(57)【要約】【課題】  基板の高速搬送時に確実に基板を保持するとともに、所定位置で容易に基板保持を解除可能なコンパクトな基板把持部を提供する。【解決手段】  旋回アームの先端のチャック部材２２に保持された基板Ｗを所定の受け渡し位置に搬送する基板搬送装置において、チャック部材２２の一部に形成された開口１３を塞ぐように設けられた軸受フランジ１４に支持された揺動支軸１６と、その一部に基板Ｗが載置された際に、揺動支軸１６を支点軸として回動する押圧部材保持フレーム１７と、押圧部材保持フレーム１７の一部に、チャック部材２２の軸線と平行をなして支持されたスラスト軸受１８と、スラスト軸受１８内にピン本体が収容され、スラスト軸受１８の傾きに応じ、ピン本体が軸受軸線方向に沿ってスライドし、水平状態で載置された基板Ｗの縁辺を、圧縮バネ３０を介して先端部材１９で押圧する押圧ピン１２とを備えた。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送アームの旋回動作により、該旋回アームの先端のチャック部材上に保持された基板を所定の受け渡し位置に搬送する基板搬送装置の前記チャック部材に組み込まれるようにした基板保持装置であって、
前記チャック部材の一部に形成された開口を塞ぐように設けられた軸受フランジに支持された揺動支軸と、その一部に前記基板が載置された際に、前記揺動支軸を支点軸として回動する押圧部材保持フレームと、該押圧部材保持フレームの一部に、前記チャック部材の軸線と平行をなして支持されたスラスト軸受と、該スラスト軸受内にピン本体が収容され、前記スラスト軸受の傾きに応じ、前記ピン本体が軸受軸線方向に沿ってスライドし、水平状態で載置された前記基板の縁辺を、付勢部材を介して押圧する押圧ピンとを備えたことを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記押圧部材保持フレームは、基板を載置する側にトリガー部が形成され、該トリガー部に基板の一部が載置されて回動する一方、無負荷状態では前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部と反対位置にあるカウンタウエイトにより前記トリガー部が前記カウンタウエイト側より高く位置することを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記押圧ピンの先端と前記スラスト軸受間に位置するピン本体に嵌装された圧縮バネであることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記付勢部材は、前記押圧ピンの先端と前記スラスト軸受間に位置するピン本体に嵌装された圧縮バネと板バネとからなることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板保持装置に係り、簡単な把持機構により、基板の高速搬送時に確実に基板を保持するとともに、所定位置で容易に基板保持を解除可能な基板把持部を有する基板保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体、液晶基板製品の製造工程において、真空雰囲気、高温下でのプロセスが重要な位置を占めており、そのなかでも真空雰囲気での基板等のワーク高速搬送が装置構成においてきわめて重要となっている。そのため、搬送アーム先端のエンドエフェクタ位置には、旋回時及び伸縮時に基板を確実に把持し、処理位置等において迅速に、基板の把持を解放する種々の把持機構が開発されている。この種の把持機構は、部材接触個所が多い構造となっているため、ダストの発生、部材の摩耗の問題が発生する。このため、これらの問題を解消する一手段として、電磁石、永久磁石の磁力等の非接触による部材動作を利用した把持機構を備えた基板保持装置が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１の基板保持装置は、基板を搬送アーム上で保持するために、先端側の固定ガイドと、基端側の移動ガイドとが設けられている。移動ガイド内の基端側端面には永久磁石が埋設され、この永久磁石の基端側に対向する位置の搬送アーム上に電磁石がわずかな離れをとって固定されている。このような構成からなるため、基板をアーム上に受け取る場合は、対向位置にある永久磁石の極性と電磁石の極性が異極（逆極性）となるように、電磁石に通電し、移動ガイドを後退させて基板をアーム上に搭載し、その後、基板を把持するためには、電磁石の極性を対向する永久磁石の極性と同極（同極性）となるように、電磁石に通電し、電磁石の可動部を基板側に移動させ、移動ガイドと固定ガイドの把持部で基板を確実に保持するようになっている。
【０００４】
特許文献２の基板保持装置では、先行技術として、図１８に支点９１２ａで揺動可能に支持された基板押圧保持部材９１１が開示されている。この基板押圧保持部材９１１は支点を挟んだ両端が永久磁石の異極となるように帯磁され、カップ部材９１８の一部に設けられた他の永久磁石９２０との異極同士の反発作用により支点回りに揺動し、その結果、基板押圧保持部材９１１の先端で基板Ｗの端辺が押圧付勢され、基板保持が図られる。
【０００５】
また、特許文献３では、軸止部１３０回りに揺動可能なブロック状の基板（ウェハＷ）を支持する支持部材１２４〜１２７で構成されるピンセット５７，５８が開示されている。この断面略Ｚ字形の一部でウェハＷを支持するとともに、内蔵されたワイヤの操作により、軸止部１３０回りに回動し、ウェハＷが、支持部材の一部に形成されたＶ字形の溝部１３５に滑り落ちるようにして係止し、図７〜図１１に示したように、最終的に冷却板１４１上の支持ピン１４２に盛り替えられるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７９０６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２５５４公報
【特許文献３】特開２０００−２７７６００公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示された基板保持装置では、可動部である搬送アーム上に電磁石を備えるために、旋回、伸長動作を連続的に繰り返すアームに沿って通電コードを配線しなければならず、また基板の載置時、保持時に応じた通電切り替えタイミングの正確な制御を必要とする。このため、装置の複雑化に伴うコストアップが生じるとともに、電磁石の可動磁心、制御部、アーム内の配線等の定期的なメインテナンスも欠かせない。
【０００８】
また、特許文献２に記載された上述の基板保持装置では、永久磁石９２０を昇降させることで基板押圧保持部材９１１が揺動するようになっているため、この永久磁石９２０を支持するカップ部材を昇降させる設備が必要となってくる。このため、付加的な可動機構を備えた部材群が必要があるため、製品のコストアップ等の問題がある。
【０００９】
さらに、特許文献３では、支持部材は板バネ１３１で水平位置が保持されており、フレーム内に挿通されたワイヤの操作で全体が軸止部１３０回りに回動し、ウェハＷが滑り落ちるようにして溝部１３５に嵌って保持される。このため、各支持部材を回動させるタイミングを調整しないと、ウェハＷがフレームから落下してしまうおそれがある。また、ワイヤによるタイミング調整の機構も複雑となり、トラブルが生じやすい。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡単な構造により、旋回時及び伸縮時における基板の把持を確実に行うとともに、処理時における基板の解放を容易に行えるようにした基板保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は搬送アームの旋回動作により、該旋回アームの先端のチャック部材上に保持された基板を所定の受け渡し位置に搬送する基板搬送装置の前記チャック部材に組み込まれるようにした基板保持装置であって、前記チャック部材の一部に形成された開口を塞ぐように設けられた軸受フランジに支持された揺動支軸と、その一部に前記基板が載置された際に、前記揺動支軸を支点軸として回動する押圧部材保持フレームと、該押圧部材保持フレームの一部に、前記チャック部材の軸線と平行をなして支持されたスラスト軸受と、該スラスト軸受内にピン本体が収容され、前記スラスト軸受の傾きに応じ、前記ピン本体が軸受軸線方向に沿って回動を伴ってスライドし、水平状態で載置された前記基板の縁辺を、付勢部材を介して押圧する押圧ピンとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記押圧部材保持フレームは、基板を載置する側にトリガー部が形成され、該トリガー部に基板の一部が載置されて回動する一方、無負荷状態では前記揺動支軸を挟んで前記トリガー部と反対位置にあるカウンタウエイトにより前記トリガー部が前記カウンタウエイト側より高く位置させることが好ましい。
【００１２】
前記付勢部材は、前記押圧ピンの先端と前記スラスト軸受間に位置するピン本体に嵌装された圧縮バネを用いることが好ましい。
【００１３】
また、前記付勢部材は、前記押圧ピンの先端と前記スラスト軸受間に位置するピン本体に嵌装された圧縮バネと板バネとからなるようにすることも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上に述べたように、本発明によれば、搬送アームの先端位置に設けられる基板保持部コンパクトでコストを抑えた機構として実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、主要構成が共通である発明の基板保持装置を実施するための最良の形態として、以下の複数の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の基板保持装置１０の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図１には、本発明のシングルアーム方式の基板搬送装置１の第１アーム２、第２アーム３とが直線上に伸長した状態が示されている。同図に示したように、第２アーム３の先端には、その全面で基板を保持可能なフォーク状のチャック２０の根元部が、第３関節部６を介して回動可能に連結されている。図１では、例示的にチャックが第２アーム３に対して直角をなした状態が示され、チャック上に載置される基板Ｗが仮想線で示されている。
【００１７】
第１アーム２は、搬送装置１本体の中心軸と同軸の第１関節部４回りに、図示しない駆動モータにより所定の旋回動作が可能な、扁平形状をなす中空アームからなる。そして第１アーム２上の幅が細くなった先端部には、第２アーム３との間に第２関節部５が設けられている。さらに、第１アーム２からのアーム回転駆動力は、この第２アーム３内に組み込まれた図示しない駆動ベルト等の伝達機構を介して第２アーム３の先端の第３関節部６の支軸（図示せず）に伝達され、この支軸に伝達される回転力により、チャック２０は第１アーム２、第２アーム３の旋回角度に応じた方向に、その向き、伸長位置が制御されるようになっている。
【００１８】
チャック２０は、本実施例では、略台形のプレートからなるチャック根元部２１と、このチャック根元部２１と一体的に形成され、載置される基板Ｗの大きさ（直径）に適合した長さの２本の平行なフォーク２２からなり、チャック２０の先端には基板Ｗを保持する保持爪２３が形成されている。保持爪２３の基板Ｗの縁辺に接する部位には、当接した基板Ｗの縁辺にわずかに係止して基板Ｗを保持可能な溝状部が形成されている。あるいは基板Ｗに当接したときに表面が凹み、載置された基板Ｗを保持できる程度に弾性変形する樹脂成形品等からなる爪状の小部材を設けてもよい。
【００１９】
基板保持装置１０は、チャック２０のチャック根元部２１に設けられ、チャック２０のほぼ全面を覆うように載置された基板Ｗを、保持爪２３側に押圧するように機能する。この基板保持装置１０は、基板Ｗを押圧する可動部材としての押圧ピン１２を有し、この押圧ピン１２の先端に取り付けられた先端部材１９で基板Ｗの縁辺を保持爪２３側に押圧することで、基板Ｗはチャック２０上の定位置に位置保持される。
【００２０】
以下、基板保持装置１０の構成及び動作について、図２，図３及び図４各図を参照して説明する。基板保持装置１０は、図２，図３に示したように、チャック根元部２１の幅が狭くなった首部近くに形成された開口部１３内に保持されるように設けられている。具体的には、チャック根元部２１の下面に固着され、上方が開放した略Ｕ字形をなした軸受フランジ１４の側面間に設けられた揺動支軸１６に装置１０全体が揺動可能に組み込まれている。
【００２１】
基板保持装置１０は、軸受フランジ１４の両側面に固着された玉軸受１５に軸支された揺動支軸１６と、揺動支軸１６を支点軸として所定角度範囲で滑らかに揺動する押圧部材保持フレーム１７と、押圧部材保持フレーム１７の揺動支軸１６の上側位置で、チャックの軸線と平行にかつ軸線を挟んで対称位置に設けられたスラスト軸受１８と、このスラスト軸受１８内にピン本体が収容され、スラスト軸受１８の傾きに応じてスラスト軸受１８内を軸受軸線方向に沿って滑らかにスライドし、水平状態で基板Ｗの縁辺を押圧可能な押圧ピン１２と、スラスト軸受１８端と押圧ピン１２の先端部材１９との間のピンに介装された圧縮バネ３０と、押圧部材保持フレーム１７の幅方向中央位置に、揺動支軸１６近くから基板Ｗと反対方向に延設されたカウンタウエイトピン３１とから構成されている。
【００２２】
上述の各部材のうち、押圧部材保持フレーム１７は、上述したように揺動支軸１６回りに滑らかに揺動可能に支持されている。この押圧部材保持フレーム１７の揺動のタイミングについて、図３及び図４各図を参照して説明する。押圧部材保持フレーム１７には、図３に示したように、前端側の幅方向中央部に細長棒状のトリガーが形成されており、図４（ａ）〜（ｃ）に示したように、このトリガー１７ａ上に基板Ｗの端部が載置されることで押圧部材保持フレーム１７全体が揺動支軸１６回りに図４（ｃ）に示した水平位置まで回動するようなっている。
【００２３】
一方、押圧部材保持フレーム１７の初期状態は、図４（ａ）に示したように、わずかにトリガー１７ａ先端がチャック上面より突出した状態にあり、初期の傾きは本実施例では、トリガー１７ａ先端が水平面から約１０°上方に傾いた状態に設定されている。この傾き角度はトリガー１７ａと反対側に延在するカウンタウエイトピン３１に螺着されているナット３２の位置によるモーメントの釣り合いを調整することで容易に調整できる。また、スラスト軸受１８に支持された押圧ピン１２は傾いた状態で自重の傾きに応じたピン軸線方向の自重成分の作用力により、圧縮バネ３０が縮められてスラスト軸受１８内にスライドし、押圧ピン１２の先端側の長さがわずかに短くなっている。
【００２４】
この初期状態から基板Ｗを把持するまでの動作について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。初期状態にある押圧部材保持フレーム１７のトリガー１７ａ上に基板Ｗの端部が載置されると、基板Ｗの自重により、トリガー１７ａは水平位置に向けて矢印Ａ方向に回動する。この押圧部材保持フレーム１７の回動に伴い、スラスト軸受１８で支持された押圧ピン１２の傾きが水平に近づき、自重のピン軸線方向の分力が減少するので、圧縮バネ３０はその分だけ伸びて押圧ピン１２は基板Ｗ側にわずかずつ突出する。最終的にチャック上面に基板Ｗが完全に載置されると、押圧ピン１２を保持したスラスト軸受１８も水平状態となり、そのとき圧縮バネ３０に作用する押圧ピン１２の自重の分力はゼロとなる。そして押圧ピン１２は圧縮バネ３０の作用により、最大限（自然長）まで伸長しようとするが、その間に基板Ｗの縁辺に当接するので基板Ｗが保持爪側に押圧され、結果として基板Ｗがチャック上に押圧保持される。本実施例で使用した圧縮バネ３０は、自然長が５mmで、図４（ａ）に示した初期状態（待機状態）では、押圧ピン１２の自重のスラスト軸受１８方向分力により、０．２mm程度圧縮されてスラスト軸受１８内に入り込む。その後、基板Ｗがチャック上面に載置され、水平状態で基板Ｗを押圧する際は、突出部分は圧縮バネ３０の作用で再び伸長するが、自然長よりわずかに短縮した全長（本実施例では約４．３mm）の状態で基板Ｗの縁辺に当接して基板Ｗを押圧している。
【００２５】
以下、基板保持装置１０に設けられた押圧ピン１２の他の実施例及び変形例について、図５，図６を参照して説明する。図５は、１本の押圧ピン１２を用いて、押圧ピン１２を保持するスラスト軸受１８をチャックの軸線上に配置した実施例を示した平面図である。同図に示したように、本実施例では、押圧ピン１２の先端部材１９には、基板Ｗの縁辺をある程度の幅の範囲で保持できる扁平形状の樹脂成形品が採用されている。この実施例では基板押圧部材の質量の軽量化を図ることと、その際、初期状態での押圧部材保持フレーム１７の傾きを、カウンタウエイトピン３１のナット３２の移動で適正に調整することが好ましい。
【００２６】
図６各図は、図５に示した基板保持装置１０の押圧ピン１２の先端に、さらに板バネ３３を装着した変形例を示している。この実施例では、板バネ３３として細幅のバネ鋼加工品が使用され、板バネ３３の先端に取り付けられた先端部材１９で基板Ｗの縁辺を押圧するようになっている。板バネ３３は、図６（ａ）に示したように、初期状態において、押圧ピン１２の先端面に固着された約１２０°の開角をなすように加工され、各板バネ１９の先端に先端部材１９としての樹脂キャップが装着されている。図６（ｂ）はこの基板保持装置１０で基板Ｗを押圧保持している状態を示しており、同図に示したように、この状態では、圧縮バネ３０の短縮と板バネ３３の撓みとが協働して押圧ピン１２の押圧力となり、基板Ｗの縁辺が押圧されるが、圧縮バネ３０の縮み量、板バネ３３の撓み量が適正にバランスするように、載置される基板Ｗの質量、寸法（曲率）等を考慮して圧縮バネ３０のバネ定数、板バネ３３の曲げ剛性を設定することが好ましい。
【００２７】
なお、基板保持装置１０の汎用性を高めるために、取り扱う基板Ｗの寸法（直径）の違いに対応できるようにすることが好ましい。そのためには、チャック根元部２１の開口部１３を軸線方向に長い長方形状の長孔とし、その開口部１３に取り付けられる基板保持装置１０の取付位置を、載置される基板Ｗの寸法（直径）に合わせてを適宜設定できるようにすることで、寸法の変化に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の基板保持装置の全体構成を示した概略斜視図。
【図２】図１に示した基板保持装置を拡大して示した部分平面図。
【図３】基板保持装置を拡大して示した部分拡大平面図。
【図４】基板保持装置の動作状態を側面から示した動作状態図。
【図５】基板保持装置の他の実施例を拡大して示した部分拡大平面図。
【図６】図５に示した基板保持装置の変形例を拡大して示した部分拡大平面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板搬送装置
１０  基板保持装置
１２  押圧ピン
１３  開口部
１４  軸受フランジ
１６  揺動支軸
１７  押圧部材保持フレーム
１７ａ  トリガー
１８  スラスト軸受
１９  先端部材
２０  チャック
２１  チャック根元部
２２  フォーク
３０  圧縮バネ
３１  カウンタウエイトピン
３３  板バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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