JP5287491B2

JP5287491B2 - 基板吸着装置

Info

Publication number: JP5287491B2
Application number: JP2009119896A
Authority: JP
Inventors: 直也武田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP2010264579A

Description

本発明は、ウェハ等の基板を吸着し搬送する基板吸着装置に関する。

真空成膜装置等においては、ウェハやガラス基板等の基板を搬送する工程がある。基板を搬送する装置の一つとして、高速流体により発生するベルヌーイ効果を利用して基板を非接触で保持する非接触搬送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３３０２０３号公報

ところで、特許文献１に記載の装置では、吸着部から離れた基板周辺部を４つのピンに当接させる構造となっている。しかしながら、このような構造の場合、吸着した基板が振動するという問題が生じることが解った。成膜後の基板は高温状態にあり、その表面に生成した膜は柔らかく傷つきやすい。そのため、吸着搬送時に基板振動によって基板表面がピンで叩かれたり擦られたりするような状況となった場合、ピンが当接する領域にキズが発生するという問題があった。

請求項１の発明に係る基板吸着装置は、ベルヌーイ効果により吸着対象基板を吸引する基板吸着装置において、高速流体が流出する流出口、および前記流出口の周囲に設けられ前記吸着対象基板の方向に向いている面を有する高速流体噴出部と、前記流出口と対向する貫通孔が設けられるとともに、所定の距離を空けて前記高速流体噴出部の前記面と対峙する面であって前記貫通孔の周囲に径方向に広がる面、および前記吸着対象基板が当接する面であって前記貫通孔の周囲に径方向に広がる基板当接面を有するパッドとを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の基板吸着装置において、基板当接面はリング形状であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の基板吸着装置において、貫通孔の径を、流出口の外径とほぼ同一としたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板吸着装置において、パッドは複数に分割され、その分割された複数のパッドが流出口を囲むように配置されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板吸着装置において、前記吸着対象基板が前記パッドの前記基板当接面に近接したとき、前記高速流体噴出部の前記面と前記パッドとの間において前記高速流体が外周方向に向かって流れるとともに、前記流出口から前記貫通孔を介して前記基板当接面と前記吸着対象基板との間において前記高速流体が外周方向に流れることにより前記吸着対象基板が前記パッドの基板当接面に吸着され、前記吸着対象基板が前記基板当接面に当接した後は、前記高速流体噴出部の前記面と前記パッドとの間において前記高速流体が外周方向に向かって流れることで負圧を発生させるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、基板吸着時の基板振動が抑制され、安定して基板を吸着保持することができる。

本実施の形態の基板吸着装置を示す図である。吸着部１の吸着動作の概念を説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＣ矢視図である。パッド４の変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例を、（ｂ）は第２の変形例を、（ｃ）は第３の変形例を示す。パッドの比較例を示す図である。基板振動に関する測定結果を示す図である。

以下、図を参照して本発明の実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態による基板吸着装置を示す図である。図１では、図示上下方向が鉛直方向である。吸着装置は、不図示の駆動部により駆動される搬送部５と、ウェハやガラス基板等の基板７を吸着する吸着部１とを備えている。吸着部１は搬送部５の下端に取り付けられ、搬送部５により上下方向（ｚ方向）およびｘｙ方向に移動可能に構成されている。

搬送部５には支持板２が設けられて居る。パッド４は、支持板２から下方に延びる支柱３の下端に固定されている。その結果、パッド４は吸着部１の下端面から距離ｈだけ離れた仮想平面ＶＰ（図２）上に配置されることになる。吸着部１には、正圧の気体、例えば圧縮空気や窒素ガスなどが配管６を介して供給される。吸着部１は、供給された気体を凹部１１内に噴出する。基板７は、ベルヌーイ効果によって吸着部１方向に吸引され、パッド４に当接する。その状態で搬送部５を駆動することにより、基板７の搬送を行うことが可能となる。

図２は、吸着部１の吸着動作の概念を説明する図であり、（ａ）は基板７が吸着されている状態における吸着部１の断面図であり、（ｂ）はＣ矢視図である。図２（ｂ）に示すように、吸着部１の凹部１１には、供給された気体を噴出する噴出口１２が３箇所形成されている。この噴出口１２から高速流体として噴出された気体は、凹部１１の内周面に沿った旋回流を形成する。旋回流となった高速流体は、凹部１１の開口面（気体流出口）から凹部外へと流出する。図２（ｂ）においてハッチングを施した領域Ｅが気体流出口を示している。

このような旋回流が形成された吸着部１を基板７に近づけると、高速流体は吸着部１とパッド４との隙間、およびパッド４と基板７との隙間を通って外側へと流出する。その結果、基板７はベルヌーイ効果により吸着部方向へと引き寄せられ、パッド４に当接するようになる。パッド４には、リング部４１と、上述した支柱３に固定される枝状の連結部４２とが形成されている。

リング部４１が吸着部１の気体流出口Ｅに跨っていると吸着に影響するので、リング部４１の内径ｄは気体流出口Ｅの外径以上に設定される。また、基板７に対する吸着力は吸着部１に対向する領域に働くので、上述した基板振動を防止するためには、基板７の気体流出口Ｅに対向する領域の近傍に、リング部４１を当接させるのが好ましい。図２に示す例では、リング部４１の内径ｄは、吸着部１の気体流出口Ｅの外径とほぼ同一に形成されている。なお、パッド４の材質としては、高温の基板７を吸着する場合には、耐熱性を考慮し、ステンレス材、セラミックス材、カーボン材、Ｓｉ基板、石英ガラス等が用いられる。また、成膜後の基板７が高温でなければ、樹脂等も用いることができる。

ところで、パッド４を設けていない一般的なベルヌーイチャックでは、基板７が吸着部１の下端に近付き過ぎると凹部１１部分の気体の圧力による斥力が大きくなるので、基板７は、自重に斥力を加えた大きさとベルヌーイ効果による負圧とがバランスする位置に非接触保持されることになる。そのため、特許文献１に記載の装置のように、基板周辺部の数箇所にピンが当接する構造の場合、基板中心部分の吸引力と基板周辺部分のピンの当接力とのバランスが崩れやすく、基板振動が発生しやすい。その結果、基板振動によって基板表面がピンで叩かれたり擦られたりするような状況となり、ピンが当接する領域にキズが発生するという問題があった。

一方、本実施の形態におけるパッド４では、流体の流出口である凹部１１を囲むようにリング部４１が設けられているので、吸着が安定して振動が発生しにくくなる。また、リング部４１を吸着部１が対向する領域（すなわち吸着領域）の近傍に設けて、吸着力の作用する領域とパッド４が当接する領域とが近接するようにすると、当接力の作用する位置が吸引力の作用する領域に近くなり、振動の発生が抑制されることになる。なお、図２に示す例では、加工を簡単にするために、リング部４１および連結部４２の下面を均一の面としたが、リング部４１のみが基板７と当接するように、リング部４１と連結部４２との間に段差を設けてもよい。それにより、当接面が吸着部１の中心軸に対して対象形状となる。

［変形例］
図３（ａ）は、本実施の形態の変形例１を示す図であり、パッド４の形状を円形としたものである。また、パッド４のリング状部分は完全にリングでなくてもよく、リング状の部分を複数に分割して凹部１１を囲むように配置するようにしても良い。図３（ｂ），（ｃ）は、そのような構造のパッド４を示したものである。図３（ｂ）は変形例２を示したものであり、リング部４１を部分４１ａ，４１ｂ，４１ｃに３分割した場合である。また、図３（ｃ）に示す変形例３では、円形状のパッド４を３つの部分４ａ，４ｂ，４ｃに分割した場合を示す。

図５は、図２および図３（ａ）に示すパッド４を用いて基板を保持した場合と、図４に示すように吸着部１から離れた位置において３点支持により基盤を保持した場合の、基板振動の測定結果を示したものである。基板寸法は□１５６mm、ｔ＝０．２mmであり、測定点Ａ，Ｂは図２（ｂ）に示す位置である。基板の変位はレーザ変位計で測定し、１分間に得られた測定データから最大変位最小変位を１０点抽出し、その１０点平均振幅で評価した。

図５において、横軸は吸着部１に供給する気体（空気）の圧力を表し、縦軸は１０点平均振幅を表す。折れ線Ｌ１１，Ｌ１２は図２のパッド４を用いた場合の点Ａ，Ｂにおける測定結果を示し、折れ線Ｌ２１，Ｌ２２は図３（ａ）のパッド４を用いた場合の点Ａ，Ｂにおける測定結果を示し、折れ線Ｌ３１．Ｌ３２は図４のパッド４００を用いた場合の点Ａ，Ｂにおける測定結果を示す。図２，図３（ａ）に示すパッド４を用いた方が、パッド４００を用いた場合より明らかに振幅が小さいことが分かる。さらに、横軸の流体圧力が変化しても振幅の変化が小さいことがわかる。これは何らかの外乱により流体圧力が変動しても基板振動に影響を与え難いことを示す。また、図２，図３（ａ）のパッド４の間では、大きく異ならないことが分かる。

以上のように、本実施の形態のパッド４を用いた基板吸着装置においては、図２に示すように気体流出口Ｅを囲むようにパッド４を設けたので、吸着時の基板の振動を抑えることができる。成膜後の基板７は高温状態にあり、その表面に生成した膜は柔らかく傷つきやすい。そのため、基板振動が大きいと膜が傷つくという問題があったが、本実施の形態を用いることで、振動による膜へのダメージを防止することができる。さらに、パッド４のリング形状部分の内径ｄを気体流出口Ｅの外径とほぼ同一としたので、当接力の作用する位置が吸引力の作用する領域に近くなり、振動の発生が抑制される。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：吸着部、２：支持板、３：支柱、４，４００：パッド、７：基板、１１：凹部、１２：噴出口、４１：リング部、４２：連結部

Claims

ベルヌーイ効果により吸着対象基板を吸引する基板吸着装置において、
高速流体が流出する流出口、および前記流出口の周囲に設けられ前記吸着対象基板の方向に向いている面を有する高速流体噴出部と、
前記流出口と対向する貫通孔が設けられるとともに、所定の距離を空けて前記高速流体噴出部の前記面と対峙する面であって前記貫通孔の周囲に径方向に広がる面、および前記吸着対象基板が当接する面であって前記貫通孔の周囲に径方向に広がる基板当接面を有するパッドとを有することを特徴とする基板吸着装置。
請求項１に記載の基板吸着装置において、
前記基板当接面はリング形状であることを特徴とする基板吸着装置。
請求項１に記載の基板吸着装置において、
前記貫通孔の径を、前記流出口の外径とほぼ同一としたことを特徴とする基板吸着装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板吸着装置において、
前記パッドは複数に分割され、その分割された複数のパッドが前記流出口を囲むように配置されていることを特徴とする基板吸着装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板吸着装置において、
前記吸着対象基板が前記パッドの前記基板当接面に近接したとき、前記高速流体噴出部の前記面と前記パッドとの間において前記高速流体が外周方向に向かって流れるとともに、前記流出口から前記貫通孔を介して前記基板当接面と前記吸着対象基板との間において前記高速流体が外周方向に流れることにより前記吸着対象基板が前記パッドの基板当接面に吸着され、
前記吸着対象基板が前記基板当接面に当接した後は、前記高速流体噴出部の前記面と前記パッドとの間において前記高速流体が外周方向に向かって流れることで負圧を発生させるように構成したことを特徴とする基板吸着装置。