JP5403247B2

JP5403247B2 - 基板移載装置

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Publication number: JP5403247B2
Application number: JP2009206181A
Authority: JP
Inventors: 貴彦村山; 秀明中西; 晃前田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: WO2011027547A1; JP2011060849A; TW201109559A

Description

本発明は、基板を移載するための装置、なかでもパラレルメカニズムを移載機構にして、そのハンド部に設けたベルヌーイチャックで基板を非接触状態で捕捉して移載する装置に関する。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を挙げることができる。

この種のベルヌーイチャックを使用して、太陽電池用の基板を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、ガイドピン（ガイド体）で所定姿勢に位置保持するが、この種のガイドピンを備えた移載装置は特許文献２に開示がある。そこでは、下向きに開口する円筒状の支持体の内面に４個のベルヌーイチャックを配置し、支持体の周面４箇所に丸棒状のガイドピンを設けている。各ベルヌーイチャックで同時に吸引保持された円形の基板は、その周面がガイドピンで受け止められており、したがって、移載運動時に基板が吸着面に沿って移動するのをガイドピンで規制できる。

特許文献３には、ガイド体の下部に設けた傾斜面で基板の周縁を受け止めて、ベルヌーイチャックで吸着した基板が水平方向へ移動するのを規制する移載装置が開示されている。傾斜面は、ベルヌーイチャックの吸着平面と交差する状態で設けられている。

特許文献４には、円盤状の保持ベースの下面に３個のベルヌーイチャックを配置し、保持ベースの下面周縁の６個所に配置した規制ブロックで、半導体ウェーハーの周縁を受け止めるようにした移載装置が開示してある。保持ベースは、ベルヌーイチャックに吸引保持された半導体ウェーハーの上方空間を覆っている。

ベルヌーイチャックに関して、本出願人は特許文献５を出願しており、そこでは、円盤状のチャック本体の下面に浅い凹部を設け、凹部の周囲４箇所に加圧空気を斜めに吹き出すノズルを配置している。凹部の開口縁の周りにはフランジ状の平坦面を形成している。

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６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２００５−０５１２６０号公報（段落番号００４４、図３）特開２００４−０８３１８０号公報（段落番号００３２、図２）特開２００４−１１９７８４号公報（段落番号００１５、図５）特開２００６−３３９２３４号公報（段落番号００１４〜００１５、図１）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、移載運動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、複数個のガイドピンの周面で受け止めて、移載運動時に基板が吸着面に沿って移動するのを規制することができるので、非接触状態での移載が可能となる。しかし、ガイドピンが丸棒状に形成されているため、基板を吸引保持するときの、支持体の基板に対する位置精度を高精度化する必要があり、基板の移載を能率よく行なうことができない。因みに、基板を吸引保持するときの支持体の位置精度が充分でないと、ガイドピンの周面を通る仮想円の内部に基板を位置させることができず、基板をベルヌーイチャックで適正に吸引保持できなくなる。

特許文献３の移載装置においては、ガイド体の下部に設けた傾斜面で基板の周縁を受け止めるので、ベルヌーイチャックで基板を吸引保持するときの支持体の位置精度を、緩やかなものとすることができる。しかし、先の傾斜面を２次元平面からなる勾配面で形成するので、ベルヌーイチャックで吸引保持した基板の中心と、ベルヌーイチャックの中心とがずれるおそれがあり、したがって、移載先における基板の位置精度にばらつきを生じやすい。

本発明の目的は、ベルヌーイチャックで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なものとして、非接触状態での基板の移載を高速度で能率よく行なえる基板移載装置を提供することにある。
本発明の目的は、ハンド部に組み付けられるベルヌーイチャックの軽量化を実現して移載作業を高速化でき、基板の移載をさらに能率よく行なえる基板移載装置を提供することにある。
本発明の目的は、移載作業の高速化に伴なって、基板に大きな空気抵抗が作用してベルヌーイチャックによる基板の吸引状態が不安定になるのを解消し、基板を安定した状態で高速度で移載できる基板移載装置を提供することにある。
本発明の目的は、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移載装置を提供することにある。

本発明に係る基板移載装置は、パラレルメカニズムのハンド部に、基板を非接触状態で吸引保持するベルヌーイチャックと、ベルヌーイチャックの周囲を囲む状態で配置される複数個の規制ピンとを備える。丸軸状に形成した規制ピンの下端に、下すぼまりテーパー状の導入軸部を設ける。さらに、導入軸部を含む規制ピンの上下方向中途部に、基板の周縁を受け止めて水平面上の滑り移動を規制する規制軸部を設ける。

ベルヌーイチャックの吸着面が、導入軸部の中心軸と直交する平面上に位置されており、導入軸部が規制軸部を兼ねるようにすることができる。

ベルヌーイチャックは、ハンド部の下面側に固定される平板状のチャックベースと、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。規制ピンは、チャックベースの周縁複数個所に固定する。

ハンド部の中央に軸支した旋回軸の下面にジョイント体を固定する。チャックベースを、ジョイント体の下面に固定する。ジョイント体と、チャックベースと、チャックユニットと、規制ピンのそれぞれを、プラスチック材で形成する。

チャックベースは、チャックユニットが締結されるチャック締結座と、規制ピンを締結するためのピン締結座と、ジョイント体を締結するためのジョイント締結座を備えている。チャック締結座、ピン締結座、およびジョイント締結座の周囲に、減肉空間の一群を形成する。

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。減肉空間に臨む遮蔽板の板面に空気通路用の通口を形成する。

チャックユニットは、チャックベースの下面に固定される上チャック体と、上チャック体の下面に固定される下チャック体とで構成する。両チャック体の間に空気チャンバーを形成する。下チャック体の下面に、下向きに開口するチャック凹部と、チャック凹部の開口周縁に連続する平坦面を形成する。チャック凹部の周縁隅部に沿って、空気チャンバーとチャック凹部とを連通する複数個のノズル穴を形成する。ノズル穴から吹き出される空気流の中心軸を、チャック凹部の開口縁の下方へ向かって指向させる。

規制ピンは、超高分子量ポリエチレン等のプラスチック材を樹脂成形し、あるいは機械加工を施して形成する。

本発明においては、パラレルメカニズムのハンド部にベルヌーイチャックと複数個の規制ピンとを設けて、基板表面に対して非接触状態で吸引保持できるようにした。また、規制ピンは丸軸状に形成して、その下端に下すぼまりテーパー状の導入軸部を設け、導入軸部を含む規制ピンの上下方向中途部に設けた規制軸部で、吸引保持された基板が、吸着面に沿って水平に滑り移動するのを規制できるようにした。

上記のように、規制ピンの下端にテーパー状の導入軸部を設けると、ベルヌーイチャックを基板に対して位置決めするときの位置座標に関して、傾斜する導入軸部の水平成分に相当する余裕寸法を見込むことができる。つまり、位置決めした状態の規制ピンと吸引前の基板とが僅かにずれていたとしても、ずれ寸法が先の余裕寸法の範囲内にある限り、規制ピンが基板に当接することはなく、その分だけ規制ピンの取付精度、および寸法精度を含む位置精度を緩やかにできる。また、基板に対する要求位置決め精度が緩やかな分だけ、ベルヌーイチャックの位置決めをより迅速に行なえる。したがって、本発明の移載装置によれば、ベルヌーイチャックで基板を吸引保持するときに、ハンド部に要求される位置決め精度を緩やかなものとして、非接触状態での基板の移載を高速度で能率よく行なうことができる。さらに、基板をベルヌーイチャックで吸引保持する過程で、基板の周縁を導入軸部で案内して、基板とベルヌーイチャックずれを矯正するので、基板を高い位置精度で移載先へ移載することができる。

規制軸部を導入軸部で兼ねるようにした規制ピンによれば、ベルヌーイチャックで吸引保持した状態の基板の周縁をテーパー面状の導入軸部で受け止めて、基板を常に適正な姿勢に矯正した状態で吸引保持することができる。そのため、非接触状態で吸引保持された基板を移送するとき、周縁に作用する空気抵抗の違いで基板が揺れ動くのを防止できる。また、基板を各規制ピンで適正な姿勢に保持した状態で移載するので、基板を高い位置精度で移載先へ移載することができる。加えて、空気抵抗を受けた基板が、ベルヌーイチャックの吸着面側へ押し付けられるような場合に、基板の周縁をテーパー面状の導入軸部で受け止めて、基板が限界位置を越えて移動するのを規制し、ベルヌーイチャックに接触して傷つくのを防止できる。

チャックベースと、そ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した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、複数のチャックユニットで基板を同時に吸引保持するので、単一のチャックユニットで基板を吸引保持する場合に比べて、より安定した状態で基板を吸引保持できる。チャックベースを利用して、その周縁複数個所に規制ピンを固定するので、規制ピンとチャックユニットとの組み付け精度を高度化できる。

ジョイント体、チャックベース、チャックユニットと、規制ピンのそれぞれをプラスチック材で形成すると、金属材で先の各部材を形成する場合に比べて、ハンド部に組み付けられるベルヌーイチャックを軽量化できる。ハンド部に作用する全重量を軽減できる分だけ、パラレルメカニズムが作動するときのハンド部の運動慣性力を小さくして、移載作業を高速化でき、基板の移載を能率よく行なえる。また、先の各部材が万一基板と接触した場合でも、硬度の低いプラスチック材であれば、基板に与えるダメージを軽減できる。

チャック締結座と、ピン締結座と、ジョイント締結座とを備えているチャックベースにおいて、各締結座の周囲に減肉空間の一群を形成すると、チャックベースの重量を削減して、ベルヌーイチャックをさらに軽量化できる。したがって、パラレルメカニズムが作動するときの運動慣性力をさらに小さくして移載作業を高速化できる。

チャックベースの上面に遮蔽板を固定して、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解消できる。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。

上チャック体と下チャック体とで構成したチャックユニットにおいては、下チャック体に設けたチャック凹部の周縁隅部に沿ってノズル穴を設け、ノズル穴から吹き出される空気流の中心軸をチャック凹部の開口縁の下方へ向かって指向させるようにした。このように開口縁の下方を指向する状態で空気流をチャック凹部内に吹き出すと、空気流がチャック凹部内で旋回するのを避けながら、チャック凹部の中央部側に負圧を発生することができる。したがって、空気流が旋回することに伴なう動圧の損失を抑止でき、これに伴ない供給空気量あたりの吸着力を増加して基板を効果的に吸引保持できる。

超高分子量ポリエチレン等の、極めて高い平均分子量を持つプラスチック材で形成した規制ピンは、軽量化を実現しながら、耐衝撃性や、耐摩耗性などに優れた材料特性を発揮でき、長期使用時にも金属部品に匹敵する耐久性を発揮できる。一方で、この種のプラスチック材は溶融時の流動性が低く成形困難であるが、例えば、この種のプラスチック材で形成した市販の棒材を素材にして旋削加工によって形成すると、寸法精度に優れた規制ピンをより低コストで得ることができる。

本発明に係る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。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９は本発明に係る基板移載装置の実施例を示す。図２において基板移載装置は、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備える。移載対象の基板Ｗは、太陽電池を構成する矩形のシリコンウェハーからなり、その縦横寸法は例えば１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、あるいは１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、厚み寸法は０．１〜０．２ｍｍ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、複数個の規制ピン１０とが設けてられている。

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、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に連結されている。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することができる。

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を構成する。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いる。また、モーター２０はベース２の上面に配置してある。

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されており、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、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等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２４を上下貫通状に形成した。

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などで構成されている。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と、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が交互に形成されている。また、チャックベース２６の各辺部には、規制ピン１０を締結するためのピン締結座３３が直線状に形成されている。隣接するチャック締結座３１は、ジョイント締結座３２を介して繋がっている。

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、例えばポチエチレンテレフテレート（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、およびピン締結座３３の周囲に減肉空間を形成して、軽量化を図っている。詳しくは、チャックベース２６の中央部分に、４個のチャック締結座３１と、ジョイント締結座３２とで囲まれる概ね円形の減肉穴（減肉空間）３４を設けている。また、ジョイント締結座３２とピン締結座３３との間に４個の略台形状の減肉開口（減肉空間）３５を設けている。さらに、各チャック締結座３１の周囲に３個の減肉溝（減肉空間）３６を設け、チャックベース２６の四隅部分に減肉切欠（減肉空間）３７を設けている。このように、各締結座３１・３２・３３以外の部分を除去することにより、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円形のチャック凹部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されている。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する。チャック凹部４５の直径寸法と、チャック凹部４５の内周面の高さとの比は３５対１に設定した。

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、空気流がチャック凹部４５の内周壁に沿って旋回するのを極力防ぎながら、チャック凹部４５の中央部側の圧力を負圧にすることができる。この負圧作用によって移載対象の基板Ｗを吸引保持できる。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が形成してある。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することができる。逃げ穴４９の周囲壁のうち、チャックベース２６の減肉開口３５に臨む４個所には、空気通路４３を通すための通口５０が丸穴状に形成してある。なお、チャック部の垂直投影面においては、ジョイント体８ｍの穴２４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２４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く、ハンド部５が水平方向へ移動するとき、ベルヌーイチャック９と相対移動するおそれがある。このような基板Ｗの滑り移動を規制して基板Ｗを確実に移載するために、チャックベース２６の各辺部に６個の規制ピン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に向かって上下の辺部の左右２個所と、左右の辺部の上下中央部との、合計６個所に規制ピン１０を配置し、これらのピン１０をボルト５４でチャックベース２６のピン締結座３３の下面に締結固定している。左半側の３個の規制ピン１０と、右半側の３個の規制ピン１０とは、線対称の位置関係にある。

図１に示すように、規制ピン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、基板Ｗの滑り移動を規制する規制軸部５３とを備えており、全体を耐久性に優れたプラスチック材で形成して軽量化している。この実施例では、ベルヌーイチャック９で吸引保持された基板Ｗの上面周縁を、テーパー状の導入軸部５２で受け止めるようにして、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の上下中途部と交差する水平面上に位置するように、規制ピン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。

基板Ｗが太陽電池シリコンウェーハーである場合の、規制ピン１０を形成するプラスチック材としては、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、寸法精度に優れた規制ピン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の駆動状態は、エンコーダー６３を介して制御部６４へフィードバックされる。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。基板Ｗが所定のピックアップ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の傾斜姿勢に適合させる。この状態のベルヌーイチャック９を、規制ピン１０の下端が第１コンベア６０の上面に接触せず、しかも基板Ｗを吸着可能な所定高さまで下降させることにより、コンベア上にあった基板Ｗをベルヌーイチャック９で吸引保持し、同時に規制ピン１０で位置規制する。

吸引保持した基板Ｗをトレー６２側へ移送する間に、旋回軸７を先の旋回方向とは逆向きに角度θだけ旋回駆動して、ベルヌーイチャック９の姿勢を、トレー６２を基準とする移載姿勢に戻す。ハンド部５およびベルヌーイチャック９をトレー６２の所定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。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、ハンド部５が移動している間に、第１コンベア６０および第２コンベア６１がモーターＭで駆動され、目標位置が変わった場合でも、制御部６４はエンコーダー６３から位置情報を逐次取り込んでいるので、変更位置をリアルタイムで計算して目標位置を修正する。したがって、基板Ｗを取り損ねたり、トレー６２に置き損ねることはない。

コンベア上の基板Ｗをベルヌーイチャック９で吸引保持する際には、ハンド部５およびベルヌーイチャック９の基板Ｗに対する位置精度が問題になる。位置精度が不十分であると、規制ピン１０が基板Ｗの上面に当接して基板Ｗを傷つけるのはもちろん、基板Ｗを吸引保持することが不可能となる。半面、位置精度が高いほど基板Ｗを的確に吸引できるものの、位置精度の確保のために、ハンド部５の移動速度を落としたり、慣性力に起因する機構の振動が収まるまで停止したりすると、ハンド部５およびベルヌーイチャック９の位置決めに時間が掛かり、移載作業を効率よく行なえなくなる。本発明の実施例では、規制ピン１０の下端に下すぼまりテーパー状の導入軸部５２を設けることで、ハンド部５およびベルヌーイチャック９の基板Ｗに対する位置精度を緩やかなものとして、基板Ｗの移載作業をより迅速に行なえるようにした。

詳しくは、規制ピン１０の下端にテーパー状の導入軸部５２を設けると、コンベアの上面に当接する規制ピン１０の下端位置と、ベルヌーイチャック９で適正に吸引保持された基板Ｗの周縁位置とに、図１に符号Ｇで示す余裕寸法を持つことができる。そのため、位置決めした状態の規制ピン１０と、吸引前の基板Ｗとの間に僅かなずれがあったとしても、ずれ寸法が先の余裕寸法Ｇの範囲内にある限り、規制ピン１０の下端が基板Ｗに当接することはない。したがって、パラレルメカニズムがハンド部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（ＸＹ座標）に関して、先の余裕寸法Ｇを限界とするばらつきを見込むことができ、その分だけ位置精度を緩やかにできる。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えるので、パラレルメカニズムの特性を生かしてより高速度で作動させ、基板Ｗの移載能率を向上できる。

規制ピン１０と基板Ｗとに僅かなずれがある状態において、ベルヌーイチャック９で基板Ｗを吸着すると、ベルヌーイチャック９の中心に対して偏寄している側の基板Ｗの周縁が、他に先行して導入軸部５２に当接する。さらに、基板Ｗがベルヌーイチャック９の吸着面へ接近するのに伴なって、基板Ｗの周縁をテーパー状の導入軸部５２で先の偏寄方向とは逆向きに案内して、基板Ｗとベルヌーイチャック９とのずれを修復することができる。そのため、基板Ｗを常に偏りのない姿勢に矯正した状態で吸引保持できる。さらに、移送時に周縁に作用する空気抵抗の違いで基板Ｗが揺れ動くのを解消できる。また、各規制ピン１０で自動的に調心した状態の基板Ｗを移載するので、基板Ｗをトレー６２に対して高い位置精度で移載でき、整然とした移載結果が得られる。因みに、基板Ｗの周縁と規制軸部５３との接触状態は点接触となる。

図１０は規制ピン１０の別の実施例を示す。そこでは軸部５１の下側に、軸部５１より小径の丸軸状の規制軸部５３を設け、規制軸部５３の下側に下すぼまりテーパー状の導入軸部５２を設けて、規制ピン１０の全体を銃弾状に形成した。軽量化のために、軸部５１の下半部は下すぼまりテーパー状に形成した。このように規制軸部５３で基板Ｗを位置決めすると、基板Ｗがたわんだり振動したりする場合に、基板外周部が規制軸部５３に擦れる可能性がある。しかし、基板Ｗがたわんだり振動する現象が殆どないか、基板Ｗが擦れることが問題にならない場合には、丸軸状の規制軸部５３で基板Ｗを位置決めすることにより、先に説明した実施例に比べて基板Ｗの水平方向の移動を確実に抑えられる利点がある。この実施例におけるベルヌーイチャック９の吸着面は、規制軸部５３の下半部周面と交差する水平面上に位置させてある。また、余裕寸法Ｇは、導入軸部５２のテーパー面の水平成分に相当する。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、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、１個のチャックユニットを基板Ｗの吸着要素と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、チャックユニットを利用して規制ピン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は一体に形成することができる。規制ピン１０の配置個数および配置形態は、基板Ｗの大きさや形状に応じて変更することができる。また、上記の実施例では規制ピン１０の配置個数を６個としたが、その必要はなく、少なくとも４個の規制ピン１０で基板Ｗの四辺部分を受止めることができれば足りる。また、規制ピン１０の総数は４個以上であれば適宜増やすことができる。

５パラレルメカニズムのハンド部
７旋回軸
９ベルヌーイチャック
１０規制ピン
２６チャックベース
２７チャックユニット
２８遮蔽板
４５チャック凹部
４６平坦面
５２導入軸部
５３規制軸部

Claims

パラレルメカニズムのハンド部に、基板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の周囲を囲む状態で配置される複数個の規制ピンとを備える移載装置であって、
丸軸状に形成した前記規制ピンの下端に、下すぼまりテーパー状の導入軸部が設けられており、
前記導入軸部を含む前記規制ピンの上下方向中途部に、前記基板の周縁を受け止めて水平面上の滑り移動を規制する規制軸部が設けられていることを特徴とする基板移載装置。
前記ベルヌーイチャックの吸着面が、前記導入軸部の中心軸と直交する平面上に位置されており、前記導入軸部が前記規制軸部を兼ねている請求項１に記載の基板移載装置。
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平板状のチャックベースと、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、
前記規制ピンが、前記チャックベースの周縁複数個所に固定してある請求項１または２に記載の基板移載装置。
前記ハンド部の中央に軸支した旋回軸の下面にジョイント体が固定されており、
前記チャックベースが、前記ジョイント体の下面に固定されており、
前記ジョイント体と、前記チャックベースと、前記チャックユニットと、前記規制ピンのそれぞれが、プラスチック材で形成されている請求項１、２または３に記載の基板移載装置。
前記チャックベースが、前記チャックユニットが締結されるチャック締結座と、前記規制ピンを締結するためのピン締結座と、前記ジョイント体を締結するためのジョイント締結座を備えており、
前記チャック締結座、前記ピン締結座、および前記ジョイント締結座の周囲に、減肉空間の一群が形成されている請求項３または４に記載の基板移載装置。
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されており、
前記減肉空間に臨む前記遮蔽板の板面に、空気通路用の通口が形成されている、請求項３から５のいずれかに記載の基板移載装置。
前記チャックユニットが、前記チャックベースの下面に固定される上チャック体と、前記上チャック体の下面に固定される下チャック体とで構成され、前記両チャック体の間に空気チャンバーが形成されており、
前記下チャック体の下面には、下向きに開口するチャック凹部と、前記チャック凹部の開口周縁に連続する平坦面とが形成されており、
前記チャック凹部の周縁隅部に沿って、前記空気チャンバーと前記チャック凹部とを連通する複数個のノズル穴が形成されており、
前記ノズル穴から吹き出される空気流の中心軸が、前記チャック凹部の開口縁の下方へ向かって指向されている請求項３から６のいずれかに記載の基板移載装置。
前記規制ピンがプラスチック材に切削加工を施して形成されている請求項４から７のいずれかに記載の基板移載装置。