特許 7536577 真空吸着チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(54)【発明の名称】真空吸着チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20240813BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 B

B25J15/06 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020157991

(22)【出願日】2020-09-20

(65)【公開番号】P2022051595

(43)【公開日】2022-04-01

【審査請求日】2023-03-22

(73)【特許権者】

【識別番号】599104794

【氏名又は名称】株式会社ジェーイーエル

(74)【代理人】

【識別番号】100098246

【弁理士】

【氏名又は名称】砂場 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(72)【発明者】

【氏名】菊地 崇

【審査官】井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１７９６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０５９７４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｂ２５Ｊ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を保持する先端部位まで真空圧供給路が形成されたチャック本体と、
該チャック本体に取り付けられ、前記真空圧供給路に連通した複数の吸着パッドで、前記基板を吸着保持する吸着部とを備え、
前記吸着パッドは、上端辺がリング状をなす略杯状の外形で、固定保持部材を介して前記チャック本体に取り付けられ、
前記固定保持部材には、前記吸着パッドの内部空間と前記真空圧供給路とを貫通する、孔径の異なる上下２段のノズル孔が中心軸線に沿って形成され、前記真空圧供給路に下部の微細径ノズル孔が連通し、
前記基板は、前記上下２段のノズル孔を通じて気流を通過させて真空吸引されることで前記吸着パッドの上端辺上に吸着保持され、
前記複数の吸着パッドのうち、反りのある基板と前記上端辺との間に隙間が生じた吸着パッドにおいても、前記気流が前記微細径ノズル孔を通過することで当該吸着パッドの内部空間での圧力損失が押さえられ、前記基板が吸着保持されることを特徴とする真空吸着チャック。

【請求項2】

前記固定保持部材は、ネジ部材からなる請求項１に記載の真空吸着チャック。

【請求項3】

前記固定保持部材は、吸着パッド押さえ部材からなる請求項１に記載の真空吸着チャック。

【請求項4】

前記微細径ノズル孔の内径は、０．２～０．５ｍｍである請求項１に記載の真空吸着チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は真空吸着チャックに係り、半導体基板搬送ロボット等に搭載され、ウエハを真空吸着して搬送するための真空吸着チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板搬送ロボットでは、搬送アームの先端に装着され、真空吸着作用により搬送対象のウエハ等を保持、搬送する各種の真空吸着チャックが利用されている。従来の真空吸着チャックは、ウエハ保持部に複数個の吸着パッドを配列して、吸着パッドに形成された真空吸着ノズルで保持対象のウエハを吸着、保持するようになっている。しかし、反りがあり、硬質で倣わないようなウエハをウエハ保持部に載置した場合、吸着パッドの吸着面とウエハとの間に生じた隙間からリークが発生し、各吸着パッドの吸引圧力が著しく低下し、ウエハ保持が不可能になるという問題があった。

【0003】

この問題に対応するために、流路を通過する流体の圧力低下を低減するオリフィス構造が提案されている（特許文献１）。このオリフィス構造は、流路幅のほぼ１／２近くの長さのフィンを、対向した流路壁面での取付位置が交互になるように所定間隔に設け、オリフィスを通過する流体が蛇行するようにして各フィンの間で渦流を生じさせる構造となっている。このオリフィス構造を真空吸着チャックの流路中にノズル部品として組み込むことで、ノズルを通過する流体の通過速度を十分減速させて圧力損失を低減させ、真空吸着チャックによるウエハの吸着作用を維持させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第０１／１４７８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述したオリフィス構造のフィンの効果を実現するためには、ノズル部品の一部に微細な蛇行形状の溝を加工する必要があり、部品コストアップとなる。また、蛇行構造の溝の外面を吸着パッドの一部等で覆って閉流路を形成する必要があるため、設計の自由度が低い。さらに流路が蛇行しているため、流路内に異物混入があった場合の判断が困難である等の種々の問題がある。

【0006】

また、この種の真空吸着チャックは、シリコーンゴム製や合成樹脂製の吸着パッドをチャック本体に弾性変形させて嵌着、保持する構造となっている。このため、不用意な外力が作用した際に、吸着パッドがチャック本体から外れてしまうというおそれもある。

【0007】

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、吸着パッドをチャック本体に確実に装着、固定できる取付構造からなり、固く倣わないウエハとの間の隙間によるリークが発生した場合にも圧力損失を最小にでき、ウエハの吸着が確実に行えるようにした真空吸着チャックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の真空吸着チャックは、基板を保持する先端部位まで真空圧供給路が形成されたチャック本体と、
該チャック本体に取り付けられ、前記真空圧供給路に連通した複数の吸着パッドで、前記基板を吸着保持する吸着部とを備え、前記吸着パッドは、上端辺がリング状をなす略杯状の外形で、固定保持部材を介して前記チャック本体に取り付けられ、前記固定保持部材には、前記吸着パッドの内部空間と前記真空圧供給路とを貫通する、孔径の異なる上下２段のノズル孔が中心軸線に沿って形成され、前記真空圧供給路に下部の微細径ノズル孔が連通し、前記基板は、前記上下２段のノズル孔を通じて気流を通過させて真空吸引されることで前記吸着パッドの上端辺上に吸着保持され、前記複数の吸着パッドのうち、反りのある基板と前記上端辺との間に隙間が生じた吸着パッドにおいても、前記気流が前記微細径ノズル孔を通過することで当該吸着パッドの内部空間での圧力損失が押さえられ、前記基板が吸着保持されることを特徴とする。

【0009】

前記固定保持部材は、ネジ部材からなり、前記吸着パッドの内部空間と前記真空圧供給路とを貫通するように、前記ネジ部材の中心軸線に沿って前記微細径ノズル孔が形成されることが好ましい。

【0010】

前記固定保持部材は、吸着パッド押さえ部材からなり、前記吸着パッドの内部空間と前記真空圧供給路とを貫通するように、前記吸着パッド押さえ部材の中心軸線に沿って前記微細径ノズル孔が形成されることが好ましい。

【0011】

前記微細径ノズル孔の内径は、０．２～０．５ｍｍであることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の真空吸着チャックの第１実施形態の平面形状を示した平面図、側面形状を示した側面図。

【図2】図１に示した真空吸着チャックの吸着部の断面形状を拡大して示した部分断面図。

【図3】図１に示した真空吸着チャックによるウエハ吸着時の吸着部での真空状態を模式的に示した側面図、側断面図。

【図4】パッド固定ネジの形状例を示した平面図、断面図。

【図5】本発明の真空吸着チャックの第２実施形態の平面形状を示した平面図、側面形状を示した側面図。

【図6】図５に示した真空吸着チャックの吸着部の２方行からの断面形状を拡大して示した部分断面図。

【図7】図５に示した真空吸着チャックによるウエハ吸着時の吸着部での真空状態を模式的に示した側面図、側断面図。

【図8】パッド押さえプレートの断面形状例を示した平面図、断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の真空吸着チャックの複数の実施形態について添付図面を参照して説明する。

【0014】

［第１実施形態］
以下、本発明の真空吸着チャック１０の第１実施形態について、図１～図４を参照して説明する。図１は本発明の真空吸着チャック１０として、図示しない基板搬送装置の搬送アームの昇降、旋回動作等により、半導体製造用の基板（以下、ウエハＷと記す。）を所定の受け渡し位置に搬送する基板搬送装置に組み込まれ、ウエハＷを吸着、保持するチャック本体１１の平面形状を、図２は同側面形状を示している。

【0015】

チャック本体１１は、図１各図に示したように、平面視して一部に湾曲部を有する略Ｙ字形をなす、中心軸線Ｃに関して対称形状で、根元部分が図示しない回転駆動部に軸支されたベース部材２に保持された片持構造からなる。チャック本体１１の下面には気密性を保持した真空圧供給路１３を有する。本実施形態では、厚さ４ｍｍアルミニウム板を所定形状に切り出したチャック本体１１の下面を所定の深さ、幅（本実施形態では深さ１ｍｍ、幅５ｍｍ）に切削して角溝を形成し、その角溝をステンレス鋼製の薄板カバー１５（図２（ａ））で覆うことで断面四角形状の真空圧供給路１３が形成されている。真空圧供給路１３の後方端部には真空圧導入口１６が設けられている。真空圧導入口１６を介してチャック本体１１の真空圧供給路１３とベース部材２側の真空圧供給路３とが連結、連通されており、図示しない真空源の駆動によりチャック本体１１の真空圧供給路１３内に真空圧が導入される。

【0016】

真空圧供給路１３は、図１（ａ）に示したように、チャック本体１１の基部１１ａと、基部１１ａの先端で二股に分岐して先端側に延びる分岐部１１ｂとからなり、基部１１ａの先端側に１個の吸着部２０が設けられ、分岐部１１ｂのそれぞれの先端側に吸着部２０が設けられている。本発明の真空吸着チャックでは、３箇所の吸着部２０での真空吸着作用によって所定直径のウエハＷ（たとえばφ３００ｍｍ）が吸着、保持される。なお、チャック本体１１に設けられる吸着部２０の個数、設置位置は、チャック本体１１のサイズ、真空圧供給路のレイアウト等により適宜設定されることは言うまでもない。

【0017】

図２（ａ）、（ｂ）は、吸着部２０の吸着パッド取付構造および真空吸着ノズルの構成を示している。吸着部２０は上述したように、チャック本体１１の下面に形成された真空圧供給路１３の端部に形成されており、公知の吸着パッドが吸着パッド取付構造によってチャック本体１１に固定保持され、吸着パッド取付構造の一部に真空吸着ノズル２５が形成されている。以下、それぞれの構成について図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

【0018】

［吸着パッド取付構造の構成］
吸着パッド取付構造は、チャック本体１１に形成された３カ所の吸着部２０において吸着パッド２１をチャック本体１１に取り付け、固定保持する構造である。本実施形態の吸着パッド２１は、図２（ａ）に示したように、リップ部２１ａの直径が１０ｍｍの杯形状の外形で、平面視してリング状の公知のシリコーンゴム製部材である。吸着パッド２１は、下部２１ｂがパッド保持プレート２３に保持された状態で、上面側から押さえプレート２２を介在させてパッド固定ネジ２４でパッド保持プレート２３にネジ止めされる。これにより、吸着パッド２１、押さえプレート２２、パッド保持プレート２３の各部材が一体となり、チャック本体１１の真空圧供給路１３の端部の所定位置に固定保持される。

【0019】

本実施形態の押さえプレート２２は、ＰＥＥＫ樹脂製のリング部材で、本体２２ａの外径は吸着パッド２１の開口に内接可能な寸法に設定されている。また内径部２２ｂは、図２（ａ）に図示したように、ねじ込まれたパッド固定ネジ２４の皿状頭部２４ａに密着可能な漏斗形状となっている。押さえプレートの材質としては、ＰＥＥＫの他、ＰＯＭ等の十分な強度、耐久性を有する各種のエンジニアリングプラスチックの他、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属加工品を用いることができる。

【0020】

パッド保持プレート２３は、アルミニウム製の扁平円板状プレートで、チャック本体１１の上下面を貫通して設けられた吸着パッド取付孔１１ｃの下方からはめ込まれ、肩部２３ａが取付孔１１ｃの段部１１ｄに係止されて取付孔１１ｃ内に保持される。プレート上面には吸着パッド２１の下部が嵌着保持されるリング状凹所２３ｂが形成されている。また平面中心位置にはパッド固定ネジ２４が螺合する雌ねじ孔２３ｃが形成されている。

【0021】

パッド固定ネジ２４は、ＰＥＥＫ製の十字穴皿ネジで、締め付け時に皿状頭部２４ａが押さえプレート２２の漏斗形状の内径部２２ｂに密着して押さえプレート２２をチャック本体１１に確実に押圧保持することができる。ねじ長さは締め付け時にネジ先端２４ｂがパッド保持プレート２３からわずかに突出する程度に設定されている。パッド固定ネジ２４としては、ＰＥＥＫの他、ＰＰＳ等の高強度を有するエンジニアリングプラスチック製ネジ、ステンレス製ネジ、スチール製ネジを用いることができる。

【0022】

［真空吸着ノズルの構成］
パッド固定ネジ２４には、図２（ｂ）に示したように、十字穴２４ｃの底部に所定深さの真空吸着ノズル２５を全体構成とする２段の円形孔からなるノズル孔２６，２７が形成されている。これらのうちパッド固定ネジ２４の十字穴２４ｃから連続する上部ノズル孔２６は、十字穴側を開放端とするφ₁＝１．０ｍｍ，長さＬ₁＝３．３ｍｍの中間連通孔で、上部ノズル孔２６の底部にさらに細径の下部ノズル孔２７が連通している。下部ノズル孔２７は、本実施形態では直径φ₂＝０．３ｍｍ、長さＬ₂＝０．７ｍｍに設定されている。下部ノズル孔２７の下端はパッド保持プレート２３の下面からわずかに突出した位置で真空圧供給路１３と連通している。

【0023】

真空吸着ノズル２５のノズル孔の各部の寸法としては、上述した寸法に限られず、パッド固定ネジ２４の寸法、孔開け加工性を考慮して、上部ノズル孔の直径φ₁＝１．０～２．０ｍｍ、下部ノズル孔の直径φ₂＝０．２～０．５ｍｍ、下部ノズル孔の長さＬ₂＝０．５～１．０ｍｍとすることが好ましい。

【0024】

図３（ａ）は、チャック本体１１先端部の吸着部２０でのウエハＷの吸着状態の外観を示している。図３（ｂ）は、吸着部２０の真空吸着ノズル２５でのウエハＷの真空引き状態でのエア流路を模式的に示している。上述した真空吸着ノズル２５の構成により、装置外の真空圧源の運転により、真空圧供給路１３内が真空引きされると、真空吸着ノズル２５を介して吸着部２０の開放端側の十字穴から真空吸引され、平滑なウエハが真空吸着チャックの吸着パッド２１上に載置されると、ウエハ下面と吸着パッド２１のリップ部上縁とで囲まれ形成された閉空間内での真空状態が確立する。

【0025】

一方、ノズル経路中に微細径のノズル孔２７を有する真空吸着ノズル２５を備えた真空吸着チャックにおいて、反りがあり硬く倣わないようなウエハを吸着パッド２１上に載置して搬送する場合、反りのためにウエハと吸着パッド２１との間に隙間が生じ、その部分からのリークが発生する。しかし、真空吸着ノズル２５のノズル孔２７によって形成されるエア流路が極めて微細径に設定されているため、吸着部２０での圧力損失が抑えられ、ウエハＷを吸引するための真空圧供給路１３の圧力がほとんど低下せず、リーク発生箇所以外の真空吸着ノズルでの圧力低下が生じない。このため、反りがあるウエハＷにおいても十分な吸引作用が維持でき、ウエハＷを安定して搬送することができる。

【0026】

真空吸着ノズル２５はパッド固定ネジ２４に孔開け加工を施してネジ内に設けられ、本実施形態ではネジの十字穴部（駆動部）がノズル開放端となる（図４（ａ））。パッド固定ネジ２４の駆動部の形状は、ネジ締め付けが確実に行えるようなネジ種類を適宜採用でき、たとえば駆動部が六角穴２４ｄ、ヘクサロビュラ２４ｅ等のネジでも内部に同様の形状、寸法のノズル孔２６，２７を有する真空吸着ノズル２５を設けることができる（図４（ｂ）、（ｃ））。

【0027】

［第２実施形態］
以下、本発明の真空吸着チャック１０の第２実施形態について、図５～図７の添付図面を参照して説明する。図５は、第１実施形態の真空吸着チャックと同様の動作と機能を有したチャック本体１１の平面形状を、図６は同側面形状を示している。

【0028】

チャック本体１１は、図５に示したように、本実施形態においてもチャック本体１１内に第１実施形態と同様の構成の真空圧供給路１３が形成され、真空圧供給路１３を介して図示しない真空源の駆動によりチャック本体１１内に真空圧が導入される。

【0029】

図６（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の真空吸着チャックの吸着パッド取付構造および真空吸着ノズル３５の構成を示している。吸着部３０は第１実施形態と同様に、チャック本体１１の下面に形成された真空圧供給路１３の端部に形成されており、吸着パッド取付構造によって公知の吸着パッド３１がチャック本体１１に取り付け保持されている。この吸着パッド３１の取付構造の一部に真空吸着ノズル３５が形成されている。以下、それぞれの構成について図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

【0030】

［吸着パッド取付構造の構成］
吸着パッド取付構造は、図５（ａ）に示したように、チャック本体１１に形成された３カ所の吸着部３０において吸着パッド３１をチャック本体１１に固定保持する構造である。本実施形態の吸着パッド３１も、図６各図に示したように、リップ部３１ａの直径が１０ｍｍの杯形状をなす公知のシリコーンゴム製部材で、図６（ａ）に示したように、上部の扁平な杯状のリップ部３１ａと下部のリング状部３１ｂとが一体となったリング形状で、押さえプレート３３に保持された状態でチャック本体１１に取り付けられている。吸着パッド３１の内周部分にはパッド受けプレート３２が嵌着されている。

【0031】

パッド受けプレート３２は、ＰＥＥＫ樹脂製の扁平円板状プレートで、肩位置に形成された鍔状部３２ａが、吸着パッド３１内周面に形成された周状溝３１ａ内に係止され、吸着パッド３１の内周部に保持される。パッド受けプレート３２には、平面視して中央位置には、第１実施形態の真空吸着ノズル２５の構成に相当する真空吸着ノズル３５が形成されている。パッド受けプレート３２の材質としては、ノズル孔の加工性等を考慮して、ＰＥＥＫの他、ＰＯＭ等の各種のエンジニアリングプラスチックや、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属加工品を用いることができる。

【0032】

押さえプレート３３は、吸着パッド３１をチャック本体１１に保持させるステンレス鋼製のリング部材で、外径がチャック本体１１の上面に形成された円形凹所１１ｅにはめ込み可能な寸法に、内周には上下面を貫通して部が吸着パッド３１の外周形状に倣う形状、寸法の吸着パッド取付孔３３ａが形成されている。吸着パッド３１は、図６両図に示したように、リップ部３１ａが押さえプレート３３の上面から突出するように吸着パッド取付孔３３ａに下方からはめ込まれて保持されている。押さえプレート３３は、パッド受けプレート３２が嵌着された吸着パッド３１を保持した状態で、連結ネジ３４によりチャック本体１１に一体的に連結される（図６（ａ））。これにより、吸着パッド３１、パッド受けプレート３２、押さえプレート３３の各部材が一体化してチャック本体１１の上面に形成された円形凹所１１ｅに固定保持される。このときチャック本体１１の円形凹所１１ｅの平面視中央位置には、チャック本体１１の下面に形成された真空圧供給路１３の端部とパッド受けプレート３２の真空吸着ノズル３５とを連通するための円形貫通孔１１ｆが形成されている。

【0033】

連結ネジ３４は、ステンレス鋼製の十字穴なべ頭ネジで、ネジ締め付け時にネジ頭部はチャック本体１１下面の凹所１１ｇに収容される。

【0034】

［真空吸着ノズルの構成］
第２実施形態の真空吸着ノズル３５は、図６両図、図８（ａ）に示したように、パッド受けプレート３２の平面視中央位置に、貫通孔として形成された直径の異なる２段のノズル孔３６，３７からなる。パッド受けプレート３２の上面側に形成された上部ノズル孔３６はφ₁＝２．０ｍｍ，長さＬ₁＝１．２ｍｍの円形孔で、上部ノズル孔３６の底部にさらに細径の下部ノズル孔３７が連通している。下部ノズル孔３７は、本実施形態では直径φ₂＝０．３ｍｍ、長さＬ₂＝０．７ｍｍである。下部ノズル孔３７の下端はチャック本体１１に形成された円形貫通孔１１ｆを介して真空圧供給路１３に連通している。

【0035】

真空吸着ノズル３５の各部の寸法としてはパッド受けプレート３２への孔開け加工性を考慮して、上部ノズル孔３６の直径φ₁＝２．０～３．０ｍｍ、下部ノズル孔３７の直径φ₂＝０．２～０．５ｍｍ、下部ノズル孔３７の長さＬ₂＝０．５～１．０ｍｍとすることが好ましい。また、上部ノズル孔３６の形状については、真空吸引時の気流の流れを考慮して、図８（ｂ）に示したように、漏斗状孔とすることも好ましい。

【0036】

本実施形態の真空吸着ノズル３５を備えた真空吸着チャック１０においても、反りがあり硬く倣わないようなウエハＷを吸着パッド３１上に載置して搬送する際、真空吸着ノズル３５によるエア流路が極めて微細径に設定されているため、圧力損失が抑えられ、ウエハを吸引するための吸引圧力が低下しにくく、ウエハＷを安定して搬送することができる。

【0037】

以上の各実施形態の説明では、円形のウエハを移載することを目的とした真空吸着チャックを例に説明しているが、半導体基板以外に大型の矩形液晶ガラス基板等にも適用可能である。また、フローティングパッドタイプの真空吸着チャックを用いてガラス基板を保持搬送するような場合に、チャック本体１１の自重による撓み及びガラス基板本体の自重による撓みが生じるような現象に対しても、各吸着部での圧力低下を極力抑えることができ、ガラス基板の保持機能を維持することができる。

【0038】

また、薄型のガラス基板を吸着部の吸着パッドで上面側から吸引する場合等に、ガラス基板の撓みにより吸着できないことを防止するために中間パッドを設けるが、その中間パッドを押さえて保持する部材に微細径からなる真空吸着ノズルを備え、同様の効果を得ることができる。

【0039】

なお、本明細書ではウエハを載置、保持する腕状部材をチャックと称しているが、真空吸着作用を利用してウエハを保持するような機能を備えたものであれば、ハンド、エンドエフェクタ、把持アーム、フォーク等、その他名称で呼ばれる腕状部材にも適用可能なことはいうまでもない。

【0040】

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 真空吸着チャック
１１ チャック本体
１３ 真空圧供給路
２０，３０ 吸着部
２１，３１ 吸着パッド
２２ 押さえプレート
２３ 吸着パッド保持プレート
２４ パッド固定ネジ
２５，３５ 真空吸着ノズル
２６，３６ 上部ノズル孔
２７，３７ 下部ノズル孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】