(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動発生部と、略円盤状で直径が共振長に形成され、かつ、中央部において、前記超音波振動発生部と結合される振動体と、少なくとも前記超音波振動発生部及び前記振動体を保持して搬送する搬送手段とを備え、前記振動体の厚みが中央部から外周側に向って漸次薄くなるように構成して、前記振動体の超音波の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し、該振動体の表面上に物体を浮揚させて、物体を浮揚させた状態で前記搬送手段により物体の搬送を行う構成としたこと
を特徴とする物体搬送装置。
【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、その状態により物体を搬送する物体搬送装置に関する。
【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１５１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１５５ａ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１６７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１７２では、搬送すべき経路に沿って延在する案内レール１７４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１７１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１５５ａ）、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２０３（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２０２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２０４と結合されている。この振動子２０４の電極２０４ａ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２０２ｂ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２０７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２０４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２０１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２０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２０７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】
本発明は、超音波振動発生部と、略円盤状で直径が共振長に形成され、かつ、中央部において、前記超音波振動発生部と結合される振動体と、少なくとも前記超音波振動発生部及び前記振動体を保持して搬送する搬送手段とを備え、前記振動体の厚みが中央部から外周側に向って漸次薄くなるように構成して、前記振動体の超音波の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し、該振動体の表面上に物体を浮揚させて、物体を浮揚させた状態で前記搬送手段により物体の搬送を行う構成としたことを特徴とする。
【００４９】
【作用】
上記構成の物体搬送装置によれば、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て、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Ｘ２  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１６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２２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１５ａ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２６ａ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１７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１５ｃ（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４５ａ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４６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４６ａ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。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１６が含む振動子（２６：図２参照）を駆動する発振器１７（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６３，６４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、物体搬送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、本発明による物体搬送装置においては、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、本発明による物体搬送装置においては、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搬送装置を用いることができる。
また、本発明による物体搬送装置においては、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、物体搬送装置をほぼ極限まで薄くすることが可能となる。
また、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
【図１】
0003552793.tif 000002
【図２】
0003552793.tif 000003
【図３】
0003552793.tif 000004
【図４】
0003552793.tif 000005
【図５】
0003552793.tif 000006
【図６】
0003552793.tif 000007
【図７】
0003552793.tif 000008
【図８】
0003552793.tif 000009
【図９】
0003552793.tif 000010
【図１０】
0003552793.tif 000011
【図１１】
0003552793.tif 000012
【図１２】
0003552793.tif 000013
【図１３】
0003552793.tif 000014
【図１４】
0003552793.tif 000015
【図１５】
0003552793.tif 000016
【図１６】
0003552793.tif 000017
【図１７】
0003552793.tif 000018
【図１８】
0003552793.tif 000019
【図１９】
0003552793.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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