気発生手段であり、本実施例においては、ソレノイドである。ソレノイドは第２ストッパ１０６に設けられている。
３０３は、基板把持手段１１０状態を検出するための位置検出手段であり、本実施例においては、反射型光学式位置検出センサである。本実施例においては、基板裏面の位置を検出することで基板把持手段１１０の開閉状態を検出している。なお、位置検出手段は、基板裏面の位置を検出する以外にも、第１把持部１１１の位置や、ウエイト１１３の位置等を検出しても良く、結果的に基板把持手段の開閉状態が検出できるものであれば、任意のもので構わない。

以下、その動作について説明する。
まず、基板把持状態における基板位置を予め測定しておく。
次に、図示しない装置によって基板が基板把持手段の第１把持部１１１に載置されると、基板自身の自重により、ウエイト１１３が発生するモーメントに打ち勝つような、基板把持手段を把持状態に至らしめる回転モーメントが回転支持部１０２回りに発生する。すなわち、基板１００載置の過程においては、徐々に基板把持手段１１０が回転支持部１０２回りに回転していく。
このとき、基板の位置は反射型光学式位置検出センサによって、監視されている。
次に、徐々に基板把持手段１１０が回転支持部１０２回りに回転していくに従い、基板位置は徐々に降下していくので、その位置に応じて、ソレノイド３０２に電流を流す。
ソレノイド３０２に電流を流すと、発生した磁気により、基板把持手段１１０に設けられたマグネット３０１に反発力が発生する。すると、基板把持手段を把持状態に至るのを阻害するようなモーメントが回転支持部１０２回りに発生する。
基板位置に応じて電流を流す際には、基板が離れている時は大きな電流を流し、基板が下降するにつれ、その電流を小さくするような種々の制御方法が考えられる。
なお、ソレノイドを第１ストッパ１０５に設けるような場合には、吸引力を発生させるべく、マグネットを吸引力が発生する向きに配置するか、磁性体をケイ素鋼板等で構成すればよい。すなわち、ソレノイドの設置場所により、吸引力を発生させるか、反発力を発生させるかを選択すればよい。
最後に、基板把持状態に至ったことは事前の基板位置の測定からわかるので、その基板位置を反射型光学式位置検出センサが検出すると、ソレノイドに電流を流すのを止める。すなわち基板の自重のみで基板は把持されることとなる。ただし、このとき、より安定的な把持が必要な時は、マグネットに吸引力を発生するような方向に電流を流し、確実に基板を把持することもできる。

以上のように、本実施例においては、基板把持手段に対して非接触で力を加えることができるので、ソフトな把持動作を行うことができ、ストッパからのパーティクルの発生を最小限に抑えることができる。さらに、確実に把持動作を行うこともできるので、基板の種類によらず、安定した把持が可能となる。

図４は、本発明の第４実施例を示す基板搬送・処理装置の把持部形状を示す図であり、上方向から基板把持手段を見た図である。
その他の部分は実施例１〜３と同様であるので、説明は省略する。
実施例１及至３においては、または従来の基板把持手段であっても基板把持手段の基板接触面にパーティクルが付着している可能性がある。この状態のまま基板を把持すると、基板裏面にパーティクルが付着する恐れがある。
そこで、本実施例においては、基板裏面へのパーティクル付着の可能性を減少させるようにするものである。
図４において、第１把持部１１１は櫛歯状の凹凸を有するものである。本実施例においては、凹凸部は1組（つまりコの字型）であるが、複数であっても構わない。また、凸部の形状が角型形状であっても、先端を丸くした形状であっても、三角形状であっても、結果的に基板把持部と基板との接触面積が減少するものであれば、任意の形状で構わない。

以下、その動作について説明する。
まず、実施例１のとおり、基板が載置されていない状態では、基板把持部１１０は、図１（ａ）の状態にあり、図示しない装置によって基板が基板把持手段の第１把持部１１１に載置される。このとき、基板１００はまず基板把持部１１０の第１把持部１１１に載置されるのであり、基板１１０の裏面と第１把持部１１１の上面が面で接触することになる。つまりこのときの第１把持部１１１の上面と基板１００の裏面の接触面積が最大となる。その後、基板１１０自身の自重によって図１（ｂ）の状態になると、接触面積は最小となるのである。
実施例３では、基板１００が基板把持手段１１０に載置された瞬間の接触面積を小さくするために、基板把持部１１０の第１把持部の形状をコの字型にするものである。

以上のように、本実施例においては、基板１００を把持する際、基板１００の裏面に接触するのは、第１把持部１１１のうちの凸部分のみであるため、従来の把持手段よりも基板との接触面積が減少し、基板把持手段に付着している可能性のあるパーティクルを基板へと付着させる可能性が減少する。また、本形状とすることによって基板把持手段を軽量化することが可能である。

図５は、本発明の第５実施例を示す基板搬送・処理装置の把持部形状を示す図であり、図５（ａ）は基板把持手段を上から見た図であり、図５（ｂ）は基板１００の中心方向から見た図である。
その他の部分は実施例１〜４と同様であるので、説明は省略する。
実施例１及至４においては、または従来の基板把持部であっても基板把持手段１１０の第１把持部１１１の基板接触面にはパーティクルが付着している可能性がある。この状態のまま基板１００を把持すると、基板裏面にパーティクルが付着する恐れがある。
そこで、本実施例においては、基板裏面へのパーティクル付着の可能性を減少させるために、基板把持手段１１０の基板接触面である第１把持部１１１にパーティクル付着の可能性を減少させるものである。
図５（ｂ）において、第１把持部１１１の断面形状は山谷の形状を有するものである。本実施例においては、３つの山谷の形状を構成しているが、山谷部分がより多い数であっても、少ない数であっても構わない。また、本実施例においては、三角形状の山谷形状としているがこの形状がいかなる形状であっても、結果的に基板把持部と基板との接触面積が減少するものであれば、任意の形状で構わない。
動作については、実施例４と同様であるため、説明は省略する。

以上のように、本実施例においては、基板を把持する際、当該基板に接触するのは、基板把持手段の山となる部分だけであるため、従来の把持手段よりも基板との接触面そのものにパーティクルが付着する可能性が減少し、結果としてパーティクルを基板へと付着させる可能性が減少する。また、本形状とすることによって基板把持手段を軽量化することが可能である。

以上説明したように、基板上下端部を確実に把持する構成としているので基板裏面を汚染することなく確実に基板を把持することができる。また、複雑なアクチュエータを用いることなく簡単な構成をしているので、コストを低く抑えることができ、基板を安定した位置で保持することができる。

なお、上記実施例１乃至５は、それぞれ単独で実施するだけでなく、適宜組合わせて実施することができる。

本発明の第１実施例を示す基板搬送・処理装置の側面図本発明の第２実施例を示す基板搬送・処理装置の基板搭載部側面図本発明の第３実施例を示す基板搬送・処理装置の基板搭載部側面図本発明の第４実施例を示す基板搬送・処理装置の把持部形状を示す上面図本発明の第５実施例を示す基板搬送・処理装置の把持部形状を示す図従来の基板端部把持機構を示す側面図

符号の説明

１０１基板搭載部
１０２回転支持部
１１０基板把持手段
１１１第１把持部
１１２第２把持部
１１３ウエイト
２０１通気孔
３０１マグネット
３０２ソレノイド
３０３光学式反射型位置検出センサ

Claims

基板を載置する基板搭載部と、前記基板搭載部に設けられた回転支持部と、前記回転支持部を中心に前記基板の半径方向に回転可能な基板把持手段と、を備え、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記基板を把持する基板把持装置において、
前記基板把持手段は、前記基板に接触する第１把持部と第２把持部とウエイトとを備え、前記基板搭載部は、前記基板把持手段が前記基板を把持する位置および開放する位置で、それぞれ前記ウエイトが当接するストッパを備え、前記基板搭載部の前記基板把持手段下に通気孔を備えたことを特徴とする基板把持装置。
基板を載置する基板搭載部と、前記基板搭載部に設けられた回転支持部と、前記回転支持部を中心に前記基板の半径方向に回転可能な基板把持手段と、を備え、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記基板を把持する基板把持装置において、
前記基板把持手段は、第１把持部と第２把持部とを備えかつ前記回転支持部回りに回転する動きを制限されており、前記基板の自重により前記基板把持手段が前記回転支持部回りに回転して前記制限に至った状態において前記基板の下端に接触する前記第１把持部と前記基板の上端に接触する前記第２把持部によって、前記基板の上下端部のみを把持することを特徴とする基板把持装置。