JP4452691B2 - シート切断装置及び切断方法 - Google Patents

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Description

本発明はシート切断装置及び切断方法に係り、更に詳しくは、予め設定された軌跡に沿ってシートを切断することができるとともに、シートの切断を高精度に行うことができるシート切断装置及び切断方法に関する。
従来より、半導体ウエハ（以下、単に、「ウエハ」と称する）には、その回路面を保護するための保護シートを貼付したり、裏面又は表面に感熱接着性の接着シートを貼付することが行われている。
このようなシートの貼付方法としては、ウエハ形状に対応した平面形状のシートが帯状の剥離シートに仮着された原反を用い、ピールプレートでそのシートを剥離シートから剥離してウエハに貼付する方法、或いは、帯状の剥離シートに帯状のシートが仮着された原反を用い、剥離シートからそのシートを剥離してウエハに貼付した後に、ウエハ外周に沿って切断を行うことでウエハ上にシートを貼付する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９１９９３８号公報
しかしながら、ウエハ形状に対応した平面形状のシートを貼付する方法にあっては、ウエハの外縁とシートの外縁とを精度良く位置合わせするための高精度なシート繰出構造やテーブル移動機構が不可避になる、という不都合がある。
また、特許文献１の貼付装置に用いられた切断装置は、当該切断装置がウエハを支持する貼付テーブルの真上に配置されており、ウエハの中心を通る直線上に回転中心を有する切断装置を用いなければならない構成であるため、切断装置の回転中心とウエハの回転中心との位置合わせが非常に高精度に要求されるという不都合がある。また、切断方向がウエハの外周に沿う円周方向となり、他の平面形状、例えば、多角形状の外縁に沿う方向への切断には適合せず、切断装置としての汎用性が乏しいものとなっている。
しかも、ウエハサイズが変更になる度にカッターの位置調整が必要であるうえ、切断装置のカッターは、一定の姿勢に保たれるため、シートの厚みや、被着体の外縁断面形状等に応じてカッター刃の姿勢調整も行えない。たとえ姿勢調整ができたとしても、その姿勢変更に伴う切断径の狂いを再度調整しなければならないという不都合がある。
更に、切断装置がウエハ上に位置しているため、装置に不具合が生じた場合、ウエハを除去する作業や、メンテナンスを行う際に、カッター刃が作業者の手に触れ、怪我を招くという不都合もある。
［発明の目的］
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、切断時のカッターの姿勢調整を可能にし、しかも、それに伴い切断位置が変化しても、切断径を高精度に設定値に保つことができるうえ、切断形状の制約も受けることなく切断を行うことのできるシート切断装置及び切断方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、貼付テーブル上の被着体に貼付されたシートを切断するシート切断装置において、
ロボット本体と、このロボット本体の自由端側に支持されたカッター刃とを備え、
前記ロボット本体は、前記カッター刃が前記被着体の外縁に沿ってシートを切断する際に、カッター刃の姿勢を調整可能に支持するように設けられ、
前記シート切断時のカッター刃は、切断方向上面視において、前記カッター刃の中心線が切断方向に対して傾斜したトウイン角を維持して当該カッター刃の刃縁がカッター刃の背部よりも被着体の外縁に接近する姿勢と、切断方向正面視において、前記カッター刃の中心線が傾斜したキャンバ角を維持して当該カッター刃の先端部が基部よりも外側に位置する姿勢と、切断方向側面視において、前記カッター刃の中心線が切断方向に傾斜したキャスタ角を維持して当該カッター刃の刃縁と前記シートとで形成される角度が鋭角に保たれる姿勢とを保持した状態で、前記被着体の面に沿う直交２軸方向及び前記直交２軸方向の成分を含む何れの方向にでも前記シートを切断可能に設けられている、という構成を採っている。
前記シート切断装置において、前記ロボット本体は、自由端側に工具保持チャックを含み、当該工具保持チャックを介してカッター刃が交換可能に設けられる、という構成を採っている。
更に、前記ロボット本体は、自由端側に工具保持チャックを含み、当該工具保持チャックを介してカッター刃と前記被着体を吸着保持する吸着アームとを選択的に持ち替え可能に設けられる、という構成を採ることができる。
前記シート切断装置において、前記カッター刃の移動軌跡データを格納する記憶部を有する制御装置と、
前記被着体の外形寸法と前記トウイン角と前記キャンバ角と前記キャスタ角とをそれぞれ入力可能な入力装置とを更に有し、
前記入力装置に入力されたデータを基に、前記移動軌跡データを読み出し、前記トウイン角と前記キャンバ角と前記キャスタ角とを保持しながら前記被着体の外形に沿って前記シートが切断可能に設けられる、という構成を採っている。
本発明によれば、ロボット本体がＮＣ（Numerical Control）により制御されるものであるから、加工物に対する各関節の移動量がそれぞれに対応する数値情報で制御され、全てその移動量がプログラムにより制御される。従って、従来の切断手段のようにウエハサイズが変更になる度にカッター刃の位置を手作業で変更する必要がなくなる。更に、従来の切断手段では、カッター刃の姿勢変更に伴い、狂った切断径をその都度再調整する必要があったが、本発明のロボット本体は、どのようにカッター刃の姿勢が変更になったとしても、切断径を高精度に設定値に保つことができる。また、非切断動作時に、カッター刃をテーブルの上方領域から外れた外側位置、すなわちテーブルの側方位置に退避できるため、貼付テーブル上に広い作業スペースを確保することができ、被着体を手作業で貼付テーブルから除去するような場合や、メンテナンス時に、作業者がカッター刃に触れてしまうような危険性を少なくすることができる。
また、工具保持チャックを介してカッター刃が着脱自在であるから、カッター刃の交換作業を容易且つ迅速に行うことができる。
更に、カッター刃は、ロボットの関節を制御することによってその姿勢がどのようにでも調整可能なので、シートの腰の強さ、厚み、被着体の外周側断面形状等に応じて切断角度を変化させて用途に応じた切断を行うことができる。
例えば、カッター刃がトウイン角を保持する状態では、被着体の外縁位置にぴったり合わせたシートの切断を実現することができる。
また、カッター刃がキャンバ角を保持する状態では、被着体の外縁に面取加工がなされているような場合、シートを被着体の外縁からはみ出すことなく、切断することが可能となる。
更に、カッター刃がキャスタ角を保持する状態では、シートの腰の強さ、厚みに応じて刃先を傾斜させることによってシート切断力の軽減が達成される。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明に係る切断装置が適用されたシート貼付装置の概略正面図が示され、図２には、その概略斜視図が示されている。これらの図において、シート貼付装置１０は、ベース１１の上部に配置されたシート繰出ユニット１２と、被着体としてのウエハＷを支持するテーブル１３と、ウエハＷの上面側に繰り出された接着シートＳに押圧力を付与してウエハＷに貼付する押圧ローラ１４と、ウエハＷに接着シートＳを貼付した後に当該ウエハＷの外縁に沿って接着シートＳを切断する切断装置１５と、当該切断装置１５の後述するカッター刃６３を検査する検査手段１６（図２参照）と、カッター刃６３等のストック装置１７と、ウエハＷの外側の不要接着シートＳ１をテーブル１３の上面から剥離する剥離装置１８と、不要接着シートＳ１を巻き取る巻取装置１９とを備えて構成されている。
前記シート繰出ユニット１２は、帯状の剥離シートＰＳの一方の面に帯状の接着シートＳが仮着されたロール状の原反Ｌを支持する支持ローラ２０と、この支持ローラ２０から繰り出された原反Ｌを急激に反転して接着シートＳを剥離シートＰＳから剥離するピールプレート２２と、剥離シートＰＳを巻き取って回収する回収ローラ２３と、支持ローラ２０と回収ローラ２３との間に配置された複数のガイドローラ２５〜３１と、ガイドローラ２５，２６間に配置されたバッファローラ３３と、ガイドローラ２７，２８間に配置されるとともに、ロードセル３９及び当該ロードセル３９に支持されて前記ピールプレート２２の基部側に位置する張力測定ローラ４０とを含む張力測定手段３５と、ピールプレート２２、ガイドローラ２７，２８，２９及び張力測定手段３５を一体的に支持して前記押圧ローラ１４と相互に作用してウエハＷに対する接着シートＳの貼付角度θを一定に保つ貼付角度維持手段３７とを備えて構成されている。前記ガイドローラ２７，２９には、ブレーキシュー３２，４２が併設されており、これらブレーキシュー３２，４２は、接着シートＳをウエハＷに貼付する際に、シリンダ３８、４８によって対応するガイドローラ２７，２９に対して進退することによって接着シートＳを挟み込んでその繰出を抑制するようになっている。
なお、前記シート繰出ユニット１２並びに当該ユニットを構成する前記張力測定手段３５及び貼付角度維持手段３７は、本出願人によって出願された特願２００５−１９８８０６号に開示されたものと同一であり、ここでは、それらの詳細な説明を省略する。
前記テーブル１３は、図５にも示されるように、平面視略方形の外側テーブル５１と、平面視略円形の内側テーブル５２とにより構成されている。外側テーブル５１は内側テーブル５２の外縁との間に隙間Ｃを形成する状態で当該内側テーブル５２を受容可能な凹状に設けられているとともに、単軸ロボット５４を介してベース１１に対して昇降可能に設けられている。この一方、内側テーブル５２は、単軸ロボット５６を介して外側テーブル５１に対して昇降可能に設けられている。従って、外側テーブル５１と内側テーブル５２は、一体的に昇降可能であるとともに、相互に独立して昇降可能とされ、これにより、接着シートＳの厚み、ウエハＷの厚みに応じて所定の高さ位置に調整できるようになっている。
前記押圧ローラ１４は、門型フレーム５７を介して支持されている。門型フレーム５７の上面側には、シリンダ５９，５９が設けられており、これらシリンダ５９の作動により押圧ローラ１４が上下に昇降可能に設けられている。なお、門型フレーム５７は、図２に示されるように、単軸ロボット６０及びガイドレール６１を介して図１中Ｘ方向に移動可能に設けられている。
前記切断装置１５は、図３ないし図５にも示されるように、ロボット本体６２と、当該ロボット本体６２の自由端側に支持されたカッター刃６３とを備えて構成されている。ロボット本体６２は、図５に示されるように、ベース部６４と、当該ベース６４部の上面側に配置されて矢印Ａ〜Ｆ方向に回転可能に設けられた第１アーム６５Ａ〜第６アーム６５Ｆと、第６アーム６５Ｆの先端側すなわちロボット本体５２の自由端側に取り付けられた工具保持チャック６９とを含む。第２、第３及び第５アーム６５Ｂ、６５Ｃ、６５Ｅは、図５中Ｙ×Ｚ面内で回転可能に設けられているとともに、第１、第４及び第６アーム６５Ａ、６５Ｄ、６５Ｆは、その軸周りに回転可能に設けられている。本実施形態におけるロボット本体６２はＮＣ（Numerical Control）により制御されるものである。すなわち、加工物に対する各関節の移動量がそれぞれに対応する数値情報で制御され、全てその移動量がプログラムにより制御されるものであって、従来の切断手段のようにウエハサイズが変更になるごとにカッター刃の位置を手作業で変更するものとは全く違う方式を利用するものである。更に、従来の切断手段では、カッター刃の姿勢変更（後述するトウイン角α１、キャンバ角α２、キャスタ角α３）に伴い、狂った切断径をその都度再調整する必要があったが、本実施形態のロボット本体６２は、どのようにカッター刃の姿勢が変更になったとしても、切断径を高精度に設定値に保つことができる。また、非切断動作時に、カッター刃６３をテーブル１３の上方領域から外れた外側位置、すなわちテーブル１３の側方位置に退避させるように設けられている。
前記工具保持チャック６９は、図３に示されるように、略円筒状をなすカッター刃受容体７０と、当該カッター刃受容体７０の周方向略１２０間隔を隔てた位置に配置されてカッター刃６３と後述する吸着アーム１００を着脱自在に保持する三つのチャック爪７１とを備えて構成されている。各チャック爪７１は、内方端が鋭角となる先尖形状部７１Ａとされており、空圧によってカッター刃受容体７０の中心に対して径方向に進退可能となっている。
前記カッター刃６３は、図４に示されるように、基部領域を形成する刃ホルダ６３Ａと、当該刃ホルダ６３Ａの先端側に挿入して固定された刃６３Ｂとにより構成されている。刃ホルダ６３Ａは略円柱状をなし、その外周面の周方向略１２０度間隔位置には、基端から中間部まで延びる長さの溝７２が軸方向に沿って形成され、これらの溝７２に前記チャック爪７１の先尖形状部７１Ａが係合することで、工具保持チャック６９に対するカッター刃６３の位置が一定に保たれるようになっている。
前記刃ホルダ６３Ａには、図示しないヒータと、振動装置が内蔵されており、ヒータによって刃６３Ｂを加熱することができるとともに、振動装置によって刃６３Ｂを振動させることができるようになっている。なお、ヒータとしてはコイルヒータが例示でき、また振動装置としては、超音波振動装置を例示することができる。
前記カッター刃検査手段１６は、図２及び図４に示されるように、切断装置１５に併設されたカメラにより構成されている。このカッター刃検査手段１６は、カッター刃６３における刃縁６３Ｄの欠損や、刃縁６３Ｄに対する粘着剤の転着状態を検出するものであり、欠損を検知したり、或いは、粘着剤の転着量が許容範囲を超えたときに、図示しない制御装置に信号を出力し、これに対応してロボット本体６２が自動でストック装置１７に収容された他のカッター刃６３と交換するようになっている。
前記ストック装置１７は、図２に示されるように、カッター刃６３Ｂをそれぞれ収容する第１のストッカ１７Ａと、ウエハＷを吸着保持するための吸着アーム１００を収容する第２のストッカ１７Ｂとを含む。本実施形態では、切断装置１５を移載装置としても利用できるようになっており、カッター刃６３に代えて吸着アーム１００を保持したときに、ウエハＷを移載する汎用性を備えたものとなっている。なお、吸着アーム１００は、前記刃ホルダ６３Ａと同一の溝７２を備えたアームホルダ１００Ａと、このアームホルダ１００Ａに取り付けられるとともに先端側に図示しない減圧装置に連通するバキューム穴１００Ｃを備えたＹ型アーム部１００Ｂとからなる。他の吸着アーム１００は、形状の違うＩ型アームや、サイズの違うウエハを吸着するためのアームであって、８インチ、１２インチ等の半導体ウエハに対応する吸着アームをストックできるようになっている。
前記剥離装置１８は、図１及び図２に示されるように、小径ローラ８０と、大径ローラ８１とにより構成されている。これら小径ローラ８０及び大径ローラ８１は、移動フレームＦに支持されている。この移動フレームＦは、図２中Ｙ方向沿って相対配置された前部フレームＦ１と、この前部フレームＦ１に連結部材８３を介して連結された後部フレームＦ２とからなり、後部フレームＦ２は、単軸ロボット８５に支持されている一方、前部フレームＦ１は、前記ガイドレール６１に支持され、これにより、移動フレームＦは、図２中Ｘ方向に移動可能となっている。大径ローラ８１は、図１に示されるように、アーム部材８４に支持されているとともに、当該アーム部材８４はシリンダ８８によって大径ローラ８１が小径ローラ８０に対して離間、接近する方向に変位可能とされている。
前記巻取装置１９は、移動フレームＦに支持された駆動ローラ９０と、回転アーム９１の自由端側に支持され、ばね９２を介して駆動ローラ９０の外周面に接して不要接着シートＳ１をニップする巻取ローラ９３とにより構成されている。駆動ローラ９０の軸端には、駆動モータＭが配置されており、当該モータＭの駆動により、駆動ローラ９０が回転し、巻取ローラ９３がこれに追従回転することで不要接着シートＳ１が巻き取られるようになっている。なお、巻取ローラ９３は、巻取量が増大するに従って、ばね９２の力に抗して図１中右方向へ回転することとなる。
次に、本実施形態における接着シートＳの切断方法について、図５ないし図８をも参照しながら説明する。なお、接着シートＳの貼付方法は、特願２００５−１９８８０６号と同一であり、従って、ここでは、シート貼付方法の説明を省略する。
初期設定として、図示しない入力装置にウエハの外形寸法と、図６に示されるように、切断方向上面視においてカッター刃６３の中心線が切断方向に対して傾斜したトウイン角α１、図７に示されるように、切断方向正面視においてカッター刃６３の中心線が傾斜したキャンバ角α２、図８に示されるように、切断方向側面視においてカッター刃６３の中心線が切断方向に傾斜したキャスタ角α３をそれぞれ入力する。
前述の角度α１〜α３について別言すれば、図６ないし図８に示され態様で説明すれば、トウイン角α１は、刃６３Ｂの刃縁６３Ｄが背部６３ＥよりもウエハＷの外縁に接近した状態であり、キャンバ角α２は、刃６３Ｂの先端部６３Ｆが基部６３Ｊよりも外側に位置する角度であり、キャスタ角α３は、刃６３Ｂの基部６３ｊが先端部６３Ｆよりも切断方向に進んだ角度ということができる。
なお、接着シートＳがウエハＷの下面側となり、当該接着シートＳを上面側からウエハ外縁に沿って切断すると仮定した場合のキャンバ角は、刃６３Ｂの基部６３Ｊが先端部６３Ｆよりも外側に位置する角度となる。また、キャスタ角α３は、刃縁６３Ｄと接着シートＳとで形成される角度が鋭角であればよく、従って、基部６３Ｊが先端部６３Ｆよりも切断方向に対して遅れた傾斜姿勢も取り得ることとなる。
接着シートＳをウエハＷに貼付する間は、切断装置１５は、カッター刃６３がテーブル１３の側方位置に待避した位置に保たれる。そして、図５に示されるように、ウエハＷの上面に接着シートＳが貼付された後に、カッター刃６３がテーブル１３の上方位置に移動するようにロボット本体６２が所定動作する。
次いで、前記入力装置に入力されたデータを基に、図示しない制御装置の記憶部に格納された移動軌跡データを読み出し、刃６３Ｂは、トウイン角α１、キャンバ角α２、キャスタ角α３を保持しながらウエハ外形に沿って接着シートＳを切断する（図６〜図８参照）。この際、常温でのシートＳの切断が困難な場合は、刃６３Ｂをコイルヒータで加熱してもよいし、超音波振動装置によって振動させてもよい。これにより、接着シートＳは、ウエハＷの外縁に一致する状態で、しかも、切断抵抗を非常に小さくした状態で切断することができる。
なお、ウエハＷの外縁断面形状は、図９に示されるように、面取加工がなされているため、前述したトウイン角α１とキャンバ角α２とにより、ウエハＷの上面Ｗ１と側端面Ｗ２との交点Ｐに近づけて切断することができる。従って、ウエハＷの外縁から接着シートＳの外縁がはみ出すことがなく、接着シートＳが貼付された後のウエハＷを後工程で裏面研削する場合において、はみ出したシート部分がグラインダーに巻き込まれるような不都合を回避することができる。
接着シートＳの切断が完了すると、切断装置１５は、一時的に移載装置として作用すべく、工具保持チャック６９からカッター刃６３Ｂを外して吸着アーム１００に持ち替え動作を行う。この際、カッター刃６３Ｂは、検査手段１６にて刃縁６３Ｄの検査を受けることとなる。ここで、刃縁６３Ｄの折損や、粘着剤の転着量が許容範囲を超えた不良カッター刃であることが検出されると、次の切断時には、当該不良カッター刃６３Ｂを用いることなく新たなカッター刃６３Ｂに交換すべき信号を図示しない制御装置に出力した状態で、不良カッター刃６３Ｂをストック装置１７に収容する。
吸着アーム１００を支持した切断装置１５は、接着シートＳの切断が完了した後のウエハＷを吸着して次工程に移載するとともに、次に接着シートＳを貼付すべきウエハＷを図示しないウエハストッカからテーブル１３上に移載する。そして、ウエハＷの移載が完了すると、切断装置１５は、吸着アーム１００を第２のストッカ１７Ｂに収容動作し、新たなカッター刃６３を工具保持チャック６９に装填して次の切断に備えることとなる。
移載装置として一時的に作用する切断装置１５を介してウエハＷがテーブル１３から取り去られると、剥離装置１６によって不要接着シートＳ１が巻き取られる。なお、この巻取は、特願２００５−１９８８０６号に開示された作用と同一であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
従って、このような実施形態によれば、ウエハＷに貼付された接着シートＳをウエハ外縁に沿って高精度に切断することができるとともに、種々の平面形状を備えた被着体を対象としたシート切断を行うことができるという効果を得る。
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、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施形態に対し、形状、位置若しくは配置等に関し、必要に応じて当業者が様々な変更を加えることができるものである。
例えば、前記実施形態では、ウエハＷに貼付された接着シートＳをウエハＷの外縁に沿って切断する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、帯状の剥離シートを被着体として粘着剤を介して仮着された粘着シートを対象とし、剥離シートを切断することなく粘着シートと粘着剤とを切断したり、剥離シート及び又は粘着シートを完全に切断することなく切取線を形成するように部分切断を行うこともできる。
本実施形態に係るシート貼付装置の概略正面図。 前記シート貼付装置の概略斜視図。 切断装置の先端側領域を示す拡大斜視図。 カッター刃及び検査手段の拡大斜視図。 テーブル及び切断装置の部分断面図。 トウイン角を保って接着シートを切断する動作説明図。 キャンバ角を保って接着シートを切断する動作説明図。 キャスタ角を保って接着シートを切断する動作説明図。 ウエハＷに貼付された接着シートの切断状態を示す拡大断面図。
符号の説明
１０ シート貼付装置
１５ 切断装置
１６ 検査手段
１７ ストック装置
６２ ロボット本体
６３ カッター刃
６３Ａ 刃ホルダ
６３Ｂ 刃
６３Ｄ 刃縁
６３Ｅ 背部
６３Ｆ 先端部
６３ｊ 基部
６９ 工具保持チャック
Ｌ 原反
ＰＳ 剥離シート
Ｓ 接着シート
Ｓ１ 不要接着シート
Ｗ ウエハ（被着体）

Claims (4)

  1. 貼付テーブル上の被着体に貼付されたシートを切断するシート切断装置において、
    ロボット本体と、このロボット本体の自由端側に支持されたカッター刃とを備え、
    前記ロボット本体は、前記カッター刃が前記被着体の外縁に沿ってシートを切断する際に、カッター刃の姿勢を調整可能に支持するように設けられ、
    前記シート切断時のカッター刃は、切断方向上面視において、前記カッター刃の中心線が切断方向に対して傾斜したトウイン角を維持して当該カッター刃の刃縁がカッター刃の背部よりも被着体の外縁に接近する姿勢と、切断方向正面視において、前記カッター刃の中心線が傾斜したキャンバ角を維持して当該カッター刃の先端部が基部よりも外側に位置する姿勢と、切断方向側面視において、前記カッター刃の中心線が切断方向に傾斜したキャスタ角を維持して当該カッター刃の刃縁と前記シートとで形成される角度が鋭角に保たれる姿勢とを保持した状態で、前記被着体の面に沿う直交２軸方向及び前記直交２軸方向の成分を含む何れの方向にでも前記シートを切断可能に設けられていることを特徴とするシート切断装置。
  2. 前記ロボット本体は、自由端側に工具保持チャックを含み、当該工具保持チャックを介してカッター刃が交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の切断装置。
  3. 前記ロボット本体は、自由端側に工具保持チャックを含み、当該工具保持チャックを介してカッター刃と前記被着体を吸着保持する吸着アームとを選択的に持ち替え可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の切断装置。
  4. 前記カッター刃の移動軌跡データを格納する記憶部を有する制御装置と、
    前記被着体の外形寸法と前記トウイン角と前記キャンバ角と前記キャスタ角とをそれぞれ入力可能な入力装置とを更に有し、
    前記入力装置に入力されたデータを基に、前記移動軌跡データを読み出し、前記トウイン角と前記キャンバ角と前記キャスタ角とを保持しながら前記被着体の外形に沿って前記シートが切断可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のシート切断装置。
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