JP2012033723A - 真空ピンセット及び真空吸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りがある半導体ウエハに対して、安定して吸着することができ、かつ、半導体ウエハを平らに矯正することができる真空ピンセット。
【解決手段】本体２と、本体２の端部に設けられた支持部３と、一端が支持部３に接続され、他端に吸着部５を備えた複数の先端部材４と、を少なくとも備え、先端部材４と支持部３と本体部２の内部に吸引流路１０ａ〜１０ｃが設けられた、反りを有する平板状の被処理体用Ｗの真空ピンセット１Ａであって、複数の先端部材４は、反りの形状に合わせるように、及び、反りを矯正するように、支持部３に対して可動であることを特徴とする真空ピンセット１Ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空を利用して半導体ウエハ等の被処理体を吸着し移送させる真空ピンセット及びこの真空ピンセットを用いた真空吸着方法に関する。

半導体装置の分野においては、製造工程、検査工程等において、半導体ウエハ（被処理体）を吸着するために、真空ピンセットや真空吸着アーム等が使用されている。

ところで、近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器に搭載される部品に対しても小型化、薄型化が求められ、前記部品を構成する半導体ウエハも薄型化されている。このような半導体ウエハは、その面積に対して非常に薄く形成されているため、ウエハ上に表面加工物を形成した場合にウエハ内に応力が発生し、反りが大きくなることが知られている。
例えば、ウエハサイズ８インチ、ウエハ厚１００μｍの半導体ウエハに樹脂２０μｍを付着させたところ、１５ｍｍの反りが見られた。一方、真空ピンセットの吸着部は通常平坦な形状に作られており、このようなウエハ形状の反りによって、安定な吸着が困難となる場合がある。

このような反りのある半導体ウエハに対しては、特許文献１に記載されているように、半導体ウエハの反りを一時的に矯正してから、半導体ウエハの平らな面に真空ピンセットを吸着させる方法がある。
また、特許文献２に記載されているような、吸着部分を小さくして、一点で半導体ウエハを吸着したり、２本の平行したアームを広げて吸着したりする方法がある。特許文献２に記載の方法においては、半導体ウエハの反りを残したまま吸着し、移送を行っている。
さらに、特許文献３に記載された真空ピンセットは、反りのある半導体ウエハを吸着し易いように、吸盤など可撓性のある材質を使用して吸着する真空ピンセットもある。

特開２００３−１３５９５８号公報 特開２００５−９３８９３号公報 特開２００８−８５２８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の真空ピンセットは平らな形状であるため、半導体ウエハの反りの矯正が不十分であった場合、安定した吸着が困難であるという問題がある。
また、特許文献２に記載の真空ピンセットは、半導体ウエハの反りを有したまま吸着を行うため、半導体ウエハをケースから取り出す際に、ケースのスリットに半導体ウエハが引っ掛かり、真空吸着状態が解除されてしまう。逆に、半導体ウエハをケースに収納する際は、半導体ウエハの形状が不安定であるため、ケースのスリットと半導体ウエハが衝突してしまい、収納できないという問題がある。
また、特許文献３に記載の真空ピンセットの様に、吸盤や可撓性を有する材質を用いた部品を使用し、反りのある半導体ウエハを吸着した場合においても、半導体ウエハの反りが残る問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、反りがある半導体ウエハに対して、安定して吸着することができ、かつ、半導体ウエハを平らに矯正することができる真空ピンセットを提供することにある。

本発明の請求項１に係る真空ピンセットは、本体と、前記本体の端部に設けられた支持部と、一端が前記支持部に接続され、他端に吸着部を備えた複数の先端部材と、を少なくとも備え、前記先端部材と前記支持部と前記本体部の内部に吸引流路が設けられた、反りを有する平板状の被処理体用の真空ピンセットであって、前記複数の先端部材は、前記反りの形状に合わせるように、及び、前記反りを矯正するように、支持部に対して可動であることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る真空ピンセットは、請求項１に記載の真空ピンセットにおいて、前記複数の先端部材が長尺状であり、互いに平行になるように、前記支持部に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る真空ピンセットは、請求項１に記載の真空ピンセットにおいて、前記複数の先端部材が長尺状であり、前記支持部に接続された一端における先端部材同士の間隔よりも他端における先端部材同士の間隔が大きくなるような扇状をなすように、前記支持部に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る真空ピンセットは、請求項１に記載の真空ピンセットにおいて、前記複数の先端部材が、一端が前記支持部に接続され、前記本体の長手方向に沿う２つの棒形状をなす２本の回転軸部と、該回転軸部の他端より、互いに離間する方向に延在された水平部とからなり、前記先端部材は、前記回転軸部を中心に回動可能に構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る真空ピンセットは、請求項１に記載の真空ピンセットにおいて、前記支持部及び前記先端部材が、少なくとも一面が平面をなす形状とされているとともに、前記吸着部は、前記先端部材の平面部に形成されており、前記先端部材は、前記支持部の両側に延在するように、前記吸引流路の一部として機能する蛇腹状接続部材を介して接続されており、真空吸引され、前記蛇腹状接続部材の内部圧力が減少することによって、前記蛇腹状接続部材が収縮し、前記支持部の平面と直角をなす支持部の端面と、前記先端部材の平面と直角をなす先端部材の端面とが当接し、前記先端部材の平面部と、前記支持部の平面部とが、同一平面上に配されるように構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る真空吸着方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空ピンセットを用いた真空吸着方法であって、前記支持部に力を加えることによって、前記吸着部の位置を被処理体の形状に合わせる工程と、前記吸着部により被処理体を吸着させる工程と、前記屈曲部から力を抜いて、被処理体を平らにする工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、本体と、該本体の端部に設けられた支持部と、一端が支持部に接続され、他端に吸着部を備えた複数の先端部材とを備えた真空ピンセットにおいて、複数の先端部材が、支持部に対して可動である構成とした。
これにより、複数の先端部材を支持部に対して動かし、反りがある被処理体の形状に先端部材を合わせることができるため、被処理体を安定して吸着させることができる。さらに、吸着後に先端部材を平らな状態に戻すことによって、被処理体を平らに矯正することができる。

本発明の第一実施形態に係る真空ピンセットを示す平面図である。 図１のＡ方向から見た側面図であり、（ａ）は被処理体の吸着中、（ｂ）は被処理体の矯正後を示す。 本発明の第二実施形態に係る真空ピンセットを示す平面図である。 図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（ａ）は被処理体の吸着中、（ｂ）は被処理体の矯正後を示す。 本発明の第三実施形態に係る真空ピンセットを示す平面図である。 図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、（ａ）は被処理体の吸着中、（ｂ）は被処理体の矯正後を示す。 本発明の第一実施形態に係る真空ピンセットの更に別形態を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る真空ピンセットの更に別形態を示す図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態を、図面を参照することによって詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施形態を示す図面であり、図１は真空ピンセット１Ａの平面図である。図２（ａ）、（ｂ）は図１のＡ方向から見た側面図であり、真空ピンセット１Ａを被処理体Ｗ（半導体ウエハ）に吸着させた様子を示す図である。
以下、真空ピンセット１Ａについて、符号４で示す先端部材の側を「前方」、符号６で示す真空引き用ホースの側を「後方」として説明する。例えば、図１において、上側が前方、下側が後方である。

本実施形態の真空ピンセット１Ａは、本体２と、半導体ウエハ等の被処理体Ｗを吸着する吸着部５を有する複数の先端部材４と、該先端部材４を支持するように本体２の一端に設けられた支持部３とを主な構成要素としており、前記複数の先端部材４が支持部３に対して可動であることを特徴としている。

まず、本発明の真空ピンセット１Ａの全体構成を説明する。
本発明の真空ピンセット１Ａは、図１に示すように、把持部を兼ねる本体２と本体２の一方の端部に設けられた支持部３と、該支持部３の端面３ａに取り付けられた３本の長尺状の先端部材４とから構成されている。各先端部材４の先端には、被処理体Ｗを吸着するための吸着部５が設けられている。

本体２の他方の端部には、真空引き用ホース６が設けられている。真空引き用ホース６は、図示しない真空ポンプに接続されている。また、真空引き用ホース６と３つの吸着部５とは、吸引流路１０ａ〜１０ｃで接続されている。さらに、本体２にはボタン９が設けられており、該ボタン９を押すことによって真空引き用ホース６から通じる真空が吸着部５に達し、被処理体Ｗを吸着する構成となっている。

先端部材４は、断面が矩形の長尺状の部材であり、高い強度を有する樹脂から構成されている。先端部材４の内部には、先端部材４の長手方向に沿う方向に吸引流路１０ａが形成されており、この吸引流路１０ａは先端部材４の一端に開口する吸着部５に連通している。
先端部材４を構成する材質は、高度の耐熱性及び耐薬品性を備えた合成樹脂材の使用が望ましく、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）等の使用が可能である。あるいはアルミニウム等の金属を採用してもよい。

支持部３は、図１の紙面方向に厚さを有する矩形のブロックであり、可撓性を有する材料によって形成されている。支持部３を構成する材料としては、天然ゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムなどの合成ゴムが好ましい。
支持部３の内部には、先端部材４の吸引流路１０ａと連通する吸引流路１０ｂが形成されている。該吸引流路１０ｂは、本体の内部に形成された吸引流路１０ｃと連通しており、これら吸引流路１０ａ〜１０ｃは、吸着部５から真空引き用ホース６に通ずる流路を形成している。

３本の先端部材４は、支持部３の端面３ａに、真空ピンセット１Ａの前方に延在するように取り付けられている。また、３本の先端部材４同士の間隔は、支持部３側の間隔に対して、吸着部５側の間隔が広くなるように、扇状に、かつ、３本の先端部材４の全体が同一面上に配されるように取り付けられている。

３本の先端部材４は、支持部３に突き刺されるように挿入されることによって、支持部３に取り付けられている。具体的には、先端部材４の矩形状の断面寸法より、やや小なる断面寸法の有底穴を支持部の端面３ａに形成した上で、先端部材４をこの有底穴に挿入することで取り付けられる。よって、先端部材４は支持部３に対して緊密に装着される。これにより、可撓性を有する材料によって形成されている支持部３を変形させることによって、先端部材４の先端が大きく動くようになる。
吸着部５同士の間隔は、３本の先端部材４の取り付け角度、及び先端部材４の長さを調節することによって適宜変更可能であり、被処理体Ｗの大きさに応じて変更される。

このような構成とすることによって、使用者は、支持部３を変形させることによって、先端部材４の吸着部５側の端部の位置を動かすことができる。例えば、図２（ａ）に示すように、支持部３を湾曲させることによって、３本の先端部材４は、吸着部５の位置が下に凸の反りを有する被処理体Ｗの反りに合うように移動する。
また、図２（ｂ）に示すように、支持部３を湾曲状態から元の状態に戻すことによって、先端部材４の位置が初期状態に戻る、つまり、同一平面上に配された位置に戻る。

次に、本実施形態の真空ピンセット１Ａの使用方法について説明する。
まず、使用者は、ボタン９を押すことによって、真空ピンセット１Ａの真空引きを行う。次に、図２（ａ）に示すように、支持部３を変形させることによって、先端部材４の先端の位置を被処理体Ｗの反りに合わせる。支持部３の変形は、使用者の手を用いて行う。
この状態で、被処理体Ｗに接するように真空ピンセット１Ａの先端部材４の先端を近づけて、被処理体Ｗを吸着させる。なお、通常状態（ボタン９を押さない状態）において真空引きを行い、ボタン９を押すことによって真空引きを解除する構成としてもよい。

真空吸着後、真空引きの状態を維持しながら、図２（ｂ）に示すように、支持部３の変形を解除する。支持部３の変形が元に戻ると、３本の先端部材４も同一平面上になるように形状が戻る。これにより、被処理体Ｗは、吸着部５によって変形され、反りが平坦に矯正される。
なお、３本の先端部材４のうち、中央の先端部材４に吸着部５を設けない構成を採用することもできる。この場合、被処理体Ｗの吸着は両側の吸着部５によって行われ、反りの矯正は、両側の吸着部５と中央の１本の先端部材４を用いて行われる。

なお、本実施形態の先端部材４は、３本で構成されているが、これに限ることはなく、図７に示す真空ピンセット１Ｄのように、４本以上の先端部材４Ｄを備える構成としてもよい。また、本実施形態の先端部材４は、先端部材４同士が扇状となるような配置としたが、図８に示す真空ピンセット１Ｅのように、先端部材４Ｅが互いに平行になるように、支持部３Ｅに接続されるような構成としてもよい。

＜第二実施形態＞
次に、本発明に係る第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態に係る真空ピンセット１Ｂを示す図である。なお、ここでは第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

本実施形態の先端部材は、一対の駆動手段４１Ｂ、該駆動手段４１Ｂによって回転する一対の回転軸部４２Ｂ、該回転軸部４２Ｂの回転により回動する一対の水平部４３Ｂ、及び該水平部４３Ｂの回動を制限するストッパー４４Ｂとから構成されている。
本実施形態の真空ピンセット１Ｂは、２つの長尺状の水平部４３Ｂを一直線上に配置し、これら２つの水平部４３Ｂが「く」の字を描くように水平部４３Ｂを回動させることによって、吸着部５を有する一対の水平部４３Ｂの形状を、反りを有する被処理体Ｗに形状を合わせることを特徴としている。

各々の水平部４３Ｂは、平面視が矩形の板形状をなしており、２つの水平部４３Ｂがその長手方向一直線上になるように配置されている。吸着部５は、水平部４３Ｂの一面４３Ｂａ（図４（ａ）参照）上であって、各々の水平部４３Ｂの端部に設けられている。２つの水平部４３Ｂを一直線上に配置する際は、各々の吸着部５が両端側に位置するように配置される。つまり、吸着部５は、一直線上に配置された一対の水平部４３Ｂの両端に配置される。
また、一対の水平部４３Ｂは、吸着部５が設けられている一面４３Ｂａが同一平面上に配されるように配置されている。

回転軸部４２Ｂは、水平部４３Ｂの平面視における短手方向に沿うように（水平部４３Ｂの長手方向に直角に）、水平部４３Ｂ同士の隣接部に近接する軸Ｂを中心に、水平部４３Ｂを回転させるように水平部４３Ｂの側面に接続されている。

駆動手段４１Ｂは、前記回転軸部４２Ｂを回転させるように、回転軸部４２Ｂと本体２との間に配置されている。
また、２つの水平部４３Ｂのうちの一方の水平部４３Ｂには、板状のストッパー４４Ｂが設けられている。ストッパー４４Ｂは、水平部４３Ｂの他面４３Ｂｂ（吸着部５の形成されていない面）に貼り付けられている。このストッパー４４Ｂは、２つの水平部４３Ｂが同一平面状になった際に、他方の水平部４３Ｂに当接するように設けられており、水平部４３Ｂの過回転を防止するような機能を有している。
また、吸着部５と真空引き用ホース６とを接続する吸引流路は、例えば、回転軸部４２Ｂや、駆動手段４１Ｂの内部に形成してもよいし、被処理体Ｗと吸着面との間に干渉しないように、外側に設けてもよい。

次に、本実施形態の真空ピンセット１Ｂの使用方法について説明する。
まず、使用者は、図示しない制御手段を用いて、一対の水平部４３Ｂの一面４３Ｂａが被処理体Ｗの反りに沿うように、回転軸部４２Ｂを回動させる。
次いで、使用者は、ボタン９を押すことによって、真空ピンセット１Ｂの真空引きを行う。この状態で、被処理体Ｗに接するように真空ピンセット１Ｂの水平部４３Ｂの吸着部５を近づけて、被処理体Ｗを吸着させる。
真空吸着後、真空引きの状態を維持しながら、図４（ｂ）に示すように、２つの水平部４３Ｂを直線状に戻す。このように、２つの水平部４３Ｂが同一平面状に配されることによって、被処理体Ｗの反りは平坦になるように矯正される。

＜第三実施形態＞
次に、本発明に係る第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係る真空ピンセット１Ｃを示す図である。なお、ここでは第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
第三実施形態に係る真空ピンセット１Ｃは、本体２Ｃの一端に接続された支持部３Ｃの両側に先端部材４Ｃが接続されており、該先端部材４Ｃが支持部３Ｃに対して可動であることを特徴としている。

真空ピンセット１Ｃを構成する支持部３Ｃ及び２つの先端部材４Ｃは、平面視矩形の板状部材である。他の実施形態と同様に、先端部材４Ｃには、吸着部５が形成されており、該吸着部５は先端部材４Ｃの内部に形成された第一吸引流路１０Ｃａに連通している。
２つの先端部材４Ｃは、支持部３Ｃの両側に配置されている。支持部３Ｃと先端部材４Ｃとは、円筒形構造の蛇腹形状を有する蛇腹状接続部材１５によって連結されている。該蛇腹状接続部材１５は、支持部３Ｃの内部に形成された第二吸引流路１０Ｃｂと前記第一吸引流路１０Ｃａとを接続する流路としても機能する。

蛇腹状接続部材１５は円筒形構造であり、その両端の位置関係を伸縮方向に変化させるように形状を変化させることができるとともに、両端の角度も変化させるように形状を変化させることができる。また、蛇腹状接続部材１５は形状を変化させた際、その形状を維持できるように、形状保持性の樹脂から形成されている。よって、支持部３Ｃと先端部材４Ｃとがなす角度は、通常状態（被処理体を吸着していない状態）において、任意に変更させることができる。

また、支持部３Ｃの側面、及び先端部材４Ｃの側面のうち、吸引流路が開口する端面３２Ｃ、４２Ｃ（図６（ａ）参照）は、吸着部５が形成される平面４１Ｃ及び該平面４１Ｃに隣接する支持部３Ｃの平面３１Ｃに対して直角に形成されている。

次に、本実施形態の真空ピンセット１Ｃの使用方法について説明する。
まず、使用者は、ボタン９を押すことによって、真空ピンセット１Ｃの真空引きを行う。
次に、支持部３Ｃに対する先端部材４Ｃの角度を変えることによって、図６（ａ）に示すように、２つの先端部材４Ｃの平面４１Ｃと支持部３Ｃの平面３１Ｃがなす形状を、反りを有する被処理体Ｗの形状に合わせる。

この状態で、被処理体Ｗに接するように真空ピンセット１Ｃを近づけた後、真空引きを行う。真空引きを行うことによって、吸着部５が被処理体Ｗに吸着するとともに、蛇腹状接続部材１５内の圧力が減少し、蛇腹状接続部材１５が収縮する。蛇腹状接続部材１５が収縮することにより、図６（ｂ）に示すように、支持部３Ｃの端面３２Ｃと、先端部材４Ｃの端面４２Ｃとが当接し、支持部３Ｃの平面３１Ｃと先端部材４Ｃの平面４１Ｃが同一面上に配置されるようになる。つまり、平面３１Ｃと先端部材４Ｃの平面４１Ｃとで、一つの平面をなすようになる。これによって、被処理体Ｗの反りを平坦に矯正することができる。

本実施形態の真空ピンセット１Ｃは、被処理体Ｗの吸着と同時に被処理体Ｗを平らに矯正することが可能であるため、より速く被処理体Ｗの吸着、矯正が可能となる。

なお、上述した説明においては、真空ピンセット１Ａ〜１Ｅを反りのある被処理体Ｗに吸着させる例を示したが、これに限ることはなく、真空ピンセット１Ａ〜１Ｅを反りのない被処理体Ｗに対して用いて被処理体Ｗを吸着させてもよい。

１Ａ〜１Ｅ…真空ピンセット、２…本体、３…支持部、４…先端部材、５…吸着部、６…真空引き用ホース、９…ボタン、１０…吸引流路、１５…蛇腹状接続部材、４１Ｂ…駆動手段、４２Ｂ…回転軸部、４３Ｂ…水平部、４４Ｂ…ストッパー。

Claims (6)

1. 本体と、
   前記本体の端部に設けられた支持部と、
   一端が前記支持部に接続され、他端に吸着部を備えた複数の先端部材と、を少なくとも備え、
   前記先端部材と前記支持部と前記本体部の内部に吸引流路が設けられた、反りを有する平板状の被処理体用の真空ピンセットであって、
   前記複数の先端部材は、前記反りの形状に合わせるように、及び、前記反りを矯正するように、支持部に対して可動であることを特徴とする真空ピンセット。
2. 前記複数の先端部材は長尺状であり、互いに平行になるように、前記支持部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ピンセット。
3. 前記複数の先端部材は長尺状であり、前記支持部に接続された一端における先端部材同士の間隔よりも他端における先端部材同士の間隔が大きくなるような扇状をなすように、前記支持部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ピンセット。
4. 前記複数の先端部材は、
   一端が前記支持部に接続され、前記本体の長手方向に沿う２つの棒形状をなす２本の回転軸部と、
   該回転軸部の他端より、互いに離間する方向に延在された水平部とからなり、
   前記先端部材は、前記回転軸部を中心に回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ピンセット。
5. 前記支持部及び前記先端部材は、少なくとも一面が平面をなす形状とされているとともに、前記吸着部は、前記先端部材の平面部に形成されており、
   前記先端部材は、前記支持部の両側に延在するように、前記吸引流路の一部として機能する蛇腹状接続部材を介して接続されており、
   真空吸引され、前記蛇腹状接続部材の内部圧力が減少することによって、前記蛇腹状接続部材が収縮し、
   前記支持部の平面と直角をなす支持部の端面と、前記先端部材の平面と直角をなす先端部材の端面とが当接し、前記先端部材の平面部と、前記支持部の平面部とが、同一平面上に配されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ピンセット。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空ピンセットを用いた真空吸着方法であって、
   前記支持部に力を加えることによって、前記吸着部の位置を被処理体の形状に合わせる工程と、
   前記吸着部により被処理体を吸着させる工程と、
   前記屈曲部から力を抜いて、被処理体を平らにする工程と、を有することを特徴とする真空吸着方法。

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