JPH098097A - 物体浮揚装置及びこれを具備した物体搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ等の物体を完全に非接触状態にて搬
送し得ると共に、水平方向のみならず垂直方向及び斜め
方向の搬送も可能とし、しかも方向転換も自在に行える
など、搬送経路の制限がない物体浮揚装置及び物体搬送
装置を提供すること。 【構成】 物体２０を浮揚せしめるべく振動体１５が発
生する音波の放射圧を、該振動体の外周側が中央側に比
して大であるようになし、以て、該物体を該振動体の中
央位置に静止状態とする。そして、この振動体をアーム
式ロボット３やエレベータ等の搬送手段により適宜の方
向に搬送することとし、上記の効果を得ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波の放射圧を利用し
て物体を空中に浮揚させる物体浮揚装置と、該物体浮揚
装置を具備した物体搬送装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの元となるシリコンウェーハ
や液晶ディスプレイなどとして利用されるガラス基板等
の基板は、塵埃の付着、並びに、微細にても傷が発生す
ることを可能な限り避けねばならない。従って、これら
の基板を取り扱う場合、特にシリコンウェーハに関して
は回路形成のための工程にその前段の工程から搬送する
際、注意を要する。従来、シリコンウェーハを搬送する
搬送手段として、下記の種々のものが採用されている。

【０００３】まず、シリコンウェーハを１枚ずつ搬送す
る、すなわち枚葉形式の搬送手段の一例として、図１２
に示すアーム式ロボット１５１が挙げられる。

【０００４】図示のように、このアーム式ロボット１５
１は、先端部がシリコンウェーハ（以下、単にウェーハ
と呼ぶ）１５３を担持する担持部１５５ａとされたアー
ム１５５と、該アーム１５５を往復動（矢印Ｘ６にて示
す）自在に支持すると共に駆動する支持駆動手段１５６
と、該支持駆動手段１５６を搭載してこれを回転（矢印
Ｒ６にて示す）させるθテーブル１５８とを有してい
る。但し、図示のように、該アーム１５５の往復動と支
持駆動手段１５６の回転は、水平面内でなされる。

【０００５】上記アーム式ロボット１５１の側方にはエ
レベータ１６０が配設されており、該エレベータ１６０
が具備して昇降動作（矢印Ｚ６にて示す）を行う昇降台
１６０ａ上には、複数枚のウェーハ１５３を配列して収
容し得るキャリア１６２が載置されている。

【０００６】かかる構成においては、例えば、図示のよ
うにキャリア１６２とは反対側に突出した状態にあるア
ーム１５５の担持部１５５ａ上に、図示しない別のロボ
ットあるいは作業者によって、１枚のウェーハ１５３が
載置される。すると、該アーム１５５が引込み動作させ
られると共に、支持駆動手段１５６がθテーブル１５８
の作動によって１８０°回転せしめられる。続いて、該
支持駆動手段１５６の作動によってアーム１５５が突出
させられ、該ウェーハ１５３はこれを担持した担持部１
５５ａと共にキャリア１６２内に挿入される。この状態
で、エレベータ１６０の昇降台１６０ａが僅かに上昇
し、該ウェーハ１５３はキャリア１６２に形成された棚
部（図示せず）によって持ち上げられるようにして担持
部１５５ａから離脱し、該棚部上に乗る。

【０００７】この後、アーム式ロボット１５１は図１２
に示す状態へと復帰動作し、キャリア１６２内に所定枚
数のウェーハ１５３が収容されるまで、この一連の動作
が繰り返される。

【０００８】なお、逆に、キャリア１６２内に収容され
ているウェーハ１５３を順に取り出して供給する場合
は、上記とは逆の過程を辿って行われる。

【０００９】次に、枚葉形式の他の搬送手段であるベル
トローダを図１３に示す。

【００１０】図示のように、このベルトローダ１６５
は、平行に配置されてウェーハ１５３を協働して担持す
る例えば２本の無端状ベルト１６７と、該各ベルト１６
７が掛け回されるべく列設された複数のプーリ１６８
と、該各プーリ１６８のうち所要のものを回転駆動する
駆動手段（図示せず）とを有している。

【００１１】当該ベルトローダ１６５においては、上記
駆動手段によってプーリ１６８が回転駆動され、これに
よって両ベルト１６７が送給され、ウェーハ１５３が搬
送される。但し、ウェーハ１５３の搬送（矢印Ｘ７にて
示している）は水平方向においてなされる。

【００１２】続いて、キャリア形式の搬送手段の一例で
あるアーム式搬送装置を図１４に基づいて説明する。該
キャリア形式とは、前述した枚葉形式に対するものであ
り、複数枚のウェーハ１５３を配列したキャリア１７１
を搬送の対象とする。

【００１３】図示のように、このアーム式搬送装置１７
２では、搬送すべき経路に沿って延在する案内レール１
７４と、該案内レール１７４によって案内される可動ベ
ース１７５と、該可動ベース１７５を移動させる駆動手
段（図示せず）と、該可動ベース１７５上に設けられて
キャリア１７１を保持するアーム１７６とを有してい
る。

【００１４】当該アーム式搬送装置１７２においては、
上記駆動手段の作動によって可動ベース１７５が移動
（矢印Ｚ８及びα８にて示している）し、キャリア１７
１が搬送される。

【００１５】なお、このアーム式搬送装置１７２では、
キャリア１７１の搬送は、水平方向のみならず垂直方向
及び斜め方向と、その経路の設定は自在である。

【００１６】図１５は、キャリア形式の他の搬送手段で
あるリニアモータ式搬送装置を示すものである。

【００１７】図示のように、当該リニアモータ式搬送装
置１８１は、可動マグネット型のものにて、一列に並ぶ
多数の電機子コイル１８３からなる一次側を固定ベース
１８４上に設け、二次側である界磁マグネット１８６を
該各電機子コイル１８３と対向可能にスライダ１８７の
下面に固着している。そして、複数枚のウェーハ１５３
を配列収容したキャリア１８９が、このスライダ１８７
上に搭載される。

【００１８】このリニアモータ式搬送装置１８１におい
ては、上記電機子コイル１８３各々に所定タイミングを
以て電流を供給することによって、一次側及び二次側の
両者間にフレミングの左手の法則に基づく推力が生じて
スライダ１８７が移動し、キャリア１８９が搬送され
る。但し、キャリア１８９の搬送（矢印Ｘ９及びＸ１０
にて示す）は水平方向にて行われる。

【００１９】図１６に、キャリア形式の搬送手段の第３
例としてのロボット移動式搬送装置を示す。

【００２０】図示のように、このロボット移動式搬送装
置１９２は、車輪１９３ａを有して自走するロボット本
体１９３を備えている。複数枚のウェーハ１５３を配列
収容したキャリア１９５は該ロボット本体１９３上に搭
載され、該ロボット本体１９３が走行することによって
水平方向に搬送（矢印Ｘ１１及びＸ１２にて示してい
る）される。

【００２１】なお、上記ロボット本体１９３上には、該
ロボット本体１９３上に対するキャリア１９５の搬入及
び搬出を行うアームロボット１９７が設けられている。

【００２２】上述した各種の搬送手段においては、いず
れも、ウェーハ１５３がアーム１５５（の担持部１５５
ａ）、ベルト１６７、キャリア１７１，１８９，１９５
に接触した状態にて搬送される。それ故、これら各接触
対象とウェーハ１５３との摩擦によってウェーハ１５３
にミクロ的な傷が生じたり塵埃が少なからず発生し、し
かも静電気等によって該塵埃がウェーハ１５３に付着し
易いという不都合がある。

【００２３】従って、特に、後工程でウェーハ１５３に
微細な加工を施す場合、例えば４メガビットのＩＣを得
るべく回路形成を行う場合などは、この塵埃の発生や付
着が大きな問題となり、生産されるＩＣの不良率を低減
して歩留りの向上を図る上で解決されるべき問題となっ
ていた。

【００２４】そこで、この問題を解消するために、超音
波の放射圧を利用して物体を空中に浮揚させる物体浮揚
装置を具備し、物体を完全に非接触の状態で搬送し得る
物体搬送装置が本願出願人によって提案された。この提
案は特開平７−２４４１５号公報において開示されてお
り、その開示内容の一部である物体搬送装置を図１７乃
至図２０に示す。

【００２５】図示のように、当該物体搬送装置は、矩形
板状に形成された振動体２０１を有している。この振動
体２０１はその中心部にてホーン２０２の先端に螺子２
０３（図１８に図示）によって締結されている。

【００２６】図１７において、ホーン２０２による超音
波振動の振動方向を矢印Ｕにて示す。このように、ホー
ン２０２は縦振動を行う。振動体２０１は、ホーン２０
２から伝達される振動に基づいて、図１７において曲線
Ｗにて示すような撓み振動をする。この撓み振動は振動
体２０１の長さ方向及び幅方向において生じ、従って振
動体２０１は全体として格子状の振動モードにて振動す
る。なお、振動体２０１の寸法を適切な寸法にすれば、
稿状振動モードのみの振動となる。

【００２７】図１７に示すように、ホーン２０２は、振
動体２０１に対する結合部とは反対側において振動子２
０４と結合されている。この振動子２０４の電極２０４
ａと発振器２０５とが接続されており、振動子２０４は
該発振器２０５によって励振されて超音波振動を発生す
る。ホーン２０２は、この振動子２０４が発する振動を
機械的に増幅するものである。

【００２８】なお、ホーン２０２にはフランジ部２０２
ｂが形成されており、振動子２０４及び該ホーン２０２
を内蔵するケース２０６に対して該フランジ部２０２ｂ
がパッキン２０２ｃを介して締結されている。

【００２９】上述したホーン２０２と、振動子２０４
と、発振器２０５とによって、振動体２０１を励振する
超音波励振手段が構成される。

【００３０】図１８及び図１９に示すように、物体２０
７が搬送されるべき物体搬送路の両側に沿って板状の音
波反射部材２０８が配設されており、且つ、上記ケース
２０６に取り付けられている。

【００３１】次に、上記した構成よりなる物体搬送装置
の作用について説明する。

【００３２】まず、当該物体搬送装置が含む物体浮揚装
置の作用について説明する。

【００３３】装置の作動に際し、図１７に示すように、
振動体２０１が仮想水平面２１０に対して平行となるよ
うに装置の姿勢が調整される。この状態で超音波励振手
段への給電がなされ、発振器２０５によって振動子２０
４が励振され、振動体２０１が撓み振動を行う。振動体
２０１が振動することにより、該振動体２０１から音波
（図示せず）が放射される。

【００３４】上記のように振動体２０１が振動を開始し
たら、物体２０７を振動体２０１上に持ち来し、静かに
手を離す。但し、物体２０７は、振動体２０１の振動開
始以前に予め振動体２０１上に載置しておいてもよい。

【００３５】図１７に示すように、振動体２０１から発
せられる音波の放射圧によって、物体２０７は振動体２
０１の表面から距離ｅ₂ を隔てた状態で浮揚する。

【００３６】また、超音波励振手段への給電を断てば振
動体２０１よりの音波は直ちに停止し、物体２０７は振
動体２０１に接触する。

【００３７】なお、当該装置によれば、磁性体であるや
否やなど、扱う物体２０７の材質等の制約を受けること
がなく、また、磁界中におくことができないもの等、あ
らゆる物体を浮揚させ、搬送することができる。しか
も、扱う物体の重量及び寸法が比較的大きくとも、浮揚
させ、搬送させることができるものである。

【００３８】続いて、上述した物体浮揚装置を含む物体
搬送装置の作用について説明する。この物体搬送装置
は、前述した物体浮揚装置の構成に、浮揚した状態の物
体２０７を走行させる走行手段を付加したものである。

【００３９】この走行のための手段の一例として、図２
０に示すような構成を採用している。すなわち、振動体
２０１の表面が仮想水平面２１０に対して角度θ₂ だけ
傾斜するようになされる。この傾斜により、浮揚状態の
物体２０７に重力に基づく加速度が生じ、走行する訳で
ある。

【００４０】ところで、上記のようにして物体２０７が
搬送される際、下記の作用によって物体搬送路からの逸
脱が防止される。

【００４１】すなわち、図１８及び図１９に示すよう
に、該物体搬送路の両側に沿って音波反射部材２０８が
配設されている。図１９から明らかなように、これらの
音波反射部材２０８は振動体２０１とは非接触の状態で
あり、図において矢印にて示すように振動体２０１の下
面側より放射される音波を反射しつつ上記物体搬送路の
側方へと導く。物体搬送路の側方にはこのように導かれ
た音波が存在することとなるため、これが壁となり、物
体２０７が搬送路から逸脱しようとするとこれを押し戻
す作用をなす。よって、物体２０７は搬送路から逸脱す
ることがなく、また、音波反射部材２０８と接触するこ
ともなく、完全に非接触の状態にて搬送される。

【００４２】次に、上述のように重力を利用して物体２
０７を走行させる形式とは異なる走行手段を備えた他の
物体搬送装置について、図２１に基づいて説明する。但
し、この物体搬送装置は、以下に説明する部分以外は図
１７乃至図２０に示した第１例目の物体搬送装置と同様
に構成されているので、装置全体としての説明は重複す
る故に省略し、要部のみの説明に留める。また、以下の
説明において、図１７乃至図２０に示した物体搬送装置
の構成部分と同一の構成部分については同じ参照符号を
用いて示している。

【００４３】図２１に示すように、当該物体搬送装置に
おいては、振動体２０１が、仮想水平面２１０に対して
平行となされている。そして、物体２０７を走行させる
走行手段が、該物体２０７が走行すべき方向に沿って所
定間隔を隔てて並設された複数のノズル２１５を有して
いる。これらのノズル２１５は例えば振動体２０１の上
方に配設され、斜め後方より物体２０７に向けて圧搾空
気を噴出する。物体２０７はこの噴出する圧搾空気によ
って加速され、搬送される。

【００４４】

【発明が解決しようとする課題】上述した物体搬送装置
によれば、前述したウェーハ１５３（図１２など参照）
を上記物体１０７として、完全に非接触の状態にて搬送
することができる。

【００４５】しかしながら、当該物体搬送装置では、搬
送方向は水平方向に限られ、垂直方向や斜め方向へは搬
送できない。

【００４６】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
であって、その主目的とするところは、ウェーハ等の物
体を完全に非接触状態にて搬送し得ると共に、水平方向
のみならず垂直方向及び斜め方向の搬送も可能とし、し
かも方向転換も自在に行えるなど、搬送経路の制限がな
い物体浮揚装置及び物体搬送装置を提供することであ
る。

【００４７】また、本発明は、更に、上記効果に加えて
他の効果をも併せ奏し得る物体浮揚装置及び物体搬送装
置を提供することを目的とする。

【００４８】

【課題を解決するための手段】本発明による物体浮揚装
置は、振動体と、該振動体を励振する超音波励振手段と
を備え、該振動体の音波の放射圧によって該振動体の表
面上に物体を浮揚させ、前記放射圧が、前記振動体の外
周側が中央側に比して大であるように設定されているも
のである。また、本発明による物体搬送装置は、振動体
と、該振動体を励振する超音波励振手段と、該振動体を
保持して搬送する搬送手段とを備え、該振動体の音波の
放射圧によって該振動体の表面上に物体を浮揚させ、前
記放射圧が、前記振動体の外周側が中央側に比して大で
あるように設定されている。

【００４９】

【作用】上記構成の物体浮揚装置によれば、浮揚状態の
物体には振動体の中央に留めようとする力が常に作用
し、物体が該中央から外周側に逸脱しようとすると外周
側の大きな放射圧によって中央側へと押し戻される。

【００５０】また、上記構成の物体搬送装置によれば、
上記と同様にして浮揚状態の物体が振動体の中央位置に
保たれ、この状態で搬送手段によって任意の方向へと搬
送される。

【００５１】

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付図面を
参照しつつ説明する。

【００５２】図１に、本発明の第１実施例として、物体
浮揚装置１を含む物体搬送装置を示す。

【００５３】図示のように、当該物体搬送装置は、上記
物体浮揚装置１に加え、該物体浮揚装置のうち発振器
（後述）を除く部分を保持して搬送する搬送手段として
のアーム式ロボット３を備えている。但し、該発振器も
搬送するようにしてもよい。

【００５４】このアーム式ロボット３は、物体浮揚装置
１のうち発振器を除く部分が先端に装着されたアーム５
と、該アーム５を往復動（矢印Ｘ₁ にて示す）自在に支
持すると共に駆動する支持駆動手段６と、該支持駆動手
段６を搭載してこれを回転（矢印Ｒ₁ にて示す）させる
θテーブル８とを有している。但し、図示のように、該
アーム５の往復動と支持駆動手段６の回転は、水平面内
にてなされる。

【００５５】上記アーム５及び支持駆動手段６は、具体
的には、例えば、該アーム５を出力ロッドとするエアシ
リンダ若しくは油圧シリンダからなる。

【００５６】なお、物体浮揚装置１の振動部など、比較
的大きな重量を先端にて支える上記アーム５の出没動作
に基づく当該物体搬送装置全体としてのバランスを維持
すべく、支持駆動手段６の後端部にカウンターウェイト
１０が設けられている。更に、このカウンターウェイト
１０は、アーム５の出没動作と連動して往復動（矢印Ｘ
₂ にて示す）を行うように構成され、アーム５の突出量
に応じて装置全体のモーメントが完全に釣り合うように
なされている。

【００５７】一方、上記物体浮揚装置１は、次のように
構成されている。

【００５８】すなわち、図１乃至図３に示すように、略
円盤状に形成された振動体１５と、超音波振動発生部１
６と、発振器１７（図１に図示）とを備えている。該超
音波振動発生部１６及び発振器１７は、該振動体１５を
励振する超音波励振手段を構成する。振動体１５は、該
超音波励振手段によって励振され、搬送されるべき物体
としてのシリコンウェーハ（以下、単にウェーハと呼
ぶ）２０をその表面上で浮揚させる。

【００５９】図１乃至図３に示すように、上記超音波振
動発生部１６は、上記振動体１５と結合されるホーン２
２を有している。このホーン２２は、後述する振動子が
発する振動の振幅を機械的に増幅するものであり、その
材質としてジュラルミン等が選定される。

【００６０】図４に示すように、振動体１５は、ホーン
２２に対し、その主面中央部において皿ねじ２４によっ
て締着されている。詳しくは、ホーン２２の先端部に該
皿ねじ２４が螺合するねじ孔２２ａが形成され、振動体
１５の上面側には該皿ねじ２４の頭部が嵌合するテーパ
状の座ぐり部１５ａが形成されている。この座ぐり部１
５ａは、皿ねじ２４の頭部の高さ寸法より深く形成され
ており、それ故に、該頭部が振動体１５の上面から突出
することがない。

【００６１】上記した皿ねじ２４と、ホーン２２のねじ
孔２２ａと、振動体１５に形成された座ぐり部１５ａと
を、締結手段と総称する。このように締結手段によって
振動体１５とホーン２２とを結合した構成においては、
締結を解除すること、すなわち皿ねじ２４を緩めて取り
外すことによって振動体１５の着脱が可能である。

【００６２】なお、振動体１５とホーン２２との結合
は、上記した締結手段による他、半田付け、ロウ付け、
溶接、接着、嵌合（焼きばめ等）などを用いてもよい。
但し、上述のように締結手段を用いて着脱可能に結合す
れば、振動体１５上に浮揚させるべき物体の大きさ、形
状、重量等に応じて振動体１５を適当なものに自在に交
換することができ、実作業上有用である。これら各種の
結合手段は、後述する他の実施例においても同様に適用
される。

【００６３】続いて、上記ホーン２２を含む超音波振動
発生部１６について詳述する。

【００６４】図２及び図３から明らかなように、該超音
波振動発生部１６において、ホーン２２は、振動体１５
に対する結合部とは反対側、すなわち下端側において振
動子２６と結合されている。この振動子２６の電極２６
ａと図１に示す発振器１７とが接続ケーブル２８によっ
て接続されており、振動子２６は該発振器１７によって
駆動されて超音波振動を発生する。

【００６５】なお、図２において、振動子２６及びホー
ン２２による超音波振動の振動方向を矢印Ｕにて示して
いる。このように、振動子２６及びホーン２２は縦振動
を行う。

【００６６】上記ホーン２２にはフランジ部２２ｂが形
成されており、振動子２６及び該ホーン２２を内蔵する
ケース３０に対して該フランジ部２２ｂが、ボルト３１
によって、且つパッキン２２ｃを介して締結されてい
る。

【００６７】上記ケース３０の上端部側面には、ハンド
３３がその一端で溶接あるいはボルト締め等にて取り付
けられている。図１に示すように、このハンド３３の他
端と、アーム式ロボット３が有するアーム５の先端とに
は、夫々フランジ部３３ａ，５ａが設けられている。そ
して、該両フランジ部３３ａ，５ａをボルト３５及びナ
ット３６によって互いに締結することにより、発振器１
７を除いた物体浮揚装置１が該アーム５に装着されてい
る。

【００６８】なお、図２及び図３に示すように、上記ハ
ンド３３は中空とされ、前述した接続ケーブル２８は該
ハンド３３内をグロメット３９等を介して案内され、図
１に示した発振器１７に導かれる。但し、該接続ケーブ
ル２８は、アーム式ロボット３の出没動作に追従するよ
うに、余裕をもった長さに設定されている。

【００６９】ここで、振動体１５の形状について詳述す
る。

【００７０】この振動体１５は材質をジュラルミン等と
する単一の部材からなり、前述したように全体としては
略円盤状に形成され、図２から明らかなように、その上
面１５ｃは平坦となされている。そして、下面側はホー
ン２２に向って縮径するテーパ面１５ｄとされている。
これにより、振動体１５の厚みが、該振動体１５の中央
部から外周部に向って漸次、この場合連続的に薄くなる
ように変化している。

【００７１】次に、上記した構成の物体搬送装置の動作
を説明する。

【００７２】まず、図１に示す発振器１７が予め作動せ
しめられ、振動体１５が励振される。振動体１５は、ホ
ーン２２を通じて伝達される縦振動に基づいて、半径方
向の撓み振動を行う。このため、振動体１５の直径は共
振長に設定されている。すなわち、振動体１５には、何
箇所かに定常波の腹及び節が同心的に生ずる。

【００７３】この振動状態で、図１に示したアーム式ロ
ボット３のアーム５が突出せしめられ、振動体１５及び
超音波振動発生部１６が、同図において実線で示す位置
から二点鎖線にて示す位置に移動する。そして、搬送さ
れるべきウェーハ２０が、図示しない他のロボットある
いは作業者によって該振動体１５上に供給される。

【００７４】すると、該ウェーハ２０は、振動体１５が
発する音波の放射圧によって、該振動体１５の上面１５
ｃ（図２参照）から浮揚した状態となる。図２におい
て、この浮揚の高さを記号ｅ₁ にて示している。

【００７５】ところで、上記振動体１５は、前述したよ
うに、その厚みが中央部から外周部に向って漸次変化、
具体的には漸次小となるように設定されている。かかる
構成の故、該振動体１５の撓み振動の振幅は、図２にお
いて記号Ｈにて示すように、中央部から外周に向って漸
次大となる。これにより、同図において多数の矢印４１
と曲線Ｉとで示すように、振動体１５が発する音波の放
射圧は、該振動体１５の外周側が中央側に比して大とな
る。

【００７６】上記構成によれば、ウェーハ２０には振動
体１５の中央に留めようとする力が常に作用し、ウェー
ハ２０が該中央から外周側に逸脱しようとすると外周側
の大きな放射圧によって中央側へと押し戻される。

【００７７】上記のようにして振動体１５上へのウェー
ハ２０の供給が完了したら、図１において、アーム式ロ
ボット３のアーム５が引込み動作させられると共に、θ
テーブル８の作動によって支持駆動手段６が１８０°回
転（紙面に直角な水平面内での回転）せしめられる。続
いて、該支持駆動手段６の作動によってアーム５が突出
させられ、ウェーハ２０はこれを担持した振動体１５と
共に後段の工程へ向けて送り込まれ、回収される。

【００７８】この後、アーム式ロボット３は図１におい
て実線で示す状態へと復帰動作し、以降、次々と前段工
程から供給されるウェーハについて上記一連の動作が繰
り返される。

【００７９】上記から明らかなように、当該物体搬送装
置においては、搬送物体としてのウェーハ２０は完全に
非接触状態にて水平方向に搬送され、また、１８０°の
方向転換がなされる。

【００８０】なお、上記構成では、ウェーハ２０は振動
体１５の中央位置にほぼ静止した状態にて搬送される
故、搬送による該ウェーハ２０の位置決めの精度は、上
記アーム式ロボット３自体が有する高い作動精度に基づ
いて高められている。

【００８１】また、上記のような振動体１５上における
ウェーハ２０の逸脱防止作用は、本実施例のように振動
体１５にその半径方向において厚みの変化をもたせるこ
と等によって比較的簡単に実施できるからコストが安く
済むものであり、しかも、物体浮揚装置１の構造の簡略
化と小型化も併せて達成され、実用上非常に有効であ
る。

【００８２】特に、上記のように、振動体１５の厚みを
中央部から外周部に向って漸次変化させて上記音波の放
射圧の変化を得る構成では、複雑な加工を要することも
なく、安価であり、放射圧の強弱や変化の率を自在に設
定できるものである。具体的には、本実施例のように、
振動体１５の厚みを連続的に変化させる構成では、厚さ
ｔ（図２参照）を有するジュラルミン製等の平板状の単
一の素材に切削加工や研削加工を施すことによって容易
に形成することができる。

【００８３】図５は、本発明の第２実施例としての物体
搬送装置の要部にしてホーン２２に結合される略円盤状
の振動体４５について、その直径に沿って縦に切断した
状態を示す縦断面図である。但し、当該物体搬送装置
は、この振動体４５を除いては図１乃至図４に示した第
１実施例としての物体搬送装置と同様に構成されてお
り、装置全体としての構成及び動作の説明は重複する故
に省略し、該振動体４５のみの説明に留める。また、以
下の説明において、上記第１実施例の物体搬送装置の構
成部分と同一又は対応する構成部分については同じ参照
符号を付して示している。また、このことは、後述する
第３実施例乃至第８実施例に関しても同様である。

【００８４】図示のよう、この振動体４５も単一の部材
からなり、その下面側に複数、この場合７段の段差部４
５ａ乃至４５ｇが同心的に形成されている。これによ
り、該振動体４５の厚みが、中央部から外周部に向って
段階的に小さくなるように変化している。

【００８５】図６に、本発明の第３実施例としての物体
搬送装置の要部であって略円盤状に形成された振動体４
６について、その直径に沿って縦に切断した断面形状を
示す。図示のように、この振動体４６は、直径の異なる
例えば７枚の板状部材４６ａ乃至４６ｇを直径の大きさ
の順に重ねて結合してなる。そして、該各板状部材４６
ａ乃至４６ｇの外周部の下面側にはテーパ面が形成さ
れ、各板状部材４６ａ乃至４６ｇはその各々のテーパ面
が面一に連なるようになされている。従って、当該振動
体４６は、全体として、その下面側にテーパ面を有し、
これによって、該振動体４６の厚みが、中央部から外周
部に向って漸次連続的に小さくなるように変化してい
る。

【００８６】図７は、本発明の第４実施例としての物体
搬送装置の要部である略円盤状の振動体４７について、
その直径に沿って縦に切断した断面形状を示すものであ
る。

【００８７】図示のように、この振動体４７も、直径の
異なる複数、この場合８枚の板状部材４７ａ乃至４７ｈ
を直径の大きさの順に重ねて結合してなる。但し、この
場合、各板状部材４７ａ乃至４７ｈは単に円形の平板状
に形成され、外周部にテーパ面は形成されていない。こ
の構成によって、該振動体４７の厚みが、中央部から外
周部に向って漸次変化、具体的には段階的に小さくなる
ように変化している。

【００８８】上記第２実施例乃至第４実施例側の各物体
搬送装置においても、夫々の物体搬送装置が備える各振
動体４５，４６及び４７が発する音波の放射圧は、該各
振動体の外周側が中央側に比して大となる。従って、前
述した第１実施例の物体搬送装置と同様に、これら振動
体４５乃至４７上で浮揚するウェーハ２０には該各振動
体の中央に留めようとする力が常に作用し、ウェーハ２
０が該中央から外周側に逸脱しようとすると外周側の大
きな放射圧によって中央側へと押し戻される。よって、
搬送物体としてのウェーハ２０は、完全に非接触の状態
で搬送される。

【００８９】なお、図５に示した振動体４５のように単
一の部材の厚みを段階的に変化させる構成では、図１乃
至図４に示した第１実施例の物体搬送装置が備える振動
体１５、すなわち厚みが連続的に変化するものと同様、
平板状の素材に切削加工等を施すことによって容易に形
成することができる。

【００９０】一方、図６及び図７に示した振動体４６，
４７のように、直径の異なる複数の薄い板状部材４６ａ
乃至４６ｇ、４７ａ乃至４７ｈを重ねて結合する構成で
は、これら薄い板状部材は素材を単に切断（但し、図６
に示すものでは外周部下面側にテーパ面を形成すべくプ
レス加工等も併用）するだけで得られ、該各板状部材を
重ねて結合する作業も特に困難ではないので、上記切削
加工等による場合に比して大量生産に適する。

【００９１】図８乃至図１０は、夫々、本発明の第５実
施例乃至第７実施例としての各物体搬送装置の要部であ
る振動体とその周辺の部材を示す図である。

【００９２】なお、これら第５実施例乃至第７実施例の
各物体搬送装置が具備する振動体は、前述した第１実施
例の物体搬送装置が有する振動体１５と同じものとされ
ている。

【００９３】図８に示す第５実施例においては、振動子
２６がホーン（２２：図２等を参照）などを介さず、振
動体１５に直結結合されている。従って、該ホーン等を
設けない分、装置の小型化、具体的には、ウェーハ２０
を浮揚状態にて担持する部分（図８に示す構成）の薄型
化が達成され、狭いスペースでも物体浮揚装置を用いる
ことができる。

【００９４】なお、この第５実施例のものでは、図示の
ように、上記振動子２６にフランジ部２６ｃが形成され
ており、このフランジ部２６ｃが図１に示すアーム式ロ
ボット３のアーム５の先端に取り付けられる。この取付
けのための構造については、その説明を省略する。

【００９５】図９に示す第６実施例においては、振動子
としてリング型振動子５１が採用され、該リング型振動
子５１が振動体１５に直接結合されている。該リング型
振動子５１は薄形であり、装置全体の更なるコンパクト
化、特に、ウェーハ２０を浮揚状態にて担持する部分
（図９に示す構成）の薄型化が図られている。

【００９６】一方、この第６実施例においては、図示の
ように、振動体１５がリング状の受け治具５３によって
支持される。該受け治具５３は、ハンド３３を介して図
１に示すアーム式ロボット３のアーム５に取り付けられ
る。この受け治具５３は、振動体１５の振動の節位に結
合され、これによって該振動体１５が搬送される。この
ように振動の節位を保持することによって、搬送手段と
してのアーム式ロボット３（図１に図示）に対して振動
のエネルギーが無駄に伝わることがなく、ウェーハ２０
の浮揚に有効に費される。この構成は、本実施例のよう
にリング型振動子５１を用い、該振動子５１自体によっ
ては振動体１５を支え持たせることをしない構成におい
て有効である。

【００９７】図１０に示す第７実施例においては、振動
子として更に薄形のディスク型振動子５５が採用されて
おり、該ディスク型振動子５５が振動体１５に直接結合
されている。この構成では、物体浮揚装置、特に、ウェ
ーハ２０を浮揚状態にて担持する部分（図１０に示す構
成）を極限まで薄くすることが可能となっている。

【００９８】この第７実施例においても、振動体１５が
リング状の受け治具５３によって支持される。該受け治
具５３は、ハンド３３を介して図１に示すアーム式ロボ
ット３のアーム５に取り付けられる。この受け治具５３
は、振動体１５の振動の節位に結合され、これによって
該振動体１５が搬送される。このように振動の節位を保
持することにより、前述した第６実施例のものと同様、
搬送手段としてのアーム式ロボット３（図１に図示）に
対して振動のエネルギーが無駄に伝わることがなく、ウ
ェーハ２０の浮揚に有効に費される。

【００９９】図１１に、本発明の第８実施例として、エ
レベータ形式の物体搬送装置を示す。

【０１００】図示のように、当該物体搬送装置において
は、振動体１５及び超音波振動発生部１６が可動ベース
５７上に搭載されている。該可動ベース５７には、スラ
イダ５８が取り付けられ、該スライダ５８を直線的に案
内するトラックレール５９が設けられている。該トラッ
クレール５９は、斜めに設置された架台６０上に固定さ
れている。すなわち、可動ベース５７は斜め方向におい
て往復動自在となっている。なお、超音波振動発生部１
６が含む振動子（２６：図２参照）を駆動する発振器１
７（図１参照）は、固定側である該架台６０上の所定位
置に設けられている（図示はしない）。

【０１０１】上記可動ベース５７を移動させる駆動手段
が設けられており、該駆動手段は下記のように構成され
ている。

【０１０２】すなわち、上記架台６０の上下には、一対
の歯付ベルト車６３及び６４が、ブラケット６５，６６
を各々介して取り付けられている。そして、該両歯付ベ
ルト車６３，６４に歯付ベルト６８が掛け回されてい
る。図示のように、該歯付ベルト６８は、上記可動ベー
ス５７に連結されている。また、図示してはいないが、
該歯付ベルト６８を送給すべく、該両歯付ベルト車６
３，６４の少なくとも一方に駆動力を付与するためのモ
ータが設けられている。

【０１０３】上記構成において、上記モータの作動によ
って歯付ベルト６８が送給されることにより、可動ベー
ス５７が移動（矢印Ｄにて示す）する。これによって、
振動体１５上に浮揚している搬送物体としてのウェーハ
２０は、完全に非接触状態にて斜め方向に搬送される。

【０１０４】当該物体搬送装置はエレベータ形式のもの
であるが、この構成では、ウェーハ２０は振動体１５の
中央位置にほぼ静止した状態にて搬送される故、搬送に
よる該ウェーハ２０の位置決めの精度は、エレベータが
有する高い作動精度に基づいて高められている。

【０１０５】本実施例においては、ウェーハ２０が斜め
に搬送されるが、垂直方向あるいは水平方向に搬送する
ようにすることも可能である。

【０１０６】なお、上記各実施例においては、各振動体
１５，４５，４６及び４７が撓み振動を行うものとして
いるが、縦振動など、他の形態の振動とすることも可能
であり、これら各種振動形態においてウェーハ２０等が
浮揚することが実験によって確認されている。

【０１０７】また、これら振動体１５，４５，４６及び
４７は円盤状に形成されているが、ウェーハ２０を浮揚
状態で担持する上面の形状は楕円形、三角形、四角形
等、必要に応じてどのような形状としてもよい。

【０１０８】更に、上記各実施例においては、上記各振
動体１５，４５，４６，４７を超音波振動発生部１６と
共に搬送する搬送手段として、アーム式ロボット３（図
１参照）やエレベータ（図１１参照）を採用している
が、他に、図１３乃至図１６に示したものなど、各種の
搬送手段を適用可能であることは勿論である。

【０１０９】また、上記各実施例においては、各振動体
１５、４５、４６、４７は、その厚みの変化が中央部か
ら外周部にわたっているが、外周部及びその近傍のみに
ついて厚みを変化させて中央部を含むその他の部分につ
いては平板状としてもよい。この構成でも、該各振動体
の外周側の音波放射圧が中央側に比して大となる。

【０１１０】更に、図９に示した構成に関しては、実施
例のように振動体１５に厚みの変化を持たせることをせ
ず、単純な平板状のものとし、その代わり、リング型振
動子５１を大径のものとして該平板状振動体の外周部に
対して振動を加えるようになしてもよい。この構成によ
っても該振動体の音波の放射圧が、外周側が中央側より
も大となる。

【０１１１】また、本発明は、前述した各実施例の構成
に限らず、これら各実施例が含む構成の一部ずつを互い
に組み合わせたり、応用させ合うことなどにより、多岐
にわたる構成を実現できるものである。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による、物
体浮揚装置及び物体搬送装置においては、ウェーハ等の
物体を表面上にて浮揚させるための振動体に生ずる音波
の放射圧が、該振動体の外周側が中央側に比して大であ
るように設定されている。かかる構成によれば、物体に
はこれを振動体の中央に留めようとする力が常に作用
し、物体が該中央から外周側に逸脱しようとすると外周
側の大きな放射圧によって中央側へと押し戻される。従
って、上記振動体を保持して搬送する搬送手段としてア
ーム式ロボットやエレベータなど適宜のものを選定して
用いることにより、物体を完全に非接触状態にて搬送し
得ると共に、水平方向、垂直方向及び斜め方向の搬送、
並びに方向転換も自在に行うことができ、搬送経路を選
ばず、汎用性が高い。更に、上記の構成では、上記物体
は上記振動体の中央位置にほぼ静止した状態にて搬送さ
れる故、搬送による該物体の位置決めの精度は、上記ア
ーム式ロボット等が有する高い作用精度に基づいて高め
られる。また、上記のような物体の逸脱防止作用は、振
動体にその半径方向において厚みの変化をもたせること
等によって比較的簡単に実施できるからコストが安く済
むものであり、しかも、物体浮揚装置の構造の簡略化と
小型化も併せて達成され、実用上非常に有効である。特
に、振動体の厚みを外周側に向って漸次変化させて上記
放射圧の変化を得る構成では、複雑な加工を要すことも
なく、安価であり、放射圧の強弱や変化の率を自在に設
定できるものである。具体的には、振動の厚みを連続的
若しくは段階的に変化させる構成では、平板状の素材に
切削加工などを施すことによって容易に形成することが
できる。また、振動体の厚みを変化させるには、上記の
ように比較的厚手の単一の素材に切削加工等を施すこと
による他、直径の異なる複数の薄い板状部材を直径の大
きさの順に重ねて結合することによっても実施できる。
この構成では、これら薄い板状部材は素材を単に切断す
るだけで得られ、各板状部材を重ねて結合する作業も特
に困難ではないので、上記切削加工等による場合に比し
て大量生産に適する。また、本発明による物体浮揚装置
においては、上記振動体が、超音波励振手段に対して締
結手段を用いて着脱可能に結合されている。故に、浮揚
させるべき物体の大きさ、形状、重量等に応じて振動体
を適当なものに自在に交換することができ、実作業上有
用である。更に、本発明による物体浮揚装置において
は、上記振動体を励振する超音波励振手段が、超音波振
動を発する振動子と、該振動子を駆動する発振器とを有
し、該振動子がホーンなどを介さず上記振動体に直接結
合されている。従って、該ホーン等を設けない分、装置
の小型化、具体的には、物体を浮揚状態にて担持する部
分の薄型化が達成され、狭いスペースでも当該物体浮揚
装置を用いることができる。また、本発明による物体浮
揚装置においては、この構成を基に、具体的に下記の構
成が採用され、夫々固有の効果が奏される。まず、第１
例として、上記振動子としてリング型振動子が用いられ
る。リング型振動子は薄形であり、装置全体の更なるコ
ンパクト化、特に、物体を浮揚状態にて担持する部分の
薄型化が図られる。次に、第２例として、更に薄形のデ
ィスク型振動子を用いるものである。この構成では、物
体浮揚装置をほぼ極限まで薄くすることが可能となる。
一方、本発明による物体搬送装置においては、上記振動
体はその振動の節位を前述の搬送手段によって保持され
て搬送される。よって、振動のエネルギーが該搬送手段
側に無駄に伝わることがなく、物体の浮揚に有効に費さ
れる。この構成は、特に、上記したリング型やディスク
型の振動子を用いる場合など、振動子自体によっては振
動体を支え持たせることをしない構成において有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例として、物体浮揚
装置を含む物体搬送装置（アーム式ロボット形式）の側
面図である。

【図２】図２は、図１に示した物体搬送装置が具備する
振動体と超音波振動発生部を示す、一部断面を含む側面
図である。

【図３】図３は、図２に示した構成の、一部断面図を含
む斜視図である。

【図４】図４は、図２及び図３に示した構成が含む振動
体とその周辺の部材の一部を示す、拡散分解斜視図であ
る。

【図５】図５は、本発明の第２実施例としての物体搬送
装置の要部である振動体とホーンの縦断面図である。

【図６】図６は、本発明の第３実施例としての物体搬送
装置の要部である振動体とホーンの縦断面図である。

【図７】図７は、本発明の第４実施例としての物体搬送
装置の要部である振動体とホーンの側面図である。

【図８】図８は、本発明の第５実施例としての物体搬送
装置の要部である振動体と振動子を示す、一部断面を含
む側面図である。

【図９】図９は、本発明の第６実施例としての物体搬送
装置の要部である振動体、リング型振動子等を示す側面
図である。

【図１０】図１０は、本発明の第７実施例としての物体
搬送装置の要部である振動体、ディスク型振動子等を示
す、一部断面を含む側面図である。

【図１１】図１１は、本発明の第８実施例としての物体
搬送装置（エレベータ形式）の要部の側面図である。

【図１２】図１２は、従来の搬送手段の第１例であるア
ーム式ロボットを含む装置の斜視図である。

【図１３】図１３は、従来の搬送手段の第２例であるベ
ルトローダの要部の斜視図である。

【図１４】図１４は、従来の搬送手段の第３例であるア
ーム式搬送装置の要部の斜視図である。

【図１５】図１５は、従来の搬送手段の第４例であるリ
ニアモータ式搬送装置の一部の、縦断面図である。

【図１６】図１６は、従来の搬送手段の第５例であるロ
ボット移動式搬送装置の側面図である。

【図１７】図１７は、従来の超音波浮揚型物体搬送装置
の、一部断面を含む正面図である。

【図１８】図１８は、図１７に示した物体搬送装置の平
面図である。

【図１９】図１９は、図１７に関するＰ−Ｐ矢視図であ
る。

【図２０】図２０は、図１７乃至図１９に示した物体搬
送装置の動作説明図である。

【図２１】図２１は、他の従来例としての物体搬送装置
の要部を示す正面図である。

【符号の説明】 １ 物体浮揚装置 ３ アーム式ロボット（搬送手段） ５ アーム ６ 支持駆動手段 ８ θテーブル １５ 振動体 １６ 超音波振動発生部 １７ 発振器 ２０ シリコンウェーハ（搬送物体） ２２ ホーン ２６ 振動子 ３０ ケース ３３ ハンド ４５，４６，４７ 振動体 ５１ リング型振動子 ５３ 受け治具 ５５ ディスク型振動子 ５７ 可動ベース ５８ スライダ ５９ トラックレール ６０ 架台 ６３，６４ 歯付ベルト車 ６８ 歯付ベルト

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と、該振動体を励振する超音波励
   振手段とを備え、該振動体の音波の放射圧によって該振
   動体の表面上に物体を浮揚させ、前記放射圧が、前記振
   動体の外周側が中央側に比して大であるように設定され
   ていることを特徴とする物体浮揚装置。
2. 【請求項２】 前記振動体の厚みが外周側に向って漸次
   変化していることを特徴とする請求項１記載の物体浮揚
   装置。
3. 【請求項３】 前記振動体の厚みが連続的に変化してい
   ることを特徴とする請求項２記載の物体浮揚装置。
4. 【請求項４】 前記振動体の厚みが段階的に変化してい
   ることを特徴とする請求項２記載の物体浮揚装置。
5. 【請求項５】 前記振動体は、直径の異なる複数の板状
   部材を直径の大きさの順に重ねて結合してなることを特
   徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１記載の
   物体浮揚装置。
6. 【請求項６】 前記振動体は、前記超音波励振手段に対
   して締結手段を用いて着脱可能に結合されていることを
   特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１記載
   の物体浮揚装置。
7. 【請求項７】 前記超音波励振手段は、超音波振動を発
   する振動子と、該振動子を駆動する発振器とを有し、該
   振動子が前記振動体に直接結合されていることを特徴と
   する請求項１乃至請求項６のうちいずれか１記載の物体
   浮揚装置。
8. 【請求項８】 前記振動子はリング型振動子からなるこ
   とを特徴とする請求項７記載の物体浮揚装置。
9. 【請求項９】 前記振動子はディスク型振動子からなる
   ことを特徴とする請求項７記載の物体浮揚装置。
10. 【請求項１０】 振動体と、該振動体を励振する超音波
    励振手段と、該振動体を保持して搬送する搬送手段とを
    備え、該振動体の音波の放射圧によって該振動体の表面
    上に物体を浮揚させ、前記放射圧が、前記振動体の外周
    側が中央側に比して大であるように設定されていること
    を特徴とする物体搬送装置。
11. 【請求項１１】 前記搬送手段は前記振動体を振動の節
    位で保持することを特徴とする請求項１０記載の物体搬
    送装置。