JP5957287B2

JP5957287B2 - 給電装置

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Publication number: JP5957287B2
Application number: JP2012108156A
Authority: JP
Inventors: 土志夫小池; 展史南; 傑之鈴木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: JP2013235991A

Description

本発明は、可動体に被吸着物を静電吸着するためにこの可動体に設けた一対の吸着用電極に直流電圧を印加する、共振回路を用いた非接触式の給電装置に関する。

この種の給電装置として、例えばシリコンウエハ（以下、「ウエハ」という）の搬送に用いられる搬送ロボットの駆動機器に対する給電に適用したものが例えば特許文献１で知られている。このものは、給電回路ユニットと、受電回路ユニットと、機械的に分離される一対の電極から構成されるキャパシタとを備え、給電回路ユニットの高周波発振器から電極板に高周波電圧が給電されるようにしている。

ところで、上記搬送ロボットにおいてウエハを搬送する際に、搬送途中で搬送ロボットのロボットハンドからウエハが脱離したり、位置ずれしたりしないように、ロボットハンドに所謂静電チャックを設けることがある。このようなロボットハンドは例えば特許文献２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、その内部に正負一対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ウエハを吸着保持するようにしている。このロボットハンドに設けた正負一対の電極に直流電圧を印加するため、上記非接触式の給電装置を用いることが考えられる。

ここで、ロボットハンドにウエハを静電吸着させた状態で所定位置まで搬送する際、このウエハがロボットハンドに確実に静電吸着されているかを確認する必要がある。このため、従来では、ウエハの搬送経路に例えば光学式センサを配置し、搬送中にウエハの有無を検出するものや、ロボットハンドに磁性体の支持ピンと磁気センサとを設けてウエハの有無を検出するものが一般に知られている（例えば、特許文献３参照）。然し、このような別個のセンサでウエハの有無を検出するのでは、構成や制御が複雑になったりしてコスト高を招く。

特開平９−３００２７０号公報特開平６−６３８８５号公報特開２００５−２６８５５６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、可動体への被吸着物の静電吸着時、この被吸着物の有無を簡単に検出できるようにした給電装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、可動体に被吸着物を静電吸着するためにこの可動体に設けた一対の吸着用電極に直流電圧を印加する、共振回路を用いた本発明の非接触式の給電装置は、対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極が固定配置されると共に他方の電極がこれら電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように前記可動体に配置されるキャパシタと、前記一対の電極のいずれか一方に接続される給電回路ユニットと、前記一対の電極のいずれか他方と前記一対の吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットと、前記給電回路ユニット及び前記受電回路ユニットの作動を制御する制御手段とを備え、前記給電回路ユニットは、前記キャパシタを含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器と、振幅変調を加える変調器とを有して、所定の振幅に変調された搬送波を供給するものであり、前記受電回路ユニットは、前記一対の吸着用電極に並列に設けた抵抗と、前記キャパシタを通してこの抵抗の両端に供給された搬送波を整流する整流回路と、前記一対の吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切り換え回路とを有し、前記制御手段は、前記一対の吸着用電極間に逆電圧を印加したときの前記抵抗に並列に接続されるインピーダンスの変化による前記自励発振器の発振周波の変化から前記可動体での前記被吸着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、給電回路ユニットの自励発振器から所定周波数の搬送波が出力され、変調器にて振幅変調がかけられて、キャパシタを通して、抵抗の両端に変調された搬送波が供給される。そして、この搬送波が整流回路で整流され、可動体に被吸着物を静電吸着するための一対の吸着用電極に、被吸着物の静電吸着に必要な高電圧が印加される、この場合、倍電圧整流方式などで昇圧するようにしてもよい。そして、可動体に被吸着物が確実に吸着されているかを検出する場合、一対の吸着用電極に印加される電圧の極性を極性切り換え回路により反転させると、一対の吸着用電極間の電圧差に対応する充電電流が受電回路ユニット内を流れる。この充電電流が流れる時間は回路抵抗と一対の吸着用電極のキャパシタンスに依存するため、充電電流は抵抗に並列に接続されるインピーダンスの変化として捉えられ、このインピーダンスの変化は、給電回路ユニットの自励発振器の発振周波数を決定する素子の一部をなしているので、給電回路ユニットにおいては、発振周波数の変化を検出すれば、被吸着物の有無を検出することができる。このように本発明は、極性切り換え回路を設けて、可動体に被吸着物を静電吸着した後に極性を切り換えるだけで、被吸着物の有無を簡単に検出することができる。その結果、被吸着体を検出するセンサ等を不要にでき、有利である。

なお、本発明において、前記可動体は、回転軸と、この回転軸に連結され、静電チャック付きロボットハンドを有するロボットアームとを備えた搬送用ロボットであり、前記キャパシタの一方の電極を前記回転軸に外挿すると共に、他方の電極を前記回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成しておけばよい。

本発明の給電装置を備えた搬送ロボットを示す模式斜視図。給電装置の構成を説明する図。給電回路の等価回路を示す図。本発明の効果を確認する実験結果のグラフ。

以下、図面を参照して、可動体を真空処理室内に配置される搬送ロボットとし、この搬送ロボットのロボットハンドに組み付けた静電チャック用の一対の吸着用電極に直流電圧を印加し、被吸着物たるウエハＷを吸着する場合を例として本発明の給電装置の実施形態を説明する。

図１を参照して、ＴＲは、所謂フログレッグ式の搬送ロボットを示し、搬送ロボットＴＲは同心状に配置され、図外の駆動源により夫々回転駆動される２本の回転軸Ｒ１１，Ｒ１２と、この回転軸Ｒ１１，Ｒ１２に夫々連結され、先端にロボットハンドＲ２を有するロボットアームＲ３とから構成される。回転軸Ｒ１１、Ｒ１２、ロボットハンドＲ２及びロボットアームＲ３は夫々金属製であり、ロボットハンドＲ２には静電チャックを構成する静電チャックの吸着用電極Ｐ１，Ｐ２が夫々埋設されている。そして、両チャック電極Ｐ１、Ｐ２に給電するために給電装置ＰＳが用いられる。

図２及び図３も参照して、給電装置ＰＳは、対向配置される一対の電極間で機械的に分離された、回転軸Ｒ１２に一体に設けられる一方の電極１ａと、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように、回転軸Ｒ１２に外挿した金属製の筒状部材からなる他方の電極１ｂとで構成されるキャパシタ（所謂エアーギャップ式のもの）１と、筒状部材からなる他方の電極１ｂに配線Ｗ１を介して接続される給電回路ユニット２と、一方の電極１ａと吸着用電極Ｐ１，Ｐ２との間に配線Ｗ２を介して接続される受電回路ユニット３とを備える。一方の電極１ａは、例えば、フィルム状の導電性シートを回転軸Ｒ１２に外表面所定位置に貼付して構成することができる。また、キャパシタ１を構成する、回転軸Ｒ１２に金属製の筒状部材を外挿する場合、真空処理室内の底面に立設した図示省略の絶縁ピンで支持させればよく、これにより、両電極１ａ，１ｂ間距離を一定に維持しながら相対移動するようになる。この場合、両電極１ａ，１ｂの表面積や両電極１ａ，１ｂ相互間の距離は、用途に応じて、キャパシタ１に加わる電圧がパッシェンの法則で制限される放電電圧以上あるように適宜選択され、また、両電極１ａ，１ｂの対向する面積は同一である必要はない。

給電回路ユニット２は、例えば搬送ロボットＴＲのドライバー内に収納され、キャパシタ１を含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器２１と、振幅変調を加える変調器２２と、これらの作動を統括制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知の第１制御ユニット２３とを備える。この場合、自励発振器２１及び変調器２２として、例えば公知の構造を有するオシレーターを用いることができ、その駆動周波数が１００ｋＨｚ〜数十ＭＨｚのものであり、高周波帯域の駆動周波数を含むものである。

他方、受電回路ユニット３は、ロボットアームＲ３の下面に取り付けられた金属製の筺体３ａ内に収納され、吸着用電極Ｐ１，Ｐ２の並列に設けた抵抗３１と、キャパシタ１を通してこの抵抗３１の両端に供給された搬送波を整流する整流回路３２と、吸着用電極Ｐ１，Ｐ２間に逆電圧を印加する極性切り換え回路３３と、これらの作動を制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知の第２制御ユニット３４とを備える。この場合、第１及び第２の両制御ユニット２３、３４は、例えば無線通信できるようにしている。なお、本実施形態では、一方の吸着用電極Ｐ２は、ロボットハンドＲ２にアース接地され、また、抵抗３１は、筺体３ａにアース接地されている。また、整流回路３２と極性切り換え回路３３とは、ダイオード、スイッチングトランジスタ等を用いた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。以下に、ウエハＷをロボットハンドＲ２の表面で静電吸着する場合の吸着用電極Ｐ１，Ｐ２への直流電圧を印加及びウエハＷの有無の判断について説明する。

先ず、ロボットハンドＲ２の上面にウエハＷが載置されると、第１制御ユニット２３により給電回路ユニット２の自励発振器２１から所定周波数の搬送波が出力され、変調器２２にて振幅変調がかけられて、キャパシタ１を通して、抵抗３１の両端に変調された搬送波が供給される。そして、この搬送波が整流回路３２で整流され、吸着用電極Ｐ１に、ウエハＷの静電吸着に必要な（正）高電圧が印加される、この場合、特に図示して説明しないが、倍電圧整流方式などで昇圧するようにしてもよい。これにより、ウエハＷがロボットハンドＲ２の表面に静電吸着される。

次に、ウエハＷをロボットハンドＲ２の表面で静電吸着し、例えば所定位置までウエハＷを搬送した後、このウエハＷが未だロボットハンドＲ２の表面に静電吸着されているかを検出する場合、先ず、第２制御ユニット３４により極性切り換え回路３３を制御して、吸着用電極Ｐ１に印加される電圧の極性を反転させる。吸着用電極Ｐ１に印加される電圧の極性を反転させると、吸着用電極Ｐ１とアースとの電圧差に対応する充電電流が受電回路ユニット３内を流れる。この場合、この充電電流が流れる時間は回路抵抗と一対の吸着用電極Ｐ１，Ｐ２のキャパシタンスに依存するため、充電電流が抵抗３１に並列に接続されるインピーダンスの変化として捉えられ、このインピーダンスの変化は、給電回路ユニット２の自励発振器２１の発振周波数を決定する素子の一部をなしていることから、給電回路ユニット２の第１制御ユニット２３により、発振周波数の変化を検出し、この発振周波数を、ウエハＷの静電吸着に必要な（正）高電圧を印加する常時の発振周波数と比較すれば、その比較結果からウエハＷの有無が検出される。

上記実施形態によれば、受電回路ユニット３に極性切り換え回路３３を設けて、ロボットハンドＲ２にウエハＷを静電吸着した後に、その極性を切り換えるだけで、ウエハＷの有無を簡単に検出することができる。その結果、搬送ロボットＴＲのロボットハンドＲ２にウエハＷを静電吸着し、ウエハＷを移送する際に、その移送経路にウエハＷを検知するセンサ等を不要にでき、有利である。

次に、本発明の効果を確認するために、給電装置ＰＳの等価回路で抵抗値（ｋΩ）を変化させたときの発周波数の変化を測定し、その結果を図４に示す。これによれば、抵抗値が３０ｋΩまでの範囲では、その抵抗値が変化すれば、発振周波数が大きく変化していることが確認でき、ひいては、ウエハＷを検知できることが判る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、可動体を搬送ロボットとし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、真空チャンバ内に回転自在に設けられ、表面でウエハを静電吸着可能なステージを可動体として、このステージに内蔵した吸着用電極に給電し、また、ステージ上のウエハの有無を検知するのに本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、制御手段として第１及び第２の制御ユニット２３，３４を設けたものを例に説明したが、受電回路ユニット側の制御ユニットを省略し、変調した信号で給電回路ユニットと受電回路ユニットとを通信するようにしてもよい。更に、上記実施形態では、同心に配置した金属部材でキャパシタを構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するものであれば、他のどんな形態も採用することができる。

ＰＳ…給電装置、１…キャパシタ、１ａ，１ｂ…電極、２…給電回路ユニット、２１…自励発振器、２２…変調器、３…受電回路ユニット、３１…抵抗、３２…整流回路、３３…極性切り換え回路、２３，３４…第１、第２の制御ユニット（制御手段）、ＴＲ…搬送ロボット（可動体）、Ｒ２…ロボットハンド、Ｐ１，Ｐ２…吸着用電極、Ｗ…ウエハ（被吸着物）。

Claims

可動体に被吸着物を静電吸着するためにこの可動体に設けた一対の吸着用電極に直流電圧を印加する、共振回路を用いた非接触式の給電装置であって、
対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極が固定配置されると共に他方の電極がこれら電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように前記可動体に配置されるキャパシタと、前記一対の電極のいずれか一方に接続される給電回路ユニットと、前記一対の電極のいずれか他方と前記一対の吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットと、前記給電回路ユニット及び前記受電回路ユニットの作動を制御する制御手段とを備え、
前記給電回路ユニットは、前記キャパシタを含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器と、振幅変調を加える変調器とを有して、所定の振幅に変調された搬送波を供給するものであり、
前記受電回路ユニットは、前記一対の吸着用電極に並列に設けた抵抗と、前記キャパシタを通してこの抵抗の両端に供給された搬送波を整流する整流回路と、前記一対の吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切り換え回路とを有し、前記制御手段は、前記一対の吸着用電極間に逆電圧を印加したときの前記抵抗に並列に接続されるインピーダンスの変化による前記自励発振器の発振周波の変化から前記可動体での前記被吸着物の有無を判別するように構成されることを特徴とする給電装置。
前記可動体は、回転軸と、この回転軸に連結され、静電チャック付きロボットハンドを有するロボットアームとを備えた搬送用ロボットであり、前記キャパシタの一方の電極を前記回転軸に外挿すると共に、他方の電極を前記回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成したことを特徴とする請求項１記載の給電装置。