JP2016103626A - 搬送用パッドおよびそれを用いる搬送装置、搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送用パッドの吸着力もしくは浮上力により、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる搬送用パッドおよびそれを用いる搬送装置、搬送方法を提供する。
【解決手段】この搬送用パッド２は、多数の気孔によって連通する多孔性基板からなり、前記搬送用パッド２の背面側を減圧もしくは加圧することにより、該搬送用パッド２の表面側に載置される搬送物Ｗを吸着もしくは浮上させ、前記搬送用パッド２の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβとの関係式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハやポリマーフィルム等の搬送物を吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送する搬送用パッドおよびそれを用いる搬送装置、搬送方法に関する。具体的には、搬送用パッドの背面側を真空ポンプで減圧もしくはコンプレッサーで加圧することにより、搬送面の一部が搬送物で覆われない場合であっても、多数の気孔を介して多孔性基板の表面上に載置される搬送物を吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送できる搬送用パッドおよびそれを用いる搬送装置、搬送方法に関する。さらに、吸着して搬送した搬送物を吸着パッドから引き離す場合、コンプレッサーを作動させて浮上させる機構を有し、その際発生する静電気（剥離帯電）を防止する方法に関する。

ウェハやポリマーフィルム等の搬送物を吸着して固定する搬送用パッドの表面に対して背面側を真空ポンプで減圧し、表面と背面に連通する気孔を介して作業対象の搬送物を吸引して保持する真空チャックでは、表面側の大気圧に対して背面側の内圧を真空に近い圧力に保つ必要がある。このような真空チャックは、搬送物が搬送面である表面全体を覆わないと、気孔の一部が表面に開口し、気孔を通して外気が流入し、表面側と背面側との差圧が充分にとれないので、所定の吸着力が得られない。

従来の真空チャックとしては、表面側と背面側に連通する多数の気孔を小径として、気孔全体のコンダクタンスを低下させた真空チャックが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
この従来の真空チャックによれば、一部の気孔が搬送物に覆われずに表面に開口しても、気孔を通して表面から背面側に流れる流量が制限され、表面側と背面側との差圧を一定に保つことができ、表面の一部に載置される搬送物であっても所定の吸着力で表面上に位置決め保持することができる。

実公昭４３−１６１７５号公報 特許第２６９３７２０号公報

しかしながら、前記の真空チャックにあっては、単に多数の気孔を小径として真空チャックのコンダクタンスを低下させることに着目して内圧を一定に保つものであるが、搬送物を吸着する所定の吸着力は、コンダクタンスを低下させるだけでは得られない。すなわち、搬送物は、気孔の開口を覆う底面の鉛直方向で、搬送物の下方（表面から背面方向）に働く大気圧と上方（背面から表面方向）に働く内圧との差圧によって多孔性基板の表面側に吸着されるもので、その吸着力は、搬送物が覆う気孔の開口の総面積に差圧を乗じて得られる。

したがって、単に真空チャック全体のコンダクタンスを低下させるために気孔を小径としたり、気孔密度を低下させたりするだけでは、搬送物が覆う気孔の開口の総面積も減少するので、真空チャックに求められる所定の吸着力が得られないという課題が残されていた。
また、このように、真空チャックは外圧と内圧の差によって搬送物を吸着するものであるが、発明者等は、外圧と内圧を逆転させることにより搬送物を浮上させることが可能になることに気が付いた。従来の搬送用パッドは吸着と浮上の両方を可能とするものはなかった。
さらに、真空チャックで搬送物を固定・離脱する際に発生する静電気を防止する必要がある。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、搬送用パッドの吸着力もしくは浮上力により、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる搬送用パッドおよびそれを用いる搬送装置、搬送方法を提供し、更に搬送物を吸着して搬送する場合の静電気帯電現象によるトラブル解消を目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の搬送用パッドは、搬送物を吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送する搬送用パッドであって、
多数の気孔によって連通する多孔性基板からなり、
前記多孔性基板の背面側を減圧もしくは加圧することにより、該多孔性基板の表面側に載置される搬送物を吸着もしくは浮上させ、
前記多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβとの関係が、下記（ａ）式を満足することを特徴とする。
（１−α）×β<[（｜Ｐ１−Ｐ３｜／ＰＷ）−１] ・・・（ａ）
ここに、
α＝Ｓ１／Ｓ０
β＝ｋ×ｄ^２×η／t
ｋ：定数
ｄ：気孔径
η：気孔率
ｔ：多孔性基板の厚み
Ｓ１：搬送物の面積（搬送物の多孔性基板への投影面積を云う、以下同じ。）
Ｓ０：多孔性基板の面積（多孔性基板の投影面積を云う、以下同じ。）
ＰＷ：搬送物の重量の圧力換算値
Ｐ１：外圧
Ｐ３：真空ポンプ圧もしくはコンプレッサー圧

本発明においては、搬送用パッドである多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβとの関係が、（ａ）式を満足することにより、搬送用パッドの吸着力もしくは浮上力により、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる。

（ａ）式において、１−α、は搬送用パッド表面の開口度合を示し、１−αが小さいほど吸着力もしくは浮上力が大きくなる。
また、（ａ）式において、βは気孔を有する搬送用パッドの空気の流れ易さの指標であるコンダクタンスを示し、通常のセラミックスの場合、一般論としてβが小さいほど吸着力もしくは浮上力が大きくなるが、βがゼロでは、吸着も浮上も不可能なので、その近傍に最適値が存在する。

この１−αとβとの積が、搬送物の重量の圧力換算値をＰＷとしたとき、[（｜Ｐ１−Ｐ３｜／ＰＷ）−１]より小さければ、搬送用パッドの吸着力もしくは浮上力により、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる。

また、本発明の上記構成において、前記搬送用パッドの形状が、平板状、円筒状もしくはＵ字状であることが好ましい。
前記搬送用パッドの形状が、平板状であれば搬送物がウェハのように厚みのある搬送物に適しており、また、円筒状もしくはＵ字状であれば搬送物がポリマーフィルムのようにロール状に巻かれている物に適している。

また、本発明の上記構成において、前記気孔率η:２０〜６０％、気孔径ｄ：０．５〜１０μｍ、多孔性基板の厚みｔ：２〜２０ｍｍであることが好ましい。
本発明の搬送用パッドは、セラミック焼結により気孔率η:２０〜６０％の多孔性基板とすることができ、気孔率が２０％未満では、気孔の一部が閉塞し、表裏面が連通しない部分が生じるため、安定した吸着力もしくは浮上力が得られない。また、気孔率が６０％を超えると、空隙が増加して強度が劣化し、破損のおそれがある。

また、前記コンダクタンスβは、気孔径ｄの２乗に比例する。したがって、気孔径ｄを０．５〜１０μｍの微小径とすることにより、効率的に搬送用パッドのコンダクタンスβを最適値にすることできる。

さらに、前記コンダクタンスβは、多孔性基板の厚みｔに反比例する。したがって、多孔性基板の厚みｔを２〜２０ｍｍの厚さにすることにより、搬送用パッドのコンダクタンスβを小さくすることできる。

また、本発明の上記構成において、前記搬送用パッドは側面封止がされてなくてもよい。
従来の搬送用パッドは、側面封止が必須であったが、本発明の搬送用パッドは、（ａ）式を満足することにより、搬送用パッドのコンダクタンスβが小さく空気の流れの抵抗が大きいため、パッドの側面を密封する側面封止をしなくても、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる。その結果、コストダウンおよび工程省略が可能である。

また、本発明の上記構成において、前記多孔性基板は金属またはセラミックスを含み、体積抵抗率が１０の１０乗Ω・ｍ以下としてもよい。
金属またはセラミックスを含み、体積抵抗率が１０の１０乗Ω・ｍ以下である搬送用パッドを使用して搬送物を吸着し搬送することにより、搬送物を搬送用パッドから引き離すとき、搬送物を浮上させつつ引き離すことができる。

また、このような搬送用パッドを使用することにより、搬送物を搬送用パッドから引き離すとき、静電気帯電現象を防止することができる。

本発明によれば、搬送用パッドの吸着力もしくは浮上力により、搬送面の一部に載置される搬送物を確実に吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送することができる。
さらに、吸着力を利用し搬送する時、搬送物を搬送用パッドから引き離す時に、搬送物を浮上させつつ静電気帯電現象発生を防止して安全に搬送物を引き離すことができる。

本発明の第１の実施形態に係る搬送用パッドを示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る搬送用パッドを示す斜視図である。 本発明におけるコンダクタンスβと搬送用パッドの表裏面の差圧ΔＰの関係を示す図である。 本発明における搬送物の面積率αとコンダクタンスβの関係を示す図である。 本発明における搬送物の面積率αとコンダクタンスβの関係を示す図である。 本発明における搬送物の面積率αと搬送用パッドの表裏面の差圧ΔＰの関係を示す図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る搬送用パッドを図１を用いて説明する。図１に示すように、搬送装置１は、搬送物Ｗを吸着してその表面に保持する搬送用パッド２と、搬送用パッド２の背面側に減圧室もしくは加圧室３を形成する搬送装置本体４と、減圧室もしくは加圧室３から排気もしくは給気する真空ポンプもしくはコンプレッサー５の単位時間あたりの流量を検出する流量計６を備えている。

図１に示すように、内圧がＰ２となっている搬送用パッド２に、搬送物Ｗを載置すると、搬送物Ｗにより覆われた気孔の開口において、鉛直方向に大気圧Ｐ１と内圧Ｐ２との差圧ΔＰを受けて吸着もしくは浮上され、搬送物Ｗは、搬送物Ｗにより覆われた全ての気孔の開口面積の総和に差圧ΔＰを乗じた吸着力もしくは浮上力Ｆを受ける。

搬送用パッド２は、例えば一辺が６０ｃｍの正方形状の多孔質セラミック基板で形成され、本実施の形態では、直径が０．５〜１０μｍの気孔が密接して形成され、気孔率ηが２０〜６０％の搬送用パッド２となっている。ここで、気孔率ηとは、背面側と連通する気孔が搬送用パッド２の平面に等密度で形成されているものとして、搬送用パッド２表面の単位面積に対する単位面積内に開口する気孔の総開口面積の比率をいう。セラミック焼結技術を用いれば、直径が０．５〜１０μｍの範囲で、気孔率ηを２０〜６０％の範囲で多孔質セラミック基板を形成することができる。

このように構成された搬送装置１の減圧室もしくは加圧室３から真空ポンプ圧もしくはコンプレッサー圧Ｐ３の真空ポンプもしくはコンプレッサー５で減圧もしくは加圧したときの減圧室もしくは加圧室３内の圧力（以下、内圧という）をＰ２としたときの流量Ｑは、下記（ｂ）式で表される。
Ｑ＝Ｃ１×（Ｐ１−Ｐ２）＝Ｃ２×（Ｐ２−Ｐ３）・・・（ｂ）
ここに、
Ｑ：流量
Ｃ１：Ｐ１−Ｐ２間のコンダクタンス
Ｃ２：Ｐ２−Ｐ３間のコンダクタンス
Ｐ１：外圧
Ｐ２：内圧
Ｐ３：真空ポンプ圧もしくはコンプレッサー圧

上記（ｂ）式を変形すると下記（ｃ）式となる。
ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ２）＝（Ｐ１−Ｐ３）／（１＋Ｃ１／Ｃ２）・・・（ｃ）
上記（ｃ）式におけるＣ１／Ｃ２が、多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αを除いた部分のコンダクタンスβ×（１−α）に相当するので、これに置き代えると下記（ｄ）式となる。

ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ２）＝（Ｐ１−Ｐ３）／［１＋β×（１−α）］・・・（ｄ）
ここに、
β＝ｋ×ｄ^２×η／t
ｋ：定数
ｄ：気孔直径
η：気孔率
ｔ：多孔性基板の厚み

ここで、外圧Ｐ１と内圧Ｐ２の差をΔＰとすると下記（ｅ）式を得る。

ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ３）／[１＋β（１−α）]・・・（ｅ）
ここで、搬送物を逆さにしても落下しないように吸着し、もしくは浮上させることから、差圧ΔＰが搬送物の重量の圧力換算値ＰＷより大きいことが必要である。
ここに、
ＰＷ＝（Ｗ／Ｓ１）
ＰＷ：搬送物の重量の圧力換算値
Ｗ：搬送物の重量
Ｓ１：搬送物の面積

したがって、下記（ｆ）式を得る。
ΔＰ＝（Ｐ１−Ｐ３）／[１＋β（１−α）]＞ＰＷ・・・（ｆ）（吸着の場合）
ΔＰ＝（Ｐ３−Ｐ１）／[１＋β（１−α）]＞ＰＷ・・・（ｇ）（浮上の場合）

この（ｆ）（ｇ）式を変形することにより、下記（ｈ）（ｉ）式を得る。
β×（１−α）<［（（Ｐ１−Ｐ３）／ＰＷ）−１］・・・（ｈ）
β×（１−α）<［（（Ｐ３−Ｐ１）／ＰＷ）−１］・・・（ｉ）
これより本発明の条件である（ａ）を得る。
β×（１−α）<［（｜Ｐ１−Ｐ３｜／ＰＷ）−１］・・・（ａ）

この（ａ）式を満たす多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβの搬送用パッド２を選定すれば、搬送物Ｗの大きさにかかわらず、搬送用パッド２の側面を封止しなくても、確実に搬送物の重力相当以上の吸着力もしくは浮上力を有する搬送用パッド１とすることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る搬送用パッドを示す図である。
この実施形態では、搬送物Ｗをポリマーフィルムとし、搬送用パッド２の形状は円筒形である。
図２に示すように、搬送用パッド２の形状を円筒形にすることにより、薄いフィルムを搬送用パッド２に巻きつけて吸着させて固定し、もしくは浮上させて非接触搬送することができる。

図３は、本発明におけるコンダクタンスβと多孔性基板の表裏面の差圧ΔＰの関係を示す図である。
図３に示すように、多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αが大きくなり、コンダクタンスβが小さくなるほど差圧ΔＰが大きくなる。

図４は、本発明におけるΔＰが０．３ａｔｍの場合の搬送物の面積率αとコンダクタンスβの関係を示す図である。
図４に示すように、多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αが大きくなるほどコンダクタンスβが大きくなる。

図５は、本発明におけるΔＰが０．１〜０．５ａｔｍの場合の搬送物の面積率αとコンダクタンスβの関係を示す図である。
図５に示すように、多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αが大きくなる時、ΔＰが小さくなるほどコンダクタンスβが大きくなる。

図６は、本発明におけるコンダクタンスβが１〜５０の場合の搬送物の面積率αと搬送用パッドの表裏面の差圧ΔＰの関係を示す図である。
図６に示すように、多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αが大きくなり、コンダクタンスβが小さくなるほど差圧ΔＰが大きくなる。

図１に示す本発明の搬送用パッド２について下記の条件で実施した結果を表１に示す。この表１の判定欄は、吸着もしくは浮上が良好な場合を○、不良な場合を×とした。
＜実施条件＞
パッド形状：平板状および円筒状
面積率α：０．０〜０．６５６（−）
コンダクタンスβ：０．８３〜１６６８０（−）
定数ｋ： ０．１４９１〜４４．４８
気孔直径ｄ：０．５〜５０（μｍ）

気孔率η： ２５〜６０（−）
多孔性基板の厚みｔ：２〜１０（ｍｍ）
搬送物の面積Ｓ１：（ｍｍ^２）Ｓ０×α
多孔性基板の面積Ｓ０：
４００（２０mm×２０mm）（ｍｍ^２）
搬送物の重量の圧力換算値ＰＷ：０．１（ａｔｍ）
多孔性基板の材質：アルミナ・シリカ系セラミックス
多孔性基板の体積抵抗率：10の3乗から7乗Ω・ｍ

本発明の（ａ）式を満たす多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβの搬送用パッド２を選定すれば、搬送物Ｗの大きさにかかわらず、確実に搬送物の重力相当以上の吸着力もしくは浮上力を有する搬送装置１とすることができた。
また、搬送物を搬送用パッドから引き離すとき、搬送物を浮上させつつ引き離すことができ、静電気帯電現象を防止することができた。
以上により、本発明の効果が確認された。

本発明は、半導体、液晶、プリント配線基板などの製造装置や、印刷機の作業工程などで、種々の大きさのワークを搬送用パッドを変更せずに保持する場合に適している。また、搬送物の取り外し工程において、静電気帯電現象を防止し安全に取り外し可能となる。

２ 搬送用パッド
W 搬送物の重量
ＰＷ 搬送物の重量の圧力換算値
α 面積率
β コンダクタンス
Ｐ１ 外圧
Ｐ２ 内圧
Ｐ３ 真空ポンプ圧もしくはコンプレッサー圧

Claims (8)

1. 搬送物を吸着して固定させ、もしくは浮上させて非接触搬送する搬送用パッドであって、
   多数の気孔によって連通する多孔性基板からなり、
   前記多孔性基板の背面側を減圧もしくは加圧することにより、該多孔性基板の表面側に載置される搬送物を吸着もしくは浮上させ、
   前記多孔性基板の表面を覆う搬送物の面積率αと、コンダクタンスβとの関係が、下記（ａ）式を満足することを特徴とする搬送用パッド。
   （１−α）×β<［（｜Ｐ１−Ｐ３｜／ＰＷ）−１］・・・（ａ）
   ここに、
   α＝Ｓ１／Ｓ０
   β＝ｋ×ｄ^２×η／t
   ｋ：定数
   ｄ：気孔径
   η：気孔率
   ｔ：多孔性基板の厚み
   Ｓ１：搬送物の面積
   Ｓ０：多孔性基板の面積
   Ｐ１：外圧
   Ｐ３：真空ポンプ圧もしくはコンプレッサー圧
   ＰＷ：搬送物の重量の圧力換算値
2. 前記多孔性基板の形状が、平板状、円筒状もしくはＵ字状であることを特徴とする請求項１に記載の搬送用パッド。
3. 前記気孔率η:２０〜６０％、気孔径ｄ：０．５〜１０μｍ、多孔性基板の厚みｔ：２〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の搬送用パッド。
4. 前記搬送用パッドは側面封止がされていないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の搬送用パッド。
5. 前記多孔性基板は金属またはセラミックスを含み、体積抵抗率が１０の１０乗Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか1項に記載の搬送用パッド。
6. 請求項1から５のいずれか１項に記載の搬送用パッドを有することを特徴とする搬送装置。
7. 請求項５に記載の搬送用パッドを使用して搬送物を吸着し搬送する搬送方法であって、搬送物を搬送用パッドから引き離すとき、搬送物を浮上させつつ引き離すことを特徴とする搬送方法。
8. 請求項５に記載の搬送用パッドを使用する搬送方法であって、搬送物を搬送用パッドから引き離すとき、静電気帯電現象を防止することを特徴とする搬送方法。
   

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