JP6689543B2 - 被加工物のアライメント方法 - Google Patents

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Description

本発明は、板状の被加工物を加工する際に適用される被加工物のアライメント方法に関する。
半導体ウェーハやパッケージ基板に代表される板状の被加工物を加工する際には、被加工物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た被加工物を加工する加工ユニットとを備える加工装置が使用される。この加工装置で被加工物を加工する前には、加工装置に対して被加工物の位置や向き等を認識させるためのアライメントと呼ばれる処理を行う必要がある。
アライメントでは、例えば、チャックテーブルに保持された被加工物を撮像ユニットで撮像し、あらかじめ加工装置に記憶しておいた特徴的なキーパターン(ターゲットパターン)に合致するパターンを被加工物中から見つけ出す。次に、見つけ出したパターンを基準に被加工物(チャックテーブル)の向きを調整し、加工装置に記憶されている加工予定ライン(ストリート)とキーパターンとの距離から実際の加工予定ラインの位置を特定する。
ところで、上述したアライメントでは、被加工物上に周期的に配置される電子回路等のデバイスをキーパターンとして利用することが多い。この場合、チャックテーブルへと搬入された後の被加工物の向きが許容範囲から外れていると、本来検出すべきパターンに隣接する別のパターン等を誤検出して、分割予定ラインを特定できなくなる可能性が高い。
これに対して、被加工物をチャックテーブルへと搬入する前に、ノッチやオリエンテーションフラット等の位置に基づいて被加工物の向きを検出する検出装置、検出方法等が提案されている(例えば、特許文献1参照)。事前に被加工物の向きを検出し、この向きを考慮しながら被加工物をチャックテーブルへと搬入することで、被加工物の向きを所望の方向に合わせてパターンの誤検出を防止できる。
特開2005−11917号公報
しかしながら、上述の検出方法に用いられる検出装置は、高価な上に広い設置スペースを必要とする。よって、低コスト化や省スペース化への要請が大きい場合には、この検出方法を用いることができなかった。
一方で、加工装置の撮像ユニット等を利用して被加工物の向きを検出できれば、上述のような別の検出装置を用いることなく被加工物の向きを所望の方向に合わせることができると考えられる。しかしながら、この場合には、チャックテーブルを回転させながら撮像ユニットで被加工物を撮像することになるので、例えば、チャックテーブルの回転角度が制限されている場合に、必ずしも被加工物の向きを検出できなかった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チャックテーブルの回転角度に制限がある場合でも被加工物の向きを確実に検出できる被加工物のアライメント方法を提供することである。
本発明の一態様によれば、板状の被加工物を保持し所定の角度の範囲で回転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た被加工物を加工する加工ユニットと、該チャックテーブルに被加工物を搬入し、該チャックテーブルから被加工物を搬出する搬送ユニットと、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像ユニットと、を備える加工装置を用いる被加工物のアライメント方法であって、向きを示す目印が設けられた被加工物を該チャックテーブルに搬入する搬入ステップと、該搬入ステップを実施した後、該チャックテーブルを該所定の角度の範囲で第1方向に回転させつつ該撮像ユニットで被加工物を撮像し、該目印を探索する探索ステップと、該探索ステップで該目印を検出できなかった場合に、該搬送ユニットで被加工物を該チャックテーブルから搬出して退避させ、該チャックテーブルを該第1方向とは反対の第2方向に回転させた後、被加工物を再び該チャックテーブルに搬入する置き直しステップと、該探索ステップで検出した該目印に基づいて該チャックテーブルを回転させ、被加工物の向きを所定の方向に合わせる向き調整ステップと、を備え、該目印を検出できるまで該探索ステップと該置き直しステップとを繰り返す被加工物のアライメント方法が提供される。
本発明の一態様において、該目印は、被加工物の外周に形成された結晶方位を示す切り欠きであることが好ましい。
本発明の一態様に係る被加工物のアライメント方法は、チャックテーブルを第1方向に回転させつつ撮像ユニットで被加工物を撮像し、目印を探索する探索ステップと、探索ステップで目印を検出できなかった場合に、搬送ユニットで被加工物をチャックテーブルから搬出して退避させ、チャックテーブルを第1方向とは反対の第2方向に回転させた後、被加工物を再びチャックテーブルに搬入する置き直しステップと、を含み、目印を検出できるまでこれらを繰り返すので、チャックテーブルの回転角度に制限がある場合でも被加工物の向きを確実に検出できる。
加工装置の構成例を模式的に示す図である。 図2(A)及び図2(B)は、搬入ステップを説明するための側面図である。 図3(A)は、探索ステップを説明するための平面図であり、図3(B)は、探索ステップを説明するための側面図である。 図4(A)は、探索ステップでチャックテーブルを回転させた後の状態を模式的に示す平面図であり、図4(B)は、置き直しステップで被加工物がチャックテーブルから搬出される様子を模式的に示す側面図である。 図5(A)は、置き直しステップでチャックテーブルを第1方向とは反対の第2方向に回転させる様子を模式的に示す平面図であり、図5(B)は、置き直しステップで被加工物がチャックテーブルに搬入される様子を模式的に示す側面図である。 図6(A)は、第2回目の探索ステップを説明するための平面図であり、図6(B)は、第2回目の探索ステップを説明するための側面図である。 図7(A)は、第2回目の探索ステップでノッチが検出される様子を模式的に示す平面図であり、図7(B)は、向き調整ステップを説明するための平面図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る被加工物のアライメント方法は、搬入ステップ(図2(A)及び図2(B)参照)、探索ステップ(図3(A)、図3(B)、図4(A)、図6(A)、図6(B)及び図7(A)参照)、置き直しステップ(図4(B)、図5(A)及び図5(B)参照)及び向き調整ステップ(図7(B)参照)を含む。
搬入ステップでは、向きを示す目印が設けられた被加工物を加工装置のチャックテーブルに搬入する。探索ステップでは、チャックテーブルを第1方向に回転させつつ加工装置の撮像ユニットで被加工物を撮像し、目印を探索する。この探索ステップで目印を検出できなかった場合には、次に、置き直しステップを行う。
置き直しステップでは、加工装置の搬送ユニットで被加工物をチャックテーブルから搬出し、チャックテーブルを第1方向とは反対の第2方向に回転させた後、被加工物を再びチャックテーブルに搬入する。置き直しステップの後には、探索ステップを行って、目印を検出する。
向き調整ステップでは、探索ステップで検出した目印に基づいてチャックテーブルを回転させ、被加工物の向きを所定の方向に合わせる。なお、探索ステップと置き直しステップとは、目印を検出できるまで繰り返し行われる。以下、本実施形態に係る被加工物のアライメント方法について詳述する。
図1は、本実施形態に係る被加工物のアライメント方法が用いられる加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。なお、本実施形態では、被加工物を切削する加工装置(切削装置)を例示するが、本発明に係る被加工物のアライメント方法は、被加工物をレーザービームで加工するレーザー加工装置等に適用することもできる。
図1に示すように、加工装置(切削装置)2は、各構造を支持する基台4を備えている。基台4の前方の角部には、矩形の開口4aが形成されており、この開口4a内には、昇降するカセット支持台6が設けられている。カセット支持台6の上面には、複数の被加工物11を収容するカセット8が載せられる。なお、図1では、説明の便宜上、カセット8の輪郭のみを示している。
被加工物11は、例えば、シリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハであり、その表面11a側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。デバイス領域は、格子状に配列された加工予定ライン(ストリート、分割予定ライン)で更に複数の領域に区画されており、各領域には、IC、LSI等のデバイス13が形成されている。
被加工物11の外周縁には、被加工物11の向き(例えば、結晶方位)を示す目印であるノッチ(切り欠き)11cが設けられている。ただし、ノッチ11cの代わりに、オリエンテーションフラット(切り欠き)等を目印として設けても良い。また、被加工物11の裏面11b(図2(A)等参照)側には、ダイシングテープ等の保護部材を貼付しても良い。
なお、本実施形態では、シリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハを被加工物11としているが、被加工物11の材質、形状、構造等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる基板を被加工物11として用いることもできる。デバイスの種類、数量、配置等にも制限はない。
カセット支持台6の側方には、X軸方向(前後方向、加工送り方向)に長い矩形の開口4bが形成されている。この開口4b内には、X軸移動テーブル10、X軸移動テーブル10をX軸方向に移動させるX軸移動機構(不図示)及びX軸移動機構を覆う防塵防滴カバー12が設けられている。
X軸移動機構は、X軸方向に平行な一対のX軸ガイドレール(不図示)を備えており、X軸ガイドレールには、X軸移動テーブル10がスライド可能に取り付けられている。X軸移動テーブル10の下面側には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、X軸ガイドレールに平行なX軸ボールネジ(不図示)が螺合されている。
X軸ボールネジの一端部には、X軸パルスモータ(不図示)が連結されている。X軸パルスモータでX軸ボールネジを回転させることで、X軸移動テーブル10は、X軸ガイドレールに沿ってX軸方向に移動する。
X軸移動テーブル10の上方には、被加工物11を保持するためのチャックテーブル14が設けられている。チャックテーブル14は、モータ等の回転駆動源(不図示)に連結されており、Z軸方向(鉛直方向)に概ね平行な回転軸の周りに所定の角度の範囲(例えば、200°)で回転する。また、チャックテーブル14は、上述のX軸移動機構によって前方側の搬入搬出位置と後方側の加工位置との間を移動し、更に、加工位置の近傍で加工送りされる。
チャックテーブル14の上面は、被加工物11を吸引、保持する保持面14aになっている。この保持面14aは、チャックテーブル14に形成された吸引路14b(図2(A)等参照)やバルブ16(図2(A)等参照)等を通じて吸引源18(図2(A)等参照)に接続されている。
開口4b及びカセット支持台6の近傍には、被加工物11をカセット8から取り出し、又は、被加工物11をカセット8へと収容する第1搬送ユニット20が設けられている。この第1搬送ユニット20は、水平移動ユニット(不図示)に連結されており、主にY軸方向(左右方向、割り出し送り方向)に移動できる。
基台4の上面には、門型の第1支持構造22が開口4bを跨ぐように配置されている。第1支持構造22の前面には、Y軸方向に概ね平行な第1レール24が設けられており、この第1レール24には、第1昇降ユニット26を介して第2搬送ユニット28が取り付けられている。
第2搬送ユニット28は、第1レール24に沿ってY軸方向に移動し、また、第1昇降ユニット26によってZ軸方向に移動する。この第2搬送ユニット28により、チャックテーブル14又は第1搬送ユニット20から被加工物11を受け取り、チャックテーブル14又は第1搬送ユニット20に被加工物11を受け渡すことができる。
すなわち、第1搬送ユニット20によってカセット8から取り出された被加工物11を第2搬送ユニット28で受け取り、チャックテーブル14に搬入できる。また、この第2搬送ユニット28によってチャックテーブル14から被加工物11を搬出したり、被加工物11を第1搬送ユニット20に受け渡したりすることもできる。
第1レール24の上方には、Y軸方向に概ね平行な第2レール30が設けられており、この第2レール30には、第2昇降ユニット32を介して第3搬送ユニット34が取り付けられている。第3搬送ユニット34は、第2レール30に沿ってY軸方向に移動し、また、第2昇降ユニット32によってZ軸方向に移動する。
第1支持構造22の後方には、門型の第2支持構造36が配置されている。第2支持構造36の前面には、それぞれ移動ユニット38を介して、2組の加工ユニット(切削ユニット)40が設けられている。加工ユニット40は、移動ユニット38によってY軸方向及びZ軸方向に移動する。
各加工ユニット40は、Y軸方向に概ね平行な回転軸となるスピンドル(不図示)を備えている。スピンドルの一端側には、環状の切削ブレード42が装着されている。スピンドルの他端側には、それぞれモータ等の回転駆動源(不図示)が連結されており、切削ブレード42は、この回転駆動源から伝達される力によって回転する。
加工ユニット40に隣接する位置には、チャックテーブル14に保持された被加工物11等を撮像するための撮像ユニット44が設けられている。この撮像ユニット44は、移動ユニット38によって加工ユニット40とともにY軸方向及びZ軸方向に移動する。
加工装置2で被加工物11を切削する際には、まず、被加工物11を保持した状態のチャックテーブル14と加工ユニット40とを相対的に移動させて、切削の対象となる加工予定ラインの延長線上に切削ブレード42を合わせる。次に、切削ブレード42の下端を被加工物11の表面11aより低い位置まで下降させる。
その後、回転させた切削ブレード42とチャックテーブル14とを対象の加工予定ラインに対して平行な方向に相対的に移動させることで、切削ブレード42を被加工物11に切り込ませて、対象の加工予定ラインに沿って被加工物11を切削できる。
開口4bに対して開口4aと反対側の位置には、円形の開口4cが形成されている。開口4c内には、切削後の被加工物11等を洗浄するための洗浄ユニット46が設けられている。加工ユニット40によって加工された被加工物11は、第3搬送ユニット34で洗浄ユニット46に搬送される。洗浄ユニット46で洗浄された被加工物11は、第2搬送ユニット28で第1搬送ユニット20に受け渡され、カセット8に収容される。
X軸移動機構、チャックテーブル14、第1搬送ユニット20、水平移動ユニット、第1昇降ユニット26、第2搬送ユニット28、第2昇降ユニット32、第3搬送ユニット34、移動ユニット38、加工ユニット40、撮像ユニット44、洗浄ユニット46等の構成要素には、制御ユニット48が接続されている。各構成要素は、この制御ユニット48によって制御される。
次に、本実施形態に係る被加工物のアライメント方法について説明する。本実施形態に係る被加工物のアライメント方法では、はじめに、被加工物11をチャックテーブル14に搬入する搬入ステップを行う。図2(A)及び図2(B)は、搬入ステップを説明するための側面図である。
この搬入ステップでは、まず、第1搬送ユニット20でカセット8から被加工物11を取り出し、第2搬送ユニット28に受け渡す。また、チャックテーブル14の位置を前方の搬入搬出位置に合わせて、このチャックテーブル14の直上に第2搬送ユニット28を移動させる。
その後、図2(A)に示すように、第2搬送ユニット28を下降させ、被加工物11の裏面11b側が保持面14aに接触するように被加工物11をチャックテーブル14に載せる。この状態で、図2(B)に示すようにバルブ16を開いて、吸引源18の負圧を保持面14aに作用させれば、被加工物11はチャックテーブル14に吸引、保持される。
搬入ステップの後には、被加工物11のノッチ11cを検出するための探索ステップを行う。図3(A)は、探索ステップを説明するための平面図であり、図3(B)は、探索ステップを説明するための側面図であり、図4(A)は、探索ステップでチャックテーブル14を回転させた後の状態を模式的に示す平面図である。なお、図3(A)や図4(A)等の平面図では、チャックテーブル14の向きを示すための目印Aを併せて示しているが、この目印Aは、必ずしもチャックテーブル14に付されなくて良い。
探索ステップでは、まず、チャックテーブル14と撮像ユニット44とを相対的に移動させ、図3(A)及び図3(B)に示すように、撮像ユニット44の撮像範囲44aを被加工物11の外周縁に合わせる。その後、チャックテーブル14を第1方向に回転させながら撮像ユニット44で被加工物11の外周縁を撮像し、被加工物11の外周縁が映った画像を形成する。撮像により形成される画像は、制御ユニット48へと送られる。
制御ユニット48は、例えば、撮像ユニット44から送られる画像に対してエッジ検出等の画像処理を行い、ノッチ11cを見つけ出す(検出する)。このようなノッチ11cの探索(撮像及び画像処理)は、ノッチ11cが検出されるか、又は、図4(A)に示すように、チャックテーブル14の回転角度が所定の角度に達するまで繰り返し続けられる。
図4(A)に示すように、チャックテーブル14の回転角度が所定の角度に達するまでの間にノッチ11cが撮像範囲44aに到達せず、ノッチ11cを検出できなかった場合には、次に、被加工物11をチャックテーブル14に置き直す置き直しステップを行う。なお、この探索ステップでノッチ11cを検出できた場合には、置き直しステップを行わずに向き調整ステップに進めば良い。
図4(B)は、置き直しステップで被加工物11がチャックテーブル14から搬出される様子を模式的に示す側面図であり、図5(A)は、置き直しステップでチャックテーブル14を第1方向とは反対の第2方向に回転させる様子を模式的に示す平面図であり、図5(B)は、置き直しステップで被加工物11がチャックテーブル14に搬入される様子を模式的に示す側面図である。
置き直しステップでは、まず、バルブ16を閉じて、保持面14aに対する吸引源18の負圧を遮断する。また、図4(B)に示すように、第2搬送ユニット28で被加工物11を保持し、チャックテーブル14から搬出、退避させる。なお、第2搬送ユニット28は、被加工物11を再びチャックテーブル14に搬入するまで、被加工物11を回転させないように保持する。
その後、図5(A)に示すように、チャックテーブル14を第1方向とは反対の第2方向に回転させる。第2方向への回転角度は任意だが、例えば、チャックテーブル14に許容される最大の角度にすると良い。これにより、探索ステップ及び置き直しステップの繰り返しの回数を減らしてノッチ11cを効率良く検出できるようになる。
チャックテーブル14を第2方向に回転させた後には、図5(B)に示すように、第2搬送ユニット28を下降させ、裏面11b側が保持面14aに接触するように被加工物11をチャックテーブル14に載せる。この状態で、図5(B)に示すようにバルブ16を開いて、吸引源18の負圧を保持面14aに作用させれば、被加工物11はチャックテーブル14に吸引、保持される。
この置き直しステップでは、被加工物11を回転させないように保持し、チャックテーブル14を第2方向に回転させた後に、被加工物11を再びチャックテーブル14に搬入するので、被加工物11の向きとチャックテーブル14の向きとの関係が変化する。具体的には、被加工物11に対してチャックテーブル14が第2方向に回転された状態となる。
置き直しステップの後には、被加工物11のノッチ11cを検出するための探索ステップを再び行う。図6(A)は、第2回目の探索ステップを説明するための平面図であり、図6(B)は、第2回目の探索ステップを説明するための側面図であり、図7(A)は、第2回目の探索ステップでノッチ11cが検出される様子を模式的に示す平面図である。
図6(A)及び図6(B)に示すように、第2回目の探索ステップも初回の探索ステップと同じ手順で行われる。すなわち、チャックテーブル14を第1方向に回転させながら撮像ユニット44で被加工物11の外周縁を撮像し、被加工物11の外周縁が映った画像を形成する。制御ユニット48は、撮像ユニット44から送られる画像に対してエッジ検出等の画像処理を行い、ノッチ11cを見つけ出す(検出する)。
図7に示すように、ノッチ11cが検出され、その位置が特定されると、第2回目の探索ステップは終了する。なお、この第2回目の探索ステップでノッチ11cを検出できない場合には、更に置き直しステップ及び探索ステップを繰り返せば良い。
探索ステップでノッチ11cを検出した後には、このノッチ11cの位置に基づいてチャックテーブル14を回転させ、被加工物11の向きを所定の方向に合わせる向き調整ステップを行う。図7(B)は、向き調整ステップを説明するための平面図である。図7(B)に示すように、ここでは、チャックテーブル14を第1方向に回転させることで、被加工物11の向きを所定の方向に合わせている。このように、被加工物11の向きを所定の方向に合わせることで、後に続くパターンの検出等を適切に行えるようになる。
以上のように、本実施形態に係る被加工物のアライメント方法は、チャックテーブル14を第1方向に回転させつつ撮像ユニット44で被加工物11を撮像し、目印となるノッチ11cを探索する探索ステップと、探索ステップでノッチ11cを検出できなかった場合に、第2搬送ユニット28で被加工物11をチャックテーブル14から搬出して退避させ、チャックテーブル14を第1方向とは反対の第2方向に回転させた後、被加工物11を再びチャックテーブル14に搬入する置き直しステップと、を含み、ノッチ11cを検出できるまでこれらを繰り返すので、チャックテーブル14の回転角度に制限がある場合でも被加工物11の向きを確実に検出できる。
なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、探索ステップでチャックテーブル14を第1方向に回転させ、置き直しステップでチャックテーブル14を第2方向に回転させているが、チャックテーブル14の回転に係る第1方向と第2方向とを入れ替えても良い。
また、上記実施形態では、1組の撮像ユニット44を用いる被加工物のアライメント方法について説明したが、複数の撮像ユニット44を同時に用いて、目印となるノッチ11cを探索することもできる。この場合には、例えば、2組の撮像ユニット44の撮像範囲44aを180°離れた位置に配置することで、探索ステップと置き直しステップとの繰り返しの回数を半減させてノッチ11cを効率よく探索できる。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。
11 被加工物
11a 表面
11b 裏面
11c ノッチ(切り欠き)
13 デバイス
2 加工装置(切削装置)
4 基台
4a,4b,4c 開口
6 カセット支持台
8 カセット
10 X軸移動テーブル
12 防塵防滴カバー
14 チャックテーブル
14a 保持面
14b 吸引路
16 バルブ
18 吸引源
20 第1搬送ユニット
22 第1支持構造
24 第1レール
26 第1昇降ユニット
28 第2搬送ユニット
30 第2レール
32 第2昇降ユニット
34 第3搬送ユニット
36 第2支持構造
38 移動ユニット
40 加工ユニット(切削ユニット)
42 切削ブレード
44 撮像ユニット
46 洗浄ユニット
48 制御ユニット

Claims (2)

  1. 板状の被加工物を保持し所定の角度の範囲で回転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た被加工物を加工する加工ユニットと、該チャックテーブルに被加工物を搬入し、該チャックテーブルから被加工物を搬出する搬送ユニットと、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像ユニットと、を備える加工装置を用いる被加工物のアライメント方法であって、
    向きを示す目印が設けられた被加工物を該チャックテーブルに搬入する搬入ステップと、
    該搬入ステップを実施した後、該チャックテーブルを該所定の角度の範囲で第1方向に回転させつつ該撮像ユニットで被加工物を撮像し、該目印を探索する探索ステップと、
    該探索ステップで該目印を検出できなかった場合に、該搬送ユニットで被加工物を該チャックテーブルから搬出して退避させ、該チャックテーブルを該第1方向とは反対の第2方向に回転させた後、被加工物を再び該チャックテーブルに搬入する置き直しステップと、
    該探索ステップで検出した該目印に基づいて該チャックテーブルを回転させ、被加工物の向きを所定の方向に合わせる向き調整ステップと、を備え、
    該目印を検出できるまで該探索ステップと該置き直しステップとを繰り返すことを特徴とする被加工物のアライメント方法。
  2. 該目印は、被加工物の外周に形成された結晶方位を示す切り欠きであることを特徴とする請求項1に記載の被加工物のアライメント方法。
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