JP2008251653A - 低負荷搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にかかるストレスを低減して基板割れを抑制することができ、かつメンテナンスコストを低減できる低負荷搬送装置を提供すること。
【解決手段】負圧により基板１を吸着して支持する吸着ヘッド部１０と、吸着ヘッド部１０の内部に負圧を発生させる負圧発生手段２０と、吸着ヘッド部１０にて吸着した基板１を搬送する搬送手段３０とを備え、吸着ヘッド部１０は、基板１と対向する支持面１１ａに複数の吸気孔１１ｂを有するヘッド本体部１１と、ヘッド本体部１１の支持面１１ａに取り付けられると共に複数の吸気孔１１ｂと連通する複数の貫通孔１２ｂを有する吸着シート部１２とから構成され、吸着シート部１２は、ヘッド本体部１１の支持面１１ａに剥離可能に貼り付けられる熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層を有することを特徴とする低負荷搬送装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、低負荷搬送装置に関し、さらに詳しくは、負圧により基板を吸着して搬送する低負荷搬送装置に関する。

電子デバイスの製造工程において、例えば半導体基板やガラス基板等の基板を搬送する際、移動可能な吸着ヘッドに基板（ウェハ）を負圧により吸着して所定位置へ搬送する基板吸着搬送装置が用いられている。
この基板吸着搬送装置としては、支持面に複数の吸気孔を有する吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドに接続されて各吸気孔の内部に負圧を発生する負圧発生手段と、前記吸着ヘッドを移動させる移動手段とを備えた構成のものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

ところで、基板吸着搬送装置にて薄い基板を吸着搬送する場合、基板における吸着ヘッドと接する部分のみに大きなストレスがかかり、基板割れを生じる場合がある。特に、基板がシリコンインゴットをスライスしたシリコンウェハの場合は、表面に凹凸を有しており、凹部で割れ易い。
このような基板割れを抑制する方法としては、（１）真空レギュレーターを用いて負圧を制御することで、吸着ヘッドでの基板にかかるストレスを低減させる、（２）基板全体を吸着して単位面積当りにかかるストレスを低減させるための治具を吸着ヘッドに取り付ける、あるいは（３）弾性を有する多孔質パッド（連続気泡）を吸着ヘッドに貼り付けることにより、多孔質パッドが基板表面に密着して基板にかかるストレスを低減させるという方法がとられていた。
特開２００４−１８２５６号公報 特開２００６−２７７９５号公報

しかしながら、前記（１）の方法では、吸着ヘッドでの基板ストレスは低減方向に向かうが、基板面積全体の数パーセント以下での支持面積には変わりがなく、割れの原因を解消するのには不十分であった。また、前記（２）の方法では、冶具がタングステンといった金属やセラミック等からなるため表面が硬く、治具が基板と接触することによる割れの懸念があり、また、上述のシリコンウェハでは表面に凹凸を有していたり表面が波打っており、このような基板では吸着時の空気リーク量が多いため支持が困難であった。また、前記（３）の方法では、１日に数万枚もの基板を吸着搬送すると、例えば基板表面から剥がれた細かな屑片等の異物が多孔質パッド内の微小な連続気泡を詰まらせ吸着力が低下して基板を支持することが困難となるため、多孔質パッドをその都度新しいものと交換する必要があった。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、基板にかかるストレスを低減して基板割れを抑制することができ、かつメンテナンスコストを低減できる低負荷搬送装置を提供するものである。

かくして、本発明によれば、負圧により基板を吸着して支持する吸着ヘッド部と、前記吸着ヘッド部の内部に負圧を発生させる負圧発生手段と、前記吸着ヘッド部にて吸着した基板を搬送する搬送手段とを備え、前記吸着ヘッド部は、基板と対向する支持面に複数の吸気孔を有するヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の前記支持面に取り付けられると共に前記複数の吸気孔と連通する複数の貫通孔を有する吸着シート部とから構成され、前記吸着シート部は、前記ヘッド本体部の支持面に剥離可能に貼り付けられる熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層を有する低負荷搬送装置が提供される。

本発明によれば、吸着ヘッド部にて基板を吸着して支持する際に、吸着シート部が熱可塑性エラストマーの柔軟性によって基板の凹凸表面あるいは波打った表面に追従して基板に傷を付けることなくソフトに密着する。したがって、基板へのストレスを低減して基板割れを抑制することができると共に、吸着シート部と基板との隙間から空気が流入する空気リーク量を抑えて基板を吸着することができ、吸着力不足を生じることがない。よって、本発明の低負荷搬送装置は、例えば太陽電池用基板などの貴重でかつ薄く割れ易い基板の搬送に好適である。
また、吸着シート部は、基板と接触する面や貫通孔に異物が付着した場合にはヘッド本体部から剥がして水で洗浄することができる。よって、吸着シート部に付着した異物が基板表面に押し付けられて傷を付けること、および異物が貫通孔に詰まって吸着ヘッド部による基板への吸着力が低下することを回避することができる。また、洗浄後の吸着シート部は、乾燥すると粘着力が回復するので再使用することができ、新しい吸着シート部と頻繁に交換するといった手間とコストを低減することができる。

本発明の低負荷搬送装置は、負圧により基板を吸着して支持する吸着ヘッド部と、前記吸着ヘッド部の内部に負圧を発生させる負圧発生手段と、前記吸着ヘッド部にて吸着した基板を搬送する搬送手段とを備え、前記吸着ヘッド部は、基板と対向する支持面に複数の吸気孔を有するヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の前記支持面に取り付けられると共に前記複数の吸気孔と連通する複数の貫通孔を有する吸着シート部とから構成され、前記吸着シート部は、前記ヘッド本体部の支持面に剥離可能に貼り付けられる熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層を有することを特徴とする。

本発明において、基板としては、例えば太陽電池や電子デバイス等の製造に用いられる半導体基板、ガラス基板等が挙げられ、半導体インゴットをスライスしたウェハや、電極、配線、素子等を有する基板をも包含する。
本発明の低負荷搬送装置は、厚みが100〜300μｍ程度と薄く、縦170ｍｍ程度×横170ｍｍ程度のサイズの基板の搬送に好適に用いることができ、例えばシリコンインゴットをスライスした太陽電池用基板に最適である。

本発明において、吸着ヘッド部のヘッド本体部は、負圧により基板をストレス無く吸着し支持できるのであれば、その形状、大きさ、吸気孔の数、大きさおよび配置パターン、搬送手段への設置数等は特に限定されるものではない。
例えば、ヘッド本体部は、内部中空の金属製箱体あるいはプレート体の一面（支持面）に複数の吸気孔を均等なマトリックス状に形成し、一面とは反対側の他面あるいは周囲側面に負圧発生手段と接続されて内部の空気を排気する接続管部を形成した構成とすることができる。この吸気孔が形成された面が基板を支持する支持面となる。

ヘッド本体部の大きさおよび搬送手段への設置数は、ヘッド本体部を被吸着物である基板と同程度の大きさに構成すれば設置数は１つでよく、あるいは基板の所定複数箇所を吸着するよう小型のヘッド本体部を複数設置してもよい。
また、支持面全面に占める吸気孔の占有開口率としては、基板サイズや、吸着ヘッド部の設置数にもよるが、例えば３〜２０％程度とすることができる。また、支持面における吸気孔の配置パターンは特に限定されるものではなく、基板サイズや搬送方法等によって適宜設計することができ、例えば、基板全面に吸気孔が均等に分布する配置とすることができる。また、ウエハーがコンベヤやウォーキングビーム等で搬送される機構では、センターに搬送部が通っており、ウエハー上方から吸着し、180度反転（表裏反転）させる機構であるため、ウエハー全体を吸着するのではなく局所的な吸着を行うため、ウエハーに対しては均等に吸着孔が整列したものとはならない。

吸着シート部の粘着剤層は、ヘッド本体部の支持面とほぼ同じ大きさおよび形状に形成された粘着性を有する熱可塑性エラストマーから、ヘッド本体部の複数の吸気孔と同程度の大きさでかつ同じ配置で貫通孔を複数有するシートを形成することにより作製することができる。
ここで、本発明において、熱可塑性エラストマーとは、熱可塑性ゴムあるいはエラストプラスチックとも呼ばれ、成形加工に必要な高温時では可塑化、流動し、常温時ではゴム様物性を呈するものであり、粘着性を有するポリマーを意味する。
熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタン系、ポリスチレン系、ポリオレフィン系等の熱可塑性エラストマーが挙げられ、本発明では市販の熱可塑性エラストマーまたはそのシートを用いて粘着剤層を作製することができる。

本発明において、熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層は、熱可塑性エラストマーをシート状に成形する型に予め複数の突起部を形成し、その型に加熱して流動性が付与された熱可塑性エラストマーを流し込み、その後冷えて固まった熱可塑性エラストマーシートを型から取り出すことにより、型の突起部に対応する形状および配置で形成された複数の貫通孔を有する粘着剤層を作製することができる。
また、貫通孔を有さない市販の熱可塑性エラストマーシートに複数の貫通孔を形成して粘着剤層を作製する場合は、ポンチを用いて穴あけを行う。あるいは、予め精度良く綺麗に型抜きが可能なトムソン刃を用いることができる。

本発明において、吸着シート部は、上述の粘着剤層のみからなる第１の形態と、後述する弾性多孔質シートが粘着剤層に粘着されてなる第２の形態がある。

第１の形態では、粘着剤層からなる吸着シート部は、そのシート両面のうち、ヘッド本体部の支持面に貼り付けられる面のみに粘着性を有し、基板と接触する面には粘着性を有さない。
このように片面のみに粘着性を有する吸着シート部（粘着剤層）は、片面のみに粘着性を有する市販の熱可塑性エラストマーシートに、上述の方法で貫通孔を形成することにより作製できる。また、両面に粘着性を有する市販の熱可塑性エラストマーシートを用いる場合は、片面の粘着性を低下させる処理を行い、かつ貫通孔を形成することにより吸着シート部を作製することができる。また、上述の型に熱可塑性エラストマーを流し込んで成形して作製した吸着シート部を用いる場合、両面に粘着性を有しているため、片面の粘着性を低下させる処理を行う。
粘着剤層の粘着性を低下させる処理としては、例えば、熱可塑性エラストマーに通常添加されるクレー、タルク等の非補強性充填剤を粘着材層の片面に付着させる、あるいは片面側の非補強性充填剤の濃度を高くするように粘着剤層を作製する、あるいは粘着性を低下させる市販の液体材料を粘着材層の片面に塗布するといった方法が挙げられる。
この場合の粘着剤層の厚みとしては、特に限定されるものではなく、例えば１〜５ｍｍ程度とすることができる。

この第１の形態の吸着シート部は、熱可塑性エラストマーの優れた柔軟性によって粘着剤層が基板表面の凹凸形状あるいは波打ち形状に追従して密着することができるため、基板にかかる負荷を小さく抑えて吸着することができ、基板割れを抑制することができる。また、熱可塑性エラストマーの粘着性により粘着剤層をヘッド本体部に剥離可能に貼り付けることができ、さらに汚れた場合は粘着剤層を水で洗浄でき、乾燥させれば粘着力が再現するため再使用することができる。

第２の形態では、シート両面に粘着性を有する市販の熱可塑性エラストマーシートに上述の方法で貫通孔を形成して粘着剤層を形成し、この粘着剤層の片面に弾性多孔質シートを貼り付けて吸着シート部を作製することができる。この場合の粘着剤層の厚みとしては、例えば１〜５ｍｍ程度とすることができる。

前記弾性多孔質シートとしては、連続気泡を内有する熱可塑性樹脂シート、あるいは熱可塑性樹脂繊維からなる不織布等を用いることができるが、塵や埃を嫌うクリーンな製造現場内での使用を考慮すると、不織布では繊維の切断やほつれにより飛翔するおそれがあるため、連続気泡を内有する熱可塑性樹脂シートの方が好ましい。このような多孔質の熱可塑性樹脂シートは、ポリウレタンやポリエチレン等の発泡プラスチックにて作製することができ、市販品を用いることができる。

この弾性多孔質シートは、基板表面の凹凸の度合いに応じて厚み0.1〜2.0ｍｍ程度のものが用いられる。例えば、基板表面の凹凸度合いが20〜30μmの場合は弾性多孔質シートの厚みを0.1ｍｍ程度に設定し、基板表面の凹凸度合いが5μmの場合は弾性多孔質シートの厚みを1〜2ｍｍ程度に設定することができる。但し、基板の厚み、表面状態、基板厚とシート厚の関係が逆の組み合わせになる場合があること等により、これらの数値に限定されない。

このように、粘着剤層に弾性多孔質シートが粘着した吸着シート部は、基板表面の凹凸の度合いに応じて弾性多孔質シートの厚さを調整する、つまり凹凸度合いが大きければ弾性多孔質シートの厚みを厚くして凹凸表面に追従させることにより、空気リーク量の制御を行い、真空レギュレーター無しで吸着力を変化させることが可能であると共に、粘着剤層のみの場合よりも吸着時の基板へのストレス分散効果および真空圧の低減効果を向上することができる。

本発明において、搬送手段としては、基板を吸着した吸着ヘッド部を所定位置に搬送でき得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば３次元方向に移動可能なロボットアームに吸着ヘッド部を取り付けた構成、あるいはガイドレール上を往復走行する枠型の台車に吸着ヘッド部を昇降可能に取り付けた構成とすることができる。
また、負圧発生手段としては、真空ポンプと吸着ヘッド部の前記接続管部とを可撓性ホースにて接続した構成とすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳説する。
（実施形態１）
図1は本発明の低負荷搬送装置の実施形態１を示す概略構成図であり、図２は実施形態１における吸着ヘッド部のヘッド本体部の支持面を示す底面図である。
この低負荷搬送装置は、負圧により基板１を吸着して支持する吸着ヘッド部１０と、吸着ヘッド部１０の内部に負圧を発生させる負圧発生手段２０と、吸着ヘッド部１０にて吸着した基板１を搬送する搬送手段３０とを備える。なお、図１では、基板１としてシリコンインゴットを厚さ200μｍ程度にスライスしたシリコンウェハの場合を例示しており、このシリコウェハは表面に凹凸を有しているが、凹凸度合いは実際のシリコウェハよりも誇張して図示している。また、図１における吸着ヘッド部は、図２におけるＡ−Ａ線で切断した場合の断面を示している。

吸着ヘッド部１０は、基板１とほぼ同じ大きさの内部中空の金属製プレート体から形成されたヘッド本体部１１と、ヘッド本体部１１の支持面１１ａに粘着して貼り付いた吸着シート部１２とからなる。
ヘッド本体部１１は、その支持面１１ａに、図１および図２に示すように、複数の吸気孔１１ｂが均等なマトリックス状に形成されていると共に、支持面１１ａとは反対側の他面に、負圧発生手段２０と接続される接続管部１１ｃが設けられている。この場合、ヘッド本体部１１は、例えば125〜170ｍｍの正方形に形成され、吸気孔１１ｂは直径1.0〜5.0ｍｍで縦横に1.0〜20.0ｍｍのピッチで形成することができる。なお、部分的に吸気孔１１ｂの直径や単位面積あたりの数を異ならせてもよい。

吸着シート部１２は、ヘッド本体部１１の支持面と粘着する方の面１２ａにのみ粘着性を有する熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層であり、大きさはヘッド本体部１１の大きさとほぼ同じであり、厚みは１〜５ｍｍである。また、吸着シート部１２は、その厚み方向に貫通する複数の貫通孔１２ｂが、ヘッド本体部１１の吸気孔１１ｂの直径および配置とほぼ一致して連通するように形成されている。なお、この片面粘着性の吸着シート部１２は、熱可塑性エラストマーシート（例えばプロセブン株式会社製の商品名Pro-7プロセブンまたは株式会社エクシールコーポレーション社製の商品名人肌のゲル）に貫通孔１２ｂを形成することにより作製することができる。

負圧発生手段２０は、モータにて駆動する真空ポンプ２１と、真空ポンプ２１と吸着ヘッド部１０のヘッド本体部１１の接続管部１１ｃとを接続する可撓性ホース２２とを備える。この場合、真空ポンプ２１は、ヘッド本体部１１内を1Mpa以下に負圧にできるものを用いることができる。
搬送手段３０は、３次元方向に移動可能なロボットアームである。

この低負荷搬送装置によって基板を吸着する際は、搬送手段３０にて吸着ヘッド部１０を基板載置台２上の基板１の上方近傍位置に移動させ、かつ真空ポンプ２１を駆動してヘッド本体部１１内に真空圧を発生させ、各貫通孔１２および吸気孔１１ｂから外部の空気を吸入することにより、基板１を浮かして吸着ヘッド部１０の熱可塑性エラストマーシート部１２に吸着することができる。あるいは、吸着ヘッド部１０を基板１へ向けて降下させて吸着シート部１２を基板１の表面に密着させてから、真空ポンプ２１を駆動してヘッド本体部１１内に真空圧を発生させることにより基板１を吸着することができる。

図３は、実施形態１における吸着ヘッド部１０の吸着シート部１２に基板１が吸着された状態を示している。この状態のとき、基板１の表面の凹凸形状あるいは波打った形状に追従して吸着シート部１２の吸着面１２ｃが弾性変形して密着するため、基板１にはほとんどストレスがかからない。したがって、低負荷状態で基板１を割ることなく所定位置まで搬送することができる。そして、所定位置において真空ポンプ２１を停止することにより基板１を吸着シート部１２から離脱させる。このとき、吸着シート部１２の吸着面１２ｃには粘着性がないため、基板１は容易に吸着シート部１２から離れる。

このようにして、低負荷搬送装置にて繰り返し基板１を搬送すると、基板１であるシリコンウェハの表面から剥離したシリコン粉や微細なシリコン片等の異物が吸着シート部１２の吸着面１２ｂに付着する場合がある。吸着シート部１２は優れた柔軟性を有しているため、基板１と吸着シート部１２の間に異物が挟まっても吸着シート部１２の吸着面１２ｃが弾性変形するため、基板表面は異物によって傷付き難いが、異物により基板１と吸着シート部１２との間に空気漏れとなる隙間が形成されやすくなる。また、異物が吸着シート部１２の貫通孔１２ｂに蓄積して吸着力が低下するおそれもある。
そのため、この吸着シート部１２をヘッド本体部１１から剥離し水で洗浄して異物を落とすことができ、また乾燥後は粘着性が復活するため吸着シート部１２を再度ヘッド本体部１１に粘着により貼り付けて使用することができる。よって、新しい吸着シート部と頻繁に交換するといった手間とコストを低減することができる。

（実施形態２）
図４は本発明の低負荷搬送装置の実施形態２を示す概略構成図である。
この実施形態２の低負荷搬送装置が実施形態１と異なる点は、吸着シート部１１４が、両面１１２ａ、１１２ｃに粘着性を有する熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層１１２と、粘着剤層１１２に粘着により貼り付けられた弾性多孔質シート１１３とからなる点であり、その他の構成は実施形態１と同様である。なお、図１において、負圧発生手段および搬送手段は図示省略していると共に、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付している。
以下、実施形態２における実施形態１とは異なる構成を主として説明する。

この場合、粘着剤層１１２の厚みとしては1.0〜5.0ｍｍであり、熱可塑性エラストマーシート（例えばプロセブン株式会社社製の商品名Pro-7プロセブンや株式会社エクシールコーポレーション社製の商品名人肌のゲル）に貫通孔１１２ｂを形成することにより作製することができる。
また、弾性多孔質シート１１３の厚みとしては0.1〜2.0ｍｍであり、例えば日東電工社製の商品名サンマップLCを用いることができる。

この低負荷搬送装置によれば、図示省略の真空ポンプを駆動してヘッド本体部１１内に真空圧を発生させることにより、外部の空気が弾性多孔質シート１１３の連続気泡の孔を介して各貫通孔１１２ｂと各吸気孔１１ｂから空気を吸入することにより、基板１を浮かして吸着ヘッド部１１０の弾性多孔質シート１１３に吸着することができる。あるいは、吸着ヘッド部１１０を基板１へ向けて降下させて弾性多孔質シート１１３を基板１の表面に密着させてから、真空ポンプを駆動してヘッド本体部１１内に真空圧を発生させることにより基板１を吸着することができる。

図５は、実施形態２における吸着ヘッド部１１０の弾性多孔質シート１１３に基板１が吸着された状態を示している。この状態のとき、基板１の表面の凹凸形状に追従して弾性多孔質シート１１３の吸着面１１３ａが主として弾性変形すると共に粘着剤層１１２の面１１２ｃも弾性変形するため、基板１にはほとんどストレスがかからない。また、各貫通孔１１２ｂ内の負圧は弾性多孔質シート１１３の全面にほぼ均一に分散するため、弾性多孔質シート１１３の端部と基板１との間から空気が流入する空気漏れが生じることがなく、真空圧の低下を防止することができる。それに加え、基板１の凹凸度合いが大きい場合は弾性多孔質シート１１３の厚みを厚く調整することにより、弾性多孔質シート１１３が基板１の凹凸表面に確実に追従できるため、上記のような端部からの空気漏れを真空レギュレーターを用いることなく制御することができる。

このようにして、低負荷搬送装置にて繰り返し基板１を搬送すると、上述した異物が弾性多孔質シート１１３を通過し粘着剤層１１２に付着して弾性多孔質シート１１３との粘着力が低下することや、弾性多孔質シート１１３内の微細孔に留まって吸着抵抗が増加する場合がある。そのため、この粘着剤層１１２をヘッド本体部１１から剥離し、かつ弾性多孔質シート１１３を剥離した粘着剤層１１２を水で洗浄して異物を落とし乾燥させ、粘着性が復活した粘着剤層に新しい弾性多孔質シートを貼り付けて使用することができる。

本発明の低負荷搬送装置の実施形態１を示す概略構成図である。 実施形態１における吸着ヘッド部のヘッド本体部の支持面を示す底面図である。 実施形態１における吸着ヘッド部の粘着剤層に基板が吸着された状態を示す断面図である。 実施形態２における吸着ヘッド部を示す断面図である。 実施形態２における吸着ヘッド部の弾性多孔質シートに基板が吸着された状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 基板載置台
１０、１１０ 吸着ヘッド部
１１ ヘッド本体部
１１ａ 支持面
１１ｂ 吸気孔
１１ｃ 接続管部
１２ 吸着シート部（粘着剤層）
１２ａ、１１２ａ、１１２ｃ 面
１２ｂ、１１２ｂ 貫通孔
１２ｃ、１１３ａ 吸着面
２０ 真空発生手段
２１ 真空ポンプ
２２ 可撓性ホース
３０ 搬送手段
１１２ 粘着剤層
１１３ 弾性多孔質シート
１１４ 吸着シート部

Claims (5)

1. 負圧により基板を吸着して支持する吸着ヘッド部と、前記吸着ヘッド部の内部に負圧を発生させる負圧発生手段と、前記吸着ヘッド部にて吸着した基板を搬送する搬送手段とを備え、
   前記吸着ヘッド部は、基板と対向する支持面に複数の吸気孔を有するヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の前記支持面に取り付けられると共に前記複数の吸気孔と連通する複数の貫通孔を有する吸着シート部とから構成され、
   前記吸着シート部は、前記ヘッド本体部の支持面に剥離可能に貼り付けられる熱可塑性エラストマーからなる粘着剤層を有することを特徴とする低負荷搬送装置。
2. 前記吸着シート部が、前記粘着剤層における前記支持面とは反対側の面に剥離可能に貼り付けられた弾性多孔質シートをさらに備えてなる請求項１に記載の低負荷搬送装置。
3. 前記弾性多孔質シートが、連続気泡を内有する熱可塑性樹脂シートからなる請求項１または２に記載の低負荷搬送装置。
4. 前記弾性多孔質シートは、厚みが０．１〜２．０ｍｍである請求項１〜３のいずれか１つに記載の低負荷搬送装置。
5. 前記基板が太陽電池用基板である請求項１〜４のいずれか１つに記載の低負荷搬送装置。

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