(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略四角形状をなすウエハの対角方向に対向する１対の隅部に上方から当接する固定足と、
上記ウエハのもう１対の対角方向に対向する隅部を上方から吸着で保持するとともに、ウエハの引き上げを行う第１の引き上げ手段と、
上記第１の引き上げ手段に連結され、第１の引き上げ手段に吸着したウエハを引き上げる第２の引き上げ手段と、
上記ウエハの中央部を上方から保持する中央保持機構を備えて、昇降駆動されるウエハ取出しハンドであって、
上記第１の引き上げ手段による引き上げ高さのばらつきを、上記第２の引き上げ手段による引き上げで補正するようにしたことを特徴とするウエハ取出しハンド。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハ取出しハンドにおいて、上記第１の引き上げ手段は、保持足とこの保持足の下端に設けられた吸着パッドからなることを特徴とするウエハ取出しハンド。
【請求項３】
請求項２に記載のウエハ取出しハンドにおいて、上記第２の引き上げ手段は、上記保持足に連結されたシリンダであることを特徴とするウエハ取出しハンド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のウエハ取出しハンドにおいて、上記中央保持機構は、ベルヌーイ吸着器であることを特徴とするウエハ取出しハンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウエハ、特に太陽電池用ウエハの取り出しを行なうウエハ取出しハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、太陽電池のセルなどを生産する半導体工場において、生産に投入される多結晶ウエハは、数百枚単位でスタック状に積み重ねられた納品時の状態から、多結晶ウエハ取り出し装置によって１枚づつ取り出されて、生産工程に投入されている。
従来、多結晶ウエハの取出しハンドとして、例えば図５(Ａ)〜(Ｃ)に示すようなものが知られている。この取出しハンド３１は、正方形の板材３２の下面中央に円柱状の固定足３３を突設し、対角方向に対向する１対の隅部に保持足３４a,３４bを突設するとともに、保持足３４a,３４bの先端に、図示しない真空ポンプに繋がる吸着パッド３５a,３５bを設けたものである。
【０００３】
上記取出しハンド３１を用いた多結晶ウエハの取り出しは、まず図６(Ａ)に示すように、複数枚積層されたウエハの上方から取出しハンド３１を降ろし、固定足３３と吸着パッド３５a,３５bがウエハ４０に接触すると、真空ポンプを駆動して吸着パッド内の圧力を低下させ、大気圧との圧力差によって吸着パッド３５a,３５bに最上部のウエハ４０を吸着する。
真空ポンプを駆動し続けて吸着パッド内をさらに減圧すると、吸着パッド３５a,３５bは、図６(Ｂ)に示すように収縮し、この吸着パッドに吸着されたウエハ４０の対角位置端部は、吸着パッドの収縮分だけ引き上げられる一方、ウエハ４０の中央部は固定足３３に押し付けられるため、ウエハ４０は図６(Ｂ)に示すように湾曲する。こうして、最上部のウエハ４０をその下のウエハ４１から分離すると、取出しハンド３１を上昇させて、最上部のウエハ４０のみを取り出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のウエハ取出し方法では、ウエハ４０が図６(Ｂ)の如く下方に凸に湾曲して反らされるため、特にウエハの強度が不足している場合、取出し時にウエハ４０が破損することがある。図７は、湾曲の際にウエハ４０に加わる内部応力の分布を示すフォン・ミーゼスの応力分布図であるが、図中の等圧力線の密度から判るように、ウエハ４０の略中央部で応力集中と最大応力が生じている。従って、ウエハ４０の材料特性である許容最大応力が、図７の上記最大応力未満であると、ウエハは破損することになる。
【０００５】
そこで、このウエハ破損の問題を解決すべく、積み重ねられた多結晶ウエハから最上部の１枚を取り出す際、ウエハの１対の対角位置端部を上部から固定足で押えて高さ基準とし、もう１対の対角位置端部を上部から吸着手段で引き上げる方法が提案されているが、この方法で円滑かつ確実にウエハを取り出すためには、ウエハサイズの増大に対応して吸着手段の吸引力を増大させて、１対の対角位置端部の引き上げ高さを増大させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、吸着手段の吸引力を増減することのみで、ウエハサイズに応じた適切な引き上げ高さを調整することは実際には不可能である。なぜなら、一言でいえば、引き上げ高さは、吸着パッド内外の気圧差とウエハの剛性で一意的に決まるからである。つまり、吸着パッドでウエハを確実に保持するには、吸着パッド内外の所定値以上の気圧差が必要で、引き上げ高さを調整するために上記気圧差を任意に変更することはできない。また、吸着パッドを交換して引き上げ高さを増やすには、不必要に大型の吸着パッドに変更せねばならないうえ、大型の吸着パッドでも収縮量自体は比較的小さいため、引き上げ高さの増大は限られてしまう。
それ故、ウエハサイズが増大すると、円滑かつ確実なウエハの取り出しができないのである。
【０００７】
また、吸着パッドのみでウエハの１対の対角位置端部を引き上げる場合、吸着パッドによる引き上げ高さが調整できないため、引き上げ高さがウエハの厚さなどによって変化してしまい、すべてのウエハについて最適な引き上げ量を確保するのは不可能である。それ故、ウエハの種類によっては円滑なウエハの取り出しができないのである。
要するに、太陽電池用の多結晶ウエハを、ウエハのサイズや種類に拘わらず円滑かつ確実に取り出すことができるウエハ取出しハンドは、未だ存在しないのである。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ウエハの引き上げ高さを調整する手段を工夫することによって、サイズや種類に拘わらずウエハの円滑な取り出しを行なうことができるウエハ取出しハンドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のウエハ取出しハンドは、略四角形状をなすウエハの対角方向に対向する１対の隅部に上方から当接する固定足と、上記ウエハのもう１対の対角方向に対向する隅部を上方から吸着で保持するとともに、ウエハの引き上げを行う第１の引き上げ手段と、上記第１の引き上げ手段に連結され、第１の引き上げ手段に吸着したウエハを引き上げる第２の引き上げ手段と、上記ウエハの中央部を上方から保持する中央保持機構を備えて、昇降駆動されるウエハ取出しハンドであって、上記第１の引き上げ手段による引き上げ高さのばらつきを、上記第２の引き上げ手段による引き上げで補正するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記ウエハ取出しハンドでは、略四角形状の(例えば、積み重ねられた)ウエハの最上のウエハの対角方向に対向する１対の隅部に、固定足が上方から当接して高さ基準を作る一方、最上のウエハの中央部を中央保持機構が上方から保持し、最上のウエハのもう１対の対角方向に対向する１対の隅部を第１の引き上げ手段が吸着で保持するとともに上記高さ基準に対して上方へ引き上げる。このとき、第１の引き上げ手段に連結された第２の引き上げ手段は、上記第１の引き上げ手段による引き上げ高さのウエハの寸法,厚さ,剛性に起因するばらつきを補正するように動作して、このウエハに湾曲で生じる応力が許容最大応力以下になり、かつ平面をなす直ぐ下のウエハとの間に分離に必要,十分な隙間ができるように調整する。この調整の後にウエハ取出しハンドは、上昇駆動される。従って、最上のウエハは、過度な湾曲で破損することなく円滑かつ確実に上方へ取り出される。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
本発明の一実施形態は、上記第１の引き上げ手段が、保持足とこの保持足の下端に設けられた吸着パッドからなることを特徴とする。
【００１４】
上記実施形態では、保持足の下端に設けた吸着パッドが、ウエハに対する吸着,分離が容易で、ウエハの変形にも良好に追従できるので、保持足とその下端に設けられた吸着パッドは、ウエハの保持手段および引き上げ手段として好適である。また、吸着パッドによる引き上げ量は、ウエハの寸法,厚さ,剛性に起因してばらつくうえ、不足する場合があるので、第２の引き上げ手段で引き上げ量を補正することによって、夫々のウエハを最適に引き上げて、確実かつ安定して分離することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態は、上記第２の引き上げ手段が、上記保持足に連結されたシリンダであることを特徴とする。
【００１６】
上記実施形態では、保持足に連結されたシリンダが、引き上げ量を任意に変化できて調整に好適なうえ、空気圧を動力源に用いることによって、空気圧を吸着パッドの駆動源に兼用でき、ウエハ取出しハンドの構造を簡素化することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態は、上記中央保持機構が、ベルヌーイ吸着器であることを特徴とする。
【００１８】
上記実施形態では、第１の引き上げ手段,吸着パッド,第２の引き上げ手段,シリンダのいずれかを、空気圧源からの圧縮空気で駆動されるものにすれば、この空気圧源からの圧縮空気をベルヌーイ吸着器６に兼用でき、ウエハ取出しハンドの軽量化,簡素化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１(Ａ)〜(Ｃ)は、本発明のウエハ(この例では太陽電池用多結晶ウエハ)の取出しハンドの一実施形態を示す平面図、図１(Ａ)のb−b線矢視図、図１(Ａ)のc−c線矢視図である。この取出しハンド１は、正方形の板材２の下面中央に図５の従来例の固定足３３に代えて、中央保持機構としてのベルヌーイ吸着器６を設け、当接によってウエハ１０の高さ基準となる棒状の固定足３a,３bを板材１の縦対角方向に対向する隅部に突設し、ウエハ１０を吸着するための吸着パッド５a,５bを先端に有する従来例と同様の保持足４a,４bを横対角方向に対向する隅部に突設するとともに、板材２の上面の保持足４a,４bに対応する位置にこの保持足を昇降させるシリンダ７a,７bを設けている。図１(Ｂ),(Ｃ)から判るように、上記固定足３a,３bの下端と吸着パッド５a,５bの下端は同じ高さである。なお、取出しハンド１全体は、図示しない昇降機構によって昇降させられる。
【００２０】
上記ベルヌーイ吸着器６は、図３,４に側面図,平面図を示すように、図示しないエアブロワに繋がっていて、下面から放射状に気流８を吹き出す。吹き出された気流８は、ウエハ１０の上面に沿って周縁へ流れる一方、ウエハ１０の下面には気流がないので、上面は下面に対して負圧になる。その結果、ウエハ１０は、ベルヌーイ吸着器６によって図２(Ｂ)に示すように上方へと引き上げられ、吸着パッド５a,５bよりも広範囲かつ均一に吸着される。
ここで、上記シリンダ７a,７bを圧縮空気で駆動される空気圧シリンダとすれば、吸着パッド５a,５bの吸引空気をシリンダの空気圧源に用い、この空気圧源をベルヌーイ吸着器６の空気圧源に兼用でき、取出しハンドの軽量化,簡素化を図ることができる。
【００２１】
保持足４a,４bは、第１の引き上げ手段としてウエハ１０を吸着パッド５a,５bによって引き上げつつ吸着,保持した後、取出しハンド１の上昇によって引き上げる。中央保持機構としてのベルヌーイ吸着器６は、ウエハ１０を、上述の負圧によって吸着,保持した後、取出しハンド１の上昇によって引き上げる。シリンダ７a,７bは、引き上げ高さ調整手段および第２の引き上げ手段として、高さ基準、即ち固定足３a,３bの下端面に対するウエハ１０の引き上げ高さを変化させて引き上げを行なう。つまり、ウエハ１０は、取出しハンド１の上昇に先立って、第１の引き上げ手段である保持足４a,４bの吸着パッド５a,５bおよび第２の引き上げ手段である保持足４a,４bのシリンダ７a,７bによって引き上げられる。
【００２２】
上記構成の取出しハンド１は、次のように動作する。
まず、図２(Ａ)に示すように、複数枚積み重ねられたウエハの上方から取出しハンド１を降ろすと、同一平面内にある固定足３a,３bの下端および吸着パッド５a,５bの下面の高さが高さ基準となる。
次に、真空ポンプを駆動して吸着パッド５a,５b内の圧力を低下させ、大気圧と吸着パッド内部の圧力の差によって最上のウエハ１０を吸着して、保持する。真空ポンプを駆動し続けると、吸着パッド５a,５b内の圧力はさらに低下し、図２(Ｂ)に示すように、吸着パッド５a,５bは最上のウエハ１０を保持したまま収縮し、ウエハ１０の横対角方向に対向する１対の隅部が、吸着パッドの収縮変位分だけ引き上げられる。ウエハ１０の縦対角方向に対向する１対の隅部は、固定足３a,３bで押えられているので、この第１の引き上げによって、最上のウエハ１０は図２(Ｂ)の如く下方に凸に湾曲して反らされ、直ぐ下のウエハとの間に隙間が生じる。
【００２３】
ここで、同一のウエハ１０を対象とする場合は、上述の吸着パッド５a,５bのみを用いて取り出しを行なうことができるが、従来例で述べたように、吸着パッドつまり第１の引き上げによる引き上げ高さは、ウエハの厚さ、寸法、材質などによって変化するうえ、引き上げ高さを調整すべく吸着パッドの内外気圧差を任意に変更することはできず、吸着パッドの収縮量自体が引き上げ高さの増大に余り寄与しないため、ウエハの種類や寸法によっては引き上げ高さが不足して、ウエハを取り出すことができなくなる。そこで、本実施形態では、第２の引き上げ手段として、次のように動作するシリンダ７a,７bを採用したのである。
【００２４】
即ち、図２(Ｃ)に示すように、シリンダ７a,７bを没入させて保持足４a,４bを上昇させ、ウエハ１０の横対角方向に対向する１対の隅部を、シリンダの変位分だけ更に引き上げる。シリンダ７a,７bの変位量はウエハの種類に応じて任意に設定することができ、これによって上記１対の隅部の引き上げ高さを正確に設定値にできる。それ故、第１の引き上げによる引き上げ高さのばらつきを、シリンダ７a,７bによる第２の引き上げで補正することができ、第１の引き上げで不足した引き上げ量を補正することができる。従って、ウエハの種類や寸法に拘わらず最上のウエハ１０を、その許容最大応力内で取り出しに最適で理想的な状態に湾曲させて反らせ、直ぐ下のウエハ１１から分離し、円滑かつ確実な取り出しを行なうことができる。
【００２５】
上記１対の隅部を完全に引き上げた後、図２(Ｄ)に示すように、ベルヌーイ吸着器６によって最上のウエハ１０の中央部を吸着,保持して、取出しハンド１を上昇させてウエハ１０の取り出しが完了する。
【００２６】
（実験例）
上記実施形態の取出しハンド１を用いてウエハを実際に取り出す実験を行なった。ウエハ１０の厚さは厚さ300μmであり、寸法は100mm角および150mm角であり、吸着パッド５a,５bの直径は６mmであった。
まず、シリンダ７a,７bを駆動せずに吸着パッド５a,５bの引き上げのみで積み重ねられた1000枚のウエハの取り出しを試みた。その結果、100mm角のウエハでは、取り出しの失敗がなかったのに対して、150mm角のウエハでは、取り出し失敗が３枚発生した。
次に、吸着パッド５a,５bによる第１の引き上げに加えて、シリンダ７a,７bの駆動による第２の引き上げを行なった結果、150mm角のウエハでも取り出し失敗は生じなかった。
【００２７】
さらに、シリンダ駆動による第２の引き上げの引き上げ量を常に一定にして、150mm角、厚さ200〜300μmのウエハ1000枚について取り出しを試みた。その結果、吸着パッド５a,５bによる第１の引き上げによる引き上げ量はウエハ毎に大きくばらつき、１０枚の取り出し失敗が生じた。
そこで、シリンダ駆動による第２の引き上げ量をウエハに応じて適切に調整して、1000枚について取り出しを行なったところ、取り出し失敗は生じなくなった。
【００２８】
本発明は、上記実施形態のウエハに限らず、任意のウエハに適応することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のウエハ取出しハンドは、略四角形状のウエハの最上のウエハの対角方向に対向する１対の隅部に、固定足が上方から当接して高さ基準を作る一方、最上のウエハの中央部を中央保持機構が上方から保持し、最上のウエハのもう１対の対角方向に対向する１対の隅部を第１の引き上げ手段が吸着で保持するとともに上記高さ基準に対して上方へ引き上げ、第２の引き上げ手段が、第１の引き上げ手段による引き上げ高さのウエハの寸法,厚さ,剛性に起因するばらつきを補正するように動作するので、ウエハを、過度な湾曲で破損させることなく円滑かつ確実に１枚ずつ上方へ取り出すことができる。
【００３０】
【００３１】
本発明の一実施形態では、保持足の下端に設けた吸着パッドが、ウエハに対する吸着,分離が容易で、ウエハの変形にも良好に追従できるので、ウエハの保持手段および引き上げ手段として好適であるうえ、引き上げ量が略一定の吸着パッドに対して、第２の引き上げ手段による引き上げ量をウエハの種類や寸法によって変化させることによって、夫々のウエハに最適の引き上げ量が得ることができ、ウエハを確実かつ安定して分離することができる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、保持足に連結されたシリンダが、引き上げ量を任意に変化できて調整に好適なうえ、空気圧を動力源に用いることによって、空気圧を吸着パッドの駆動源に兼用でき、ウエハ取出しハンドの構造を簡素化することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態では、第１の引き上げ手段,吸着パッド,第２の引き上げ手段,シリンダのいずれかを、空気圧源からの圧縮空気で駆動されるものにすれば、この空気圧源からの圧縮空気をベルヌーイ吸着器６に兼用でき、ウエハ取出しハンドの軽量化,簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(Ａ)は本発明のウエハ取出しハンドの一実施形態を示す平面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のb−b線矢視図、図１(Ｃ)は図１(Ａ)のc−c線矢視図である。
【図２】  上記取出しハンドの一連の動作を示す図である。
【図３】  図１のベルヌーイ吸着器の側面図である。
【図４】  上記ベルヌーイ吸着器の平面図である。
【図５】  図５(Ａ)は従来のウエハ取出しハンドを示す平面図、図５(Ｂ)は図５(Ａ)のb−b線矢視図、図５(Ｃ)は図５(Ａ)のc−c線矢視図である。
【図６】  上記従来の取出しハンドの一連の動作を示す図である。
【図７】  上記従来の取出しハンドによってウエハに加わる内部応力の分布を示すフォン・ミーゼスの応力分布図である。
【符号の説明】
１  取出しハンド
２  板材
３a,３b  固定足
４a,４b  保持足
５a,５b  吸着パッド
６  ベルヌーイ吸着器
７a,７b  シリンダ
８  気流
１０  最上のウエハ
１１  直ぐ下のウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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