JP6010811B2 - 吸着盤 - Google Patents

Description

本発明は、吸着盤に関し、特に、真空源に接続されるように構成され、この真空源を作動させることによって板状の被吸着物を吸着するための吸着盤に関する。

従来から、半導体ウエハを或る処理工程から次の処理工程に搬送する設備において、搬送対象である半導体ウエハを吸着し固定する吸着盤が用いられている。このような吸着盤は、均一に孔が分布している多孔質体で構成されたステージを有している。半導体ウエハをステージに吸着し固定するとき、先ずこのステージの平らな上面に半導体ウエハを接触させ、次いで多孔質体の孔内を真空ポンプによって真空化することによって、ステージの平らな上面に半導体ウエハを吸着盤に吸着し、固定するようになっている。

ところで近年では、半導体ウエハの大型化・薄型化が進むにつれて、上述のような吸着盤においても、大型化・薄型化した半導体ウエハを適切に吸着・固定できるようにすることが望まれている。一般的に、半導体ウエハが大型化・薄型化すると半導体ウエハが撓み易くなってしまい、従来用いられていた吸着盤を用いた場合、半導体ウエハが破損してしまう恐れがあった。

即ち、大型化・薄型化された半導体ウエハを一般的な吸着盤を用いて吸着・固定する際、吸着盤には、多孔質体の孔が均一に分布しているため、吸着盤に接続された真空ポンプを作動させたときに吸着盤と多孔質体との接触面に開口している全て孔において同時に吸着が開始されてしまう。

ここで、特に大型化した半導体ウエハは、吸着盤上に撓みがない状態で載置することは困難であるため、半導体ウエハは、撓んだ状態で吸着盤上に載置されることになる。そして半導体ウエハが撓んだ状態で吸着盤上に載置されると、半導体ウエハにおいて吸着盤と接触している部分と、接触していない部分とができてしまう。
この状態で真空ポンプを作動させ、吸着盤と多孔質体との接触面に開口している全ての孔において同時に空気の吸引が開始させると、半導体ウエハと吸着盤とが接触している部分から吸着が始まる。これにより、吸引速度の差によって、撓んだ半導体ウエハを変形させる外力が生じ、半導体ウエハの内部応力に著しい偏りが生じてしまい、その結果、半導体ウエハが破損してしまう。

このような半導体ウエハの破損を防ぐための技術としては、特許文献１に記載された装置が知られている。

特開平７−５８１９１号公報

この特許文献１の装置は、半導体ウエハが載置されるステージと、ステージに形成された複数の貫通孔と、各貫通孔と真空ポンプとの間を結ぶ流路の各々に配置された電磁弁と、電磁弁を制御するための制御部とを備えている。そして特許文献１の装置では、制御部によって、半導体ウエハの反りに応じて各々の電磁弁を独立制御して貫通孔から半導体ウエハに作用する吸引速度を貫通孔毎に独立して制御しており、これにより半導体ウエハの吸着・固定時に半導体ウエハが破損するのを防止している。

しかしながら上述した特許文献１の装置では、ステージに形成された複数の貫通孔毎に電磁弁を設け、更に各電磁弁を個別に制御するために複雑な設備が必要となってしまうという問題があった。この問題は、半導体ウエハを大型化させた場合に特に顕著になる。

また、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）用のガラスパネルのような大型の薄板を取り扱う場合においても同様の問題が生じていた。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複雑な設備を用いずに、半導体ウエハやＦＰＤ用のガラスパネル等の被吸着物を破損させることなく吸着することができる吸着盤を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、真空源に接続されるように構成され、この真空源を作動させることによって板状の被吸着物を吸着するための吸着盤であって、被吸着物が載置される上面、及び下面を有する多孔質なパッド部と、パッド部を保持するための保持部とを備え、パッド部は、パッド部の上面から下面の方向に所定の気体透過量を有する第１多孔質材料で形成されている第１部分と、パッド部の上面から下面の方向での気体透過量が、第１多孔質材料よりも多い第２多孔質材料で形成されている第２部分と有しており、保持部は、パッド部を形成する第１多孔質材料の気孔及び第２多孔質材料の気孔をパッド部の下面側から真空源に直接接続するための流路を備えていることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、被吸着物が載置されるパッド部は、第１部分と第２部分に対応する部分において気体透過量が異なっている。そしてこのような吸着盤の上面に被吸着物を載置し真空源に接続して下面側からパッド部の気孔内の真空化を開始すると、比較的気体透過量が少ない第１多孔質材料で形成されている第１部分よりも、比較的気体透過量が多い第２多孔質材料で形成されている第２部分の方が、吸着速度が速い。従って、真空化を開始すると、先ず、パッド部の上面のうち第２部分に対応する部分に接触している被吸着物の一部がパッド部に吸着される。そしてこれに遅れてパッド部の上面のうち第１部分に対応する部分に接触している被吸着物の一部がパッド部に吸着される。このように、パッド部を異なる気体透過量を有する二つの多孔質材料で形成することによって、パッド部の上面のうち第１部分に対応する部分と、第２部分に対応する部分とで吸着速度の差を生じさせることができる。これにより被吸着物を二段階にわたってパッド部に吸着し固定することができるので、被吸着物が過度に撓むのを防止することができ、これにより、被吸着物内部に過度の応力集中が生じるのを防止することができる。

また、このように構成された本発明によれば、吸引速度が比較的遅い第１部分を形成する第１多孔質材料の気孔、及び吸引速度が比較的速い第２部分を形成する第２多孔質材料の気孔を、流路を介して真空源に直接接続することが可能となる。これにより、真空源を作動させるだけでパッド部の上面のうち第１部分に対応する部分と、第２部分に対応する部分とで異なる吸着速度を生じさせることができる。そしてこの場合、制御弁等を用いる必要がないので、簡単な構造で被吸着物が破損するのを防止することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記パッド部は、矩形形状を有しており、前記第２部分は、該パッド部の角に位置決めされている。
このような構成によれば、矩形の薄板をパッド部上の所定位置に、正確に位置決めすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記パッド部は、円形形状を有しており、前記第２部分は、該パッド部の中央に位置決めされている。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記パッド部の上面における前記第１部分と前記第２部分との面積比は、５：１乃至１００：１である。

以上のように本発明によれば、複雑な設備を用いずに、半導体ウエハやＦＰＤ用のガラスパネル等の被吸着物を破損させることなく吸着することができる。

本発明の実施形態にかかる吸着盤を備える吸着システムを示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる吸着盤の断面図である。 本発明の実施形態にかかる吸着盤の保持部の上面図である。 本発明の実施形態によるパッド部の一例を示す上面図である。 本発明の変形例によるパッド部の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による吸着盤について説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる吸着盤を備える吸着システムを示す斜視図であり、図２は、本発明の実施形態にかかる吸着盤の断面図である。
図１及び図２に示すように、吸着システムは、吸着盤１と、吸着盤に接続された真空源となるポンプ３とを備える。吸着盤１は、被吸着物である半導体ウエハ５が載置されるパッド部７と、パッド部７を保持するための保持部９とを備える。この吸着盤１は、ホース等の連結具１１を介してポンプ３に接続されている。

パッド部７は、平坦な２つの円形面を各々、上面７ａ及び下面７ｂとした円板形状を有し、その上面に半導体ウエハ５を載置できるようになっている。本実施形態では、パッド部７は上面７ａの寸法形状が、被吸着物である円形の半導体ウエハ５と略同一の寸法形状とされている。さらに、パッド部７は、後述するように、中心部に配置され相対的に気体透過量が少ない第１部分Ｌと、第１部分Ｌの周囲に配置され相対的に気体透過量が多い第２部分Ｈとを備えている。

また、保持部９は、パッド部７よりも大径の肉厚の円板形状であり、中央に上方に向かって開口する凹部を備えている。詳細には、保持部９は、その上面にパッド部を受け入れるようになった第１の円形凹み１３を有する。第１の円形凹み１３は、保持部９の側壁９ａの内周側を矩形状に切り欠くことによって形成されている。この第１の円形凹み１３は、パッド部７の外径とほぼ同一の直径を有し、パッド部７を受け入れたときにパッド部７と第１の円形凹み１３の側壁との間に隙間が形成されないようになっている。

図３は、本発明の実施形態にかかる吸着盤の保持部９の上面図である。
図２及び図３に示すように、保持部９は、第１の円形凹み１３の下方に連続的に設けられ、第１の円形凹み１３よりも小径の第２の円形凹み１５を備えている。第２の円形凹み１５は、パッド部７を第１の円形凹み１３に嵌めたときに、パッド部７によって覆われるようになっており、この第２の円形凹み１５とパッド部７によって形成される空間１７の天井は、パッド部７の下面７ｂによって構成される。

また、第２の円形凹み１５の底面には、連結具１１が連結されている開口１５ａが形成されている。このような構成によって、保持部９は、第２の円形凹み１５とパッド部７の下面７ｂによって形成される空間１７に介して、パッド部７の気孔とポンプ３を流体連通させている。

図４は、パッド部７の一例を示す上面図である。パッド部７は、多孔質カーボンの複合体によって形成されている。具体的には、パッド部７は、所定の気体透過量を有する第１多孔質カーボンによって形成された第１部分Ｌと、第１多孔質カーボンよりも気体透過量が多い第２多孔質カーボンによって形成された第２部分Ｈとを一体にして形成されている。

第１多孔質カーボンによって形成された第１部分Ｌは、上面視したときに、パッド部７の中央に配置された円形（詳細には円柱状）の第２部分Ｈを囲むリング形状を有する。そして第２部分Ｈは、リング形状の第１部分Ｌの中央の開口内に配置されている。

このようなパッド部７は、上面７ａと下面７ｂとの間にわたって同一の水平断面形状、即ちリング形状の第１部分Ｌの中央に第２部分Ｈが配置された断面形状を有している。このように構成されたパッド部７は、第１部分Ｌが占める領域においては、上面７ａから下面７ｂの方向に、第１多孔質カーボンが有する気体透過量を発揮し、第２部分Ｈが占める領域においては、上面７ａから下面７ｂの方向に、第２多孔質カーボンが有する気体透過量を発揮する。

次に、パッド部の気体透過量について詳述する。
気体透過量は、一定の圧力下で、単位時間辺りに単位面積領域を通過する気体の量を示す。そしてこの気体透過量は、アルキメデス法により測定される多孔質カーボンの開気孔率［vol%］及び平均気孔径［μm］を調整することによって決定される。多孔質カーボンの開気孔率［vol%］及び平均気孔径［μm］を調整するためには、多孔質カーボンの製造工程のうちの加圧工程において、被成形体に加える圧力を調整する。

以下に、異なる多孔質カーボンの開気孔率［vol%］及び平均気孔径［μm］を有する２種類の多孔質カーボンの製造例を示す。
平均粒径20μmの自己焼結性炭素を型に入れて加圧するときの成形面圧を調整し、完成した成形体を非酸化雰囲気中で昇温速度30℃/hrで焼成することで開気孔率及び平均気孔率が異なる２つの多孔質カーボンを製造することができた。成形時の成形面圧を調整することによって得られる多孔質カーボンの例を以下の表１に示す。

表１に示すように、成形時の成形面圧を大きくすることによって開気孔率が低く、且つ平均気孔径が小さい、気体透過量が少ない多孔質カーボンを製造することができる。また、成形時の成形面圧を小さくすることによって開気孔率が高く、且つ平均気孔径が大きい、気体透過量が多い多孔質カーボンを製造することができる。

上述の表１に示す例では、第１多孔質カーボンの気体透過量と、第２多孔質カーボンの気体透過量との比が、１：２０〜１：３００程度となっている。

尚、多孔質カーボンの開気孔率を調整することによって気体透過量を調整するための手段としては、成形体の焼成時に分解・気化する樹脂を添加する方法もある。

次に、上述した吸着盤１を含む吸着システムの作用について詳述する。
半導体ウエハを吸着盤１に吸着させるためには、先ず、半導体ウエハ５を吸着盤１のパッド部７の上面に載置する。このとき、例えば半導体ウエハ５が円板形状のものであれば、半導体ウエハ５の中心とパッド部７の中心が一致するようにする。そしてこの状態でポンプ３を作動させると、ポンプ３に連結された連結具１１を介して保持部９の空間１７内の空気がポンプ３の方向に吸引される。

空間１７内の空気が吸引されると、パッド部７の第１多孔質カーボンの気孔及び第２多孔質カーボンの気孔から空気が吸引され、半導体ウエハ５のパッド部７への吸着が開始される。半導体ウエハ５の吸着が開始されると、先ず、気体透過量が多い第２多孔質カーボンで構成された第２部分Ｈの上面にある半導体ウエ５ハの部分、即ち半導体ウエハ５の中心近傍がパッド部７に吸着される。

このとき、上述したように第２部分Ｈの吸引速度は第１部分Ｌの吸引速度よりも十分に速いので、仮に半導体ウエハ５が第２部分Ｈの上面に接触していなくても、半導体ウエハ５の中心近傍が最初にパッド部７に吸引される。次いで、第２部分Ｈよりも吸着速度が遅い第１部分Ｌにおいて半導体ウエハ５の吸着が開始される。

このように、先ず、半導体ウエハ５の中心近傍を第２部分Ｈによって吸着してしっかりと固定し、次いで半導体ウエハ５の中心以外の部分を吸着するので、半導体ウエハ５は二段階にわたって吸着さる。これにより、パッド部７に載置された半導体ウエハ５が撓んでいたとしても、半導体ウエハ５の一部に応力が集中するのを防止することができる。

また、半導体ウエハを吸着盤１から解放するときには、ポンプ３を切り替えてポンプ３から吸着盤１に空気を送り込む。これにより、先ず、パッド部７における比較的気体透過量が多い第２多孔質カーボンで構成された第２部分Ｈの上面にある半導体ウエハ５の部分、即ち半導体ウエハ５の中心近傍がパッド部７から解放される。

そして、半導体ウエハ５の中心がパッド部７から解放されると、パッド部７と第２部分Ｈの上面との間に空間ができ、この空間内部が高圧になる。そしてこの空間内部が高圧になると、空間内の圧力によって空間の周囲の半導体ウエハ５（第１部分Ｌと接触している部分）がパッド部７から徐々に離れていき、空間がパッド部７の周方向に向けて広がり始める。そして空間が広がると、内部の圧力が低くなるが、空間がある程度広がるまでの間に、第１部分Ｌからも十分に空気が送り込まれる。そして、これにより第１部分Ｌと接触している残りの部分も徐々にパッド部７から解放される。

次いで、パッド部７における比較的気体透過量が少ない第１多孔質カーボンで構成された第１部分Ｌの上面にある半導体ウエハ５の部分、即ち半導体ウエハ５の周辺部がパッド部７から解放される。そして、最終的には、パッド部７の上面から送り出される圧縮空気によって半導体ウエハ５がパッド部７の上面から浮いた状態になる。これにより、半導体ウエハを解放するときにも、半導体ウエハの中心から周辺に向けて徐々に解放することができ、半導体ウエハ５の解放時にも半導体ウエハ５が破損するのを防止することができる。

以上のように本発明の実施形態によれば、吸引を開始したい位置を比較的気体透過量が多い第２多孔質カーボンで形成し、その他の部分を比較的気体透過量が少ない第１多孔質カーボンで形成することにより、パッド部７の上に載置された半導体ウエハ５の撓んだ形状に関わらず、所望の位置から吸引を開始することができる。そしてこれにより、吸着時に半導体ウエハ５が破損するのを防止することができる。

本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

上記実施形態では、上述したように、パッド部７は上面７ａの寸法・形状が、被吸着物である半導体ウエハ５の吸着面と略同一である。しかしながら、パッド部７の上面７ａの寸法、形状は、半導体ウエハ等の吸着物の大きさ、特性、または求められる吸着条件等に応じて適宜、変更可能である。

例えば、パッド部７を、上面７ａが、半導体ウエハ５等の被吸着物の吸着面の寸法より大きな寸法、すなわち円形の半導体ウエハ５より大径の円形状となるものとしてもよい。この場合、パッド部７の第２部分Ｈは、半導体ウエハ５に覆われる部分に設けられる。

パッド部７をこのように構成することによって、パッド部７の上面７ａのうち第１部分Ｌに対応する部分の吸着速度と、パッド部７の上面７ａのうち第２部分Ｈに対応する部分の吸着速度との差を有効に活用することができるので、より確実に半導体ウエハの破損を防止することができる。

また、第２部分Ｈの形状・寸法、配置位置を、適宜変更してもよい。例えば、図５（ａ）に示されているように、第２部分Ｈを上記実施形態より大径に設定してもよい。なお、第１部分Ｌと第２部分Ｈとの大きさ（上面視したときの面積）の比は、５：１〜１００：１の間で適宜設定されることが好ましい。

さらに、図５（ｂ）に示すように、パッド部を矩形として、その中央に円形の第２部分Ｈを設け、他の部分を第１部分Ｌとした構成でもよい。この場合、保持部等もパッド部の形状に合わせて、矩形状とされる。

さらに、図５（ｃ）に示すように、円形の第２部分Ｈを、矩形のパッド部の中心からオフセットさせて配置したものでもよい。これらの例は、例えばＦＰＤ用のガラスパネルのような長方形の被吸着物を吸着する場合に有効である。

さらに、図５（ｄ）に示すように、略正方形の第２部分Ｈを矩形のパッド部の角に配置し、他の部分を第１部分Ｌとする構成、あるいは図５（ｅ）に示すように、略正方形の第２部分Ｈを矩形のパッド部の長辺に沿った中央位置に配置し、他の部分を第１部分Ｌとする構成でもよい。

このように第２部分Ｈを、矩形のパッド部の角に配置し、又は一辺に沿って配置することによって、被吸着物の位置決めを容易にすることができる。例えばＦＰＤ用のガラスパネルのような比較的大型の被吸着物を位置決めする場合には、パッド部の角と、ガラスパネルの角とを位置合わせをし、この位置でガラスパネルを保持しながらポンプを作動させる。これにより、吸着時にガラスパネルに吸引力が作用したときにガラスパネルがパッド部に対してずれるのを確実に防止することができる。このような作用・効果は、第２部分Ｈが、パッド部の外周のいずれかの位置にある場合に達成することができ、

さらに、図５（ｆ）又は（ｇ）に示すように、矩形のパッド部の一辺又は隣接する二辺に沿って第２部分Ｈを配置し、他の部分を第１部分Ｌとする構成でもよい。このような構成によっても、図５（ｄ）等の構成と同様の作用・効果を達成することができる。

また、上記実施形態では、パッド部７と支持部９の第２の円形凹み１５との間に円板状の空間１７が形成される構成であったが、支持部の円形凹みの形状を変更し、パッド部７と支持部との間の空間に、連結具１１を介してポンプ３に流体連通された同心状の複数の環状流路が形成される構成としてもよい。

例えば、上記実施形態では、パッド部を構成する材料として多孔質カーボンを用いることとしたが、多孔質セラミック等の他の通気性材料を用いることも可能である。

１ 吸着盤
３ ポンプ
５ 半導体ウエハ
７ パッド部
９ 保持部
１３ 第１の円形凹み
１５ 第２の円形凹み
Ｌ 第１部分
Ｈ 第２部分

Claims (3)

1. 真空源に接続されるように構成され、この真空源を作動させることによって板状の被吸着物を吸着するための吸着盤であって、
   前記被吸着物が載置される上面、及び下面を有する多孔質なパッド部と、
   前記パッド部を保持するための保持部とを備え、
   前記パッド部は、前記パッド部の前記上面から前記下面の方向に所定の気体透過量を有する第１多孔質材料で形成されている第１部分と、前記パッド部の前記上面から前記下面の方向での気体透過量が、前記第１多孔質材料よりも多い第２多孔質材料で形成されている第２部分と有しており、
   前記保持部は、前記パッド部を形成する前記第１多孔質材料の気孔及び前記第２多孔質材料の気孔を前記パッド部の前記下面側から前記真空源に直接接続するようになっており、
   前記パッド部は矩形形状を有し、前記第２部分は該パッド部の角に位置決めされている、
   ことを特徴とする吸着盤。
2. 真空源に接続されるように構成され、この真空源を作動させることによって板状の被吸着物を吸着するための吸着盤であって、
   前記被吸着物が載置される上面、及び下面を有する多孔質なパッド部と、
   前記パッド部を保持するための保持部とを備え、
   前記パッド部は、前記パッド部の前記上面から前記下面の方向に所定の気体透過量を有する第１多孔質材料で形成されている第１部分と、前記パッド部の前記上面から前記下面の方向での気体透過量が、前記第１多孔質材料よりも多い第２多孔質材料で形成されている第２部分と有しており、
   前記保持部は、前記パッド部を形成する前記第１多孔質材料の気孔及び前記第２多孔質材料の気孔を前記パッド部の前記下面側から前記真空源に直接接続するようになっており、
   前記パッド部は円形形状を有し、前記第２部分は該パッド部の中央に位置決めされている、
   ことを特徴とする吸着盤。
3. 前記パッド部の上面における前記第１部分と前記第２部分との面積比は、５：１乃至１００：１である、
   請求項１または２に記載の吸着盤。

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