JP2004266202A

JP2004266202A - ワークピースの保持機構

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Publication number: JP2004266202A
Application number: JP2003057004A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Morimoto; 和章森本; Haruo Maetani; 治男前谷
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP4339615B2

Abstract

【課題】ワークピースに損傷などが生じる虞れを極力少なくしつつ、ワークピースのクランプ保持を簡易な構造の手段により適切に行なうことができるようにする。
【解決手段】第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂのそれぞれの上面２２Ａ，２２Ｂ上にワークピースＷを載せて、押動手段３によって第２の支持部２Ｂ側から第１の支持部２Ａ側に押動することにより、第１の支持部２Ａのストッパ面２３Ａと押動手段３との間にワークピースＷをクランプするようにしたワークピースの保持機構Ａであって、第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂのそれぞれの上面２２Ａ，２２Ｂは、第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂ間の中央部寄りほど高さが低くなる傾斜面とされており、かつ上面２２Ａの傾斜角よりも上面２２Ｂの傾斜角の方が大きくされている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ウェハなどのワークピースを取り扱うロボットのハンドリング装置などとして用いるのに好適なワークピースの保持機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のワークピースの保持機構の一例としては、特許文献１に記載のものがある。この従来の保持機構は、図４に示すように、ベースプレート９０の上面に設けられた複数の支持部９１と、これら複数の支持部９１上に載せられたワークピースＷをベースプレート９０の先端の縁部９０ａに向けて押動するための一対の押動部材９２とを備えている。これら一対の押動部材９２によってベースプレート９０を矢印Ｎａ方向に押動することにより、このベースプレート９０を一対の押動部材９２とベースプレート９０の縁部９０ａとの間においてクランプし、固定することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０８９８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ワークピースＷの取り扱いに際しては、その表面や裏面などの各所に汚れや傷がつくこと、あるいは半導体ウェハが削られることに起因して削れ粉などの塵が発生するといったことが生じないように十分に配慮しなければならない場合がある。とくに、ワークピースＷが、半導体デバイスの製造に用いられるウェハの場合には、より慎重な取り扱いが要請される。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、ワークピースＷを一対の押動部材９２によって押動したときに、ワークピースＷの裏面が複数の支持部９１と擦れる構造となっている。したがって、ワークピースＷの裏面が削れてしまい、この部分がダメージを受けたり、あるいは削れ粉なとの塵が発生するという問題点があった。特許文献１には、支持部９１として、回転自在なボール部材を用いることにより、ワークピースＷと支持部９１との接触摩擦力を少なくする技術も記載されているが、このような手段では、部品コストが高価となり、コスト的な不利を生じる。また、上記ボール部材が常に滑らかに回転し得るようにその機能を維持しておくためのメンテナンスの負担も大きくなる。
【０００６】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ワークピースに損傷などを生じる虞れを極力少なくしつつ、ワークピースのクランプ保持を簡易な構造の手段により適切に行なうことができるようにすることをその課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本願発明によって提供されるワークピースの保持機構は、ワークピースの外周縁の一部が載せられる上面、およびこの上面よりも上方に立ち上がったストッパ面を有する第１の支持部と、上記第１の支持部とは間隔を隔てて設けられ、かつ上記ワークピースの外周縁の他の一部が載せられる上面を有する第２の支持部と、上記ワークピースを上記第１および第２の支持部の上面上において上記第２の支持部側から上記第１の支持部側に押動可能であり、かつ上記第１の支持部のストッパ壁に上記ワークピースの外周面の一部を当接させることにより上記ワークピースをクランプするための押動手段と、を備えているワークピースの保持機構であって、上記第１および第２の支持部のそれぞれの上面は、上記第１および第２の支持部間の中央部寄りほど高さが低くなる傾斜面とされており、かつ上記第１の支持部の上面の傾斜角よりも上記第２の支持部の上面の傾斜角の方が大きくされていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、ワークピースを第１および第２の支持部の上面上に載せた状態において、押動手段により第２の支持部側から第１の支持部側に押動すると、このワークピースは、上記押動手段と第１の支持部のストッパ面との間にクランプされて適切に固定保持される。第１および第２の支持部の上面はいずれも傾斜面とされているために、これら上面上にワークピースを載せたときには、これら上面とワークピースの外周縁とを点接触させることができる。このような点接触状態は、ワークピースが押動手段により押動されることによって上記上面上をスライドするときにも維持される。したがって、ワークピースと第１および第２の支持部との接触面積を非常に小さくするとともに、ワークピースの外周縁以外の部分への部材接触が生じないようにし、ワークピースに汚れや擦り傷などがつかないようにしてその固定保持を適切に図ることができる。
【００１０】
さらに、重要な効果として、本願発明においては、第１の支持部の上面の傾斜角は第２の支持部の上面の傾斜角よりも小さいために、ワークピースが第１および第２の支持部の上面上を第２の支持部側から第１の支持部側へスライドするときには、このスライド動作に対する第１の支持部の上面の抵抗を小さくすることが可能である。一方、第２の支持部の上面の傾斜角は相対的に大きいために、ワークピースが第１の支持部に向けてスライドする動作を促進する作用が得られることとなる。このようなことにより、本願発明においては、第１および第２の支持部上をワークピースがスライドするときの動作の円滑化を図り、摩擦による削れ粉の発生などを適切に抑制することができる。本願発明においては、第１および第２の支持部の上面については、単なる傾斜面として形成すればよく、特許文献１のボール部材を回転可能に設ける手段とは異なり、第１および第２の支持部の全体または一部を動作可能に設ける必要はないため、その製造は容易であり、製造コストを廉価にすることができる利点が得られる。また、メンテナンスも容易である。
【００１１】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の支持部は、複数ずつ設けられている。このような構成によれば、第１および第２の支持部のそれぞれの幅を小さくしつつ、ワークピースを安定して支持することが可能となる。したがって、ワークピースとの接触面積を減らし、ワークピースに傷が付いたり、あるいは擦れ粉が発生するといった虞れをより少なくすることができる。
【００１２】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記ワークピースは、円板状または外周縁に切り欠き部を有する円板状であり、かつ上記押動手段の上記ワークピースの外周縁に接触する面は、平面、凸状の曲面、または上記ワークピースの外周面よりも曲率半径の大きな凹状の曲面とされている。このような構成によれば、上記押動手段と上記ワークピースの外周面とを点接触またはそれに近い接触状態として、それらの接触面積を小さくすることができる。したがって、ワークピースに傷などが付く虞れをより少なくするのに好適となる。
【００１３】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の支持部のストッパ面は、平面、凸状の曲面、または上記ワークピースの外周面よりも曲率半径の大きな凹状の曲面とされている。このような構成によれば、上記ストッパ面と上記ワークピースの外周面との接触についても、点接触またはそれに近い接触状態として、それらの接触面積を小さくし、ワークピースに傷などが付くことをより徹底して防止することができる。
【００１４】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の支持部の少なくとも一方は、これらの間の距離が変更可能に位置変更自在とされている。このような構成によれば、第１および第２の支持部の少なくとも一方の位置調整を行なうことにより、外径が相違する複数種類のワークピースの支持ならびに固定保持が可能となる。
【００１５】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１および図２は、本願発明に係るワークピースの保持機構の一例を示している。本実施形態のワークピースの保持機構Ａは、たとえば直径が３００ｍｍの半導体ウェハＷをクランプ保持するための機構であり、図１によく表われているように、ベースプレート１、一対ずつの第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂ、および一対の押動体３を備えて構成されている。なお、ウェハＷの外周縁には、切り欠き部（オリエンテーションフラット）が形成されているが、図面においては省略している。
【００１８】
ベースプレート１は、たとえば炭素繊維強化プラスチック製の板材により形成されており、その基端部（図１の右側部分）には、ロボットのアーム８が取り付けられている。このロボットとしては、たとえばアーム８を三次元のｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動自在とする多軸・多関節型のものが用いられているが、むろんこれに限定されるものではない。本実施形態の保持機構Ａは、上記ロボットのハンドリング機構部としての役割を果たす。ベースプレート１は、その軽量化などのために、その縦幅がウェハＷの直径よりも小寸法とされているとともに、ベースプレート１の先端部寄りの領域は二股状に分岐した形態とされている。
【００１９】
第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂは、ベースプレート１とは別体のチップ状の部材２０Ａ，２０Ｂをベースプレート１にボルト２１などを用いて取り付けることにより設けられている。チップ状の部材２０Ａ，２０Ｂの材質は、耐衝撃性などの機械的な強度が大きく、かつ耐疲労性や耐環境性などに優れるものとして、たとえばＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）とされている。一対の第１の支持部２Ａはベースプレート１の２つの先端部上に設けられているとともに、一対の第２の支持部２Ｂはベースプレート１の基端部寄り領域の上面に設けられていることにより、これら第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂは、ウェハＷの外周縁の４箇所を支持可能な配置とされている。また、それらの配置は、図１で示す中心線Ｌを挟んで対称な配置となっている。
【００２０】
第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂは、ウェハＷの外周縁を載せるための上面２２Ａ，２２Ｂと、この上面２２Ａ，２２Ｂから立ち上がったストッパ面２３Ａ，２３Ｂとを有している。図２によく表われているように、上面２２Ａ，２２Ｂは、いずれもベースプレート１の中央寄り部分ほど高さが低くなる平面状の傾斜面である。ただし、上面２２Ａの傾斜角αよりも上面２２Ｂの傾斜角βの方が大きくされている。好ましくは、傾斜角αは、６．０〜７．０度であるのに対し、傾斜角βは、９．０〜１２．０度である。ストッパ面２３Ａ，２３Ｂは、上面２２Ａ，２２Ｂに載せられたウェハＷがそれらの部分から脱落することを阻止するための面であり、適当な高さを有している。これらのストッパ面２３Ａ，２３Ｂは、平面、凸状の曲面、またはウェハＷの外周面よりも曲率半径が大きい凹状の曲面とされており、ウェハＷの外周縁に対して点接触可能となっている（ただし、平面視における接触状態が点接触であり、ウェハＷの厚み方向においては接触点が延びた線接触状態となっている）。
【００２１】
一対の押動体３は、ウェハＷを押動するためのものであり、第２の支持部２Ｂの近傍に位置し、かつ中心線Ｌを挟んで対称な配置に設けられている。押動体３は、ベースプレート１の基端部寄り領域に設けられたエアシリンダ３１の往復ロッド３１ａに取り付けられており、矢印Ｎ１方向（中心線Ｌが延びる方向）に往復動自在である。押動体３のうち、ウェハＷに接触させるための先端面３０も、上記したストッパ面２３Ａ，２３Ｂと同様に、平面、凸状の曲面、またはウェハＷの外周面よりも曲率半径が大きい凹状の曲面とされている。この押動体３は、たとえば第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂと同様に、ＰＥＥＫ製とされている。
【００２２】
次に、上記構成のワークピースの保持機構Ａの作用について説明する。
【００２３】
まず、ウェハＷの保持を行なうには、ウェハＷが第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂの上面２２Ａ，２２Ｂ上に載せられるが、これらの上面２２Ａ，２２Ｂは傾斜面であるために、ウェハＷの外周縁とこれら上面２２Ａ，２２Ｂとは、点接触状態となる。ウェハＷの外周縁には、丸みが付されているのが通例であるが、このような丸みが付されている場合であっても、傾斜した上面２２Ａ，２２Ｂとの接触は、点接触となる。したがって、ウェハＷの裏面への第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂの接触面積を小さくし、ウェハＷに汚れなどを生じないようにすることができる。
【００２４】
次いで、一対の押動体３を第１の支持部２Ａ寄りに前進させる。これにより、ウェハＷは押動され、その外周縁の二箇所は、一対の第１の支持部２Ａのストッパ面２３Ａに当接し、このストッパ面２３Ａと一対の押動体３とによってウェハＷがクランプされて保持されることとなる。このようにウェハＷを保持すれば、ロボットのアーム８を種々の方向に移動させてウェハＷを所望の位置に搬送することが可能となる。押動体３を後退させれば、ウェハＷの保持状態が解除され、この保持機構Ａから取り出すことができる。
【００２５】
ウェハＷは、押動体３によって押動されるときに、第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂの上面２２Ａ，２２Ｂ上をスライドするが、上面２２Ａの傾斜角αは小さいために、ウェハＷの外周縁がこの上面２２Ａ上をストッパ面２３Ａに向けて図２の矢印Ｎ２方向にスライドするときの抵抗を小さくすることができる。一方、上面２２Ｂの傾斜角βは大きいために、ウェハＷの外周縁はこの上面２２Ｂを矢印Ｎ２方向にスライドし易くなる。したがって、ウェハＷの外周縁と上面２２Ａ，２２Ｂとの間に大きな摩擦力が生じないこととなって、削れ粉などの塵の発生が抑制される。上面２２Ａ，２２Ｂ上をウェハＷの外周縁がスライドしている間においても、それらは点接触状態を維持するために、ウェハＷの外周縁の近傍に擦り傷なども生じないようにすることができる。押動体３は、ウェハＷの外周面を平面視点接触状態で押動しており、またウェハＷがクランプされた状態においては、押動体３の先端面３０と第１の支持部２Ａのストッパ面２３Ａとが、ウェハＷの外周面に対してやはり平面視点接触状態となっているために、押動体３やストッパ面２３ＡがウェハＷの外周面を汚したり、あるいは外周面以外の部分を傷付けるといったことも適切に抑制される。
【００２６】
このように、本実施形態の保持機構Ａによれば、ウェハＷの外周縁または外周面以外の部分に保持機構Ａの構成部材が一切触れないようにして、ウェハＷの固定保持を図ることが可能であり、ウェハＷに傷や汚れの付くことが適切に防止される。第１および第２の支持部２Ａ，２Ｂは、チップ状の部材２０Ａ，２０Ｂをベースプレート１に取り付けて構成されたものに過ぎず、たとえば特許文献１に記載されたボール部材を回転自在に取り付ける手段と比較すると、そのコストは安価であり、またメンテナンスも容易である。さらに、一対の押動体３および２つのストッパ面２３Ａが中心線Ｌを挟んで対称であるために、押動体３を前進させてウェハＷをクランプしたときには、ウェハＷの中心が２つのストッパ面２３Ａを基準とする所定の位置に合わされるいわゆる心合わせ機能も好適に得られることとなる。
【００２７】
図３は、本願発明の他の実施形態を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００２８】
図３に示す実施形態においては、第２の支持部２Ｂが、１つとされており、かつこの第２の支持部２Ｂは、矢印Ｎ３方向に位置調整自在とされている。そのための手段としては、たとえば第２の支持部２Ｂを構成するチップ状の部材２０Ｂを固定させるためのボルト２９が挿通する穴２８を長穴に形成し、ボルト２９に螺合した締付け用のナット２７を弛めることによってチップ状の部材２０Ｂを移動可能にするといった手段を採用することができる。もちろん、エアシリンダなどを用いて第２の支持部２Ｂを移動させる手段を採用することもできる。
【００２９】
このような構成によれば、第２の支持部２Ｂの位置を変更することによって、直径Ｄ１，Ｄ２が異なる複数種類のウェハＷ１，Ｗ２をその使用対象とすることが可能となる。このように、本願発明においては、第２の支持部を移動可能に設けてもかまわない。もちろん、第１の支持部についても移動可能に設けてもかまわない。
【００３０】
本願発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本願発明に係るワークピースの保持機構の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３１】
本願発明においては、第１および第２の支持部の上面の具体的な傾斜角度は限定されない。要は、第２の支持部の上面の方が、第１の支持部の上面よりも傾斜角が大きくされていればよい。また、第１および第２の支持部については、細幅な形状として複数箇所設ければ、ワークピースとの接触面積を小さくしつつ、ワークピースの安定した支持が可能であるため、汚れ防止などの観点からすれば好ましいものの、やはりこれに限定されない。本願発明においては、第１および第２の支持部のそれぞれを比較的長い寸法の円弧状に形成し、かつ１つずつ設けた構成とすることもできる。第２の支持部のストッパ面は、第１の支持部のストッパ面とは異なり、ワークピースのクランプには用いられないために、この第２の支持部にストッパ面を設けることは必須条件ではない。第１および第２の支持部は、チップ状の部材を用いて構成されていなくてもよく、たとえば上記実施形態のベースプレート１のような部材に一体的に形成することもできる。
【００３２】
本願発明でいうワークピースは、半導体ウェハに限定されない。本願発明においては、たとえばガラス板なども対象とすることができる。また、ワークピースの形状も円形状に限定されるものではなく、たとえば矩形状のワークピースであっても、第１および第２の支持部をそれに対応する配置とすることにより、その固定保持を図ることが可能である。本願発明に係るワークピースの保持機構は、ロボットのアームの先端部のハンドリング装置として用いるのに最適であるが、その具体的な使用用途も問わない。たとえば、ワークピースに所望の処理を施すときにこのワークピースの位置決めを行なうためのアライメント装置として用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るワークピースの保持機構の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示すワークピースの保持機構の要部断面図である。
【図３】（ａ）は、本願発明に係るワークピースの保持機構の他の例を示す平面図であり、（ｂ）は、その要部断面図である。
【図４】従来技術の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ａワークピースの保持機構
Ｗウェハ（ワークピース）
１ベースプレート
２Ａ第１の支持部
２Ｂ第２の支持部
３押動体
２０Ａ，２０Ｂチップ状の部材
２２Ａ，２２Ｂ上面
２３Ａ，２３Ｂストッパ面

Claims

ワークピースの外周縁の一部が載せられる上面、およびこの上面よりも上方に立ち上がったストッパ面を有する第１の支持部と、
上記第１の支持部とは間隔を隔てて設けられ、かつ上記ワークピースの外周縁の他の一部が載せられる上面を有する第２の支持部と、
上記ワークピースを上記第１および第２の支持部の上面上において上記第２の支持部側から上記第１の支持部側に押動可能であり、かつ上記第１の支持部のストッパ壁に上記ワークピースの外周面の一部を当接させることにより上記ワークピースをクランプするための押動手段と、
を備えている、ワークピースの保持機構であって、
上記第１および第２の支持部のそれぞれの上面は、上記第１および第２の支持部間の中央部寄りほど高さが低くなる傾斜面とされており、かつ、
上記第１の支持部の上面の傾斜角よりも上記第２の支持部の上面の傾斜角の方が大きくされていることを特徴とする、ワークピースの保持機構。
上記第１および第２の支持部は、複数ずつ設けられている、請求項１に記載のワークピースの保持機構。
上記ワークピースは、円板状または外周縁に切り欠き部を有する円板状であり、かつ上記押動手段の上記ワークピースの外周縁に接触する面は、平面、凸状の曲面、または上記ワークピースの外周面よりも曲率半径の大きな凹状の曲面とされている、請求項１または２に記載のワークピースの保持機構。
上記第１の支持部のストッパ面は、平面、凸状の曲面、または上記ワークピースの外周面よりも曲率半径の大きな凹状の曲面とされている、請求項３に記載のワークピースの保持機構。
上記第１および第２の支持部の少なくとも一方は、これらの間の距離が変更可能に位置変更自在とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載のワークピースの保持機構。