JP5036596B2

JP5036596B2 - 吸着装置

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Publication number: JP5036596B2
Application number: JP2008051817A
Authority: JP
Inventors: 彰彦中村; 純一桂川
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: TW201001489A; US20090218460A1; US8297568B2; JP2009212196A; TWI492271B

Description

本発明は、被吸着物を吸着する吸着装置に関するものであり、特に、被吸着物を真空吸着する真空吸着手段を備えた吸着装置に関するものである。

物品を固定して加工または処理を施す場合、物品を担体に固定して運搬する場合、および、物品を担体に固定して当該物品の位置を調整（アライメント）する場合（特許文献２等を参照）等において、物品を真空引きして吸着する真空吸着装置が用いられることがある。このような真空吸着装置は、吸着すべき物品（被吸着物）に特別の仕掛けが必要ない上に、固定の際に被吸着物を傷つけるおそれが小さいことから、特に基板等の加工、アライメント等に好ましく用いられる。

しかしながら、上記真空吸着装置が十分に吸着することができない物品も存在する。例えば、特許文献１に記載のサポートプレートは、多数の貫通孔を有しているため、真空吸着装置が吸着することができない。すなわち、真空吸着装置が上記サポートプレートを真空引きしても、上記貫通孔から空気が流入して、当該サポートプレートと当該真空吸着装置との間に真空（減圧状態）を形成することができないので、当該サポートプレートを吸着することができない。また、例えば、銅製の基板等は、ある程度のゆがみを有している場合があるため、当該ゆがみによって形成された隙間から空気が流入し、真空吸着装置による吸着を妨げてしまう。

従来、このような真空吸着装置による吸着に不適な物品に対しては、図１０に示すような、ゴム等を用いて摩擦力により物品を固定する装置、または、図１１に示すような、固定すべき物品に対応した枠に当該物品をはめ込むことにより固定する装置が用いられている。
特開２００６−１３５２７２号公報（平成１８年５月２５日公開）特開２００３−２８２４２７号公報（平成１５年１０月３日公開）

それゆえ、これまで、様々な物品をずれることなく固定することができる装置は存在しない。

例えば、真空吸着装置は、上述したように、吸着に不適な物品が存在する。また、図１０に示すような、ゴム１００２等を用いて摩擦力により物品１００１を固定する装置では、物品１００１を固定する力が摩擦力のみなので、物品１００１に大きな力が加わったとき、支持体１００３に対してずれが生じるおそれがある。さらに、図１１に示すような、固定すべき物品１１０１に対応した枠を有する支持体１１０２に物品１１０１をはめ込むことにより固定する装置では、円滑な嵌め込みのためにギャップ（遊び）１１０３が必要であり、このギャップ１１０３のために物品１１０１が支持体１１０２に対してずれるおそれがある。

そのため、様々な物品をずれることなく固定することができる装置が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、様々な物品をずれることなく固定することができる装置を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る吸着装置は、被吸着物を真空吸着する真空吸着手段と、上記真空吸着手段と対になって、上記被吸着物を挟む吸着補助手段とを備えていることを特徴としている。

本発明に係る吸着装置は、被吸着物を真空吸着する真空吸着手段を備えており、これによって、被吸着物を真空吸着することができる。

従来技術に係る、被吸着物を真空吸着する装置は、上述したように、貫通孔を有する被吸着物、および、ゆがみを有する被吸着物を吸着することができない。

一方、本発明に係る吸着装置は、上記真空吸着手段と対になって、上記被吸着物を挟む吸着補助手段を備えている。そのため、本発明に係る吸着装置によれば、上記吸着補助手段を用いて貫通孔を有する被吸着物の当該貫通孔を塞ぐことができるため、貫通孔を有する被吸着物を容易に吸着することができる。また、本発明に係る吸着装置によれば、上記吸着補助手段を用いてゆがみを有する被吸着物の当該ゆがみを矯正することができるため、ゆがみを有する被吸着物を容易に吸着することができる。そして、上記吸着は、真空引きによるものであり、摩擦力に比べ堅固に固定することができ、また遊びも必要ないため、ずれが生じるおそれがない。

以上のように、本発明に係る吸着装置によれば、様々な物品をずれることなく固定することができる。

〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態に係る吸着装置１００の構成について説明する。図１は、吸着装置１００の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、吸着装置１００は、真空チャック（真空吸着手段）１２０と、吸着補助具（吸着補助手段）１３０とを備えている。図１では、真空チャック１２０の上に、貫通孔１１１を有する基板（被吸着物）１１０が載置されている状態を示す。なお、本明細書では、吸着装置１００が吸着すべき被吸着物として、基板１１０を用いた例を示すが、本発明はこれに限定されない。上記被吸着物としては、吸着装置１００が吸着することができるものであれば特に限定されないが、基板（ウエハ）等のように、平滑な表面を有するものを好適に吸着することができる。

真空チャック１２０は、真空ポンプ等の機構により、被吸着物を真空吸着することができるものであればよく、一般的な真空チャックを用いることができる。なお、本明細書において、用語「真空吸着」とは、被吸着物と接触する接触部を減圧状態にして、周囲との気圧差により、被吸着物を吸着することを意図しており、上記接触部（被吸着物と接触部とで形成される空間）は必ずしも真空である必要はない。また、「真空吸着」は、「真空引き」とも記載することがある。真空チャック１２０の排気量等は、目的とする被吸着物のサイズ等に合わせて適宜選択すればよい。例えば、直径２００ｍｍ、膜厚０．７ｍｍ、貫通孔の孔径０．４ｍｍ、貫通孔のピッチ０．６ｍｍの穴つきガラス基板を吸着する場合には、真空チャック１２０としては、排気量３０Ｌ／ｍｉｎのものを好適に用いることができる。

吸着補助具１３０は、基板対向面１３１と、シリンダ１３２と、シリンダ受け１３３と、軸１３４とを備えている。基板対向面１３１は、吸着補助具１３０における基板１１０に対向する面であり、後述するように、基板１１０に接触して、貫通孔１１１を塞ぐ面である。したがって、基板対向面１３１は、通気性の少ない素材で形成されることが好ましく、例えば、合成樹脂、天然樹脂、軟質ガラス、硬質ガラス、鉄、アルミ、銅、ステンレス等を好適に用いることができる。また、柔軟性のある素材、例えば、合成樹脂は、基板１１０を傷つけず、貫通孔１１１を効果的に塞ぐことができるため、基板対向面１３１の素材として、特に好ましく用いることができる。

また、基板対向面１３１は、貫通孔１１１を効果的に塞ぐことができるように、基板１１０に密接するための形状を有していることが好ましい。すなわち、基板１１０と基板対向面１３１とを接触させたとき、基板１１０の表面と基板対向面１３１とがちょうど重なり合うようになっていることが好ましい。例えば、本実施形態のように、吸着装置１００が吸着すべき被吸着物として、基板を用いる場合には、基板対向面１３１は、平滑な平面であることが好ましい。さらに、基板対向面１３１の直径は、真空チャック１２０の口径よりも大きく、貫通孔１１１のうち真空チャック１２０によって真空引きされている部分のすべてを覆うことができるようになっていることが好ましい。

基板対向面１３１は、シリンダ受け１３３の内部に収められたシリンダ１３２に、軸１３４を介して接続されている。

シリンダ１３２は、上方に向かって径が大きくなる円錐台形状を有しており、下部において、軸１３４を介して、シリンダ受け１３３の外部に位置する基板対向面１３１に接続している。シリンダ受け１３３は、シリンダ１３２と傾斜の等しい円錐台がくり抜かれた形状を有しており、くり抜かれた部分にシリンダ１３２を納めている。また、下部には、軸１３４を外部に出すための穴が設けられている。軸１３４を外部に出すための穴の直径は、軸１３４の直径よりも大きくなっており、軸１３４は、回転および水平方向への移動が可能になっている。

シリンダ受け１３３においてくり抜かれた円錐台のサイズは、シリンダ１３２の円錐台のサイズよりも大きくなっている。そのため、シリンダ１３２は、シリンダ受け１３３内において遊動可能であり、シリンダ１３２に接続されている基板対向面１３１も遊動可能となっている。

なお、基板対向面１３１が基板１１０に接していない状態（待機状態）では、図１に示すように、シリンダ１３２は、シリンダ受け１３３の下部に静置される。このとき、上記シリンダ１３２は、シリンダ受け１３３によって、水平方向についても規定されるため、基板対向面１３１の水平方向の位置は、待機状態では、常に一定とすることができる。

吸着補助具１３０はまた、上述したものとは異なる形状を有していてもよい。図３は、本発明の第１の実施形態に係る吸着装置１００の吸着補助具の別の構成を示す断面図である。図３に示すように、シリンダ１３２は円筒形であってもよく、その場合には、シリンダ受け１３３には、シリンダ１３２よりもサイズの大きい円筒形の空洞が形成され、下部に、シリンダ１３２に接続された軸１３４を外部に出すための穴が設けられていればよい。この構成によっても、軸１３４に接続された基板対向面１３１は遊動可能となる。

このように、シリンダ１３２、シリンダ受け１３３、および軸１３４は、基板対向面１３１が遊動可能なように構成されていればよく、形状は特に限定されない。また、シリンダ１３２およびシリンダ受け１３３の材質は、お互いの間が滑り易いものであることが好ましく、そのような組み合わせとしては、例えば、樹脂とステンレスのような金属との組み合わせ等が挙げられる。なお、例えば、シリンダ１３２を樹脂で形成すれば、吸着補助具１３０のうち、遊動する部位を軽くすることができるため、好ましい。

基板１１０は、一般的な基板であって貫通孔１１１を有していれば、その口径、膜厚、材質等は特に限定されない。基板１１０の貫通孔１１１は、複数であってもよく、孔径も特に限定されない。例えば、シリコン基板のように多孔質の素材によって形成された基板であって、空気を透過する基板も、本実施形態に係る基板１１０に含まれる。

また、基板１１０は、任意の手段によって、真空チャック１２０上に載置されればよく、当該載置には、搬送ロボット等の周知慣用技術を用いればよい。

次に、吸着装置１００が、基板１１０を吸着する仕組みについて説明する。図２は、吸着装置１００が、基板１１０を吸着している状態を示す断面図である。図２に示すように、吸着装置１００が基板１１０を吸着している状態では、基板対向面１３１は、基板１１０に接触している。また、このとき、シリンダ１３２は、シリンダ１３３から浮いた状態にあり、自由に動くことができる状態となっている。

ここで、吸着補助具１３０が存在しない場合（すなわち、背景技術に係る吸着装置）では、真空チャック１２０によって基板１１０を真空引きしようとしても、貫通孔１１１から空気が流入して、基板１１０を吸着することは非常に困難である。一方、本発明に係る吸着装置１００では、吸着補助具１３０の基板対向面１３１が貫通孔１１１に蓋をするため、貫通孔１１１に空気が流入せず、真空チャック１２０は基板１１０を容易に真空吸着することができる。なお、基板対向面１３１が、基板１１０に密接するための形状を有している場合には、貫通孔１１１がより完全に塞がれるため、吸着装置１００は、さらに容易に基板１１０を真空吸着することができる。

基板対向面１３１を、基板１１０に接触させるためには、図１に示す待機状態から、シリンダ受け１３３を基板１１０の方向へ移動させればよい。シリンダ受け１３３の移動は、例えば、図示しないアクチュエータを用いることによって行う。なお、基板対向面１３１が、吸着補助具１３０において遊動可能であれば、シリンダ受け１３３の移動を厳密に制御しなくとも、基板対向面１３１は、基板１１０に接触した状態で留まる。

また、後述するように、吸着装置１００は、基板１１０を吸着したまま回転、位置調整、搬送等を行ってもよい。基板対向面１３１が、吸着補助具１３０において遊動可能であれば、特に調整を行う必要はなく、基板１１０の回転、位置調整、搬送等を行うことができる。基板１１０を回転させるためには、例えば、真空チャック１２０として、吸着面が回転可能な市販の真空チャック（スピンチャック）等を用いればよい。なお、上記回転の速度は、例えば、基板１１０の端面の洗浄等を行う際には、例えば、２０００〜３０００ｒｐｍ程度とすればよく、アライメントを行う際には、例えば、１０００ｒｐｍ程度とすればよい。なお、上記回転によって、吸着補助具１３０が削れてくずが生じる場合があるので、基板１１０の下部に、上記くずを受けるための受け皿を設けてもよい。

本実施形態に係る吸着装置１００は、基板１１０を固定することができるので、基板１１０に対して、例えば、切断、穿孔、彫刻、研磨、表面改質、塗装、機能膜形成等の加工、または洗浄等の処理を施すために好適に用いることができ、例えば、旋盤、フライス盤、ボール盤、平面研削盤、マシニングセンタ、スピンコータ、ワッシャー等に組み込んでもよい。また、基板１１０を吸着したまま、吸着装置１００全体、または真空チャック１２０を移動させることにより、基板１１０の搬送、アライメント等を行うことができる（なお、後述の第３の実施形態では、本発明に係る吸着装置を、アライメントのために用いた実施形態について説明する）。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る吸着装置２００について説明する。図４は、吸着装置２００の概略構成を示す断面図である。図４に示すように、吸着装置２００は、真空チャック（真空吸着手段）２２０と、吸着補助具（吸着補助手段）２３０とを備えている。図４では、真空チャック２２０の上に、ゆがみを有する基板（被吸着物）２１０が載置されている状態を示す。

真空チャック２２０は、第１の実施形態に係る真空チャック１２０と同様のものを用いることができる。

吸着補助具２３０は、基板対向面２３１、アクチュエータ２３２、および軸２３４を備えている。アクチュエータ２３２は、軸２３４を介して基板対向面２３１に接続されている。基板対向面２３１は、第１の実施形態に係る基板対向面１３１と同様のものを用いることができる。

基板２１０は、例えば、銅等からなる基板であり、自重による変形、熱による膨張等によりゆがみが生じている。そのため、図４に示すように、吸着補助具２３０の基板対向面２３１が基板２１０から離れている状態（待機状態）では、真空チャック２２０と、基板２１０との間に隙間が生じている。そのため、真空チャック２２０が基板２１０を真空引きしても、上記隙間から空気が流入するため、基板２１０を真空吸着することが困難である。

図５は、吸着装置２００が基板２１０の吸着を開始した状態を示す断面図である。図５に示すように、吸着装置２００が基板２１０の吸着を開始する際には、アクチュエータ２３２が基板対向面２３１を基板２１０に押し付ける。これにより、基板２１０のゆがみが矯正され、基板２１０と真空チャック２２０との間の隙間が低減する。以上により、吸着装置２００は、基板２１０を容易に吸着することができる。

図６は、吸着装置２００が、基板２１０を吸着している状態を示す断面図である。図６に示すように、真空チャック２２０が基板２１０を一旦吸着すれば、その後、基板対向面２３１を基板２１０から離しても、吸着し続けることができる。したがって、基板２１０に対して、第１の実施形態において説明したような、各種の加工または処理を行うことができる。

〔第３の実施形態〕
図７は、本発明の第３の実施形態に係る吸着装置（アライメント装置）３００の概略構成を示す断面図である。図７に示すように、吸着装置３００は、真空チャック（真空吸着手段）３２０、吸着補助具（吸着補助手段）３３０、センサ３４０、および位置調整部（位置調整手段）３５０を備えている。

吸着装置３００は、いわゆるアライメント装置として働くものであり、基板（被吸着物）３１０を固定して、その位置を調整する。

真空チャック３２０は、第１の実施形態に係る真空チャック１２０と同様のものを用いることができる。なお、本実施形態では、真空チャック３２０は、例えば、１０００ｒｐｍ程度の回転速度で、基板３１０を回転させる。

吸着補助具３３０は、第１の実施形態に係る吸着補助具３３０と同様のものを用いることができる。

基板３１０は、貫通孔を有する基板であり、第１の実施形態に係る基板１１０と同様のものである。ただし、基板３１０は、アライメントのための印として、図８に示すようなオリフラ（Orientation Flat）３１２を有している。なお、アライメントのための印は、どのようなものでもよく、例えば、図９に示すようなノッチ（切り欠き）３１３等を用いてもよい。

本実施形態のように、本発明に係る吸着装置をアライメント装置として用いる場合であっても、当該吸着装置が吸着すべき被吸着物は、特に限定されず、貫通孔を有する基板である必要はない。例えば、上記被吸着物として、ゆがみを有する基板を用いる場合には、本実施形態に係る吸着補助具３３０の代わりに、第２の実施形態に係る吸着補助具２３０と同様のものを用いればよい。

センサ３４０は、上述したようなアライメントのための印を検出することができるセンサであればよく、例えば、一般的な透過センサを用いることができる。

位置調整部３５０は、センサ３４０の検出結果に基づいて、基板３１０の水平方向の位置を調整するものである。位置調整部３５０としては、一般的なアクチュエータを用いることができる。図７に示すように、位置調整部３５０は、真空チャック３２０の位置を調整することにより、真空チャック３２０の上部に固定されている基板３１０の位置を調整するものである。

以下、吸着装置３００のアライメントの手順を説明する。上記アライメントは、基板３１０を、真空チャック３２０に吸着させた後に行う。

上述したように、アライメントを行う際には、真空チャック３２０は、基板３１０を回転させる。センサ３４０は、回転している基板３１０の外周部およびオリフラ３１２を検出する。吸着装置３００の図示しない制御部は、センサ３４０から入力された検出結果に基づいて、真空チャック３２０の回転および位置調整部３５０を制御して、基板３１０の水平位置および回転角度（θ）を所定の位置に調整する。

詳しく述べれば、真空チャック３２０の回転中心と、基板３１０の中心とが一致していれば、センサ３４０が検出する基板３１０の外周部は、常に一定の位置にある。センサ３４０の、基板３１０の外周部の検出結果に基づけば、上記両中心のずれを検出することができる。また、センサ３４０により、オリフラ３１２を検出すれば、基板３１０の回転角度を検出することができる。上記制御部は、これらの検出結果に基づいて、基板３１０の水平位置および回転角度（θ）の調整量を算出する。上記調整量を算出する方法は、例えば、特許文献２等に記載されているような、当業者において周知慣用の方法を用いればよい。そして、上記制御部は、算出された調整量に従って、位置調整部３５０および真空チャック３２０を制御する。以上により、基板３１０のアライメントを行うことができる。

上述したように、本発明に係る吸着装置は、貫通孔を有する基板、および、ゆがみを有する基板を含む様々な被吸着物を真空吸着することができる。従って、本発明に係る吸着装置をアライメント装置として用いることにより、様々な物品をアライメントすることができる装置を提供することができる。

本発明は、加工または処理すべき物品を好適に固定することができるので、工業製品の製造分野において幅広く利用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る吸着装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る吸着装置が被吸着物を吸着している状態を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る吸着装置の吸着補助手段のバリエーションを示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る吸着装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る吸着装置が被吸着物の吸着を開始した状態を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る吸着装置が被吸着物を吸着している状態を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る吸着装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る吸着装置が吸着する被吸着物の概略構成を示す上面図である。本発明の第３の実施形態に係る吸着装置が吸着する被吸着物のバリエーションを示す上面図である。従来技術に係る固定装置の概略構成を示す断面図である。従来技術に係る固定装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００吸着装置
１１０、２１０、３１０基板（被吸着物）
１１１貫通孔
３１２オリフラ
３１３ノッチ
１２０、２２０、３２０真空チャック（真空吸着手段）
１３０、２３０、３３０吸着補助具（吸着補助手段）
１３１、２３１基板対向面
１３２シリンダ
１３３シリンダ受け
２３２アクチュエータ
１３４、２３４軸
３４０センサ
３５０位置調整部（位置調整手段）
１００１、１１０１物品
１００２ゴム
１００３、１１０２支持体
１１０３ギャップ

Claims

被吸着物を真空吸着する真空吸着手段と、
上記真空吸着手段と対になって、上記被吸着物を挟む吸着補助手段とを備えており、
上記吸着補助手段は、
シリンダと、
上記シリンダを遊動可能に収めるシリンダ受けと、
上記シリンダに接続された、上記被吸着物に対向する面とを備えていることを特徴とする吸着装置。
上記被吸着物が、基板であることを特徴とする請求項１に記載の吸着装置。
上記基板が、貫通孔を有する基板であることを特徴とする請求項２に記載の吸着装置。
上記吸着補助手段の上記基板に対向する面が、上記基板に密接するための形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の吸着装置。
上記真空吸着手段が、上記被吸着物を真空吸着したまま回転させるようになっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の吸着装置。
上記被吸着物の位置を検出するためのセンサと、
上記真空吸着手段を移動させる位置調整手段とをさらに備えており、
上記位置調整手段は、上記センサが検出した上記被吸着物の位置に基づいて、上記被吸着物が特定の位置にあるように、上記真空吸着手段の位置を調整するようになっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の吸着装置。