JP5077459B2 - 基板搭載方法および基板取出方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板搭載方法および基板取出方法に関する。

一般に、薄膜太陽電池等の製造工程において、ガラス基板にシリコンの成膜処理が行われており、複数のガラス基板を所定間隔を有して垂直に保持する基板搬送装置が使用されている。また、太陽電池のコストダウンを図るために、ガラス基板の大型化が進んでいる。例えば、ガラス基板の大きさと重量は、１０００ｍｍ以上×１０００ｍｍ以上、板厚４〜５ｍｍ、重量１０〜３０ｋｇであり、これを基板搬送装置へ自動化して、搭載し固定することが要請されている。

従来、ガラス基板を縦に保持する基板搬送装置において、人間が２人一組で１枚ずつ基板を基板保持枠へ搭載し、基板の各辺をクランプポイントでクランプしていた。

特開２００３−７７９７７号公報 特開平１１−１８８６８１号公報

しかし、従来の基板搬送装置では、人間が２人掛かりで１枚ずつ基板を搭載し、基板の各辺をバネ操作でクランプあるいは解除していたため、作業に手数がかかり量産装置に対応していなかった。また、自動化するにも、基板搬送装置が複数の基板を保持する場合、狭隘な搭載場所に設置するのは困難であった。

この発明は、上記に鑑み提案されたもので、基板搬送装置への基板の搭載および基板搬送装置からの基板の取り出しを自動化することのできる基板搭載方法および基板取出方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、基板搭載方法に係る第１の解決手段として、ロボットアームの先端に取り付けられた基板ハンドリング装置を使用して基板搬送装置へ基板を搭載する方法であって、基板を立てた状態で保持した基板ハンドリング装置を基板搬送装置の挿入する工程と、基板ハンドリング装置を基板搬送装置の基板保持枠に向けて前進させる工程と、基板ハンドリング装置を傾ける工程と、基板ハンドリング装置のロック機構を解除する工程と、基板の底部付近を基板保持枠に押し付ける工程と、基板を基板保持枠に押し付けたまま降ろして基板の荷重を基板保持枠に移す工程と、基板を垂直に立てて基板保持枠でクランプする工程と、基板ハンドリング装置を基板保持枠から離間させる工程とを有する、という手段を採用する。

また、基板搭載方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、基板ハンドリング装置として、ロボットアームに取り付けられた板状保持部材と、板状保持部材に先端が垂直方向に突出可能に軸支され、先端に基板吸着パッド部を備えた基板保持アームと、基板保持アームを板状保持部材から突出しない状態で固定するロック機構と、基板吸着パッド部を基板保持アームから突出する方向に付勢する突出機構と、基板保持アームの板状保持部材からの突出を制限する吸着パッド部と、を備えたものを使用する、という手段を採用する。

基板搭載方法に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、基板吸着パッド部は、基板保持アームに対して揺動可能に取り付けられた、という手段を採用する。

基板搭載方法に係る第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、基板保持アームは、先端に基板を保持する保持突起を有する、という手段を採用する。

基板搭載方法に係る第５の解決手段として、上記第２〜第４のいずれかの解決手段において、基板保持アームは、板状保持部材の長手方向に沿った中心軸線の近傍に軸支されるとともに、軸線方向に所定間隔を有してかつ中心軸線に対称に配置された、という手段を採用する。

一方、本発明では、基板取出方法に係る第１の解決手段として、ロボットアームの先端に取り付けられた基板ハンドリング装置を使用して基板搬送装置から基板を取り出す方法であって、基板ハンドリング装置を基板搬送装置へ挿入する工程と、基板ハンドリング装置のロック機構のロックを解除する工程と、基板ハンドリング装置を基板に近づかせて吸着する工程と、基板ハンドリング装置を傾ける工程と、基板を傾けたまま上昇して一時吸着を解除して基板の荷重を基板ハンドリング装置に移す工程と、基板ハンドリング装置を基板保持枠から離間させる工程と、基板を垂直に立てる工程と、基板ハンドリング装置を基板搬送装置から離間させる工程とを有する、という手段を採用する。

基板取出方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、基板ハンドリング装置として、ロボットアームに取り付けられた板状保持部材と、板状保持部材に先端が垂直方向に突出可能に軸支され、先端に基板吸着パッド部を備えた基板保持アームと、基板保持アームを板状保持部材から突出しない状態で固定するロック機構と、基板吸着パッド部を基板保持アームから突出する方向に付勢する突出機構と、基板保持アームの板状保持部材からの突出を制限する吸着パッド部と、を備えたものを使用する、という手段を採用する。

基板取出方法に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、基板吸着パッド部は、基板保持アームに対して揺動可能に取り付けられた、という手段を採用する。

基板取出方法に係る第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、基板保持アームは、先端に基板を保持する保持突起を有する、という手段を採用する。

基板取出方法に係る第５の解決手段として、上記第２〜第４のいずれかの解決手段において、基板保持アームは、板状保持部材の長手方向に沿った中心軸線の近傍に軸支されるとともに、軸線方向に所定間隔を有してかつ中心軸線に対称に配置された、という手段を採用する。

本発明によれば、基板の搭載および取り出し作業を自動化することができる。
また、基板および基板保持枠の個体差に対応することができる。また、基板を確実に保持することができる。また、種々の基板の精度誤差に対応することができる。

本発明の実施形態における基板ハンドリング装置を示す側面図である。 基板ハンドリング装置の平面図である。 基板ハンドリング装置のハンドリング部を示す側面図である。 ハンドリング部を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。 基板搬送装置を示す斜視図である。 基板ハンドリング装置の動作を示す説明図である。 基板ハンドリング装置の動作を示す説明図である。 基板ハンドリング装置の動作を示す説明図である。 基板ハンドリング装置の基板搭載動作を示す説明図である。 基板ハンドリング装置の基板取り出し動作を示す説明図である。

以下、本発明に係る基板搭載方法及び基板取出方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における基板ハンドリング装置１０を示す側面図である。図２は、基板ハンドリング装置１０の平面図である。図３は、基板ハンドリング装置１０のハンドリング部を示す正面図である。図４は、ハンドリング部を示す側面図、図５は、図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。

基板ハンドリング装置１０は、６軸ロボット１２のロボットアーム１１に接続されており、旋回、回転、移動等の種々の動作をすることができる。

板状保持部材１４は、重量を軽減するために開口部１４ａおよび１４ｂを有している。また、基端部は、アングル部材１９および補強プレート２０で補強されている。
更に、基板２１の左右両端を規制する鈎型の規制部材２２を備えている。板状保持部材１４の長手方向に沿った中心軸線Ｃの近傍に軸２３が配置されており、この軸２３に基板保持アーム１６が軸支されている。

基板保持アーム１６は、軸線方向に所定間隔を有して一対配置されるとともに、中心軸線Ｃに対称に合計４個設けられている。基板保持アーム１６は、軸２３によって基板保持方向に突出可能に構成されている。
基板保持アーム１６の先端は、コイルバネである突出バネ１８によって所定寸法だけ突出可能に構成されるとともに、蛇腹状の吸着パッド２４によって、後退可能となっている。つまり、吸着パッド２４に負圧を供給することにより、基板保持アーム１６の先端は、板状保持部材１４側に移動してロックされる。
また、基板保持アーム１６は、先端に板状の基板２１を保持する保持突起１６ａを有している。

基板保持アーム１６の先端に配置された基板吸着パッド部１５は、基板２１に吸着する表面に複数の孔を有したピークパッド２５と、ピークパッドの背面に配置された蛇腹パッド２６から構成されている。浅い円筒状のピークパッド２５は、周囲に形成されたフランジ２５ａによって所定量以上の突出が制限されるとともにあらゆる向きにも対応できる。
蛇腹パッド２６は、不図示のエアー配管によって負圧が供給され、ピークパッド２５とともに、基板２１を吸着する。また、基板吸着パッド部１５の両端には、前述の突出バネ１８および吸着パッド２４が配置されている。

図６は、基板搬送装置１３を示す斜視図である。
基板搬送装置１３は、複数の基板保持枠２７を走行方向に対して直角方向に所定間隔を有して立設・収容するものである。本実施例では、６枚の基板保持枠が配設されている。
また、基板搬送装置１３は、下端に車輪１３ａを備えており、製造ラインに沿って移動することができる。基板搬送装置１３は、搭載位置で搭載された複数の基板２１を基板保持枠２７で保持して、プラズマＣＶＤ装置内に移送し、シリコン薄膜を基板面に形成した後、基板取り出し位置まで搬送するものである。

図７〜図９は、本実施形態の基板ハンドリング装置１０の動作を示す説明図あって、図７は基板吸着パッド部１５が基板２１に接触する状態、図８は基板吸着パッド部１５が基板２１に吸着する状態、図９は基板吸着パッド部１５により基板２１が完全に吸着保持された状態を示す図である。
基板２１を把持する際には図７から図９の順に動作し、逆に、基板２１の把持を開放する際には図９から図７の順に動作する。
なお、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）は、それぞれ基板吸着パッド部１５の周辺を拡大した図である。

図７に示すように、例えば、基板２１を取りに行く場合には、ロック機構１７は解除されており、基板保持アーム１６は板状保持部材１４に対して数度回動している。また、吸着パッド２４も解除され、基板吸着パッド部１５は係止ピン２８で係止されていない上端が突出方向に数度傾いている。仮止ピン２８で吸着パッド２４の下部角度を拘束し、基板２１が基板ハンドリング装置１０の保持突起１６ａにかからない状態では吸着しないようにしている。
この状態で基板２１の各種誤差を吸収して吸着することができる。

図８に示すように、基板吸着パッド部１５を作動させると、蛇腹パッド２６が伸びた状態でピークパッド２５が基板２１に密着する。
そして、図９に示すように、蛇腹パッド２６を収縮させることで、基板２１が吸着保持される。

次に、以上のように構成された本実施形態の基板ハンドリング装置１０を使用した基板搭載方法について説明する。
図１０は、基板搬送装置１３に基板を搭載する方法を工程順に示した図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、基板２１を保持した基板ハンドリング装置１０が基板搬送装置１３の対向配置された基板保持枠２７の間に挿入される。
この時、基板２１と基板保持枠２７までの距離Ｌ１は、数十ｍｍ、基板２１を保持した基板ハンドリング装置１０の厚さＤは、数十ｍｍである。また、基板ハンドリング装置１０の底部と基板２１を載置する載置パッドまでの距離Ｈは、数ｍｍである。

次に、図１０（ｂ）に示すように、基板ハンドリング装置１０を基板保持枠２７側へ前進させる。これは、基板２１を傾けた際に、後ろの基板保持枠２７に接触させない為である。
そして、図１０（ｃ）に示すように、基板ハンドリング装置１０を数度傾けるとともに、ロック機構１７を解除する。この時、基板ハンドリング装置１０の下端と基板保持枠２７に隙間がなくならないような角度とする。
更に、図１０（ｄ）に示すように、吸着パッド２４を解除し、突出バネ１８によって、基板２１が基板保持枠２７側へ突出する。

次いで、図１０（ｅ）に示すように、傾けたまま基板２１の底辺付近を基板保持枠２７に押し付ける。この際、基板ハンドリング装置１０と基板２１の端部は突出バネ１８等により押し付け方向に逃げがある。
そして、図１０（ｆ）に示すように、基板２１を基板保持枠２７に押し付けたまま基板保持枠２７の受け部２７ａ上に下ろす。この際、一時基板吸着パッド部１５を解除し、基板２１を自由に動けるようにする。基板２１の自重を基板保持枠２７の受け部２７ａに移動する。

更に、図１０（ｇ）に示すように、基板ハンドリング装置１０を数度遥動回転させてほぼ垂直として、基板２１全体を基板保持枠２７に当接させる。この時、ロック機構１７は固定する。一方、基板保持枠２７側では、不図示のクランプアームによって基板２１をクランプする。
最後に、図１０（ｈ）に示すように、基板ハンドリング装置１０は、基板保持枠２７から離れる。

以上のような手順で、重量のある基板２１を基板ハンドリング装置１０は基板搬送装置１３に基板吸着パッド上を滑らせることにより、自動で載せ換えて搭載することができる。

次に、基板ハンドリング装置１０を使用した基板搬送装置１３からの基板取り出し方法について説明する。
図１１は、基板搬送装置１３から基板２１を取り出す方法を工程順に示した図である。

先ず、図１０（ａ）に示すように、基板ハンドリング装置１０は基板保持枠２７の前へ移動する。この時、基板保持アーム１６の保持突起１６ａは、基板２１の端部下に位置する。
そして、図１１（ｂ）に示すように、ロック機構１７を解除する。
更に、図１１（ｃ）に示すように、基板２１に近づきながら基板吸着パッド部１５で基板２１を吸着する。押し付け量は、数ｍｍであるが突出バネ１８による逃げがある。一方、基板保持枠２７は、不図示のクランプアームを解除する。

次いで、図１１（ｄ）に示すように、基板ハンドリング装置１０を数度傾け、基板２１の自重を基板ハンドリング装置１０に預けるとともに並進して基板保持枠２７から外す。
そして、図１１（ｅ）に示すように、基板２１を傾けたまま上昇し、離脱する。この際、一時基板吸着パッド部１５を解除して、基板２１の自重を基板ハンドリング装置１０側に移動する。同時にロック機構１７をロックする。
更に、図１１（ｆ）に示すように、基板ハンドリング装置１０は、基板保持枠２７から並進して離れる。

次いで、図１１（ｇ）に示すように、基板ハンドリング装置１０ごと基板２１を垂直に立てる。この時、基板２１は基板保持枠２７から並行して離れている。
最後に、図１１（ｈ）に示すように、基板保持枠２７と干渉しないように後退して、基板搬送装置１３から出る。

以上のような手順で、基板ハンドリング装置１０は、基板搬送装置１３から基板２１を基板吸着パッド部１５上で滑らせることにより、自動で載せ換えて取り外すことができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、基板２１の乗せ換え時に、基板２１を基板吸着パッド部１５上で滑らせる例について説明したが、基板２１を保持している基板ハンドリング装置１０自体を上下にスライドする構造としてもよい。

また、ロボットアーム１１の軸を回転させ、基板ハンドリング装置１０を裏返し、上述した実施形態の背面の基板保持枠２７への基板２１の乗せ換えも可能である。

１０…基板ハンドリング装置（基板ハンドリング部）
１１…ロボットアーム
１２…ロボット
１３…基板搬送装置
１４…板状保持部材
１５…基板吸着パッド部
１６…基板保持アーム
１６ａ…保持突起
１７…ロック機構
１８…突出バネ
１９…アングル部材
２０…補強プレート
２１…基板
２２…規制部材
２４…吸着パッド
２５…ピークパッド（基板吸着パッド部先端）
２６…蛇腹パッド
２７…基板保持枠（板状保持部材）

Claims (8)

1. ロボットアームの先端に取り付けられた基板ハンドリング装置を使用して基板保持枠を立設した基板搬送装置へ基板を搭載する方法であって、
   前記基板ハンドリング装置として、前記ロボットアームに取り付けられた板状保持部材と、前記板状保持部材に先端が垂直方向に突出可能に軸支され、先端部に基板吸着パッド部を備えるとともに、該基板吸着パッド部よりさらに先端に前記基板を保持する保持突起を有する基板保持アームと、前記基板保持アームを前記板状保持部材から突出しない状態で固定するロック機構と、を備えたものを使用し、
   前記基板保持アームの前記保持突起上に前記基板を立てた状態で保持した前記基板ハンドリング装置を、前記基板搬送装置の前記基板保持枠に対向するように移動させる工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板搬送装置の前記基板保持枠に向けて前進させる工程と、
   前記基板ハンドリング装置を、保持した前記基板の底部側が前記基板保持枠に近づき、前記基板の上部側が前記基板保持枠から遠ざかるように傾ける工程と、
   前記基板ハンドリング装置の前記ロック機構を解除する工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板保持枠側に前進させて前記基板の底部付近を前記基板保持枠に押し付ける工程と、
   前記基板ハンドリング装置を下降させて前記基板を前記基板保持枠に押し付けたまま降ろし、前記基板の荷重を前記基板保持枠に移す工程と、
   前記基板ハンドリング装置を立てて前記基板を垂直に立て、前記基板保持枠でクランプする工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板保持枠から離間させる工程と、
   を有することを特徴とする基板搭載方法。
2. 前記基板ハンドリング装置として、前記基板吸着パッド部を前記基板保持アームから突出する方向に付勢する突出機構と、前記基板保持アームの前記板状保持部材からの突出を制限する吸着パッド部と、を備えたものを使用することを特徴とする請求項１記載の基板搭載方法。
3. 前記基板吸着パッド部は、前記基板保持アームに対して揺動可能に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板搭載方法。
4. 前記基板保持アームは、前記板状保持部材の長手方向に沿った中心軸線の近傍に軸支されるとともに、軸線方向に所定間隔を有してかつ中心軸線に対称に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板搭載方法。
5. ロボットアームの先端に取り付けられた基板ハンドリング装置を使用して基板保持枠を立設した基板搬送装置から基板を取り出す方法であって、
   前記基板ハンドリング装置として、前記ロボットアームに取り付けられた板状保持部材と、前記板状保持部材に先端が垂直方向に突出可能に軸支され、先端部に基板吸着パッド部を備えるとともに、該基板吸着パッド部よりさらに先端に前記基板を保持する保持突起を有する基板保持アームと、前記基板保持アームを前記板状保持部材から突出しない状態で固定するロック機構と、を備えたものを使用し、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板搬送装置の前記基板保持枠に保持された基板に対向するように移動させる工程と、
   前記基板ハンドリング装置の前記ロック機構のロックを解除する工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板に近づかせて前記基板吸着パッド部で前記基板を吸着する工程と、
   前記基板ハンドリング装置を、吸着した前記基板の上部側が前記基板保持枠から遠ざかるように傾ける工程と、
   前記基板を傾けたまま前記基板ハンドリング装置を上昇させ、一時前記吸着パッド部による吸着を解除して前記基板の荷重を前記基板ハンドリング装置に移し、前記基板を前記基板保持アームの前記保持突起上に保持させる工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板保持枠から離間させる工程と、
   前記基板ハンドリング装置を立てて前記基板を垂直に立てる工程と、
   前記基板ハンドリング装置を前記基板搬送装置から離間させる工程と、
   を有することを特徴とする基板取出方法。
6. 前記基板ハンドリング装置として、前記基板吸着パッド部を前記基板保持アームから突出する方向に付勢する突出機構と、前記基板保持アームの前記板状保持部材からの突出を制限する吸着パッド部と、を備えたものを使用することを特徴とする請求項５記載の基板取出方法。
7. 前記基板吸着パッド部は、前記基板保持アームに対して揺動可能に取り付けられたことを特徴とする請求項５又は６に記載の基板取出方法。
8. 前記基板保持アームは、前記板状保持部材の長手方向に沿った中心軸線の近傍に軸支されるとともに、軸線方向に所定間隔を有してかつ中心軸線に対称に配置されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の基板取出方法。

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