JP4883017B2 - 基板把持装置およびそれを備えた基板搬送ロボット、半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体の製造装置や検査装置における基板搬送ロボットに主に使用され、該基板を把持する基板把持装置、それを備えた基盤搬送ロボット及び半導体製造装置に関するものである。

半導体の製造装置や検査装置（以下、まとめて半導体製造装置と記載する）において、基板（半導体ウェハ）を所望の位置へ搬送するため、従来から基板搬送ロボットが使用されている。この基板搬送ロボットには伸縮自在なアームが備えられ、その先端にハンド、フォーク、或いはエンドエフェクタと呼ばれる基板を搭載する部分が設けられている。そして、基板がこのハンドに搭載されて所望の位置まで搬送される。
一方、半導体製造における歩留まり向上のため、製造過程で微細な粉塵（パーティクル）を基板に付着させることがないよう求められている。
そこで、昨今の基板搬送ロボットのハンドは、基板の周囲のみを把持するタイプのハンドが使用されている（例えば特許文献１）。このハンドはエッジグリップハンドなどと呼ばれている。基板の周囲にしかハンドが物理的に接触しないため、基板に対するハンドの粉塵が付着しにくくなっている。特許文献１によるエッジグリップハンドは、プレート状のハンドの基端側（基板搬送ロボットのアームの先端に取り付けられる側）に基板の周囲と接触する第１の部分があり、一方、基端側から二股に延びた部分のそれぞれの先端に、基板と接触する第２、第３の部分が存在する構成となっている。そして、ハンドの基端側にさらに設けられた把持駆動手段の動作によって第２、第３の接触部分（把持爪）を駆動し、第１〜第３の基板との接触部分によって基板を把持するものである。
特開２００２−１７０８６２号公報

ところが、特許文献１のようなハンドは以下のような問題がある。
まず、ハンド自体の平面寸法及び重量が大きいという問題がある。すなわち、特許文献１のようなハンドは、ハンドの基端側に基板の周囲と接触する第１の部分があり、一方、基端側から二股に延びたプレート部分のそれぞれの先端に、基板と接触する第２、第３の部分が存在するので、ハンドの基端側から二股の先端までの長さは少なくとも基板の大きさ以上が必要となっている。このため、ハンドの平面的寸法が大きくなり、これに伴ってハンドの重量も大きくなっている。また、寸法及び重量が大きいため、基板搬送ロボットのアームに対する負荷及びモーメントが大きく、アームの位置決め精度が低下するという問題もある。
次に、ハンド自体の厚さ寸法が大きくなるという問題がある。すなわち、特許文献１のようなハンドは、ハンドの基端側に基板側面の把持動作を実現する把持駆動手段が設けられる一方、該駆動手段によって動いて把持動作を行う部品が多数設けられている。このため、ハンドの厚さ寸法が大きくなり、搬送の際、基板を通過させる間口寸法もハンドの厚さに応じて広げる必要がある。
次に、ハンドを反転または起立させにくいという問題がある。半導体製造装置では、例えば基板を洗浄したり研磨したりするため、基板搬送ロボットが基板を表裏で反転させる場合がある。或いは、装置のフットプリントを小さくするため、基板搬送ロボットが基板を把持したハンドを起立（鉛直方向に立てること）させて搬送する場合がある。このため基板搬送ロボットのアーム先端部にはハンドを反転させる反転機構やハンドを起立させる起立機構を備えるものがあるが、特許文献１のようなハンドは上記のように寸法及び重量が大きいため、これらの機構が大きくなってしまう。また、平面的寸法の大きなハンドを反転させることになるので、反転または起立時に必要な三次元的寸法が大きくなってしまうと言う問題がある。
更に、基板が搬送される側の形態が制限されるという問題がある。すなわち、特許文献１のようなハンドは、基端側から二股に延びる形状となっているため、基板が搬送される側（基板を受け取る側）の形態は、当然、ハンドの二股の形状を避けるように製作されなければならないという制限が発生する。
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、主に、ハンド全体の厚みを薄くし、小型・軽量化した基板把持装置およびそれを備えた基盤搬送ロボット、半導体製造装置を提供することを目的としている。

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記載の基板把持装置の発明は、基板の周囲の一部を表裏から把持する基板把持装置であって、平面で見て基端側から先端側へ二股に分かれる薄板状のベースプレートと、前記ベースプレートの上面に間隔をおいて設けられる把持プレートと、前記ベースプレートと前記把持プレートの間のその間隔に設けられる把持駆動部と、前記ベースプレートの前記二股の基端の先端と前記把持プレートの先端とから成る把持部と、前記薄板状のベースプレートの前記二股の各先端に設けられて前記基板の一部を案内するガイド部と、を備えた基板把持装置において、前記把持駆動部が、前記把持プレートの基端側にて前記基端側を常に上側へ付勢する付勢手段と、前記付勢手段の近傍にあって通電により前記把持プレートを前記ベースプレート側に吸着させる電磁石部と、前記電磁石部および前記付勢手段より先端側にあって前記把持プレートが前記ベースプレートに対して上下に揺動するよう規制する軸受部と、で構成され、かつ、前記ガイド部が、前記基板の一部の周囲の表面と裏面と側面とに当接することのできる案内溝を先端に備えたガイド部を設けたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記ガイド部の案内溝を、上部ガイド板および下部ガイド板の一方又は両方の先端に段差部を形成し前記段差部を内側になるように前記上部ガイド板および下部ガイド板を重ね合わせることで形成したことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記ガイド部を前記薄板状のベースプレートの長さ方向の中心線に対して対称配置したことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記電磁石部が、前記ベースプレート上に固定されたヨークと、前記ヨークにモールドされた巻線と、前記把持プレートに固定された吸着コアと、から構成されたことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の基板把持装置において、前記吸着コアの前記巻線に対向する面が、前記付勢手段側から前記軸受部へ向かって徐々に接近するように傾斜して固定されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の基板把持装置において、前記巻線が、前記ヨークに平面的に少なくとも２つ並べてモールドされたことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項４記載の基板把持装置において、前記巻線への通電は、前記巻線と前記吸着コアとが吸着した後、より低い電圧に切り替えられることを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記ガイド部が、前記基板の中心より前記ベースプレートの基端側に位置するよう前記ベースプレートが形成されたことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記ガイド部がフッ素樹脂で形成されたことを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記付勢手段が圧縮バネまたは板バネであることを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記把持部が、ＰＥＥＫ材で形成されたことを特徴としている。
請求項１２記載の発明は、請求項１記載の基板把持装置において、前記把持駆動部が、前記把持プレートの先端側を常に下側へ付勢する付勢手段と、前記付勢手段の基端側にあって前記把持プレートが前記ベースプレートに対して上下に揺動するよう規制する軸受部と、前記軸受部の基端側に設置された電磁石部と、で構成されたことを特徴としている。
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の基板把持装置において、前記付勢手段が引っ張りバネであることを特徴としている。
請求項１４記載の基板搬送ロボットの発明は、請求項１〜１３のいずれか１項記載の基板把持装置をアームの先端に備えたことを特徴としている。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の基板搬送ロボットにおいて、前記把持プレートが下側になるように前記基板把持装置を前記アームの先端に固定されたことを特徴としている。
請求項１６記載の発明は、請求項１４又は１５記載の基板搬送ロボットにおいて、前記電磁石部を駆動する電源とロボット本体のサーボ系電源とを共有したことを特徴としている。
請求項１７記載の半導体製造装置の発明は、請求項１４〜１６のいずれか１項記載の基板搬送ロボットを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１記載の発明によれば、薄板状のプレートと上下で対峙するように把持プレートが設けられ、把持プレートは、軸受部の規制によってプレートに対してわずかな量回転可能に支持されている一方、電磁石部と付勢手段との作用によって把持プレートが上下に揺動して微量回転し、プレートとともに基板を把持するように構成されているので、基板把持装置全体の厚みを薄く構成することができる。
特に、把持の駆動源は電磁石であり、プレートの基端側から付勢手段、電磁石部、軸受部、接触プレート（把持部）、の順で配置されて、常に把持プレートの基端側が上方に付勢されているので、基板を把持する直前のみ電磁石の巻線に通電して把持部の隙間を広げればよいので、巻線の必要な電磁力を必要最小限にすることができ、これにより巻線を薄型にしてプレート上に配置できるため、基板把持装置全体の厚みを薄く形成できる。
また、プレートの上面に、基端側から付勢手段、電磁石部、軸受部、接触プレート（把持部）、の順で配置されているので、電磁石部が通電されない限り、常に把持プレートの基端側が上方に付勢されて、把持部は閉じている。これにより電磁石部への電流がなんらかの理由で遮断されても、把持部に把持されていた基板を落下させることがない。
また、ガイド部が基板の側面に当接してその中心位置を合わせるので、基板が把持部に対して再現性よく位置するようになり、把持部が確実に基板を把持することができる。また、ガイド部の案内作用により、基板の中心合わせができるので、半導体製造装置で基板の中心合わせに使用される、いわゆるアライナ装置の構成を簡素化できる。
また、把持の駆動源が電磁石であるので、圧縮エアなどの流体が必要でなくなる。すなわち、従来のハンドの駆動源としてエアシリンダが頻繁に使用されていて、これには圧縮エアが必要であるが、圧縮エアが不要となる。
また、半導体製造装置においては、チャンバによって減圧環境（真空環境）が形成されて、その中で基板把持装置が使用されることがあるが、本発明の基板把持装置は圧縮エアによる駆動源ではないため、この減圧環境下でも使用することができる。

請求項２記載の発明によれば、上部ガイド板又は下部ガイド板の先端に段差部を形成して段差部を内側にして重ね合わせることでガイド部の案内溝を簡単に形成することができる。
請求項３記載の発明によれば、ガイド部を前記薄板状のベースプレートの長さ方向の中心線に対して対称配置したので、ガイド部に基板が接近したとき、基板の中心が若干ずれていたとしても、ガイド部の２つの溝によって、溝が形成する仮想中心と基板の中心とが合致するよう基板が案内される。
請求項４記載の発明によれば、薄型に形成された巻線であってもバックヨークを備えているので電磁力を強化でき、確実に基板を把持できる。
請求項５記載の発明によれば、把持動作の際、把持プレートが微量回転しても巻線の面と吸着コアの面とが密着するので、これらの密着を低電力で維持することができる。
請求項６記載の発明によれば、複数の巻線を平面的に並べた構成によって、１つの巻線で電磁石部を形成するより電磁力を保持しつつ巻線を薄型にでき、これにより基板把持装置の厚みを薄くできる。
請求項７記載の発明によれば、巻線の通電を例えば２４Ｖで行い、巻線と吸着コアとが吸着して接近した後、これを５Ｖに切り替えれば、節電できるとともに、巻線に流れる電流を抑制して巻線からの発熱を抑えることができる。
請求項８記載の発明によれば、把持部は基板の周囲の一部を表裏から把持するのみであり、一方、把持部の左右から延在するガイド部は基板の中心あわせ案内を行うことができる必要最小限の寸法があればよいので、ガイド部は、基板の中心より基端側の位置にしてもその効果が得られ、このような位置にガイド部を形成することで基板把持装置全体の平面的な寸法も小さくすることができる。すなわち、従来のハンドのように基端部側から二股に分かれた部分が把持部が把持する基板の周囲の一部の反対側の周囲の部分まで延在する必要が無く、平面的寸法が小さくなる。
また、二股に分かれた部分が従来のように大きく延在していないので、基板が搬送される側（基板を受け取る側）の形態は、これと干渉することを考慮する必要がないので、基板が搬送される側の形態の制限がほとんど無くなる。
請求項９記載の発明によれば、基板を案内するガイド部が、摺動性がよく耐摩耗性のある素材であるので基板を滑らせるようにかつ粉塵を抑えつつ案内できる。
請求項１０記載の発明によれば、把持プレートの基端を上方に付勢する手段が、圧縮バネあるいは板バネによって簡素に構成できる。
請求項１１記載の発明によれば、基板の表裏に接触する把持部に摩擦係数が比較的大きい材質が使用されるので、基板が把持部に対して滑りにくくなり、確実に把持できる。
請求項１２記載の発明によれば、付勢手段として把持プレートの先端側を常に下側に付勢する手段を用いる場合であっても、請求項１に記載した構成と同様な効果が得られる。
請求項１３記載の発明によれば、把持プレートの先端側を常に下側に付勢する手段が、引っ張りバネによって簡素に構成できる。

請求項１４記載の発明によれば、基板搬送ロボットのハンド先端に取り付ける基板把持装置を、厚みが薄く、平面的な寸法も小さく形成できるので、基板把持装置全体の軽量化も図れる。これにより、基板搬送ロボットが基板を表裏で反転させる必要があったり、或いは、基板搬送ロボットが基板を把持したハンドを起立させて搬送する必要があっても、反転または起立時に必要な三次元的寸法が小さくなり、これによりロボットが必要なフットプリントが削減できる。また、軽量化と平面的寸法の削減とによって制御性がよくなり、アームの位置決め精度が向上する。
また、基板搬送ロボットのアームなどの各部の駆動源は、通常サーボモータであり、これに使用される位置検出器に供給される電圧と同等の電源によって電磁石部は駆動できるので、電源を共有でき、基板搬送ロボット全体の電源構成の簡素化が図れる。
請求項１５記載の発明によれば、プレートの下側に把持プレートが位置するようになるので、基板に把持駆動部からの粉塵がさらに付着しにくくなる。
請求項１６記載の発明によれば、電源がロボット側と共通化できるので回路が簡略化できて、小型化、コスト低減が図れる。
請求項１７記載の発明によれば、基板の搬送時に基板に粉塵が付着しにくくなって半導体製造の歩留まりが向上すると共に、基板搬送ロボットによるフットプリントが小さくなるので、半導体製造装置全体の小型化が図れ、各種のロボットに適用可能となる。

以下、本発明の実施の形態の一例について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１に係る基板把持装置を示す斜視図である。
図２は図１に示す基板把持装置が基板搬送ロボットのアームの先端に取り付けられている状態を示した斜視図である。
図１において、基板把持装置１は概ね、薄板状のベースプレート１１の中央先端に設けられた把持部１０と、把持部１０の両端に延在する２つのガイド部２０と、把持部１０を駆動する把持駆動部７と、から構成されている。
ベースプレート１１はステンレス、アルミニウム、ＣＦＲＰといった材料で製作されている。ベースプレート１１の基端側（図で右側）は、図２のように基板搬送ロボット２のアーム３の先端に取り付けられるようネジ止め穴１１ａなどが設けられている。ベースプレート１１の他端側（図で左側）は、基板Ｗ（図２）の外周に沿うように二股１１Ｒ、１１Ｌに分かれて延在していて、その二股１１Ｒ、１１Ｌの先端それぞれにガイド部２０、２０が設けられている。これら２つのガイド部２０、２０の間であって、ベースプレート１１の二股の基端部分の先端部分１１Ｃには把持部１０が設けられている。ベースプレート１１の基端部分の上部にはこれを覆うように把持プレート１２が設けられている。把持プレート１２は把持駆動部７（後述）を覆っており（図５（ｂ）参照）、把持プレート１２の先端１２Ｃとベースプレート１１の二股の基端部分の先端１１Ｃとで把持部１０が構成され、ここで図３のように基板Ｗを表裏で把持する。
図３は図１に示す基板把持装置が基板を把持した状態を示す斜視図である。図３において、把持プレート１２は把持駆動部７によって駆動され、ベースプレート１１に対して上下に揺動動作を行うことで把持部１０で基板Ｗを把持する。
把持部１０は基板Ｗの周囲の一部分の表裏を挟む。また、ガイド部２０は基板Ｗが把持部１０で把持できるよう基板Ｗをずらさないために案内する部分である。
また、把持駆動部７は把持部１０の駆動機構であって、把持部１０の基端側に存在する。
そして、基板搬送ロボット２のアーム３によって基板把持装置１が基板Ｗに接近したとき、２つのガイド部２０によって基板Ｗが把持部１０で安全に把持できるよう案内されつつ、把持駆動部７によって駆動された把持部１０で基板Ｗの周囲の一部の表裏が把持され、その後、基板搬送ロボット２によって目的の位置まで搬送される。
以下、基板把持装置１の各部の詳細を説明する。

まず、ガイド部２０について図４を用いて説明する。
図４（ａ）は基板把持装置１の外観平面図、図４（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ断面の拡大図を示している。
２つのガイド部２０は同一構成であって、基板把持装置１の中心線Ｃに対して対称であるだけなので一方のガイド部についてのみ説明する。ガイド部２０は、下部ガイド板２１と上部ガイド板２２によって構成されている。下部ガイド板２１はベースプレート１１の二股の先端部分に載置されるように固定されている。上部ガイド板２２は下部ガイド板２１に載置されるように固定されている。下部ガイド板２１と上部ガイド板２２の先端側の間には基板Ｗの外周に沿うような溝２３が形成されている。溝２３は基板Ｗの一部の周囲の表裏の面と、その部分の側面とに当接して、基板Ｗの中心位置が把持部１０に対してずれないよう規制する。また、２つのガイド部２０は中心線Ｃで対称なので、この溝２３に基板Ｗが基板把持装置１の先端側から接近したとき、例えば中心線Ｃに対して基板Ｗの中心が若干ずれていたとしても、２つの溝２３によって、溝２３が形成する仮想中心と基板Ｗの中心とが合致するよう基板Ｗが案内される。溝２３が形成する仮想中心は、把持部１０が基板Ｗを確実に把持できる位置に設定される。
また、例えば図４のように基板Ｗが直径３００ｍｍウェハである場合、下部ガイド板２１と上部ガイド板２２とがなす基板把持装置１の幅は２００ｍｍ程度であり、各ガイド板の基端側からの突出位置は把持部１０の先端部から３５ｍｍ程度に形成されている。これらの寸法は、基板Ｗを把持部１０で確実に把持できるよう基板Ｗを案内できる必要十分な長さであって、かつ基板把持装置１の基端側からガイド部２０が突出しすぎないように制限された寸法である。つまり、ガイド部２０は、基板把持装置１が基板Ｗを把持しても、基板Ｗの中心より基端側になる位置になるよう制限されている。このように、本発明の基板把持装置１は従来のハンドのようにハンドの基端側からみて基板の反対側の周囲にまで二股の部分が到達する形状になっていない。
また、下部ガイド板２１と上部ガイド板２２は基板Ｗを滑らせるように案内する部材であるため、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂といった摺動性がよく耐摩耗性のある素材が使用されている。

次に、把持部１０及び把持駆動部７について図５を用いて説明する。
図５は基板把持装置１を説明する図で、（ａ）は基板把持装置１の平面図であって、把持プレート１２と吸着コアとを透視した図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙの断面図を示している。ただし、（ｂ）は把持プレート１２と吸着コアを透視していない断面である。
把持駆動部７は、軸受部１３と、電磁石部１４と、付勢手段１５と、から構成されている。
把持部１０は、ベースプレート１１の二股の基端部の先端と把持プレート１２先端の上下２枚の接触プレート１６（下側接触プレート１６ａと上側接触プレート１６ｂ）から構成されている。

把持プレート１２は、図１および図４が示すように略矩形の薄板状の部材である。把持プレート１２はベースプレート１１の上側にあって、軸受部１３や電磁石部１４といった把持駆動部７をベースプレート１１と狭持するように設けられている。把持プレート１２は、軸受部１３（図５）の把持プレート側シャフト受１３ｃ（図５（ａ））と連結されてこれにより支持されている。

図５において、ベースプレート１１及び把持プレート１２の基端側（図５で右側）に付勢手段１５が設けられている。付勢手段１５はそれぞれ複数の芯材１５ａ（図５（ａ））と各芯材１５ａをそれぞれに配備される同数の圧縮バネ１５ｂ（図５（ｂ））とから構成されている。すなわち、図５（ｂ）から判るように、芯材１５ａはベースプレート１１から垂直に起立して設置され、その外周に圧縮バネ１５ｂを保持している。この圧縮バネ１５ｂにより把持プレート１２の基端側が図５（ｂ）において常に上方に付勢されている。
なお、付勢手段１５は把持プレート１２の基端側を常に上方に付勢するものであれば、圧縮バネに代えて、例えば、板ばねなどで構成しても構わない。

付勢手段１５の先端側（図５で左側）には電磁石部１４が設けられている。電磁石部１４はヨーク１４ａと、巻線１４ｂと、吸着コア１４ｃと、から構成されている。ヨーク１４ａは図５（ａ）のようにベースプレート１１の幅とほぼ同一の幅を有している薄板状の部材である。ヨーク１４ａは３％珪素鋼板で製作されていて、巻線１４ｂの電磁力を高める役割を担う。巻線１４ｂは、図５（ａ）のように本実施例では２つの薄型の巻線がヨーク１４ａに対して平面的に並べて配置されている巻線である。そしてこれら２つの巻線１４ｂがヨーク１４ａに対して一体的に固定されるよう、樹脂製の硬化剤でモールドされている。巻線１４ｂは、図示しないリード線を介してこれに電流が供給される。一方、モールドされた巻線１４ｂに対して微小な空隙を介すように、把持プレート１２に吸着コア１４ｃが固定されている。吸着コア１４ｃは矩形の薄板状の部材であって、図５（ａ）におけるヨーク１４ａとほぼ同一の面積を有している。吸着コア１４ｃも３％珪素鋼板で製作されている。従って、巻線１４ｂに所定の電流が供給されると、巻線１４ｂと吸着コア１４ｃが吸着するように作用する。
なお、これらが吸着したときに、巻線１４ｂの上面と吸着コア１４ｃの下面とが密着するように、吸着コア１４ｃの巻線１４ｂに対向する面は、巻線１４ｂの上面に対して、付勢手段１５側から軸受部１３へ向かって徐々に接近するように傾斜して把持プレートに固定されている。吸着コア１４ｃ自身は上下の面が平行な薄板であるので、付勢手段１５側が把持プレート１２に埋設するように傾斜して取り付けられている。これは軸受部１３を支点として、把持プレート１２とともに吸着コア１４ｃが微量回転するため、回転したときにこれらの面の間に隙間が発生せずに密着できるようにするためである。

図５において、電磁石部１４のさらに先端側（図で左側）には軸受部１３が設けられている。軸受部１３は、シャフト１３ａと、プレート側シャフト受１３ｂと、把持プレート側シャフト受１３ｃと、から構成されている。シャフト１３ａは棒状の部材である。プレート側シャフト受１３ｂ及び把持プレート側シャフト受１３ｃはブロック形状の部材であって、それぞれ２個ずつ、計４個設けられている。シャフトベースプレート１１の上面に２個のプレート側シャフト受１３ｂが固定されている。そして、把持プレート１２側に２個の把持プレート側シャフト受１３ｃが固定されている。２個のプレート側シャフト受１３ｂは、互いに図４（ａ）における中心軸Ｃをはさんで対峙するように設けられている。２個の把持プレート側シャフト受１３ｃも同様に設けられている。これら４個のシャフト受にはそれぞれ貫通穴が形成されていて、この貫通穴にシャフト１３ａを挿通させ、摺動させながら回転可能にシャフト１３ａを保持している。これにより、シャフト１３ａは中心軸Ｃと垂直をなすように配置されている。
このような軸受部１３により、把持プレート１２は把持プレート側シャフト受１３ｃに支持されているので、把持プレート１２は、圧縮バネ１５ｂによって基端側を常に上方に付勢されつつ、シャフト１３ａを中心に上下に微量に揺動可能である。
なお、シャフト受の貫通穴にベアリングを保持させ、これを介してシャフト１３ａを回転可能に保持してもよい。

軸受部１３のさらに先端側には把持部１０を構成する接触プレート１６が設けられている。接触プレート１６は、ベースプレート１１の二股に分かれる基端部の先端に固定された下側接触プレート１６ａと把持プレート１２の先端に固定された上側接触プレート１６ｂとから構成されている。また、上下の接触プレート１６それぞれの先端側には、基板Ｗの外周に沿ってその外周よりもやや大きい形状を有する段差が対向するように設けられている。これら２つ段差は上下で対峙していて、ここに基板Ｗが挿入される隙間４が形成される。隙間４を形成する下側接触プレート１６ａと上側接触プレート１６ｂのそれぞれの端部には、傾斜４ａが形成されていて、基板Ｗが隙間４に侵入しやすいようになっている。下側接触プレート１６ａと上側接触プレート１６ｂには、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）材のように摩擦係数が比較的大きい材質を利用している。

次に、以上で構成された基板把持装置１の動作を図６を用いて説明する。
図６は基板把持装置１が基板Ｗを把持する際の動作を説明する模式的な側面図である。
（１）まず、基板搬送ロボット２（図２）のアーム３（図２）の先端に取り付けられた基板把持装置１が、アーム３の動作によって、図６（ａ）のように基板Ｗに近接する。このとき、電磁石部１４の巻線１４ｂに電流が供給され、電磁石部１４の巻線１４ｂと吸着コア１４ｃとが付勢手段１５の圧縮バネ１５ｂの作用に打ち勝って吸着する。これにより、把持プレート１２は軸受部１３のシャフト１３ａを中心として、把持プレート１２の基端（図で右）側がベースプレート１１に対して下がり、先端（図で左）側がベースプレート１１に対して上がる。よって、接触プレート１４の隙間４が基板Ｗの厚みよりもやや大きく広がる。
巻線１４ｂへの通電は、巻線１４ｂと吸着コア１４ｃとが吸着した後は、もはや吸引のための大きな電流は不要となるので、吸引維持に必要な低い電圧に切り替えることが省エネの点から望ましい。
（２）さらに、基板把持装置１が基板Ｗに近接すると、基板Ｗの側面がガイド部２０の溝２３（図４（ｂ））に当接し、溝２３が形成する仮想中心と基板Ｗの中心とが一致するよう基板が微小な量案内される。このとき、基板Ｗは隙間４の間に位置する。勿論、アーム３の動作が正確であって基板Ｗが目的の位置からずれることなく存在していれば、ガイド部２０によるこの微小な量の案内は無い。
（３）次に、図６（ｂ）のように、電磁石部１４の巻線１４ｂの電流供給を遮断すると、巻線１４ｂと吸着コア１４ｃとの吸着力が無くなり、付勢手段１５の圧縮バネ１５ｂの作用により、再び把持プレート１２は軸受部１３のシャフト１３ａを中心として、把持プレート１２の基端側がベースプレート１１に対して上がり、先端側がベースプレート１１に対して下がる。よって、接触プレート１６の把持部１０の隙間４が狭くなり、上下の接触プレート１６によって基板Ｗが上下で把持される。この後、基板把持装置１によって把持された基板Ｗはアーム３の動作によって目的の位置まで搬送される。
（４）次に、目的の位置まで搬送された後、図６（ｃ）のように再び電磁石部１４の巻線１４ｂに電流が供給され、把持部１０の隙間４を広げて基板Ｗの把持を開放する。
（５）また、図６（ｄ）のように基板把持装置１が基板Ｗを把持する必要が無い場合は、巻線１４ｂには電流が遮断されたままで、隙間４は閉じたままである。

以上説明した本発明の基板把持装置によれば、薄板状のベースプレート１１と上下で対峙するように把持プレート１２が設けられ、把持プレート１２は、軸受部１３のシャフト１３ａを中心としてベースプレート１１に対してわずかな量回転可能に支持されている一方、電磁石部１４の作用によって把持プレート１２が回転して基板を把持するように構成されているので、基板把持装置１全体の厚みを薄く構成することができる。
特に、把持の駆動源は電磁石部１４であり、ベースプレート１１の基端側から付勢手段１５、電磁石部１４、軸受部１３、接触プレート１６、の順で配置されて、常に把持プレート１２の基端側が上方に付勢されているので、基板Ｗを把持する直前のみ巻線１４ｂに通電して接触プレート１６の隙間４を広げればよいので、巻線１４ｂの必要な電磁力を必要最小限にすることができ、これにより巻線１４ｂを薄型にしてベースプレート１１上に配置できるため、基板把持装置全体の厚みを薄く形成できる。
また、把持の駆動源が電磁石部１４であるので、巻線１４ｂの通電を例えば２４Ｖで行い、巻線１４ｂと吸着コア１４ｃとが吸着して接近した後、これを５Ｖに切り替えて節電するとともに、巻線１４ｂに流れる電流を抑制して巻線からの発熱を抑える事ができる。すなわち、隙間４を広げる際に巻線１４ｂの通電を行うが、巻線１４ｂと吸着コア１４ｃとが吸着して接近した後は、これらの吸着状態を保持するための必要電流が下がるため、２４Ｖなど駆動時の電圧から５Ｖなど低常時の低電圧へと切り替えても電磁力を保持することができる。
また、把持部１０は基板Ｗの周囲の一部を表裏から把持するのみであり、一方、把持部１０の左右から延在するガイド部は基板Ｗの中心あわせ案内を行うことができる必要最小限の寸法があればよいので、基板把持装置１全体の平面的な寸法も小さくすることができる。すなわち、従来のハンドのように基端部側から二股に分かれた部分が把持部１０が把持する基板Ｗの周囲の一部の反対側の周囲の部分まで延在する必要が無く、平面的寸法が小さくなる。

また、上記のように二股に分かれた部分が大きく延在していないので、基板が搬送される側（基板を受け取る側）の形態は、これと干渉することを考慮する必要がないので、基板が搬送される側の形態の制限がほとんど無くなる。
また、以上のように厚みが薄く、平面的な寸法も小さく形成できるので、基板把持装置全体の軽量化も図れる。これにより、基板搬送ロボットが基板を表裏で反転させる必要があったり、或いは、基板搬送ロボットが基板を把持したハンドを起立させて搬送する必要があっても、反転または起立時に必要な三次元的寸法が小さくなり、これにより半導体製造装置のフットプリントが削減できる。
また、ベースプレート１１の上面に、基端側から付勢手段１５、電磁石部１４、軸受部１３、接触プレート１６、の順で配置されているので、電磁石部１４の巻線１４ｂが通電されない限り、常に把持プレート１２の基端側が上方に付勢されて、接触プレート１６の隙間４は閉じている。これにより巻線１４ｂの電流がなんらかの理由で遮断されても、隙間４に把持されていた基板Ｗを落下させることがないように作用する。
また、ガイド部２０が基板Ｗの側面に当接してその中心位置を合わせるので、基板Ｗが把持部１０に対して再現性よく位置するようになり、把持部１０が確実に基板Ｗを把持することができる。また、ガイド部２０の案内作用により、基板Ｗの中心合わせができるので、半導体製造装置で基板の中心合わせに使用される、いわゆるアライナ装置の構成を簡素化できる。
また、把持の駆動源が電磁石部１４であるので、圧縮エアなどの流体が必要でなくなる。すなわち、従来のハンドの駆動源としてエアシリンダが頻繁に使用されていて、これには圧縮エアが必要であるが、圧縮エアが不要となる。
また、半導体製造装置においては、チャンバによって減圧環境（真空環境）が形成されて、その中で基板搬送ロボットが使用されることがあるが、本発明の基板把持装置は圧縮エアによる駆動源ではないため、この減圧環境下でも使用することができる。
また、基板搬送ロボット２のアーム３などの各部の駆動源は、通常サーボモータであり、これに使用される位置検出器に供給される電圧と同等の電源によって電磁石部１４は駆動できるので、電源を共有させるのがよい。

なお、以上で説明した基板把持装置１は、ベースプレート１１の上面に、基端側から付勢手段１５、電磁石部１４、軸受部１３、接触プレート１６、の順で配置されている構成を説明した。しかし、付勢手段１５の圧縮バネ１５ｂを引っ張りバネに換え、ベースプレート１１の上面に、基端側から電磁石部１４、軸受部１３、付勢手段１５、接触プレート１６、の順で配置される構成であっても同様な効果が得られる。
また、本発明の基板把持装置１を基板搬送ロボット２のアーム３先端に対して表裏反対にして取り付ける形態としても構わない。すなわち、以上で説明した基板把持装置１はベースプレート１１の基端側がアーム３の先端に取り付けられ、ベースプレート１１の上側で把持プレート１２が稼動する構成だが、把持プレート１２がベースプレート１１の下側になるように取り付け、把持プレート１２がベースプレート１１の下側で稼動する構成としてもよい。
また、図２に示した基板搬送ロボット２は、筒状のボディ５がベース６に対して昇降し、ボディ５の上部に搭載された１組のアーム３がボディ５に対して伸縮、旋回を行うものであるが、基板搬送ロボットの形態はこれに限らない。例えば、ベース６の下部に走行装置が付加されて図２に示す基板搬送ロボット２全体が走行するものであったり、アーム３を２組有する双腕タイプのものであったり、ボディ５の形状が箱体状のものであったりするものも、本発明の基板把持装置が適用できる基板搬送ロボットである。さらに、本発明の基板把持装置１をアーム３の先端に上下多段に複数備えるものであったり、アーム３が図２のように複数の関節体からなるものではなく、スライドする直動タイプのものであるロボットも、本発明の基板把持装置が適用できる基板搬送ロボットである。
また、図２に示した基板搬送ロボット２は、ロボットの本体のみを図示しているが、基板搬送ロボットは、いうまでもなくロボットの動作を制御する図示しないコントローラを含んでいる。

本発明の実施例１に係る基板把持装置を示す斜視図である。 図１に示す基板把持装置が基板搬送ロボットのアーム先端に取り付けられている状態を示す斜視図である。 図１に示す基板把持装置が基板を把持した状態を示す斜視図である。 図１に示す基板把持装置の外観平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 図１に示す基板把持装置の把持プレートと吸着コアとを透視した平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 図１に示す基板把持装置が基板を把持する際の動作を説明する模式的な側面図である。

符号の説明

Ｗ 基板
１ 基板把持装置
２ 基板搬送ロボット
３ アーム
４ 隙間
５ ボディ
６ ベース
７ 把持駆動部
１０ 把持部
１１ プレート
１１ａ ネジ止め穴
１１Ｃ 二股基端部分の先端部分
１１Ｒ、１１Ｌ 二股
１２ 把持プレート
１３ 軸受部
１３ａ シャフト
１３ｂ プレート側シャフト受
１３ｃ 把持プレート側シャフト受
１４ 電磁石部
１４ａ ヨーク
１４ｂ 巻線
１４ｃ 吸着コア
１５ 付勢手段
１５ａ 芯材
１５ｂ 圧縮バネ
１６ 接触プレート
１６ａ 下側接触プレート
１６ｂ 上側接触プレート
２０ ガイド部
２１ 下部ガイド板
２２ 上部ガイド板
２３ 溝

Claims (17)

1. 基板の周囲の一部を表裏から把持する基板把持装置であって、
   平面で見て基端側から先端側へ二股に分かれる薄板状のベースプレートと、前記ベースプレートの上面に間隔をおいて設けられる把持プレートと、前記ベースプレートと前記把持プレートの間のその間隔に設けられる把持駆動部と、前記ベースプレートの前記二股の基端の先端と前記把持プレートの先端とから成る把持部と、前記薄板状のベースプレートの前記二股の各先端に設けられて前記基板の一部を案内するガイド部と、を備えた基板把持装置において、
   前記把持駆動部が、前記把持プレートの基端側にて前記基端側を常に上側へ付勢する付勢手段と、前記付勢手段の近傍にあって通電により前記把持プレートを前記ベースプレート側に吸着させる電磁石部と、前記電磁石部および前記付勢手段より先端側にあって前記把持プレートが前記ベースプレートに対して上下に揺動するよう規制する軸受部と、で構成され、
   かつ、前記ガイド部が、前記基板の一部の周囲の表面と裏面と側面とに当接することのできる案内溝を先端に備えたガイド部を設けたことを特徴とする基板把持装置。
2. 前記ガイド部の案内溝を、上部ガイド板および下部ガイド板の一方又は両方の先端に段差部を形成し前記段差部を内側になるように前記上部ガイド板および下部ガイド板を重ね合わせることで形成したことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
3. 前記ガイド部を前記薄板状のベースプレートの長さ方向の中心線に対して対称配置したことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
4. 前記電磁石部が、前記ベースプレート上に固定されたヨークと、前記ヨークにモールドされた巻線と、前記把持プレートに固定された吸着コアと、から構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
5. 前記吸着コアの前記巻線に対向する面が、前記付勢手段側から前記軸受部へ向かって徐々に接近するように傾斜して固定されていることを特徴とする請求項４記載の基板把持装置。
6. 前記巻線が、前記ヨークに平面的に少なくとも２つ並べてモールドされたことを特徴とする請求項４記載の基板把持装置。
7. 前記巻線への通電は、前記巻線と前記吸着コアとが吸着した後、より低い電圧に切り替えられることを特徴とする請求項４記載の基板把持装置。
8. 前記ガイド部が、前記基板の中心より前記ベースプレートの基端側に位置するよう前記ベースプレートが形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
9. 前記ガイド部がフッ素樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
10. 前記付勢手段が圧縮バネまたは板バネであることを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
11. 前記把持部が、ＰＥＥＫ材で形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
12. 前記把持駆動部が、前記把持プレートの先端側を常に下側へ付勢する付勢手段と、前記付勢手段の基端側にあって前記把持プレートが前記ベースプレートに対して上下に揺動するよう規制する軸受部と、前記軸受部の基端側に設置された電磁石部と、で構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板把持装置。
13. 前記付勢手段が引っ張りバネであることを特徴とする請求項１１記載の基板把持装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項記載の基板把持装置をロボットアームの先端に備えたことを特徴とする基板搬送ロボット。
15. 前記把持プレートが下側になるように前記基板把持装置を前記アームの先端に固定されたことを特徴とする請求項１４記載の基板搬送ロボット。
16. 前記電磁石部を駆動する電源とロボット本体のサーボ系電源とを共有したことを特徴とする請求項１４又は１５記載の基板搬送ロボット。
17. 請求項１４〜１６のいずれか１項記載の基板搬送ロボットを備えたことを特徴とする半導体製造装置。

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