JP2007222967A - 薄物ワーク搬送用のピンセット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハのような薄物ワークを取り扱う場合において、薄物ワークに負圧を作用させる真空吸着と静電気による吸着とを併用し、吸着面とワークとの間で汚染等により吸着保持に問題を生じることのないピンセットを提供する。
【解決手段】吸着面（１４）を有し、該吸着面に沿って真空吸着溝（１６）を設けた、誘電体よりなる吸着パッド本体（１２）と、前記真空吸着溝に連通可能な負圧源と、前記吸着パッド本体の内部に埋め込まれ且つ高圧電源に接続可能な静電気力発生用電極（１８）と、からなることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体シリコンウエハのような薄物ワークを取り扱う技術、特に真空吸着及び静電吸着の両方を利用した薄物ワーク搬送用のピンセットに関する。

従来、半導体装置の製造工程において、半導体シリコンウエハを搬送する場合には、真空ピンセットと吸着治具が一般的に使用されている。これは、半導体ウエハにピンセットの吸着パッド部を接触させ、半導体シリコンウエハを真空圧で吸着保持してハンドリングを行う道具である。

真空ピンセットでは、ピンセットの吸着部全面が半導体ウエハに接触していないと吸着しない。また半導体シリコンウエハと吸着パッドとの間に異物が挟まったりすると、半導体ウエハを吸着しない等の問題点があった。さらに、近年は、半導体シリコンウエハの大口径化にともない、ウエハ自体の質量を大きくなっているため、吸着パッドを大きくする必要が生じている。しかし吸着パッドが大きいと、ピンセット自身が重量物となるため作業性の悪化を招いたり、半導体シリコンウエハとの接触面積が大きくなるために、半導体シリコンウエハが汚染される可能性が高まる等の問題が生じたりする。

半導体シリコンウエハ等の薄物ワークを搬送するピンセットやロボットハンドに関する先行技術として、次のようなものがある。

特許文献１（特開平３−１５５１１号公報）では、薄物ワークを保持するロボットハンドにおいて、保持面に対して静電気を発生する静電気発生装置を設けている。また、薄物ワーク吸着面に負圧吸着孔を設けたロボットハンドにおいて、薄物ワークをロボットハンド保持面に負圧により吸着し、次いでロボットハンドを金型内の所定位置へ移動し、移動の前後にかけてロボットハンドの静電気発生装置により薄物ワークに静電気を付与し、薄物ワークを金型に吸着させるようにしている。

特許文献２（特開平９−１３９４２０号公報）では、真空ピンセットにおいて、製品にダメージを与える静電気の発生を抑制し、偏平な吸着流路を確保するため、吸着アダプターに、耐熱及び耐薬品性で帯電圧の小さい合成樹脂を用いている。また、吸着アダプターは軸心に吸引流路が穿設されて先端には吸着チップの吸着口に連通する開口を備えた偏平な筒状体を射出成形により作製している。

特許文献３（特開２００４−１５３１５７号公報）では、薄型半導体ウエハの搬送時、操作時に容易な取り扱いを伴ってウエハの品質を保持できる真空ピンセットを得るため、それぞれに通気孔が設けられた複数の吸着パッドを設け、それぞれの通気孔を空気の流れを調節可能な通気配管に連結している。

特許文献４（特開２００４−３５８５６２号公報）には、ハンドリング対象物と保持面との平行精度を高めることのできる静電保持装置が開示され、電極面を保持面として、電極面へ所定の電圧を印加して保持対象物を静電気力により接触的に保持して又は非接触的に浮上させて保持する。保持面を支持する電極支持体は、保持面の傾きをハンドリング対象物の面に平行とするように機能する姿勢制御機構を備えている。

なお、特許文献２に記載されている真空ピンセットに類似する、偏平な吸着流路を有する従来の真空ピンセットについて、図１及び図２に参照して説明する。図１に示す真空ピンセットの吸着パッド１は、合成樹脂からなり、アーム部２と一体的に構成されている。吸着パッド１の吸着面３には、一端で互いに連通する複数の吸引流路４が平行に形成されており、一端部において、真空孔５に連通している。

図２は図１における従来の真空ピンセットの使用例を示したものである。この真空ピンセットはロボットハンド７に保持されており、半導体シリコンウエハ６のような薄型ワークを保持しようとする時は、ロボットハンド７により真空ピンセットの吸着パッド１が薄型ワークの面に接触する位置にまで移動される。吸着パッド１の吸着面３が薄型ワーク６に接触すると、真空孔に５に負圧が作用し、吸着流路４により吸着面３に真空吸引力が発生し、薄型ワーク６を保持することができる。

特開平３−１５５１１号公報 特開平９−１３９４２０号公報 特開２００４−１５３１５７号公報 特開２００４−３５８５６２号公報

上述のように、図１及び２に示した従来技術において、繊細でゴミやほこり等の異物や汚染物を嫌う薄型の半導体シリコンウエハのような薄型ワークをハンドリング対象物とする場合、真空吸着を利用した真空ピンセットでは、ピンセットの吸着部全面が半導体ウエハに接触していないと真空圧が薄物ワーク面に対して適切に作用せず吸着しないこととなり、半導体シリコンウエハと吸着パッドとの間に異物が挟まったりすると、半導体ウエハを吸着しない、半導体ウエハが汚染される等の問題点があった。

また、特許文献１のように、薄物ワーク吸着面に負圧吸着孔を設け真空吸着により薄物ワークを保持すると共に、ロボットハンドの静電気発生装置により薄物ワークに静電気を付与するロボットハンドにおいても、静電気を発生するためのタングステン線が、吸着面に露出しているため、吸着面と薄物ワークとの間に汚染物質が介入するおそれがある。

そこで、本発明では、半導体シリコンウエハのような薄物ワークを取り扱う場合において、薄物ワークに負圧を作用させる真空吸着と静電気による吸着とを併用し、且つ吸着面とワークとの間で汚染等による吸着保持に問題を生じることのない半導体シリコンウエハのような薄物ワーク搬送用のピンセットを提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、吸着面を有し且つ該吸着面に沿って真空吸着溝を設けた誘電体よりなる吸着パッド本体と、前記真空吸着溝に連通可能な負圧源と、前記吸着パッド本体の内部に埋め込まれた静電気力発生用電極と、前記電極に接続可能な高圧電源と、を含むことを特徴とする薄物ワーク搬送用のピンセットが提供される。

このように、本発明では、真空による吸着作用の他に、静電気力による吸着作用を併用しているので、半導体シリコンウエハのような薄型ワークに対し部分的に吸着パッドの吸着面が接触している場合であっても、吸着保持が可能となる。また、吸着力を相対的に大きくすることができるので、薄型ワークの大きさに対して吸着パッドの吸着面が比較的小さなものであっても、吸着保持が可能となる。更に、静電気力発生用の電極が吸着パッド本体の内部に埋め込まれているので、半導体シリコンウエハのような薄型ワークを操作する場合において、当該薄型ワークを汚染する可能が少なくなる。

静電気力発生用の電極は、吸着パッド本体内部に前記真空吸着溝の背後に前記吸着面と略平行にかつ並列配置されて埋め込まれた平坦状の双極の電極であることを特徴とする。このように静電気力発生用の電極を真空吸着溝の背後に配置することにより、吸着面の全面に対して静電吸着力を均一かつ有効に作用させることができる。

静電気力発生用の電極は、吸着パッド本体内部に前記真空吸着溝の背後に前記吸着面と略平行に埋め込まれた単極の電極であり、他方の電極は前記吸着面の周囲に線状に埋め込まれたもので複数箇所で前記吸着面に露出している接触パッドを具備することを特徴とする。このように静電気力発生用の電極を、複数箇所で吸着面に露出させて接触パッドを構成すことにより、薄型ワークを吸着保持する際に、接触パッドが薄型ワークの表面に接触するので、薄型ワークに対して有効に静電吸着力を及ぼすことができる。

前記吸着パッド本体を構成する誘電体は、アルミナ等のセラミック、又はポリイミド、ポリエステル等の樹脂からなることを特徴とする。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３は本発明による薄物ワーク搬送用のピンセットの概略図、図４（ａ）は本発明によるピンセットを吸着パッドの吸着面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

本発明のピンセット１０の吸着パッド本体１２は、静電吸着用の誘電体材料で構成されており、アルミナ等のセラミックでも良く、或いはポリイミド、ポリエステル等の樹脂でも良い。誘電体材料が樹脂からなる場合は、樹脂成形体として構成されたもの、或いはフィルム状に成形されたもののいずれでも良い。

吸着パッド本体１２を構成する静電吸着用の誘電体材料は、クーロン力を発現する高抵抗体（比抵抗が例えば１０¹⁶Ω・ｃｍより大きいもの）であっても良く、或いはジョンスン-ラーベック力による低抵抗体（比抵抗が例えば１０¹⁰Ω・ｃｍ程度のもの) であっても良い。

吸着パッド本体１２の吸着面１４は平坦な面として形成される。この吸着面１４に沿って空気吸引流路としての真空吸着溝１６が設けられている。真空吸着溝１６は、図４（ａ）に示すように、横方向（Ｃ−Ｃ断面）に４列、縦方向（Ｂ−Ｂ断面）に５列それぞれ略平行に並んでおり、それぞれの交差部にて互いに連通している。ただし、図４に示す真空吸着溝１６の配置構成はほんの一例であって、縦横方向に設ける真空吸着溝１６の数は適宜選定することができる。また、真空吸着溝１６の形状についても、波形状、同心円形状等種々の形態とすることが可能である。

真空吸着溝１６は吸着パッド本体１２の基端部に設けられた真空孔２４を経由して負圧源（図示せず）に連通されている。真空孔２４に連通する負圧経路には、適当なバルブ（図示せず）等が配置されており、真空吸着溝１６を介して吸着面１４に作用する負圧吸引力を制御できるようになっている。なお、負圧経路はアーム部２０内に埋め込まれるように設けてもよい。

吸着パッド本体１２の内部には、静電気力発生用の電極１８が埋め込まれている。この電極１８は、例えば、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、例えば、吸着パッド本体１２内部において、真空吸着溝１６の背後に、吸着面１４と略平行に埋め込まれた平坦状電極からなる。このような電極１８は、例えば、タングステン等のメタライズ面として、吸着パッド本体１２の内部に平坦状に配置することができる。

静電気力発生用の電極１８は、例えば、アーム部２０内の配線２２を介して、静電気力発生用の電源（図示せず）に接続される。

静電気力発生用の電源（図示せず）は、例えばピンセット本体にＤＣ−ＤＣコンバーターを内蔵したもので良い。この場合、例えば、数ボルトの電圧発生電池（例えば、ボタン型電池）とするのが好適である。或いは、静電気力発生用の電源（図示せず）は、直流の高電圧を発生するものであっても良い。

ピンセット１０の吸着パッド本体１２の寸法は、操作搬送する薄型ワークが直径８〜１２インチ（２０ｃｍ〜３０ｃｍ）半導体シリコンウエハである場合は、例えば図４（ｃ）に示すように、厚さが約１ｍｍ、吸着面１４から電極１８までの寸法が約０．５ｍｍ、吸着面１４に設けた真空吸着溝１６は、溝幅が１〜２ｍｍ、深さが０．０１〜０．０５ｍｍ程度で、ウエハと溝以外の部分との接触面積が全体の接触面積に対して５０％程度となるようにするのが好適である。

また、ピンセット１０の吸着パッド本体１２はアーム部２０と一体的に構成されており、アーム部２０は、前述の従来技術と同様、ロボットハンド（図示せず）に保持されており、半導体シリコンウエハのような薄型ワークを保持しようとする時は、ロボットハンドにより真空ピンセット１０の吸着パッド本体１２が薄型ワークの面に接触する位置にまで移動される。

吸着パッド本体１２の吸着面１４が薄型ワークの面に接触すると、真空孔２４に負圧を作用させ、同時に、電極１８に接続されている静電気力発生用の電源をスイッチ・オンし、吸着面１４に真空吸引力と共に静電気による吸着力を発生させて、薄型ワークを保持する。

図５は、本発明のピンセット１０の吸着パッド本体１２、特に静電気力発生用の電極１８の配置に関する２種類の実施態様を示したものである。図５（ａ）は、静電気力発生用の電極を、平坦状の双極の電極１８ａ、１８ｂとし、吸着パッド本体１２内部に真空吸着溝１６の背後に吸着面１４と略平行に並列して埋め込んだものである。このように静電気力発生用の電極を真空吸着溝の背後に配置することにより、薄型ワーク６を吸着保持する際に吸着面１４に対して静電吸着力を均一かつ有効に作用させることができる。

一方、図５（ｂ）は、静電気力発生用の電極１８ａを、吸着パッド本体内部に真空吸着溝１６の背後に吸着面１４に対して略平行に埋め込まれた単極の電極として構成し、他方の極１８ｂを吸着面１４の周囲に線状に埋め込んでいる。そして、この他方の極１８ｂは複数箇所で吸着面に露出している接触パッド２６を具備している。このように静電気力発生用の電極を、複数箇所で吸着面に露出させて接触パッド２６を構成すことにより、薄型ワーク６を吸着保持する際に、接触パッド２６が薄型ワーク６の表面に接触するので、薄型ワーク６に対して有効に静電吸着力を及ぼすことができる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、誘電体よりなる吸着パッド本体の吸着面に沿って真空吸着溝を設けると共に、吸着パッド本体の内部に静電気力発生用の電極を埋め込むことにより、真空による負圧吸着作用の他に、静電気力による吸着作用を併用しているので、半導体シリコンウエハのような薄型ワークに対し部分的に吸着パッドの吸着面が接触している場合であっても、吸着保持が可能となる。

また、真空による吸着作用と静電気力による吸着作用を併用しているので、吸着力を相対的に大きくすることができ、薄型ワークの大きさに対して吸着パッドの吸着面が比較的小さなものであっても、吸着保持が可能となる。更に、静電気力発生用の電極が吸着パッド本体の内部に埋め込まれているので、半導体シリコンウエハのような薄型ワークを操作する場合において、当該薄型ワークを汚染する可能が少なくなる。

従来の真空吸着式のピンセットの吸着パッドの平面図である。 従来の吸着パッドにより半導体シリコンウエハを操作する状態を示す。 真空吸着と静電吸着を併用した本発明によるピンセットの吸着パッドの概略図である。 本発明の吸着パッドの１実施形態の平面図、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ断面図である。 本発明の吸着パッドの静電気力発生用の電極の配置例を示す。

符号の説明

１０ ピンセット
１２ 吸着パッド本体
１４ 吸着面
１６ 真空吸着溝
１８ 静電気力発生用の電極
２０ アーム部
２２ 配線
２４ 真空孔
２６ 接触パッド

Claims (4)

1. 吸着面を有し且つ該吸着面に沿って真空吸着溝を設けた誘電体よりなる吸着パッド本体と、
   前記真空吸着溝に連通可能な負圧源と、
   前記吸着パッド本体の内部に埋め込まれた静電気力発生用電極と、
   前記電極に接続可能な高圧電源と、
   を含むことを特徴とする薄物ワーク搬送用のピンセット。
2. 静電気力発生用電極は、吸着パッド本体内部に前記真空吸着溝の背後に前記吸着面と略平行にかつ並列配置されて埋め込まれた平坦状の双極の電極であることを特徴とする請求項１に記載のピンセット。
3. 静電気力発生用電極は、吸着パッド本体内部に前記真空吸着溝の背後に前記吸着面と略平行に埋め込まれた単極の電極であり、他方の電極は前記吸着面の周囲に線状に埋め込まれたもので複数箇所で前記吸着面に露出している接触パッドを具備することを特徴とする請求項１に記載のピンセット。
4. 前記吸着パッド本体を構成する誘電体は、アルミナ等のセラミック、又はポリイミド、ポリエステル等の樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のピンセット。

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