JP5370664B2 - 基板の移載装置、およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板をベルヌーイチャックで非接触状態のまま捕捉して移載する基板の移載装置とその方法に関する。基板としては、例えば太陽電池用の矩形状のシリコンウェハーがある。

太陽電池用の基板をベルヌーイチャックで吸引保持して移載することは特許文献１に公知である。そこでは、四角形状のハンド部の下面中央に１個のベルヌーイチャックを配置し、ハンド部の対角隅部に吸着パッドを配置している。吸着パッドの近傍には、ブラシ状の摺接体が設けてある。移載時には、吸着パッドで基板の対角隅部を吸着し、同時にベルヌーイチャックで基板の中央部を吸引保持する。摺接体を基板の隅部に接触させた状態でハンド部を上昇させることにより、移載対象の基板の下面に密着していた基板を強制的に分離して、最上面の基板のみを取り出して移載できる。

本発明では、ベルヌーイチャックで吸引保持した基板を、ガイド体で所定姿勢に位置決めした状態で移載するが、この種のガイド体を備えた移載装置は特許文献２に開示してある。そこでは、四角形の支持プレートの下面に７個のベルヌーイチャックを配置し、支持プレートの隣接する辺部のそれぞれに、位置決め用の２個のガイド体を配置している。この移載装置では、基板（ガラス基板）を吸引保持した状態のベルヌーイチャックを、水平面、および垂直面に対して斜めに傾けて基板を吸着面に沿って自重で滑り移動させ、その隣接する辺部を２組のガイド体で受け止めて縦横方向に位置決めする。

本発明では、移載装置の主要部をパラレルメカニズムで構成するが、パラレルメカニズムの基本構造は、本出願人の出願に係る特許文献３に公知である。そこでは、ベースに配置される３個の駆動モーターと、各駆動モーターで駆動操作される３組のアームユニットと、アームユニットで支持されるハンド部と、ハンド部に設けた旋回軸に回転動力を伝動する旋回駆動軸などでパラレルメカニズムを構成している。

特開２００３−１１８８５９号公報（段落番号００３３、図４） 特開２０００−１９１３３４号公報（段落番号００２２、図４、図５） 国際公開第２００８／０５９６５９号パンフレット（段落番号００１８、図１）

特許文献１の移載装置では、ベルヌーイチャックと吸着パッドとで基板を吸着保持するので、移載時に基板がベルヌーイチャックの吸着面に沿ってずれ動くのを吸着パッドで確実に防止できる。しかし、吸着パッドで基板の表面隅部を吸着固定するので、他物との接触を嫌う基板の移載に適さない。

その点、特許文献２の移載装置によれば、ベルヌーイチャックで吸引保持した基板の周縁を２組のガイド体で位置決めするので、非接触状態で基板を移載できるのはもちろん、基板を高い位置精度で移載先へ移載できる。また、基板をベルヌーイチャックで吸引保持したのちに位置決め動作を独立して行なうので、吸引開始位置において基板を吸引保持するときのベルヌーイチャックの位置精度を緩やかにできる。しかし、ベルヌーイチャックを各辺部に設けたガイド体ごとに、個別に、異なる方向へ傾斜させて位置決めを行なう必要があるので、位置決めに多くの時間が掛かるのを避けられず、基板の移載を能率よく行なうことができない。

本発明の目的は、基板を吸引保持するときのハンド部の位置精度を緩やかにしながら、さらに、吸引保持した基板の位置決めを基板自身で自動的に行なって、全体として基板の移載を高速度で能率よく行なえる基板の移載装置とその方法を提供することにある。
本発明の目的は、基板をベルヌークチャックで吸引保持した状態において、基板の中心とベルヌーイチャックの中心とを精度よく一致させて、基板を高い位置精度で移載先へ移載できる基板の移載装置とその方法を提供することにある。

本発明に係る移載装置は、移載機構のハンド部に、四角形の基板表面を非接触状態で吸引保持するベルヌーイチャックと、前記ベルヌーイチャックに吸引保持された基板を位置決めする複数個のガイド体とを設ける。ベルヌーイチャックには、圧縮空気をチャック凹部の内部に吹き出して負圧を生じさせる複数のノズル穴を設ける。ガイド体は、ベルヌーイチャックの吸着面の周囲を囲む状態で、且つ前記基板の各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置で前記基板を受け止めるように分散配置する。吸引開始位置におけるベルヌーイチャックは、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で基板を吸引保持できるよう、ハンド部で位置保持される。そして、吸引保持された基板を、ノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する基板の辺部をガイド体で受け止めて位置決めすることを特徴とする。

ハンド部に、ベルヌーイチャックを垂直軸回りに旋回操作する旋回軸を設ける。旋回軸に、ベルヌーイチャックおよびガイド体をそれぞれ同行旋回可能に設ける。ガイド体を旋回軸で旋回操作して、吸引開始位置においてガイド体を基板の外郭線の外に位置させる。

吸引開始位置における基板を、吸引開始位置におけるガイド体に対して、基板の外郭線がガイド体の占有位置を避ける状態で配置する。吸引開始位置におけるガイド体が前記基板の外郭線の外に位置する状態で、基板をベルヌーイチャックで吸引保持する。

ベルヌーイチャックは、ハンド部の下面側に固定されるチャックベースと、チャックベースの下面に固定される複数個のチャックユニットとで構成する。個々のチャックユニットにおいて、チャック凹部に同じ向きの旋回気流が生じるようにノズル穴を形成する。

ガイド体は、丸軸状の軸部と、軸部の下端に設けられる下すぼまりテーパー状の導入軸部と、基板の辺部を受け止める規制軸部とで構成する。

基板の各辺部の中点から、ガイド体で受け止められる各辺部の当接位置までの片寄距離を等距離に設定して、基板の対向する辺部を受け止める各ガイド体を、基板の中心を対称中心にして点対称となる状態で配置する。

移載機構はパラレルメカニズムで構成する。

チャックベースの上面に、ベルヌーイチャックで吸引保持された基板の上面全体を覆う遮蔽板を固定する。

基板をコンベアで吸引開始位置へ向かって搬送する間に、基板の画像を取り込むとともに、その画像情報から基板の搬送位置および姿勢を特定する撮像装置と、該搬送位置および姿勢情報を取得して前記移載機構を制御する制御部とを備えている。制御部から出力される指令信号に基づき、パラレルメカニズムによりハンド部を駆動操作するとともに旋回軸を旋回操作して、吸引開始位置におけるガイド体を基板の外郭線の外に位置させる。

本発明に係る基板の移載方法は、移載機構のハンド部に設けたベルヌーイチャックで、吸引開始位置に載置された四角形の基板表面を非接触状態で吸引保持し、複数個のガイド体で基板を位置決めした状態で移載位置へと移載する。ガイド体は、ベルヌーイチャックの吸着面の周囲を囲む状態で、且つ前記基板の各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置で前記基板を受け止めるように分散配置する。吸引開始位置におけるベルヌーイチャックは、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で基板を吸引保持できるよう、ハンド部で位置保持する。吸引保持された基板を、ベルヌーイチャックのノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する基板の辺部をガイド体で受け止めて位置決めすることを特徴とする。

ベルヌーイチャックで基板を吸引保持するときのガイド体の位置に関して、吸引開始位置におけるベルヌーイチャックおよびガイド体を、ハンド部に設けた旋回軸で旋回操作して、ガイド体を基板の外郭線の外に位置させる。

あるいは、吸引開始位置における基板を、吸引開始位置におけるガイド体に対して、基板の外郭線がガイド体の占有位置を避ける状態で配置して、ガイド体を基板の外郭線の外に位置させる。

ハンド部が移載機構で吸引開始位置から移載位置へ変位操作される間に、ガイド体を旋回軸で旋回操作して、基板の姿勢を移載姿勢に姿勢変更する。

本発明の移載装置においては、移載機構のハンド部にベルヌーイチャックと複数個のガイド体とを設けて、基板表面を非接触状態で吸引保持し、ガイド体で位置決めできるようにした。また、基板を吸引する際には、吸引開始位置におけるベルヌーイチャックをハンド部で位置保持して、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で基板を吸引保持できるようにした。さらに、吸引保持された基板を、ノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する基板の辺部をガイド体で受け止めて位置決めできるようにした。

上記のように、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で、基板をベルヌーイチャックで吸引保持すると、吸着前の基板と各ガイド体の間に十分な余裕隙間を確保した状態で基板を吸引保持でき、ガイド体の下降中に基板がガイド体の導入軸部や規制軸部と接触して擦られたり、導入軸部の先端と接触して破損されたりするのを解消できる。さらに、吸引保持した後の基板をノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させてガイド体で位置決めするので、全体として、基板を吸引する際のハンド部の位置決めを厳密に行なう必要がない。したがって、本発明の移載装置によれば、基板を吸引する際のハンド部の位置精度を緩やかにでき、その分だけハンド部の位置決めをより迅速に行なって、移載機構をより高速度で作動させて基板の移載能率を向上できる。さらに、基板をベルヌーイチャックで吸引保持した状態において、基板の位置決めを基板自身で自動的に行なって、基板の中心とベルヌーイチャックの中心とを精度よく一致させることができるので、基板を高い位置精度で移載先へ移載できる。なお、基板を吸引開始位置までコンベア搬送するような場合には、基板の移動量をコンベアに設けたエンコーダーからの出力信号によって求めることができる。その際に、コンベアベルトの蛇行や伸びによって、基板の実際の位置と、先の出力信号を基に計算して得られた位置との間に誤差が生じたとしても、基板はガイド体と接触することなく吸引保持される。

吸引開始位置におけるガイド体をハンド部に設けた旋回軸で旋回操作して、ガイド体を基板の外郭線の外に位置させる移載装置によれば、吸引開始位置における基板の姿勢が一定しない状況であっても、的確に基板を吸引保持して位置決めできる。例えば、ランダムな姿勢で吸引開始位置へ搬送される基板であっても、確実に吸引保持して、適正に位置決めできる。

吸引開始位置における基板を、基板の外郭線がガイド体の占有位置を避ける状態で配置する移載装置によれば、基板の姿勢を一律に揃えた後にコンベアで搬送する場合などに、ガイド体の姿勢を一定にした状態で基板を吸引保持できるので移載動作を単純化できる。つまり、ハンド部は吸引開始位置と移載先との間を単純に往復するだけでよく、移載動作を簡素化できる分だけ基板を能率よく移載できる。ガイド体の姿勢を調整するための構造を省いて、移載構造を簡素化できる利点もある。

複数個のチャックユニットを吸着要素とするベルヌーイチャックによれば、移載対象となる基板の形状や大きさ等に応じて、チャックユニットの配置個数や配置形態を変更することにより、無駄のないベルヌーイチャックを構成できる。また、個々のチャックユニットのチャック凹部に同じ向きの旋回気流を生じさせることにより、吸引保持された基板を一方向へ強制的に旋回させてガイド体で位置決めできる。

丸軸状の軸部と導入軸部と規制軸部とで構成したガイド体によれば、規制軸部の周面で基板の辺部を受け止めるときの状態を点接触にすることができる。したがって、基板が他物と接触してダメージを受けるのを防止しながら、安定した状態で的確に位置決めできる。また、基板の姿勢がガイド体で矯正されるときの接触抵抗を極力小さなものとして、基板の位置決めをより円滑に行なえる。軸部の下端に下すぼまりテーパー状の導入軸部を設けるので、ガイド体を基板に対して位置決めするときの位置座標に関して、導入軸部の水平成分に相当する寸法も余裕分として見込むことができ、例えば、外乱による装置の振動など、想定外の位置精度の悪化要因にも対応できることとなる。

基板の各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置で基板を受け止めるようにガイド体を配置すると、基板の中心（中央）からより離れた位置で各辺部を位置決めすることになるので、基板をより高い精度で位置決めできる。また、各ガイド体を基板の外郭線の外に位置させる際に、各ガイド体を吸着前の基板の辺部からできるだけ遠くに離れた位置に位置させて両者間に大きな余裕隙間を確保でき、ハンド部の位置精度をさらに緩やかにできる。

上記のように、隅部側へ片寄した位置で辺部をガイド体で受け止め、さらに、各辺部の当接位置までの片寄距離を等距離に設定すると、最初に当接する辺部がどのガイド体であっても、基板の変位量を概ね一定にして、基板の姿勢を速やかに適正化できる。因みに、先の片寄距離が個々のガイド体で大小に異なる場合には、最初の辺部がどのガイド体に当接するかで基板の変位量が異なるので、位置決めに時間が掛かる場合がある。

移載機構をパラレルメカニズムで構成した移載装置によれば、例えば多関節型のロボットで移載機構を構成する場合に比べて、可動部にモーターや減速機がなく、移載機構の軽量化を実現できるので、その動作速度を高速化でき、したがって、基板の移載作業を能率よく行なえる。

チャックベースの上面に遮蔽板を固定し、ベルヌーイチャックで吸引保持された基板の上面全体を遮蔽板で覆うようにすると、ハンド部が上方へ移動するときの空気の流れを遮蔽板で遮って、基板に下向きの空気抵抗が作用するのを大幅に削減できる。したがって、基板に作用する空気抵抗によって、基板の吸引保持状態が不安定になって揺れ動き、あるいはベルヌーイチャックから落下するのを防止でき、基板を安定した状態のもとに高速度で移載できる。

吸引開始位置へ向かって搬送される基板の画像を撮像装置で取り込み、その画像情報から基板の搬送位置および姿勢を特定して、制御部で吸引位置におけるガイド体の姿勢を制御する移載装置によれば、ランダムな姿勢で搬送される基板の吸引保持を確実に行なえる。また、コンベア搬送時の基板の姿勢を厳密に規定する必要がないので、基板を吸引開始位置へ搬送する前の基板の向きを揃える装置が不要となる。

本発明に係る基板の移載方法においては、吸引開始位置におけるベルヌーイチャックをハンド部で位置保持して、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で基板を吸引保持する。さらに、吸引保持された基板を、ノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する基板の辺部をガイド体で受け止めて位置決めする。

上記のように、ガイド体が基板の外郭線の外に位置する状態で、基板をベルヌーイチャックで吸引保持すると、吸着前の基板と各ガイド体の間に十分な余裕隙間を確保した状態で基板を吸引保持でき、その間に基板がガイド体と接触して擦られるのを解消できる。さらに、吸引保持した後の基板をノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させてガイド体で位置決めするので、全体として、基板を吸引する際のハンド部の位置決めを厳密に行なう必要がない。したがって、本発明の移載方法によれば、基板を吸引する際のハンド部の位置精度を緩やかにでき、その分だけハンド部の位置決めをより迅速に行なって、移載機構をより高速度で作動させて基板の移載能率を向上できる。さらに、基板をベルヌーイチャックで吸引保持した状態において、基板の位置決めが自動的に行なわれ、基板の中心とベルヌーイチャックの中心とを精度よく一致できるので、基板を高い位置精度で移載先へ移載できる。なお、基板を吸引開始位置までコンベア搬送するような場合には、基板の移動量をコンベアに設けたエンコーダーからの出力信号によって求めることができる。その際に、コンベアベルトの蛇行や伸びによって、基板の実際の位置と、先の出力信号を基に計算して得られた位置との間に誤差が生じたとしても、基板はガイド体と接触することなく吸引保持される。

ガイド体をハンド部に設けた旋回軸で旋回操作して、吸引開始位置におけるガイド体を基板の外郭線の外に位置させるようにすると、吸引開始位置における基板の姿勢が一定でない状況であっても、的確に基板を吸引保持して位置決めできる。例えば、ランダムな姿勢で吸引開始位置へ搬送される基板であっても、確実に吸引保持して、適正に位置決めできる。

吸引開始位置における基板を、基板の外郭線がガイド体の占有位置を避ける状態で配置すると、ガイド体の姿勢を一定にした状態で基板を吸引保持できるので移載動作を単純化できる。詳しくは、ハンド部は吸引開始位置と移載先との間を単純に往復するだけでよく、移載動作を簡素化できる分だけ基板を能率よく移載できる。

ハンド部が移載機構で移載位置へ変位操作される間にガイド体を旋回軸で旋回操作して、基板の姿勢を移載姿勢に姿勢変更すると、基板を移載するのに要するサイクルタイムを短縮して、基板の移載をさらに能率よく行なえる。

本発明の移載装置のベルヌーイチャック、および規制ピンの縦断面図である。 パラレルメカニズムの正面図である。 パラレルメカニズムの平面図である。 ベルヌーイチャックの縦断面図である。 ジョイント体、チャックベース、および遮蔽体の分解斜視図である。 ベルヌーイチャックの分解斜視図である。 ベルヌーイチャックの底面図である。 チャックユニットの底面図である。 移載装置の使用例を示す平面図である。 吸着時のガイド体の位置関係を示す説明図である。 吸着後の基板の旋回動作を示す説明図である。 基板を移載姿勢に戻すときの旋回動作を示す説明図である。 規制ピンの別の実施例を示す断面図である。

図１ないし図１２は本発明に係る基板の移載装置の実施例を示す。図２において移載装置は、コンベアを跨ぐ高剛性の架台１を基体にして構成したパラレルメカニズムを移載構造にして構成する。移載対象の基板Ｗは、太陽電池を構成する四角形のシリコンウェハーからなり、その縦横寸法は１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、もしくは１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、厚み寸法は０．１ないし０．２ｍｍである。図２に示すように、パラレルメカニズムは、架台１に固定されるベース２と、ベース２の下面に配置される３個の駆動モーター３と、各モーター３で駆動される３組のアームユニット４と、各アームユニット４で支持されるハンド部５などで構成する。ハンド部５には旋回駆動軸６を介して旋回駆動される旋回軸７が設けられている。また、ハンド部５の下面側にはジョイント体８と、ベルヌーイチャック９と、複数個のガイド体１０とが設けられている。

駆動モーター３はモーターブラケットを介してベース２に組み付けられており、その出力軸にアームユニット４の上端が連結されている。駆動モーター３は、サーボモーターと減速機とを一体に備えており、減速機で減速された往復旋回動力をアームユニット４に出力する。

アームユニット４は、駆動アーム１３と、駆動アーム１３の旋回動作をハンド部５に伝える一対の平行なロッド１４とで構成する。ロッド１４の上端および下端は、それぞれボール継手１５を介して駆動アーム１３およびハンド部５に連結してある。両ロッド１４はばね１６で互いに接近する向きに付勢されている。各アームユニット４を駆動モーター３で駆動することにより、ハンド部５を所定の３次元空間内で自由に変位操作できる。

ハンド部５の３次元変位に追随しながら旋回動力を伝動するために、伸縮自在なボールスプライン軸１８と、その上下端に連結したユニバーサルジョイント１９とで旋回駆動軸６を構成している。上側のユニバーサルジョイント１９はモーター２０の出力軸に、下側のユニバーサルジョイント１９は旋回軸７にそれぞれ連結されている。旋回駆動軸６を駆動するモーター２０は、先の駆動モーター３と同様にサーボモーターと減速機とで構成されており、ベース２の上面に配置されている。

図３に示すようにハンド部５は、三又状の板状ブロックからなり、その中央部に先の旋回軸７がクロスローラーベアリング２１で回転自在に軸支されている（図４参照）。旋回軸７の下面にジョイント体８が固定され、さらにジョイント体８の下面にベルヌーイチャック９が固定されている。図５に示すように、ジョイント体８は下向きに開口する浅い有底筒状に形成してあり、その筒壁の下端周面の４個所にベルヌーイチャック９を締結するための締結座２３が張り出し形成されている。軽量化のために、ジョイント体８の全体を例えばアルミニウム合金やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック材、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの高強度の材料で形成し、さらに、ジョイント体８の上端壁に多数個の減肉穴を上下貫通状に形成している。

ベルヌーイチャック９は、ジョイント体８の下面に固定される平板状のチャックベース２６と、チャックベース２６の下面に固定される４個のチャックユニット２７と、チャックベース２６の上面に固定される遮蔽板２８などで構成する。チャックベース２６の基本形状は、基板Ｗよりひとまわり回り大きな正方形に形成されている。図５に示すように、チャックベース２６の板面の４個所には、チャックユニット２７を締結するためのリング状のチャック締結座３１が設けられている。これらのチャック締結座３１の間に、ジョイント体８を締結するための部分円弧状のジョイント締結座３２が形成されている。また、チャックベース２６の各辺部には、ガイド体１０を締結するためのガイド締結座３３が直線状に形成されている。

チャックベース２６は、軽量であると同時に、基板Ｗに対向するチャックユニット２７の下面が略同一平面になるように、反りやたわみが小さく、曲げ強度が高い材料で形成する。この種の材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）にガラス繊維や無機フィラーを充填複合した板材を加熱積層した市販素材（商品名ユニレート）を適用できる。また、先のチャック締結座３１、ジョイント締結座３２、およびガイド締結座３３の周囲に減肉空間を形成して、軽量化を図っている。このように各締結座３１・３２・３３以外の部分を除去して減肉空間とすることにより、チャックベース２６の重量を削減して運動慣性力を小さくすることができる。

図１においてチャックユニット２７は、下向きに開口する有底丸筒状の上チャック体４０と、上向きに開口する有底丸筒状の下チャック体４１とで構成する。上チャック体４０、および下チャック体４１のうち、少なくとも下チャック体４１は、太陽電池用シリコンウェーハーと接触する可能性を考慮して、以下の材料で形成する。超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ＰＥＥＫ、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ＡＢＳのひとつ、あるいはこれらのいくつかを組み合わせたポリマーアロイである。上チャック体４０は、チャックベース２６の下面に締結固定され、下チャック体４１は、上チャック体４０の下面開口側に密閉状態で締結固定されている。これにより、上下のチャック体４０・４１の間に略円柱状の空気チャンバー４２が形成される。図４に示すように、空気チャンバー４２は、上チャック体４０の周面に連結した空気通路（ゴムホース）４３を介して、図示していない圧縮空気供給源に接続されている。

下チャック体４１の下面には、下向きに開口する浅いチャック凹部４５が形成され、チャック凹部４５の開口周縁に連続して平坦面４６が形成されている。空気チャンバー４２とチャック凹部４５とは、８個のノズル穴４７を介して連通されている。図１および図８に示すように、ノズル穴４７は、空気チャンバー４２の側からチャック凹部４５の周縁隅部の側へ向かって下り傾斜する状態で、しかもノズル穴４７の中心軸線がチャック凹部４５の開口縁と所定の角度で交差するように形成する。これにより、ノズル穴４７から吹き出される空気流の中心軸は、チャック凹部４５の開口縁の下方へ向かって指向される。図８に示すように、これらの噴出空気の全体の流れは、チャックユニット２７を底面から見る状態において、反時計回転方向へ旋回する旋回気流となり、平面視における噴出空気の全体の流れは時計回転方向の旋回気流となる（図１１参照）。

上記のように、浅いチャック凹部４５の開口縁の下方を指向する状態で、圧縮空気をノズル穴４７から吹き出すと、チャック凹部４５の中央部側の圧力を負圧にできる。この負圧作用によって移載対象の基板Ｗが吸引保持される。なお、平坦面４６を含むチャック凹部４５の開口面をベルヌーイチャック９の吸着面とするとき、吸引保持された基板Ｗと吸着面とは、図１に示すように僅かな隙間Ｅを介して上下に対向している。ノズル穴４７から吹き出された空気流は、先の隙間Ｅを介して大気中に排出される。

上記のように、基板Ｗをベルヌーイチャック９で吸引保持して搬送する際には、基板Ｗの表面に空気抵抗が作用して、ベルヌーイチャックによる基板Ｗの吸引保持状態が不安定になるおそれがある。とくに、運動速度が速いパラレルメカニズムの場合には、大きな空気抵抗が基板Ｗの表面に作用し、基板Ｗがベルヌーイチャック９から落下するおそれがある。このような、空気抵抗による基板Ｗの揺れ動きや落下を防ぐために、チャックベース２６の上面に、基板Ｗの上面全体を覆う遮蔽板２８を締結固定している。

図５に示すように遮蔽板２８は、チャックベース２６と同じ正方形を基本形状とするプラスチック板材からなる。遮蔽板２８の板面の中央には、ジョイント体８とチャックユニット２７の外郭線に沿う逃げ穴４９を形成して軽量化してある。逃げ穴４９の周囲壁のうち、チャックベース２６の減肉空間に臨む４個所には、空気通路４３を通すための通気穴５０が丸穴状に形成してある。

このように、遮蔽板２８で基板Ｗの上方空間を覆うと、ハンド部５が上方へ移動するときの空気の流れを遮蔽板２８で遮って、基板Ｗに下向きの空気抵抗が作用するのを解消でき、したがって基板Ｗがベルヌーイチャック９から落下するのを防止できる。なお、チャック部の垂直投影面においては、ジョイント体８の上壁に８個の穴が開口しているが、その真上に近接してハンド部５が配置してあるので、気流が先の穴を通過して基板Ｗに直撃することはない。

ベルヌーイチャック９で吸引保持した状態の基板Ｗは、ベルヌーイチャック９の吸着面に沿って滑り移動しやすい。このような滑り移動を規制して基板Ｗを位置決めするために、チャックベース２６の各辺部に４個のガイド体１０を下向きに突出する状態で固定している。詳しくは、図７に向かって、チャックベース２６の上辺部の右隅寄りおよび下辺部の左隅寄りと、左辺部の上隅寄りおよび右辺部の下隅寄りの、合計４個所にガイド体１０を配置している。各ガイド体１０はボルト５４でチャックベース２６のガイド締結座３３の下面に締結固定する。

上記のように、ガイド体１０をチャックベース２６の各隅部側へ片寄した位置に設けることにより、基板Ｗの各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置をガイド体１０で受け止めることができる。基板Ｗの各辺部の中点から、ガイド体１０で受け止められる各辺部の当接位置までの片寄距離は、対向する辺部において等距離に設定してある。したがって、上下辺部のガイド体１０・１０を結ぶ直線と、左右辺部のガイド体１０・１０を結ぶ直線とは、ベルヌーイチャック９の中心で交差する。また、基板Ｗの対向する辺部を受け止める各ガイド体１０・１０は、基板Ｗの重心を対称中心にして点対称の関係となる。

図１に示すように、ガイド体１０は、丸軸状の軸部５１と、軸部５１の下端に形成される下すぼまりテーパー状の導入軸部５２と、導入軸部５２の上側に連続する規制軸部５３とで、全体が銃弾状に形成してある。規制軸部５３は軸部５１より小径の丸軸からなり、その周面で基板Ｗの辺部を受け止めることにより滑り移動を規制し、吸引保持された状態の基板Ｗを位置決めする。そのために、ベルヌーイチャック９の吸着面が、規制軸部５３の上下方向中途部と交差する水平面上に位置するように、ガイド体１０の上下位置を設定する。軽量化のために、軸部５１と規制軸部５３とは下すぼまりテーパー状の軸部分を介して連続している。

ガイド体１０は耐久性に優れたプラスチック材を素材にして形成してある。具体的には、基板Ｗが太陽電池用シリコンウェーハーである場合のプラスチック材としては、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ポリイミド（ＰＩ）、ＡＢＳなどのプラスチック材を用いることが好ましい。しかし、超高分子量ポリエチレンやポリイミドは射出成形が困難であるので、棒状の素材に旋削加工を施して形成すると、寸法精度に優れたガイド体１０を低コストで簡単に形成できる。

上記のように構成した移載装置は、例えば図９に示すように、第１コンベア６０で移送されてくる個々の基板Ｗを、同コンベア６０に隣接する第２コンベア６１上のトレー６２に移載する際に使用する。そこでは、各コンベア６０・６１を駆動するモーターＭの駆動状態を、それぞれエンコーダー６３を介して制御部６４へフィードバックする。また、第１コンベア６０で搬送される基板Ｗの位置信号と姿勢情報とが、カメラ部と画像処理部とからなる撮像装置６５によって撮影画像から求められ、制御部６４へ出力される。さらに、第１コンベア６０で搬送されるトレー６２の位置情報が光学センサー６６を介して制御部６４へ出力される。

基板Ｗの移載動作は以下の手順で行なう。まず、基板Ｗが所定の吸引開始位置まで達する前に、基板Ｗの画像を撮像装置６５で取り込み、画像情報から基板Ｗの重心位置と搬送姿勢を特定する。具体的には、撮像装置６５のカメラ部で撮影された画像情報に基づき、撮像装置６５の持つ座標系（Ｘ１・Ｙ１・Ｚ１）における基板Ｗの位置と傾きを検出する。撮像装置６５の座標系は、例えばカメラ部の撮像面をＸ１−Ｙ１平面とし、光軸をＺ１方向として定義できる。この座標系における基板Ｗの重心位置と基板Ｗの傾き（図９のθ１）を撮像装置内のＣＰＵで座標変換し、パラレルメカニズムの座標系（Ｘ２・Ｙ２・Ｚ２）における基板Ｗの重心位置と傾きを算出する。これらの情報を撮像装置６５から制御部６４へ出力する。制御部６４では、第１コンベア６０のエンコーダー信号をリアルタイムで検出しているため、基板Ｗを撮像した時点からの送り量を算出して、基板Ｗの現在の重心位置を特定することができる。これにより、第１コンベア６０の搬送動作に追従して、ハンド部５の目標位置を逐次更新し、基板Ｗを吸引するまでハンド部５の位置を制御する。なお、基板Ｗの傾き角度θ１は個々の基板Ｗごとに異なっており、マイナスの値となることもある。

基板Ｗが所定の吸引開始位置まで達するタイミングに合わせて、ハンド部５およびベルヌーイチャック９を基板Ｗの真上へと変位操作しながら、その間に旋回軸７を角度θだけ旋回駆動して、ベルヌーイチャック９の姿勢を基板Ｗの姿勢に適合させる。図１０に示すように、旋回軸７の旋回角度θは、ベルヌーイチャック９の水平中心軸７１が位置基準６９と一致している状態をゼロにして、先の基板Ｗの傾き角度θ１に、プラス方向の余裕旋回角度θ２を加えた値とする。つまり、（θ＝θ１＋θ２）として、旋回軸７を位置基準６９から旋回角度θ分だけ旋回操作する。

上記のように、旋回軸７を旋回角度θ分だけ旋回操作することにより、図１０に示すように、吸引開始位置における各ガイド体１０は、基板Ｗの外郭線の外に位置することになる。この状態でハンド部５およびベルヌーイチャック９を操作して、ガイド体１０の下端を第１コンベア６０の上面に接触させることなく、基板Ｗを吸着可能な所定高さまで下降させる。このとき、基板Ｗはベルヌーイチャック９の旋回流による回転モーメントと、発生する負圧による吸引力とを受けるが、吸引力のほうが十分に大きいため、先に第１コンベア６０の表面から離間する。その結果、コンベア上にあった基板Ｗは、ベルヌーイチャック９により吸引保持される。吸引保持された基板Ｗは、各チャックユニット２７により、図１１に矢印で示すように時計回転方向の旋回気流を受ける。そのため、吸引保持された当初、図１１に想像線で示す位置にあった基板Ｗは、全体が時計回転方向へ滑り移動して、その辺部が実線で示すようにガイド体１０の規制軸部５３で受け止められる。つまり、基板Ｗは自らが旋回移動してガイド体１０に当接し、自己完結的に位置決めされる。ここで、第１コンベア６０のベルトは１本の平ベルトとしているが、より細い幅の複数の平ベルトとしてもよく、さらに、複数の丸ベルトで構成してもよい。個々のベルト幅を細くし、隙間を大きくとることで、万一の場合、ガイド体１０がベルトを突き破ることを回避できる。あるいは、間隙を狙ってより下方までガイド体１０を降下させるようにベルヌーイチャック９の位置を制御してもよい。一方、トレー６２は、第２コンベア６１上を搬送される途中で、光学センサー６６によりその先端位置が検出される。光学センサー６６と、第２コンベア６１のエンコーダー信号とは、リアルタイムで制御部６４に送信されているため、制御部６４では任意時間のトレー位置を算出可能である。即ち、ハンド部５が基板Ｗを移載する際の目標位置は、逐次更新され、基板Ｗをトレー６２上に載置するまで、ハンド部５の位置は制御される。

吸引保持した基板Ｗをトレー６２側へ移送する間に、図１２に示すように旋回軸７を先の旋回方向とは逆向きに（マイナス方向へ）角度θだけ旋回駆動して、ベルヌーイチャック９の水平中心軸７１を先の位置基準６９に合致させ、トレー６２に適合した移載姿勢に戻す。図１２には、ベルヌーイチャック９が旋回操作される前の状態を想像線で示し、ベルヌーイチャック９が旋回操作された後の状態を実線で示している。移載姿勢に戻った状態でハンド部５およびベルヌーイチャック９をトレー６２の移載位置へ下降させ、空気チャンバー４２への圧縮空気の供給を停止することにより、基板Ｗをトレー６２上に落下させて移載を完了する。

移載後のハンド部５およびベルヌーイチャック９は、依然として先の位置基準６９を向いているので、以後、上記の動作を繰り返し行なうことにより、第１コンベア６０上の基板Ｗを、第２コンベア６１上のトレー６２に適正に移載できる。基板Ｗは、トレー６２に対して縦横に直線列を構成する状態で整然と移載される。なお、トレー６２に対する移載姿勢が、先の位置基準６９と異なる場合には、移載姿勢に合致する状態で旋回軸７を所定角度だけ旋回操作するとよい。

上記構成の移載装置においては、各ガイド体１０を基板Ｗの外郭線の外に位置させた状態で、基板Ｗの吸引保持を行なうので、図１０に示すように、吸着前の基板Ｗと各ガイド体１０の間には十分な余裕隙間が確保される。そのため、ハンド部５およびベルヌーイチャック９を基板Ｗに対して位置決めするときの目標値（Ｘ・Ｙ・Ｚ座標）に関して、先の余裕隙間を限界とするばらつきを見込むことができ、その分だけハンド部５の位置精度を緩やかにすることができる。コンベアの蛇行や伸びに起因する基板Ｗの位置ずれにも対応が可能となる。また、基板Ｗに対する位置精度が緩やかな分だけ、ハンド部５およびベルヌーイチャック９の位置決めをより迅速に行なうことができ、パラレルメカニズムをより高速度で作動させて基板Ｗの移載能率を向上できる。

また、基板Ｗの各辺部の中央から隅部側へ片寄した位置をガイド体１０で受け止めて基板Ｗを位置決めすることにより、基板Ｗの各辺部の中央付近をガイド体１０で受け止めて基板Ｗを位置決めする場合に比べて、基板Ｗの位置決め精度を向上できる。さらに、各ガイド体１０を基板Ｗの外郭線の外に位置させる際に、吸着前の基板Ｗと各ガイド体１０の間に大きな余裕隙間を確保して、ハンド部５の位置精度をさらに緩やかにできる。

基板Ｗの各辺部の中央からガイド体１０で受け止められる各辺部の当接位置までの片寄距離を、対向する辺部において等距離に設定すると、最初に当接する辺部がどのガイド体１０であっても、基板Ｗの変位量を概ね一定にして、基板Ｗの姿勢を速やかに適正化できる。因みに、先の片寄距離が個々のガイド体１０で大小に異なる場合には、最初の辺部がどのガイド体１０に当接するかで基板Ｗの変位量が異なるので、位置決めに時間が掛かる場合がある。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る基板の移載方法においては、移載機構のハンド部５に設けたベルヌーイチャック９で、吸引開始位置に載置された四角形の基板Ｗを非接触状態で吸引保持し、複数個のガイド体１０で基板Ｗを位置決めした状態で移載位置へと移載する。吸引開始位置におけるベルヌーイチャック９は、ガイド体１０が基板Ｗの外郭線の外に位置する状態で基板Ｗを吸引保持できるよう、ハンド部５で位置保持されている。吸引保持された基板Ｗを、ベルヌーイチャックのノズル穴４７から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する基板Ｗの辺部をガイド体１０で受け止めることにより位置決めする。

具体的には、吸引開始位置におけるベルヌーイチャック９およびガイド体１０を、ハンド部５に設けた旋回軸７で旋回操作することにより、ガイド体１０を基板Ｗの外郭線の外に位置させることができる。

好ましくは、ハンド部５が移載機構で吸引開始位置から移載位置へ変位操作される間に、ガイド体１０を旋回軸７で旋回操作して、基板Ｗの姿勢を移載姿勢に姿勢変更する。

図１３はガイド体１０の別の実施例を示す。そこでは軸部５１の下端に下すぼまりテーパー状の導入軸部５２を設けて、導入軸部５２が規制軸部５３を兼ねるようにした。そのために、ベルヌーイチャック９の吸着面が、導入軸部５２の上下方向中途部と交差する水平面上に位置するように、ガイド体１０の上下位置を設定した。導入軸部５２のテーパー角度は９０度とした。

このように下すぼまりテーパー状の導入軸部５２で基板Ｗを位置決めすると、上記の実施例と同様に、ベルヌーイチャック９で吸引保持した基板Ｗを的確に位置決めできる。また、空気抵抗や、装置への外乱等による外力を受けた基板Ｗが、ベルヌーイチャック９の吸着面側へ押し付けられるような場合に、基板Ｗの周縁を導入軸部５２で受け止めて、基板Ｗが限界位置を越えて移動するのを規制でき、基板Ｗがベルヌーイチャック９の平坦面４６に接触して傷つくのを防止できる。また、先の実施例のガイド体１０に比べて、第１コンべア６０やトレー６２の表面にベルヌーイチャック９をより近付けることが可能なため、吸引開始から保持するまでの時間を短縮できるとともに、吸引力により基板Ｗがベルヌーイチャック９の平坦面に衝突する可能性を小さくできる。他は先の実施例と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

上記の実施例では、ランダムな姿勢の基板Ｗをベルヌーイチャック９で吸引保持する場合について説明したが、基板Ｗが所定の姿勢に揃えてある場合には、ベルヌーイチャック９を旋回軸７で旋回操作する必要はなく、したがって旋回軸７を省略することができる。その場合には、吸引開始位置における基板Ｗを、その外郭線がガイド体１０の占有位置を避ける状態で載置して、ガイド体１０を基板Ｗの外郭線の外に位置させる。

詳しくは、基板Ｗの水平中心軸７０が位置基準６９に対してマイナス方向へ余裕旋回角度θ２分だけずれた状態で、基板Ｗを吸引開始位置に載置しておく。この状態の基板Ｗをベルヌーイチャック９で吸引保持すると、基板Ｗがベルヌーイチャック９の吸着面に沿って旋回移動してガイド体１０で位置決めされ、その水平中心軸７０が位置基準６９と一致する。以後は、先の実施例と同様にして、基板Ｗをトレー６２に移載する。

上記の実施例では、４個のチャックユニット２７でベルヌーイチャック９を構成したが、その必要はなく、より大径の１個のチャックユニット２７を基板Ｗの吸着要素にしてベルヌーイチャック９を構成することができる。その場合には、チャックユニット２７をジョイント体８に直接固定することができ、さらに、チャックユニット２７を利用してガイド体１０を固定することができる。ジョイント体８とチャックベース２６は一体に形成してもよい。

ガイド体１０の配置個数および配置形態は、基板Ｗの大きさや形状、あるいは基板Ｗの移載方向に応じて変更することができ、少なくとも３個が基板Ｗの辺部に当接すればよい。例えば、チャックベース２６の隣接する３辺部にガイド体１０を１個ずつ設けて、基板Ｗの隣接する３辺部を各ガイド体１０で受け止めれば一意に位置が決まる。残る１辺には、その方向へ慣性力が働いて基板Ｗが飛び出すようなおそれがなければ、ガイド体１０は不要である。あるいは、万一の場合に基板Ｗが飛び出すことのないよう、基板Ｗとガイド体１０との間に所定の隙間を設けて、残る一辺にもガイド体１０を配置するようにしてもよい。基板Ｗの各辺部の中点からガイド体１０で受け止められる各辺部の当接位置までの片寄距離は大小に異なっていてもよく、各辺部の中点と、いずれか一方の隅部との間に先の当接位置があればよい。移載構造としては、パラレルメカニズムが好適であるが、多関節型のロボットであってもよい。

５ 移載構造のハンド部
７ 旋回軸
９ ベルヌーイチャック
１０ ガイド体
２６ チャックベース
４５ チャック凹部
４７ ノズル穴

Claims (13)

1. 移載機構のハンド部に、四角形の基板表面を非接触状態で吸引保持するベルヌーイチャックと、前記ベルヌーイチャックに吸引保持された基板を位置決めする複数個のガイド体とが設けられており、
   前記ベルヌーイチャックには、圧縮空気をチャック凹部の内部に吹き出して負圧を生じさせる複数のノズル穴が設けられており、
   前記ガイド体は、前記ベルヌーイチャックの吸着面の周囲を囲む状態で、且つ前記基板の各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置で前記基板を受け止めるように分散配置されており、
   吸引開始位置における前記ベルヌーイチャックは、前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置する状態で前記基板を吸引保持できるよう、前記ハンド部で位置保持されており、
   吸引保持された前記基板を、前記ノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する前記基板の辺部を前記ガイド体で受け止めて位置決めすることを特徴とする基板の移載装置。
2. 前記ハンド部に、前記ベルヌーイチャックを垂直軸回りに旋回操作する旋回軸が設けられており、
   前記旋回軸に、前記ベルヌーイチャックおよび前記ガイド体がそれぞれ同行旋回可能に設けられており、
   前記ガイド体を前記旋回軸で旋回操作して、吸引開始位置において前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置させてある請求項１に記載の基板の移載装置。
3. 吸引開始位置における前記基板が、吸引開始位置における前記ガイド体に対して、前記基板の外郭線が前記ガイド体の占有位置を避ける状態で配置されており、
   吸引開始位置における前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置する状態で、前記基板を前記ベルヌーイチャックで吸引保持する請求項１に記載の基板の移載装置。
4. 前記ベルヌーイチャックが、前記ハンド部の下面側に固定されるチャックベースと、前記チャックベースの下面に固定される複数個のチャックユニットとで構成されており、
   個々の前記チャックユニットにおいて、前記チャック凹部に同じ向きの旋回気流が生じるように前記ノズル穴が形成してある請求項１から３のいずれかに記載の基板移載装置。
5. 前記ガイド体が、丸軸状の軸部と、軸部の下端に設けられる下すぼまりテーパー状の導入軸部と、前記基板の辺部を受け止める規制軸部とで構成してある請求項１から４のいずれかに記載の基板の移載装置。
6. 前記基板の各辺部の中点から、前記ガイド体で受け止められる各辺部の当接位置までの片寄距離を等距離に設定して、前記基板の対向する辺部を受け止める前記各ガイド体が、前記基板の中心を対称中心にして点対称となる状態で配置してある請求項１乃至５のいずれかに記載の基板の移載装置。
7. 前記移載機構がパラレルメカニズムで構成してある請求項１から６のいずれかに記載の基板の移載装置。
8. 前記チャックベースの上面に、前記ベルヌーイチャックで吸引保持された前記基板の上面全体を覆う遮蔽板が固定してある請求項１から７のいずれかに記載の基板の移載装置。
9. 前記基板をコンベアで吸引開始位置へ向かって搬送する間に、前記基板の画像を取り込むとともに、その画像情報から基板Ｗの搬送位置および姿勢を特定する撮像装置と、該搬送位置および姿勢情報を取得して前記移載機構を制御する制御部とを備えており、
   前記制御部から出力される指令信号に基づき、パラレルメカニズムによりハンド部を駆動操作するとともに旋回軸を旋回操作して、吸引開始位置における前記ガイド体を前記基板の外郭線の外に位置させる請求項２、および４から８のいずれかに記載の基板の移載装置。
10. 移載機構のハンド部に設けたベルヌーイチャックで、吸引開始位置に載置された四角形の基板表面を非接触状態で吸引保持し、複数個のガイド体で前記基板を位置決めした状態で移載位置へと移載する基板の移載方法であって、
    前記ガイド体は、前記ベルヌーイチャックの吸着面の周囲を囲む状態で、且つ前記基板の各辺部の中点から隅部側へ片寄した位置で前記基板を受け止めるように分散配置されており、
    吸引開始位置における前記ベルヌーイチャックは、前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置する状態で前記基板を吸引保持できるよう、前記ハンド部で位置保持されており、
    吸引保持された前記基板を、前記ベルヌーイチャックのノズル穴から吹き出される空気流で一方向へ旋回させ、旋回変位する前記基板の辺部を前記ガイド体で受け止めて位置決めすることを特徴とする基板の移載方法。
11. 吸引開始位置における前記ベルヌーイチャックおよび前記ガイド体を、前記ハンド部に設けた旋回軸で旋回操作して、前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置させてある請求項１０に記載の基板の移載方法。
12. 吸引開始位置における前記基板が、吸引開始位置における前記ガイド体に対して、前記基板の外郭線が前記ガイド体の占有位置を避ける状態で配置して、前記ガイド体が前記基板の外郭線の外に位置させてある請求項１１に記載の基板の移載方法。
13. 前記ハンド部が前記移載機構で吸引開始位置から移載位置へ変位操作される間に、前記ガイド体を前記旋回軸で旋回操作して、前記基板の姿勢を移載姿勢に姿勢変更する請求項１０ないし１２のいずれかに記載の基板の移載方法。

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