(57)【要約】  【課題】撓んだ肉薄ワークであっても吸着可能であり、吸着時にもワークに損傷を与えることなく搬送時においてワークの移動を防止でき、且つ薄型化および小型化可能な簡素な構成のベルヌーイチャックを提供する。  【解決手段】ワークＷを吸着保持するベルヌーイチャック１において、円板状の吸着保持板７の平面状の吸着面７Ａに、吸着保持板７の外周側面７Ｂに開口する外端１１Ａを有する４本の直線状の溝１１を放射状に設け、吸着保持板７の内部に、吐出ポンプに連通する圧縮空気供給路１０を穿設するとともに、放射状に設けた分配流路１２によって圧縮空気供給路１０と各溝１１の内端１１Ｂとを連通させる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状ワークを吸着保持するベルヌーイチャックであって、
平面状の吸着面を有する平板状の吸着保持板と、
前記吸着保持板の吸着面に設けられ、前記吸着保持板の側面に開口する終端を有する複数の直線状の溝と、
前記吸着保持板内に設けられ、気体圧力源に連通する圧縮気体供給路と、
前記圧縮気体供給路から前記各溝の始端に至る複数の分配流路と
を有することを特徴とするベルヌーイチャック。
【請求項２】
前記複数の溝が放射状に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のベルヌーイチャック。
【請求項３】
前記各分配流路が、前記各溝との接続部において溝延在方向に直線状に延びたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のベルヌーイチャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着保持板の吸着面近傍に設けた噴射口から空気や窒素ガス等の高圧気体を噴射し、ワークを吸着面に吸着保持させるベルヌーイチャックに係り、例えば半導体ウェハや、液晶ガラス、ガラス基板、ディスク、セラミック基板、レンズ、不織布、プリント配線板及び、保護紙類等の薄板状ワークの吸着保持に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハは、搭載される携帯電話やノートパソコン等の小型化、軽量化、或は研削技術の向上に伴い、１００μｍ以下の極薄の肉厚に加工されたものが生産されている。このように肉薄に加工されたウェハは剛性が低いため、搬送手段によって保持されたときに、撓んだり、保持部材による圧力によって損傷を受けたりする等の問題を有している。
【０００３】
搬送時におけるこの種の問題を解決するために、吸着保持板の吸着面に設けた噴射口から高圧気体を噴射し、吸着面とウェハ（ワーク）表面との間に発生する負圧によるベルヌーイ効果によって、ワークを吸着保持板の吸着面に対して非接触状態で吸着保持するベルヌーイチャックが多数提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、同じようにベルヌーイ効果によってワークを吸着する原理を利用しつつ、吸着したワークが搬送時に移動するのを防止するために、ワークに接触する摩擦領域をワーク吸着面に突出させたベルヌーイチャック等も提案されている（例えば特許文献３，４参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２３５２１号公報
【特許文献２】特開２００１−３５３６８３号公報
【特許文献３】特開平１１−３３０２０３号公報
【特許文献４】特開２００５−１４２４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば両側壁の内面に多数のリブ状仕切り板を並設した縦置きまたは横置き式のウェハ用カセットに肉薄のウェハが収容されている場合、ウェハは自重によって撓みを生じ、吸着面が湾曲してしまうため、従来の真空吸着搬送ではウェハを吸着保持することは困難であった。仮に吸着できたとしても、自重によって垂れ曲った部分の吸着力が低下し、搬送中に落下する事もあった。また、従来のベルヌーイチャックには、構造が複雑なために製造コストが嵩むことや、薄型化が困難なことにより、コインスタックキャリアに対しては使用できても、上述したカセットに対しては、隣接する各仕切り部材の間隔が狭く隣接する各ウェハが接近しているために使用できない等の問題があった。
【０００５】
また、コインスタックキャリアに対して使用する場合であっても、特許文献３のベルヌーイチャックでは、薄型化は実現可能であるが、摩擦部材のウェハとの接触領域が小さいため、ウェハ有効領域内に摩擦部材を設けた場合にはウェハを損傷させる虞がある。これを避けるためにウェハ周辺の取扱い領域に摩擦部材を設けた場合、吸着保持板（摩擦部材）は少なくともウェハと同じ大きさでなければならなく、その取扱いが困難になる。また、特許文献４のベルヌーイチャックでは、摩擦領域を大きく確保してウェハの損傷を防ぐことは可能であるが、多くの部材が必要とされ、尚構造が複雑である。
【０００６】
そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得るベルヌーイチャックであって、撓んだ肉薄ワークであっても吸着可能であり、吸着時にワークに損傷を与えることなく、搬送時においてもワークの移動を防止でき、且つ薄型化および小型化可能な簡素な構成のベルヌーイチャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、板状ワークを吸着保持するベルヌーイチャックにおいて、平面状の吸着面を有する平板状の吸着保持板と、前記吸着保持板吸着面に設けられ、前記吸着保持板の側面に開口する終端を有する複数の直線状の溝と、前記吸着保持板内に設けられ、気体圧力源に連通する圧縮気体供給路と、前記圧縮気体供給路から前記各溝の始端に至る複数の分配流路とを有するように構成とする。
【０００８】
上記構成のベルヌーイチャックにおいては、前記複数の溝を放射状に配置するとよく、また、前記連通流路が、前記各溝の延在方向に延びる直線部を各溝との接続部にそれぞれ有するように構成するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮気体が流れる溝を吸着保持板の側面に開口させることで、ベルヌーイ効果およびエゼクタ効果を効率的に発揮させ、自重で撓んだワークであっても吸い寄せて確実に吸着することができるベルヌーイチャックが提供される。また、吸着保持板に複数の溝と圧縮気体供給路（および分配流路）とを設けるという簡素な構成であるため、ベルヌーイチャックの薄型化および小型化が可能である。更に、吸着時には、ワークが吸着保持板の吸着面の大部分、即ち溝部分を除く吸着面の全面に接触しているため、ワークに損傷を与えることなく保持し、搬送時においても、吸着面とワークとの間に摩擦力が生じるため、ワークの望まない移動を防止することができる。
【００１０】
また、複数の溝を放射状に配置することにより、ワークが均等の吸着力で保持されるとともに、吸着保持板の外周においても放射状に噴出された圧縮気体がワークに吸着力を作用させるため、偏奇した位置でワークを保持した場合であっても、確実にワークを保持することができる。また、連通流路の各溝との接合部に、各溝の延在方向に延びる直線部を形成することによって、圧縮気体が整流状態で溝に噴射され、ワークに対する吸着力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
≪実施形態の構成≫
図１は第１実施形態に係るベルヌーイチャック１の斜視図を、図２は実施形態に係るベルヌーイチャック１の分解斜視図をそれぞれ示している。本実施形態は、本発明のベルヌーイチャックを手持ち式の半導体ウェハ搬送用に適用した例であり、ベルヌーイチャック１はいずれの方向に向けて使用することも可能である。
【００１２】
図１および図２に示すように、ベルヌーイチャック１は、手で把持して流路の開閉操作を行う把持ユニット２と、把持ユニット２の先端側に装着してワークＷの吸着保持を行う吸着ユニット３とから構成されており、把持ユニット２の後端側には気体圧力源である吐出ポンプ（図示を省略）に連結する吐出用配管４が接続されている。把持ユニット２は、ボタン操作で流路の開閉を行う押しボタン５を装着した前方側の開閉操作部２Ａと、吐出用配管４との接続コネクタ６を装着し、主に把持の用に供される後方側の把持操作部２Ｂとが一体に連結されて構成されている。
【００１３】
吸着ユニット３は、ワークＷを吸着保持する吸着保持板７と、一端に吸着保持板７との接続用ねじが形成され、他端に球状部８Ａを備え、更に内部に吐出流路が形成された連結管８と、連結管８の球状部８Ａを内包して開閉操作部２Ａに接続するコネクタ９とから構成されている。
【００１４】
連結管８は、吸着保持板７を開閉操作部２Ａから離間した状態で支持する支持体としての機能を有し、吸着するワークＷの大きさに応じてその長さが設定される。そして、連結管８の端部に球状部８Ａが形成されていることにより、把持ユニット２に対して吸着保持板７の接続方向を可変にしたユニバーサルジョイントが実現されている。
【００１５】
次に吸着保持板７について説明する。図３は実施形態に係る吸着保持板７の吸着面７Ａの正面図を、図４は図３中のIV−IV断面図をそれぞれ示している。吸着保持板７は円板状を呈しており、円形の吸着面７Ａと、吸着面７Ａの外周に沿って延在する外周側面７Ｂとを有している。吸着保持板７の外周側面７Ｂには、前述した接続用ねじによって連結管８が羅着されており、吸着保持板７の内部には、連結管８から吸着保持板７の中心７Ｃに至る圧縮空気供給路１０が穿設されている。なお、吸着保持板７は、接触してワークＷを損傷させることのないように表面が平滑に仕上げられているだけでなく、各面の端部（稜線）には面取りが施されている。
【００１６】
吸着面７Ａには、吸着保持板７の中心７Ｃを中心として放射状に延在する直線状の複数の溝１１が形成されている。具体的には、複数の溝１１は連結管８の軸線に対して左右対称となるように、左右にそれぞれ２本づつ計４本形成されている。各溝１１は、幅および深さが同一寸法の一定断面を有しており、吸着保持板７の外周側面７Ｂに開口する外端１１Ａ（終端）と、吸着保持板７の半径Ｒの略中央に位置する内端１１Ｂ（始端）とを有している。
【００１７】
吸着保持板７内部には、中心７Ｃから放射状に延びる直線状の複数の分配流路１２が形成され、それぞれが圧縮空気供給路１０と各溝１１の内端１１Ｂとを連通している。つまり、圧縮気体の噴射口が各溝１１の内端面に開口した状態となっている。各分配流路１２は、図３に示すように吸着保持板７の平面視においては、各溝１１の延在方向、即ち同一直線上に位置するが、図４に示すように吸着保持板７の断面視においては、吸着保持板７の中心７Ｃ（即ち、圧縮空気供給路１０との接続部）から溝１１の内端１１Ｂへ向けて、角度αをもって吸着保持板７の吸着面７Ａへ近接する傾斜が与えられている。なお、本実施形態においては、角度αは５度に設定されている。
【００１８】
吸着保持板７は、高温や薬品のある環境条件下で使用されるため、耐熱性及び耐薬品性に優れていることが要求されるとともに、摩擦等で発生したパーティクルがワークＷ（ウェハ）に付着して汚染するのを防止するために、導電性を備えた合成樹脂材の使用が望ましい。これらの条件に適合するものとして、例えば炭素繊維を配合したナイロン樹脂や、カーボンナノチューブを含むＰＥＥＫ樹脂（ホリエーテル・エーテルケトン）等の使用が可能である。また、吸着保持板７以外の部材にも、静電気による弊害を防止するため、全ての部材に導電性素材が利用されている。
【００１９】
≪実施形態の作用効果≫
次に、図１，図３，図４を参照しながら実施形態に係る作用効果について説明する。図示しない吐出ポンプから吐出された圧縮空気は、吐出用配管４、把持ユニット２、連結管８内の流路を通って吸着保持板７に供給される。圧縮空気供給路１０に供給された圧縮空気は、各分配流路１２を通って各溝１１の内端１１Ｂから角度αをもって各溝１１内へ噴出される。
【００２０】
分配流路１２の断面積は溝１１の断面積よりも小さいため、各溝１１の内端１１Ｂから噴射された圧縮空気はエゼクタ効果によって周囲の空気を引き込み、ワークＷを吸着する吸着力を発生させる。また、圧縮空気が各溝１１内を高速で流通することにより、ベルヌーイ効果によって溝１１近辺に負圧が生じ、ワークＷに対する吸着力が生じる。また、分配流路１２が各溝１１との接続部近傍において直線形を呈しているため、圧縮空気が整流状態で各溝１１内に噴射され、エゼクタ効果およびベルヌーイ効果が効率的に発揮される。
【００２１】
また、各溝１１の外端１１Ａが閉塞することなく吸着保持板７の外周側面７Ｂに開口していることにより、圧縮空気の流れが阻害されず、溝１１の全長に亘って強力な負圧を生じている。そして溝１１から噴出した圧縮気体は、その後も溝１１の延在方向への流れを維持し、吸着保持板７の外周においてもワークＷを吸着するため、ワークＷの撓みを抑止するとともに、ワークＷの自重による曲げ応力が一箇所に集中してワークＷが損傷を受けるのを防止している。但し、負圧が強力過ぎるとワークＷに過大な吸着力を働かせてワークＷの表面にダメージを与えることとなるため、圧縮空気の圧力は０．２ＭＰａ程度とするのが好適である。
【００２２】
ところで、ワークＷに対する吸着力は、圧縮空気の圧力だけでなく、分配流路１２および溝１１の断面形状によっても影響される。本願発明者らによる実験により、圧縮空気圧力を０．２ＭＰａ、分配流路１２の直径を１ｍｍ、溝１１の深さを２．５ｍｍとした場合、溝１１の幅を１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度としたときに、最適な効果が得られることが見出された。溝１１の幅を変化させて各溝１１内を流れる圧縮空気流量（L/min）および各溝１１表面の真空圧（MPa）を測定した実験結果を表１に示す。
【表１】
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【００２３】
表１によると、溝幅を大きくするに従って圧縮空気流量は大きくなっているが、溝幅を２ｍｍよりも大きくすると、流量の変化は小さくなり、或いは変化がなくなっている。一方、溝１１表面の真空圧は、幅１．５ｍｍまでは溝幅を大きくするに従って高くなっているが、溝幅が２．０ｍｍを超えると真空圧は次第に低下している。これにより、溝１１の幅を１．５ｍｍ〜２ｍｍとするのが最適であることが理解される。分配流路１２および溝１１の断面積の関係から示せば、溝１１の断面積を分配流路１２の断面積の４．８倍〜６．４倍とするのが好適であると云える。
【００２４】
このようにして強力な吸着力でワークＷを引きつけると、ワークＷは吸着保持板７の吸着面７Ａに接触した状態でベルヌーイチャック１に保持される。吸着面７Ａは、溝１１が形成された部位を除いて滑らかな平面に形成されているため、ワークＷは損傷を受けることなく安定した状態で保持される。そして、ワークＷは吸着面７Ａに密着した状態で保持されるため、ワークＷと吸着面７Ａとの間の摩擦力によって所定の外力に対して対抗することが可能となる。したがって搬送時にワークＷが落下する危険も低減されている。更に、ワークＷと吸着保持板７との間にベルヌーイ非接触タイプのような間隙がないため、ワークＷに微振動や歪みが発生してワークＷにダメージを与えるようなこともない。
【００２５】
≪変形実施形態の構成≫
次に変形実施形態について図５を参照しながら説明する。なお、説明においては第１実施形態と異なる点について重点的に説明し、第１実施形態と重複する説明については省略する。図５は変形実施形態に係るベルヌーイチャック２１における吸着保持板２７の吸着面２７Ａの正面図を示している。図５に示すように、ベルヌーイチャック２１の吸着保持板２７は、長方形の吸着面２７Ａを有する平板形状を呈している。
【００２６】
吸着保持板７の長辺側の一側面には連結管２８が羅着されており、吸着保持板７の内部には、連結管２８に連通し、短辺に平行して延在する圧縮空気供給路１０が穿設されている。吸着保持板７の吸着面７Ａには、吸着保持板７の短辺側の側面に開口する外端３１Ｂを有する溝３１が両短辺につき２本づつ計４本形成されている。各溝３１は、吸着保持板７の長辺と平行して延在するとともに、外端３１Ｂと反対側の内端３１Ａをそれそれ有している。そして各溝３１の内端３１Ａには、圧縮空気供給路３０に連通する分配流路３２がそれぞれ溝３１の延在方向に延びる直線部をもって開口している。
【００２７】
以上で実施形態についての説明を終えるが、上記実施形態は本発明のベルヌーイチャックの一例を示すものであって、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、吸着保持板はどのような形状であってもよく、吸着面に形成される溝も放射状に限定されず、どのような配置としてもよい。例えば、複数の溝を平行に配置し、同一方向に圧縮気体が噴射されるようにすることも可能である。このような形態を採ることにより、吸着面に密着したワークＷは摩擦力によって一定に保持されるが、ワークＷを吸着する際には、圧縮気体による吸着力に加え、圧縮気体の流れに沿ってワークＷを移動させながら吸着することが可能となる。また、溝の形状についても、上記実施形態ではいずれも同一断面を有するように形成しているが、配置位置によって溝の断面を替えることや、１本の溝において内端から外端へむけて断面が大きくなるような形態、即ち溝の幅が広がるような形態や、溝の深さが深くなるような形態を採ることも可能である。更にこれら変更の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係るベルヌーイチャックを示す傾斜図
【図２】実施形態に係るベルヌーイチャックを示す分解斜視図
【図３】実施形態に係るベルヌーイチャックの吸着面の正面図
【図４】図３中のIV−IV断面図
【図５】変形実施形態のベルヌーイチャックの吸着面の正面図
【符号の説明】
【００２９】
１，２１    ベルヌーイチャック
２          把持ユニット
３          吸着ユニット
４          吐出用配管
５          押しボタン
６          接続コネクタ
７，２７    吸着保持板
７Ａ，２７Ａ  吸着面
７Ｂ，２７Ｂ  外周側面
８，２８      連結管
８Ａ，２８Ａ  球状部
１０，３０    圧縮空気供給路
１１，３１    溝
１１Ａ，３１Ａ  内端
１１Ｂ，３１Ｂ  外端
１２，３２  分配流路
Ｗ          ワーク
【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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