JP3853228B2 - 吸着アダプターとその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ピンセットの先端に装着して薄板状の被吸着物を真空吸着する吸着アダプターとその製造方法に関し、特にパーティクルの発生を少なくした吸着アダプターを、高精度で且つ歩留まり良く製造することを可能にし、例えば薄く研磨したシリコンウエハや化合物半導体ウエハなどの吸着には最適である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の吸着アダプターは、先端側に吸着ヘッドが後端側に吸引ノズル部が形成され、真空ポンプに接続された真空ピンセットの先端側に吸引ノズル部の後端部を装着し、真空ピンセットに設けたスイッチ操作で吸引流路の開閉を行うことによって、多数の吸引孔を設けた吸着ヘッドの吸着面には負圧又は大気圧が作用し、被吸着物に対する吸着保持又は吸着解放が行われる。
【０００３】
吸着アダプターは、各種の構造のものが提案され又実施されており、一般的な構造はアダプター本体と吸着板で構成され、アダプター本体は内部に吸引流路を形成した吸引ノズル部の後端に真空ピンセットとの連結部を設けると共に、吸引ノズル部の先端に吸着板と接合して吸着ヘッドを形成する保持板を設け、吸着ヘッドの内部に空洞部を形成して吸引孔と吸引流路を連通させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明の吸着アダプターが被吸着物の一つとする半導体ウエハを使用する電子デバイスの分野では、高集積度や高性能が要求されて高密度化しており、これに伴って品質に重大な影響を及ぼすパーティクルの発生は今まで以上に軽減させる必要があると共に、半導体ウエハの口径も次第に大型化して重量も嵩んできたことにより、大きな吸着力でしかもウエハに損傷を与えない吸着アダプターが求められている。
【０００５】
これらの要求に応える吸着アダプターとしては、吸着板における吸引孔の開口率を大きくして吸着力を高めると共に、多数の小径な吸引孔を狭いピッチで設けて均一に分散した吸着力にすることが望ましいが、ステンレス製の吸着アダプターではコンタミネーション（金属汚染）の弊害があり、セラミックス製の吸着アダプターでは吸引孔の加工が困難であり且つウエハを損傷する恐れもある。
【０００６】
これらの点から、本件出願人が以前に提案したように、例えばポリフェニレンアルファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）或いはポリクロロ３弗化エチレン（ＰＣＴＦＥ）などに、導電性を付与したエンジニアリングプラスチックを用いて射出成形で吸着板を造ると良いことが予想された。
【０００７】
しかしながら、従来以上に狭いピッチで小径な多数の吸引孔を、従来のように吸引孔の成形個所にコアピンを立ててピンポイントゲートで射出成形した場合、密集したコアピンによって樹脂の流れが阻害され、吸引孔周辺の面板にウエルドラインが発生してひび割れの原因となり、特に口径が大きくて重量のある半導体ウエハの吸着に対しては、長期間の使用に耐えられない。
【０００８】
そこで本発明では、上記したような従来技術の課題を解決し得る吸着アダプターとその製造方法を提案するものであって、特に吸着板の構造と製造方法に改良を加え、射出成形による成形基板をベースとして、パーティクルの発生を少なくした吸着アダプターを、高精度で且つ歩留まり良く製造することを可能にしたことを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の吸着アダプターは、吸引流路を設けた吸引ノズル部の先端に、吸引孔を穿設した吸着板に保持板を一体に接合した吸着ヘッドを設け、前記吸着ヘッドには吸引孔を前記吸引流路と連通する空洞部を形成し、前記吸着板は多数の小径な吸引孔を小ピッチで穿設した射出成形品で形成すると共に、各吸引孔は前記空洞部側に向けて拡径された円錐台形状で形成した。
【００１０】
この吸着アダプターは、円錐台形状の小径な吸引孔を小ピッチで穿設した射出成形品による吸着板を使用したことにより、吸引孔の開口率を大きくして吸着力を高め且つ均一に分散した吸着力が得られ、大口径で重量のある被吸着物に対しても損傷させることなく容易に吸着できる。
【００１１】
また、接触部分に残留するパーティクルが吸着時に空洞部内に取り込まれ、このパーティクルが解放時における負圧の停止で空洞部内から外部に吐出して被吸着物に再付着するのを、円錐台形状で形成した各吸引孔が吐出し難くして軽減させることができる。
【００１２】
前記吸着アダプターにおける前記円錐台形状の各吸引孔は、前記吸着板を射出成形した際の抜きテーパによって形成した形態を採ることができ、これによりパーティクルを軽減する円錐台形状の各吸引孔を、格別な成形法を使用しないで容易に成形加工することができると共に、成形後に吸着板を金型から容易にノックアウトすることができる。
【００１３】
前記吸着アダプターにおける前記保持板は、前記吸引ノズル部と一体に射出成形してアダプター本体を構成し、外周囲に前記吸着板と面一にした方形枠状の吸着支持面を形成すると共に、前記空洞部の内面に前記吸引流路と平行する複数の補強リブを突設させ、前記吸着板とは前記補強リブと直交した複数個所と前記吸着支持面の内周縁を、超音波溶着で接合した形態を採ることができる。
【００１４】
この吸着アダプターは、 超音波溶着で接合したことによって、バリの発生が少なくて後工程の研磨作業を容易にすると共に、接着などのに比べて耐熱及び耐薬品性で接合強度が高く且つ気密性も良く、これに加えて補強リブで補強されていことから、吸着板の変形を防止して長期間に渡って面精度が維持される。
【００１５】
また、吸着板（吸着板母材）をアダプター本体と別体に射出成形したことにより、各種の被吸着物に適合させて口径や個数或いはピッチに吸引孔を設定した吸着板を、共通のアダプター本体と組み合わせて使用することが可能であり、コストの低減と部品の管理を容易にできるなど利点がある。
【００１６】
前記吸着アダプターにおける前記吸着板は、前記吸引ノズル部と一体に射出成形してアダプター本体を構成し、前記保持板には前記空洞部の内面に前記吸引流路と平行する複数の補強リブを突設させ、前記保持板とは前記補強リブと直交した複数個所と前記保持板の外周縁を、超音波溶着で接合した形態を採ることができる。
【００１７】
この吸着アダプターは、超音波溶着で接合したことによって、接着などのに比べて耐熱及び耐薬品性で接合強度が高く且つ気密性も良く、これに加えて補強リブで補強されていことから、吸着板の変形を防止して長期間に渡って面精度が維持される。
【００１８】
また、吸着板（吸着板母材）をアダプター本体と一体に射出成形したことにより、第１の実施形態と異なって吸着面には保持板と接合する継目がないので、パーティクルが継目に入り込んでウエハを汚染させる恐れがない。
【００１９】
前記吸着アダプターの製造方法であって、前記吸着板は前記各吸引孔を閉塞する態様で上部側に薄肉状の橋絡部を設けた状態で吸着板母材を射出成形し、前記保持板と一体に接合した後に橋絡部を後加工で除去して各吸引孔を開口させて製造する。
【００２０】
この製造方法による吸着板は、円錐台形状の小径な吸引孔を小ピッチで吸着板を射出成形することが可能であると共に、ウエルドラインの発生を著しく軽減させることができ、仮に橋絡部にウエルドラインが発生しても後加工で除去するのでひび割れなどがなく、長期間の使用が可能な剛性が得られる。
【００２１】
前記吸着板母材は、各吸引孔の成形個所に円錐台形状のコアピンを立て、前記橋絡部を形成する部分の側面側から成形樹脂材を注入すると共に、この橋絡部を介して各コアピンの間に形成したキャビティに成形樹脂材を充填して射出成形する形態を採ることができ、これにより成形樹脂材の流動を円滑にして高品質な射出成形を行うことができ、しかも成形後に吸着板を金型から容易にノックアウトすることができる。
【００２２】
前記吸着板は、前記吸着板母材を前記保持板と超音波溶着で一体に接合した後に、橋絡部を研磨加工によって除去する形態を採ることができ、これにより超音波溶着部分の凹凸も含めて吸着面の全体が研磨されるので、高い面精度を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の吸着アダプターとその製造方法について、その好適な実施形態を示す添付図面に基づいて詳細に説明すると、図１〜６は第１の実施形態による吸着アダプターであって、図１及び図２は完成状態における吸着アダプター１の平面図及び縦断面図を示すが、吸着アダプター１は合成樹脂材で射出成形したアダプター本体２と吸着板３とで構成されている。
【００２４】
アダプター本体２は、内部に吸引流路４を形成した吸引ノズル部５の後端に真空ピンセット（図示せず）と嵌合状態で連結する連結部６を設けると共に、吸引ノズル部５の先端には吸着板３と接合して一体の吸着ヘッド７を形成する保持板８を設け、吸着ヘッド７の内部に空洞部９を形成して吸着板３の吸引孔１０と吸引流路４を連通させている。
【００２５】
保持板８は、図３（ａ）の平面図及び図３（ｂ）の断面図で示すように、吸引ノズル部５の先端側に一体で射出成形され、外周囲には幅広で方形枠状に突出した吸着支持面１１を形成し、吸着支持面１１の内周縁部には段差状に形成した吸着板３に対する受け台部１２を設けると共に、受け台部１２の内側には吸着板３との間で空洞部９を形成する凹面部１３を設けている。
【００２６】
凹面部１２には、平行する複数（図示の実施形態では４本）の補強リブ１４を突設させると共に、空洞部９を吸引ノズル部５の吸引流路４と連通させる流出口１５を凹設しており、各補強リブ１４は一端側を受け台部１２と連結して他端側は自由端部としている。
【００２７】
吸着板３は、図３（ａ）の底面図及び図３（ｂ）の断面図で示すように、吸着板３の表面側に薄肉状の橋絡部１６を設けた形態で、底面側に開口する多数の吸引孔用溝穴１７を備えた平板状の吸着板母材１８を射出成形し、後加工で橋絡部１６を除去することによって、上下に連通する各吸引孔１０を形成する。
【００２８】
吸着板母材１８には、図５で要部の拡大断面図を示すように、例えば橋絡部１６で閉塞された小径側の外径が０６φで、開口する大径側の外径が０９φ程度にした円錐台形状の吸引孔用溝穴１７を、例えば１．８ｍｍ程度のピッチで縦横に整列した状態で配列し、例えば吸着板３の厚みを１．４ｍｍとした場合に、橋絡部１６として吸引孔用溝穴１７の小径側へ、厚み０．３ｍｍ程度の薄肉状部分を一律に設けて嵩上げする。
【００２９】
また吸着板母材１８には、吸引孔用溝穴１７間の底面側から、保持板８との溶着代として厚み０．３ｍｍ程度の溶着突起部１９，２０を設けるが、溶着突起部１９は受け台部１２に対して溶着を行うように、外周溶着部２１に沿って配置させると共に、溶着突起部２０は補強リブ１４に対して溶着を行うように、補強リブ１４と直交した内側溶着部２２，２２に沿って配置させる。
【００３０】
吸着板母材１８を射出成形する際には、射出成形金型（図示せず）の内部に吸引孔用溝穴１７に適合する多数の円錐台形状をしたコアピンを立て、各コアピンの間に形成したキャビティに対して、橋絡部１６を形成する部分の側面側にゲート２３を設けて成形樹脂材を注入する。
【００３１】
これにより、成形樹脂材はコアピンによって流動を阻害されることなくキャビティ内へ均一に充填され、多数の小径な吸引孔１０となる吸引孔用溝穴１７を小ピッチで穿設した吸着板母材１８が射出成形され、成形後に吸着板母材１８を射出成形金型から取り出す際には、円錐台形状をした吸引孔用溝穴１７が抜きテーパとなってノックアウトされる。
【００３２】
なお、吸着板母材１８（吸着板３）を射出成形する成形樹脂材としては、例えば静電気の帯電や帯電による塵埃の付着を生じさせない導電性を有し、薬品や洗浄液によって変質や金属イオンを発生しない耐薬品性及び、高温でも変質及び変形しない耐熱性を有し、摺動摩擦でパーティクルが発生し難い低摩擦係数及び自己潤滑性を有することが望ましい。
【００３３】
これらの要件を満足させて半導体ウエハなどの被吸着物に対して電気的及び機械的なダメージを与えない成形樹脂材ならば、各種のエンジニアリングプラスチックの使用が可能であるが、中でもポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどの炭素繊維類を含有させて導電性を付与した成形樹脂材は、吸着板母材１８（吸着板３）にとって最も望ましいものの一つである。
【００３４】
射出成形した吸着板母材１８は、別途に製作（例えば、本件発明者が先に提案して特開平９−１３９４２０号公報に開示された技術などにより）したアダプター本体２の保持板８と一体に接合されるが、その際には橋絡部１６を上にした吸着板母材１８を受け台部１２上に載置させ、保持板８には外形に適合する受け治具を宛うと共に、吸着板母材１８には外形に適合するアルミ製の超音波溶着コーンを宛って溶着作業を行う。
【００３５】
この溶着作業では、吸着板母材１８を超音波溶着コーンで押圧しながら保持板８との間に超音波を振動を与え、吸着板母材１８に設けた溶着突起部１９，２０が溶融し、保持板８に設けた外周溶着部２１と内側溶着部２２，２２の位置で、受け台部１２と補強リブ１４にそれぞれ溶着され、図６で示すように吸着支持面１１から橋絡部１６が突出した状態で一体に接合される。
【００３６】
この実施形態では、バリの発生が少ないこと、接着などのに比べて耐熱及び耐薬品性で接合強度が高く且つ気密性も良こと、などの理由で、超音波溶着によって吸着板母材１８（吸着板３）を保持板８と接合したが、接着剤を用いた接合やレーザー照射による溶着などの接合も可能である。
【００３７】
溶着後には、橋絡部１６を除去して吸引孔１０を形成する作業を行うが、その際には外形に適合する受け治具を宛って保持板８を保持し、少なくとも吸引孔用溝穴１７の上面が開口するまで切削加工を行い、次いで研磨砥石によって粗仕上げと中仕上げ及び最終中仕上げを行い、吸着支持面１１と面一な仕上げ面２４で吸引孔１０が形成された吸着板３となる。
【００３８】
次に、図７〜１１は第２の実施形態による吸着アダプターであって、図７及び図８は完成状態における吸着アダプター２５の平面図及び縦断面図を示すが、吸着アダプター２５は合成樹脂材で射出成形したアダプター本体２６と保持板２７とで構成されている。
【００３９】
アダプター本体２６は、内部に吸引流路２８を形成した吸引ノズル部２９の後端に真空ピンセットに対する連結部３０を設けると共に、吸引ノズル部２９の先端には保持板２７と接合して一体の吸着ヘッド３１を形成する吸着板３２を設け、吸着ヘッド３１の内部に空洞部３３を形成して吸着板３２の吸引孔３４と吸引流路２８を連通させている。
【００４０】
すなわち、第１の実施形態では保持板８を吸引ノズル部５と一体に射出成形してアダプター本体２を構成し、このアダプター本体２に別体で製作した吸着板母材１８による吸着板３を一体に接合したのに対し、第２の実施形態では吸着板３２となる吸着板母材３５を吸引ノズル部５と一体に射出成形してアダプター本体２６を構成し、このアダプター本体２６に別体で製作した保持板２７を一体に接合したものである。
【００４１】
アダプター本体２６は、図９で示す縦断面図のように、吸引ノズル部２９の先端に吸着板３２となる吸着板母材３５を一体に射出成形し、この吸着板母材３５には空洞部３３側に向けて拡径された円錐台形状をした小径の吸引孔用溝穴３６を小ピッチで設けると共に、各吸引孔用溝穴３６の上部側には薄肉状の橋絡部３７を形成する。
【００４２】
アダプター本体２６を射出成形する際には、吸飲流路２８及び吸引孔用溝穴３６に適合するコアピンを成形用金型内に装着すると共に、吸引ノズル部２９の後端側にゲート３８，３８を設け、吸着板母材３５に対しては橋絡部３７の側面側から成形樹脂材が注入され、橋絡部３７を介して吸引孔用溝穴３６を形成するコアピン間のキャビティ内に成形樹脂材が充填するように射出成形される。
【００４３】
保持板２７は、図１０（ａ）の平面図と図１０（ｂ）の側面図で示すように、面板上の内面から複数の補強リブ３９が平行状に突設されており、この保持板２７はアダプター本体２６に対して吸着板母材３５の底面側に宛って、第１の実施形態の場合と同様に外周縁部及び補強リブ３９を超音波溶着で一体に接合し、内部に空洞部３３を形成した吸着ヘッド３１を構成する。
【００４４】
吸着ヘッド３１は、図１１（ａ）のように各吸引孔用溝穴３６の上部側が橋絡部３７によって閉塞された状態から、吸着板母材３５に対する表面の研削及び研磨作業で橋絡部３７を除去し、図１１（ａ）のように吸引孔用溝穴３６の上面が開口し、円錐台形状の吸引孔３４を備えた吸着板３２が形成される。
【００４５】
第２の実施形態による吸着アダプター２５は、第１の実施形態による吸着アダプター１と同様の作用効果が得られるが、特に吸着板３２（吸着板母材３５）をアダプター本体２６と一体に射出成形したことにより、第１の実施形態と異なって吸着面には保持板２７と接合する継目がないので、パーティクルが継目に入り込んでウエハを汚染させる恐れがない。
【００４６】
一方、第１の実施形態による吸着アダプター１の場合には、吸着板３（吸着板母材１８）をアダプター本体２と別体に射出成形したことにより、各種の被吸着物に適合させて口径や個数或いはピッチに吸引孔を設定した吸着板３を、共通のアダプター本体２と組み合わせて使用することが可能であり、コストの低減と部品の管理を容易にできるなど利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した第１の実施形態による吸着アダプターの全体平面図を示す。
【図２】 同吸着アダプターの全体縦断面図を示す。
【図３】 同吸着アダプターにおける保持板であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は縦断面図を示す。
【図４】 同吸着アダプターにおける吸着板に用いる吸着板母材であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は縦断面図を示す。
【図５】 同吸着アダプターにおける吸着板に用いる吸着板母材の要部拡大縦断面図を示す。
【図６】 同吸着アダプターにおける吸着ヘッドの橋絡部を除去する前の形態であって、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図を、（ｂ）は短手方向に沿った縦断面図を示す。
【図７】 本発明を適用した第２の実施形態による吸着アダプターの全体平面図を示す。
【図８】 同吸着アダプターの全体縦断面図を示す。
【図９】 同吸着アダプターにおけるアダプター本体の全体縦断面図を示す。
【図１０】 同吸着アダプターにおける保持板であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図を示す。
【図１１】 同吸着アダプターにおける吸着ヘッドであって、（ａ）は橋絡部を除去する前の形態による縦断面図を、（ｂ）は橋絡部を除去した後の形態による縦断面図を示す。
【符号の説明】
１，２５ 吸着アダプター
２，２６ アダプター本体
３，３２ 吸着板
４，２８ 吸引流路
５，２９ 吸引ノズル部
６，３０ 連結部
７，３１ 吸着ヘッド
８，２７ 保持板
９，３３ 空洞部
１０，３４ 吸引孔
１１ 吸着支持面
１２ 受け台部
１３ 凹面部
１４，３９ 補強リブ
１５ 流出口
１６，３７ 橋絡部
１７，３６ 吸引孔用溝穴
１８，３５ 吸着板母材
１９，２０ 溶着突起部
２１ 外周溶着部
２２ 内側溶着部
２３，３８ ゲート
２４ 仕上げ面

Claims (7)

1. 吸引流路を設けた吸引ノズル部の先端に、吸引孔を穿設した吸着板に保持板を一体に接合した吸着ヘッドを設け、前記吸着ヘッドには吸引孔を前記吸引流路と連通する空洞部を形成し、前記吸着板は多数の小径な吸引孔を小ピッチで穿設した射出成形品で形成すると共に、各吸引孔は前記空洞部側に向けて拡径された円錐台形状で形成したことを特徴とする吸着アダプター。
2. 前記円錐台形状の各吸引孔は、前記吸着板を射出成形した際の抜きテーパによって形成した請求項１に記載した吸着アダプター。
3. 前記保持板は、前記吸引ノズル部と一体に射出成形してアダプター本体を構成し、外周囲に前記吸着板と面一にした方形枠状の吸着支持面を形成すると共に、前記空洞部の内面に前記吸引流路と平行する複数の補強リブを突設させ、前記吸着板とは前記補強リブと直交した複数個所と前記吸着支持面の内周縁を、超音波溶着で接合した請求項１又は２に記載した吸着アダプター。
4. 前記吸着板は、前記吸引ノズル部と一体に射出成形してアダプター本体を構成し、前記保持板には前記空洞部の内面に前記吸引流路と平行する複数の補強リブを突設させ、前記保持板とは前記補強リブと直交した複数個所と前記保持板の外周縁を、超音波溶着で接合した請求項１又は２に記載した吸着アダプター。
5. 請求項１に記載の吸着アダプターの製造方法であって、前記吸着板は前記各吸引孔を閉塞する態様で上部側に薄肉状の橋絡部を設けた状態で吸着板母材を射出成形し、前記保持板と一体に接合した後に橋絡部を後加工で除去して各吸引孔を開口させたことを特徴とする吸着アダプターの製造方法。
6. 前記吸着板母材は、各吸引孔の成形個所に円錐台形状のコアピンを立て、前記橋絡部を形成する部分の側面側から成形樹脂材を注入すると共に、この橋絡部を介して各コアピンの間に形成したキャビティに成形樹脂材を充填して射出成形する請求項５に記載した吸着アダプターの製造方法。
7. 前記吸着板は、前記吸着板母材を前記保持板と超音波溶着で一体に接合した後に、橋絡部を研磨加工によって除去する請求項５又は６に記載した吸着アダプターの製造方法。

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