(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-26
(45)【発行日】2023-11-06
(54)【発明の名称】音響式異物除去装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20231027BHJP
B08B 3/08 20060101ALI20231027BHJP
B08B 3/12 20060101ALI20231027BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 645Z
B08B3/08 A
B08B3/12 Z
H01L21/304 643D
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020032725
(22)【出願日】2020-02-28
(65)【公開番号】P2021136370
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-12-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000146722
【氏名又は名称】ヤマハロボティクスホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マイケル カークビー
(72)【発明者】
【氏名】ランダエズ ガルシア イズマルド ホゼ
(72)【発明者】
【氏名】宗像 広志
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－２１６１２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平７－２０１７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５０６１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－５５０２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｂ０８Ｂ ３／０８
Ｂ０８Ｂ ３／１２
Ｂ０８Ｂ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物の表面に付着している異物を除去する音響式異物除去装置であって、保持面に前記対象物を保持するステージと、
前記ステージと離間して配置される音響ヘッドと、
前記音響ヘッドを前記ステージに対して相対移動させる移動機構と、を備え、
前記音響ヘッドは、指向性を有する複数の超音波発生器と、複数の前記超音波発生器から発生した複数の超音波が集中するように複数の前記超音波発生器が取付けられるケーシングと、を有し、
複数の前記超音波発生器から発生した複数の超音波を前記ケーシングと前記ステージの前記保持面との間の空隙で集中させて前記空隙に大気圧よりも圧力が低い低圧領域を形成し、前記対象物の前記表面に付着している前記異物を前記低圧領域に吸引させて前記異物を前記表面から除去し、
前記移動機構は、前記対象物から離間して配置された異物廃棄部まで前記音響ヘッドを相対的に移動させること、
を特徴とする音響式異物除去装置。
【請求項2】
請求項１に記載の音響式異物除去装置であって、前記音響ヘッドの前記ケーシングは、円環状又は前記ステージ側が開放されたドーム状で、
複数の前記超音波発生器は複数の超音波スピーカーであり、各軸が前記空隙で集中するように前記ケーシングに取付けられていること、
を特徴とする音響式異物除去装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の音響式異物除去装置であって、複数の前記超音波発生器を駆動する駆動回路を備え、
前記駆動回路は、各超音波発生器から発生する前記超音波の各位相をそれぞれ調整可能であること、
を特徴とする音響式異物除去装置。
【請求項4】
請求項３に記載の音響式異物除去装置であって、前記駆動回路は、１つの前記超音波発生器を駆動する駆動ユニットを複数含み、
前記駆動ユニットは、前記超音波発生器から発生する前記超音波の位相を調整可能であること、
を特徴とする音響式異物除去装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の音響式異物除去装置であって、前記移動機構は、前記音響ヘッドが形成した前記低圧領域を前記ステージの上に保持された前記対象物の前記表面から前記超音波の１／４波長から半波長離間するように前記表面に沿って相対的に移動させること、
を特徴とする音響式異物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波を用いて対象物の表面に付着している異物を除去する音響式異物除去装置の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサ等の半導体デバイスの表面に付着した異物の除去が求められている。ここのような異物除去の方法として、液体の二酸化炭素（ＣＯ２）を用いて半導体デバイスの異物を除去する技術が利用されている。この方法は、液体の二酸化炭素を噴射ノズルから対象物の表面に噴射させ、噴射時の断熱膨張により凍結してドライアイスとなったドライアイス粒子を対象物に衝突させて表面の異物の除去を行うものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０００－１１７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１に記載されたような方法では、高純度のドライアイスを氷結させる機構部が必要であり装置が大型で複雑になってしまう。また、ドライアイスの粒子を吹き付ける際に半導体デバイスを損傷させてしまう場合があった。
【0005】
そこで、本発明は、対象物の損傷を抑制すると共に簡便な構成で異物を除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の音響式異物除去装置は、対象物の表面に付着している異物を除去する音響式異物除去装置であって、保持面に対象物を保持するステージと、ステージと離間して配置される音響ヘッドと、音響ヘッドをステージに対して相対移動させる移動機構と、を備え、音響ヘッドは、指向性を有する複数の超音波発生器と、複数の超音波発生器から発生した複数の超音波が集中するように複数の超音波発生器が取付けられるケーシングと、を有し、複数の超音波発生器から発生した複数の超音波をケーシングとステージの保持面との間の空隙で集中させて空隙に大気圧よりも圧力が低い低圧領域を形成し、対象物の表面に付着している異物を低圧領域に吸引させて異物を表面から除去し、移動機構は、対象物から離間して配置された異物廃棄部まで音響ヘッドを相対的に移動させること、を特徴とする。
【0007】
このように、音響ヘッドに形成した低圧領域で対象物の表面に付着した異物を吸引して異物の除去を行うので、対象物の表面に非接触で異物の除去を行うことができ、対象物の損傷を抑制することができる。また、特許文献１に記載された従来技術のようなドライアイスを氷結させる装置が不要となり、簡便な構成で対象物の表面に付着している異物を除去できる。また、吸引した異物を対象物に再付着させることなく廃棄することができる。
【0008】
本発明の音響式異物除去装置において、音響ヘッドのケーシングは、円環状又はステージ側が開放されたドーム状で、複数の超音波発生器は複数の超音波スピーカーであり、各軸が空隙で集中するようにケーシングに取付けられてもよい。
【0009】
このように、複数の超音波スピーカーの各軸がケーシングとステージの保持面との間の空隙に集中するように配置することにより、低圧領域の圧力をより低くすることができ、より大きな吸引力を発生させることができる。
【0010】
本発明の音響式異物除去装置において、複数の超音波発生器を駆動する駆動回路を備え、駆動回路は、各超音波発生器から発生する超音波の各位相をそれぞれ調整可能としてもよい。また、駆動回路は、１つの超音波発生器を駆動する駆動ユニットを複数含み、駆動ユニットは、超音波発生器から発生する超音波の位相を調整可能としてもよい。
【0011】
このように、複数の超音波発生器の超音波の各位相を調整することによって、形成される低圧領域の形状、大きさ、位置を除去しようとしている異物に合わせて自由に調整できる。
【0014】
本発明の音響式異物除去装置において、移動機構は、音響ヘッドが形成した低圧領域をステージの上に保持された対象物の表面から超音波の１／４波長から半波長離間するように表面に沿って相対的に移動させてもよい。
【0015】
対象物の表面で反射した超音波により、低圧領域は対象物の表面から超音波の１／４波長から半波長程度上方に定在する。このため、移動機構により低圧領域を対象物の表面から超音波の１／４波長から半波長離間するように移動させることにより、低圧領域を表面に近接させて効果的に低圧領域に異物を吸引することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、対象物の損傷を抑制すると共に簡便な構成で異物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照しながら実施形態の音響式異物除去装置１００について説明する。図１に示すように、音響式異物除去装置１００は、ステージ１０と、音響ヘッド２０と、移動機構３０と、異物廃棄部１６と、を備えている。なお、以下の説明では、図１の紙面に対して垂直方向をＸ方向、水平面でＸ方向と直交する方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として説明する。
【0019】
ステージ１０は、図示しないベースに取付けられている。ステージ１０は、上側の保持面１０ａに対象物である電子部品１３を吸着保持する。電子部品１３は、例えば、サブスレート１１の上に取付けられたイメージセンサ１２であってもよい。ステージ１０は、電子部品１３をＸ方向に搬送可能である。また、ステージ１０の横には、異物廃棄部１６が配置されている。異物廃棄部１６は、例えば、下方向への真空吸引機構を含んでいる。
【0020】
ステージ１０の上方には、ステージ１０と離間して音響ヘッド２０が配置されている。音響ヘッド２０は、ケーシング２２と、ケーシング２２に取付けられた複数の超音波スピーカー２１とで構成されている。音響ヘッド２０のケーシング２２は、音響ヘッド２０をステージ１０の保持面１０ａの上に吸着保持された電子部品１３に対して相対的に移動させる移動機構３０に接続されている。
【0021】
移動機構３０は、図示しないベースにＸ方向に移動可能に取付けられたガイドレール３１と、ガイドレール３１に沿ってＹ方向に移動するスライダ３３とで構成されている。ガイドレール３１は、Ｘ方向移動機構３２によってＸ方向に移動可能に構成されている。スライダ３３は、内部にＹ方向移動機構３４を備えておりガイドレール３１にガイドされてＹ方向に移動可能に構成されている。音響ヘッド２０のケーシング２２はＺ方向に延びるアーム３６でスライダ３３に接続されている。スライダ３３は、内部にアーム３６をＺ方向に駆動するＺ方向移動機構３５を備えており、音響ヘッド２０をＺ方向に移動可能に構成されている。従って、移動機構３０は、音響ヘッド２０をステージ１０の上に吸着保持された電子部品１３に対してＸＹＺ方向に相対的に移動可能に構成されている。また、移動機構３０は、音響ヘッド２０を異物廃棄部１６の上方まで移動可能に構成されている。
【0022】
音響ヘッド２０のケーシング２２は、球形のドーム状で下方のステージ側が開放されている。ケーシング２２を構成する球面の球中心２６は、下側の開放面２５よりも下方のケーシング２２の中央下部で、ケーシング２２とステージ１０の保持面１０ａとの間の空隙１４に位置している。超音波スピーカー２１は、指向性を有する超音波発生器であり、軸２１ａの方向で軸２１ａを中心とした指向角度θの範囲に超音波２４が伝播するように超音波２４を発生させる。複数の超音波スピーカー２１は、各軸２１ａがケーシング２２の球面の球中心２６で交差するようにケーシング２２に取付けられている。このため、複数の超音波スピーカー２１から発生された各超音波２４は、球中心２６の位置するケーシング２２の中央下部で交差する。球中心２６は、ステージ１０の保持面１０ａとの間の空隙１４に位置するので、各超音波２４は空隙１４で集中する。
【0023】
各超音波スピーカー２１には、それぞれ超音波スピーカー２１を駆動する駆動ユニット２３が接続されている。各駆動ユニット２３は、接続されている超音波スピーカー２１が発生する超音波２４の位相を調整可能となっている。また、複数の駆動ユニット２３は、複数の超音波スピーカー２１で構成される超音波スピーカー群を駆動する駆動回路を構成する。
【0024】
移動機構３０のＸ方向移動機構３２と、Ｙ方向移動機構３４と、Ｚ方向移動機構３５と、各超音波スピーカー２１を駆動する駆動ユニット２３とは、制御部５０に接続されて制御部５０の指令によって駆動する。制御部５０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ５１と制御プログラムや制御用データを格納する記憶部５２とを備えるコンピュータである。
【0025】
以上のように構成された音響式異物除去装置１００の動作について説明する。制御部５０は、各駆動ユニット２３によって各超音波スピーカー２１を駆動して各超音波スピーカーから所定の周波数の超音波２４を発生させる。各超音波スピーカー２１は、指向性が有り、各軸２１ａの方向で軸２１ａを中心とした指向角度θの範囲に伝播していく。各超音波スピーカー２１は、各軸２１ａがケーシング２２の中央下部に位置する球中心２６で交差するようにケーシング２２に取付けられているので、各超音波スピーカー２１から発生した超音波２４は、ケーシング２２の中央下部、或いは、空隙１４で交差、集中して重ね合わされる。この超音波２４の重ね合わせにより、ケーシング２２の中央下部には、大気圧よりも圧力が低い低圧領域４０が形成される。低圧領域４０は、直径が超音波２４の半波長程度の大きさである。
【0026】
制御部５０は、移動機構３０により低圧領域４０がイメージセンサ１２の上方、例えば、数ｍｍ上方、となるようにＸＹ方向にスキャンするように移動させる。イメージセンサ１２の表面１５で反射した超音波２４により、低圧領域４０はイメージセンサ１２の表面１５から超音波２４の１／４波長から半波長離間した上方に定在するので、移動機構３０により低圧領域４０がイメージセンサ１２の表面１５から超音波２４の１／４波長から半波長上方に離間するように音響ヘッド２０をＸＹ方向にスキャンするように移動させてもよい。超音波２４の周波数が４０ｋＨｚの場合、半波長は４．２５ｍｍ、１／４波長は２．１２５ｍｍであるから、低圧領域４０をイメージセンサ１２の表面１５から１～５ｍｍ程度上方となるように、音響ヘッド２０を移動させる。
【0027】
これにより、ケーシング２２の中央下部に形成された低圧領域４０は、ステージ１０の上に保持されたイメージセンサ１２の表面１５の上方で表面１５に沿ってＸＹ方向に移動する。また、各超音波スピーカー２１から発生した超音波２４がイメージセンサ１２の表面１５に当たる。そして、低圧領域４０がイメージセンサ１２の表面１５に付着している異物９０の上にくると、異物９０は超音波２４による振動により、イメージセンサ１２の表面１５から離れる。そして、異物９０は、図１の白抜き矢印９１のように近接する低圧領域４０に吸引されてイメージセンサ１２の表面１５から除去される。吸引された異物９０は、低圧領域４０の中に捕捉されて浮遊した状態で音響ヘッド２０と共に移動する。
【0028】
制御部５０は、イメージセンサ１２の上方で音響ヘッド２０をＸＹ方向にスキャンしたら、音響ヘッド２０を異物廃棄部１６の上方に移動させる。異物廃棄部１６は、例えば、下方向への真空吸引機構を含んでいる。制御部５０は、音響ヘッド２０が異物廃棄部１６の上方に来たら、各駆動ユニット２３による各超音波スピーカー２１の駆動を停止する。これにより、低圧領域４０が消失し、低圧領域４０に捕捉されていた異物９０は、下側の異物廃棄部１６に真空吸引されて外部に廃棄される。これにより、低圧領域４０が吸引した異物９０をイメージセンサ１２に再付着させることなく廃棄することができる。
【0029】
以上説明したように、音響式異物除去装置１００は、音響ヘッド２０の形成した低圧領域４０で電子部品１３の表面１５に付着した異物９０を吸引して異物９０の除去を行うので、電子部品１３の表面１５に非接触で異物９０の除去を行うことができ、電子部品１３の損傷を抑制することができる。また、特許文献１に記載された従来技術のようなドライアイスを氷結させる装置が不要となり、簡便な構成で電子部品１３の表面１５に付着している異物９０を除去できる。
【0030】
また、音響式異物除去装置１００の各駆動ユニット２３は、接続されている超音波スピーカー２１が発生する超音波２４の位相を調整可能となっており、各位相を調整することによって、形成される低圧領域４０の形状、大きさ、位置を除去しようとしている異物９０に合わせて自由に調整できる。
【0031】
また、音響式異物除去装置１００では、ケーシング２２は球形のドーム状で、各超音波スピーカー２１は、各軸２１ａが球中心２６で交差するように取り付けられている。このように、各超音波２４を一点で重ね合わせることにより、より圧力の低い低圧領域４０を安定して形成できる。このため、低圧領域４０の位置がふらつかず、確実に異物９０を吸引することができる。
【0032】
ただし、ケーシング２２の形状はこのような球形に限らない。例えば、ケーシング２２は楕円球形のドーム形状であってもよい。また、各超音波スピーカー２１は、各軸２１ａがケーシング２２の中央下部で交差してなくても、各軸２１ａが中央下部で集中しており、各超音波スピーカー２１から発生された各超音波２４がケーシング２２の中央下部で集中するようにケーシング２２に取付けられていればよい。例えば、各超音波スピーカー２１の各軸２１ａを中心とした各指向角度θの範囲が交差するように配置されていればよい。
【0033】
また、超音波スピーカー２１を駆動する駆動ユニット２３は、各超音波スピーカー２１にそれぞれ接続されていることとして説明したが、これに限らず、いくつかの超音波スピーカー２１を一つの駆動ユニット２３で駆動するように構成してもよい。
【0034】
また、移動機構３０は、Ｘ方向に移動するガイドレール３１とＹ方向に移動するスライダ３３と、スライダ３３に取付けられたＺ方向移動機構３５とで構成されることとして説明したが、これに限らない。例えば、ＸＹＺ方向に自在に移動可能なロボットアームの先端に音響ヘッド２０を取付けてもよい。この場合ロボットアームが移動機構３０を構成する。また、ステージ１０をＸＹＺ方向に移動させるように構成してもよいし、ステージ１０上に載置されている電子部品１３をＸＹ方向に移動させるように構成してもよい。
【0035】
次に図２を参照しながら他の実施形態の音響式異物除去装置２００について説明する。先に図１を参照して説明した音響式異物除去装置１００と同様の部分には、同様の符号を付して説明は省略する。図２に示すように、音響式異物除去装置２００の音響ヘッド６０は、円環状のケーシング６２に複数の超音波スピーカー２１が取付けられている。
【0036】
図２に示すように、ケーシング６２は、上側が小径の開放面６４で下側が大径の開放面６５の球台型の環状部材であり、球帯面６３に複数の超音波スピーカー２１が取付けられている。球帯面６３の球中心６６は、下側の開放面６５よりも下方のケーシング６２の中央下部で、音響ヘッド６０とステージ１０の保持面１０ａとの空隙１４に位置している。複数の超音波スピーカー２１は、各軸２１ａがケーシング６２の球面の球中心６６で交差するようにケーシング６２に取付けられている。先に図１を参照して説明した音響式異物除去装置１００と同様、各超音波スピーカー２１から発生した超音波２４は、ケーシング２２の中央下部で交差し、集中して重ね合わされる。この超音波２４の重ね合わせにより、ケーシング２２の中央下部には、大気圧よりも圧力が低い低圧領域４０が形成される。
【0037】
ケーシング６２の上側の開放面６４には、ステー６７が取付けられており、ステー６７には、アーム３６が接続されている。音響ヘッド６０は、先に図１を参照して説明した音響式異物除去装置１００の音響ヘッド２０と同様、移動機構３０によりステージ１０の上に吸着保持された電子部品１３に対してＸＹＺ方向に相対的に移動可能となっている。
【0038】
音響式異物除去装置２００の動作は、先に図１を参照して説明した音響式異物除去装置１００の動作と同様で、電子部品１３の損傷を抑制しつつ異物９０の除去を行うことができる。
【0039】
音響式異物除去装置２００は、ケーシング６２が球台型の環状部材で構成されているので、Ｚ方向の厚さを薄くすることができ、小型のボンディング装置等に組み込むことが可能となる。
【0040】
以上の説明では、音響ヘッド６０のケーシング６２は、上側が小径の開放面６４で下側が大径の開放面６５の球台型の環状部材として説明したが、これに限らず、上側の開放面６４に蓋を取付けるようにしてもよい。この場合、超音波スピーカー２１から発生する超音波２４が外気の影響を受けにくくなるので、低圧領域４０の位置、大きさをより安定させることができる。また、蓋に超音波スピーカー２１を取付けてもよい。これにより、低圧領域４０の圧力をより低くして大きな異物９０を吸引することができる。
【符号の説明】
【0041】
１０ ステージ、１０ａ 保持面、１１ サブスレート、１２ イメージセンサ、１３ 電子部品、１４ 空隙、１５ 表面、１６ 異物廃棄部、２０，６０ 音響ヘッド、２１ 超音波スピーカー、２１ａ 軸、２２，６２ ケーシング、２３ 駆動ユニット、２４ 超音波、２５，６４，６５ 開放面、２６ 球中心、３０ 移動機構、３１ ガイドレール、３２ Ｘ方向移動機構、３３ スライダ、３４ Ｙ方向移動機構、３５ Ｚ方向移動機構、４０ 低圧領域、５０ 制御部、５１ ＣＰＵ、５２ 記憶部、６３ 球帯面、６６ 球中心、６７ ステー、９０ 異物、１００，２００ 音響式異物除去装置。
【図1】
【図2】