JP6585961B2 - 搬送機構及び加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、板状ワークを搬送する搬送機構及び加工装置に関し、特に、円板状ワークの外周を保持して搬送するエッジクランプ式の搬送機構及び加工装置に関する。
エッジクランプ式の搬送機構を備えた加工装置では、円板状ワークの周囲で複数の保持爪が径方向に移動可能に構成されており、複数の保持爪を円板状ワークの外周に接触させることで円板状ワークが保持される(特許文献1又は特許文献2参照)。特許文献1に記載の搬送機構では、3つの保持爪がそれぞれ独立した駆動機構によって円板状ワークの径方向に移動可能に構成されている。特許文献2に記載の搬送機構では、3つの保持爪がリンク機構によって連結され、1つの駆動機構によって円板状ワークの径方向に3つの保持爪が移動可能に構成されている。
特開2014−110364号公報 特開2007−258450号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2では、3つの保持爪を全て可動な構成としたため、円板状ワークを保持した際に、それぞれの移動誤差に起因した中心位置のずれが生じてしまうという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、中心位置をずらすことなく円板状ワークを保持することができる搬送機構及び加工装置を提供することを目的とする。
本発明の搬送機構は、円板状ワークの外周を挟持してチャックテーブルに円板状ワークを搬送する搬送機構であって、円板状ワークの外周に接触する少なくとも2つの固定爪と、2つの固定爪を結ぶ線の垂線方向に移動する1つの移動爪と、垂線方向に移動爪を移動させる爪移動手段と、を備え、固定爪は、円板状ワークの接線方向に延びる長尺体で形成され、円板状ワークの外周に接触して円板状ワークの径方向の移動を規制する平坦面を有し、平面視でハの字状に配置され平坦面を向い合わせた2つの固定爪と、平坦面間が狭まる方向に移動する1つの移動爪とで円板状ワークの外周を挟持する。
この構成によれば、2つの固定爪に対して単一の移動爪を移動させることにより、円板状ワークの外周を挟持すると共に、搬送機構に対して円板状ワークの中心を位置合わせすることができる。このため、複数の移動爪で円板状ワークを挟持する構成に比べて、個々の移動爪の移動誤差に起因する位置ずれを防止することができる。
また、本発明の加工装置は、上記した搬送機構と、円板状ワークを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持される円板状ワークを加工する加工手段と、を備える加工装置であって、搬送機構は、爪移動手段により移動した移動爪の位置を計測するスケールを備え、スケールが計測した値から円板状ワーク径違いによる円板状ワークの中心の変化量(D 、移動爪が移動した距離(D )と2つの固定爪の平坦面に対する円板状ワークの接触位置と円板状ワークの中心位置が成す角(θ)とを用い、D =D /(1+cos(θ/2))の式で算出する算出部を更に備え、算出部が算出した変化量を用いてチャックテーブルと搬送機構とを相対的に位置調節させチャックテーブルの中心に円板状ワークを搬入する。
本発明によれば、複数の固定爪に対して単一の移動爪を移動させることにより、中心位置をずらすことなく円板状ワークを保持することができる。
本実施の形態に係る切削装置の模式図である。 本実施の形態に係る搬送機構の上面模式図である。 本実施の形態に係る搬送機構の保持動作を示す模式図である。 固定爪及び移動爪と円板状ワークとの位置関係を示す模式図である。 本実施の形態に係る搬送機構を用いてロボットハンドから円板状ワークを搬送するときの模式図である。
以下、図1及び図2を参照して、本実施の形態に係る加工装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る切削装置の模式図である。図2は、本実施の形態に係る搬送機構の上面模式図である。なお、図2においては、説明の便宜上、一部の構成を省略している。また、本実施の形態では、加工装置として、エッジトリミング加工を実施する切削装置を例に挙げて説明するが、この構成に限定されない。例えば、研削装置等、他のタイプの加工装置にも適用可能である。
図1に示すように、本実施の形態に係る切削装置1は、チャックテーブル2に保持された円板状ワークWの外周を切削手段3で切削して円板状ワークWの外周の面取り部を除去する、いわゆるエッジトリミング加工を実施するように構成されている。また、切削装置1は、エッジクランプ式の搬送機構4によって円板状ワークWの外周を挟持し、チャックテーブル2に対して円板状ワークWを搬入出可能に構成されている。
加工対象となる円板状ワークWは、円形状を有しており、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体ウエーハで構成される。なお、円板状ワークWは、上記構成に限定されず、セラミック、ガラス、サファイア系の光デバイスウエーハで構成されてもよい。
チャックテーブル2は、円板状ワークWの外径より僅かに大きい円形状に形成され、上面に円板状ワークWを保持するように構成されている。チャックテーブル2の上面は、円板状ワークWの下面を保持する保持面を構成し、保持面には図示しない吸引源が接続されている。保持面に生じる負圧により、円板状ワークWを吸引保持することができる。
また、チャックテーブル2は、装置から円板状ワークWを搬出する際に、円板状ワークWの外周を保持面から浮上させる浮上機構(不図示)を備えている。浮上機構によって円板状ワークWの外周が保持面から浮上されることにより、後述する搬送機構4で円板状ワークWの外周を保持して搬送することが可能になる。さらにチャックテーブル2は、図示しない駆動モータにより、保持面の中心を軸に回転可能構成される。
切削手段3は、チャックテーブル2に保持された円板状ワークWを切削加工するものであり、スピンドル30の先端に切削ブレード31を回転可能に装着して構成される。切削ブレード31は、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固めた円板状に形成されている。
搬送機構4は、円板状ワークWの外周を挟持してチャックテーブル2に対して円板状ワークWを搬入出する、いわゆるエッジクランプ式の搬送機構である。図1及び図2に示すように、搬送機構4は、複数(本実施の形態では3つ)の保持爪40で円板状ワークWの外周を挟持するように構成されている。
3つの保持爪40は、円板状のベースプレート41の外周側において、径方向に等間隔で設けられている。3つの保持爪40の内、2つの保持爪40は、ベースプレート41に対して一体的に固定された固定爪42であり、残り1つの保持爪40は、円板状ワークWの径方向に沿って移動可能な移動爪43である。なお、固定爪42及び移動爪43は、移動可能か否かのみが異なるものであり、形状及びその他の構成は共通するものとする。このため、同一名称の構成は同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。また、2つの固定爪42と1つの移動爪43の位置関係についての詳細は後述する。
保持爪40は、鉛直方向に延びる円柱部44の下端に円板状ワークWの外周を支持する外周支持部45を設けて構成される。外周支持部45は側面視において矩形形状を有するブロック体で形成されている。外周支持部45は、円板状ワークWの径方向内側において鉛直方向の外面を規定する平坦面46と、平坦面46の下端から径方向内側に向かって下方に傾斜する傾斜面47とを有している。
各保持爪40の平坦面46が円板状ワークWの外周に接触することで円板状ワークWの径方向の移動が規制され、円板状ワークWの中心が位置合わせされる。また、傾斜面47が円板状ワークWの面取り部(R部)下方に接触することで円板状ワークWの下方への移動が規制され、円板状ワークWの落下が防止される。
2つの固定爪42は、ベースプレート41の所定位置に形成された穴に円柱部44を挿入し、ベースプレート41の下面側において、平坦面46及び傾斜面47が径方向内側に向くように固定される。また、ベースプレート41には、移動爪43の移動をガイドするガイド穴41aが、移動爪43を取り付ける位置に形成されている。ガイド穴41aは、ベースプレート41の径方向に長い長穴形状を有しており、短径の長さが円柱部44の外径と略同一に設定されている。移動爪43は、ガイド穴41aに円柱部44を挿入し、ベースプレート41の下面側において、平坦面46及び傾斜面47が径方向内側に向くように取り付けられる。
ここで、図2を参照して、2つの固定爪42と1つの移動爪43の位置関係について説明する。上記したように、3つの保持爪40(2つの固定爪42及び1つの移動爪43)は、径方向に等間隔(120°間隔)で設けられている。より具体的には、図2に示すように、移動爪43が、2つの固定爪42を結ぶ直線L1に対する垂直二等分線L2上に配置されている。また、ガイド穴41aの長手方向が垂直二等分線L2に沿っているため、移動爪43は、直線L1の垂線方向に移動可能に構成される。また、詳細は後述するが、搬送機構4の移動方向は、移動爪43の移動方向、すなわち、垂直二等分線L2に沿う方向に設定される。
図1に戻り、搬送機構4は、更に、移動爪43を移動させる爪移動手段48と、爪移動手段48によって移動した移動爪43の位置を計測するスケール49とを備えている。爪移動手段48は、例えば、駆動モータやエアシリンダ等、各種アクチュエータで構成される。スケール49は、予め設定された移動爪43の原位置座標に基づいて、移動爪43の移動量に応じて現在位置座標を計測する。
また、切削装置1は、装置各部を統括制御する制御手段を備えている。制御手段は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。メモリには、例えば、搬送機構4の動作制御用のプログラムが記憶されている。
制御手段は、搬送機構4が通常の円板状ワークWとは外径の異なる円板状ワークWを挟持した際に、円板状ワークWの中心位置の変化量を算出する算出部5を有している。算出部5は、スケール49が計測した移動爪43の位置に基づいて円板状ワークWの中心位置の変化量を算出する。中心位置の変化量の算出方法については後述する。なお、算出部5は、切削装置1(の制御手段)に限らず、搬送機構4に備えられる構成としてもよい。
このように構成される切削装置1では、搬送機構4が2つの固定爪42と1つの移動爪43を用いて円板状ワークWの外周を挟持することにより、搬送機構4に対する円板状ワークWの中心が位置合わせされる(図1A参照)。搬送機構4は、チャックテーブル2に対して円板状ワークWの中心を位置合わせした状態で、円板状ワークWをチャックテーブル2の保持面上に載置する(図1B参照)。
そして、チャックテーブル2に吸引保持された円板状ワークWの外周部分に、回転する切削ブレード31を接触させてチャックテーブル2を一回転させることにより、エッジトリミング加工が実施される。この結果、後の工程で円板状ワークWが薄化されたときに円板状ワークWの外周がナイフエッジ形状となることがなく、円板状ワークWの欠けを防止することができる。
ところで、一般的なエッジクランプ式の搬送機構は、3つの保持爪を全て可動に構成している。例えば、各保持爪に固有の駆動機構を設けて保持爪を別々に移動可能に構成したり、各保持爪をリンク機構で接続して単一の駆動機構により各保持爪を移動可能に構成することが考えられる。しかしながら、これらの場合、保持爪を可動にするための構成が増える結果、搬送機構の重量が増加してしまう。さらには、複数の保持爪を可動な構成とした結果、各保持爪の移動誤差に起因した円板状ワークの位置ずれが生じてしまう。
また、円板状ワークをチャックテーブルに搬入した後には、撮像カメラによってチャックテーブルに対する円板状ワークの中心の位置ずれが無いかどうか確認される。ここで、チャックテーブルに対する円板状ワークの中心の位置ずれがあった場合には、この位置ずれを補正するために再度搬送機構によって円板状ワークを置き直す必要がある。このため、余計に搬送時間がかかってしまうという問題もある。このように、円板状ワークの位置ずれに起因して様々な問題が発生するおそれがある。
そこで、本実施の形態では、3つの保持爪40の内、2つの保持爪40(固定爪42)を固定し、残り1つの保持爪40(移動爪43)を移動可能な構成とした。これにより、移動爪43を可動とするための構成を単一の駆動機構(爪移動手段48)で実現することができ、搬送機構4の重量を増やすことなく簡易な構成でエッジクランプ搬送が可能になる。また、2つの固定爪42と単一の移動爪43でエッジクランプを実現したことにより、複数の移動爪を用いた場合の移動誤差に起因する円板状ワークWの位置ずれを防止することができる。
次に、図3及び図4を参照して、本実施の形態に係る搬送機構の搬送動作、特に、外径の大きさが異なる円板状ワークをエッジクランプする際の動作について詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係る搬送機構の保持動作を示す模式図である。図3Aは、移動爪が径方向外側の退避位置に位置付けられた状態を示している。図3Bは、移動爪が、基準となる円板状ワークを挟持した第1の挟持位置に位置付けられた状態を示している。図3Cは、移動爪が、基準となる円板状ワークと外形寸法が異なる円板状ワークを挟持した第2の挟持位置に位置付けられた状態を示している。なお、図3では、仮置きテーブルからチャックテーブルに円板状ワークを搬送する場合について説明する。
図4は、固定爪及び移動爪と円板状ワークとの位置関係を示す模式図である。なお、図4においては、説明の便宜上、3つの保持爪と円板状ワークのみ図示し、保持爪の傾斜面を構成する部分は省略している。また、図4においては、2つの固定爪を、円板状ワークの接線方向に延びる長尺体で形成している。機能としては、図1及び図2に示す固定爪と同一のため、同一の符号を付して説明する。
図3Aに示すように、円板状ワークWは、円板状ワークWの外径より小さい径を有する仮置きテーブル6上に載置されている。搬送機構4は、円板状ワークWの上方に位置付けられ、移動爪43はガイド穴41aの最外周側に位置付けられている。このときの移動爪43の位置を退避位置(原位置)とする。退避位置では、移動爪43の下端(より具体的には、傾斜面47の最下縁部)が、搬送対象となる円板状ワークWの外周より外側に位置付けられている。
例えば、比較的外径の大きい円板状ワークWを保持する場合、先ず、3つの保持爪40の下端が円板状ワークWの下方に位置付けられるように搬送機構4の高さが調整される。そして、移動爪43が垂直二等分線L2(図2参照)に沿って径方向内側に向かって移動され、移動爪43の平坦面46が円板状ワークWの外周に接触する。更に移動爪43が移動されると、円板状ワークWは移動爪43によって固定爪42側に押し込まれる。
そして、図3Bに示すように、円板状ワークWの外周が2つの固定爪42の平坦面46に接触したところで移動爪43の移動が停止する。これにより、円板状ワークWは、3つの保持爪40(2つの固定爪42及び1つの移動爪43)によって外周が挟持(エッジクランプ)される。このため、円板状ワークWの径方向の移動が規制される結果、搬送機構4に対する円板状ワークWの中心が位置合わせされる。
また、円板状ワークWの径方向の移動が規制された状態で搬送機構4が上昇されると、円板状ワークWは自重によって保持爪40に対して下降し、面取り部下方に傾斜面47が接触することで円板状ワークWの下方への移動が規制される。これにより、円板状ワークWの落下が防止される。
ここで、円板状ワークWの中心が位置合わせされたときの移動爪43の位置を第1の挟持位置A1(図4参照)とする。スケール49は、第1の挟持位置A1における移動爪43の位置を計測する。スケール49によって計測された移動爪43の位置は、制御手段に記憶される。また、このときの円板状ワークWの外径が、基準ワーク外径として設定される。
ところで、円板状ワークWは、個体差によりその外径寸法に所定のバラツキを有している。この円板状ワークWの寸法誤差により、エッジクランプ搬送する際の位置合わせにずれが生じてしまうことになる。本実施の形態では、円板状ワークWの外径寸法が異なる場合であっても、その誤差を吸収して適切に円板状ワークWの中心を位置合わせすることが可能になっている。
ここで、図3C及び図4を参照して、異なる外径の円板状ワークWaをエッジクランプ搬送する場合について説明する。図3Cに示すように、円板状ワークWより外径の小さい円板状ワークWaをエッジクランプする場合、図3A及び図3Bと同様にして移動爪43を径方向内側に移動させ、各平坦面46を円板状ワークWaの外周に接触させる。ここで、円板状ワークWaの中心が位置合わせされたときの移動爪43の位置を第2の挟持位置A2(図4参照)とする。スケール49は、第2の挟持位置A2における移動爪43の位置を計測する。
算出部5は、図3Bにおいて予め計測された第1の挟持位置A1と第2の挟持位置A2との差Dから、円板状ワークWに対する円板状ワークWaの中心位置の変化量Dを算出する。具体的には、次式(1)で表される。
(1)
=D/(1+cos(θ/2))
式(1)で示すDは、図4に示す第1の挟持位置A1における円板状ワークWの中心位置O1と、第2の挟持位置A2における円板状ワークWaの中心位置O2との距離(上記した中心位置の変化量D)を表している。また、Dは、第1の挟持位置A1と第2の挟持位置A2との距離(上記した差D)である。さらに、θは、2つの固定爪42の平坦面46に対する円板状ワークWの接触位置と円板状ワークWの中心位置O1が成す角を表している。このように、角θと差Dから円板状ワークWに対する円板状ワークWaの中心位置の変化量Dを算出することができる。なお、本実施の形態では、θ=120°であるため、式(1)D=2D/3として、変化量D算出することができる。
式(1)で算出された変化量Dは、チャックテーブル2に対して円板状ワークWを搬入する際の位置ずれの原因となる。そこで、本実施の形態に係る搬送機構4は、算出部5が算出した変化量Dを用いて、チャックテーブル2に対して相対的に位置調節される。これにより、チャックテーブル2の中心と円板状ワークWの中心とが位置合わせされた状態で、円板状ワークWをチャックテーブル2に搬送することができる。
特に、本実施の形態では、上記したように、搬送機構4の移動方向が、移動爪43の移動方向、すなわち、垂直二等分線L2に沿う方向に設定されている。このため、チャックテーブル2に対する搬送機構4の位置調節量を上記した変化量Dと同じ値とすることができる。これにより、搬送機構4の位置調節量の算出工程を簡略化することが可能になる。
以上のように、本実施の形態に係る切削装置1によれば、2つの固定爪42に対して単一の移動爪43を移動させることにより、円板状ワークWの外周を保持すると共に、搬送機構4に対して円板状ワークWの中心を位置合わせすることができる。このため、複数の移動爪で円板状ワークWを挟持する構成に比べて、個々の移動爪の移動誤差に起因する位置ずれを防止することができる。また、異なる外径の円板状ワークWであっても、円板状ワークWの中心の変化量から、チャックテーブル2に対する搬送機構4の移動量を調節することができる。よって、異なる外径の円板状ワークWであっても適切に中心位置を合わせた状態でチャックテーブル2に搬送することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記した実施の形態では、搬送機構4が、3つの保持爪40(2つの固定爪42及び1つの移動爪43)で円板状ワークWの外周を挟持する構成としたが、この構成に限定されない。3つ以上の固定爪42で搬送機構4が構成されてもよい。また、2つの固定爪42を一体的に構成し、1つの固定爪としてもよい。すなわち、円板状ワークWの外周に対して固定爪の接触位置が2つ以上あれば、固定爪の数は特に限定されない。
また、上記した実施の形態では、3つの保持爪40が径方向に等間隔(120°間隔)で設けられる構成としたが、この構成に限定されない。隣接する2つの保持爪40と円板状ワークWの中心位置との成す角度が180°を越えなければ、保持爪40は、どのような角度間隔で設けられてもよい。
また、上記した実施の形態では、異なる外径の円板状ワークとして、基準となる円板状ワークWより外径寸法の小さい円板状ワークWaとして説明したが、この構成に限定されない。基準となる円板状ワークWより外径寸法の大きい円板状ワークであってもよい。
また、上記した実施の形態では、搬送機構4の移動方向が移動爪43の移動方向と一致する構成としたが、この構成に限定されない。搬送機構4の移動方向は、移動爪43の移動方向と一致しなくてもよい。例えば、チャックテーブル2の移動方向を移動爪43の移動方向と一致させてもよい。この場合、搬送機構4側では位置調整をせず、チャックテーブル2を搬送機構4に対して直線移動させることで位置調整が可能である。このときの搬送機構4に対するチャックテーブル2の位置調整量を上記した変化量Dとすることで、チャックテーブル2の位置調節量の算出工程を簡略化することが可能になる。
また、上記した実施の形態では、搬送機構4が直線的に移動する(平行移動する)構成としたが、この構成に限定されない。例えば、搬送機構4が旋回移動するように構成されてもよい。この場合、搬送機構4を旋回させて搬送機構4がチャックテーブル2の上方に位置付けられたときの移動爪43の移動方向を、チャックテーブル2の移動方向に一致させるとよい。
また、上記した実施の形態では、異なる外径の円板状ワークの例として、円板状ワークの個体差による寸法誤差を有する円板状ワークを挙げて説明したが、この構成に限定されない。異なる外径の円板状ワークは、異なる規格のワーク径を有する円板状ワークであってもよい。例えば、図4に示すように、基準となる円板状ワークWに対して、規格の異なる小さいワーク径を有する円板状ワークWbであってもよい。この場合、円板状ワークWの外周に対する固定爪42の接触位置から、移動爪43と反対側の接線方向に向かって固定爪42を延長することが好ましい。これにより、小さいワーク径を有する円板状ワークWbであっても、エッジクランプが可能になる。
また、上記した実施の形態では、仮置きテーブル6に載置された円板状ワークWをチャックテーブル2に搬送する場合について説明したが、この構成に限定されない。例えば、図5に示すように、ロボットハンド7に保持された円板状ワークWをチャックテーブル2に搬送するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明は、中心位置をずらすことなく円板状ワークを保持することができるという効果を有し、特に、円板状ワークの外周を保持して搬送するエッジクランプ式の搬送機構及び当該搬送機構を備えた加工装置に有用である。
W 円板状ワーク
1 切削装置(加工装置)
2 チャックテーブル
3 切削手段(加工手段)
4 搬送機構
42 固定爪
43 移動爪
48 爪移動手段
49 スケール
5 算出部

Claims (2)

  1. 円板状ワークの外周を挟持してチャックテーブルに円板状ワークを搬送する搬送機構であって、
    円板状ワークの外周に接触する少なくとも2つの固定爪と、
    該2つの固定爪を結ぶ線の垂線方向に移動する1つの移動爪と、
    該垂線方向に該移動爪を移動させる爪移動手段と、を備え、
    該固定爪は、円板状ワークの接線方向に延びる長尺体で形成され、円板状ワークの外周に接触して円板状ワークの径方向の移動を規制する平坦面を有し、
    平面視でハの字状に配置され該平坦面を向い合わせた該2つの固定爪と、該平坦面間が狭まる方向に移動する該1つの移動爪とで円板状ワークの外周を挟持する搬送機構。
  2. 請求項1に記載の搬送機構と、円板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持される円板状ワークを加工する加工手段と、を備える加工装置であって、
    該搬送機構は、該爪移動手段により移動した該移動爪の位置を計測するスケールを備え、
    該スケールが計測した値から円板状ワーク径違いによる円板状ワークの中心の変化量(D 、該移動爪が移動した距離(D )と該2つの固定爪の該平坦面に対する円板状ワークの接触位置と円板状ワークの中心位置が成す角(θ)とを用い、
    =D /(1+cos(θ/2))
    の式で算出する算出部を更に備え、
    該算出部が算出した該変化量を用いて該チャックテーブルと該搬送機構とを相対的に位置調節させ該チャックテーブルの中心に円板状ワークを搬入する加工装置。
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