JP2008047700A - 保持装置及び基板受け渡し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の保持性を高められ、ダストが発生せず、生産性に優れ、基板の受け渡しを円滑に行うことができる保持装置及び基板受け渡し方法を提供する。
【解決手段】搬送機構のハンド１１の基板支持面１１ａの少なくとも一部に、電圧の大きさによって粘着力が可変な機能性粘着素子からなる保持部１３を配置し、基板Ｗを搬送するときは、上記機能性粘着素子の粘着力で基板Ｗを保持し、ステージ１２へ基板Ｗを移載するときは、上記機能性粘着素子の粘着力を消失させる。一方、ステージ１２の上面から上方へ突出可能なリフターピン１４の先端部にも上記機能性粘着素子からなる保持部１５を配置し、リフターピン１４で基板Ｗを支持するときは、リフターピン１４の機能性粘着素子の粘着力で基板Ｗを保持し、上記搬送機構へ基板Ｗを移載するときは、リフターピン１４の機能性粘着素子の粘着力を消失させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体基板等の被処理物の搬送用ロボット又は基板を支持するステージに適用される保持装置及び基板受け渡し方法に関する。

従来より、半導体製造の分野においては、多関節アームを備えた基板搬送ロボットが用いられている。図６は、この種の従来の基板搬送ロボットの概略構成を示す斜視図である。この基板搬送ロボット１は、駆動部２と、この駆動部２に連結された多関節構造のアーム３と、アーム３の先端に連結されたハンド４とを有している。ハンド４はその上面で基板の裏面を支持し、成膜室やエッチング室等の複数の処理室間において基板を搬送したり、ステージや基板収納カセット等との間において基板の受け渡しを行う。

基板の支持面として構成されるハンド４の上面には、図７に示すように、基板Ｗの裏面の所定箇所に接触する複数の保持部５が設けられている。これらの保持部５は、ゴム等の弾性材料で形成され、基板Ｗの裏面に対する滑り止め機能をもつ。これにより、ハンド４の上面において基板Ｗの安定した搬送姿勢を保持するようにしている（例えば下記特許文献１参照）。

一方、処理室において基板を支持するステージにおける基板保持方法として、バキュームチャックや静電チャック、メカニカルチャック等が知られている。また、フッ素系ゴムやシリコーンゴム等からなるゴム材料の粘着性を利用して基板を保持する方式がある。例えば下記特許文献２には、複数のＯリングをその中心軸がステージ面と平行となるように配置し、これらＯリングの周面で基板の裏面を粘着支持することで、基板の位置ズレを防止する構成が開示されている。

特開平９−２４６３５３号公報 特開２００６−８６４２７号公報

上述した従来の構成の基板搬送ロボットにおいては、ハンド４の支持面に複数の保持部５を配置する構成により、基板裏面に対して一定の滑り止め効果は得られるものの、一定以上の加速度や振動に対しての基板保持性が乏しいため、基板の高速搬送を実現することができないという欠点がある。このため、生産性の大幅な向上を図ることができない。

一方、ステージについて、バキュームチャック方式は、真空雰囲気中での使用が不可能であるという問題がある。また、静電チャック方式は、真空雰囲気中においても使用できる反面、デチャック（静電チャック解除）時における基板の除電に時間がかかるため、生産性の向上が図れないという問題がある。更に、メカニカルチャック方式においては、真空中での使用が可能でありデチャックも速やかに行える点で、バキュームチャックや静電チャックに比べて有利であるが、メカニカルクランプ方式は、ダストが発生する問題がある。

更に、弾性材料の粘着性を利用した基板保持方法においては、基板の受け渡し時に弾性材料が基板裏面に貼り付いてしまうことがあり、これを原因として、基板に振動が生じて位置ズレを生じさせ、ダストを発生させるなどの問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基板の保持性を高められるとともに、ダストが発生せず、生産性にも優れ、更には基板の受け渡しをも円滑に行うことができる保持装置及び基板受け渡し方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の保持装置は、被処理物を支持する支持面と、上記支持面の少なくとも一部に設けられた保持部とを備え、上記保持部は、電圧の大きさによって粘着力が可変な機能性粘着素子からなることを特徴とする。

このように、支持面に設けられた保持部を上記機能性粘着素子で構成することにより、被処理物に対する保持力を電気的に制御することが可能となり、被処理物の高速搬送と、被処理物の円滑な受け渡しを実現することができる。

本発明において、被処理物は、半導体基板やガラス基板等の板状部品が挙げられるが、勿論これに限られない。支持面としては、基板搬送ロボット等の搬送機構における基板を支持するハンドの上面が該当する。また、支持面は、被処理物を搬送する搬送機構から被処理物が移載されるステージの上面で構成でき、この場合、上記機能性粘着素子は、ステージ上面自体、又は、ステージ上面から上方へ突出可能なリフターピンの先端部に設けられる。

ここで、上記機能性粘着素子としては、電気レオロジー効果を利用した粘着素子を好適に用いることができる。この素子は、ゲル状電気絶縁性媒体中に電気レオロジー粒子を分散させ、電圧の大きさで媒体表面における粒子の凝集性を制御するものである。従って、ゲル状媒体を粘着性のある材料で構成すれば、印加電圧の大きさで媒体表面の粘着性を可変とすることができる。

一方、本発明の基板受け渡し方法は、基板を搬送する搬送機構と、基板を処理するためのステージとの間で、基板の受け渡しを行う基板受け渡し方法であって、
上記搬送機構のハンドの基板支持面の少なくとも一部に、電圧の大きさによって粘着力が可変な機能性粘着素子を配置し、
上記搬送機構で基板を搬送するときは、上記機能性粘着素子の粘着力で基板を保持し、上記ステージへ基板を移載するときは、上記機能性粘着素子の粘着力を消失させる。

好適には、上記ステージの上面から上方へ突出可能なリフターピンの先端部にも上記機能性粘着素子を配置し、
上記リフターピンで基板を支持するときは、リフターピンの機能性粘着素子の粘着力で基板を保持し、上記搬送機構へ基板を移載するときは、上記リフターピンの機能性粘着素子の粘着力を消失させる。

これにより、基板の受け渡し時における保持部と基板裏面との貼り付きによる基板の振動の発生や位置ズレを防止して、基板の円滑な受け渡しが可能となる。また、基板を受け取った後の保持部の粘着性を高めることで、基板の安定した搬送姿勢を保持し、基板の高速搬送を実現することができる。

以上述べたように、本発明によれば、保持部における基板の粘着性を任意に調整することができるので、基板の保持性を高めて基板の高速搬送を実現することができる。また、基板の受け渡し時に基板の位置ズレを生じさせることなく円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す図であり、被処理物として半導体基板（以下、単に「基板」ともいう。）Ｗを搬送する基板搬送ロボット（搬送機構）１０のハンド１１と、この基板搬送ロボット１０から基板Ｗが移載されるステージ１２とを示す概略斜視図である。これら基板搬送ロボット１０とステージ１２とは、本発明に係る「保持装置」の一具体例である。

基板搬送ロボット１０は、そのハンド１２の部分のみ示しているが、図６を参照して説明した従来の基板搬送ロボットと同様に、駆動部や多関節アーム等を備え、ハンド１１は上記多関節アームの先端に連結されている。

ハンド１１はフォーク状に形成され、その上面は基板Ｗの裏面を支持する支持面１１ａとされている。そして、ハンド１１の支持面１１ａには、基板Ｗの裏面の所定箇所に接触する複数の保持部１３が設けられている。これらの保持部１３は、粘着力を電気的に制御することができる機能性粘着素子で構成されている。なお、図において保持部１３は、支持面１１ａに対して突出形成されているが、支持面１１ａと同一面に構成されていてもよい。また、上記機能性粘着素子の詳細については後述する。

一方、ステージ１２は、成膜室やエッチング室等の処理室を形成する真空チャンバ（図示略）の内部に設置されており、その上面には、基板搬送ロボット１０を介して搬送された基板Ｗが移載される支持面１２ａが構成されている。支持面１２ａは基板Ｗよりも大きな面積で形成されており、その略中央部には、複数本のリフターピン１４が配置されている。

リフターピン１４は、基板処理等の通常時においてステージ１２の内部に退避しており、基板搬送ロボット１０との基板受け渡し時においては図示するようにステージ１２の上面１２ａから上方へ突出可能に構成されている。そして、これらリフターピン１４の先端部には、ハンド１１の保持部１３と同様に機能性粘着素子からなる保持部１５が設けられている。

図２は、ハンド１１の保持部１３及びリフターピン１４の保持部１５の構成を概略的に示す断面図である。保持部１３，１５は、電圧の大きさによって粘着力を変化させることができる機能性粘着素子２０で構成することができる（例えば特開２００５−２５５７０１号公報参照）。

この機能性粘着素子２０は、電気レオロジー効果（ＥＲ効果）を利用した素子で、ゲル状電気絶縁性材料からなる媒体２１と、媒体２１内に分散された電気レオロジー粒子２２と、粒子２２に電圧を印加する一対の電極２３ａ，２３ｂとを備えている。粒子２２は、媒体２１中に分散して電気レオロジー効果を示すものであれば特に限定されず、シリカゲル等の固体粒子、カーボン粒子、有機高分子化合物の芯材と電気半導体性無機物粒子の表層とからなる複合型粒子等を用いることができる。

特に本実施形態における機能性粘着素子２０は、媒体２１が粘着性材料で構成されている。このような粘着性材料としては、例えば、フッ素系樹脂やシリコーン樹脂等が挙げられる。また、この媒体２１の一方の面２１Ａは、一対の電極２３ａ，２３ｂが配置される電極形成面とされ、他方の面２１Ｂは、一対の電極２３ａ，２３ｂ間の電圧の大きさで粘着力が制御される粘着力制御面とされる。

電極２３ａと電極２３ｂとの間には所定の電圧源２４が接続されており、スイッチ２５の切替によって、図２Ａに示す電圧オフ状態と、図２Ｂに示す電圧オン状態とをとる。電圧源２４は直流電源でもよいし、交流電源でもよい。電極２３ａ，２３ｂの配置例は特に限定されず、例えば図３Ａに示すように２枚の電極２３ａ，２３ｂを平行に対向配置させる構成のほか、図３Ｂに示すように、一方の電極２３ａの周りに他方の電極２３ｂを配置させる構成例や、図３Ｃに示すように、電極２３ａ，２３ｂを電極形成面２１Ａ内で屈曲形成する構成例などが採用可能である。電極２３ａ，２３ｂに対する電圧のオン／オフ操作は、例えば、基板搬送ロボット１０及びステージ１２の本体制御部においてそれぞれ行われる。

機能性粘着素子２０は、図２Ａに示す電圧オフ状態のとき、粒子２２が媒体２１の粘弾性により一定以上の粒子間距離をもって分散され、媒体２１の表面に粒子２２が突出する安定状態をとる。これにより、粘着力制御面２１Ｂの粘着力が消失する。他方、図２Ｂに示す電圧オン状態のとき、粒子２２が誘電分極を生じて電気力線上に凝集し、媒体２１の表面に分布した粒子２２が媒体２１の内部に埋没する。これにより、粘着力制御面２１Ｂが媒体２１の表面で構成されることにより、一定の粘着力が発現することになる。なお、電圧の大きさを可変することにより、媒体２１表面に対する粒子２２の突出量を調整し、粘着力制御面２１Ｂの粘着力を変化させることも可能である。

次に、以上のように構成される基板搬送ロボット１０及びステージ１２間における基板Ｗの受け渡し方法について説明する。基板Ｗの受け渡しは真空雰囲気中で行われるが、大気中での基板の受け渡しであってもよい。

図１に示すように、基板Ｗは、基板搬送ロボット１０のハンド１１に支持されている。このとき、ハンド１１の支持面１１ａに設けられた各保持部１３を構成する機能性粘着素子２０は、図２Ｂに示すように電圧オン状態となっており、粘着力制御面２１Ｂは粘着性媒体２１の構成材料が支配的となるため、基板Ｗの裏面に対して一定の粘着力をもって密着される。これにより、ハンド１１の支持面１１ａ上において基板Ｗを高い保持力をもって支持できるため、高速搬送が可能となり、生産性の向上が図れるようになる。

次に、基板搬送ロボット１１からステージ１２への移載方法について説明する。ステージ１２の各リフターピン１４は、図１に示すように、ステージ１２の支持面１２ａから上方に突出した状態で待機される。基板搬送ロボット１０は、図４に示すように、これらリフターピン１４の直上位置で基板Ｗを停止させる。図４に示すように、ハンド１１を構成するフォーク部の間隙はリフターピン１４の配置領域よりも大きく構成されている。従って、ステージ１２の直上位置からハンド１１を所定距離下降させると、ハンド１１に支持されている基板Ｗはリフターピン１４の先端部に当接し、ハンド１１からリフターピン１４へ移載される。

ハンド１１からリフターピン１４への基板移載時、ハンド１１の保持部１３を構成する機能性粘着素子２０は、図２Ｂに示す電圧オン状態から図２Ａに示す電圧オフ状態へ切り替えられて、粘着力制御面２１Ｂの粘着力を消失させる。これにより、リフターピン１４上への基板Ｗの移載後におけるハンド１１と基板Ｗ間の貼り付きを防止し、基板Ｗの振動や位置ズレを回避して安定した移載作業を確保することができる。

一方、各リフターピン１４の先端部に設けられた保持部１５を構成する機能性粘着素子２０においては、基板Ｗの移載時において電圧オン状態（図２Ｂ）に設定され、リフターピン１４上で基板Ｗを高い粘着力をもって支持する。なお、これら保持部１５の電圧オン操作は、基板Ｗの移載直前に行ってもよいし、移載直後に行ってもよい。

ハンド１１からリフターピン１４への基板Ｗの移載後、ハンド１１はステージ１２の直上位置から処理室外部へ退避する。その後、リフターピン１４は下降し、基板Ｗの裏面をステージ１２の支持面１２ａで支持する。このとき、リフターピン１４は、基板Ｗの粘着支持を継続し、基板Ｗの支持面が、ステージ１２の上面１２ａと一致する高さで下降動作が停止される。

ステージ１２上における基板Ｗの所定の処理（成膜、エッチングなど）の終了後、基板Ｗは、基板搬送ロボット１０によって次工程へ搬送される。このとき、リフターピン１４がステージ１２の支持面１２ａから上方へ突出し、基板Ｗをリフターピン１４の保持部１５のみで粘着支持する。そして、基板搬送ロボット１０のハンド１１が基板Ｗの裏面直下に移動し、所定距離上昇して、リフターピン１４の先端から基板Ｗを受け取る。

この際、リフターピン１４の保持部１５を構成する機能性粘着素子２０を電圧オフ状態（図２Ａ）に切り替えて粘着力制御面２１Ｂの粘着力を消失させることで、ハンド１１への基板Ｗの移載を円滑に行うことができる。一方、ハンド１１の保持部１３を構成する機能性粘着素子２０を電圧オン状態（図２Ｂ）に切り替えて、粘着力制御面２１によって基板Ｗの裏面を粘着支持した状態で、基板Ｗを搬送する。

以上のように、本実施形態によれば、ハンド１１の保持部１３及びリフターピン１４の保持部１５の粘着力を任意に調整することができるので、真空中での基板保持が可能であるとともに、基板のデチャックに要する時間もほとんど必要なく速やかに基板の受け渡しを行うことができる。また、基板の受け渡し時にダストが発生する懸念もないので、処理室の汚染を防ぐことができる。

更に、本実施形態によれば、ハンド１１の保持部１３及びリフターピン１４の保持部１５の粘着力を任意に調整することができるので、基板Ｗの高速搬送を実現して生産性の向上を図ることができるとともに、ハンド１１とリフターピン１４との間における基板の円滑な移載を確保して、受け渡し時における基板の振動や位置ズレを回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、ハンド１１の支持面１１ａの一部に保持部１３を点在配置して、これらの保持部で基板Ｗの裏面を粘着支持するようにしたが、これに限らず、例えば図５に模式的に示すように、ハンド１１の支持面１１ａの全域に機能性粘着素子１７を設けてもよい。これにより、基板Ｗに対する粘着保持性をより一層高めることができる。

また、図５の構成において、支持面１１ａの全域に形成した機能性粘着素子１７を、領域毎に局所電圧駆動できるように電極をマトリックス状に配置すれば、基板Ｗの粘着支持領域を任意に選択することが可能となり、例えば、基板Ｗ等の被処理物の大きさに合わせた粘着支持領域を画定することができる。

また、ステージ１２についても同様に、リフターピン１４の先端部のみでなく、ステージ面１２ａの一部又は全域にも上述した構成の機能性粘着素子からなる保持部を設けてもよい。この場合、ステージ面で基板を支持するときは、ステージ面の保持部の粘着力で基板を保持し、搬送機構へ基板を移載するときは、ステージ面の保持部の粘着力を消失させることで、円滑な基板の受け渡しを実現することができる。

本発明の実施形態による保持装置としての基板搬送ロボットのハンド及びステージの概略構成を示す斜視図である。 図１に示した保持装置（ハンド及びステージ）の保持部を構成する機能性粘着素子の構成と作用を説明するための概略断面図である。 図２に示した機能性粘着素子の電極構成例を説明する図である。 図１に示した基板搬送ロボットとステージ間の基板受け渡し工程を示す要部平面図である。 本発明の実施形態による保持装置としてのハンドの構成の変形例を示す斜視図である。 従来の基板搬送ロボットの構成を示す斜視図である。 図６に示した従来の基板搬送ロボットのハンドを示す斜視図である。

符号の説明

１０ 基板搬送ロボット
１１ ハンド
１１ａ 支持面
１２ ステージ
１２ａ 支持面（ステージ面）
１３ （ハンドの）保持部
１４ リフターピン
１５ （リフターピンの）保持部
１７ 保持部

Claims (9)

1. 被処理物を支持する支持面と、
   前記支持面の少なくとも一部に設けられた保持部とを備え、
   前記保持部は、電圧の大きさによって粘着力が可変な機能性粘着素子からなる
   ことを特徴とする保持装置。
2. 前記保持部は、前記支持面の複数箇所に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記支持面は、前記被処理物を搬送する搬送機構におけるハンドに形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
4. 前記支持面は、前記被処理物を搬送する搬送機構から前記被処理物が移載されるステージの上面であり、前記機能性粘着素子は、前記ステージ上面から上方へ突出可能なリフターピンの先端部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
5. 前記機能性粘着素子は、電気絶縁性の粘着性媒体と、前記粘着性媒体中に分散された電気レオロジー粒子と、前記粘着性媒体に電圧を印加する一対の電極とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
6. 前記粘着性媒体の一方の面は、前記一対の電極が配置される電極配置面であり、
   前記粘着性媒体の他方の面は、前記一対の電極間の電圧の大きさで粘着力が制御される粘着力制御面である
   ことを特徴とする請求項５に記載の保持装置。
7. 基板を搬送する搬送機構と、前記基板を処理するためのステージとの間で、前記基板の受け渡しを行う基板受け渡し方法であって、
   前記搬送機構のハンドの基板支持面の少なくとも一部に、電圧の大きさによって粘着力が可変な機能性粘着素子を配置し、
   前記搬送機構で前記基板を搬送するときは、前記機能性粘着素子の粘着力で前記基板を保持し、前記ステージへ前記基板を移載するときは、前記機能性粘着素子の粘着力を消失させる
   ことを特徴とする基板受け渡し方法。
8. 前記ステージの上面から上方へ突出可能なリフターピンの先端部にも前記機能性粘着素子を配置し、
   前記リフターピンで前記基板を支持するときは、前記リフターピンの前記機能性粘着素子の粘着力で前記基板を保持し、前記搬送機構へ前記基板を移載するときは、前記リフターピンの前記機能性粘着素子の粘着力を消失させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の基板受け渡し方法。
9. 前記ステージの上面の少なくとも一部にも前記機能性粘着素子を配置し、
   前記ステージの上面で前記基板を支持するときは、前記ステージの上面の前記機能性粘着素子の粘着力で前記基板を保持し、前記搬送機構へ前記基板を移載するときは、前記ステージの上面の前記機能性粘着素子の粘着力を消失させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の基板受け渡し方法。
   
   

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