本發明涉及一種自動地搬送單晶硅晶圓等的工件的自動裝卸裝置。

背景技術：

在現有技術中，將例如硅晶圓等的薄板狀工件的上下面同時進行平面加工時，會使用兩面研磨裝置及兩面拋光裝置等的兩面加工裝置。例如，兩面研磨裝置中，于貼附發泡聚氨酯及不織布做成的研磨襯墊的上下平盤之間，配置有被稱為載體的圓盤狀的行星齒輪。工件貫穿并支承于此載體的支承孔，借由嚙合于載體的太陽齒輪及內齒輪相互的旋轉，使載體發生自轉及公轉。借由此自轉、公轉以及上下平盤的旋轉及與工件的滑動，對工件的上下面同時進行研磨。再者，于兩面研磨中，為有效地進行研磨而從設于上平盤的多個孔供給研磨漿。

再者，上平盤包括上下升降的機構，讓上平盤處于上升位置，于下平盤上設置載體，并設置工件于該已設置的載體。將工件設置于載體，有經作業員以手動作業裝載于載體的工件支持孔的場合，以及使用自動裝卸裝置來裝載的場合。如此一來，在裝載工件后，上平盤下降而上下平盤夾住工件與載體。之后供給研磨漿且經上述上下平盤的旋轉及內齒輪與太陽齒輪的旋轉所得的載體的自轉與公轉進行工件的研磨。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-243996號公報。

技術實現要素：

[發明所欲解決的問題]

例如，硅晶圓的加工處理中，將硅晶圓裝載或取出于加工處理裝置，一般自作業員的處理演進成利用機器人等的自動化方法，借此人工費用降低而對硅晶圓的制造成本削減產生貢獻。

然而，上述的兩面研磨裝置，以及有與其非常相似機構的兩面拋光裝置中，雖自動的工件取出的技術難易度較低，但自動的工件裝載須有高度技術。以下詳細說明其原因。

自動裝卸裝置中，將工件裝載于載體的工件支承孔，在取出的情況下，借由多關節機器人、水平關節型機器人、旋轉手臂或其他致動器等，將晶圓臂移動至預先記憶的位置，于該位置取放工件。此搬送機構一般可調控于數百微米內的位置準確度，能夠充分對應工件的裝載及取出作業的應用上。

另一方面，關于取放工件時的載體的工件支承孔的位置，提升其精確度伴隨著困難。此工件支承孔的位置不正確的理由在于難以維持放置于下平盤上的載體的位置及方向。

另外，一般的兩面研磨裝置及兩面拋光裝置中，一個載體可支承一片或多片的工件，而多個載體，例如5片的載體較多以等間隔(即72°的間隔)設置于裝置內。

將工件支承于載體時，多個載體中，經旋轉內齒輪及太陽齒輪使對象的載體移動至特定的工件的裝載位置。使工件相對于配置于此特定的裝載位置的載體而受支承。于此特定的裝載位置的載體的工件支承結束后，借由使內齒輪與太陽齒輪以同一方向旋轉72°，此次將緊鄰的載體移動至工件裝載位置(此動作亦被稱為載體的定位)。重復5次這些工件的支承與定位而使5片載體上全部支承工件。

如此一來，雖透過調控內齒輪與太陽齒輪使載體的位置停止于期望的位置上，而這些齒輪通常有背隙，因應此大小而產生不確定的停止位置。進一步，雖載體裝設于太陽齒輪與內齒輪嚙合的裝置上，如圖10所示，載體與兩個齒輪間一般設有間隙，這也是使載體的停止位置精確度的正確性降低的因素。

工件的取出，考慮在例如硅晶圓的情況下，尺寸為直徑200mm或直徑300mm的晶圓為現在的主流，晶圓手臂抓取晶圓時的背隙及載體與齒輪的間隙所致使的毫米級的位置精確度下降，因與工件尺寸相比之下十分微小，故多不造成問題。

然而，關于工件的裝載，因載體的工件支承孔的直徑通常較工件的直徑僅大于1mm程度，或是更小的設計，只要未解決前述的載體位置精確度的不安定性，就無法重復并正確地將工件裝載于工件支承孔。

針對這樣的問題，例如專利文獻1，提出以光學的方式測定載體的位置及工件支承孔的位置，并于因應該測定結果的位置裝載工件的裝置。但是，因導入光學機器，從畫面信息計算工件支承孔的位置，及因應前述而調控工件裝載位置所必須的軟件，而要龐大的導入成本。

鑒于上述的問題，本發明的目的是提供一種低價且可正確將工件裝載于載體的工件支承孔的自動裝卸裝置。

〔解決問題的技術手段〕

為達成上述目的，本發明提供一種自動裝卸裝置，于具有工件支承用的載體且借由太陽齒輪與內齒輪嚙合而進行行星齒輪運動的兩面加工裝置中，將工件搬入至該載體的工件支承孔，或自該載體的工件支承孔而搬出工件，該自動裝卸裝置包括：吸頭，吸引并支承該工件；手臂，連接于該吸頭，并使該吸頭移動；以及工作臺，裝載被搬送至該載體的工件支承孔的工件，其中該真空吸頭具有可動部，相對于該吸頭本體而在水平面內可移動，該可動部吸引支承該工件，并且具有垂直向下方向延伸的多個定位銷，其中該多個定位銷在以該可動部所支承的工件裝載至該載體的工件支承孔時，密合于該載體外圍的齒輪的齒底，借由該可動部在水平面內移動，將該載體向該太陽齒輪側推壓并固定該載體的位置及方向，而將支承的工件搬入至該載體的支承孔內。

本發明的自動裝卸裝置借由上述多個定位銷將載體往太陽齒輪側推壓，能夠常態地在一定的工件支承孔的位置裝載工件。再者，此自動裝卸裝置沒有特別復雜的構造且不須有昂貴的光學機器等。因此，不用導入光學機器或圖像處理裝置等昂貴的機器，也可將工件正確地裝載于載體的支承孔，低價且有高度精確度的工件的搬送得以實現。

此時，優選地，該工作臺包括一機構，該機構于該多個定位銷固定該載體的位置及方向時，得以將該工件裝載于支承于該可動部的該工件的中心與該載體的工件支承孔的中心一致的位置。

如此一來，經由預先于工作臺上具有此機構，使支承于可動部的工件的中心與載體的工件支承孔的中心一致，成為可更高精確度的工件的搬送的裝置。

再者此時，該工作臺具有多個定位孔，于該可動部吸引支承裝載于該工作臺的工件時，該多個定位銷插入該多個定位孔，該多個定位孔的位置系經調整而使被該多個定位銷插入時，該可動部與裝載于該工作臺上的工件的相對位置，而在該多個定位銷固定該載體的位置及方向時，于支承于該可動部的該工件的中心與該工件支承孔的中心一致的位置，該可動部得以支承該工件。

本發明的自動裝卸裝置，其中吸頭，因于該可動部具有定位銷之故，借由定位銷插入定位孔，可用較單純的構造于支承于可動部的工件的中心與工件支承孔的中心一致的位置上支承工件，能夠更簡便且正確地進行工件的搬送。

本發明的自動裝卸裝置不須有昂貴的光學機器與圖像處理裝置，可低價且正確地將工件裝載于載體的工件支承孔。

附圖說明

圖1是顯示于兩面加工裝置中本發明的自動裝卸裝置的一實施方式的概略圖。

圖2是顯示于兩面加工裝置中使定位銷密合于載體的齒底時的本發明的自動裝卸裝置的狀態的一實施方式的概略圖。

圖3是顯示于兩面加工裝置中載體向θ方向傾斜的說明圖。

圖4是顯示于兩面加工裝置中吸頭的可動部移動且所有的定位銷密合于載體的齒底時的本發明的自動裝卸裝置的狀態的一實施方式的概略圖。

圖5是顯示于本發明的自動裝卸裝置中手臂及吸頭的構成的一實施方式的(a)俯視圖、(b)側面圖。

圖6是顯示(a)本發明的自動裝卸裝置的吸頭的第二氣缸呈伸長的狀態的一實施方式的側面圖。(b)本發明的自動裝卸裝置的吸頭的第二氣缸呈縮短的狀態的一實施方式的側面圖。

圖7是分別顯示(a)本發明的自動裝卸裝置的吸頭的可動部于水平面內移動的狀態的一實施方式的俯視圖。(b)本發明的自動裝卸裝置的吸頭的可動部未移動的狀態的一實施方式的俯視圖。

圖8是顯示本發明的自動裝卸裝置的工作臺的構成的一實施方式的俯視圖。

圖9是說明使用本發明的自動裝卸裝置將工件取出的動作的說明圖。

圖10是顯示兩面加工裝置的太陽齒輪及內齒輪的二個齒輪與載體間的間隙的說明圖。

具體實施方式

以下，針對本發明說明實施例，而本發明并未限定于此。

如同上述，于兩面研磨裝置和兩面拋光裝置等的兩面加工裝置，其中將工件裝載至載體的工件支承孔時，因太陽齒輪及內齒輪的二個齒輪與載體間的間隙使載體的位置與方向無法一定，而有不能正確地將工件裝載的問題。再者，雖提出有使用光學的方式測定載體的位置及工件支承孔的位置并因應該測定結果的位置而裝載工件的裝置，但有于光學機器等需要龐大的導入成本的問題。

因此，發明人們為解決這樣的問題而反復努力研究。結果構思出于裝載工件時，若為能夠借由定位銷將載體的位置及方向固定的自動裝卸裝置，則能夠以單純的構造而低價且高度精確度的工件的搬送，進而完成本發明。

以下，參考圖式對于本發明的自動裝卸裝置進行詳細的說明。

如圖1所示，本發明的自動裝卸裝置1于具有工件支承用的載體23且借由下平盤25上的太陽齒輪21與內齒輪22嚙合而進行行星齒輪運動的兩面加工裝置20(圖1以兩面研磨裝置為例)中，將工件W搬入至載體23的工件支承孔24，或自工件支承孔24而搬出工件W。

此自動裝卸裝置1包括：吸頭2，吸引并支承工件W；手臂3，連接于該吸頭2，并使該吸頭2移動；以及工作臺4，裝載被搬送至兩面加工裝置20中的載體23的工件支承孔24的工件W。并且，工作臺4也可裝載從工件支承孔24取出的加工完成后的工件W。再者，于圖1，其中雖以載體的片數為5片的兩面加工裝置20為例，當然載體的片數未限制為5片。

此自動裝卸裝置1，基本上先以吸頭2吸引支承裝載于工作臺4上的工件W。之后，借由手臂3使吸頭2移動至載體23的上方，將工件W位移至工件支承孔24的上方后，解除吸頭2的吸引支承而將工件W裝載工件支承孔24。

于此，本發明的自動裝卸裝置1的吸頭2，如圖5的(a)、(b)所示，具有可動部5，相對于該吸頭本體8而在水平面內可移動。可動部5可吸引支承工件W，并且具有垂直向下方向延伸的多個定位銷6。

之后如圖2所示，此吸頭2于工件W裝載工件支承孔24之前，將多個定位銷6插入載體23與內齒輪22以及下平盤25包圍的空間。之后將工件W裝載工件支承孔24時，多個定位銷6可將載體23往太陽齒輪21側推壓。借由此種將載體23往太陽齒輪推壓的動作可幾乎消除太陽齒輪21與載體23的間隙(即決定圖2的x方向(下平盤25的中心方向)的載體位置)。

然而單純地僅往圖2所示的x方向推壓載體23，會如圖3所示般，內齒輪22側的間隙的范圍中，無法決定載體23的方向。亦即，無法決定圖3的θ方向(下平盤25的外圍方向)的位置。

對此，本發明的自動裝卸裝置如圖4所示，將載體23往太陽齒輪21側推壓時，于吸頭2中，相對于吸頭2的本體可動部5在水平面內移動，可經由因應載體23的方向θ，吸頭2的可動部5也移動而僅傾斜θ，而讓全部的定位銷6密合載體23于相同的位置(具體為定位銷6密合于載體23的齒底)。

借由此機構，全定位銷6常態地密合于載體23相同的位置，再者定位銷6被固定于可動部5，吸引工件的可動部5與載體23的位置及方向的關系常態地維持相同的狀態。

借由具有此種吸頭2的本發明的自動裝卸裝置，即使載體的停止位置的精確度不足，因吸引工件的可動部5與載體23的位置及方向的關系常態地維持相同的狀態而可正確地裝載工件。再者，此自動裝卸裝置不須借由昂貴的光學機器來測定工件支承孔的位置。因此，即使不導入光學機器等，也可正確地將工件裝載于載體的支承孔，得以實現低價且高精確度的工件的裝載。

以下具體說明本發明的自動裝卸裝置中的吸頭以及手臂的構造的一實施方式。

如圖5的(a)、(b)所示，吸頭2裝設于可旋轉的手臂3，此手臂3附加有借由第一氣缸7的伸縮機能。以手臂3縮短的狀態自工件支承孔24取出工件W，及以手臂3伸長的狀態裝載工件W。

再者，如圖5(a)、(b)所示，吸頭2有兩段構造：固定于手臂3的上部(吸頭本體8)以及透過滑動軸承9而與吸頭本體8接觸的下部(可動部5)，可動部5可相對于本體8而在水平面內移動。在此情況中，實際吸引支承工件W的部分為可動部5，可動部5的底側表面貼附有吸引襯墊10，以此吸引襯墊10真空吸引并支承工件W。此可動部5具有固定于可動部5的平盤，而于此平盤裝設有垂直向下方向延伸的多個定位銷6。另外，圖5中雖示以定位銷6為兩支的情況為例，但定位銷6的支數當然也可為三支以上。

因相對于吸頭的本體8而于水平面內有可動區域的可動部5與裝設有定位銷6的平盤為一體的構造，可動部5相對于本體8移動時，定位銷6也可隨之連動而移動。

再者，吸頭本體8中設有第二氣缸11，第二氣缸11使成為一體構造的可動部5與定位銷6朝向手臂3的基部且于滑動軸承9的可動范圍中移動。再者，于吸頭2的前端側，吸頭2的本體8與可動部5透過伸長狀態(彈簧12具有向手臂3的前端方向的收縮力的狀態)的彈簧12而連接，使得在可動部5的可動范圍內，可動部5可向手臂3的前端方向矯正支承。在第二氣缸11伸長的狀態下，可動部5與第二氣缸11的前端接觸，且借由彈簧12拉往手臂3的前端而相對于吸頭本體8被固定。再者，第二氣缸11未伸長的狀態下，亦即未經第二氣缸11固定可動部5的狀態，可動部5可在滑動軸承9的范圍中移動

于此，亦可使用多關節機器人取代可旋轉的手臂3。于該場合下，亦可不具備手臂3的伸縮機能，亦即不具備的氣缸7。再者，將可動部5推出于手臂基部側的第二氣缸11亦可為借由馬達或磁鐵的機構的缸體。或者，在固定可動部5時，亦可使用利用順應性組件的機構使可動部5往基部側移動。

接下來對裝載工件的動作進行說明。

如同上述，如圖1所示的兩面加工裝置20，其中首先借由調控太陽齒輪21與內齒輪22的停止位置，使載體23停置于工件裝載位置。之后旋轉手臂3并使被吸頭2吸引的工件W進入此載體23的上方。之后，如圖6的(a)所示，將第二氣缸11伸長并固定可動部5，使支承工件W的可動部5下降至使工件W僅些微高于載體的位置。此時，多個定位銷6裝設于未接觸圖1中的下平盤25、載體23以及內齒輪22中任一個的位置，且插入那些構件的間隙中。

之后，如圖6的(b)所示，借由縮短第二氣缸11，可動部5以及定位銷6從被推往手臂3的基部方向的狀態解放，借由彈簧12拉引而向相對的手臂前端方向，亦即圖1中太陽齒輪21的方向而移動，定位銷6與載體23的間隙縮小，或是開始接觸。一旦定位銷6與載體23開始接觸，借由定位銷6使載體23被往太陽齒輪21側推壓，而使載體23與太陽齒輪21側的間隙變小，或是變成零間隙。

然后，更借由彈簧12的拉力，如圖7的(a)所示，可動部5以及定位銷6從圖7的(b)的狀態更向太陽齒輪側移動。于此，因吸頭本體8透過滑動軸承9與可動部5連接，假使載體23被放置呈θ方向傾斜的位置，可動部5傾斜移動使多個定位銷6密合于載體23外圍的齒輪的齒底。此時，以更收縮的彈簧12的力量，將載體23往太陽齒輪21側推壓，使載體23與太陽齒輪21間的間隙成為零。亦即，載體23的位置與方向被太陽齒輪21與多個定位銷6所固定。

在此狀態下，進一步使手臂3與吸頭2下降直至工件W置于載體23的工件支承孔24內，并借由解除吸引支承而可正確地將工件W裝載于工件支承孔24。之后，解除工件的吸引支承的吸頭2些微上升后，第二氣缸11伸長并使可動部5往手臂3的基部移動，解除定位銷6與載體23的接觸狀態并產生間隙后，進一步上升并為吸引支承下一個工件而移動至工作臺4。兩面加工裝置20將載體23予以72°分度(index)以備下一次的工件的裝載。借由重復5次此些動作而將5片載體全部裝載工件。

接著，對于工作臺4的構造與工作臺上的工件吸引動作進行說明。

本發明的自動裝卸裝置中，優選地，工作臺4具有一機構，該機構于吸頭2吸引搬入載體23的工件支承孔24的工件W時，在多個定位銷6固定載體23的位置及方向時，能將工件W裝載于支承在可動部5的工件W的中心與載體23的工件支承孔24的中心一致的位置。

具體為，工作臺4較佳地具有于可動部5吸引支承裝載于工作臺4的工件W時，被多個定位銷6插入的多個定位孔。并且，于該多個定位孔的位置較佳地系經調整而在被多個定位銷6插入時，使可動部5與裝載在工作臺4上的工件W的相對位置在多個定位銷6固定載體23的位置及方向時，可動部5可將工件W支承在支承于可動部5的工件W的中心與工件支承孔24的中心一致的位置。

參考圖8說明關于此種工作臺的構造的一實施方式。

如圖8所示，于待裝載搬入工件支承孔24的工件的工作臺設有工件的定心機構，能夠使以手動或自動裝載的工件W的位置常態地位在相同的位置。在圖8所示的工件臺4處，借由例如自氣缸等形成出的推桿14將放置于多個工件支持部13上的工件往一方向推壓，而與推桿14相對側并支承工件的工件支持部13將工件W固定，而常態地得到相同的工件W的位置。

更進一步，此工作臺4設有被吸頭2所具備的多個定位銷6插入的多個定位孔15。此些定位孔15具有大于定位銷6直徑的直徑，以于吸頭2下降時，不論圖6的(a)、(b)所示的第二氣缸11的伸縮位置，使定位銷6插入。再者，此定位孔15設置在于第二氣缸11收縮且可動部5借由彈簧12而拉往手臂3的前端方向時，多個定位銷6與這些多個定位孔15的內壁相接觸的位置。

更進一步，在此狀態下，定位孔15的位置經調整而使得可動部5吸引工件W時，工件W的中心與前述工件裝載動作中的定位銷6與載體23接觸時的工件支承孔24的中心為一致。

旋轉至此工作臺4上方的吸頭2以第二氣缸伸長的狀態而下降。吸頭2的吸引面到達工件W的些微上方時停止下降且第二氣缸11收縮。從第二氣缸11解放的可動部5借由彈簧12的施力而被拉往手臂3的前端方向，多個定位銷6與定位孔15的內壁完全接觸。之后吸引支承工件W并于上升后旋轉移動至工件裝載位置。從這里開始，以前述的工件裝載動作將工件W裝載于載體23的工件支承孔24。

如上所述，包括具有對應吸頭的定位銷的定位孔的工作臺的自動裝卸裝置，可用單純的工作臺的構造使工件的支承位于支承于可動部的工件的中心與工件支承孔的中心為一致的位置上，可更簡便且正確地裝載工件。

接著，說明關于在兩面加工裝置20的加工結束后，取出且搬出支承于載體23的工件支承孔24的工件W的取出動作。

首先，將支承工件W的載體23與裝載動作一樣停置于裝載工件位置。之后借由使手臂3旋轉而將吸手2導入此工件W的上方。此時可使第一氣缸7為縮短的狀態。

于此，若第一氣缸7為縮短的狀態，與裝載動作時相比，雖吸頭2成為位于內齒輪22側，但依然位于工件W的上方。此狀態下吸頭2的可動部5呈僅被彈簧12拉引的狀態之故，第二氣缸11伸長且將可動部5固定。此時，如圖9所示，裝載動作中使用的定位銷6變成位于內齒輪22的外側。

自此，吸頭2下降至吸引襯墊10與工件W接觸的位置并吸引支承工件W。因定位銷6位于內齒輪22的外側，未與內齒輪22或載體23接觸而可下降。接著，經吸引工件的吸頭2上升，并使其往自動裝卸裝置側旋轉，將工件W置于工作臺4上方后釋放工件。此時，如圖9所示，因以手臂3為縮短的狀態進行動作，手臂3為了使工件W置于工作臺4而下降時，可使定位銷6于工作臺4的定位孔15的外側下降。之后，使手臂3與吸頭2上升，將載體23定位且移動至下一個工件W的取出位置。此些動作反復進行5次而完成全部工件W的取出。

具體實施例

以下，借由本發明的實施例對本發明進行更具體的說明，但本發明并不限定于此。

(實施例1)

使用如圖1所示的自動裝卸裝置1，依照上述的工件裝載動作及取出動作，反復進行朝著兩面研磨裝置20的載體的工件支承孔的硅晶圓的裝載以及自兩面研磨加工后的硅晶圓的工件支承孔的搬出，進行合計3000片的直徑300mm的硅晶圓的裝載及搬出。

此時，使用具有定位孔的工作臺，且該定位孔經調整而使吸頭的可動部能將工件支承于支承的硅晶圓的中心與工件支承孔的中心一致的位置。

其結果，全部3000片的硅晶圓可正確地裝載于載體的工件支承孔。再者，于兩面研磨加工后的硅晶圓的取出中，錯誤的發生件數也為零。

如此得以確認以本發明的自動裝卸裝置，不使用昂貴的機器而可低價且正確地將工件搬送及搬出。

再者，本發明并不限定于上述的實施例。上述實施例為舉例說明，凡具有與本發明的申請專利范圍所記載的技術思想實質上同樣的構成，產生相同的功效者，不論為何物皆包括在本發明的技術范圍內。