JPH0761587A - 板状部材把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 柔軟な動きによる、半導体製造装置におけ
る搬送機構に適した板状部材把持装置を提供する。 【構成】 剛性のあるフレーム２に相互に連通する３
個以上の直進形柔軟アクチュエータ３を設け、その先端
に把持部１６を形成してなる。直進形柔軟アクチュエー
タ３は、強化繊維を接合されたゴムチューブとその両端
をそれぞれ保持し相互に軸方向に摺動する固定ホルダと
チューブキャップとにより構成される。直進形柔軟アク
チュエータ３に圧縮空気を導入すると、直進形柔軟アク
チュエータが伸長してフレーム中央に置かれた板状部材
の外周を柔軟な動きにより把持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコンウェハのような
板状部材を無衝撃で把持する板状部材把持装置に関し、
さらに詳細には柔軟運動が可能な直進形柔軟アクチュエ
ータにより板状部材の周縁を柔軟に把持できる板状部材
把持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、写真露光装置、エ
ッチング装置、気相成膜装置等多くのウェハ処理装置を
無塵室内で使用するので、半導体基板であるシリコンウ
ェハをこれらの装置間で搬送しなければならない。従来
は、シリコンウェハを搬送するのに、排気ポンプ等を利
用した吸着パッドでウェハを把持し、これをモータ、ピ
ストン機構のような機械的運動要素で搬送していた。こ
こで、把持しようとするウェハに吸着パッドをアプロー
チする際（以下、「ウェハアプローチ」という）にも機
械的運動要素による運動を利用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、吸着パッドと
機械的運動要素とによる従来の把持装置は以下のような
問題点を有していた。第一に、吸着パッドは排気のため
のロータリーポンプを必要とする。ロータリーポンプ
は、シール等のためにオイルを使用するので、オイルミ
ストにより無塵室の清浄度を害するおそれがある。ま
た、吸着パッド自身、ウェハの吸着箇所を汚染する可能
性がある。そのため通常はウェハの裏面を吸着するので
あるが、工程中のウェハハンドリングによってはプロセ
ス面を吸着せざるを得ない場合があり、歩留まりの低下
を招く。

【０００４】第二に、モータ、ピストン等の機械的運動
要素による問題がある。即ちこれらは一般に剛性のある
構造とされ、かかる剛性によりミクロンオーダの運動と
位置決め精度を持ちうるように構成されている。このよ
うな剛的な運動要素が所定の運動をしている途中に他の
部材等に当たると、機械的衝撃を発生することになる。
以下これを「硬い動き」という。

【０００５】ところでシリコンウェハの場合、硬い動き
による機械的衝撃が加わると内部欠陥が発生してその電
気特性に影響することがある。更に、衝撃の程度によっ
てはウェハ自体の破損・変形につながることもある。ま
た、破損・変形の際に必然的に発生するパーティクル
は、ウェハ上に形成されるべき微細回路素子の加工寸法
よりも大きいことがあるので、他のウェハに付着すると
必要な微細回路加工を妨害して歩留まりを下げることに
なる。これらの理由により、ウェハへの機械的衝撃は可
能な限り排除すべきである。このため、ウェハアプロー
チの際の動きにこのような硬い動きを用いる場合には、
極度に綿密な位置制御および速度制御による微速駆動を
行って、機械的衝撃の発生を抑える必要がある。しかし
機械的運動要素であるピストンは、超低速駆動を行なう
と段付挙動を起こすので、位置精度が悪くまた瞬間速度
はさほど遅くないため機械的衝撃を排除できない。

【０００６】一方近年では、ゴムのような伸縮性材料と
強化繊維のような非伸縮性材料とを組合せこれに圧縮空
気を供給することにより、硬い動きでない柔軟な動きが
可能なフレキシブルアクチュエータが種々提案されてい
る（田中、機械設計３６、８（１９９２−７）、３２〜
３９等）。フレキシブルアクチュエータは、伸縮性材料
と非伸縮性材料との組合せ方により直進・湾曲・屈曲・
ねじれ等の多彩な動きが可能である。このため、フレキ
シブルアクチュエータをウェハ把持装置のウェハアプロ
ーチに用いることにより、機械的衝撃の発生を排除した
ウェハ把持装置が実現されるものと考えられる。

【０００７】しかしながら、従来のフレキシブルアクチ
ュエータは半導体製造工程に適用するには未だ不十分で
あった。例えば、図７に示す湾曲形のフレキシブルアク
チュエータの場合、アクチュエータ自体は基本的に剛性
のないゴムチューブを主体に構成されるので、単独でウ
ェハ等把持対象物（以下、「ワーク」という）を把持す
ると、ワークの重量によりチューブの変形や振動が発生
し、必要な位置精度が得られない。また、この種の湾曲
アクチュエータは、ゴムチューブと強化繊維との組合せ
により構成されている。従って、強化繊維の貼着位置に
ずれがあると実際の変形挙動もこれを忠実に反映するの
で、このことも湾曲アクチュエータの位置精度を低下さ
せる。

【０００８】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、ウェハ汚染の原因となる吸
着パッドを使用せず、フレキシブルアクチュエータを利
用することによりウェハアプローチの際の衝撃を排除
し、かつ複雑な制御機構なくして高い位置精度を実現で
きる、半導体製造分野への適用に適した板状部材把持装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため本発明の板状部材把持装置は、剛性のあるフレー
ムと、前記フレームの側面一列上に一端を据え付けられ
た２個以上の直進形柔軟アクチュエータと、前記直進形
柔軟アクチュエータの固定されない側の先端に形成され
た把持部と、前記各直進形柔軟アクチュエータを相互に
連通する通気路と、その通気路に形成された圧力導入口
とを有する構成とされる。また、本発明の板状部材把持
装置は、前記の板状部材把持装置であって、前記直進形
柔軟アクチュエータは、柔軟性のあるチューブと、その
チューブの一端を保持する固定ホルダと、そのチューブ
の他端を保持するとともに固定ホルダに対し軸方向に摺
動するチューブキャップとを有してなる構成とされる。

【００１０】また、本発明の板状部材把持装置は、前記
の板状部材把持装置であって、前記直進形柔軟アクチュ
エータは、柔軟性のあるチューブと、そのチューブの一
端を保持する固定ホルダと、そのチューブの他端を保持
するとともに固定ホルダに対し軸方向に摺動するチュー
ブキャップと、そのチューブの周囲に接合された強化繊
維を有してなる構成とされる。また、本発明の板状部材
把持装置は、前記の板状部材把持装置において、前記圧
力導入口よりフレーム内部の通気路を経由して直進形柔
軟アクチュエータに圧縮空気を導入することにより直進
形柔軟アクチュエータを伸縮動させフレーム中央に置か
れた板状部材の外周の把持を行なう構成とされる。

【００１１】

【作用】前記構成を有する本発明の板状部材把持装置で
は、圧力導入口から圧縮空気を導入すると、フレーム内
部に形成されている通気路を経由して空気圧が各直進形
柔軟アクチュエータのチューブ内に印加される。このた
めアクチュエータ内容積が増加し、これに伴いチューブ
キャップが固定ホルダの軸方向に移動し、直進形柔軟ア
クチュエータが伸長する。これによりアクチュエータ先
端の把持部がフレーム中央に向かって移動し、フレーム
中央に置かれた板上部材の周縁に柔軟に嵌合する。かく
して板状部材は把持される。

【００１２】ここで、剛性を有するフレームの２箇所以
上に設けられた直進形柔軟アクチュエータにより板状部
材が把持されるので、板状部材の慣性による振動の発生
等がなく、把持が安定している。また、直進形柔軟アク
チュエータのチューブに巻回された強化繊維により、チ
ューブの半径方向への拡張が抑えられ、直進形柔軟アク
チュエータの高効率かつ安定した動きが可能となってい
る。圧力導入口から圧縮空気を開放すると、直進形柔軟
アクチュエータに印加されていた空気圧が解除され、柔
軟アクチュエータは伸長状態から元の状態に戻る。従っ
てウェハの把持は解除される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の板状部材把持装置をシリコン
ウェハ用として具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本実施例の板状部材把持装置の構成を示
す図である。図１に示す板状部材把持装置１は、環状に
形成された剛性のあるフレーム２を骨格とし、フレーム
２の内周４箇所に柔軟アクチュエータ３を取り付け、圧
力導入口４を形成してなるものであり、４つの柔軟アク
チュエータ３の伸縮動の協働によりフレーム２の中央に
置かれたウェハ２９を把持するものである。フレーム２
にはこの他、取付ステー３０が設けられており、取付ス
テー３０を介して図示しない搬送機構に取り付けられ
る。

【００１４】まず、フレーム２について説明する。フレ
ーム２は板状部材把持装置１の骨格をなすとともに、圧
力導入口４から印加される圧縮空気を４つの柔軟アクチ
ュエータ３に導入する配管としての役割を兼ねる。板状
部材把持装置１におけるフレーム２は、四角形断面の中
空パイプを図示のように略正方形状に成形したものであ
る。かかるフレーム２は、把持するワークであるシリコ
ンウェハの重量に耐えるための剛性を有していることが
求められる。従って、フレーム２を作成するための中空
パイプとしては、アルミやステンレス等の素材であっ
て、必要な強度を有するものを使用する。

【００１５】フレーム２の各カーブ箇所の内周側に、計
４個の柔軟アクチュエータ３が配置され、一箇所に圧力
導入口４が形成されており、各々の柔軟アクチュエータ
３と圧力導入口４とはパイプの中空部分を通じて相互に
連通している。フレーム２における中空パイプの接合箇
所３１は、圧力漏れを起こしてはならないので、図６に
示すように内部にガスケット３３を嵌合し、これをボル
ト３５によりナット３２とワッシャ３４とで締め付け、
圧力漏れを防止している。

【００１６】次に、柔軟アクチュエータ３について、図
３（ａ）により説明する。柔軟アクチュエータ３は、ゴ
ム等のフレキシブルチューブの伸縮性を利用し、内部に
圧縮空気を印加されることにより、柔軟な直進運動を得
るものである。柔軟アクチュエータ３は、ゴムチューブ
５と、固定ホルダ６と、チューブキャップ７とにより構
成される。固定ホルダ６には、フレーム２に嵌合する嵌
合部８と、ゴムチューブ５の一端を保持するチューブ保
持溝９と、チューブキャップ７を摺動可能に保持する筒
部１０が形成されている。また、嵌合部８を貫通する通
孔１２と、筒部１０を貫通する通孔１３とが形成されて
いる。尚、嵌合部８にはネジが切られている。

【００１７】チューブキャップ７には、固定ホルダ６の
筒部１０に摺動可能に保持されるピストン部１４と、ゴ
ムチューブ５の他端を保持するチューブ保持溝１５と、
ワーク（ウェハ２９）の周縁と係合してこれを把持する
把持部１６とが形成されている。チューブキャップ７
は、ピストン部１４と筒部１０との摺動により、軸方向
すなわち図３（ａ）中左右方向に移動できる。また、筒
部１０の内側とピストン部１４とにより、内室１７が形
成される。

【００１８】ゴムチューブ５は、図４に外観図（ａ）と
断面図（ｂ）とを示すように伸縮性のある管状のチュー
ブ２３に、非伸縮性の強化繊維１８を周方向に貼着した
ものである。ゴムチューブ５の内部に圧縮空気を印加す
ると、容積増加のためにチューブ２３は弾伸されるので
あるが、強化繊維１８が周方向に貼着されているため半
径方向への伸拡ができず、チューブ２３は長さ方向にの
み伸長する。ゴムチューブ５において、チューブ２３の
材質としてはシリコーンゴム、生ゴム等適度な柔軟性と
伸縮性を備えるものであれば何でもよい。強化繊維１８
の材質としては、金属繊維や炭素繊維の他、絹糸等でも
よいが、チューブ２３や接着剤とのなじみがよく、動作
方向にのみ柔軟性が高く非動作方向には柔軟性が低いも
のを使用するのがよい。そしてこれらを接合する接着剤
としては、チューブ２３と同質のものを用いるのがよ
い。

【００１９】かかるゴムチューブ５は、図３（ａ）に示
すように一端を固定ホルダ６のチューブ保持溝９に、他
端をチューブキャップ７のチューブ保持溝１５に気密に
固定されている。従って、固定ホルダ６の筒部１０とゴ
ムチューブ５との間に周室１９が形成される。周室１９
と内室１７とは通孔１３を通して連通している。

【００２０】次に、柔軟アクチュエータ３のフレーム２
への取付について説明する。図５に示すように、フレー
ム２における柔軟アクチュエータ３を取り付ける箇所に
は、取付孔２０が穿設され、その内部にはナット２１が
埋装されている。柔軟アクチュエータ３の嵌合部８を、
ガスケット２４を嵌持し取付孔２０を通してナット２１
にねじ込むと、柔軟アクチュエータ３をフレーム２に取
り付けることができる。このとき、フレーム２の中空部
２２と柔軟アクチュエータ３の内室１７とは、固定ホル
ダ６の通孔１２を通して連通している。次に、圧力導入
口４について説明する。圧力導入口４はフレーム２の中
空部２２と外部とを連通するものである。圧力導入口４
の先方に圧縮空気源と圧力抜き弁とを接続しておけば、
圧力導入口４を介してフレーム２内部に圧縮空気を印加
し、または印加した圧縮空気を開放することができる。
圧力導入口４は、いわゆるワンタッチ継手にしておけ
ば、実用上便利である。

【００２１】続いて、上記構成を有する板状部材把持装
置１の動作について説明する。板状部材把持装置１は、
圧力導入口４に圧縮空気源と圧力抜き弁とを接続して使
用する。圧縮空気源としては、圧縮空気ボンベや空気ポ
ンプ等、特に種類を問わない。圧力抜き弁は、空気通路
の開閉が確実にできるものであれば何でもよい。

【００２２】圧縮空気源の圧縮空気を圧力導入口４に印
加すると、フレーム２内の中空部２２にその圧縮空気が
導入され、中空部２２は高圧になる。中空部２２の圧力
が上昇すると、各柔軟アクチュエータ３において固定ホ
ルダ６の嵌合部８の通孔１２を経由して内室１７に圧縮
空気が導入され、更に、筒部１０の通孔１３を通じて周
室１９にも圧縮空気が導入される。かくして各柔軟アク
チュエータ３の内室１７及び周室１９の圧力が上昇し、
内室１７及び周室１９の容積が増加しようとする。この
ため、ゴムチューブ５が軸方向に伸長し、チューブキャ
ップ７が摺動して図３（ａ）中右方向へ移動する。この
ときのチューブキャップ７の動きは圧縮空気の圧力によ
りゴムチューブ５の弾縮力に抗しながら行なわれるの
で、柔軟な動きである。

【００２３】ここで、ゴムチューブ５の周方向に強化繊
維１８が貼着されていることにより、ゴムチューブ５が
半径方向に伸拡することが防止されている。強化繊維１
８がない場合でも使用は可能ではあるが、内室１７及び
周室１９の容積増加分の一部がゴムチューブ５の半径方
向への伸拡に消費されるので、強化繊維１８がある場合
に比べて余計に高い空気圧を必要とする。また、チュー
ブの負担が大きく寿命が短くなる。従って、強化繊維１
８がある場合の方が供給空気圧を効率的に利用できかつ
チューブの寿命も長く、優れている。

【００２４】各柔軟アクチュエータ３が伸長すると、チ
ューブキャップ７に形成されている把持部１６がウェハ
２９の周縁に係合し（図３（ｂ）参照）、ウェハ２９は
板状部材把持装置１により把持される。この状態を図２
に示す。尚、柔軟アクチュエータ３がウェハ２９に係合
する際の運動は、前記のように柔軟な動きであるから、
ウェハ２９に衝撃が加わることはない。即ち、機械的衝
撃なくしてウェハアプローチができる。また、ウェハ２
９の位置が少しずれていて、４つの柔軟アクチュエータ
３のうちいずれかが他より先にウェハ２９に係合するよ
うなことがあっても、４つの柔軟アクチュエータ３の協
働によりウェハ２９は自然に正しい位置に修正されて把
持される。

【００２５】図２に示すウェハ２９を把持した状態で、
板状部材保持装置１が他の半導体製造装置のウェハ受入
部へ搬送される。かかる移動の途中においても、各柔軟
アクチュエータ３はその基端が剛性のあるフレーム２に
対して固定されているので、ウェハ２９の慣性による振
動は最小限に抑えられる。そして移動先で圧力抜き弁を
開いて空気圧を開放すると、各柔軟アクチュエータ３が
伸長状態から元の状態に戻るので（図３（ａ）参照）、
ウェハ２９は把持されなくなり、半導体製造装置に受け
入れられる。そして板状部材把持装置１は、次のウェハ
を移動するためにもとの場所へ再度搬送される。

【００２６】以上の説明から、本実施例の板状部材把持
装置１においては、剛性のあるフレーム２に空気圧印加
および圧力開放によりソフトな動きを示す柔軟アクチュ
エータ３を取り付けることによって、衝撃を伴わずにウ
ェハアプローチし、かつウェハ把持中においても無用の
振動を伴うことがない。しかも、精緻な位置制御や速度
制御等は不要で通常使用される圧縮空気の供給で十分で
ある。これにより、衝撃を嫌う半導体製造装置のウェハ
搬送にも適用できるすぐれた板状部材把持装置が実現さ
れている。

【００２７】なお、前記実施例は本発明を限定するもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々の変形、改良が可能であることはもちろんである。例
えば前記実施例では柔軟アクチュエータの使用個数を４
個としたが、ワークを保持するためには３個でも十分で
あり、４インチウェハ等比較的軽量なワークの場合には
２個でもよい。また、フレームとして用いたパイプは四
角形断面としたが、柔軟アクチュエータの取付位置精度
を確保できる限りにおいて他の断面形状であってもよ
い。また、フレームとしてパイプを用いパイプの内部空
間を柔軟アクチュエータへの配管として使用したが、フ
レームとは別個に配管を設けてもよい。また、フレーム
及び配管は完全な環をなす必要はなく、ワークを安定に
把持するための把持位置及び剛性を確保でき、かつ各柔
軟アクチュエータへの圧縮空気提供が確実にできる形状
であればよい。また、半導体製造装置以外の分野に適用
してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の板状部材把持装置では、剛性のあるフレームとの側
面一列上に２個以上の直進形柔軟アクチュエータを設け
これらを相互に連通し、各直進形柔軟アクチュエータの
先端に形成された把持部によりワークを把持することと
したので、アプローチの際にもワークに衝撃を与えるこ
とがなく、ワークの重量により無用な振動が起こること
もない。また、通常使用される圧縮空気で駆動でき複雑
な制御機構を必要とすることもない。また、直進形柔軟
アクチュエータのゴムチューブの周囲に強化繊維が接合
されているので、チューブの半径方向への無駄な伸拡が
なく効率に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる板状部材把持装置の構成図であ
る。

【図２】本発明にかかる板状部材把持装置によりウェハ
を把持している状態を示す図である。

【図３】図１に示した板状部材把持装置に使用する直進
形柔軟アクチュエータの断面図である。

【図４】強化繊維を接合したゴムチューブを示す図であ
る。

【図５】直進形柔軟アクチュエータの板状部材把持装置
への取付を示す図である。

【図６】板状部材把持装置のフレームの接合部分のシー
ルを示す図である。

【図７】従来技術にかかるフレキシブルアクチュエータ
の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 板状部材把持装置 ２ フレーム ３ 柔軟アクチュエータ ４ 圧力導入口 ５ ゴムチューブ ６ 固定ホルダ ７ チューブキャップ １６ 把持部 １８ 強化繊維

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 剛性のあるフレームと、 前記フレームの側面一列上に一端を据え付けられた２個
   以上の直進形柔軟アクチュエータと、 前記直進形柔軟アクチュエータの固定されない側の先端
   に形成された把持部と、 前記各直進形柔軟アクチュエータを相互に連通する通気
   路と、 その通気路に形成された圧力導入口とを有することを特
   徴とする板状部材把持装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の板状部材把持装置に
   おいて、 前記直進形柔軟アクチュエータは、 柔軟性のあるチューブと、 そのチューブの一端を保持する固定ホルダと、 そのチューブの他端を保持するとともに固定ホルダに対
   し軸方向に摺動するチューブキャップとを有してなるこ
   とを特徴とする板状部材把持装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の板状部材把持装置に
   おいて、 前記直進形柔軟アクチュエータは、 柔軟性のあるチューブと、 そのチューブの一端を保持する固定ホルダと、 そのチューブの他端を保持するとともに固定ホルダに対
   し軸方向に摺動するチューブキャップとそのチューブの
   周囲に接合された強化繊維を有することを特徴とする板
   状部材把持装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３に記載の板状
   部材把持装置において、前記圧力導入口よりフレーム内
   部の通気路を経由して直進形柔軟アクチュエータに圧縮
   空気を導入することにより直進形柔軟アクチュエータを
   伸縮動させフレーム中央に置かれた板状部材の外周の把
   持を行なうことを特徴とする板状部材把持装置。