工件支承装置的制造方法

工件支承装置的制造方法
【专利摘要】一种工件支承装置，包括：刚性体，其具有通气孔；吸盘，其吸附而支承工件且粘接于刚性体的下端面，并具有连通于通气孔的开口部；空气控制机构，连通于通气孔，借由自通气孔抽吸或吐出空气而自开口部抽吸或吐出空气，在工件接触开口部的同时，借由空气控制机构自开口部抽吸空气使工件吸附而支承于吸盘，以及借由自开口部吐出空气使工件自吸盘脱离，其中工件自吸盘脱离时，借由空气控制机构自通气孔供给空气，使吸盘的与工件的接触面的至少一部分于工件侧膨胀而具有隆起部。如此一来，工件自吸盘脱离时，工件与吸盘间的吸力减弱，能使工件确实脱离。
【专利说明】
工件支承装置
技术领域
[0001]本发明是关于一种在搬送硅晶圆等工件时用于支承工件的装置。
【背景技术】
[0002]例如，在硅晶圆等的薄片状工件的制程之中，其晶圆的工程之间的搬送，一般使用具有多个插槽的箱子或卡匣而一片一片的收取晶圆。搬送后的箱子或卡匣放置于搬送目标的工程中的加工装置，之后以自该箱子或该卡匣中将晶圆取出并放置于加工装置。然后，经施以加工后的晶圆再次收纳至箱子或卡匣，并送往下一个工程。
[0003]此时，自箱子或卡匣将晶圆的取出、放置于加工装置、加工结束后的晶圆收纳至箱子或卡匣等的晶圆的搬送，常见的是不透过人的手，而是经由机械手臂或传动装置等来自动地进行。此种晶圆的搬送中，安装于机械手臂或传动装置的柄(以下，也称之为工件支承装置)是支承晶圆，并移动至搬送目标，而将晶圆释放于搬送目标(参考专利文献I)。此时对于晶圆的支承一般所采用的方式为抽吸吸附式、边扣式、伯努利吸盘等方式。
[0004]在此参考图10的(a)、(b)，以说明利用抽吸吸附式的工件支承装置。工件支承装置101设有空气控制机构106与通气孔103，于吸附工件W时抽吸空气，于试图使工件W分离(脱离)时则停止抽吸空气，或是为了更促进分离而供给空气。在利用此抽吸吸附式的工件支承装置101中，一般来说具有弹性的吸盘104贴附于工件支承部。此吸盘104于开口部105抽吸空气而吸附工件W。此时借由吸盘104而增加工件W与支承部之间的粘合性而能提升抽吸效果，并且借由支承装置的本体102直接接触工件W而能防止工件刮伤的发生。
[0005][现有技术文献]
[0006][专利文献]
[0007]专利文献I:日本特开2001-29388号公报

【发明内容】

[0008]然而，晶圆的加工工程中，使用水、浆液、药液等液体，晶圆的搬送经常会在晶圆潮湿的状态下实施。习知的工件的支承装置于此晶圆潮湿时，在搬送目标处会有无法使晶圆顺利脱离的问题发生。
[0009]所谓晶圆潮湿的意思是，晶圆吸附支承于支承装置时，液体介入于吸盘与晶圆之间。晶圆虽然主要是借由真空而吸附于工件支承装置，然而此介入的液体也会在吸盘与晶圆之间发生吸附力。因此，通过关闭真空虽使得吸附力消失，但由于液体的吸附力残留，会引起晶圆无法自工件支承装置分离的问题。
[0010]另外，虽然自吸盘的开口部吹出空气，能除去部分的液体，但由于要使空气扩及吸附面整体甚为艰难，因此液体仍会残留，因而导致液体的吸附力残留发生。
[0011]如此一来，使得晶圆分离的信赖性下降，于晶圆的搬运装置内，无法正确的将晶圆置于预期位置。甚至在关闭真空而使晶圆脱离的时机，亦会由于液体的吸附力使晶圆贴附于吸盘，因而导致晶圆被带到非预期的位置，或是晶圆在其途中落下，因而导致晶圆或装置损坏。如此一来，出现因生产率下降或因修复装置作业的发生所引起的机械生产性的下降的问题发生。
[0012]本发明为鉴于上述问题，目的为提供一种工件支承装置，而能在以吸盘所支承的工件自吸盘脱离时，使工件与吸盘之间的吸附力减弱，而确实的使工件脱离。
[0013]为达成上述的目的，本发明为提供一种工件支承装置，包括:刚性体，其具有通气孔，吸盘，其吸附而支承工件，该吸盘粘接于该刚性体的下端面，并具有连通于该通气孔的开口部，空气控制机构，其连通于该通气孔，借由自该通气孔抽吸或吐出空气而自该开口部抽吸或吐出空气，以在该工件接触该开口部的同时，借由使该空气控制机构抽吸空气而自该开口部抽吸空气使该工件吸附而支承于该吸盘，以及借由自该空气控制机构吐出空气而自该开口部吐出空气使该工件自该吸盘脱离，其中在该工件自该吸盘脱离时，借由该空气控制机构而自该通气孔供给空气，使该吸盘的与该工件之接触面的至少一部分于该工件侧膨胀而具有隆起部。
[0014]如此，工件自吸盘脱离(离开)时，借由使吸盘的与工件之接触面膨胀，即使液体介入于吸盘与工件之间，因而导致由液体所致的吸附力发生的状况下也能大幅的降低吸附力，而能确实的使工件自吸盘脱离。
[0015]该隆起部由凹部、该吸盘及空间部所构成，该凹部形成于该刚性体的下端部，该空间部由该凹部与该吸盘的两者所划定而成，经由该空气控制机构加压空气并供给空气至该空间部而能使该吸盘膨胀于该工件侧。若是此种构造，由于能以简单的结构使吸盘膨胀，因而能更容易进行使工件自吸盘脱离。
[0016]此时，较佳地，该隆起部具有一推压构件，该推压构件于该空间部借由该空气控制机构所吐出之空气的推压而推压该吸盘，使该吸盘膨胀。如此一来使空间部内具有推压构件，则由于能借由推压构件而确实地使吸盘膨胀，因而能使工件更确实地自吸盘脱离。
[0017]另外此时，能使该隆起部位于该吸盘的该开口部以外的与该工件之接触面。本发明中，能将隆起部设置于吸盘的开口部以外的位置，而使支承装置的构造更为单纯化，而能节省制造的成本。
[0018]通过本发明的工件支承装置，在使工件自吸盘脱离时，降低吸附力，而能确实地使工件自吸盘脱离。其结果，在工件的搬送中，能将工件确实搬送至目标位置，而由于能防止非预期的晶圆的落下所导致的晶圆或装置损坏，而能防止生产率下降或生产性的下降。
[0019]附图简要说明
[0020]图1(a)为显示根据本发明的工件支承装置的一例的侧面剖视图，(b)为显示根据本发明的工件支承装置的一例的俯视图。
[0021]图2为显示在本发明的工件支承装置中的工件脱离时的形态的一例的概略图。
[0022]图3(a)为显示在具有推压构件的状况下，工件吸附时的本发明的工件支承装置的一例的侧面剖视图；(b)为显示在具有推压构件的状况下，工件脱离时的本发明的工件支承装置的一例的侧面剖视图。
[0023]图4(a)为显示开口部与隆起部在不同位置的状况下，工件吸附时的本发明的工件支承装置的一例的侧面剖视图；(b)为显示开口部与隆起部在不同位置的状况下，工件脱离时的本发明的工件支承装置的一例的侧面剖视图。
[0024]图5为第一实施例中所制造出的工件支承装置，其中(a)为侧面剖视图，(b)为俯视图，(C)为前视图。
[0025]图6为显示第一实施例中以本发明的工件支承装置支承晶圆的状况的俯视图。
[0026]图7为显示第一实施例中所量测的吸盘隆起量与空气吹出压力的关系图。
[0027]图8为第一实施例中所实施的实验的概略说明图。
[0028]图9为介入于物体间的液体的吸附力F的说明图。
[0029]图10(a)为显示习知一般的工件支承装置的一例的侧面剖视图；(b)为显示习知一般的工件支承装置的一例的俯视图。
【具体实施方式】
[0030]以下，说明关于本发明的实施例，但本发明并非被限定于此实施例。如上所述，所支承工件的表面在潮湿的状况下，由于表面所存在的液体使得工件与吸盘之间发生吸附力，其结果导致发生工件无法在正确位置自吸盘脱离的问题。
[0031]因此，本发明人等对于所应解决的此种问题，首先对于借由此液体所发生的吸附力具有何种特征进行以下的调查。如图9所示的介入在平行的二片平板151、152之间的液体153，众所周知是发生以下数学式所记述的吸附力F。
[0032]F = (jir2 X 2 γ cos0)/h= (2A γ cos0)/h
[0033](在此r:所介入液体圆柱的半径、A:所介入液体的面积、γ:所介入液体的粘度、Θ:平面与液体的接触角、h:所介入液体圆柱的高度(液体的厚度)O )
[0034]根据此数学式，其通过液体的吸附力，与其所介入的液体的面积、液体的粘度、及在平面上的液体的接触角的余弦成正比，与所介入的液体的厚度成反比。
[0035]因此，要使液体所导致的吸附力减弱的状况时，只须将液体的面积A、液体的粘度γ、及在平面上的液体的接触角Θ的余弦减小，或是增大所介入的液体的厚度即可。在此所谓的液体的粘度以及所使用的液体，由于是制程上的要求或是加工的结果，因此从辅助晶圆加工与搬送的观点来看，期望避免变更此些加工参数。因此本发明人等将重点放在所介入液体的面积与厚度上。
[0036]作为缩小面积的方法，除了修改工件支承装置的本体或吸盘的形状外，也考虑缩小与工件之间的接触面积。然而，未与吸盘接触的工件区域也会因为工件自身的重量而使工件弯曲。另外，并未支承于此吸盘而弯曲的区域，也会有工件移动时发生振动的状况。因而如仅单纯的缩小接触面积，工件的弯曲或振动的振幅会变大，将工件收纳于卡匣或箱子的插槽等狭小场所中，或是设置于装置的特定场所中会变的困难。由于硅晶圆正向大直径化演进中，一旦轻易地缩小接触面积，在进一步向大直径化演进时，也更会显著的发生此种弯曲或振动的问题，使得其危险性提高。
[0037]作为增厚所介入的液体的厚度的方法，可考虑加大液体与吸盘间的接触角。由于上述中的液体本身多为制程上的理由所选出，因此从搬送的观点来看并不希望对其施以变更。另外，为了不变更液体而增大接触角，可考虑提高吸盘的拨水性。由于吸盘在新的状态下其拨水性高所以能增大其接触角。然而，例如在硅晶圆的研磨工序中，为了保护研磨后的晶圆表面，一般于研磨结束后多会提供富含润湿剂的浆液。此种润湿剂，即便是拨水性高的吸盘，伴随着使用时间而让润湿性升高，因而在整个吸盘使用寿命当中很难维持较大的接触角。
[0038]于是，本发明人等想到如果于工件脱离时，使吸盘的与工件之接触面的至少一部分于工件侧膨胀，便能强制的扩大工件与吸盘之间的间隔(所介入液体的厚度)，且能缩小发生液体的移动的面积A，从而完成本发明。
[0039]以下参考图1至图4而说明本发明。如图1所示，本发明的工件支承装置I是由刚性体2、吸盘4、空气控制机构6等所构成，该刚性体2为装置本体，该吸盘4具有弹性并粘接于该刚性体2的下端面，该空气控制机构6能抽吸及吐出空气。
[0040]该刚性体2的内部形成有通气孔3，此通气孔3连通于空气控制机构6。另外，吸盘4中设置有自上表面贯穿至下表面的开口部5，图1的状况，开口部5透过空间部8而连接于通气孔3 ο如此一来，开口部5能自空气控制机构6抽吸及吐出空气，并能自开口部5抽吸及吐出空气。
[0041]将此工件支承装置I安装在机器手臂或传动装置等(未图标)，而使用于搬送工件W的状况，于支承工件W时，以空气控制机构6抽吸空气的同时，借由使吸盘4与工件W接触而使工件W吸附并支承于该吸盘4。并且，经由机器手臂或传动装置等(未图标)，将处于工件W支承状态的工件支承装置I移动至目标位置。之后，使工件W自工件支承装置I脱离(离开)而结束往目标位置的工件W的搬送。
[0042]本发明在如上述的搬送工程中，在使工件W脱离时，借由空气控制机构6自通气孔3供给空气，使吸盘4的与工件W之接触面的至少一部分于工件W侧膨胀而具有隆起部。
[0043]例如，在图1的(a)、(b)所示的工件支承装置I结构的状况，能设置为由凹部7、吸盘4及空间部8所构成，该凹部7形成于该刚性体2的下端部，该空间部8是由该凹部7与该吸盘4的两者所划定而成。于包覆此空间部8的吸盘4，设置有为了确保空气通路用的开口部5。并且，此开口部5较空间部8为小。如图2所示，于此结构中，自空气控制机构6将空气吐出后，由于吸盘4的开口部5较空间部8为小，因此空间部8的气压升高，而使吸盘4的开口部5的周边膨胀。如图2所示，工件W表面在潮湿状况下，借由此隆起部9强制的使工件W与吸盘4的间隔扩张(图2的(I))，其结果使得介入于工件W与吸盘4之间的液体移动而减少液体的面积A(图2的(2))，并且增加液体的厚度h(图2的(3))。
[0044]如此在本发明的工件支承装置中，即使在对表面残留液体的工件进行脱离的状况下，亦能使液体所产生的吸附力大幅减少，而促进工件的分离。另外，本发明当然也能用在脱离其表面并未残留液体的干工件的状况，借由隆起部于下方推压工件，相较于习知更能有效促进工件的脱离。并且，在工件的搬送中，只要将本发明的工件支承装置安装于机器手臂或传动装置等使用，即能将工件确实搬送至目标位置，而由于能防止晶圆非预期的落下所导致的晶圆或装置损坏，而能防止生产率下降或生产性的下降。
[0045]并且，较佳地，如图3所示，隆起部9具有一推压构件10，该推压构件10于该空间部8借由空气控制机构6所吐出的空气的推压而推压吸盘4，而使吸盘4膨胀。例如，能使此推压构件10的厚度设为与刚性体2的凹部7的深度相同，并能在其中心部设置为了使空气通过而较通气孔3幅度为小的洞。若是此种构造，于工件的吸附时，虽然不会使吸盘的表面形状变形(图3的(a))，但借由脱离时空气的推压使推压构件10推压吸盘4，而能使吸盘4得以膨胀(图 3的(b))。
[0046]如此一来，若是隆起部于空间部具有此推压构件，由于能借由推压构件确实的使吸盘膨胀，因而能使工件确实的自吸盘脱离得以实现。
[0047]上述图1、图2、图3中，虽以隆起部9设置于吸盘4的开口部5中为例进行显示，但是亦能将隆起部9另外设置于开口部5以外的场所中。即隆起部亦能位在吸盘4的开口部5以外的与工件W之接触面上。例如，如图4的(a)所示，将刚性体2内的通气孔3设为分别与开口部5及隆起部9相连通，而将隆起部9另外设置于吸盘4的开口部5以外的位置上。借此，如图4的(b)所示，在使工件离开时，借由自空气控制机构6所吐出的空气，与开口部5不同位置的吸盘4表面于外侧膨胀。另外，此状况亦如图4所示，能设置为在空间部8具有推压构件10。
[0048]此外，介入于吸盘与工件之间的液体所致的吸附力的降低量，会由于隆起部的隆起量越大而越大。隆起量的控制能借由改变:隆起部膨胀时的空气供给压力、隆起部的面积、吸盘的材质或厚度来达成。因应使用环境将此些加工参数的组合予以优化能得到所期望的隆起量。另外，透过使隆起部的形成位置配合其所支承工件的形状进行适当设定，能优化工件的脱离。【实施例】
[0049]以下，显示本发明的实施例及比较例而将本发明更为具体的说明，但本发明并未被限定于此。
[0050]<第一实施例>
[0051]首先，如图5的(a)、(b)、(c)所示，制造出本发明的工件支承装置，其隆起部9的状态位于吸盘4的开口部5以外的与工件W之接触面上。
[0052]工件支承装置由以下方式所制造。
[0053]如图5所示，构成工件支承装置I本体的刚性体2采用厚度3mm的PVC板2a(聚氯乙烯板)与厚度5mm的不锈钢板2b所相重叠的构造。并且，借由在与PVC板2a的不锈钢板2b所相重叠的面上设置宽6mm，深度1.5mm的沟槽，而形成作为空气的通路的通气孔3的一部分。另外，为了晶圆的吸附，于刚性体2中将直径6mm的孔作为通气孔3的一部分而设置于不锈钢板2b侦U。另外，吸盘的隆起部9是在不锈钢板2b中挖出直径15mm的洞，并且将与此洞相同深度且直径比此洞小0.1mm的推压构件10安装于此洞。再者，推压构件10所使用的材质与吸盘4相同。
[0054]作为此该刚性体2的下端面的吸盘4，以双面胶带贴附于厚度0.5mm的衬垫(backing pad) (nittahaas制R601)。为了确保足够的吸附力，于吸盘4形成面积160mm2的开口部5。并且，自PVC板2a侧将空气控制机构6的配管连接于通气孔3。以如上述方式而制造出工件支承装置I。
[0055]接下来，以此工件支承装置I来支承直径300mm的晶圆W。此时，在支承晶圆W时，将工件支承装置I与晶圆W所接触的面积设为4050mm2，如图6所示，隆起部9配置为与晶圆W的外周缘重叠。
[0056]吸附晶圆时的吸附压力设为0.1MPa。这是由于使用此工件支承装置I之设施的真空压力为0.1MPa，以此压力而能安定吸附晶圆的吸盘中空尺寸为160mm2。晶圆脱离时的空气吹出压力设为0.1MPa。此时，量测使空气吹出压力变化时的吸盘的隆起部的隆起量。将其结果显不于图7。
[0057]此时，虽然当空气的吹出压力低时隆起量的偏差较大，但自压力超过0.1MPa处开始，随着压力的增加而隆起量稳定的增加。因此在这里，将空气的吹出压力定为开始得到足够的吸附力降低能力且吸盘的隆起量更为安定的0.1MPa。提升空气的吹出压力以及扩大盘体变形量虽对吸附力的降低有所帮助，如果有0.1MPa左右的空气的吹出压力，并无导致压力过大而使得盘体本身过于延伸的危险性，另外，也无吸盘自隆起部周边剥落的危险性。另夕卜，在此虽然将空气的吹出压力定为0.1MPa，将压力定为0.1MPa以下当然也会使吸附力降低。
[0058]当依此制造出的工件支承装置为附属于研磨机的自动搬送装置采用后，其因介入吸盘与晶圆之间的液体所导致的吸附力为原因的晶圆搬送或收纳相关的异常之发生，在一个月之间变为零。
[0059]另外，为了确认抽吸吸附有潮湿晶圆的吸盘在将晶圆自吸盘分离时，借由使吸盘的一部分变形能让介入吸盘与晶圆之间的液体所导致的吸附力降低，进行了以下的实验。如图8所示，将直径300mm的晶圆W粘接固定于台200之上。接下来，用足够的水使固定于台200之上的晶圆的表面润湿。接下来，将本发明的工件支承装置I按压于晶圆W表面，借由晶圆上所润湿的水而使工件支承装置I吸附于晶圆上。此时，由于并未使用真空，因此其吸附力乃是仅由介入吸盘4与晶圆W之间的液体所产生。接下来，于所吸附的工件支承装置I上安装弹簧秤300，以0.05MPa的吹出压力供给空气至工件支承装置I的同时，将弹簧秤300以水平方向拉引。并且，根据吸附于晶圆W上的工件支承装置I开始在晶圆上移动时的弹簧秤的读取值，来对介入液体的吸附力进行量测。反复进行此实验，而计算出其弹簧秤的读取值的平均值时，其平均值为5.6g。此值明显较后述的比较例为小，可确认透过本发明，工件支承装置在使晶圆脱离时，晶圆吸附于吸盘上的力量得以大幅度的降低。
[0060]<第一比较例>
[0061]如图10所示，使用习知的工件支承装置，S卩，除了使用不具本发明隆起部的工件支承装置以外，以与第一实施例相同的条件进行实验及支承直径300mm的晶圆。
[0062]另外，与第一实施例相同，习知的工件支承装置为附属于研磨机的自动搬送装置采用后，其结果为，介入吸盘与晶圆之间的液体所导致的吸附力为原因的晶圆搬送或收纳相关的异常，在一个月之间发生了 13件。
[0063]与图8所示之第一实施例中的实验相同，在习知的工件支承装置中，抽吸吸附有水润湿晶圆的吸盘使晶圆分离时，对介入吸盘与晶圆之间的液体所导致的吸附力进行量测。其结果，计算出弹簧秤的读取值的平均值时，可得到其值平均为61g，可得知其吸附力为第一实施例的十倍以上。
[0064]此外，本发明并不限定于上述实施例，上述实施例为例示，只要是具有与本发明的申请专利范围中所记载的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果者，不论为何者，皆被包括在本发明的技术范围内。
【主权项】
1.一种工件支承装置，包括: 刚性体，其具有通气孔； 吸盘，其吸附而支承工件，该吸盘粘接于该刚性体的下端面，并具有连通于该通气孔的开口部； 空气控制机构，其连通于该通气孔，借由自该通气孔抽吸或吐出空气而自该开口部抽吸或吐出空气，以在该工件接触该开口部的同时，借由使该空气控制机构抽吸空气而自该开口部抽吸空气使该工件吸附而支承于该吸盘，以及借由自该空气控制机构吐出空气而自该开口部吐出空气使该工件自该吸盘脱离， 其中在该工件自该吸盘脱离时，借由该空气控制机构而自该通气孔供给空气，使该吸盘的与该工件之接触面的至少一部分于该工件侧膨胀而具有隆起部。2.如权利要求1所述的工件支承装置，其中该隆起部由凹部、该吸盘及空间部所构成，该凹部形成于该刚性体的下端部，该空间部由该凹部与该吸盘的两者所划定而成，经由该空气控制机构加压空气并供给空气至该空间部而使该吸盘膨胀于该工件侧。3.如权利要求2所述的工件支承装置，其中该隆起部具有一推压构件，该推压构件于该空间部借由该空气控制机构所吐出的空气的推压而推压该吸盘，使该吸盘膨胀。4.如权利要求1至3中的任一项所述的工件支承装置，其中该隆起部位于该吸盘的该开口部以外的与该工件的接触面。
【文档编号】H01L21/683GK106068555SQ201580011905
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月17日 公开号201580011905.1, CN 106068555 A, CN 106068555A, CN 201580011905, CN-A-106068555, CN106068555 A, CN106068555A, CN201580011905, CN201580011905.1, PCT/2015/703, PCT/JP/15/000703, PCT/JP/15/00703, PCT/JP/2015/000703, PCT/JP/2015/00703, PCT/JP15/000703, PCT/JP15/00703, PCT/JP15000703, PCT/JP1500703, PCT/JP2015/000703, PCT/JP2015/00703, PCT/JP2015000703, PCT/JP201500703
【发明人】安田太一, 榎本辰男
【申请人】信越半导体株式会社