JP5950604B2 - ワークホルダ及びワークセット方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークホルダ及びワークセット方法に関し、より詳しくは、板状のワークの処理面にマスクプレートを設けて所定の処理を行う場合に、ワークに対してマスクプレートを位置ずれすることなく取り付けることができるものに関する。

例えば、半導体デバイスやＦＰＤの製造工程においては、シリコンウエハやガラス基板等の板状のワークの一方の面（処理面）に成膜処理やエッチング処理を施す各種の処理工程があり、このような処理工程においては、ワークの処理面への処理範囲を制限（例えば、成膜範囲を所定パターンで制限）して各種処理を行うような場合がある。

従来、ワークへの処理範囲を制限して所定処理を行うものとして、ワークをその一方の面側から支持する、処理室内に固定の基台と、ワークを他方の面側から支持し、この他方の面への処理範囲を制限するマスクプレートと、マスクプレートと基台との両周縁部でワークを挟んで拘束する拘束手段としてのマグネット（永久磁石）とを備えたものが例えば特許文献１で知られている。この従来例のものでは、基台からマスクプレートに向かう方向を上とし、先ず、基台上面にワークを位置決めして載置し、次に、マスクプレートをワークに対して位置決めをして載置し、この状態で、マグネットによりマスクプレートと基台とを吸着することでワークを挟んで拘束する。

ところで、上記従来例のものでは、マスクプレートをワークに対して相対移動させて位置決めする際、ワークを相対移動させ易いように、基台上面に複数の球体が設けられ、マスクプレートを載置させるときにこれらの球体でマスクプレートを支持するようにしている。そして、ワークに対してマスクプレートを相対移動して位置決めした後、球体を下方に向かって付勢するばねを圧縮させながらマグネットによりマスクプレートと基台とを吸着して拘束する。

然し、上記従来例のものでは、マグネットにより吸着する前、マスクプレートは、点接触する球体で支持されているだけであるため、この状態でマグネットによりマスクプレートと基台とを吸着すると、マスクプレートが基台に対して位置ずれを起こし易いという問題があり、これでは、マスクプレートがワークに対しても位置ずれすることになる。

また、上記従来例において、基台をワークが載置される搬送用のトレイとし、このトレイにワークとマスクプレートとをセットして搬送するような場合、マスクプレートと基台（トレイ）との拘束時の保持力は、マグネットの磁力により発生する吸着力で生じる摩擦力だけであるため、水平方向の外力（例えば、搬送ロボットにより次工程へハンドリングするときに発生する加速力）が加わると、トレイに対するマスクプレートの滑りが起きて位置ずれを生じる可能性もある。

特開２０１０−８６８０９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、マスクプレートと基台との両周縁部でワークを挟んで拘束するとき、基台に対してワーク及びマスクプレートの相対位置が位置ずれすることを防止できるようにしたワークホルダ及びワークセット方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のワークホルダは、板状のワークをその一方の面側から支持する基台と、このワークをその他方の面側から支持し、この他方の面への処理範囲を制限するマスクプレートと、マスクプレートと基台との両周縁部でワークを挟んで拘束する拘束手段と、を備え、前記基台とマスクプレートとの互いに向かい合う面に、基台とマスクプレートとの相対位置を位置決めして保持する位置決め保持手段を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、位置決め保持手段を設けて、先ず、基台に対してマスクプレートの相対位置が位置決めされ、この状態を保持されるようにし、基台に保持されたマスクプレートに対してワークを位置決めし、拘束手段でマスクプレートと基台との両周縁部でワークを挟んで拘束すれば、基台に対してワーク及びマスクプレートの相対位置が位置ずれすることはなく、しかも、水平方向の外力による基台に対するマスクプレートの滑りの発生も防止することができる。

本発明において、位置決め保持手段は、基台とマスクプレートとのいずれか一方に、互いに同一線上に並ばない位置に夫々設けられる少なくとも３個の突起部材と、各突起部材を受け入れる、基台とマスクプレートとのいずれか他方に設けられる第１の受け部材とを有することが好ましい。これによれば、各突起部材を各第１の受け部材に夫々嵌合するようにして基台上にマスクプレートをセットするだけで、基台に平行な姿勢でこの基台に対してマスクプレートの相対位置が位置決めされて保持される構成が実現できる。この場合、突起部材としては、例えば、球体、マスクプレート側の端部に球面を持つ軸状部材や、マスクプレートに向かって先細りの円錐状部材等で構成され、第１の受け部材が、突起部材のマスクプレート側の端部を輪郭に対応して適宜構成される。

ここで、マスクプレートは、各種処理を繰り返すことで変形して寸法誤差が生じる場合があり、このような場合でも、上記位置決め保持手段を介して基台にマスクプレートをセットできるようにしておく必要がある。このため、突起部材を球体や球面を持つ軸状部材で構成するような場合、第１の受け部材のいずれか１個を、基台上面に平行な同一平面内での位置ずれを規制する、球体の外周面に対応する円錐状の凹部を備えたものとし、第１の受け部材のいずれか他の１個を、上記同一平面内の一方向の変位のみを許容する、当該一方向に長手のＶ溝を備えたものとし第１の受け部材のいずれか更に他の１個を、球体が点接触して、同一平面内でいずれの方向にも変位を許容する、平坦面を有するものとすればよい。

また、本発明においては、前記各突起部材は、基台とマスクプレートとのいずれか一方に設けられた第２の受け部材に出没自在に設けられることが好ましい。これによれば、基台とマスクプレートとの間に所定の隙間が形成され、この隙間の範囲内でワークを持ち上げ、この状態でワークをマスクプレートに対して位置決めすることができるようになり、ワークの一方の面に傷を付ける等の不具合が発生することを防止でき、有利である。

更に、上記課題を解決するために、請求項１〜３のいずれか１項に記載のワークホルダを用い、このワークホルダにワークをセットする本発明のワークセット方法は、基台からマスクホルダに向かう方向を上とし、この基台上面にワークを載置する工程と、ワークが載置された基台上面に、マスクプレートを載置して上記位置決め手段によりマスクプレートを基台に対して位置決めして保持する工程と、ワークをマスクプレートに対して相対移動し、このワークを位置決めする工程と、上記拘束手段によりマスクプレートと基台との両周縁部でこのワークを挟んで拘束する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マスクプレートと基台との相対位置ずれを防止して、ワークを所望の位置にセットすることができる。

本発明の実施形態のワークホルダの構成を示す斜視図。 図１に示すワークホルダの平面図。 第２の球体受けを示す図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態のワークセット方法を説明する概念図。

以下、図面を参照して、板状のワークを矩形のガラス基板Ｓ、基台を矩形の板状のトレイ１とし、トレイ１に、ガラス基板Ｓ（以下、「基板Ｓ」という）とマスクプレート２とをセットする場合を例として本発明の実施形態のワークホルダＨ及びワークセット方法を説明する。以下において、図１を基準に、トレイ１から基板Ｓに向かう方向を上とし、下、右、左といった方向を示す用語を用いるものとする。

図１及び図２を参照して、Ｈは、本実施形態におけるワークホルダを示す。ワークホルダＨは、基板Ｓをその一方の面側から支持する基台としてのトレイ１と、基板Ｓをその他方の面側から支持し、この他方の面（処理面）への処理範囲を制限するマスクプレート２と、トレイ１とマスクプレート２との両周縁部で基板Ｓを挟んで拘束する拘束手段としてのマグネットプレート３と、マスクプレート２とトレイ１との相対位置を位置決めしてトレイ１に対してマスクプレート２を仮保持する位置決め保持手段４とを備える。

トレイ１は、磁性材料製の板状部材で構成され、基板Ｓの輪郭に対応し、かつ、基板Ｓの外形より大きな平面視矩形に形成されたものである。トレイ１の中央部には、処理室内でワークホルダＨに基板Ｓをセットする際に、基板Ｓを持ち上げる第１リフター６１の挿通を可能とする開口１１（実施形態は、平面視十字状）が開設されている。なお、トレイ１は、マグネットプレート３による吸着力が十分に得られるものであれば、上記に限定されるものではなく、磁性材料以外のものであってもよい。

マスクプレート２は、トレイ１の輪郭に一致した外形を有する磁性材料製の板状部材で構成され、その中央には、矩形の開口２１を備え、この開口２１を通して基板Ｓの処理面に対して成膜処理等の各種処理が行われる。なお、マスクプレート２の形態は、基板Ｓに対する処理に応じて適宜決定されるものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。

マグネットプレート３は、板状の永久磁石で構成され、トレイ１下面に吸着させることで、マスクプレート２とトレイ１との両周縁部で基板Ｓを挟んで拘束する。本実施形態では、４枚のマグネットプレート３がトレイ１の開口１１の周囲に配置されるようになっている。また、マグネットプレート３の吸着力は、後述のコイルばね４３ｂの付勢力より大きくなるように設定されている。なお、マグネットプレート３は、磁性材料製の板材に、複数の永久磁石片を列設したようなものでもよく、また、電磁石を用いることもできる。

位置決め保持手段４は、マスクプレート２の下面に設けた、突起部材としての３個の球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃの位置に夫々対応させて、トレイ１の上面に設けた、第１の受け部材としての第１の球体受け４２ａ，４２ｂ，４２ｃとで構成されている。いずれか１個の球体４１ａは、マスクプレート２の一辺でマスクプレート２の中心線上に位置させて設けられ、他の２個の球体４１ｂ，４１ｃは、球体４１ａと同一線上に並ばないようにマスクプレート２の対辺に、球体４１ａから等間隔で夫々設けられている。また、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、第２の受け部材としての第２の球体受け４３に夫々設けられている。

第２の球体受け４３は、図３に示すように、開口側からマスクプレート２に取り付けられる有底筒状の本体４３ａを備え、本体の上下方向にのびる孔４３１は段付きに形成され、この孔４３１に各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃがコイルばね４３ｂを介して設けられている。そして、トレイ１の下面にマグネットプレート３が吸着されていない状態では、コイルばね４３ｂの付勢力で各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃの下側の略半分が突出し、トレイ１の下面にマグネットプレート３を吸着させて基板Ｓを拘束した状態では、コイルばね４３ｂの付勢力に抗して各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃが孔４３１内に収納される。これにより、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃが第２の球体受け４３に出没自在となる。

また、球体４１ａに対応する第１の球体受け４２ａは、球体４１ａの外周面に対応する円錐状の凹部を備えたものである。球体４１ｂに対応する第１の球体受け４２ｂは、マスクプレート２の互いに直交する同一平面内の一方向のみの変形を吸収するように中心線に沿ってのびるＶ溝を備えたものである。球体４１ｃに対応する第１の球体受け４２ｃは、球体４１ｃが点接触となる平坦面を有するものである。これにより、マスクプレート２が、各種処理を繰り返すことで変形して寸法誤差が生じたような場合でも、トレイ１に対してマスクプレート２を位置決めした状態で保持させることができる。

次に、図示省略の処理室に設けた支持枠５において、上記ワークホルダＨに基板Ｓをセットする方法を説明する。この場合、支持枠５には、トレイ１の外形より小さい透孔５１が開設され、基板Ｓを持ち上げる第１リフター６１と、マグネットプレート３を持ち上げる非磁性体の４個の第２リフター７１とが処理室内に設けられているものとする。また、第１リフター６１の駆動軸６２は、図示省略のエアシリンダ等の昇降手段を介して、公知の構造のＸＹθステージ６３に接続され、また、第２リフター７１の駆動軸７２も、図外においてＸＹθステージ６３に接続されている。

図４（ａ）に示すように、図外の（真空）搬送ロボットにより、支持枠５上面にトレイ１を位置決め設置した後、トレイ１上面に基板Ｓを位置決めして載置する。次に、図４（ｂ）に示すように、トレイ１の上方へマスクプレート２を搬送し、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃを、各第１の球体受け４２ａ，４２ｂ，４２ｃに夫々嵌合させ、トレイ１上面にマスクプレート２を載置する。これにより、トレイ１に対してマスクプレート２の位置決めがなされ、トレイ１に対して平行な姿勢で保持される。このとき、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃの一部がコイルバネ４３ｂの付勢力で第２の球体受け４３の下面から突出していることで、トレイ１とマスクプレート２との間には所定の隙間Ｇが形成される。

次に、第１リフター６１により、基板Ｓを持ち上げ、上記形成された所定の隙間Ｇ内に位置させると共に、第１リフター６１に設けたチャックにより、基板Ｓを吸着保持する。このとき、マスクプレート２と基板Ｓとの間の距離は、例えば約０．１ｍｍである。上記吸着状態において、図４（ｃ）に示すように、例えばＣＣＤ８等の位置検出手段を用いて、ＸＹθステージ６３により第１リフター６１を操作し、基板ＳをＸＹ方向に水平移動させ、また、基板Ｓを所定の角度θだけ回動させることで、基板Ｓをマスクプレート２に対して相対移動させ、基板Ｓの位置決めがなされる。そして、第１リフター６１と共に基板Ｓを下降させ、トレイ１の上面に基板Ｓを再度載置する。

次に、第２リフター７１により、マグネットプレート３を上昇させ、マグネットプレート３をトレイ１の下面に接触させると共に、マスクプレート２とトレイ１とをその両周縁部で密接させ、マスクプレート２とトレイ１との間に基板Ｓを挟む。この状態において、マグネットプレート３は、マスクプレート２とトレイ１とを吸着する。このようにして、図４（ｄ）に示すように、マグネットプレート３を介して、マスクプレート２とトレイ１とは、位置決めされた基板Ｓを拘束する。そして、チャックによる基板Ｓの吸着保持が解除される。その後、次の処理に備え、移送してもよい。

以上によれば、位置決め保持手段４を介して、トレイ１に対してマスクプレート２の位置決めがされ、この状態が保持される。この保持状態において、基板Ｓをマスクプレート２に対して位置決めをし、マグネットプレート３によりマスクプレート２とトレイ１との両周縁部で基板Ｓを挟んで拘束するため、トレイ１とマスクプレート２との相対位置が位置ずれすることはなく、基板Ｓを所望の位置にセットすることができる。更に、各種処理を行う際に移送を伴う場合であっても、トレイ１とマスクプレート２との相対位置が位置ずれすることを防止できる。

また、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃを各第１の球体受け４２ａ，４２ｂ，４２ｃに夫々嵌合するようにしてトレイ１上にマスクプレート２をセットするだけで、トレイ１上方で平行な姿勢でこのトレイ１に対してマスクプレート２の相対位置が容易に位置決めされて保持される。

更に、第１の球体受け４２ａは、球体４１ａの外周面に対応する円錐状の凹部を備えたものであり、第１の球体受け４２ｂは、球体４１ａを回転中心とし、マスクプレート２の一方向のみの移動を許容する、当該一方向に長手のＶ溝を備えたものであり、第１の球体受け４２ｃは、球体４１ｃが点接触となる平坦面を有するものであるため、各種処理を繰り返すことでマスクプレート２が変形して寸法誤差が生じる場合でも、位置決め保持手段４を介してトレイ１上面にマスクプレート２をセットすることができる。

また、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃの一部がコイルバネ４３ｂの付勢力で第２の球体受け４３の下面から突出しているため、トレイ１に対してマスクプレート２が位置決めして保持されたとき、トレイ１とマスクプレート２との間に所定の隙間Ｇが形成される。この隙間Ｇ内で基板Ｓを持ち上げ、基板Ｓをマスクプレート２に対して位置決めすることができるようになり、基板Ｓの一方の面に傷を付ける等の不具合が発生することを防止できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び第２の球体受け４３は、マスクプレート２に設けられ、また、各第１の球体受け４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、トレイ１に設けられているが、各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び第２の球体受け４３と、各第１の球体受け４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの設置箇所を入れ替えてもよい。また、上記実施形態では、突起部材を各球体４１ａ，４１ｂ，４１ｃとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、突起部材を、例えば、マスクプレート２側の端部に球面を持つ軸状部材や、マスクプレート２に向かって先細りの円錐状部材等で構成することもでき、この場合、第１の受け部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、突起部材のマスクプレート２側の端部を輪郭に対応して適宜構成され、また、第２の受け部材も、突起部材をマスクプレート２に向かって付勢した状態で収納できるものであれば、その形態は問わず、コイルばね４３ｂにかえて板ばねを用いることもできる。

また、上記実施形態では、ワークホルダＨの状態で搬送できるようにするため、トレイ１を用いたものを例にしたが、これに限定されるものではなく、処理室に設けたステージを基台とし、これに本発明のワークホルダを適用することもできる。また、上記実施形態では、拘束手段として、マグネットプレート３を用いた例としたが、これに限定されるものではなく、例えば、メカニカルクランプのような機械的に拘束するものを用いることもできる。また、基台やマグネットプレートの形態（形状）も上記に限定されるものではない。

Ｈ…ワークホルダ、Ｓ…ガラス基板、１…トレイ、２…マスクプレート、３…マグネットプレート、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…球体（突起部材）、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…第１の球体受け（第１の受け部材）、４３…第２の球体受け（第２の受け部材）。

Claims (3)

1. 板状のワークをその一方の面側から支持する基台と、このワークをその他方の面側から支持し、この他方の面への処理範囲を制限するマスクプレートと、マスクプレートと基台との両周縁部でワークを挟んで拘束する拘束手段と、を備え、
   前記基台とマスクプレートとの互いに向かい合う面に、基台とマスクプレートとの相対位置を位置決めして保持する位置決め保持手段を更に備え、
   位置決め保持手段は、基台とマスクプレートとのいずれか一方に、互いに同一線上に並ばない位置に夫々設けられる少なくとも３個の突起部材と、各突起部材を受け入れる、基台とマスクプレートとのいずれか他方に設けられる第１の受け部材とを有し、
   突起部材を球体または先端に球面を持つ軸状部材として、第１の受け部材のいずれか１個を基台上面に平行な同一平面内での位置ずれを規制する、球体の外周面に対応する円錐状の凹部を有し、第１の受け部材のいずれか他の１個を同一平面内の一方向の変位のみを許容する、当該一方向に長手のＶ溝を有し、第１の受け部材のいずれか更に他の１個を球体が点接触して同一平面内でいずれの方向にも変位を許容する平坦面を有することを特徴とするワークホルダ。
2. 前記各突起部材は、基台とマスクプレートとのいずれか一方に設けられた第２の受け部材に出没自在に設けられることを特徴とする請求項１記載のワークホルダ。
3. 請求項１または２記載のワークホルダを用い、このワークホルダにワークをセットするワークセット方法であって、
   基台からマスクホルダに向かう方向を上とし、この基台上面にワークを載置する工程と、
   ワークが載置された基台上面に、マスクプレートを載置して上記位置決め手段によりマスクプレートを基台に対して位置決めして保持する工程と、
   ワークをマスクプレートに対して相対移動し、このワークを位置決めする工程と、
   上記拘束手段によりマスクプレートと基台との両周縁部でこのワークを挟んで拘束する工程と、を含むことを特徴とするワークセット方法。

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