特許 7353863 基板搬送装置及びこれを用いた基板取り出し方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-22

(45)【発行日】2023-10-02

(54)【発明の名称】基板搬送装置及びこれを用いた基板取り出し方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20230925BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20230925BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20230925BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

B25J15/08 A

H01L21/31 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019151044

(22)【出願日】2019-08-21

(65)【公開番号】P2021034469

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(73)【特許権者】

【識別番号】509054005

【氏名又は名称】大陽日酸ＣＳＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】井口 瑛一

(72)【発明者】

【氏名】山岡 優哉

(72)【発明者】

【氏名】内山 康右

(72)【発明者】

【氏名】朴 冠錫

【審査官】中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０９９９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５０３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６０９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３４５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１９３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０２２５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５８４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９１３８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｂ２５Ｊ １５／０８

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

収納容器に対して基板の取り出し又は収納動作を実行する基板搬送装置を用いて、前記収納容器から前記基板を取り出す方法において、
前記基板搬送装置は、昇降動及び水平移動可能なアームと、該アーム上に円形の基板を保持する保持部とを備え、該保持部は、前記基板の中心を挟んで互いに対向する一対のチャック機構からなり、前記アームの先端部に設けられたチャック爪と、前記アームに対して水平方向に相対移動可能に配置され、前記基板を前記チャック爪との間で径方向に挟持するチャック本体とを有して形成され、
前記収納容器は、前記基板の円周に対応させて湾曲した一対の側壁を備え、該側壁の内面に上下一定間隔で凸条を設けることにより、該凸条間に前記基板を装填する溝を有し、前記凸条は、前記基板が手前側から奥側に向かって押し込まれている収納位置では、奥行き方向のテーパ面が前記基板の端部に押圧されて撓むことで弾性力を蓄え、押し込みが解除された取り出し位置では、蓄えられた前記弾性力が解放されて原形状に復帰するように形成され、
設定位置に移動した前記アームを前進させることにより、前記チャック爪が前記収納容器の手前側から奥側に向かって前記収納位置にある前記基板の下面を通過する段階と、
前記アームを上昇させることにより、該アームの上面が前記基板の下面に対して接近する段階と、
前記アームを後退させることにより、前記チャック爪を前記基板の奥端部に係合させ、該係合状態を保って前記基板を前記収納位置から前記取り出し位置に移動する段階と、
前記チャック機構を動作して前記チャック爪と前記チャック本体とにより前記基板を径方向に挟持する段階と、
前記基板を前記チャック爪と前記チャック本体とで挟持した状態で、前記アームを後退させることにより、前記基板を前記収納容器から取り出す段階とを順に行うことを特徴とする基板取り出し方法。

【請求項2】

収納容器と、前記収納容器に対して基板の取り出し又は収納動作を実行する基板搬送装置とを備えた気相成長装置において、
前記基板搬送装置は、昇降動及び水平移動可能なアームと、該アーム上に円形の基板を保持する保持部とを備え、該保持部は、前記基板の中心を挟んで互いに対向する一対のチャック機構からなり、前記アームの先端部に設けられたチャック爪と、前記アームに対して水平方向に相対移動可能に配置され、前記基板を前記チャック爪との間で径方向に挟持するチャック本体とを有して形成され、
前記収納容器は、前記基板の円周に対応させて湾曲した一対の側壁を備え、該側壁の内面に上下一定間隔で凸条を設けることにより、該凸条間に前記基板を装填する溝を有し、前記凸条は、前記基板が手前側から奥側に向かって押し込まれている収納位置では、奥行き方向のテーパ面が前記基板の端部に押圧されて撓むことで弾性力を蓄え、押し込みが解除された取り出し位置では、蓄えられた前記弾性力が解放されて原形状に復帰するように形成されていることを特徴とする気相成長装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板搬送装置及びこれを用いた基板取り出し方法に関し、詳しくは、気相成長装置において基板を自動搬送するための基板搬送装置及びこれを用いた基板取り出し方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種化合物半導体の薄膜を製造するための装置として、気相成長装置が知られている。薄膜の製造プロセスにおいては、気相成長装置内に、基板に対して処理を行うモジュールが複数設けられ、これらモジュール間をロボットアームと呼ばれる基板搬送装置を作動させて基板を順次搬送することにより、所定の処理が行われている。ロボットアームには、先端部に載置した基板を解放可能に保持するために、吸着機構や把持機構からなる保持手段を備えている。これにより、ロボットアームの動作を制御することで、収納カセットに収納された複数の基板を順次取り出すことが可能になっている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２０１５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、収納カセットは、一般に樹脂製であることから、基板が高密度で収納されている場合、そのうちの複数枚については、収納カセットの内壁と接触している基板端部において摩擦抵抗が大きくなることがある。このような状況においては、基板を収納カセットから取り出すのに相当の力が必要となる。そのため基板の取り出し自体が困難となり、基板を片持ちで取り出そうとすると、途中で保持位置から基板がずれたり、離脱したりする事態が生じ、基板を正確に搬送できないおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、複雑な構造や動作を必要とすることなく、基板を収納容器から確実に取り出すことができる基板搬送装置及びこれを用いた基板取り出し方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の基板搬送装置は、収納容器に対して基板の取り出し又は収納動作を実行する基板搬送装置において、昇降動及び水平移動可能なアームと、該アーム上に円形の基板を保持する保持部とを備え、該保持部は、前記基板の中心を挟んで互いに対向する一対のチャック機構からなり、前記アームの先端部に設けられたチャック爪と、前記アームに対して水平方向に相対移動可能に配置され、前記基板を前記チャック爪との間で径方向に挟持するチャック本体とを有して形成されていることを特徴としている。

【0007】

また、前記チャック爪及び前記チャック本体は、挟持動作の実行時に前記基板をガイドして該基板の位置決めが可能な円弧当接面をそれぞれ有して形成されていることを特徴としている。

【0008】

さらに、本発明の基板取り出し方法は、前記基板搬送装置を用い、前記基板の円周に対応させて湾曲した一対の側壁を備え、該側壁の内面に上下一定間隔で凸条を設けることにより、該凸条間に前記基板を装填する溝を有し、前記凸条は、前記基板が手前側から奥側に向かって押し込まれている収納位置では、奥行き方向のテーパ面が前記基板の端部に押圧されて撓むことで弾性力を蓄え、押し込みが解除された取り出し位置では、蓄えられた前記弾性力が解放されて原形状に復帰するように形成された収納容器から前記基板を取り出す方法であって、設定位置に移動した前記アームを前進させることにより、前記チャック爪が前記収納容器の手前側から奥側に向かって前記収納位置にある前記基板の下面を通過する段階と、前記アームを上昇させることにより、該アームの上面が前記基板の下面に対して接近する段階と、前記アームを後退させることにより、前記チャック爪を前記基板の奥端部に係合させ、該係合状態を保って前記基板を前記収納位置から前記取り出し位置に移動する段階と、前記チャック機構を動作して前記チャック爪と前記チャック本体とにより前記基板を径方向に挟持する段階と、前記基板を前記チャック爪と前記チャック本体とで挟持した状態で、前記アームを後退させることにより、前記基板を前記収納容器から取り出す段階とを順に行うことを特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、基板搬送装置のアーム上に備えたチャック機構が、チャック爪とチャック本体との間に位置される基板を径方向に挟持するので、収納容器から基板を取り出す際に、アーム上において基板がずれたり、離脱したりする不具合を容易に防止することができる。しかも、基板の表面と周囲との接触を断ち、基板が汚染されるおそれはないので、高品質の製品を低コストで生産可能な基板搬送装置の構造及び基板取り出し方法が実現される。

【0010】

とりわけ、多段状に収納された基板を順次取り出す際には、偏りなく一定の力を付与すことが求められるが、本発明では、チャック機構による挟持前の段階において、収納位置に弾性的に固定されている基板にチャック爪を係合させ、この状態を保って基板を取り出し位置に移動するので、簡単な動作で収納容器の凸条に蓄えられた弾性力を解放し、これにより、基板と収納容器との摩擦抵抗をなくすことが可能となる。すなわち、一定の力を付与して基板を取り出すという求めに確実に応えることができ、その上、過剰な押し付けなどチャック機構の動作に起因する不具合をもなくすことができるので、基板搬送装置の安定化に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一形態例を示す基板搬送装置の平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】同じく正面図である。

【図4】同じく設定位置に移動したアームを示す図である。

【図5】同じくアームを前進させてチャック爪が基板の下面を通過する段階を示す図である。

【図6】同じくチャック爪を収納容器の奥側に移動する段階を示す図である。

【図7】同じくアームを上昇させて基板の下面に接近する段階を示す図である。

【図8】同じくアームを後退させて基板を収納位置から取り出し位置に移動する段階を示す図である。

【図9】同じくチャック機構を動作して基板を挟持する段階を示す図である。

【図10】同じくアームを後退させて基板を収納容器から取り出す段階を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１乃至図１０は、本発明の基板搬送装置の一形態例を示すものである。基板搬送装置１１は、半導体薄膜を成膜する気相成長装置の一要素であって、搬送対象である基板を載置するサセプタと、基板を収納する収納容器（収納カセット）との間に介在され、図１乃至図３に示すように、駆動装置の駆動によって昇降動及び水平移動可能なアーム１２と、該アーム１２上に円形の基板１３を保持する保持部であるチャック機構１４とを備え、制御部からの動作指令を受けて、チャック機構１４の挟持動作や、収納容器に対して未処理の基板１３の取り出し又は成膜がなされた処理済の基板１３の収納動作を実行する。

【0013】

チャック機構１４は、例えば、厚さ１．０ｍｍで直径が１５２．４ｍｍ（６インチ）の基板１３の中心を挟んで互いに対向する一対のチャック爪１５とチャック本体１６とからなり、機械的な作用で基板１３を固定又は解除可能になっている。チャック爪１５は、基板１３の円周に対応する円弧当接面１５ａを有した小片であって、アーム１２の先端上面に設けられている。一方、チャック本体１６は、三股のフォーク状に形成され、先端部に基板１３の円周に対応する円弧当接面１６ａを有しており、基端部に結合されたシリンダ（図示せず）の伸縮動作により、アーム１２に対して水平前後方向に相対移動可能に、つまり、チャック本体１６がチャック爪１５に対して接近又は離間可能に配置されている。これにより、チャック機構１４を動作してチャック爪１５及びチャック本体１６間で基板１３を径方向に挟持すると、基板１３がガイドされるとともに両円弧当接面１５ａ，１６ａが基板１３の両端部にそれぞれ密着し、アーム１２に対して基板１３の位置が安定的に確定した状態となる。

【0014】

このように形成された基板搬送装置１１は、制御プログラムに基づいて収納容器から基板１３を取り出し、又は収納容器に基板１３を収納するための自動運転が行われる。

【0015】

図４乃至図１０は、基板搬送装置１１を用いた基板取り出し方法の各工程を示している。収納容器１７は、工業的に製造された市販品であって、基板１３を振動や衝撃から保護する緩衝性を備えており、例えば、ポリプロピレン樹脂などの可撓性と保形剛性とを有する素材からなる。また、複数の基板１３を上下多段状に収納可能な程度の大きさで、高さ、幅及び奥行きの各寸法が設定され、幅方向の両側壁１７ａには基板１３の円周に対応して湾曲させることで、基板１３の出し入れ口のある手前側（図４において左側）の幅寸法に対し、奥側（図４において右側）の幅寸法が小さい平面視略ハ字状の収納空間が形成されている。

【0016】

前記側壁１７ａの内面には、上下一定間隔で凸条１７ｂを設けることにより、該凸条１７ｂ間に基板１３を装填する溝１７ｃを有している。凸条１７ｂは、基板１３が収納容器１７の手前側から奥側に向かって押し込まれている収納位置（図４）では、奥行き方向のテーパ面１７ｄが、言い換えると、手前側から奥側に向かって狭まった溝１７ｃ部分の形成面が基板１３の端部に押圧されて撓むことで弾性力を蓄え、押し込みが解除された取り出し位置では、蓄えられた弾性力が解放されて原形状に復帰するように形成されている。

【0017】

基板１３を収納容器１７から取り出すときには、まず、図４に示すように、収納位置にある最下段の基板１３に対応した設定位置にアーム１２を移動させる。次いで、図５に示すように、アーム１２を水平方向に前進させることにより、チャック爪１５を収納容器１７の手前側から奥側に向かって基板１３の下面を通過させる。これにより、図６に示すように、チャック爪１５を基板１３の奥端部よりも奥側に位置させる。次いで、図７に示すように、アーム１２を垂直方向に上昇させることにより、該アーム１２の上面を基板１３の下面に接近させる。この接近状態では、チャック爪１５は、その上端の高さ位置が基板１３に対して有効な掛かり代を確保しつつ、基板１３の上面から飛び出さない低位置に保持されている。

【0018】

次いで、図８に示すように、アーム１２を水平方向に後退させることにより、チャック爪１５の円弧当接面１５ａを基板１３の奥端部に係合させ、該係合状態を保って基板１３を収納位置から取り出し位置に移動させる。すなわち、凸条１７ｂ間に弾性的に固定された基板１３は、その端部がテーパ面１７ｄから離反することにより、弾性力から解放される位置まで溝１７ｃ内を奥側から手前側に、例えば、５ｍｍ移動される。次いで、図９に示すように、チャック機構１４のチャック本体１６を前進させてチャック爪１５及びチャック本体１６間で基板１３を径方向に挟持し、該基板１３を収納容器１７から取り出し可能な安定状態に保持する。ここで、アーム１２及び基板１３間の上下方向の隙間は、挟持動作後も変化することなく維持されている。最後に、図１０に示すように、基板１３をチャック爪１５とチャック本体１６とで挟持した状態で、アーム１２を水平方向に後退させることにより、基板１３が収納容器１７から取り出され、次工程に引き渡される。こうして、収納位置にある他の基板１３についても、下段から順に同様の手順で取り出し動作が行われる。

【0019】

このように、基板搬送装置１１のアーム１２上に備えたチャック機構１４が、チャック爪１５とチャック本体１６との間に位置される基板１３を径方向に挟持するので、収納容器１７から基板１３を取り出す際に、アーム１２上において基板１３がずれたり、離脱したりする不具合を容易に防止することができる。しかも、基板１３の表面と周囲との接触を断ち、基板１３が汚染されるおそれはないので、高品質の製品を低コストで生産可能な基板搬送装置１１の構造及び基板取り出し方法が実現される。

【0020】

とりわけ、多段状に収納された基板１３を順次取り出す際には、偏りなく一定の力を付与すことが求められるが、本発明では、チャック機構１４による挟持前の段階において、収納位置に弾性的に固定されている基板１３にチャック爪１５を係合させ、この状態を保って基板１３を取り出し位置に移動するので、簡単な動作で収納容器１７の凸条１７ｂに蓄えられた弾性力を解放し、これにより、基板１３と収納容器１７との摩擦抵抗をなくすことが可能となる。すなわち、一定の力を付与して基板１３を取り出すという求めに確実に応えることができ、その上、過剰な押し付けなどチャック機構１４の動作に起因する不具合をもなくすことができるので、基板搬送装置１１の安定化に寄与するものである。

【0021】

また、チャック爪１５及びチャック本体１６が円弧当接面１５ａ，１６ａを有して形成され、挟持動作の実行時に基板１３をガイドして基板１３の位置決めを行うので、基板搬送における位置精度の向上を図ることができる。さらに、基板１３を取り出し位置に移動する前段階において、チャック爪１５の上端の高さ位置が基板１３の上面から飛び出さない低位置に保持されるので、チャック爪１５がアーム１２の円滑な移動を妨げるといった不都合はなく、基板１３の取り出し動作をより安定した状態で、より短時間で行うことができる。

【0022】

なお、本発明は、前記形態例に限定されるものではなく、基板搬送は、未処理の基板の取り出しのみならず、成膜がなされた処理済の基板の収納についても行うことができる。また、チャック機構は、基板を径方向に挟持可能な機能を備えていればよく、基板の大きさや厚みなどの条件に応じてチャック爪やチャック本体の形状を適宜に変更することができる。さらに、収納容器については、種々のものが採用でき、基板の収納枚数を増大して、搬送効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0023】

１１…基板搬送装置、１２…アーム、１３…基板、１４…チャック機構、１５…チャック爪、１５ａ…円弧当接面、１６…チャック本体、１６ａ…円弧当接面、１７…収納容器、１７ａ…側壁、１７ｂ…凸条、１７ｃ…溝、１７ｄ…テーパ面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】