JP2005085828A - 研磨装置における位置決め機構付きウェーハ搬送装置 - Google Patents

研磨装置における位置決め機構付きウェーハ搬送装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェーハを研磨装置における保持板の中央に確実に配置する。
【解決手段】搬送されてきたウェーハ21をローディングアーム24の先端に設けられたウェーハ吸着部26により吸引固定し、研磨装置10のワーク定盤11に自転可能に設けられウェーハと同径以下の保持板12上に位置決め機構31により位置決めして配置する。位置決め機構が、保持板に平行になるようにローディングアームの先端に設けられたブラケット27と、ブラケット中心部から放射状に進退可能に設けられた複数の位置決めアーム32と、位置決めアームを進退させるアクチュエータ33と、複数の位置決めアームのそれぞれ先端に設けられたウェーハ位置決め治具36とを有し、アクチュエータにより位置決めアームを退入させた状態で、位置決め治具がウェーハの周面及び保持板の周面に同時に接触してウェーハを保持板と同一中心になるように構成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ウェーハをローディングアームの先端に設けられたウェーハ吸着部により吸引固定して搬送する搬送装置に関する。更に詳しくは、その吸引固定したウェーハを研磨装置の保持板上に位置決め機構により位置決めして配置するウェーハ搬送装置に関するものである。
従来のシリコンウェーハの製造にあっては、スライス時の表面破壊層を削り、欠陥の無い単結晶面を得るため、ラッピングやポリッシング等の表面加工工程が不可欠である。この表面加工工程において用いる研磨装置として、ウェーハを真空吸着する保持板を回転するワーク定盤上で更に回転させ、そのワーク定盤と回転軸を偏心させた研磨布定盤をそのワーク定盤に対向させて、公転並びに自転するウェーハ上に懸濁研磨剤を供給して回転する研磨布でウェーハを鏡面に研磨する装置が知られている。そして研磨するウェーハを研磨装置における保持板上に搬送する搬送装置として、搬送されてきたウェーハをローディングアームの先端に設けられたウェーハ吸着部により吸引固定しかつ吸引固定したウェーハを研磨装置の保持板上に配置する装置が知られている。
一方、今日の半導体デバイスの高精度化並びにシリコンウェーハの大口径化の要請が高まり、研磨精度、特に平坦度の向上が強く求められている。そして、ウェーハの最終的な平坦度を決定する鏡面研磨工程では、加工歪を除去して鏡面研磨するため、一般的には研磨布としては、発泡ウレタンやポリエステル不織布等のウェーハよりも軟質な材料が用いられる。一方、ウェーハよりも軟質な材料の研磨布で研磨を行う場合、加工中の研磨布はウェーハより加圧されるため、ウェーハ外周で変形することとなる。この状態で研磨を行うとウェーハ外周部が積極的に加工されることになり、研磨後のウェーハの平坦度が外周部で極端に悪化する不具合がある。
この点を解消するために、ウェーハを保持するための保持板において、その保持板の直径をウェーハの直径より小径にして、その外周部にウェーハヘの接触面積が保持板内周部に比べて減少させる手段を有するウェーハの研磨用保持板が提案されている。具体的には保持板の直径をウェーハの直径の90%以上100%未満にしている(例えば、特許文献1参照。)。そして、この保持板では、研磨するウェーハの外周部への加工圧力が低減して外周だれの起こる領域の研磨が遅延され、研磨による除去量はウェーハ面内において均一になり、高精度のウェーハ加工が可能としている。
特開2002−222783号公報(請求項2、第1〜2頁、図1及び図2)
しかし、保持板の直径を研磨するウェーハの直径と同等以下にして外周部の加工圧力を低減するためにはその前提として研磨されるウェーハが保持板の中央に配置されていなければならない。しかし、研磨するウェーハを吸着固定して保持板に搬送する従来の搬送装置では、吸着固定する際にウェーハがずれて吸引されることやウェーハを保持板上で解除する際にウェーハがずれてしまうこともあり、研磨するウェーハを保持板の中央に配置することが困難である不具合があった。
また、位置決め精度が比較的正確であったとしても、ローディングアームやウェーハ吸着部等の動作部品に摩耗を生じたとき或いはそれらに緩みが生じたときに後発的に位置決め精度が劣ることもある。それゆえ高精度の位置決めを行う場合には、ローディングアームやウェーハ吸着部等の動作部品及びその動作について保守管理をする必要があり、そのための手間が非常に大きかった。
本発明の目的は、研磨されるウェーハを研磨装置における保持板の中央に確実に配置することのできる研磨装置における位置決め機構付きウェーハ搬送装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、図1及び図7に示すように、搬送されてきたウェーハ21をローディングアーム24の先端に設けられたウェーハ吸着部26により吸引固定しかつ吸引固定したウェーハ21を研磨装置10のワーク定盤11に自転可能に設けられウェーハ21と同径以下の保持板12上に位置決め機構31により位置決めして配置するウェーハ搬送装置である。
その特徴ある点は、位置決め機構31が、保持板12上でこの保持板12に平行になるようにローディングアーム24の先端に設けられたブラケット27と、ブラケット中心部から放射状に進退可能にブラケット27に設けられた複数の位置決めアーム32,32と、ブラケット27に設けられ位置決めアーム32,32を進退させるアクチュエータ33,33と、複数の位置決めアーム32,32のそれぞれ先端に設けられたウェーハ位置決め治具36,36とを有し、かつ位置決め機構31がローディングアーム24に対して水平移動するように構成され、アクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を退入させた状態で、位置決め治具36,36がウェーハ21の周面及び保持板12の周面に同時に接触してウェーハ21を保持板12と同一中心になるように構成されたところにある。
請求項1に係る発明では、アクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を退入させた状態で、ウェーハ21を保持板12と同一中心になるように構成したので、その後保持板12がそのウェーハ21を保持することにより、ウェーハ21をその保持板12の中央に確実に配置させることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、ウェーハ位置決め治具36が段付き円柱状又は円筒状に形成され、治具36の下端に保持板12周面に接触可能な大径部36aが形成され、大径部36aに続く大径部36aの上部にウェーハ21周面に接触可能な小径部36bが形成され、大径部36aの半径と小径部36bの半径の差が保持板12の半径とウェーハ21の半径との差になるように構成された請求項1記載のウェーハ搬送装置である。
請求項2に係る発明では、アクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を退入させてウェーハ位置決め治具36をウェーハ21等の周囲に接触させると、ウェーハ位置決め治具36における大径部36aの半径と小径部36bの半径の差は保持板12の半径とウェーハ21の半径との差であるので、図5に示すようにウェーハ21が保持板12と同一中心になり、ウェーハ21をその保持板12の中央に確実に配置させることができる。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、複数の位置決めアーム32,32のそれぞれ先端に脚部34,34が設けられ、ウェーハ位置決め治具36,36が脚部34,34を介して設けられたウェーハ搬送装置である。
請求項3に係る発明では、脚部34,34を介してウェーハ位置決め治具36,36を設けることによりその交換が比較的容易になり、ウェーハ位置決め治具36,36の点検等を容易に行うことができる。
請求項4係る発明は、請求項3に係る発明であって、ウェーハ位置決め治具36が軸方向に脚部34に変位可能に取付けられたウェーハ搬送装置である。
請求項4係る発明では、ウェーハ位置決め治具36が軸方向に変位可能であるので、ウェーハ位置決め治具36の下端をワーク定盤11等に接触させて軸方向に変位させることにより位置決め治具36,36をウェーハ21の周面及び保持板12の周面に確実に位置させることができる。
請求項5係る発明は、請求項1ないし4いずれか1項に係る発明であって、ウェーハ位置決め治具36がポリエーテルエーテルケトン又はポリテトラフルオロエチレンにより作られたウェーハ搬送装置である。
この請求項5に係る発明では、ウェーハ位置決め治具36をポリエーテルエーテルケトン(polyether ether ketone)又はポリテトラフルオロエチレン(商標名;テフロン)により作ることにより、ウェーハ21の欠け及び汚染を有効に防止することができる。
以上述べたように、本発明によれば、ウェーハをウェーハより小径の保持板上に配置するウェーハ搬送装置に位置決め機構を設け、その位置決め機構が保持板上でこの保持板に平行になるようにローディングアームの先端に設けられたブラケットと、ブラケット中心部から放射状に進退可能にブラケットに設けられた複数の位置決めアームと、ブラケットに設けられ位置決めアームを進退させるアクチュエータと、複数の位置決めアームのそれぞれ先端に設けられたウェーハ位置決め治具とを有し、アクチュエータにより位置決めアームを退入させた状態で、位置決め治具がウェーハの周面及び保持板の周面に同時に接触してウェーハを保持板と同一中心になるように構成したので、アクチュエータにより位置決めアームを退入させるだけで、ウェーハをその保持板の中央に確実に配置させることができる。
また、ウェーハ位置決め治具を段付き円柱状又は円筒状に形成し、治具の下端に保持板周面に接触可能な大径部を形成し、大径部に続く大径部の上部にウェーハ周面に接触可能な小径部を形成し、大径部の半径と小径部の半径の差が保持板の半径とウェーハの半径との差になるように構成すれば、ウェーハ位置決め治具をウェーハ等の周囲に接触させることによりウェーハをその保持板の中央に確実に配置させることができる。
更に、脚部を介してウェーハ位置決め治具を設ければウェーハ位置決め治具の交換等が比較的容易になり、その点検等を容易に行うことが可能になり、ウェーハ位置決め治具が軸方向に脚部に変位可能に取付ければ、ウェーハ位置決め治具の下端をワーク定盤等に接触させて軸方向に変位させることにより位置決め治具をウェーハの周面及び保持板の周面に確実に位置させることができる。
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図6に示すように、本発明は、研磨装置10のワーク定盤11に自転可能に設けられた複数の保持板12上にウェーハ21を吸引固定して搬送する搬送装置20である。図7にこの研磨装置10の構成を示す部分破断斜視図を示す。図7における研磨装置10では、ワーク定盤11の定盤面を基台10a上に露出させて、その回転軸11aが基台10a内に立設軸支される。ワーク定盤11の周囲には研磨液の飛散防止カバー13が配置され、ワーク定盤11の外周部と飛散防止カバー13との間には図示しない研磨液回収皿が設けられる。ワーク定盤11の回転軸11aの下部には図示しない駆動用ギアが設けられてモーターの減速機のギアと噛合し、さらに回転軸11aの上部には太陽ギア11bが周設される。また、ワーク定盤11上には5つの保持板12が等間隔で配置されて回転自在に軸支され、その回転軸12aはワーク定盤11を貫通して先端に設けた遊星ギア12bが上記の太陽ギア11bに噛合している。図示しないが、保持板12にはウェーハ21を吸引するためのエア孔が複数形成され、ワーク定盤11内には保持板12に接続する吸引配管が設けられ、そして回転軸11a内のロータリージョイントを介して外部の減圧ポンプに接続される。
ワーク定盤11に対向する研磨布定盤14はその回転軸14aが定盤支持台16に軸受で回転自在に保持され、定盤支持台16は基台10a両側に配置した水平台17上のスライドレール17aにスライダ18を介して水平移動自在に載置される。そしてこのスライダ18を介して研磨布定盤14をワーク定盤11の半径分程度移動することにより、保持板12の引き抜き点検等が可能になるように構成される。この研磨装置では、ワーク定盤11の各保持板12にウェーハ21(図1及び図6)を載置して吸着を完了すると、研磨布定盤14が下降してウェーハ21に当接して所定の加圧力に設定された後、図示しないノズルより研磨剤が噴射されるとともに研磨布定盤14及びワーク定盤11が回転駆動され、これらの相対的回転運動とともに研磨が開始される。所定の研磨が完了すると、研磨液の供給、ワーク定盤11及び研磨布定盤14の回転が停止して研磨布定盤14は上昇するように構成される。
図6に戻って、本発明は上述した研磨装置10の保持板12上に研磨しようとするウェーハ21を吸引固定して搬送する装置20であり、ウェーハ21を搬入するベルト22が基台10aの近傍に配置される。このベルト22上には半円形の一対の受け金具23,23が円形を描くようにそれぞれの他端が枢支されて設けられる。上流側の受け金具23を回転させてベルト22上から外すことによりそのベルト22により運ばれたウェーハ21は下流側の受け金具23により所定位置で停止し、上流側の受け金具23を再び回転させて下流側の受け金具23とともにそのウェーハ21を挟持することによりそのウェーハ21の水平方向における移動を禁止するように構成される。
搬送装置20はローディングアーム24とこのローディングアーム24との先端に設けられたウェーハ吸着部26(図1)とを有する。ローディングアーム24の基端はシリンダ20aのロッド20bの先端に固定され、このロッド20bが回転することによりローディングアーム24は先端が研磨装置10の保持板12上と、受け金具23により移動が禁止されたベルト22上のウェーハ21との間を往復するように構成される。またロッド20bがシリンダ20aに対して出没することによりローディングアーム24は上下動可能に構成され、このローディングアーム24の先端には円板状のブラケット27が固着される。ブラケットは保持板12より小径に形成され、保持板12上でこの保持板12に平行になるようにローディングアーム24に固着される。
図1に示すように、ウェーハ吸着部26は上端がブラケット27に固定された吸引ノズルであり、この吸引ノズル26は図示しない真空ポンプに接続されてエアを下端から吸引可能に構成される。そしてエアを下端から吸引することによりウェーハ21をこの下端に吸引固定可能に構成される。そして、搬送装置20には、このウェーハ吸着部26が吸引固定したウェーハ21をこのウェーハ21より小径の保持板12上に位置決めする位置決め機構31が設けられる。なお、この実施の形態における保持板12の周囲には研磨液受け板15が嵌着され、ワーク定盤11はこの研磨液受け板15により上面が覆われるように構成される。
図1及び図2に示すように、位置決め機構31は、上述したブラケット27と、このブラケット27中心部から放射状に進退可能にブラケット27の上部に設けられた複数の位置決めアーム32,32と、ブラケット27に設けられ位置決めアーム32,32を進退させるアクチュエータ33,33とを備える。この実施の形態では一対の位置決めアーム32,32がブラケット27の上部に設けられ、アクチュエータ33,33として一対の複動式のエアシリンダが用いられる。この一対のエアシリンダはブラケット27の上部中央に出没自在のロッド33a,33aを互いに外側に向けて固定され、各ロッド33a,33aの先端に位置決めアーム32,32の基端がそれぞれ固定される。そして、それぞれの位置決めアーム32,32のそれぞれ先端にはブラケット27の周囲に沿うように湾曲する円弧状の補助板32a,32aの中央が取付けられ、この補助板32a,32aの両端部にはそれぞれ脚部34,34が設けられる。そして、ウェーハ位置決め治具36,36はこの補助板32a,32a及び脚部34,34を介して位置決めアーム32,32のそれぞれ先端に設けられる。
図3に詳しく示すように、ウェーハ位置決め治具36はポリエーテルエーテルケトン又はポリテトラフルオロエチレンにより段付き円筒状に形成され、治具の下端に保持板12周面に接触可能な大径部36aが形成され、その大径部36aに続く大径部36aの上部にウェーハ21周面に接触可能な小径部36bが形成される。位置決めアーム32の先端に設けられた脚部34には、ウェーハ21に直交する被挿入穴34aが形成され、被挿入穴34aの中央には雌ねじ34bが更に形成される。一方、円筒状のウェーハ位置決め治具36における小径部36bの上部には、被挿入穴34aの深さより短くかつ被挿入穴34aに移動可能に挿入される挿入筒部36cが形成され、この挿入筒部36cはスプリング37を介して被挿入穴34aに挿入される。円筒状のウェーハ位置決め治具36には下方から段付きのねじ38が挿入されて先端の雄ねじ部38aが雌ねじ34bに螺合され、ウェーハ位置決め治具36は段付きねじ38の胴部38bのに沿ってその軸方向に脚部34に変位可能に取付けられる。そして、スプリング37はウェーハ位置決め治具36を下方に突出させるように付勢するように構成される。
図5に示すように、ウェーハ位置決め治具36における大径部36aの半径と小径部36bの半径の差は、破線で示す保持板12の半径とウェーハ21の半径との差になるように構成される。従って、この位置決め治具は、アクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を退入させた状態で、ウェーハ21の周面及び保持板12の周面に同時に接触してウェーハ21を保持板12と同一中心になるように構成される。
このように構成された位置決め機構付きウェーハ搬送装置の動作を説明する。
図6に示すように、まず研磨を必要とするウェーハ21はベルト22により基台10aの近傍に搬送され、このウェーハ21は上流側の受け金具23がベルト22上から外れていることから下流側の受け金具23により所定位置で停止される。そして、上流側の受け金具23を再び回転することによりその上流側の受け金具23と下流側の受け金具23とにより挟持されてそのウェーハ21の水平方向における移動が禁止される。一方、搬送装置20はローディングアーム24の先端に設けられたウェーハ吸着部26をウェーハ21の上部に位置させ、図示しない真空ポンプを駆動してエアをウェーハ吸着部26の下端から吸引させる。それとともにウェーハ吸着部26を下降させてその下端をウェーハ21に接触させてそのウェーハ21をウェーハ吸着部26の下端に吸引固定させる。
このようにウェーハ21をウェーハ吸着部26に吸引固定した後、ローディングアーム24を再び上昇させて回転させ、ローディングアーム24との先端に設けられたウェーハ吸着部26を研磨装置10の保持板12上に位置させる。そして、ローディングアーム24を下降させてウェーハ吸着部26の下端に吸引固定させたウェーハ21を保持板12の上に載せる。この状態で、次にアクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を退入させる。すると、ウェーハ位置決め治具36はその間隔を狭め、図1に示すように治具36の下端における大径部36aは保持板12の周面に接触し、大径部36aの上部の小径部36bがウェーハ21の周面に接触する。
ここで、ウェーハ位置決め治具36は軸方向に脚部34に変位可能に取付けられているので、ウェーハ位置決め治具36の下端をワーク定盤11を被覆する研磨液受け板15に接触させることにより位置決め治具36,36の大径部36a及び小径部36bをウェーハ21の周面及び保持板12の周面に確実に位置させることができる。そして、図5に示すようにウェーハ位置決め治具36における大径部36aの半径と小径部36bの半径の差は、破線で示す保持板12の半径とウェーハ21の半径との差になるように構成されるので、ウェーハ21を保持板12の上に載せた段階で図4に示すようにウェーハ21と保持板12の中心がずれていたとしても、ウェーハ位置決め治具36がウェーハ21の周面及び保持板12の周面に同時に接触した状態で図5に示すようにウェーハ21は保持板12と同一中心になる。そして、外部の図示しない減圧ポンプを駆動することによりウェーハ21を保持板12に吸引固定させる。これにより研磨しようとするウェーハ21は研磨装置10における保持板12の中央に確実に配置される。
そして、その後アクチュエータ33,33により位置決めアーム32,32を再び突出させてウェーハ位置決め治具36の間隔を広げ、ローディングアーム24を再び上昇させて回転させ、その先端を保持板12の上部から外し、研磨装置10によりそのウェーハ21を研磨させる。
なお、上述した実施の形態では、ワーク定盤11の定盤面を基台10a上に露出させて、ワーク定盤11上に5つの保持板12を等間隔で配置し、ワーク定盤11の上方からそのワーク定盤11に対向するように研磨布定盤14を回転自在に保持した研磨装置10を示したが、図8に示すように、研磨装置10は、ワーク定盤11の定盤面を下方に向け、その下方に向かうワーク定盤11上に複数の保持板12を配置し、ワーク定盤11の下方からそのワーク定盤11に対向するように研磨布定盤14を回転自在に保持したものであっても良い。但し、この場合における搬送装置20は、ローディングアーム24を中心軸を回転中心として回転可能に構成し、ウェーハ21を下方から吸引固定したウェーハ吸着部26を反転してそのウェーハ21を上方に向けて保持板12の下方に位置させることができるようにすることが好ましい。
本発明のウェーハ搬送装置における位置決め機構を示す図2のA−A線断面。 その位置決め機構を上から見た平面面。 図1のB部拡大断面図。 ウェーハと保持板の中心がずれている状態を示す平面図。 位置決め治具が周面に接触してウェーハと保持板の中心が同一になった状態を示す平面図。 その搬送装置と研磨装置との関係を示す斜視図。 その研磨装置の構成を示す部分破断斜視図。 本発明に使用される別の研磨装置の構成を示す断面図。
符号の説明
10 研磨装置
11 ワーク定盤
12 保持板
20 搬送装置
21 ウェーハ
24 ローディングアーム
26 ウェーハ吸着部
27 ブラケット
31 位置決め機構
32 位置決めアーム
33 アクチュエータ
34 脚部
36 ウェーハ位置決め治具
36a 大径部
36b 小径部

Claims (5)

  1. 搬送されてきたウェーハ(21)をローディングアーム(24)の先端に設けられたウェーハ吸着部(26)により吸引固定しかつ前記吸引固定したウェーハ(21)を研磨装置(10)のワーク定盤(11)に自転可能に設けられ前記ウェーハ(21)と同径以下の保持板(12)上に位置決め機構(31)により位置決めして配置するウェーハ搬送装置であって、
    前記位置決め機構(31)が、前記保持板(12)上でこの保持板(12)に平行になるように前記ローディングアーム(24)の先端に設けられたブラケット(27)と、ブラケット中心部から放射状に進退可能に前記ブラケット(27)に設けられた複数の位置決めアーム(32,32)と、前記ブラケット(27)に設けられ前記位置決めアーム(32,32)を進退させるアクチュエータ(33,33)と、前記複数の位置決めアーム(32,32)のそれぞれ先端に設けられたウェーハ位置決め治具(36,36)とを有し、かつ前記位置決め機構(31)が前記ローディングアーム(24)に対して水平移動するように構成され、
    前記アクチュエータ(33,33)により前記位置決めアーム(32,32)を退入させた状態で、前記位置決め治具(36,36)が前記ウェーハ(21)の周面及び前記保持板(12)の周面に同時に接触して前記ウェーハ(21)を前記保持板(12)と同一中心になるように構成されたことを特徴とする研磨装置における位置決め機構付きウェーハ搬送装置。
  2. ウェーハ位置決め治具(36)が段付き円柱状又は円筒状に形成され、前記治具(36)の下端に保持板(12)周面に接触可能な大径部(36a)が形成され、前記大径部(36a)に続く前記大径部(36a)の上部にウェーハ(21)周面に接触可能な小径部(36b)が形成され、前記大径部(36a)の半径と前記小径部(36b)の半径の差が前記保持板(12)の半径と前記ウェーハ(21)の半径との差になるように構成された請求項1記載のウェーハ搬送装置。
  3. 複数の位置決めアーム(32,32)のそれぞれ先端に脚部(34,34)が設けられ、ウェーハ位置決め治具(36,36)が前記脚部(34,34)を介して設けられた請求項1又は2記載のウェーハ搬送装置。
  4. ウェーハ位置決め治具(36)が軸方向に脚部(34)に変位可能に取付けられた請求項3記載のウェーハ搬送装置。
  5. ウェーハ位置決め治具(36)がポリエーテルエーテルケトン又はポリテトラフルオロエチレンにより作られた請求項1ないし4いずれか1項に記載のウェーハ搬送装置。
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