JPS5992545A - シ−ト状材料の引上げヘツド - Google Patents

シ−ト状材料の引上げヘツド

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JPS5992545A
JPS5992545A JP58188583A JP18858383A JPS5992545A JP S5992545 A JPS5992545 A JP S5992545A JP 58188583 A JP58188583 A JP 58188583A JP 18858383 A JP18858383 A JP 18858383A JP S5992545 A JPS5992545 A JP S5992545A
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    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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  • Load-Engaging Elements For Cranes (AREA)
  • Delivering By Means Of Belts And Rollers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明はたわみやすく、もろい材料を扱うための引上げ
ならびに移送ヘッドに関する。% K %本発明はたわ
みやすく、もろい材料を、平坦な形状に維持しながら移
送するための、吸気エアフローを用いる引上げならびに
移送ベッドに関する。
〔発明の分野〕
半導体デバイスの製造にあたシ、複数の層を有するセラ
ミック・モジュールを、各種の処理ステップ中に移送す
ることが必要であった。これらのモジュールは複数層の
セラミック材料からなっており、各シートす彦わちセラ
ミックの層はその上面に印刷された、特定の導電パター
ンを有している。典型的な場合、層をそろえて、未硬化
セラミックのスタックが構成され、このスタックはつい
で押圧され、硬化されて、集積□セラミック・パッケー
ジを形成するが、このパッケージの内部には電気的に接
続された極めて多数の導電路が設けられる。しかしなが
ら、硬化前の層の各々およびスタック自体は、たわみや
すく、非常にもろいものである。
公知技術において、一般K”グリーン・シート”と言わ
れるこれらのシートを取り扱い、積み重ねるだめに、さ
まざまな方法が提案され、利用されている。これらの方
法には、手で積み重ねることから、吸引装置を使用する
ことまでが含まれている。個々のシートが薄く、また極
めてもろいものであるため、手によって処理した場合、
延びたりあるいは部分的に変形したシする。指紋、引裂
きなどという問題をなくすために、材料を損うことなく
各種の処理ステップの間でグリーン・シートを引き上げ
、移送するための引上げヘッドが、無数に提案されてい
る。すべてのかかる装置に対する共通の要件は、グリー
ン・シートをその両局縁部および中心部で支持し、最終
的な積重ねや硬化における印刷や配置などの以後の処理
ステップ前に、延びたシ裂けたシすることを防止で′き
る装置を画定することである。取シ扱われる材料の感度
を考慮すると、硬化(硬い)ウェファ−の移動に通常使
用される装置を、もろいシートの処理に満足のいくよう
に使用することはできない。
かかる公知技術方法のひとつは、ベルヌーイ現象すなわ
ち軸−半径流現象を利用して、ウェファ−を持ち上げる
ことに基づいている。この方法においては、軸方向の流
れが平坦面(ウェファ−)に衝突し、ついで境界流路形
状で半径方向外方へ流れた場合に、吸引力および反発力
の両方が発生する。適切な流れの条件が設定されれば、
吸引力が支配的衣ものとなシ、平坦な物体が移送ヘッド
に向って持ち上げられる。このような方法は剛性の平面
状物体には適するものであるが、しかしたわみやすくも
ろい材料を移送しかければならない場合には、有効では
なくなる。6軸−半径”流の理論は、米国特許第425
7’637号で検討されている。
平坦な表面を有する物体を、この流れの現象によって持
ち上げるだめの他の装置が、米国特許第3539216
号および第3411710号に記載されている。米国特
許第3539216号において、流れの条件はベルヌー
イ効果による持上げのため、本体の表面で半径方向に対
抗する方向に設定される。流れを表面上で不平衡な状態
で流し、ウェファ−を横方向の制限部材に押しつけるこ
と(3) もてきる。米国特許第341177f:1号においては
、空気の噴流がシートのスタックに向けて、垂直方向下
方へ流される。半径方向への分岐部における垂直流の速
度によって、流れが所定の位置に置かれたときに、スタ
ックの最上シートを持ち上げるための、圧力差が生じる
。それゆえ、これら両公知特許の特徴は、軸方向の気体
流が平坦な表面に衝突し、ついて境界流路において半径
方向外方へ流れるときに発生する、反発力および吸引力
の両方を使用することである。適切な流れの条件におい
ては、吸引力が支配的となる傾向がちシ、物体が自由に
動くのであれば、移送ヘッドの対抗面に向って持ち上げ
られ、引き寄せられる。縁部が接触した状態にある剛性
の平面状材料を持ち上げ処理するためにベルヌーイ効果
を利用する他の例が、I BM  Technical
  DisclosureBulletin第18巻、
第6号、第1866−1839ベージ(1975年11
月)および第20巻、第2号、第593−594ベ一ジ
C1977年7月)K示されている。
(4) ベルヌーイの理論を利用する方法に属するものとしては
、縁部で接触している剛性の平面状ウェファ−を持ち上
げるために使用される、引上げヘッドのグループがある
。この方法は米国判許第3525706号及び米国特許
第4257637号に示されている。I BM  Te
chnicalDisclosure Bulleti
n第11巻、第2号第112ページ(1968年7月)
:第17巻、第1号、第84ページ(1974年6月)
;第18巻、第8号、第2447ページ(1976年1
月);および第22巻、第5号、第1864−1865
ページ(1979年1o月)にも、示されている。
公知技術のベルヌーイ効果とは別の方法は、真空を応用
したものであシ、真空によって物体が移送ヘッドの列に
なった吸引口を利用して持ち上げられ、この吸引口はつ
いで遠隔の真空源に接続される。真空源は真空ポンプま
たはベンチュリ管のスロート部のいずれかである。典型
的なものは、米国特許第3648853号および米国特
許第4185814号に開示されている方法である。米
国特許第3648853号においては複数の引上げ真空
カップがベンチュリ管のスロート部に接続されておシ平
坦なワーク・ピースの持ち上げを行なう。米国特許第3
648853号においては、グリーン・シート材料はマ
ニフオルド・システムを用いた真空制御によって、取シ
扱われ、その結果真空をかけた場合に、引上げが行なわ
れ、また正圧が生じるように圧力を逆にすることにより
、シートの排出が行なわれる。真空法を利用する場合、
ポート間の流れのつシあいを取ることが、非常に微妙で
ある。効率のよい方法で物体を持ち上げる方法は、した
がって、かかる真空のアプローチに利用される圧力が敏
感なものであるため、難しいものである。
シートとスペーサを交互に積層したスタックから個々の
グリーン・シートを引上げ移送する問題に適用した場合
の真空システムの難点を、第1図乃至第3図に関連して
説明する。第1A図に示すように、引上げヘッド1は固
定した垂直位置に配置されており、ポートとスロット2
の構成を有しておシ、これらを通して吸引力が接続され
ている真空源によってかけられる。グリーン・シート3
とスペーサ4の交互の層からなるスタック5は、スタッ
ク接近速度で引上げヘッドに向って、上方へ移動する。
すなわち、スタックは所定の速度で、ヘッドに接近し、
ついで最上部グリーン・シートがヘッドの真空面に接近
して配置される位置で、停止する。実際には、最上部の
グリーン・シートは、このヘッド表面と本質的に接触し
ている。ヘッド表面の開口を通して連続的にポンピング
することによシ、介在圧力が、個々のグリーン・シート
の重量に等しい吸引力が達成されるレベルまで下がる。
それゆえ、スタックが引き下げられた場合、最上部のグ
リーン・シートが引き上げヘッドに引き寄せられ、保持
されて、後に残る。
しかしながら、このシステムには欠点があることが知ら
れている。たとえば、吸引力が不十分であるため、ヘッ
ドがシートを引き上げそこねることがある。スタック接
近速度v1引き上げヘッド(7) 近傍でのスタックの滞留時間、シートの可撓性、および
接触位置における真の表面間隔などのシステム・パラメ
ータの関数である。吸引力の時間率の展開もある。真の
表面間隔というパラメータは、第1A図に示す如き、所
定のベッドとスタックの間隔りでスタックを停止させる
精度、グリーン・シート材料の構成などを指す。さらに
、主に考慮されることは、ヘッド表面におけるポンピン
グ効率である。このパラメータは滞留期間中の6真の”
間隔に関する、吸引ポートの数、サイズ、形状、および
配置の関数である。
第1B図に示すように、スタックが引き上げへラドに接
近すると、最上部のグリーン・シートと引上げヘッドの
真空面との間に、空気が瞬間的に捕えられる。周囲条件
よシも上に圧力が上がる傾向があるが、しかしこの傾向
は吸引ポンピングによシ、また表面の間の空間からの最
初の流れの放出によって、連続的に相殺される。放出流
q を、吸引流q と共に第1B図に示す。滞留期間中
のポンピング作用は必要な吸引力を生起するレベル(8
) まで、圧力を急速に下げるのに十分なものでなければな
らない。これが不十分であると、スタックが下げられた
とき、グリーン・シートが引き上げヘッドによって保持
されなくなる。
所定のポンピングの有効性に関する、第2図および第3
図に示すごときモデルの分析よシ、シートに作用する力
が特徴として、最大値に達し、ついで大きさがシートの
重量に等しい負の値まで間断なく減少する。この挙動の
範囲は、接近速度Vの関数であり、したがって接近速度
が高くなれば(すなわち、移動時間が短くなれば)、引
上げ条件を達成するためには、これに応じて最低滞留時
間を長くすることが必要となる。第2A図は、平衝状態
に達しておらず、グリーン・シート3がへラド1によっ
て保持されなめ状態を示す力の線図であり、第2B図は
引上げを行なうに必要、な力の条件を示すものである。
第2A図において、放出流q は外方へ流れるようにさ
れており、一方引上げ状態においては第2B図の力q′
が内方へ向けられている。第2A図と第2B図に示され
た状態の間の遷移期間中に、放出流はゼロを通過する。
第3図は時間の関数として、グリーン・シートに作用す
る平均の力Fをプロットしたものであシ、所定のポンピ
ングの有効性に対して、このプロットはシートにかかる
力が最大の力となり、ついで一様に最小値へと低下して
いく、すなわちシートの重量に等しくなるということを
特徴としていることを示している。第6図において、t
 tは移動時間であり 1/は引上げ状態の高さh t
’/’−おける滞留時間である。これらの曲線はvl〈
v2〈v3なる関係を示している。第6図において、を
−toであれば、第2A図に示すようKh=h。
である。t=t、の場合、第2B図に示すようにh=h
  である。
かかる吸引システムに固有の作動上の変動を考慮すれば
、引上げ状態がスタックのあらゆるサイクルで行なわれ
るものではないことになる。このことが発生する頻度を
減らすひとつの方法は、接近速度を下げ、同時に滞留時
間を増加させることである。このような方法は最大力を
下げ、同時に滞留時間を最低限度以上のものにして、引
上げ力、  を発生させる。第6図は引上げ状態り、&
ICおける滞留時間t5の増加を示している。このよう
な方法は、しかしながら、ポンプ・システム固有の他の
変動要因に鑑み、問題を解決するのに全面的に十分なも
のというものではない。たとえばポンピングの有効性が
、特に重要である。ポートとスロットを真空ポンプと一
緒に利用する既存の装置において、吸引工程は本質的v
c″吸込”タイプのものである。それゆえ、引上げヘッ
ド下面のポートによって生ずる吸引場の効果を、最も有
効に利用するためには、一般に慎重にシートとヘッドを
配置するという要件が必要となる。吸引場の効果を、た
とえば、小直径のポートを真空ヘッド表面のより広い部
分に配置されるよう、数多く使用することによって、強
化できる。このようなアプローチは、しかしながら、ポ
ートとポンプとの間の圧力低下、流れの制限、ポートの
閉塞といった実用上の問題が増加するということを意味
する。
(11) 〔発明の概要〕 公知技術の欠点に鑑み、本発明は吸引場を生成すること
によシ、持上げを行なう他の方法に関するものである。
本発明はしかしながら、真空源を必要とするものではな
く、気体の噴流の吸気特性が平坦できゃしゃな物体を、
均等にかつ静かに持ち上げ、保持するのに必要な力の特
性をもたらすことを認識することに基づくものである。
複数の気体噴流が組み込まれた特殊な構造を使用するこ
とにより、集合的な吸気効果が、引上げ装置下面におけ
る吸引効果として明らかとなる。したがって、グリーン
・シート力この表面の近傍に置かれた場合、シートは引
きつけられ、定置される。
それゆえ、本発明の目的は、グリーン・シートのような
きゃしゃな物体を引き上げこれらを処理のために移送す
る装置を提供することである。
本発明の他の目的は、装置表面の近傍に配置された、引
き寄せられ定置保持されるべき平坦な表面を引きつける
ために、空気の噴流の吸気効果を(12) 利用する引上げヘッドを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、最低限の流れの要件で一様
な結果をもたらす、所定の重量持上げ能力を提供する、
単純な構造の引上げヘッドを画定することである。
本発明のさらKまた他の目的は、真空源を必要としない
引上げヘッドを画定し、これによりラインの閉塞の問題
を除去し、かつ設定された流れの実用上の変動の影響を
受けない装置を手に入れることである。
本発明のさらvcまた他の目的は、吸気空気流であるた
め引上げられるべき物体をベッドに自動的に整合させ、
物体の表面からあらゆる異物を本質的に除去する、引上
げヘッドを提供することである。
本発明の上記目的および他の目的は、部分的に閉じ込め
られた気体噴流の吸気力を利用した、引上げヘッドによ
って達成される。吸気噴流スロットを、ヘッドの内側及
び外側両方の周縁領域に設けることもできる。スロット
の床部分Kiって放出される噴流は、流れの吸気性によ
って局部的な吸引効果をもたらす。このことによって、
ついで強制流効果が生じ、この場合周囲の空気は複数の
スロット中へ連続的に送り込まれ、噴流によって運び去
られる。その結果、剛性のウェファ−または可撓性のグ
リーン・シートであるとを閉わず、ある程度平坦な表面
が装置表面の近傍に置かれると、これは装置表面に急速
に引き寄せられ、定置保持される。
保持力または持上げ力、あるいはその両方は、スロット
の構成及び寸法、スロットのパターン、並びに供給流量
の関数である。スロットは細長いものでなければならな
い。連続して並べられた一連の独立したポートでは、吸
気状態を達成できない。実施例においては直線状のもの
として示されているが、スロットを湾曲したものにした
シ、波状のものにしたりすることもできる。重量持上げ
力が流量の関数であるため、基本装置の変更、たとえば
スロットを引上げヘッドの外方周縁領域にのみ利用する
ことを、有効に利用できる。
真空ポンプに接続されたポートを利用する既存の装置と
比較すると、吸気性を使用することにより、構造が本質
的に簡単なものとなシ、シかも実用上の性能の利点が得
られる。主な利点のひとつは、吸気空気流という性質が
ヘッドの大きな領域における、大きな一体的な吸引効果
をもたらすということである。それゆえ、シートはよシ
効率よく、装置の表面に引き寄せられるが、これは損傷
を受けやすい可撓性のグリーン・シートの場合には重要
な基準である。さらに、加圧噴流を使用して、吸引を生
じさせるため、ラインが閉塞される傾向は、最低となる
。作動時には、装置は流れの状態の変動の影響を受けに
くい。
本発明の他の目的、利点、および詳細な説明を添付図面
に関連する以下の詳細な説明及び特許請求の範囲に関し
て記載する。
〔好ましい実施例の説明〕
第4図には、大気中に噴出する自由噴流の流線が示され
ている。第4図において、供給ポート1(15) 0は、壁部12にほぼ垂直な流路を有する空気の噴流を
もたらしている。噴流によって放出される空気は、層流
または乱流のいずれかである。吸気流によって作シ出さ
れる流線が、第4図に矢印で示すようKR生する。すな
わち、放出空気噴流によシ、内方へ向い、かつ壁面12
にほぼ平行な流線が生じ、これはついで空気噴流t/C
l’Lぼ平行な流線となる。軸方向の流量が増加する傾
向がある。
空気噴流及び吸気流に関する典型的な速度分布50(軸
方向に対し垂直なもの)を、第4図に示す。
それ゛ゆえ、大気中に放出される自由空気噴流は、周囲
の空気を同伴するという特徴がある。噴流を3つの面で
囲むことによって、この流れの状態を使用して、吸気効
果をスロットの領域に集中させることができる。
本発明の一実施例を示す第5図について説明する。入口
ポート10が空気の供給を受け、これをスロット14に
放出する。この実施例は、単一スロットのシステムを示
している。スロットは3つの壁面を有しておシ、また吸
引スロットを画定す(16) る開口をひとつ有している。スロット中への吸気空気流
によシ、吸引領域が生じる。同伴ないし吸気効果は、し
たがって、スロットの大部分にbfcつて存在するスロ
ット領域に集中させられる。吸引の強さ及び範囲は、ス
ロットの形状と供給流の状態の関数である。第5図に示
すように、スロット14は細長く、直線状をしている。
スロットの幅に対して細長いという寸法が、安定した状
態で吸気を行なうの妬必要である。スロットと同じ長さ
のところにある、それぞれが独立した一連のポートでは
、安定した状態での吸気を達成できない。
スロットのエツジ15は、鋭く、スロット開口に直交す
るものとして、図示されている。これらのエツジに丸味
をつけ、コーナ一部分での層流を促進することによって
、流れの特性を改善することができる。スロットが直線
状である必要はない。
用途によっては、湾曲した、あるいは波状のスロットを
採用することもできる。
これらの流れの特性および単一スロットのシステムを利
用した、本発明の第2実施例を、第6A図、第6B図、
第6C図及び第6D図に示す。この実施例は、2つの構
成部品、即ち空気供給流及びノズル10を有するプレー
ト20と細路22を利用している。第2部材60は、そ
の底面から半径方向外方に配置され、かつフィード・オ
リフィスろ4のネットワークによって、細路22と流体
が連通ずるようになされた一連のスロット62を包含し
ている。スロットを画定する幅が狭く長い溝状の通路が
、短い板状のオリフィスよりもはるかに効率的であるこ
とがわかった。作動させる場合、−第6図の装置は広い
範囲の流れ供給圧力で、作動可能である。剛性の材料だ
けではなく、可撓性の材料をも効率よく引き上げ、保持
することができる。たとえば、約4psigの供給圧力
において、ティッシュ・ペーパー、布あるいはウェファ
−のような材料を、移送ヘッドによって容易に引き寄せ
、保持することができる。同時に、供送溝の寸法が小さ
いため、流れの消費条件がゆるやかなものとなる。本質
的に、スロットのポンピング作用は、スロットの領域に
おける流れの挙動のため、より広範な吸引作用をもたら
す。それゆえ、性能に悪影響をおよぼすことなく、シー
トとヘッドの配置に幅の広い変動が認められることにな
る。
換言すれば、グリーン・シートの供給と引上げヘッドの
間の正確な位置合せか、第6図の実施例による装置では
、よシ容易に達成される。
本発明の三番目の好ましい実施例を、第7A図および第
7B図に示す。グリーン・シート引上げヘッドのこの構
成は、大きな引上げヘッドの構成という点で、第6図の
実施例と同じ吸気噴流吸引方法を利用するものである。
第7A図に示すように、ノズル10から供給空気は、プ
リナム22を有する引上げヘッド部分にそれぞれが空気
を供送する4つのセグメントからなる、第7A図に示す
ようなフィード・マニフオルドへ送られる。細路22は
装置の周縁を延びており、各セグメントは上部部材20
および下部部材30からなっている。
一連の半径方向に向ったスロット32が、第6図の実施
例のものと対応する態様で、細路22から延びている。
スロットの噴流は、したがって、上(19) 述の実施例に対応する態様で、スロット32から放出さ
れる。第7B図に示すように、部材60のコーナ一部分
は、グリーン・シートと接触する表面の大きさに合うよ
うに、面24のところで斜めに切られている。すなわち
、底面12は下面120両側の傾斜面24の大きさによ
って、選択的r(変化する。したがって、面12と接触
するグIJ−ン・シートの面積を、この傾斜面の関数と
して、最適化することができる。また第5図の実施例に
おけるように、各スロットのコーナーに丸味ヲづけ、流
れの特性を改善することもできる。
第7B図は、スロツ)Kよって開放される空気の吸気効
果によるものである、平均吸引力Fを示している。この
力がグリーン・シートの重量と等しく、つり合っている
場合、シートはヘッドにつく、すなわち面12VCつく
第7図の実施例は、共通の入口からの対称的なマニフオ
ルドの配置を示している。したがって、複数のスロット
32から放出される空気は、面12vc接近するシート
を、均一に引き寄せる吸引力(20) を発生する。グリーン・シートが影響を受けやすい性質
であるため、傾斜構造は装置の吸引作用に影響をおよぼ
さないが、最小限の、しかしながら効率のよい接触を行
なうことを可能とする。
本明細書記載の通り、本発明は真空ポンプを必要としな
いため、他の吸引装置とは大幅に異なるものである。持
上げ装置の閉塞および正確な位置合せの問題が除去され
る。移送ならびに引上げヘッドの他の実施例を、本発明
の教示するところにしたがって、その本質的な範囲を逸
脱することなく、作成できることは明らかである。たと
えば、スロットが外部リングとなっている矩形のヘッド
を図示したが、ヘッドを持上げられる物体の平面形状に
合致した形状にすることもできる。さらに本装置が吸気
空気流特性を使用して、従来の真空装置よシも大きな領
域におよぶ一体的な吸引効果を達成しているので、スロ
ットの配置を変更して他の列を画定することもできる。
本発明において、部分的に包囲された気体噴流の集中吸
気流特性は、可撓性のシートの平らな表面と平行に移動
する。この流れの状態は、スロットおよびシートの表面
によって限定された領域において、連続的KQ生する吸
引効果として自明なものである。同時r(、平行な気体
流は、シート上で流れの方向に作用する境界層抵抗を誘
導する。
好ましい実施例で示したようなスロットの列を設けるこ
とr(よシ、これらの力の集中効果がシートを持上げ、
ヘッド上に保持する。したがって、これらの原理にした
がって、さまざまな異なるスロットの配置を画定できる
。図示されていないが、スロットを湾曲させることもま
た波状にすることもできる。スロットを半径方向外方f
(向ける必要はないが、引上げ条件に応じて、引上げヘ
ッドの中心に関して、かたよらせたシ、斜めにしたシす
ることができる。また、本発明の用途が可撓性の材料f
C使うものであるから、本発明を剛性のウェファ−を持
ち上げるのに用いられることも、明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1A図および第1B図は、引き上げられる物体と装置
との関係を示す、引上げ装置の略断面図である。第2A
図および第2B図は、吸引方法を利用した公知の引上げ
装置の略断面図である。第6図は、吸引装置の作動に関
する、時間の関数としての力の関係を示すグラフである
。第4図は、吸気空気流を含む、大気中へ放出される自
由噴流の空気流線を示す略図である。第5図は、スロッ
ト壁システムKi−ける、包囲空気噴流の吸気特性を示
す、一実施例の斜視図である。第6A図、第6B図、第
6C図及び第6D図は、本発明の第2実施例の、それぞ
れ底面図、平面図、側面図、および立面図である。第7
A図および第7B図は本発明の第3実施例の、それぞれ
平面図および側面図である。 10・・・・入口ボート、62・・・・スロット。 出111人  インタづル・ヒタス・マシーンズ・コづ
幀々弓タン園」 !               Φ LA−= 214

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 シート状材料を移動するための引上げヘッドであって、 気体の供給を受ける入口ポートと、軸結を介して該入口
    ポートに通じ周縁に向って外方に延びる複数のスロット
    を有する引上げ表面部材とを備え、前記スロットは前記
    入ロポーtic正圧の気体が供給されて周縁方向に放出
    されるとき、前記表面部材の表面と前記シート状材料と
    の間に吸引力を生じさせるよう該表面に設けられた、開
    口を有することを特徴とする引上げヘッド。
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