CN102922412B - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研磨装置,包括:底盘;研磨头;研磨驱动装置,连接所述底盘和研磨头,用于驱动所述研磨头以研磨置于所述底盘的待研磨器件;终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;其中,所述两个电极探头适于测量流经其间的研磨液的电流数值,所述控制装置与所述研磨驱动装置电连接。本发明还提供一种研磨方法。本发明通过根据所述电流数值的变化监控研磨进程,并进一步地控制研磨进程,避免过研磨对待研磨器件造成损伤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种研磨装置及研磨方法。
背景技术
硅通孔(TSV,Through-Silicon-Via)技术是通过在芯片和芯片之间形成互连结构,以实现芯片之间导通的最新技术。与以往的封装键合和使用凸点的叠加技术不同,TSV技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大,外形尺寸最小,并且具有改善芯片速度和降低功耗的一系列性能。专利公开号为CN101840912A的中国专利申请文献提供形成所述硅通孔的方法。
图1~图2所示为对应于硅通孔形成方法的结构示意图。如图1所示,提供衬底001,所述衬底001具有正面0100及与所述正面0100相对应的背面0200。其中,所述衬底001的正面0100形成有半导体器件区002。所述衬底001内部还形成有若干数目的互连金属插塞003,所述互连金属插塞003的一端与所述半导体器件区002内的器件(未图示)电连接。后续所述互连金属插塞003的另一端将与其他的芯片互连,使得如图1所示的半导体器件区002的器件与其他芯片的器件区相互电连接。
如图1所示,所述衬底001的背面0200未暴露出所述互连金属插塞003,为实现芯片与芯片之间的互连,还需要对所述衬底001的背面0200进行研磨,以暴露出所述互连金属插塞003。如图2所示,对所述衬底001的背面0200进行化学机械研磨,暴露出所述互连金属插塞003,用于后续的芯片之间的垂直导通。
所述化学机械研磨技术是机械研磨和化学腐蚀的组合技术,其借助超微粒子(例如二氧化硅粒子,氧化铝粒子)的研磨作用以及研磨液的腐蚀作用进行化学机械研磨,使得待研磨的表面光洁平坦。首先设定厚度数值,并根据研磨速率及设定的厚度数值计算获得研磨时间;对所述待研磨表面进行研磨,达到所述研磨时间则停止研磨。
如图2所示,实际生产工艺中,常常出现对所述衬底001的背面过研磨的现象,即通过设定厚度数值,很难使得研磨恰好停止在所述互连金属插塞003的表面而不对所述互连金属插塞003造成研磨,经常出现的现象是研磨停止时,所述互连金属插塞003也会被研磨掉一部分,进而对互连金属插塞003造成损伤,严重的损伤会影响到器件的电学性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供研磨装置及研磨方法,避免过研磨对待研磨器件的损伤。进一步地,避免对硅通孔结构进行化学机械研磨时,因过研磨造成互连金属插塞的损伤。
为解决上述问题,本发明提供一种研磨装置,包括:
底盘;
研磨头;
研磨驱动装置,连接所述底盘和研磨头,用于驱动所述研磨头以研磨置于所述底盘的待研磨器件;
终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;
其中,所述两个电极探头适于测量流经其间的研磨液的电流数值,所述控制装置与所述研磨驱动装置电连接。
可选的,所述控制装置包括比较单元与所述比较单元连接的设置单元,及与所述比较单元连接的信号装置,所述比较单元将流经电极探头间的研磨液的电流数值与设置于设置单元内的电流阈值进行比较,并将比较结果发送至信号单元:若所述比较结果为所述流经电极探头间的研磨液的电流数值大于所述电流阈值,则所述信号单元发送停止信号至所述研磨驱动装置。
可选的,所述电流阈值的范围为不小于0毫安,小于2毫安。
可选的,所述控制装置还包括电源及电流表。
可选的,所述电源的电压范围为大于0V,小于10V。
可选的,所述控制装置位于所述底盘内。
可选的,在测量时,所述电极探头固定或放置于所述底盘表面或待研磨的器件未研磨的表面。
可选的,所述固定或放置的电极探头与所述底盘的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
可选的,所述电极探头的材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合,或者所述电极探头的表面的膜层材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合。
本发明还提供一种研磨方法,包括:提供衬底,所述衬底包括正面及与所述正面相对的背面,所述正面形成有半导体器件区,所述衬底内形成有互连金属插塞,所述互连金属插塞的一端与所述半导体器件区电连接,另一端位于所述衬底内;
对所述衬底的背面进行化学机械研磨,同时测量化学机械研磨液的电流数值;
若所述研磨液的电流数值大于预设的电流阈值,则停止所述化学机械研磨;
其中,所述电流阈值不小于化学机械研磨前研磨液的电流数值。
可选的,所述电流阈值的范围为不小于0毫安,小于2毫安。
可选的,所述对所述衬底的背面进行化学机械研磨采用的研磨装置包括:底盘及研磨头,与所述底盘与研磨头连接的研磨驱动装置;终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;
其中,所述研磨头对所述背面进行研磨,所述电极探头测试研磨液内的电流数值;
所述停止所述化学机械研磨包括:所述控制装置发送停止信号至研磨驱动装置,停止所述研磨驱动装置的驱动,即停止所述化学机械研磨。
可选的,所述电极探头固定或放置于所述底盘表面或待研磨的器件未研磨的表面,所述电极探头与所述底盘的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
可选的,所述控制装置还包括电源及电流表,所述电源的电压范围为大于0V,小于10V。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
通过所述电极探头测量所述研磨液的电流数值,并根据所述电流数值的变化监控研磨进程,进而控制研磨进程,避免过研磨对待研磨器件造成损伤。
若所述电极探头测量的电流数值大于所述电流阈值,则停止研磨,即使得所述研磨停止在互连金属插塞界面或含有互连金属插塞的位置,避免对互连金属插塞造成损伤。
附图说明
图1~图2所示为对应硅通孔技术的形成方法的结构示意图;
图3~图7为本发明一实施例的研磨装置的结构示意图;
图8为本发明一实施例的研磨装置的电流-时间数值关系示意图。
具体实施方式
实际生产工艺中,对形成硅通孔的衬底背面进行研磨,暴露出所述互连金属插塞时,常常出现对所述衬底的背面过研磨的现象,即通过设定研磨厚度和研磨时间,很难使得所述研磨恰好停止在所述互连金属插塞的表面而不对所述互连金属插塞造成研磨,进而损伤互连金属插塞,严重的会影响到器件的电学性能。
为解决上述问题,本发明提供一种研磨装置,包括:
底盘;研磨头;
研磨驱动装置,连接所述底盘和研磨头,用于驱动所述研磨头以研磨置于所述底盘的待研磨器件;
终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;
其中,所述两个电极探头适于测量流经其间的研磨液的电流数值,所述控制装置与所述研磨驱动装置电连接。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图3所示为本发明一实施例的研磨装置的结构示意图。包括:
底盘100,用于放置待研磨的器件,所述底盘100一般为圆形,也可以为其他形状,所述底盘100与研磨驱动装置300连接,所述底盘100可以在所述研磨驱动装置300的驱动下运动。
研磨头110,与所述研磨驱动装置300连接,所述研磨头110可以在所述研磨驱动装置300的驱动下运动。
通过所述研磨驱动装置300对底盘100和研磨头110的驱动下,所述研磨头110对位于所述底盘100的所述待研磨器件的表面进行研磨。作为一个实施例,所述研磨头110在所述研磨驱动装置300的驱动下,沿研磨路径L1运动,所述研磨路径L1的直径可以随待研磨的器件大小及待研磨表面位置的不同而改变。同时,所述研磨头110具有与所述底盘100垂直的转轴S1,所述研磨头110可以沿所述转轴S1进行自转。
终点装置,包括两个电极探头210及与所述电极探头210电连接的控制装置220,所述控制装置220电连接于所述研磨驱动装置300。所述两个电极探头210固定于所述底盘100表面或者待研磨器件的未进行研磨的表面,以测量流经两个电极探头210间的研磨液的电流数值,所述控制装置220与所述研磨驱动装置300电连接。采用固定方式可以使得所述电极探头210避免受到研磨过程的影响。
进一步地,为防止所述电极探头210被所述研磨头110损伤,固定于所述底盘100或者待研磨器件的未进行研磨的表面的电极探头210与所述底盘100的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
作为其他实施例,所述两个电极探头210还可以放置于所述底盘100表面或者待研磨器件的未进行研磨的表面,以测量流经两个电极探头210间的研磨液的电流数值。采用放置的方式可以灵活选择所述电极探头210所在的位置,提高测试电流位置的灵活性。
进一步地,为防止所述电极探头210被研磨头110损伤,放置于所述底盘100或者待研磨器件的未进行研磨的表面的电极探头210与所述底盘100的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
如图4所示,所述控制装置220包括电源221及电流表222,所述电源221、电流表222及所述电极探头210构成测试电路。所述测试电路对化学机械研磨过程中的研磨液的电流数值进行测量,具体地,所述电流数值为流经所述两个电极探头210之间的电流数值。进一步地,所述电源221的电压范围为大于0V,小于10V。
进一步地,如图4所示,所述控制装置220还包括有比较单元310、与所述比较单元310连接的设置单元320及与所述比较单元310连接的信号单元330。
结合图3和图4所示,所述比较单元310接收所述电流表222测试到的电流数值,并与设置于设置单元320内的电流阈值进行比较,将比较结果发送至信号单元330。若所述比较结果为所述电流表222测试到的电流数值大于所述电流阈值,则所述信号单元330发送停止信号至所述研磨驱动装置300。所述研磨驱动装置300接收所述停止信号后,所述研磨驱动装置300停止对所述研磨头110和底盘100的驱动,即所述研磨头110停止对所述待研磨器件表面的研磨。其中,所述电流阈值范围为不小于0毫安,小于2毫安。作为一个实施例,在研磨前,所述研磨液内的电流数值为0,则可以在一检测到非0电流数值时,立即发出停止信号。
因为所述研磨装置的电极探头用于测量研磨液的电流数值,且所述研磨液具有较强的腐蚀性。为防止电极探头被研磨液的腐蚀,则所述电极探头的材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合,或者所述电极探头的表面的膜层的材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合。
图3示出的控制装置220位于所述底盘100内部,可以节省研磨装置占据的空间。作为其他实施例,所述控制装置220可以位于所述底盘100的外部,以灵活选择所述控制装置220和所述底盘100的配置,并且若所述控制装置220或所述底盘100有损坏,可以单独进行维修,不必对整个研磨装置进行维修。
因为化学机械研磨是借助超微粒子(例如二氧化硅粒子,氧化铝粒子)的研磨作用以及研磨液的腐蚀作用对待研磨器件进行研磨。随着研磨过程的进行,所述研磨液的成分会发生变化。根据该现象及上述提供的研磨装置,本发明还提供一种研磨方法,包括:提供衬底,所述衬底包括正面及与所述正面相对的背面,所述正面形成有半导体器件区,所述衬底内形成有互连金属插塞,所述互连金属插塞的一端与所述半导体器件区电连接,另一端位于所述衬底内;
对所述衬底的背面进行化学机械研磨,同时测量化学机械研磨液的电流数值;
若所述研磨液的电流数值大于预设的电流阈值,则停止所述化学机械研磨;
其中,所述电流阈值不小于化学机械研磨前研磨液的电流数值。
其中,在化学机械研磨未开始前,所述研磨液内可能会具有少量的导电粒子,使得所述研磨液为导电溶液,即此时对所述研磨液测量会得到电流数值,记为初始电流数值I0,并根据所述初始电流数值I0设定电流阈值,所述电流阈值不小于所述初始电流数值I0。作为一个实施例,所述电流阈值范围为不小于0毫安,小于2毫安。本实施例中,研磨前所述初始电流数值I0为0.9毫安,所述电流阈值设定为0.9毫安。
接着,在研磨过程中一直保持对所述研磨液的测量,并将测量获得的电流数值与电流阈值比较,若获得电流数值大于所述电流阈值,则所述化学机械研磨停止。
其原因在于,若所述化学机械研磨达到所述导电互连插塞,则所述研磨液的成分中含有导电粒子,所述导电粒子的浓度与电流数值相关,进一步会使得电流数值的增大。根据所述电流数值的变化,可以监控到研磨的进程,并进一步地控制研磨进程,避免对所述导电互连插塞造成损伤。
下面结合附图对本发明的研磨方法进行详细说明。
如图5所示,提供待研磨器件400及研磨装置。所述研磨装置包括:底盘100与研磨头110,所述底盘100、研磨头110均与研磨驱动装置300连接;终点装置,包括两个电极探头210及与所述电极探头电连接的控制装置220。所述控制装置220与所述研磨驱动装置300信号连接。
具体地,如图6所示,所述待研磨器件400包括衬底401,所述衬底401具有正面4100及与所述正面4100相对应的背面4200。其中,所述衬底401的正面4100形成有半导体器件区402。所述衬底401内部还形成有若干数目的互连金属插塞403,所述互连金属插塞403的一端与所述半导体器件区402内的器件(未图示)电连接。后续地,所述互连金属插塞403的另一端将与其他的芯片互连,使得如图6所示的半导体器件区402的器件与其他芯片的器件区相互电连接。
结合图5和图6,将所述待研磨器件400放置于所述底盘100表面,并使得所述背面4200朝向所述研磨头110,以使得所述研磨头110对所述衬底的背面4200进行研磨,其中,所述研磨头110按照研磨路径L1转动,进一步地,所述研磨头110还可以沿自身轴进行自转。所述研磨头110对所述背面4200进行研磨转动同时,还有研磨液对所述待研磨器件进行腐蚀。
如图7所示为所述研磨装置及所述待研磨器件进行研磨的侧面图。同时结合图4,所述控制装置220包括电源221及电流表222,所述电源221、电流表222及所述电极探头210构成测试电路。所述测试电路对化学机械研磨过程中的研磨液的电流数值进行测量,具体地,所述电流数值为流经所述两个电极探头210之间的电流数值。进一步地,所述电源221的电压范围为大于0V,小于10V。
为防止所述电极探头210被研磨头110损伤,位于所述底盘100或待研磨器件的未研磨表面的所述电极探头210固定或放置于距离所述研磨头110一段距离的位置。一般来说,所述固定或放置的电极探头210与所述底盘的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
一并参考图5、图6及图7,在化学机械研磨未开始前,研磨液内可能会具有少量的导电粒子,使得所述研磨液为导电溶液,即此时对所述研磨液测量会得到电流数值,记为初始电流数值I0,并根据所述初始电流数值I0设定电流阈值,所述电流阈值不小于所述初始电流数值I0。作为一个实施例,所述电流阈值范围为不小于0毫安,小于2毫安。本实施例中,研磨前所述初始电流数值I0为0.9毫安,所述电流阈值设定为0.9毫安。
同时参考图4和图5,当所述电流表222将测量到的流经所述两个的电极探头210之间的电流数值,并将测量的电流数值发送至所述比较单元310,所述比较单元310将所述测量的电流数值与所述设置单元320设置的电流阈值进行比较,将比较结果发送至信号单元330。若所述比较结果为所述电流表222测试到的电流数值大于所述电流阈值,则所述信号单元330发送停止信号至所述研磨驱动装置300。所述研磨驱动装置300接收所述停止信号后,所述研磨驱动装置300停止对所述研磨头110和底盘100的驱动。
在研磨过程中,通过所述控制装置220一直保持对所述研磨液的测量,并将测量获得的电流数值始终与电流阈值比较,若获得电流数值大于所述电流阈值,则所述化学机械研磨停止。即所述化学机械研磨达到所述导电互连插塞时,所述研磨液的成分中会含有导电粒子,所述导电粒子的浓度与电流数值相关,进一步会使得电流数值的增大。根据所述电流数值的变化,可以监控到研磨的进程,并进一步地控制研磨进程,避免对所述导电互连插塞造成损伤。
如图8所示为随着所述研磨过程的进行,电极探头所测量获得电流数值及所述研磨时间的对应示意图。在时间T0前,所述电流数值为初始电流数值,且基本没有电流数值的变化,在时间T0及其后,所述电流数值立即上升,且斜率较高,即在时间T0处所述研磨头刚研磨所述互连导电插塞,所述研磨将使得所述互连导电插塞的导电粒子进入了研磨液,导致研磨液的电流数值的剧增。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
通过所述电极探头测量所述研磨液的电流数值,并根据所述电流数值的变化监控研磨进程,进而控制研磨进程,避免过研磨对待研磨器件造成损伤。
若所述电极探头测量的电流数值大于所述电流阈值,则停止研磨,避免对互连金属插塞造成损伤。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (13)
1.一种研磨装置,其特征在于,包括:
底盘;
研磨头;
研磨驱动装置,连接所述底盘和研磨头,用于驱动所述研磨头以研磨置于所述底盘的待研磨器件;
终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;
其中,所述两个电极探头适于测量底盘表面或者待研磨的器件未进行研磨的表面的流经其间的研磨液的电流数值,所述控制装置与所述研磨驱动装置电连接。
2.如权利要求1所述的研磨装置,其特征在于,所述控制装置包括比较单元与所述比较单元连接的设置单元,及与所述比较单元连接的信号装置,所述比较单元将流经电极探头间的研磨液的电流数值与设置于所述设置单元内的电流阈值进行比较,并将比较结果发送至信号单元:若所述比较结果为所述流经电极探头间的研磨液的电流数值大于所述电流阈值,则所述信号单元发送停止信号至所述研磨驱动装置。
3.如权利要求2所述的研磨装置,其特征在于,所述电流阈值的范围为不小于0毫安,小于2毫安。
4.如权利要求2所述的研磨装置,其特征在于,所述控制装置还包括电源及电流表。
5.如权利要求4所述的研磨装置,其特征在于,所述电源的电压范围为大于0V,小于10V。
6.如权利要求1所述的研磨装置,其特征在于,所述控制装置位于所述底盘内。
7.如权利要求1所述的研磨装置,其特征在于,所述电极探头与所述底盘的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
8.如权利要求1所述的研磨装置,其特征在于,所述电极探头的材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合,或者所述电极探头的表面的膜层材质为金、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂之一或组合。
9.一种研磨方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底包括正面及与所述正面相对的背面,所述正面形成有半导体器件区,所述衬底内形成有互连金属插塞,所述互连金属插塞的一端与所述半导体器件区电连接,另一端位于所述衬底内;
对所述衬底的背面进行化学机械研磨,同时测量底盘表面或者待研磨的器件未进行研磨的表面的化学机械研磨液的电流数值;
若所述研磨液的电流数值大于预设的电流阈值,则停止所述化学机械研磨;
其中,所述电流阈值不小于化学机械研磨前研磨液的电流数值。
10.如权利要求9所述的研磨方法,其特征在于,所述电流阈值的范围为不小于0毫安,小于2毫安。
11.如权利要求9所述的研磨方法,其特征在于,所述对所述衬底的背面进行化学机械研磨采用的研磨装置包括:底盘及研磨头,与所述底盘与研磨头连接的研磨驱动装置;终点装置,包括两个电极探头及与所述电极探头电连接的控制装置;
其中,所述研磨头对所述背面进行研磨,所述电极探头测试研磨液内的电流数值;
所述停止所述化学机械研磨包括:所述控制装置发送停止信号至研磨驱动装置,停止所述研磨驱动装置的驱动,即停止所述化学机械研磨。
12.如权利要求11所述的研磨方法,其特征在于,所述电极探头固定或放置于所述底盘表面或待研磨的器件未研磨的表面,所述电极探头与所述底盘的外边缘的距离范围为2cm~10cm。
13.如权利要求11所述的研磨方法,其特征在于,所述控制装置还包括电源及电流表,所述电源的电压范围为大于0V,小于10V。
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CN106334994B (zh) * | 2016-09-21 | 2018-10-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 研磨方法、ogs基板和ogs母板的制备方法 |
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