JP6789006B2 - 真空吸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子製造用のウエハやガラス基板等の基板を吸引することにより保持する真空吸着装置に関する。

従来、半導体素子製造用のウエハ等の基板を支持するセラミックス焼結体からなる吸着台と、吸着台に穿設させたリフト孔から突出させることにより基板を吸着台から浮き上がらせ、吸着台上の基板を容易に交換することができるリフトピンと、を備えている真空吸着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０１６５２３号公報

従来の真空吸着装置はリフトピンを備えるため、リフトピンが突き出るためのリフト孔を吸着台に穿設する必要があり、リフト孔の開口部では、基板を支えることができず、半導体素子製造用のウエハ等の基板を支えられる吸着台の表面積が減少し、吸着台の平坦度が低下するという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、吸着台に対する基板の昇降機能を損なうことなく、吸着台の基板を支える面積の減少を抑え、吸着台の平坦度の低下を抑制させることができる真空吸着装置を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、
表面に開口する開口部を有する吸引経路が設けられた吸着台を備える真空吸着装置であって、
前記真空吸着装置は、前記吸引経路からの吸引によって、前記吸着台の表面と該表面に載置される基板との間の空間を負圧として負圧領域を形成することにより、前記吸着台の表面に前記基板を吸着保持するように構成されているものであり、
前記吸着台の表面には、弾性を備えるリフト部と、前記リフト部の下部を受け入れる受入凹部と、が設けられ、
前記リフト部は、前記吸着台の表面と前記基板との間に前記基板を搬送する搬送支持部を挿入できるように、前記吸着台の表面から所定高さまで上方へ前記受入凹部から突出するように構成されており、
前記リフト部は、前記基板が前記吸着台に吸着されるときに吸引に伴って下降する前記基板によって押し縮められ、前記リフト部の上端が前記吸着台の表面と面一になることを特徴とする。

本発明によれば、リフト部の下部を受け入れる受入凹部は、リフト部が弾性変形することによって吸着台の表面と面一となり、リフト部が固定凹部上で基板を支えることができる。従って、従来のようにリフトピン部分の影響による平坦度の低下を抑制することができる。

［２］また、本発明においては、前記開口部を囲うように環状に形成され且つ前記表面に設けられた弾性素材からなるシール部材を備える場合、前記リフト部の上端を、前記基板による前記リフト部の押し縮めから解放された自然状態では前記シール部材の上端よりも上方に位置するようにすることが好ましい。かかる構成によれば、基板を搬送アームなどに載せて搬送する場合であっても、基板とシール部材との間に搬送アームを通すことができ、搬送方法の汎用化を図ることができる。

［３］また、本発明においては、リフト部を少なくとも一方の端部が開口したチューブ部材で形成することもできる。かかる構成によれば、気密性を備える材料でリフト部を製造する場合であっても、リフト部が基板で押し潰されるときに、リフト部の中の空気がリフト部の開口した端部から抜けることができ、リフト部の中の空気が抜けることができず溜まってしまう場合と比較して、リフト部を容易に押し潰すことができる。

［４］また、本発明においては、リフト部を中空のトーラス形状とし、リフト部の中の空気が前記リフト部の外に漏れないように気密性を備える材料で前記リフト部を製造してもよい。かかる構成によれば、吸引される基板によってトーラス形状のリフト部が押し潰されても、リフト部の中の空気が外に排出されて、この排出された空気によって基板が浮き上がることを防止することができる。

［５］また、本発明においては、前記リフト部を多孔質部材で形成することもできる。かかる構成によれば、リフト部を吸引経路の開口部を囲うように配置してもリフト部の径方向内側から径方向外側をリフト部を介して負圧とすることができ、必ずしも吸引経路をリフト部の径方向外側に配置する必要がなく、吸引経路のレイアウト自由度の向上を図ることができる。

本発明の真空吸着装置の第１実施形態を模式的に示す斜視図。 第１実施形態の真空吸着装置の自然状態を示す断面図。 第１実施形態の真空吸着装置の吸着状態を示す断面図。 本発明の真空吸着装置の第２実施形態を模式的に示す斜視図。 本発明の真空吸着装置の第３実施形態のリフト部を模式的に一部断面で示す斜視図。

［第１実施形態］
図１から図３を参照して、本発明の真空吸着装置の第１実施形態を説明する。図１を参照して、第１実施形態の真空吸着装置１は、略円板状のセラミックスからなる吸着台２を備えている。吸着台２は、炭化珪素、窒化アルミニウム、アルミナまたは窒化ケイ素などを主原料とする無機質固体粉末を焼成することにより作製される。

吸着台２には、吸着台２の表面２ａ（吸着面、吸着平面）に開口する開口部３ａを有する吸引経路３（貫通孔）と、吸着台２に吸着されるウエハＷ（基板）を自己の弾性力によって昇降させるためのウレタンまたはフッ素ゴムなどの気密性を備えるチューブ材からなるリフト部４の下部が受け入れられた受入凹部５が形成されている。また、吸着台２の表面２ａには、表面２ａから下方へと窪み且つ吸引経路３の開口部３ａを径方向に間隔を存して囲う環状凹部６（たとえば深さ１〜５［ｍｍ］、幅１〜１０［ｍｍ］）が環状に形成されている。環状凹部６に環状のシール部材７が嵌合され、接着剤で固定されている。

なお、吸着台２の表面２ａは、環状凹部６を囲う環状に上方へ突出している環状凸部（例えば高さ３０〜２００［μｍ］）を備えていてもよい。この場合、環状凸部の上端が吸着台２におけるウエハＷとの当接箇所である表面２ａの一部を構成する。また、吸着台２の表面２ａは、上方へ突出する略円柱状、略半球状または略円錐台状の複数のピン（例えば高さ３０〜２００［μｍ］）が、三角格子状、正方格子状または同心円状など、規則的に配置されて形成されていてもよい。この場合、複数のピンの上端が吸着台２におけるウエハＷとの当接箇所である表面２ａの少なくとも一部を構成する。この場合、表面２ａは、環状凸部の上端や複数のピンの上端により構成される離散的な面の集合となる。

シール部材７は、ウレタンまたはフッ素ゴムなどの弾性素材により構成されている。シール部材７は、環状凹部６に嵌合される嵌合部８と、嵌合部８の上端から吸着台２の中央に向かって次第に縮径するように傾斜した傾斜部９とで構成されている。

傾斜部９は、ウエハＷが吸着台２に吸着されるときにウエハＷに押されるようにして傾斜部９が弾性的に傾倒している状態からウエハＷの吸着台２への吸着が解除された状態に遷移したときには、傾斜部９は自己の復元力によって元の位置に戻るような弾性を備えている。この点が勘案されて、シール部材７を構成する素材の選択およびシール部材７の肉厚が設計されている。

傾斜部９はウエハＷが吸着台２に吸着されるときにウエハＷに押されるようにして弾性的に内側へ傾倒可能となっている。また、吸着台２の表面２ａには、環状凹部６の径方向内側の開口端縁部に位置させて、内側へ傾倒する傾斜部９を受け入れ可能に下方へ窪んだ環状の受入部１０が設けられている。

本実施形態の真空吸着装置１でウエハＷを吸着させるには、まず、図２にリフト部４の自然状態を示すように、一対の搬送アームＣ（搬送支持部）で運ばれたウエハＷがリフト部４の上に載置される。

その後、一対の搬送アームＣを引き抜き、図示省略した真空ポンプで吸引経路３からゆっくりと吸引してウエハＷと吸着台２の表面２ａとの間を負圧とすることにより、吸着台２へと吸い寄せられるウエハＷによってリフト部４が押し縮められていく。このとき、チューブ状のリフト部４は両端４ａが開口しているため、中の空気をゆっくりと排出しながら縮むことができる。なお、リフト部４は、少なくとも一方端が開口するか、又は端部に限らず、中央部などに内部の空気を排出可能な排出口を設けてもよい。

また、２つのリフト部４は、間隔を存して受入凹部５に配置されているため、２つのリフト部４の間の隙間から受入凹部５と環状凹部６との間の空間も負圧とすることができる。従って、吸引経路３とは別の吸引経路を受入凹部５と環状凹部６との間に設ける必要がなく、吸引経路３のレイアウト自由度を向上させることができる。

リフト部４の上端がシール部材７の上端まで下降すると、ウエハＷがシール部材７の上に載置される。シール部材７の上端部はウエハＷが吸着台２に吸い寄せられるに従って、若干撓みながらウエハＷを支える。従って、シール部材７の上端部は、ウエハＷに対して略全周に渡って当接することができる。

そして、更に吸引経路３から図示省略した真空ポンプで吸引して、吸着台２の表面２ａ、シール部材７及びウエハＷで画成された空間を負圧領域とすることにより、図３に示すように、ウエハＷを吸着台２の表面２ａ上に吸着保持される。このとき、傾斜部９は受入部１０に受け入れられると共に吸着台２の表面２ａと面一になる。従って、傾斜部９が内側に傾倒して吸着台２の表面２ａとウエハＷとの間に挟まれることを防止することができ、吸着台２の表面２ａの平坦度を維持することができる。また、リフト部４もウエハＷを介して押し縮められて受入凹部５に収容される。このとき、リフト部４の上端も吸着台２の表面２ａと面一になる。従って、受入凹部５においてもリフト部４でウエハＷを支えることができ、従来のようにリフト孔の開口による平坦度の低下を防止することができる。

また、従来のようにリフトピンを昇降させるアクチュエータが不要となり、真空吸着装置１の構造の簡略化を図ることができる。

ウエハＷを吸着台２に吸着保持させた後は、ウエハＷに対して所定の加工や処理を施し、その後、真空ポンプでの吸引を停止することで、リフト部４が自己の復元力によって図２に示すように押し縮められた状態から解放されて自然状態となりウエハＷを持ち上げる。このとき、リフト部４の上端は、シール部材７の上端よりも搬送アームＣの大きさ分だけ上方に位置するようにリフト部４を設定している。本実施形態では、この搬送アームＣの大きさ分が本発明の「所定高さ」となる。なお、本発明の「所定高さ」はこれに限らず、例えば、搬送アームＣの大きさに対して十分な余裕を持たせて、搬送アームＣの大きさよりも高く「所定高さ」を設定してもよい。従って、搬送アームＣをシール部材７に接触させて摩耗させることなく、搬送アームＣをウエハＷの下方へ挿入することができる。そして、搬送アームＣでウエハＷは次の工程へ運ばれる。

本実施形態の真空吸着装置１によれば、ウエハＷが吸着台２の表面２ａ側に載置された際、シール部材７の一部である傾斜部９を、ウエハＷに反りまたはうねりなどがあっても全周またはほぼ全周にわたりウエハＷに対して当接させることができる。そして、吸引経路３を通じてウエハＷと、吸着台２と、シール部材７とにより囲まれている空間（内側空間）が真空吸引される。これにより、当該内側空間に負圧領域が形成され、シール部材７が、傾斜部９を弾性的に傾倒させるようにして弾性変形して、図３に示すように、吸着台２の表面２ａ（吸着平面）と同じ高さとなる。その結果、ウエハＷを全体的に吸着台２の表面２ａに当接させることができ、吸着台２の平坦度の向上が図られる。

また、本実施形態の真空吸着装置１によれば、リフト部４の下部を受け入れる受入凹部５は、リフト部４が弾性変形することによって吸着台２の表面２ａと面一となり、リフト部４が受入凹部５上でウエハＷを支えることができる。従って、本願実施形態の真空吸着装置１によれば、従来のようなリフトピン部分の影響による平坦度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の真空吸着装置１によれば、チューブ材からなるリフト部４は、自己の復元力でウエハＷを持ち上げることができるため、従来品のようにリフトピンの作動装置を別途設ける必要がなく、真空吸着装置１の小型化を図ることができる。

［第２実施形態］
図４を参照して、本発明の真空吸着装置の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態の真空吸着装置１は、リフト部４が多孔質部材としてのスポンジであり、且つ、４隅が非連続となるように吸引経路３を囲う正方形の４つの辺を夫々構成する４つの棒状体である点で、第１実施形態のものと構成が相違する。

また、第２実施形態の受入凹部５は、４つの棒状のリフト部４を収容するようにリフト部４と略同一形状に形成されている。他の構成は第１実施形態と同一である。

第２実施形態の真空吸着装置１によれば、リフト部４が多孔質部材としてのスポンジで構成されているため、リフト部４を介して受入凹部５と環状凹部６との間の空気を受入凹部５よりも径方向内側に開口する吸引経路３から吸引することができる。従って、リフト部４よりも径方向外側に吸引経路３の開口部を形成することなく、受入凹部５と環状凹部６との間の空間を負圧領域とすることができ、吸引経路３のレイアウト自由度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、平坦度の低下を抑制することができ、また、リフト部４を昇降させる昇降アクチュエータを設ける必要がなく、リフト部４の自己の復元力によってウエハＷを吸着台２の表面２ａから持ち上げて搬送アームＣをウエハＷの下方へ挿入することができる。

なお、多孔質部材はスポンジに限らず、弾性力を有し、リフト部４の径方向内側と外側とで通気可能であれば、他の材料であってもよい。また、第２実施形態のリフト部４は棒状ではなくて他の形状であってもよく、また、リフト部の数や配置も適宜変更することができる。

［第３実施形態］
図５を参照して、本発明の第３実施形態の真空吸着装置を説明する。第３実施形態の真空吸着装置１は、リフト部４が、図５に示すように、ウレタンやフッ素ゴムなどで成形された無端でトーラス形状のチューブで構成されている点、及び吸引経路３とは別の吸引経路を受入凹部５と環状凹部６との間に設けている点、を除いて第１実施形態のものと同一に構成されている。

本実施形態の真空吸着装置１によれば、トーラス形状のリフト部４が押し潰されても、リフト部４の中の空気が外に漏れて排出されることを防止することができる。これにより、リフト部４の中の空気が排出されることによるウエハＷの浮き上がりを防止することができる。

また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、平坦度の低下を抑制することができ、また、リフト部４を昇降させる昇降アクチュエータを設ける必要がなく、リフト部４の自己の復元力によってウエハＷを吸着台２の表面２ａから持ち上げて搬送アームＣをウエハＷの下方へ挿入することができる。リフト部４内の気圧はリフト部４が吸引時の押し潰れに支障がないように設定されている。

なお、両端が閉塞されたチューブ部材としてのリフト部としては、無端のトーラス形状に限らず、例えば両端が閉塞された排気口を備えないＣ字状や、２つの両端が閉塞された排気口を備えない直線棒状のチューブで構成してもよく、この場合、受入凹部５はリフト部４の形状に対応させて形成すればよい。また、無端トーラス形状のチューブ部材をスポンジなどの多孔質材料で形成してもよい。

［他の実施形態］
上述した実施形態以外にも、シール部材７および環状凹部６のそれぞれの形状がさまざまに変更されてもよい。たとえば、シール部材７が略円形状の断面を有し、その上端部が吸着台２の表面２ａ（吸着平面）よりも上方に突出しているトーラス形状に形成されていてもよい。同じく、環状凹部６が下底よりも短い上底が上側にある略台形状の断面を有するように形成されていてもよい。環状凹部６の底面よりも上側の開口部の幅が小さいため、環状凹部６がシール部材７をしっかりと保持することができ、シール部材７の環状凹部６からの脱落を防止することができる。

なお、シール部材７が蛇腹形状（ベローズ形状）であってもよい。環状凹部６の断面形状は、略台形状のほか、下端位置から上端位置に至る途中で突出する一または複数の凸部を有するような形状など、シール部材７が環状凹部６から外れることを防止し得るあらゆる形状であってもよい。また、シール部材７が中空のトーラス形状に形成されていてもよい。また、環状凹部６が、シール部材７が収容される縦長の矩形状の上端部に、横方向に延在する横長の矩形状が連続する、Ｌ字断面形状を有するように形成されていてもよい。例えば、傾斜部９が一様な角度で傾斜するのではなく、傾斜角度が徐々に減少する又は増加するような形状に形成されてもよい。

本実施形態の真空吸着装置１における環状凹部６及びシール部材７は夫々略円環状に形成されているが、ウエハＷの形状に合わせて楕円環状、矩形環状または正多角形環状など、環状であれば任意の形状に変更されてもよい。

本実施形態の真空吸着装置１によれば、ウエハＷが吸着台２の表面２ａに載置された際、シール部材７の傾斜部９がウエハＷから荷重を受けることで弾性的に変形する。このため、ウエハＷに反りまたはうねりなどがあっても、傾斜部９を全周またはほぼ全周にわたりウエハＷに対して当接させることができる。

そして、吸引経路３を通じて、ウエハＷと、吸着台２と、シール部材７とにより画成される空間（内側空間）が真空吸引される。これにより、当該内側空間に負圧領域が形成され、シール部材７の傾斜部９が更に弾性的に変形して吸着台２の表面２ａ（吸着平面）と同じ高さとなる。その結果、ウエハＷを全体的に吸着台２の表面２ａの当接箇所に当接させることができ、さらには吸着台２の平坦度の向上が図られる。

また、本発明の真空吸着装置は、シール部材を備えていなくてもよい。この場合、リフト部４の上端が吸着台２の表面から搬送アームＣの大きさ分だけ上方に位置するようにリフト部４を設計すればよい。

１…真空吸着装置、２…吸着台、２ａ…表面（吸着面、吸着平面）、３…吸引経路、３ａ…開口部、４…リフト部、４ａ…端、５…受入凹部、６…環状凹部、７…シール部材、８…嵌合部、９…傾斜部、１０…受入部、Ｗ…ウエハ（基板）、Ｃ…搬送アーム（搬送支持部）。

Claims (5)

1. 表面に開口する開口部を有する吸引経路が設けられた吸着台を備える真空吸着装置であって、
   前記真空吸着装置は、前記吸引経路からの吸引によって、前記吸着台の表面と該表面に載置される基板との間の空間を負圧として負圧領域を形成することにより、前記吸着台の表面に前記基板を吸着保持するように構成されているものであり、
   前記吸着台の表面には、弾性を備えるリフト部と、前記リフト部の下部を受け入れる受入凹部と、が設けられ、
   前記リフト部は、前記吸着台の表面と前記基板との間に前記基板を搬送する搬送支持部を挿入できるように前記吸着台の表面から所定高さまで上方へ前記受入凹部から突出するように構成されており、
   前記リフト部は、前記基板が前記吸着台に吸着されるときに吸引に伴って下降する前記基板によって前記受入凹部へ押し縮められ、前記リフト部の上端が前記吸着台の表面と面一になることを特徴とする真空吸着装置。
2. 請求項１記載の真空吸着装置であって、
   前記開口部を囲うように環状に形成され且つ前記表面に設けられた弾性素材からなるシール部材を備え、
   前記リフト部の上端は、前記基板による前記リフト部の押し縮めから解放された自然状態では前記シール部材の上端よりも上方に位置していることを特徴とする真空吸着装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の真空吸着装置であって、
   前記リフト部は少なくとも一方の端部が開口したチューブ部材で形成されたものであることを特徴とする真空吸着装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の真空吸着装置であって、
   前記リフト部は中空のトーラス形状であり、前記リフト部の中の空気が前記リフト部の外に漏れないように気密性を備える材料で前記リフト部が製造されていることを特徴とする真空吸着装置。
5. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の真空吸着装置であって、
   前記リフト部は多孔質部材で形成されたものであることを特徴とする真空吸着装置。