JP7396815B2 - ロボットハンド - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットに取り付け、中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央を吸引保持するロボットハンドに関する。
半導体ウェーハ等の被加工物を研削する研削装置上や切削する切削装置上等、又は上記装置間においては、中凹み状に湾曲したウェーハの外周縁を保持するロボットハンド（例えば、特許文献１参照）や、中凹み状に湾曲したウェーハの外周部分を離間する２つの吸引部でウェーハを吸引保持するロボットハンド（例えば、特許文献２参照）で、中凹み状に湾曲したウェーハを搬送している。
特開２０１４－０００６５４号公報 特開２０１７－０４５７８４号公報
例えば、研削装置等の加工装置上において、ウェーハはウェーハカセットに棚状に収容されていて、ロボットのロボットハンドがウェーハを一枚保持しカセットから搬出して上下反転させて仮置きテーブルに搬送している。したがって、ロボットは、ウェーハを上下反転させるために、ロボットハンドでウェーハの中心を吸引保持したい。また、加工後のウェーハをスピン洗浄した後、スピンナテーブル上のウェーハを保持するときにウェーハの中央を吸引保持したいという要望がある。
しかし、中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央を吸引保持しようとすると、ウェーハの反り上がった外周部分がロボットハンドの基台に接触し、ウェーハが中凹み状に湾曲した状態ではロボットハンドがウェーハを適切に吸引保持する事ができないという問題がある。
よって、ウェーハを搬送するロボットに装着されるロボットハンドにおいては、反って中凹み状に湾曲しているウェーハの凹み中央をロボットハンドで適切に吸引保持して搬送するという課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、ロボットに取り付け、中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央を吸引保持するロボットハンドであって、長尺平板状の基台と、該基台に配設されウェーハの凹み中央を吸引保持する吸盤と、ウェーハを吸引保持する該吸盤の吸着面を吸引源に連通させる連通路と、該連通路を構成するブロック吸引孔を備え該吸盤を該基台の一面に対して嵩上げする一又は複数の嵩上げブロックとを備え、該吸着面でウェーハを吸引保持した際に、ウェーハの外周部分が該吸盤が装着された該基台の一面に接触しないように、該一又は複数の嵩上げブロックによって該吸盤を該一面に対して嵩上げしているロボットハンドである。
ロボットに取り付け、中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央を吸引保持する本発明に係るロボットハンドは、長尺平板状の基台と、基台に配設されウェーハの凹み中央を吸引保持する吸盤と、ウェーハを吸引保持する吸盤の吸着面を吸引源に連通させる連通路と、該連通路を構成するブロック吸引孔を備え該吸盤を該基台の一面に対して嵩上げする一又は複数の嵩上げブロックとを備え、吸着面でウェーハを吸引保持した際に、ウェーハの外周部分が吸盤が装着された基台の一面に接触しないように、該一又は複数の嵩上げブロックによって吸盤を一面に対して嵩上げしていることで、中凹み状のウェーハの反り上がった外周部分が基台に接触すること無くロボットハンドが適切にウェーハの凹み中央を吸引保持できるようになる。そして、例えば、ウェーハの凹み中央をロボットハンドで吸引保持してウェーハカセットから取り出し、ウェーハを上下反転させて加工装置の仮置きテーブル等に搬送することが可能となる。
ウェーハが収容されたカセット及びロボットハンドを備えるロボットの一例を示す斜視図である。 中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央をロボットハンドで吸引保持している状態を説明する側面図である。 ロボットハンドの基台の先端側の一面にＯリング、嵩上げブロック、及び吸着パッドを取り付ける状態を説明する斜視図である。 カセットに収容され中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央をロボットハンドで吸引保持している状態を説明する断面図である。
図１に示すロボット１は、例えばカセット４に収容される中凹み状に湾曲したウェーハＷをカセット４から搬出したり、カセット４に搬入したりするためのロボットであり、本発明に係るロボットハンド６を備えており、例えば、図示しない研削装置上に配設されるものである。
図１に示すカセット４は、例えば、底板４ａと、天板４ｂと、後壁４ｃと、２枚の側壁４ｄと、前方側（＋Ｙ方向側）の開口４ｅとを有しており、開口４ｅからウェーハＷを搬出入できる構成となっている。カセット４の内部には、複数の棚部４０が上下方向に所定の間隔をあけて形成されており、棚部４０においてウェーハＷを一枚ずつ収容することが可能となっている。なお、カセット４の構成は本例に限定されるものではない。
図１、２に示す平面視円形状のウェーハＷは、ウェーハＷの中心から外周縁Ｗｃに向かって徐々に反っていくことで、中凹み状に湾曲している。即ち、この中凹み状の湾曲とは、カセット４の棚部４０にウェーハＷを表面Ｗａを下側に向けて載置した際に、ウェーハＷの表面Ｗａがその中央側の領域から外周側の領域に向かって徐々に低くなっていくような湾曲である。そして、カセット４の棚部４０に、ウェーハＷの外周縁Ｗｃが接触して棚部４０にウェーハＷが載置されている。例えば、ウェーハＷの裏面Ｗｂには図２に示す保護テープＴが貼着されている。
図２に示す中凹み状に湾曲したウェーハＷの底である凹み中央Ｗｆと外周縁Ｗｃとの高さ差は、例えば、約５ｍｍとなっているが、５ｍｍより小さくてもよいし、該高さ差が約６ｍｍ～約１０ｍｍあってもよい。
また、中凹み状に湾曲したウェーハＷの一例としては、表面Ｗａが樹脂封止されたウェーハ等がある。
図１に示すようにロボット１は、多関節ロボットであり、ロボットハンド６を所定の位置に移動させる駆動部３を備えている。駆動部３は、例えば、長尺板状の第１のアーム３０と、長尺板状の第２のアーム３１と、Ｚ軸方向に延在するロボットハンド連結部３２と、ロボットハンド６を水平方向に旋回させるロボットハンド旋回手段３４と、第１のアーム連結部３３と、昇降機構３５とを備えている。
ロボットハンド連結部３２には、第１のアーム３０の一端の上面が連結されている。第１のアーム３０のもう一端の下面には、第１のアーム連結部３３を介して、第２のアーム３１の一端の上面が連結されている。第２のアーム３１のもう一端の下面は、昇降機構３５の柱３５０の上端に連結されている。昇降機構３５は、例えば、ロボットハンド旋回手段３４内に収容された図示しないモータ等の昇降駆動源を備え、ロボットハンド旋回手段３４に対して柱３５０を昇降させてロボットハンド６の高さ位置を調整できる。そして、ロボットハンド旋回手段３４は、モータ等の図示しない旋回駆動源を備え旋回駆動源が生み出す回転力により回転し、昇降機構３５を旋回軸を軸として旋回させることで、ロボットハンド６を水平に旋回させている。
ロボットハンド連結部３２の上端側には、図１においては鉛直方向（Ｚ軸方向）に直交するＸ軸方向の軸心を有するスピンドル７０を回転可能に支持するハウジング７１が固定されている。例えばハウジング７１の内部には、スピンドル７０を回転駆動する図示しないモータが収容されている。
スピンドル７０の先端側はハウジング７１から－Ｘ方向に突出しており、この先端側に、ロボットハンド６の根元側が装着されるホルダ７３が配設されている。図示しないモータがスピンドル７０を回転させることに伴って、スピンドル７０にホルダ７３を介して接続されているロボットハンド６が回転して、ロボットハンド６の一面６０ａとロボットハンド６の一面６０ａの反対面６０ｂとを上下に反転させることができる。
図１、２に示すロボット１に取り付け、中凹み状に湾曲したウェーハＷの凹み面（表面Ｗａ）の中央Ｗｆを吸引保持する本発明に係るロボットハンド６は、長尺平板状の基台６０と、基台６０に配設されウェーハＷの凹み面の中央Ｗｆを吸引保持する吸盤６１と、ウェーハＷを吸引保持する吸盤６１の吸着面６１０ｄを吸引源６９に連通させる連通路６２（図２のみ図示）と、を少なくとも備えている。
基台６０は、例えば、ＳＵＳ、アルミまたはアルミナセラミックス等からなり、その先端側から図１に示すカセット４の内部に進入していく。基台６０の一面６０ａ（図１、２においては下面）の先端側の領域は、吸盤６１を装着する面となる。また、基台６０の一面６０ａは、根元側の一部を除いて平坦面となっている。
基台６０の一面６０ａの根元側の領域は、例えば、略矩形状に基台６０を厚み方向（Ｚ軸方向）に切り欠いて切り欠き部６００が形成されていてもよい。該切り欠き部６００は、直径が比較的大きい中凹み状に湾曲したウェーハＷをロボットハンド６が吸引保持する場合に、ウェーハＷの反り上がった外周縁Ｗｃが入り込むことで、基台６０とウェーハＷとの接触を防ぐ役割を果す。また、切り欠き部６００を形成することで、カセット４内にロボットハンド６を進入させウェーハＷの凹み中央Ｗｆに吸盤６１を接触させるための上昇移動量を少なくできる。なお、後述する嵩上げブロック６６の枚数を増やすことで、ウェーハＷの凹み中央Ｗｆと外周縁Ｗｃとの高さ差に対応して吸盤６１の高さを調整する事ができるので、基台６０は切り欠き部６００を備えない構成となっていてもよい。
図２、３に示すように、例えば、基台６０の一面６０ａの先端側の領域には、基台６０の長手方向に所定の間隔を空けて複数（例えば２つ）の雌ねじ穴６０１が、厚み方向（Ｚ軸方向）に向かって形成されている。なお、雌ねじ穴６０１はさらに複数基台６０に形成されていてもよい。
例えば、基台６０の一面６０ａの先端側の領域の２つの雌ねじ穴６０１の間には、連通路６２を構成する吸引路６０３の一端が開口しており、吸引路６０３は、例えば、基台６０の内部を長手方向に延在している。
例えば、基台６０の一面６０ａの吸引路６０３の開口の周囲には、円環状のＯリング収容溝６０５が形成されている。
図２、３に示す吸盤６１は、例えば、変形可能なゴム等の弾性材を平面視円形状に形成したものであり、円形板状の吸盤基部６１０と、吸盤基部６１０の外周領域から徐々に拡径するように立設されたツバ状の変形部６１１とを備えている。吸盤６１において、図３に示す吸盤基部６１０の上端面（図２においては下端面）はウェーハＷを吸着する吸着面６１０ｄとなる。
吸盤基部６１０には、基台６０の一面６０ａに形成された雌ねじ穴６０１に対応する２つの吸盤馬鹿穴６１０ａと、基台６０の一面６０ａに形成された吸引路６０３の開口に対応する１つの吸盤吸引孔６１０ｂとがそれぞれ厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通形成されている。なお、吸盤馬鹿穴６１０ａは、雌ねじ穴であってもよい。その際、基台６０の雌ねじ穴６０１は貫通穴で、基台６０側から固定雄ネジを貫通させ吸盤６１の雌ねじ穴に螺合させ吸盤６１との間に嵩上げブロック６６を挟んだ状態で吸盤６１を基台６０に連結させ一体化させる。
本発明に係るロボットハンド６は、図２に示すように、吸着面６１０ｄでウェーハＷを吸引保持した際に、ウェーハＷの外周縁Ｗｃを含む外周部分が吸盤６１が装着された基台６０の一面６０ａに接触しないように吸盤６１を一面６０ａに対して嵩上げしている。即ち、例えば、ロボットハンド６は、吸盤６１と基台６０との間に、ウェーハＷの湾曲具合（反り具合）に応じて図２、３に示す嵩上げブロック６６を一枚又は複数枚挟んだ構成となっている。
図２、３に示す例えば３枚が重なった状態の嵩上げブロック６６は、例えば、吸盤６１の吸盤基部６１０と略同径の円形平板状となっており、吸盤６１と基台６０との間に挟む枚数によって吸盤６１の基台６０の一面６０ａに対する嵩上げ高さを調整可能となっている。即ち、嵩上げブロック６６は、吸引保持したいウェーハＷの湾曲具合によってその数が調整される。
例えば剛性を有する素材からなる嵩上げブロック６６には、基台６０の一面６０ａに形成された雌ねじ穴６０１に対応する２つのブロック馬鹿穴６６０と、基台６０の一面６０ａに形成された吸引路６０３の開口に対応する１つのブロック吸引孔６６１とがそれぞれ厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通形成されている。なお、ブロック馬鹿穴６６０は、雌ねじ穴であってもよい。
例えば、嵩上げブロック６６のブロック吸引孔６６１の周囲には、円環状のＯリング収容溝６６４が形成されている。
図２に示すようにロボットハンド６を中凹み状に湾曲したウェーハＷの凹み中央Ｗｆを吸引保持可能な状態に組み立てるには、図３に示すように、基台６０側から順に、基台６０に形成された２つの雌ねじ穴６０１と、所定枚数（図３においては３枚）の各嵩上げブロック６６に形成された２つのブロック馬鹿穴６６０と、吸盤６１に形成された吸盤馬鹿穴６１０ａとが重なるように位置合わせする。
さらに、基台６０のＯリング収容溝６０５にゴム等からなり円環状のＯリング６７を入れ込み、嵩上げブロック６６のＯリング収容溝６６４にＯリング６７を入れ込む。さらに、吸盤６１に形成された吸盤馬鹿穴６１０ａから図３に示す固定雄ねじ６８を挿入し嵩上げブロック６６のブロック馬鹿穴６６０を通してから、基台６０の雌ねじ穴６０１に螺合することにより、基台６０、嵩上げブロック６６、及び吸盤６１を一体化させることができる。即ち、吸盤６１が基台６０の一面に対して嵩上げされた状態で装着された状態になる。なお、固定雄ねじ６８のねじ頭が、吸盤６１の吸盤基部６１０に埋め込まれた状態になり、吸着面６１０ｄから突き出ていない状態になる。
また、吸盤６１の吸盤吸引孔６１０ｂ、嵩上げブロック６６のブロック吸引孔６６１、及び基台６０の吸引路６０３が連通して構成される連通路６２（図２参照）が形成される。吸引路６０３の他端は、基台６０を装着するホルダ７３内に形成されたホルダ吸引路７３０に連通している。例えば、図２に示すホルダ７３のホルダ吸引路７３０には、ロボットハンド６の旋回移動を妨げないように可撓性を備える樹脂チューブ６９０が、図示しない継手等を介して連通している。そして、樹脂チューブ６９０のもう一端側には、真空発生装置、又はエジェクター機構等の吸引源６９に接続されている。そのため、吸引源６９が作動することで生み出される吸引力が連通路６２を通り、吸盤６１の吸着面６１０ｄに伝達される。
また、基台６０のＯリング収容溝６０５に入れ込まれたＯリング６７は、嵩上げブロック６６によって押圧されてＯリング収容溝６０５内で変形し、また、嵩上げブロック６６のＯリング収容溝６６４に入れ込まれたＯリング６７は、他の嵩上げブロック６６又は吸盤６１によって押圧されてＯリング収容溝６６４内で変形する。その結果、各Ｏリング６７によって、吸盤６１から基台６０内までの連通路６２の密閉性が向上する。
以下に、図１に示すロボット１によりカセット４に裏面Ｗｂが上側を向いた状態で収容されているウェーハＷを搬出する場合の、ロボットハンド６の動作について説明する。なお、ロボット１のロボットハンド６により吸引保持されるウェーハＷは、カセット４に収容された状態になっていなくてもよい。
まず、図１に示すロボット１が昇降機構３５によってＺ軸方向に移動されて、ロボットハンド６とカセット４内の狙いのウェーハＷとのＺ軸方向における位置合わせが行われる。また、図示しないモータがスピンドル７０を回転させ、ロボットハンド６の吸盤６１が上側を向いた状態にセットされる。
また、駆動部３がロボットハンド６を旋回させて、ロボットハンド６が開口４ｅからカセット４の内部の所定の位置まで進入していく。すなわち、図２、４に示すように、吸盤６１が、棚部４０（図２には不図示）上に裏面Ｗｂを上側を向けて載置されているウェーハＷの表面Ｗａの凹み中央Ｗｆの下方に位置するようにロボットハンド６が位置づけられる。
次いで、図２、４に示すロボットハンド６が上昇して、ウェーハＷの表面Ｗａの凹み中央Ｗｆに吸盤６１を接触させる。吸盤６１の変形部６１１はウェーハＷの凹み中央Ｗｆの小さな湾曲に沿って変形することで、凹み中央Ｗｆとの接触面積が最大化され、吸盤６１の吸盤基部６１０の吸着面６１０ｄが凹み中央Ｗｆに接触する。なお、変形部６１１の傾斜している内側面のみがウェーハＷの凹み中央Ｗｆに接触した状態となってもよい。
吸引源６９が作動して生み出された吸引力が、連通路６２を通り吸盤６１の吸着面６１０ｄまで伝達され、吸盤６１がウェーハＷの凹み中央Ｗｆを吸着することで、ロボットハンド６によりウェーハＷが吸引保持される。ここで、ウェーハＷの外周縁Ｗｃを含む外周部分が吸盤６１を装着する基台６０の一面６０ａに接触しないように、例えば３枚の嵩上げブロック６６によって吸盤６１を一面６０ａに対して嵩上げしていることで、中凹み状のウェーハＷの反り上がった外周部分が基台６０に接触すること無くなり、ロボットハンド６がウェーハＷの凹み中央Ｗｆを吸引保持できる。
図１に示す昇降機構３５でロボットハンド６を上昇させ、ロボットハンド６に吸引保持されるウェーハＷの外周縁Ｗｃが棚部４０上から離間された高さで昇降機構３５を停止させ、ウェーハＷを吸引保持したロボットハンド６が図１に示す駆動部３の第１のアーム３０によって＋Ｙ方向に移動し、ウェーハＷがロボットハンド６によりカセット４から搬出される。そして、例えば、ウェーハＷの表面Ｗａの凹み中央Ｗｆをロボットハンド６で適切に吸引保持した状態で、スピンドル７０を回転させウェーハＷを上下反転させて、表面Ｗａを上側に向けた状態で図示しない加工装置の仮置きテーブル等に搬送する。
なお、仮置きテーブルに搬送されたウェーハＷを位置決めさせ、研削装置等の加工装置のチャックテーブルに搬送手段で搬送させ、加工手段でウェーハＷを加工させる。そのため、搬送手段は、ウェーハＷの表面Ｗａの凹み中央Ｗｆを吸引保持してチャックテーブルに搬送させる。また、チャックテーブルでは、ウェーハＷの湾曲を平坦化させ、チャックテーブルの保持面を吸引源に連通させウェーハＷを倣わせて保持させる。
なお、例えば研削され湾曲していない平坦化されたウェーハＷを、本ロボットハンド６で保持させカセット４に湾曲していないウェーハＷを収容させてもよい。
本発明に係るロボットハンド６は上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。また、添付図面に図示されているロボット１やカセット４の各構成の形状等についても、これに限定されず、本発明に係るロボットハンド６の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
Ｗ：中凹み状に湾曲したウェーハ Ｗａ：ウェーハの表面 Ｗｂ：ウェーハの裏面 Ｗｃ：ウェーハの外周縁 Ｗｆ：ウェーハの凹み中央 Ｔ：保護テープ
４：カセット ４０：棚部
１：ロボット
３：駆動部 ３０：第１のアーム ３１：第２のアーム ３２：ロボットハンド連結部
３３：第１のアーム連結部 ３４：ロボットハンド旋回手段 ３５：昇降機構
７０：スピンドル ７１：ハウジング ７３：ホルダ ７３０：ホルダ吸引路
６：ロボットハンド
６０：基台 ６０ａ：基台の一面 ６００：切り欠き部 ６０１：雌ねじ穴 ６０３：吸引路 ６０５：Ｏリング収容溝
６１：吸盤 ６１０：吸盤基部 ６１０ａ：吸盤馬鹿穴 ６１０ｂ：吸盤吸引孔 ６１０ｄ：吸着面 ６１１：変形部
６２：連通路
６６：嵩上げブロック ６６０：ブロック馬鹿穴 ６６１：ブロック吸引孔 ６６４：Ｏリング収容溝
６９：吸引源 ６９０：樹脂チューブ

Claims (1)

  1. ロボットに取り付け、中凹み状に湾曲したウェーハの凹み中央を吸引保持するロボットハンドであって、
    長尺平板状の基台と、該基台に配設されウェーハの凹み中央を吸引保持する吸盤と、ウェーハを吸引保持する該吸盤の吸着面を吸引源に連通させる連通路と、該連通路を構成するブロック吸引孔を備え該吸盤を該基台の一面に対して嵩上げする一又は複数の嵩上げブロックとを備え、
    該吸着面でウェーハを吸引保持した際に、ウェーハの外周部分が該吸盤が装着された該基台の該一面に接触しないように、該一又は複数の嵩上げブロックによって該吸盤を該一面に対して嵩上げしているロボットハンド。
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