JP6298933B2 - 基板搬送方法 - Google Patents
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Description
本発明は、非接触式給電システムを用いた基板搬送方法に関し、より詳しくは、給電対象電極を搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極とし、この吸着用電極に非接触で給電するために用いられるものに関する。
この種の非接触式給電システムは例えば特許文献１で知られている。このものは、所謂フログレッグ式の搬送ロボットにてそのロボットハンドに設けた吸着用電極に対して非接触で給電する場合を例に説明すると、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されたキャパシタと、電極の一方に接続される給電回路ユニットと、他方の電極と吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットとを備える。この場合、キャパシタの一方の電極は、回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成され、一方の電極に対して電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように他方の電極が回転軸に外挿される。
給電回路ユニットとしては、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変調器とこれらの部品の作動を制御する第１の制御手段とを有し、所定の振幅に変調された搬送波を供給する。受電回路ユニットとしては、吸着用電極に並列に設けた抵抗と、抵抗両端の搬送波を整流する整流回路と吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切換回路と、これらの部品の作動を制御する第２の制御手段とを有し、一対の吸着用電極に直流電圧を印加してロボットハンドへのシリコンウエハなどの基板の静電吸着または解除を行うようになっている。
ここで、上記従来例では、第１及び第２の両制御手段間で例えば無線通信させてロボットハンドへのワークの静電吸着または解除を行うことが例示されているが、通信機器を別途設けるのでは、装置構成が複雑になるばかりか、受電回路ユニットの消費電力も多くなり、コスト高を招来するという不具合がある。
本発明は、以上の点に鑑み、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に通信も行い得るように構成した低コストの非接触式給電システムを用いた基板搬送方法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、対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、静電容量が５０ｐＦ〜３００ｐＦの範囲内のキャパシタと、キャパシタの一方の電極に接続される給電回路ユニットと、キャパシタの他方の電極に接続される受電回路ユニットとを備える非接触式給電システムにより、搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極に非接触で給電して基板を吸着した状態で搬送するための基板搬送方法において、ロボットハンドの所定位置に基板を設置する工程と、給電回路ユニットの発振器から１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内の搬送波を出力し、給電回路ユニットの変調器にて第１振幅に振幅変調をかけてこれを電力供給用搬送波としてキャパシタを通して供給すると共に、第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけてこれを制御信号用搬送波としてキャパシタを通して供給する工程と、受電回路ユニットに所定回数の制御信号用搬送波が供給されると、キャパシタを通して供給される電力供給用搬送波を整流した直流電圧を吸着用電極に印加すると共に、受電回路ユニットの負荷接続回路を制御して予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続する工程と、給電回路ユニットが負荷変動に伴う電流値または電圧値の変化を認識すると、搬送ロボットの移動を許可する工程と、搬送ロボットが所定の位置まで移動した後、給電回路ユニットの変調器にて第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけてこれを制御信号用搬送波としてキャパシタを通して供給し、受電回路ユニットに上記と異なる所定回数の制御信号用搬送波が供給されると、吸着用電極をアース接地して被吸着基板の静電吸着を解除する工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、給電回路ユニットからキャパシタを介して受電回路ユニットに供給される電力供給用搬送波に重畳する形式で、異なる振幅に変調された制御信号用搬送波を供給することによって第１の制御手段と第２の制御手段との間で通信される構成を採用したため、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に制御信号の通信も行うことができ、しかも、通信機器を省略できることで、非接触式給電システムが搭載される装置の複雑化を招くことがなく、その上、省消費電力化及び低コスト化を図ることができる。なお、本発明において、「直流電圧を給電対象電極に対して選択的に印加する」といった場合、例えば、給電対象電極に対して直流電圧を印加する場合、逆電位の直流電圧を印加する場合または直流電圧の印加を停止する場合が含まれる。
本発明においては、前記第２の制御手段は、例えば、制御信号用搬送波が供給された回数で制御内容を把握するように構成すればよい。他方、前記給電回路ユニットは前記第１振幅に変調された前記搬送波を出力したときの電流をモニターする電流計を更に備え、前記受電回路ユニットは、前記第１振幅に変調された前記搬送波を負荷に接続する負荷接続回路を更に備え、第１の制御手段は、第２の制御手段により負荷接続回路を制御したときの負荷変動に伴う電流値の変化から帰還制御信号を受信するように構成すれば、第１及び第２の両制御手段の間での相互通信が実現できる。なお、本発明において、前記給電対象電極は、搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極に適用することができる。
以下、図面を参照して、給電対象電極を、搬送ロボットＴｒのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極とした場合を例に本発明の非接触式給電システムＰＳの実施形態を説明する。
図１を参照して、Ｔｒは、本発明の非接触式給電システムＰＳを搭載した所謂フログレッグ式の搬送ロボットである。搬送ロボットＴｒは、例えば複数の処理室を有する真空処理装置の搬送室内に配置され、処理対象物としてのウエハＷを処理室間で搬送するものであり、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１ａ，１ｂと、この回転軸１ａ，１ｂに夫々連結され、先端にロボットハンド２を有するロボットアーム３とで構成されている。そして、ロボットハンド２に静電チャックの吸着用電極４ａ，４ｂが夫々設けられている。特に図示して説明しないが、回転軸１ａ，１ｂに直動モータやエアーシリンダ等の昇降手段が付設され、各処理室にてウエハＷを受取りまたは受渡しする際に、回転軸１ａ，１ｂ、ひいては、ロボットハンド２を鉛直方向に昇降できるようにしている。
非接触式給電システムＰＳは、対向配置される一対の電極５ａ，５ｂ間で機械的に分離されるキャパシタ５と、キャパシタ５の一方の電極５ａに接続される給電回路ユニット６と、キャパシタ５の他方の電極５ｂに接続される受電回路ユニット７とを備える。キャパシタ５の他方の電極５ｂは、径方向外側に位置する回転軸１ｂの外表面に一体に設けられ、一方の電極５ａは、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１ｂに外挿した金属製の筒状部材から構成されている（所謂エアーギャップ式のもの）。
両電極５ａ，５ｂ相互間の距離は、用途に応じて、キャパシタ５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下となるように適宜選択される。また、両電極５ａ，５ｂの表面積は、切換回路７３などの回路の負荷によって適宜選択することができ、両電極５ａ，５ｂの対向する面積は同一である必要はない。この場合、キャパシタ５としては、静電容量が５０ｐＦ〜３００ｐＦの範囲のものを用いることができる。静電容量が５０ｐＦより小さいと、コンデンサ５や配線などのアース電位に対する浮遊容量があるため、現実的ではなく、また、静電容量が３００ｐＦより大きいと、両電極５ａ，５ｂが大きくなり過ぎて搬送ロボットＴｒへの組み付けが困難になるという問題が生じる。
図２も参照して、給電回路ユニット６は、例えば搬送ロボットＴｒが配置される搬送室外に設けられてキャパシタ５の一方の電極５ａに配線接続されている。給電回路ユニット６は、キャパシタ５と共に直列共振回路を構成する発振器６１と、振幅変調を加える変調器６２と、給電回路ユニット６の作動を制御する第１の制御手段６３とを有し、互いに異なる振幅に変調された搬送波をキャパシタ５の一方の電極５ａに供給できるようになっている。直列共振回路としては、例えば公知の構造を有するオシレーターを用いて構成することができる。この場合、後述するように、搬送ロボットＴｒに受電回路ユニット７を搭載しようとする場合、組み込み可能なサイズを考慮すると、受電回路ユニット７でのインダクタンスが５０ｍＨ程度が限界であることから、コンデンサ５の静電容量を考慮し、駆動周波数は１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲に設定される。また、第１の制御手段６３としては、発振器６１，変調器６２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ものが用いられる。また、給電回路ユニット６には、第１振幅に変調された搬送波を出力したときの電流をモニターする電流計６４が設けられ、後述するように負荷変動に伴う電流値の変化から帰還制御信号を第１の制御手段６３が受信するようにしている。
受電回路ユニット７は、ロボットアーム３の下面に取り付けられた金属製の筺体７ａ内に収納され、抵抗７１と、キャパシタ５の他方の電極５ｂを通してこの抵抗７１の両端に供給された搬送波を整流する整流回路７２と、吸着用電極４ａ，４ｂに夫々配線接続されて整流回路７２で整流された直流電圧を吸着用電極４ａ，４ｂに対して選択的に印加する切換回路７３と、搬送波を負荷に接続する負荷接続回路７４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の制御手段７５とを備える。整流回路７２としてはダイオードなどを用いた公知のものが利用できる。また、切換回路７３としては、例えば４個のスイッチングトランジスタを用いてブリッジ回路を構成するようにした公知のものが利用でき、第２の制御手段７５によりブリッジ回路の各スイッチングトランジスタのオンオフを適宜制御することで、一対の吸着用電極４ａ，４ｂに対して直流電圧を印加したり、一対の吸着用電極４ａ，４ｂに対して逆電位の直流電圧を印加したり、各スイッチングトランジスタのオフした状態で一対の吸着用電極４ａ，４ｂをアース接地したりすることができる。また、第２の制御手段７５には図示省略の復調回路を介して搬送波が入力され、第２搬送波が出力されたことが認識できるようになっている。負荷接続回路７４としては、リレー回路などのスイッチング素子を備え、スイッチング素子の切換えにより図外の抵抗を介してアース接地できるようにしている。以下に、ウエハＷをロボットハンド２の表面で静電吸着する場合を例に、吸着用電極４ａ，４ｂへの直流電圧を印加並びに給電回路ユニット６と受電回路ユニット７との間での相互通信について図３も参照して説明する。
先ず、給電回路ユニット６の発振器６１から所定周波数の搬送波を出力し、変調器６２にて第１振幅に振幅変調をかけ、第１振幅に変調されたものを電力供給用搬送波Ｐｗとしてキャパシタ５を通して供給する。このとき、切換回路７３の全てのスイッチングトランジスタをオフ状態とする。そして、吸着用電極４ａ，４ｂ間に吸着用（直流）電圧を印加するのに際しては、変調器６２にて、第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけ、第２振幅に変調されたものを制御信号用搬送波Ｃｗとしてキャパシタ５を通して供給する。
すると、第２の制御手段７５は、所定周期で出力される制御信号用搬送波Ｃｗの供給回数で制御内容を把握し、即ち、図３中、上側に示すように、例えば２回制御信号用搬送波Ｃｗが供給されたことを第２の制御手段７５により認識されると、第２の制御手段７５は負荷接続回路７４を制御し、予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続する。これにより、給電回路ユニット６の電流計６４で測定される電流値を複数回、例えば、図３中、下側に示すように２回変化させることで、これを受電回路ユニット７からの帰還制御信号Ｒｗとし、給電回路ユニット６の第１の制御手段６３は、この第１の制御手段６３が出力した制御内容を受電回路ユニット７の第２の制御手段７５が受信したことを認識できる。そして、第２の制御手段７５により切換回路７３の各スイッチングトランジスタを適宜オンして、一方の吸着用電極４ａに正の電圧（例えば、＋４５０Ｖ）、他方の吸着用電極４ｂに負の電圧（例えば、−４５０Ｖ）が印加され、これにより、ウエハＷがロボットハンド２に静電吸着される。
次に、ウエハＷのロボットハンド２での静電吸着を解除するのに際しては、上記と同様、変調器６２にて、第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけ、第２振幅に変調されたものを制御信号用搬送波Ｃｗとしてキャパシタ５を通して供給する。すると、第２の制御手段７５は、所定周期で出力される制御信号用搬送波の供給回数で制御内容を把握し、即ち、例えば３回制御信号用搬送波Ｐｗが供給されたことを第２の制御手段７５により認識されると、切換回路７３の全てのスイッチングトランジスタがオフ状態にされ、一対の吸着用電極４ａ，４ｂがアース接地され、ウエハＷの静電吸着が解除される。このとき、ウエハＷの静電吸着を確実に解除するために、一対の吸着用電極４ａ，４ｂをアース接地するのに先立って、切換回路７３の各スイッチングトランジスタを適宜制御して、一方の吸着用電極４ａに負の電圧（例えば、−４５０Ｖ）、他方の吸着用電極４ｂに正の電圧（例えば、＋４５０Ｖ）が所定時間だけ印加するようにしてもよい。この場合もまた、第２の制御手段７５が負荷接続回路７４を制御し、予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続するようにしてもよい。これにより、給電回路ユニット６の電流計６４で測定される電流値を複数回、例えば、図３中、下側に示すように３回変化させることで、これを受電回路ユニット７からの帰還制御信号Ｒｗとし、給電回路ユニット６の第１の制御手段６３は、この第１の制御手段６３が出力した制御内容を受電回路ユニット７の第２の制御手段７５が受信したことを認識できる。なお、ウエハＷを順次静電吸着して搬送するような場合には、残留電荷の蓄積を抑制するために、一方の吸着用電極４ａと他方の吸着用電極４ｂとに連続して同一の極性の電圧が印加されないように制御することが好ましい。
以上の実施形態によれば、給電回路ユニット６からキャパシタ５を介して受電回路ユニット７に供給される電力供給用搬送波Ｐｗに重畳する形式で、異なる振幅に変調された制御信号用搬送波Ｃｗを供給することによって第１の制御手段６３と第２の制御手段７５との間で通信される構成を採用したため、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に制御信号の通信も行うことができ、しかも、通信機器を省略できることで、非接触式給電システムが搭載される装置の複雑化を招くことがなく、その上、省消費電力化及び低コスト化を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記ものに限定されるものではない。上記実施形態では、単一の発振器６１を用いるものを例に説明したが、発振器を複数使用し、これを適宜切り換えて搬送波を出力するようにしてもよい。また、上記実施形態では、受電回路ユニット７に負荷接続回路７４を設けたものを例に説明したが、これを省略して、切換回路７３で兼用することもできる。また、第２の制御手段７５が所定周期で出力される制御信号用搬送波の供給回数で制御内容を把握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く、例えば電圧変動値や振幅変調時間から制御内容を把握することもできる。他方で、負荷接続回路７４により負荷変動を生じさせ、給電回路ユニット６の電流計６４で測定する電流値を複数回変化させることで、これを受電回路ユニット７からの帰還制御信号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く、例えば、電圧変動値から制御内容を把握することもできる。
ＰＳ…非接触式給電システム、５…キャパシタ、５ａ，５ｂ…一対の電極、６…給電回路ユニット、６１…発振器、６２…変調器、６３…第１の制御手段、６４…電流計、７…受電回路ユニット、７２…整流回路、７３…切換回路、７４…負荷接続回路、７５…第２の制御手段。
Claims (3)
- 対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、静電容量が５０ｐＦ〜３００ｐＦの範囲内のキャパシタと、キャパシタの一方の電極に接続される給電回路ユニットと、キャパシタの他方の電極に接続される受電回路ユニットとを備える非接触式給電システムにより、搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極に非接触で給電して基板を吸着した状態で搬送するための基板搬送方法において、
ロボットハンドの所定位置に基板を設置する工程と、
給電回路ユニットの発振器から１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内の搬送波を出力し、給電回路ユニットの変調器にて第１振幅に振幅変調をかけてこれを電力供給用搬送波としてキャパシタを通して供給すると共に、第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけてこれを制御信号用搬送波としてキャパシタを通して供給する工程と、
受電回路ユニットに所定回数の制御信号用搬送波が供給されると、キャパシタを通して供給される電力供給用搬送波を整流した直流電圧を吸着用電極に印加すると共に、受電回路ユニットの負荷接続回路を制御して予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続する工程と、
給電回路ユニットが負荷変動に伴う電流値または電圧値の変化を認識すると、搬送ロボットの移動を許可する工程と、
搬送ロボットが所定の位置まで移動した後、給電回路ユニットの変調器にて第１振幅と異なる振幅の第２振幅に振幅変調をかけてこれを制御信号用搬送波としてキャパシタを通して供給し、受電回路ユニットに上記と異なる所定回数の制御信号用搬送波が供給されると、吸着用電極をアース接地して被吸着基板の静電吸着を解除する工程とを含むことを特徴とする基板搬送方法。 - 前記受電回路ユニットが、複数のスイッチングトランジスタを有するブリッジ回路で構成される切換回路を備えて、前記受電回路ユニットに所定回数の制御信号用搬送波が供給されたとき、この切換回路により前記直流電圧を吸着用電極に選択的に印加することを特徴とする請求項１記載の基板搬送方法。
- 前記切換回路が前記負荷接続回路を兼用し、前記切換回路の各スイッチングトランジスタの切換により前記給電回路ユニットが負荷変動を認識することを特徴とする請求項２記載の基板搬送方法。
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