JP2015179741A - 板状物の保持機構 - Google Patents

Abstract

【課題】光学センサを用いることなく吸引保持の可否を適切に判定可能な板状物の保持機構を提供する。
【解決手段】板状物（１１）を非接触で吸引保持する非接触吸引保持器（３２）と、非接触吸引保持器に吸引された板状物の水平方向への移動を規制する規制手段（１６）と、を有する板状物の保持機構（２）であって、非接触吸引保持器は、先端側に流体案内面を有する凹部（３６）が形成された本体部（３４）と、本体部の凹部内に取り付けられ、流体案内面に向けて流体（Ａ１）を噴出する流体噴射口（４４ｇ）を側面（４４ｆ）に有するノズル（４４）と、板状物と対面するノズルの先端面（４４ｈ）の開口（４４ｊ）に一端側を接続した圧力検出用配管（５０）と、圧力検出用配管の他端側に接続された真空計（５２）と、真空計によって計測される圧力が所定以下となることで板状物が吸引されていると判定する判定手段（５４）と、を有する構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状物を非接触で吸引保持する保持機構に関する。

半導体ウェーハ等の板状物に加わるストレスを低減するために、ベルヌーイの定理を応用した非接触型の保持機構で板状物を吸引保持することがある（例えば、特許文献１参照）。この保持機構は、板状物の被保持面に近接する円柱状の筐体と、筐体と被保持面との隙間にエアの流れを形成するノズルとを備え、エアの流速を高めることで隙間の圧力を低下させて板状物を非接触で吸引保持する。

ところで、保持機構と板状物との間に生じる負圧は、隙間の広さやエアの流速等の条件に応じて異なるので、例えば、保持機構に対する板状物の位置（距離）が適切でないと、保持機構で板状物を吸引保持できない。そこで、例えば、保持機構に光学センサを設け、この光学センサで保持機構に対する板状物の位置をモニタすることで、吸引保持の可否を判定している。

特許４２５６１３２号公報

しかしながら、上述のような光学センサを設けると、保持機構は大型化してしまう。また、水等の液体を使用する装置に保持機構を組み込む場合等には、各種の処理で飛散する液体が光学センサに付着し、吸引保持の可否を判定できなくなる恐れもあった。この問題は、誤判定を防ぐ機構を設けることで解決できるが、その場合、保持機構は更に大型化してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学センサを用いることなく吸引保持の可否を適切に判定可能な板状物の保持機構を提供することである。

本発明によれば、板状物に流体を噴出することで負圧を生成し板状物を非接触で吸引保持する非接触吸引保持器と、該非接触吸引保持器に吸引された板状物の水平方向への移動を規制する規制手段と、を有する板状物の保持機構であって、該非接触吸引保持器は、先端側に流体案内面を有する凹部が形成された本体部と、該本体部の該凹部内に取り付けられ、該流体案内面に向けて流体を噴出する流体噴射口を側面に有するノズルと、板状物と対面する該ノズルの先端面の開口に一端側が接続された圧力検出用配管と、該圧力検出用配管の他端側に接続された真空計と、該真空計によって計測される圧力が所定以下となることで板状物が吸引されていると判定する判定手段と、を有することを特徴とする板状物の保持機構が提供される。

本発明に係る板状物の保持機構は、ノズルの先端面の開口に一端側が接続された圧力検出用配管と、圧力検出用配管の他端側に接続された真空計とを備えるので、ノズルの先端面近傍の圧力を真空計で計測し、板状物を吸引保持できるか否かを適切に判定できる。すなわち、本発明によれば、光学センサを用いることなく吸引保持の可否を適切に判定可能な板状物の保持機構を提供できる。

保持機構の構成例を模式的に示す斜視図である。 保持機構の構成例を模式的に示す一部断面側面図である。 非接触吸引保持器の構成例を模式的に示す図である。 板状物が吸引保持される様子を模式的に示す図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る保持機構（板状物の保持機構）の構成例を模式的に示す斜視図であり、図２は、保持機構の構成例を模式的に示す一部断面側面図である。図１に示すように、保持機構２は、各構成を支持する支持アーム４を備えている。

支持アーム４の基端側には移動機構（不図示）が設けられており、支持アーム４を含む保持機構２は、この移動機構で水平方向に移動する。支持アーム４の先端下部には、昇降機構６が設けられている。昇降機構６は、例えば、エアシリンダであり、筒状のシリンダケース８と、シリンダケース８に挿通されたピストンロッド１０とを含む。

シリンダケース８は、エア供給管（不図示）等を介してエア供給源（不図示）と接続されており、エア供給源から供給されるエアの圧力でピストンロッド１０を昇降させる。ピストンロッド１０の下端には、円柱状の連結部材１２の上底面１２ａ側が固定されている。また、連結部材１２の下底面１２ｂ側には、円盤状の保持板１４が連結されている。保持板１４は、上面１４ａの中央領域において連結部材１２の下底面１２ｂと接している。

保持板１４の外周領域には、保持板１４を上面１４ａから下面１４ｂまで貫通する複数（例えば、６本）の長穴１４ｃが放射状に形成されている。各長穴１４ｃの下面１４ｂ側には、板状物１１の水平方向（保持板１４の径方向）の位置を規制する規制部材（規制手段）１６が取り付けられている。各規制部材１６は、長穴１４ｃに沿って移動可能な移動ブロック１８を含んでいる。

図２に示すように、移動ブロック１８の下面１８ｂは、上面１８ａに対して傾斜しており、移動ブロック１８は、長穴１４ｃに取り付けられた状態で保持板１４の中央領域側が薄くなっている。移動ブロック１８の下面１８ｂには、ゴム等の材料で形成されたシート２０が貼着されている。

シート２０の下面には、保持機構２で吸引保持された板状物１１（図３等参照）の外周部分が当接する。これにより、板状物１１の水平方向への移動を抑制できる。移動ブロック１８の上面１８ａには、長穴１４ｃと係合する係合凸部１８ｃが設けられている。また、移動ブロック１８の上面１８ａには、係合凸部１８ｃと隣接する位置にネジ穴１８ｄが形成されている。このネジ穴１８ｄには、位置調整用のネジ２２が螺合される。

例えば、係合凸部１８ｃを下面１４ｂ側から長穴１４ｃに係合させた上で、長穴１４ｃを通じてネジ２２を上面１４ａ側からネジ穴１８ｄに締め込むことで、規制部材１６を保持板１４に取り付けることができる。規制部材１６を取り付ける水平方向の取り付け位置は、板状物１１の径（寸法）に応じて変更される。

保持板１４の中央領域には、複数（例えば、４個）の非接触吸引保持器３２が設けられている。各非接触吸引保持器３２は、保持板１４の下面１４ｂから下向きに突出する円柱状の筐体（本体部）３４を備える。図３は、非接触吸引保持器３２の構成例を模式的に示す図である。

図３に示すように、筐体３４には、先端側（下端側）の底面３４ａに円形の開口を備えた凹部３６が形成されている。この凹部３６は、円柱状にくり貫かれた中央側の同径部３６ａと、円錐台状にくり貫かれた先端側の拡径部３６ｂとを含む。拡径部３６ｂの径は、筐体３４の先端側に向かって大きくなっている。

また、筐体３４の内部には、凹部３６の同径部３６ａに下流側を接続したエア供給路３８が設けられている。このエア供給路３８の上流側は、筐体３４の側面３４ｂに形成された開口においてエア供給管４０の下流側と接続されている。エア供給管４０の上流端には、板状物１１を吸引保持するためのエア（流体）を供給するエア供給源４２が連結されている。

上述した凹部３６内には、凹部３６の形状に対応するノズル４４が設けられている。すなわち、ノズル４４は、凹部３６の同径部３６ａに対応する円柱状の柱状部４４ａと、凹部３６の拡径部３６ｂに対応する円錐台状の錐台部４４ｂとを含む。錐台部４４ｂは、拡径部３６ｂより小型に形成されており、筐体３４（拡径部３６ｂ）との間に所定の隙間を形成する。

柱状部４４ａの内部には、噴射流路４４ｃが形成されている。柱状部４４ａの底面４４ｄには、噴射流路４４ｃの上流端となる開口４４ｅが形成されている。また、柱状部３６ａの側面４４ｆには、筐体３４（拡径部３６ｂ）と錐台部４４ｂとの隙間に対応する位置に、噴射流路４４ｃの下流端となる開口（流体噴射口）４４ｇが形成されている。

図４は、板状物１１が吸引保持される様子を模式的に示す図である。エア供給源４２から供給されるエアＡ１は、エア供給管４０、エア供給路３８を通じて、噴射流路４４ｃへと流れ込む。噴射流路４４ｃへと流れ込んだエアＡ１は、下流端の開口４４ｇから筐体３４（拡径部３６ｂ）と錐台部４４ｂとの隙間に向けて噴射される。

隙間に噴射されたエアＡ１は、拡径部３６ｂの外縁を規定する筐体３４の内壁面（流体案内面）及び錐台部４４ｂの側面に沿って、筐体３４の底面３４ａと錐台部４４ｂの底面（先端面）４４ｈとの境界付近に導かれる。板状物１１の被保持面１１ａに筐体３４の底面３４ａを接近させておけば、底面３４ａと底面４４ｈとの境界付近から流れ出たエアＡ１は、板状物１１の被保持面１１ａに吹き付けられる。

板状物１１の被保持面１１ａに吹き付けられたエアＡ１は、底面３４ａと被保持面１１ａとの隙間を筐体３４の外側に向かって流れる。エアＡ１の流速を高めると、底面３４ａと被保持面１１ａとの隙間の圧力はベルヌーイの定理に従って低下し、板状物１１は筐体３４に引き付けられる。

そのため、この負圧による引力と、エアＡ１の噴射圧力や板状物１１の重力等とが釣り合う位置において、板状物１１は非接触で吸引保持される。板状物１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハ、樹脂基板、セラミックス基板等である。ただし、板状物１１の形状、材質等は特に限定されない。

本実施の形態のノズル４４には、中央側の底面４４ｄから先端側の底面４４ｈまで貫通する貫通穴４４ｉが形成されている。また、図３に示すように、筐体３４の基端側には、基端側の底面３４ｃに開口を備えた凹部４６が形成されている。凹部４６は、エア供給路３８の下流側及び凹部３６の中央側（同径部３６ａ）と接続されており、筐体３４は、凹部３６、エア供給路３８、及び凹部４６によって、先端側の底面３４ａから基端側の底面３４ｃまで貫通されている。

凹部４６の開口には、筒状の配管支持構造４８が嵌合されている。配管支持構造４８の内部には、支持穴４８ａが形成されており、この支持穴４８ａには、圧力検出用配管５０が設置されている。圧力検出用配管５０の先端側は、ノズル４４の貫通穴４４ｉに挿通されており、ノズル４４の底面４４ｈ側の開口４４ｊには、圧力検出用配管５０の先端側の開口５０ａが位置付けられている。

圧力検出用配管５０の基端側には、真空計５２が接続されている。すなわち、図３及び図４に示すように、ノズル４４の底面４４ｈ近傍の領域Ａ２は、圧力検出用配管５０を通じて真空計５２と繋がっている。これにより、ノズル４４の底面４４ｈ近傍の領域Ａ２の圧力を真空計５２で計測できる。

真空計５２には、板状物１１が適切に吸引保持されるか否かを判定する判定装置（判定手段）５４が接続されている。例えば、板状物１１が適切に吸引保持される状態では、領域Ａ２の圧力は十分に小さくなる。そこで、本実施の形態の判定装置５４は、真空計５２の計測値を所定の閾値と比較する。

真空計５２の計測値が閾値以下（又は閾値より小さい）の場合、判定装置５４は、板状物１１が適切に吸引保持されると判定する。一方、真空計５２の計測値が閾値より大きい（又は閾値以上）の場合、判定装置５４は、板状物１１が適切に吸引保持されないと判定する。

判定に用いられる閾値は、エアＡ１の噴射圧力や板状物１１の重量等の条件に応じて任意に設定される。なお、閾値は、あらかじめ設定されたものでも良いし、各種条件に応じて判定装置５４の計算処理等で設定されるものでも良い。判定装置５４は、各種条件に対応した閾値を規定するテーブル等を保持しても良い。

以上のように、本実施の形態に係る板状物の保持機構２は、ノズル４４の底面（先端面）４４ｈの開口４４ｊに一端側が接続された圧力検出用配管５０と、圧力検出用配管５０の他端側に接続された真空計５２とを備えるので、ノズル４４の底面４４ｈ近傍の領域Ａ２の圧力を真空計５２で計測し、計測された圧力に基づいて、板状物１１を吸引保持できるか否かを適切に判定できる。

また、本実施の形態に係る板状物の保持機構２は、光学センサを用いないので、水等の付着に起因する誤判定の恐れもない。このように、本実施の形態によれば、光学センサを用いることなく吸引保持の可否を適切に判定可能な板状物の保持機構２を提供できる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されない。例えば、上記実施の形態では、昇降機構６としてエアシリンダを用いているが、昇降機構６は電動のアクチュエータ等でも良い。また、昇降機構６は支持アーム４の基端側等に配置されても良い。

また、上記実施の形態では、保持板１４に６本の長穴４ｃを設け、６個の規制部材１６を取り付けているが、長穴４ｃ及び規制部材６の数はこれに限定されない。なお、円盤状の板状物１１の外周を安定して保持できるようにするためには、少なくとも３本以上の長穴４ｃを設け、３個以上の規制部材１６を取り付けることが好ましい。

また、上記実施の形態では、４個の非接触吸引保持器３２を設けているが、非接触吸引保持器３２の数は任意に変更できる。十分な吸引保持力を発揮できるようであれば、非接触吸引保持器３２は１個でも良い。

また、上記実施の形態では、円柱状にくり貫かれた中央側の同径部３６ａと、円錐台状にくり貫かれた先端側の拡径部３６ｂとを含む凹部３６を筐体３４に形成しているが、筐体３４に形成される凹部３６の形状は任意に変更できる。

また、上記実施の形態では、凹部３６の形状に対応するノズル４４を用いているが、ノズル４４の形状は、必ずしも凹部３６の形状に対応していなくて良い。例えば、ノズル４４の全体を円柱状に形成することもできる。この場合、ノズル４４の一部が凹部３６の同径部３６ａから先端側に突出した状態となる。

また、上記実施の形態では、ノズルから噴射したエアＡ１で負圧を発生させて板状物１１を吸引保持しているが、ノズル４４から噴射する気体の種類は任意に変更できる。水等の液体をノズル４４から噴射して板状物１１を吸引保持しても良い。すなわち、本発明では、気体及び液体を流体として使用できる。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 保持機構
４ 支持アーム
６ 昇降機構
８ シリンダケース
１０ ピストンロッド
１２ 連結部材
１２ａ 上底面
１２ｂ 下底面
１４ 保持板
１４ａ 上面
１４ｂ 下面
１４ｃ 長穴
１６ 規制部材（規制手段）
１８ 移動ブロック
１８ａ 上面
１８ｂ 下面
１８ｃ 係合凸部
１８ｄ ネジ穴
２０ シート
２２ ネジ
３２ 非接触吸引保持器
３４ 筐体（本体部）
３４ａ 底面
３４ｂ 側面
３４ｃ 底面
３６ 凹部
３６ａ 同径部
３６ｂ 拡径部
３８ エア供給路
４０ エア供給管
４２ エア供給源
４４ ノズル
４４ａ 柱状部
４４ｂ 錐台部
４４ｃ 噴射流路
４４ｄ 底面
４４ｅ 開口
４４ｆ 側面
４４ｇ 開口（流体噴射口）
４４ｈ 底面（先端面）
４４ｉ 貫通穴
４４ｊ 開口
４６ 凹部
４８ 配管支持構造
４８ａ 支持穴
５０ 圧力検出用配管
５０ａ 開口
５２ 真空計
５４ 判定装置（判定手段）
１１ 板状物
１１ａ 被保持面
Ａ１ エア（流体）
Ａ２ 領域

Claims (1)

1. 板状物に流体を噴出することで負圧を生成し板状物を非接触で吸引保持する非接触吸引保持器と、該非接触吸引保持器に吸引された板状物の水平方向への移動を規制する規制手段と、を有する板状物の保持機構であって、
   該非接触吸引保持器は、
   先端側に流体案内面を有する凹部が形成された本体部と、
   該本体部の該凹部内に取り付けられ、該流体案内面に向けて流体を噴出する流体噴射口を側面に有するノズルと、
   板状物と対面する該ノズルの先端面の開口に一端側を接続した圧力検出用配管と、
   該圧力検出用配管の他端側に接続された真空計と、
   該真空計によって計測される圧力が所定以下となることで板状物が吸引されていると判定する判定手段と、を有することを特徴とする板状物の保持機構。
   

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