JP4189093B2

JP4189093B2 - セラミック製搬送アーム及びその製造方法

Info

Publication number: JP4189093B2
Application number: JP24664899A
Authority: JP
Inventors: 秀樹藤井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: JP2001077171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の物品を搬送するのに用いるセラミック製搬送アーム及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハ等の物品を搬送するために、セラミック製搬送アームが用いられている。
【０００３】
図６（ａ）は従来のセラミック製搬送アームの一例を示す正面図、図６（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、アルミナやジルコニアなど剛性が高く反りのない長尺状セラミック板４２からなり、一方の主面先端を、物品（不図示）を載せるための載置面４４と成し、該載置面４３には開口部４４を備えるとともに、長尺状セラミック板４２中には前記開口部４４と連通する吸引孔４５を備えたものがあった。そして、物品を載置面４３に載せ、開口部４４より真空吸引することによって物品を載置面４３に吸着固定するようになっていた。
【０００４】
また、この種のセラミック製搬送アーム（以下、搬送アームという）には、前記真空吸着タイプ以外に、載置面に物品を単に載せるだけのものや、載置面下部の長尺状セラミック板中に電極を埋設し、電極と物品との間に電圧を印加して静電気力によって物品を載置面に吸着固定する静電吸着タイプのものなどもあった。
【０００５】
そして、例えば図６（ａ）（ｂ）に示す搬送アーム４１を用いて、ラックに並べられた半導体ウエハを搬送するには、図７に示すように、ロボットアームの５０の先端に搬送アーム４１を取り付け、ラック５１に並べられた半導体ウエハＷ間に搬送アーム４１を挿入されたあと、ロボットアーム５０を上昇させ、搬送アーム４４の載置面４３に上方の半導体ウエハＷが当接した段階で開口部４４より真空吸引して半導体ウエハＷを載置面４３に吸着固定させ、しかるのちロボットアーム５０を引き戻すことにより半導体ウエハＷをラック５１から取り出し、次いで所定の工程へ搬送するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ラック５１への収納枚数を多くするために半導体ウエハＷ間の隙間が狭くなり、より薄肉でかつ自重による撓みの小さな搬送アーム４１が望まれている。
【０００７】
しかしながら、搬送アーム４１の薄肉化と撓みの問題は相反するものであり、薄肉化は長尺状セラミック板４２を剛性の高いアルミナセラミックスやジルコニアセラミックス等で形成することにより達成できても、撓みの問題を軽減するには材質面の改善だけでは限界があった。
【０００８】
即ち、図８に示す点線のように、搬送アーム４１を水平に設置すると、如何に剛性の高い材質で形成された搬送アーム４１といえども、図８の実線で示すように、搬送アーム４１の先端が自重によって撓んでしまうため、載置面４３を水平に維持することができず、このような状態で隙間が小さくなったラック５１中の半導体ウエハＷを取り出しに行くと、載置面４３上に半導体ウエハＷを安定して載せることができず、引き出しの際に半導体ウエハを取り損なって落としたり、撓んだ搬送アーム４１の先端が半導体ウエハＷと接触して傷を付けたり、破損させるといった課題があった。
【０００９】
そこで、この撓みの問題を少しでも改善するため、図９に示すように、楔型のスペーサ５２を介して搬送アーム４１を斜め上方に向けて設置したり、図１０に示すように、搬送アーム４１の後端を斜めに切除し、取り付けた際には搬送アーム４１が斜め上方を向くようにすることで、撓んだ時には載置面４３が水平面に近づくようにすることが行われていた。
【００１０】
しかしながら、これらの取り付け方法を採用しても搬送アーム４１はその中央が凸となるような弧を描くだけで、載置面４３を水平に保つことはできず、依然として半導体ウエハＷの取り損ないを防ぐことができなかった。
【００１１】
しかも、これらの取付け方法においては、搬送アーム４１をラック５１中の半導体ウエハＷ間に挿入すると、下側の半導体ウエハＷが搬送アーム４１の下面中央部で接触してしまい、搬送アーム４１を所定の位置まで挿入することができず、無理に押し込もうとすると下側の半導体ウエハＷを破損させてしまういった課題もあった。
【００１２】
さらに、搬送アーム４１の固定は通常、ネジにて取り付けられるのであるが、搬送アーム４１の取付部におけるネジ穴４６は、長尺状セラミック板４２の主面に対して垂直に穿孔されているため、図９や図１０の取付け方法においては、ネジがネジ穴４６に斜めに挿入され、ネジの締め付けが強すぎると、ネジとの接触部に応力集中に伴うクラックが発生してネジ穴４６が破損してしまうといった不都合もあった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題に鑑み、本発明のセラミック製搬送アームは、一方の主面先端に物品を載せる載置面を有する長尺状セラミック板の他方の主面における表面粗度が、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜３．０μｍの範囲で、前記一方の主面における表面粗度より粗くされ、前記一方の主面が、自重による撓みが発生していない状態で凹に反っていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記セラミック製搬送アームを製造するために、一方の主面先端に物品を載せる載置面を有するセラミック製搬送アームの他方の主面に、ブラスト加工又はエッチング加工を施し、前記長尺状セラミック板の他方の主面における表面粗度を、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜３．０μｍの範囲で、前記一方の主面における表面粗度より粗くして、前記一方の主面を、自重による撓みが発生していない状態で凹となるように反らせることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るセラミック製搬送アームの一例を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１７】
このセラミック製搬送アーム１は、薄肉の長尺状セラミック板２であって、その一方の主面２ａ先端に物品（不図示）を載せる載置面３を有するとともに、載置面３には開口部４を備え、長尺状セラミック板２中に前記開口部４と連通する吸引孔５を具備している。そして、載置面３に物品を載せ、開口部４より真空吸引すれば、物品を載置面３に吸着固定するようになっている。なお、６は搬送アーム１を装置や部材にネジ（不図示）にて取り付けるためのネジ穴である。
【００１８】
載置面３は物品を傷付けないようにするため、平坦でかつ平滑に仕上げてあり、その表面粗度は算術平均粗さ（Ｒａ）で０．６μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以下としてある。
【００１９】
また、載置面３を除く一方の主面２ａは載置面３と同程度あるいは若干粗い程度の表面粗度に仕上げてあり、本発明の搬送アーム１は、他方の主面２ｂの表面粗度を前記一方の主面２ａの表面粗度より粗くし、一方の主面２ａが凹となるように長尺状セラミック板２を反らせたことを特徴とする。
【００２０】
そして、この搬送アーム１を用いて、図７に示すようにラック５１に並べられた半導体ウエハＷを取り出すには、図２にその状態図を示すように、ロボットアーム５０の先端に、搬送アーム１を点線で示すように設置すると、搬送アーム１には自重による撓みが発生するが、搬送アーム１は予め載置面３を形成してある一方の主面２ａが凹となるように反らせてあることから、撓んだ時には搬送アーム１の全長がほぼ水平に保たれ、載置面３を水平または若干凸に反った状態とすることができる。
【００２１】
その為、搬送アーム１を微少隙間の半導体ウエハＷ間に挿入しても下側の半導体ウエハＷと接触しないため、傷付けたり破損するようなことがなく、また、搬送アーム１を所定の位置まで挿入することができる。
【００２２】
そして、載置面３は水平に保たれていることから、ロボットアーム５０を上昇させると、載置面３のほぼ全面を半導体ウエハＷと当接させることができ、この状態で前述したように開口部４より真空吸引すれば、載置面３上の半導体ウエハＷを確実に吸着固定することができ、引き出し時に落下させるようなことなく安定した搬送を実現することができる。
【００２３】
ところで、このような効果を奏するためには、搬送アーム１の取付部を基準として水平に設置した時、この水平線から撓んだ搬送アーム１の先端までの距離Ｔが±０．３ｍｍ以下の範囲にあり、かつ搬送アーム１の先端が水平又は若干凸に反っていることが必要であり、好ましくは水平線から撓んだ搬送アーム１の先端までの距離Ｔが±０．１ｍｍ以下の範囲にあるものが良い。
【００２４】
そして、搬送アーム１の反り量は、基本的に搬送アーム１の撓み量と同程度に設定すれば良く、長尺状セラミック板２の寸法や材質の剛性等を考慮し、さらに後述する製造方法にて製作することができる。
【００２５】
即ち、まず、反りの少ないセラミック製搬送アーム１を製作する。この時、搬送アーム１の一方の主面２ａにおける表面粗度は、物品と当接する時には載置面３と同様に算術平均粗さ（Ｒａ）で０．６μｍ以下に仕上げておけばよく、物品と接することがない時には粗くても算術平均粗さ（Ｒａ）で１．６μｍまで、さらにはＲａ１．０μｍまでの範囲若干粗くしても構わない。
【００２６】
次に、搬送アーム１を形成する長尺状セラミック板２の他方の主面２ｂにブラスト加工やエッチング加工を施し、他方の主面２ｂにおける表面粗度を、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜３μｍの範囲で前記一方の主面２ａより粗くすると、一方の主面２ａを形成するセラミックスの結晶間に働く引張応力が、他方の主面２ｂを形成するセラミックスの結晶間に働く引張応力より大きくなり、主面間の均衡が崩れることから一方の主面２ａが凹となるように長尺状セラミック板２を反らせることができる。
【００２７】
ただし、他方の主面２ｂを粗くしすぎると、長尺状セラミック板２の強度が劣化して、繰り返し使用しているうちに破損する恐れがある。その為、他方の主面２ｂは前記範囲内で一方の主面２ａより粗せば良い。また、反り量が大きくなりすぎた時には他方の主面２ｂにラップ加工やポリッシュ加工を施して所望の反り量となるようにすれば良い。
【００２８】
なお、本発明のセラミック製搬送アーム１を形成する長尺状セラミック板２としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素を主体とするセラミックスを用いることができる。これらのセラミックスは、ビッカース硬度（Ｈｖ１．０）１０００以上の高硬度を有し、３点曲げ強度１５〜１８０ｋｇｆ／ｍｍ²、破壊靱性値（Ｋ_1C）３〜７ＭＰａ・ｍ^1/2の高強度、高靱性を有するとともに、ヤング率１５０ＧＰａ以上を備え、しかも、耐薬品性にも優れるため、長期間にわたって使用することができる。
【００２９】
例えば、アルミナ系セラミックスとしては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）９９〜９９．９重量％に対し、焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）を合計で０．１〜１重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて１５００〜１８００℃の温度で焼成したものや、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）９３〜９９重量％に対し、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、セリア（ＣｅＯ₂）等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニアを１〜７重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中、水素雰囲気中あるいは窒素雰囲気中にて１５００〜１７００℃の温度で焼成したもの、あるいはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）６０〜８０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）を４０〜２０重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中、減圧雰囲気下、真空雰囲気化、不活性ガス雰囲気化、あるいはＮ２ガス雰囲気化にて１３００〜２０００℃の温度で焼成したものなどを用いることができる。
【００３０】
また、ジルコニア系セラミックスとしては、３〜９ｍｏｌ％のイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ₂）や、１６〜２６ｍｏｌ％のマグネシア（ＭｇＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ₂）、あるいは８〜１２ｍｏｌ％のカルシア（ＣａＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ₂）や８〜１６ｍｏｌ％のセリア（ＣｅＯ₂）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ₂）を所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１４００〜１７００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。
【００３１】
また、炭化珪素系セラミックスとしては、炭化珪素（ＳｉＣ）９０〜９９．８重量％に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と（Ｃ）、あるいはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を合計で１０〜１重量％添加したものを所望の形状に成形した後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１９００〜２１００℃の温度で焼成したものを用いることができる。
【００３２】
さらに、窒化珪素系セラミックスとしては、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）９６〜９８重量％に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を合計で２〜４重量％添加したものを、所望の形状に成形した後、窒素雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて１８００〜２０００℃の温度で焼成したものを用いれば良い。
【００３３】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３４】
図３に示すセラミック製搬送アーム１１は、正面形状がＹ字状をした薄肉の長尺状セラミック板１２からなり、その一方の主面１２ａであるＹ字の２端とその結合部に凸板１３ａ〜１３ｃをそれぞれ貼り合わせ、その上面を各々載置面１３とし、物品を３点で支持するとともに、前記凸板１３ｃには開口部１４を設け、長尺状セラミック板１２の他方の主面１２ｂに刻設する溝と連通するようにしたもので、前記溝は金属箔板１７で塞いで吸引孔１５としたものである。そして、この搬送アーム１１もまた他方の主面１２ｂにおける表面粗度を一方の主面１２ａの表面粗度より粗くし、該一方の主面１２ａが凹となるように長尺状セラミック板１２を反らせてある。なお、１６は搬送アーム１１を装置や部材にネジ（不図示）にて取り付けるためのネジ穴である。
【００３５】
この搬送アーム１１によれば、図１に示す搬送アーム１に比べて大きな物品を安定して保持することができる。
【００３６】
図４に示すセラミック製搬送アーム２１は、正面形状が長方形をした薄肉の長尺状セラミック板２２をしたもので、その一方の主面２２ａには円板状をした物品の形状に合致する凹部２２ｃを備え、該凹部２２ｃの底面を載置面２３としてあり、この搬送アーム２１もまた他方の主面２２ｂにおける表面粗度を一方の主面２２ａの表面粗度より粗くし、該一方の主面２２ａが凹となるように長尺状セラミック板１２を反らせてある。なお、２６は搬送アーム２１を装置や部材にネジ（不図示）にて取り付けるためのネジ穴である。
【００３７】
この搬送アーム２１によれば、図１に示す搬送アーム１のように開口部４や吸引孔５が不要で、簡単な構造でありながら物品を保持することができる。なお、図４では凹部２２ｃの形状として、円板状をした物品を保持するのに適した例を示したが、物品の形状に合わせて適宜最適な形状の凹部２２ｃとすれば良い。
【００３８】
図５に示すセラミック製搬送アーム３１は、図１の搬送アーム１と同様に、正面形状が長方形をした薄肉の長尺状セラミック板３２をしたもので、その一方の主面３２ａ先端を載置面３３とするとともに、載置面３３下部の長尺状セラミック体３２中に正方形の電極３４を埋設したもので、この搬送アーム３１もまた他方の主面３２ｂにおける表面粗度を一方の主面３２ａの表面粗度より粗くし、該一方の主面３２ａが凹となるように長尺状セラミック板３２を反らせてある。
【００３９】
この搬送アーム３１によれば、物品が導電性あるいは半導電性を有するものである場合、物品と電極３４との間に直流電圧を印加することで両者間に静電吸着力を発現させ、物品を載置面３３に吸着固定することができる。なお、３６は搬送アーム３１を装置や部材にネジ（不図示）にて取り付けるためのネジ穴である。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、図１及び図３乃至図５にさまざまな形状のセラミック製搬送アームを示したが、本発明はこれらの構造をしたものだけに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない程度に改良したものでも良いことは言うまでもない。
【００４１】
【実施例】
図１に示すセラミック製搬送アーム１を用意し、載置面３と反対側の主面にブラスト加工を施した時の反り量を確認するとともに、搬送アーム１の取付部を基準として水平に設置し、この水平線から撓んだ搬送アーム１の先端までの距離Ｔを測定する実験を行った。
【００４２】
本実験にあたっては、セラミック製搬送アーム１の形状として平面形状が長方形をなし、その寸法が３３０ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ、１９５ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍ、２４０ｍｍ×７０ｍｍ×１．２ｍｍである３種類の長尺状セラミック板２からなり、一方の主面２ａ先端を載置面３とし、該載置面３に開口部４を有するとともに、長尺状セラミック板２中に前記開口部４と連通する吸引孔５を備えたものを使用した。なお、いずれの長尺状セラミック板２もアルミナ純度が９９．７％であるアルミナセラミックスにより形成した。
【００４３】
なお、ブラスト加工の条件は、メディアに＃１２０の炭化珪素粒子を用いるとともに、照射距離を１５０ｍｍとした。
【００４４】
それぞれの結果は表１〜表３に示す通りである。なお、反り量がマイナスとは、載置面３側の主面２ａが凹に沿っていることを指し、搬送アーム１の先端の位置がマイナスとは、基準となる水平線より搬送アーム１の先端が下側にあることを指す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
これらの結果、いずれも載置面３と反対側の主面２ｂにおける表面粗度を、載置面３側の主面２ａにおける表面粗度より粗くしていくことで、反り量を大きくできることが判る。この結果、反り量はブラスト条件を設定することにより自由に調節できることが判る。そして、搬送アーム１は載置面３側が凹に沿っており、かつ水平に設置した時には、水平線から搬送アーム１の先端までの距離Ｔが±０．３μｍ以下であることが必要であるため、表１においては、ブラスト回数を６回以上行えば良く、表２においては、ブラスト回数を１２回以上行えば良く、表３においては、４回以上行えば良いことが判る。
【００４９】
さらに、図６に示す従来の搬送アーム４１を図９のように取り付けたものと本発明の搬送アーム１とを比較したところ、従来の搬送アーム４１では、本発明の搬送アーム１より水平線からの距離Ｔが０．３ｍｍ〜０．３５ｍｍが大きく、この結果、本発明の搬送アーム１は従来の搬送アーム４１よりも狭い隙間にも挿入可能であることが判る。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一方の主面先端に物品を載せる載置面を有する長尺状セラミック板からなるセラミック製搬送アームの他方の主面にブラスト加工又はエッチング加工を施し、前記他方の主面における表面粗度を前記一方の主面における表面粗度より粗くし、載置面側の一方の主面が凹に反ったセラミック製搬送アームを製作したことから、簡単な方法で搬送アームの反り量を調整できるとともに、取付部を基準として水平に設置した時、撓んだ搬送アームをほぼ水平の保持し、かつ載置面を水平に保つことができる。
【００５１】
その為、本発明のセラミック製搬送アームを用いてラックに並べられた半導体ウエハを取り出す場合、狭い隙間でも他の半導体ウエハを傷付けることなく挿入することができ、確実に半導体ウエハを保持することができるため、ラック中に並べることができる半導体ウエハの枚数を増やすことができ、結果として生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る搬送アームの一例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】図１の搬送アームの使用状態を示す図である。
【図３】本発明に係る搬送アームの他の例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】本発明に係る搬送アームのさらに他の例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はＺ−Ｚ線断面図である。
【図５】本発明に係る搬送アームのさらに他の例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図６】従来のセラミック製搬送アームを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】セラミック製搬送アームを用いてラック中の半導体ウエハを取り出す状態を示す模式図である。
【図８】従来の搬送アームの設置状態を示す図である。
【図９】従来の搬送アームの他の設置状態を示す図である。
【図１０】従来の搬送アームのさらに他の設置状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック製搬送アーム２・・・長尺状セラミック板
３・・・載置面４・・・開口部５・・・吸引孔

Claims

長尺状セラミック板の一方の主面先端に物品を載せる載置面を有するセラミック製搬送アームにおいて、
前記長尺状セラミック板の他方の主面における表面粗度が、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜３．０μｍの範囲で、前記一方の主面における表面粗度より粗くされ、
前記一方の主面が、自重による撓みが発生していない状態で凹に反っていることを特徴とするセラミック製搬送アーム。
長尺状セラミック板の一方の主面先端に物品を載せる載置面を有するセラミック製搬送アームの他方の主面に、ブラスト加工又はエッチング加工を施し、前記長尺状セラミック板の他方の主面における表面粗度を、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ〜３．０μｍの範囲で、前記一方の主面における表面粗度より粗くして、前記一方の主面を、自重による撓みが発生していない状態で凹となるように反らせることを特徴とするセラミック製搬送アームの製造方法。