JPWO2009099107A1 - 基板搬送用のロボットハンド - Google Patents

Abstract

基板（Ｓ）に反りを生じても、基板（Ｓ）を安定に支持できるようにした基板搬送用のロボットハンド（３）を提供する。ロボットハンド（３）の上面に、基板（Ｓ）の下面外周部が着座する第１の座面（６）が設けられ、その外周に上方への段差（８）が形成される。段差（８）には、階段状の複数の段（８ａ，８ｂ，８ｃ）が付けられる。また、第１の座面（６）から内方に離れたロボットハンド（３）の上面部分に、基板Ｓが下方に凹状に反ったときに基板（Ｓ）の下面が着座する、基板（Ｓ）の中心に向けて下方に傾斜した第２の座面（９）が設けられる。

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を搬送する搬送ロボットに設けられ、基板を載置した状態で支持する基板搬送用のロボットハンドに関する。

従来、基板に成膜処理やエッチング処理などの各種の処理を施す装置として、図１に示すように、搬送ロボット１を配置した中央の搬送室Ａを囲うようにして、基板のロードロック室Ｂと複数の処理室Ｃとを配置し、ロードロック室Ｂに投入した基板Ｓを搬送ロボット１により各処理室Ｃに搬送するように構成した処理装置（所謂、クラスタツール装置）が知られている。搬送ロボット１は、旋回及び伸縮自在なロボットアーム２を備え、ロボットアーム２の先端には、基板Ｓを載置した状態で支持するロボットハンド３が取り付けられている。

ここで、上記処理装置により基板Ｓに各種の処理を施していくと、成膜した膜種や膜厚によってストレス方向やストレスの強さが違うため、基板Ｓが上方に凸状に反ったり、下方に凹状に反ったりする場合がある。反りを生じた基板Ｓは、ロボットハンドに面接触しないため滑りやすくなる。そして、スループットの向上のためにロボット動作速度を速くすると、ロボットハンド３上で基板Ｓが位置ずれを起こしてしまう。

従来、このような不具合を解消したロボットハンドとして、特許文献１により、上面に複数のパッドを夫々ばね部材を介して取り付けたものが知られている。これによれば、基板に凸状や凹状の反りを生じても、その反りに倣って各パッドが変位して基板に面接触する。そのため、パッドと基板との摩擦抵抗は基板がフラットな場合と同等になり、基板の位置ずれが抑制される。
特開２００２−３５３２９１号公報

然し、上記特許文献１記載のものでは、ロボットハンドに多数のばね部材を取り付ける必要があって、コストが高くなる。また、ロボットハンドの移動停止時にばね部材が振動し、振動中に基板を受け渡すと、基板が位置ずれしてしまう。そのため、振動が収まるのを待って基板の受け渡しを行うことが必要になり、スループット向上を図る上で障害となる。また、受け渡しの際にロボットハンドの水平度が出ていないと、複数あるばね部材に不均一に荷重がかかり、一定方向に基板がずれる不具合もある。

本発明は、以上の点に鑑み、基板に反りを生じても、ばね部材等を用いることなく基板を安定に支持できるようにした基板搬送用のロボットハンドを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、基板を搬送するための搬送ロボットに設けられ、基板を載置した状態で支持するロボットハンドにおいて、ロボットハンドの上面に、基板の下面外周部が着座する第１の座面が設けられ、この第１の座面の外周に上方への段差が形成されると共に、第１の座面から内方に離れたロボットハンドの上面部分に、基板が下方に凹状に反ったときに基板の下面が着座する、基板の中心に向けて下方に傾斜した第２の座面が設けられていることを特徴とする。

第１の態様によれば、基板がフラット又は上方に凸状に反っている場合は、基板の下面外周部が第１の座面に着座し、基板の外周縁が第１の座面の外周の段差に当接して、基板の位置ずれが防止される。一方、基板が下方に凹状に反っている場合は、基板の外周縁が第１の座面の外周の段差に上向きに傾斜した状態で当接するため、ロボットハンドの移動停止時に慣性力で基板の外周縁が段差を乗り越えてしまう可能性がある。然し、第１の態様では、基板が下方に凹状に反っている場合、基板の下面が第２の座面に着座するため、第２の座面による摩擦抵抗で基板の位置ずれが抑制される。

このように本発明の第１の態様によれば、基板に凸状、凹状の何れの反りを生じても、基板を位置ずれしないように安定に支持できる。また、上記従来技術のように、ロボットハンドにばね部材等を設ける必要がないため、低コスト化を図ることができると共に、ロボットハンドの移動停止後に直ちに基板の受け渡しを行うことができ、スループットの向上にも寄与することができる。

ところで、第１の座面の外周の段差が垂直に形成されていると、ロボットハンドで基板を受け取る際に、基板が少しでも芯ずれしている場合には、基板の下面外周部が段差の上に載って第１の座面に着座しなくなる。これに対し、調芯作用が得られるように段差に傾斜を付ければ、基板が多少芯ずれしていても、芯ずれを矯正して第１の座面に基板の下面外周部を着座させることができる。この場合、段差に傾斜を単純に付けたのでは、ロボットハンドの移動停止時に慣性力で基板の外周縁が段差を一気に乗り越えてしまう可能性がある。

そのため、本発明の第１の態様においては、第１の座面の外周の段差に階段状に複数の段を付けることが望ましい。これによれば、基板の外周縁が下の段を乗り越えても、その上の段への当接で勢いが減じられ、慣性力で基板の外周縁が段差を乗り越えることを有効に防止できる。

また、基板に対する成膜処理で基板の外周縁にも膜が回り込んで成膜されることがある。この場合、上記階段状の段で基板の外周縁の膜が擦られて、ダストの発生源となる恐れがある。そのため、本発明の第１の態様においては、前記段の基板の外周縁と接触する部分をアール面としておくことが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、基板を搬送するための搬送ロボットに設けられ、基板を載置した状態で支持する基板搬送用のロボットハンドにおいて、ロボットハンドの上面に、基板の外径より小さな所定径の同一円周に沿って帯状にのびる、上方に突出する突条を備え、突条の上面が、径方向外方及び径方向内方に向けて下り勾配の付いた曲面に形成されていることを特徴とする。

第２の態様によれば、基板が上方に凸状に反っている場合は、基板下面が突条の上面の径方向外側の曲面に線接触し、一方、基板が下方に凹状に反っている場合は、基板下面が突条の上面の径方向内側の曲面に線接触する。従って、基板に凸状、凹状の何れの反りを生じても、基板を位置ずれしないように安定に支持できる。

ところで、基板に対する成膜処理で基板の下面外周部にまで膜が回り込んで成膜されることもある。そのため、基板の下面外周部が突条に着座すると、基板の下面外周部の膜が擦られて剥落する可能性がある。そして、突条の上面と基板との間に剥落した膜が存在すると、この膜がコロの役目をして、摩擦力が極端に低下してしまい、基板の位置ずれを生じやすくなる。

そのため、第２の態様において、前記所定径は、基板に対する成膜処理で膜が回り込んで成膜される可能性がある基板の下面外周部よりも径方向内方の部分が前記突条に着座するように設定されることが望ましい。これによれば、基板の下面外周部の膜が突条に擦られて剥落することがなく、上記の不具合を防止できる。

また、第２の態様においては、前記突条の上面の径方向外側の曲面と径方向内側の曲面とを夫々研磨加工することが必要になる。そして、径方向外側の曲面と径方向内側の曲面とが突条の上面の径方向中間で交わって稜線が形成されてしまうことがある。このような稜線が形成されると、基板下面に傷が付き易くなる。これに対し、突条の上面の径方向中間が平坦面に形成されていれば、稜線が形成されることはなく、傷付きを防止できる。

また、第２の態様において、前記突条が前記円周上の複数部分に分離して形成される場合は、ロボットハンドが反っていたりすると、各突条の端面と上面との成すエッジが基板下面に点接触し、基板下面に傷が付く。ここで、各突条の端面が傾斜面に形成されていれば、各突条の端面と上面との成すエッジの角度が鈍角になり、基板下面に傷が付き難くなる。

以下、図１に示す搬送ロボット１のロボットアーム２に連結されるロボットハンド３に本発明を適用した実施の形態について説明する。即ち、搬送ロボット１は、上述した従来技術と同様、搬送室Ａに設けられ、ロボットアーム２の先端に、図２に示す如く、ギヤボックス２ａを介して第１の実施の形態のロボットハンド３が取り付けられている。

このロボットハンド３は、基板Ｓが処理室Ｃで高温に加熱される場合があることから、耐熱性を有し、それに加えて、摩擦係数が大きい材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ０_２やＳｉＣ等の板材で形成されている。また、ロボットハンド３は、ギヤボックス２ａに連結される基端部４から二股状に分岐して先方に延びる一対のフィンガー部５を備えている。

基端部４と両フィンガー部５の先端部とには、基板Ｓの下面外周部がその周方向３箇所で着座可能な第１の座面６が設けられている（図３参照）。第１の座面６の内周には、下方への段差７が形成されている。そして、通常は基板Ｓの外周部以外の下面がロボットハンド３から浮くようにしている。

また、第１の座面６の外周には、上方への段差８が形成されている。これにより、ロボットハンド３の移動停止時に基板Ｓに慣性力が作用しても、基板Ｓの外周縁が段差８に当接して、ロボットハンド３に対する基板Ｓの位置ずれが防止される。

ところで、第１の座面６の外周の段差８を垂直に形成した場合には、ロボットハンド３で基板Ｓを受け取る際に、基板Ｓが少しでも芯ずれしていると、基板Ｓの下面外周部が段差８の上に載って第１の座面６に着座しなくなる。そのため、基板Ｓの芯ずれを矯正する調芯作用が得られるように、段差８に傾斜を付けることが望まれる。この場合、段差８に傾斜を単純に付けたのでは、ロボットハンド３の移動停止時に慣性力で基板Ｓの外周縁が段差８を一気に乗り越えてしまう可能性がある。そのため、段差８に階段状に複数の段８ａ、８ｂ、８ｃを付けている。これによれば、基板Ｓの外周縁が下の段８ａを乗り越えても、その上の段８ｂへの当接で勢いが減じられ、慣性力で基板Ｓの外周縁が段差８を乗り越えることを有効に防止できる。

ここで、基板Ｓがフラット又は上方に凸状に反っている場合には、上述したように段差８により基板Ｓの位置ずれを防止できる。然し、基板Ｓが図３に仮想線で示す如く下方に凹状に反った場合には、基板Ｓの外周縁が第１の座面６の外周の段差８に上向きに傾斜した状態で当接する。そのため、ロボットハンド３を高速で動作させた場合、ロボットハンド３の移動停止時に慣性力で基板Ｓの外周縁が段差８を乗り越えてしまう可能性がある。

そこで、基板Ｓの外周部から離れたロボットハンド３の部分であるフィンガー部５，５の分岐箇所の内縁部の上面に、基板Ｓの中心に向けて下方に傾斜した第２の座面９を設けている。これにより、基板Ｓに凹状の反りを生じた場合には、第２の座面９に基板Ｓの下面が着座する。そのため、第２の座面９による摩擦抵抗で基板Ｓの位置ずれが抑制される。

このように第１の実施の形態によれば、基板Ｓに凸状、凹状何れの反りを生じても、ロボットハンド３で基板Ｓを位置ずれしないように安定に支持できる。そのため、搬送ロボット１の動作速度を速くしてスループットの向上を図ることができる。また、上記従来技術のようにばね部材等をロボットハンドに取り付ける必要がないため、低コスト化を図ることができる。その上、ロボットハンド３の移動停止後に、上記従来例のようなばね部材の振動の減衰を待つ必要がなく、直ちに基板Ｓの受け渡しを行うことができ、一層のスループットの向上を図ることができる。

尚、第１の実施の形態では、第２の座面９をロボットハンド３に一体に形成しているが、ロボットハンド３にゴム等の摩擦係数の大きな材料を貼り付けて第２の座面９を形成することも可能である。また、図４に示すように、階段状の各段８ａ、８ｂ，８ｃの基板Ｓの外周縁と接触する部分をアール面８ｄとしてもよい。これによれば、基板Ｓに対する成膜処理で基板Ｓの外周縁にまで膜が回り込んで成膜された場合に、基板Ｓの外周縁の膜が擦れて剥がれ落ちることを防止できる。

次に、図５乃至図７を参照して第２の実施の形態のロボットハンド３０について説明する。ロボットアーム２の先端にギヤボックス２ａを介して取り付けられるロボットハンド３０は、上記第１の実施の形態と同様、耐熱性を有し、かつ、摩擦係数が大きい材料で形成される。そして、ギヤボックス２ａに連結される基端部３１と、基端部３１から二股状に分岐して先方に延びる一対のフィンガー部３２，３２とを備えている。

ロボットハンド３０の上面には、基板Ｓの外径より小さな所定径の同一円周Ｃに沿って帯状にのびる、上方に突出する突条３３が設けられている。そして、基板Ｓを円周Ｃと同心で突条３３に着座させるようにしている。尚、突条３３は、円周Ｃ上の複数部分、即ち、基端部３１と一対のフィンガー部３２，３２との３つの部分に分離して設けられている。また、本実施の形態では、突条３３をロボットハンド３０に一体成形しているが、ロボットハンド３０とは別体のゴム等で突条３３を形成し、ロボットハンド３０の上面に突条３３を取り付けてもよい。但し、耐熱性を考慮すると、本実施の形態のようにロボットハンド３０に突条３３を一体成形することが望ましい。

ところで、基板Ｓに対する成膜処理で、図６に示す如く、基板Ｓの下面外周部にまで膜Ｓａが回り込んで成膜されることもある。そのため、基板Ｓの下面外周部が突条３３に着座すると、基板Ｓの下面外周部の膜Ｓａが擦られて剥落する可能性がある。そして、突条３３の上面と基板Ｓとの間に剥落した膜が存在すると、この膜がコロの役目をして、摩擦力が極端に低下してしまい、基板Ｓの位置ずれを生じやすくなる。

そこで、本実施の形態では、前記円周Ｃの径を、基板Ｓに対する成膜処理で膜Ｓａが回り込んで成膜される可能性がある基板Ｓの下面外周部よりも径方向内方の基板Ｓの下面部分が突条３３に着座するように設定している。これによれば、基板Ｓの下面外周部の膜Ｓａが突条３３に擦られて剥落することがなく、上記の不具合を防止できる。

また、本実施の形態では、突条３３の上面が、図６に示す如く径方向外方及び径方向内方に向けて下り勾配の付いた曲面３３ａに形成されている。これによれば、基板Ｓが図６に実線で示す如く上方に凸状に反っている場合は、基板Ｓの下面が突条３３の上面の径方向外側の曲面３３ａに線接触する。一方、基板Ｓが図５(ｂ)に仮想線で示す如く下方に凹状に反っている場合は、基板Ｓの下面が突条３３の上面の径方向内側の曲面３３ａに線接触する。従って、基板Ｓに凸状、凹状の何れの反りを生じても、基板Ｓを位置ずれしないように安定に支持できる。尚、フラットな基板Ｓも自重で下方に凹状に撓み、基板Ｓの下面が突条３３の上面の径方向内側の曲面３３ａに線接触して、安定に支持される。

ところで、ロボットハンド３０に突条３３を一体成形する場合には、突条３３の上面の径方向外側の曲面３３ａと径方向内側の曲面３３ａとを夫々径方向外方と径方向内方とから研磨加工することが必要になる。この際、突条３３の上面の径方向中間に平坦面が残るか、径方向外側の曲面３３ａと径方向内側の曲面３３ａとが突条３３の上面の径方向中間で交わって稜線が形成されてしまうことがある。このような稜線が形成されると、基板Ｓの下面に傷が付き易くなる。そこで、本実施の形態では、突条３３の上面の径方向中間に若干の平坦面３３ｂが残るように、曲面３３ａの研磨加工を行うこととした。これによれば、稜線が形成されることはなく、傷付きを防止できる。

また、本実施の形態では、基端部３１と一対のフィンガー部３２，３２とに分離して設けた各突条３３の端面を図７に示す如く傾斜面３３ｃに形成している。ここで、ロボットハンド３０が図７に仮想線で示す如く反っていたりすると、各突条３３の端面と上面との成すエッジが基板Ｓの下面に点接触し、基板Ｓの下面に傷が付く可能性がある。然し、各突条３３の端面を傾斜面３３ｃに形成すれば、各突条３３の端面と上面との成すエッジの角度が鈍角になり、基板Ｓに下面に傷が付き難くなる。尚、傾斜面３３ｃは曲面状に形成してもよい。

また、第２の実施の形態では、ロボットハンド３０に第１の実施の形態の段差８を設けていないが、このような段差をロボットハンド３０に設けてもよい。

搬送ロボットを具備する基板処理装置を示す模式的平面図。 本発明の第１の実施の形態のロボットハンドを示す平面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した拡大断面図。 第１の実施の形態のロボットハンドの変形例の要部の拡大断面図。 本発明の第２の実施の形態のロボットハンドを示す平面図。 図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した拡大断面図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した拡大断面図。

符号の説明

Ｓ…基板、Ｓａ…膜、３，３０…ロボットハンド、６…第１の座面、８…段差、８ａ、８ｂ、８ｃ…段、８ｄ…アール面、９…第２の座面、３３…突条、３３ａ…曲面、３３ｂ…平坦面、３３ｃ…傾斜面。

Claims (7)

1. 基板を搬送するための搬送ロボットに設けられ、基板を載置した状態で支持する基板搬送用のロボットハンドにおいて、
   ロボットハンドの上面に、基板の下面外周部が着座する第１の座面が設けられ、この第１の座面の外周に上方への段差が形成されると共に、
   基板の外周部から離れたロボットハンドの上面部分に、基板が下方に凹状に反ったときに基板の下面が着座する、基板の中心に向けて下方に傾斜した第２の座面が設けられていることを特徴とする基板搬送用のロボットハンド。
2. 前記段差には、階段状の複数の段が付けられていることを特徴とする請求項１記載の基板搬送用のロボットハンド。
3. 前記段の基板の外周縁と接触する部分をアール面としたことを特徴とする請求項２記載の基板搬送用のロボットハンド。
4. 基板を搬送するための搬送ロボットに設けられ、基板を載置した状態で支持する基板搬送用のロボットハンドにおいて、
   ロボットハンドの上面に、基板の外径より小さな所定径の同一円周に沿って帯状にのびる、上方に突出する突条を備え、突条の上面が、径方向外方及び径方向内方に向けて下り勾配の付いた曲面に形成されていることを特徴とする基板搬送用のロボットハンド。
5. 前記所定径は、基板に対する成膜処理で膜が回り込んで成膜される可能性がある基板の下面外周部よりも径方向内方の部分が前記突条に着座するように設定されることを特徴とする請求項４記載の基板搬送用のロボットハンド。
6. 前記突条の上面の径方向中間が平坦面に形成されていることを特徴とする請求項４記載の基板搬送用のロボットハンド。
7. 前記突条が前記円周上の複数部分に分離して形成され、各突条の端面が傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項４記載の基板搬送用のロボットハンド。

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