本发明涉及对晶片的外周部进行保持而进行搬送的搬送机构。
背景技术：
近年来，随着电子设备的薄型化、小型化，要求将晶片精磨削至100μm以下的薄度。以往，为了防止晶片在制造工序中产生碎裂或尘埃，对晶片的外周实施倒角加工。因此，当将晶片磨削得较薄时，外周的倒角部分形成为刀刃(檐状)。当晶片的倒角部分成为刀刃状时，会产生从外周产生亏缺而使晶片破损的问题。为了解决该问题，提出了预先利用切削刀具沿周向将晶片的倒角部分去除，然后对晶片的背面进行磨削的方法(例如，参照专利文献1)。
另外，在利用切削刀具沿周向将晶片的外周部去除时，若晶片的中心与卡盘工作台的旋转中心不一致，则晶片的外周部的去除宽度不是恒定的。因此，采用一边校正晶片相对于卡盘工作台的位置偏移一边进行切削的方法(例如，参照专利文献2)。在该方法中，对卡盘工作台上的晶片的外周边缘的三点进行拍摄，求出根据三点的坐标位置计算出的晶片的中心与卡盘工作台的旋转中心之间的偏移量。移动切削刀具以便校正该偏移量，从而按照距晶片的中心相同的距离沿周向对倒角部进行切削。
专利文献1：日本特开2000-173961号公报
专利文献2：日本特开2006-093333号公报
但是，在专利文献2所述的方法中，存在下述问题：在卡盘工作台上对晶片的外周边缘进行检测而计算出晶片与卡盘工作台的偏移量需要较长时间，加工生产能力变差。
技术实现要素：
本发明是鉴于该点而完成的，其目的之一在于提供搬送机构，不降低晶片相对于卡盘工作台的对位精度而高效地进行搬送从而能够改善加工生产能力。
本发明的一个方式的搬送机构其将晶片搬送至卡盘工作台上，该搬送机构具有：保持单元，其对晶片的外周部进行保持；以及移动单元，其使该保持单元在铅垂方向和水平方向上移动，该搬送机构的特征在于，该保持单元具有：多个爪部件，它们对晶片的外周部进行保持；爪部件动作单元，其使该多个爪部件在该多个爪部件与晶片的外周部分离的待机位置和该多个爪部件相互在径向上接近而对晶片的外周部进行保持的作用位置之间分别独立地在径向上进行动作；驱动负荷检测单元，其对该爪部件动作单元的驱动负荷分别进行检测；位置检测单元，其对各该爪部件的位置分别进行检测；以及控制单元，其至少对该爪部件动作单元进行控制，该控制单元具有：存储部，其存储各该爪部件与晶片的外周部抵接时的该爪部件动作单元的驱动负荷的值作为阈值；以及计算部，当该驱动负荷检测单元检测到超过了该阈值的驱动负荷时，各该爪部件停止，该计算部根据该位置检测单元所检测到的各该爪部件的位置计算出晶片中心位置，该保持单元所保持的晶片按照将由该计算部计算出的该晶片中心位置定位于卡盘工作台中心位置的方式被载置于该卡盘工作台上。
根据该结构，根据与晶片的外周部抵接时的驱动负荷检测多个爪部件的位置，将各爪部件的位置作为晶片的外周位置，计算出晶片中心位置。并且，按照将晶片中心位置定位于卡盘工作台中心位置的方式将晶片载置于卡盘工作台上。利用晶片的搬送时间来实施晶片中心位置的计算处理，因此不降低对位精度而能够相对于卡盘工作台高效地搬送晶片。另外，在卡盘工作台上，能够以晶片的中心为基准开始加工，因此不需要进行晶片相对于卡盘工作台的重新放置等，能够改善加工生产能力。
根据本发明，一边搬送晶片一边计算出晶片中心位置，因此不降低对位精度而能够相对于卡盘工作台高效地搬送晶片，能够改善加工生产能力。
附图说明
图1是本实施方式的加工装置的俯视示意图。
图2是本实施方式的搬送机构的侧视示意图。
图3的(a)～(c)是示出本实施方式的搬送机构的搬送动作的一例的图。
图4的(a)、(b)是示出本实施方式的切削机构的切削动作的一例的图。
标号说明
1：加工装置；26：定位工作台；31：卡盘工作台；41：切削机构；48：切削刀具；51：搬送机构；52：保持单元；53：移动机构(移动单元)；61：支承部(移动单元)；65：爪部件；68：爪部件动作单元；71：驱动负荷检测单元；72：位置检测单元；75：控制单元；76：存储部；77：计算部；w：晶片。
具体实施方式
以下，参照附图对具有本实施方式的搬送机构的加工装置进行说明。图1是本实施方式的加工装置的俯视示意图。另外，在以下的说明中，对将本发明的搬送机构应用于对晶片的外周部进行修剪加工的加工装置中的结构进行说明，但不限于该结构。另外，搬送机构也可以用于磨削装置、激光加工装置等其他加工装置。
如图1所示，加工装置1是全自动型的加工装置，构成为以全自动的方式实施对圆板状的晶片w的一系列作业，该一系列作业由搬入处理、切削处理、清洗处理以及搬出处理构成。在晶片w的外周边缘形成有用于防止制造工序中的碎裂或尘埃的倒角部88(参照图2)。另外，在晶片w的外周部形成有表示晶体取向的凹口89。另外，晶片w可以是在半导体基板上形成有半导体器件的半导体晶片，也可以是在无机材料基板上形成有光器件的光器件晶片。
在加工装置1中，在装置前侧设定有搬入区域a1，在装置进深侧设定有加工区域a2，与搬入区域a1和加工区域a2相邻地设定有清洗区域a3。另外，在加工装置1的前表面12上，按照从搬入区域a1向前方突出的方式设置有一对盒载台13、14。收纳有加工前的晶片w的搬入用盒c1载置在盒载台13上。对加工后的晶片w进行收纳的搬出用盒c2载置在盒载台14上。盒载台13作为加工装置1的搬入口发挥功能，盒载台14作为加工装置1的搬出口发挥功能。
在搬入区域a1中设置有多关节机器人21，其相对于搬入用盒c1和搬出用盒c2对晶片w进行搬入搬出。多关节机器人21构成为将机器人手臂22安装在线性电动机式的移动机构24的滑动头上，将手部23安装在机器人手臂22的前端。多关节机器人21通过移动机构24而在x轴方向上移动，并且机器人手臂22的各关节的旋转由伺服电动机等进行控制，从而相对于搬入用盒c1和搬出用盒c2将手部23调整成期望的位置及姿势。
在加工区域a2设置有：定位工作台26，其供加工前的晶片w暂放；以及切削机构41，其在卡盘工作台31上对晶片w正面的外周部进行切削。在定位工作台26上突出设置有多个载置销27，晶片w的外周部被多个载置销27从下方支承，从而晶片w以从工作台浮起的状态进行定位。在定位工作台26的进深侧设置有在晶片w的搬入位置与切削位置之间沿x轴方向往复移动的卡盘工作台31。在基台11上形成有沿着该卡盘工作台31的移动轨迹在x轴方向上延伸的开口部17。
开口部17被波纹状的防水罩18覆盖，在防水罩18的下方设置有使卡盘工作台31在x轴方向上往复移动的滚珠丝杠式的卡盘工作台移动机构(未图示)。在卡盘工作台31的正面上通过多孔质材料形成有对晶片w进行吸附的保持面32。保持面32通过卡盘工作台31内的流路而与吸引源(未图示)连接，通过产生于保持面32的负压来对晶片w进行吸引保持。另外，卡盘工作台31构成为能够通过旋转机构(未图示)而绕z轴旋转。
切削机构41构成为交替使用一对刀具组件42而对卡盘工作台31上的晶片w的外周部进行切削。切削机构41具有门型的柱部43，该柱部43按照跨越开口部17的方式竖立设置在基台11上。在柱部43的正面上设置有使一对刀具组件42移动的滚珠丝杠式的刀具组件移动机构44。刀具组件移动机构44具有：在y轴方向上移动的一对y轴工作台45；以及相对于各y轴工作台45在z轴方向上移动的z轴工作台46。刀具组件42通过y轴工作台45和z轴工作台46而在y轴方向和z轴方向上移动。
刀具组件42构成为将圆板状的切削刀具48安装在主轴47的前端。通过在利用高速旋转的切削刀具48切入卡盘工作台31上的晶片w的倒角部88(参照图2)的状态下使卡盘工作台31旋转，从而在整个圆周区域内对晶片w的倒角部88进行修剪加工。从晶片w的外周部将倒角部88去除，从而即使在后一阶段的磨削工序中将晶片w从背面侧磨削至完工厚度，也不会由于磨削后残留的倒角部88使晶片w的外周部形成为刀刃状。
在加工区域a2中，通过边缘夹持式的搬送机构51将晶片w搬入至卡盘工作台31上，通过边缘夹持式的搬送机构54将晶片w从盘工作台31搬出。在该情况下，通过搬送机构51从定位工作台26拾取加工前的晶片w，通过线性电动机式的移动机构53将晶片w搬送至卡盘工作台31。另外，通过搬送机构54从卡盘工作台31上拾取加工后的晶片w，通过以搬送机构54的基端部为中心的旋转移动将晶片w搬送至清洗区域a3。
在清洗区域a3中设置有：对晶片w的背面进行清洗的背面清洗机构81；以及对晶片w的正面进行清洗的正面清洗机构82。在背面清洗机构81中，在晶片w的外周部被支承在多个载置销83上的状态下，向晶片w的背面喷射清洗水，通过旋转刷84进行背面清洗。背面清洗后的晶片w通过边缘夹持式的搬送机构57从背面清洗机构81被拾取，通过线性电动机式的移动机构58被搬送至正面清洗机构82。在正面清洗机构82中，在利用旋转工作台85的多个夹持部86对晶片w的外周部进行保持的状态下，向晶片w喷射清洗水而进行正面清洗，然后吹送干燥空气进行干燥。
正面清洗后的晶片w通过多关节机器人21从旋转工作台85被拾取，朝向搬出用盒c2进行搬送。在这样构成的加工装置1中，在定位工作台26与卡盘工作台31之间、卡盘工作台31与背面清洗机构81之间以及背面清洗机构81与正面清洗机构82之间，分别通过边缘夹持式的搬送机构51、54、57对晶片w进行搬送。在该情况下，各搬送机构51、54、57的三个爪部件65(参照图2)相对于晶片w的外周部侧面靠近至适当的位置而对晶片w的外周部进行保持。
但是，虽然在定位工作台26的载置销27上对晶片w以规定的精度进行定位，但是难以使晶片w的中心与定位工作台26的中心可靠地一致。因此，在将晶片w从定位工作台26载置于卡盘工作台31上时，有时晶片w的中心相对于卡盘工作台31的中心发生位置偏移。因此，也考虑根据卡盘工作台31上的晶片w的拍摄图像求出中心位置而将晶片w重新载置于卡盘工作台31上，但晶片w的中心位置的计算和晶片w的重新载置需要时间，因此加工生产能力劣化。
另外，也考虑了通过带有定心功能的搬送机构一边进行搬送一边进行定心而提高加工生产能力的结构。但是，对于贴合晶片或利用树脂进行了模制的晶片，每一张晶片在外径及外缘形状上产生偏差因而从中心位置到外周部的距离不是恒定的，担心爪部件被推压在晶片w的外周部而发生破损。因此，在本实施方式的搬送机构51、54、57中，根据驱动负荷的变化，在多个爪部件与晶片w的外周部抵接的位置使各爪部件停止，将该抵接位置作为晶片w的外周位置而计算出中心位置，同时对晶片w进行搬送。
以下，参照图2对搬送机构的详细结构进行说明。图2是本实施方式的搬送机构的侧视示意图。另外，搬送机构不限于图2所示的结构。搬送机构只要能够将对晶片的外周部进行了保持时的爪部件的位置作为晶片的外周位置而计算出中心位置，则可以为任意的结构。这里，对在定位工作台与卡盘工作台之间对晶片进行搬送的搬送机构进行说明。另外，对于在卡盘工作台与背面清洗机构之间和在背面清洗机构与正面清洗机构之间对晶片进行搬送的搬送机构，也可以采用同样的结构。
如图2所示，搬送机构51构成为具有对晶片w的外周部进行保持的边缘夹持式的保持单元52，通过保持单元52的三个爪部件65对晶片w的外周部进行保持。保持单元52借助支承部61而支承在搬送臂55的前端侧，通过支承部61在铅垂方向上移动，通过线性电动机式的移动机构53(参照图1)在水平方向上移动。这样，在本实施方式中，通过支承部61和线性电动机式的移动机构53来构成使保持单元52在铅垂方向和水平方向上移动的移动单元。
在保持单元52的底板62上，设置有向三个方向延伸的长条状的引导部63，在各引导部63上以能够滑动的方式设置有可动块64。在各可动块64上分别安装爪部件65，爪部件65形成为使爪尖66朝向支承部61侧的俯视大致l字状。另外，可动块64与进给丝杠67螺合，进给丝杠67的一端与底板62的径向内侧的爪部件动作单元68连结，进给丝杠67的另一端在底板62的径向外侧被支承壁69支承。这样，在底板62上对每个爪部件65设置有进给丝杠式的移动机构。
爪部件动作单元68由所谓的伺服电动机构成，爪部件65的当前位置、当前速度、驱动负荷(转矩)被输出至后述的控制单元75而对该爪部件动作单元68进行伺服控制。通过爪部件动作单元68使进给丝杠67旋转，可动块64被引导部63引导并且可动。此时，设置在各可动块64上的各爪部件65在与晶片w的外周部分离的待机位置与相互在径向上接近而对晶片w的外周部进行保持的作用位置之间分别在径向上独立地移动。各可动块64接近而将晶片w载置于爪部件65的爪尖66，从而晶片w的外周部被保持单元52保持。
在爪部件动作单元68中分别设置有对驱动爪部件65时的驱动负荷进行检测的驱动负荷检测单元71。驱动负荷检测单元71例如由伺服电动机的专用驱动器的转矩检测功能构成，对爪部件65与晶片w的外周部接触所导致的驱动负荷的增加进行检测。另外，爪部件65的移动位置分别通过位置检测单元72进行检测。位置检测单元72例如是直线标尺，利用设置于可动块64的读取部73来读取沿着引导部63的标尺74的刻度，从而对爪部件65的移动位置进行检测。将驱动负荷检测单元71和位置检测单元72的输出结果输出至控制单元75。
控制单元75根据来自爪部件动作单元68、驱动负荷检测单元71以及位置检测单元72的各种信息，对爪部件65的移动进行控制。另外，控制单元75由执行各种处理的处理器或存储器等构成。存储器根据用途由rom(readonlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。在存储器中除了爪部件动作单元68的伺服控制的程序之外，还存储有晶片w的中心位置的计算程序。另外，可以代替直线标尺而由设置于爪部件动作单元68的编码器来构成位置检测单元72。
另外，在控制单元75中设置有：存储部76，其存储对爪部件65相对于晶片w的外周部的抵接进行判定的阈值；以及计算部77，其根据爪部件65的抵接位置计算出晶片w的中心位置。在存储部76中，预先存储爪部件65与晶片w的外周部抵接时的爪部件动作单元68的驱动负荷的值作为阈值。对于计算部77，当由驱动负荷检测单元71检测到超过阈值的驱动负荷时，对该计算部77输入由位置检测单元72检测到的爪部件65的位置。另外，通过控制单元75使爪部件65的移动停止，防止爪部件65相对于晶片w的外周部的塞入。
更详细而言，使各爪部件65在未将晶片w的外周部塞入而各爪部件65已与晶片w的外周部接触的时机停止。因此，未通过各爪部件65对晶片w进行定心，在晶片w的中心相对于保持单元52发生了位置偏移的状态下进行保持。即使从晶片w的中心到外周为止的距离会产生偏差，也能够根据晶片w的偏差使爪部件65停止在适当的位置，因此晶片w不会被过度塞入爪部件65，能够可靠地防止晶片w的破损。
并且，在计算部77中，根据位置检测单元72所检测到的爪部件65的位置计算出晶片w的中心位置。具体而言，将三个爪部件65的爪尖66的抵接位置作为晶片w的外周部的三点而设定在对保持单元52所设定的平面坐标系中。并且，根据将晶片w的外周部的三点的坐标中的两点的坐标连接的各弦的垂直平分线的交点计算出晶片w的中心位置。另外，也可以根据通过晶片w的外周部的三点的坐标中的至少两点的相对于晶片w的外周部的法线的交点计算出晶片w的中心位置。
当计算出晶片w的中心位置时，按照将晶片w的中心位置定位于卡盘工作台31(参照图4的(a))的中心位置的方式将晶片w载置于卡盘工作台31上。在晶片w的搬送中计算出中心位置，因此能够对卡盘工作台31高效地搬送晶片w。另外，使晶片w的中心与卡盘工作台31的旋转中心一致，因此根据由计算部77计算出的晶片w的中心位置，不进行边缘对准就能够将切削刀具48(参照图4的(b))精度良好地定位于晶片w的倒角部88。
接着，参照图3和图4对搬送机构的搬送动作和切削机构的切削动作进行说明。图3的(a)～(c)是示出本实施方式的搬送机构的搬送动作的一例的图。图4的(a)、(b)是示出本实施方式的切削机构的切削动作的一例的图。另外，在图3中，对定位工作台与卡盘工作台之间的搬送动作进行说明，卡盘工作台与背面清洗机构之间和背面清洗机构与正面清洗机构之间的基于搬送机构的搬送动作也是同样的。
如图3的(a)所示，将晶片w载置于定位工作台26的载置销27上，将保持单元52定位于定位工作台26的上方。此时，晶片w被载置销27从下方支承，从而定位工作台26与晶片w在工作台上空出间隙。另外，保持单元52的各爪部件65分别定位于待机位置，各爪部件65的爪尖66远离至比晶片w的外周部靠径向外侧。另外，在将保持单元52的中心定位于定位工作台26的中心的状态下使保持单元52下降而接近定位工作台26。
如图3的(b)所示，当通过保持单元52的下降而将各爪部件65的爪尖66定位于晶片w的下侧时，通过各爪部件动作单元68使各爪部件65朝向晶片w单独移动。此时，通过驱动负荷检测单元71对爪部件动作单元68的驱动负荷进行检测，将驱动负荷检测单元71的检测结果输出至控制单元75，对驱动负荷的变化进行监视。当驱动负荷检测单元71的检测结果超过存储部76所存储的阈值时，判定为爪部件65的爪尖66已移动至与晶片w的外周部相抵接的作用位置，使爪部件动作单元68停止。
在该作用位置，多个爪部件65的爪尖66进入至晶片w的外周部的下侧，晶片w的外周部背面被各爪部件65从下侧支承。爪部件65的爪尖66的上表面按照朝向前端变低的方式倾斜，因此晶片w的外周部与爪尖66的斜面接触，从而能够防止晶片w的破损。另外，多个爪部件65相对于晶片w的外周部单独接近，因此无论晶片w的外径的大小或偏差如何，都能够相对于晶片w的外周部将各爪部件65调整成适当的位置。
如图3的(c)所示，当各爪部件65被定位于作用位置时，晶片w的外周部搭放在各爪部件65的爪尖66上，晶片w的外周部被保持单元52保持。晶片w在被保持单元52保持的状态下从定位工作台26的载置销27被提起而朝向卡盘工作台31(参照图4的(a))被搬送。另外，将爪部件65的爪尖66的抵接位置作为晶片w的外周部的三点而设定在保持单元52的平面坐标系中。并且，在将晶片w搬送至卡盘工作台31的期间，通过计算部77根据晶片w的外周部的三点的坐标计算出晶片w的中心位置。
如图4的(a)所示，当保持单元52被定位于卡盘工作台31的上方时，保持单元52所保持的晶片w的中心位置被定位于卡盘工作台31的中心位置。并且，保持单元52向正下方下降，从而载置于各爪部件65的爪尖66的晶片w被换载至卡盘工作台31的保持面32上。这样，根据爪部件动作单元68的驱动负荷的上升而对爪部件65的位置信息、即晶片w的外周部的坐标进行检测，因此能够在搬送中计算出晶片w的中心位置。由此，能够降低部件件数，并且能够缩短作业时间。
如图4的(b)所示，当晶片w被保持于保持卡盘工作台31上时，使切削刀具48与晶片w的外周的倒角部88对位。当通过切削刀具48切入晶片w的外周部时，使卡盘工作台31旋转而在整个圆周区域内对晶片w的外周部进行切削。此时，卡盘工作台31与晶片w的中心一致，因此能够以该中心为基准对切削刀具48进行定位。由此，不进行边缘对准就能够开始对晶片w的修剪加工，能够提高加工生产能力。
如上所述，根据本实施方式的搬送机构51，根据与晶片w的外周部抵接时的驱动负荷而检测出多个爪部件65的位置，将各爪部件65的位置作为晶片w的外周位置而计算出晶片w的中心位置。并且，按照将晶片w的中心位置定位于卡盘工作台31的中心位置的方式将晶片w载置于卡盘工作台31上。利用晶片w的搬送时间实施晶片w的中心位置的计算处理，因此不降低对位精度而能够对卡盘工作台31高效地搬送晶片w。另外，在卡盘工作台31上，能够以晶片w的中心为基准开始加工，因此不需要进行晶片w相对于卡盘工作台31的重新放置等，能够改善加工生产能力。
另外，在本实施方式中，对边缘修剪装置的搬送机构进行了说明，但不限于该结构。本发明的搬送机构可以应用于对工件进行加工的其他加工装置。例如只要是实施工件搬送的加工装置，则可以应用于切削装置、磨削装置、研磨装置、激光加工装置、等离子体蚀刻装置和将这些装置组合的集群装置等其他加工装置的搬送机构。
另外，加工对象的工件可以根据加工的种类使用例如半导体器件晶片、光器件晶片、封装基板、半导体基板、无机材料基板、氧化物晶片、生陶瓷基板、压电基板等各种工件。作为半导体器件晶片，可以使用形成器件后的硅晶片或化合物半导体晶片。作为光器件晶片，可以使用形成器件后的蓝宝石晶片或碳化硅晶片。另外，作为封装基板，可以使用csp(chipsizepackage，芯片尺寸封装)基板，作为半导体基板，可以使用硅或砷化镓等，作为无机材料基板，可以使用蓝宝石、陶瓷、玻璃等。另外，作为氧化物晶片，可以使用形成器件后或形成器件前的钽酸锂、铌酸锂。
另外，在本实施方式中，例示了伺服电动机作为爪部件动作单元，但不限于该结构。爪部件动作单元只要是使爪部件移动至与晶片的外周部分离的待机位置和对晶片的外周部进行保持的作用位置的结构即可，也可以由其他致动器构成。另外，驱动负荷检测单元也可以不通过伺服电动机的驱动器而是通过转矩检测器来实现。
另外，在本实施方式中，采用了保持单元具有三个爪部件的结构，但不限于该结构。保持单元只要具有对晶片的外周部进行保持的多个爪部件即可，可以具有四个以上的爪部件。另外，爪部件只要是能够对晶片进行保持的形状即可，对于爪部件的形状没有特别限定。
另外，对本实施方式和变形例进行了说明，但作为本发明的其他实施方式，也可以对上述实施方式和变形例进行整体或局部地组合。
另外，本发明的实施方式并不限于上述的实施方式，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。进而，如果因技术的进步或衍生出的其他技术而利用其他方法实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法进行实施。因此，权利要求书覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。
另外，在本实施方式中，对将本发明应用于边缘修剪装置的搬送机构的结构进行了说明，但本发明也可以应用于对搬送对象的中心位置进行检测而能够提高搬送效率的其他装置的搬送机构中。
如以上所说明的那样，本发明具有不降低晶片相对于卡盘工作台的对位精度而高效地进行搬送从而能够改善加工生产能力的效果，特别是在对利用树脂进行了模制的晶片或贴合晶片等进行搬送的搬送机构中有用。