JP5903282B2 - Robot hand with electrostatic chuck - Google Patents
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Description
本発明は、搬送ロボットのロボットアームに連結される基端部と、この基端部から先方にのびるフィンガー部と、静電チャック用の電極とを備え、薄板状の被搬送物を吸着保持する静電チャック付きロボットハンドに関する。 The present invention includes a base end connected to a robot arm of a transfer robot, a finger extending forward from the base end, and an electrode for an electrostatic chuck, and holds a thin plate-like object by suction. The present invention relates to a robot hand with an electrostatic chuck.
上記種のロボットハンドは、例えば特許文献1で知られている。このものでは、ロボットハンドが、搬送ロボットのロボットアームに連結される基端部と、この基端部から先方にのびる平面視矩形のフィンガー部とを備え、その内部に正負の電極が埋設されている(所謂双極型)。そして、例えばロボットハンドの薄板状の被搬送物の吸着面を誘電体(絶縁層)で覆い、両電極間にチャック電源により直流電圧を印加することで発生する静電気力で、基板やウエハなどの薄板状の被搬送物を吸着保持する。 Such a robot hand is known from, for example, Patent Document 1. In this device, the robot hand has a base end portion connected to the robot arm of the transfer robot and a finger portion having a rectangular shape in plan view extending from the base end portion, and positive and negative electrodes are embedded therein. (So-called bipolar type). For example, the adsorption surface of a thin plate-like object to be transported of a robot hand is covered with a dielectric (insulating layer), and the electrostatic force generated by applying a DC voltage between both electrodes by a chuck power supply causes the substrate, wafer, etc. A thin plate-like object to be conveyed is held by suction.
ところで、半導体製造工程においては、生産性の更なる向上等のため、被搬送物たるウエハを大径かつ薄肉のものとする傾向がある。このようなウエハは、その自重や各種処理(成膜処理による薄膜の応力等)によって、様々な方向に反りが生じている場合がある。このように反りのあるウエハを上記構成のロボットハンドの平坦な上面に載置すると、当該上面とウエハとの接点以外には空隙ができることとなる。 By the way, in the semiconductor manufacturing process, there is a tendency that a wafer which is an object to be transferred has a large diameter and a thin wall in order to further improve productivity. Such a wafer may be warped in various directions due to its own weight or various processes (such as a stress of a thin film by a film forming process). When the warped wafer is placed on the flat upper surface of the robot hand having the above-described configuration, a gap is formed in addition to the contact point between the upper surface and the wafer.
ここで、正負の電極に印加する電圧は、反りのない形状のウエハにて最適な値に設定することが一般である。このため、上記状態でウエハを吸着すると、吸着力が電極とウエハとの間隔が長くなるのに従い小さくなることから、電極の位置によっては、ウエハまでの間隔が長くなって十分な吸着力が得られない場合がある。その結果、ロボットアームの動作時、ロボットハンドで吸着されたウエハが位置ずれを起こしたり、脱離するといった搬送不良が発生する。 Here, the voltage applied to the positive and negative electrodes is generally set to an optimum value for a wafer having a shape without warping. For this reason, if the wafer is attracted in the above state, the attracting force decreases as the distance between the electrode and the wafer becomes longer. Therefore, depending on the position of the electrode, the distance to the wafer becomes longer and sufficient attracting force is obtained. It may not be possible. As a result, when the robot arm is operated, a conveyance failure occurs such that the wafer sucked by the robot hand is displaced or detached.
このような場合、印加電圧を上げて吸着力を大きくすることが考えられる。然し、誘電体の耐電圧を考慮すると、高電圧が印加できない場合があり、また、高電圧を印加した場合、ウエハの受渡し位置で両電極への電圧印加を停止した後に多くの電荷が残留することとなり、その残留する電荷の影響でウエハの脱離に長時間を要したり、ウエハを脱離させる他の機構等が別途必要となったりする。 In such a case, it is conceivable to increase the attractive force by increasing the applied voltage. However, considering the dielectric strength of the dielectric, a high voltage may not be applied, and when a high voltage is applied, a large amount of charge remains after the voltage application to both electrodes is stopped at the wafer transfer position. Therefore, due to the residual electric charge, it takes a long time to detach the wafer, or another mechanism for detaching the wafer is required separately.
本発明は、以上の点に鑑み、高電圧を印加することなく、反りのある被搬送物を確実に吸着することができるようにした静電チャック付きロボットハンドを提供することをその課題とするものである。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a robot hand with an electrostatic chuck capable of reliably attracting a warped conveyed object without applying a high voltage. Is.
上記課題を解決するために、本発明は、搬送ロボットのロボットアームに連結される基端部と、この基端部から先方にのびるフィンガー部と、静電チャック用の電極とを備え、表面で薄板状の被搬送物を吸着保持する静電チャック付きロボットハンドであって、 ロボットハンドから被搬送物に向かう方向を上、被搬送物からロボットハンドに向かう方向を下とし、ロボットハンドの上面に、被搬送物の内径より小さい同一円周上に沿ってのびる突条が設けられ、突条がロボットハンドの上面から起立する側壁を有し、突条の上面との角部を断面円弧状のアール面としたものにおいて、静電チャック用の電極が突条表面に形成され、この電極を覆うように誘電体が形成されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention comprises a base end connected to a robot arm of a transfer robot, a finger extending forward from the base end, and an electrode for an electrostatic chuck. the thin plate-like objects to be conveyed to an electrostatic chuck with a robot hand for holding suction, on the direction from the robot hand to the conveyed object, the direction from the conveyed object on the robot hand and lower, the upper surface of the robot hand A protrusion extending along the same circumference that is smaller than the inner diameter of the conveyed object, the protrusion has a side wall standing up from the upper surface of the robot hand, and the corner of the protrusion with the upper surface has an arcuate cross section In the rounded surface , an electrostatic chuck electrode is formed on the surface of the protrusion, and a dielectric is formed so as to cover the electrode .
本発明によれば、ロボットハンドに突条を設けると共にその側壁と上面との角部を断面円弧状のアール面とし、突条の径方向内外に周方向にのびるアール面が存する構成としたため、例えば薄板状の被搬送物にその周囲が上方に持ち上がるように凹状の反りが発生している場合、当該被搬送物をロボットハンドに載置すると、突条に形成した内側のアール面で被搬送物が受けられて線接触するようになる。他方で、被搬送物にその周囲が下方に垂れ下がる凸状の反りが発生している場合、当該被搬送物をロボットハンドに載置すると、突条に形成した外側のアール面で被搬送物が受けられて線接触するようになる。そして、被搬送物と接触している突条直下の位置に電極が存することで、電極と被搬送物との間の間隔が略一定になり、電極に印加する電圧を然程高くすることなく、反りのある被搬送物をその反りの方向に関係なく、確実に吸着することができる。つまり、電極に印加する単位電圧当たりの被搬送物の吸着力を大きくすることができる。結果として、ロボットアームの動作時にウエハが位置ずれを起こしたり、脱離したりすることが防止され、搬送ロボットの高速動作が可能になる。このような場合、アール形状の曲率半径が大きくなるのに従い、ウエハとの線接触箇所近傍で、電極とウエハとの距離が近くなるため、電極に印加する電圧が少なくて済む。つまり、単位電圧当たりの吸着力を増加させることができる。 According to the present invention, the robot hand is provided with a ridge, and the corner portion between the side wall and the upper surface thereof is a rounded arc-shaped curved surface, and there is a curved surface extending in the circumferential direction inside and outside the radial direction of the ridge. For example, when a concave warpage occurs so that the periphery of a thin plate-like object is lifted upward, when the object is placed on a robot hand, the object is conveyed on the inner round surface formed on the ridge. Objects are received and come into line contact. On the other hand, when the object to be transported has a convex warp in which the periphery hangs downward, when the object to be transported is placed on the robot hand, the object to be transported is placed on the outer round surface formed on the ridge. It is received and comes in line contact. And since an electrode exists in the position just under the protrusion which is contacting the to-be-conveyed object, the space | interval between an electrode and a to-be-conveyed object becomes substantially constant, and without raising the voltage applied to an electrode so much Therefore, it is possible to reliably adsorb the object to be transported with the warp regardless of the direction of the warp. That is, the attracting force of the conveyed object per unit voltage applied to the electrode can be increased. As a result, the wafer is prevented from being displaced or detached during the operation of the robot arm, and the transfer robot can be operated at high speed. In such a case, as the radius of curvature of the round shape increases, the distance between the electrode and the wafer is reduced near the line contact point with the wafer, so that the voltage applied to the electrode can be reduced. That is, the attractive force per unit voltage can be increased.
なお、本発明においては、突条を被搬送物の半径より径方向外側寄りに設置することが好ましい。これによれば、ウエハと接触している部分の周長を確実に長くすることができ、両者の接触面積が大きくなって、より確実に被搬送物を吸着することができる。 In the present invention, it is preferable to install the protrusions on the outer side in the radial direction from the radius of the conveyed object. According to this, the circumferential length of the portion in contact with the wafer can be reliably increased, the contact area between the both can be increased, and the object to be transported can be more reliably adsorbed.
また、本発明において、前記突条の上面のうちアール面を除く部分を平坦面とすることが好ましい。これによれば、例えば被搬送物が反りのないものであるような場合には、当該平坦部で被搬送物が線接触し、高電圧を印加することなく、反りのない被搬送物を確実に吸着できる。 Moreover, in this invention, it is preferable to make the part except the round surface of the upper surface of the said protrusion into a flat surface. According to this, for example, when the object to be conveyed has no warp, the object to be conveyed is in line contact with the flat portion, and the object to be conveyed without warping is surely applied without applying a high voltage. Can be adsorbed.
以下、図面を参照して、薄板状の被搬送物をφ300mmのシリコンウエハ(以下、「ウエハW」という)とし、このウエハWの搬送に用いる場合を例に本発明の実施形態のロボットハンドを説明する。 In the following, referring to the drawings, a thin plate-like object to be transferred is a φ300 mm silicon wafer (hereinafter referred to as “wafer W”), and the robot hand according to the embodiment of the present invention is used as an example for transferring the wafer W. explain.
図1を参照して、1は、本実施形態のロボットハンドを備えた搬送ロボットを示している。この搬送ロボット1は、昇降及び旋回自在なロボット本体2と、ロボット本体2上に設けた屈伸自在なロボットアーム3とを備え、ロボットアーム3の先端部にロボットハンド4が連結されている。
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a transfer robot provided with a robot hand according to the present embodiment. The transfer robot 1 includes a robot
図2〜図4も参照して、ロボットハンド4は、ロボットアーム3に連結される基端部41と、この基端部41から二股状に分岐して先方にのびる一対のフィンガー部42,42とで構成されている。以下では、ロボットハンド4からウエハWに向かう方向を上、ウエハWからロボットハンド4に向かう方向を下とし(図1中、上下方向)、ウエハWがロボットハンド4の上面で吸着保持されるものとして説明する
2 to 4, the robot hand 4 includes a
ロボットハンド4の基端部41は、フィンガー部42,42より肉厚に形成され、境界にウエハWの外周に対応する周方向にのびる段差部41aが設けられている。また、フィンガー部42の先端部上面には、ウエハWの外周に対応する段差部42aが形成され、これら段差部41a、42aの内側でウエハWが規制されて位置決めされるようになっている。
The
ロボットハンド4の上面には、ウエハWを着座させたときのウエハWの中心から所定半径rの仮想円C上に位置させて電極5が形成されている。この場合、半径rは、被搬送物Wの径や反り量を考慮した、後述の突条6の形成位置に応じて決定され、本実施形態は、ウエハWの半径の中点より径方向外側に突条が位置するように(例えば、100mm)設定している。
An
電極5は、銅やアルミニウム等の導電性金属の薄膜で構成される。電極5は、仮想円Cの円周方向にのびる帯状の正電極5aと負電極5bとからなり、正負の各電極5a、5bが交互にかつ周方向に等間隔となるように形成されている。この場合、正電極5a相互並びに負電極5b相互は、接続ライン5c,5cで接続され、基端部41に設けた端子部5dに図示省略のチャック電源から正負の両電極5a、5b間に所定電圧が印加されるようになっている。チャック電源やこのチャック電源からの給電方法としては公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、電極5のロボットハンド4への形成方法としては、スパッタリング装置や蒸着装置によりパターニング成膜するものやインクジェット法やスクリーン印刷が用いられる。
The
電極5の直上には、仮想円C上に位置させて突条6が設けられている。突条6は、ロボットハンド4(ひいては、電極5)の上面から直交方向に起立させた側壁61と、ロボットハンド4の上面に平行な平坦部62とからなり、側壁61と平坦部62との角部を周方向全長に亘って断面円弧状のアール面63としたものである。この場合、ロボットハンド4の上面から平坦部62までの高さ、アール面63の曲率半径、平坦部62の幅は、被搬送物たるウエハWの径や反り量等を考慮して適宜設定される。なお、平坦部62までの高さによっては、この平坦部62とロボットハンド4の上面までを全てアール面で結ぶ、つまり、側壁61を断面形状円弧状のアール面としてもよい。
A
また、突条6は、石英ガラス、アルミナや樹脂等の絶縁性材料または少なくともその表面を絶縁性材料で覆ってなるもので構成され、ロボットハンド4の所定位置に取り付けられる。この場合、取付方法としては、絶縁が確保できるものであれば特に制限はなく、接着剤を用いて接着し、または、ねじを用いて固定してもよい。
The
上記実施形態によれば、ロボットハンド4の所定位置に、ウエハWが着座する突条6を設けると共に、その側壁61と上面62との角部を断面円弧状のアール面63とし、突条6の径方向内外に周方向にのびるアール面63が存する構成としたため、例えばウエハWにその周囲が上方に持ち上がるように凹状の反りが発生している場合、ウエハWをロボットハンド4に載置すると、突条6に形成した内側のアール面63でウエハWが受けられて線接触するようになる(図3参照)。他方で、ウエハWにその周囲が下方に垂れ下がる凸状の反りが発生している場合、ウエハWをロボットハンド4に載置すると、突条6に形成した外側のアール面63でウエハWが受けられて線接触するようになる(図3参照)。この場合、ウエハW中心から突条6の平坦部62中央までの距離をウエハWの半径の中点より径方向外側寄りに設置したことで、ウエハWと接触している部分の周長が長くなる。更に、ウエハWに反りがない場合、ウエハWをロボットハンド4に載置すると、突条6の上面にその全長に亘ってウエハWが当接して線接触するようになる(図3参照)。
According to the above-described embodiment, the
そして、ウエハWと線接触している突条6直下の位置に電極5が存することで、電極5とウエハWとの間の間隔が略一定になり、電極5に印加する電圧を然程高くすることなく、ウエハWを、その反りの有無や反り方向に関係なく、確実に吸着することができる。つまり、電極に印加する単位電圧当たりの被搬送物の吸着力を大きくすることができ、結果として、ロボットアームの動作時、ウエハWが位置ずれしたり、脱離したりする等の不具合が発生せず、搬送ロボットの高速動作が可能になる。このような場合、アール形状の曲率半径が大きくなるのに従い、ウエハWとの線接触箇所近傍で、電極5とウエハWとの距離が近くなるため、電極5に印加する電圧が少なくて済む。つまり、単位電圧当たりの吸着力を増加させることができる。
And since the
以上の効果を確認するために、上記ロボットハンド4を用いて次の実験を行った。この場合、平坦部62を、ウエハW中心から100mm位置を中点とする幅6mmのものとし、この平坦部62をロボットハンド4の上面とR10の円弧で結んでアール面63とした突条6をロボットハンド4の上記位置に設けた。また、被搬送物を、0.3mmの凸状の反りが生じているφ300mmのウエハ(試料1)、0.3mmの凹状の反りが生じているφ300mmのウエハ(試料2)、1mmの凸状の反りが生じているφ300mmのウエハ(試料3)、1mmの凹状の反りが生じているφ300mmのウエハ(試料4)とし、各試料をロボットハンドで吸着した。この場合、正負の電極に印加する電圧を300Vとした。
In order to confirm the above effects, the following experiment was performed using the robot hand 4. In this case, the
比較実験として、平坦部62を、ウエハWの中心から100mm位置と中点とする幅6mmのものとし、この平坦部62をロボットハンド4の上面から垂直に起立する側壁で結んだ突条6をロボットハンド上面に設け、上記各試料をロボットハンドで吸着した。そして、各試料をロボットハンドで吸着したときの吸着力(N)を測定した。この場合、吸着力は、ウエハWにかかる加速度と、ウエハWとロボットハンド4との摩擦抵抗等を考慮し、ウエハWの位置ずれが生じる搬送速度から吸着力を測定した。発明実験では、試料1の吸着力が6.20N、試料2の吸着力が6.16N、試料3の吸着力が3.89N、そして、試料4の吸着力が3.79Nであった。それに対して、比較実験では、試料1の吸着力が4.97N、試料2の吸着力が4.97N、試料3の吸着力が2.82N、そして、試料4の吸着力が2.80Nであり、アール面を設けることで吸着力が向上していることが判る。
As a comparative experiment, the
次に、この平坦部62をロボットハンド4の上面とR20の円弧で結んでアール面とした突条6をロボットハンド上面に設け、その他の条件は同一に他の実験を行った。これによれば、試料1の吸着力が6.72N、試料2の吸着力が6.66N、試料3の吸着力が4.41N、そして、試料4の吸着力が4.27Nであり、特に、反り量の多い試料3、4に対する吸着力が向上していることが判る。
Next, a projecting
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、突条6は、ロボットハンド4上面で平面視C字状に連続した形態を有するが、同一円周上に位置していれば、突条は連続している必要はなく、断続的に設けられていてもよく、また、無端状に設けられたものでもよい。また、上記実施形態では、フィンガー部42,42が二股状に分岐して対をなす形態を有するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、平板状に先方にのびるものにも本発明は適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited above. In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ロボットハンドに別体の突条を取り付けるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、ロボットハンドに一体に突条を形成することもできる。このような場合、ロボットハンドの下面側から電極を設けるようにすればよい。また、上記実施形態では、ロボットハンド4の上面に電極5を形成した後、突条6を設けたものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図5に示すように、切削加工等でロボットハンド4のフィンガー部42に突条6を一体に形成し、この突条の表面に金属電極7をスパッタリング装置等の公知の成膜装置を用いてパターニング成膜し、この金属電極7を覆うように絶縁膜8(例えば、SiO2)をパッタリング装置等の公知の成膜装置を用いてパターニング成膜してもよい。これによれば、突条のアール形状部と平坦部の両方に亘って、突条表面から一定の距離で均一に電極を配置することができるので、非搬送物と電極との距離が近くなり、同じ吸着力を得る場合でも、電極に印加すう電圧を低くすることができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated to what attached a separate protrusion to a robot hand as an example, it is not limited to this, A protrusion can also be integrally formed in a robot hand. In such a case, an electrode may be provided from the lower surface side of the robot hand. Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which provided the
1…搬送ロボット、4…ロボットハンド、41…基端部、42…フィンガー部、5a、5b…電極、6…突条、61…側壁、62…平坦面、63…アール面、C…仮想円、W…被搬送物。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transfer robot, 4 ... Robot hand, 41 ... Base end part, 42 ... Finger part, 5a, 5b ... Electrode, 6 ... Projection, 61 ... Side wall, 62 ... Flat surface, 63 ... Earl surface, C ... Virtual circle , W: Conveyed object.
Claims (5)
ロボットハンドから被搬送物に向かう方向を上、被搬送物からロボットハンドに向かう方向を下とし、ロボットハンドの上面に、被搬送物の内径より小さい同一円周上に沿ってのびる突条が設けられ、突条がロボットハンドの上面から起立する側壁を有し、突条の上面との角部を断面円弧状のアール面としたものにおいて、
静電チャック用の電極が突条表面に形成され、この電極が絶縁性材料で覆われていることを特徴とするロボットハンド。 An electrostatic device that has a base end connected to the robot arm of the transfer robot, a finger portion extending forward from the base end, and an electrode for an electrostatic chuck, and attracts and holds a thin plate-like object on the surface. A robotic hand with a chuck ,
The direction from the robot hand toward the object to be transported is up, the direction from the object to be transported toward the robot hand is down, and the upper surface of the robot hand has a ridge extending along the same circumference that is smaller than the inner diameter of the object to be transported The ridge has a side wall standing up from the upper surface of the robot hand, and the corner of the ridge with the upper surface of the ridge is a rounded arc-shaped section ,
A robot hand characterized in that an electrode for an electrostatic chuck is formed on the surface of a ridge and this electrode is covered with an insulating material .
The robot hand according to any one of claims 1 to 4, wherein a portion of the upper surface of the protrusion excluding the rounded surface is a flat surface.
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