JP2003048620A - 板状部材の取出しハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイズや種類に拘わらず積み重ねられたウエ
ハなどの板状部材を１枚づつ円滑かつ確実に取り出せる
取出しハンドを提供する。 【解決手段】 取り出しハンドは、略四角形状のウエハ
１０の縦対角方向に対向する１対の隅部を上方から押え
て高さ基準とする固定足３a,３bと、ウエハの横対角方
向に対向する１対の隅部を上方から吸着,保持する先端
に吸着パッド５a,５bをもつ保持足４a,４bと、ウエハの
中央部を保持するベルヌーイ吸着器６と、保持足４a,４
bを出没駆動して上記高さ基準からのウエハの引き上げ
量を変化させるシリンダとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板状部材、特に太陽
電池用ウエハの取り出しを行なう板状部材の取出しハン
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、太陽電池のセルなどを生産する
半導体工場において、生産に投入される多結晶ウエハ
は、数百枚単位でスタック状に積み重ねられた納品時の
状態から、多結晶ウエハ取り出し装置によって１枚づつ
取り出されて、生産工程に投入されている。従来、多結
晶ウエハの取出しハンドとして、例えば図５(Ａ)〜(Ｃ)
に示すようなものが知られている。この取出しハンド３
１は、正方形の板材３２の下面中央に円柱状の固定足３
３を突設し、対角方向に対向する１対の隅部に保持足３
４a,３４bを突設するとともに、保持足３４a,３４bの先
端に、図示しない真空ポンプに繋がる吸着パッド３５a,
３５bを設けたものである。

【０００３】上記取出しハンド３１を用いた多結晶ウエ
ハの取り出しは、まず図６(Ａ)に示すように、複数枚積
層されたウエハの上方から取出しハンド３１を降ろし、
固定足３３と吸着パッド３５a,３５bがウエハ４０に接
触すると、真空ポンプを駆動して吸着パッド内の圧力を
低下させ、大気圧との圧力差によって吸着パッド３５a,
３５bに最上部のウエハ４０を吸着する。真空ポンプを
駆動し続けて吸着パッド内をさらに減圧すると、吸着パ
ッド３５a,３５bは、図６(Ｂ)に示すように収縮し、こ
の吸着パッドに吸着されたウエハ４０の対角位置端部
は、吸着パッドの収縮分だけ引き上げられる一方、ウエ
ハ４０の中央部は固定足３３に押し付けられるため、ウ
エハ４０は図６(Ｂ)に示すように湾曲する。こうして、
最上部のウエハ４０をその下のウエハ４１から分離する
と、取出しハンド３１を上昇させて、最上部のウエハ４
０のみを取り出す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ウエハ取出し方法では、ウエハ４０が図６(Ｂ)の如く下
方に凸に湾曲して反らされるため、特にウエハの強度が
不足している場合、取出し時にウエハ４０が破損するこ
とがある。図７は、湾曲の際にウエハ４０に加わる内部
応力の分布を示すフォン・ミーゼスの応力分布図である
が、図中の等圧力線の密度から判るように、ウエハ４０
の略中央部で応力集中と最大応力が生じている。従っ
て、ウエハ４０の材料特性である許容最大応力が、図７
の上記最大応力未満であると、ウエハは破損することに
なる。

【０００５】そこで、このウエハ破損の問題を解決すべ
く、積み重ねられた多結晶ウエハから最上部の１枚を取
り出す際、ウエハの１対の対角位置端部を上部から固定
足で押えて高さ基準とし、もう１対の対角位置端部を上
部から吸着手段で引き上げる方法が提案されているが、
この方法で円滑かつ確実にウエハを取り出すためには、
ウエハサイズの増大に対応して吸着手段の吸引力を増大
させて、１対の対角位置端部の引き上げ高さを増大させ
る必要がある。

【０００６】しかしながら、吸着手段の吸引力を増減す
ることのみで、ウエハサイズに応じた適切な引き上げ高
さを調整することは実際には不可能である。なぜなら、
一言でいえば、引き上げ高さは、吸着パッド内外の気圧
差とウエハの剛性で一意的に決まるからである。つま
り、吸着パッドでウエハを確実に保持するには、吸着パ
ッド内外の所定値以上の気圧差が必要で、引き上げ高さ
を調整するために上記気圧差を任意に変更することはで
きない。また、吸着パッドを交換して引き上げ高さを増
やすには、不必要に大型の吸着パッドに変更せねばなら
ないうえ、大型の吸着パッドでも収縮量自体は比較的小
さいため、引き上げ高さの増大は限られてしまう。それ
故、ウエハサイズが増大すると、円滑かつ確実なウエハ
の取り出しができないのである。

【０００７】また、吸着パッドのみでウエハの１対の対
角位置端部を引き上げる場合、吸着パッドによる引き上
げ高さが調整できないため、引き上げ高さがウエハの厚
さなどによって変化してしまい、すべてのウエハについ
て最適な引き上げ量を確保するのは不可能である。それ
故、ウエハの種類によっては円滑なウエハの取り出しが
できないのである。要するに、太陽電池用の多結晶ウエ
ハを、ウエハのサイズや種類に拘わらず円滑かつ確実に
取り出すことができる板状部材の取出しハンドは、未だ
存在しないのである。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ウエハの引き上
げ高さを調整する手段を工夫することによって、サイズ
や種類に拘わらずウエハなどの円滑な取り出しを行なう
ことができる板状部材の取出しハンドを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の板状部材の取出しハンドは、略四角形状を
なす板状部材の対角方向に対向する１対の隅部に、この
隅部表面を高さ基準にすべく上方から当接する固定足
と、上記板状部材のもう１対の対角方向に対向する隅部
を上方から吸着または粘着で保持した後、引き上げる保
持足と、上記板状部材の中央部を上方から保持した後、
引き上げる中央保持機構と、上記板状部材の上記高さ基
準からの引き上げ高さを変化させる引上げ高さ調整機構
とを有することを特徴とする。

【００１０】上記板状部材の取出しハンドでは、略四角
形状の板状部材(例えば、積み重ねられたウエハ)の最上
の板状部材の対角方向に対向する１対の隅部に、固定足
が上方から当接して高さ基準を作る一方、最上の板状部
材のもう１対の対角方向に対向する１対の隅部を保持足
が吸着し、中央部を中央保持機構が吸着して、上記高さ
基準に対して上方へ引き上げる。このとき、引き上げ高
さ調整機構は、上記保持足が吸着した板状部材の箇所の
引き上げ高さを、この板状部材の寸法,厚さ,剛性に応じ
て変化させ、この板状部材に湾曲で生じる応力が許容最
大応力以下になり、かつ平面をなす直ぐ下の板状部材と
の間に分離に必要,十分な隙間ができるように調整す
る。従って、最上の板状部材は、過度な湾曲で破損する
ことなく円滑かつ確実に上方へ取り出される。

【００１１】本発明の一実施形態は、上記板状部材の引
き上げを第１の引き上げと第２の引き上げの２段階で行
なうようにしたことを特徴とする。

【００１２】上記実施形態では、板状部材の引き上げを
２段階で行ない、第１の引き上げ量を板状体の種類や寸
法によって変わらない一定値とし、第２の引き上げ量を
板状体の種類や寸法によって変化する変動値とすること
によって、第１の引き上げを引き上げ量が一定の吸着パ
ッドなどで行なわせ、第２の引き上げを引き上げ量を変
動できるシリンダなどで所望の合計量が得られるように
行なわせることができる。

【００１３】本発明の一実施形態は、上記板状部材の第
１の引き上げを上記保持足に設けた吸着パッドの変位で
行なうことを特徴とする。

【００１４】上記実施形態では、保持足に設けた吸着パ
ッドが、板状部材に対する吸着,分離が容易で、板状体
の変形にも良好に追従できるので、板状部材の保持手段
に兼用できるうえ、保持手段として好適である。

【００１５】本発明の一実施形態は、上記板状部材の第
２の引き上げを上記保持足に設けたシリンダの変位によ
って行なうことを特徴とする。

【００１６】上記実施形態では、保持足に設けたシリン
ダが、引き上げ量を任意に変化できて調整に好適なう
え、空気圧を動力源に用いることによって、空気圧を吸
着パッドの駆動源と兼用でき、取出しハンドの構造を簡
素化することができる。

【００１７】本発明の一実施形態は、板状部材の引き上
げ高さが板状部材の種類に拘わらず一定になるようにし
たことを特徴とする。

【００１８】上記実施形態では、板状部材の引き上げ高
さを一定にしているので、例えば第１の引き上げを板状
部材の剛性の変化で引き上げ量が変化する吸着パッドを
用いて行なっても、第２の引き上げによって引き上げ量
が補正されて、保持足によって引き上げられる板状部材
の箇所とその直ぐ下の平面をなす板状部材との隙間が分
離に適した一定間隔に維持される。従って、板状部材を
確実かつ安定して分離することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。図１(Ａ)〜(Ｃ)は、本発明の板
状部材(この例では太陽電池用多結晶ウエハ)の取出しハ
ンドの一実施形態を示す平面図、図１(Ａ)のb−b線矢視
図、図１(Ａ)のc−c線矢視図である。この取出しハンド
１は、正方形の板材２の下面中央に図５の従来例の固定
足３３に代えて、中央保持機構としてのベルヌーイ吸着
器６を設け、当接によってウエハ１０の高さ基準となる
棒状の固定足３a,３bを板材１の縦対角方向に対向する
隅部に突設し、ウエハ１０を吸着するための吸着パッド
５a,５bを先端に有する従来例と同様の保持足４a,４bを
横対角方向に対向する隅部に突設するとともに、板材２
の上面の保持足４a,４bに対応する位置にこの保持足を
昇降させるシリンダ７a,７bを設けている。図１(Ｂ),
(Ｃ)から判るように、上記固定足３a,３bの下端と吸着
パッド５a,５bの下端は同じ高さである。なお、取出し
ハンド１全体は、図示しない昇降機構によって昇降させ
られる。

【００２０】上記ベルヌーイ吸着器６は、図３,４に側
面図,平面図を示すように、図示しないエアブロワに繋
がっていて、下面から放射状に気流８を吹き出す。吹き
出された気流８は、ウエハ１０の上面に沿って周縁へ流
れる一方、ウエハ１０の下面には気流がないので、上面
は下面に対して負圧になる。その結果、ウエハ１０は、
ベルヌーイ吸着器６によって図２(Ｂ)に示すように上方
へと引き上げられ、吸着パッド５a,５bよりも広範囲か
つ均一に吸着される。ここで、上記シリンダ７a,７bを
圧縮空気で駆動される空気圧シリンダとすれば、吸着パ
ッド５a,５bの吸引空気をシリンダの空気圧源に用い、
この空気圧源をベルヌーイ吸着器６の空気圧源に兼用で
き、取出しハンドの軽量化,簡素化を図ることができ
る。

【００２１】保持足４a,４bは、第１の引き上げ手段と
してウエハ１０を吸着パッド５a,５bによって引き上げ
つつ吸着,保持した後、取出しハンド１の上昇によって
引き上げる。中央保持機構としてのベルヌーイ吸着器６
は、ウエハ１０を、上述の負圧によって吸着,保持した
後、取出しハンド１の上昇によって引き上げる。シリン
ダ７a,７bは、引き上げ高さ調整手段および第２の引き
上げ手段として、高さ基準、即ち固定足３a,３bの下端面
に対するウエハ１０の引き上げ高さを変化させて引き上
げを行なう。つまり、ウエハ１０は、取出しハンド１の
上昇に先立って、第１の引き上げ手段である保持足４a,
４bの吸着パッド５a,５bおよび第２の引き上げ手段であ
る保持足４a,４bのシリンダ７a,７bによって引き上げら
れる。

【００２２】上記構成の取出しハンド１は、次のように
動作する。まず、図２(Ａ)に示すように、複数枚積み重
ねられたウエハの上方から取出しハンド１を降ろすと、
同一平面内にある固定足３a,３bの下端および吸着パッ
ド５a,５bの上面の高さが高さ基準となる。次に、真空
ポンプを駆動して吸着パッド５a,５b内の圧力を低下さ
せ、大気圧と吸着パッド内部の圧力の差によって最上の
ウエハ１０を吸着して、保持する。真空ポンプを駆動し
続けると、吸着パッド５a,５b内の圧力はさらに低下
し、図２(Ｂ)に示すように、吸着パッド５a,５bは最上
のウエハ１０を保持したまま収縮し、ウエハ１０の横対
角方向に対向する１対の隅部が、吸着パッドの収縮変位
分だけ引き上げられる。ウエハ１０の縦対角方向に対向
する１対の隅部は、固定足３a,３bで押えられているの
で、この第１の引き上げによって、最上のウエハ１０は
図２(Ｂ)の如く下方に凸に湾曲して反らされ、直ぐ下の
ウエハとの間に隙間が生じる。

【００２３】ここで、同一のウエハ１０を対象とする場
合は、上述の吸着パッド５a,５bのみを用いて取り出し
を行なうことができるが、従来例で述べたように、吸着
パッドつまり第１の引き上げによる引き上げ高さは、ウ
エハの厚さ、寸法、材質などによって変化するうえ、引き
上げ高さを調整すべく吸着パッドの内外気圧差を任意に
変更することはできず、吸着パッドの収縮量自体が引き
上げ高さの増大に余り寄与しないため、ウエハの種類や
寸法によっては引き上げ高さが不足して、ウエハを取り
出すことができなくなる。そこで、本実施形態では、第
２の引き上げ手段として、次のように動作するシリンダ
７a,７bを採用したのである。

【００２４】即ち、図２(Ｃ)に示すように、シリンダ７
a,７bを没入させて保持足４a,４bを上昇させ、ウエハ１
０の横対角方向に対向する１対の隅部を、シリンダの変
位分だけ更に引き上げる。シリンダ７a,７bの変位量は
ウエハの種類に応じて任意に設定することができ、これ
によって上記１対の隅部の引き上げ高さを正確に設定値
にできる。それ故、第１の引き上げによる引き上げ高さ
のばらつきを、シリンダ７a,７bによる第２の引き上げ
で補正することができ、第１の引き上げで不足した引き
上げ量を補正することができる。従って、ウエハの種類
や寸法に拘わらず最上のウエハ１０を、その許容最大応
力内で取り出しに最適で理想的な状態に湾曲させて反ら
せ、直ぐ下のウエハ１１から分離し、円滑かつ確実な取
り出しを行なうことができる。

【００２５】上記１対の隅部を完全に引き上げた後、図
２(Ｄ)に示すように、ベルヌーイ吸着器６によって最上
のウエハ１０の中央部を吸着,保持して、取出しハンド
１を上昇させてウエハ１０の取り出しが完了する。

【００２６】（実験例）上記実施形態の取出しハンド１
を用いてウエハを実際に取り出す実験を行なった。ウエ
ハ１０の厚さは厚さ300μmであり、寸法は100mm角およ
び150mm角であり、吸着パッド５a,５bの直径は６mmであ
った。まず、シリンダ７a,７bを駆動せずに吸着パッド
５a,５bの引き上げのみで積み重ねられた1000枚のウエ
ハの取り出しを試みた。その結果、100mm角のウエハで
は、取り出しの失敗がなかったのに対して、150mm角の
ウエハでは、取り出し失敗が３枚発生した。次に、吸着
パッド５a,５bによる第１の引き上げに加えて、シリン
ダ７a,７bの駆動による第２の引き上げを行なった結
果、150mm角のウエハでも取り出し失敗は生じなかっ
た。

【００２７】さらに、シリンダ駆動による第２の引き上
げの引き上げ量を常に一定にして、150mm角、厚さ200〜3
00μmのウエハ1000枚について取り出しを試みた。その
結果、吸着パッド５a,５bによる第１の引き上げによる
引き上げ量はウエハ毎に大きくばらつき、１０枚の取り
出し失敗が生じた。そこで、シリンダ駆動による第２の
引き上げ量をウエハに応じて適切に調整して、1000枚に
ついて取り出しを行なったところ、取り出し失敗は生じ
なくなった。

【００２８】上記実施の形態では、保持足によるウエハ
の保持を、吸着パッド５a,５bによる吸着で行なった
が、粘着テープなどによる粘着でウエハを保持すること
もできる。また、本発明は、上記実施形態のウエハに限
らず、任意の板状部材に適応することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
板状部材の取出しハンドは、略四角形状の板状部材の最
上の板状部材の対角方向に対向する１対の隅部に、固定
足が上方から当接して高さ基準を作る一方、最上の板状
部材のもう１対の対角方向に対向する隅部を保持足が吸
着し、中央部を中央保持機構が吸着して、上記高さ基準
に対して上方へ引き上げるとともに、引き上げ高さ調整
機構が、上記保持足が吸着した板状部材の箇所の引き上
げ高さを、この板状部材の寸法,厚さ,剛性に応じて変化
させるので、板状部材を、過度な湾曲で破損させること
なく円滑かつ確実に１枚づつ上方へ取り出すことができ
る。

【００３０】本発明の一実施形態では、板状部材の引き
上げを２段階で行なうようにしているので、第１の引き
上げ量を板状体の種類や寸法によって変わらない一定値
とし、第２の引き上げ量を板状体の種類や寸法によって
変化する変動値とすることによって、第１の引き上げを
引き上げ量が一定の吸着パッドなどで行なわせ、第２の
引き上げを引き上げ量を変動できるシリンダなどで所望
の合計量が得られるように行なわせることができる。

【００３１】本発明の一実施形態では、上記板状部材の
第１の引き上げを保持足に設けられた吸着パッドの変位
で行なうので、板状部材に対する吸着,分離が容易で、
板状体の変形にも良好に追従でき、板状部材の保持手段
に兼用することができる。

【００３２】本発明の一実施形態では、第２の引き上げ
を保持足に設けられ、任意に引き上げ量を変化できて調
整に好適なシリンダの変位で行なうので、空気圧を動力
源に用いてこれを吸着パッドの駆動源に兼用でき、取出
しハンドの構造を簡素化することができる。

【００３３】本発明の一実施形態では、板状部材の引き
上げ高さを板状部材の種類に拘わらず一定にしているの
で、例えば第１の引き上げを板状部材の剛性の変化で引
き上げ量が変化する吸着パッドを用いて行なっても、第
２の引き上げによって引き上げ量が補正されて、引き上
げられる板状部材とその直ぐ下の板状部材との隙間を分
離に適した一定間隔に維持できて、板状部材を確実かつ
安定して分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１(Ａ)は本発明の板状部材の取出しハンド
の一実施形態を示す平面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のb−b
線矢視図、図１(Ｃ)は図１(Ａ)のc−c線矢視図である。

【図２】 上記取出しハンドの一連の動作を示す図であ
る。

【図３】 図１のベルヌーイ吸着器の側面図である。

【図４】 上記ベルヌーイ吸着器の平面図である。

【図５】 図５(Ａ)は従来の板状部材の取出しハンドを
示す平面図、図５(Ｂ)は図５(Ａ)のb−b線矢視図、図５
(Ｃ)は図５(Ａ)のc−c線矢視図である。

【図６】 上記従来の取出しハンドの一連の動作を示す
図である。

【図７】 上記従来の取出しハンドによってウエハに加
わる内部応力の分布を示すフォン・ミーゼスの応力分布
図である。

【符号の説明】

１ 取出しハンド ２ 板材 ３a,３b 固定足 ４a,４b 保持足 ５a,５b 吸着パッド ６ ベルヌーイ吸着器 ７a,７b シリンダ ８ 気流 １０ 最上のウエハ １１ 直ぐ下のウエハ

フロントページの続き (72)発明者 岡田 英生 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 3C007 AS01 AS24 DS02 FS01 FS04 FT02 FU01 HS14 5F031 CA02 CA04 GA24 GA28 GA30 PA18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略四角形状をなす板状部材の対角方向に
   対向する１対の隅部に、この隅部表面を高さ基準にすべ
   く上方から当接する固定足と、 上記板状部材のもう１対の対角方向に対向する隅部を上
   方から吸着または粘着で保持した後、引き上げる保持足
   と、 上記板状部材の中央部を上方から保持した後、引き上げ
   る中央保持機構と、 上記板状部材の上記高さ基準からの引き上げ高さを変化
   させる引上げ高さ調整機構とを有することを特徴とする
   板状部材の取出しハンド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の板状部材の取出しハン
   ドにおいて、上記板状部材の引き上げを第１の引上げと
   第２の引上げの２段階で行なうようにしたことを特徴と
   する板状部材の取出しハンド。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の板状部材取り出しハン
   ドにおいて、上記板状部材の第１の引き上げを上記保持
   足に設けた吸着パッドの変位で行なうことを特徴とする
   板状部材の取出しハンド。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の板状部材取り出しハン
   ドにおいて、上記板状部材の第２の引き上げを上記保持
   足に設けたシリンダの変位で行なうことを特徴とする板
   状部材の取出しハンド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４いずれか１つに記載の板
   状部材の取出しハンドにおいて、板状部材の引き上げ高
   さが板状部材の種類に拘わらず一定になるようにしたこ
   とを特徴とする板状部材の取出しハンド。