TWI490155B - A substrate transfer device, and a substrate transfer method - Google Patents

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TWI490155B
TWI490155B TW099129486A TW99129486A TWI490155B TW I490155 B TWI490155 B TW I490155B TW 099129486 A TW099129486 A TW 099129486A TW 99129486 A TW99129486 A TW 99129486A TW I490155 B TWI490155 B TW I490155B
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Hideaki Nakanishi
Akira Maeda
Takahiko Murayama
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Murata Machinery Ltd
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Description

基板移載裝置以及基板移載方法
本發明是關於利用白努利夾頭(Bernoulli chuck)以非接觸狀態保持基板而進行移載之基板移載裝置及基板移載方法。
利用白努利夾頭來吸引保持太陽電池用的基板而進行移載的技術，是在專利文獻1所公知的。該技術，是在四角形的手部之下面中央配置一個白努利夾頭，在手部的對角角落部配置吸附墊。在吸附墊的附近設置刷狀的滑接體。在移載時，利用吸附墊來吸附基板的對角角落部，同時利用白努利夾頭來吸引保持基板的中央部。在滑接體接觸基板的角落部的狀態下使手部上昇，藉此能將移載對象之基板的下面所密合的基板予以強制分離，而僅取出最上面的基板進行移載。
在本發明，是將白努利夾頭所吸引保持之基板，在利用導件體定位成既定姿勢的狀態下進行移載，這種具備導件體之移載裝置是揭示於專利文獻2。該移載裝置，是在四角形的支承板的下面配置七個白努利夾頭，在支承板之相鄰接的邊部，分別配置兩個定位用的導件體。在該移載裝置，是讓吸引保持著基板(玻璃基板)的狀態之白努利夾頭，相對於水平面及垂直面呈傾斜，而使基板沿著吸附面利用本身重量產生滑移，利用兩組的導件體來擋止基板 之相鄰接的邊部以進行縱橫方向的定位。
在本發明，移載裝置之主要部是由平行連桿機構所構成，平行連桿機構的基本構造，是在本申請人所申請之專利文獻3所公知的。該平行連桿機構係具備：配置於基座之三個驅動馬達、藉由各驅動馬達進行驅動操作之三組的臂單元、藉由臂單元支承的手部、以及將旋轉動力傳遞至設置於手部的迴旋軸之迴旋驅動軸等。
[專利文獻1]日本特開2003-118859號公報(段落0033，第4圖)
[專利文獻2]日本特開2000-191334號公報(段落0022，第4圖、第5圖)
[專利文獻3]國際公開第2008/059659號文件(段落0018，第1圖)
專利文獻1的移載裝置，由於是利用白努利夾頭和吸附墊來吸引保持基板，在移載時，可利用吸附墊來確實地防止基板沿著白努利夾頭的吸附面發生移位。然而，由於是利用吸附墊來吸附固定基板的表面角落部，並不適用於不喜歡接觸其他物體之基板的移載。
關於這點，依據專利文獻2的移載裝置，由於是利用兩組的導件體來對被白努利夾頭吸引保持的基板之周緣施以定位，能以非接觸狀態來移載基板是理所當然的，還能將基板以高位置精度移載至移載目的地。此外，由於是利 用白努利夾頭來吸引保持基板之後獨立地進行定位動作，在吸引開始位置吸引保持基板時，可減緩白努利夾頭的位置精度。然而，必須使白努利夾頭朝不同方向傾斜兩次來進行定位，定位勢必要花費更多的時間，而無法高效率地進行基板的移載。
本發明的目的是為了提供一種基板之移載裝置及其方法，可將保持基板時之手部的位置精度減緩，且能以高速度高效率地進行基板之移載。
以下，作為解決課題的手段是說明複數個態樣。該等態樣可按照需要來進行任意的組合。
本發明的一觀點之移載裝置，是用來移載四角形基板的裝置，係具備手部、移動機構、白努利夾頭以及複數個導件體。移動機構讓手部移動。白努利夾頭，係設置於手部，具有吸附面，該吸附面包含以非接觸狀態保持基板之夾頭凹部。複數個導件體，是設置於手部，用來將被白努利夾頭保持的基板施以定位。在白努利夾頭設置：可將壓縮空氣朝夾頭凹部的內部吹出以產生負壓之複數個噴嘴孔。導件體，是分散配置成包圍吸附面之周圍的狀態。在白努利夾頭開始進行基板的保持之前，藉由手部使導件體移動至基板的輪廓線外。而且，藉由從噴嘴孔吹出之壓縮空氣，使被白努利夾頭保持的基板朝單方向旋轉，利用導件體來擋止基板的邊部以進行定位。
如上述般，若在導件體位於基板之輪廓線外的狀態下利用白努利夾頭來保持基板，可在基板和各導件體間確保 充分的餘裕間隙的狀態下來保持基板。亦即，在導件體下降中，可避免基板接觸導件體而發生摩擦，或和前端接觸而發生破損。再者，利用從噴嘴孔吹出之空氣流讓保持後的基板朝單方向旋轉並利用導件體進行定位，整體而言，不須嚴密地進行保持基板時之手部的定位。因此，依據本移載裝置，可減緩保持基板時之手部的位置精度，對應於此可更迅速地進行手部的定位，可讓移動機構更高速度動作而提昇基板的移載效率。
亦可進一步具備：設置於手部，讓白努利夾頭及導件體繞垂直軸旋轉之旋轉軸。藉由旋轉軸使導件體旋轉，使導件體位於基板的輪廓線外。
在此情況，藉由旋轉軸使保持開始位置之導件體旋轉，而讓導件體位於基板的輪廓線外，即使是在保持開始位置之基板的姿勢並非一定的狀況下，仍能確實地保持基板而進行定位。例如，即使是以隨機的姿勢搬運至保持開始位置之基板，仍能確實地保持而進行適當地定位。
在利用白努利夾頭保持基板之前，將基板配置成使基板的輪廓線避開導件體之預定配置位置的狀態。
在此情況，由於將基板配置成使基板的輪廓線避開導件體之預定配置位置的狀態，在將基板的姿勢統一一致後利用輪送機來搬運的情況等，可在導件體的姿勢形成一定的狀態下保持基板，因此能使移載動作簡單化。亦即，手部只要在保持開始位置和移載目的地之間單純地往復即可，對應於移載動作的簡單化，可高效率地移載基板。還能 省去用來調整導件體姿勢的構造，而具有讓移載構造簡單化的優點。
白努利夾頭可具有：固定於手部的下面側之夾頭座、以及固定於夾頭座的下面之複數個夾頭單元。在各個夾頭單元，以能在夾頭凹部朝相同方向讓空氣移動的方式形成噴嘴孔。
在此情況，由於是使用以複數個夾頭單元作為吸附要素之白努利夾頭，藉由對應於移載對象之基板的形狀或大小等來改變夾頭單元之配置個數或配置形態，可構成緊緻的白努利夾頭。此外，藉由在各個夾頭單元的夾頭凹部產生相同方向的空氣移動，能使所保持的基板朝單方向強制旋轉而利用導件體進行定位。
白努利夾頭可進一步具備：固定於夾頭座的上面，覆蓋白努利夾頭所保持的基板的上面之至少一部分之遮蔽板。
在此情況，由於在夾頭座的上面固定遮蔽板，且利用遮蔽板覆蓋白努利夾頭所保持的基板的上面之至少一部分，藉由遮蔽板可遮擋手部往上方移動時之空氣流，而能大幅減少作用於基板之向下的空氣阻力。因此可防止：起因於作用於基板之空氣阻力使基板的保持狀態變得不穩定而搖動或從白努利夾頭落下，而能夠在使基板穩定的狀態下進行高速地移載。
各導件體，可為圓軸狀，且具備：設置於下端之往下漸細之錐狀的導入軸部、以及用來擋止基板的邊部之限制 軸部。
在此情況，由於使用具有導入軸部和限制軸部之導件體，利用限制軸部的周面擋止基板邊部時的狀態可形成點接觸。因此，可防止基板接觸其他物體而產生損傷，且能以穩定的狀態正確地進行定位。此外，可儘量減少利用導件體來矯正基板姿勢時的接觸阻力，因此可更順利地進行基板的定位。由於在下端設置往下漸細之錐狀的導入軸部，關於導件體相對於基板進行定位時之位置座標，以相當於導入軸部的水平成分的尺寸作為餘裕量是可期待的。結果，例如即使是擾動所造成之裝置振動等之超乎想像的位置精度等的惡化要因，也能予以因應。
導件體，可配置成在偏離基板之各邊部的中點的位置擋止基板。
在此情況，由於將導件體配置成在偏離基板之各邊部的中點的位置擋止基板，是利用偏離基板的中心(中央)的位置進行各邊部的定位。因此，能以更高的精度將基板定位。此外，在讓各導件體位於基板的輪廓線外的位置時，能使各導件體位於儘量遠離基板邊部的位置而在兩者間確保大的餘裕間隙，如此可進一步減緩手部的位置精度。
可將從基板之各邊部的中點起至導件體所擋止之各邊部的抵接位置為止的距離設定成等距離，將用來擋止基板的對置邊部之各導件體配置成，以基板的中心為對稱中心而成為點對稱的狀態。
如上述般，若在偏離中心的位置利用導件體來擋止邊 部，且將各邊部之至抵接位置的距離設定成等距離，最先進行抵接的邊部不管是遇到哪個導件體，基板的移位量都大致一定，而能迅速地讓基板的姿勢最佳化。附帶一提的，該距離在各導件體為大小不同的情況，最先進行抵接的邊部，會根據遇到哪個導件體而產生不同的基板移位量，會有定位費時的情況發生。
移動機構可包含平行連桿機構。
在此情況，由於移動機構包含平行連桿機構，例如相較於多關節型的機器人，不須在可動部設置馬達或減速機，可實現移動機構的輕量化，因此能使其動作速度高速化。如此，可高效率地進行基板的移載作業。
可進一步具備攝影裝置和控制部。該攝影裝置，是在將基板朝向藉由白努利夾頭保持的位置搬運的期間，取得基板的影像，根據該影像來界定基板藉由白努利夾頭保持之前的基板位置及姿勢。該控制部，是取得基板的位置及姿勢資訊而控制移動機構的動作。在此情況，根據控制部所輸出的指令訊號，藉由移動機構使手部移動並讓旋轉軸旋轉，而在白努利夾頭保持基板之前，讓導件體位於基板的輪廓線外。
在此情況，藉由攝影裝置取得朝向保持開始位置搬運之基板的影像，根據該影像來界定基板的位置及姿勢，利用控制部來控制保持開始位置之導件體的姿勢，因此能夠確實地進行以隨機姿勢搬運之基板的保持。此外，由於不須嚴密地規定搬運時基板的姿勢，在將基板搬運至保持開 始位置之前使基板方向一致的裝置變得不需要。
本發明的其他觀點之基板移載方法，是在手部設置白努利夾頭和複數個導件體之移載裝置中，利用白努利夾頭以非接觸狀態保持四角形的基板，進一步在利用複數個導件體將基板定位的狀態下進行移載。本方法具備以下的步驟。
◎在導件體位於基板的輪廓線外的狀態下，為了使白努利夾頭能保持基板而讓白努利夾頭及導件體移動的步驟；◎藉由從白努利夾頭吹出的空氣流使被白努利夾頭保持的基板朝單方向旋轉，利用導件體來擋止基板的邊部以進行定位的步驟。
如上述般，由於在導件體位於基板之輪廓線外的狀態下利用白努利夾頭來保持基板，可在保持前的基板和各導件體間確保充分的餘裕間隙的狀態下來保持基板，可避免在此期間基板接觸導件體而發生摩擦。再者，利用從噴嘴孔吹出之空氣流讓保持後的基板朝單方向旋轉並利用導件體進行定位，整體而言，不須嚴密地進行保持基板時之手部的定位。因此，依據本發明的移載方法，可減緩保持基板時之手部的位置精度，對應於此可更迅速地進行手部的定位，可讓移動機構更高速度動作而提昇基板的移載效率。
可進一步具備：在白努利夾頭保持基板之前，藉由使白努利夾頭及導件體旋轉，而讓導件體位於基板之輪廓線 外的步驟。
在此情況，藉由使在保持開始位置之導件體旋轉而讓導件體位於基板之輪廓線外，即使是在保持開始位置之基板的姿勢並非一定的狀況下，仍能確實地保持基板而進行定位。例如，即使是以隨機的姿勢被搬運至保持開始位置之基板，仍能確實地保持而進行適當地定位。
可進一步具備：在白努利夾頭保持基板之前，將基板配置成使基板的輪廓線避開導件體之預定配置位置的狀態之步驟。
在此情況，若將保持開始位置之基板配置成基板的輪廓線避開導件體之預定配置位置的狀態，由於能以導件體的姿勢形成一定的狀態來保持基板，能夠使移載動作單純化。詳而言之，手部只要在保持開始位置和移載目的地之間單純地往復即可，對應於移載動作的簡單化，可高效率地移載基板。
可進一步具備：在藉由白努利夾頭保持基板的狀態下使手部移動的期間，藉由讓導件體旋轉而將基板的姿勢變更成移載姿勢之步驟。
在此情況，在藉由移動機構使手部移動的期間，將導件體旋轉而使基板的姿勢變更成移載姿勢，因此可縮短移載基板所需之週期時間，能更有效率地進行基板的移載。
(1)移載裝置
第1圖~第12圖係顯示本發明的基板移載裝置之實施例。第2圖之移載裝置，是將以高剛性的架台1(橫跨輸送機)為基體而構成之平行連桿機構做成移載構造。移載對象之基板W，是構成太陽電池之四角形的矽晶圓，其縱橫尺寸為125mm×125mm或156mm×156mm，厚度尺寸為0.1~0.2mm。如第2圖所示，平行連桿機構係具備：固定於架台1之基座2、配置於基座2的下面之三個驅動馬達3、藉由各馬達3進行驅動之三組的臂單元4、藉由各臂單元4支承之手部5等。在手部5設置：透過迴旋驅動軸6進行迴旋驅動之廻旋軸7。此外，在手部5的下面側設有：接頭體8、白努利夾頭9以及複數個導件體10。
驅動馬達3是透過馬達托架組裝於基座2，臂單元4的上端連結於其輸出軸。驅動馬達3，係一體地具備伺服馬達和減速機，將被減速機減速後的往復迴旋動力輸出至臂單元4。
臂單元4係具備：驅動臂13、將驅動臂13的迴旋動作傳遞至手部5之一對的平行連桿14。連桿14的上端及下端分別透過球形接頭15連結於驅動臂13及手部5。藉由彈簧16將兩連桿14朝互相接近的方向彈壓。利用驅動馬達3來驅動各臂單元4，可將手部5在既定的三維空間內自由地移位操作。
為了追隨手部5之三維移位並傳遞迴旋動力，是由可伸縮自如的滾珠栓槽軸18和連結於其上下端之萬向接頭19來構成迴旋驅動軸6。上側的萬向接頭19連結於馬達20的 輸出軸，下側的萬向接頭19連結於迴旋軸7。用來驅動迴旋驅動軸6之馬達20，與前述驅動馬達3同樣地是由伺服馬達和減速機所構成，且被配置於基座2的上面。
第3圖所示之手部5，是由三叉狀的板狀塊所構成，在其中央部，前述迴旋軸7是藉由交叉滾子軸承21軸支承成可旋轉自如(參照第4圖)。在迴旋軸7的下面固定接頭體8，進一步在接頭體8的下面固定白努利夾頭9。如第5圖所示，接頭體8是形成向下開口之淺的有底筒狀，在其筒壁的下端周面之四個部位，突出形成用來緊固白努利夾頭9之緊固座23。為謀求輕量化，接頭體8整體，例如是由鋁合金或聚醚醚酮(PEEK)等的工程塑膠材料、或是纖維強化塑膠(FRP)等的高強度材料所形成。再者，為了謀求輕量化，在接頭體8的上端壁以貫穿上下的方式形成多數個減厚孔。
(2)白努利夾頭
白努利夾頭9係具備：固定於接頭體8的下面之平板狀的夾頭座26、固定於夾頭座26的下面之四個夾頭單元27、以及固定於夾頭座26的上面之遮蔽板28等。夾頭座26的基本形狀，是形成比基板W大一圈之正方形。如第5圖所示，在夾頭座26之板面之四個部位，設置用來緊固夾頭單元27之環狀的夾頭緊固座31。在該等夾頭緊固座31之間，形成用來緊固接頭體8之部分圓弧狀的接頭緊固座32。此外，在夾頭座26的各邊部，呈直線狀地形成有用來緊固導件 體10之導件緊固座33。
夾頭座26，為了輕量化且能和與基板W對置之夾頭單元27的下面成為大致同一平面，是由彎曲和變形少且具有高彎曲強度之材料所形成。作為這種材料，例如可採用：在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)填充複合玻璃纖維或無機填料後的板材經由加熱積層而構成之市售材料(商品名UNILATE)。此外，在前述夾頭緊固座31、接頭緊固座32以及導件緊固座33的周圍形成減厚空間以謀求輕量化。如此般藉由將各緊固座31、32、33以外的部分除去來形成減厚空間，可減輕夾頭座26的重量而減少運動慣性力。
第1圖之夾頭單元27，是由向下開口之有底圓筒狀的上夾頭體40、向上開口之有底圓筒狀的下夾頭體41所構成。上夾頭體40及下夾頭體41當中至少下夾頭體41，考慮到與太陽電池用矽晶圓接觸的可能性，是由以下材料所形成：超高分子量聚乙烯(UHPE)、PEEK、聚縮醛(POM)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醯亞胺(PI)、ABS之任一者，或其中幾個所組合成的聚合物合金。上夾頭體40是緊固固定在夾頭座26的下面，下夾頭體41，是以密閉狀態緊固固定在上夾頭體40的下面開口側。藉此，在上下的夾頭體40、41間形成大致圓柱狀的空氣室42。如第4圖所示，空氣室42，是透過連結於上夾頭體40的周面之空氣通路(橡膠軟管)43來連接於未圖示的壓縮空氣供應源。
在下夾頭體41的下面，形成向下開口之淺的夾頭凹部45，且在夾頭凹部45的開口周緣形成連續的平坦面46。空 氣室42和夾頭凹部45，是透過八個噴嘴孔47來連通。如第1圖及第8圖所示，噴嘴孔47，是形成從空氣室42側朝夾頭凹部45的周緣角落部側往下傾斜的狀態，且噴嘴孔47的中心軸線和夾頭凹部45的開口緣以既定的角度交叉。藉此，從噴嘴孔47吹出的空氣流之中心軸，會指向夾頭凹部45之開口緣的下方。如第8圖所示，該等噴出空氣整體的流動，在從底面觀察夾頭單元27的狀態下，成為朝逆時針旋轉方向迴旋之迴旋氣流，俯視之噴出空氣整體的流動成為順時針旋轉方向之迴旋氣流(參照第11圖)。
如上述般，若壓縮空氣以指向夾頭凹部45之開口緣的下方之狀態從噴嘴孔47吹出，能使夾頭凹部45之中央部側的壓力成為負壓。利用該負壓作用來吸引保持移載對象之基板W。此外，在將包含平坦面46之夾頭凹部45的開口面當作白努利夾頭9的吸附面時，被吸引保持的基板W和吸附面如第1圖所示般隔著些微的間隙E而上下對置。從噴嘴孔47吹出之空氣流透過該間隙E而往大氣中排出。
如上述般，在利用白努利夾頭9吸引保持基板W而進行搬運時，空氣阻力會作用於基板W的表面，而可能使白努利夾頭所進行之基板W的吸引保持狀態變得不穩定。特別是在運動速度快之平行連桿機構的情況，大的空氣阻力會作用於基板W的表面，而可能使基板W從白努利夾頭9落下。如此般，為了防止空氣阻力造成基板W之搖動或落下，在夾頭座26的上面緊固固定著可覆蓋基板W的上面全體之遮蔽板28。
第5圖所示之遮蔽板28，與夾頭座26同樣地是由以正方形為基本形狀之塑膠板材所構成。在遮蔽板28之板面的中央，沿著接頭體8和夾頭單元27的輪廓線形成穿通孔49以謀求輕量化。遮蔽板28是配置成覆蓋夾頭座26之減厚開口35及減厚缺口37。在穿通孔49的周圍壁當中面對夾頭座26的減厚空間之四個部位，為了讓空氣通路43通過而形成有圓孔狀的通氣孔50。
如此般，若利用遮蔽板28覆蓋基板W的上方空間，手部5往上方移動時的空氣流會被遮蔽板28遮擋，藉此可避免向下的空氣阻力作用於基板W，因此可防止基板W從白努利夾頭9落下。又在夾頭部之垂直投影面上，在接頭體8的上壁雖穿設有八個孔，但由於在其正上方近接配置手部5，因此氣流不會通過該孔而直接衝擊基板W。
(3)導件體
藉由白努利夾頭9吸引保持的狀態之基板W，容易沿著白努利夾頭9的吸附面滑動。為了限制這樣的滑動而將基板W定位，在夾頭座26的各邊部，以向下突出的狀態固定四個導件體10。詳而言之，第7圖中，在夾頭座26之上邊部的靠右角落及下邊部的靠左角落、左邊部的靠上角落及右邊部的靠下角落，合計四個部位配置導件體10。各導件體10，是利用螺栓54來緊固固定於夾頭座26之導件緊固座33的下面。
如上述般，藉由將導件體10設置在靠夾頭座26之各角 落部側的位置，從基板W之各邊部的中點往角落部側偏置的位置可藉由導件體10來擋止。從基板W之各邊部的中點起至導件體10所擋止之各邊部的抵接位置為止之偏置距離，在對置的邊部是設定成等距離。因此，連結上下邊部的導件體10、10之直線和連結左右邊部的導件體10、10之直線，是在白努利夾頭9的中心交叉。此外，擋止基板W的對置邊部之各導件體10、10，以基板W的重心為對稱中心而具有點對稱的關係。
如第1圖所示，導件體10係具備：圓軸狀的軸部51、形成於軸部51下端之往下漸細之錐狀的導入軸部52、以及連續於導入軸部52的上側之限制軸部53，其整體是形成子彈狀。限制軸部53是由直徑比軸部51小之圓軸所構成，利用其周面來擋止基板W的邊部以限制滑移，而將被吸引保持的狀態之基板W施以定位。為此，將導件體10的上下位置設定成，使白努利夾頭9的吸附面位在與限制軸部53的上下方向中途部交叉之水平面上。為了輕量化，軸部51和限制軸部53是透過往下漸細錐狀的軸部分來連接。
導件體10，是使用耐久性優異的塑膠材料來形成。具體而言，在基板W為太陽電池用矽晶圓的情況，作為塑膠材料較佳為使用：超高分子量聚乙烯(UHPE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚縮醛(POM)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醯亞胺(PI)、ABS等的塑膠材料。然而，由於超高分子量聚乙烯和聚醯亞胺很難進行射出成形，若將棒狀材料實施車削加工來形成的話，能以低成本簡單地形成尺寸精 度優異的導件體10。
(4)移載裝置之使用例
上述構造之移載裝置，例如第9圖所示是使用於：將藉由第1輸送機60移送過來的各個基板W移載到第2輸送機61(與第1輸送機60鄰接)上的承盤62時。在此，驅動各輸送機60、61之馬達M的驅動狀態，是分別透過編碼器63反饋至控制部64。此外，第1輸送機60所搬運之基板W的位置訊號和姿勢資訊，是根據攝影裝置65(由攝影機部和影像處理部構成)所取得的攝影影像來求出，並朝控制部64輸出。再者，第1輸送機60所搬運之承盤62的位置資訊，是透過光學感測器66朝控制部64輸出。
基板W之移載動作是依以下的順序來進行。首先，在基板W到達既定的吸引開始位置之前，藉由攝影裝置65取得基板W的影像，根據影像資訊來界定基板W的重心位置和搬運姿勢。具體而言，是根據攝影裝置65的攝影機部所拍攝之影像資訊，來檢測出攝影裝置65的座標系(X1．Y1．Z1)中基板W的位置和傾斜。攝影裝置65的座標系例如可定義成，以攝影機部的攝影面作為X1-Y1平面，以光軸作為Z1方向。將該座標系之基板W的重心位置和基板W的傾斜(第9圖的θ 1)藉由攝影裝置內的CPU進行座標轉換，藉此算出平行連桿機構之座標系(X2．Y2．Z2)中基板W的重心位置和傾斜。將該等資訊從攝影裝置65輸出至控制部64。在控制部64，由於是即時檢測第1輸送機60 的編碼訊號，可算出從拍攝基板W的時點起算之進給量，而界定出基板W現在的重心位置。藉此，可追隨第1輸送機60的搬運動作而逐次更新手部5的目標位置，控制手部5的位置直到吸引基板W為止。又基板W的傾斜角度θ 1是依各個基板W而不同，也會有負值的情形。
配合基板W到達既定的吸引開始位置之時點，將手部5及白努利夾頭9往基板W的正上方進行移位操作，在此期間將迴旋軸7迴旋驅動角度θ，而使白努利夾頭9的姿勢配合基板W的姿勢。如第10圖所示，迴旋軸7之迴旋角度θ，是將白努利夾頭9之水平中心軸71與位置基準69一致的狀態設定為零，而成為前述基板W的傾斜角度θ 1加上正方向的餘裕角度θ 2後的值。亦即以(θ=θ 1+θ 2)的關係，將迴旋軸7從位置基準69以迴旋角度θ進行迴旋操作。
如上述般，藉由將迴旋軸7以迴旋角度θ進行迴旋操作，如第10圖所示，在吸引開始位置之各導件體10會位在基板W的輪廓線之外。在此狀態下操作手部5及白努利夾頭9，以不讓導件體10的下端接觸第1輸送機60的上面的方式，下降至可吸附基板W之既定高度。這時，基板W是受到：白努利夾頭9的迴旋流所產生之旋轉力矩、以及發生的負壓所產生之吸引力，由於吸引力非常大，會從第1輸送機60的表面離開。結果，原先位於輸送機上的基板W藉由白努利夾頭9進行吸引保持。被吸引保持的基板W，藉由各夾頭單元27而受到第11圖的箭頭所示之順時針旋轉方 向的迴旋氣流。因此，在被吸引保持的起初位於第11圖的想像線所示位置之基板W，整體會朝順時針旋轉方向滑移，其邊部如實線所示般會被導件體10之限制軸部53擋止。亦即，基板W本身會迴旋移動而抵接於導件體10，而自我完成地進行定位。在此，第1輸送機60的皮帶是使用一條平皮帶，亦可為寬度更細之複數條的平皮帶，或是由複數條的圓皮帶所構成亦可。藉由使各個皮帶變細並將間隙加大，可避免在萬一的情況下導件體10將皮帶戳破。或者是，亦可控制白努利夾頭9的位置，以對準間隙而使導件體10下降至更下方。另一方面，承盤62，在第2搬送機61上搬運的途中，是藉由光學感測器66來檢測其前端位置。光學感測器66和第2輸送機61之編碼訊號是即時送往控制部64，因此在控制部64可算出任意時間的承盤位置。亦即，手部5移載基板W時之目標位置被逐次更新，控制手部5的位置直到將基板W移載於承盤62上為止。
在被吸引保持的基板W往承盤62側移送的期間，如第12圖所示將迴旋軸7朝向與前述迴旋方向相反的方向(負方向)以角度θ進行迴旋驅動。藉由該迴旋驅動，使白努利夾頭9之水平中心軸71與前述基準位置69一致，而回到適合承盤62之移載姿勢。在第12圖，白努利夾頭9迴旋操作前之狀態以想像線表示，白努利夾頭9迴旋操作後的狀態以實線表示。讓回到移載姿勢的狀態之手部5及白努利夾頭9下降至承盤62的移載位置，停止對空氣室42供應壓縮空氣，藉此使基板W落到承盤62上而完成移載。
移載後之手部5及白努利夾頭9，由於依然朝向前述基準位置69，之後藉由反覆進行上述動作，可將第1輸送機60上的基板W正確地移載至第2輸送機61上的承盤62。對於承盤62，基板W以縱橫構成直線列的狀態整齊地進行移載。又對於承盤62之移載姿勢，在與前述基準位置69不同的情況，只要以適合移載姿勢的狀態將迴旋軸7以既定角度進行迴旋操作即可。
(5)效果
上述構造之移載裝置，由於在讓各導件體10位於基板W之輪廓線外的狀態下進行基板W的吸引保持，如第10圖所示，在吸附前的基板W和各導件體10之間可確保充分的餘裕間隙。因此，關於手部5及白努利夾頭9相對於基板W進行定位時之目標值(X．Y．Z座標)，可預估以前述餘裕間隙為界限之偏差，對應於此可減緩手部5的位置精度。即使是起因於輸送機的蛇行和延伸而發生之基板W的位置偏移，也能夠因應。此外，由於相對於基板W之位置精度減緩，可更迅速地進行手部5及白努利夾頭9的定位，而讓平行連桿機構更高速地動作以提昇基板W的移載效率。
再者，在基板W被白努利夾頭9吸引保持的狀態下，基板W之定位是由基板W本身自動地進行，而能使基板W的中心與白努利夾頭9的中心高精度地一致，因此能以高的位置精度將基板W移載至移載目的地。
又在上述實施形態，基板W是藉由輸送機搬運至吸引 開始位置，基板W的移動量是根據設置於第1輸送機60之編碼器63的輸出訊號來求出。這時，即使起因於輸送皮帶之蛇行和延伸，而在基板W的實際位置和根據前述輸出訊號進行計算所獲得的位置之間發生誤差，基板W仍能以不接觸導件體10的方式被吸引保持。
此外，將從基板W之各邊部的中央往角落部側偏置的位置藉由導件體10擋止而進行基板W的定位，比起將基板W之各邊部的中央附近藉由導件體10擋止而進行基板W的定位的情況，可提昇基板W之定位精度。再者，讓各導件體10位於基板W的輪廓線之外時，可在吸附前的基板W和各導件體10之間確保大的餘裕間隙，而能進一步減緩手部5的位置精度。
從基板W之各邊部的中央起至導件體10所擋止之各邊部的抵接位置為止之偏置距離，若在對置的邊部設定成等距離，最先進行抵接的邊部不管是遇到哪個導件體10，基板W的移位量都大致一定，而能迅速地讓基板W的姿勢最佳化。附帶一提的，前述偏置距離在各導件體10為大小不同的情況，最先進行抵接的邊部，會根據遇到哪個導件體10而產生不同的基板W移位量，會有定位費時的情況發生。
根據以上的說明可明白，在本發明的一實施形態之基板移載方法，是藉由設置於移載機構的手部5之白努利夾頭9，將載置於吸引開始位置之四角形的基板W以非接觸狀態進行吸引保持，在利用複數個導件體10將基板W定位 的狀態下往移載位置進行移載。藉由手部5保持白努利夾頭9的位置，使吸引開始位置之白努利夾頭9能夠以導件體10位於基板W之輪廓線外的狀態將基板W予以吸引保持。藉由從白努利夾頭的噴嘴孔47吹出之空氣流讓被吸引保持的基板W朝單方向迴旋，利用導件體10來擋止迴旋移位之基板W的邊部，藉此進行定位。
具體而言，藉由設置於手部5之迴旋軸7將位於吸引開始位置之白努利夾頭9及導件體10進行迴旋操作，藉此使導件體10位於基板W的輪廓線之外。
較佳為，在藉由移載機構將手部5從吸引開始位置往移載位置進行移位操作的期間，利用迴旋軸7將導件體10進行迴旋操作，而將基板W的姿勢變更為移載姿勢。
(6)其他實施形態
以上是說明本發明之一實施形態，但本發明並不限定於上述實施形態，在不脫離發明要旨的範圍內可進行各種的變更。特別是本說明書所記載之複數個實施形態及變形例，可按照需要進行任意的組合。
(A)第13圖係顯示導件體10的其他實施例。在此，是在軸部51的下端設置往下漸細之錐狀的導入軸部52，導入軸部52是兼作為限制軸部53。為此，將導件體10的上下位置設定成，使白努利夾頭9的吸附面位在與導入軸部52的上下方向中途部交叉之水平面上。且導入軸部52的錐角為90度。
若如此般利用往下漸細之錐狀的導入軸部52來將基板W施以定位，與上述實施例同樣的，藉由白努利夾頭9吸引保持的基板W可確實地定位。此外，受到空氣阻力、對裝置的擾動等的外力之基板W，在被推向白努利夾頭9的吸附面側的情況，可利用導入軸部52來擋止基板W的周緣，以限制基板W越過界限位置而移動。結果，可防止基板W接觸白努利夾頭9的平坦面46而發生損傷。此外，比起前述實施例的導件體10，由於第1輸送機60和承盤62的表面可更靠近白努利夾頭9，因此可縮短從開始吸引至進行保持的時間。再者，可降低藉由吸引力而使基板W碰撞白努利夾頭9的平坦面之可能性。由於其他是與前述實施例相同，對於相同的構件是賦予相同的符號而省略其說明。
(B)在上述實施例，是說明將隨機姿勢的基板W藉由白努利夾頭9吸引保持的情況，但在基板W統一成既定姿勢的情況，不須藉由迴旋軸7將白努利夾頭9實施迴旋操作，因此可省略迴旋軸7。在此情況，將吸引開始位置的基板W載置成其輪廓線避開導件體10的占有位置的狀態，而使導件體10位於基板W的輪廓線外。
詳而言之，以基板W的水平中心軸70相對於位置基準69朝負方向偏移餘裕迴旋角度θ 2的狀態，將基板W載置於吸引開始位置。將此狀態的基板W藉由白努利夾頭9吸引保持，使基板W沿著白努利夾頭9的吸附面迴旋移動而利用導件體10進行定位，以使其水平中心軸70與位置基準69一致。之後是與前述實施例同樣地，將基板W移載至承 盤62。
(C)在上述實施例，是由四個夾頭單元27來構成白努利夾頭9，也能不必這樣做，而使用更大徑的一個夾頭單元27作為基板W的吸附要素而構成白努利夾頭9。在此情況，可將夾頭單元27直接固定於接頭體8，再者可利用夾頭單元27來固定導件體10。接頭體8和夾頭座26是一體地形成亦可。
(D)導件體10之配置個數及配置形態，可按照基板W的大小、形狀或基板W之移載方向而改變，至少三個抵接於基板W的邊部即可。例如，只要在夾頭座26之鄰接的三邊部各設置一個導件體10，將基板W之鄰接的三邊部藉由各導件體10來擋止，即可無歧異地決定其位置。在剩下的一邊，只要往該方向作用的慣性力沒有使基板W飛出之虞，導件體10是不需要的。或是，為了避免在萬一的情況基板W發生飛出，以在基板W和導件體10之間隔著既定間隙的方式在剩下的一邊也配置導件體10亦可。從基板W之各邊部的中點起至導件體10所擋止之各邊部的抵接位置為止之偏置距離可為大小不同，只要在各邊部的中點和任一方的角落部之間存在前述抵接位置即可。
(E)作為移載構造，雖然平行連桿機構是適當的，但亦可為多關節型的機器人。
1‧‧‧架台
2‧‧‧基座
3‧‧‧驅動馬達
4‧‧‧臂單元
5‧‧‧移載構造的手部
6‧‧‧迴旋驅動軸
7‧‧‧迴旋軸
8‧‧‧接頭體
9‧‧‧白努利夾頭
10‧‧‧導件體
13‧‧‧驅動臂
14‧‧‧平行連桿
15‧‧‧球形接頭
16‧‧‧彈簧
18‧‧‧滾珠栓槽軸
19‧‧‧萬向接頭
20‧‧‧馬達
21‧‧‧交叉滾子軸承
23‧‧‧緊固座
26‧‧‧夾頭座
27‧‧‧夾頭單元
28‧‧‧遮蔽板
31‧‧‧夾頭緊固座
32‧‧‧接頭緊固座
33‧‧‧導件緊固座
40‧‧‧上夾頭體
41‧‧‧下夾頭體
42‧‧‧空氣室
43‧‧‧空氣通路
45‧‧‧夾頭凹部
46‧‧‧平坦面
47‧‧‧噴嘴孔
49‧‧‧穿通孔
50‧‧‧通氣孔
51‧‧‧軸部
52‧‧‧導入軸部
53‧‧‧限制軸部
54‧‧‧螺栓
60‧‧‧第1輸送機
61‧‧‧第2輸送機
62‧‧‧承盤
63‧‧‧編碼器
64‧‧‧控制部
65‧‧‧攝影裝置
66‧‧‧光學感測器
69‧‧‧位置基準
70‧‧‧基板W的水平中心軸
71‧‧‧白努利夾頭9之水平中心軸
E‧‧‧間隙
M‧‧‧馬達
W‧‧‧基板
θ‧‧‧迴旋軸7之迴旋角度
θ 1‧‧‧基板W的傾斜角度
θ 2‧‧‧餘裕角度
第1圖係本發明的移載裝置之白努利夾頭以及導件體 之縱截面圖。
第2圖係平行連桿機構之前視圖。
第3圖係平行連桿機構之俯視圖。
第4圖係白努利夾頭之縱截面圖。
第5圖係接頭體、夾頭座以及遮蔽體之分解立體圖。
第6圖係白努利夾頭之分解立體圖。
第7圖係白努利夾頭之仰視圖。
第8圖係夾頭單元之仰視圖。
第9圖係顯示移載裝置的使用例之俯視圖。
第10圖係顯示吸附時之導件體的位置關係之說明圖。
第11圖係顯示吸附後的基板之迴旋動作之說明圖。
第12圖係顯示基板回到移載姿勢時之迴旋動作之說明圖。
第13圖係顯示導件體的其他實施例之截面圖。
8‧‧‧接頭體
9‧‧‧白努利夾頭
10‧‧‧導件體
23‧‧‧緊固座
26‧‧‧夾頭座
27‧‧‧夾頭單元
28‧‧‧遮蔽板
32‧‧‧接頭緊固座
33‧‧‧導件緊固座
40‧‧‧上夾頭體
41‧‧‧下夾頭體
42‧‧‧空氣室
45‧‧‧夾頭凹部
46‧‧‧平坦面
47‧‧‧噴嘴孔
50‧‧‧通氣孔
51‧‧‧軸部
52‧‧‧導入軸部
53‧‧‧限制軸部
54‧‧‧螺栓
E‧‧‧間隙
W‧‧‧基板

Claims (13)

  1. 一種基板移載裝置，是用來移載四角形基板的裝置，其特徵在於，係具備：手部；移動機構，用來讓前述手部移動；白努利夾頭，設置於前述手部且具有吸附面，該吸附面包含以非接觸狀態保持前述基板之夾頭凹部；以及複數個導件體，設置於前述手部，用來將被前述白努利夾頭保持的基板施以定位；在前述白努利夾頭設置：可將壓縮空氣朝前述夾頭凹部的內部吹出以產生負壓之複數個噴嘴孔；前述導件體，是分散配置成包圍前述吸附面之周圍的狀態，且在偏離前述基板之各邊部的中點的位置擋止前述基板；在前述白努利夾頭開始進行前述基板的保持之前，藉由前述手部使前述導件體移動至前述基板的輪廓線外；藉由從前述噴嘴孔吹出之壓縮空氣，使被前述白努利夾頭保持的前述基板朝單方向旋轉，利用前述導件體來擋止前述基板的邊部以進行定位。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的基板移載裝置，係進一步具備：設置於前述手部，讓前述白努利夾頭及前述導件體繞垂直軸旋轉之旋轉軸；藉由前述旋轉軸使前述導件體旋轉，在前述白努利夾頭即將保持前述基板時使前述導件體位於前述基板的輪廓 線外。
  3. 如申請專利範圍第1項記載的基板移載裝置，其中，在利用前述白努利夾頭保持前述基板之前，將前述基板配置成使前述基板的輪廓線避開前述導件體之預定配置位置的狀態。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項記載的基板移載裝置，其中，前述白努利夾頭具有：固定於前述手部的下面側之夾頭座、以及固定於前述夾頭座的下面之複數個夾頭單元；在各個前述夾頭單元，以能在前述夾頭凹部朝相同方向讓空氣移動的方式形成前述噴嘴孔。
  5. 如申請專利範圍第4項記載的基板移載裝置，其中，前述白努利夾頭進一步具備：固定於前述夾頭座的上面，覆蓋前述白努利夾頭所保持的前述基板的上面之至少一部分之遮蔽板。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項記載的基板移載裝置，其中，前述各導件體呈圓軸狀，係具備：設置於下端之往下漸細之錐狀的導入軸部、以及用來擋止前述基板的邊部之限制軸部。
  7. 如申請專利範圍第1項記載的基板移載裝置，其中，將從前述基板之各邊部的中點起至前述導件體所擋止之各邊部的抵接位置為止的距離設定成等距離，將用來擋止前述基板的對置邊部之前述各導件體配置成，以前述基板的中心為對稱中心而成為點對稱的狀態。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項記載的基板移載裝置，其中，前述移動機構包含平行連桿機構。
  9. 如申請專利範圍第2項記載的基板移載裝置，係進一步具備攝影裝置和控制部；該攝影裝置，是在將前述基板朝向藉由前述白努利夾頭保持的位置搬運的期間，取得前述基板的影像，根據前述影像來界定前述基板藉由前述白努利夾頭保持之前的前述基板的位置及姿勢；該控制部，是取得前述基板的位置及姿勢資訊而控制前述移動機構的動作；根據前述控制部所輸出的指令訊號，藉由前述移動機構使前述手部移動並讓前述旋轉軸旋轉，而在前述白努利夾頭保持前述基板之前，讓前述導件體位於前述基板的輪廓線外。
  10. 一種基板移載方法，是在手部設置白努利夾頭和複數個導件體之移載裝置中，利用前述白努利夾頭以非接觸狀態保持四角形的基板，進一步在利用前述複數個導件體將前述基板定位的狀態下進行移載，其特徵在於，前述導件體，是分散配置成包圍前述吸附面之周圍的狀態，且在偏離前述基板之各邊部的中點的位置擋止前述基板；該基板移載方法係具備：在前述導件體位於前述基板的輪廓線外的狀態下，為了使前述白努利夾頭能保持前述基板而讓前述白努利夾頭 及前述導件體移動的步驟；以及藉由從前述白努利夾頭吹出的空氣流使被前述白努利夾頭保持的前述基板朝單方向旋轉，利用前述導件體來擋止前述基板的邊部以進行定位的步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項記載的基板移載方法，係進一步具備：在前述白努利夾頭保持前述基板之前，藉由使前述白努利夾頭及前述導件體旋轉，而讓前述導件體位於前述基板之輪廓線外的步驟。
  12. 如申請專利範圍第10項記載的基板移載方法，係進一步具備：在前述白努利夾頭保持前述基板之前，將前述基板配置成使前述基板的輪廓線避開前述導件體之預定配置位置的狀態之步驟。
  13. 如申請專利範圍第10至12項中任一項記載的基板移載方法，係進一步具備：在藉由前述白努利夾頭保持著前述基板的狀態下使前述手部移動的期間，藉由讓前述導件體旋轉而將前述基板的姿勢變更成移載姿勢之步驟。
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