TWI455236B - Substrate handling manipulator - Google Patents

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Description

基板搬運用機械手
本發明是關於設置在半導體晶圓或玻璃基板等基板搬運用的搬運機械人，以載置有基板的狀態支撐著基板的基板搬運用機械手。
先前，對基板施以成膜處理或蝕刻處理等各種處理的裝置，如第1圖所示，已知有構成為以包圍著配置有搬運用機械人1的中央搬運室A配置基板的加載互鎖真空室B和複數的處理室C，利用搬運用機械人1使投入在加載互鎖真空室B的基板S搬運至各處理室C的處理裝置(所謂，組合設備工具)。搬運用機械人1，具備旋繞及伸縮自如的機械手臂2，在機械手臂2的前端，安裝有以載置著基板S的狀態支撐著基板S的機械手3。
於此，當利用上述處理裝置對基板S逐漸施以各種處理時，由於成膜的膜種或膜厚的緣故會造成應力方向或應力強度不同，因此有時會導致基板S朝上方翹曲成凸狀或朝下方翹曲成凹狀。產生翹曲的基板S不會面接觸於機械手所以容易滑落。接著，為了提昇總處理能力加快機械人動作速度時，會導致機械手3上基板S的位置偏移。
先前，可解決上述問題的機械手，根據專利文獻1，已知有在上面透過各種彈簧構件安裝有複數墊片的機械手。如此一來，即使基板產生凸狀或凹狀的翹曲還是能夠使各墊片隨著翹曲彎曲變形成面接觸於基板。因此，墊片和基板的摩擦阻力就成為和基板平整時的狀況相同，能夠抑制基板的位置偏移。
[專利文獻1]日本特開2002-353291號公報
然而，上述專利文獻1記載的技術，機械手是需要安裝多數的彈簧構件，導致成本變高。此外，機械手移動停止時彈簧構件會振動，振動中若交接基板，則會導致基板位置偏移。因此，需要等到振動消除後才能進行基板的交接，如此一來就會妨礙到總處理能力的提昇。另外，交接時若機械手沒有保持水平度，則荷重會不均勻施加在複數的彈簧構件，導致基板朝一定方向偏移的問題。
有鑑於以上問題點，本發明是以提供一種即使基板產生翹曲還是能夠在不使用彈簧構件等的狀況下穩定支撐基板的基板搬運用機械手為課題。
為了解決上述課題，本發明的第1形態是於設置在基板搬運用搬運機械人，以載置有基板的狀態支撐著基板的機械手中，其特徵為，在機械手的上面，設有基板下面外圍部乘坐用的第1座面，該第1座面的外圍朝上方形成有段差的同時，在朝內方離開第1座面的機械手的上面部份，設有基板朝下方翹曲成凹狀時可使基板下面乘坐的朝基板中心往下方傾斜的第2座面。
根據第1形態時，當基板平整或朝上方翹曲成凸狀時，基板的下面外圍部會乘坐在第1座面，使基板外周緣抵接於第1座面外圍的段差，防止基板的位置偏移。另一方面，當基板朝下方翹曲成凹狀時，基板的外周緣會以朝上方傾斜的狀態抵接於第1座面外圍的段差，因此當機械手移動停止時慣性力就有可能造成基板的外周緣越過段差。不過，第1形態中，基板朝下方翹曲成凹狀時，基板的下面會抵接於第2座面，因此第2座面的摩擦阻力就能夠抑制基板的位置偏移。
如上述根據本發明的第1形態時，即使基板產生凸狀或凹狀的翹曲，機械手還是能夠穩定支撐著基板使基板位置不偏移。此外，因不需要如上述先前技術在機械手設置彈簧構件等，所以能夠實現低成本化的同時，能夠在機械手移動停止後立即進行基板的交接，因此也有助於總處理能力的提昇。
然而，若第1座面外圍的段差是形成為垂直時，以機械手承接基板時，只要基板稍微有些偏心，基板的下面外圍部就會擺放在段差上不會乘坐在第1座面。針對該狀況，只要段差設置成傾斜可獲得調心作用，則即使基板多少有些偏心，還是能夠矯正偏心使基板的下面外圍部乘坐在第1座面。於該狀況，段差若只是單純設置成傾斜時，則機械手移動停止時慣性力有可能使基板的外周緣一口氣就越過段差。
因此，本發明的第1形態是以第1座面外圍的段差設有梯狀的複數段部為佳。如此一來，即使基板的外周緣越過下方的段部，但一旦抵接於其上方的段部就會讓慣性力削減，能夠有效防止慣性力造成基板外周緣越過段差。
此外，基板的成膜處理有時連基板的外周緣都會有成膜包圍著。於該狀況時，上述的梯狀段部會擦拭基板外周緣的膜，恐怕會成為灰塵產生源。因此，本發明的第1形態中，上述段部和基板外周緣接觸的部份是以形成圓角面為佳。
另外，為了解決上述課題，本發明的第2形態，是於設置在基板搬運用搬運機械人，以載置有基板的狀態支撐著基板的基板搬運用機械手中，其特徵為，在機械手的上面，具備沿著比基板外徑還小的指定直徑的同一圓周延伸成帶狀朝上方突出的突條，突條的上面是形成為朝徑方向外方及徑方向內方設有下坡的曲面。
根據第2形態時，當基板朝上方翹曲成凸狀時，基板下面會線接觸突條上面的徑方向外側的曲面，另一方面，當基板朝下方翹曲成凹狀時，基板下面會線接觸突條上面的徑方向內側的曲面。因此，即使基板產生凸狀或凹狀的翹曲，機械手還是能夠穩定支撐著基板使基板位置不偏移。
然而，基板的成膜處理有時連基板下面外圍部也會有成膜包圍著。因此，當基板的下面外圍部乘坐在突條時，基板的下面外圍部的膜有可能會受到擦拭剝落。接著，當突條的上面和基板之間有剝落的膜存在時，該膜會成為滾子效用，導致摩擦力極端降低，容易產生基板的位置偏移。
因此，第2形態中，上述指定徑是以設定成可使基板的徑方向內方的部份要比基板的成膜處理時可能有膜包圍而成膜的基板下面外圍部還能夠乘坐在上述突條為佳。如此一來，基板下面外圍部的膜就不會受到突條擦拭造成剝落，能夠防止上述不利狀況產生。
此外，第2形態中，上述突條的上面的徑方向外側的曲面和徑方向內側的曲面是需要進行各別研磨加工。接著，有時徑方向外側的曲面和徑方向內側的曲面會在突條上面的徑方向中間交叉形成稜線。若形成有上述稜線，則容易造成基板下面損傷。針對該狀況，只要將突條上面的徑方向中間形成平坦面就不會形成有稜線，能夠防止基板損傷。
此外，第2形態中，上述突條是分離形成在上述圓周上的複數部份時，若機械手翹曲，則各突條的端面和上面形成的凸緣會點接觸於基板下面，使基板下面受損。於此，只要各突條的端面形成為傾斜面，則各突條的端面和上面形成的凸緣角度就會成為鈍角，難以造成基板下面損傷。
 [發明之最佳實施形態]
以下，針對第1圖所示的搬運用機械人1的機械手臂2所連結的機械手3應用本發明時的實施形態進行說明。即，搬運用機械人1是和上述先前技術相同設置在搬運室A，在機械手臂2的前端，如第2圖所示透過齒輪箱2a安裝有第1實施形態的機械手3。
該機械手3，基於基板S在處理室C有時要加熱成高溫，其是以具有耐熱性，再加上，摩擦係數大的材料，例如Al2 O3 、SiO2 或SiC等板材形成。此外，機械手3，具備有從連結於齒輪箱2a的基端部4分岐成雙叉狀朝前方延伸的一對手指部5。
基端部4和兩手指部5的前端部，設有可使基板S的下面外圍部其圓周方向3處乘坐的第1座面6(參照第3圖)。第1座面6的內圍朝下方形成有段差7。接著，通常基板S外圍部以外的下面是懸空乘坐在機械手3。
此外，第1座面6的外圍朝上方形成有段差8。如此一來，機械手3的移動停止時即使慣性力作用在基板S，但基板S的外周緣會抵接於段差8，因此能夠防止基板S乘坐在機械手3時的位置偏移。
然而，若第1座面6外圍的段差8形成為垂直時，以機械手3承接基板S時，只要基板S稍微有些偏心，基板S的下面外圍部就會擺放在段差8上不會乘坐在第1座面6。因此，為了獲得能夠矯正基板S偏心的調心作用，段差8最好是設置成傾斜為佳。於該狀況，段差8若只是單純設置成傾斜時，則機械手3移動停止時慣性力有可能使基板S的外周緣一口氣就越過段差8。因此，段差8設有複數的段部8a、8b、8c形成為梯狀。如此一來，即使基板S的外周緣越過下方的段部8a，但一旦抵接於其上方的段部8b就會議慣性力削減，能夠有效防止慣性力造成基板S外周緣越過段差8。
於此，當基板S平整或朝上方翹曲成凸狀時，以上所述的段差8能夠防止基板S的位置偏移。但是，基板S如第3圖假想線所示朝下方翹曲成凹狀時，基板S的外周緣會以向上傾斜的狀態抵接於第1座面6外圍的段差8。因此，當機械手3高速動作，在機械手3移動停止時慣性力有可能會造成基板S的外周緣越過段差8。
於是，就在離開基板S外周緣的機械手3的部份即手指部5、5分岐處的內緣部上面，設有朝基板S中心往下方傾斜的第2座面9。如此一來，當基板S產生凹狀翹曲時，基板S的下面會乘坐在第2座面9。因此，以第2座面9的摩擦阻力就能夠抑制基板S的位置偏移。
如上述根據第1實施形態時，即使基板S產生凸狀或凹狀的翹曲，機械手3還是能夠穩定支撐著基板S使基板S位置不偏移。因此，就能夠加快搬運用機械人1的動作速度能夠實現總處理能力的提昇。此外，因不需要如上述先前技術在機械手安裝彈簧構件等，所以能夠實現低成本化。再加上，機械手3的移動停止後，不需要如上述先前例需等待彈簧構件的振動衰減，就能夠在立即進行基板S的交接，因此能夠實現更進一步的總處理能力提昇。
另，第1實施形態中，第2座面9是一體形成在機械手3，但也可將橡膠等摩擦係數大的材料貼在機械手3藉此形成第2座面9。此外，如第4圖所示，梯狀的各段部8a、8b、8c的和基板S的外周緣接觸的部份也可形成為圓角面8d。如此一來，當基板S的成膜處理使基板S外周緣都有成膜包圍時，就能夠防止基板S外周緣的膜受到擦拭造成剝落。
其次，參照第5圖至第7圖對第2實施形態的機械手30進行說明。透過齒輪箱2a安裝在機械手臂2前端的機械手30是和上述第1實施形態相同以具有耐熱性並且摩擦係數大的材料形成。接著，其具備有：連結在齒輪箱2a的基端部31；及從基端部31分岐成雙叉狀朝前方延伸的一對手指部32、32。
機械手30的上面，設有沿著比基板S外徑還小的指定徑的同一圓周C延伸成帶狀朝上方突出的突條33。接著，讓基板S和圓周C成同心乘坐在突條33。另，突條33是分離設置在圓周C上的複數部份，即，分離設置在基端部31和一對手指部32、32的3個部份。此外，本實施形態中，突條33是一體形成在機械手30，但也可用和機械手30為個別體的橡膠等形成突條33，將突條33安裝在機械手30的上面。但是，當考慮到耐熱性時，還是以本實施形態所示將突條33一體形成在機械手30為佳。
然而，基板S的成膜處理時，如第6圖所示，有時也會連基板S的下面外圍部都會有膜Sa包圍著。因此，當基板S的下面外圍部乘坐在突條33時，基板S的下面外圍部的膜Sa有可能會受到擦拭造成剝落。接著，當突條33的上面和基板S之間有剝落的膜存在時，該膜會成為滾子效用，導致摩擦力極端降低，容易產生基板S的位置偏移。
於是，本實施形態中，將上述圓周C的徑設定成可使徑方向內方的基板S的下面部份比基板S的成膜處理時可能有膜Sa包圍的基板S下面外圍部還能夠乘坐在上述突條33。如此一來，基板S下面外圍部的膜Sa就不會受到突條33擦拭造成剝落，能夠防止上述不利狀況產生。
此外，本實施形態中，突條33的上面，形成為如第6圖所示朝徑方向外方及徑方向內方設有下坡的曲面33a。如此一來，當基板S如第6圖的實線所示朝上方翹曲成凸狀時，基板S下面會線接觸突條33上面的徑方向外側的曲面33a，另一方面，當基板S如第5(b)圖的假想線所示朝下方翹曲成凹狀時，基板S下面會線接觸突條33上面的徑方向內側的曲面33a。因此，即使基板S產生凸狀或凹狀的翹曲，機械手還是能夠穩定支撐著基板使基板位置不偏移。另，平整的基板S也會因本身重量而朝下方翹曲成凹狀，此時基板S的下面會線接觸於突條33上面的徑方向內側的曲面33a，因能夠獲得穩定的支撐。
不過，當突條33一體形成在機械手30時，突條33的上面的徑方向外側的曲面33a和徑方向內側的曲面33a是需要各別從徑方向外方和徑方向內方進行徑研磨加工。此時，突條33上面的徑方向中間會殘留平坦面，或有時徑方向外側的曲面33a和徑方向內側的曲面33a會在突條33上面的徑方向中間交叉形成稜線。若形成有上述稜線，則容易造成基板S下面損傷。針對該狀況，本實施形態是在突條33上面的徑方向中間保留有若干平坦面33b的狀態下進行曲面33a的研磨加工。如此一來，就不會形成有稜線，能夠防止基板損傷。
另外，本實施形態中，是將分離設置在基端部31和一對手指部32、32的各突條33的端面形成如第7圖所示的傾斜面33c。於此，若機械手30如第7圖假想線所示翹曲時，則各突條33的端面和上面形成的凸緣會點接觸於基板S下面，可能會造成基板S下面受損。不過，只要各突條33的端面形成為傾斜面33c，則各突條33的端面和上面形成的凸緣角度就會成為鈍角，難以造成基板S下面損傷。另，傾斜面33c也可形成為曲面狀。
此外，第2實施形態中，機械手30雖沒有設置第1實施形態的段差8，但機械手30也可設有該段差8。
S．．．基板
Sa．．．膜
3、30．．．機械手
6．．．第1座面
8．．．段差
8a、8b、8c．．．段部
8d．．．圓角面
9．．．第2座面
33．．．突條
33a．．．曲面
33b．．．平坦面
33c．．．傾斜面
第1圖為表示具備搬運用機械人的基板處理裝置模式性平面圖。
第2圖為表示本發明第1實施形態的機械手平面圖。
第3圖為第2圖III-III剖線的剖面放大圖。
第4圖為第1實施形態的機械手變形例要部剖面放大圖。
第5圖為表示本發明第2實施形態的機械手平面圖。
第6圖為第5圖Ⅵ-ⅠⅥ剖線的剖面放大圖。
第7圖為第5圖Ⅶ-Ⅶ剖線的剖面放大圖。
S．．．基板
3．．．機械手
4．．．基端部
5．．．手指部
6．．．第1座面
7．．．段差
8．．．段差
8a、8b、8c．．．段部
9．．．第2座面

Claims (7)

  1. 一種基板搬運用機械手，是設置在基板搬運用搬運機械人，以載置基板的狀態支撐著基板的機械手，其特徵為：在機械手的上面設有基板下面外圍部乘坐用的第1座面，該第1座面的外圍朝上方形成有段差的同時，在離開基板外圍部的機械手的上面部份，設有基板朝下方翹曲成凹狀時可使基板下面乘坐的朝基板中心往下方傾斜的第2座面。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的基板搬運用機械手，其中，上述段差設有梯狀的複數段部。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的基板搬運用機械手，其中，上述段部的和基板外周緣接觸的部份是形成為圓角面。
  4. 一種基板搬運用機械手，是設置在基板搬運用搬運機械人，以載置基板的狀態支撐著基板的機械手，其特徵為：在機械手的上面，具備沿著比基板外徑還小的指定徑的同一圓周延伸成帶狀朝上方突出的突條，突條的上面是形成為朝徑方向外方及徑方向內方設有下坡的曲面；當基板朝上方翹曲成凸狀時，基板下面會線接觸突條上面的徑方向外側的曲面，另一方面，當基板朝下方翹曲成凹狀時，基板下面會線接觸突條上面的徑方向內側的曲面。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載的基板搬運用機械手，其中，上述指定徑是設定成可使基板的徑方向內方的部份比基板的成膜處理時可能有膜包圍的基板下面外圍部還能夠乘坐在上述突條。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載的基板搬運用機械手，其中，上述突條上面的徑方向中間是形成為平坦面。
  7. 如申請專利範圍第4項所記載的基板搬運用機械手，其中，上述突條是分離形成在上述圓周上的複數部份，各突條的端面是形成為傾斜面。
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