JPWO2017110467A1 - 基板吸着装置 - Google Patents

Abstract

たわみのある種々の基板に対して、基板を安定してワークテーブルに吸着保持する。この基板吸着装置３０は、ワークテーブル１０に形成された複数の孔１５ｂに着脱可能である。基板吸着装置３０は、フランジ部材３１と、シリンダ３２と、コイルスプリング３３と、を備えている。フランジ部材３１は、上方に開口する収容部３１ａを内部に有するとともに、収容部３１ａの底部に吸着源に連通する連通孔３１ｃを有し、ワークテーブル１０の孔１５ｂに着脱可能である。シリンダ３２は、フランジ部材３１の収容部３１ａに所定の範囲で上下動自在に配置され、上下に貫通する吸引孔３２ａを内部に有する。コイルスプリング３３は、シリンダ３２を、シリンダ３２の上端面がワークテーブル１０の載置面から所定量だけ突出するようにシリンダ３２上方に付勢する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板吸着装置、特に、ワークテーブルに形成された複数の孔のそれぞれに着脱可能な基板吸着装置に関する。また、本発明はワークテーブルに関する。

基板の製造工程においては、加工される基板をワークテーブルに固定する必要がある。通常、基板表面には各種の素子が形成されている。このため、基板表面に押し付け部材を当接させてワークテーブル側に押し付け、基板をワークテーブルに固定することはできない。

そこで、例えば特許文献１に示されるように、基板裏面をワークテーブルに吸着するための基板吸着装置が用いられている。この特許文献１の基板吸着装置は、ワークテーブルの一部に、内部に連通する連通孔が形成されており、この連通孔に沿って上下方向に摺動自在に支持部が配置されている。また、支持部の上部には吸引孔を有する吸着パッドが設けられている。そして、この特許文献１の装置では、ワークテーブルに載置された基板を吸着パッドで吸着しながらワークテーブル側に引き寄せることによって、ワークテーブルの載置面に基板を固定するようにしている。

特開２０１２−１４６７８３号公報

特許文献１の装置では、反り等によってたわみがある基板でも、基板を吸着してワークテーブルに固定することができる。

しかしワークテーブルに載置される基板は、前工程での処理の内容や基板の形状等に応じて反りやうねりの程度が異なるためにたわみ量が異なる。したがって、たわみの程度に応じて吸着パッドの構成や吸着力等の吸着条件を変更できるのが好ましい。

また、特許文献１の基板吸着装置によって基板の複数箇所を吸着した場合、基板において、吸着装置によって吸着された部分はワークテーブルに密接して保持されるが、他の部分は、反りやうねりのためにワークテーブルから浮いた状態で保持されている場合がある。このような状態のまま基板を加工すると、加工品質の低下を招く。

本発明の課題は、たわみのある種々の基板に対して、基板を安定してワークテーブルに吸着保持できるようにすることにある。

本発明の別の課題は、たわみのある基板に対して、基板全体をワークテーブル上に吸着して固定でき、加工品質が低下するのを抑えることにある。

（１）本発明に係る基板吸着装置は、ワークテーブルに形成された複数の孔のそれぞれに着脱可能であり、ワークテーブル上に載置された基板を吸着するための装置である。この基板吸着装置は、フランジ部材と、シリンダと、付勢手段と、を備えている。フランジ部材は、上方に開口する収容部を内部に有するとともに、収容部の底部に吸着源に連通する連通孔を有し、ワークテーブルの孔に着脱可能である。シリンダは、フランジ部材の収容部に所定の範囲で上下動自在に配置され、上下に貫通する吸引孔を内部に有する。付勢手段は、シリンダを、シリンダの上端面がテーブルの載置面から所定量だけ突出するようにシリンダを上方に付勢する。

この装置では、ワークテーブルに基板が載置されると、基板の裏面にシリンダの先端が当接する。シリンダは上下動自在であり、かつ付勢手段によって上方に付勢されているので、反りやうねり等によって基板にたわみがあっても、シリンダの先端が基板に密着する。この状態でシリンダ及びフランジ部材の内部が減圧され、これにより、基板は大気圧によってシリンダの先端に押し付けられる。基板が下方に押圧されると（すなわち吸引されると）、シリンダはコイルスプリングの付勢力に抗して下方に移動し、基板はシリンダに吸着されつつ下方に引き寄せられてワークテーブルの載置面に当接させられる。

ここで、基板のたわみは前工程の内容によって異なり、また基板の厚みを含む形状も様々である。したがって、一定の固定された吸着条件（吸着のための仕様）では、安定した吸着保持ができない場合がある。

そこで、本発明では、ワークテーブルに形成された孔に、フランジ部材を着脱可能とし、このフランジ部材を含む吸着装置全体を、ユニットとして容易に交換できるようにしている。このため、基板のたわみの程度や基板の形状等に応じて、最適な吸着条件で基板をワークテーブルに吸着できる。したがって、ワークテーブルに安定して基板を保持して加工を行うことができる。

（２）好ましくは、シリンダは、金属製のシリンダ本体と、樹脂製の当接部材と、を有する。当接部材は、シリンダ本体の上部に装着され、ワークテーブルに載置されるワークに当接する。

ここでは、基板には樹脂製の当接部材が当接するので、当接部材を例えば基板との摩擦係数の小さい樹脂で形成することにより、基板が横方向に拘束されにくいようにすることができる。また、当接部材を例えば耐摩耗性の良好な樹脂で形成することにより、シリンダの寿命を長くすることができる。

（３）好ましくは、フランジ部材は金属製である。そして、フランジ部材の収容部の内周面とシリンダ本体の外周面との隙間は、５０μｍ以下である。

吸着時には、シリンダが収容されたフランジ部材の内部が減圧される。ここで、シリンダはフランジ部材に対して移動自在であるので、両者の間の隙間が広すぎると、この隙間を介して外気が吸い込まれ、基板を十分に吸着することができない。

そこで、本発明では、フランジ部材の収容部とシリンダ本体との隙間を５０μｍ以下にしている。このため、十分な吸着力を得ることができる。

（４）好ましくは、シリンダの上端面がワークテーブルの載置面から突出する量を規制する規制機構をさらに備えている、

（５）好ましくは、規制機構は、穴とピンとを有している。穴は、シリンダに、上下方向に所定の長さで形成されている。ピンは、フランジ部材に設けられ、シリンダが上下方向に移動した際に穴の上下の端面に当接する。

（６）本発明に係るワークテーブルは、加工される基板が載置されるとともに、載置された基板を吸着して保持する基板加工装置に設けられる。このワークテーブルは、テーブル本体と、可動吸着装置と、を備えている。テーブル本体は、吸着源に連通する溝が表面に形成され、溝を介して基板を載置面に吸着保持可能である。可動吸着装置は、上端面がテーブル本体の載置面から突出するように上下動自在で基板を吸着可能なシリンダを有し、テーブル本体の複数個所に配置されている。

このワークテーブルでは、たわみのある基板が搬入されてくると、ワークテーブルの複数箇所に設けられた可動吸着装置によって基板が吸着される。そして、可動吸着装置のシリンダが下方に移動することによって、基板はワークテーブルの載置面に載置される。

その後、テーブル本体に形成された溝を介して基板の全体を吸着することによって、基板全体をワークテーブル上に密着させて保持することができる。このため、たわみのある基板が搬入された場合でも、基板全体を均一に加工でき、加工品質の低下を抑えることができる。

（７）好ましくは、テーブル本体の溝は、可動吸着装置の周囲を囲むように形成されている。

（８）好ましくは、テーブル本体には孔が形成されている。そして、可動吸着装置は、フランジ部材と、シリンダと、付勢手段と、を有する。フランジ部材は、上方に開口する収容部を内部に有するとともに、収容部の底部に吸着源に連通する連通孔を有し、テーブル本体の孔に着脱可能である。シリンダは、フランジ部材の収容部に所定の範囲で上下動自在に配置され、上下に貫通する吸引孔を内部に有する。付勢手段は、シリンダを、シリンダの上端面がテーブル本体の載置面から所定量だけ突出するようにシリンダを上方に付勢する。

以上のような本発明の基板吸着装置では、たわみのある種々の基板に対して、基板を安定してワークテーブルに吸着して保持することができる。また、本発明のワークテーブルでは、たわみのある基板に対して、基板全体をワークテーブル上に吸着して固定でき、加工品質が低下するのを抑えることができる。

本発明の一実施形態によるワークテーブルの平面図。 本発明の一実施形態による基板吸着装置の断面構成図。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態によるワークテーブル１０の平面図である。ワークテーブル１０は、１枚のベースプレート２０と、ベースプレート２０の上部に固定された第１〜第５載置台１１〜１５と、を備えている。

第１及び第２載置台１１，１２は両端に配置されており、もっとも幅が狭い。第１及び第２載置台１１，１２の表面には複数の長溝１１ａ，１２ａが形成されている。第３及び第４載置台１３，１４は、第１及び第２載置台１１，１２の内側に配置されており、第１及び第２載置台１１，１２よりも幅が広く形成されている。第３及び第４載置台１３，１４の表面には、矩形溝及び矩形の内部を４つに仕切る「＋」形状の溝からなる複数の「田」形状の溝１３ａ，１４ａが形成されている。矩形溝及びその内部の溝は互いに連通している。第５載置台１５は中央部に配置されている。第５載置台１５はもっとも幅が広く形成されている。また、第５載置台１５の表面には第３及び第４載置台１３，１４と同様の「田」形状の溝１５ａが形成されている。

なお、各載置台１１〜１５の溝１１ａ〜１５ａは、共通した１系統の吸着系を介して図示しない吸着源（例えば真空ポンプ）に接続されている。

第５載置台１５に形成された６個の溝１５ａのうちの２つの部分には、溝で囲まれた４箇所のそれぞれに可動吸着装置３０が配置されている。

図２に、可動吸着装置３０の断面を示している。第５載置台１５には、上下方向に貫通する段付きの貫通孔１５ｂが形成されている。すなわち、この貫通孔１５ｂは、表面側に形成された大径の第１孔１５１ｂと、第１孔１５１ｂと同心で第１孔１５１ｂの下方に形成された小径の第２孔１５２ｂと、を有している。そして、この貫通孔１５ｂが形成された部分に、可動吸着装置３０が取り外し自在、すなわち交換自在に取り付けられている。なお、可動吸着装置３０は、各載置台１１〜１５の溝１１ａ〜１５ａに接続された吸着系とは別の系統の吸着系を介して吸着源に接続されている。

可動吸着装置３０は、フランジ部材３１と、シリンダ３２と、コイルスプリング３３と、規制機構３４と、を備えている。

フランジ部材３１は、図２に示すように、本体３１１と、本体３１１の上端部に一体で形成された円板状の取付部３１２と、本体３１１の下端部に設けられたコネクタ部３１３と、を有している。本体３１１は第５載置台１５の第２孔１５２ｂに挿入され、取付部３１２は第５載置台１５の第１孔１５１ｂに挿入されている。

本体３１１及び取付部３１２の内部には、上下方向に延びる収容部３１ａが形成されている。収容部３１ａは上方が開口している。また、収容部３１ａの底部には、コネクタ部３１３が装着されるネジ孔３１ｂと、コネクタ部３１３を介して吸着源に連通する連通孔３１ｃと、が形成されている。収容部３１ａは上下方向の全長にわたって断面円形に形成されている。取付部３１２は、第５載置台１５への取付用の複数の孔３１２ａを有している。この孔３１２ａを貫通するボルト３６によって、可動吸着装置３０が、第５載置台１５の貫通孔１５ｂに固定されている。

シリンダ３２は、フランジ部材３１の収容部３１ａに、所定の範囲で上下動自在に収容されている。シリンダ３２は、円筒状のシリンダ本体３２１と、当接部材３２２と、を有している。シリンダ本体３２１は、金属製であり、上下に貫通する吸引孔３２ａを内部に有している。フランジ部材３１の収容部３１ａの内周面とシリンダ本体３２１の外周面との隙間は５０μｍ以下が好ましい。隙間が５０μｍを超えると、吸引時にこの隙間から外気が入り込みやすくなり、吸着力が不足する。また、当接部材３２２は、中央部に貫通する孔を有する樹脂製の部材であり、シリンダ本体３２１の上部を覆うようにシリンダ本体３２１に装着されている。当接部材３２２を形成する樹脂としては、基板にキズ等を付けないために、基板（例えばガラス基板）よりも硬度が低く、かつ基板との摩擦係数が小さい材料を選択することが望ましい。

コイルスプリング３３は、フランジ部材３１の収容部３１ａに収容され、上端がシリンダ３２の下端面に当接し、下端が収容部３１ａの底面に当接している。そして、シリンダ３２を常に上方に付勢している。なお、コイルスプリング３３のばね定数が大きいほど、基板を吸着していない状態のシリンダ３２が容易に下方に移動しないようになる。一方、コイルスプリング３３の付勢力は、シリンダ３２が下方に移動する際の抗力として作用し、シリンダ３２が下方に移動する妨げとなってしまうので、基板を吸着した状態で（反った基板を矯正しながら）シリンダ３２を下方に確実に移動させるためには、コイルスプリング３３のばね定数は小さい方が好ましい。このため、シリンダ３２の内径に対する外径の比を小さくしてシリンダ３２に作用する吸引力を小さくすることにより、ばね定数の小さいコイルスプリング３３を使用しても、基板を吸着していない状態のシリンダ３２が容易に下方に移動しないようにしている。

規制機構３４は、シリンダ３２の上端面が第５載置台１５の載置面から突出する量を、例えば５ｍｍに規制するための機構である。この規制機構３４は、シリンダ３２に形成された複数の長穴３２ｂと、ピン３８と、複数のネジ部材３９と、から構成されている。

規制機構３４を構成する長穴３２ｂは、図２に示すように、シリンダ３２の下部に、上下方向に所定の長さで形成されている。ピン３８は、フランジ部材３１に形成された孔を横方向に貫通し、かつシリンダ３２の長穴３２ｂを貫通している。ネジ部材３９は、フランジ部材３１の本体３１１に、横方向に貫通するように形成されたネジ孔に螺合されている。このネジ部材３９の装着によって、ピン３８がフランジ部材３１の孔及びシリンダ３２の長穴３２ｂから抜け出るのが防止されている。

以上の規制機構３４によって、シリンダ３２は長穴３２ｂが形成された範囲で、上下方向に移動自在である。この実施形態では、シリンダ３２はコイルスプリング３３によって上方に付勢される一方、規制機構３４によって、シリンダ３２の先端面（吸着面）が第５載置台１５の載置面から例えば５ｍｍ突出した状態で、上方向への移動が規制される。

［動作］
基板がワークテーブル１０上に搬入されてくると、真空ポンプ等を作動させる。吸着工程では、まず可動吸着装置３０のみが作動するように、可動吸着装置３０に接続された吸着系のみを減圧し、各載置台１１〜１５の溝１１ａ〜１５ａに接続された吸着系は減圧しない。

これにより、可動吸着装置３０のみによって基板が真空吸着される。具体的には、たわみの存在する基板がワークテーブル１０に載置されると、ワークテーブル１０の載置面から浮いた基板の裏面に、シリンダ３２の先端面（当接部材３２２の上端面）が当接又は近接する。そして、この状態でフランジ部材３１及びシリンダ３２の内部を減圧すると、基板の表面には大気圧が作用しているために、基板がシリンダ３２の上端面に吸着される。基板がシリンダ３２に吸着されると、シリンダ３２の内部が基板で塞がれ、シリンダ３２に作用する吸引力が強くなる。そして、シリンダ３２は上下方向に移動自在であるため、シリンダ３２はコイルスプリング３３の付勢力に抗して下方に移動する。このため、基板は、シリンダ３２に吸着された状態で下方に引き寄せられ、ワークテーブル１０の載置面に当接させられる。

以上の動作によって、基板に反りやうねり等のたわみがあっても、基板を平らな状態でワークテーブル１０に吸着固定することができる。そして、可動吸着装置３０によって基板がワークテーブル１０に吸着固定された後、吸着系を切り替える。すなわち、各載置台１１〜１５の溝１１ａ〜１５ａに接続された吸着系を減圧し、可動吸着装置３０に接続された吸着系の減圧を解除する。これにより、可動吸着装置３０による基板の吸着動作は停止するが、基板全体が各載置台１１〜１５の溝１１ａ〜１５ａによって吸着される。したがって、基板全体がワークテーブル１０の載置面に均一に当接する。このような状態で基板の加工を行うことによって、加工品質の低下を抑えることができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、シリンダを上方に付勢する手段としてコイルスプリングを用いたが、シリンダを上方に付勢する手段はこれに限定されない。

（ｂ）シリンダの上方への移動を規制する機構として、長穴、ピン及びネジ部材を用いたが、規制機構の構成は前記実施形態に限定されない。

（ｃ）各載置台の溝の形状や個数、また可動吸着装置の配置位置や個数は、前記実施形態に限定されない。

１０ ワークテーブル
１１〜１５ 載置台
１１ａ〜１５ａ 溝
１５ｂ 貫通孔
３０ 可動吸着装置
３１ フランジ部材
３２ シリンダ
３２ｂ 長穴（規制機構の一部）
３３ コイルスプリング
３４ 規制機構
３８ ピン
３９ ネジ部材

Claims (8)

1. ワークテーブルに形成された複数の孔のそれぞれに着脱可能であり、前記ワークテーブル上に載置された基板を吸着するための基板吸着装置であって、
   上方に開口する収容部を内部に有するとともに、前記収容部の底部に吸着源に連通する連通孔を有し、前記ワークテーブルの孔に着脱可能なフランジ部材と、
   前記フランジ部材の収容部に所定の範囲で上下動自在に配置され、上下に貫通する吸引孔を内部に有するシリンダと、
   前記シリンダを、前記シリンダの上端面が前記テーブルの載置面から所定量だけ突出するように前記シリンダを上方に付勢する付勢手段と、
   を備えた基板吸着装置。
2. 前記シリンダは、
   金属製のシリンダ本体と、
   前記シリンダ本体の上部に装着され、前記ワークテーブルに載置されるワークに当接する樹脂製の当接部材と、
   を有する、請求項１に記載の基板吸着装置。
3. 前記フランジ部材は金属製であり、
   前記フランジ部材の収容部の内周面と前記シリンダ本体の外周面との隙間は、５０μｍ以下である、
   請求項２に記載の基板吸着装置。
4. 前記シリンダの上端面が前記ワークテーブルの載置面から突出する量を規制する規制機構をさらに備えている、請求項１から３のいずれかに記載の基板吸着装置。
5. 前記規制機構は、
   前記シリンダに、上下方向に所定の長さで形成された穴と、
   前記フランジ部材に設けられ、前記シリンダが上下方向に移動した際に前記穴の上下の端面に当接するピンと、
   を有している、
   請求項４に記載の基板吸着装置。
6. 加工される基板が載置されるとともに、載置された基板を吸着して保持する基板加工装置のワークテーブルであって、
   吸着源に連通する溝が表面に形成され、前記溝を介して基板を載置面に吸着保持可能なテーブル本体と、
   上端面が前記テーブル本体の載置面から突出するように上下動自在で基板を吸着可能なシリンダを有し、前記テーブル本体の複数個所に配置された可動吸着装置と、
   を備えたワークテーブル。
7. 前記テーブル本体の溝は、前記可動吸着装置の周囲を囲むように形成されている、請求項６に記載のワークテーブル。
8. 前記テーブル本体には孔が形成されており、
   前記可動吸着装置は、
   上方に開口する収容部を内部に有するとともに、前記収容部の底部に吸着源に連通する連通孔を有し、前記テーブル本体の孔に着脱可能なフランジ部材と、
   前記フランジ部材の収容部に所定の範囲で上下動自在に配置され、上下に貫通する吸引孔を内部に有するシリンダと、
   前記シリンダを、前記シリンダの上端面が前記テーブル本体の載置面から所定量だけ突出するように前記シリンダを上方に付勢する付勢手段と、
   を有する、
   請求項６又は７に記載のワークテーブル。

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