JP7418924B2 - 保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、板状物にエアーを吹き付けることで生じる負圧の作用によって板状物を保持するベルヌーイパッドを備える保持機構に関する。

携帯電話、パソコン等の電気機器には、デバイスチップが搭載されている。デバイスチップは、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の複数個のデバイスが表面側に形成されているウェーハの裏面側の全体を研削装置で薄化し、薄化後のウェーハを切削装置又はレーザー加工装置で分割することで得られる。

分割前のウェーハの表面には、複数の分割予定ラインが格子状に設定されており、分割予定ラインで区画された複数の領域の各々には、上述のデバイスが形成されている。ウェーハの表面側のうち、複数のデバイスが形成されているデバイス領域の周囲には、デバイスが形成されていない環状の外周余剰領域が存在する。

ところで、デバイスチップを製造する際には、外周余剰領域に対応する裏面側の外周部を研削せずに、デバイス領域に対応する裏面側の中央部を研削することで、裏面側を薄化して凹部を形成する手法がある。この場合、外周部は、厚手の補強部として機能するので、ウェーハの反り低減、ウェーハの強度向上等の効果が得られる。

しかし、デバイス領域に対応する部分のウェーハの厚さを、例えば３０μｍ程度に薄くした場合、デバイス領域に吸着パッドを接触させて搬送しようとすると、ウェーハが破損する恐れがある。そこで、デバイス領域に非接触でウェーハを保持するベルヌーイパッドを備える保持機構が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－１４２４６２号公報

ベルヌーイパッドは、ウェーハにエアーを吹き付けることで生じる負圧を利用してウェーハを吸引保持する。供給するエアーの圧力を高くするほど高い負圧を発生できるが、エアーの圧力を高くするほど、ウェーハに吹き付けられたエアーがウェーハに及ぼす衝突力も高くなり、ウェーハが振動して破損するという問題がある。なお、ウェーハが振動して破損する問題は、裏面側に凹部が形成されていない通常のウェーハでも起こり得る。

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、ベルヌーイパッドを用いてウェーハ等の板状物を保持する場合に、破損しない様に板状物を吸引保持することを目的とする。

本発明の一態様によれば、板状物にエアーを吹き付けることで生じる負圧の作用によって該板状物を保持するベルヌーイパッドを備える保持機構であって、該ベルヌーイパッドが配設されたハンドと、該ハンドに配設され、該板状物が該ベルヌーイパッドで吸引保持されたことを検出するセンサーと、該ハンドに配設され該板状物の横移動を規制する横移動規制部と、該ベルヌーイパッドにエアーを供給するエアー源と該ベルヌーイパッドとを連結するチューブと、該チューブに配設され、該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を調整する調整バルブと、該調整バルブの動作を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を徐々に増加させ、該板状物が負圧の作用を受けて該ベルヌーイパッドに吸引保持されたことを該センサーで検出したときに、エアーの流量を固定する保持機構が提供される。

好ましくは、該センサーは、近接センサーであり、該センサーと該板状物との距離が所定の長さになったことを該センサーで検出したときに、該制御部は、該板状物が該ベルヌーイパッドに吸引保持されたと判断し、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を固定する。

また、好ましくは、該センサーは、振動センサーであり、エアーの流量の増加と共に徐々に増加する該板状物の振動の振幅が所定量になったことを該センサーで検出したときに、該制御部は、該板状物が該ベルヌーイパッドに吸引保持されたと判断し、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を固定する。

本発明の一態様に係る保持機構では、制御部が、調整バルブからベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を徐々に増加させ、板状物が負圧の作用を受けてベルヌーイパッドに吸引保持されたことをセンサーで検出したときに、エアーの流量を固定する。つまり、エアーの衝突力が過度に高くなることを回避できるので、板状物が破損しない程度の吸引力で適切に板状物を吸引保持できる。

保持機構等の斜視図である。 ハンドの一面側の拡大斜視図である エアーの流量を調整してウェーハを吸引保持する様子を示す図である。 エアーの流量を調整してウェーハを吸引保持するときのフロー図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、切削装置、研削装置、レーザー加工装置、テープ貼り合わせ装置等の加工装置（不図示）に搭載され、加工対象であるウェーハ（板状物）１１等を搬送する保持機構２について説明する。図１は、保持機構２等の斜視図である。

保持機構２は、第１駆動部６を有する。第１駆動部６は、不図示のモーター等を有しており、第１駆動部６の上部に連結されている円柱状の支持部材８を、Ｚ軸方向に沿って上下移動させたり、Ｚ軸方向に略平行な回転軸の周りに回転させたりできる。

支持部材８の上部には、第１リンク１０の一端部が、Ｚ軸方向に略平行な回転軸の周りに回転可能な態様で連結されている。第１リンク１０の他端部の上部には、第２リンク１２の一端部の底部が、Ｚ軸方向に略平行な回転軸の周りに回転可能な態様で連結されている。

第２リンク１２の他端部の上部には、第２駆動部１４の底部が、Ｚ軸方向に略平行な回転軸の周りに回転可能な態様で連結されている。第２駆動部１４の側部には、ＸＹ平面に略平行な所定の直線の周りに回転可能な態様で、ハンド１６が連結されている。

ここで、図２を参照して、第１の実施形態に係るハンド１６の構造について説明する。図２は、ハンド１６の一面側の拡大斜視図である。ハンド１６は、第２駆動部１４に一端部が連結されている矩形板状の基部１６ａを有する。

基部１６ａの他端部には、基部１６ａと同じステンレス鋼等の金属で形成された円弧状の先端部１６ｂが連結されている。先端部１６ｂが形成する円弧は、２７０度以上の中心角を有している。本例の先端部１６ｂは、円弧の中心に対して基部１６ａの他端部とは反対側に、基部１６ａの幅と略同じ幅の切り欠き１６ｃを有する。

先端部１６ｂの一面１６ｄ側には、複数のベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂが設けられている。具体的には、切り欠き１６ｃと基部１６ａとを結ぶ仮想的な直線を中心として、一方側に３個のベルヌーイパッド１８ａが、他方側に３個のベルヌーイパッド１８ｂが、線対称に配設されている。

各ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂは、先端部１６ｂの他面１６ｅから一面１６ｄに向かう方向へ、旋回流が生じる様にエアーを噴射する。ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂは基本的には同じであるが、例えば、吸引対象物の回転を防止することを目的として、旋回流の回転の向きが逆に設定される。

旋回流の回転軸近傍には、ベルヌーイの定理に従って圧力が低下することで、負圧が生じる。ハンド１６近傍に位置するウェーハ１１は、負圧の作用による上向きの力と、エアーの衝突力及びウェーハ１１の自重による下向きの力と、のバランスにより、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂにより非接触で吸引保持される。

３個のベルヌーイパッド１８ａの各々の間には、例えば、ゴム製のシートで形成されたゴムパッド（横移動規制部）２０が配設されている。なお、３個のベルヌーイパッド１８ｂの各々の間にも、同様に、ゴムパッド２０が配設されている。

ゴムパッド２０は、ベルヌーイパッド１８ａの一面１６ｄからの突出量よりも更に突出している。ゴムパッド２０の突出量は、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂでウェーハ１１を吸引した場合に、ウェーハ１１に接触可能な様に調整されている。

それゆえ、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂでウェーハ１１を吸引保持したときには、ゴムパッド２０により、ＸＹ平面に平行な横方向へのウェーハ１１の移動（横移動）が規制される（図３参照）。なお、ゴムパッド２０に代えて、ウェーハ１１の横移動を規制するためのガイド、ピン等（横移動規制部）をハンド１６に設けてもよい。

最も基部１６ａに近い位置にそれぞれ配設されたベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂの間には、ウェーハ１１がベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂで吸引保持されたことを検出するためのセンサー２２が配設されている。本実施形態のセンサー２２は、センサー２２のプローブからウェーハ１１までの距離を測定可能な静電容量式の近接センサーである。

センサー２２の静電容量は、センサー２２のプローブとウェーハ１１との距離Ａに応じて変化する。センサー２２で検出される静電容量は、後述する制御部３２へ出力され距離Ａ（図３参照）に換算される。

ここで、図１を参照して、ウェーハ１１等について説明する。ウェーハ１１は、例えば、シリコン等の半導体材料で形成されている。ウェーハ１１の表面１１ａには、格子状に複数の分割予定ライン（ストリート）が設定されている。複数の分割予定ラインで区画された複数の領域の各々には、ＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイス１３が形成されている。

なお、ウェーハ１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば、ウェーハ１１は、シリコン以外の半導体、セラミックス、樹脂、金属等の材料で形成されていてもよい。同様に、デバイス１３の種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はない。

複数のウェーハ１１は、カセット２４に収容されている。カセット２４は、一対の側面２４ａを有する。各側面２４ａの内面には、カセット２４の高さ方向に沿って、所定の間隔で複数の支持溝２４ｂが形成されている。対向する一対の支持溝２４ｂにつき、１つのウェーハ１１が収容される。

一対の側面２４ａの上部は天板２４ｃで接続され、一対の側面２４ａの下部は細長い板状の接続部２４ｄで接続されている。また、一対の側面２４ａの幅方向の一端部（前方部）には、開口２４ｅが形成されている。

開口２４ｅを介してカセット２４内にハンド１６を進入させて、ハンド１６の一面１６ｄをウェーハ１１の上方に配置した後、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂからウェーハ１１にエアーを吹き付けると、ウェーハ１１は一面１６ｄへ吸引される。

図３に示す様に、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂには、エアーチューブ２６を介して、エアー供給源（エアー源）２８が連結されている。エアー供給源２８は、エアーを圧縮して送り出すコンプレッサー、圧縮されたエアーを貯留するタンク等を有する。

エアーチューブ２６には、電空レギュレータ（調整バルブ）３０が配設されている。電空レギュレータ３０は、入力信号に応じて出力するエアーの圧力を連続的に制御可能な比例制御弁であり、排気バルブ及び給気バルブ（いずれも不図示）の動作を制御するコントローラ（不図示）を有する。

コントローラは、排気バルブ及び給気バルブの開閉を制御することにより、電空レギュレータ３０の出力ポートでのエアーの圧力を制御する。なお、給気バルブには、エアーチューブ２６を介してエアー供給源２８からエアーが供給され、所定の圧力に調整されたエアーが、出力ポートから下流のエアーチューブ２６へ供給される。

電空レギュレータ３０には、出力ポートでのエアーの圧力を監視する圧力センサー（不図示）が設けられている。出力ポートから出力されるエアーの圧力値を指定する入力信号がコントローラに入力されると、コントローラは、入力信号に応じて、排気バルブ及び給気バルブを制御すると共に、圧力センサーで取得された圧力値のフィードバックを受ける。

コントローラは、圧力値のフィードバックに基づいて、出力ポートでのエアーの圧力が指定された圧力値となる様に、排気バルブ及び給気バルブを制御する。これにより、出力ポートでのエアーの圧力が補正される。

コントローラへの入力信号により、出力ポートでのエアーの圧力を調整することで、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂへ供給されるエアーの流量（即ち、単位時間当たりの流量）が調整される。例えば、入力信号により、出力ポートでのエアーの圧力を連続的に変化させることで、出力ポートからのエアーの流量を連続的に変化させることができる。

具体的には、出力ポートでのエアーの圧力を高くするほど、出力ポートから噴射されるエアーの流量を多くでき、出力ポートでのエアーの圧力を低くするほど、出力ポートから噴射されるエアーの流量を少なくできる。

エアー供給源２８と電空レギュレータ３０との間には、手動バルブ等の元栓２６ａが配設されている。元栓２６ａを開状態とすると、エアー供給源２８から電空レギュレータ３０の給気ポートへ、例えば、約０．３ＭＰａの圧力でエアーが供給される。

電空レギュレータ３０の動作は、制御部３２により制御される。制御部３２は、上述の加工装置の制御主体であるが、リンク機構４、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂ、センサー２２等の保持機構２の各構成要素も制御する。

制御部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表されるプロセッサ等の処理装置と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成されている。

補助記憶装置には、所定のプログラムを含むソフトウェアが記憶されている。このソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御部３２の機能が実現される。次に、制御部３２がエアーの流量を調整することにより、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂでウェーハ１１を吸引保持する方法について説明する。

図３は、エアーの流量を調整してウェーハ１１を吸引保持する様子を示す図であり、図４は、エアーの流量を調整してウェーハ１１を吸引保持するときのフロー図である。なお、図３では、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂ及びゴムパッド２０を省略している。

ウェーハ１１を吸引保持するときには、まず、リンク機構４を動作させて、カセット２４に収容されている１つのウェーハ１１の上方にハンド１６を配置する。本実施形態では、ハンド１６の一面１６ｄをウェーハ１１の表面１１ａと対面させるが、ウェーハ１１の裏面１１ｂが上向きに配置されている場合には、一面１６ｄを裏面１１ｂと対面させてもよい。

次いで、電空レギュレータ３０への入力信号を制御して、電空レギュレータ３０からベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂへ供給されるエアーの流量をゼロから徐々に増加させる（エアー流量増加ステップＳ１０）。

制御部３２は、センサー２２の静電容量を監視することにより、センサー２２のプローブとウェーハ１１との距離Ａをリアルタイムで監視する。制御部３２は、距離Ａが所定の長さに達していないとき、ウェーハ１１は吸引保持されていないと判断し（Ｓ２０でＮＯ）、エアーの流量を引き続き増加させる。

これに対して、制御部３２は、距離Ａが所定の長さになったことをセンサー２２で検出したときウェーハ１１は吸引保持されたと判断する（Ｓ２０でＹＥＳ）。なお、距離Ａの所定の長さは、ウェーハ１１の直径、厚さ、材料等に応じて変化する。

例えば、直径３００ｍｍ、外周余剰領域に対応する外周部の厚さが１００μｍ、デバイス領域に対応する部分の厚さが３０μｍであるシリコン製のウェーハ１１の場合、距離Ａの所定の長さは、０．５ｍｍである。

制御部３２は、距離Ａが所定の長さになったとき、ウェーハ１１がベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂに吸引保持されたと判断し、電空レギュレータ３０から供給されるエアーの流量を固定する（エアー流量固定ステップＳ３０）。

本実施形態の制御部３２は、距離Ａが所定の長さになったとき、ウェーハ１１がベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂに吸引保持されたと判断し、エアーの流量を固定する。それゆえ、ウェーハ１１へのエアーの衝突力が過度に高くなることを回避できるので、ウェーハ１１が破損しない程度の吸引力で適切にウェーハ１１を吸引保持できる。

ところで、距離Ａが所定の長さになったときは、最小の吸引力でウェーハ１１を吸引保持している状態であり、何らか理由でウェーハ１１がハンド１６から落下してしまう可能性もある。しかし、エアーの流量を過度に高くするとウェーハ１１が破損する恐れが依然としてある。

具体的には、エアーの流量を増加させるとエアーの衝突力が上昇するので、ウェーハ１１は、吸引された状態で、ウェーハ１１の厚さ方向に波打つ様に振動する。この振動の振幅は、エアーの衝突力が上昇するにつれて大きくなり、ウェーハ１１の破損につながり得る。

そこで、第２の実施形態では、静電容量式の振動センサーをセンサー２２をとして用いる。また、制御部３２は、エアーの流量の増加と共に徐々に増加するウェーハ１１の振動の振幅を監視する。

第２実施形態でも、図４と同様の手順で、ウェーハ１１を吸引保持する。まず、リンク機構４を動作させて、カセット２４に収容されている１つのウェーハ１１に、ハンド１６の一面１６ｄを対面させる。

次いで、電空レギュレータ３０への入力信号を制御して、電空レギュレータ３０からベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂへ供給されるエアーの流量をゼロから徐々に増加させる（エアー流量増加ステップＳ１０）。

制御部３２は、センサー２２で距離Ａをリアルタイムで監視することにより、ウェーハ１１の振動の振幅を監視する。制御部３２は、振幅が所定量に達しないとき、ウェーハ１１は吸引保持されていないと判断し（Ｓ２０でＮＯ）、エアーの流量を引き続き増加させる。

エアーの流量を増加させるにつれて、ウェーハ１１は上昇し、ベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂに吸引保持される。このとき、エアーの流量は、第１の実施形態のエアー流量固定ステップＳ３０で固定された流量と同じである。しかし、この段階では、振動はほぼ生じておらず、仮に生じていてもウェーハ１１を破損させる程度の振動ではない。

引き続き、エアーの流量を増加させ、振幅が所定量になったことをセンサー２２で検出したとき、制御部３２は、ウェーハ１１は吸引保持されたと判断する（Ｓ２０でＹＥＳ）。所定量の振幅は、ウェーハ１１の直径、厚さ、材料等に応じて変化する。

例えば、直径３００ｍｍ、外周余剰領域に対応する外周部の厚さが１００μｍ、デバイス領域に対応する部分の厚さが３０μｍであるシリコン製のウェーハ１１の場合、所定量の振幅は、１．０μｍである。

制御部３２は、ウェーハ１１の振幅が所定量になったとき、ウェーハ１１がベルヌーイパッド１８ａ、１８ｂに適切に吸引保持されたと判断し、エアーの流量を固定する（エアー流量固定ステップＳ３０）。

本実施形態では、第１の実施形態に比べて、より高い吸引力でウェーハ１１を吸引保持しつつも、過度な振動によりウェーハ１１が破損することを防止できる。その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ ：保持機構
４ ：リンク機構
６ ：第１駆動部
８ ：支持部材
１０ ：第１リンク
１１ ：ウェーハ
１１ａ ：表面
１１ｂ ：裏面
１２ ：第２リンク
１３ ：デバイス
１４ ：第２駆動部
１６ ：ハンド
１６ａ ：基部
１６ｂ ：先端部
１６ｃ ：切り欠き
１６ｄ ：一面
１６ｅ ：他面
１８ａ，１８ｂ：ベルヌーイパッド
２０ ：ゴムパッド
２２ ：センサー
２４ ：カセット
２４ａ ：側面
２４ｂ ：支持溝
２４ｃ ：天板
２４ｄ ：接続部
２４ｅ ：開口
２６ ：エアーチューブ
２６ａ ：元栓
２８ ：エアー供給源
３０ ：電空レギュレータ
３２ ：制御部
Ａ ：距離

Claims (3)

1. 板状物にエアーを吹き付けることで生じる負圧の作用によって該板状物を保持するベルヌーイパッドを備える保持機構であって、
   該ベルヌーイパッドが配設されたハンドと、
   該ハンドに配設され、該板状物が該ベルヌーイパッドで吸引保持されたことを検出するセンサーと、
   該ハンドに配設され該板状物の横移動を規制する横移動規制部と、
   該ベルヌーイパッドにエアーを供給するエアー源と該ベルヌーイパッドとを連結するチューブと、
   該チューブに配設され、該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を調整する調整バルブと、
   該調整バルブの動作を制御する制御部と、を備え、
   該制御部は、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を徐々に増加させ、該板状物が負圧の作用を受けて該ベルヌーイパッドに吸引保持されたことを該センサーで検出したときに、エアーの流量を固定することを特徴とする保持機構。
2. 該センサーは、近接センサーであり、
   該センサーと該板状物との距離が所定の長さになったことを該センサーで検出したときに、該制御部は、該板状物が該ベルヌーイパッドに吸引保持されたと判断し、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を固定することを特徴とする請求項１記載の保持機構。
3. 該センサーは、振動センサーであり、
   エアーの流量の増加と共に徐々に増加する該板状物の振動の振幅が所定量になったことを該センサーで検出したときに、該制御部は、該板状物が該ベルヌーイパッドに吸引保持されたと判断し、該調整バルブから該ベルヌーイパッドに供給されるエアーの流量を固定することを特徴とする請求項１記載の保持機構。

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