(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側を連結して先端側が解放された自由端部による上下一対の開閉アームで形成された金属製のピンセット本体と、このピンセット本体の先端側内面にそれぞれ一体装着された合成樹脂製による上下の狭持面板を備え、上記各開閉アームの先端にはＴ字状に形成した取付板を設け、上記狭持面板は耐熱性で上記ピンセット本体を構成する金属材より線膨張係数の大きい合成樹脂材を用い、外面側にはコ字状に切り欠いた嵌合溝を形成して嵌合溝内に接着面を設け、上方の狭持面板には内面側の左右両端側を突設させた圧接面を形成し、上記各狭持面板の嵌合溝に上記取付板の外周縁部が収容され、嵌合溝内の接着面に耐熱性接着材を介して焼き付けで高温接着されていると共に、上記取付板を内装した各狭持面板は、高温接着後の熱収縮差で内側へ凹面状に湾曲形成されていることを特徴とした狭持用ピンセット。
【請求項２】
上記ピンセット本体の表面は、上記狭持面板と同系の耐熱性合成樹脂材を表面処理剤として焼き付けによるコーティング処理が施されている請求項１に記載した狭持用ピンセット。
【請求項３】
上記ピンセット本体がステンレス材で形成され、上記狭持面板がポリイミド樹脂材で形成されている請求項１又は２に記載した狭持用ピンセット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体製造現場において半導体ウエハーや該ウエハーを分割したダイなどの被狭持物を狭持する狭持用ピンセットに係わり、特に吸着保持する真空ピンセットの使用に必要な真空ラインの無い場所で、而も工程によっては処理のために高温に加熱されたウエハーを狭持する場合などに好適な狭持用ピンセットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の狭持用ピンセットとしては、耐薬品性や耐食性及び耐熱性に優れて高温下での使用も可能で且つ安価なことから、一般的にはステンレス製のものが使用されていた。
しかし、上記ステンレス製のピンセットの場合には、ウエハーを狭持した際にステンレス材がウエハーを損傷又は変質させる恐れがあった。
また、処理工程によってはウエハーが３５０℃程度の高温に加熱されることもあるので、このようなウエハーを狭持すると高温で活性化してピンセットから放出された金属イオンがウエハーに付着して金属汚染される恐れがあり、これを回避するためにその都度ウエハー温度が常温に近い状態まで下がるのを待って狭持するのでは、作業能率が低下して生産性を向上させることができない。
【０００３】
上記課題を解決する手段として、ステンレス製のピンセット先端の狭持片に対して例えばフッ素樹脂材などによってコーティング処理を施すことも試みたが、十分な耐熱性が得られず使用中に剥離したフッ素樹脂材の微粒子がウエハーを汚染させて製品の性能を低下させる恐れがあった。
また、例えばフッ素樹脂材などによって成形された狭持片をねじやリベットなどの機械的な固着手段を用いてステンレス製のピンセット先端へ重合状態で連結させた構造のものもあるが、固着に必要な厚みのために薄く形成することができず、例えばバスケット内のウエハーを狭持する際などには隣接するウエハーに接触して損傷させたり、取り出し不能になるなどの恐れがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、上記したような従来技術の課題を解決するためのピンセットを提供するものであり、このピンセットは金属製のピンセット本体の先端狭持部に対して耐熱樹脂製の狭持面板を耐熱性接着材を介して高温接着して一体に装着させた構成を有するものであるが、そのための条件として次のようなことが要求される。
【０００５】
（１）ピンセット本体に使用される金属材としては、
▲１▼高温の使用条件下でも被狭持物の狭持に必要なバネ製などの機械的強度が維持される耐熱性を備えていること。
▲２▼ウエハーの前処理に各種の酸やアルカリ及び有機溶剤が使用されるので、これらの化学剤によって変質しない耐食性を備えていること。
▲３▼合成樹脂製の狭持面板を高温加熱状態で接着した後に常温に戻した際に、線膨張係数の相違によって接着面が剥離しないようにすると共に、ウエハーに対する狭持面板の狭持面を平坦面又は所望の凹面状にするために、狭持面板の合成樹脂材と等しいかそれより小さい線膨張係数を備えていること。
【０００６】
（２）狭持面板に使用される合成樹脂材としては、
▲１▼少なくとも連続使用温度２５０℃でも物性に変化がなく最高温度３５０℃でも断続使用が可能な状態で高温のウエハーを狭持することができる耐熱性を備えていること。
▲２▼ピンセット本体を構成する金属材に対して高温接着が可能であること。
▲３▼ウエハーの洗浄などに使用される酸やアルカリ溶液に対して変質しない耐薬品性を備えていること。
▲４▼ピンセット本体を構成する金属材に対して接着した状態で、狭持面を平坦面又は所望の凹面状にするために、この金属材と等しいかそれより大きい線膨張係数を備えていること。
【０００７】
上記した（１）の条件を満足させる金属材としては、ステンレスやニッケル合金あるいはチタン合金などが現存し、（２）の条件を満足させる耐熱性合成樹脂材としてはポリイミド樹脂（例えばデュポン社の登録商標名ベスペル）やポリベンズイミダゾール樹脂などが現存するので、本発明ではこれらを組み合わせて使用又は今後開発されるこれらの条件を満足させる材料を使用する事ができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明による狭持用ピンセットは、基端側を連結して先端側が解放された自由端部による上下一対の開閉アームで形成された金属製のピンセット本体と、このピンセット本体の先端側内面にそれぞれ一体装着された合成樹脂製による上下の狭持面板を備え、上記狭持面板は耐薬品性及び耐食性で少なくとも連続使用温度２５０℃でも物性に変化がなく且つ少なくとも３５０℃の高温でも断続使用が可能な耐熱性樹脂材によって構成され、当該狭持面板は上記金属製のピンセット本体に対して、耐熱性接着材を介して焼き付けによる高温接着がされている。
【０００９】
また上記狭持用ピンセットには、次の要件が付加されることが望ましい。
上記ピンセット本体の表面は、上記狭持面板と同系の耐熱性合成樹脂材を表面処理剤として焼き付けによるコーティング処理が施されている。
上記狭持面板には上記ピンセット本体を構成する金属材より線膨張係数の大きい合成樹脂材を使用し、上記高温接着した後に常温に戻して収縮した際に狭持面が所望な凹面状に湾曲形成されるようにした。
上記ピンセット本体がステンレス材で形成され、上記狭持面板がポリイミド樹脂材で形成されている。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明による狭持用ピンセットに付いて図１〜４で図示する実施例に基づいて詳細に説明する。
このピンセットは、図１及び図２で示すようにピンセットは基端側を連結して先端側は解放された自由端部による上下一対の開閉アーム２，３で形成されたピンセット本体１と、該ピンセット本体１の先端側内面にそれぞれ一体に装着されてウエハー４の外周部分を狭持する上下の狭持面板５，６を備え、下側狭持面板６の上面にはウエハー４の外周端面を係止する係止部材として２本のストッパーピン７，８が、当該ウエハー４の円弧状面に適合する配置で突設されている。
【００１１】
上記ピンセット本体１は、図３の分解図で詳細を示すように、先端に上部側の狭持面板５に対する取付板９を突設してＴ字状に形成された上部側の開閉アーム２と、下部側の狭持面板６に対する取付板１０を突設してＴ字状に形成された下部側の開閉アーム３とを、耐薬品性や耐食性が良くて少なくとも２５０℃以上の高温下での使用が可能な金属材例えばステンレス板で構成している。
この上下の開閉アーム２，３は、基端側が整合して先端側は上部側の開閉アーム２が下部側の開閉アーム３の略中央に載置される態様で重合されると共に、当該各開閉アーム２，３の基端側は例えばスポット溶接やリベットその他の固着手段によって相互に連結されている。
【００１２】
上記ピンセット本体１は、素地のままで使用する態様もあるが、高温下で使用した際に金属イオンが放出されてウエハーが金属汚染されることを防止するために、表面には例えばポリイミドなどによる耐熱性の合成樹脂材を表面処理剤としたコーティング処理が施されている。
このコーティング処理は、表面処理剤との親和性を良くするための下地処理として、ピンセット本体１の表面に接着改良処理剤として例えばアミノシアンなどの溶液を塗布し、高温で所定時間（例えば２００℃で１０分程度）の焼き付けをして濡れ性を改善させ、その後に表面処理剤となる例えばポリイミド溶液を塗布し、高温で所定時間（例えば３５０℃で１．５時間程度）の焼き付けをする。
なお、取付板９，１０の狭持面板５，６が装着される被接着部分には上記コーティング処理を施さないようにすることが望ましく、そのために上記下地処理を行った後に当該取付板９，１０の被接着部分には、例えばシリコン系の粘着剤を塗布したポリイミドフィルムなどによる耐熱用のマスキング材を被覆した状態で上記コーティング処理が施される。
【００１３】
狭持面板５は、外面側５Ａに取付板９の外周縁部を収容するコ字状に切り欠いた嵌合溝１１を設け、この嵌合溝１１の内側が接着面１２を形成すると共に、内面側５Ｂは長手方向である左右両端側が突設して圧接面１３，１４を形成し、この圧接面１３，１４の間は凹設された逃がし面１５を形成している。
狭持面板６は、外面側６Ａに取付板１０の外周縁部を収容するコ字状に切り欠いた嵌合溝１６を設け、この嵌合溝１６の内側が接着面１７を形成すると共に、内面側６Ｂは平坦な圧接面１８に上記ストッパーピン７，８を突設している。
これらの狭持面板５，６は、例えばポリイミド樹脂などの耐熱性合成樹脂材による成型品によって構成されている。
ストッパーピン７，８は、狭持面板６に穿設された座繰り穴１９，２０に挿入した状態で、後述するようにピンセット本体１へ狭持面板６を接着する際に、当該狭持面板６と一体に接着される。
【００１４】
上記コーティング処理が施されたピンセット本体１は、マスキング材を剥離して粘着剤の洗浄を行った後に、取付板９，１０の被接着部分と狭持面板５，６の接着面１２，１７の双方に例えばポリイミド系の接着溶液などの耐熱性接着剤をそれぞれ塗布し、当該取付板９，１０に嵌合溝１１，１６を介して狭持面板５，６を装着させ、図４で示すように治具を用いて電気炉などの加熱炉中で圧力を加えながら高温で焼き付け処理が施されて一体に固着される。
これを具体的に説明すると、断面形状をＵ字状に形成した治具２１，２２に取付板９に装着した狭持面板５と取付板１０に装着した狭持面板６をそれぞれ挿入させ、治具２１，２２の側壁面に穿設したねじ孔２３，２４に螺合させた係止ねじ２５，２６の先端で、取付板９を狭持面板５側へ取付板１０を狭持面板６側へそれぞれ押圧させた状態で電気炉に入れ、圧力を加えながら例えば３５０℃で１時間程度の焼き付け処理をした後に常温に戻す。
これにより、上記した耐熱性接着剤を介して金属製の取付板９，１０に耐熱成型用樹脂による狭持面板５，６が一体に接着されるので、係止ねじ２５，２６を緩めて治具２１，２２から取り外す。
【００１５】
上記した焼き付け処理を行うと、ステンレスなどの金属材によるピンセット本体１の取付板９，１０と、ポリイミドなどの耐熱性合成樹脂による狭持面板５，６では線膨張係数が異なるので、常温へ戻った際に接着部分に反りが生ずる。
この場合には、ピンセット本体１を構成するステンレスの線膨張は５〜２０×１０−６／℃であるのに対し、狭持面板５，６を構成するポリイミドの線膨張は５〜１０×１０−５／℃と大きいので、この膨張率の相違によって図２（ａ）で示すように狭持面板５，６の内面側はなだらかな湾曲面Ｒで内向き湾曲状（凹面状）に変形し、円弧状曲面に形成されウエハー４の狭持にきわめて好都合である。
【００１６】
即ち、一般的には狭持面板５，６の内面は平坦状にして広い接触面積でウエハー４を狭持することが望ましいが、均一な平坦面にすることは困難で中途半端な平坦面では逆に狭持力が得られずに滑り落ちる恐れもあり、上記したように狭持面の中央が凹んで両端部が突出した円弧状曲面に形成されていると、両端の狭持力が強く且つ狭持した際には図２（ｂ）で示すように平坦状に変形して弾性力が付与されるので、ウエハー４を確実に狭持する事ができる。
上記した狭持面板５，６の湾曲面Ｒは、例えば曲率半径が３５０〜７５０ｍｍ程度が望ま
しく、この実施例の場合は横幅３５ｍｍの狭持面板５，６に対して、両端側は中央より０．２〜０，５ｍｍ程度突出するようにしている。
【００１７】
上記のように、金属製のピンセット本体に対して高温接着で耐熱性合成樹脂材の狭持面板を一体形成する先端構造にすると、当該ピンセットのウエハー狭持部分の肉厚を薄く扁平状に形成できるので、例えばウエハーバスケットに収納されているウエハーのように、リブ間のピッチが狭くて各ウエハーが隣接して収納されていても損傷させることなく容易にピックアップすることができる。
なお、ピンセット本体を構成するステンレスなどの金属材に比較して、狭持面板を構成する合成樹脂材は断面の引っ張り力が少なく、特に狭持面板が肉薄の場合には引っ張り力の相違によって上記した先端部の湾曲が得られにくいので、その場合には図５で示すような工夫を施すと容易に湾曲させることができる。
即ち、金属製のピンセット本体２７の取付板２８に円弧状溝２９を凹設させて取付板２８の湾曲を容易にし、その上面に狭持面板３０を先の実施例の場合と同様に高温接着する。
【００１８】
次に、図６は狭持部分を細長く形成して例えばウエハーを分割して形成されたダイなどの比較的小さな部品を狭持するピンセットに適用した本願発明の別の実施例を示すものである。
このピンセットは、基端側を連結して細長い先端側は解放された自由端部による上下一対の開閉アーム３３，３４で形成されたピンセット本体３２と、該ピンセット本体３２の先端側内面にそれぞれ一体に装着されてダイなどを狭持する上下の狭持面板３５，３６を備えている。
上記ピンセット本体３２は、先の実施例の場合と同様にステンレス材などの耐熱性金属材で形成され、上記狭持面板３５，３６はポリスミド樹脂材などの耐熱性合成樹脂材で形成されている。
また、ピンセット本体３２に対する狭持面板３５，３６の高熱接着等も先の実施例の場合と同様にして行われるので、その詳細な説明は省略する。
【００１９】
【発明の効果】
以上の実施例でも明らかなように、本発明の狭持用ピンセットによると従来技術では得られない次のような効果を奏することができる。
耐熱性金属製のピンセット本体の先端狭持部には、耐熱性樹脂製による狭持面板が耐熱性接着材を介して焼き付け状態で強固に固着されているので、連続使用温度が２５０℃以上の高温下でもウエハーなどの被狭持物を破損させたり変質させることの無い状態で迅速且つ確実に狭持する事ができる。
また、ピンセット本体に対する狭持面板の取付にねじやリベットなどの機械的な固着手段を用いないので厚みを薄く形成することができ、例えばバスケット内のウエハーを狭持する際などには隣接するウエハーに接触して損傷させたり、取り出し不能になるなどの事故を軽減させることができる。
【００２０】
また、金属製のピンセット本体の表面に耐熱性合成樹脂材によるコーティング処理を施すことにより、高温下でも金属イオンの放出を抑制してウエハーに対する金属汚染を防止することができる。
また、ピンセット本体を構成する金属材に対して狭持面板を構成する合成樹脂材の線膨張率が大きいことを利用して狭持面を凹面状に湾曲形成させると、ウエハーを狭持した際に適度な弾性が付与されて当該ウエハーを安全且つ確実に狭持することができると共に、この湾曲率は上記金属材に対する合成樹脂材の線膨張率の比率や熱処理の調整などによって所望の値に設定する事ができる。
更に、上記した線膨張率の相違による曲率半径の湾曲凹面及び耐熱強度や耐薬品性の要件を満足させる部材として、ピンセット本体にはステンレスを狭持面板としてはポリイミド樹脂を用いて容易に達成することができ、これらの材料は既存のもので比較的安価であると共に、既存の技術を応用して比較的容易に加工処理を行うことができる有利さがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による狭持用ピンセットの斜視図。
【図２】図１の狭持用ピンセットの正面図で、（ａ）は開いた状態を（ｂ）は閉じた状態をそれぞれ示す。
【図３】図１の狭持用ピンセットの分解斜視図。
【図４】図１の狭持用ピンセットにおける狭持面板の高温接着状態の説明図。
【図５】本発明の他の実施例による狭持用ピンセットの部分斜視図。
【図６】本発明の更に他の実施例による狭持用ピンセットの斜視図。
【符号の説明】
１，２７，３２  ピンセット本体
２，３，３３，３４  開閉アーム
４  ウエハー
５，６，３０，３５，３６  狭持面板
７，８  ストッパーピン
９，１０，２８  取付板
１１，１６  嵌合溝
１２，１７  接着面
１３，１４，１８  圧接面
１５  逃がし面
１９，２０  座繰り穴
２１，２２  治具
２３，２４  ねじ孔
２５，２６  係止ねじ
２９  円弧状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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