JP2003273046A - 研磨装置及びテープ並びに方法 - Google Patents

研磨装置及びテープ並びに方法

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JP2003273046A
JP2003273046A JP2002068259A JP2002068259A JP2003273046A JP 2003273046 A JP2003273046 A JP 2003273046A JP 2002068259 A JP2002068259 A JP 2002068259A JP 2002068259 A JP2002068259 A JP 2002068259A JP 2003273046 A JP2003273046 A JP 2003273046A
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polishing
tape
flat plate
light
film
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JP2002068259A
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Hisatomo Oi
久智 多
Toshihiro Izumi
敏裕 泉
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Nihon Micro Coating Co Ltd
Original Assignee
Nihon Micro Coating Co Ltd
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッドのドレス作業や交換を行う必要性を
なくし、終点検出研磨技術により、半導体デバイスウエ
ハの表面の研磨を高精度に行える研磨装置、研磨テープ
及び研磨方法を提供する。 【解決手段】研磨テープ10は、平板21の水平面上に
適宜に送り出される。研磨テープ10の厚み方向に光を
透過する光透過領域13を有する。光透過領域13は平
板21の窓22上に連続的又は間欠的に位置する。保持
具25に保持した半導体デバイスウエハWは、その表面
に被膜した膜の表面が平板21の窓22の上方に位置す
るように研磨テープ10の表面に押し付けられる。研磨
テープ10の表面に研磨液を供給し、保持具25を回転
する。干渉計26は、平板21の窓22と、研磨テープ
10の光透過領域13とを通じて、膜の表面に向けて光
L1を放射し、基板と膜の表面からの反射光L2、L2
´を受光し、膜の厚さを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスウ
エハの表面を研磨するのに適した研磨テープ及び方法に
関するものであり、特に、終点検出研磨技術により、半
導体デバイスウエハの表面を研磨するのに適した研磨テ
ープ及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明の解決しようとする課題】半導体
デバイスウエハは、基板となるウエハの表面に、既知の
スパッタリング技術、エッチング技術、メッキ技術など
を利用して、配線パターンとなる酸化膜や金属膜を被膜
し、これを積層した多層配線構造体であり、この膜の表
面に段差があると、この上に積層される配線パターンが
短絡するなどの不具合を生じ、設計段階で予定される性
能及び機能が発揮されなくなるため、各々の膜の表面に
は高度の平坦性が要求される。
【0003】このような半導体デバイスウエハの研磨に
は、パッド研磨が広く利用されている。このパッド研磨
は、半導体デバイスウエハの表面の研磨は、表面に研磨
パッドを張着した定盤を回転しながら、この研磨パッド
の表面に研磨スラリーを供給し、この上に半導体デバイ
スウエハの表面を押し付けて行われる(例えば、特開平
8−3540号公報、特開平10−88111号公報な
どを参照)。
【0004】近年、パッド研磨において、半導体デバイ
スウエハの基板の表面と、その上に被膜した膜の表面と
の間の厚さを検出し、所定の厚さが達成された時点で研
磨を終了する、という技術が提案された(例えば、米国
特許第5605760号明細書、米国特許第58937
96号明細書を参照)。この技術は、研磨を終了する時
点を検出することから、一般に“終点検出研磨技術”と
呼ばれ、この技術により、より高精度にパッド研磨を行
うことができるようになった。この技術では、上下に光
を通過する窓を設けた回転定盤上に研磨パッドを張着
し、この上に半導体デバイスウエハの表面を押し付けて
研磨を行う。研磨パッドには、研磨パッドを回転定盤上
に張着したときに、上記の窓と整列する窓が設けられて
いる。研磨中、窓の直下に配列した干渉計から光を半導
体デバイスウエハの表面に当て、この反射光を干渉計で
受光し、半導体デバイスウエハの表面の膜の厚さを検出
し、所定の膜の厚さが検出されたときに、研磨を終了す
る。
【0005】パッド研磨では、織布、不織布、植毛シー
ト、発泡体シート又は高分子シート内部に多数の孔を有
する多孔性高分子シートからなる研磨パッドが使用され
る。
【0006】また、研磨スラリーとして、水、又はグリ
コール類、アルコール類などを含んだ水ベースの水溶液
に砥粒を分散したものが使用される。ここで、化学的機
械的研磨を行うため、半導体デバイスウエハの表面と化
学的に反応する薬液がさらに添加され得る。
【0007】しかし、このようなパッド研磨では、研磨
中に発生した研磨クズにより研磨パッドの表面が目詰ま
りし、また半導体デバイスウエハとの摩耗により、変形
するので、定期的に、研磨パッドの表面をダイヤモンド
砥石などの研磨工具を使用して研削するドレス作業を行
ったり、定期的に研磨パッドの交換を行わなければなら
ず、このようなドレス作業や研磨パッドの交換に手間が
かかる、という問題がある。
【0008】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、したがって、研磨パッドのドレス作業や交換を
行う必要性をなくし、終点検出研磨技術により、半導体
デバイスウエハの表面の研磨を高精度に行える研磨装
置、研磨テープ及び研磨方法を提供することを目的とす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の表面に
被膜した膜の表面を終点検出研磨技術により研磨する研
磨装置、研磨テープ及び研磨方法であり、特に、ウエハ
の表面上を酸化膜や金属膜で被覆した半導体デバイスウ
エハの表面を終点検出研磨技術により研磨するのに適し
た研磨装置、研磨テープ及び研磨方法である。
【0010】<研磨装置> 上記目的を達成する本発明
の研磨装置は、平坦な水平面を有する平板と、この平板
の水平面上に研磨テープを送り出すテープ送出部と、平
板の水平面上に送り出された研磨テープを巻き取るテー
プ巻取部とを有する。研磨テープは、既知のモータなど
の手段により平板の水平面上に適宜に送り出され、テー
プ巻取部に巻き取られる。
【0011】また、上記本発明の研磨装置は、基板を保
持し、平板の水平面上の研磨テープの表面に膜の表面を
押し付ける保持具と、平板の水平面上に送り出された研
磨テープの表面に研磨液を供給するノズルとをさらに有
する。保持具は、既知のモータなどの手段により回転さ
れる。
【0012】平板は、上下に光を通過する窓を有する。
また、研磨テープは、この研磨テープの厚み方向に光を
透過する光透過領域を有し、平板の水平面上に送り出さ
れた研磨テープの光透過領域は、平板の窓上に連続的又
は間欠的に位置する。
【0013】基板は、保持具に保持され、基板の表面の
膜の表面は、この膜の表面が平板の窓の上方に位置する
ように、保持具によって、平板の水平面上の研磨テープ
の表面に押し付けられる。
【0014】本発明の研磨装置は、平板よりも下方に配
置される干渉計からさらに構成される。この干渉計は、
平板の窓と、研磨テープの光透過領域とを通じて、膜の
表面に向けて光を放射し、基板の表面からの反射光と、
膜の表面からの反射光とを受光して、膜の厚さを連続的
又は間欠的に検出する。
【0015】<研磨テープ> 本発明の研磨装置に使用
される研磨テープは、光を透過するプラスチックテー
プ、及びこの研磨テープの厚み方向に光を透過する光透
過領域が形成されるように、プラスチックテープの表面
に形成される研磨層から構成される。
【0016】この光透過領域の平面形状は、直線形状、
曲線形状又はこれら形状を組み合わせた形状から選択さ
れる。
【0017】プラスチックテープの表面に形成される研
磨層は、砥粒を樹脂バインダーで固定した砥粒固定層、
プラスチックテープの表面に植毛した植毛層又はプラス
チックテープの表面に形成した発泡層から選択される。
【0018】<研磨方法> 基板の表面に被膜した膜の
表面は、上記本発明の研磨装置を使用して研磨される。
【0019】研磨テープの光透過領域を平板の窓上に連
続的又は間欠的に位置させる。そして、研磨テープの表
面に研磨液を供給し、膜の表面が、平板の窓の上方に位
置するように、保持具に保持した基板の膜の表面を平板
の水平面上の研磨テープの表面に押し付け、保持具を回
転する。平板の窓と研磨テープの光透過領域とを通じ
て、干渉計から膜の表面に向けて光を放射し、基板の表
面からの反射光と、膜の表面からの反射光とを干渉計で
受光して、膜の厚さを検出する。以上により、基板の表
面に被膜した膜の表面が研磨され、基板の表面の膜の厚
さが所定の厚さとなった時点で研磨を終了する。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、ウエハの
表面上を酸化膜や金属膜で被覆した半導体デバイスウエ
ハの表面を終点検出研磨技術により研磨する研磨装置、
研磨テープ及び研磨方法である。
【0021】<研磨装置> 本発明の研磨装置は、図1
(a)及び(b)に示すように、平坦な水平面を有する
平板21と、この平板21の水平面上に研磨テープ10
を送り出すテープ送出部23と、平板21の水平面上に
送り出された研磨テープ10を巻き取るテープ巻取部2
4とを有する。
【0022】研磨テープ10は、既知のモータなどの手
段28により平板21の水平面上に適宜に送り出され、
テープ巻取部24に巻き取られる。図示の例では、研磨
テープ10は矢印Tの方向に移動する。
【0023】また、本発明の研磨装置は、図示のよう
に、基板Wを保持し、平板21の水平面上の研磨テープ
10の表面に膜の表面を押し付ける保持具25と、平板
21の水平面上に送り出された研磨テープ10の表面に
研磨液を供給するノズル(図示せず)とをさらに有す
る。保持具25は、既知のモータなどの手段(図示せ
ず)により回転される。
【0024】平板21は、表面平坦な金属製の板(例え
ば、ステンレス板)であり、図1及び3に示すように、
上下に光を通過する窓22を有する。窓22の平板21
の表面側には、図3に示すように、表面平坦な透明板2
7が液密に嵌め込まれる。透明板27として、ガラス、
石英などからなる板が使用できる。
【0025】研磨テープ10は、図2に例示するよう
に、この研磨テープ10の厚み方向に光を透過する光透
過領域13を有する。平板21の水平面上に送り出され
た研磨テープ10の光透過領域13は、平板21の窓2
2上に連続的又は間欠的に位置する。ここで、“連続
的”とは、研磨中、光透過領域13が平板21の窓22
上に常に位置することを意味する。また、“間欠的”と
は、研磨中、光透過領域13が平板21の窓22上を一
定又は任意の時間の間だけ位置することを意味する。
【0026】基板Wは、上述したように、保持具25に
保持される。基板Wの表面の膜の表面は、この膜の表面
が平板21の窓22の上方に位置するように、保持具2
5によって、平板21の水平面上の研磨テープ10の表
面に押し付けられる。
【0027】本発明の研磨装置は、図1及び3に示すよ
うに、平板21の下方に配置される干渉計26からさら
に構成される。干渉計26は、光L1、L2、L2´が
平板21の窓22を通過するように、平板21の窓22
の直下に配列される。干渉計26は、平板21の窓22
と、研磨テープ10の光透過領域13とを通じて、膜W
2の表面に向けて光L1を放射し、基板W1の表面から
の反射光L2と、膜W2の表面からの反射光L2´とを
受光して、膜W2の厚さを連続的又は間欠的に検出す
る。
【0028】干渉計26として、半導体ウエハデバイス
Wの表面に向けて光L1を放射する光源と、半導体ウエ
ハデバイスからの反射光L2、L2´を受光する検出器
とを有する既知のものが使用できる(例えば、上記した
米国特許第5893796号明細書に記載のものを参
照)。
【0029】<研磨テープ> 本発明の研磨テープ10
は、図3に示すように、光L1、L2、L2´を透過す
るベーステープ11、及びベーステープ11の表面に形
成した研磨層12から構成される。研磨テープ10は、
研磨テープ10の厚み方向に光L1、L2、L2´を透
過する光透過領域13を有する。
【0030】光透過領域13は、図示のように、研磨層
12を上下に貫通する溝と、この溝の直下に位置するベ
ーステープ11の厚み部分とから構成される。研磨層1
2を上下に貫通する溝は、光L1、L2、L2´を透過
する材料(ウレタン樹脂などの透明プラスチック材料)
(図示せず)で満たされてもよい。
【0031】光透過領域13の平面形状は、直線形状、
曲線形状又はこれら形状を組み合わせた形状から選択さ
れる。
【0032】図2に光透過領域13の平面形状を例示す
る。図2(a)に示す光透過領域13は、研磨テープ1
0の長手方向(矢印Tで示すテープ送出方向)に連続的
に形成される直線形状の領域であり、研磨テープ10を
平板21の水平面上に連続的に送り出しても、又は、一
定又は任意の時間の間隔で間欠的に送り出しても、研磨
中、光透過領域13が平板21の窓22上に常に位置す
るように設けられている。
【0033】図2(b)に示す光透過領域13は、研磨
テープ10の長手方向に間隔をあけて形成される破線形
状の領域であり、研磨テープ10を平板21の水平面上
に連続的に送り出すと、研磨中、光透過領域13が平板
21の窓22上に間欠的に位置する。また、この破線形
状の光透過領域13が窓22上に位置するように、研磨
テープ10を平板21の水平面上に送り出し、一定又は
任意の時間の間だけ研磨テープ10の送り出しを停止す
ると、研磨中、光透過領域13が平板21の窓22上に
常に位置する。
【0034】図2(c)に示す光透過領域13は、直線
形状を組み合わせた格子形状の領域であり、研磨テープ
10を平板21の水平面上に連続的に送り出すと、研磨
中、光透過領域13が平板21の窓22上に間欠的に位
置する。また、この格子形状の光透過領域13が窓22
上に位置するように、研磨テープ10を平板21の水平
面上に送り出し、一定又は任意の時間の間だけ研磨テー
プ10の送り出しを停止すると、研磨中、光透過領域1
3が平板21の窓22上に常に位置する。
【0035】光透過領域13は、平板21の水平面上に
送り出された研磨テープ10の光透過領域13が平板2
1の窓22上に連続的又は間欠的に位置するような平面
形状であれば、任意の平面形状をとることができ、図2
(a)〜(c)に示す平面形状の他、例えば、円形状、
波形状、六角形状などの形状を間隔をあけて配置した平
面形状をとり得る。
【0036】ベーステープ11として、ポリエステル、
ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどの合
成樹脂からなる、光を透過するプラスチックテープが使
用される。
【0037】研磨層12は、砥粒固定層、植毛層、又は
発泡体層から選択される。研磨中、研磨層12の表面
は、半導体デバイスウエハWの表面に押し付けられる。
【0038】砥粒固定層は、ポリウレタン系、ポリエス
テル系、アクリル系、エポキシ系などの樹脂バインダー
で、アルミナ、セリア、シリカ、ダイヤモンドなどの砥
粒を固定した層であり、光透過領域13の平面形状に対
応する溝を有する。このような砥粒固定層は、グラビア
ローラ、スクリーン印刷ローラなどを使用してベーステ
ープ11の表面に形成できる。光透過領域13の平面形
状に対応する溝は、上述したように、光を透過する材料
(ウレタン樹脂などの透明プラスチック材料)で満たさ
れてもよい。これは、ウレタン樹脂などの透明プラスチ
ック材料を砥粒固定層の表面全体に塗布した後、この透
明プラスチック材料を硬化させる前に、ブレードなどを
使用して、余分な透明プラスチック材料を砥粒固定層の
表面から除去することによって達成できる。
【0039】植毛層は、ベーステープ11の表面に、プ
ラスチック繊維からなるパイルを静電的に植毛した層で
あり、光透過領域13の平面形状に対応する無植毛領域
を有する。このような植毛層は、グラビアローラ、スク
リーン印刷ローラなどを使用してベーステープ11の表
面に形成できる。ここで、この植毛層は、ベーステープ
11の表面に植毛した各パイルの表面に樹脂バインダー
で砥粒を固定したものであってもよい。
【0040】発泡体層は、発泡ウレタンなどの発泡性樹
脂を発泡させた層であり、光透過領域13の平面形状に
対応する溝を有する。この発泡体層は、ベーステープ1
1の表面に直接形成されてもよく、また発泡体層を接着
剤を使用してベーステープ11の表面に固定してもよ
い。光透過領域13は、例えば、エンボス加工機を使用
して、光透過領域13の平面形状に対応する部分のみを
溶解することによって形成できる。また、砥石などの研
磨工具やカッターを使用して、光透過領域13の平面形
状に対応する部分のみを削除することによって形成でき
る。光透過領域13の平面形状に対応する溝は、上述し
たように、光を透過する材料(ウレタン樹脂などの透明
プラスチック材料)で満たされてもよい。これは、ウレ
タン樹脂などの透明プラスチック材料を発泡体層の表面
全体に塗布した後、その表面部分を砥石、研磨ベルトな
どの研磨工具やカッターで削除ことによって達成でき
る。
【0041】<研磨液> 研磨液として、水、又はグリ
コール類、アルコール類などを含んだ水ベースの水溶液
を使用してもよいし、また水、又はグリコール類、アル
コール類などを含んだ水ベースの水溶液に、シリカ、ア
ルミナ、ダイヤモンドなどの砥粒を分散させた研磨スラ
リーを使用してもよい。膜W2の表面を化学的機械的に
研磨するため、膜W2の表面と化学的に反応する薬液を
さらに添加してもよい。このような薬液は、膜W2の表
面を構成する材料に従って適宜に選定できる。例えば、
膜W2の表面を構成する材料がSiO2である場合、水酸
化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イド、フッ酸、フッ化物などが使用される。膜W2の表
面がタングステンである場合、硝酸鉄、ヨウ素酸カリウ
ムなどが使用される。膜W2の表面がCuである場合、
グリシン、キナルジン酸、過酸化水素、ベンゾトリアゾ
ールなどが使用される。
【0042】<研磨方法> 半導体デバイスウエハの研
磨は、図1(a)及び(b)に示す研磨装置20を使用
して行われる。半導体デバイスウエハWは、図3に示す
ように、基板W1の表面に酸化膜や金属膜などの膜W2
を被膜したものである。
【0043】研磨テープ10の光透過領域13を平板2
1の窓22上に連続的又は間欠的に位置させる。これ
は、上述したように、平板21の水平面上に送り出され
た研磨テープ10の光透過領域13が平板21の窓22
上に連続的又は間欠的に位置するような平面形状をとる
ので、光透過領域13の平面形状に従って、モータなど
の手段28によりテープ巻取部24を駆動して、研磨テ
ープ10を適宜に矢印Tの方向に連続的又は間欠的に送
り出すことにより達成される。
【0044】平板21の水平面上の研磨テープ10の表
面に研磨液を供給する。そして、保持具25に保持した
基板W1の膜W2の表面を平板21の水平面上の研磨テ
ープ10の表面に押し付け、保持具25を回転する。こ
れは、W2膜の表面が平板21の窓22の上方に位置す
るように行われる。
【0045】平板21の窓22と研磨テープ10の光透
過領域13とを通じて、干渉計26から膜W2の表面に
向けて光L1を放射し、半導体デバイスウエハWの基板
W1の表面からの反射光L2と、基板W1上に被膜した
膜W2の表面からの反射光L2´とを干渉計26で受光
して、膜W2の厚さを検出する。
【0046】半導体デバイスウエハWの表面の膜W2の
厚さが所定の厚さとなった時点で研磨を終了する。
【0047】
【発明の効果】本発明が以上のように構成されるので、
以下のような効果を奏する。
【0048】研磨テープが、平板の水平面上に適宜に送
り出され、新しい研磨テープの研磨面を半導体デバイス
ウエハの表面に作用できるので、研磨パッドのドレス作
業や交換を行う必要性がなくなり、また、平板の水平面
上に送り出された研磨テープの光透過領域が平板の窓上
に連続的又は間欠的に位置するような平面形状をとるの
で、終点検出研磨技術により、半導体デバイスウエハの
表面の研磨を高精度に行える、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明を実施する研磨装置の一
部破断側面図であり、図1(b)は、図1(a)の研磨
装置の平面図である。
【図2】図2(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の研
磨テープに形成される光透過領域を例示する。
【図3】図3は、研磨テープの表面に半導体デバイスウ
エハを押し付けたところを示す。
【符号の説明】 10・・・研磨テープ 11・・・ベーステープ 12・・・研磨層 13・・・光透過領域 20・・・研磨装置 21・・・平板 22・・・窓 23・・・テープ送出部 24・・・テープ巻取部 25・・・保持具 26・・・干渉計 27・・・透明板 L1・・・光 L2、L2´・・・反射光 R・・・保持具回転方向 T・・・研磨テープ送出方向 W・・・半導体デバイスウエハ W1・・・基板 W2・・・膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B24B 49/12 B24B 49/12 Fターム(参考) 3C034 AA13 AA17 AA19 BB93 CA02 CA05 CA22 CB03 3C058 AA05 AA09 AC02 BA01 BA14 BB02 BC02 CB03 CB04 DA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の表面に被膜した膜の表面を研磨する
    研磨装置であって、 平坦な水平面を有し、上下に光を通過する窓を有する平
    板、 前記平板の水平面上に研磨テープを送り出すテープ送出
    部、 前記平板の水平面上に送り出された前記研磨テープを巻
    き取るテープ巻取部、 前記基板を保持し、前記平板の水平面上の前記研磨テー
    プの表面に前記膜の表面を押し付ける保持具、 前記保持具を回転させる手段、及び前記平板の水平面上
    に送り出された前記研磨テープの表面に研磨液を供給す
    るノズル、から成り、 前記研磨テープが、前記研磨テープの厚み方向に光を透
    過する光透過領域を有し、 前記平板の水平面上に送り出された前記研磨テープの前
    記光透過領域が、前記平板の前記窓上に連続的又は間欠
    的に位置し、 前記膜の表面が、前記平板の前記窓の上方に位置するよ
    うに、前記平板の水平面上の前記研磨テープの表面に押
    し付けられ、 当該研磨装置が、 前記平板よりも下方に配置され、前記平板の前記窓と前
    記研磨テープの前記光透過領域とを通じて、前記膜の表
    面に向けて光を放射し、前記基板の表面からの反射光
    と、前記膜の表面からの反射光とを受光して、前記膜の
    厚さを連続的又は間欠的に検出する干渉計、からさらに
    成る研磨装置。
  2. 【請求項2】請求項1の研磨装置に使用される研磨テー
    プであって、 光を透過するプラスチックテープ、及び当該研磨テープ
    の厚み方向に光を透過する前記光透過領域が形成される
    ように、前記プラスチックテープの表面に形成される研
    磨層、 から成る研磨テープ。
  3. 【請求項3】前記光透過領域の平面形状が、直線形状、
    曲線形状又はこれら形状を組み合わせた形状から選択さ
    れる、請求項2の研磨テープ。
  4. 【請求項4】前記研磨層が、砥粒を樹脂バインダーで固
    定した砥粒固定層、前記プラスチックテープの表面に植
    毛した植毛層又は前記プラスチックテープの表面に形成
    した発泡層から選択される、請求項2の研磨テープ。
  5. 【請求項5】請求項1の研磨装置を使用して、前記膜の
    表面を研磨する方法であって、 前記研磨テープの前記光透過領域を、前記平板の前記窓
    上に連続的又は間欠的に位置させる工程、 前記研磨テープの表面に前記研磨液を供給する工程、 前記膜の表面が、前記平板の前記窓の上方に位置するよ
    うに、前記保持具に保持した前記基板の前記膜の表面を
    前記平板の水平面上の前記研磨テープの表面に押し付
    け、前記保持具を回転する工程、及び前記平板の前記窓
    と前記研磨テープの前記光透過領域とを通じて、前記干
    渉計から前記膜の表面に向けて光を放射し、前記基板の
    表面からの反射光と、前記膜の表面からの反射光とを前
    記干渉計で受光して、前記膜の厚さを連続的又は間欠的
    に検出する工程、から成る方法。
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