JP2006135157A - 基板保持装置及び基板の取り出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着面に基板を吸着する基板保持装置において、基板の取り出しを容易にする。
【解決手段】 上面に平板状の基板の裏面と接触する吸着領域が形成され基板を吸着領域に載置して保持する保持台２と、保持台の吸着領域に開口する第１の開口１１及び吸引装置に連通し基板を吸着領域に吸引するため吸引用経路３３を備える基板保持装置において、保持台の吸着領域上の一部領域に開口する第２の開口１２に連通する吹き出し用経路３４と、基板の一部領域上の部分が保持台表面から離れるように基板を傾かせて浮上させ、基板の傾きによって前記基板が移動するように、吹き出し用経路を通して空気を第２の開口１２から吹き出す空気供給装置３０と、保持台２に設けられ、吸着領域に沿って移動する基板１００を、少なくとも基板の一部分が吸着領域から外れるような位置で係止する係止部１３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板を保持する基板保持装置に関し、特に、真空吸着により基板を保持するものに関する。

従来、例えば、特許文献１などにおいて、半導体製造装置、測定装置、検査装置などにおいて、シリコンウエハなどの基板をバキュームチャックによる真空吸着によって吸着面表面に固定して保持する基板保持装置が提案されている。

これらの基板保持装置は、吸着面に吸引のための孔を有し、基板を吸着面に載置した状態で当該孔から基板の裏面を吸引することによって、当該基板を吸着面に保持するものである。このような基板保持装置において、特許文献２のような基板の表面への実装などの処理が終了した後、基板を吸着面から剥離して取り外すために吸引を停止させる。
特開平９−２２５７６８号公報 特許第３４４９１３９号公報

しかし、このような装置では、基板の吸着をより強固にするために、吸着面を平滑に処理し、基板裏面との密着性をより高くするように構成すると、基板が吸着面に密着して取り出しが困難な場合があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、吸着面に基板を吸着する基板保持装置において、基板の取り出しを容易に行うことができる基板保持装置及び基板の取り出し方法を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の基板保持装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、上面に平板状の基板の裏面と接触する吸着領域が形成され前記基板を前記吸着領域に載置して保持する保持台と、前記保持台の前記吸着領域に開口する第１の開口及び吸引装置に連通し前記基板を前記吸着領域に吸引するため吸引用経路を備えた基板保持装置であって、
前記保持台の吸着領域上の一部領域に開口する第２の開口と、
前記第２の開口に連通し、前記基板の前記一部領域上の部分が前記保持台表面から離れるように前記基板を傾かせて浮上させ、前記基板の傾きによって前記基板が移動するように空気供給装置から吹き出された空気を導入する吹き出し用経路と、
前記保持台に設けられ、前記吸着領域に沿って移動する前記基板を、少なくとも前記基板の一部分が前記吸着領域から外れるような位置で係止する係止部と、を備えることを特徴とする、基板保持装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記第２の開口が設けられている前記一部領域は、前記吸着領域の中央部分に対して前記基板の反移動方向側の領域である第１態様の基板保持装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記吸引用経路は、前記空気供給装置と空気を吸引する前記吸引装置とを切り替え可能に接続する切替弁に連通し、前記切替弁は、前記基板を前記吸着領域に吸着するときは前記吸引手段に接続すると共に、前記空気供給装置から前記吹き出し用経路を通して空気を吹き出すときは前記基板の裏面に前記第１の開口から空気を吹き付け可能に前記空気供給装置に接続することを特徴とする、第１又は第２態様の基板保持装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記係止部は、前記第２の開口が設けられている領域に対して前記吸着領域の中央部分と対向する位置に設けられていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つに記載の基板保持装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、前記係止部は、前記保持台の上面の前記吸着領域の外側に設けられている、係止用突起であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の基板保持装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記保持台は、前記吸着領域の外側に、前記係止部によって係止された基板を取り出すための切り欠きを備えることを特徴とする、第１から第５態様のいずれか１つの基板保持装置を提供する

本発明の第７態様によれば、前記第２の開口は、前記保持台上面の垂直方向に対して傾いた方向に前記空気を吹き出すように構成され、
前記基板は、前記空気によって押し出されることによって前記空気の吹き出し方向側に移動する第１から第６態様のいずれか１つの基板保持装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、吸着用の第１の開口と空気吹き出し用の第２の開口を有する保持台の吸着領域に、その裏面が接触し、前記吸着領域に設けられている第１の開口から吸引されて前記吸着領域に吸着されている基板を、前記吸着領域から取り外す基板の取り出し方法であって、
前記第１の開口からの前記基板の吸引を停止させ、
前記基板の裏面の一部分の吹き付け圧が強くなるように前記第２の開口から空気を吹き付けることによって、前記開口から吹き付けられた空気により、基板を前記吹き付け圧が強い部分が前記保持台表面から離れるように傾かせて浮上させ、
前記基板の傾きにより、前記基板を前記保持台表面に沿って前記基板の取り出し位置まで移動させてから前記基板を前記保持台から取り外すことを特徴とする、基板の取り出し方法を提供する。

本発明の第９態様によれば、前記取り出し位置まで移動した基板が係止用突起に当接することよって前記取り出し位置に係止させた後に前記基板を前記保持台から取り外すことを特徴とする、第８態様に記載の基板の取り出し方法を提供する。

本発明の第１０態様によれば、前記基板の裏面に吹き付けられる空気を、前記保持台上面の垂直方向に対して傾いた方向に吹き付けることにより、前記基板を前記空気によって押し出して前記空気の吹き出し方向に移動させることを特徴とする、第８又は第９態様の基板の取り出し方法を提供する。

本発明の第１態様及び第８態様によれば、保持台に吸引された基板の裏面に第２の開口を通して空気を吹き出し当該第２の開口が設けられている。第２の開口は、吸着領域の一部分に集められて形成されていることが好ましいが、後述する基板を浮上させることができるのであれば、複数箇所に配置されていてもよい。第２の開口から吹き出した空気によって、基板の一部領域が保持台表面からより離れるように基板が傾いて浮上するため、当該傾きにより、基板を移動させることができる。また、係止部は、移動した基板を吸着領域から基板の一部が外れるような位置に基板を係止させるため、当該吸着領域から外れた部分から、基板を容易に取り出すことができる。

本発明の第２態様によれば、第２の開口が設けられている部分が保持台から高くなる方向に基板が傾いて浮上するので、当該基板が傾き方向に移動する。すなわち、吸着領域の中央部分に対して、基板の移動方向の反対側に第２の開口を設けることにより、基板の移動方向の制御を容易に行うことができる。

本発明の第３態様によれば、基板取り出し時において、吸着に用いられる第１の開口から空気を吹き出すことにより、基板の保持台との密着を解消することができると共に、基板を浮上させる応力を及ぼすことができるので、第２の開口からの空気吹き出しによる基板の移動を容易にすることができる。

本発明の第４態様によれば、係止部を第２の開口が設けられている領域に対して、吸着流域の中央部分に対向する位置に設けることにより、位置移動した基板を確実に係止することができる。なお、係止部の構成としては、基板を確実に係止することができるものであれば、特に限定されるものではないが、保持台の上面の吸着領域の外側に設けられている突起で構成すれば、係止部の構成を簡単にすることができる。

本発明の第６態様によれば、保持台に切り欠きを設けることにより、当該切り欠きに基板取出用のチャックなどの先端部分を挿入することができ、基板を傷つけることなく容易に基板を取り出すことができる。

本発明の第７態様及び第１０態様によれば、空気を保持台上面の垂直方向に対して傾いた方向に吹き出すように、第２の開口を傾けて構成することにより、当該傾いた方向に基板が移動しやすくなり、基板の移動を容易にすることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る基板保持装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる基板保持装置の外観構成を示す模式図である。図２は、図１の基板保持装置のステージの平面図である。基板保持装置１は、平板上の基板としてのウエハ１００に何らかの処理を行う場合に、ウエハ１００をその表面に吸引保持する装置である。基板保持装置１は、電子部品を基板に搭載する電子部品搭載装置において基板を保持するために用いると、電子部品の押圧によって吸着面に密着した基板を取り外しやすくなるので好適である。

基板保持装置は、図１に示すように、その上面でウエハを真空チャックする保持台としてのステージ２と、当該ステージ２を加熱するためのヒーターブロック３を備える。ステージは、上面の中央部分にウエハを真空チャックする略円形状の吸着領域１０を備える。また、ステージ上面の吸着領域１０を除く部分は、ウエハの吸着がなされない非吸着領域２０を形成する。

図２に示すように、非吸着領域２０には、後述するウエハの取り出しの際に、ウエハ１００がステージ２から落下することを防止するために、基板を係止する係止部としての係止用突起であるストッパ１３が吸着領域の周囲に複数設けられている。また、ステージの非吸着領域２０の縁部には、ウエハ１００の取り出しを行う場合に、ウエハ１００の表面を挟んで保持する搬送用チャック（図示なし）の爪の先端部分を差し込む切り欠き１４が設けられている。切り欠きは、非吸着領域２０のステージ２の縁部に設けられた凹部により形成されている。

図２に示すように、吸着領域１０には、細くて浅い溝からなる真空吸引溝１１が複数の同心円状及び放射状に形成される。真空吸引溝は、当該溝の奥に形成された本発明の第１の開口の例としての開口を備えており、当該開口が、後述する吸引用経路に連通する。また、吸着領域１０の中央に対して切り欠き１４と対向する領域には、同心円状に設けられた真空吸引溝１１の間に、本発明の第２の開口の例としての空気吹出開口１２が設けられている。

真空吸引溝１１及び空気吹出開口１２は、それぞれ、吸引ポンプなどの吸引装置４０及び空気ブロア、正圧エアー源などの空気供給装置３０に接続されている。

真空吸引溝１１は、図３Ａに模式的に示すように、ステージ２内部に配設されている吸引用経路３３に連通し、流量調整装置７、第１切替弁４を介して、吸引装置４０に連通する。流量調整装置７は、例えば、絞り弁などで構成されており、配管９を流れる空気の量を調整する。第１切替弁４は、吸引用経路３３に連通する配管９を、吸引装置４０側の配管４１と後述する空気供給装置側の配管３１との間で切り替える。第１切替弁４が配管９と配管４１とを接続している場合は、吸引装置４０が駆動することにより、吸引用経路３３及び第１切替弁４を通って空気が吸引され、ウエハ１００を吸着領域２０に吸着する。一方、第１切替弁４が配管９と空気供給装置側の配管３１とを接続している場合は、空気供給装置３０が駆動することにより、真空吸引溝１１から空気が吹き出される。

空気吹出開口１２は、ステージ２内部に設けられている吹き出し用経路３４に接続し、流量調整装置６、第２切替弁５を介して、空気供給装置３０に接続する。第２切替弁５は、吹き出し用経路３４に連通する配管５２に連通する配管を、空気供給装置側の配管３１と大気開放されている配管５１との間で切り替える。流量調整装置６は、例えば、絞り弁などで構成されており、配管５２を流れる空気の量を調整する。第２切替弁５が、配管５２と配管３１とを接続している場合は、空気供給装置が駆動することにより、吹き出し用経路３４を通って、空気吹出開口１２から空気が吹き出される。一方、第２切替弁５が、配管５２と配管５１とを接続している場合は、配管内及び吹き出し用経路３４内の圧力は、大気圧に保たれる。

本基板保持装置１により、ウエハ１００を保持、取り出しするには、下記の工程による。まず、図３Ａに示すように、基板保持装置１のステージ上面の吸着領域１０にウエハ１００を配置する。このとき、ウエハ１００を真空吸引溝１１がすべて覆われるように載置する。ウエハ１００のステージ２上への載置には、図示しない基板搬送装置などが用いられる。

次いで、図３Ａに示すように、第１切替弁４を配管４１側に接続すると共に、第２切替弁５を配管５１側に接続した状態において、吸引装置４０を駆動させる。これにより、吸引装置４０により配管９，４１及び吸引用経路３３内が真空排気され、その負圧によって真空吸引溝１１上に配置されているウエハ１００がステージ上面の吸着領域１０に吸着される。

この状態において、ウエハ１００の表面にヘッド５０で電子部品２００を搭載する実装などを行う処理を行うことができる。ウエハ１００への処理が終了すると、ウエハ１００の取り出しの工程に移行する。ウエハ１００の取り出し工程においては、第１切替弁４を配管３１側に切り替え、空気供給装置３０から配管９及び吸引用経路３３に空気を供給する。これにより、真空吸引溝１１から空気が吹き出される。ウエハ１００は、吹き出される空気によって、ステージ上面の吸着領域１０からの吸着が解除される。ウエハ１００がステージ２の吸着領域に密着している状態を解除できる程度の空気を供給するために、流量調整装置７により、真空吸引溝１１から吹き出す空気の量を調整する。なお、このとき、ヒーターブロック３により吸引用経路３を通る空気を加熱し、ウエハ１００が冷却しないようにしてもよい。なお、第２切替弁は、配管３１側に接続されていないため、空気供給装置３０から供給された空気は、すべて吸引用経路３３側に供給される。

次いで、図３Ｃに示すように、第２切替弁５を配管５２側へ切り替える。なお、このとき、ヒーターブロック３により吹き出し用経路３４を通る空気を加熱して、ウエハ１００が冷却しないようにしてもよい。これにより空気供給装置３０からの空気は、配管５２および吹き出し用経路３４を通って、空気吹出開口１２から吹き出される。空気吹出開口１２は、吸着領域１０の一部分にのみ設けられているため、これにより、ウエハ１００がステージ２に接触している接触面に吹き付けられる空気の圧力に分布が生じ、空気吹出開口１２が設けられている部分の吹き付け圧（接触面とステージ表面との間の圧力）が大きくなる。ウエハ１００は、吹き付け圧が大きくなった部分が、ステージ２の表面からより離れるように傾いて浮上する。

部分的に吹き付け圧が大きくなることにより、ウエハ１００が傾斜した状態でステージ２上から浮上すると、当該傾きにより、矢印７１に示すように、ウエハ１００が傾いている方向、すなわち、空気吹出開口１２が設けられている部分に対して、吸着領域１０の中央方向に移動を開始する。なお、流量調整装置６，７は、空気吹出開口１２が設けられている部分の吹き付け圧が強くなり、ウエハ１００が移動できる程度に、配管９，５２を流れる空気の量を調整する。

上述のように、吹き出した空気により、ウエハ１００がステージ２上の吸着領域１０から非吸着領域２０へ移動する。ウエハ１００の移動方向には、上述のように、切り欠き１４が設けられているため、図３Ｄに示すように、切り欠き１４の上方にウエハが移動する。ステージ２上の切り欠き１４の近傍には、突状のストッパ１３が設けられているため、ウエハがストッパ１３に当接し、ウエハ１００の移動が制限される。したがって、ウエハ１００の移動により、ウエハ１００がステージ２上から落下することを防止することができる。なお、非吸着領域２０には、真空吸引溝１１が設けられておらず、また、ウエハ１００の移動により空気吹出開口１２の上方に位置するウエハ１００の領域が少なくなるため、ウエハ１００の移動に伴って、ウエハ１００の移動に及ぼす推力が減少する。なお、ウエハ１００の移動距離は、空気吹出開口１２からの空気の吹出圧力を調節することによって、調整することができる。

ウエハ１００の移動が終了すると、切り欠き１４により、ウエハ１００の下面にチャックの爪を挿入するスペースが形成されているため、当該切り欠き１４にチャックを挿入することにより、ウエハ１００を傷つけることなく容易に取り出すことができる。

なお、上述のウエハ１００を保持、取り出しの工程において、第１切替弁４、第２切替弁５の切替動作、流量調整装置６，７の空気流量の調整動作、吸引装置４０、空気供給装置３０の駆動制御に関しては、図示しない制御部により行うようにしてもよい。制御部は、ウエハ１００の位置、吸引用経路３３及び吹き出し用経路３４内の圧力などの検出結果に基づいて、上記各部材の制御を行う。

図４は、本発明にかかる基板保持装置の変形例を示す図である。図４にかかる基板保持装置は、図１に示す基板保持装置１と大部分の構成を共通にするが、空気吹出開口１２の構成において異なる。図４の基板保持装置は、空気吹出開口１２から吹き出される空気が、ステージ２の上面の法線方向に対してウエハ１００の移動方向側に傾いて吹き出されるように構成されている。

このように空気吹出開口１２が設けられていることにより、ウエハ１００を取り外す場合に、空気を吹き出すと、ウエハが傾くことによって、移動する力に加えて、空気吹出開口からの傾いて吹き出される空気によって、その傾き方向側への応力を受け、空気の吹出方向側へ移動しやすくなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる基板保持装置は、真空吸着によりステージ表面に密着したウエハ１００を取り出す場合に、ウエハ１００のステージ２の接触面に空気を吹き出すことによって、両者の密着を解除すると共に、ウエハの上記接触面に部分的に吹き付け圧の分布を生じさせて、ウエハ１００を傾けて浮上させ、その傾きによって、ウエハを移動させることができる。また、ウエハ１００の移動方向には、ステージ２上に切り欠きが設けられており、当該切り欠きの上までウエハ１００が移動することにより、当該切り欠きにチャックの爪を挿入して、ウエハを傷つけることなく容易に取り出すことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、ステージに設けられる、吸着のための開口（本実施形態においては、真空吸引溝１１）及び基板を移動させるための開口（本実施形態においては、空気吹出開口１２）は、本実施形態において示した以外に種々の構成をとることができる。例えば、真空吸引溝１１を設けることなく、ステージ上面に直接基板吸着のための開口を設け、当該開口を吸引用経路３３に直接連通させることもできる。

また、上記実施形態においては、ウエハの取り出しのための切り欠き１４を設け、ウエハを当該切り欠きの上方にまで移動させて、当該、切り欠きに搬送用チャックの爪の先端部分を挿入して、ウエハを取り出すように構成しているが、これに限るものではない。例えば、ウエハの移動を停止させるストッパの位置を調整し、ウエハの一部がステージからはみ出すような位置にウエハを停止させることにより、搬送用チャックによってウエハを挟持しやすくすることもできる。

また、例えば、上記実施形態では、ウエハの取り出し工程において、真空吸引溝１１から空気を吹き出してウエハ１００とステージとの密着を一端解除した後、空気吹出開口１２から空気を吹き出して、ウエハ１００を移動させるようにしているが、両者から同時に空気を吹き出すようにしてもよい。

また、ウエハ１００を移動させる場合において、真空吸引溝１１と空気吹出開口１２の両方から空気を吹き出すようにしているが、よりウエハの吹き付け圧の分布の差を大きくするため、真空吸引溝１１からの空気の吹出を停止してもよい。また、吸引用経路と吹出用経路を共通にしてもよい。この場合、第１の開口よりも第２の開口の数や面積を大きくするとよい。

なお、上記実施形態では、ウエハ１００を保持、取り出しする場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、プラスチックなどの薄い基板、ガラス基板、金属基板などに用いることができる。

本発明の実施形態にかかる基板保持装置の外観構成を示す模式図である。 図１の基板保持装置のステージの平面図である。 図１の基板保持装置の動作説明図であり、ウエハを保持している状態を示す図である。 図１の基板保持装置の動作説明図であり、ウエハの密着を解除している状態を示す図である。 図１の基板保持装置の動作説明図であり、ウエハを移動させる状態を示す図である。 図１の基板保持装置の動作説明図であり、ウエハを取り出す状態を示す図である。 図１の基板保持装置の変形例を示す部分拡大図である。

符号の説明

１ 基板保持装置
２ ステージ
３ ヒーターブロック
４ 第１切替弁
５ 第２切替弁
６、７ 流量調整装置
１０ 吸着領域
１１ 真空吸引溝
１２ 空気吹出開口
２０ 非吸着領域
３０ 空気供給装置
３３ 吸引用経路
３４ 吹き出し用経路
４０ 吸引装置

Claims (10)

1. 上面に平板状の基板の裏面と接触する吸着領域が形成され前記基板を前記吸着領域に載置して保持する保持台と、前記保持台の前記吸着領域に開口する第１の開口及び吸引装置に連通し前記基板を前記吸着領域に吸引するため吸引用経路を備えた基板保持装置であって、
   前記保持台の吸着領域上の一部領域に開口する第２の開口と、
   前記第２の開口に連通し、前記基板の前記一部領域上の部分が前記保持台表面から離れるように前記基板を傾かせて浮上させ、前記基板の傾きによって前記基板が移動するように空気供給装置から吹き出された空気を導入する吹き出し用経路と、
   前記保持台に設けられ、前記吸着領域に沿って移動する前記基板を、少なくとも前記基板の一部分が前記吸着領域から外れるような位置で係止する係止部と、を備えることを特徴とする、基板保持装置。
2. 前記第２の開口が設けられている前記一部領域は、前記吸着領域の中央部分に対して前記基板の反移動方向側の領域であることを特徴とする、請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記吸引用経路は、前記空気供給装置と空気を吸引する前記吸引装置とを切り替え可能に接続する切替弁に連通し、前記切替弁は、前記基板を前記吸着領域に吸着するときは前記吸引手段に接続すると共に、前記空気供給装置から前記吹き出し用経路を通して空気を吹き出すときは前記基板の裏面に前記第１の開口から空気を吹き付け可能に前記空気供給装置に接続することを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板保持装置。
4. 前記係止部は、前記第２の開口が設けられている領域に対して前記吸着領域の中央部分と対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の基板保持装置。
5. 前記係止部は、前記保持台の上面の前記吸着領域の外側に設けられている、係止用突起であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の基板保持装置。
6. 前記保持台は、前記吸着領域の外側に、前記係止部によって係止された基板を取り出すための切り欠きを備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の基板保持装置。
7. 前記第２の開口は、前記保持台上面の垂直方向に対して傾いた方向に前記空気を吹き出すように構成され、
   前記基板は、前記空気によって押し出されることによって前記空気の吹き出し方向側に移動することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の基板保持装置。
8. 吸着用の第１の開口と空気吹き出し用の第２の開口を有する保持台の吸着領域に、その裏面が接触し、前記吸着領域に設けられている第１の開口から吸引されて前記吸着領域に吸着されている基板を、前記吸着領域から取り外す基板の取り出し方法であって、
   前記第１の開口からの前記基板の吸引を停止させ、
   前記基板の裏面の一部分の吹き付け圧が強くなるように前記第２の開口から空気を吹き付けることによって、前記開口から吹き付けられた空気により、基板を前記吹き付け圧が強い部分が前記保持台表面から離れるように傾かせて浮上させ、
   前記基板の傾きにより、前記基板を前記保持台表面に沿って前記基板の取り出し位置まで移動させてから前記基板を前記保持台から取り外すことを特徴とする、基板の取り出し方法。
9. 前記取り出し位置まで移動した基板が係止用突起に当接することよって前記取り出し位置に係止させた後に前記基板を前記保持台から取り外すことを特徴とする、請求項８に記載の基板の取り出し方法。
10. 前記基板の裏面に吹き付けられる空気を、前記保持台上面の垂直方向に対して傾いた方向に吹き付けることにより、前記基板を前記空気によって押し出して前記空気の吹き出し方向に移動させることを特徴とする、請求項８又は９に記載の基板の取り出し方法。

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