(57)【要約】【課題】  薄膜化したウエハを効率よく保持可能な基板保持装置を提供する。【解決手段】  ウエハ１を保持する先端部位までエア供給路１２ｃが形成された支持ハンド１１ｂと、支持ハンド１１ｂの先端部位に支持ハンド１１ｂと一体的に形成され、エア供給路１２ｃの先端に形成されたエアノズル１５と、支持ハンド１１ｂの外部との間に形成された排気口１６とが内周面の一部に連通された円形凹所１３を有する吸着部１２とを備え、エアノズル１５から円形凹所１３内にエアを噴射するとともに、噴射されたエアの一部を排出口１６から排出して円形凹所１３の内周面に沿ってエアを周回させて渦流を発生させ、ウエハ１を吸着部１２に吸着させて保持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する先端部位までエア供給路が形成されたハンド本体と、
該ハンド本体の先端部位にハンド本体と一体的に形成され、前記エア供給路の先端に形成されたエアノズルと、ハンド本体の外部との間に形成された排気口とが内周面の一部に連通された内部凹所を有する吸着部とを備え、
前記エア供給路の先端に形成されたエアノズルから前記内部凹所内にエアを噴射するとともに、噴射されたエアの一部を前記排出口から排出して前記内部凹所の内周面に沿ってエアを周回させて渦流を発生させ、前記基板を前記吸着部に吸着させて保持することを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記内部凹所は、前記基板を載置する面が開放した扁平な円筒形状からなる請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記内部凹所の内周面の所定位置に前記エアノズルの先端と排気口とが形成され、前記エアノズルのエア噴射方向と前記排気口のハンド本体の外部へ排気方向とのなす角度が１３５〜１８０°である請求項１または請求項２に記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記内部凹所の内周面の所定位置に複数個のエアノズルと、少なくとも１個の排気口とが形成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板保持装置に係り、ハンド先端でエアの渦流を生じさせて、そのベルヌーイ効果を利用して、ハンド上に載置された基板を保持できるようにした基板保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハの薄膜化が進んだために、真空吸着ハンド等の保持機構を備えた基板保持装置では、基板の搬送工程において、薄い基板の反り、自重たわみによってハンド先端の基板吸着面と基板との間に隙間が生じて、密着度が保持できず、真空吸着が不完全となり、搬送時の精度等に問題が生じている。
【０００３】
そこで、従来の真空吸着機構に代えて、吸着板の吸着面から側面側に圧縮空気を吐出させることで、半導体ウエハ等の吸着対象物との間に負圧を発生させて吸着対象物を吸着板側に浮上させる、ベルヌーイ効果を利用した吸着保持機構を備えた真空ピンセットが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、他の構成からなる噴出空気を利用した負圧の発生機構として、ハンド側に渦流（旋回流）を発生させて、それによって生じる負圧とワークと保持面との間に生じる正圧とをバランスさせてワークを非接触状態で保持可能なハンドも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７４６０６公報
【特許文献２】特開２０１１−１３８８７７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された真空ピンセットでは、低ストレスでのウエハの保持が可能となるが、大口径のウエハを保持するに従って、吸着保持部を大きくして、その内部の溝孔に供給する圧縮エアも大流量にする必要になる。すなわち、流路の大容量化、圧縮エアの消費コストの問題がある。
【０００７】
特許文献２に開示した、渦流（旋回流）を発生させてワークを搬送する非接触保持ハンドの場合、個々の吸着面での圧縮エアの消費は、特許文献１に開示された装置よりも少なくなるが、負圧発生領域が限定的であるため、薄膜化した大口径ウエハを均一に保持するためには、ウエハ吸着面に渦流を発生させる保持部を多数配置する必要があり、ワークの大口径化に伴い、特許文献１と同様に、エア消費流量の増加は避けられない。
【０００８】
また、特許文献１，２に示したような渦流の中心負圧を利用する非接触保持ハンドでは、渦流を発生させた圧縮エアがウエハとの隙間に排気されるため、真空発生部周辺を突出させないとハンド−ウエハ間の排気抵抗が増え吸着力が低下するという問題もあった。
【０００９】
一方、ウエハを浮上させる必要のないハンドでは、強度的に必要な板厚以上に厚みを増やす要因となり、薄型化の妨げになっている。また、ウエハの浮上量より高いパッド等の接触保持部を別に設ける必要があり、ハンドの厚みを増す要因となっていた。
【００１０】
具体的な好ましいハンドの厚みを想定した場合、ベルヌーイ効果を用いたハンドで反りがあるウエハを保持した場合、収容するカセットの所定のピッチ（例えば４．７６mm）以上の厚みになり、カセットへのランダムアクセスに支障が出る。このため、反りのあるウエハを吸着できるようにするためには、厚さ２mm以下のハンドが求められている。また、非接触保持ハンドでは、渦流を発生させた圧縮エアがウエハとの隙間にランダムな方向に排気されるため、カセット内においてランダムな排気流によってウエハに予期しない悪影響を与えるおそれもある。
【００１１】
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、渦流を発生させた流体を円筒形状の側面から所定の制御された方向に排出させ、ハンドにウエハを接触させた状態で、ウエハに渦流の負圧のみを作用させて保持する構造基板保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、基板を保持する先端部位までエア供給路が形成されたハンド本体と、該ハンド本体の先端部位にハンド本体と一体的に形成され、前記エア供給路の先端に形成されたエアノズルと、ハンド本体の外部との間に形成された排気口とが内周面の一部に連通された内部凹所を有する吸着部とを備え、前記エア供給路の先端に形成されたエアノズルから前記内部凹所内にエアを噴射するとともに、噴射されたエアの一部を前記排出口から排出して前記内部凹所の内周面に沿ってエアを周回させて渦流を発生させ、前記基板を前記吸着部に吸着させて保持することを特徴とする。
【００１３】
前記内部凹所は、前記基板を載置する面が開放した扁平な円筒形状とすることが好ましい。
【００１４】
前記内部凹所の内周面の所定位置に前記エアノズルの先端と排気口とが形成され、前記エアノズルのエア噴射方向と前記排気口のハンド本体の外部へ排気方向とのなす角度が１３５〜１８０°とすることが好ましい。
【００１５】
前記内部凹所の内周面の所定位置に複数個のエアノズルと、少なくとも１個の排気口とが形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハンドに接触保持させたウエハに渦流の負圧のみを作用させて保持するため、ハンドを薄い形状とすることができ、反りのある基板等も確実に保持することできるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の基板保持装置の一実施例によるハンドを示した平面図。
【図２】図１に示したハンドを示した斜視図。
【図３】図４に示したハンドの吸着部を拡大して示した部分拡大平面、断面、端面図。
【図４】ハンドの吸着部に設ける排気口の配置例を示した説明図。
【図５】ハンドの吸着部の変形例を示した部分拡大平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の基板保持装置の実施するための形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の基板保持装置のハンドを示した平面図である。図２は、ハンドを立体視して示した斜視図、図３は図１に示したハンドの吸着部を拡大して示した拡大平面図と部分断面図、部分端面図である。
【００１９】
本発明の基板保持装置としてのハンド１０は、本実施形態においては、図３（ｂ）、（ｃ）に示したように、２枚の同形の平板１１（以後区別する場合にはベース板１１ａ、底板１１ｂと記す。）を密着して作られている。ハンド１０は図示しない搬送ロボット等の旋回アーム先端に取り付けられ、ハンド１０の根元に形成されたエア供給孔１２ａに、図示しない旋回アーム先端まで導かれたエア供給部が接続される。本実施形態のハンド１０は、図１に示したように、根元部１０ａと、根元部１０ａの両端に位置し、その先端の吸着部１２（詳細構成は後述する。）で小径のウエハ１を吸着保持する２本の支持ハンド１０ｂとが一体的に形成された、平面視して略Ｕ字形をなす。根元部１０ａが取り付けられた旋回アーム（図示せず）の旋回、伸長屈曲動作によりウエハ１を所定位置に移動させることができる。
【００２０】
中心軸線Ｃに関して対称形状をなす２本の支持ハンド１０ｂの先端には、それぞれウエハ１を直接載置可能な平面視して略円形の吸着部１２が設けられている。この吸着部１２は平面視して略円形形状をなし、中央部には上面が開放された扁平な円筒形状からなる円形凹所１３が形成されている。また、円形凹所１３の外側面縁には円形凹所１３の内周面に外接し、吸着部１２のリング状の周縁部１２ｄを、所定の角度をなして貫通するように排気口１６として機能する切欠１３ａが形成されている。本実施形態では、円形凹所１３は直径２０mm、深さ１．２mm、切欠１３ａの幅は３．５〜４．０mmに設定されている。円形凹所１３は、ベース板１１ａの一部を所定直径の円形に貫通させ、底板１１ｂが底面となるように宛がわれるように構成されている。上述した寸法からなる円形凹所１３内へのエア供給流量は２０ｌ/min程度に設定されている。これらの吸着部１２の各部の寸法は、種々設定することができ、その設定値によって後述するエアの排気速さ、流量を調整し、ハンドの載荷能力を調整することができる。またエア供給量を調整することも好ましい。たとえば上述の寸法の吸着部１２に供給するエア量を８０ｌ/min程度とすることで、吸着部１２でφ３００mm程度のウエハを保持することができる。
【００２１】
一方、図１に示したように、支持ハンド１０ｂ内には、根元部のエア供給孔１２ａから吸着部１２まで延在するエア供給路１２ｃが形成されている。本実施形態では、所定の深さ、幅（本実施形態では深さ０．７mm、幅３．０mm）に設定された角溝１２ｂがベース板１１ａの表面に形成され、その角溝１２ｂが形成された面を底板１１ｂで覆うことで断面四角形状のエア供給路１２ｃが形成される。本実施形態では、ベース板１１ａとして厚さ１．２mmのアルミニウム板が、底板１１ｂとして厚さ０．２mmのステンレス鋼板が使用されている。角溝１２ｂはそのアルミニウム板の表面を深さ０．７mmの溝状に切削して容易に形成することができる。さらにエア供給路１２ｃの先端にはエアノズル１５が形成されている。エアノズル１５はエア供給路１２ｃの溝幅を約１／３（本実施形態では１mm）に絞って細くして構成されている。したがって、この部位で供給エアの噴射圧が高められ、高圧エアが円形凹所１３内に噴射される。
【００２２】
エアノズル１５は、図１、図３（ａ）に示したように、円形凹所１３の内周面に外接する方向から円形凹所１３内にエアを噴射できるように、その形成位置、向きが設定されている。図１に示した実施形態では、円形凹所１３に向いたエアノズル１５の方向と切欠１３ａの形成方向とは略１８０°（反対向き方向）となるように設定されている。
【００２３】
切欠１３ａは、支持ハンド１０ｂの先端の円形状をした吸着部１２の一部を切欠いて形成されるため、図１、図２に示したように、吸着部１２の外周面に鋭角な部位１２ｅが形成される。この部位１２ｅでウエハ１の表面が傷つけられないように、カバーリング１７が吸着部の円形凹所１３の外側部位に重ねるように貼着されている。カバーリング１７として、本実施形態ではポリアミドの薄板加工品が使用されている。
【００２４】
ここで、吸着部を拡大して示した図３各図を参照して、本発明のウエハの保持機能について説明する。エア供給孔１２ａ(図１）から供給されたエアは、エアノズル１５から円形凹所１３の内周面に沿うように噴射され、円形凹所１３の内周面に沿って流れるエアフローとなる。そして、円形凹所１３に向いたエアノズル１５の方向と略１８０°の方向に形成された切欠１３ａからエアフローの一部は排気され、一部は切欠１３ａの位置を通過して円形凹所１３の内周面に沿ってエアノズル１５位置に向けてさらに流れる。そして図３（ａ）に模式的に矢印を付した円で示したように、エアノズル１５位置を通過し、円形凹所１３内を時計回り（他の支持ハンドの吸着部では反時計回り）に周回する渦流となる。この渦流が所定の流速で流れるとともに、切欠１３ａからエアの一部が排気され、円形凹所１３内に負圧が発生する。この状態で円形凹所１３上にウエハ１が載置される（図１参照）と、ウエハは円形凹所１３内の渦流によって発生した負圧による吸着力でリング状の周縁部１３に安定して固定保持される。
【００２５】
本発明では周縁部１２ｄとウエハ１（図１）とが接触しているため、発生させる負圧は低圧でウエハを保持することができ、取り扱い時のウエハ１へのダメージを軽減することができる。また、直径の大きなウエハを保持するためには、円形凹所１３の深さを増すことで発生する負圧を増加させて対応することができる。また、排気口１６としての切欠１３ａの幅を変化させることで、低流量で負圧の立ち上がりを良くしたり、大流量で高い負圧を発生させることもできる。
【００２６】
次に、エアノズル１５と排気口１６とのなす角と円形凹所１３内での渦流の発生状態との関係について図４を参照して説明する。図４は、エアノズル１５と排気口１６（切欠１３ａ）とのなす角度の例を示した部分拡大平面図である。本実施形態では、エアノズル１５と排気口１６のなす角度は約１８０°でエア噴射方向と排気方向とは反対方向となるように設定されている。エアは図中矢印で示したように、円形凹所１３の内周面に沿って流れることでその向きが１８０°偏向される。このエアノズル１５と排気口１６のなす角度を十分とることにより、発生する渦流の速度、エア流量が制御される。たとえば、エアノズル１５に対して排気口１６の角度が直角（約９０°）の場合、９０°の範囲で円形凹所１３の内周面に沿って流れるため、周回するような渦流を得にくく、十分な効果が得られない。エアが円形凹所１３内で負圧を発生させる渦流となるためには、エアノズル１５の向く方向に対して１３５°程度（言い換えると、エアノズル１５と排気口１６のなす角度が４５°程度以下）以上確保されると円形凹所１３内にウエハ等の対象物を保持可能な負圧を発生させることができる。
【００２７】
図５各図は、エアノズル１５と排気口１６の設置数、配置を様々に変更し、円形凹所１３内に渦流を効率よく発生させるようにした各種変形例を示している。以下、個々の例について簡述する。図５（ａ）、（ｂ）は２個のエアノズル１５Ａ、１５Ｂと１個の排気口１６Ａとからなる変形例を示している。これらの変形例では、円形凹所１３内に２個のエアノズル１５Ａ、１５Ｂからエア供給を行えるので、ウエハ等を吸着するのに十分な負圧を発生させることができる。このとき排気口１６Ａの幅は、図４他に示した実施形態より広くして排気エア量を多くすることで、円形凹所１３内での渦流の効率的な発生を図ることができる。この２例は、エアノズル１５Ａ、１５Ｂが円形凹所１３に向く角度が異なる点で相違する。図５（ｂ）において、エアノズル１５Ｂから噴射されたエアは排気口１６Ａ位置を横切るように円形凹所１３の接線方向に沿って配置されている。これにより、エアノズル１５Ａ、１５Ｂから噴射されたエアのうち、直接排気口１６Ａから排気される割合が小さくなり、噴射されたエアを円形凹所１３内で効率よく渦流にすることができる。各エアノズル１５Ａ、１５Ｂからは噴射されるエアは同流量、同流速であることを前提としたが、両者の流量、流速は等しい必要はなく、効率よく渦流を発生するために適宜設定することができる。
【００２８】
図５（ｃ）、（ｄ）は２個のエアノズル１５Ａ、１５Ｂと２個の排気口１６Ａ、１６Ｂとからなる変形例を示している。これらの変形例は円形凹所１３を大きくした場合に有効になる。すなわち、大流量のエアを２個のエアノズル１５Ａ、１５Ｂから供給するとともに、２個の排気口１６Ａ、１６Ｂからエアの排気を効率よく行うことで大きく周回する渦流の流速を維持することができ、これにより大きな直径の（いいかえれば、質量の大きな）ウエハを吸着するのに十分な負圧を発生させることができる。図５（ｄ）は、図５（ｂ）において、エアノズル１５Ｂから噴射されたエアは排気口１６Ｂ位置を横切るように円形凹所１３の接線方向に沿って配置されている。これにより、エアノズル１５Ｂから噴射されたエアのうち、直接排気口１６Ｂから排気される割合が小さくなり、噴射されたエアを円形凹所１３内で効率よく渦流にすることができる。
【００２９】
図５（ｅ）は、吸着部１２の凹所１３Ｂの形状を六角形とした変形例である。内周面を六角形状のような多角形面とした場合、円周面の場合に比べてエア供給当初は渦流の流速は低下するが、一旦渦流が発生した後は、各隅角１３ｂ部に滞留エアによるバッファができるため、凹所１３Ｂ内で周回する渦流の流速が回復し、円形凹所に近い保持力を発揮することが期待できる。
【００３０】
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】
【００３１】
１０  ハンド
１１  平板
１２  吸着部
１３  円形凹所
１３ａ  切欠
１３ｂ  周縁部
１５、１５Ａ、１５Ｂ  エアノズル
１６、１６Ａ、１６Ｂ  排気口
【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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