JP2014203904A - 真空吸着装置及び吸着プレート - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムシートを変形させずに、フィルムシートの反り部分をも吸着固定できる真空吸着装置を提供する。【解決手段】真空吸着装置は、複数の気孔が形成され且つ連なった気孔を介して吸着面とその反対面との間で流体を貫通させることができる通気性を有する多孔質セラミック製吸着プレートの表面にワークを真空吸着させるようにした真空吸着装置であって、吸着プレートのワークが載置される吸着面の反対面である裏面に、当該吸着面にまで貫通しない複数の孔が二次元に拡がって形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物（ワーク）、特にフィルムシートを真空吸着して固定するための真空吸着装置及び吸着プレートに関する。

被加工物（以下、ワークと称する）に切削加工や研削加工（研磨加工を含む）などの機械加工を施したり、種々の表面加工を施したりする場合、例えば、半導体ウェハの表面に回路パターンを形成したり、ハードディスク基板の表面を研磨加工したり、刃物を研磨加工を加工する際には、これらのワークを固定保持するためにワークを真空吸着して保持するための真空吸着装置（真空チャック）が使用されることがある。また、近年、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどのディスプレイデバイスのフィルム化が進んでおり、真空吸着装置は、フィルムシート状のディスプレイデバイスの製造工程において、それを固定するのに用いられる。

真空吸着装置としては、アルミニウムや鉄鋼などの金属製の吸着プレート（吸着プレート）にその表面に開口させて複数の吸気孔を穿設し、それぞれの吸気孔に真空を案内することによって、吸着プレートの表面にワークを吸着させるようにしたものがある。

金属製の吸着プレートにドリルを用いた機械加工により吸気孔を穿設する場合、吸気孔の内径寸法は原理的ドリルの径より小さくできず、吸気孔の内径の小径化には限度がある。吸気孔の内径を小さくできないと、特に薄板状のワークを吸着させる場合、吸着時にワークの吸気孔に接触する部分が吸気孔に引き込まれ、その部分が撓み変形してしまい、ワークの表面を高精度に加工できない場合がある。

一方、多孔質セラミック製の吸着プレートを備える真空吸着装置も既に提案され実用化されている（例えば特許文献１及び２）。多孔質セラミック製吸着プレートは、例えばアルミナや炭化ケイ素のような無機質材料の粉粒体からなる骨材とその骨材相互を結合するための結合材の混合材料を成型金型に投入して焼結することで形成される。結合材は、例えばビトリファイド、ジレノイド、セメント、ゴム及びガラスなどである。多孔質セラミック製の吸着プレートは、その焼結工程により内部に無数の微細気孔が形成され、吸着プレートの表面に開口する微細気孔と内部の微細気孔が連なって形成される空気流路を介して真空引きを行うことで、吸着プレートの表面にワークを真空吸着させるものである。この微細気孔は、機械加工する場合に比べてその内径が著しく小さく、また、吸着プレートの表面全体にわたって無数に形成されるので、ワークに対して均一な吸引力を作用させることができ、吸気孔に接した部分でのワークの局所的な変形を防止できる。特に、ワークがフィルムシート状の場合、半導体ウエハやガラス基板のような硬質材料ではなく、柔軟性を有しているため、スルーホールによる吸気孔では、吸着時の変形量が大きく、ワークへの吸着痕や傷が発生しやすくなり、フィルムシート状のワークの吸着には、吸気孔の内径が十分に小さい多孔質セラミックからなる真空吸着装置による真空吸着が適している。

特開２００１−３４１０４２号公報 特開２００５−２８５０６号公報

図１に示すように、吸着プレート上に載置されたフィルムシート状のワークに反りがある場合、反った部分は大気に開口しているため、大気の流入に打ち勝って反りを元の平坦に戻して吸着固定（自己タッチダウン）させるための十分な吸着力が必要となる。十分な吸着力を得るためには、例えば、スルーホールを穿孔し、吸気孔の通気抵抗を下げて吸気流量を増大することが考えられるが、上述のように、スルーホールを形成すると、フィルムシート状のワークの変形が問題となる。さらに、穿孔されたスルーホールを比較的低い通気抵抗の物質で塞ぐことで、ワークの変形の問題は解消されるが、真空吸着装置の製造工程及び構成が複雑となり、コスト増という問題も生じる。

そこで、本発明の目的は、フィルムシートを変形させずに、フィルムシートの反り部分をも吸着固定（自己タッチダウン）できる真空吸着装置及びそれに適用される吸着プレートを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の真空吸着装置は、複数の気孔が形成され且つ連なった気孔を介して吸着面とその反対面との間で流体を貫通させることができる通気性を有する多孔質セラミック製吸着プレートの表面にワークを真空吸着させるようにした真空吸着装置において、 吸着プレートのワークが載置される吸着面の反対面である裏面に、当該吸着面にまで貫通しない複数の孔が二次元に拡がって形成されることを特徴とする。

本発明の吸着プレートは、複数の気孔が形成され且つ連なった気孔を介して吸着面とその反対面との間で流体を貫通させることができる通気性を有する多孔質セラミック製吸着プレートであって、ワークが載置される吸着面の反対面である裏面に、当該吸着面にまで貫通しない複数の孔が二次元に拡がって形成されることを特徴とする。

本発明の真空吸着装置及び吸着プレートによれば、反りのあるフィルムシート状のワークを吸着面に吸着固定することができる。

吸着プレート上に載置されたフィルムシート状のワークに反りを示す図である。 本発明の実施の形態における真空吸着装置の構成例を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ線における真空吸着装置１０の断面図である。 吸着プレート２０の裏面の平面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図２は、本発明の実施の形態における真空吸着装置の構成例を示す図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線における真空吸着装置１０の断面図である。

真空吸着装置１０は、金属製のベースプレート１２と、その上面に接着剤により接合される多孔質セラミック製の吸着プレート２０とを備えて構成される。

多孔質セラミック製の吸着プレート２０は、アルミナや炭化ケイ素などの無機質材料の粉粒体からなる骨材とその骨材相互を結合するための結合材（例えば、ビトリファイドボンド、レジノイド、セメント、ゴム及びガラスなど）の混合材料を成型金型に投入して焼結することで形成され、内部には微細な気孔が無数に形成された多孔質構造となっている。その気孔率（気孔密度）は、骨材と結合材の混合割合により調整することができ、また、気孔の平均孔径は、骨材の粒度を選定することにより調整することができる。そして、連なった微細気孔を介して吸着面２１とその反対面である裏面２２（ベースプレート１２と接触する面）との間で空気や液体（水など）の流体を貫通させることができる通気性を有する。なお、多孔質セラミック製吸着プレート２０の外周面は、外周面からの空気流入を防ぐため封止されてもよい。

図４は、吸着プレート２０の裏面を示す平面図である。吸着プレート１０の裏面２２は、ベースプレート１２の溝１２ａが形成された面と対向する面であり、ベースプレート１２の当該面と接着剤により密着固定される。本発明における吸着プレートの裏面２２には、後述するように、ワークＷが載置される表面２１にまで貫通しない複数の孔２３が二次元に拡がって形成される。

ベースプレート１２には、吸着プレート２０の気孔と連通する溝１２ａが設けられ、溝１２ａは真空ポート１２ｂを介して負圧供給手段としての真空ポンプと接続しており、溝１２ａは真空案内路を構成する。

真空吸着装置１０の真空ポート１２ｂに接続する真空ポンプ（図示せず）を作動させると、吸着プレート２０の気孔の通気抵抗により、当該気孔は負圧となり、多孔質セラミック製吸着プレート２０の表面上のワークＷに対して吸着力が作用し、多孔質セラミック製吸着プレート２０上で吸着される。多孔質セラミック製吸着プレート２０の気孔の孔径は極めて小さいため（例えば１０μｍ程度）、例えばフィルムシートのような薄肉状のワークＷを、孔部で局所的に変形させることなく平坦を維持して均一に吸着固定することができる。

ワークＷの表面積が多孔質セラミック製吸着プレート２０の表面積より小さい場合、すなわち、ワークＷを多孔質セラミック製吸着プレート２０に載置したときに、ワークＷによって塞がれない吸着プレート２０の表面の気孔から空気が流入するが、通気抵抗（流体インピーダンス）及び気孔率を調整することで、その流入量を制御可能であり、ワークＷを保持するのに十分な吸着力を得ることができる。流体インピーダンスは、流体（本発明では空気）の流れにくさの指標であり、主に、気孔の孔径（断面積）と吸着プレート２０の厚み（気孔の長さ）をパラメータに含む値である。

このように、多孔質セラミック製吸着プレート２０を用いることで、吸着プレート２０全てを覆う大きさより小さいワークＷを吸着することができるが、一方で、ワークＷに反りがある場合、その反り返った部分を吸着させるのに必要な真空吸引力を発生させることができない場合がある。

すなわち、フィルムシート状のワークＷは、吸着プレート２０の表面２１の全域を覆わずに、その一部領域に載置される。反りの発生するワークＷ全面を吸着固定するには、ワークＷより広い表面２１が必要である。この場合、フィルムシート状のワークＷを吸着プレート２０の表面２１に吸着固定するために、真空吸引力を発生させると、吸着プレート２０の表面２１におけるワークＷが載置されていない領域（主に外周領域付近）から空気が流入し、その領域における空気の流量が大きいと、ワークＷを吸着させるのに十分な真空吸引力を発生させることができない。従って、吸着プレート２０全体にわたって均一に気孔率を上げたり、又は、気孔の孔径を大きくする又は吸着プレート２０全体を薄くすることにより均一に通気抵抗を下げることでは、フィルムシート状のワークＷの反りを自己タッチダウンさせるのに十分な真空吸引力を発生させることができない場合がある。

本発明者は、上記問題を克服する手段として、上述のとおり、吸着プレート２０の裏面２２に、ワークＷが載置される表面２１にまで貫通しない複数の孔２３を形成する構成を見いだした。吸着プレート２０の裏面２２に複数の孔２３を二次元に拡がって形成することで、ワークＷが反って吸着プレート２０の表面２１から離間している領域に真空吸引力がより強くなる領域が間欠的に設けられ、全体の真空吸引力を大きく下げることなく、ワークＷの反りを自己タッチダウンさせることができるようになった。

図３及び図４に示されるように、吸着プレート２０の裏面２２は、ワークＷが載置される表面２１にまで貫通しない複数の孔２３が二次元に拡がって形成され、吸着プレート２０は、通気抵抗が比較的大きい領域と比較的小さい領域とが交互に変化するように構成される。孔２３は、ドリルなど機械加工により穿設される。孔２３が形成された領域は、孔２３が形成されていない領域と比較して、その厚みが薄くなっているため、複数の気孔が連なって形成される空気流路の通気抵抗が小さい。これにより、孔２３が形成された領域の真空吸引力を高めることができる。例えば、フィルムシート状のワークＷに反りが発生している場合であっても、真空吸引力が高まることで、ワークＷの反り返った部分を吸着プレート２０の表面２１に吸着させることができるようになる。

孔２３を表面２１に形成すると、ワークＷの変形、吸着痕の発生のおそれがある。孔２３を裏面２２に形成することで、表面２１の平面が維持される。

孔２３の孔径、深さ及び複数の孔２３の数、配置パターン、間隔などは適宜調整可能である。一例として、例えば、厚さ５ｍｍの吸着プレート２０において、孔径１ｍｍ、深さ３．５ｍｍ程度の孔２３を設けることができる。孔２３の配置パターンは、例えばマトリックス状、同心円状、放射状、螺旋状などワークＷの大きさ、形状に応じて決定することができる。図３及び図４に例示される孔２３は、本発明の理解のために記載されたもので、その大きさ、形状などはこれに限られない。

本発明の実施の形態における真空吸着装置は、特に、反りが発生する柔軟性のあるフィルムシート状のワークＷを固定保持するのに適している。フィルムシート上のワークＷは、例えば液晶パネルや有機ＥＬパネルなどフィルム化されたディスプレイデバイスである。ディスプレイデバイスの表面には、その製造工程での作業面を保護して歩留まりを向上させるために、保護フィルムが貼着されており、最終的にその保護フィルムを剥がす工程において、ワークＷであるディスプレイデバイスは真空吸着装置に固定される。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１０：真空吸着装置、１２：ベースプレート、２０：吸着プレート、２１：吸着面、２２：裏面、２３：孔

Claims (3)

1. 複数の気孔が形成され且つ連なった気孔を介して吸着面とその反対面との間で流体を貫通させることができる通気性を有する多孔質セラミック製吸着プレートの表面にワークを真空吸着させるようにした真空吸着装置において、
   前記吸着プレートのワークが載置される吸着面の反対面である裏面に、当該吸着面にまで貫通しない複数の孔が二次元に拡がって形成されることを特徴とする真空吸着装置。
2. 請求項１において、
   前記吸着プレートは真空ポートと連通する真空案内路が形成されたベースプレート上に固定され、前記吸着プレートの裏面は、前記ベースプレートの真空案内路が形成された面と対向して接着されていることを特徴とする真空吸着装置。
3. 複数の気孔が形成され且つ連なった気孔を介して吸着面とその反対面との間で流体を貫通させることができる通気性を有する多孔質セラミック製吸着プレートであって、
   ワークが載置される吸着面の反対面である裏面に、当該吸着面にまで貫通しない複数の孔が二次元に拡がって形成されることを特徴とする多孔質セラミック製吸着プレート。

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