JP7366479B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを非接触で浮揚させる非接触チャックを備えた搬送装置に関する。

半導体ウェーハを研磨したり、半導体ウェーハを個片化した半導体チップをマウンティングしたりする工程において、非接触チャックが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。非接触チャックは、ワークを浮揚させて非接触で保持できる反面、ワークを保持する力が弱いため、ワークが水平方向に移動して非接触チャックから滑り落ちたり、非接触チャックとワークとの相対位置がずれたりするおそれがある。

特開２０１４－３２３８号公報

ワークの水平移動を規制するために、例えば、ワークの端面に当接するガイドを搬送装置に付設することが考えられる。ワークへの接触を最小限にして清浄度を維持するためには、ガイドであってもワークに接触しない方が好ましい。そこで、本発明は、非接触チャックを用いて浮揚させたワークの横滑りを抑制できる搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ワークを浮揚させて非接触で保持する非接触チャックを備えた搬送装置である。搬送装置は、超音波を放射する複数の超音波振動子を更に備えている。複数の超音波振動子は、超音波を放射してワークを引き寄せる定在波を発生させ、非接触チャックがワークに対向する方向から見て、ワークの外側に向けて複数の方向に引き寄せる力が釣り合う位置にワークを保持するように構成されている。

この態様によれば、非接触チャックを用いて鉛直方向にワークを浮揚させ、複数の超音波振動子を用いて水平方向におけるワークの移動を抑制できる。複数の超音波振動子は、超音波を干渉させて非接触チャックの所定の位置に定在波の領域を発生させることができる。定在波が発生すると、ポテンシャルエネルギーが低い定在波の節の位置にワークが引き寄せられる。ワークから見て複数の方向に定在波の領域を発生させれば、引き寄せる力が釣り合う位置にワークを捕捉して横滑りを抑制できる。さらに、ワークを囲む定在波の領域を少しずつずらすことにより、定在波の領域に追従するワークを所望の位置に移動させることができる。ワークを浮揚させた後であっても非接触チャックとワークとの相対位置を微調整できる。

上記態様において、非接触チャックは、気体を噴射する噴射孔と、該噴射孔の周囲に形成された吸着面と、を備えたベルヌーイチャックが好ましい。複数の超音波振動子は、吸着面に設けられている。

気体の流速が一定であれば、複数の超音波振動子は、定在波の領域を所定の位置に発生させることができる。ベルヌーイチャックの噴射孔から吸着面に沿って放射状に流れ出す気流は流速が略一定であるため、複数の超音波振動子が定在波の領域を発生させるのに好適である。この態様によれば、超音波振動子に好相性の非接触チャックを組み合わせてワークの横滑りを安定して抑制できる。

上記態様において、複数の超音波振動子は、定在波を発生させる一対の超音波振動子を少なくとも三対含み、ワークを三方から囲む第１乃至第３の位置の各々に一対の超音波振動子が配置されていることが好ましい。

この態様によれば、第１乃至第３の位置の各々において定在波の領域を発生させることができる。二点でワークを引っ張り合うと、二点を通る方向に交差する方向にワークが横滑りするおそれがある。三点以上でワークを引っ張り合うと、ワークの横滑りを安定して抑制できる。

上記態様において、複数の超音波振動子は、格子状に配列されていてもよい。

この態様によれば、格子状に配列された複数の超音波振動子の中からワークの外形に合わせて好適な位置の超音波振動子を選択して駆動できるため、種々の大きさや形状のワークに対応することができる。多数の超音波振動子を同時に駆動できるため、一対の超音波振動子よりも強力に定在波を発生させることができる。非接触チャックとワークとの相対位置を微調整するとき、駆動する超音波振動子を最適化してワークを精密に移動させることができる。

本発明によれば、非接触チャックを用いて浮揚させたワークの横滑りを抑制できる搬送装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態の搬送装置を示す斜視図である。 図２は、図１に示された搬送装置の要部を模式的に示す断面図である。 図３は、図２に示された搬送装置を非接触チャックがワークに対向する鉛直方向下側から見た底面図である。 図４は、ワークを囲む定在波の領域を少しずつずらすことにより、定在波の領域にワークが追従する操作を模式的に示す底面図である。 図５は、ワークを三方から囲む第１乃至第３の位置の各々に一対の超音波振動子が一対ずつ設けられている第１の変形例を示す底面図である。 図６は、左右方向及び前後方向の移動を抑制する第１乃至第４の位置の各々に一対の超音波振動子が一対ずつ設けられている第２の変形例を示す底面図である。 図７は、複数の超音波振動子がワークの外形に沿って二列に並べられている第３の変形例を示す底面図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の参照符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の一実施形態の搬送装置１は、ワークＷを鉛直方向Ｚに浮揚させる（図１参照）ベルヌーイチャック等の非接触チャック２に加えて、ワークＷの水平方向（Ｘ，Ｙ）の移動を抑制する複数の超音波振動子３を備えていることが特徴の一つである。

複数の超音波振動子３は、超音波を放射してワークＷよりも外側の領域２００に定在波の領域Ｓを発生させる（図２参照）。定在波が発生すると、ポテンシャルエネルギーが低い定在波の節の位置にワークＷが引き寄せられる。ワークＷから見て複数の方向（例えば、前後左右の四方位、好ましくは、３６０°全方位）に定在波の領域Ｓを発生させれば（図３、図５乃至図７参照）、引き寄せ合う力が釣り合う位置にワークＷを捕捉して横滑りを抑制できる。ワークＷを囲む定在波の領域Ｓを少しずつずらすと、定在波の領域ＳにワークＷが追従する（図４参照）。ワークＷを浮揚させた後であっても非接触チャック２の吸着面２２とワークＷとの相対位置を微調整できため、半導体チップ等のワークＷを基板等に対して精密に位置合わせできる。以下、図１から図７を参照して各構成について詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態の搬送装置１を示す斜視図である。図１に示すように、搬送装置１は、ワークＷを浮揚させて非接触で保持する非接触チャック２を備えている。搬送装置１は、例えば、半導体製造工程のダイボンド装置やピックアップ装置に用いられる。図示した例では、搬送装置１が、ワークＷの一例である半導体チップをピックアップしている。

半導体チップは、半導体ウェーハをダイシングにより個片化したものであり、後工程のボンディング工程を経てＬＳＩパッケージ等に加工される。隣り合う半導体チップの間隔は、ダイシングカッタの厚みと同程度であり、例えば１００μｍ程度である。搬送装置１は、半導体チップをピックアップし、能動面を上にして基板等に載置するワイヤボンディング方式に適用してもよい。半導体チップをピックアップし、能動面を下にして基板等に載置するフリップチップボンディング方式に適用してもよい。

図２は、図１に示された搬送装置１の要部を模式的に示す断面図である。図示した例では、非接触チャック２がベルヌーイチャックであり、気体を噴射する噴射孔２１と、噴射孔２１の周囲に形成された吸着面２２と、を備えている。非接触チャック２は、ベルヌーイチャックに限定されず、他種の非接触チャックであってもよい。例えば、非接触チャック２は、磁力でワークＷを引き寄せる電磁石と、磁力と釣り合う力でワークを引き離すエアブローとの組合せであってもよい。

ベルヌーイチャックにおいて、噴射孔２１から気体が噴射されると、ワークＷと吸着面２２との間に気体の層が形成され、非接触でワークＷを保持できる。気体は、空気であってもよいし、他種の気体であってもよい。気体を噴射する噴射孔２１は、例えば円環状に形成されている。噴射孔２１を囲繞する吸着面２２は、水平方向（Ｘ，Ｙ）に沿って広がる平面であり、平板状のワークＷに対向して均一な流路を画成できる。

図２に示すように、搬送装置１は、非接触チャック２に加えて、複数の超音波振動子３と、超音波振動子３に高周波電力を供給する発振器４と、発振器４を制御する制御部５と、を更に備えている。超音波振動子３は、発振器４から供給された高周波電力を超音波振動に変換する電気機械変換器である。

各々の超音波振動子３は、例えば超音波スピーカであり、金属円板の片面に圧電セラミックスを貼り合わせたユニモルフ振動子等で構成されている。超音波振動子３の構成は特に限定されず、公知の構成を適宜選択できる。各々の超音波振動子３は、吸着面２２に埋設され、鉛直方向Ｚの下向きに超音波（疎密波）を放射する。複数の超音波振動子３から放射された超音波が互いに干渉すると、定在波が発生し定在波の節と腹とが鉛直方向Ｚに１／２波長ごとに現れる。

発振器４は、制御部５からの指令に従って各々の超音波振動子３に供給する高周波電力の位相や周波数を任意に異ならせることができる。また、発振器４は、制御部５からの指令に従って高周波電力を供給する超音波振動子３と供給しない超音波振動子３とを任意に切り替えることができる。制御部５は、発振器４が各々の超音波振動子３に供給する高周波電力を制御することにより、複数の超音波振動子３が発生させる定在波の振幅の位置を変更できる。

図３は、図２に示された搬送装置１を非接触チャック２がワークＷに対向する鉛直方向Ｚの下側から見た底面図である。図３に示すように、複数の超音波振動子３は、非接触チャック２の吸着面２２に設けられている。図示した例では、複数の超音波振動子３が、前後左右に等間隔の格子状に配列されている。前述した水平方向（Ｘ，Ｙ）は、左右方向Ｘ及び前後方向Ｙを含んでいる。

非接触チャック２の吸着面２２をワークＷに対向する鉛直方向Ｚから見たとき、ワークＷに重畳する領域をワークＷの内側の領域１００とし、ワークＷに重畳しない領域をワークＷの外側の領域２００とする。本実施形態では、制御部５及び発振器４によって駆動された複数の超音波振動子３が、非接触チャック２の吸着面２２の表面近傍の空間であって、該吸着面２２がワークＷに対向する鉛直方向Ｚから見てワークＷよりも外側の領域２００に定在波の領域Ｓを発生させる。

なお、定在波の領域Ｓの一部が、ワークＷよりも内側の領域１００に重畳してもよい。定在波の領域Ｓは、厳密にワークＷよりも外側の領域２００に発生する場合に限らず、ワークＷの外周付近であればよい。定在波が発生すると、ポテンシャルエネルギーが低い定在波の節の位置にワークＷが引き寄せられる。ワークＷから見て複数の方向に定在波の領域Ｓを発生させれば、引き寄せ合う力が釣り合う位置にワークＷを捕捉して横滑りを抑制できる。

格子状に配列された複数の超音波振動子３は、多数の超音波振動子３を同時に駆動して定在波の領域Ｓを発生させてもよいし、ワークＷの内側の領域１００と外側の領域２００との境界近傍に位置する超音波振動子３を限定して駆動して定在波の領域Ｓを発生させてもよい。複数の超音波振動子３の中からワークＷの外形に合わせて好適な位置の超音波振動子３を選択して駆動できるため、種々の大きさや形状のワークＷに対応することができる。駆動する超音波振動子３の数が増えると、各々の超音波振動子３が小型でも振幅の大きな定在波を発生させることができるため、ワークＷをトラップする力が強くなる。

図４は、ワークＷを囲む定在波の領域Ｓを少しずつずらすことにより、定在波の領域にワークが追従する操作を模式的に示す底面図である。本実施形態の搬送装置１は、ワークＷの横滑りを抑制できるだけでなく、非接触チャック２とワークＷの相対位置を微調整することができる。図４に示すように、複数の超音波振動子３を格子状に配列し、駆動する超音波振動子３を少しずつ切り替えて定在波の領域Ｓをゆっくりと移動させれば、定在波の領域Ｓの移動にワークＷが追従する。

図５は、ワークＷを三方から囲む第１乃至第３の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々に一対の超音波振動子３Ｐ，３Ｄが一対ずつ設けられている第１の変形例を示す底面図である。ワークＷを三点拘束する場合、複数の超音波振動子３は、互いに干渉して定在波の領域Ｓを発生させる一対の超音波振動子３Ｐ，３Ｄを少なくとも三対含んでいればよい。

一対の超音波振動子３Ｐ，３Ｄの各々は、ワークＷの中心から近位の超音波振動子３Ｐと、ワークＷの中心から遠位の振動子３Ｄと、を含んでいる。図示した例では、矩形のワークＷにおいて、第１の位置Ｐ１はいずれかの辺（以下、第１の辺と呼ぶ）の中点の近傍に位置し、第２の位置Ｐ２は、第１の辺に直交する辺（以下、第２の辺と呼ぶ）の中点の近傍に位置し、第３の位置Ｐ３は、第１の辺及び第２の辺が共有する頂点の対角に位置する頂点の近傍に位置している。

図６は、左右方向Ｘ及び前後方向Ｙの移動を抑制する第１乃至第４の位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の各々に一対の超音波振動子３Ｐ，３Ｄが一対ずつ設けられている第２の変形例を示す底面図である。左右方向Ｘ及び前後方向Ｙの移動を抑制するべく四点拘束する場合、例えば、矩形のワークＷの各辺の中点の近傍に一対の超音波振動子３Ｐ，３Ｄを少なくとも一対ずつ配置すればよい。

図７は、複数の超音波振動子３がワークＷの外形に沿って二列に並べられている第３の変形例を示す底面図である。図７に示すように、ワークＷの中心から近位の超音波振動子３Ｐは、ワークＷの外形に沿って一列に並べられている。ワークＷの中心から遠位の超音波振動子３Ｄは、ワークＷの中心から近位の超音波振動子３Ｐを囲むように一列に並べられている。つまり、複数の超音波振動子３は、ワークＷを二重の枠状に囲んでいる。

ワークＷの中心から近位の超音波振動子３Ｐの列（以下、一列目と呼ぶ）と、ワークＷの中心から遠位の超音波振動子３Ｄの列（以下、二列目と呼ぶ）との間にワークＷを囲む枠状の定在波の領域Ｓが発生する。ワークＷを二列に並べられた超音波振動子３Ｐ，３Ｄで枠状に囲むと、ワークＷの外形に左右されずに安定してワークＷの横滑りを抑制することができる。ワークＷの中心から近位の超音波振動子３Ｐ同士の間隔は等間隔でなくてもよいし、ワークＷの中心から遠位の超音波振動子３Ｄ同士の間隔は等間隔でなくてもよい。例えば、矩形のワークＷの四隅だけＬ字形に囲むように超音波振動子３Ｐ，３Ｄを並べてもよい。

ベルヌーイチャック等の非接触チャックを用いてワークＷを浮揚させると、ワークＷが横滑りしやすい。本実施形態の搬送装置１によれば、吸着面２２に設けられた複数の超音波振動子３がワークＷを引き寄せる定在波を発生させ、ワークＷの外側２００に向けて複数の方向に引き寄せる力が釣り合う位置にワークを保持するため、ワークＷの横滑りを抑制できる。基板に対して半導体チップを精密に位置合わせしなければならない半導体の製造工程にとりわけ好適である。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を領域的に置換し又は組み合わせることが可能である。例えば、ベルヌーイチャックで半導体ウェーハ等の大型のワークＷを浮揚させる場合、超音波振動子３を並べた吸着面２２に複数の噴射孔２１を設けてもよい。

１…搬送装置、２…非接触チャック、３…超音波振動子、３Ｄ，３Ｐ…一対の超音波振動子、４…発振器、５…制御部、２１…噴射孔、２２…吸着面、１００…ワークの内側の領域、２００…ワークの外側の領域、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…第１乃至第３の位置、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…第１乃至第４の位置、Ｓ…定在波の領域、Ｗ…ワーク、Ｘ…左右方向、Ｙ…前後方向、Ｚ…鉛直方向。

Claims (4)

1. （削除）
2. ワークを浮揚させて非接触で保持する非接触チャックを備えた搬送装置であって、
   超音波を放射する複数の超音波振動子を更に備え、
   前記複数の超音波振動子は、超音波を放射してワークを引き寄せる定在波を発生させ、前記非接触チャックがワークに対向する方向から見て、ワークの外側に向けて複数の方向に引き寄せる力が釣り合う位置にワークを保持するように構成されており、
   前記非接触チャックは、気体を噴射する噴射孔と、該噴射孔の周囲に形成された吸着面と、を備えたベルヌーイチャックであり、
   前記複数の超音波振動子は、前記吸着面に設けられている、
   搬送装置。
3. 前記複数の超音波振動子は、定在波を発生させる一対の超音波振動子を少なくとも三対含み、
   ワークを三方から囲む第１乃至第３の位置の各々に前記一対の超音波振動子が配置されている、
   請求項２に記載の搬送装置。
4. 前記複数の超音波振動子は、格子状に配列されている、
   請求項２又は３に記載の搬送装置。

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