JP6080119B2 - アライナ装置 - Google Patents

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Description

本発明はアライナ装置に係り、2種類の直径の基板に対する中心出し、オリフラやノッチの位置決めが行えるようにしたアライナ装置に関する。
近年、半導体製品はマイクロマシン(MEMS)、パワーデバイス、映像デバイスなど製品が多様化している。製品によっては、製造工程において、ウェハの外周縁から数mm以内の表裏面は接触してはならないとの制約がある。このため、ウェハの搬送はそのエッジを把持して行う方法が一般的である。また、ウェハの中心出しやオリフラまたはノッチの位置決め装置も同様にウェハのエッジを把持するアライナ装置を用いて行っている。
最近、これらの工程では、複数種のサイズのウェハを扱うケースが出てきた。その結果、搬送においても複数種のサイズに対応することを要求されてきた。その要請に応えたアライナ装置も提案されている(特許文献1)。
このアライナ装置は、300mmウェハと8インチウェハのセンタリングとノッチ等の角度合わせが可能な把持機構と、旋回機構とを備えている。このアライナ装置はウェハの縁部を載置するとともに、エッジをグリップする1対のクランプアームを有し、これらクランプアームを支持するクランプベースを、旋回ベース上に取り付けられたリニアガイドに沿ってスライドさせることでウェハの把持と開放とを行う。1対のクランプベースは、中心軸近傍に配置されたエアシリンダのシリンダの上昇、下降に応じて開閉するリンクバーの動作によってリニアガイドに沿って移動してウェハの把持、開放が行われる。
特開2008−98565号公報
ところで、特許文献1に開示されたアライナ装置では、ウェハはクランプアームの先端に載置されるため、ノッチやオリフラを位置決めするセンサは、クランプアームの上側にに配置される。このため、位置決めされるノッチやオリフラがクランプアーム位置と重なった場合、センサはノッチやオリフラを検出できない。その場合は、ノッチやオリフラがなくなるようにクランプアーム上でウェハを持ち替えして所定の位置決めを行う必要がある。しかし、小さなウェハによってはオリフラが複数個所あるものもあり、オリフラの長さも違う。このような場合には持ち替えによって検出できて位置決めされたウェハが本来正しく位置決めされているかどうかの判断が困難である。
また、クランパ(ウェハ把持部)がアーム先端に一体的に形成されているので、ウェハを装置にセットする際、このクランパを避けた方向からウェハを出し入れする必要がある。そのため、ウェハの出し入れ時のトラブルを回避するために、クランプアームの初期位置を設定する必要がある。また、クランパの把持と開放動作とは、すべてエアシリンダの動作で行うため、把持する前のクランプアームの位置設定や、ウェハを適正に把持、開放するためのシリンダ昇降量の設定等、細かい制御を行う必要であった。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、複数種類のサイズのウェハのセンタリング、ノッチまたは複数箇所のオリフラが形成されたウェハを、容易に載置でき、また、載置後はバネ付勢力でウェハを把持する機構を備えた、複雑な制御を必要としないアライナ装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、装置内で昇降可能に保持された中心支軸と、該中心支軸の上端に支持され、異なる直径の基板を各々支持する受け手段が配設された円板と、該円板の外周に配置され、前記受け手段上に搬入された基板の直径に応じた把持部で前記基板を把持可能な把持手段と、前記円板を、載置された基板の直径に応じた前記把持手段の把持部の高さに昇降可能な第1の昇降手段と、前記把持手段による前記基板の把持動作の制御部材を昇降させる第2の昇降手段と、前記把持手段を前記中心支軸回りに旋回可能な基板旋回手段とを備え、前記制御部材は、前記中心支軸に、昇降可能に外嵌され、上部端面に中心部にかけて高くなるテーパが形成されたリング状部材であり、前記把持手段は、前記中心支軸に回転可能に支持されたベース部材上に、前記中心支軸に関して対称反対方向に連動して直動可能に連結された1対のクランプレバーを配設してなり、該クランプレバーの一部が、前記第2の昇降手段による前記制御部材の上下動により、該クランプレバーに設けられたカムフォロアが前記テーパに沿って移動することにより、前記基板を把持あるいは開放する方向に直動して基板の把持操作を行うことを特徴とする。
前記クランプレバーは、一方に圧縮バネを有し、該圧縮バネの付勢力により、前記把持手段の閉状態が保持され、上昇する前記リング状部材によって移動する前記カムフォロアが前記付勢力に抗して前記クランプレバーの一部を外方に向けて直動させることで開状態となることが好ましい
前記把持手段は、前記中心支軸に嵌挿された回転軸部を介して装置内の駆動手段により、前記中心支軸回りに旋回し、前記円板側に設けられた位置検出手段により、所定の位置決めが行われることが好ましい。
前記位置検出手段として、回帰反射式光センサあるいは限定反射式光センサを搭載することが好ましい。
本発明によれば、2種類の直径の基板に対する中心出し、オリフラやノッチの位置決めが容易かつ高精度に行えるという効果を奏する。
本発明のアライナ装置の実施形態の内部構成を示した横断面図。 図1(a),(b)に示したアライナ装置の平面形状を示した平面図。 クランプレバーと、その駆動機構の構成を示した部分平面図。 アライナ装置の動作状態(8インチウェハ対応)を示した断面図。 図4に示したアライナ装置の動作状態に対応した平面図。 アライナ装置の動作状態(6インチウェハ対応)を示した断面図。 図6に示したアライナ装置の動作状態に対応した平面図。
以下、本発明のアライナ装置の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
図1(a)は、本発明のアライナ装置1の一実施例として回帰反射式光センサ2を搭載した装置の内部構成(8インチウェハ把持時)を示した断面図である。図1(b)は限定反射式光センサ3を搭載したアライナ装置1を部分的に示した断面図である。図1(c)は回帰反射式光センサ搭載の装置で6インチウェハを取り扱った状態を、図2は、同装置(図1(a),(b))の平面構成を示した平面図である。以下、アライナ装置1の概略構成について、これらの図を参照して説明する。
本発明のアライナ装置1は、図1(a),図2に示したように、ケーシング5の外形平面形状が略八角形状をなし、装置1の中心軸と、固定円板12の中心軸と、その上に載置されるウェハWの各中心がほぼ一致するように、装置上部に配置された中央支軸6に支持されたクランプ機構20によって2種類の直径のウェハWを把持し、旋回機構30によってウェハWを旋回、位置決めすることができる装置である。
本発明のアライナ装置1の実施形態では、ウェハWのウェハ受け11上での載置状態、クランプ機構20による把持状態、旋回位置の確認のために光センサが搭載されている。光センサとしては、回帰反射式光センサ2と限定反射式光センサの2種類の異なるタイプを搭載することができる。まず、それぞれの光センサを搭載した装置の構成と、それぞれの特徴について説明する。
[回帰反射式光センサ搭載装置]
回帰反射式光センサ2は、図2(a)に示したように、固定円板12の下面に、発光部、受光部がわずかに円板外側に位置するように取り付けられている。このセンサ2の固定位置はウェハ受け11とウェハWを把持した状態のクランプレバー21,22を検出しない位置であり、ウェハ受け11とクランプレバー21,22の間に生じる隙間を通してウェハWのノッチあるいはオリフラを検出できる。回帰反射式センサ2を使用する場合には、センサ2が発光部と受光部とを備えているため、ウェハWの位置を通過して所定位置に設けられた反射面で反射させる。本発明では反射テープ13,15をセンサ2に対向した位置に貼付して反射面を形成している。反射テープ15はセンサ2に対応した位置に設けられたブラケット14の下面に、反射テープ13はクランプレバー21,22の下側に貼付されている。反射テープ13,15はセンサ光がクランプレバー21,22に投光される全範囲を覆うことができるようにレバーの全幅を覆うことが好ましい。これにより、クランプレバー21,22が光軸位置に来たとき、レバーに張り付けられた反射テープ13にセンサ光が反射する。よって、レバーがあるにも関わらずクランプレバー21,22を認識しないようにすることができる。
[限定反射式光センサ搭載装置]
図1(b)に示した限定反射式光センサ3も、平面上は回帰反射式光センサ2と同じく、クランプレバー21,22下に固定される。限定反射式光センサ3の場合、センサ光は前述の隙間を通過してウェハWの裏面に所定の入射角反射角をなして反射する。ウェハWで反射した光はセンサの受光部に入光してウェハWが対象位置にあることを判別する。実際の検知においては、たとえばウェハWを把持したクランプ状態で回転し、センサの投光範囲にノッチまたはオリフラが来ると、センサ光はノッチまたはオリフラを通過するので、センサ光は反射せず受光部には入光しないのでノッチまたはオリフラが来たことを判別できる。限定反射型センサ3は、センサから一定の距離の範囲でのみワークの検出が可能なセンサであり、投光範囲内のウェハW裏面は検出できるが、さらに上側に位置するクランプレバー21,22は検出しない。
以下の説明では、回帰反射式光センサ2を利用した装置の構成を例に説明するが、上述した特徴、及び図1(a)、図1(b)に配置したように、両タイプの光センサは装置の構成において、回帰反射式光センサ2の場合に反射テープ15を取り付けるブラケット14を設ける点以外、配置、配線等の構造上の大差はない。
[中央支軸と昇降機構]
中央支軸6は、図1(a)に示したように、アライナ装置1の構造上の主構成部品であり、その上端に同軸的に、ウェハWを載置する固定円板12が取り付けられるとともに、各種の上下方向に昇降する機構のガイドの役割を果たす。たとえば、後述するように、中央支軸6に軸受を介して装着されたクランプ開閉用リングを昇降させるガイドとなる。また、クランプ機構20には把持する2種類のウェハWの直径に対応したクランプ16が、それぞれ上下、内外に位置をずらして設けられている。ウェハWを載置した固定円板12は、ウェハWの直径に対応する高さにあるクランプ16と初期位置との間を、中央支軸6を介して昇降することができる。
中央支軸6は、図1(a)に示したように、中空軸からなり、電気ケーブル、ファイバー50を挿通して、装置内の制御部25からウェハW側の光センサ2側まで導く経路としても機能する。中央支軸6は、装置内に組み立てられた支持フレーム7に下部ガイド26を介してウェハWに対しての垂直性を保持して回転不能に支持されている。すなわち、中央支軸6が回転しないように、中央支軸6と平行配置されたガイドシャフト28とガイド29がガイドベース8に組み付けられている。ガイドシャフト28下端と中央支軸6下端とは、連結板9を介して固定されている。
中央支軸6とガイドシャフト28とを一体的に所定量だけ装置内で昇降させるために、これらの部材全体を上下させる昇降機構40が備えられている(図1(a))。昇降機構40は、昇降用レバー41が回転出力軸42aに固定されたモータ42と、昇降用レバー41の他端に取り付けられたカムフォロア43がスライド移動する長丸孔44aを有し、連結板9の下端を上方に押し上げ可能な昇降プレート44とから構成されている。カムフォロア43は昇降プレート44の長丸孔44aに挿入された状態で組み付けられている。これにより、モータ42の回転出力軸42aを所定方向に回転させることで、昇降プレート44が中央支軸6下端を上昇あるいは降下させる方向に移動する。昇降プレート44の位置(高さ)を監視可能な昇降高さ確認用原点センサ45が設けられている。
[クランプ機構の構成と動作]
(クランプベース、クランプレバーの構成)
固定円板12上のウェハ受け11上に載置されたウェハWを把持するクランプ機構20の構成について、図1(a),図2,図3を参照して説明する。クランプ機構20は、主構造部材である2本のクランプレバー21,22が中央支軸6を挟んでクランプベース224(図3)上に、各々が同形の2個のリニアガイド225を介して保持されている。このため、両方のクランプレバー21,22は、中央支軸6を挟んで同一直線上を移動することができる。2つのクランプレバー21,22は図3に示したように、ベース部材としてのクランプベース224上に組み付けられ、リンク機構230を介して動作方向が反対で同一距離を移動できる構造からなる。リンク機構230は、略菱形形状のリンクプレート235とその両端に組み込まれたカムフォロア232とクランプレバー21,22にそれぞれ形成された長丸孔233に嵌め込まれたカムフォロア234の動作により、クランプレバー21,22を連動させ、開閉動作を実現する役割を果たす(図3(a))。
ここで、クランプ機構20に付与される初期把持力について、図3(a),(b)を参照して説明する。クランプレバー21の側端には平面視してL字形のブラケット241が固定されている。このブラケット241には、クランプレバー21の移動方向と平行に配置されたロッド242の端部が固着されている。ロッド242はクランプベース224側のブラケット243の貫通孔に摺動可能に挿通して支持されて組み付けられている。ロッド242には、ブラケット243とロッド先端の固定プレート244との間に圧縮バネ245が組み込まれている。この圧縮バネ245の付勢力により、初期状態として、クランプレバー21を中央支軸6の中心軸方向に引き寄せた状態が得られる。クランプレバー22も、上述したリンク機構230を介してクランプレバー21の移動と同期して動作し、中央支軸6の中心軸方向に引き寄せられる。これにより、クランプ機構20にウェハを把持する初期把持力が付与される。
(クランプ開閉機構)
クランプ機構20において、クランプ開閉機構として、クランプ開閉用リング24が摺動部250を介して中央支軸6に装着されている。中央支軸6の周囲に組み付けられた摺動部250には、内部に直動ガイド251を内蔵したハウジング252と、ハウジング252上部に配置された回転ベアリング253を介してクランプ開閉用リング24が装着されている。クランプ開閉用リング24は、図1(a)に示したように、上部端面にはリング中心部にかけて高くなる所定のテーパ24aが形成されている。クランプレバー22には、図3(a)に示したように回転軸部221が形成され、この回転軸部221にカムフォロア222が組み付けられている。
このような構成からなるため、クランプ開閉用リング24が中央支軸6に沿って上下に摺動すると、クランプレバー22のカムフォロア222は、テーパ24aをガイドとして、クランプレバー22を中央支軸6に対してクランプ機構20を開閉する方向にスライドする。
支持フレーム7には、昇降用シリンダ260の上端が固定されている(図1(a))。クランプ開動作は支持フレーム7に固定支持された昇降用シリンダ260のシャフト262を伸長させることで実現する。すなわち、摺動部250が中央支軸6に沿って上方に摺動することでクランプ開閉用リング24が上昇し、クランプレバー22のカムフォロア222が、クランプ開閉用リング24のテーパ24aに沿って外側に移動し、クランプレバー22は開方向に移動する。これと同期してリンク機構230(図3(a)他)で連結されたクランプレバー21も逆方向(開方向)に移動し、クランプレバー21に連結された圧縮バネ245の付勢力により閉状態にあった両方のクランプレバー21,22が開放状態となる。
逆の動作として、昇降用シリンダ260のシャフト262が縮退(下方に降下)することにより、摺動部250が中央支軸6に沿って下方に摺動し、クランプ開閉用リング24位置も下がる。これに応じてクランプ機構20は、クランプレバー21側の圧縮バネ245の付勢力によって、クランプレバー22のカムフォロア222がテーパ24aに沿って中心支軸6側に移動し、クランプレバー22は閉方向に移動する。これと同期してリンク機構230で連結されたクランプレバー21も逆方向(閉方向)に移動し、両方のクランプレバー21,22によりウェハWがクランプされる。なお、昇降用シリンダ260のシャフト262の伸長側と縮退側とに位置センサ(図示せず)を組み込み、クランプ16の開閉状態を確認することができる。
なお、クランプ機構20は、ウェハWの受け渡し時に、図示しない搬送ロボットのフォーク等のウェハ支持部材と衝突しないように、一定位置に位置決めされる必要がある。そこで、図1(a)に示したように、クランプベース224にドグ265を設けることが好ましい。このドグ265の位置をクランプ旋回原点センサ266で検出して位置決めし、ウェハWの受け渡し時のクランプ機構20の位置決めがなされる。
(ウェハ受け機構)
ウェハWを受ける機構は複数の直径(たとえば8インチ、6インチ)に対応したウェハ受け11が固定円板12に固定されている(図1(a))。固定円板12はその中心軸を同軸とした中央支軸6上端に固定支持されている。この円板12の下面の各所に所定の光センサを配置して固定できる。なお、ウェハW下側であれば円板12の上側に位置させることもできる。
[ウェハ旋回機構]
中央支軸6の周囲にはウェハ旋回機構30のための旋回支持軸31が組み付けられている(図1(a))。さらに旋回支持軸31の外周には、タイミングプーリ32がベアリングを介して回転可能に組み付けられている。このタイミングプーリ32の上端にクランプベース224が支持されている。このタイミングプーリ32は、クランプ回転用モータ33の回転軸34に組み付けられた小径タイミングプーリ35との間に掛け渡されたタイミングベルト36を介して無限回転させることができる。タイミングプーリ32の回転軸の軸芯と、クランプ機構20で把持されたウェハWの中心とは一致する構造からなる。これにより、ウェハWを旋回させて位置検出する際に、高精度な位置決めが可能となる。
[8インチウェハの位置決め作業]
以下、本発明のアライナ装置1を用いて、8インチウェハWの位置決めを行う手順とウェハWの状態について、図4各図、図5各図を参照して説明する。
搬送ロボット等のフォーク等(図示せず)に保持されたウェハWは、アライナ装置1の旋回原点センサで、高さ方向が位置調整された固定円板12上のウェハ受け11に挿入される。このときクランプ機構20は、ウェハWの挿入に支障がない位置に初期設定されている。図4(a),図5(a)は、8インチウェハ受け11にウェハWが載置された状態を示している。このとき中央支軸6は初期の原点位置より一定量上昇してクランプレバー21,22(ウェハクランプ)は開いた位置にある。図5(a)に示したように、ウェハ受け11はウェハWの外周縁の曲率に近似した弧状の平面形状からなり、周方向に沿って十分な保持面積を確保するようになっている。このときウェハWの高さはクランプの溝位置に等しい。この状態から昇降用シリンダのシリンダを縮退すると、クランプ開閉用リング24が降下し、クランプレバー22のカムフォロア222がクランプ開閉用リング24の上端からはずれ、クランプレバー21を中心方向に付勢している圧縮バネ245(図3(a)→(b))が作用して、クランプレバー21,22の間が狭まるように閉じ、それぞれの先端に設けられた溝部によってウェハWが8インチ用のクランプ16で把持された状態となる(図4(b),図5(b))。
次いで、8インチウェハWをクランプ16で把持した状態で、ウェハWの中心出しを行う。これはクランプ機構20の構造上、ウェハWの把持と同時に実現する。その後、ウェハWを把持した状態で、クランプ回転用モータ30を駆動させて、中央支軸6中心軸回りにクランプベース224を旋回させる(図4(b),(c),図5(b),(c))。旋回過程で8インチウェハ対応の回帰反射式センサ2による位置情報によってウェハWのノッチ位置を検出し、ウェハWの位置決めを行う。8インチウェハWのノッチの位置決めが行われたら、その後、ウェハ受け11の固定円板12を上昇させウェハW下面を、ウェハ受け11上に移動させ、クランプを開放する。これにより、ウェハWの位置決め作業が完了する。
[6インチウェハの位置決め作業]
以下、別の作業実施例として、6インチウェハの位置決めを行う手順とウェハWの状態について、図6各図、図7各図を参照して説明する。
本装置で6インチウェハWの位置決めを行うためには、昇降用モータ40を駆動してウェハWの搬入高さを図6(a)に示した高さとなるまで、固定円板12を上昇させる。この状態で、ウェハWは、搬送ロボット等のフォーク等に保持されて固定円板12上のウェハ受け11に挿入される。このときクランプ機構20は、6インチウェハWの挿入に支障がない位置に初期設定されている。ウェハW搬入時は、中央支軸6は初期の原点位置より一定量上昇してクランプ16は開いた位置にある。図7(a)に示したように、6インチウェハW用のウェハ受け11もウェハWの外周縁の曲率に近似した弧状の平面形状からなる。固定円板12上の6インチ用、8インチ用のそれぞれのウェハ受け11の高さは、図1(a)に示したように、内側に設けられる6インチ用のウェハ受け11の方が低く設定されている。
このウェハWの載置状態から昇降用シリンダ260のシリンダ262を縮退すると、クランプ開閉用リング24が降下し、クランプ機構20のクランプ16によってウェハWが6インチウェハ受け11上で把持された状態となる(図6(b),図7(b))。
次いで、6インチウェハWをクランプ16で把持した状態で、ウェハWの中心出しを行う。これはクランプ機構20の構造上、ウェハWの把持と同時に実現する。その後、ウェハWを把持した状態で、クランプ回転用モータ30を駆動させて、中央支軸6回りにクランプベース224を旋回させる(図6(b),(c),図7(b),(c))。旋回過程で6インチウェハW対応の回帰反射式センサ2による位置情報によってウェハWのオリフラ位置を検出し、ウェハWの位置決めを行う。6インチウェハWのオリフラの位置決めが行われたら、ウェハ受け11の固定円板12を上昇させウェハWの下面を、ウェハ受け11上に移動させ、クランプを開放する。これにより、ウェハWの位置決め作業が完了する。
なお、本発明は上述した実施形態、実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
1 アライナ装置
2 回帰反射式光センサ
3 限定反射式光センサ
5 ケーシング
6 中心支軸
11 ウェハ受け
12 固定円板
16 クランプ
20 クランプ機構
21,22 クランプレバー
24 クランプ開閉用リング
30 ウェハ旋回機構
40 昇降機構
224 クランプベース
225 リニアガイド
230 リンク機構
245 圧縮バネ

Claims (4)

  1. 装置内で昇降可能に保持された中心支軸と、
    該中心支軸の上端に支持され、異なる直径の基板を各々支持する受け手段が配設された円板と、
    該円板の外周に配置され、前記受け手段上に搬入された基板の直径に応じた把持部で前記基板を把持可能な把持手段と、
    前記円板を、載置された基板の直径に応じた前記把持手段の把持部の高さに昇降可能な第1の昇降手段と、
    前記把持手段による前記基板の把持動作の制御部材を昇降させる第2の昇降手段と、
    前記把持手段を前記中心支軸回りに旋回可能な基板旋回手段と、
    を備え、
    前記制御部材は、前記中心支軸に、昇降可能に外嵌され、上部端面に中心部にかけて高くなるテーパが形成されたリング状部材であり、
    前記把持手段は、前記中心支軸に回転可能に支持されたベース部材上に、前記中心支軸に関して対称反対方向に連動して直動可能に連結された1対のクランプレバーを配設してなり、該クランプレバーの一部が、前記第2の昇降手段による前記制御部材の上下動により、該クランプレバーに設けられたカムフォロアが前記テーパに沿って移動することにより、前記基板を把持あるいは開放する方向に直動して基板の把持操作を行うことを特徴とするアライナ装置。
  2. 前記クランプレバーは、一方に圧縮バネを有し、該圧縮バネの付勢力により、前記把持手段の閉状態が保持され、上昇する前記リング状部材によって移動する前記カムフォロアが前記付勢力に抗して前記クランプレバーの一部を外方に向けて直動させることで開状態となることを特徴とする請求項1に記載のアライナ装置。
  3. 前記把持手段は、前記中心支軸に嵌挿された回転軸部を介して装置内の駆動手段により、前記中心支軸回りに旋回し、前記円板側に設けられた位置検出手段により、所定の位置決めが行われることを特徴とする請求項1に記載のアライナ装置。
  4. 前記位置検出手段として、回帰反射式光センサあるいは限定反射式光センサが搭載されたことを特徴とする請求項に記載のアライナ装置。
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