JP2012076213A - ワーク保持ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】スループットと操作性とを向上させながら、加工処理対象のワークを保持させるためのワーク保持ヘッドを提供する。
【解決手段】ワーク保持ヘッド１０は、ワーク保持部１１及びアーム取付部１２から構成されている。ワーク保持部１１は、ワークを吸着させる多孔体部１１１を備えている。この多孔体部１１１は、バッファ部１１２、接続口１１３を介して、内部空間部１２１に接続される。この内部空間部１２１には、球状体１３１、封止弁１４４が設けられている。加工対象のワークを吸着させる場合には、開口部１３４からバキュームすることにより、球状体１３１がシール部材１５３から離れて、ワーク保持ヘッド１０の内部空間を減圧状態にする。バキュームを停止した場合には、球状体１３１がシール部材１５３に密着して減圧状態を保持する。ワークを取り外す場合には、封止弁１４４を開放することにより、内部空間を大気圧にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工対象のワークを保持するためのワーク保持ヘッドに関する。

半導体ウェハ等を製造したり、半導体ウェハを所定の厚さに削ったりする場合には、研磨装置が用いられる。この装置においては、ダイヤモンド砥石による粗研削、仕上げ研削、鏡面研磨等が行なわれる。最近では、拡径化する半導体ウェハにおいて極薄化が望まれるとともに、生産性の観点から、複数枚のワークを挟圧させて同時に研磨する場合もある。この場合、加工前後の定盤への着脱時や研削研磨の処理中にウェハを破壊してしまうこともある。更に、研削研磨処理中には、ウェハに大きな力が印加されるため、反りが生じることもある。このため、加工後の平坦精度にバラツキが発生する場合もある。

そこで、研削研磨処理時には、半導体ウェハを加工ヘッドに固定して処理を行なう場合もある。このような加工ヘッドに半導体ウェハを固定する場合、保護粘着テープ等が利用されている場合もある（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載された技術においては、温水溶解性粘着剤を用いる。

特開２００７−２０７７９２号公報（第１頁、図２）

しかし、特許文献に記載されているような粘着テープを用いた場合、取り外しに手間がかかるため、スループットを高くすることができない。更に、特殊な粘着剤を用いる必要があり、コスト的にも負担がかかっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スループットと操作性とを向上させながら、加工処理対象のワークを保持させるためのワーク保持ヘッドを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、加工対象のワークを保持するためのワーク保持ヘッドであって、表面加工装置に脱着可能な装置接続部と、ワークを吸着して固定するワーク保持部と、ワークを吸着力させるために前記ワーク保持部の内部を減圧状態にする配管部と、前記配管部において減圧状態を維持するための減圧封止弁と、前記ワーク保持部の内部の減圧状態を常圧状態に戻す開放機構部とを設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のワーク保持ヘッドにおいて、前記ワーク保持部と配管部との間に、減圧状態を維持するバッファ部を設けたことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のワーク保持ヘッドにおいて、前記ワーク保持部を多孔質材料、多細孔を備えた部材、又は溝部を備えた部材により構成したことを要旨とする。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、バキュームチャックにより、ワークをワーク保持ヘッ
ドに固定して、加工処理を行なうことができる。従って、ワークの取扱時の損壊等を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ワーク保持ヘッドの搬送時等において、バキュームが困難な状態においても、比較的長い時間、ワーク保持ヘッドの内部の減圧状態を維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、多孔質材料、多細孔を備えた部材、又は溝部を備えた部材により、ワークのバキュームチャックを行なうことができる。

本発明によれば、スループットと操作性とを向上させながら、加工処理対象のワークを保持させるためのワーク保持ヘッドを提供することができる。

本発明のワーク保持ヘッドの平面の説明図。 本発明のワーク保持ヘッドの断面の説明図であって、（ａ）は全体、（ｂ）は封止機構部の密閉状態、（ｃ）は封止機構部の開放状態の説明図。 本発明のワーク保持ヘッドの使用方法の説明図であって、（ａ）はワークのバキュームチャック時、（ｂ）はワークの保持時、（ｃ）はワークの取り外し時の各状態の説明図。

以下、図１〜図３を用いて、本発明のワーク保持ヘッドについて説明する。本実施形態では、ワーク保持ヘッド１０に、半導体ウェハ（ワーク）を吸着させて、複数の加工処理（切削、研磨）を行なう場合を想定する。この場合、ワークをワーク保持ヘッド１０に吸着させた状態を維持しながら、各加工処理、加工処理間の搬送を行なう。

（ワーク保持ヘッドの構造）
図１は、ワーク保持ヘッド１０の平面図、図２（ａ）はワーク保持ヘッド１０の中央断面図である。ここで、図１は、ワークを吸着面の反対側から見た図面である。

図２（ａ）に示すように、ワーク保持ヘッド１０は、ワーク保持部１１及びアーム取付部１２の二つの円盤状の金属製ブロックから構成されており、両者はネジ留めにより一体化される。

ワーク保持部１１は、ワークを吸着させるためのブロックである。一方、アーム取付部１２は、装置側に取り付けるためのブロックである。更に、このアーム取付部１２には、ワーク保持ヘッド１０内の圧力を調整したり、洗浄液を流したりするための配管が設けられている。ワーク保持部１１には、シール部材１５１を介してアーム取付部１２に接続される。本実施形態においてシール部材としてはＯリングを用いる。

ワーク保持部１１は、多孔体部１１１、バッファ部１１２、接続口１１３を備えている。
多孔体部１１１は、ワークをバキュームチャックする部材であり、本実施形態では、多くの貫通孔を有する多孔質材料により構成されている。

バッファ部１１２は、減圧状態を保持するためのバッファ空間であり、多孔体部１１１の裏面に配置されている。
接続口１１３は、バッファ部１１２をアーム取付部１２の内部空間部１２１に接続され
るための開口部である。この内部空間部１２１の周囲は、シール部材１５１により囲まれている。

アーム取付部１２には、２箇所の貫通孔が形成されており、それぞれに吸着機構部１３、開放機構部１４が、ネジ留めにより取り付けられている。そして、吸着機構部１３は、シール部材１５２によりシールドされてアーム取付部１２の内部空間部１２１に接続されている。又、開放機構部１４は、シール部材１５４によりシールドされてアーム取付部１２の内部空間部１２１に接続される。

吸着機構部１３は、ワーク保持部１１の表面に載置されたワークを吸着するために、ワーク保持ヘッド１０内の空間を、外側からバキュームするための機構部である。
この吸着機構部１３は、内部空間部１２１に接続されている貫通孔が設けられており、この貫通孔内に、減圧封止弁としての球状体１３１を備えている。この球状体１３１は、固定具１３３に固定されたバネ部材１３２（コイルばね）により、内部空間部１２１側に配置されたシール部材１５３に押し付けられている。この球状体１３１とシール部材１５３との密着により、開口部１３４と内部空間部１２１とが分離される。

開放機構部１４は、ワーク保持部１１の表面に載置されたワークを取り外すための機能を有する。この開放機構部１４は、ワーク保持ヘッド１０内の空間の圧力を戻すために、ワーク保持ヘッド１０内を外部に開放する。また、開放機構部１４は、ワーク保持ヘッド１０内の配管や内部空間を開放することにより、外部から、これらに洗浄液を導入することも可能である。

この開放機構部１４には、外部に繋がる配管部１２２に連通している配管部１４５に接続された封止機構部１４０が設けられている。この封止機構部１４０は、図２（ｂ）に示すように、軸部１４１を中心軸として回動可能になっている。そして、封止機構部１４０の一端にはバネ部材１４３（コイルばね）が接続されており、他端には、接続部１４２を介して封止弁１４４が接続されている。通常は、バネ部材１４３により、封止機構部１４０の一端が押し上げられている。このため、封止弁１４４は、シール部材１５５に押し付けられている。この封止弁１４４とシール部材１５５との密着により、内部空間部１２１と配管部１４５とが分離される。

一方、図２（ｃ）に示すように、封止機構部１４０のバネ部材１４３が押下された場合、軸部１４１を中心軸として、封止機構部１４０が回動して封止弁１４４を引き上げ、シール部材１５５から離れる。この場合には、内部空間部１２１と配管部１４５とが連通される。

更に、図１に示すように、ワーク保持ヘッド１０には、装置接続部２０が設けられている。本実施形態では、この装置接続部２０は、凹凸が切り込みにより構成する。そして、ワーク保持ヘッド１０の取り付け先である表面加工装置側のハンドリングアームには、この装置接続部２０に対応する形状の接続部を設けておく。これにより、ワーク保持ヘッド１０が、ハンドリングアームに対して脱着可能にしてある。そして、加工対象のワークは、ワーク保持ヘッド１０と一体となり、表面加工装置のハンドリングアームに取り付けられて、各種加工処理が行なわれる。

（ワーク保持ヘッドの使用方法）
次に、図３を用いて、ワーク保持ヘッド１０の使用方法を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、ワークＷを多孔体部１１１に密着させる。そして、開口部１３４に接続された配管からバキュームする。この場合、開口部１３４内が減圧されることにより、球状体１３１は開口部１３４側に吸引されて、シール部材１５３から離脱
する。このときには、封止弁１４４はバネ部材１４３の押力によりシール部材１５５に密着しているため、閉空間となっている開口部１３４、内部空間部１２１、接続口１１３、バッファ部１１２、多孔体部１１１の各領域が減圧される。

そして、十分に減圧できた場合には、開口部１３４からのバキュームを停止する。この場合、図３（ｂ）に示すように、球状体１３１は、ワーク保持ヘッド１０の内部空間の減圧吸引力及びバネ部材１３２の押力によってシール部材１５３に密着する。これにより、ワークＷ、球状体１３１、封止弁１４４により、外気から遮断された空間（１２１、１１３、１１２、１１１）は減圧状態を維持する。この結果、ワークＷは多孔体部１１１に吸引されて固定されるので（バキュームチャック）、ワーク保持ヘッド１０と一体で取り扱うことができる。このワーク保持ヘッド１０は、表面加工装置のハンドリングアームに取り付けられて、各種加工処理が行なうことができる。

加工処理を終了し、ワークＷをワーク保持ヘッド１０から取り外す場合には、図３（ｃ）に示すように、封止機構部１４０のバネ部材１４３側の端部を外側から押下する。この場合、封止弁１４４が引き上げられ、シール部材１５５から引き離される。この場合、外気が、配管部（１２２、１４５）を介して、内部空間部１２１、接続口１１３、バッファ部１１２、多孔体部１１１に流れ込み、ワーク保持部１１とアーム取付部１２の内部空間が常圧状態（大気圧）となる。これにより、ワーク保持ヘッド１０の多孔体部１１１から、ワークＷを取り外すことができる。

なお、ワーク保持ヘッド１０の内部を洗浄する場合にも、図３（ｃ）と同様に、封止機構部１４０のバネ部材１４３側の端部を外側から押下する。そして、配管部１２２から洗浄液を導入する。この洗浄液は、配管部（１２２、１４５）を介して、内部空間部１２１、接続口１１３、バッファ部１１２に流れ込み、多孔体部１１１から排出される。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） 本実施形態では、ワーク保持ヘッド１０は、球状体１３１を備えている。そして、ワークＷを多孔体部１１１に密着させて、開口部１３４からバキュームした場合、球状体１３１が吸引されるため、シール部材１５３から離脱する。そして、開口部１３４、内部空間部１２１、接続口１１３、バッファ部１１２、多孔体部１１１の各領域が減圧される。開口部１３４からのバキュームを停止した場合、球状体１３１はシール部材１５３に密着し、外気から遮断された空間（１２１、１１３、１１２、１１１）は減圧状態を維持する。これにより、ワークＷは多孔体部１１１に吸引されて固定される。従って、ワークの薄膜化を行なった場合にも、反り等を抑制することができる。更に、複数の加工処理を行なう場合にも、ワークＷをワーク保持ヘッド１０と一体として取り扱うことができるので、ワークＷの損壊等を抑制することができる。

（２） 本実施形態では、ワーク保持ヘッド１０は、開放機構部１４を備えている。この開放機構部１４は、封止弁１４４に接続された封止機構部１４０を備えている。この封止機構部１４０のバネ部材１４３側の端部を外側から押下することにより、封止弁１４４がシール部材１５５から引き離される。そして、ワーク保持ヘッド１０の内部空間が常圧状態に戻るので、ワークＷをワーク保持ヘッド１０から簡単に取り外すことができ、スルーブットや操作性を向上させることができる。また、バキュームチャックを用いるため、粘着剤等によるワークＷの汚染を抑制することができる。
更に、封止弁１４４を開放し、配管部１２２から洗浄液を導入することにより、ワーク保持ヘッド１０の内部空間を洗浄することができる。

（３） 本実施形態では、アーム取付部１２には、吸着機構部１３、開放機構部１４が、ネジ留めにより取り付けられている。これにより、可動部が含まれる吸着機構部１３、
開放機構部１４に不都合が生じた場合には、取り外して修理又は交換を行なうことができる。

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 上記実施形態においては、多孔体部１１１は多孔質材料により構成したが、多孔体部１１１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、バッファ部１１２に接続された複数の多細孔や溝部を設けた金属ブロックやセラミック体等のいずれかを用いたり、複数の部材を併用したりすることも可能である。

・ 上記実施形態においては、開放機構部１４においては、封止弁１４４をシール部材１５５に押し付けることにより、内部空間を密閉して減圧状態を保持する。そして、封止機構部１４０の一端を押し下げることにより内部空間を開放できるようにした。ワーク保持ヘッド１０の内部空間の減圧状態の保持方法は、これに限定されるものではない。例えば、配管部１２２にボールバルブを設けておき、このボールバルブ等により封止するようにしてもよい。この場合には、ボールバルブを回転させることにより、内部空間を開放する。

・ 上記実施形態においては、アーム取付部１２の外平面に、吸着機構部１３、開放機構部１４を取り付けた。吸着機構部１３、開放機構部１４の取付位置は、外平面に限定されるものではない。例えば、ワーク保持ヘッド１０の側面に設けてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（ａ）減圧封止弁は、外側からバネ部材により球状体をシール部材に押し付けた構造を有することを特徴とするワーク保持ヘッド。

従って、この（ａ）に記載の発明によれば、外側からバキュームすることにより、球状体がシール部材から離れて、ワーク保持ヘッドの内部空間を減圧状態にすることができる。また、バキュームを停止した場合には、球状体がシール部材１５３に密着して減圧状態を保持することができる。

（ｂ）開放機構部は、回動可能な封止機構部を備え、一端にはバネ部材が接続されており、他端には封止弁が接続された構造を有することを特徴とするワーク保持ヘッド。
従って、この（ｂ）に記載の発明によれば、一端を押下することにより、封止機構部を回動させて、封止弁を操作することができる。

１０…ワーク保持ヘッド、１１…ワーク保持部、１１１…多孔体部、１１２…バッファ部、１１３…接続口、１２…アーム取付部、１２２，１４５…配管部、１３…吸着機構部、１４…開放機構部、２０…装置接続部、Ｗ…ワーク。

Claims (3)

1. 加工対象のワークを保持するためのワーク保持ヘッドであって、
   表面加工装置に脱着可能な装置接続部と、
   ワークを吸着して固定するワーク保持部と、
   ワークを吸着力させるために前記ワーク保持部の内部を減圧状態にする配管部と、
   前記配管部において減圧状態を維持するための減圧封止弁と、
   前記ワーク保持部の内部の減圧状態を常圧状態に戻す開放機構部と
   を設けたことを特徴とするワーク保持ヘッド。
2. 前記ワーク保持部と配管部との間に、減圧状態を維持するバッファ部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のワーク保持ヘッド。
3. 前記ワーク保持部を多孔質材料、多細孔を備えた部材、又は溝部を備えた部材により構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク保持ヘッド。

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