(57)【要約】【課題】従来の半導体移載装置は構造が複雑で、駆動機構も多く、装置が大型化し、製造コストが高価であり、薄型化によりハンドリング時の事故が増加している。【解決手段】制御可能な回転駆動装置７と、この回転駆動装置の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換する複数のアームからなるリンク機構２，３，８，９と、このリンク機構に備えられたチャッキング機構６とを有し、このチャッキング機構が非接触式である構成の半導体移載装置とした。【選択図】図１
2010245244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御可能な回転駆動装置と、複数のアームからなり前記回転駆動装置の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換するリンク機構と、このリンク機構に備えられたチャッキング機構とを有する半導体移載装置。
【請求項２】
前記回転駆動装置の回転速度を制御することで、タクトタイムを可変する請求項１の半導体移載装置。
【請求項３】
前記チャッキング機構は、非接触式の吸着機構である請求項１または２の半導体移載装置。
【請求項４】
前記リンク機構は、ピボット軸を中心に往復揺動が可能な一対の揺動アームと、これらの揺動アームを回動可能な支持軸により連結している連結アームと、
前記連結アームから動作位置までチャッキング機構を支持する支柱と、
前記揺動アームの一方のピボット軸と連結アームの支持軸との間に設けた回動可能な駆動軸に連結し前記回転駆動装置の回転動作を往復運動動作に変換する変換駆動機構とを有する請求項１〜３の何れかの半導体移載装置。
【請求項５】
前記チャッキング機構は、ワークに接触してワークの移動を規制する摩擦部材を有する請求項３または４の半導体移載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ、半導体基板、太陽電池基板などの半導体製造工程で半導体を異なる位置に上下動を伴いながら移動させる半導体の移載装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の半導体の移載装置としては、バキュームパッド等のチャッキングを備えた移動機構が、エアシリンダー等の駆動装置により、縦方向と横方向の組み合わせ動作により所定位置から半導体を掴み、持ち上げた後、他の位置に移動し、再び下ろして開放するという動作により行われていた。また、より高品位の半導体を扱う場合には、ロボットアームによりチャッキングし、移載動作を行わせることが一般的である。
【０００３】
しかし、従来の一般的な半導体移載装置は、複雑な機構のロボットアームを用いたり、単純な場合でも位置移動とチャッキングのための上下動をそれぞれ別個の駆動機構や、動力により構成していたため、装置が複雑で、部品点数が多く、製造コストが高くなるという欠点があった。
【０００４】
近年の半導体産業における低価格化の要請は、さらなる製造コストの低減を必要としており、特に太陽電池など、低付加価値、低価格で、大量生産が要求される分野において顕著である。さらに、太陽電池などの大量消費される半導体は、資源の有効利用等の観点から薄型化が進み、デリケートな扱いが必要で、割れや欠け、クラック等を生じやすく、ハンドリング時の事故により、歩留まりが低下しているという問題もあった。
【０００５】
特開２００１−２７４１１８号公報（特許文献１）には、生産性の良い手段によって太陽電池の光電変換効率を向上させることを目的として、加工前の被加工物を収容するストック手段と、該被加工物を保持するチャック手段と、該チャック手段に保持された被加工物に凹凸を形成する加工手段と、加工後の被加工物を収容する格納手段と、被加工物を搬送する搬送手段とから少なくとも構成され、被加工物の表面に凹凸を形成することができる凹凸加工装置が開示されている。
【０００６】
また、この文献には、搬送手段には、被加工物を保持して移動可能な被加工物保持部を有し、この被加工物保持部は、被加工物を吸引保持する吸着パッドと、該吸着パッドを支持する支持部と、該支持部を上下動させる上下動部と、該ガイドレールに沿って移動する駆動部とから構成され、吸着パッドはベルヌーイチャックであり、１つの支持部に２個配設されている点も開示されている。
【０００７】
しかし、この文献の搬送手段３０は、ストック手段２０の上方からチャック手段４０の上方まで架設されたガイドレール３１と、被加工物を保持すると共にガイドレール３１にガイドされてＸ軸方向に所要範囲移動可能な被加工物保持部３２とから構成されており、被加工物保持部３２は、被加工物を吸着する吸着パッド３３と、吸着パッド３３を支持する支持部３４と、支持部３４を上下動させる上下動部３５と、ガイドレール３１に沿ってＸ軸方向に駆動する駆動部３６とから構成されている。このため、構造が複雑で、製造コストが高く、装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、既存の装置等を後から改良するために、上記のような装置を追加して取り付けようとしても、装置が大きかったり、構造が複雑であるなどして制約があり、容易には取り付けることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２７４１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする問題点は、従来の半導体移載装置は構造が複雑で、駆動機構も多く、装置が大型化し、製造コストが高価な点である。また、従来の装置に後付で移載装置を追加しようとしても容易には取り付けられない点である。さらに、半導体の薄型化によりハンドリング時の事故が増加しているという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、以下の構成とした。
（１）制御可能な回転駆動装置と、複数のアームからなり前記回転駆動装置の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換するリンク機構と、このリンク機構に備えられたチャッキング機構とを有する半導体移載装置。
（２）前記回転駆動装置の回転速度を制御することで、タクトタイムを可変する上記（１）の半導体移載装置。
（３）前記チャッキング機構は、非接触式の吸着機構である上記（１）または（２）の半導体移載装置。
（４）前記リンク機構は、ピボット軸を中心に往復揺動が可能な一対の揺動アームと、これらの揺動アームを回動可能な支持軸により連結している連結アームと、前記連結アームから動作位置までチャッキング機構を支持する支柱と、前記揺動アームの一方のピボット軸と連結アームの支持軸との間に設けた回動可能な駆動軸に連結し前記回転駆動装置の回転動作を往復運動動作に変換する変換駆動機構とを有する上記（１）〜（３）の何れかの半導体移載装置。
（５）前記チャッキング機構は、ワークに接触してワークの移動を規制する摩擦部材を有する上記（３）または（４）の半導体移載装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体移載装置は、構造が単純で、駆動機構も少なく、比較的コンパクトであり、製造コストが安いという効果がある。また、タクトタイムの調整が容易で、従来の装置や搬送ラインにも後付で容易に取り付けられるため、既存設備を活用することができる利点がある。また、薄型化した半導体でもハンドリング時の事故が極めて少ないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の半導体の移載装置の構成例を示した正面図である。（実施例１）
【図２】図２は本発明の半導体の移載装置の構成例を示した平面図である。（実施例１）
【図３】図３は本発明の半導体の移載装置の構成例を示した側面図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の半導体移載装置は、例えば図１に示すように、制御可能な回転駆動装置７と、この回転駆動装置７の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換する複数のアームからなるリンク機構２，３と、このリンク機構２，３に備えられたチャッキング機構６とを有する。このように、回転駆動装置の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換するリンク機構を用いることで、１つの駆動装置と簡単な機構だけでワークを上下動を伴いながら移動させる移載動作を行わせることができる。しかも、リンク機構は複数、主に５つのアームから構成されているので、構造が単純で、製造が容易であり、製造コストも低く、メンテナンスも容易である。また、小型、軽量であり、構造も簡単なため、既存の装置、搬送ラインへの後付での取り付けも容易である。
【００１５】
本発明で用いられる回転駆動装置としては、モータが一般的であるが、このような電動機に限らず、空気圧、油圧等の流体で動作するロータリーアクチュエータ等を用いることもできる。回転駆動装置は、少なくとも１回転毎の起動、停止が可能なものが望ましく、特に回転位置、回転角、回転速度制御が可能なものが好ましい。このような機能を有する回転駆動装置としてはモータが代表的に例示される。モータとしては特に限定されるものではなく、ステッピングモータ（パルスモータ）、サーボモータ等の他、クラッチやブレーキなどを組み合わせたＤＣモータ、インダクションモータ等を応用したものでもよい。なかでも、価格と制御の容易さからステッピングモータが好ましい。
【００１６】
また、モータは公知の制御装置により回転速度を調節することができ、これにより装置のタクトタイムを調節、制御することができる。従って、本発明装置を取り付ける装置の仕様や性能などに容易に適合させることができる。また、既存設備にも容易に適合させることができるので、従来の装置、搬送ラインへの後付も容易にできる。
【００１７】
前記チャッキング機構は、好ましくは非接触式の吸着機構がよい。非接触とすることで、薄い半導体基板でも安全にチャックし、ハンドリングすることができる。非接触式のチャッキング機構としては、例えばベルヌーイ効果を利用してワークを吸着ヘッドから一定位置に保持するベルヌーイチャックを挙げることができる。ベルヌーイチャックは、一般に市販されているものから選択することができ、例えば、大きさ１０〜２００mm径、吊り上げ能力０．１〜５０〔Ｎ〕程度のものから好適なものを選択すればよい。
【００１８】
ベルヌーイチャック、すなわちベルヌーイ効果により半導体基板等のワークを非接触の状態で保持し、これを所定の位置まで移動する装置、方法に関しては、例えば特開平１０−１６７４７０号公報、特開平６−３７００３号公報、特開平２−３０３０４７号記載のウエハチャック方法とその装置等に開示されている。
【００１９】
ベルヌーイチャックを用いた場合、非接触であるが故に、チャックの僅かな傾きや、チャックの移動動作、ワークに加えられる僅かな衝撃等でワークが動いてしまい、規定位置からずれたり、搬送ライン等から外れて予定外の位置に載置されると破損することがある。このような場合には、ベルヌーイチャックの吸着ヘッドのワークと対向する面に、ワークと接触して摩擦力を与える摩擦部材を設けるとよい。摩擦部材とワークとの接触による摩擦力により、ワークの動きが規制され、位置ずれが生じ難くなる。摩擦部材を配置する位置や、数などは、位置ずれの程度やチャッキング動作に与える影響などを考慮して最適な位置、個数に調整すればよい。具体的には、チャッキング機構の外周部に配置するとよく、好ましくは２〜６個、特に３または４個配置するとよい。摩擦部材が多すぎると吸着力に悪影響を与え、少なすぎると位置規制効果が得られ難くなってくる。
【００２０】
本発明の移載装置で搬送可能なワークとしては、半導体ウエハ、半導体基板など、半導体素子あるいはその前駆体であり、ＩＣや機能性電子材料等の半導体製造工程で取り扱われる材料が適している。特に、安価で大量に製造し、製造装置も比較的簡単な構造が要求される太陽電池基板が好ましい。さらに、薄い材料の取り扱いに適しており、例えば厚さ５０〜４００μm 、好ましくは１００〜３００μm の単結晶、多結晶等の基板の取り扱いに適している。
【００２１】
摩擦部材の材質としては、特に限定されるものではないが、ワークに接触するため、ワークに損傷を与えず、有る程度の摩擦抵抗が得られる部材がよい。具体的には、天然・合成ゴム、発泡ゴム等のエラストマー、シリコーン、ポリエチレン、フッ素系樹脂等の樹脂材料が好ましい。摩擦部材の大きさも、使用する個数や用いるワークの大きさ等により異なるが、ワークとの接触面で通常１〜１０mm角、好ましくは３〜６mm角程度である。
【００２２】
前記リンク機構は、特に限定されるものではなく、回転運動を円弧状の軌跡を描く往復運動に機械的に変換しうる構造であればよい。具体的な構造としては、図１に示されるような構造が例示される。すなわち、離間して配置されたピボット軸２１ａ，２１ｂと、このピボット軸２１ａ，２１ｂに軸支され、これを中心に往復揺動が可能な一対の揺動アーム２ａ，２ｂがあり、これらの揺動アームを回動可能な支持軸２２ａ，２２ｂにより連結している連結アーム３により主リンク機構を形成することができる。この主リンク機構の揺動アーム２ａ，２ｂの描く円弧が、上記円弧状の軌跡を描く往復運動になる。
【００２３】
さらに、回転駆動装置の回転動作を往復運動動作に変換する変換駆動機構を設け、前記主リンク機構に連結して駆動すればよい。具体的には前記揺動アームの一方のピボット軸２１ｂと連結アームの支持軸２２ｂとの間に駆動軸２３を設け、これに前記変換駆動機構を連結する。この変換駆動機構としては、カムのような機構でもよいが、たとえば回転駆動装置７の回転軸７１に一端側が固定された第１の駆動アーム９と、この第1の駆動アーム９の他端側に回転可能に一端側が軸支された第２の駆動アーム８により構成することができる。そして、この第２の駆動アーム８の他端側を前記駆動軸２３に回動可能に連結すればよい。このとき、第１の駆動アームは、第２の駆動アームの長さの約半分程度になる。
【００２４】
また、適当なアームや支柱を用いてチャック機構を保持し、チャッキング動作を行う位置までチャック機構を配置できるようにすればよい。このように、複数のアームの組み合わせと、回転駆動装置を用いるだけで簡単に移載機構を構成することができる。上記各アームの材料は特に限定されるものではなく、この種の装置に用いられる材料から好適なものを選択して用いればよい。また、上記の回転軸、回動可能な軸等も一般に用いられているボールベアリングやこれに準じた軸受けを使用すればよい。
【実施例１】
【００２５】
次に、図を参照しつつ本発明の具体的な実施例を説明する。図１〜３は、本発明の半導体移載装置の１実施例を示した図で、図１は正面図、図２は平面図、図３は側面図である。これらの図において、半導体移載装置は、回転駆動装置として好ましい態様のステッピングモータ７と、このモータ７の回転動作を円弧状の軌跡を描く往復運動に変換する複数のアームからなるリンク機構２ａ，２ｂ，３と、このリンク機構２ａ，２ｂ，３に備えられたチャッキング機構６とを有する。
【００２６】
筐体１１には、リンク機構の２つのピボット軸２１ａ，２１ｂが離間して配置されている。また、ピボット軸２１ａ，２１ｂはモータ７の回転軸７１より下側の位置に、この回転軸７１から離れて配置されている。このピボット軸２１ａ，２１ｂには立て向きにそれぞれ２つの揺動アーム２ａ，２ｂの下方の一端部がベアリングを介して連結固定され、軸支されている。これにより、揺動アーム２ａ，２ｂはピボット軸２１ａ，２１ｂを中心に往復揺動が可能になっている。なお、この実施例では箱状の筐体１１を例示しているが、筐体１１はこのような形態に限定されるものではなく、必要な部材が配置できるものであれば、形状、大きさは限定されない。
【００２７】
揺動アーム２ａ，２ｂの上方になる他端側には、回動可能な支持軸２２ａ，２２ｂがあって、これにベアリングを介して連結アーム３が連結固定され、前記２つの揺動アーム２ａ，２ｂを連結している。また、２つの支持軸２２ａ，２２ｂの間隔と、前記２つのピボット軸２１ａ，２１ｂの間隔は概ね等しくなっている。そして、これら揺動アーム２ａ，２ｂと連結アーム３が動作すると、支持軸２２ａ，２２ｂや連結アームは３は円弧状の軌跡を描いて動作する。このとき、２つの揺動アーム２ａ，２ｂは平行を保ちながら動作する。従って、円弧状の軌跡の大きさ、つまり円弧の高さや幅は、揺動アーム２ａ，２ｂの長さやピボット軸２１ａ，２１ｂの間隔により調整することができる。これら揺動アーム２ａ，２ｂと連結アーム３とにより主リンク機構が形成される。つまり、３個のアーム部材だけで主リンク機構を構成することができる。
【００２８】
モータ７は、この例では、その回転軸７１が前記ピボット軸２１ａ，２１ｂ間から外れ位置でそれより上方に位置するように筐体１１に配置されている。つまり、揺動アーム２ａ，２ｂのストローク範囲の外側に位置するようになっていて、そこから揺動アーム２ａ，２ｂを駆動できるようになっている。回転軸７１の位置は、前記揺動アーム２ａ，２ｂを横方向に揺動駆動可能な位置であれば図示例に限定されるものではなく、主リンク機構の大きさやストローク等により最適な位置に決定すればよい。
【００２９】
また、筐体内１１には、図示しない制御ＩＣを搭載したモーター制御基板が収納されていて、外部の制御装置からの指令に従って、モータの回転位置や回転速度などの回転動作を制御できるようになっている。これにより、移載動作のタクトタイムを可変することができる。具体的には、チャッキング機構の往復運動の時間を０．５〜１０秒、特に１〜５秒の範囲で自由に調整できる。
【００３０】
モータ７の回転軸７１には、第１の駆動アーム９の一端側が固定されている。このため第１の駆動アーム９は、回転軸７１の回転動作に従って一端側を中心に回転運動する。そして、第１の駆動アーム９の他端側には第２の駆動アーム８の一端側が回転軸８１によりベアリングを介して回転可能に軸支されている。この第２の駆動アームの他端側は一方の揺動アーム２ｂに駆動軸２３のベアリングを介して回転可能に連結されている。揺動アーム２ｂに駆動軸２３が配置されている位置は、ピボット軸２１ｂと支持軸２２ｂの間であって、これらの間の距離の１／４程度ピボット軸２１ｂから離れた位置に設けられている。駆動軸２３ｂの配置位置も、上記回転軸７１の位置同様、揺動アーム２ａ，２ｂを揺動駆動可能な位置であれば図示例に限定されるものではなく、主リンク機構の大きさやストローク等により最適な位置に決定すればよい。
【００３１】
連結アーム３の端部には支柱４が連結ブロック１３を介して固定され、チャッキング動作を行う位置まで延在している。連結ブロック１３は、支柱を固定する機能に加え、チャッキング位置を筐体１１から離して最適な位置に調整する機能を有する。支柱４の下端部には、Ｌ字状の部材であるチャッキング保持部５が固定され、これを介してチャッキング機構であるベルヌーイチャック６が配置されている。ベルヌーイチャック６の大きさや性能は、使用する半導体の大きさなどにより最適なものを選択して用いればよい。
【００３２】
本実施例ではベルヌーイチャック６に摩擦部材を配置し、チャッキング動作時にワークに適当な接触摩擦を与え、ワークの動きを規制している。具体的にはチャッキングヘッドの吸着（チャッキング）面の外周部であって、回転対称位置に、摩擦部材を複数、具体的には４つ等間隔に配置し、これとワークを接触させて両者の摩擦抵抗により動きを規制している。
【００３３】
連結アーム３の支柱４が固定される端部までの長さや、支柱４の長さ、チャッキング保持部５の大きさなどは、リンク機構の位置とチャッキング動作を行う位置との関係から最適な寸法に設計すればよい。このように、チャッキング機構の円弧動作の大きさや、チャッキング位置とリンク機構の位置は、各部の寸法を調節することにより、広範囲に適応可能であるので、装置の自由度が高く応用範囲が広い。
【００３４】
次に動作について説明する、図示例の状態は第１の駆動アーム９が時計の３時方向に位置し、回転軸８１は最も右端側の位置にある。このとき、チャッキング機構６は第一の位置にある。いま、回転軸７１のＣＷ方向の回転動作に従って第１の駆動アーム９が回転すると、第２の駆動アーム８も駆動アーム９に追随し、回転軸８１側が下向きに傾くように駆動軸を中心に回動する。このとき第２の駆動アーム８は回動と共に駆動軸２３ｂを押し、結果として揺動アーム２ｂが押されてピボット軸２１ｂを中心にＣＣＷ方向に揺動する。
【００３５】
揺動アーム２ａと揺動アーム２ｂは、連結アーム３により連結固定されているので同様に動作し、連結アーム３も揺動アーム２ａ，２ｂの上端部の軌跡に即して円弧を描いてＣＣＷ方向に動作する。このとき、支柱４により連結アーム３に固定されているベルヌーイチャック６も同様な軌跡を描き、第１の位置から第２の位置に向けて円弧を描いて移動する。
【００３６】
回転軸７１がさらに回転して半回転して、第１の駆動アーム９が時計の９時方向に位置すると回転軸８１は最も左端側の位置に移動する。このとき揺動アーム２１ｂは図１の破線で示すように左側、つまりＣＣＷ方向いっぱいに移動することになる。従って、ベルヌーイチャック６も図１の破線で示すように円弧の軌跡を描きながら第２の位置に到達する。さらに、回転軸７１が回転すると、第２の駆動アーム８も駆動アーム９に追随し、回転軸８１側が上向きに傾くように駆動軸を中心に回動する。このとき第２の駆動アーム８は回動と共に駆動軸２３ｂを引張り、揺動アーム２１ｂは今度は右側、つまりＣＷ方向に動作し、回転軸７１が半回転すると元の位置に戻る。
【００３７】
このように、モータ７の１回転動作により、チャック機構６を円弧状の軌跡を描きながら第１の位置と第２の位置とを往復させることができる。つまり、駆動軸が１回転すると、チャッキング機構が往復運動する。このとき、チャッキング機構のチャック（吸着）を往路、または復路だけ動作させることで、第１の位置と第２の位置との間でワークの移載動作を行わせることができる。さらに、モータの回転速度を調節すると、チャック機構６の往復動作の速度を調節できる。
【００３８】
本発明では、上記のように非接触式のチャッキング動作を行わせるため、ワーク同士が積載されて貼り付く現象の少ないアンローダ側での工程に特に適している。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、半導体基板などの搬送ラインにおいて、半導体基板を第１の位置から第２の位置に移載動作を行う工程に好適に用いることができる。また、構造が単純で、安価に製造でき、メンテナンスも容易であるので、太陽電池などの低コストの製品の製造装置として特に適している。さらに、チャッキングが非接触で行われるため、薄型の半導体の取り扱いにも適している。
【符号の説明】
【００４０】
１    半導体移載装置
２    揺動アーム
３    連結アーム
４    支柱
５    チャック固定部
６    チャック機構
７    回転駆動装置
８    第２の駆動アーム
９    第１の駆動アーム
１０    ワーク
１１    筐体
【図１】
2010245244.tif 000003
【図２】
2010245244.tif 000004
【図３】
2010245244.tif 000005