JP7109927B2 - エンドエフェクタ - Google Patents

Description

本願発明は、サブストレートを保持するエンドエフェクタに関する。

エンドエフェクタは、ロボットなどの搬送装置における一連の動作要素の最後の部品である。エンドエフェクタは、例えば対象物を掴む、又は保持するために使われる。

ＩＣチップ製造などの微細構造部品製造において、エンドエフェクタは、様々な工程間でサブストレートを移動させるために保持することに通常使われる。

本願発明の範囲内において、サブストレートは特に、半導体ウェーハ又はガラスウェーハ、弾力性のあるサブストレート、チップおよび流し成型物質を合成して製造されるウェーハ（チップを埋め込んで成形される再構成ウェーハ）、又は三次元的平面を有するサブストレート、などのウェーハを含む。

そのようなエンドエフェクタは、よく知られており、例えばフライス加工された負圧チャンネルおよび負圧チャンネルを閉じるカバーからなる本体を通常有する。吸引力がウェーハにかけられ、ウェーハは真空技術を使ってカバーの開口部で吸引保持される。しかし、その構造が原因となり、そのようなエンドエフェクタは、分厚く、製造が難しい。

エンドエフェクタによってピックアップされるウェーハはウェーハカートリッジの中に配列されることが多い。ウェーハカートリッジから個々のウェーハを取り出すために、エンドエフェクタは、まずカートリッジ内の２つのウェーハの間に移動され、真空手段、またはベルヌーイ効果を使う過剰圧力手段などによって、ウェーハの１つを固定するために接続するように動かされる、又は接触させられる。

１つのウェーハカートリッジの中に可能な限り最大数のウェーハを収納するために、ウェーハは互いに非常に小さい隙間で配列されることが多い。加えてウェーハは柔軟性を有し得て、水平に置かれた場合たわむことがあり、ウェーハ間の隙間はさらに小さくなり得る。したがって、例えばウェーハの縁と接触して損傷させることなく、ウェーハの間にエンドエフェクタを正確に誘導可能であることが必要とされる。

したがって、本願発明の目的は、特に薄く、製造が容易なエンドエフェクタを提供することである。

サブストレートを吸引保持するエンドエフェクタによって目的が達成され、エンドエフェクタは本体および本体内に設置される流体チャンネルを有し、本体は少なくとも２層からなり、そのうちの少なくとも１つの層は本来強くない材質である。

「本来強くない材質」とは、それに対応してエンドエフェクタが提供されたサブストレートを独立で保持するために、保持目的で提供される領域において十分な強さをその層が有さないという意味である。エンドエフェクタの構造全体の高さ、すなわち厚みを小さくするために、前述の少なくとも１つの層は薄くてもよい。エンドエフェクタの複数の層又は全ての層それぞれは本来強くなく、それらが互いに固定されたときにのみサブストレートを保持するために必要な安定性を有するということさえあり得る。本来強くない層は例えば薄膜であり得る、またはエンドエフェクタは複数の非常に薄い金属板の積み重ねで作られてもよい。流体チャンネルは、エンドエフェクタが圧縮空気源で作動するか、真空源で作動するかに依存して負圧チャンネル又は、過剰圧力チャンネルとして機能する。

本願発明の記述においては、「層」とは予備製造された層、すなわち予備製造された固体状態の構成部品であって、特に平面状及び／又は板状のものを指す。２つ又はそれ以上の予備製造された構成部品を互いに接着させてエンドエフェクタを形成してもよい。

予備製造された層は、エンドエフェクタの外形輪郭を既に有してもよい、又は２つ又はそれ以上の層を互いに接着させた後に望むエンドエフェクタの形に切断されてもよい。

予備製造された層に塗布されるコーティング又は液体材料は、たとえ固形化されても、それ自体では本願発明の記述における「層」を形成しない。

エンドエフェクタは、サブストレートに下からおよび上からの両方から接することがあり得て、下又は上からサブストレートを保持又は固定する。

溝及び／又はスロットが少なくとも１つの層に組み込まれて、流体チャンネルの輪郭を部分的に定めることにより、流体チャンネルが容易に形成され得ることが望ましい。

製造工程の簡素化のために、溝及び／又はスロットは他の層の少なくとも１つによってカバーされ、密封されてもよい。

本願発明の一実施形態によれば、本体は３層からなり、スロット及び／又は溝が中央の１層に設置され外の２層によってカバーされることにより流体チャンネルが形成される。したがって、外の２層のうち少なくとも１つは本来強くない層であってもよい。それによって、より平たい又はより薄いエンドエフェクタが提供される。

例えば、層のうちの１つ、特に溝及び／又はスロットが組み込まれる層は、金属板から製造される。金属板は高級鋼又はモリブデンであってもよい。金属板はまた、チタン、様々なコーティング付きのアルミ、又は水晶ガラスから製造されてもよい。それによって流体チャンネルが確かに望ましい形状寸法を保つようになる。

少なくとも２つの層が互いに同一形状でもよい、及び／又は、エンドエフェクタの外形を有してもよい。これにより製造工程を１つ減らすことができる。

少なくとも２つの層のうちの少なくとも１つの層を予備製造された構成部品として組み立てを簡易化する設計変更もあり得る。

１つの層、特に本来強くない層は合成材料、特に合成材料の薄膜から製造されることが望ましい。合成材料は例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。合成材料の層は特に本体の一番上、又は一番下の層となる。したがって本来強くない材質の層が、特に安価で均一に製造可能である。

例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又は類似の合成材料で製造される本来強くない材質の層は０．１ミリメートル又はそれ以下の厚みを有する。

流体チャンネルの密閉性を確かにするために、少なくとも２つの層は互いに接着されてもよい。代わりに、少なくとも２つの層はまた、溶接されてもよい。加えて、２つの層はねじ留めされてもよく、それによってエンドエフェクタの安定性がさらに増す。

本願発明の一実施形態によれば、本体は受入端と取付端を含み、サブストレートがエンドエフェクタに確かに保持されるようにサブストレートを保持する保持領域は受入端に設置される。

切欠き部が受入端から本体の中に延びることが望ましく、切欠き部によって保持アームが形成される。切欠き部は全ての層を貫通してもよい。したがって、サブストレートはエンドエフェクタによってピックアップされてもよく、その下面のほぼ中央で例えば工程機械ステーションなどの保持ピンなどで保持される。

個々の層の、そして本体全体の安定性を向上させるために、切欠き部はその取付端に向いた少なくとも１つのＲ面取りを含んでよく、特にＵ字形状であってもよい。

一実施形態の別形において、流体チャンネルは取付端から保持領域、特に保持アーム内まで延び、そこで開口部に流出する。したがって、流体チャンネルはＵ字形状部分を有し得る。サブストレート保持に必要な負の圧力又は過剰圧力は、流体チャンネルをとおって保持領域に供給され得る。

例えば、流体チャンネルのＵ字形状部分のＵの両肢は、保持アームの中に延びる。流体チャンネルは全体としてＹ字形状又はチューニング用音叉の形であってもよい。

少なくとも１つの開口部は、１つの層に、特に保持アームの１つの中で提供されることが望ましく、保持アームの保持領域の中で流体チャンネルは開口部に流出する。したがって、保持アームそれぞれに少なくとも１つの開口部が設置されてもよい。開口部は一番上の層に設置される。エンドエフェクタが意図されたとおりに使用されているときサブストレートが置かれて接触する側を、本体の「上」または「上側」と呼ぶ。

本願発明の一実施形態によれば、開口部に又は開口部内に、特に密封口を有する保持器具が設置され、それによってサブストレートの確実な固定が可能となる。

例えば、保持器具は吸引器具であり、特に真空吸引カップ又はベルヌーイ効果に基づく固定器具である。これによれば、サブストレートはエンドエフェクタに、負の圧力又は過剰圧力のいずれでも固定可能である。

吸引器具は密封口を含んでもよい。吸引器具はまた真空皺又は溝及び／又は多孔性材料を含んでもよい。

フランジ領域、特にフランジ板が、エンドエフェクタを搬送装置、特にロボットの腕、に取り付けるために取付端に設置されてもよい。

本願発明の効果および特徴は下記の説明および添え付けの図面への参照から明らかにされる。

図１は、カートリッジの中に入れられた状態にある、本願発明に係るエンドエフェクタの斜視図である。 図２は、図１に示された本願発明に係るエンドエフェクタの平面図である。 図３は、図２に示された本願発明に係るエンドエフェクタ本体の分解図である。 図４は、本願発明に係るエンドエフェクタの保持器具の１つの領域の詳細断面図である。 図５は、本願発明に係るエンドエフェクタの第二実施形態を、下側からみた図である。 図６は、図５に示されたエンドエフェクタの上の層を、下側からみた図である。 図７は、本願発明に係る複数のエンドエフェクタを示し、様々なサイズのサブストレート用のカートリッジに入り、様々なサイズを有している。

図１は、サブストレート（図示せず）収納用の空のカートリッジ１２に挿入されたエンドエフェクタ１０を示す。

エンドエフェクタ１０は、一連の動作要素の最後のロボット部品である。図示されたエンドエフェクタ１０は、ウェーハなどのサブストレートをピックアップし搬送するためのホルダ又はグリッパである。そのために、エンドエフェクタは、ロボットの腕（図示せず）に接続可能である。

エンドエフェクタ１０は、本体１４および２つの保持器具１５を有し、本体１４は受入端１６および取付端１８を有する。

フランジ領域２０は、取付端１８に提供され、フランジ領域でフランジ板２２が本体１４に取り付けられる。フランジ板２２は、エンドエフェクタ１０をロボットの腕に取り付ける役割を果たす。

受入端１６において、サブストレート（図１に破線で示されている）を保持するための保持領域２４は、エンドエフェクタ１０の上側Ｏにおいて形成される。図２において、円形サブストレートの中心点Ｍは、保持領域２４においてサブストレートの受け入れが意図されている場所を示す。

切欠き部２６は、受入端１６から取付端１８に向かって本体１４の中に延びる。

切欠き部２６は、まず受入端１６から延びる２つの平行な横壁２８を有し、それらの横壁は次に移行領域３０で互いに接続する。この第一の実施形態においては、移行領域３０は半径Ｒ_１の半円である。

特に、切欠き部２６は、本体１４の取付端１８の逆側にある本体１４のＵ字型隙間である。

本体１４の保持アーム３２は切欠き部２６によって形成され、平行な横壁２８は本体の内側である。

加えて、流体チャンネル３４が本体１４内に形成され、フランジ領域２０、すなわち取付端１８から受入端１６の方向に延びる。

図示されている実施形態において、流体チャンネル３４は、負圧チャンネルである。しかし、流体チャンネル３４はまた、過剰圧力チャンネルであってもよい。

図２に示されるとおり、流体チャンネル３４はフランジ領域２０から始まり、保持領域２４で保持アーム３２の中まで延びる２つの支流３６に分岐する。

流体チャンネル３４は、全体としてＹ字形状又はチューニング用音叉の形であり、２つの支流３６が流体チャンネル３４のＵ字形状部分を形成する。したがって、Ｕの両肢は、保持アーム３２に延びる支流３６の部分によって形成される。

支流３６の終わりには本体１４にそれぞれ開口部３８が設置され、流体チャンネル３４は保持領域２４で上側Ｏから流出する。

保持器具１５が開口部３８に取り付けられる。したがって、保持器具１５は、保持アーム３２に設置されてもよい。したがって、少なくとも１つの開口部３８が保持アーム３２ごとに設置される。

図３は、本体１４の分解図である。図示されている実施形態において、本体１４は、上の層４０、中間の層４２および下の層４４の３つの層を有する。上の層４０および下の層４４はそれぞれ本体１４の外部層を形成する。

これらの３つの層４０、４２、４４は全て同じ外形であり互いに固定されている。例えば、層４０、４２、４４は互いに接着されている、および加えてねじ留めされていてもよい。３つの層４０、４２、４４はまた、互いに溶接されてもよい。

層４０、４２、４４が同一の外形を有する構成であるために、切欠き部２６は全ての層４０、４２、４４を貫通して延びる。

下の層４４は、全域で閉じており、中間の層４２は流体チャンネル３４を形成するためのスロット４６を有し、上の層４０も２つの開口部３８を有する以外は全域で閉じている。

全ての層４０、４２、４４は加えてねじ用の穴を有してもよい。

例えば、上の層４０および中間の層４２はそれぞれ金属板から製造される。例えば、高級鋼又はモリブデンが適当な材料である。

いずれの場合も、上の層４０と中間の層４２を合わせると、金属板の材料特性により、保持領域２４においてこれら２つの層４０、４２によってサブストレートが保持可能であるために十分に高いレベルの安定性を有する。当然、エンドエフェクタ１０が全体として設計されたサイズのサブストレートを使用する場合を想定している。

対照的に、下の層４４は本来強くない、すなわちこの層単独では保持領域２４において対応するサイズのサブストレートを保持できない。

下の層は合成材料の膜から製造されてもよい。例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が適当な合成材料である。

例えば、下の層４４は０．１ミリメートル又はそれ以下の厚みを有する。

流体チャンネル３４を形成するために、流体チャンネル３４の形状にあるスロット４６が中間の層４２に設置される。したがって、スロット４６は、同様にＹ字形状又はチューニング用音叉の形である。

本体１４が組み立てられた状態の場合、このスロット４６は上および下から、すなわち垂直方向に上の層４０および下の層４４によって気密に完全に（開口部３８およびフランジ板２２の領域に提供される連結開口部を除いて）カバーされて閉じられる。

流体チャンネル３４は、上の層４０に開口部３８が設置される領域で、中間の層４２のスロット４６の端で終わる。

図４に示されるとおり、保持器具１５の１つが、図示の開口部３８内に取り付けられる。

図示の実施形態において、保持器具１５は吸引器具、特に真空吸引カップであり、キャリヤ４８およびキャリヤ４８に取り付けられた密封口５０を有する。

キャリヤ４８は２つの円筒形部分、すなわち基礎部５２および取付部５４を有し、取付部５４の直径は基礎部の直径よりも大きく、また開口部３８の直径よりも大きい。

取付部５４は、中間の層４２の厚みに実質的に一致する厚みを有し、上の層４０と下の層４４の間に設置される。

基礎部５２は、開口部３８を貫通して延び、その上側、すなわち取付部５４の逆側、に接触面５６を有する。

吸引溝６０が接触面５６に提供され、キャリヤ４８の中の貫通チャンネル６２によって、および取付部５４の中の連結チャンネル６４によって、流体チャンネル３４と流体連通している。

密封口５０は、本体１４の上側Ｏにおいて基礎部５２に取り付けられ、接触面５６を完全に包囲する。

キャリヤ４８は、中間の層４２および上の層４０を貫通して下の層４４によって保持されることによりその場所でエンドエフェクタ１０に取り付けられる。それはさらに、上の層４０の上側に支えられる密封口５０によって固定される。

サブストレートをピックアップするために、エンドエフェクタ１０はサブストレートに向かって下から移動され、サブストレートを持ち上げてもよい。同時に、負圧チャンネルとして機能する流体チャンネル３４によって吸引溝６０に負の圧力をかける真空源（図示せず）によってサブストレートに吸引力が適用されてもよい。

サブストレートは続いて、大気圧からの過剰圧力によって接触面５６に押し付けられ、それによりエンドエフェクタ１０にしっかりと固定される。サブストレートはそのとき、少なくとも接触面５６の上で保持領域２４に対して接触している。

保持器具１５をベルヌーイ効果に基づく固定器具として設計することもまた可能である。この場合、過剰圧力源（図示せず）を使って、高圧気体が流体チャンネル３４に供給され、高速で保持器具１５から流れ出し、サブストレートを素早く超えて流れる。これによりエンドエフェクタ１０に向かう力がサブストレートにかかり、サブストレートがエンドエフェクタ１０に固定される。流体チャンネル３４はこの場合、過剰圧力チャンネルである。

加えて、支持面６５を保持アーム３２の上、特に受入端１６に向いた端に形成してもよい。支持面６５は例えばゴムなどの柔らかい材料で製造されてもよい。最適の場合、サブストレートはエンドエフェクタ１０に固定されるとき、支持面６５に接触する。

下の層４４は本来強くないが、本体１４の積層構造により全体として安定したエンドエフェクタ１０が得られる。これは、このエンドエフェクタ１０用のサイズで提供されたサブストレートを保持領域２４において搬送可能であるために十分安定しているということである。下の層４４が本来強くない薄膜で形成されていることにより、エンドエフェクタ１０の厚みは、特に保持領域２４において、明らかに低減される。

図５および図６は本願発明に係るエンドエフェクタ１０の第二の実施形態を示し、それは実質的に第一の実施形態に一致する。したがって、ここからは相違点だけが記述され、同等で機能的に等価な部品には同じ参照符号が使われる。

第二の実施形態で図示されるエンドエフェクタ１０は、第一の実施形態のエンドエフェクタ１０よりも大きいサブストレート用に設計され、したがって第二の実施形態の部品は寸法が異なる。

例えば、より大きいサブストレートをより安定して保持する目的で、接触面５６同士の間隔を大きくするために本体１４の幅が広い。同時に切欠き部２６も幅が広い。

図５は、第二の実施形態のエンドエフェクタ１０を下から見た図であり、明確さのためにフランジ２２は省略されている。

この実施形態において、本体１４は２つの層、すなわち上の層６６および下の層６８のみを有する。

下の層６８は、第一の実施形態の下の層４４に対応し、第一の実施形態の下の層４４と同一である。

対照的に、上の層６６は、第一の実施形態の上の層４０と中間の層４２の組み合わせに対応する。

流体チャンネル３４の輪郭を部分的に定める溝７０は、上の層６６の下側に組み込まれる。したがって溝７０は第一の実施形態のスロット４６に対応し、溝７０は下の層６８によって閉じられて流体チャンネル３４が形成される。

加えて、上の層６６は、エンドエフェクタ１１０の上側Ｏに向かう流体チャンネル３４の開口部３８を含む。

上の層６６はまた保持器具１５の取付部５４用に凹部を含んでもよい。

図解目的で、図５には下の層６８が透明であるかのように示され、上の層６６の溝７０が見えている。

第一の実施形態と対照的に、切欠き部２６の移行領域３０は半円ではなく、それぞれが四分円を描くＲ面取りＲ_２を２つ有する。２つの四分円は短い直線部７２によってつながる（図６を参照）。

当然、図解された実施形態の２つの特徴は互いに組み合わせることができる。特に、第一の実施形態のエンドエフェクタ１０は２層で形成可能であり、第二の実施形態のエンドエフェクタは３層で形成可能である。

同様に、エンドエフェクタの本体の層が全てそれぞれ本来強くなく、サブストレートを保持するために必要な強さはこれらの層を組み合わせることによってのみ達成されるということも可能である。

図７は、３つの異なるサイズのエンドエフェクタ１０を、対応するサイズのサブストレート用カートリッジ１２と共に示す。例えば、左側に示されるサイズは第一の実施形態のサイズに対応し、中央に示されるサイズは第二の実施形態のサイズに対応する。さらに、特に大きいサブストレート用のより大きいサイズが右側に示される。

例えば、左側のエンドエフェクタは、直径１００ミリメートル以上のサブストレート用に設計され、中央のエンドエフェクタは、直径１５０ミリメートル以上のサブストレート用に設計され、右側のエンドエフェクタは、直径２００ミリメートル以上のサブストレート用に設計されている。

当然、ウェーハの特性によっては、同じグリッパを異なるサイズのウェーハにも使用することができる。

エンドエフェクタを製造するために、例えばレーザやウォータージェットによって個々の層が同時に切断されてもよい。これによれば、層が完全に同一の外形を持つことが確かとなる。複数の層を機械的に連結するために使われる開口部もまた、連結される複数の層を重ねあわせた状態で１つの工程で同時に加工されてもよい。

Claims (17)

1. サブストレートを保持するためのエンドエフェクタであって、多層の本体（１４）と、前記本体（１４）に提供される流体チャンネル（３４）を有し、前記本体（１４）は３つの層（４０、４２、４４）を有し、前記３つの層（４０、４２、４４）それぞれは本来強くない材質であり、各層単独ではサブストレートを保持するために十分な強さを有さないが、前記３つの層（４０、４２、４４）が互いに固定されると、前記本体は前記サブストレートを保持するために十分な強さを有する、エンドエフェクタ。
2. 溝（７０）及び／又はスロット（４６）が前記層（４２）の少なくとも１つに組み込まれ、かつ前記流体チャンネル（３４）の輪郭を部分的に定めることを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記溝（７０）及び／又は前記スロット（４６）が別の少なくとも１つの前記層（４０、４４）によってカバーされ密封されることを特徴とする、請求項２に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記３つの層（４０、４２、４４）の中間の層（４２）が、外側の２つの層（４０、４４）によってカバーされた前記スロット（４６）を備え、それによって前記流体チャンネル（３４）を形成することを特徴とする、請求項３に記載のエンドエフェクタ。
5. 前記層（４０、４２）のうちの１つ、特に、前記溝（７０）及び／又は前記スロット（４６）が組み込まれる前記層（４２）が金属板から製造されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
6. 前記３つの層（４０、４２、４４）が、互いに同一の外形を有する、及び／又は、エンドエフェクタ（１０）の外形を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
7. 前記層（４０、４２、４４）のうちの少なくとも１つが、予備成形された構成部品であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
8. 本来強くない材質の前記層（４４）が合成材料、特に合成材料膜、から製造されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
9. 前記３つの層（４０、４２、４４）が、互いに接着されていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
10. 前記本体（１４）が受入端（１６）および取付端（１８）を有し、前記サブストレートを保持するための保持領域（２４）が前記受入端（１６）に提供されることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
11. 切欠き部（２６）が前記受入端（１６）から前記本体（１４）の中へ延び、保持アーム（３２）が前記切欠き部（２６）によって形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のエンドエフェクタ。
12. 前記切欠き部（２６）が、前記取付端（１８）に向いた端に少なくとも１つのＲ面取り（Ｒ１；Ｒ２）を有し、特にＵ字形状をしていることを特徴とする、請求項１１に記載のエンドエフェクタ。
13. 前記流体チャンネル（３４）が、前記取付端（１８）から前記保持領域（２４）の中、特に前記保持アーム（３２）の中に延び、その場所で開口部（３８）に流出することを特徴とする、請求項１０～１２のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
14. 保持器具（１５）が、前記開口部（３８）の中又は上に提供され、特に密封口（５０）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のエンドエフェクタ。
15. 前記保持器具（１５）が、吸引器具、特に真空吸引カップ、又は、ベルヌーイ効果に基づく固定器具であることを特徴とする、請求項１４に記載のエンドエフェクタ。
16. エンドエフェクタ（１０）を搬送装置、特にロボットの腕、に取り付けるために、フランジ領域（２０）、特にフランジ板（２２）、が前記取付端（１８）に提供されることを特徴とする、請求項１０～１５のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ。
17. サブストレートを保持するためのエンドエフェクタであって、
    多層の本体（１４）と、
    前記本体（１４）に提供される真空吸引カップおよび流体チャンネル（３４）と、を有し、
    前記本体（１４）は３つの層（４０、４２、４４）を有し、
    前記層（４４）の少なくとも１つは、本来強くない材質であり、単独ではサブストレートを保持するために十分な強さを有さず、
    前記本体は、
    上の層（４０）と、
    中間の層（４２）と、
    下の層（４４）と、を含み、
    前記真空吸引カップは、前記中間の層（４２）および前記上の層（４０）を貫通して前記下の層（４４）によってその場所に保持されるキャリヤ（４８）を有する、
    エンドエフェクタ。

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