JP2005074606A - 真空ピンセット - Google Patents

Abstract

【課題】
積層状態にしたウエハ又はウエハと保護シートなどの極薄な吸着対象物に対し、吸着板の吸着面に沿って圧縮空気をほぼ水平状に噴射し、ベルヌーイの定理で吸着保持を容易且つ確実にするとことを目的とする。
【解決手段】
ピンセット本体２，３の先端側には吸着板７に多数の吸着口１３を設けた吸着保持部４を装着した手持ち式であって、吸着板７の吸着面に沿ってほぼ水平状に圧縮空気を噴射する噴射ノズル２３を設けたことを特徴とする真空ピンセット１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピンセット本体の先端に装着した吸着板の吸着面を吸着対象物に宛い、吸着面を真空状態にして吸着対象物をハンドリング（吸着保持）する真空ピンセットに係り、例えばシリコンウエハや化合物半導体ウエハなどのように、薄板状又はフィルム状をした吸着対象物をハンドリング（吸着保持）する真空ピンセットに関する。

この種の真空ピンセットは、例えば特許文献１〜３や本件出願人が特願平２００２−４７５９４号で提案した先願特許などに開示されているように、手で把持操作を行うピンセット本体の先端に吸着板を装着すると共に、ピンセット本体には吸着板の吸着面に連通する吸引流路を設け、吸引流路はピンセット本体側に連結した吸引パイプなどを介して真空ポンプなどの真空圧源に接続し、ピンセット本体には吸引流路を大気に連通させる流路の切換え機構を設けた構成を備えている。
特願２００１−３５９０８号公報 特願２００１−１４４１６３号公報 特願２００２−３６８０７２号公報

ところが、吸着対象物となるウエハは次第に大口径化して８〜１２吋（直径２００〜３００ｍｍ¢）のものも使用されるようになり、またＩＣカードの普及などによって薄型化も進んで、例えばシリコンウエハの場合にはバックグラインド前の肉厚が０．７〜０．６ｍｍ程度のものが使用されると共に、ＩＣカード用ウエハなどに用いる化合物半導体ウエハの場合には肉厚が５０〜１７０μｍｍ程度のフィルム状をした極薄ウエハもある。

これら大口径で薄型のウエハは、例えば特許文献４及び特許文献５などに開示されているように、各ウエハ間には薄膜状の保護シートを介在させて多数のウエハを積層状態で搬送容器（キャリアケース）に収納したり、特許文献６などに開示されているように、多数のウエハを直接に積層状態でテーブル上に載置し、これらのウエハは加工処理のために１枚ずつ取り出して作業工程へ移送される。
特開平０９−１２９７１９号公報 特開平１１−７９４０２号公報 特開平２００２−３１９６１１号公報

これら大口径で薄型のウエハを吸着対象物としてハンドリング（吸着保持）する際において、例えば特許文献１〜３などのような手持ち式の真空ピンセットを使用する場合と、例えば特許文献５又は特許文献６などにも開示されているように、作業用ロボットのアーム又は昇降体など自動機に装着した吸着パッドを使用する場合とがあり、製造規模や製造工程などに応じて両者の得失が生かせる方を選択して使用されている。

しかしながら、特許文献５又は特許文献６などに開示された自動機に装着した吸着パッドの場合には、大量に且つ自動的に処理するのには好適であるが、設備費が嵩むことやどの製造工程でも簡便に使用できる汎用性がないこと、吸着パッドで局部的に吸着するので、特に大口径で薄型の吸着対象物をハンドリングする際には反りや割れなどのダメージを与える恐れがあること、などの課題があった。

また、ウエハを又はウエハと保護シートを長期間に亘って積層状態にしておくと、下層側は上方から加圧を受けると共に、搬送容器（キャリアケース）に収納して搬送する場合に振動摩擦で静電気が発生し、各ウエハ間又はウエハと保護シート間が密着状態になって取り出す際に容易に剥離しなくなり、特に搬送容器（キャリアケース）に収納した場合に保護シートは柔軟で且つ通気性もあるので、保護シートを吸着した際に直下のウエハを同時に吸着保持したり、吸着の途中で落下する恐れもあった。

また、特許文献５には保護シートを剥離し易くするために、側面から圧縮空気を吹き付けるようにしているが、吸着手段として分散配置した吸着パッドを使用しているので、ベルヌーイ効果が無くて確実に保護シートを剥離することは期待できず、特許文献６には吸着パッドを装着した昇降体にベルヌーイ吸引器を設け、上方からウエハの中央に圧縮空気を吹き付けるようにしているが、ウエハの中央を局部的に吸引するので、反りや割れなどのダメージを与える恐れがある。

さらに、大口径ウエハなどの吸着対象物をハンドリング（吸着保持）する際に、ダメージを与えることなく確実に吸着保持するためには、吸着対象物の全体を均等に吸引する必要があるので、分散配置した吸着パッドを使用した構造では要求を満足させることはできず、また手持ち式の真空ピンセットに多数の吸着口を設ける場合には１系統の吸引流路のみでは吸引力が不足する恐れがある。

また、局部的に吸着保持する構造の場合には、特に吸着対象物が極薄なウエハなどの場合には反りや撓みが生じてウエハを損傷すると共に、反りや撓みによって真空状態が破壊されて落下する恐れもあり、１系統の吸引流路では万一吸引流路に故障が発生した場合には、吸着保持したウエハが落下する恐れもあってフェールセーフ機能がない。

そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得る手持ち式の真空ピンセットを提供するものであって、積層状態にしたウエハ又はウエハと保護シートなどの極薄な吸着対象物に対し、吸着板の吸着面に沿って圧縮空気をほぼ水平状に噴射し、ベルヌーイの定理で吸着保持を容易且つ確実にするとことを目的とする。

また、本発明による他の目的は、多数の吸着口を均等に配置した吸着板と空気圧源との間を複数の吸引流路を設けて連通させることによって、特に大口径ウエハや極薄ウエハなどの吸着対象物に対してもダメージを与えることなく確実に吸着保持し、且つフェールセーフ機能を持たせた真空ピンセットを提供することである。

本発明による真空ピンセットは、ピンセット本体の先端側には吸着板に多数の吸着口を設けた吸着保持部を装着した手持ち式であって、前記吸着板の吸着面に沿ってほぼ水平状に圧縮空気を噴射する噴射ノズルを設けたことを特徴とする。

前記真空ピンセットにおいて、ピンセット本体に対して吸着保持部を着脱可能に装着すると共に、ピンセット本体側又はピンセット本体側に隣接した吸着板の基部側には、噴射ノズルを形成する吐出ブロックを着脱可能に装着する形態を採ることができる。

前記真空ピンセットにおいて、ピンセット本体内には真空圧源と個別に接続される複数系統の吸引流路を設け、各吸引流路を吸着板に分散状態で配置した各吸着口に連通する形態を採り、特に各吸着口は各系統毎に同心円状に配置することが望ましい。

この真空ピンセットでは、噴射ノズルから吸着板の吸着面に沿ってほぼ水平状に圧縮空気を噴射することによって、ベルヌーイの定理に基づいて吸着板と吸着対象物の間に負圧を発生し、この負圧によって吸着対象物に浮力を生じさせて各吸着口による吸着保持を容易且つ確実するように助勢することができるので、特に積層状態にしたウエハ又はウエハと保護シートなどの極薄な吸着対象物に対するハンドリングには好適である。

また、吸着板を形成する吸着保持部及び噴射ノズルを形成する吐出ブロックを着脱可能に装着する形態を採ることによって、各種の吸着対象物に対してベルヌーイの定理に基づく吸着の助勢を最も効果的に実施し得る形態に容易に変更することが可能である。

さらに、複数系統の吸引流路を設けたことによって、大口径で極薄な吸着対象物に対しても割れや反りなどのダメージを与えることなく、十分な吸引力でしかも均等な状態で容易且つ確実に吸着保持を行うことができると共に、仮に１系統の吸引流路に故障を生じた場合でも、吸着保持した吸着対象物を落下させないフェールセーフ機能を有する。

本発明の真空ピンセットについて、本発明を適用した好適な実施形態を示す添付図面に基づいて詳細に説明すると、図１は真空ピンセット１の平面図を図２は縦断面図を示しており、ピンセット本体は手で把持する把持操作部２と流路の切換え機構を内蔵した吸着操作部３で構成されると共に、ピンセット本体の先端側にはウエハなどの吸着対象物を吸着保持する吸着保持部４を装着させ、ピンセット本体の後端側から真空ポンプなどの真空圧源に接続する配管用パイプ５，６が引き出されている。

吸着保持部４は、図３の分解斜視図で示すように、吸着対象物に宛う吸着面を下面に形成した吸着板７と、吸着板７の上面に重合状態で一体に装着した吸着補助板８で構成され、図示の実施形態による吸着板７と吸着補助板８は、吸着対象物の外径に外径を適合させた円環状（ドーナツ状）で基部側に連結片７ａ，８ａを突出形成させると共に、連結片７ａ，８ａに複数の取付け孔９，１０を設け、取付けねじ１１によって吸着操作部３に対して着脱可能な状態で連結している。

吸着保持部４は、吸着板７の上面側に２条の環状溝孔１２（１２Ａ，１２Ｂ）を同心円状に設けると共に、環状溝孔１２には吸着板７の下面側に貫通する多数の吸着口１３を設け、環状溝孔１２の始端側は連結片７ａまで延在させ、吸着補助板８は平板状で吸着板７と重合した際に環状溝孔１２の上部側を閉塞して吸引流路１４（１４Ａ，１４Ｂ）を形成し、連結片８ａには環状溝孔１２の始端側と整合する位置にそれぞれ吸出口１５（１５Ａ，１５Ｂ）を設けている。

吸着操作部３は、図４と図５で詳細を示すように、吸出口１５（１５Ａ，１５Ｂ）と整合する位置で下端側を開口させ、吸引流路１４（１４Ａ，１４Ｂ）と連通させると共に、上端側は接続用パイプ１６（１６Ａ，１６Ｂ）を圧入して配管用パイプ５（５Ａ，５Ｂ）と連通させる吸引流路１７（１７Ａ，１７Ｂ）を設け、吸引流路１７（１７Ａ，１７Ｂ）は吸着操作部３の上面に形成した大気放出口１８（１８Ａ，１８Ｂ）に連通させ、大気放出口１８は指先で開閉操作が容易にできるように、楕円状に形成した窪み１９内に開口させている。

また、吸着操作部３には吐出流路２０を設け、吐出流路２０は下流側を吐出ブロック２１に形成した吐出口２２に整合させ、吐出口２２から分岐状態で形成した噴射ノズル２３（２３Ａ，２３Ｂ）に連通させると共に、上流側には接続用パイプ２４を圧入して配管用パイプ６と連通させているが、吐出ブロック２１は取付けねじ２５によって吸着操作部３の底部側に対して、着脱可能な状態で固着されている。

噴射ノズル２３（２３Ａ，２３Ｂ）は、吸着板７の吸着面に沿って圧縮空気を噴射することによって、吸着板７と吸着対象物の間に負圧を発生させてベルヌーイの定理により、吸着対象物の浮上を促して吸着板７による吸着を促進するものであるから、圧縮空気の噴射方向は水平又は水平より僅かに上向きにすることが望ましく、また各噴射ノズル２３Ａ，２３Ｂ間の開き角度は吸着対象物の口径や吸着対象物との距離などに応じて、適性に設定される。

把持操作部２は、内部に配管用パイプ５（５Ａ，５Ｂ）と配管用パイプ６が挿通される筒状体で形成されており、吸着操作部３側に圧入した接続用パイプ１６，２４に対して配管用パイプ５，６を装着した後に、先端側を吸着操作部３に形成した嵌合孔２６に差し込んで取付けねじ２７で固着する。

真空ピンセット１は、配管用パイプ５，６を真空ポンプなどの真空圧源に接続して使用されるが、配管用パイプ５Ａ，５Ｂを真空ポンプの吸引側にそれぞれ接続すると共に、配管用パイプ６を真空ポンプの吐出側に接続し、吸着操作部３の大気放出口１８（１８Ａ，１８Ｂ）を指先で押さえて閉塞した状態で把持操作部２を手で把持すると、吸着板７の吸着口１３からの吸引作動が行われ、指先を離して大気放出口１８（１８Ａ，１８Ｂ）を解放すると、吸着口１３からの吸引作動が停止する。

従って、吸引作動状態で吸着対象物に対して吸着板７の吸着面を宛うと、吸着対象物の吸着保持を行うことができると共に、大気放出口１８から指先を離して吸引作動を停止すると、吸着保持していた吸着対象物を離脱させることができるが、吸引作動を行う際に噴射ノズル２３から吸着対象物の側面側へ空気を吐出させると、ベルヌーイの定理によって吸着板７と吸着対象物との間に負圧が生じ、吸着対象物を吸着板７側に浮上させて吸引作動を助勢することができる。

また、吸引流路を真空圧源側から２系統に分けた状態で設けたことにより、吸引力が向上して大口径や重量のある吸着対象物を安定且つ確実に吸着保持することができると共に、吸着保持中に１系統が故障した場合でも残りの１系統によって吸着保持を継続できるフェールセーフ機能が向上し、高価な吸着対象物を落下させて損傷することを防止でき、広い吸着面に対して多数の吸着口１３を分散状態で配置させることによって、吸着対象物を均等に吸着してダメージを与えることなく安定且つ確実に吸着保持することができ、特に各系統の吸引流路に連通した吸着口１３を同心円状に配置するとより効果的である。

次に、真空ピンセット１を用いて吸着対象物をハンドリング（吸着保持）する具体例を図６及び図７で説明すると、吸着対象物である大口径で薄型の半導体ウエハＷは搬送容器（キャリアケース）２８内に収容されているが、搬送容器２８は基台２９の上部に周壁３０とスリット３１を交互に形成した円筒状をし、底部に敷設した緩衝材３２上に半導体ウエハＷと保護シートＳが積層状態で交互に収納されており、スリット３１から吸着保持部４を搬送容器２８内に差し込んみ、吸着板７によって半導体ウエハＷと保護シートＳを順次吸着保持し、搬送容器２８から取り出して所定位置に移送する。

この取出し作業において、半導体ウエハＷと保護シートＳの間は圧着状態で長時間保管されていた場合や、移送中の振動摩擦で静電気が発生した場合には密着しているので、容易に剥離することができないと共に、保護シートＳは柔軟で且つ通気性もあるので、従来技術による手持ち式の真空ピンセットを使用した場合や、特許文献４〜６などのように作業用ロボットのアームに装着した複数の吸着パッドを使用する場合には、保護シートＳを吸着した際に直下の半導体ウエハＷを同時に吸着保持したり、吸着の途中で落下する恐れもあったが、これらの課題は噴射ノズル２３を設けたことによって解決できる。

すなわち、保護シートＳを吸着保持する際に直上位置から吸着板７を次第に近接させると、噴射ノズル２３からほぼ水平状態で噴射された圧縮空気は吸着板７の吸着面に沿った空気流となり、吸着板７と保護シートＳの間に発生した負圧によって保護シートＳが浮上すると共に、吸着面に設けた多数の吸着口１３からの吸引によって吸着板７に密着するので、直下の半導体ウエハＷから容易に剥離して吸着保持を行うことができ、保護シートＳを取り出した後に半導体ウエハＷを吸着保持する際にも、吸着板７と半導体ウエハＷの間に発生した負圧によって、半導体ウエハＷの吸着保持を助勢することができる。

なお、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、要旨の範囲内で各種の変形を採り得るものであり、例えば図示の実施形態では吸着板７を設けた吸着保持部を円環状（ドーナツ状）にしたが、吸着対象物の形状や収納又は載置の形態或いは用途などに応じて、円板状や方形状又はＴ字状或いは馬蹄形状などにすることも可能である。

また図示の実施形態ではフェールセーフの向上及び吸引力の増強を図るのために、真空圧源からの吸引流路を２系統にしているが、吸引流路を２系統以上の複数系統にしたり、１系統にして実施する形態を採ることも可能であり、１系統の場合に真空ピンセット１側で２分岐以上に分岐することも可能であるが、各吸引流路が相互干渉しないためには、真空圧源からの吸引流路を２系統にする形態の方が望ましい。

また、吸着口１３は吸着板７に対して均等に配置させることが望ましく、吸引流路を２系統にして吸着板７を円環状にした図示の実施形態では場合には、フェールセーフ機能が効果的に働くように吸着口１３を各系統毎に同心円状に配置しているが、同様の機能が達成されるならば、吸着板の形状などに応じて吸着口の配列を別の形態にすることも可能である。

また、図示の実施形態では吸着操作部３における流路切換え機構として、吸引流路から分岐して大気放出口を外部に開口させ、この大気放出口を指先の操作で開閉する簡単な構成を採り、安価で操作が容易且つ確実に行われるようにしているが、従来から実施されているような開閉弁を内蔵させ、押しボタンその他のスイッチの操作で流路を切換える形態を採ることも可能である。

また、図示の実施形態では配管用パイプ５，６を把持操作部２内に挿通して吸着操作部３側と直接連結しているが、把持操作部２内に吸引流路及び吐出流路を設けると共に、把持操作部２の後端側にコネクタを設け、このコネクタと配管用パイプ５，６側のコネクタを連結して真空圧源側と接続したり、配管用パイプ５，６を把持操作部２内に挿通しないで吸着操作部３側にコネクタを設けて直接連結する形態を採ることもできる。

さらに、本発明では噴射ノズル２３から吸着板７の吸着面に沿って圧縮空気を噴射し、吸着板７の吸着面側に負圧を発生させてベルヌーイの定理により吸着対象物を浮上させ、吸着板７の吸着口１３による吸着保持を助勢するようにしており、図示の実施形態では噴射ノズル２３を吸着操作部３側に装着しているが、同様に機能する構造ならば吸着保持部４側の基部側に設けた連結片７ａ，８ａに装着する形態を採ることも可能である。

また、噴射ノズル２３の形状や噴射角度或いは取付け高さ位置などは、吸着対象物の形状や口径などに応じて、ベルヌーイの定理が最も効果的に機能し得る形態を採るように設定するが、特に図示の実施形態では吸着保持部４を着脱可能にすると共に、吐出ブロック２１を着脱可能にしているので、所望の形態に容易に交換して変更することができる。

本発明を適用した真空ピンセットの全体平面図を示す。 図１の真空ピンセットの縦断面図を示す。 図１の真空ピンセットにおける吸着保持部の分解斜視図を示す。 図１の真空ピンセットにおける吸着操作部であって、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図を示す。 図１の真空ピンセットにおける吸着操作部であって、（ａ）は一部を断面にした正面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図を示す。 図１の真空ピンセットの使用状態の説明図を示す。 図６の要部拡大図を示す。

符号の説明

１ 真空ピンセット
２ 把持操作部
３ 吸着操作部
４ 吸着保持部
５，６ 配管用パイプ
７ 吸着板
８ 吸着補助板
９，１０ 取付け孔
１１，２５，２７ 取付けねじ
１２ 環状溝孔
１３ 吸着口
１４，１７ 吸引流路
１５ 吸出口
１６，２４ 接続用パイプ
１８ 大気放出口
１９ 窪み
２０ 吐出流路
２１ 吐出ブロック
２２ 吐出口
２３ 噴射ノズル
２８ 搬送容器（キャリアケース）
２９ 基台
３０ 周壁
３１ スリット
３２ 緩衝材
Ｗ 半導体ウエハ（吸着対象物）
Ｓ 保護シート

Claims (4)

1. ピンセット本体の先端側には吸着板に多数の吸着口を設けた吸着保持部を装着した手持ち式であって、前記吸着板の吸着面に沿ってほぼ水平状に圧縮空気を噴射する噴射ノズルを設けたことを特徴とする真空ピンセット。
2. 前記真空ピンセットにおいて、ピンセット本体に対して吸着保持部を着脱可能に装着すると共に、ピンセット本体側又はピンセット本体側に隣接した吸着板の基部側には、噴射ノズルを形成する吐出ブロックを着脱可能に装着する請求項１に記載した真空ピンセット。
3. 前記真空ピンセットにおいて、ピンセット本体内には真空圧源と個別に接続される複数系統の吸引流路を設け、各吸引流路を吸着板に分散状態で配置した各吸着口に連通する請求項１又は２に記載した真空ピンセット。
4. 前記真空ピンセットにおいて、各吸着口は各系統毎に同心円状に配置する請求項３に記載した真空ピンセット。

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