JP5913845B2 - 板状部材の搬送装置および搬送方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状部材の搬送装置および搬送方法に関する。

従来、半導体ウェハやフラットディスプレイの基板などに代表される薄板状の部材（板状部材）を搬送する搬送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の搬送装置は、板状部材を載置して支持する一対のアームと、これらのアームの載置面に設けられた吸引孔からの吸引により板状部材を保持する保持手段とを備え、各アームは、その長手方向に沿った軸回りに回動自在に支持されるとともに、バランサによって載置面が所定の傾斜角度に付勢されるようになっている。このような従来の搬送装置は、板状部材の反りに応じて各アームの載置面を水平面に対して傾斜させ、板状部材に沿って各アームを挿入することで載置面を板状部材に面接触させ、その後に保持手段によって板状部材を吸着保持するように構成されている。

特開２０１０−１３５３８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の搬送装置では、図５(Ａ)に示すように、板状部材９０の反りが大きい場合には、板状部材９０に保持手段９２を接近させることができず、搬送不良を発生するという不都合がある。なお、板状部材が半導体ウェハの場合、回路面が接着シートで保護された状態で、回路面の反対側から５０μｍ前後にまで研削が行われるため、当該接着シートが貼付された半導体ウェハは、接着シートの貼付時の残留応力によって大きく反り返ってしまう場合がある。このような反りは、半導体ウェハに限られず、複層または単層構造の板状部材等であっても、温度や湿度等の雰囲気によっても発生するものである。

また、板状部材を反った状態のままで保持して搬送する構成であるため、例えば、搬送先の機器が板状部材全面を吸着保持する構成のものの場合、当該搬送先の機器が板状部材を確実に吸着保持できないという不都合を発生する。 ここで、図５(Ｂ)に示すように、傾斜させた保持手段９２で板状部材９０の端縁を保持してから、保持手段９２を回動させることで、板状部材９０をフラットに矯正しようとすると、板状部材９０の矢印Ｐ１〜Ｐ４で示した部分に局部的な曲げ応力が作用し、板状部材９０を破損させてしまうという不都合を発生する。
以上のことから、板状部材の破損を防止しつつ確実に板状部材を保持することができる支持装置や搬送装置の開発が望まれていた。

本発明の目的は、反った状態の板状部材でも確実に支持することができる板状部材の搬送装置および搬送方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の板状部材の搬送装置は、板状部材の支持装置と、この支持装置を移動させる移動手段と、前記板状部材の反り方向を検出する検出手段とを備え、前記支持装置は、前記板状部材を保持する少なくとも一対の保持手段と、前記板状部材に対する前記一対の保持手段の角度を変更する角度変更手段と、前記一対の保持手段を互いに離間接近方向に変位させる変位手段とを備え、前記移動手段は、前記検出手段で検出した前記反り方向に直交する方向から、前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記保持手段を誘導し、前記変位手段は、前記角度変更手段により角度が変更された一対の保持手段で前記板状部材を保持したまま当該一対の保持手段を互いに離間する方向に変位可能に設けられていることを特徴とする。

この際、本発明の板状部材の搬送装置では、前記一対の保持手段は、それぞれ前記板状部材の一方または他方の面に対向配置可能な一対の支持部材に設けられ、前記角度変更手段は、前記一対の支持部材の各々を回動させることで前記保持手段の角度を変更し、前記変位手段は、前記一対の支持部材の各々を移動させることで前記保持手段の間隔を調整することが好ましい。
さらに、本発明の板状部材の搬送装置では、前記一対の保持手段は、それぞれ第１保持手段と第２保持手段を有して構成され、前記第１保持手段は、前記板状部材の一方または他方の面に対向配置可能かつ当該対向した面に向かって気体を噴出することにより当該板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有し、前記第２保持手段は、前記板状部材の外縁に当接可能かつ互いに相対接近することで当該板状部材を把持する把持手段を有して構成されていることが好ましい。

また、本発明の板状部材の搬送方法は、少なくとも一対の保持手段を用いて板状部材を搬送する板状部材の搬送方法であって、前記板状部材の反り方向を検出する工程と、検出した反り方向に直交する方向から、前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記保持手段を誘導する工程と、前記板状部材に対する前記一対の保持手段の角度を変更する工程と、前記一対の保持手段を互いに離間接近方向に変位させ、当該保持手段を前記板状部材に接近させて前記板状部材を支持する工程と、角度が変更された前記一対の保持手段で前記板状部材を保持したまま当該一対の保持手段を互いに離間する方向に変位させる工程とを有することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、板状部材に対して角度を変更させた一対の保持手段を変位手段が互いに離間接近方向に変位させるので、板状部材の反りが大きい場合に、保持手段を板状部材に接近させることができず、搬送不良が発生するといった不都合を確実に防止することができる。
また、反った状態の板状部材を保持手段で保持し、角度変更手段によって板状部材をフラットな状態に矯正することができるので、搬送先の機器が板状部材全面を吸着保持する構成のものの場合でも、当該搬送先の機器が板状部材を確実に吸着保持できる。
さらに、保持手段の角度を変更する際に、この角度変更に連動して一対の保持手段の間隔を変位手段によって調整することもできるので、角度変更に伴う板状部材への局部応力発生を抑制することができる。

また、保持手段を一対の支持部材の各々に設け、これらの支持部材を回動させて保持手段の角度を変更するとともに、支持部材の各々を移動させて保持手段の間隔を調整するように構成すれば、角度変更と間隔調整の動作を精度よく連動させることができる。
さらに、板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有した第１保持手段と、板状部材の外縁に当接して把持する把持手段を有した第２保持手段とで保持手段を構成すれば、先ず、第１保持手段で板状部材を保持して矯正してから、続いて、第２保持手段で板状部材を機械的に把持する、というような保持手順が採用できる。従って、反った板状部材をフラットな方向へ矯正する際に、非接触で保持可能な第１保持手段を用いることで、板状部材表面への傷付きを防止することができる。さらに、矯正した板状部材の外縁を第２保持手段で保持することで、板状部材の表面への傷付きを防止しつつ、搬送時などの位置ずれも確実に防止することができる。
また、搬送装置において検出手段を用いることで、板状部材の反り方向を判別し、この反り方向に対して的確に保持手段を誘導することができる。

本発明の実施形態に係る搬送装置の斜視図。 図１の搬送装置の部分平面図。 図１の搬送装置の動作説明図。 図３に続く搬送装置の動作説明図。 従来技術における不具合例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、本実施形態の搬送装置１は、板状部材としての半導体ウェハ（以下、単にウェハという場合がある）Ｗを支持し、ウェハＷを吸着支持するリフターＬから別の装置等にウェハＷを搬送したり、リフターＬから浮かせた状態のウェハＷに適宜な処理を施したりするための装置である。ここで、ウェハＷは、円盤状の薄板であり、図３にも示すように、リフターＬに支持された状態の平面視において、その平面（水平面）に沿ってウェハＷの中心を通る第１軸（短軸）Ａの方向に反っているものとし、この反り方向である第１軸Ａと直交する第２軸（長軸）Ｂには反っておらず、第１軸Ａ方向の長さＤ１がウェハＷの直径よりも小さく、第２軸Ｂ方向の長さＤ２がウェハＷの直径と略同一の略楕円形として認識される。リフターＬは、全体円柱状に形成されて水平面内で回転可能に設けられるとともに、その上面に図示しない複数の吸引孔を有し、ウェハＷの一方の面である下面Ｗ１の中央部を吸着保持可能に構成されている。

搬送装置１は、ウェハＷを支持する支持装置としての支持手段２と、この支持手段２を移動させる移動手段３と、ウェハＷの反り方向を検出する検出手段４と、図示しない制御手段とを備えて構成されている。支持手段２は、移動手段３に取り付けられるベース５と、このベース５に支持される支持部材としての一対のアーム６と、各アーム６に各々設けられる保持手段７とを備えて構成されている。

移動手段３は、駆動機器としての多関節ロボット３１と、多関節ロボット３１に設けられて支持手段２を着脱自在に支持するチャック３２とを備えて構成されている。この多関節ロボット３１としては公知の６軸ロボット等が例示でき、水平面に沿った直交２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）および鉛直軸（Ｚ軸）の直交三軸方向と、これらの直交三軸方向をそれぞれ軸芯とする回転三方向Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３との任意方向に向かって、支持手段２を移動可能に構成されていればよい。

検出手段４は、ウェハＷを挟んでリフターＬと反対側の上方に離れて設けられた撮像装置４１を備え、この撮像装置４１には、図示しない画像処理装置等が接続されている。撮像装置４１としては、ＣＣＤカメラや光学センサ等が例示でき、ウェハＷの他方の面である上面Ｗ２側からウェハＷを撮像し、撮像した画像情報を画像処理装置等に出力するものであればよい。画像処理装置は、図３に示すように、撮像装置４１が撮像した画像情報を画像データＰとして受信し、受信した画像データＰに基づいて、長さＤ１，Ｄ２からウェハＷの第１軸Ａおよび第２軸Ｂを算出し、第１軸Ａに沿った反り方向と、基準軸（Ｘ軸）に対する第１軸Ａの角度θを検出し、検出したウェハＷの反り方向および角度θを図示しない制御手段に出力するように構成されている。

支持手段２のベース５は、移動手段３のチャック３２に係合して取り付けられる取付支持部５１と、この取付支持部５１に固定されて図１の状態でＸ軸方向に延びる駆動機器としての直動モータ５２と、直動モータ５２の図示しないスライダに固定された駆動機器としての回動モータ５３とを備えて構成されている。直動モータ５２は、変位手段として機能し、各アーム６を互いに離間接近方向に移動可能に構成されている。回動モータ５３は、角度変更手段として機能し、各アーム６の長手方向に沿った回動軸Ｃを中心にしてアーム６を回動可能に構成されている。

一対のアーム６は、それぞれ回動モータ５３の出力軸５３Ａに固定されるとともに、互いに平行に延びる長尺状かつ角柱状の部材からなり、移動手段３の駆動によってウェハＷの下面Ｗ１に対向配置可能に構成されている。

保持手段７は、アーム６の長手方向略中央に設けられる第１保持手段７１と、アーム６の長手方向両端部に設けられる第２保持手段７２とを有して構成されている。各アーム６における各一対の第１保持手段７１および第２保持手段７２は、それぞれ各アーム６の長手方向と直交して対称位置に設けられ、後述するように支持手段２を移動手段３で移動させることによって、ウェハＷの中心を通る直線を挟んで線対称の位置に配置可能に構成されている。

第１保持手段７１は、アーム６の側方に突出して設けられるとともに、アーム６の回動に伴って回動してウェハＷの下面Ｗ１に対向配置可能に設けられている。この第１保持手段７１は、下面Ｗ１に向かって気体を噴出することによりウェハＷの下面Ｗ１を非接触で吸引可能な吸引手段としての気体噴出部７３と、この気体噴出部７３に接続されて気体を供給する図示しない気体供給部とを有して構成されている。すなわち、気体噴出部７３は、円環形の開口から外方に向かって気体を噴出することでウェハＷの下面Ｗ１との間に負圧領域を形成する所謂ベルヌーイチャックである。各アーム６に設けられる一対の第１保持手段７１の気体噴出部７３によって、下面Ｗ１の２箇所が吸引されてウェハＷが保持されることとなる。

第２保持手段７２は、アーム６の基端側（ベース５側）に設けられる駆動機器としての直動モータ７４と、この直動モータ７４の出力軸７４Ａに固定される把持手段としての主動チャック７５と、アーム６の先端側に設けられて主動チャック７５と連動可能に設けられる把持手段としての従動チャック７６とを有して構成されている。主動チャック７５は、直動モータ７４によってアーム６の長手方向に沿って進退駆動され、従動チャック７６は、アーム６の長手方向に沿った案内溝６１に案内されるとともに、アーム６内部の図示しない連動部を介して主動チャック７５と連動可能に接続されている。このような主動チャック７５と従動チャック７６とは、互いの進退移動方向が逆向き、つまり互いに相対接近または相対離間する方向に駆動され、互いに相対接近することでウェハＷの外縁Ｗ３を把持可能になっている。従って、各アーム６に設けられる一対の第２保持手段７２の主動チャック７５および従動チャック７６によって、外縁Ｗ３の４箇所で把持されてウェハＷが保持されることとなる。

以上の搬送装置１でウェハＷを搬送する手順を説明する。
先ず、リフターＬに吸着保持されたウェハＷを上方から撮像装置４１で撮像し、図３に示すように、画像データＰを取得したら、画像処理装置は、画像データＰにおけるウェハＷの外形および中心を検出し、短辺方向長さＤ１および長辺方向長さＤ２に基づいて、反り方向の第１軸Ａおよび反り直交方向の第２軸Ｂを検知するとともに、長さＤ１，Ｄ２の比率からウェハＷの反り曲率を演算により算出し、基準軸Ｘから第１軸Ａまでの角度θと反り曲率とを制御手段に出力する。制御手段は、第１軸Ａの角度θに基づいて移動手段３に移動指令を出力し、移動手段３は、多関節ロボット３１を駆動して支持手段２を回転方向Ｒ３に向かって角度θだけ回転させてから、第２軸Ｂに平行に支持手段２を前進させてウェハＷの下面Ｗ１に沿ってアーム６を差し込む。なお、ウェハＷに対する支持手段２の進入方向への移動は、多関節ロボット３１による支持手段２の回転に限らず、リフターＬによってウェハＷを水平面内で回転させてもよいし、支持手段２およびウェハＷの両方を回転させてもよい。

次に、制御手段は、ウェハＷの反り曲率に基づいて、下面Ｗ１とアーム６との距離が最適となるような直動モータ５２の移動量および回動モータ５３の回動角を算出し、算出した移動量および回動角に基づく移動指令を支持手段２に出力する。支持手段２は、図４(Ａ)に示すように、入力された回動角だけ回動モータ５３を駆動し、アーム６を矢印Ａ１方向に回動させるとともに、入力された移動量だけ直動モータ５２を駆動し、一対のアーム６を互いに接近する矢印Ａ２方向に移動させる。この際、第２保持手段７２は、ウェハＷの外縁Ｗ３よりも外側に位置するように、主動チャック７５および従動チャック７６を互いに離間する方向つまりアーム６の両端側に退避させておく。

次に、図４(Ｂ)に示すように、第１保持手段７１は、気体噴出部７３から気体を噴出することでウェハＷの下面Ｗ１を吸引し、非接触でウェハＷを保持する。このように第１保持手段７１がウェハＷを保持した状態において、支持手段２は、同図に示すように、回動モータ５３を駆動し、アーム６を矢印Ａ３方向に回動させる。次いで、図４(Ｃ)に示すように、直動モータ５２を駆動し、一対のアーム６を互いに離間する矢印Ａ４方向に移動させる。これにより、ウェハＷがフラットまたはフラットに近い状態（以下、単に「フラット」という）に矯正される。ここで、ウェハＷがフラットになったかどうかは、撮像装置４１で再度ウェハＷを撮像して画像処理を実施し、算出した短辺方向長さＤ１がウェハＷの直径に近づくまたは同一になることで判定することができる。また、互いに離間する方向へ移動させたアーム６の停止位置は、予め設定されており、第１保持手段７１がウェハＷの外縁Ｗ３にできるだけ接近する位置が好ましい。

次に、図１、２にも示すように、第２保持手段７２が直動モータ７４を駆動し、主動チャック７５および従動チャック７６を互いに相対接近させてウェハＷの外縁Ｗ３を把持する。このように第１保持手段７１および第２保持手段７２によってウェハＷを保持したら、図４(Ｄ)に示すように、リフターＬの吸着を解除してから、移動手段３が多関節ロボット３１を駆動して支持手段２を移動させ、フラットな状態のままウェハＷを適宜な加工装置などに搬送し、第１保持手段７１および第２保持手段７２の保持を解除してウェハＷを受け渡す。その後、搬送装置１は、図３に示す初期位置に支持手段２を復帰させ、次にリフターＬが支持したウェハＷに対して上述の動作を繰り返す。

本実施形態によれば、次のような効果がある。
すなわち、ウェハＷに対して角度を変更させた一対の第１保持手段７１を直動モータ５２が互いに接近させるので、ウェハＷの反りが大きい場合でも、当該ウェハＷに第１保持手段７１を接近させることができ、搬送不良が発生するといった不都合を確実に解消することができる。また、フラットに矯正したウェハＷを搬送して受け渡すことで、搬送先の装置等で確実にウェハＷを支持することができる。また、ウェハＷをフラットに矯正する際に、直動モータ５２および回動モータ５３を連動させて一対のアーム６の間隔を調整することで、ウェハＷにおける局部応力の発生を抑制することができる。さらに、第１保持手段７１によって非接触で保持したウェハＷを矯正することで、第１保持手段７１がウェハＷに摺接することがなく、ウェハＷ表面への傷付きを防止することができる。

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は前記記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され且つ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状などの詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。また、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、ウェハＷの搬送装置１を例示したが、本発明の支持装置（支持手段２）は、搬送装置１に組み込まれたものに限らず、独立して設けられるものであってもよい。また、前記実施形態では、板状部材が半導体ウェハＷである場合を示したが、板状部材は半導体ウェハＷに限定されるものではなく、ガラス板、鋼板、または、樹脂板等、その他の部材も対象とすることができ、半導体ウェハとしては、シリコンウェハや化合物ウェハ等が例示できる。
また、前記実施形態では、保持手段７として、第１保持手段７１と第２保持手段７２とを備えて構成されていたが、いずれか一方だけで保持手段が構成されてもよいし、第３保持手段などを追加で備えていてもよい。
さらに、第１保持手段７１としては、ウェハＷに向かって気体を噴出することにより非接触で吸引可能なものを例示したが、これに限らず、ウェハＷ表面に接触して吸着保持可能な吸着手段を用いてもよく、この場合には、ウェハＷ表面との接触部分に弾性体を設けるなどしてウェハＷ表面への傷付き防止を図ることが好ましい。
また、第２保持手段７２としては、一対のチャック７５，７６によって、ウェハＷの外縁Ｗ３を把持するものに限らず、第１保持手段７１と同様に気体を噴出することでウェハＷを非接触で吸引可能なものでもよいし、ウェハＷ表面に接触して吸着保持可能なものでもよい。

また、移動手段としては、前記実施形態のように多関節ロボット３１を備えた六軸駆動可能なものに限らず、一方向に直線移動可能なものや平面２方向に移動可能なものなど、用途に応じて適宜な構成のものが利用可能である。
また、検出手段としては、前記実施形態のように撮像装置４１を備えたものに限らず、板状部材の外縁などに接触して形状を認識可能な接触センサでもよいし、赤外線等の光線の反射や透過によって板状部材の形状を認識可能な光センサでもよい。また、撮像データを用いて板状部材の反り方向を検出する方法としては、画像処理に限らず、その他の適宜な自動処理でもよいし、作業者の手動処理でもよい。
さらに、反った状態でないウェハＷを支持や搬送の対象としてもよいし、反った状態のウェハＷをフラットにすることなく支持したり搬送したりしてもよい。
また、前記実施形態では、ウェハＷの両側方がＺ軸方向（図４中上方）に反った場合を説明したが、ウェハＷの中央がＺ軸方向（図４中上方）に反った場合にでも対応が可能である。
さらに、前記実施形態では、保持手段７を左右対象に動作させる例を示したが、ウェハＷの形状や反りの状態によっては、一方の保持手段７を移動または回動させないようにしたり、一方の保持手段７の移動または回動量を他方の保持手段７よりも増減させたりして、左右対象に動作させることなく対応させることができる。
また、前記実施形態における駆動機器は、回動モータ、直動モータ、リニアモータ、単軸ロボット、多関節ロボット等の電動機器、エアシリンダ、油圧シリンダ、ロッドレスシリンダ及びロータリシリンダ等のアクチュエータ等を採用することができる上、それらを直接的又は間接的に組み合せたものを採用することもできる（実施形態で例示したものと重複するものもある）。

１ 搬送装置
２ 支持手段（支持装置）
３ 移動手段
４ 検出手段
６ アーム（支持部材）
７ 保持手段
５２ 直動モータ（変位手段）
５３ 回動モータ（角度変更手段）
７１ 第１保持手段
７２ 第２保持手段
７３ 気体噴出部（吸引手段）
７５ 主動チャック（把持手段）
７６ 従動チャック（把持手段）
Ｗ ウェハ（板状部材）
Ｗ１ 下面（一方の面）
Ｗ２ 上面（他方の面）
Ｗ３ 外縁

Claims (3)

1. 板状部材の支持装置と、
   この支持装置を移動させる移動手段と、
   前記板状部材の反り方向を検出する検出手段とを備え、
   前記支持装置は、
   前記板状部材を保持する少なくとも一対の保持手段と、
   前記板状部材に対する前記一対の保持手段の角度を変更する角度変更手段と、
   前記一対の保持手段を互いに離間接近方向に変位させる変位手段とを備え、
   前記移動手段は、前記検出手段で検出した前記反り方向に直交する方向から、前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記保持手段を誘導し、
   前記変位手段は、前記角度変更手段により角度が変更された一対の保持手段で前記板状部材を保持したまま当該一対の保持手段を互いに離間する方向に変位可能に設けられていることを特徴とする板状部材の搬送装置。
2. 前記一対の保持手段は、それぞれ第１保持手段と第２保持手段を有して構成され、
   前記第１保持手段は、前記板状部材の一方または他方の面に対向配置可能かつ当該対向した面に向かって気体を噴出することにより当該板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有し、
   前記第２保持手段は、前記板状部材の外縁に当接可能かつ互いに相対接近することで当該板状部材を把持する把持手段を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の板状部材の搬送装置。
3. 少なくとも一対の保持手段を用いて板状部材を搬送する板状部材の搬送方法であって、
   前記板状部材の反り方向を検出する工程と、
   検出した反り方向に直交する方向から、前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記保持手段を誘導する工程と、
   前記板状部材に対する前記一対の保持手段の角度を変更する工程と、
   前記一対の保持手段を互いに離間接近方向に変位させ、当該保持手段を前記板状部材に接近させて前記板状部材を支持する工程と、
   角度が変更された前記一対の保持手段で前記板状部材を保持したまま当該一対の保持手段を互いに離間する方向に変位させる工程とを有することを特徴とする板状部材の搬送方法。

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