JP2013234009A - 吸着パッドを有する板状物の搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハー等の板状物と吸着パッドの隙間を拡大し、板状物に疵を付けることなく搬送する吸着パッドを有する板状物の搬送装置を提供する。
【解決手段】内部に負圧を形成し、周囲に正圧を形成する環状のベルヌーイ噴出部４７を下部に備え、板状物１１を隙間を有して吸着する吸着パッド１３を有する板状物の搬送装置１０であって、吸着パッド１３に形成されたベルヌーイ噴出部４７の半径方向内側には、吸着パッド１３と板状物１１との隙間を調整する環状の気体噴出部４９が、ベルヌーイ噴出部４７に同心上に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェハー等の脆い板状物でも搬送可能な吸着パッドを有する板状物の搬送装置に関する。

例えば、太陽電池の製造工程において、シリコンウェハーの表裏面にそれぞれ設ける集電用の電極をスクリーン印刷により形成する場合、シリコンウェハーを順次スクリーン印刷機に供給して電極を印刷すると共に、電極が印刷されたシリコンウェハーをスクリーン印刷機から順次取出している。
このとき、シリコンウェハーのスクリーン印刷機への供給、シリコンウェハーのスクリーン印刷機からの取出しを、接触式搬送装置を用いて行う場合、接触式搬送装置に設けられたシリコンウェハー用の保持部が当接するシリコンウェハーの接触部に亀裂が発生し易いという問題がある。更に、シリコンウェハーをスクリーン印刷機から接触式搬送装置を用いて取出す場合、印刷された電極が乾燥する前に保持部が電極に当接すると電極が損傷を受けるため、電極が十分に乾燥するまで待機した後でなければスクリーン印刷機からシリコンウェハーを取出すことができない。このため、シリコンウェハーの印刷処理速度が電極の乾燥に要する時間に律速され、シリコンウェハーの印刷処理を効率的に行うことができないという問題もある。

そこで、下方に開口した環状のノズルから気流を半径方向外側に噴出させて、環状のノズルノの内側に負圧を、環状のノズルの外側に正圧を発生させ、水平配置されたシリコンウェハーの上面に接近させて、吸着するパッドを備えた搬送装置が、例えば、特許文献１に開示されている。この搬送装置のメリットは、ウェハー等の板状物の印刷面に非接触で搬送できる点である。

特開２０１２−３０９４１号公報

しかしながら、太陽電池の素材となるウェハーは非常に破損し易く、パッドに接触すると、ひびやマイクロクラック（５〜１０μｍのクラック）が発生することがある。また、ウェハーの上に微小な凹凸が存在する場合があり、このようなウェハーについては、従来の搬送装置で吸着搬送ができない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ウェハー等の板状物とパッドの隙間を拡大し、板状物に疵を付けることなく搬送する吸着パッドを有する板状物の搬送装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る吸着パッドを有する板状物の搬送装置は、内部に負圧を形成し、周囲に正圧を形成する環状のベルヌーイ噴出部を下部に備え、板状物を隙間を有して吸着する吸着パッドを有する板状物の搬送装置であって、
前記吸着パッドに形成された前記ベルヌーイ噴出部の半径方向内側には、前記吸着パッドと前記板状物との隙間を調整する環状の気体噴出部が、前記ベルヌーイ噴出部に同心上に設けられている。

本発明に係る吸着パッドを有する板状物の搬送装置において、前記気体噴出部はその内側に、噴き出す空気を半径方向外側にガイドする円錐状の傾斜面を有し、該傾斜面は水平面と５０〜７５度の角度範囲にあるのが好ましい。

そして、前記気体噴出部はその上部に環状空気溜めが形成され、該環状空気溜めには上部から円周方向に均等に設けられた複数の空気導入孔が連通しているのが好ましい。

また、複数の前記空気導入孔には一つの空気供給源が接続され、その圧力又は流量を調整して、前記吸着パッドと前記板状物との隙間を調整しているのが更に好ましい。

本発明に係る吸着パッドを有する板状物の搬送装置においては、吸着パッドに形成されたベルヌーイ噴出部の半径方向内側に、吸着パッドと板状物との隙間を調整する環状の気体噴出部が、ベルヌーイ噴出部に同心上に設けられているので、気体噴出部からの空気吹き出し量に応じて、吸着パッドと板状物の隙間を増加することできる。この場合であっても、気体噴出部からの気流は吸着パッドに対して半径方向外側に流れるので、内側に負圧を生じ、板状物を吸引できる。従って、板状物の上に突出物があっても非接触で吸着搬送できる。

特に、気体噴出部がその内側に、噴き出す空気を半径方向外側にガイドする円錐状の傾斜面を有し、傾斜面が水平面と５０〜７５度の角度範囲にあるようにした場合は、気体噴出部からの気流によって内側に負圧を外側に正圧を発生するので、正圧の領域が実質的に増加し、板状物と吸着パッドの隙間がより増加する。

そして、気体噴出部の上部に環状空気溜めが形成され、環状空気溜めには上部から円周方向に均等に設けられた複数の空気導入孔が連通している場合には、気体噴出部の空気通路を、内側に設けられているベルヌーイ噴出部の空気通路と交差しないようにすることができ、更に装置自体の製造も容易となる。

また、複数の空気導入孔に一つの空気供給源が接続され、その圧力又は流量を調整して、吸着パッドと板状物との隙間を調整している場合には、板状物の種類によって隙間を適正に調整できる。

本発明の一実施の形態に係る吸着パッドを有する板状物の搬送装置の断面図である。 同吸着パッドを有する板状物の搬送装置の一部拡大断面図である。 同吸着パッドを有する板状物の搬送装置の底面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
本発明の一実施の形態に係る吸着パッドを有する板状物の搬送装置１０は、例えば、太陽電池用のシリコンウェハー１１（板状物の一例）を取り出す場合に使用するもので、載置台１２の上に載っているシリコンウェハー１１を非接触で吸着するものである。

図１〜図３に示すように、吸着パッドを有する板状物の搬送装置１０は、中央に搬送手段（例えば、ロボットアーム）１２ａを備えた吸着パッド１３を有し、吸着パッド１３は、底部に断面円形の凹部１４が形成されたパッド基板１５と、凹部１４内に装着された補助基板１６と、パッド基板１５の上部にねじ止めされる支持部材１７とを有している。

補助基板１６の直径は凹部１４の直径より例えば、１〜３ｍｍの範囲で小さく周囲に環状空気溝１９を形成していると共に、図３に示すように、補助基板１６の上側中央には、平面視して四角形の空間部２０が形成され、その四隅から環状空気溝１９に続く４つの空気供給溝２２を備えている。
パッド基板１５の上部には、このパッド基板１５の周囲から、周囲の端部２４が飛び出して、かつ内部にスプリングを備えた４つの付勢機構２５によって昇降ガイドされる昇降板２６が設けられている。

昇降板２６の４つの端部２４には補助板２７を介して側板２８がそれぞれ設けられている。付勢機構２５は、昇降板２６と側板２８等の上下する部材の重量を大凡キャンセルするものである。従って、吸着パッド１３が載置台１２の上に載ると、最初に側板２８の下端が載置台１２に当接する。そのまま吸着パッド１３を載置台１２の方向に向けて下げると、側板２８がスムーズに徐々に上昇し、吸着パッド１３が吸着位置まで下降する。この位置は、側板２８の上昇限としてもよいし、センサー等で側板２８の位置を検出してもよいし、吸着パッド１３に供給する空気の圧力をセンサー等で検知してもよい。

なお、補助板２７は昇降板２６に対して水平方向に（即ち、吸着パッド１３の軸心に対して半径方向に）位置調整可能となって、対向する側板２８の位置及び幅をシリコンウェハー１１の大きさ等に応じて多少変更できる構造となっている。なお、この側板２８は昇降板２６に幅方向に固定であってもよいが、カム等の調整機構により、任意に変更できるようにするのが好ましい。

支持部材１７は下部にパッド基板１５の中央孔３０に密着嵌合する突出部３１を有し、その上部にはパッド基板１５にねじ止めされた２枚の板部３２、３３と、棒状部３４を備え、棒状部３４の上端には取付けフランジ３５を備えている。
突出部３１及び２枚の板部３２、３３を貫通する空気路３７が設けられ、この空気路３７は棒状部３４の中間位置まで延長し、側部に設けられた空気供給口３８に連通している。

このような構成となって、空気供給口３８から導入された圧縮空気は、空気路３７、空間部２０、空気供給溝２２を通り、環状空気溝１９に供給される。
補助基板１６の半径方向外側領域の下部には、上部が平面状となって、開放端（下方）に向かって開く断面が台形状となった環状吹き出し口（即ち、断面台形溝）４１が設けられている。この環状吹き出し口４１と環状空気溝１９は、水平かつ円周方向に対して２０〜３０度の角度を有して形成された複数（この実施の形態では１０）の小径孔（オリィフィス）４２によって連通している。

図２に示すように、環状吹き出し口４１の半径方向内側の傾斜面４３は水平面に対して約６０度（５０〜７０度の範囲でもよい）程度であるが、環状吹き出し口４１の半径方向外側の傾斜面４４（θ１）は約６０度方向から徐々に水平面に近づく緩やかな角度になっている。なお、緩やかな傾斜面４４を形成する外側端部４５は補助基板１６と一体となっている。

従って、環状空気溝１９に供給された空気は、円周方向に均等配置された小径孔４２から、螺旋状に環状吹き出し口４１に供給され、傾斜面４３で半径方向外側の螺旋方向にその流れを変えて、外部に放出される。この流れに伴うベルヌーイの定理によって、環状の環状吹き出し口４１の内側に負圧を、環状吹き出し口４１の外側（周囲）に正圧を生じさせる。なお、環状空気溝１９、これに続く小径孔４２及び環状吹き出し口４１によって環状のベルヌーイ噴出部４７が形成される。

このベルヌーイ噴出部４７の内側に同心上に設けられている環状の気体噴出部４９について、図１、図３を参照しながら説明する。この気体噴出部４９はその噴出口の中心が、ベルヌーイ噴出部４７の半径の０．６〜０．８５位置に配置されている。

気体噴出部４９の上部には、環状に形成されて補助基板１６の下部に設けられた環状空気溜め５０と、環状空気溜め５０に上から円周方向に均等に設けられた複数（例えば、６〜１０個）の雄ねじ孔５１と、それぞれの雄ねじ孔５１に螺合し、中央に空気導入孔５２が形成され、補助基板１６とパッド基板１５を固定する雄ねじ材５３とを有している。
そして、環状空気溜め５０の底面で半径方向内側に近い位置に、気体噴出部４９を構成する環状の空気吹き出し口５５を備えている。なお、雄ねじ材５３の空気導入孔５２の頂部は、図示しない継手を介して空気供給管に連結され、この空気供給管は一つの管（ヘッダー管）に纏まって、圧力調整弁（又は流量調整弁）を介して空気圧源（空気供給源）に連結されている。これらを用いる空気の圧力又は流量を調整して、吸着パッド１３とシリコンウェハー１１との隙間を調整している。

空気吹き出し口５５の半径方向内側の円錐状の傾斜面５６は、水平面に対して５０〜７５度の角度となって、環状空気溜め５０の空気を、方向を変えて（即ち、ガイドして）、補助基板１６の半径方向外側に吹き出すようになっている。これによって、空気吹き出し口５５から噴き出される空気によって、半径方向外側に正圧を、半径方向内側に負圧を生じさせる。なお、気体噴出部４９を設けることによって、シリコンウェハー１１と吸着パット１３との隙間をより広い範囲で調整できる。

これによって、ベルヌーイ噴出部４７と、気体噴出部４９によって二重にベルヌーイ効果が発生するが、空気吹き出し口５５から外側に噴き出す空気が、ベルヌーイ噴出部４７から外側に噴き出す空気に重なり、しかも、気体噴出部４９から外側に向かう空気の通路も長くなるので、正圧が大きく作用し、シリコンウェハー１１と吸着パッド１３の隙間がより大きくなる。

なお、気体噴出部４９がなくベルヌーイ噴出部４７だけの場合は、供給する空気量を増加すると、正圧、負圧とも大きくなるが、シリコンウェハー１１に対して大きな荷重が働き、しかも、負圧が効き過ぎるので、シリコンウェハー１１と吸着パッド１３との隙間は大きくならない。

ここで、気体噴出部４９の空気の吹き出しを、直下方向にすることもできるが、負圧の発生に制限を与えて、その量は僅少となるので、噴き出す気流を半径方向外側に向ける傾斜面５６を備えるのが好ましい。この傾斜面５６の傾斜角度は、ベルヌーイ噴射部４７に用いた外側の傾斜面４４の平均角度より大きくするのがよい。なお、図１において、５８〜６１はシール用のＯリングを示す。

従って、この吸着パッドを有する板状物の搬送装置１０を用いる場合は、ロボットハンド等の搬送手段１２ａに吸着パッドを有する板状物の搬送装置１０を取付け、吸着パッドを有する板状物の搬送装置１０の空気供給口３８及び空気導入孔５２に所定圧の清浄空気を入れる。これによって、環状吹き出し口４１及び空気吹き出し口５５から空気が噴出される。

この状態で、載置台１２の上に配置されたシリコンウェハー１１の軸心に、吸着パッド１３の軸心を合わせて、吸着パッド１３を下降させると、側板２８の下端が載置台１２に当接して、吸着パッド１３が更に下降する。この状態で、吸着パッド１３の中央部分、即ち、環状の空気吹き出し口５５の内側が負圧となって、シリコンウェハー１１が吸着パッド１３に吸着される。

このとき、環状吹き出し口４１の外側が正圧となり、環状吹き出し口４１と空気吹き出し口５５との間が、内側の負圧と外側の正圧との中間の正圧となり、シリコンウェハー１１と吸着パッド１３の距離を広げようとするので、この状態でシリコンウェハー１１が隙間を有して、吸着パッド１３に吸着される。
次は搬送手段１２ａを操作して、所定の場所にシリコンウェハー１１を搬送し、空気供給口３８及び空気導入孔５２の圧力を下げると、シリコンウェハー１１が吸着パッド１３から離れる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、気体噴出部の形状は必ずしも、環状の必要はなく、環状に配置された小孔であってもよい。
また、側板２８を昇降する機構にバネを用いているが、その他の弾性部材又はバランス機構であってもよい。

１０：吸着パッドを有する板状物の搬送装置、１１：シリコンウェハー（板状物）、１２：載置台、１２ａ：搬送手段、１３：吸着パッド、１４：凹部、１５：パッド基板、１６：補助基板、１７：支持部材、１９：環状空気溝、２０：空間部、２２：空気供給溝、２４：端部、２５：付勢機構、２６：昇降板、２７：補助板、２８：側板、３０：中央孔、３１：突出部、３２、３３：板部、３４：棒状部、３５：取付けフランジ、３７：空気路、３８：空気供給口、４１：環状吹き出し口、４２：小径孔、４３、４４：傾斜面、４５：外側端部、４７：ベルヌーイ噴出部、４９：気体噴出部、５０：環状空気溜め、５１：雄ねじ孔、５２：空気導入孔、５３：雄ねじ材、５５：空気吹き出し口、５６：傾斜面、５８〜６１：Ｏリング

Claims (4)

1. 内部に負圧を形成し、周囲に正圧を形成する環状のベルヌーイ噴出部を下部に備え、板状物を隙間を有して吸着する吸着パッドを有する板状物の搬送装置であって、
   前記吸着パッドに形成された前記ベルヌーイ噴出部の半径方向内側には、前記吸着パッドと前記板状物との隙間を調整する環状の気体噴出部が、前記ベルヌーイ噴出部に同心上に設けられていることを特徴とする吸着パッドを有する板状物の搬送装置。
2. 請求項１記載の吸着パッドを有する板状物の搬送装置において、前記気体噴出部はその内側に、噴き出す空気を半径方向外側にガイドする円錐状の傾斜面を有し、該傾斜面は水平面と５０〜７５度の角度範囲にあることを特徴とする吸着パッドを有する板状物の搬送装置。
3. 請求項２記載の吸着パッドを有する板状物の搬送装置において、前記気体噴出部はその上部に環状空気溜めが形成され、該環状空気溜めには上部から円周方向に均等に設けられた複数の空気導入孔が連通していることを特徴とする吸着パッドを有する板状物の搬送装置。
4. 請求項３記載の吸着パッドを有する板状物の搬送装置において、複数の前記空気導入孔には一つの空気供給源が接続され、その圧力又は流量を調整して、前記吸着パッドと前記板状物との隙間を調整していることを特徴とする吸着パッドを有する板状物の搬送装置。

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