JP5846734B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種板状物を保持して搬送する搬送装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された多数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成し、回路が形成された領域を所定のストリートといわれる切断ラインに沿ってダイシングすることにより個々の半導体チップを製造している。そして、このようにして分割された半導体チップは、パッケージングされて携帯電話やパソコン等の電気機器に広く利用されている。

半導体ウェーハのダイシングを含む製造後工程では、通常は、半導体ウェーハ及びリング状に形成された環状フレームがダイシングテープに貼着され、半導体ウェーハがダイシングテープを介して環状フレームに支持された状態となる。しかし、コスト削減のためにダイシングテープ及び環状フレームを用いずに半導体ウェーハ単体で搬送することが求められる場合があり、かかる場合には、いわゆるベルヌーイの原理を用いて半導体ウェーハを非接触状態で吸引し、水平方向への半導体ウェーハのズレを摩擦部材によって規制した構成の搬送機構が用いられることがある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された搬送機構は、半導体ウェーハの外周部上面に接触してその水平方向の移動を規制する外周支持部材を備えており、保持テーブル上に載置された半導体ウェーハの外周部上面の高さに合わせて外周支持部材の接触面を形成した構成となっている。

特許第４２５６１３２号公報

半導体チップの放熱性を良好にするためは、半導体チップの厚さをできるだけ薄く形成することが望ましく、また、半導体素子を多数用いる携帯電話機、スマートカード、パソコン等の小型化を可能にするためにも、半導体素子の厚さをできるだけ薄く形成することが望ましいため、近年は、研削により半導体ウェーハを極めて薄く形成するようになっている。

したがって、このような極めて薄い半導体ウェーハを、ダイシングテープ及び環状フレームを用いずに、特許文献１に示した搬送機構によって搬送しようとすると、持ち上げた際に半導体ウェーハが反ってしまったり、半導体ウェーハの自重でその外周部が垂れ下がったりする場合がある。

かかる場合には、保持テーブル上に載置された半導体ウェーハの外周部上面の高さに合わせて外周支持部材の接触面を形成した構成では、半導体ウェーハの搬送時に接触面が半導体ウェーハの上面から離れてしまい、半導体ウェーハの水平方向の移動規制を実現することができない。このような問題は、半導体ウェーハ以外の薄く形成される板状物にも同様に存在する。

本発明は、これらの事実に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、ベルヌーイの原理を用いた搬送機構で半導体ウェーハを非接触状態で持ち上げた際に、半導体ウェーハが反ってしまったり自重で外周部が垂れ下がったりする場合にも、搬送時に半導体ウェーハの水平方向の移動を規制できる搬送装置を提供することにある。

本発明は、板状物を吸引保持する吸引保持機構と、吸引保持機構を移動させる移動機構とを具備する板状物の搬送装置において、吸引保持機構は、移動機構に連結したベース部と、ベース部の中心領域下面に配設された非接触式吸引保持器と、ベース部の外周領域に配設され接触面を板状物の上面に接触させることで、湾曲した状態の板状物の水平方向の移動を規制する複数の規制部とを有する。そして、接触面は、保持する板状物の外周側に向かうにつれて下降し、規制部は、接触面を、上位置と下位置との間で移動可能にベース部に配設され、複数の規制部のそれぞれが独立して昇降し、板状物に一定の圧をかけながら接触面を接触させ、下位置は、非接触吸引保持器に保持されて持ち上げられることにより湾曲した板状物の中央部上面よりも下に位置する板状物の外周部上面に該接触面が接触する位置であり、上位置は、非接触吸引保持器がテーブル上に載置された板状物を保持する際に、下位置に位置づけられた接触面が板状物を介してテーブル上に押し付けられることにより下位置から上方向に逃げる位置である。

本発明に係る搬送装置は、板状物の水平方向の移動を規制する規制部を構成するワークとの接触面が、所定の上位置と下位置との間で移動可能であるため、板状物を持ち上げた際に板状物が反ってしまったり、自重でその外周部が垂れ下がったりする場合であっても、搬送時に板状物の水平方向の移動を規制することができる。

搬送装置の第１の実施形態を示す斜視図である。 第１の実施形態の搬送装置を構成する非接触式吸引保持器の一例を示す断面図である。 第１の実施形態の搬送装置を構成するベース部及び規制部を拡大して略示的に示す断面図である。 第１の実施形態の搬送装置を搭載した切削装置の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態の搬送装置によってワークを保持する状態を略示的に示す断面図である。 第１の実施形態の搬送装置によってワークを保持して搬送する状態を略示的に示す断面図である。 第１の実施形態の搬送手段によって保持されたワークを保持手段に載置した状態を略示的に示す断面図である。 第２の実施形態の搬送装置によってワークを保持する状態を略示的に示す断面図である。 第２の実施形態の搬送装置によってワークを保持して搬送する状態を略示的に示す断面図である。 第３の実施形態の搬送装置によってワークを保持する状態を略示的に示す断面図である。 第３の実施形態の搬送装置によってワークを保持して搬送する状態を略示的に示す断面図である。

（１）第１の実施形態
図１に示す搬送装置１は、各種板状物を保持して搬送する装置であり、板状物を吸引保持する吸引保持機構２と、吸引保持機構２を移動させる移動機構３とから構成されている。

吸引保持機構２は、板状に形成され移動機構３に連結されたベース部２０と、ベース部２０の中心領域２０ａの下面に配設された非接触式吸引保持器２１と、ベース部２０の外周領域２０ｂに配設され保持対象の板状物の水平方向移動を規制する複数の規制部２２とを備えている。規制部２２は、ベース部２０の外周の円弧に沿って配設されている。なお、図１の例では非接触式吸引保持器２１が３個配設されているが、非接触式吸引保持器２１の数は１つでもよいし、４つ以上でもよい。また、規制部２２のベース部２０における径方向の配設位置は、保持する板状物の大きさに応じて調整される。

移動機構３は、アーム部３０と、アーム部３０の一端に連結されアーム部３０を昇降させる昇降手段３１と、アーム部３０を水平方向に旋回させる旋回動手段３２と、アーム部３０と吸引保持機構２とを連結する連結部材３３とを備えている。昇降手段３１は、例えばエアピストンにより構成され、図１において矢印Ａで示した上下方向にアーム部３０を昇降させることができる。また、旋回動手段３２は、正転及び逆転可能なモータを含み、昇降手段３１を回転させることによりアーム部３０を矢印Ｂで示した水平方向に旋回させることができる。連結部材３３には、その表裏を貫通する孔が形成されており、それぞれの孔にチューブ３４が挿通されている。このチューブ３４の一端は、エアを送風するエア送風源（図示せず）に連通している。

図２に示すように、非接触式吸引保持器２１は、ベルヌーイの原理によって板状物を吸引保持する機能を有し、円盤上に形成された本体部２１０を備えている。本体部２１０の上部からはエア流入部２１１が突出して形成されており、エア流入部２１１は、図１に示した移動機構３の連結部材３３に固定されたチューブ３４に連通している。図２に示すように、エア流入部２１１は、本体部２１０の内部に形成されたエア流通路２１２に連通しており、エア流通路２１２は、本体部２１０の下面２１０ａに形成されたエア噴出部２１３に連通している。エア噴出部２１３は、エアの噴出方向を案内する案内部２１３ａを備えており、エア流入部２１１から流入したエアは、図２における矢印Ｃの方向に放射状に噴出する。

非接触式吸引保持器２１においては、エア噴出部２１３から矢印Ｃの方向にエアが噴出されると、本体部２１０の下面２１０ａの中心部には負圧が発生し、この負圧によって板状物が下面２１０ａ側（矢印Ｄの方向）に引き寄せられる。そして、さらに板状物がエア噴出部２１３に接近すると、本体部２１０の下面２１０ａと板状物との間を流れる空気が反発力として作用し、板状物と下面２１０ａとの接触が阻止され、非接触状態で板状物を吸引保持することができる。

図３に示すように、規制部２２は、ベース部２０の厚さ方向に貫通する貫通孔２００を貫通した軸部２２０と、軸部２２０の上部に位置する抜け止め部２２１と、軸部２２０の下部に位置する昇降ブロック２２２とから構成されている。軸部２２０は、貫通孔２００に遊嵌しており、ベース部２０に対して上下動可能となっている。

抜け止め部２２１は、ベース部２０に形成された貫通孔２００を貫通しないように、軸部２０より大径に形成されている。また、抜け止め部２２１には、規制部２２の重さを調整するためのおもり２２１ａを備えている。抜け止め部２２１の下面２２１ｂとベース部２０の上面２０ｃとは平行である。

昇降ブロック２２２の下面２２２ａは、保持するワークの外周側に向かうにつれて下降する傾斜面となっており、この傾斜した下面２２２ａの全面には、ワークのスライドを防止できるほどに摩擦係数の高い摩擦部材２２３が敷設されている。摩擦部材２２３としては、たとえばラバーシートを使用することができる。摩擦部材２２３の下面は、板状物と接触する接触面２２３ａとなっている。接触面２２３ａの摩擦力は、規制部２２の重さによって調整することができる。

このように構成される搬送装置１は、例えば図４に示す切削装置４に搭載される。この切削装置４は、保持手段５において切削対象の板状物を保持し、切削手段６によって板状物に切削加工を施す装置である。

装置前面側には、板状物であるワークＷを複数収容することができるカセット７０が載置されるカセット載置領域７を備えている。カセット７０には、板状物の搬出入口となる開口部７０ａを備えている。開口部７０ａの内部の両側部には、板状物を複数段に支持するためのスロット７０ｂが形成されている。

カセット７０は、開口部７０ａが装置の後方側に向くようにカセット載置領域７に載置される。カセット載置領域７は昇降可能であり、カセット載置領域７が昇降することにより、カセット７０に収容された板状物を所定の高さに位置させることができる。

カセット載置領域７の後方側には、カセット７０からの加工前の板状物の搬出及び加工後の板状物のカセット７０への搬入を行う搬出入手段８と、カセット７０から搬出した板状物を所定の位置に位置合わせする位置合わせ手段９が配設されている。位置合わせ手段９は、ワークＷを載置するための載置部９０を備えている。

保持手段５は、ワークを保持するためのテーブルであり、ワークを吸引保持する吸引部５ａを有している。保持手段５は、図４におけるＸ方向に移動可能となっており、ワークを吸引保持する吸引部５ａを有している。保持手段５は、板状物の受け渡しを行う領域である受け渡し領域５０と、板状物の切削加工を行う領域である加工領域５１との間を移動する構成となっている。また、保持手段５の移動経路の上方には、板状物の切削すべき位置を検出するための撮像を行う撮像手段１０が配設されている。

受け渡し領域５０には、図１に示した搬送装置１が配設されている。搬送装置１は、位置合わせ手段９と保持手段５と洗浄手段１１との間で板状物を搬送する機能を有する。

一方、加工領域５１には切削手段６が配設されている。切削手段６は、Ｘ方向に対して水平方向に直交するＹ方向及びＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に移動可能であり、高速回転可能な切削ブレード６０を備えている。

受け渡し領域５０の近傍には、切削済みの板状物に対して洗浄液を噴出して洗浄を行う洗浄手段１１が配設されている。そして、洗浄手段１１の上方には、保持手段５と洗浄手段１１との間で板状物を搬送する搬送装置１ａが配設されている。この搬送装置１ａも、搬送装置１と同様に、ベルヌーイの原理によって板状物を吸引保持する吸引保持機構２を備えている。吸引保持機構２は、連結部３３を介してアーム部３０ａに対して昇降可能に連結され、アーム部３０ａを含む移動機構３ａによって駆動されてＸ方向に対して水平方向に直交するＹ方向に移動可能となっている。吸引保持機構２がＹ方向に移動することで、受け渡し領域５０と洗浄手段１１との間で板状物を搬送することができる。

ワークを保持するテーブルである保持手段５に保持されたワークを吸引保持機構２で保持して搬出する際は、図５に示すように、アーム部３０とともに吸引保持機構２を降下させ、摩擦部材２２３の接触面２２３ａをワークＷの外周部上面Ｗ１に接触させ、ワークＷを保持手段５に押し付ける。そうすると、規制部２２が上昇し、抜け止め部２２１の下面２２１ｂとベース部２０の上面２０ｃとの間に高低差Ｚ１が生じる。またこのとき、非接触式吸引保持器２１からは、ワークＷの中央部上面Ｗ２から外周部上面Ｗ１の方向にエアが流れるようにエアを噴出する。

こうしてエアを噴出した状態で、図６に示すように、吸引保持機構２を上昇させると、ワークＷが非接触吸引保持器２１と非接触の状態で上昇して吸引保持される。また、吸引保持機構２が上昇することにより、規制部２２は、ベース部２０に対してワークＷの湾曲に対応して降下する。すなわち、ワークＷが反ったり、ワークＷの自重により外周部分が垂れ下がったりしても、ワークＷの外周部上面Ｗ１は、接触面２２３ａに接触した状態となり、摩擦部材２２３によってワークＷの水平方向の移動が規制される。たとえば、図５に示した高低差Ｚ１が２ｍｍあれば、ワークＷの周縁部が厚さ方向下方に２ｍｍ湾曲しても、接触面２２３ａとワークＷの上面Ｗ１との接触が維持され、ワークＷの水平方向のずれを防止することができる。

このように、非接触吸引保持器２１に保持されて持ち上げられることにより湾曲したワークＷの中央部上面Ｗ２よりも下に位置する板状物の外周部上面Ｗ１に接触面２２３ａが接触するときの接触面２２３ａの位置を、下位置という。一方、図５に示したように非接触吸引保持器２１がワークを保持するテーブルである保持手段５上に載置されたワークＷを保持する際に、下位置に位置づけられた接触面２２３ａがワークＷを介して保持手段５上に押し付けられることにより下位置から上方向に逃げたときの接触面２２３ａの位置を、上位置という。すなわち、規制部２２は、接触面２２３ａを上位置と下位置との間で移動可能にベース部２０に配設されており、移動可能範囲内のワークＷの湾曲であれば接触面２２３ａとワークＷの上面Ｗ１との接触を維持できる。

一方、吸引保持機構２によって保持したワークＷを保持手段５に搬入する際には、図７に示すように、摩擦部材２２３がワークＷを保持手段５に押し付けてワークＷを保持手段５に載置する。そして、保持手段５の吸引部５ａに吸引力を作用させることにより、ワークＷが保持手段５に保持される。

１枚のワークでも、その反り量は外周位置によって異なり、外周上面Ｗ１はそれぞれ異なる高さ位置に位置することになるが、各規制部２２は、それぞれが独立して昇降し、それぞれが上位置と下位置との間にあるワークに一定の圧をかけながら接触面２２３ａを接触させることができる、したがって、ワークＷを安定して保持し、搬送することができる

このように構成される切削装置４において、カセット７０に収容された板状物であるワークＷを切削加工し、切削加工後のワークＷをカセット７０に収容する場合における切削装置４の動作について、以下に説明する、なお、ワークＷは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素、シリコンカーバイド等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミックス、ガラス、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、液晶ディスプレイドライバー等の各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。

カセット７０に収容されたワークＷは、搬出入手段８によって搬出され、位置合わせ手段９の載置部９０に載置される。そして、ここでワークＷの位置が一定の位置に位置合わせされた後、搬送装置１によって受け渡し領域５０に位置する保持手段５に搬送される。載置部９０から保持手段５へのワークの搬送は、図５−７に示した方法と同様の方法により行われる。

次に、保持手段５が図１に示したＸ方向に移動し、撮像手段１０によってワークＷの上面が撮像されて切削すべき位置が検出され、その位置と切削ブレード６０とのＹ方向の位置合わせが行われる。そして、保持手段５がＸ方向に移動して加工領域５１に進入するとともに、切削ブレード６０が高速回転しながら切削手段６が降下することにより、切削すべき位置が切削される。例えば、最終的なチップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝が形成される。このような切削を、切削手段６をＹ方向に送りながら繰り返し行い、さらに保持手段６を９０度回転させて同様の切削を行う。

切削終了後は、保持手段５が受け渡し領域５０に戻る。そして、搬送装置１ａによって切削後のワークＷが吸引保持されて洗浄手段１１に搬送される。搬送手段１ａによるワークＷの吸引保持及び搬送は、搬送手段１の場合と同様に、図５−７に示した方法と同様の方法によって行われる。

洗浄手段１１に搬送された切削後のワークＷは、洗浄手段１１において洗浄及び乾燥が行われた後、搬送装置１によって切削後のワークＷが吸引保持され、位置合わせ手段９に搬送される。そして、搬出入手段８によって切削後のワークＷを保持し、カセット７０に収容する。

（２）第２の実施形態
図８に示す搬送装置１ｂは、移動機構３によって移動する吸引保持機構２ａを備えている。なお、以下においては、第１の実施形態と同様に構成される部位については同一の符号を付して説明する。

図８に示す吸引保持機構２ａは、ベース部２０の中心領域２０ａの下面に非接触式吸引保持器２１が配設され、ベース部２０の外周領域２０ｂに、板状物の水平方向移動を規制する複数の規制部２２ｂが配設されて構成されている。

規制部２２ｂは、ベース部２０の厚さ方向に貫通する貫通孔２００を貫通した軸部２２０と、軸部２２０の上部に位置する抜け止め部２２４と、軸部２２０の下部に位置する昇降ブロック２２２とから構成されている。昇降ブロック２２２の下面２２２ａには、摩擦部材２２３が敷設されており、摩擦部材２２３の下面は、ワークと接触する接触面２２３ａとなっている。軸部２２０は、貫通孔２００に遊嵌しており、ベース部２０に対して上下動可能となっている。

抜け止め部２２４は、ベース部２０に形成された貫通孔２００を貫通しないように、軸部２０より大径に形成されている。抜け止め部２２４の下面２２４ｂとベース部２０の上面２０ｃとは平行である。

軸部２２０のうち、ベース部２０の下面２０ｄと昇降ブロック２２２との間には、スプリング２３が介在している。スプリング２３は、ベース部２０の下面２０ｄと昇降ブロック２２２の上面２２２ｂとを離間させる方向に付勢されており、スプリング２３による付勢によって接触面２２３ａの摩擦力を調整することができる。

図８に示すように、ワークＷを保持する際に、接触面２２３ａをワークＷに押し付けると、スプリング２３が収縮する。このときの接触面２２３ａの位置が上位置となる。

そして、図９に示すように、非接触吸引保持器２１によってワークＷを吸引保持して吸引保持機構２ａを上昇させると、規制部２２が自重によって降下するとともに、スプリング２３が伸長し、接触面２２３ａと反ったワークＷの外周部上面Ｗ１と接触した状態を維持する。このように、規制部２２の自重とスプリング２３の付勢力とによって接触面２２３ａの下位置が調整される。こうして、接触面２２３ａによって、ワークＷの水平方向の移動が規制される。

（３）第３の実施形態
図１０に示す搬送装置１ｃは、移動機構３によって移動する吸引保持機構２ｂを備えている。なお、以下においては、第１の実施形態と同様に構成される部位については同一の符号を付して説明する。

図１０に示す吸引保持機構２ｂは、ベース部２０の中心領域２０ａの下面に非接触式吸引保持器２１が配設され、ベース部２０の外周領域２０ｂの下面２０ｄに、板状物の水平方向移動を規制する複数の規制部２２ｃが固着されて構成されている。

規制部２２ｃは、下面２０ｄと連結された軸部２２０ａと、軸部２２０ａの下部に位置するブロック２２５とから構成されている。

ブロック２２５の下面２２５ａには、弾性変形部材２２６が固着されている。弾性変形部材２２６としては、弾性変形可能であってワークのスライドを防止できるほどの摩擦係数を有する摩擦部材、例えばスポンジを用いることができる。弾性変形部材２２６の下面が、ワークと接触する接触面２２６ａとなっている。

図１０に示すように、ワークＷを保持する際には、接触面２２６ａをワークＷに押し付けると、弾性変形部材２２６が変形する。このときの接触面２２６ａの位置が上位置となる。

そして、図１１に示すように、非接触吸引保持器２１によってワークＷを吸引保持して吸引保持機構２ｂを上昇させると、弾性変形部材２２６が元の状態に戻り、その状態における接触面２２６ａと反ったワークＷの外周部上面Ｗ１とが接触した状態が維持される。このときの接触面２２６ｂの位置が下位置である。このように、弾性変形部材２２６の変形によって接触面２２６ａの下位置が調整される。こうして、接触面２２６ａにより、ワークＷの水平方向の移動が規制される。

以上のように、いずれの実施形態においても、搬送装置によってワークを持ち上げた際にワークが反ってしまったり、自重でワークの外周部が垂れ下がったりしてしまったりしても、接触面によってワークが水平方向にずれるのを防止し、安定的に保持及び搬送を行うことができる。

１：搬送装置
２：吸引保持機構
２０：ベース部 ２０ａ：中心領域 ２０ｂ：外周領域 ２０ｃ：上面 ２０ｄ：下面
２００：貫通孔
２１：非接触式吸引保持器 ２１０：本体部 ２１０ａ：下面
２１１：エア流入部 ２１２：エア流通路
２１３：エア噴出部 ２１３ａ：案内部
２２：規制部 ２２０：軸部
２２１：抜け止め部 ２２１ａ：おもり ２２１ｂ：下面
２２２：昇降ブロック
２２２ａ：下面 ２２２ｂ：上面 ２２３:摩擦部材 ２２３ａ：接触面
３：移動機構
３０：アーム部 ３１：昇降手段 ３２：旋回動手段 ３３：連結部材 ３４：チューブ
４：切削装置
５：保持手段 ５ａ：吸引部 ５０：受け渡し領域 ５１：加工領域
６：切削手段 ６０：切削ブレード
７：カセット載置領域 ７０：カセット ７０ａ：開口部 ７０ｂ：スロット
８：搬出入手段
９：位置合わせ手段 ９０：載置部
１０：撮像手段 １１：洗浄手段
１ａ：搬送装置
３ａ：移動機構 ３０ａ：アーム部
１ｂ：搬送装置
２ａ：吸引保持機構 ２２ｂ：規制部 ２２４：抜け止め部 ２２４ｂ：下面
２３：スプリング
１ｃ：搬送装置
２ｂ：吸引保持機構
２２ｃ：規制部 ２２０ａ：軸部 ２２５：ブロック ２２５ａ：下面
２２６：弾性変形部材 ２２６ａ：接触面
Ｗ：ワーク（板状物） Ｗ１：外周部上面 Ｗ２：中央部上面

Claims (1)

1. 板状物を吸引保持する吸引保持機構と、
   該吸引保持機構を移動させる移動機構と、
   を具備する板状物の搬送装置において、
   該吸引保持機構は、
   該移動機構に連結したベース部と、
   該ベース部の中心領域下面に配設された非接触式吸引保持器と、
   該ベース部の外周領域に配設され、接触面を板状物の上面に接触させることで、湾曲した状態の板状物の水平方向の移動を規制する複数の規制部と、
   を有し、
   該接触面は、保持する板状物の外周側に向かうにつれて下降し、
   該規制部は、該接触面を、上位置と下位置との間で移動可能に該ベース部に配設され、複数の該規制部のそれぞれが独立して昇降し、板状物に一定の圧をかけながら該接触面を接触させ、
   該下位置は、該非接触吸引保持器に保持されて持ち上げられることにより湾曲した板状物の中央部上面よりも下に位置する板状物の外周部上面に該接触面が接触する位置であり、
   該上位置は、該非接触吸引保持器がテーブル上に載置された板状物を保持する際に、該下位置に位置づけられた該接触面が板状物を介して該テーブル上に押し付けられることにより該下位置から上方向に逃げる位置である、
   搬送装置。

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