JP2013013945A - 板状部材の支持装置および支持方法、ならびに板状部材の搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状部材を所望の保持状態で確実に支持することができる板状部材の支持装置および支持方法、ならびに板状部材の搬送装置を提供すること。
【解決手段】フラットに矯正したウェハＷを搬送して受け渡すことで、搬送先の装置等への受け渡しに関し、ウェハＷの反りに伴う不都合を解消することができる。また、ウェハＷをフラットに矯正する際に、第１保持手段７によって非接触でウェハＷの下面Ｗ１を吸引保持しつつ、直動モータ５２で一対のアーム６を離間方向に移動させることで、ウェハＷにおける局部応力の発生や表面への傷付きを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、板状部材の支持装置および支持方法、ならびに板状部材の搬送装置に関する。

従来、半導体ウェハやフラットディスプレイの基板などに代表される薄板状の部材（板状部材）を搬送する搬送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の搬送装置は、板状部材を載置して支持する一対のアームと、これらのアームの載置面に設けられた吸引孔からの吸引により板状部材を保持する保持手段とを備え、各アームは、その長手方向に沿った軸回りに回動自在に支持されるとともに、バランサによって載置面が所定の傾斜角度に付勢されるようになっている。このような従来の搬送装置は、板状部材の反りに応じて各アームの載置面を水平面に対して傾斜させ、板状部材に沿って各アームを挿入することで載置面を板状部材に面接触させ、その後に保持手段によって板状部材を吸着保持するように構成されている。

特開２０１０−１３５３８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の搬送装置では、板状部材を反った状態のままで保持して搬送する構成であるため、例えば、搬送先の機器が板状部材全面を吸着保持する構成のものの場合、当該搬送先の機器が板状部材を確実に吸着保持できないという不都合を発生する。なお、板状部材が半導体ウェハの場合、回路面が接着シートで保護された状態で、回路面の反対側から５０μｍ前後にまで研削が行われるため、当該接着シートが貼付された半導体ウェハは、接着シートの貼付時の残留応力によって大きく反り返ってしまう場合がある。このような反りは、半導体ウェハに限られず、複層または単層構造の板状部材等であっても、温度や湿度等の雰囲気によっても発生するものである。

本発明の目的は、板状部材を所望の保持状態で確実に支持することができる板状部材の支持装置および支持方法、ならびに板状部材の搬送装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の板状部材の支持装置は、板状部材の一方または他方の面に対向配置可能な一対の支持部材と、前記支持部材の各々に設けられて前記板状部材を保持可能な第１保持手段および第２保持手段と、前記支持部材に対する前記第１保持手段の角度を変更する角度変更手段とを備え、前記第２保持手段は、所定姿勢の前記板状部材を保持可能に設けられ、前記角度変更手段は、所定姿勢以外の前記板状部材の姿勢を前記所定姿勢に矯正可能に構成されていることを特徴とする。

この際、本発明の板状部材の支持装置では、前記第１保持手段は、前記板状部材における対向した面に向かって気体を噴出することにより当該板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有していることが好ましい。
さらに、前記第２保持手段は、前記板状部材における対向した面に接触して当該板状部材を吸着可能な吸着手段と、前記板状部材における外縁に当接し互いに相対接近することで当該板状部材を把持する把持手段との少なくとも一方を有して構成されていることが好ましい。

一方、本発明の板状部材の搬送装置は、前記いずれかの支持装置と、この支持装置を移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。
この際、本発明の板状部材の搬送装置は、前記板状部材の反り方向を検出する検出手段を備え、前記移動手段は、検出した反り方向に直交する方向から前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記支持部材を誘導することが好ましい。
また、本発明の板状部材の支持方法は、一対の支持部材の各々に設けられる第１保持手段および第２保持手段を用いて板状部材を支持する板状部材の支持方法であって、前記一対の支持部材を前記板状部材の一方または他方の面に対向配置させる工程と、前記支持部材に対する前記第１保持手段の角度を変更して所定姿勢以外の前記板状部材を当該第１保持手段で保持する工程と、前記第１保持手段の角度を変更して前記板状部材を所定姿勢に矯正する工程と、所定姿勢に矯正された前記板状部材を前記第２保持手段で保持する工程とを有することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、反った状態の板状部材を第１保持手段で保持するとともに、角度変更手段によって第１保持手段の角度を変更してフラットとなる方向に板状部材を矯正し、矯正された板状部材を第２保持手段で保持することで、板状部材を所望の状態で支持することができる。従って、反ったままの板状部材を支持するのではなく、フラットな状態またはフラットに近い状態で板状部材を支持することで、板状部材に対する各種の加工や他の機器への受け渡しに関し、反りに伴う不都合を解消することができる。さらに、矯正された板状部材を第２保持手段で保持することから、比較的大きな保持力を有した第２保持手段が利用でき、板状部材を回転、反転させたり、搬送の際に振動が加わったりしても板状部材の落下や位置ずれを防止することができる。

また、板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有して第１保持手段を構成することで、反った板状部材をフラットな方向へ矯正する際に保持した２位置の間隔変動が生じたとしても、板状部材表面への傷付きを防止することができる。さらに、板状部材に当接して吸着可能な吸着手段や板状部材の外縁に当接して把持する把持手段を有して第２保持手段を構成することで、保持力を容易に高めて搬送時などの位置ずれを確実に防止することができる。ここで、把持手段を有して第２保持手段を構成すれば、板状部材の表面への傷付きを確実に防止することができる。
また、搬送装置において検出手段を用いることで、板状部材の反り方向を判別し、この反り方向に対して的確に支持部材を誘導することができる。

本発明の実施形態に係る搬送装置の斜視図。 図１の搬送装置の部分平面図。 図１の搬送装置の動作説明図。 図３に続く搬送装置の動作説明図。 本発明の変形例に係る搬送装置の部分平面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、本実施形態の搬送装置１は、板状部材としての半導体ウェハ（以下、単にウェハという場合がある）Ｗを支持し、ウェハＷを吸着支持するリフターＬから別の装置等にウェハＷを搬送したり、リフターＬから浮かせた状態のウェハＷに適宜な処理を施したりするための装置である。ここで、ウェハＷは、円盤状の薄板であり、図３にも示すように、リフターＬに支持された状態の平面視において、その平面（水平面）に沿ってウェハＷの中心を通る第１軸（短軸）Ａの方向に反っているものとし、この反り方向である第１軸Ａと直交する第２軸（長軸）Ｂには反っておらず、第１軸Ａ方向の長さＤ１がウェハＷの直径よりも小さく、第２軸Ｂ方向の長さＤ２がウェハＷの直径と略同一の略楕円形として認識される。リフターＬは、全体円柱状に形成されて水平面内で回転可能に設けられるとともに、その上面に図示しない複数の吸引孔を有し、ウェハＷの一方の面である下面Ｗ１の中央部を吸着保持可能に構成されている。

搬送装置１は、ウェハＷを支持する支持装置としての支持手段２と、この支持手段２を移動させる移動手段３と、ウェハＷの反り方向を検出する検出手段４と、図示しない制御手段とを備えて構成されている。支持手段２は、移動手段３に取り付けられるベース５と、このベース５に支持される支持部材としての一対のアーム６と、各アーム６に各々設けられる第１保持手段７および第２保持手段８とを備えて構成されている。

移動手段３は、駆動機器としての多関節ロボット３１と、多関節ロボット３１に設けられて支持手段２を着脱自在に支持するチャック３２とを備えて構成されている。この多関節ロボット３１としては公知の６軸ロボット等が例示でき、水平面に沿った直交２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）および鉛直軸（Ｚ軸）の直交三軸方向と、これらの直交三軸方向をそれぞれ軸芯とする回転三方向Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３との任意方向に向かって、支持手段２を移動可能に構成されていればよい。

検出手段４は、ウェハＷを挟んでリフターＬと反対側の上方に離れて設けられた撮像装置４１を備え、この撮像装置４１には、図示しない画像処理装置等が接続されている。撮像装置４１としては、ＣＣＤカメラや光学センサ等が例示でき、ウェハＷの他方の面である上面Ｗ２側からウェハＷを撮像し、撮像した画像情報を画像処理装置等に出力するものであればよい。画像処理装置は、図３に示すように、撮像装置４１が撮像した画像情報を画像データＰとして受信し、受信した画像データＰに基づいて、長さＤ１，Ｄ２からウェハＷの第１軸Ａおよび第２軸Ｂを算出し、第１軸Ａに沿った反り方向と、基準軸（Ｘ軸）に対する第１軸Ａの角度θを検出し、検出したウェハＷの反り方向および角度θを図示しない制御手段に出力するように構成されている。

支持手段２のベース５は、移動手段３のチャック３２に係合して取り付けられる取付支持部５１と、この取付支持部５１に固定されて図１の状態でＸ軸方向に延びる駆動機器としての直動モータ５２とを備え、直動モータ５２の一対のスライダ５２Ａに各アーム６の基端部が固定されている。

一対のアーム６は、互いに平行に延びる長尺状かつ角柱状の部材からなり、移動手段３の駆動によってウェハＷの下面Ｗ１に対向配置可能に構成されるとともに、直動モータ５２の駆動により、各アーム６が互いに離間接近方向に移動可能に構成されている。

第１保持手段７は、アーム６の長手方向略中央にてアーム６の側方に突出して設けられるとともに、図示しない駆動機器であって角度変更手段としての回動モータによって各アーム６に対して上方に回動可能、かつ回動に伴ってウェハＷの下面Ｗ１に対向配置可能に設けられている。この第１保持手段７は、下面Ｗ１に向かって気体を噴出することによりウェハＷの下面Ｗ１を非接触で吸引可能な吸引手段としての気体噴出部７１と、この気体噴出部７１に接続されて気体を供給する図示しない気体供給部とを有して構成されている。すなわち、気体噴出部７１は、円環形の開口から外方に向かって気体を噴出することでウェハＷの下面Ｗ１との間に負圧領域を形成する所謂ベルヌーイチャックである。このような各アーム６に設けられる一対の第１保持手段７の気体噴出部７１によって、下面Ｗ１の２箇所が吸引されてウェハＷが保持されることとなる。

第２保持手段８は、アーム６の基端側（ベース５側）に設けられる駆動機器としての直動モータ８１と、この直動モータ８１の出力軸８１Ａに固定される把持手段としての主動チャック８２と、アーム６の先端側に設けられて主動チャック８２と連動可能に設けられる把持手段としての従動チャック８３とを有して構成されている。主動チャック８２は、直動モータ８１によってアーム６の長手方向に沿って進退駆動され、従動チャック８３は、アーム６の長手方向に沿った案内溝６１に案内されるとともに、アーム６内部の図示しない連動部を介して主動チャック８２と連動可能に接続されている。このような主動チャック８２と従動チャック８３とは、互いの進退移動方向が逆向き、つまり互いに相対接近または相対離間する方向に駆動され、互いに相対接近することでウェハＷの外縁Ｗ３を把持可能になっている。従って、各アーム６に設けられる一対の第２保持手段８の主動チャック８２および従動チャック８３によって、外縁Ｗ３の４箇所で把持されてウェハＷが保持されることとなる。

以上の搬送装置１でウェハＷを搬送する手順を説明する。
先ず、リフターＬに吸着保持されたウェハＷを上方から撮像装置４１で撮像し、図３に示すように、画像データＰを取得したら、画像処理装置は、画像データＰにおけるウェハＷの外形および中心を検出し、短辺方向長さＤ１および長辺方向長さＤ２に基づいて、反り方向の第１軸Ａおよび反り直交方向の第２軸Ｂを検知するとともに、長さＤ１，Ｄ２の比率からウェハＷの反り曲率を演算により算出し、基準軸Ｘから第１軸Ａまでの角度θと反り曲率とを制御手段に出力する。制御手段は、第１軸Ａの角度θに基づいて移動手段３に移動指令を出力し、移動手段３は、多関節ロボット３１を駆動して支持手段２を回転方向Ｒ３に向かって角度θだけ回転させてから、第２軸Ｂに平行に支持手段２を前進させてウェハＷの下面Ｗ１に沿ってアーム６を差し込む。なお、ウェハＷに対する支持手段２の進入方向への移動は、多関節ロボット３１による支持手段２の回転に限らず、リフターＬによってウェハＷを水平面内で回転させてもよいし、支持手段２およびウェハＷの両方を回転させてもよい。

次に、制御手段は、ウェハＷの反り曲率に基づいて、下面Ｗ１とアーム６および第１保持手段７との距離が最適となるような直動モータ５２の移動量および図示しない回動モータ５３の回動角を算出し、算出した移動量に基づく移動指令を支持手段２に出力する。支持手段２は、図４(Ａ)に示すように、入力された回動角だけ図示しない回動モータを駆動し、第１保持手段７を矢印Ａ１方向に回動させウェハＷの下面Ｗ１に近づく方向に回動させるとともに、入力された移動量だけ直動モータ５２を駆動し、一対のアーム６を互いに接近する矢印Ａ２方向に移動させる。この際、第２保持手段８は、ウェハＷの外縁Ｗ３よりも外側に位置するように、主動チャック８２および従動チャック８３を互いに離間する方向つまりアーム６の両端側に退避させておく。

次に、図４(Ｂ)に示すように、第１保持手段７は、気体噴出部７１から気体を噴出することでウェハＷの下面Ｗ１を吸引し、非接触でウェハＷを保持する。このように第１保持手段７がウェハＷを保持した状態において、支持手段２は、同図に示すように、図示しない回動モータを駆動し、第１保持手段７を矢印Ａ３方向に回動させる。次いで、図４(Ｃ)に示すように、直動モータ５２を駆動し、一対のアーム６を互いに離間する矢印Ａ４方向に移動させる。これにより、ウェハＷがフラットまたはフラットに近い状態（以下、単に「フラット」という）に矯正される。ここで、ウェハＷがフラットになったかどうかは、撮像装置４１で再度ウェハＷを撮像して画像処理を実施し、算出した短辺方向長さＤ１がウェハＷの直径に近づくまたは同一になることで判定することができる。また、互いに離間する方向へ移動させたアーム６の停止位置は、ウェハＷの径に応じて予め設定されており、第１保持手段７がウェハＷの外縁Ｗ３にできるだけ接近する位置が好ましい。

次に、図１、２にも示すように、第２保持手段８が直動モータ８１を駆動し、主動チャック８２および従動チャック８３を互いに相対接近させてウェハＷの外縁Ｗ３を把持する。このように第１保持手段７および第２保持手段８によってウェハＷを保持したら、図４(Ｄ)に示すように、リフターＬの吸着を解除してから、移動手段３が多関節ロボット３１を駆動して支持手段２を移動させ、フラットな状態のままウェハＷを適宜な加工装置などに搬送し、第１保持手段７および第２保持手段８の保持を解除してウェハＷを受け渡す。その後、搬送装置１は、図３に示す初期位置に支持手段２を復帰させ、次にリフターＬが支持したウェハＷに対して上述の動作を繰り返す。

本実施形態によれば、次のような効果がある。
すなわち、フラットに矯正したウェハＷを搬送して受け渡すことで、搬送先の装置等への受け渡しに関し、ウェハＷの反りに伴う不都合を解消することができる。また、ウェハＷをフラットに矯正する際に、第１保持手段７によって非接触でウェハＷの下面Ｗ１を吸引保持しつつ、直動モータ５２で一対のアーム６を離間方向に移動させることで、ウェハＷにおける局部応力の発生を抑制することができるとともに、ウェハＷ表面への傷付きを防止することができる。さらに、ウェハＷをフラットに矯正してから、第２保持手段８でウェハＷの外縁Ｗ３を保持することで、ウェハＷ表面への傷付きを防止しつつ保持力を高めることができ、搬送の際の位置ずれや落下を防止することができる。

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は前記記載で開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され且つ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状などの詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。また、上記に開示した形状などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、ウェハＷの搬送装置１を例示したが、本発明の支持装置（支持手段２）は、搬送装置１に組み込まれたものに限らず、独立して設けられるものであってもよい。また、前記実施形態では、板状部材が半導体ウェハＷである場合を示したが、板状部材は半導体ウェハＷに限定されるものではなく、ガラス板、鋼板、または、樹脂板等、その他の部材も対象とすることができ、半導体ウェハとしては、シリコンウェハや化合物ウェハ等が例示できる。
また、前記実施形態では、第１保持手段７としては、ウェハＷに向かって気体を噴出することにより非接触で吸引可能なものを例示したが、これに限らず、ウェハＷ表面に接触して吸着保持可能な吸着手段を用いてもよく、この場合には、ウェハＷ表面との接触部分に弾性体を設けるなどしてウェハＷ表面への傷付き防止を図ることが好ましい。
また、前記実施形態では、第１保持手段７および直動モータ５２を同期させてウェハＷをフラットに矯正する手順を例示したが、ウェハＷの反りが小さい場合には、直動モータ５２による一対のアーム６の離間接近方向への移動を省略し、第１保持手段７を角度変更するだけでウェハＷを保持するとともにフラットな方向へ矯正するような構成であってもよい。

また、第２保持手段８としては、一対のチャック８２，８３によって、ウェハＷの外縁Ｗ３を把持するものに限らず、第１保持手段７と同様に気体を噴出することでウェハＷを非接触で吸引可能なものでもよいし、図５に示すように、ウェハＷ表面に接触して吸着保持可能なものでもよい。
図５において、第２保持手段８Ａは、アーム６の上面に開口する複数の吸引孔８４を有して構成されており、これら複数の吸引孔８４は、アーム６内部のチャンバーを介して図示しない吸引ポンプなどに接続されている。この第２保持手段８Ａでは、前述のように、第１保持手段７および直動モータ５２を同期させてウェハＷをフラットに矯正し、ウェハＷの下面Ｗ１がアーム６の上面に接近した状態において、複数の吸引孔８４から空気を吸引することで下面Ｗ１を吸着保持するようになっている。

また、移動手段としては、前記実施形態のように多関節ロボット３１を備えた六軸駆動可能なものに限らず、一方向に直線移動可能なものや平面２方向に移動可能なものなど、用途に応じて適宜な構成のものが利用可能である。
また、検出手段としては、前記実施形態のように撮像装置４１を備えたものに限らず、板状部材の外縁などに接触して形状を認識可能な接触センサでもよいし、赤外線等の光線の反射や透過によって板状部材の形状を認識可能な光センサでもよい。また、撮像データを用いて板状部材の反り方向を検出する方法としては、画像処理に限らず、その他の適宜な自動処理でもよいし、作業者の手動処理でもよい。
さらに、反った状態でないウェハＷを支持や搬送の対象としてもよい。
また、前記実施形態では、ウェハＷの両側方がＺ軸方向（図４中上方）に反った場合を説明したが、ウェハＷの中央がＺ軸方向（図４中上方）に反った場合にでも対応が可能である。
さらに、前記実施形態では、アーム６を左右対象に動作させる例を示したが、ウェハＷの形状や反りの状態によっては、一方のアーム６を移動または回動させないようにしたり、一方のアーム６の移動または回動量を他方のアーム６よりも増減させたりして、左右対象に動作させることなく対応させることができる。
また、前記実施形態における駆動機器は、回動モータ、直動モータ、リニアモータ、単軸ロボット、多関節ロボット等の電動機器、エアシリンダ、油圧シリンダ、ロッドレスシリンダ及びロータリシリンダ等のアクチュエータ等を採用することができる上、それらを直接的又は間接的に組み合せたものを採用することもできる（実施形態で例示したものと重複するものもある）。

１ 搬送装置
２ 支持手段（支持装置）
３ 移動手段
４ 検出手段
６ アーム（支持部材）
７ 第１保持手段
８，８Ａ 第２保持手段
７１ 気体噴出部（吸引手段）
８２ 主動チャック（把持手段）
８３ 従動チャック（把持手段）
Ｗ ウェハ（板状部材）
Ｗ１ 下面（一方の面）
Ｗ２ 上面（他方の面）
Ｗ３ 外縁

Claims (6)

1. 板状部材の一方または他方の面に対向配置可能な一対の支持部材と、
   前記支持部材の各々に設けられて前記板状部材を保持可能な第１保持手段および第２保持手段と、
   前記支持部材に対する前記第１保持手段の角度を変更する角度変更手段とを備え、
   前記第２保持手段は、所定姿勢の前記板状部材を保持可能に設けられ、
   前記角度変更手段は、所定姿勢以外の前記板状部材の姿勢を前記所定姿勢に矯正可能に構成されていることを特徴とする板状部材の支持装置。
2. 前記第１保持手段は、前記板状部材における対向した面に向かって気体を噴出することにより当該板状部材を非接触で吸引可能な吸引手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の板状部材の支持装置。
3. 前記第２保持手段は、前記板状部材における対向した面に接触して当該板状部材を吸着可能な吸着手段と、前記板状部材における外縁に当接し互いに相対接近することで当該板状部材を把持する把持手段との少なくとも一方を有して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板状部材の支持装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の支持装置と、この支持装置を移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする板状部材の搬送装置。
5. 前記板状部材の反り方向を検出する検出手段を備え、
   前記移動手段は、検出した反り方向に直交する方向から前記板状部材の一方または他方の面に沿って前記支持部材を誘導することを特徴とする請求項４に記載の板状部材の搬送装置。
6. 一対の支持部材の各々に設けられる第１保持手段および第２保持手段を用いて板状部材を支持する板状部材の支持方法であって、
   前記一対の支持部材を前記板状部材の一方または他方の面に対向配置させる工程と、
   前記支持部材に対する前記第１保持手段の角度を変更して所定姿勢以外の前記板状部材を当該第１保持手段で保持する工程と、
   前記第１保持手段の角度を変更して前記板状部材を所定姿勢に矯正する工程と、
   所定姿勢に矯正された前記板状部材を前記第２保持手段で保持する工程とを有することを特徴とする板状部材の支持方法。

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