(57)【要約】【課題】  被把持体の形状に影響されず、被把持体より横幅の狭いフォークを有する半導体ウェハ搬送装置にも適用でき、電力の供給が停止しても被把持体を損傷しないウェハ把持装置を提供する。【解決手段】  被把持体Ｗを把持するウェハ把持装置において、筐体１１内の長手方向に向かって配設され、一方端が筐体１１の底蓋１３に固定され、他方端が把持体１７に接続された圧縮バネ１４と、圧縮バネ１４の内側中間部に設けられ、一方端が筐体１１の底蓋１３に固定され、他方端がバネ固定部材１２を介して把持体１７に接続されると共に圧縮バネ１４に抗して把持体１７を開放する方向に力を加える形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂと、ロック用爪２０Ａ、２０Ｂ、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂ等からなるロック機構を備えた。【選択図】図１
2005209728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持体によって、半導体ウェハなどの被把持体Ｗの外周縁を把持対象箇所として把持するウェハ把持装置において、
一方端が閉じ、他方端が開口した筒状の筐体と、
前記筐体内の両端の長手方向に向かって延在するように配設されており、一方端が前記筐体の底蓋に固定され、他方端が前記把持体に接続された弾性体と、
一方端が前記筐体の底蓋に固定され、他方端が前記把持体に接続されると共に、前記弾性体に抗して前記把持体を開放する方向に力を加えるコイル状の形状記憶合金部材と、
前記把持体が前記被把持体を開放し、前把持体が前記筐体内の所定に位置に下降した時に前記把持体をロックするロック機構とを設けたことを特徴とするウェハ把持装置。
【請求項２】
前記弾性体にコイル状の圧縮バネを用い、前記形状記憶合金部材に形状記憶合金引張バネを用いると共に、前記形状記憶合金引張バネを前記圧縮バネの内側中間部に設けたことを特徴とする請求項１記載のウェハ把持装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記筐体の外部に接続された１対のロック用支持部材と、
一方端が前記ロック用支持部材に固定され、他方端がロック用爪に接続された弾性体となる板バネと、
前記板バネのロック用爪を取り付けた反対側の面とロック用支持部材との間に配設されると共に、前記板バネに抗して前記把持体に対する前記ロック用爪を開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネとからなることを特徴とする請求項１記載のウェハ把持装置。
【請求項４】
前記ロック機構は、前記筐体の外部に接続された１対のロック用筐体と、
一方端が前記ロック用筐体に固定され、他方端がロック用爪に接続された弾性体となるコイル状のロック用圧縮バネと、
前記ロック用圧縮バネの内側中間部に設けられており、一方端が前記ロック用筐体の底部に固定され、他方端が前記ロック爪に接続されると共に、前記ロック用圧縮バネに抗して前記把持体に対するロック用爪を開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネとからなることを特徴とする請求項１記載のウェハ把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのような薄板状の被把持体を把持するウェハ把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、把持体をそれぞれ開方向または閉方向に付勢する弾性体を設け、この弾性体の端部に把持体の中央部を設け、把持体の反保持部側端の間に形状記憶合金の駆動部を設け、把持体の先端に半導体ウェハなどの被把持体を把持する保持部を設けたウェハ把持装置は、図６のようになっている（例えば、特許文献１参照）。
図６は従来のウェハ把持装置の正面図である。
図６において、基部４１の両側にはそれぞれ基部４１の上方に延在する弾性体４２、４３の一方端が取り付けられている。これらの弾性体４２、４３の他方端にはそれぞれ中央突起４４Ｅ、４５Ｅを介して把持体４４、４５が取り付けられている。この把持体４４、４５の一方端には被把持体Ｗの下部周縁を保持する第１の保持部４４Ａ、４５Ａと、被把持体Ｗの周縁平面を保持する第２の保持部４４Ｂ、４４Ｃ、４５Ｂ、４５Ｃと被把持体Ｗの上方への移動許容部４４Ｄ、４４Ｄとを備えている。把持体４４、４５の他の一方端４４Ｆ、４５Ｆの間には把持体４４、４５の開閉のための駆動部となる線状の形状記憶合金４６が配設されている。この形状記憶合金４６は加熱によりその長さを縮める回復力が発生するようにその形状を記憶している。この形状記憶合金４６はスイッチ４７を通して電源４８に接続している。前述した弾性体４２、４３は、把持体４４、４５を閉方向に付勢するための初期たわみが与えられている。実線で示す被把持体Ｗの把持状態において、被把持体Ｗを開放する動作を説明する。形状記憶合金４６を加熱すると、形状記憶合金４６は弾性体４２、４３の変形力に抗する回復力を発生し、把持体４４、４５の他の一方端４４Ｆ、４５Ｆ相方を引き寄せる。その結果、把持体４４、４５は開き、被把持体Ｗを開放する。これにより、被把持体Ｗを治具等に載置することができる。
次に被把持体Ｗを把持する場合には上述の動作とは逆に形状記憶合金６を冷却する。これにより形状記憶合金６はその回復力が低下するので、把持体４４、４５は弾性体４２、４３の変形力により、第１図の１点鎖線で示すように被把持体Ｗに大きな押付力を与えず把持体４４Ａ、４５Ａによって被把持体Ｗの下方周縁を保持する形で、被把持体Ｗを挟持する。
【特許文献１】特公平７−４７８７号公報（第５〜９頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のウェハ把持装置は、把持体４４、４５によって、被把持体Ｗを水平方向に把持あるいは開放する際に、把持体４４、４５が被把持体Ｗに対して被把持体Ｗの横幅より大きく開くので、把持体の径より幅の狭いウェハカセットやＦＯＵＰなどに搬送するような場合に、該ウェハ把持装置がウェハカセットやＦＯＵＰに干渉するため、使用できないという問題があった。そこで、被把持体の形状に影響されることなく、把持体の把持、開放動作を行い、被把持体の径より幅の狭いフォークと併用することにより搬送が可能な半導体ウェハ搬送装置にも適用することができるウェハ把持装置の提供が望まれていた。
また、従来のウェハ把持装置は、形状記憶合金に通電している状態で被把持体Ｗを開放するので、被把持体Ｗを開放してから把持体４４、４５が被把持体Ｗから離れる間に停電などにより電力の供給が停止すると、把持体４４、４５が閉じる。このときに把持体４４、４５の駆動範囲に被把持体Ｗがあると、この被把持体Ｗが治具等から落下し損傷する可能性があるという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、被把持体の形状に影響されることなく、被把持体より横幅の狭いフォークを有する半導体ウェハ搬送装置にも適用することができ、電力の供給が停止しても被把持体を損傷しないウェハ把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１の発明は、把持体によって、半導体ウェハなどの被把持体の外周縁を把持対象箇所として把持するウェハ把持装置において、一方端が閉じ、他方端が開口した筒状の筐体と、前記筐体内の両端の長手方向に向かって延在するように配設されており、一方端が前記筐体の底蓋に固定され、他方端が前記把持体に接続された弾性体と、一方端が前記筐体の底蓋に固定され、他方端が前記把持体に接続されると共に、前記弾性体に抗して前記把持体を開放する方向に力を加えるコイル状の形状記憶合金部材と、前記把持体が前記被把持体を開放し、前記把持体が前記筐体内の所定に位置に下降した時に前記把持体をロックするロック機構とを備えたことを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のウェハ把持装置において、前記弾性体にコイル状の圧縮バネを用い、前記形状記憶合金部材に形状記憶合金引張バネを用いると共に、前記形状記憶合金引張バネを前記圧縮バネの内側中間部に設けたことを特徴としている。
また、請求項３の発明は、請求項１記載のウェハ把持装置において、前記ロック機構は、前記筐体の外部に接続された１対のロック用支持部材と、一方端が前記ロック用支持部材に固定され、他方端がロック用爪に接続された弾性体となる板バネと、前記板バネのロック用爪を取り付けた反対側の面とロック用支持部材との間に配設されると共に、前記板バネに抗して前記把持体に対する前記ロック用爪を開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネとからなることを特徴としている。
また、請求項４の発明は、請求項１記載のウェハ把持装置において、前記ロック機構は、前記筐体の外部に接続された１対のロック用筐体と、一方端が前記ロック用筐体に固定され、他方端がロック用爪に接続された弾性体となるコイル状のロック用圧縮バネと、前記ロック用圧縮バネの内側中間部に設けられており、一方端が前記ロック用筐体の底部に固定され、他方端が前記ロック爪に接続されると共に、前記ロック用圧縮バネに抗して前記把持体に対するロック用爪を開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネとからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、被把持体の幅より横幅の狭いフォークでウェハカセットやＦＯＵＰなどにフォークに被把持体を載置したまま挿入するような搬送装置に使用できるウェハ把持装置を提供することができ、電力の供給が停止しても被把持体を傷つけることがないウェハ把持装置を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、把持機構を小型化することができる。
また、請求項３、４に記載の発明によると、ロック機構を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の第１実施例を示すウェハ把持装置の正断面図であり、把持状態を表している。図２は図１のウェハ把持装置の開放状態を示す正断面図である。図５は本発明のウェハ把持装置をフォークと併用してウェハ搬送装置に適用した例を表した概念図である。
図１において、Ｗは被把持体、１１は筐体、１２はバネ固定部材、１３は底蓋、１４は圧縮バネで、圧縮バネ１４の一方端がバネ固定部材１２に、圧縮バネ１４の他方端が底蓋１３に接続されている。１５Ａ、１５Ｂは把持用形状記憶合金バネ、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄおよび１６Ｅは導体、１７は把持体、１８Ａ、１８Ｂはロック用支持部材、１９Ａ、１９Ｂは板バネ、２０Ａ、２０Ｂはロック用爪、２１Ａ、２１Ｂはロック用形状記憶合金バネである。
また、図５において、Ｗは被把持体、Ｆはフォーク、Ｐはフォークに設けたピン、Ｈは本発明のウェハ把持装置である。該ウェハ把持装置ＨはフォークＦに搭載されると共に、ウェハ把持装置ＨとフォークＦとでウェハ搬送装置を構成するようになっており、フォークＦ先端のピンＰにて位置決めされた被把持体ＷをフォークＦ後端に設けたウェハ把持装置Ｈにより把持または開放動作を行うようにして使用される。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、把持体１７によって、被把持体Ｗの外周縁を把持対象箇所として把持するウェハ把持装置において、一方端が閉じ、他方端が開口した筒状の筐体１１と、筐体１１内の両端の長手方向に向かって延在するように配設されており、一方端が筐体の底蓋１３に固定され、他方端がバネ固定部材１２を介して把持体１７に接続された弾性体となるコイル状の圧縮バネ１４と、圧縮バネ１４の内側中間部に設けられており、一方端が筐体の底蓋１３に固定され、他方端がバネ固定部材１２を介して把持体１７に接続されると共に、圧縮バネ１４に抗して把持体１７を開放する方向に力を加えるコイル状の把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂとを備えた点である。
また、該ウェハ把持装置は、把持体１７が被把持体Ｗを開放し、把持体１７が筐体１１内の所定に位置に下降した時に把持体１７をロックするロック機構を設けるようになっている。
具体的には、該ロック機構は、筐体１１の外部に接続された１対のロック用支持部材１８Ａ、１８Ｂと、一方端がロック用支持部材１８Ａ、１８Ｂに固定され、他方端がロック用爪２０Ａ、２０Ｂに接続された弾性体となる板バネ１９Ａ、１９Ｂと、板バネ１９Ａ、１９Ｂのロック用爪２０Ａ、２０Ｂを取り付けた反対側の面とロック用支持部材１８Ａ、１８Ｂとの間に配設されると共に、弾性体となる板バネ１９Ａ、１９Ｂに抗して把持体１７に対するロック用爪２０Ａ、２０Ｂを開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂとから構成されている。
なお、把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂは変態温度以下の状態では、圧縮バネ１４の回復力が把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂの回復力を上回るように設定されている。一方のバネ固定部材１２側の１対の把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂの端部には導体１６Ａにより電気的に接続されており、他方の底蓋１３側の把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂの端部にはそれぞれ導体１６Ｂ、導体１６Ｃが接続されており、図示しない形状記憶合金駆動装置に接続されている。
それから、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂは変態温度以下の状態では、板バネ１９Ａ、１９Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの回復力を上回るように設定されている。ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの両端にはそれぞれ導体１６Ｄ、１６Ｅが接続され、図示しない形状記憶合金駆動装置に接続されている。
【０００８】
まず、ウェハを把持する動作を、図１および図２を用いて説明する。
図２はウェハＷが開放されている状態である。この状態でロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、図１に示すようにロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに回復力が作用し、板バネ１９Ａ、１９Ｂが筐体１１から遠ざかる方向に引っ張られる。これによりロック用爪２０Ａ、２０Ｂが把持体１７から離れるので、圧縮バネ１４の回復力により把持体１７が伸張し、ウェハＷを把持する。ウェハＷを把持した後、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂへの通電を止めて変態温度を下回ると、板バネ１９Ａ、１９Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの収縮力を上回るので、板バネ１９Ａ、１９Ｂは筐体１１に近づく方向に動き、ロック用爪２０Ａ、２０Ｂは再び図２に示す状態に戻る。
【０００９】
次に、ウェハを開放する動作を同様に図１および図２を用いて説明する。
図１に示すウェハ把持状態でロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、図１に示すようにロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに回復力が作用し、板バネ１９Ａ、１９Ｂが筐体１１から遠ざかる方向に引っ張られる。続いて、把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂに回復力が作用し、圧縮バネ１４を収縮させるので、ウェハＷが把持体１７から開放される。続いて、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂへの通電を止めて変態温度を下回ると、板バネ１９Ａ、１９Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの収縮力を上回るので、板バネ１９Ａ、１９Ｂは筐体１１に近づく方向に動き、ロック用爪２０Ａ、２０Ｂは再び図２に示す状態に戻り、把持体１７をロックする。
【００１０】
したがって、本発明の第１実施例は弾性体と形状記憶合金を組み合わせて直線運動する把持機構を構成しているので、被把持体の幅より横幅の狭いフォークでウェハカセットやＦＯＵＰなどにフォークに被把持体を載置したまま挿入するような搬送装置に使用できるウェハ把持装置を提供することができる。また、ウェハ開放時に把持体をロックする構成としているので、電力の供給が停止しても被把持体を傷つけることがないウェハ把持装置を提供することができる。
【実施例２】
【００１１】
図３は第２実施例を示すウェハ把持装置の正断面図であり、把持状態を表している。図４は図３のウェハ把持装置の開放状態を示す正断面図である。なお、第２実施例における構成要素が第１実施例と同じものついてはその説明を省略し、異なる点について説明する。
図において、２２Ａ、２２Ｂはロック用形状記憶合金バネ、２３Ａ、２３Ｂはロック用筐体、２４Ａ、２４Ｂはロック用圧縮バネである。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、基本的にはロック機構が異なり、ロック機構は筐体１１の外部に接続された１対のロック用筐体２３Ａ、２３Ｂと、一方端がロック用筐体２３Ａ、２３Ｂに固定され、他方端がロック用爪２０Ａ、２０Ｂに接続された弾性体となるコイル状のロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂと、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂの内側中間部に設けられており、一方端がロック用筐体２３Ａ、２３Ｂの底部に固定され、他方端がロック爪２０Ａ、２０Ｂに接続されると共に、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂ）に抗して把持体１７に対するロック用爪２０Ａ、２０Ｂを開放する方向に力を加えるコイル状のロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂとから構成されている。
なお、ロック用形状記憶合金バネ２２Ａ、２２Ｂが変態温度以下の状態では、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２２Ａ、２２Ｂの回復力を上回るように設定されている。ロック用形状記憶合金バネ２２Ａ、２２Ｂの両端にはそれぞれ導体１６Ｄ、１６Ｅが接続され、図示しない形状記憶合金駆動装置に接続されている。
【００１２】
まず、ウェハを把持する動作を、図３および図４を用いて説明する。
図４はウェハＷが開放されている状態である。この状態でロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、図３に示すようにロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに回復力が作用し、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂが収縮する。これによりロック用爪２０Ａ、２０Ｂが把持体１７から離れるので、圧縮バネ１４の回復力により把持体１７が伸張し、ウェハＷを把持する。ウェハＷを把持した後、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂへの通電を止めて変態温度を下回ると、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの収縮力を上回るので、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂは伸張し、ロック用爪２０Ａ、２０Ｂは再び図４に示す状態に戻る。
【００１３】
次に、ウェハを開放する動作を、同様に図３および図４を用いて説明する。
図３に示すウェハ把持状態でロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、図３に示すようにロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂに回復力が作用し、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂが収縮する。続いて、把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂに図示しない形状記憶合金駆動装置から通電されて変態温度を越えると、把持用形状記憶合金バネ１５Ａ、１５Ｂに回復力が作用し、圧縮バネ１４を収縮させるので、ウェハＷが把持体１７から開放される。続いて、ロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂへの通電を止めて変態温度を下回ると、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂの回復力がロック用形状記憶合金バネ２１Ａ、２１Ｂの収縮力を上回るので、ロック用圧縮バネ２４Ａ、２４Ｂは伸張し、ロック用爪２０Ａ、２０Ｂは再び図４に示す状態に戻り、把持体１７をロックする。
【００１４】
したがって、本発明の第２実施例は弾性体と形状記憶合金を組み合わせて直線運動する把持機構を構成しているので、被把持体の幅より横幅の狭いフォークでウェハカセットやＦＯＵＰなどにフォークに被把持体を載置したまま挿入するような搬送装置に使用できるウェハ把持装置を提供することができる。また、ウェハ開放時に把持体をロックする構成としているので、電力の供給が停止しても被把持体を傷つけることがないウェハ把持装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
弾性体と形状記憶合金を組み合わせて直線運動させることによって、小型で、発塵が少なく、静粛な把持動作をすることができ、非把持体開放時に電力の供給が停止しても被把持体を傷つけることがないので、ウェハ搬送に限らず、クリーンな環境で把持動作が必要な食品や薬品などの搬送という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を示すウェハ把持装置の正断面図であり、把持状態を表したものである。
【図２】図１のウェハ把持装置のウェハ開放状態を示す正断面図
【図３】本発明の第２実施例を示すウェハ把持装置の正断面図であり、把持状態を表したものである。
【図４】図３のウェハ把持装置の開放状態を示す正断面図である。
【図５】本発明のウェハ把持装置をフォークと併用してウェハ搬送装置に適用した例を表した概念図である。
【図６】従来のウェハ把持装置の正面図
【符号の説明】
【００１７】
Ｗ  非把持体（ウェハ）
１１  筐体
１２  バネ固定部材
１３  底蓋
１４  圧縮バネ
１５Ａ、１５Ｂ  把持用形状記憶合金バネ
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ  導体
１７  把持体
１８Ａ、１８Ｂ  ロック用支持部材
１９Ａ、１９Ｂ  板バネ
２０Ａ、２０Ｂ  ロック用爪
２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ  ロック用形状記憶合金バネ
２３Ａ、２３Ｂ  ロック用筐体
２４Ａ、２４Ｂ  ロック用圧縮バネ
【図１】
2005209728.tif 000003
【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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