JP2005057086A - Device and method for loading semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はシリコンウェーハなどの半導体ウェーハをチャックに吸着させてローディングするローディング装置およびローディング方法に関し、特に枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドに半導体ウェーハをローディングする場合に適用して好適な装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a loading apparatus and a loading method for adsorbing and loading a semiconductor wafer such as a silicon wafer on a chuck, and more particularly to an apparatus and method suitable for loading a semiconductor wafer onto a polishing head of a single wafer type polishing apparatus. It is about.
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハを製造する工程の1つに、半導体ウェーハの表面を鏡面状に研磨する研磨工程がある。 One of the processes for manufacturing a semiconductor wafer such as a silicon wafer is a polishing process for polishing the surface of the semiconductor wafer into a mirror surface.
研磨工程では、研磨装置により半導体ウェーハの表面が研磨される。 In the polishing step, the surface of the semiconductor wafer is polished by a polishing apparatus.
研磨装置には、1つの研磨ヘッドで複数枚の半導体ウェーハを吸着して研磨を行うバッチ式の研磨装置と、1つの研磨ヘッドで1枚の半導体ウェーハを吸着して研磨を行う枚葉式の研磨装置とがある。 The polishing apparatus includes a batch type polishing apparatus that performs polishing by adsorbing a plurality of semiconductor wafers with one polishing head, and a single wafer type that performs polishing by adsorbing one semiconductor wafer with one polishing head. There is a polishing device.
枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドは、半導体ウェーハの直径と同一径のチャック(研磨プレート)を備えている。研磨ヘッドのチャックで半導体ウェーハを吸着し研磨ヘッドを定盤上の研磨クロスに押し当て研磨ヘッドと定盤とを相対的に逆回転させることにより半導体ウェーハの表面が研磨される。 A polishing head of a single wafer polishing apparatus includes a chuck (polishing plate) having the same diameter as that of the semiconductor wafer. The surface of the semiconductor wafer is polished by adsorbing the semiconductor wafer with the chuck of the polishing head, pressing the polishing head against the polishing cloth on the surface plate, and rotating the polishing head and the surface plate relatively reversely.
研磨装置には、前工程から搬入されてきた半導体ウェーハを研磨ヘッドのチャックに吸着させてローディングするローディング機構が備えられている。 The polishing apparatus is provided with a loading mechanism for loading the semiconductor wafer carried from the previous process by adsorbing it to the chuck of the polishing head.
研磨工程は、複数の粗研磨工程と仕上げ研磨工程とからなり、半導体ウェーハの表面が段階的に研磨される。このため研磨装置には、粗研磨を行うステージと仕上げ研磨を行うステージとが備えられている。 The polishing process includes a plurality of rough polishing processes and a final polishing process, and the surface of the semiconductor wafer is polished stepwise. For this reason, the polishing apparatus includes a stage for performing rough polishing and a stage for performing final polishing.
ローディング機構により研磨ヘッドにローディングされた半導体ウェーハは、粗研磨用のステージに送られて粗研磨が行われ、つぎに仕上げ研磨用のステージに送られて仕上げ研磨が行われる。 The semiconductor wafer loaded on the polishing head by the loading mechanism is sent to a rough polishing stage for rough polishing, and then sent to a final polishing stage for final polishing.
各ステージでは、研磨ヘッドに上方から荷重がかけられて半導体ウェーハは研磨クロスの表面に押し当てられつつ研磨される。研磨の際には研磨クロス上の半導体ウェーハの接触面に砥粒液(スラリ)が流される。研磨クロスは弾性があるため半導体ウェーハの表面のうちチャックの外周側に相当する部位で、「面ダレ」と呼ばれる半導体ウェーハの平坦度を損なう品質上の不具合が発生する。 In each stage, a load is applied to the polishing head from above, and the semiconductor wafer is polished while being pressed against the surface of the polishing cloth. During polishing, an abrasive liquid (slurry) is flowed to the contact surface of the semiconductor wafer on the polishing cloth. Since the polishing cloth is elastic, a quality defect that impairs the flatness of the semiconductor wafer called “surface sagging” occurs at a portion corresponding to the outer peripheral side of the chuck on the surface of the semiconductor wafer.
ここで面ダレとは、半導体ウェーハの縁にRがつくとともに、半導体ウェーハの外周側の面が傾いて削れてしまい半導体ウェーハの平坦度が損なわれることである。 Here, “sagging” means that the edge of the semiconductor wafer is rounded, and the surface on the outer peripheral side of the semiconductor wafer is tilted and scraped, and the flatness of the semiconductor wafer is impaired.
図4(a)は枚葉式の研磨ヘッドのチャック11によって半導体ウェーハ30が吸着される様子を示す。
FIG. 4A shows a state where the
面ダレを防止するために、枚葉式の研磨ヘッドのチャック11の外周には、チャック11の側面から所定距離離間されて環状に形成されたリテーナ12が設けられている。半導体ウェーハ30が研磨クロスに押し付けられた際に、リテーナ12も同時に研磨クロスに押し付けられて、上記面ダレが防止される。
In order to prevent surface sagging, a
このためリテーナ12はその下面が、チャック11に吸着された半導体ウェーハ30の下面と同位置となるように配置されている。
For this reason, the
ここで粗研磨用のステージで用いられる砥粒液と仕上げ研磨用のステージで用いられる砥粒液とはその成分が異なる。粗研磨用のステージで用いられる砥粒液は半導体ウェーハの表面で凝集しやすいものが使用され、仕上げ用のステージで用いられる砥粒液は半導体ウェーハの表面で凝集しにくいものが用いられる。粗研磨用のステージで用いられる砥粒液が、仕上げ研磨用のステージに運ばれると、半導体ウェーハの表面で凝集してしまい半導体ウェーハの表面に仕上げ研磨の品質に影響を与えるキズがつくおそれがある。このため仕上げ研磨の目的を達成できなくなる。 Here, the components of the abrasive liquid used in the stage for rough polishing and the abrasive liquid used in the stage for final polishing are different. As the abrasive liquid used in the stage for rough polishing, one that easily aggregates on the surface of the semiconductor wafer is used, and as the abrasive liquid used in the stage for finishing, one that does not easily aggregate on the surface of the semiconductor wafer is used. If the abrasive liquid used in the stage for rough polishing is transported to the stage for final polishing, it may agglomerate on the surface of the semiconductor wafer and scratch the surface of the semiconductor wafer, affecting the quality of the final polishing. is there. For this reason, the purpose of finish polishing cannot be achieved.
粗研磨用のステージで粗研磨が行われると、図4(a)に示すように、チャック11に吸着された半導体ウェーハ30とリテーナ12との隙間40に粗研磨用の砥粒液が溜まってしまう。研磨ヘッドは、リテーナ12の下面がチャック11に吸着された半導体ウェーハ30の下面と同位置となったままで粗研磨用のステージから仕上げ研磨用のステージに送られる。このため粗研磨用の砥粒液は上記隙間40に溜められた状態で、仕上げ研磨用のステージに送られることになり、この状態で仕上げ研磨用のステージで半導体ウェーハを仕上げ研磨を行うと、粗研磨用の砥粒液によって半導体ウェーハの表面にキズがつくおそれがあった。
When rough polishing is performed on the stage for rough polishing, as shown in FIG. 4A, the abrasive liquid for rough polishing accumulates in the gap 40 between the semiconductor wafer 30 adsorbed by the chuck 11 and the
そこで本発明者らは、チャック11に対してリテーナ12を相対的に上方に移動させることにより粗研磨用の砥粒液を上記隙間40から排出させて、仕上げ研磨用のステージに粗研磨用の砥粒液を持ち込ませないようにする発明を既に特許出願している(特願2002−282549号)。なおこの出願は未公開であり公知技術とはなっていない。
Therefore, the present inventors move the
ところで、近年、1枚の半導体ウェーハから、より多くのチップを切り出したいとの要請がある。この要請にこたえるためには半導体ウェーハの縁(側面)に近い外周部においても歩留まりよくチップを切り出す必要があり、外周部も内周部と同等レベルの平坦度が要求されている。 By the way, in recent years, there is a demand for cutting out more chips from one semiconductor wafer. In order to meet this demand, it is necessary to cut chips with a high yield even at the outer peripheral portion near the edge (side surface) of the semiconductor wafer, and the outer peripheral portion is required to have the same level of flatness as the inner peripheral portion.
図4(a)は、チャック11の各部の径φD1、D2、D3を示し、半導体ウェーハ30の各部の径φD4、D5を示し、環状に形成されたリテーナ12の内径φD6を示している。
FIG. 4A shows the diameters φD1, D2 and D3 of each part of the chuck 11, the diameters φD4 and D5 of each part of the
チャック11の直径はφD3であり、チャック11の下面(半導体ウェーハ吸着面)には、内径をφD1とし外径をφD2とする(D2−D1)/2なる幅のシール部11dがチャック11の周方向に沿って形成されている。チャック11の下面にあってシール部11dの内側には、複数のピン11fと溝11eが形成されている。溝11eには真空引きを行うための孔が形成されている。半導体ウェーハ30の外周部の平坦度を向上させるにはシール部11dをできる限りチャック11の外周に配置することが望ましい。
The chuck 11 has a diameter of φD 3, and a seal portion 11 d having a width of (
半導体ウェーハ30の直径はφD5であり、面取りされていない部分の直径がφD4である。このため面取り部30aの直径方向の長さは、(D5−D4)/2となる。
The diameter of the
チャック11に吸着された半導体ウェーハ30とリテーナ12との間の隙間40の大きさは、(D6−D5)/2で表される。
The size of the gap 40 between the
チャック11が半導体ウェーハ30を吸着した際にはチャック11の中心と半導体ウェーハ30の中心とが一致していることが望ましい。
When the chuck 11 sucks the semiconductor wafer 30, it is desirable that the center of the chuck 11 and the center of the
チャック11の中心と半導体ウェーハ30の中心とがずれてしまうと、隙間40の大きさが周方向で不均一になりリテーナ12による面ダレ防止効果が周方向でばらつく。このため半導体ウェーハ30の外周部の平坦度がばらつく。
If the center of the chuck 11 and the center of the
またチャック11の中心と半導体ウェーハ30の中心とがずれてしまうと、半導体ウェーハ30の外周部で真空リークが生じ砥粒液が溝11eに吸い込まれてしまいディンプルが発生し半導体ウェーハ30の外周部の平坦度が悪化する。
If the center of the chuck 11 and the center of the
チャック11の中心に対する半導体ウェーハ30の中心のズレ許容量は、(D4−D1)/2で表される。このズレ許容量を超えた吸着位置ずれが発生すると、図4(b)に示すように、半導体ウェーハ30の面取り部30aが、溝11eに位置されてしまいチャック11の下面と半導体ウェーハ30との間に隙間Eができ真空リークや砥粒液の吸込みが発生する。
The allowable deviation of the center of the semiconductor wafer 30 with respect to the center of the chuck 11 is represented by (D4−D1) / 2. When the suction position deviation exceeding the allowable displacement occurs, the
チャック11の中心に対する半導体ウェーハ30の中心のずれを防止することに関して以下の従来技術がある。なお半導体ウェーハ30の中心をチャック11の中心に一致させる処理のことを「センタリング」と称する。
There are the following conventional techniques for preventing the deviation of the center of the semiconductor wafer 30 from the center of the chuck 11. The process of making the center of the
(従来技術1)
図5に示す研磨装置が既に市販されている。
(Prior art 1)
The polishing apparatus shown in FIG. 5 is already commercially available.
すなわち図5(a)に示すように、研磨装置は、チャック11が設けられた研磨ヘッドと、半導体ウェーハ30が載置されるトッププレート21と、半導体ウェーハ30の中心方向に移動することにより半導体ウェーハ30の側面に当接するセンタリングピン22とが設けられたローディング機構とからなる。
That is, as shown in FIG. 5A, the polishing apparatus moves the semiconductor head by moving the polishing head provided with the chuck 11, the
トッププレート21の中心軸21cとチャック11の中心軸11cとの芯ズレ量はdであるとする。
The amount of misalignment between the
図5(b)に示すようにセンタリングピン22が半導体ウェーハ30の中心方向Aに移動するとセンタリングピン22が半導体ウェーハ30の側面に当接する。これによりトッププレート21に対する半導体ウェーハ30のずれが補正される。
As shown in FIG. 5B, when the centering
つぎに図5(c)の矢印Bに示すようにチャック11が下降するとともに矢印Cに示すようにトッププレート21が上昇する。これによりチャック11の下面に半導体ウェーハ30の上面が接触する。この状態でチャック11の下面が真空引きされてチャック11に半導体ウェーハ30が吸着される。
Next, the chuck 11 is lowered as shown by an arrow B in FIG. 5C, and the
(従来技術2)
下記特許文献1、2には、リテーナ12を基準にして、半導体ウェーハ30の中心をチャック11の中心に一致させるセンタリングを行う技術が記載されている。特許文献1には、リテーナ外周を、ローディング機構側のガイドピンに嵌合させることによりセンタリングを行う技術が記載されている。特許文献2には、フローティング構造のリングをリテーナ下面外周部に嵌合させることでセンタリングを行う技術が記載されている。
The following
従来技術1によれば、トッププレート21に対する半導体ウェーハ30のずれは補正されるものの、チャック11の中心軸11cとトッププレート21の中心軸21cとの芯ズレ(芯ズレ量d)自体は補正されない。このためセンタリングには限界があり、チャック11が半導体ウェーハ30を吸着した際に、半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレは、ズレ許容量(図4(a))より大きくなることは避けられない。
According to the prior art 1, although the deviation of the
従来技術2は、リテーナ12を基準としてセンタリングするものである。しかしチャック11には取付誤差があり、リテーナ12にも取付誤差があるため半導体ウェーハ30のセンタリングの精度はこれらチャック11、リテーナ12の取付精度の影響を受ける。このため半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレは、ズレ許容量(図4(a))より大きくなることは避けられない。またチャック11、リテーナ12の取り付け部品の精度を高くして対応することも考えられるが、これは装置の製造コストの上昇を招く。
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハのチャックに対するズレがズレ許容量以下になるように精度よく吸着させて、半導体ウェーハの外周部の平坦度を向上させることを解決課題とするものである。またチャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングを行えるようにして装置の製造コストを低減させることを解決課題とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and it is a solution to improve the flatness of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer by accurately adsorbing the semiconductor wafer so that the deviation of the semiconductor wafer relative to the chuck is less than the allowable deviation. It is what. Another object of the present invention is to reduce the manufacturing cost of the apparatus by enabling centering without being affected by the mounting error of the chuck and the retainer.
第1発明は、
半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に接近するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、プレート上の半導体ウェーハを把持して当該半導体ウェーハをローディングするチャックとを備えた半導体ウェーハのローディング装置において、
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能に設けられたセンタリング部材と、
センタリング部材がプレート上の半導体ウェーハの側面に当接されることによって、プレートをセンタリング部材の移動方向に移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする。
The first invention is
A loading mechanism provided with a plate on which the semiconductor wafer is placed, a centering member that moves toward the side of the semiconductor wafer by moving in the center direction of the semiconductor wafer, and holds the semiconductor wafer on the plate to hold the semiconductor wafer In a semiconductor wafer loading apparatus comprising a chuck for loading
A centering member provided to be accessible to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
And a plate moving mechanism that moves the plate in the moving direction of the centering member by contacting the side surface of the semiconductor wafer on the plate with the centering member.
第2発明は、
半導体ウェーハが載置されるプレートと、半導体ウェーハの中心方向に移動することにより半導体ウェーハの側面に近接するセンタリング部材とが設けられたローディング機構と、プレート上の半導体ウェーハを把持して当該半導体ウェーハをローディングするチャックと、チャックの側面から所定距離離間されて配置されたリテーナとが設けられた研磨ヘッドとを備えた半導体ウェーハのローディング装置において、
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させるリテーナ移動機構と、
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能に設けられたセンタリング部材と、
センタリング部材がプレート上の半導体ウェーハの側面に当接することによって、プレートをセンタリング部材の移動方向に移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする。
The second invention is
A loading mechanism provided with a plate on which a semiconductor wafer is placed, and a centering member that moves in the direction of the center of the semiconductor wafer so as to be close to the side surface of the semiconductor wafer; In a semiconductor wafer loading apparatus comprising: a chuck for loading a wafer; and a polishing head provided with a retainer disposed at a predetermined distance from a side surface of the chuck.
A retainer moving mechanism for moving the retainer relative to the chuck so that the centering member can approach the side surface of the chuck;
A centering member provided to be accessible to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
And a plate moving mechanism for moving the plate in the moving direction of the centering member by contacting the side surface of the semiconductor wafer on the plate with the centering member.
第3発明は、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
センタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させてセンタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
センタリング部材をプレート上の半導体ウェーハの側面に当接させることによってプレートをセンタリング部材の移動方向に移動させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含むことを特徴とする。
The third invention is
In the semiconductor wafer loading method of loading the semiconductor wafer by gripping the semiconductor wafer on the plate with a chuck,
Moving the chuck relative to the plate to a position where the chuck can grip the semiconductor wafer; and
Moving the centering member toward the center of the semiconductor wafer to bring the centering member into close proximity to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Moving the plate in the direction of movement of the centering member by bringing the centering member into contact with the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
And holding the semiconductor wafer on the plate with a chuck and loading the semiconductor wafer.
第4発明は、
プレート上の半導体ウェーハを研磨ヘッドのチャックで把持することにより半導体ウェーハのローディングを行う半導体ウェーハのローディング方法において、
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させる工程と、
チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
センタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させてセンタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
センタリング部材をプレート上の半導体ウェーハの側面に当接させることによってプレートをセンタリング部材の移動方向に移動させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含むことを特徴とする。
The fourth invention is
In the semiconductor wafer loading method of loading the semiconductor wafer by gripping the semiconductor wafer on the plate with the chuck of the polishing head,
Moving the retainer relative to the chuck so that the centering member can approach the side surface of the chuck;
Moving the chuck relative to the plate to a position where the chuck can grip the semiconductor wafer; and
Moving the centering member toward the center of the semiconductor wafer to bring the centering member into close proximity to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Moving the plate in the direction of movement of the centering member by bringing the centering member into contact with the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
And holding the semiconductor wafer on the plate with a chuck and loading the semiconductor wafer.
第2発明のローディング装置、第4発明のローディング方法では以下のようにして半導体ウェーハ30のローディングが行われる。
In the loading apparatus of the second invention and the loading method of the fourth invention, the
まず図3の搬入装置7によって未研磨の半導体ウェーハ30が図1に示すローディング機構20のトッププレート21上に載置される。
First, the
このときの状態を図2(a)に示す。ここでチャック11の中心軸11cとトッププレート21の中心軸21cとの間には芯ズレ量dの芯ズレがあるものと仮定する。リテーナ移動機構により、リテーナ12はチャック11に対して相対的に上方に位置されており、チャック11の下面とリテーナ12の下面との距離はf2となっている。
The state at this time is shown in FIG. Here, it is assumed that there is a misalignment of a misalignment amount d between the
つぎに、研磨ヘッド用シリンダが駆動され、図2(b)の矢印Bに示すように、研磨ヘッド10が下降する。
Next, the polishing head cylinder is driven, and the polishing
つぎに図2(c)に示すように、6本のセンタリングピン22が同時にトッププレート21上の半導体ウェーハ30の中心方向Aに移動する。
Next, as shown in FIG. 2C, the six centering
つぎに、シリンダ23が駆動されトッププレート21が上昇する。このようにしてチャック11が、トッププレート21上の半導体ウェーハ30を吸着できる位置まで、トッププレート21に対して相対的に下方に移動される。このとき半導体ウェーハ30の上面とセンタリングピン22の上端との距離はf1になっている。
Next, the cylinder 23 is driven and the
f2>f1なる関係が成立しているため、センタリングピン22はリテーナ12に干渉することなくトッププレート21上の半導体ウェーハ30の側面とチャック12の側面の両方に接近することができる。
Since the relationship f2> f1 is established, the centering
センタリングピン22はチャック11の側面に接近して、センタリングピン22はチャック11の直径(最接近距離D5+α(半導体ウェーハ30の直径+α))に応じた位置で停止する。
The centering
チャック11の中心軸11cとトッププレート21の中心軸21cとの間には芯ズレがあるため、センタリングピン22はチャック11の側面に当接する。センタリングピン22がチャック11の側面に当接すると、以後センタリングピン22が停止するまで、トッププレート21は上ベース26とともにセンタリングピン22の移動方向に移動する。このためセンタリングピン22がチャック11の直径(最接近距離D5+α(半導体ウェーハ30の直径+α))に応じた位置で停止したとき、トッププレート21の中心軸21cはチャック11の中心軸11cにほぼ一致し、芯ズレ量dをほぼ零にすることができる。
Since there is a misalignment between the
トッププレート21の中心軸21cはチャック11の中心軸11cに一致し、芯ズレ量が零になった状態で、真空ポンプが駆動されチャック11に半導体ウェーハ30が吸着される。このため、半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレを図4(a)に示すズレ許容量((D4−D1)/2)以下にすることができる。
The
研磨ヘッド10に半導体ウェーハ30がローディングされると、シリンダ23が駆動されてトップリング21が元の退避位置まで下降する。またセンタリングピン22が元の退避位置まで移動する。
When the
本発明によれば、チャック11を基準にしてセンタリングを行うようにしたので、チャック11に半導体ウェーハ30を精度よく吸着させることができ、半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレをズレ許容量((D4−D1)/2)以下にすることができる。このため半導体ウェーハ30の外周部の平坦度が向上する。また本実施形態によれば、チャック11を基準にしてセンタリングが行われるので、チャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングが行われる。このため取付け部品の精度を低いレベルに許容でき、装置の製造コストを低減させることができる。
According to the present invention, since the centering is performed with reference to the chuck 11, the
第1発明のローディング装置、第3発明のローディング方法では、リテーナ12が省略されるとともに、リテーナ移動機構によりリテーナ12をチャック11に対して相対的に上方に位置させておく処理が省略される。
In the loading device of the first invention and the loading method of the third invention, the
以下図面を参照して本発明に係る半導体ウェーハのローディング装置およびローディング方法の実施の形態について説明する。 Embodiments of a semiconductor wafer loading apparatus and loading method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下の説明では半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを想定する。 In the following description, a silicon wafer is assumed as a semiconductor wafer.
図3は実施形態の枚葉式の研磨装置1の全体構成を示している。同図3は研磨装置1を上面からみた図である。 FIG. 3 shows the overall configuration of the single wafer polishing apparatus 1 of the embodiment. FIG. 3 is a view of the polishing apparatus 1 as viewed from above.
研磨装置1は、ロード・アンロードステージ2と、第1ステージ3と、第2ステージ4と、第3ステージ5と、研磨ヘッド支持部6と、搬入装置7と、搬出装置8とから構成されている。
The polishing apparatus 1 includes a load / unload
第1ステージ3、第2ステージ4、第3ステージ5にはそれぞれ、研磨クロスが上面に貼着された定盤9が備えられている。第1ステージ3と、第2ステージ4は、半導体ウェーハ30の表面を粗研磨する粗研磨工程が行われるステージであり、第3ステージ5は、半導体ウェーハ30の表面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程が行われるステージである。
Each of the first stage 3, the second stage 4, and the third stage 5 is provided with a
搬入装置7は、前工程(エッチング工程)における処理が終了した半導体ウェーハ30をロード・アンロードステージ2に搬入する。搬出装置8は、研磨装置1における研磨処理が終了しロード・アンロードステージ2でアンロードされた半導体ウェーハ30をつぎの工程(洗浄工程)に搬出する。
The carry-in device 7 carries in the load / unload
研磨ヘッド支持部6は、1つのステージあたりに2つの研磨ヘッド10が順次配置されるように、研磨ヘッド10を、矢印に示す方向に回転自在に支持している。1つの研磨ヘッド10あたりに1枚の半導体ウェーハ30が吸着される。
The polishing head support 6 supports the polishing
ロード・アンロードステージ2は、搬入装置7によって搬入された半導体ウェーハ30を研磨ヘッド10に吸着させる処理(ローディング)を行うとともに、研磨処理が終了した半導体ウェーハ10を研磨ヘッド10から着脱する処理(アンローディング)を行うステージである。ロード・アンロードステージ2には、 図1(a)に示すローディング機構20(アンローディング機構)が設けられている。
The loading /
図1(a)は、ロード・アンロードステージ2における研磨ヘッド10と、ローディング機構20とを側面からみた図である。研磨ヘッド10と、ローディング機構20とで本実施形態のローディング装置が構成される。
FIG. 1A is a side view of the polishing
すなわち同図1(a)に示すように、ローディング機構20には、半導体ウェーハ30よりも小さな径を有し半導体ウェーハ30が載置されるトッププレート21と、半導体ウェーハ30の中心方向Aに移動自在でトッププレート21上の半導体ウェーハ30の側面に近接可能な6本のセンタリングピン22が、トッププレート21の周方向に等間隔に配置されている。トッププレート21上の半導体ウェーハ30とセンタリングピン22との位置関係を上面からみた図は、図1(b)に示される。
That is, as shown in FIG. 1A, the loading mechanism 20 has a smaller diameter than the
センタリングピン22が半導体ウェーハ30に最も近づいたときの半導体ウェーハ直径方向の両ピン間距離D7は、半導体ウェーハ30の直径D5にαを加えた距離D5+αに設定されている。センタリングピン22は、上ベース26にスライド自在に設けられている。
The distance D7 between the pins in the diameter direction of the semiconductor wafer when the centering
トッププレート21の上部には、凹部状のフロート室21aが形成されている。フロート室21aには水路27が連通している。水路27を介してフロート室21aに水が供給される。このためトッププレート21上に半導体ウェーハ30に載置された際に、フロート室21aに供給された水は半導体ウェーハ30とトッププレート21との隙間を介して外部に流出し、半導体ウェーハ30をフロート状態で支持する。
A concave float chamber 21 a is formed on the
トッププレート21は図中上下方向に移動自在に上ベース26に設けられている。シリンダ23のロッドはトッププレート21に機械的に接続している。シリンダ23が駆動するとそのロッドは上下方向に移動しトッププレート21が上下方向に移動する。
The
上ベース26は、ガイド部材24を介して下ベース25に水平方向(図に対して垂直な平面)に移動可能に設けられている。ガイド部材24としては、エアフロート、ボールガイドなどを使用することができる。下ベース25は地面に固定されている。上ベース26、ガイド部材24、下ベース25が本実施形態のプレート移動機構を構成している。 The upper base 26 is provided on the lower base 25 via the guide member 24 so as to be movable in the horizontal direction (a plane perpendicular to the drawing). As the guide member 24, an air float, a ball guide, or the like can be used. The lower base 25 is fixed to the ground. The upper base 26, the guide member 24, and the lower base 25 constitute the plate moving mechanism of this embodiment.
このためセンタリングピン22が、チャック11の側面に当接すると以後センタリングピン22が停止するまで、トッププレート21は上ベース26とともにセンタリングピン22の移動方向に移動する。
For this reason, when the centering
トッププレート21がシリンダ23により上昇されている状態で、センタリングピン22は、その上端がトッププレート21上の半導体ウェーハ30の上面よりも上方に位置されるように配置されている。トッププレート21上の半導体ウェーハ30の上面からセンタリングピン22の上端までの距離をf1とする。
In the state where the
一方、研磨ヘッド10には、半導体ウェーハ30の直径D5と同一若しくはほぼ同一の直径D3を有するチャック11が設けられている。チャック11は、図4(a)で説明したように、その下面であるウェーハ吸着面に、シール部11d、複数のピン11f、複数の溝11eが形成されている。溝11eには真空引きを行うための孔が形成されている。図示しない真空ポンプの吸込み口は上記溝11aに形成された孔に連通している。真空ポンプが駆動されると、チャック11の溝11eに形成された孔を介して真空引きがなされ、チャック11の下面で半導体ウェーハ30を吸着(把持)することができる。
On the other hand, the polishing
チャック11の外周には、チャック11の側面から所定距離離間されて、円環状のリテーナ12が設けられている。図示しないリテーナ移動機構によって、リテーナ12はチャック11に対して相対的に上下方向に移動する。リテーナ移動機構は、本出願人の先願(特願2002−282549号)に記載された構成のものを使用することができる。
An
リテーナ移動機構により、リテーナ12は、その下面がチャック11の下面よりも上方に所定距離f2だけ移動することができる。この距離f2と上述した距離f1との間には、f2>f1なる関係が成立している。なおリテーナ移動機構としては、リテーナ12をチャック11に対して相対的に上方に位置させ得るものであればよく、リテーナ12を上昇させる機構であってもよくチャック11を下降させる機構であってもよい。
The retainer moving mechanism allows the
研磨ヘッド10は図示しない研磨ヘッド用シリンダによって上下方向に移動することができる。
The polishing
つぎに実施形態の装置の動作について図2を併せ参照して説明する。 Next, the operation of the apparatus of the embodiment will be described with reference to FIG.
まず図3の搬入装置7によって未研磨の半導体ウェーハ30が図1に示すローディング機構20のトッププレート21上に載置される。
First, the
このときの状態を図2(a)に示す。ここでチャック11の中心軸11cとトッププレート21の中心軸21cとの間には芯ズレ量dの芯ズレがあるものと仮定する。リテーナ移動機構により、リテーナ12はチャック11に対して相対的に上方に位置されており、チャック11の下面とリテーナ12の下面との距離はf2となっている。
The state at this time is shown in FIG. Here, it is assumed that there is a misalignment of a misalignment amount d between the
つぎに、研磨ヘッド用シリンダが駆動され、図2(b)の矢印Bに示すように、研磨ヘッド10が下降する。
Next, the polishing head cylinder is driven, and the polishing
つぎに図2(c)に示すように、6本のセンタリングピン22が同時にトッププレート21上の半導体ウェーハ30の中心方向Aに移動する。
Next, as shown in FIG. 2C, the six centering
つぎに、シリンダ23が駆動されトッププレート21が上昇する。このようにしてチャック11が、トッププレート21上の半導体ウェーハ30を吸着できる位置まで、トッププレート21に対して相対的に下方に移動される。このとき半導体ウェーハ30の上面とセンタリングピン22の上端との距離はf1になっている。
Next, the cylinder 23 is driven and the
上述したようにf2>f1なる関係が成立しているため、センタリングピン22はリテーナ12に干渉することなくトッププレート21上の半導体ウェーハ30の側面とチャック12の側面の両方に接近することができる。
Since the relationship f2> f1 is established as described above, the centering
センタリングピン22はチャック11の側面に接近して、センタリングピン22はチャック11の直径(最接近距離D5+α(半導体ウェーハ30の直径+α))に応じた位置で停止する。
The centering
チャック11の中心軸11cとトッププレート21の中心軸21cとの間には芯ズレがあるため、センタリングピン22はチャック11の側面に当接する。センタリングピン22がチャック11の側面に当接すると、以後センタリングピン22が停止するまで、トッププレート21は上ベース26とともにセンタリングピン22の移動方向に移動する。このためセンタリングピン22がチャック11の直径(最接近距離D5+α(半導体ウェーハ30の直径+α))に応じた位置で停止したとき、トッププレート21の中心軸21cはチャック11の中心軸11cにほぼ一致し、芯ズレ量dをほぼ零にすることができる。上述したようにセンタリングピン22の最近接時のウェーハ直径方向両ピン間距離D7は、半導体ウェーハ30の直径D5にαを加えた距離D5+αに設定されている。このためセンタリング精度を±αにすることができる。
Since there is a misalignment between the
なお、トッププレート21のフロート室21aには水が満たされているため、センタリングピン22が半導体ウェーハ30が側面に当接して半導体ウェーハ30が動く際に半導体ウェーハ30にキズが付くことが防止される。
Since the float chamber 21a of the
トッププレート21の中心軸21cはチャック11の中心軸11cに一致し、芯ズレ量が零になった状態で、真空ポンプが駆動されチャック11に半導体ウェーハ30が吸着される。このため、半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレを図4(a)で説明したズレ許容量((D4−D1)/2)以下にすることができる。
The
このようにして研磨ヘッド10に半導体ウェーハ30がローディングされると、シリンダ23が駆動されてトップリング21が元の退避位置まで下降する。またセンタリングピン22が元の退避位置まで移動する。
When the
つぎに図3に示す研磨ヘッド支持部6が回転し、半導体ウェーハ30をローディングした研磨ヘッド10が、第1ステージ3、第2ステージ4、第3ステージ5に順次送られ、各ステージで半導体ウェーハ30の粗研磨、仕上げ研磨が行われる。
Next, the polishing head support portion 6 shown in FIG. 3 is rotated, and the polishing
各ステージ3、4、5では、研磨ヘッド用シリンダが駆動され研磨ヘッド10が下方に移動される。研磨ヘッド10に上方から荷重がかけられて半導体ウェーハ30は定盤9上の研磨クロスの表面に押し当てられつつ研磨される。研磨の際には研磨クロス上の半導体ウェーハの接触面に砥粒液(スラリ)が流される。
In each stage 3, 4, 5, the polishing head cylinder is driven and the polishing
粗研磨を行う際には、リテーナ移動機構によってリテーナ12がチャック11に対して相対的に下方に移動され、リテーナ12の下面が、チャック11に吸着された半導体ウェーハ30の下面と同位置にされる。
When rough polishing is performed, the
これにより半導体ウェーハ30が研磨クロスに押し付けられた際に、リテーナ12も同時に研磨クロスに押し付けられて、面ダレが防止される。
As a result, when the
粗研磨用の第1、第2のステージ3、4で粗研磨が行われ、つぎの仕上げ用の第3のステージ5に研磨ヘッド10を送る際には、リテーナ移動機構によってリテーナ12がチャック11に対して相対的に上方に移動され、リテーナ12の下面が、チャック11に吸着された半導体ウェーハ30の下面よりも上方に位置される。これにより仕上げ研磨用の第3ステージ5に研磨ヘッド10を送る途中で、チャック11に吸着された半導体ウェーハ30とリテーナ12との隙間40(図4(a))に溜まっていた粗研磨用の砥粒液が排出される。
When the rough polishing is performed in the first and second stages 3 and 4 for rough polishing, and the polishing
仕上げ研磨用の第3ステージ5では、粗研磨用の砥粒液が持ち込まれることなく半導体ウェーハ30の表面が研磨されるので半導体ウェーハ30の表面にキズがつくことなく高品質で仕上げ研磨される。
In the third stage 5 for final polishing, since the surface of the
つぎに図3に示す研磨ヘッド支持部6が更に回転し、仕上げ研磨が終了した半導体ウェーハ30を把持した研磨ヘッド10が、ロード・アンロードステージ2に送られる。真空ポンプの駆動が停止され研磨ヘッド10のチャック11から半導体ウェーハ30が脱着される。チャック11から脱着された半導体ウェーハ30は、図1(a)に示すローディング機構20のトッププレート21上に落下する。ここでトッププレート21のフロート室21aには水が満たされているため、半導体ウェーハ30がトッププレート21上に落下した際に半導体ウェーハ30にキズが付くことが防止される。このようにして半導体ウェーハ30がアンローディングされると、図3に示す搬出装置8によって、トッププレート21から半導体ウェーハ30が取り出され、半導体ウェーハ30がつぎの工程(洗浄工程)に搬出される。
Next, the polishing head support portion 6 shown in FIG. 3 further rotates, and the polishing
以上説明したように本実施形態によれば、チャック11を基準にしてセンタリングを行うようにしたので、チャック11に半導体ウェーハ30を精度よく吸着させることができ、半導体ウェーハ30のチャック11に対するズレをズレ許容量((D4−D1)/2)以下にすることができる。このため半導体ウェーハ30の外周部の平坦度が向上する。また本実施形態によれば、チャック11を基準にしてセンタリングが行われるので、チャックやリテーナの取付誤差の影響を受けることなくセンタリングが行われる。このため取付け部品の精度を低いレベルに許容でき、装置の製造コストを低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the centering is performed with reference to the chuck 11, the
なお実施形態では、リテーナ12が設けられた研磨ヘッド10を想定しているが、本発明はリテーナ12が設けられていない研磨ヘッドにも適用することができる。この場合、リテーナ12をチャック11に対して相対的に上方に位置させるリテーナ移動機構は不要となり、図2(a)に示される、リテーナ12をチャック11よりも上方に位置させておく処理は不要となる。
In the embodiment, the polishing
なお実施形態では、半導体ウェーハ30をセンタリングするためにセンタリングピン22を使用しているが、半導体ウェーハ30の側面に当接でき少なくとも半導体ウェーハ30の直径方向の両側より中心方向に向かって移動できる部材であればよく、ピン以外の部材、たとえば円弧状の部材を用いる実施も可能である。
In the embodiment, the centering
また実施形態では、チャック11が半導体ウェーハ30を、真空引きという手段で吸着する場合を想定して説明したが、チャック11が半導体ウェーハ30を吸着する手段は任意のものを使用することができる。たとえばセラミックを材質とするチャック11の表面にスエード状のパッドを貼着し、このパッドを水で濡らした状態にして半導体ウェーハ30を吸着してもよい。またチャック11が半導体ウェーハ30を把持することができればよく、吸着以外の方法を用いて半導体ウェーハ30を把持してもよい。
In the embodiment, the case where the chuck 11 sucks the
10 研磨ヘッド
11 チャック
12 リテーナ
20 ローディング機構
21 トッププレート
22 センタリングピン
30 半導体ウェーハ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能に設けられたセンタリング部材と、
センタリング部材がプレート上の半導体ウェーハの側面に当接されることによって、プレートをセンタリング部材の移動方向に移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする半導体ウェーハのローディング装置。 A loading mechanism provided with a plate on which the semiconductor wafer is placed, a centering member that moves toward the side of the semiconductor wafer by moving in the center direction of the semiconductor wafer, and holds the semiconductor wafer on the plate to hold the semiconductor wafer In a semiconductor wafer loading apparatus comprising a chuck for loading
A centering member provided to be accessible to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
A semiconductor wafer loading device comprising: a plate moving mechanism that moves the plate in the moving direction of the centering member by contacting the side surface of the semiconductor wafer on the plate with the centering member.
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させるリテーナ移動機構と、
チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に接近可能に設けられたセンタリング部材と、
センタリング部材がプレート上の半導体ウェーハの側面に当接することによって、プレートをセンタリング部材の移動方向に移動させるプレート移動機構と
を備えたことを特徴とする半導体ウェーハのローディング装置。 A loading mechanism provided with a plate on which a semiconductor wafer is placed, and a centering member that moves in the direction of the center of the semiconductor wafer so as to be close to the side surface of the semiconductor wafer; In a semiconductor wafer loading apparatus comprising: a chuck for loading a wafer; and a polishing head provided with a retainer disposed at a predetermined distance from a side surface of the chuck.
A retainer moving mechanism for moving the retainer relative to the chuck so that the centering member can approach the side surface of the chuck;
A centering member provided to be accessible to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
A semiconductor wafer loading device, comprising: a plate moving mechanism that moves the plate in a moving direction of the centering member when the centering member abuts against a side surface of the semiconductor wafer on the plate.
チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
センタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させてセンタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
センタリング部材をプレート上の半導体ウェーハの側面に当接させることによってプレートをセンタリング部材の移動方向に移動させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含む半導体ウェーハのローディング方法。 In the semiconductor wafer loading method of loading the semiconductor wafer by gripping the semiconductor wafer on the plate with a chuck,
Moving the chuck relative to the plate to a position where the chuck can grip the semiconductor wafer; and
Moving the centering member toward the center of the semiconductor wafer to bring the centering member into close proximity to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Moving the plate in the direction of movement of the centering member by bringing the centering member into contact with the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Loading a semiconductor wafer by holding the semiconductor wafer on a plate with a chuck.
センタリング部材がチャックの側面に接近できるように、チャックに対してリテーナを相対移動させる工程と、
チャックが半導体ウェーハを把持できる位置までチャックをプレートに対して相対移動させる工程と、
センタリング部材を半導体ウェーハの中心方向に移動させてセンタリング部材を、チャックの側面とプレート上の半導体ウェーハの側面の両方に近接させる工程と、
センタリング部材をプレート上の半導体ウェーハの側面に当接させることによってプレートをセンタリング部材の移動方向に移動させる工程と、
プレート上の半導体ウェーハをチャックで把持して半導体ウェーハをローディングする工程と
を含む半導体ウェーハのローディング方法。
In the semiconductor wafer loading method of loading the semiconductor wafer by gripping the semiconductor wafer on the plate with the chuck of the polishing head,
Moving the retainer relative to the chuck so that the centering member can approach the side surface of the chuck;
Moving the chuck relative to the plate to a position where the chuck can grip the semiconductor wafer; and
Moving the centering member toward the center of the semiconductor wafer to bring the centering member into close proximity to both the side surface of the chuck and the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Moving the plate in the direction of movement of the centering member by bringing the centering member into contact with the side surface of the semiconductor wafer on the plate;
Loading a semiconductor wafer by holding the semiconductor wafer on a plate with a chuck.
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