TWI776228B

TWI776228B - 基板吸引保持構造及基板搬送機器人

Info

Publication number: TWI776228B
Application number: TW109130578A
Authority: TW
Inventors: 吉田雅也; 中原一
Original assignee: 日商川崎重工業股份有限公司; 美商川崎機器人（美國）有限公司
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-09-01
Also published as: US11315823B2; CN114600230A; KR20220116291A; JP7364692B2; WO2021131160A1; US20210202291A1; TW202124111A; KR102685236B1; JPWO2021131160A1

Abstract

基板吸引保持構造(100)具備：環形的接觸部(41)，具有封閉藉由前述接觸部所包圍的第1真空室(42)的底面(65)之底壁部(43)，且具有導電性之墊本體(40)；具有上表面，以及使上述上表面凹陷而形成之第2真空室(30)，且具有導電性之平板本體(3)；設置於第2真空室或者墊本體之任一方，且使墊本體之接觸部位於第2真空室之上方且較平板本體之上表面更上方之位置，並將墊本體相對於第2真空室可擺動地支持，且具有導電性之支柱(44)；固定於平板本體，且覆蓋第2真空室之覆蓋體(7)；以及自第1真空室延伸，並依序通過墊本體之底壁部、第2真空室以及平板本體，且連結至真空源(8)的吸引通路(10)。

Description

基板吸引保持構造及基板搬送機器人

本發明是關於基板吸引保持構造及基板搬送機器人

習知技術中已知有用以吸引並保持晶圓等基板的基板吸引保持構造，例如專利文獻1所示的吸引保持裝置具有，真空吸附保持對象物亦即晶圓的吸附保持構件。吸附保持構件形成有接觸晶圓的接觸部，而接觸部的內部開口有真空管路。藉此，可將晶圓藉由真空吸附而保持。另外，接觸部以及吸附保持構件的上表面鍍覆有靜電擴散披膜，能夠避免晶圓或吸附保持構件帶電。

[現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-186355號公報

然而，晶圓之中亦有形狀彎曲者，即便使用記載於專利文獻1的吸引保持裝置真空吸附上述的晶圓，仍有著因為吸引保持構件與晶圓之間的間隙而無法進行晶圓的真空吸附的狀況。

為了解決上述課題，基板吸引保持構造具備：具有環形的接觸部，以及封閉藉由前述接觸部所包圍的第1真空室的底面之底壁部，以及導電性之墊本體；具有上表面，以及使上述上表面凹陷而形成之第2真空室，以及導電性之平板本體；設置於上述第2真空室或者上述墊本體之任一方，且使上述墊本體之上述接觸部位於上述第2真空室之上方且較上述平板本體之上述上表面更上方之位置，並將上述墊本體相對於上述第2真空室可擺動地支持，且具有導電性之支柱；固定於上述平板本體，且覆蓋上述第2真空室之覆蓋體；以及自上述第1真空室延伸，並依序通過上述墊本體之上述底壁部、上述第2真空室以及上述平板本體，且連結至真空源的吸引通路。

根據以上構成，若將彎曲的晶圓放置於墊上則墊會擺動，使接觸部能沿著基板的下表面。因此，能夠確實地保持彎曲的基板，而提高彎曲基板的搬送效率。另外，能夠於搬送此種彎曲基板時擴散掉基板的靜電，以避免微粒附著於基板上，而提升基板之加工工程的良率。

本發明可達到提高彎曲基板的搬送效率，以及提升基板之加工工程的良率之技術功效。

1:基板搬送機器人

2:機器臂

3:平板本體

3a:平坦面

3b:母螺紋孔

4:墊

5:固定框

5a:貫通孔

6:連結具

7:覆蓋體

8:真空源

9:平板

10:吸引通路

30:第2真空室

31:平板本體內流路

32:背蓋

40:墊本體

41:接觸部

41a:基板支持面

42:第1真空室

43:(第1真空室的)底壁部

44:支柱

45:墊內流路

45a:墊本體內流路

45b:支柱內流路

51:外周面

52:凹溝槽

56:底面

57:外周緣

58:突起

61:內孔

65:(第1真空室的)底面

66:(第2真空室的)底面

71:插通孔

72:內周緣

100:基板吸引保持構造

110:基板

111:墊抵接區域

210:吸引通路

240:墊本體

243:底壁部

244:支柱

245a:墊本體內流路

251:外周面

252:凹溝槽

256:上表面

257:外周緣

258:突起

C:中心

D1,D2:直徑方向

[圖1]係表示本發明實施型態1之設有基板吸引保持構造的平板之構成例的俯視圖。

[圖2]係表示具備圖1所示之平板的基板搬送機器人之構成例的側視圖。

[圖3]係表示彎曲基板之一例的剖視圖。

[圖4]係表示圖1所示之基板吸引保持構造之構成例的剖視圖。

[圖5]係表示圖1所示之基板吸引保持構造之構成例的俯視圖。

[圖6]係表示圖1所示之基板吸引保持構造於保持基板狀態下的剖視圖。

[圖7]係表示圖1所示之基板吸引保持構造之支柱的構成例的底面剖視圖。

[圖8]係表示本發明實施型態1之基板吸引保持構造的墊之支柱的變形例的底面立體圖。

[圖9]係表示本發明實施型態1之基板吸引保持構造的墊之支柱的變形例的底面立體圖。

[圖10]係表示本發明實施型態1之基板吸引保持構造的墊之支柱的變形例的底面立體圖。

[圖11]係表示本發明實施型態1之基板吸引保持構造的墊之支柱的變形例的底面立體圖。

[圖12]係表示本發明實施型態2之基板吸引保持構造的構成例的剖視圖。

以下參照圖式對各實施型態進行說明。另外，本發明並不限定於本實施型態。再者，以下全部圖式中對相同或相當之要素標註相同之參照符號，並省略其重複之說明。

(實施型態1)

圖1係表示本發明實施型態1之設有基板吸引保持構造100的平板9之構成例的俯視圖。圖2係表示具備平板9的基板搬送機器人1之構成例的側視圖。

如圖1與圖2所示地，基板吸引保持構造100係設置於基板搬送機器人1之平板9的保持基板110之構造。平板9設置於機器臂2的前端部，平板9與機器臂2為電性連接。設置有基板吸引保持構造100的平板9構成為，吸引並保持基板110，且將保持的基板110搬送的所謂真空型的手部。尤其，此平板9為可吸附並保持如圖3所示的被稱為bow wafer的彎曲成弓狀的晶圓之構造。此種彎曲的晶圓之下表面中，與手部的支持部(墊4)接觸的墊抵接區域111傾斜。另外，彎曲晶圓的彎曲態樣包含碗型、圓頂型、曲型等多種多樣，而墊抵接區域111的傾斜角度並非為一定值。

基板搬送機器人1，例如，使機器臂2作動，將複數收容於被稱為前開式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod)之載體的基板110載置於平板9。於圖1中，基板110雖圖示為晶圓，但並不限於此，為玻璃基板亦可。接著，基板搬送機器人1使機器臂2作動，從載體中取出晶圓，移送至既定位置。基板搬送機器人1，例如為SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)型的水平多關節機器人，而平板9藉由基板搬送機器人1的機器臂2，於三維空間，亦即相互正交的三軸方向上移動。

基板吸引保持構造100，例如，於平板9所保持的基板110的中心C為中心的圓周方向上以排列複數個(例如3個)之方式被設置。藉此，保持於平板9的基板110，藉由基板吸引保持構造100而支持於複數個位置而能更確實地被保持。基板吸引保持構造100具備：設置於平板9的平板本體3之第2真空室30、墊4、覆蓋體7(墊體支持體)、固定框5、連結具6、吸引通路10以及真空源8。

平板本體3形成為於水平方向上延伸的薄板狀、其上表面基本上形成有平坦面3a。平板本體3透過墊4而支持基板110。平板本體3例如以鋁等具有導電性的材質所構成。另外，取而代之地，平板本體3以對礬土等具有絕緣性的陶瓷施加電鍍等表面處理而賦予導電性亦可。此外，平板本體3中設有基板吸引保持構造100的部分形成有3段的階段狀凹陷。

墊4與基板110接觸，並承擔直接支持基板110的功能。另外，墊4成為從基板110朝向平板本體3延伸的吸引通路以及電力通路的一部分。墊4包含導電性材料，例如整體以導電性聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone，PEEK)樹脂形成。具體而言，是以含有碳的聚醚醚酮樹脂形成。聚醚醚酮樹脂在耐熱性與機械強度上性質優異，且不為彈性體。因此，能夠抑制微粒的產生，而提升基板110的加工工程的良率。另外，於不具有導電性材質的墊4上施加電鍍等表面處理而賦予導電性亦可。

墊4包含墊本體40、支柱44。墊本體40具有於水平方向延伸的環狀的接觸部41。接觸部41的頂部(上表面)即為與基板110的下表面接觸的基板支持面41a。然後，藉由接觸部41所包圍的區域形成了第1真空室42。然後，接觸部41的下緣連續性地設置有底壁部43，而第1真空室42的底面65，則被底壁部43所封閉。換言之，墊本體40整體呈現為淺碟狀，於其內部形成有於上方開口的空間亦即第1真空室42。

接著，圓柱狀的支柱44自底壁部43的下表面朝向下方延伸。支柱44的圓筒狀的外周面51具有比接觸部的直徑還小的直徑(例如約為1/2)，且自底壁部43的下表面朝向下方延伸。外周面51形成有於上下方向上的中間部，沿著外周面51的周方向延伸的圓環狀的凹溝槽52。然後，支柱44的底面56的外周緣57，與外周面51的下緣連接。

接著，支柱44的底面56形成有突起58，突起58形成自外周緣57隨著朝向內側(支柱44的中心軸)而往下方突出的形狀。具體而言，如圖4與圖7所示地，突起58形成為圓錐狀。然而，突起58以圓錐台形(參照圖8)，或者圓頂形(參照圖9)取代亦可。另外，突起58形成為外周緣57的內部區域的一部份突出的形狀亦可。具體而言，該形狀為與外周緣57之間形成段差的柱形(參照圖10)或半球形(參照圖11)亦可。如上所述地，底面56的內部區域的一部份，較此內部區域的外側中包圍內部區域的外部區域的一部份更往下方突出。接觸部41，底壁部43以及支柱44構成墊體。另外，突起58的頂部位於支柱44的中心軸上亦可。

接著，形成貫通底壁部43以及支柱44的墊內流路45。墊內流路45 為與支柱44的中心軸平行地延伸，通過墊4內部的貫通孔，上端開口於墊4的上表面。具體而言，墊內流路45為包含：形成於墊本體40的墊本體內流路45a，形成於支柱44的支柱內流路45b的管路。墊本體內流路45a的上端開口於第1真空室42的底面65，並與第1真空室42連續。然後，墊本體內流路45a往下方延伸，並貫通底壁部43。支柱內流路45b的上端與墊本體內流路45a的下端連續，並貫通支柱44。然後，支柱內流路45b的下端開口於支柱44的底面56。於本實施型態中，墊內流路45相對於支柱44的中心軸偏心而形成有兩個，且形成於突起58的頂部的側方。

第2真空室30於設置於平板本體3的上表面的凹陷之中，形成於大致為底部的部分。具體而言，3段的階段狀的凹陷的最下層(從上方算起的第3層)的凹陷為第2真空室30。此第2真空室30收容了墊內流路45的下端所開口的墊4的支柱44的下端，藉此，墊內流路45與第2真空室30連接。另外，第2真空室30的底面66為平坦，而墊4的突起58載置於此底面66上。藉此，墊4可成為豎立於底面66上，亦即，基板支持面41a位於水平面上的基準姿勢(參照圖4)。另外，墊4可成為自基準姿勢往，以基板保持姿勢構造100的中心為中心之直徑方向D1，與正交於此直徑方向D1的方向D2(參照圖1)擺動而傾斜的姿勢，亦即基板支持面41a相對於水平面傾斜的傾斜姿勢(參照圖6)。如上所述地，支柱44以第2真空室30的底面66與支柱44的底面56接觸的部分作為擺動中心，將墊本體40相對於第2真空室30可擺動地支持。

另外，藉由於底面66上載置突起58，第2真空室的底面66與支柱44的底面56接觸，透過突起58與第2真空室的底面的接觸部分而電性連接。藉此，可簡化墊4與平板本體3接觸的電力通路的構成。

接著，墊4的高度尺寸，亦即，從接觸部41的上端到支柱44的下端為止的高度尺寸，較從平板本體3的上表面的平坦面3a到第2真空室30的底面 66為止的深度尺寸更大地形成。接著，以墊4的基板支持面41a於基準姿勢以及傾斜姿勢雙方皆位於較平板本體3的平坦面3a更為上方之方式，來規定上述的深度尺寸以及高度尺寸，且以墊4的基板支持面41a不陷於平板本體3的凹陷中的方式來規定。如上所述地，支柱44使墊本體40的接觸部41位於第2真空室30的上方且較平板本體3的上表面(平坦面3a)更上方的位置以一點支撐墊本體40。

接著，於平板本體3設置有平板本體內流路31。平板本體內流路31為一端開口且連接於第2真空室30的管路。於本實施型態中，平板本體內流路31為形成於平板本體3之底面的細溝槽，且自第2真空室30延伸至平板本體3之基端。然後，藉由於平板本體3安裝覆蓋平板本體3之底面的背蓋32，平板本體內流路31從平板本體3之底面側被覆蓋，而以成為通過平板本體3之內部的管路之方式被形成。

覆蓋體7為於水平方向上延伸的薄板狀的彈性體，具有彈性。然後彈性體於中央形成有插通孔71。插通孔71插通有支柱44。覆蓋體7於上述的平板本體3的3個階段狀的凹陷中，嵌入於構成第2真空室30的凹陷的上面一段(從上面數來第2個)的凹陷，且覆蓋體7的外周緣於俯視時位於第2真空室30的外側，覆蓋體7的下表面與平板本體3的上表面接觸。因此，覆蓋體7以覆蓋第2真空室30之方式而配置，且將第2真空室30密閉。另外，形成插通孔71的內周緣72，嵌入於支柱44的凹溝槽52。藉此，能夠更確實地將第2真空室30密閉。另外，換言之，覆蓋體7以位於上表面與底面之間的位置支持墊4。

另外，覆蓋體7為具有導電性的材質亦可。此時，墊4與平板本體3之間，進一步透過覆蓋體7而電性連接。藉此，即便為由於覆蓋體7的內周緣72與支柱44接觸，且前述突起58與第2真空室30的底面66之接觸部分產生之，墊4與平板本體3接觸的電力通路的導通產生不良狀況時，亦能維持墊4與平板本體3之間的電性連結。

固定框5為板狀的框體，具有覆蓋覆蓋體7之外周緣的形狀。具體而言，固定框5形成為有圓角的四角形，且於俯視時形成為於固定框5的中央部形成有比墊4還大的內孔61。形成此內孔61的固定框5的內周緣為覆蓋覆蓋體7的外周緣的部分。另外，固定框5的外周緣嵌入並載置於上述平板本體3的凹陷中，嵌入有覆蓋體7的凹陷的上面一段(從上面數來第1個)的凹陷。固定框5的外周緣於俯視時位於覆蓋體7的外周緣的外側且平板本體3之上表面的平坦面3a與載置固定框5之凹陷之間的段差內側。因此，藉由將固定框5從平板本體3的凹陷的上方下降並嵌入至此凹陷，能不干涉墊4，且將固定框5嵌入平板本體3的凹陷。然後，於固定框的四個角落，形成有用來插通連結具6的貫通孔5a。

連結具6為將固定框5可拆卸地連結於平板本體3的連結具，例如，公螺絲。平板本體3形成有配置於與嵌入平板本體3的凹陷之固定框5的貫通孔5a同軸之位置的母螺紋孔3b，連結具6螺合於此母螺紋孔3b。

如上所述地，藉由固定框5的四個角落透過連結具5與平板本體3連結，覆蓋體7的外周緣藉由固定框5從上方往平板本體3按壓，覆蓋體7固定且配置於平板本體3。因此，墊4藉由覆蓋體7從擺動姿勢朝向基準姿勢被施力，以成為基準姿勢的方式透過固定框5被保持。另外，因覆蓋體7的內周緣72接觸於直徑小於墊本體40的支柱44，可使於墊本體40的直徑方向上的覆蓋體7的從外周緣至內周緣為止的部分的長度為大，而讓覆蓋體7能大幅度變形。因此，可使墊本體40能大幅度傾斜。

接著，於此狀態下，介於墊內流路45與平板本體內流路31之間的第2真空室30的上表面，透過覆蓋體7而被封閉，而第1真空室42、墊本體內流路45a、支柱內流路45b、第2真空室30以及平板本體內流路31成為一連續的流路亦即吸引通路10。換言之，吸引通路10從第1真空室42開始延伸，依序通過墊本體40的底壁部43、支柱44、第2真空室30以及平板本體內流路31。然後，吸引通路 10透過設置於機器臂2內的管路，與真空源8連接。接著，透過真空源8的吸引動作，可吸引第1真空室42的氣體。吸引通路10內設置有開閉閥，透過開閉閥將管路開放可進行第1真空室42內氣體的吸引。另外，藉由開閉閥封閉管路則能停止第1真空室42內氣體的吸引。真空源8例如為真空泵，配置於基板搬送機器人1的附近或者內部。

另外，藉由將連結具6從平板本體3拆下，再將固定框5從平板本體3拆下，可將墊4與覆蓋體拆除。因此，能夠容易地交換墊4。

構成如上所述的基板吸引保持構造100，如圖6所示地，將彎曲的基板110載置於基板支持面41a，則以突起58的下端為支點，墊本體40從如圖4所示的基準姿勢往傾斜姿勢傾斜，可將基板支持面41a沿著基板110的下表面的墊抵接區域111，而避免基板支持面41a與墊抵接區域111之間產生間隙。於是，透過真空源8進行吸引動作，可將彎曲的基板110確實地吸附於墊本體40。就結果而言，即便機器臂2以高速動作搬送基板110，於保持的基板110上作用有大的加速度之情況下，能夠避免基板110產生位置偏差，於是，可提升彎曲的基板110的搬送效率。

另外，如上所述地，形成有自接觸部41的基板支持面41a連續至機器臂2為止的電力通路，透過基板110的墊抵接區域111抵接於基板支持面41a，基板110所帶的靜電，透過支柱44的底面56與第2真空室30的底面66的接觸部分擴散至平板本體3，且進一步擴散至機器臂2。因此，能夠防止搬送時的微粒附著，而提升良率。

進一步地，墊本體40構成為，可於以基板吸引保持構造100的中心為中心的直徑方向D1以及與此直徑方向D1正交的方向D2上擺動，故能保持彎曲方式不同的基板110。

另外，保持彎曲的基板110時係以基板110的邊緣以保持構件按壓保持的所謂邊緣夾持形的手部進行保持時，雖然有因基板110進一步彎曲而保持力下降的狀況，因基板吸引保持構造100能吸引並保持基板110，故更能確實地保持彎曲的基板110。

(實施型態2)

以下就本發明實施型態2的構成與實施型態1之間的相異點進行說明。圖12係表示實施型態2之基板吸引保持構造的構成例的剖視圖。

於上述的實施型態1，支柱44係設置於墊本體40。相對於此，於本實施型態中，如圖12所示地，支柱244設置於第2真空室30。具體而言，支柱244的下端係固定於第2真空室30。然後，支柱244具有自第2真空室30的底面66往上方延伸的外周面251，與具有連接於外周面251的外周緣257之上表面256。上表面256形成有從外周緣257隨著朝向內側而往上方突出，或是外周緣257的內部區域的一部份往上方突出的突起258。

接著，墊本體240的底壁部243，其底面從外周緣隨著朝向中央部而往上方凹陷。然後，支柱244的突起258載置有底壁部243之底面的中央部，且支柱244支持墊本體240。藉此，墊本體240與上述實施型態1相同地，被支持為可於基準姿勢與傾斜姿勢之間擺動。如上所述地，支柱244使墊本體240的接觸部41位於第2真空室30的上方且較平板本體3的上表面(平坦面3a)更為上方的位置，而一點支持墊本體240。

另外，墊本體內流路245a開口底壁部243的底面，於此開口連接於第2真空室30。然後，連接於第1真空室42的墊本體內流路245a、第2真空室30、以及平板本體內流路31成為吸引通路210。換言之，吸引通路210從第1真空室42開始延伸，並依序通過墊本體240的底壁部243、第2真空室30以及平板本體3。接著，吸引通路210透過設置於機器臂內的管路，與真空源8連接。

接著，於墊本體240的外周面的上下方向上的中間部形成有凹溝槽252。此凹溝槽252嵌入有覆蓋體7的內周緣72，覆蓋體7使墊本體240從擺動姿勢朝向基準姿勢被施力，以墊本體240成為基準姿勢的方式保持。

根據上述說明，對本發明所屬技術領域具通常知識者而言，本發明之眾多改良或其他實施形態為顯而易見。因此，上述說明應僅作為例示解釋，以對本發明所屬技術領域具通常知識者教示執行本發明之最佳態樣為目的而提供。可於不脫離本發明之精神之情況下，實質地變更其構造及/或功能之詳細。