JP5577817B2 - 基板載置用パッド機構 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の基板を着脱自在に搬送するロボットハンドに使用する基板載置用パッドおよびそれを用いたパッド機構に関する。

平面パネル表示装置や半導体装置の製造工程において、ガラス基板やシリコンウェハー等の平板状の基板を工程間で移送するために、基板を水平に載置するための櫛歯状のフォークを有するロボットハンドが多用されている。大型基板を高速で処理するための製造ラインが必要とされるにつれて、ロボットハンドのフォークの基板載置側に基板を着脱自在にかつ安定に受けて固定するための基板載置用パッドおよびそれを用いたパッド機構が重要になってきている。

基板載置用パッドおよびそれを用いたパッド機構に関して、図２に示す真空吸着式の場合について説明する。ロボットハンド１０のフォーク１１上の基板着脱面に真空吸着式のパッド１２を一定の間隔で配置して真空配管（図示せず）に繋げたパッド機構により、各パッドの開口部から吸引することによって、ガラス基板２０等の平板を安定に載置した状態を作り、ロボットハンド１０の動きにより、基板の搬送を自由に行うことができる（特許文献１参照）。真空吸着式の場合、基板２０の載置方向（図では上下方向）に真空吸着式のパッド１２を取り付けており、各パッドの開口部からの真空吸引がガラス基板を吸い付けた状態を短時間で実現しかつそれを維持するために、真空発生のためのポンプを常に稼動させておく必要があり、エネルギーコストの増大に繋がる。

また、上記真空吸着式のパッドを用いる方式において、パッド１２の一部と基板２０との密閉性が損なわれてエア漏れを引き起こすと、使用中の全てのパッドの吸着力に影響が及び、基板の保持力が低下して、搬送中の基板の位置ずれや落下が発生する恐れが生じる。前記エア漏れは、パッドの継続的な使用により、パッドの基板との接触面が磨耗して形状が変化することによっても発生する。

一方、エネルギー使用を減らすとともに、真空吸着の作動と解除に要する時間を必要としない非吸着式のパッド１３を使用する場合の例を、図３により説明する。Ｏリングの一部のように弾力性のある円柱状のゴム等の部材をパッド１３として、フォーク１１の側面に沿って一定の間隔で、基板２０の載置方向（図では上下方向）に垂直に配置することによって、クッション性と基板２０の滑り止めを兼ねたパッド機構１４を実現している（特許文献２参照）。

特開平８−２３６５９７号公報 特開２００３−１６８７１７号公報

前記非吸着式のパッドでは、比較的簡便な機構で基板載置用のパッドを提供できるものの、パッドと基板との吸着力は真空吸着式のパッドを用いる場合に較べて低下するので、基板を保持する力は弱まる。このため、ロボットハンドの限界性能付近の動作では、急加速や急減速により搬送中の基板の位置ずれや落下が発生しやすい。

また、前記急加速や急減速によるパッドの表面磨耗による劣化も進みやすく、パッドの交換による費用と労力も多大となる。大型基板の載置に使用する場合には、特に重量負荷と広い領域の中での多数個のパッド配置により、交換の頻度と数量が多くなる。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、基板の保持力を高めると共に、耐久性が高く長寿命の新しい基板載置用パッドを提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、平板状の基板を移動するために載置する基板載置用パッドにおいて、弾力性のある外郭層の内部に閉じた空間を有する基板載置用パッドの基板載置しない側に突起部を設け、該突起部を嵌め込む形状に嵌め込み部を形成したパッドホルダを用いてパッドを固定し、パッドホルダをロボットハンドのフォークに取り付け可能とするとともに、パッドの突起部とパッドホルダの嵌め込み部とが、パッドの着脱時に摩擦抵抗を有し、パッドホルダのフォークへの取り付け方向が基板載置方向に垂直な方向であり、基板と接しないパッド側面の一部がパッドホルダの側面の一部とともに、フォーク側面に接して取り付け可能としたことを特徴とするパッド機構である。

また、請求項２に記載の発明は、前記パッド機構のパッドが、基板に接する側の面が外側に凸な曲面を有し、平坦な基板が載置された際に、基板の荷重により基板との接触面積が増加することを特徴とする請求項１に記載の基板載置用パッド機構である。

また、請求項３に記載の発明は、前記パッド機構のパッドが、外郭層の素材が自己粘着性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板載置用パッド機構である。

また、請求項４に記載の発明は、前記パッド機構のパッドが、外郭層の表面に微細な凹凸形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板載置用パッド機構である。

また、請求項５に記載の発明は、前記パッド機構のパッドが、外郭層の素材の表面から溶出物を生じないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板載置用パッド機構である。

また、請求項６に記載の発明は、前記パッド機構のパッドが、外郭層の厚さと閉じた空間の形状およびパッドの全体サイズを、載置される基板または使用されるロボットハンドのフォーク形状に応じて変更したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板載置用パッド機構ある。

また、請求項７に記載の発明は、フォーク側面に接して取り付け可能としたパッド側面の反対面に接するパッドホルダの基板載置側稜線を面取りしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパッド機構である。

また、請求項８に記載の発明は、パッド内の閉じた空間とロボットハンドとの間に導管を通すことにより、パッド内の閉じた空間内を加圧または減圧できるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のパッド機構である。

本発明の基板載置用パッドは、弾力性のある外郭層の内部に閉じた空間を有するので、外力による変形が容易となる。従って、基板載置用パッドの上にガラス基板等の基板を置いた場合に、前記閉じた空間とともに外郭層が基板の荷重により潰れて、外郭層表面と基板との接触面積が増え、密着力と静止摩擦力が増加するので、パッドによる基板の保持力を高めることができる。また、基板載置時の微小なずれが少なくなることにより、耐久性が高く長寿命の基板載置用パッドを提供できる。しかも、弾力性のある外郭層は基板裏面を傷つける恐れも少ない。その結果、特に重量負荷と広い領域の中での多数個のパッド配置という状況をもたらす大型基板の載置に使用する場合にも、パッドの交換頻度と交換数量を多くすることなく、生産性の高い状態での使用ができる。

また、請求項２または３によれば、パッドによる基板の保持力をさらに高めることができる。さらに請求項２によれば、基板の載置を解除する際に、パッド外郭層表面と基板裏面との接触面積が特に大きく減少するので、基板を剥がし易くすることもできる。

また、請求項４によれば、基板の載置を解除する際に、パッド表面と基板面との過剰な密着力による貼り付き現象を抑制することが可能となり、パッドの適正な密着力を制御することができる。

また、請求項５によれば、外郭層の素材からの溶出物により、パッド使用中にパッドと接触する基板裏面を汚染することを防止できる。

また、請求項６によれば、載置される基板の種類や大きさとロボットハンドのフォーク形状に応じて、基板の撓みを考慮したパッド接触面への力の負荷を均等化するように設計することができ、パッドによる基板の保持力を適正に保つことができる。

また、基板載置用パッドをパッドホルダに嵌め込み、パッドホルダをフォークに取り付けるタイプのパッド機構を使用することによって、従来のようにＯリングの一部を挟み込むタイプのパッド固定部品より簡単でコンパクトなパッドホルダを用いて、容易にかつ短時間に確実なパッド交換ができる。

また、請求項７によれば、パッド側面のフォーク側面とは反対面に接するパッドホルダの基板載置側稜線を面取りすることによって、基板載置用パッドの基板に接する側の可動域が拡がり、基板の微小な揺れを伴う動きにパッドが追従し易くなるので、搬送中の基板の位置ずれや落下を防ぐことはもちろん、パッドの表面磨耗による劣化もさらに抑制できる。

また、請求項８によれば、パッド内の閉じた空間を一時的に加圧または減圧する手段を有することによって、基板載置用パッドの基板に接する面の形状を強制的に変化させることができ、基板の着脱をより容易に行うことができるだけでなく、基板載置状態の密着力の微修正を行うことも可能とする。

本発明の基板載置用パッドの例を示す断面模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 従来の真空吸着式のパッドを使用する例を示す外観図である。 従来の非吸着式のパッドを使用する例を示す外観図である。 本発明の基板載置用パッドとそれを固定するためのパッドホルダとの関係を示す断面模式図である。 本発明のパッド機構に用いるパッドホルダの例を示す断面模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明のパッド機構の取り付け状態の例を示す断面模式図である。 本発明のパッド機構の使用形態の一例を示す断面模式図である。 本発明のパッド機構の使用形態の他の例を示す断面模式図である。 本発明のパッド機構の使用形態の第三の例を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。

図１は、本発明の基板載置用パッドの例を示す断面模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。基板載置用パッド１は、弾力性のある外郭層２が外側を被い、基板に接する側の面４に近い（図の上部）内部に閉じた空間３を有する。特に、基板に接する側の面４は、外側に凸な曲面を有した方が、平坦な基板が載置された際に、基板の荷重により基板との接触面積が著しく増加するので、パッドと基板との密着力と静止摩擦力が増加し、パッドによる基板の保持力を高めることができる。また、基板の載置を解除する際に、初期状態の外側に凸な曲面を有した形状に戻ることにより、パッド外郭層表面と基板裏面との接触面積が特に大きく減少するので、基板を剥がし易くすることもできる。

前記基板載置用パッドの基板に接する側の面４から遠い基板載置しない側には、突起部５を設け、後述のパッドホルダの嵌め込み部に嵌め込み固定される。

内部に閉じた空間３を有する弾力性のある外郭層２は、ゴムや弾力性の高い樹脂を用いて外郭層のみを形成後に、外部から内部に空気や窒素を注入してから注入口を封止したり、発泡性の材料を閉じ込めた外郭層を形成後に発泡させて作ることができる。また、閉じた空間を埋める物質は、気体を使う方が効果は大きいが、気体に限定される訳ではなく、圧力による膨張または圧縮のされ易さが外郭層の材質より大きい物質であれば、液体も可能である。

外郭層２の材質としては、Ｏリングに多用されているニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等が利用できる。外郭層２の表面が自己粘着性を有する方がパッドと基板との密着力と静止摩擦力が増加し、パッドによる基板の保持力を高めることができるので、外郭層の素材としては、他にウレタン系樹脂材等も使用できる。但し、外郭層の素材に添加する各種の添加物によっては、形成後に長時間にわたって溶出物が表面から滲出し、載置する基板の裏面を汚染することになり、処理基板の工程にトラブルを引き起こすので、形成後の外郭層の表面から溶出物を生じない素材を選択した方が良い。

また、外郭層２の表面、とりわけ基板に接する側の面４に微細な凹凸形状を形成することができる。上述の密着力を高めるための方策が行き過ぎると、基板の貼り付きにより載置を解除することが困難になることもあるため、上記の微細な凹凸形状の形成が有効になり得る。即ち、基板の載置を解除する際に、パッド表面と基板面との過剰な密着力による貼り付き現象を抑制することが可能となり、パッドの適正な密着力を制御することができる。外郭層の表面に微細な凹凸形状を形成するための方法としては、外郭層の初期形成時に型により一括形成しても良いし、パッドの外形が出来上がってから機械的または化学的な処理により微細な凹凸形状を追加形成しても良い。

基板載置用パッド１は、後述のパッドホルダの嵌め込み部に嵌め込み固定されて、ロボットハンドのフォークに複数個取り付けられて、各パッドの基板に接する側の面４の全体で基板を載置することになる。載置される基板は、その種類や大きさ、形状が様々である。例えば大型のガラス基板の場合、載置するパッドの位置に対応してガラス基板自体の荷重によるうねり状の撓みが発生する。パッドの外郭層２の厚さと閉じた空間３の形状およびパッド１の全体サイズを、載置される基板の種類や大きさとロボットハンドのフォーク形状に応じて、基板の撓みを考慮してパッド接触面への力の負荷を均等化するように設計することができる。その結果、パッドによる基板の保持力を適正に保つことができる。

図４は、本発明の基板載置用パッドとそれを固定するためのパッドホルダとの関係を示す断面模式図である。基板載置しない側に突起部５を有する基板載置用パッド１を固定するためのパッドホルダ６として、前記突起部５を嵌め込む形状に形成された嵌め込み部７が設けられる。突起部５の厚さをＤ１とすると、嵌め込み部７の開口高さＤ２より小さくしない関係が望ましい。Ｄ１がＤ２より小さく、パッド１の着脱時に突起部５が嵌め込み部７に殆ど摩擦を生じることなく納まる状態では、パッド１が抜けやすく、固定状態として不安定になる。Ｄ１がＤ２と等しいか、弾力性のある突起部材料を使えば、Ｄ１をＤ２より大きく形成しておく方が好ましい。

図５は、本発明のパッド機構に用いるパッドホルダの例を示す断面模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。パッドホルダ６は、金属や硬質樹脂等の硬い材料で形成し、前記嵌め込み部７と、フォーク１１の側面に取り付けるための留め具用穴８を有する。留め具用穴８は、パッドホルダ６の大きさや重さにより、形状や数を適宜設けることができる。

図６は、本発明のパッド機構の取り付け状態の例を示す断面模式図である。基板載置用パッド１の突起部５をパッドホルダ６の嵌め込み部７に嵌め込んでパッドを固定した状態で、パッドホルダ６をロボットハンドのフォーク１１に取り付け可能とした。前記留め具用穴８に留め具１６を通して、予め留め具を受ける穴またはネジ穴（図示せず）を設けたフォーク側面１５に取り付けることができる。

パッドホルダ６のフォーク１１への取り付け方向は、基板載置方向に垂直に、フォーク側面１５に押し付けて接する方向であり、基板と接しないパッド側面の一部がパッドホルダの側面の一部とともに、フォーク側面１５に接して取り付けられる。

また、フォーク側面に接して取り付け可能としたパッド側面の反対面に接するパッドホルダの基板載置側稜線を、図４または図５に示した面取り部９のように予め面取りしておくことにより、基板載置用パッドを組み込んだ本発明のパッド機構の使用状態での基板に接する側の可動域が拡がり、基板の微小な揺れを伴う動きにパッドが追従し易くなるので、搬送中の基板の位置ずれや落下を防ぐことはもちろん、パッドの表面磨耗による劣化もさらに抑制できる。

図７は、本発明のパッド機構の使用形態の一例を示す断面模式図である。基板２０を本発明のパッド機構に載置した場合、基板２０の荷重により、パッド内部の閉じた空間３の上部が潰されて変形するとともに、基板載置用パッドの基板に接する側の面４が偏平になる。基板に接する側の面４の基板との接触面積が増大して、パッドと基板との密着力と静止摩擦力が増加し、パッドによる基板の保持力を高めることができる。また、この状態で、基板裏面のパッドの基板に接する側の面４が支える部分以外の領域で、下から突き上げる力を働かせると、前述の適正な密着力を上回る引き剥がし力により、貼り付き現象を生じることなく、基板の載置を解除できる。

図８は、本発明のパッド機構の使用形態の他の例を示す断面模式図である。本例では、パッド内の閉じた空間３とロボットハンドの一部であるフォーク１１との間に導管１７を通し、バルブ１８を開くことにより、導管の延長上に接続した加圧機構（図示せず）からの加圧流体を矢印の方向に導き、パッド内の閉じた空間３を膨らますことができ、その結果、パッドの基板に接する側の面４を上に凸な状態に盛り上げることができる。上記の機
構は、前記閉じた空間を有する基板載置用パッドの特殊な使い方の例であって、バルブ１８を閉めた状態を維持すれば、図７で説明した上述の使用形態と同様の使い方も可能である。

図９は、本発明のパッド機構の使用形態の第三の例を示す断面模式図である。本例では、パッド内の閉じた空間３とロボットハンドの一部であるフォーク１１との間に導管１７を通し、バルブ１８を開くことにより、導管の延長上に接続した減圧機構（図示せず）へ、閉じた空間３内部の流体を矢印の方向に導き、パッドの外気圧より低い内圧状態を作ることができるので、パッド内の閉じた空間３を凹ますことができ、その結果、パッドの基板に接する側の面４を上に凹な状態に凹ますことができる。基板で密閉されるパッドの凹み部分を減圧領域にできれば、基板との密着力を高めることも可能である。上記の機構は、前記閉じた空間を有する基板載置用パッドの特殊な使い方の例であって、バルブ１８を閉めた状態を維持すれば、図７で説明した上述の使用形態と同様の使い方も可能である。

上記図８または図９に示すように、パッド内の閉じた空間３内を一時的に加圧または減圧できるようにすることで、基板２０の荷重とは別に、基板載置用パッドの基板に接する側の面４の形状を強制的に制御することができる。その結果、基板の着脱をより容易に行うことができるだけでなく、基板載置状態の密着力の微修正を行うことも可能とする。

上記図８または図９に示す機構を実施するためには、導管１７とバルブ１８を含めた構造をロボットハンド本体１０およびフォーク１１の所定の場所に設けておく必要があり、基板載置用パッドの所定の位置にも、前記導管と繋げることの可能な経路を予め設けておく。図では、便宜的にバルブ１８を各導管のパッドに近いところに設けているが、各パッドの導管を束ねたロボットハンド本体の下部で一括制御することもできる。

また、上記加圧または減圧の手段として、圧力調整されたガスボンベや、加減圧可能なポンプを使っても良いが、特に限定されない。

１・・・基板載置用パッド
２・・・外郭層
３・・・閉じた空間
４・・・基板に接する側の面
５・・・突起部
６・・・パッドホルダ
７・・・嵌め込み部
８・・・留め具用穴
９・・・面取り部
１０・・・ロボットハンド本体
１１・・・フォーク
１２・・・真空吸着式のパッド
１３・・・非吸着式のパッド
１４・・・パッド機構
１５・・・フォーク側面
１６・・・留め具
１７・・・導管
１８・・・バルブ
２０・・・ガラス基板
２１・・・フォーク側面に接して取り付け可能なパッド側面
２２・・・フォーク側面に接して取り付け可能なパッド側面の反対面

Claims (8)

1. 平板状の基板を移動するために載置する基板載置用パッドにおいて、弾力性のある外郭層の内部に閉じた空間を有する基板載置用パッドの基板載置しない側に突起部を設け、該突起部を嵌め込む形状に嵌め込み部を形成したパッドホルダを用いてパッドを固定し、パッドホルダをロボットハンドのフォークに取り付け可能とするとともに、パッドの突起部とパッドホルダの嵌め込み部とが、パッドの着脱時に摩擦抵抗を有し、パッドホルダのフォークへの取り付け方向が基板載置方向に垂直な方向であり、基板と接しないパッド側面の一部がパッドホルダの側面の一部とともに、フォーク側面に接して取り付け可能としたことを特徴とするパッド機構。
2. 前記パッド機構のパッドが、基板に接する側の面が外側に凸な曲面を有し、平坦な基板が載置された際に、基板の荷重により基板との接触面積が増加することを特徴とする請求項１に記載の基板載置用パッド機構。
3. 前記パッド機構のパッドが、外郭層の素材が自己粘着性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の基板載置用パッド機構。
4. 前記パッド機構のパッドが、外郭層の表面に微細な凹凸形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板載置用パッド機構。
5. 前記パッド機構のパッドが、外郭層の素材の表面から溶出物を生じないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板載置用パッド機構。
6. 前記パッド機構のパッドが、外郭層の厚さと閉じた空間の形状およびパッドの全体サイズを、載置される基板または使用されるロボットハンドのフォーク形状に応じて変更したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板載置用パッド機構。
7. フォーク側面に接して取り付け可能としたパッド側面の反対面に接するパッドホルダの基板載置側稜線を面取りしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパッド機構。
8. パッド内の閉じた空間とロボットハンドとの間に導管を通すことにより、パッド内の閉じた空間内を加圧または減圧できるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のパッド機構。