JPS6387439A - 板状体の保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板等の板状体の保持装置に係り、特に
、板状体の表面に流体の吸引力と噴出力とを作用させて
、板状体を非接触状態で保持する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、板状体を流体の吸引力により保持する装置として
、例えば特開昭５１−４０３４３号公報に示されるよう
に、吸込管と、この吸込管の周囲に設けた吐出管とを組
合わせて、この吸込管および吐出管から流体を流入およ
び流出させることによって板状体を吸込管及び吐出管の
先端に無接触に保持するものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、板状体に流体力が作用する領域は吸
込管入口および吐出管出口に限られることおよび非接触
保持された板状体の面に対して垂直方向の変位に対する
吐出管内流量の変化が小さいことから、板状体に対する
保持力、特に保持復元力が小さいので、保持安定性が欠
けるという問題があった。さらに、より大きい保持力を
得ようとすれば、吸込管、吐出管の出口面積を拡大し、
管先端と板状体との間のすき間を小さく設定する必要が
あるため、装置に板状体をつかむ時、あるいは保持した
板状体を所定の場所に解放するとき、板状体あるいは解
放場所の平面と装置との間のすきまが適切な間隔となる
よう装置を精度よく位置決めしてやる必要があった６位
置決め精度が悪いと、例えばつかむ時、板状体と装置（
管先端）との距離が大きすぎて板状体を吊上げることが
できなかったり、逆に装置が板状体に接触してしまう等
の問題点が生じる。

本発明は板状体を強い保持力をもって非接触で保持する
ことができ、かつ装置に板状体をつかむとき、あるいは
解放するとき、装置が板状体に接触したり、つかむこと
ができなかったりすることのない板状体の保持装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、流体力によって板状体を非接触
で保持する装置において、板状体との間に平面的なすき
まを形成するための保持面を備える保持体と、この保持
体の保持面に設けられ、こめ保持面に対向する板状体に
対して大気圧以上の圧力を発生する絞りを備えた流体噴
出部と、前記流体噴出部の周囲に位置するように、保持
体の保持面に設けられ、板状体に大気圧以下の圧力を発
生する流体吸引部と、前記保持体を装設するための装置
枠と、この装置枠にこれに対して保持体を移動可能に弾
性支持する弾性支持装置とを備えることにより達成され
る。

〔作用〕

流体噴出部の周囲に位置する流体吸引部は、流体の吸引
により保持面と板状体との間のすきま内の平均圧力を大
気圧以下にする。この負圧により、板状体の重量を支持
する。一方、流体噴出部は絞りを通して加圧流体を保持
面と板状体との間のすきまに供給する。これにより、こ
の部分のすきま内の圧力はすきま間隔が大きくなれば減
少し、すきま間隔が小さくなれば増加する。このため、
板状体は流体吸引部によって得られる負圧力との相互作
用により、保持面に対して一定の微少なすきま間隔を保
って非接触で支持される。また装置に板状体をつかむ時
あるいは所定の場所へ解放するとき、−゛保持体が装置
枠に対して移動可能であることから、装置を板状体ある
いは解放場所の平面に十分に近づけるとき、上述の流体
力によって板状体と保持平面との間のすきま間隔は自動
的に適正な値が保たれ、装置が板状体に接触すること、
あるいはすきま間隔が広すぎて板状体をつかむことがで
きない、などの失敗を防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図および第２図は本発明の板状体の保持装置の一実
施例を示すもので、これらの図において１は非接触に保
持すべき例えば半導体ウェハのような板状体を示す。２
は板状体１の保持体であり、３つの保持体２がそれぞれ
バネ状体１４を介して、装置枠１３に装設されている。

それぞれの保持体２には保持面２Ａが形成されており、
それぞれの保持面２Ａと板状体１の上面ＩＡとの間には
、すきま間かくｈをへだててすきま３が形成されている
。３つの保持体２の保持面２Ａは同じ端成となっており
、それぞれ保持面２Ａには、すきま３内の気体を吸引し
てすきま；３内の平均圧力を外気圧以下に保つ流体吸引
部と、すきま３へ加圧流体を導入する流体噴出部とが備
えられている。前記流体吸引部は、保持面２Ａの外周部
に設けられる環状の溝９を備え、この溝９は保持体２内
の流体吸引通路１０および管路１１を通して流体吸引源
１２に連結している。また前記流体噴出部は保持面２Ａ
の中央部に設けた開口部４および絞り５を備えており、
この絞り５は保持体２内の流体通路６および管路７を通
して流体供給源８に連結している。また前記装置枠１３
の周囲には、保持した板状体１の面方向の移動を阻止す
るガイド１５が設けられている。

前述した流体供給源８および流体吸引源１０の一例の構
成をそれぞれ第３図および第４図を用いて説明する。流
体供給源８は第３図に示すように、加圧ポンプ８Ａと、
その駆動モータ８Ｂと、加圧ポンプ８Ａによって加圧さ
れた流体の圧力を調整する圧力レギュレータ８Ｃと、流
体の供給をｏｎ−ｏｆｆする弁装置８Ｄと、ごみを除去
するフィルタ８Ｅとで構成されている。また流体吸引源
１２は第４図に示すように、真空ポンプ１２Ａと、その
駆動モータ１２Ｂと、管路１１を大気に開放する可変絞
り弁１２Ｃと、流体の吸引をｏｎ−ｏｆｆする弁装５Ｒ
１２Ｄとで構成されており、可変絞り弁１２Ｇの絞りを
調整することにより負圧を調整することができる。

次に、上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明す
る。

動作の説明に先立って、板状体１を非接触で保持するた
めの原理を説明する。

第５図において、流体吸引源１２を作動させると、これ
によって管路１１、流体吸引孔１０を通して環状溝９か
ら流体が吸引され、この環状溝９内の圧力が大気圧以下
に減圧される。一方、環状溝９内の圧力により高い圧力
に保たれている加圧流体供給源８は、加圧流体を管路７
、加圧流体供給孔６から絞り５を通してすきま３に供給
し、この部分に大気圧以上の圧力を与えている。このと
き、すきま３内の圧力、またこの圧力から計算される板
状体１に働く力は、理論的に以下のようになる。

いま、すきま３内の流れは、すきま３の開隔りを十分小
さくとるとき、等温２層流で、慣性力と比較して粘性力
が支配的な流れであると仮定できる。このとき、すきま
３内の流れに対し、第６図に示す座標系および記号を用
いて、次の方程式および境界条件が成立する。

ｒ、ｈ≦ｒ≦ｒＯのすきまに対し、 Ｐ＝Ｐｃ　ａｔ　　ｒ＝　ｒｘ、　Ｐ＝Ｐｖ　ａｔ　ｒ
＝　ｒｏ　　−（２）ｒ＆≦ｒ≦ｒｂのすきまに対し、 Ｐ＝Ｐｖ　ａｔ　ｒ＝ｒａ、　Ｐ＝Ｐａ　ａｔ　ｒ＝ｒ
ｂ　　−（３）ここで、 ｒ：保持体２の中心からすきま３のひろがり方向に測っ
た座標 ｈ　：すきま３の間隔 Ｐ　：すきま３内の圧力 ｒｌ：開口部４の半径 ｒｏ：環状溝９に囲まれた保持面２Ａの外半径、環状溝
９の内半径 ｒ＆：環状溝９の外半径 ｒｂ：保持体２の保持面２Ａの半径 Ｐｃ：関口部４内の圧力 Ｐマ：環状溝９内の圧力 Ｐａ：大気圧 このすきま３内の流れ（圧力）の式に対し、加圧流体供
給孔６に介設された絞り５を通る気体質量流量ｍＲは、 ここで、 ＣＤニオリフイス絞り流量係数 （空気に対してはＣｏ二〇、８５） Ｒ：ガス定数 Ｔ　：気体の絶対温度 Ｐｓ：加圧流体供給孔６に供給される気体の圧力Ｋ　：
気体の比熱比 また、ｒ１≦ｒ≦ｒｏのすきま３内を流れる気体質量流
量ｍ、、は、 ここで、 μ　：気体の粘性係数 と表わされ、これらの気体質量流量ｍＲ，ｍｈには、次
の連続条件が課せられる。

ｍ　Ｒ”　ｍ　ｈ　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・・（６）以上、式（１）〜（６）がすきま３内の
流れに対する基礎式であり、これらを解くことにより、
すきま３内の圧力が求まる。そして求まったすきま３内
の圧力より、板状体１に働く吸引力Ｆ（上向き正）は次
式のように表わされる。

Ｆ＝　−ｆ　　（Ｐ−Ｐａ）２πｒｄｒ＝＝−πｒｘ”
　（Ｐｃ　　Ｐａ） ｆ　　（Ｐ−Ｐａ）２ｚｒｄｒ ｌ −？Ｃ（ｒａ”−ｒｏ”）（Ｐｖ−Ｐ、）ｆ　　（Ｐ−
Ｐａ）　２　ｘ　ｒ　ｄ　ｒ　　　　　・−ｎ＞ｒ　＆ ここで圧力Ｐについての式（１）〜（３）の解はただし
ここでｐｃは未知であり、このＰｃは式（４）〜（６）
より定まる。

以上の式（］）〜（７）より、すきま３の間隔りを変え
て板状体１に働く吸引力Ｆを計算した結果を第７図に示
す。この図により、上述した本発明の装置の一実施例の
動作を説明すると、以下の通りである。

いま、すきま３の間隔りが設計すきま間ＶＡｈａ、すな
わち第５図において板状体１が実線で示す位置にあると
きに吸引力と板状体１の重量とがつり合うように設定さ
れているものとする。このとき、板状体１が第５図にお
いて破線で示す位置に移動して、すきま３の間隔りが設
定すきま間隔ｈ４を越えてｈｂに増加すると、第７図に
示すように吸引力は板状体１の重量より大きくなる。し
たがって、第５図の破線で示す位置にある板状体１には
、設計点であるすきま間７４　ｈ　ａの位置に引きもど
す方向に復元力が働く。同様にして、すきま３の間隔り
が設計点すきま間隔ｈ４より小さくなった場合にも、板
状体１にはその位置を設計すきま間隔り、の位置にもど
す方向に復元力が働く、これにより、板状体１は、保持
体２の保持面２Ａとすきま３の間隔り、をへだてて非接
触に安定浮上支持されることになる。

またこのとき、負圧に保たれる環状溝９は、開口部４を
取り囲むように環状に設けられているの（で、開口部４
からすきま３内へ流入した流体はすべて環状９内へ吸引
回収され、外部に噴出することはない。逆に、保持体２
の外周部から外気が環状溝９内に流入するが、環状溝９
内の負圧の大きさは２００〜３００ｍ水柱程度であり、
すきま３の間隔りも従来のベルヌイ原理を利用した保持
装置と異なって小さく設定できるので、すきまへ流入さ
せる流体の流量は少なくてよい。

上述の実施例においては、保持体２の保持面２Ａと板状
体ｔとのすきまにおける板状体１の中心部に正の圧力を
、その周囲に負の圧力を生起し、板状体１を保持体２に
対し非接触状態で確実に保持することができるので、第
１図に示すように保持体２の保持面２Ａを下方に向けて
板状体１を保持した状態から、保持体２をいかなる姿勢
に変化させても、板状体１を非接触で保持することがで
きる。

次に第８図を用いて、本発明の装置において装置に板状
体１をつかむとき、および解放するときの動作を説明す
る。

まず、平面１６の上に置かれた板状体１を本発明の装置
につかむ場合を説明する。平面１６には、装置枠１３を
平面１６に近づけたとき装置枠１３に固定されたガイド
１５が平面１６に接触するのを防止するくぼみ１７が設
けられている。まず流体供給源８の弁装＠８Ｄおよび流
体吸引源１２の弁装置１２Ｄを開にして、保持機端を作
動させる。

この状態で装置枠１３を下降させ板状体に十分近づける
と、保持体２はバネ状体１４により装置枠に対して移動
可能であることから、前述の流体力によって、保持体２
の保持面２Ａと板状体１の上面ＩＡとの間には、自動的
に適正なすきま間隔りが形成される。すなわち、平面１
６あるいは板状体１に対する装置の位置決め精度が悪い
場合にも、装置が板状体１に接触したり、すきま間隔り
が大きすぎて板状体１をつかめない、などの失敗が生じ
ない。

ここで保持機構を作動させた状態で装置を板状体１に近
づけると、十分近づけないうちに、板状体１が平面１６
を離れて飛び上がり、装置に保持されることがある。そ
してこのとき片当りによって板状体１が保持面２Ａに接
触する可能性がある。

これを防ぐためには、流体供給源８による流体の供給の
みを作動させ、液体吸引源１２による流体の吸引は停止
させた状態で装置枠１３を板状体１に近づけ、保持面２
Ａと板状体１の上面ＩＡとの間に十分小さなすきまが形
成された後、流体の吸引を作動させるという手順をとれ
ばよい。

次に保持した板状体１を平面１６に置く場合には、板状
体１をつかむ場合と同様に、装置枠１３を平面１６に十
分近づけ、板状体１が平面に接する状態にする。バネ状
体１４により、装置枠１３を平面１６に十分近づけても
、保持体２の保持面２Ａが板状体１に接触することはな
い。この後、まず流体の吸引のみを停止し、装置枠１３
を上昇させる。そして板状体１が装置から離脱した後、
流体の供給も停止させる。装置枠１３を上昇させる時流
体の供給は作動させておくことにより、保持体２が板状
体１に接触することはない。その結果、板状体を非接触
にかつ正確にハンドリングすることができる。

第９図は本発明の装置の他の実施例を示すもので、この
図において第１図と同符号のものは同一部分または相当
する部分である。この実施例は保持体２を装置枠１３の
外周部からバネ状体１４によって支持したものである。

この実施例によれば、装置枠１３の中央部付近にバネ状
体１４を設けていないので、３個の保持体２を互いに接
近して設けることができ、これより面積の小さい板状体
１を保持することができる。

第１０図は本発明の装置のさらに他の実施例を示すもの
で、この図において第１図と同符号のものは同一部分ま
たは相当する部分である。この実施例は、第１図に示す
本発明の装置の一実施例における保持体２の上部にフラ
ンジ２Ｂを設けたものである。保持体２を支持するバネ
状体１４のバネ剛性は第１図に示す装置の場合より弱く
、バネ状体１４の役割は保持体２の側面がその側面に外
嵌する装置枠１３に設けられた穴部の内面に接触しない
よう案内することである。保持する板状体１がウェハで
なく、保持体２と装置枠１３との接触による発塵、板状
体の汚染が問題点とならない場合には、第１０図の装置
のバネ状体１４はなくても良い、板状体１を保持したと
き板状体１の重量によって保持体２は下降し、フランジ
２Ｂが装置枠に接触する。３個の保持体２のフランジ２
Ｂがそれぞれ装置枠１３に接触するとき、３個の保持体
２の保持面２Ａは同一平面上にあるように形成されてい
る。

この実施例によれば、バネ状体１４のバネ剛性が弱いの
で、平面上等に置かれた板状体１に装置枠１３を過剰に
近づけても、保持体２を板状体１に押し付ける力が前述
の流体力に勝って保持体２が板状体１に接触するという
ことがない。また板状体１を保持したとき、３個の保持
面２Ａが同一平面上にあるので、それぞれの保持面２Ａ
と板状体１との間のすきまが平行かつ同量かくとなるの
で、保持機構の機能が損なわれることがない。すきまが
平行でないことは片当りの原因となり、３個の保持面の
すき間かくが不ぞろいであることは、荷重負荷の片より
、したがって全体として負荷容量の低下をまねく。

第１１図は本発明の装置のまたさらに他の実施例を示す
もので、この図において第１図と同符号のものは同一部
分または相当する部分である。この実施例は、３個の保
持面２Ａが固定して設けである装置枠１３Ａ全体をバネ
状体１４によって装置枠の支持環１３Ｂに支持したもの
である。

この実施例は、３個の保持面２Ａが同一平面上にあるこ
とから保持機構の機能が十分に発揮される。またバネ支
持部が１ケ所であるので、構造が簡単になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、板状体を強い保
持力をもって非接触で保持することができ、かつ板状体
の保持、解放時、装置と板状体との接触を防ぎ、板状体
を確実にハンドリングすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の縦断正面図、第２図
はその底面図、第３図は本発明に用いられる流体供給源
の一例の構成を示す図、第４図は本発明に用いられる流
体吸引源の一例の構成を示す図、第５図は本発明の装置
による板状体の保持動作を説明するために供した保持面
付近の部分断面図、第６図はその寸法関係を示す説明図
、第７図は本発明の装置による板状体の保持動作特性図
、第８図は本発明の装置の保持体付近の動作を示す１・
・・板状体、２・・・保持体、２Ａ・・・保持面、４・
・・開口部、５・・・絞り機構、８・・・流体供給源、
９・・・溝、１２・・・流体吸引源、１３・・・装置枠
、１４・・・バネ状第７　図 第２　凹 第３ｎ 箒４侶 ３Ａ、加圧」でシフ０ｇｌ１ｌｌ−・　弁■１　１２δ
　モーフ粁　モータ　　　　ｇＥ−フ４ルク　　１２ｃ
・枦ノ弁ＳＣ−、圧力し醪し−グ　　＋２Ａ−Ｊな寸−
ン７０１２し・・嘲ヲＣ１第す図 第　ｑ呂 嵜　ｃ８　　口 萬　９　凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体力によつて板状体を非接触で保持し、他の場所
   へ移送するものにおいて、板状体との間に平面的なすき
   まを形成するための保持面を備える保持体と、この保持
   体の保持面に設けられ、この保持面に対向する板状体に
   対して大気圧以上の圧力を発生する絞りを備えた流体噴
   出部と、保持体の保持面に設けられ、保持面に対向する
   板状体に対して大気圧以下の圧力を発生する流体吸引部
   と、前記保持体を装設するための装置枠と、この装置枠
   にこれに対して前記保持体を移動可能に支持する弾性支
   持装置とを備えたことを特徴とする板状体の保持装置。 ２、弾性支持装置は、保持体をその保持面に対して垂直
   方向、かつ保持するウェハから遠ざかる方向に移動可能
   に支持したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の板状体の保持装置。 ３、弾性支持装置は、保持体の保持面が傾むく方向に移
   動可能に支持したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の板状体の保持装置。 ４、弾性支持装置は、板バネ、コイルバネ等のバネ状体
   を介して装置枠に装設されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項または第３項記載の板状体の保持装置
   。