JP5334117B2 - ウエーハ分離搬送方法及び分離搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、多数積み重ねられた半導体等のウエーハを１枚ずつ分離して搬送する方法及び装置に関する。

一般に、半導体ウエーハは、シリコンインゴットをワイヤソー装置によりスライスして製造される。ワイヤソー装置は、多数のワイヤ列をシリコンインゴットに押し当ててシリコンインゴットを一度に数百枚のウエーハにスライスし、スライスされたウエーハは、当て板剥離後、上下に積み重ねられた状態で洗浄工程へ送られる。

洗浄工程へ送られたウエーハは、粗洗浄され、積み重ねられた状態から１枚１枚分離され、１枚ずつ仕上げ洗浄されたのちに乾燥工程へ送られる。ところで、積み重ねられた状態のウエーハ（以下、「積層ウエーハ」という。）は、互いに密着しており、しかもウエーハは薄く破損しやすい。したがって、人手により密着したウエーハを破損することなく１枚ずつ分離する作業は熟練を要する大変困難な作業であり、生産性が低いため、従来種々のウエーハ分離装置が提案されてきた。

例えば、特許文献１は、積層ウエーハの一番上のウエーハの周縁部を吸着パッドにより局所的に微小量だけ撓ませ、一番上のウエーハとその下のウエーハとの間に形成された間隙に向けて圧縮空気を噴射することによりウエーハを１枚ずつ分離する分離装置を開示している。

また、特許文献２は、積層ウエーハの一番上のウエーハに対し高速の水流を噴射して、一番上のウエーハを水平方向に移動させて分離し、分離したウエーハを水流に乗せて搬送する装置を開示している。

ところが、特許文献１の装置の場合、吸着パッドを上下動させるアクチュエータ、吸着パッドの負圧発生手段、圧縮空気噴射手段を要し、それらを適切なタイミングで動作させるよう制御する必要があり、装置が複雑、高価であるという問題があった。

また、両文献記載の技術のように、ウエーハを分離させるために流体を用いた場合、ウエーハに作用せさる力を正確に一定とするのは難しく、ウエーハ間の密着力のばらつき等の要因と相まって分離動作を行なうためのサイクルタイムが安定せず、所定の時間内にウエーハの分離動作を確実に終了させることが困難となり、タクトタイムが長くなってしまうという問題があった。

特開平６−３２１３７１号公報 特許第３１５０８８８号公報

そこで、本発明の解決課題は、構造が簡単で、かつウエーハの分離搬送に要するサイクルタイムの安定化、短縮化を図ることのできるウエーハ分離搬送方法及びその装置を提供し、ウエーハの生産性の向上を図ることである。

上記課題のもとに、本発明は、水槽内にウエーハが多数積み重ねられてなる積層ウエーハを一枚ずつ分離して水中から搬送するウエーハ分離搬送方法及び分離搬送装置を以下のように構成した。

すなわち、請求項１の発明は、水槽内にウエーハが多数積み重ねられてなる積層ウエーハを送り出し側が高くなるよう水面に対し傾斜させて支持し、該積層ウエーハを上昇させて積層ウエーハの一番上にあるウエーハを所定の高さに保持し、積層ウエーハの一番上にあるウエーハに送り出し方向に回転する切出ローラを接触させて一番上にあるウエーハを送り出し方向へスライドさせ、切出ローラの回転によりスライドさせたウエーハを送り出し方向に回転する送りローラにより送り出し方向へ送り出すとともに、送りローラと所定の間隔を置いて対向する送り出し方向に回転不能な阻止ローラにより一番上にあるウエーハよりも下にあるウエーハの送り出しを阻止して一番上にあるウエーハとそれよりも下にあるウエーハとを分離させつつ搬送し、前記分離搬送過程で、送りローラ及び阻止ローラを支持し切出ローラの回転中心を支点として送りローラ及び阻止ローラと一体的に回動する可動フレームと、可動フレームに回転自在に取り付けられ積層ウエーハに接する倣いローラとにより、積層ウエーハの傾斜とウエーハの送り出し方向とを一致させている。

請求項２の発明は、本発明のウエーハ分離搬送装置を、積層ウエーハを積層ウエーハの送り出し側が高くなるよう水面に対し傾斜させて支持し、かつ積層ウエーハを上昇させて積層ウエーハの一番上にあるウエーハを所定の高さに保持するストッカと、送り出し方向に回転し、積層ウエーハの一番上にあるウエーハに接してウエーハを送り出し方向へスライドさせる切出ローラと、送り出し方向に回転し、切出ローラの回転によりスライドさせたウエーハを送り出し方向へ送り出す送りローラと、送りローラと所定の間隔を置いて対向し、一番上にあるウエーハより下にあるウエーハの送り出しを阻止し、一番上にあるウエーハとそれより下にあるウエーハとを分離する送り出し方向に回転不能な阻止ローラと、送りローラ及び阻止ローラを支持し、切出ローラの回転中心を支点として送りローラ及び阻止ローラと一体的に回動する可動フレームと、可動フレームに回転自在に取り付けられ、積層ウエーハに接して積層ウエーハの傾斜とウエーハの送り出し方向とを一致させる倣いローラと、倣いローラと積層ウエーハの接触状態を維持する付勢手段と、から構成している。

請求項３の発明は、阻止ローラがウエーハと接触していない時には、前記阻止ローラを送り出し方向と逆方向に回転させている。

請求項４の発明は、前記切出ローラを柔軟な多孔質材料、例えばスポンジで形成している。

請求項５の発明は、前記水槽にウエーハの分離を促進する超音波振動子を備えている。

本発明のウエーハ分離搬送方法及び分離搬送装置によれば、対向する送りローラ及び阻止ローラによりウエーハを分離しつつ搬送するので、連続的かつ高速に積層ウエーハを１枚のウエーハに分離することができ、ウエーハの分離搬送に要するサイクルタイムの短縮化及び安定化を図ることができる（請求項１，２）。

送りローラ及び阻止ローラを支持する可動フレームは、切出ローラの回転中心を支点として送りローラ及び阻止ローラと一体的に回動するように構成され、前記可動フレームには積層ウエーハの傾斜とウエーハの送り出し方向とを一致させるための倣いローラが設けられているから、積層ウエーハの一番上にあるウエーハを安定して対向する送りローラと阻止ローラとの間にスライドさせることができる（請求項１，２）。

また、前記可動フレームを、倣いローラと積層ウエーハとの接触状態が維持されるように付勢しているから、切出ローラ及び倣いローラの積層ウエーハに対する密着性が向上し、切出ローラにより安定して積層ウエーハの一番上にあるウエーハを送り出し方向へスライドさせることができる。また、ストッカによる積層ウエーハの上昇に応じて倣いローラは上方向に逃げることができるので、ローラに積層ウエーハが強く押し付けられて破損するのを防止できるとともに、ストッカの上昇スピードの微妙な制御が不要となる。また、異なる厚さのウエーハの分離搬送に対応しやすい（請求項２）。

さらに、支点にある切出ローラは上下に動かないので、切出ローラと積層ウエーハとの間に生じる摩擦力はストッカが積層ウエーハを切出ローラに押し付ける力と、切出ローラの材質（硬度）とにより決まり、安定した摩擦力を得やすい（請求項１，２）。

特許文献１のウエーハ分離装置では、分離したウエーハを一旦水槽内で貯留した後、貯留した分離済ウエーハを水槽内から改めて取り出す必要があったのに対し、本発明は、ウエーハを水面に対し斜め上方に送り出すことにより、直接水中から大気中へウエーハを１枚送り出すことができるため、分離したウエーハを直ちに次工程に送ることができる（請求項１，２）。

前記阻止ローラは、ウエーハと接触時（ウエーハ分離時）には停止し、ウエーハと非接触時には送り出し方向と逆方向に回転しているので、ウエーハと阻止ローラとが常に同じ部位で接触するのを回避でき、阻止ローラの偏摩耗を防止できる（請求項３）。

前記切出ローラを柔軟な多孔質材料例えばスポンジで形成すれば、切出ローラと積層ウエーハとがより密着し、積層ウエーハを安定してスライドさせることができるとともに、ウエーハに過大な負荷を与えないのでウエーハの破損を防止できる（請求項４）。

水槽内にウエーハの分離を促進する超音波振動子を設けることで、よりウエーハを一枚ずつ分離しやすい（請求項５）。

本発明のウエーハ分離搬送装置の概略的な側面図である。 本発明のウエーハ分離搬送装置の概略的な側面図である。

図１は、本発明のウエーハ分離搬送方法を実施する装置の一実施例を示している。図１に示すウエーハ分離搬送装置１００は、主要な構成要素として、洗浄液が満たされた水槽１１と、水槽１１内で積層ウエーハ２を水面１２に対し傾斜させて支持するストッカ３と、積層ウエーハ２から一枚ずつウエーハ１を分離して水中から取り出す分離ユニット２０とを備えている。なお、図示の都合上、図１ではウエーハ１の厚さを誇張して描いているが、実際にはウエーハはごく薄いものである。

水槽１１内において、積層ウエーハ２はストッカ３の底板３ａ上に載置されている。底板３ａは、積層ウエーハ２の送り出し側が高くなるように、水面１２に対し傾斜している。底板３ａは、図示しないサーボモータにより上昇し、積層ウエーハ２を所定量ずつ上昇させて積層ウエーハ２の一番上にあるウエーハ１を所定の高さに保持する機能を有している。なお、所定の高さとは、ウエーハ１と後述する切出ローラ４とが接触する高さをいう。

分離ユニット２０は、積層ウエーハ２の上方の水面付近に設置されており、切出ローラ４と、送りローラ５，１３と、阻止ローラ６と、倣いローラ８と、可動フレーム７とを備えている。

切出ローラ４は、水槽１１を支持する図示しないフレームに回転可能に支持されており、図示しないモーターにより送り出し方向Ｓに対し順方向（以下、単に「順方向」という。）に回転し、積層ウエーハ２の上昇にともなって積層ウエーハ２の一番上にあるウエーハ１に接し、一番上のウエーハ１を送り出し方向へスライドさせる機能（切出し（取り出し）機能）を有している。切出ローラ４は、柔軟な多孔質材料例えばスポンジで製作されており、ウエーハ１との接触時にウエーハ１に負荷をかけないとともに、接触時に接触部が多少つぶれてウエーハ１に密着し、より大きな接触面積を得ることにより、十分な摩擦力を発生させることができるようになっている。なお、切出ローラ４は、切出ローラ４とウエーハ１との間に生じる摩擦力がその下のウエーハ間に生じる摩擦力よりも大きくなるように設計されている。

送りローラ５，１３、阻止ローラ６及び倣いローラ８は、可動フレーム７に回転自在に支持されている。可動フレーム７は、図示しないフレームに切出ローラ４の回転中心を支点Ｐとして回動自在に支持されており、切出ローラ４以外のローラと、可動フレーム７は支点Ｐを回転中心として一体的に回動するようになっている。

送りローラ５，１３は、図示しないモータにより順方向に回転し、ウエーハ１を分離ユニット２０から送り出す機能を有している。

一方、阻止ローラ６は、送りローラ５と所定の間隔を置いて対向している。阻止ローラ６は、図示しないトルクリミッタを介して図示しないモータに接続されており、送り出し方向Ｓに対し逆方向（以下、単に「逆方向」という。）に回転する。阻止ローラ６は、図示しないワンウェイクラッチによって順方向には回転しないようになっており、順方向に回転させるトルクが阻止ローラ６に作用すると阻止ローラ６は停止するとともに、トルクリミッタが作動して阻止ローラ６に対する駆動の伝達が切り離されてモータが保護されるようになっている。なお、阻止ローラ６と送りローラ５と間隔は、ウエーハの厚みに応じて調整できるようになっている。

倣いローラ８は、支点Ｐを挟んで送りローラ５と反対側に配置されている。倣いローラ８は、切出ローラ４のウエーハ１との接点と、送りローラ５のウエーハ１との接点とを結ぶ直線上において積層ウエーハ２と接するように配置されており、積層ウエーハ２の傾斜と送り出し方向Ｓとを一致させる機能を有している。なお、倣いローラ８は、モータ等と接続されておらず、フリー回転する。

また、分離ユニット２０には、倣いローラ８を積層ウエーハ２に押し付けて、倣いローラ８と積層ウエーハ２の接触状態を維持する付勢手段９としての引張ばねが取り付けられており、分離ユニット２０全体が支点Ｐを中心に図面上反時計回り方向に付勢された状態となっている。

なお、水槽１１内には、ウエーハの分離を促進する超音波振動子１０が設置されている。

次に、ウエーハ分離搬送装置１００のウエーハ分離動作について説明する。スタッカ３により上昇する積層ウエーハ２が倣いローラ８を押し上げて切出ローラ４に接触すると、自動的に積層ウエーハ２の傾斜と送り出し方向Ｓとが一致する。

切出ローラ４が積層ウエーハ２の一番上にあるウエーハ１を送り出し方向Ｓへスライドさせると、ウエーハ１又はウエーハ１とその下にある複数のウエーハは送りローラ５と阻止ローラ６との間に形成された隙間に送り込まれる。

送りローラ５及び阻止ローラ６は、（送りローラ５とウエーハ１との間に生じる摩擦力）＞（阻止ローラ６とウエーハ１との間に生じる摩擦力）＞（ウエーハ間に生じる摩擦力）なる関係が成り立つように設計されている。このため、当該隙間にウエーハ１のみが送り込まれた場合、ウエーハ１は送りローラ５の回転により阻止ローラ６の摩擦力に抗して当該隙間を通り抜け、分離ユニット２０から送り出される。

一方、図２に示すとおり、当該隙間にウエーハ１とその下にある複数例えば２枚目のウエーハが送り込まれた場合、送りローラ５に接する一番上のウエーハ１は送りローラ５の回転によりウエーハ間の摩擦力に抗して当該隙間を通り抜け、分離ユニット２０から送り出されるとともに、２枚目のウエーハは阻止ローラ６により当該隙間への進入又は通り抜けを阻止される。このようにして、ウエーハ分離搬送装置１００は、積層ウエーハ２の一番上にあるウエーハ１とそれより下にあるウエーハとを分離し、ウエーハ１を水槽内１１から一枚取り出して搬送する。

なお、阻止ローラ６がウエーハ１又はその下にあるウエーハと接触し、阻止ローラ６に順方向回転のトルクが作用した場合には、ワンウェイクラッチにより阻止ローラ６の順方向回転が規制されるとともに、モータを保護するために前述したトルクリミッタにより阻止ローラ６に対する駆動の伝達が切り離される。換言すると、阻止ローラ６は、ウエーハと接触時（ウエーハ分離時）には停止し、ウエーハと非接触時には逆方向に回転するようになっている。

分離ユニット２０により積層ウエーハ２から分離され、水中から取り出されたウエーハ１は、搬送手段３０により次工程例えば仕上げ洗浄工程へ送られる。

１ ウエーハ
２ 積層ウエーハ
３ ストッカ
４ 切出ローラ
５，１３ 送りローラ
６ 阻止ローラ
７ 可動フレーム
８ 倣いローラ
９ 付勢手段
１０ 超音波振動子
１１ 水槽
１２ 水面
２０ 分離ユニット
３０ 搬送手段
１００ ウエーハ分離搬送装置
Ｐ 支点
Ｓ 送り出し方向

Claims (5)

1. 水槽内にウエーハが多数積み重ねられてなる積層ウエーハを送り出し側が高くなるよう水面に対し傾斜させて支持し、該積層ウエーハを上昇させて積層ウエーハの一番上にあるウエーハを所定の高さに保持し、積層ウエーハの一番上にあるウエーハに送り出し方向に回転する切出ローラを接触させて一番上にあるウエーハを送り出し方向へスライドさせ、切出ローラの回転によりスライドさせたウエーハを送り出し方向に回転する送りローラにより送り出し方向へ送り出すとともに、送りローラと所定の間隔を置いて対向する送り出し方向に回転不能な阻止ローラにより一番上にあるウエーハよりも下にあるウエーハの送り出しを阻止して一番上にあるウエーハとそれより下にあるウエーハとを分離させつつ搬送し、
   前記分離搬送過程で、送りローラ及び阻止ローラを支持し切出ローラの回転中心を支点として送りローラ及び阻止ローラと一体的に回動する可動フレームと、可動フレームに回転自在に取り付けられ積層ウエーハに接する倣いローラとにより、積層ウエーハの傾斜とウエーハの送り出し方向とを一致させていることを特徴とするウエーハ分離搬送方法。
2. 水槽内にウエーハが多数積み重ねられてなる積層ウエーハを一枚ずつ分離して水中から搬送するウエーハ分離搬送装置であって、
   積層ウエーハを積層ウエーハの送り出し側が高くなるよう水面に対し傾斜させて支持し、かつ積層ウエーハを上昇させて積層ウエーハの一番上にあるウエーハを所定の高さに保持するストッカと、
   送り出し方向に回転し、積層ウエーハの一番上にあるウエーハに接してウエーハを送り出し方向へスライドさせる切出ローラと、
   送り出し方向に回転し、切出ローラの回転によりスライドさせたウエーハを送り出し方向へ送り出す送りローラと、
   送りローラと所定の間隔を置いて対向し、一番上にあるウエーハより下にあるウエーハの送り出しを阻止し、一番上にあるウエーハとそれより下にあるウエーハとを分離する送り出し方向に回転不能な阻止ローラと、
   送りローラ及び阻止ローラを支持し、切出ローラの回転中心を支点として送りローラ及び阻止ローラと一体的に回動する可動フレームと、
   可動フレームに回転自在に取り付けられ、積層ウエーハに接して積層ウエーハの傾斜とウエーハの送り出し方向とを一致させる倣いローラと、
   倣いローラと積層ウエーハの接触状態を維持する付勢手段と、
   を有することを特徴とするウエーハ分離搬送装置。
3. 前記阻止ローラは、ウエーハと非接触時には送り出し方向と逆方向に回転していることを特徴とする請求項２記載のウエーハ分離搬送装置。
4. 前記切出ローラは、柔軟な多孔質材料で形成されていることを特徴とする請求項３記載のウエーハ分離搬送装置。
5. 前記水槽は、ウエーハの分離を促進する超音波振動子を備えることを特徴とする請求項４記載のウエーハ分離搬送装置。

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