説明

ウェーハ搬送ロボット用のハンド、ウェーハ搬送ロボット及びウェーハ搬送装置

【課題】ウェーハの搬送ハンドを小型、軽量化し、さらに1つのハンドで異なるウェーハ口径でも、ウェーハの撓みや位置ずれを生じさせない最適な吸着位置を選択してウェーハを保持し、ウェーハを目的位置に搬送することができるハンドを提供する。
【解決手段】ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられ、ウェーハを吸着保持するための真空吸着穴が設けられたフォークを備えるウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、フォークは、フォーク長手方向を回転軸として自転可能に設けられ、上面がウェーハを保持する保持面を構成し、各保持面には少なくとも1つの真空吸着穴が互いに異なる位置に設けられている構成とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェーハ搬送ロボット用のハンド、ウェーハ搬送ロボット及びそれを備えたウェーハ搬送装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造装置や半導体検査装置等の上位装置にウェーハを供給、或いは上位装置からウェーハを回収するウェーハ搬送装置(EFEM:Equipment Front End Module)がある。ウェーハ搬送装置には、ウェーハ搬送ロボット、アライナ、及びウェーハ搬送ロボットとアライナを制御するコントローラが実装されている。ウェーハ搬送ロボットは、ウェーハを搬送するために、ウェーハを保持するハンドを備えている。
【0003】
ウェーハ搬送装置では、ウェーハ搬送ロボットがハンドでウェーハ密閉容器(FOUP:Front Opening Unified Pod)からウェーハを取出し、アライナに供給する。アライナではウェーハのVノッチ或いはオリフラの角度補正と水平方向の位置補正(偏芯補正)を行う。ウェーハは、アライナでの角度補正と位置補正の終了後、上位装置に搬送される。また、ウェーハ搬送ロボットは上位製造装置から処理後のウェーハを取出し、FOUPに収納することも可能である。
【0004】
ハンドには、ウェーハを載置した時にウェーハの位置ずれを防ぐために真空吸着部を備えウェーハ裏面を吸着保持する方式や、ウェーハ側面を機械式に把持してウェーハを保持する方式がある。一般に従来のウェーハ裏面を吸着保持するハンドは、ウェーハの口径ごとに特定の大きさの専用ハンドを使用しているが、1つのハンドで異なるウェーハ口径に対応してウェーハを保持するためには、ハンドをフォーク構造にしてウェーハ口径に合わせて、フォークを平行移動させて対応してきた(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−272526号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、口径の異なるウェーハの搬送に対応するべくフォークを平行移動させる機能を備えたハンドは、フォークを平行移動させるための走行軸の長さを、搬送されるウェーハのなかで一番大きな径幅のものに合わせて長くする必要があるため、ハンド自体が大型化してしまう。そのようなハンドを用いたウェーハ搬送ロボットは、ウェーハ搬送装置内での可動範囲が大きくなってしまうため、ウェーハ搬送装置を大きくせざるを得ない。また、上述のハンドは、ハンドの質量も大きくなり、ハンド停止振動の増大やスループットに大きな影響を与えてしまう。
【0007】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ウェーハの搬送ハンドを小型かつ軽量で構成でき、かつ、1つのハンドで口径の異なるウェーハを、ウェーハの撓みや位置ずれを生じさせない最適な吸着位置で保持することができるハンド及びそれを用いたウェーハ搬送ロボット、並びにそれを備えたウェーハ搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成すべく本発明に係るハンドは、ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられ、ウェーハを吸着保持するための真空吸着穴が設けられたフォークを備えるウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、前記フォークは、フォーク長手方向を回転軸として自転可能に設けられ、上面が前記ウェーハを保持する保持面を構成し、各保持面には少なくとも1つの真空吸着穴が互いに異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係るウェーハ搬送ロボット及びウェーハ搬送装置は、上記のハンドを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ハンド自体をコンパクトに質量を小さく構成し、かつ、1つのハンドで異なる径のウェーハを保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係るウェーハ搬送ロボット用ハンドの第一の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図2】ウェーハ搬送装置の構成を示す一部透明斜視図である。
【図3】図1のフォークの平面図である。
【図4】図3の4A−4A線断面図である。
【図5】図1のハンドが小口径のウェーハを保持した状態の平面図と断面図である。
【図6】図1のハンドが大口径のウェーハを保持した状態の平面図と断面図である。
【図7】図1のハンドにおいて、真空吸着穴3の最適な位置とウェーハ口径との関係を説明するための図である。
【図8】本発明に係るウェーハ搬送ロボット用ハンドの第二の実施形態の構成を示し、小口径のウェーハを保持した状態の平面図と断面図である。
【図9】中口径のウェーハを保持した状態の平面図と断面図である。
【図10】大口径のウェーハを保持した状態の平面図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[第一の実施形態]
まず、本実施形態のハンドを有するウェーハ搬送ロボットを用いたウェーハ搬送装置について説明する。
【0013】
図2はウェーハ搬送装置を示す一部透明斜視図である。図2に示すように、ウェーハ搬送装置100は、筐体101と、筐体101内に供給されるウェーハ50をクリーンな状態で収納する密閉容器であるFOUP105と、FOUP105が設置されるロードポート102と、筐体101内に設けられFOUP105、アライナ103及びウェーハ50の搬送先である半導体製造装置や半導体製造装置(以下、「上位装置」と称する)108間のウェーハ50の搬送を行うウェーハ搬送ロボット(以下、単に「搬送ロボット」と称する)110とを有する。筐体101の上部には、ファンフィルタユニット107が設けられ、ファンフィルタユニット107はクリーンエアを絶えず下方(筐体101内)に送り込むことにより筐体101内部をクリーンな環境に保持する。ウェーハ搬送装置100は、搬送ロボット110の制御及び上位装置108との通信を行うコントローラ104を備える。コントローラ104は後述するハンド1が保持するウェーハ50の口径に応じたバルブの切替え制御を行うと共に、ウェーハ50の位置ずれ量、ウェーハ50の有無やウェーハ50の異常を検出する演算手段を有する。
【0014】
筐体101内には、搬送ロボット110を一方向に往復移動させるための走行レール106が設けられ、搬送ロボット110は走行レール106上に設けられる。搬送ロボット110は基台111と基台111上に設けられたアーム112と、そのアーム112の先端に設けられウェーハ50を保持するハンド1とを備える。アーム112は、旋回軸113と基台111内に設けられた旋回軸113を回転させる駆動手段とにより旋回運動可能であり、かつアーム軸114とアーム軸114を回転させる駆動手段とにより伸縮運動可能である。
【0015】
アライナ103は、ウェーハ50を回転させながら光学式センサで検出される光を基にウェーハ50の向き(Vノッチやオリエンテーションフラットの位置)と偏芯量を検出し、ウェーハ50の向きと位置を補正するものである。
【0016】
ウェーハ搬送装置100の動作について説明する。ウェーハ搬送装置100では搬送ロボット110がハンド1でFOUP105からウェーハ50を取出し、アライナ103に供給する。アライナ103は、ウェーハ50のVノッチ或いはオリフラの角度補正(向きの補正)と水平方向の補正(偏芯量の補正)を行う。ウェーハ50の向きと偏芯量の補正終了後、搬送ロボット110はウェーハ50を上位装置に搬送する。搬送ロボット110は上位装置108で処理後のウェーハ50を取出し、FOUP105に収納することもある。
【0017】
図1は、ハンド1の構成を示す斜視図である。図1に示すように、ハンド1は、ウェーハ50を保持する1対のフォーク2(2a,2b)を備える。フォーク2は、フォーク2を自転させるための機構部10に取り付けられ、機構部10は、搬送ロボット110のアーム112の先端に取り付けられる。フォーク2は、主にアルミナなどのセラミックスや炭素繊維強化プラスチック(CFRP)など縦弾性係数の高い材料で形成された厚さ2〜3mm程度のプレート体である。1対のフォーク2a,2bは、アーム112に取り付けられる側からハンド1の先端側に伸びる中心線1aに対して線対称となるよう配置される。
【0018】
フォーク2には、ハンド1上に載置されるウェーハ50を真空吸着保持させるための真空吸着穴3がフォーク2の一方の面(A面とする)と他方の面(B面とする)の両面に設けられ、フォーク2の根元のシャフト軸8を中心軸として自転可能に機構部10に設置されている。真空吸着穴3の開口位置について、1対のフォーク2a,2b間では互いに同じ位置に配置され、1つのフォーク2においてA面とB面とでは互いに異なる位置に配置されている。
【0019】
機構部10は、フォーク2を回転させるための駆動源でありフォーク2と平行に搭載されたモータ4と、モータシャフト先端に取り付けられたモータプーリ7と、フォーク2のシャフト軸8に取り付けられたフォークプーリ6と、モータプーリ6の回転をフォークプーリ6へ伝達するベルト5とを備える。機構部10は、1つのモータプーリ7に2つのフォークプーリ6が掛かる構成であり、モータ4の駆動により、左右のフォーク2a,2bを互いに同じ回転方向及び回転角度で自転させることができる。機構部10の駆動により自転可能なフォーク2の上面が、ウェーハ50を保持する保持面となる。
【0020】
フォーク2の回転に利用するモータ4は、高分解能のエンコーダを搭載したものであり回転角の誤差は無視できるほど小さいことが望ましく、1つのモータ4で2つのフォーク2a,2bを同じ角度に同期して動作させている。機構部10を構成する駆動源としては、モータ4の他に、圧縮空気で動作するシリンダや真空圧で動作するシリンダなど、フォーク2を任意の位置に回転させるものであれば他のものを用いてもよい。
【0021】
機構部10は、フォークの根元を境にしてケース9で覆われている。ケース9内は、ケース9に設置された真空排気口11から真空吸引することにより駆動部10から発生したゴミをケース9の外部(ウェーハ搬送装置内)に流出するのを抑えてウェーハ50へのゴミの付着を防いでいる。
【0022】
図3は、フォーク2の内部を説明するための平面図であり、図4は図3の4A−4A線断面図である。ただし、図4中、真空吸着穴3に配管13を介して接続される電磁弁14は、ブロックで示してある。図3及び図4に示すように、フォーク2には、フォーク2の一方の面(A面)に開口する1つの真空吸着穴3aと、他方の面(B面)に開口する2つの真空吸着穴3b,3cが形成されている。真空吸着穴3a〜3cの周囲には、ウェーハ50と当接する環状の凸部31が設けられている。同じ面に開口する2つの真空吸着穴3b,3cは、フォーク2の内部で連通し、互いに異なる面に開口する真空吸着穴3a,3b(3c)は互いに連通せず、それぞれ別の配管13を介して電磁弁14に接続され、それぞれ独立した真空経路を構成する。配管13は、例えばゴム状のチューブで構成され、シャフト軸8からアーム112及び駆動軸114の内部を通り、搬送ロボット110外部に設けられた真空装置の電磁弁14に接続されている。電磁弁14の開閉は、コントローラ104によって制御され、電磁弁14を開閉することにより、ウェーハ50の真空吸着及びリリースを行う。すなわち、コントローラ104と電磁弁14とで、ウェーハ50の保持面(上面)側の真空吸着穴3を開閉する真空経路切替手段を構成する。また、真空経路(真空吸着穴3及び配管14)は真空圧センサ(図示せず)に接続されており、コントローラ104が真空圧センサを監視することにより、ハンド1上にウェーハ50が保持されているか否かの判定が可能である。
【0023】
図5及び図6は、ハンド1がそれぞれ口径の異なるウェーハを真空保持した状態を示す図であり、図5は小口径のウェーハ50aを真空保持した状態を示す図、図6は大口径のウェーハ50cを真空保持した状態を示す図である。
【0024】
図5に示すように、ハンド1は、1つのフォーク2に1つの真空吸着穴3aが開口するA面が上面であるとき、小口径(例えば、直径200mm)のウェーハ50bを保持する。フォークA面には小口径ウェーハ50aを保持するための最適な位置に真空吸着穴3が設置されているため、信頼性の高い小口径ウェーハ50aの保持が可能となる。ウェーハ50を保持するのに最適な真空吸着穴3の位置とは、ウェーハ50を撓ませず、かつ位置ずれを生じさせにくい位置である。具体的には、ウェーハ50は、フォーク2と垂直な方向の中心(中心線1b)よりも先側の半円領域に、フォーク2の先端が位置するように保持され、ウェーハ50のフォーク先端よりも先側の領域の重みにより、ウェーハの撓みが生じたり、真空吸着力よりも大きい重みによりウェーハの位置ずれが生じるのを防ぐ位置である。
【0025】
上位装置108あるいはユーザーの操作より、小口径ウェーハ50aと異なるサイズの大口径ウェーハ50c(例えば、直径450mm)を搬送する指令が実行されると、コントローラ104からモータ4へ指令がなされ、モータ4が回転駆動してフォーク2が180度自転し、フォーク2のB面がウェーハを吸着保持する保持面となる。
【0026】
図6に示すように、1つのフォーク2のB面には2個の真空吸着穴3b,3cが開口しており、それらの真空吸着穴3b、3cは、大口径ウェーハ50cを保持するための最適な位置に真空吸着穴3b,3cが配置されているため、信頼性の高い大口径ウェーハ50cの保持が可能となる。
【0027】
図7は、フォークB面で小口径のウェーハ50aを保持した場合の状態を示す図である。図7に示すように、図7に示すように、小口径のウェーハ50aをフォークB面(真空吸着穴3b,3cの位置が大口径ウェーハ50c用)で保持すると、真空吸着穴3cが小口径ウェーハ50aの外形から外れてしまい、真空圧力が上がらず小口径のウェーハ50aを吸着保持することができない。
【0028】
また、逆に、大口径のウェーハ50cをフォークA面(真空吸着穴の位置が小口径ウェーハ50a用)で保持すると、小口径ウェーハ50aを保持することは可能であるが、ウェーハ搬送ロボット110の動作中に大口径ウェーハ50cのハンド1の根元側がたわんでしまい、大口径ウェーハ50cと機構部10とが接触しゴミの発生原因となってしまう。なお、撓みを最小にするようにウェーハ搬送ロボット110の動作速度を制限することも可能だが、スループットに大きく影響を及ぼしてしまう。
【0029】
つまり、フォークA面には小口径ウェーハ50aの保持に最適な真空吸着穴を設け、フォークB面には大口径ウェーハ50cの保持に最適な真空吸着穴3を設け、ウェーハ50の口径に合わせてフォーク2の保持面を選択し、機構部10によりフォーク2を自転させて最適な保持面でウェーハ50を保持することにより、スループットを落とさず、信頼性の高いウェーハ搬送を可能にしている。
【0030】
なお、フォーク2のB面に開口する真空吸着穴3b,3cについて、真空吸着穴3bをウェーハ吸着用とし、真空吸着穴3cをウェーハの支え保持のみとした場合は、図7のように、フォークB面(大口径ウェーハ50c用の位置)が上面になっている状態において、小口径ウェーハ50aと大口径ウェーハ50cの両方とも保持可能となる。ただし、この場合、真空吸着穴3bと真空吸着穴3cが互いに独立した真空経路を介して電磁弁14に接続される構成とする必要がある。
【0031】
本ハンド1を備える搬送ロボット110及びウェーハ搬送装置100の動作について説明する。ウェーハサイズ切替え指令が上位装置108あるいはユーザー操作により実行されると、指令が実行された時点でコントローラ104は、ウェーハ搬送ロボット110のハンド1のフォーク2上面にウェーハ50が載置しているかどうかを判定する。ウェーハ50の載置判定方法は、ウェーハ搬送ロボット110を停止させた状態で、フォーク2の上面の真空吸着穴3を空吸いさせてウェーハ50の有無を判定する。
【0032】
コントローラ104は、フォーク2上面にウェーハ50が存在すると判定した場合、載置しているウェーハ50の搬送シーケンスを続行させて、FOUP105に収納するまで待つか、強制的にFOUP105を収納させるなど、フォーク2上のウェーハ50の処理をどうするかという指令をユーザーに選択させる。ウェーハ50無しの判定がなされると、コントローラ104は搬送ロボット110のアーム112位置などの現在位置情報を収集し、ハンド1のフォーク2を回転させても干渉など起きない安全な場所に搬送ロボット110が位置しているかを判定する。搬送ロボット110が危険な位置(フォーク2が干渉する位置)にいる判定がされた時は、ハンド1を安全位置に退避させる。フォーク2が自転可能な安全位置にあることが確認されたと判定すると、コントローラ104は機構部10のモータ4に駆動指令を行い、フォーク2をウェーハ50の径に合わせた任意の位置に回転させて指定のウェーハ50を搬送することが可能となる。
【0033】
本実施形態のハンドによれば、1対のフォーク2間の間隔を変えることなく、フォーク2の自転により保持面の真空吸着穴3の位置を変更する構成を備えたことにより、ハンド1を小型、軽量で構成し、かつ、口径の異なるウェーハを撓ませたり位置ずれを生じさせることなく保持することができ、スループットを落とさず、信頼性の高いウェーハ搬送を実現することができる。
【0034】
また、本実施形態では、フォーク2を自転させる機構部10をケース9内に収容した構成とすることにより、モータ4、ベルト5、フォークプーリ6及びシャフト軸8の摩擦等により発生する可能性があるゴミや粉塵をケース9内に留め、ハンド1とウェーハ50の吸着面以外の接触によるゴミの発生や、ウェーハ50の吸着力不足によるウェーハ50の落下や破損を防ぐことができる。
[第二の実施形態]
本発明の第二の実施形態を図8〜図10に基づいて説明する。本実施形態のウェーハ搬送ロボット用ハンド81の基本的な構成部分は、上述した図1のハンド1とほぼ同様であるが、フォーク82がほぼ正三角柱形状に形成され、各側面に開口する真空吸着穴が設けられた点において異なる。
【0035】
図8〜図10は、本実施形態のハンド81の上面図及び断面図であり、特に、図8は小口径のウェーハ50aを保持したときの図、図9は中口径のウェーハ50bを保持したとき図、図10は大口径のウェーハ50cを保持したときの図である。
【0036】
図8〜図10に示すように、本実施形態では、フォーク82は、ほぼ正三角柱形状(断面が正三角形)に形成され、それぞれの側面にはウェーハ50を真空吸着保持させるための真空吸着穴3が設けられている。1本のフォーク82について、3つの側面をそれぞれC面、D面、E面とすると、C面には1つの真空吸着穴3dが形成され、D面には2つの真空吸着穴3e,3fが形成され、E面にはD面とは異なる配置の2つの真空吸着穴3g,3hが形成されている。また、各側面に開口する真空吸着穴3d〜3hは、各側面ごとに互いに独立した真空経路を構成し、それぞれ保持対象とするウェーハ50の口径に最適な位置に配置される。1対のフォーク82,82は互いに同じ構成であり、モータ4の回転によりフォーク82,82が回転したとき、互いに同じ真空吸着穴3が配置された面が上面になるよう構成される。
【0037】
この構成により、図8に示すようにフォーク82のC面が上面にあるとき、小口径ウェーハ50aを最適に保持でき、図9に示すようにフォーク82のD面が上面にあるとき、中口径ウェーハ50bを最適に保持でき、図10に示すように、フォーク82のE面が上面にあるとき、大口径ウェーハ50cを最適に保持できる。
【0038】
また、フォーク82の太さについて、複数枚のウェーハ50はFOUP105内で所定間隔(例えば9mm程度)を空けて保持されているので、フォーク82は、ウェーハ50間の隙間に挿入可能な程度の厚さとしてウェーハ間の間隔よりも十分に細く形成されている。
【0039】
本ハンド81でも、上記のハンド1と同様に、上位装置108或いはユーザー操作により異なるサイズのウェーハを搬送する指令が実行されると、コントローラ104よりハンド81のモータ4へ指令がなされ、搬送されるウェーハ口径に最適な面が上面(保持面)となるようにモータ4が駆動し、フォーク2を60度又は120度自転させることによって、ウェーハ50を撓ませたり位置ずれを生じさせることなく保持することができる。
【0040】
以上、ウェーハ搬送ロボット用のハンドについて説明してきたが、搬送対象はウェーハのみならず、ガラス基板や薄板等を搬送する搬送ロボットのハンドにも適用することができる。また、上述の実施形態では、2種及び3種の口径のウェーハ50を吸着保持可能なハンドについて説明したが、フォークを四角柱以上の多角柱状に形成し、各側面に真空吸着穴3を設けて4種以上の口径の異なるウェーハにも対応することができる。
【符号の説明】
【0041】
1 ハンド
2 フォーク
3 真空吸着穴
4 モータ
5 ベルト
10 機構部
50 ウェーハ
100 ウェーハ搬送装置
104 コントローラ
110 ウェーハ搬送ロボット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられ、ウェーハを吸着保持するための真空吸着穴が設けられたフォークを備えるウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、
前記フォークは、フォーク長手方向を回転軸として自転可能に設けられ、上面が前記ウェーハを保持する保持面を構成し、各保持面には少なくとも1つの真空吸着穴が互いに異なる位置に設けられていることを特徴とするウェーハ搬送ロボット用のハンド。
【請求項2】
請求項1記載のウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、前記フォークは、角柱状或いはプレート状に形成され、前記角柱体の各側面及び前記プレートの両面にそれぞれ少なくとも1つ以上の真空吸着穴が設けられていることを特徴とするウェーハ搬送ロボット用のハンド。
【請求項3】
請求項1又は2記載のウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、前記フォークを自転させるための機構部を備え、該機構部は、モータと、モータの回転を前記フォークへ伝達するベルトとを備えることを特徴とするウェーハ搬送ロボット用のハンド。
【請求項4】
請求項3記載のウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、前記機構部は、前記機構部を前記ウェーハに対して遮断するケース内に収容されていることを特徴とするウェーハ搬送ロボット用のハンド。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか1項記載のウェーハ搬送ロボット用のハンドにおいて、互いに異なる面に開口する前記真空吸着穴は、前記フォーク内部で互いに連通せずに形成されて各々別の真空経路を構成し、真空経路を切り替える真空経路切替手段に接続されていることを特徴とするウェーハ搬送ロボット用のハンド。
【請求項6】
基台と、基台上に設けられ旋回自在かつ伸縮自在なアームと、そのアームの先端に設けられウェーハを保持するハンドとを備えたウェーハ搬送ロボットにおいて、請求項1乃至5のいずれか1項記載のハンドを備えたことを特徴とするウェーハ搬送ロボット。
【請求項7】
ウェーハの搬送先或いは搬送元に取り付けられる筐体と、その筐体に設けられウェーハを収納する容器と、前記容器内のウェーハを搬送先に供給するまたは前記搬送元のウェーハを前記容器に回収するウェーハ搬送ロボットと、搬送されるウェーハの位置及び向きを補正するアライナを備えたウェーハ搬送装置において、請求項6記載のウェーハ搬送ロボットを備えたことを特徴とするウェーハ搬送装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2011−125967(P2011−125967A)
【公開日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−287180(P2009−287180)
【出願日】平成21年12月18日(2009.12.18)
【出願人】(000233549)株式会社日立ハイテクコントロールシステムズ (130)
【Fターム(参考)】