JP2006324498A - Throwaway polishing pad plate - Google Patents
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Description
本発明は、CMP研磨装置に使用される使い捨て研磨パッドプレートに関するものである。 The present invention relates to a disposable polishing pad plate used in a CMP polishing apparatus.
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体製造プロセスの工程は、増加し複雑になってきている。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必ずしも平坦ではなくなってきている。半導体デバイスの表面に於ける段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗の増大などを招き、断線や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつながる。 As the semiconductor integrated circuit is highly integrated and miniaturized, the steps of the semiconductor manufacturing process are increasing and complicated. Accordingly, the surface of the semiconductor device is not necessarily flat. The presence of a step on the surface of the semiconductor device leads to a disconnection of wiring, an increase in local resistance, etc., leading to disconnection and a decrease in electric capacity. Insulating films also lead to breakdown voltage degradation and leakage.
このような半導体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical PolishingまたはChemical Mechanical Planarization、以下ではCMPと称す)技術が広く行われている。現在、CMP技術はウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。 As a method for planarizing the surface of such a semiconductor device, a chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing or Chemical Mechanical Planarization, hereinafter referred to as CMP) technique is widely used. Currently, CMP technology is the only method that can planarize the entire surface of a wafer.
CMPはウエハの鏡面研磨法を基に発展しており、図5に示すようなCMP装置を用いて行われている。図5において、21は研磨対象物であるウエハ22を保持しながら回転を与えるウエハホルダであり回転駆動機構23を有している。このウエハホルダ21に対面して研磨パッド24が貼り付けられた回転プラテン25及びその回転駆動機構26があり、これら研磨パッド24、回転プラテン25、回転駆動機構26は、回転式揺動アーム27により揺動を与えられると共に、上下方向に駆動される。
CMP has been developed based on a mirror polishing method of a wafer, and is performed using a CMP apparatus as shown in FIG. In FIG. 5,
このようなCMP研磨装置を使用して研磨を行う際には、ウエハ22及び研磨パッド24を高速回転させ、回転式揺動アーム27を図示されていない上下駆動機構により下降させて、研磨パッド24によりウエハ22を加圧する。そして、研磨パッド24とウエハ22間に研磨液であるスラリーを供給する。さらに、回転式揺動アーム27を、図示されていない揺動駆動機構により破線矢印で示す如く揺動する。すると、研磨パッド24とウエハ22の相対回転及び揺動により、ウエハ22の研磨が行われ、表面が平坦化される。すなわち、研磨パッド24とウエハ22の相対運動による機械的研磨と、スラリーによる化学的研磨の相乗作用により、良好な研磨が行われる。
When performing polishing using such a CMP polishing apparatus, the
上記のようなCMP研磨装置における回転プラテン25と研磨パッド24に関する部分の、より詳細な断面図を図6に示す。図6に示すように回転プラテン25には、真空吸着機構(図示せず)によって、パッドプレート(研磨パッドプレート)28が吸着されている。研磨パッド24は、パッドプレート28に両面接着テープにより接着されている。回転プラテン25、パッドプレート28、研磨パッド24の中心部には孔29が設けられており、ここから研磨液が供給されるようになっている。
FIG. 6 shows a more detailed cross-sectional view of the portion related to the rotating
研磨パッド24は、その使用につれて摩耗と目詰まりを起こすため、その表面を研磨して(ドレッシングと称する)再使用する。これによって、使用時間の経過と共に厚さが薄くなるので、所定厚さとなった時点で交換を行う。この交換作業は、通常1日に1回又は2日に1回程度のペースで行われる。
Since the
交換の方法には大別して二種類の方法がある。第1の方法は、パッドプレート28の口径が大きい場合(研磨パッドの径が、研磨対象物に比べて大きい場合)に多く用いられる方法であり、CMP研磨装置を止めて、パッドプレート28を回転プラテン25から取り外し、古くなった研磨パッド24を剥がして、貼り付け面に残っている両面テープやスラリーを除去し、その上で、新しい研磨パッド24を貼り付けて、再びパッドプレート28を回転プラテン25に取り付け、研削装置により研磨パッドの表面を所定の形状に研削して、その後に使用を開始する方法である。
There are two types of exchange methods. The first method is often used when the diameter of the pad plate 28 is large (when the diameter of the polishing pad is larger than the object to be polished). The CMP polishing apparatus is stopped and the pad plate 28 is rotated. The
第2の方法は、パッドプレート28の口径が小さい場合(研磨パッドの径が、研磨対象物に比べて小さい場合)に多く用いられる方法であり、パッドプレート28を複数用意しておき、使用済みの研磨パッド24が貼り付けられたパッドプレート28を回転プラテン25から取り外した後、すぐに新しい研磨パッド24が貼り付けられたパッドプレート28を回転プラテン25に取り付ける方法である。
The second method is often used when the diameter of the pad plate 28 is small (when the diameter of the polishing pad is smaller than the object to be polished), and a plurality of pad plates 28 are prepared and used. In this method, after the pad plate 28 with the
この方法では、取り外したパッドプレート28については、古くなった研磨パッド24を剥がして、貼り付け面に残っている両面テープやスラリーを除去し、その上で、新しい研磨パッド24を貼り付ける。そして、それを使用するCMP研磨装置に付属している研削装置とは別の研削装置により、研磨パッド24の表面を所定形状に研削して、次の使用のためにストックしておく。
In this method, with respect to the removed pad plate 28, the
しかしながら、前記第1の方法を使用する場合、パッドプレートを回転プラテン25から取り外してから、再び取り付け、研磨パッドの研削を終了するまで、CMP装置を停止しなければならないという問題点がある。
However, when the first method is used, there is a problem that the CMP apparatus must be stopped until the pad plate is removed from the
前記第2の方法を使用する場合には、パッドプレートの交換に伴うダウンタイムを大幅に短縮することができる。又、時間の制約が緩やかなので、パッドプレートの清掃と新しい研磨パッドの取り付けに際しては、丁寧な作業を行うことができるという利点がある。 When the second method is used, the downtime associated with the replacement of the pad plate can be greatly shortened. In addition, since the time restriction is moderate, there is an advantage that a careful work can be performed when cleaning the pad plate and attaching a new polishing pad.
しかしながら、この第2の方法にも、さらに解決すべき問題点がある。その第1は、パッドプレートの管理が困難であることである。すなわち、研磨パッドの張り替え作業は、各ユーザが独自で行う場合の他、CMP装置のメーカ又は専門の張り替え業者に委託して行う場合があり、その際、CMP装置のメーカ又は張り替え業者は、種々の研磨パッドの張り替えを行わなければならず、顧客から送られてきたパッドプレートを管理するのが容易でない。 However, this second method also has a problem to be solved. The first is that the management of the pad plate is difficult. That is, the polishing pad replacement work may be performed by each user independently, or may be outsourced to a CMP apparatus manufacturer or a special replacement contractor. Therefore, it is not easy to manage the pad plate sent from the customer.
第2は、研磨パッドの張り替えが終了したパッドプレートをCMP装置の回転プラテンに取り付ける作業の際に、作業者が研磨パッドに手を触れたり、研磨パッドをCMP装置に当てたりして傷を付けたり変形させたりすることがあるということである。研磨パッドを変形させると、回転プラテンに取り付けた状態での再研削が必要となり、その分CMP装置のダウンタイムが長くなると言う問題点がある。 Second, when attaching the pad plate on which the polishing pad has been replaced to the rotating platen of the CMP apparatus, the operator touches the polishing pad or touches the polishing pad against the CMP apparatus to damage the pad plate. Or it may be deformed. If the polishing pad is deformed, there is a problem that re-grinding in a state where the polishing pad is attached to the rotating platen is required, and the downtime of the CMP apparatus is increased accordingly.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、パッドプレートの管理が容易であるようなパッドプレートを提供すること課題とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the pad plate which management of a pad plate is easy.
前記課題を解決するための第1の手段は、樹脂製のプレートに研磨パッドが貼り付けられた、CMP研磨装置に使用される使い捨て研磨パッドプレートであって、実際に使用されるCMP装置とは別の加工装置により、前記研磨パッドの研削調整が行われたものであることを特徴とする使い捨て研磨パッドプレートである。 A first means for solving the above-described problem is a disposable polishing pad plate used in a CMP polishing apparatus in which a polishing pad is bonded to a resin plate. What is a CMP apparatus actually used? A disposable polishing pad plate, wherein the polishing pad is adjusted for grinding by another processing apparatus.
本手段の特徴としては、まず、今まで繰り返し使用していたパッドプレート(研磨パッドプレート)を使い捨てにしたことである。そして、金属(主としてアルミニウム)でできていたパッドプレートを樹脂製に変えて、軽量化と低価格化を図っている。本手段においては、研磨パッドの張り替え作業を必要としないので、パッドプレートのクリーニング作業が不要となる。更に、研磨パッド交換のためのパッドプレートの管理作業が無くなる。又、単に樹脂製のプレートに研磨パッドを貼り付けるだけなので、必要に応じて自動化することも可能となる。又、研削調整を、実際に使い捨て研磨パッドプレートが使用されるCMP装置とは別の加工装置で行うので、CMP加工装置が複数台あるような場合でも、例えば同じ工場内に置いてある加工装置を例えば1台で研削調整を済ますことができ、かつ、CMP加工装置のダウンタイムを少なくすることができる。なお、本手段は、実際に使い捨て研磨パッドプレートを使用するCMP装置で、微調整のための追加研削調整を行うものを排除するものではない。 The feature of this means is that the pad plate (polishing pad plate) that has been repeatedly used until now is made disposable. The pad plate made of metal (mainly aluminum) is changed to resin to reduce weight and cost. In this means, since the polishing pad is not required to be replaced, the pad plate is not required to be cleaned. Furthermore, the management work of the pad plate for exchanging the polishing pad is eliminated. Further, since the polishing pad is simply pasted on the resin plate, it can be automated as necessary. In addition, since the grinding adjustment is performed by a processing apparatus different from the CMP apparatus in which the disposable polishing pad plate is actually used, even when there are a plurality of CMP processing apparatuses, for example, the processing apparatus placed in the same factory For example, the grinding adjustment can be completed with one unit, and the downtime of the CMP processing apparatus can be reduced. Note that this means does not exclude a CMP apparatus that actually uses a disposable polishing pad plate that performs additional grinding adjustment for fine adjustment.
前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、前記別の加工装置は、実際に使用されるCMP装置と同一表面形状の保持装置により前記使い捨て研磨パッドプレートを保持して、研削調整を行うものであることを特徴とするものである。 A second means for solving the above-mentioned problem is the first means, wherein the another processing apparatus is configured to attach the disposable polishing pad plate by a holding device having the same surface shape as a CMP apparatus that is actually used. It is characterized by holding and performing grinding adjustment.
研磨パッド表面の形状は、研磨パッドプレートが保持される保持装置の表面形状によって変化する。特に、研磨パッドプレートを保持装置に真空吸着で保持する場合、真空吸着用の穴や溝の形状が研磨パッド表面の形状に影響を与える。よって、実際に使用されるCMP装置と同一表面形状の保持装置により使い捨て研磨パッドプレートを保持して、研削調整を行うようにすれば、使い捨てパッドプレートを実際に使用されるCMP装置に装着したとき、研磨パッドの表面形状が、研削調整した形状に近いものとなる。 The shape of the surface of the polishing pad varies depending on the surface shape of the holding device that holds the polishing pad plate. In particular, when the polishing pad plate is held on the holding device by vacuum suction, the shape of the vacuum suction hole or groove affects the shape of the polishing pad surface. Therefore, if the disposable polishing pad plate is held by a holding device having the same surface shape as the CMP apparatus actually used and grinding adjustment is performed, the disposable pad plate is mounted on the CMP apparatus actually used. The surface shape of the polishing pad is close to the shape adjusted by grinding.
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記別の加工装置の研削工具は、前記使い捨て研磨パッドプレートを保持する保持面に対して平行な研削面を有するものであり、ジンバル機構を有しないものであることを特徴とするものである。 The third means for solving the above-mentioned problem is the first means or the second means, and the grinding tool of the another processing apparatus is provided with respect to a holding surface that holds the disposable polishing pad plate. It has a parallel grinding surface and does not have a gimbal mechanism.
通常のCMP装置に付属してる加工装置の研削工具はジンバル機構を有し、これによりドレス(研削加工)位置を変えることで、研磨パッドの表面のグローバルな凹凸の差の修正が可能なようになっている。しかしながら、別の加工装置の研削工具は、使い捨て研磨パッドプレートを保持する保持面に対して平行な研削面を有するものとし、ジンバル機構を有しないものにした方が、正確な研削加工が可能である。 The grinding tool of the processing equipment attached to the normal CMP equipment has a gimbal mechanism, so that the global unevenness difference of the surface of the polishing pad can be corrected by changing the dressing (grinding) position. It has become. However, if the grinding tool of another processing device has a grinding surface parallel to the holding surface that holds the disposable polishing pad plate and does not have a gimbal mechanism, accurate grinding can be performed. is there.
前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、研削加工された前記研磨パッド面の平面度がピーク・トゥー・ピークで1μm以下であることを特徴とするものである。 A fourth means for solving the problem is any one of the first to third means, and the flatness of the ground polishing pad surface is 1 μm or less in a peak-to-peak manner. It is characterized by being.
研削加工された研磨パッド面の平面度がピーク・トゥー・ピークで1μm以内であれば、確実に、実際に使用されるCMP装置に装着した場合に、研磨パッド面の平面度を必要な精度に保つことができる。 If the flatness of the polished polishing pad surface is within 1 μm peak-to-peak, the flatness of the polishing pad surface can be assured to the required accuracy when mounted on a CMP apparatus that is actually used. Can keep.
本発明によれば、パッドプレートの管理が容易であるようなパッドプレートを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pad plate that can be easily managed.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である使い捨て研磨パッドプレートの構造を示す図である。使い捨て研磨パッドプレート1は、樹脂製プレート2に、研磨パッド3をクッション材4を介して貼り付けたものである。これら、樹脂製プレート2、研磨パッド3、クッション材4の中心部には、CMP研磨中に、研磨面に研磨液を供給するための穴部5が形成されている。樹脂製プレート2を構成する樹脂は、研磨液に侵されないものであれば特に制限無く使用できるが、手軽に入手でき加工がし易く、かつ、廃棄するときに公害上の問題を起こしにくいものとしてPETが望ましく、この実施の形態ではPETを使用している。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a disposable polishing pad plate as an example of an embodiment of the present invention. The disposable
このような使い捨て研磨パッドプレート1は、CMP研磨に要求される精度から考えると、全体として上下に湾曲していたりうねりがあったりする。又、樹脂製プレート2、研磨パッド3、クッション材4の厚さも一様ではない。よって、このような使い捨て研磨パッドプレート1をCMP研磨装置の回転プラテン(通常回転プラテンの表面は、CMP研磨に必要な精度に精密に平坦化されている)に装着した場合、これらの湾曲やうねりが修正されると共に、樹脂製プレート2、研磨パッド3、クッション材4の厚さむらが、研磨パッド面の平坦度の不均一となって現れる。よって、使い捨て研磨パッドプレート1は、実際にCMP研磨装置に装着されたときに、研磨パッド3の表面の平坦度や傾きが、CMP研磨に必要な精度となるように、あるいは、少なくとも少量の補助研磨で、CMP研磨に必要な精度となるようにしておく必要がある。
In view of the accuracy required for CMP polishing, such a disposable
本発明の実施の形態である使い捨て研磨パッドプレート1は、このような目的のために、実際に使用されるCMP装置とは別の加工装置により、研磨パッド3の表面の研削調整が予め行われ、それにより、実際に使用されるCMP装置に装着された時点において、研磨パッド3の表面の平坦度や傾きが、CMP研磨に必要な精度となるように、あるいは、少なくとも少量の補助研磨で、CMP研磨に必要な精度となるようにされている。
In the disposable
図2は、使い捨て研磨パッドプレート1を、このような加工装置に装着して、研磨パッド3の表面の研削調整を行う様子を示す図である。以下の図において、本欄における前出の図に示された構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
FIG. 2 is a diagram showing a state where the disposable
擬似回転プラテン6には、ボルト等によりアダプタ7が取り付けられており、これらの中心には孔8が設けられている。又、真空吸着用孔9が設けられている。使い捨て研磨パッドプレート1は、アダプタ7に真空吸着されて固定されるようになっている。アダプタ7は、なるべく樹脂製プレート2の厚さを薄くするためと、薄く形成された樹脂製プレート2を有する使い捨て研磨パッドプレート1を、従来のCMP研磨装置に取り付ける際に発生する高さ方向のストロークのアンマッチを防ぐために、実際に使い捨て研磨パッドプレート1が使用されるCMP研磨装置において使用されるアダプタに対応して使用されるものである。実際のCMP研磨装置において使用されるアダプタは、剛性の高いものであり、かつ、研磨液によって侵されないものであればよい。この実施の形態においてはアルミナセラミックスが使用されることを想定して、アダプタ7もアルミナセラミックスを使用している。
An adapter 7 is attached to the
アダプタ7に樹脂製プレート2を密着させた状態で、真空吸着用孔9から排気を行うことで、使い捨て研磨パッドプレート1をアダプタ7に真空吸着して固定する。
With the
そして、グラインダ11により、使い捨て研磨パッドプレート1の研磨パッド3を、CMP研磨に必要な精度に研削する。その際、グラインダ11の研削面は、アダプタ7の表面と必要な精度の平行度が保たれたものであり、ジンバル機構を有しないものであることが好ましい。これにより、研削される研磨パッド3の表面が、アダプタ7と十分な平行度を有するものとなり、よって、実際に使用されるときに、CMP研磨装置のアダプタの表面と十分な平行度を保つものとなる。
Then, the
研削が終了し、真空吸着が解かれて、使い捨て研磨パッドプレート1がアダプタ7から離脱すると、応力のため、使い捨て研磨パッドプレート1の反りやうねり、及び、樹脂製プレート2、研磨パッド3、クッション材4の厚さむらが元に戻り、研磨パッド3の表面の平坦度は悪化する。しかし、実際に使用されるCMP研磨装置に装着されたとき、研磨パッド3の表面の平坦度は研削されたときの状態に復帰し、そのままCMP研磨に使用したり、少なくとも、少量の補助研削によりCMP研磨に使用することができるようになる。研削により実現される平面度(平坦度と平行度)がピーク・トゥー・ピークで1μm以内であれば、確実にこのようなことを実現可能である。
When the grinding is finished, the vacuum suction is released, and the disposable
アダプタ7は、研磨パッド3の研削加工を、なるべく実際のCMP研磨に使用される状態に近い状態で加工するためのもので、擬似回転プラテン6の寸法とその表面形状が、実際のCMP研磨に使用されるアダプタ7の寸法と表面形状と同じものであれば必ずしも必要がない。しかし、アダプタ7を交換することにより、一つの加工装置で、種々のCMP研磨装置に使用される使い捨て研磨パッドプレート1を研削調整することができるので好ましい。図3は、アダプタ7を使用しないで研磨パッド3の研削調整を行う状態を示したものであり、使い捨て研磨パッドプレート1を、直接擬似回転プラテン6に真空吸着させて、グラインダ11により研削加工を行う。
The adapter 7 is for processing the grinding of the
図4は、図1に示す使い捨て研磨パッドプレート1の変形例であり、この使い捨て研磨パッドプレート1においては、中央部を補強するために、樹脂製プレート2の中央部分が厚くされている。
FIG. 4 shows a modified example of the disposable
図2におけるアダプタ7、図3における擬似回転プラテン6の表面の平坦度は、実際のCMP装置と同じように高精度に実現されている。しかし、図2、図3を見ると分かるように、真空吸着用孔9がその表面まで達している。図示を省略するが、実際には、図2におけるアダプタ7、図3における擬似回転プラテン6の表面には、同心円上の溝が設けられており、真空吸着用孔9がこの溝に連通して、同心円上の溝部分を真空とし、それにより、樹脂製プレート2を吸着するようになっている。これは、実際に使用されるCMP研磨装置においても同じである。
The flatness of the surfaces of the adapter 7 in FIG. 2 and the
完全な平面に吸着する場合と異なり、溝のある面に吸着する場合には、溝の影響により、使い捨て研磨パッドプレート1の変形が発生し、これにより研磨パッド3の表面の形状が変わる。よって、使い捨て研磨パッドプレート1を加工装置により研削調整する場合には、そのとき使用される図2におけるアダプタ7、図3における擬似回転プラテン6の形状を、使い捨て研磨パッドプレート1が実際に使用されるCMP研磨装置に使用されるアダプタ、回転プラテンの形状と同一にしておくことが好ましい。特に、その表面形状、その中でも特に溝の形状を同一にしておくことが特に好ましい。このようにすると、研削調整を行う状態と実際に使用される状態における使い捨て研磨パッドプレート1の変形がほぼ同じとなり、研削調整を行ったときとほぼ同じ使い捨て研磨パッドプレート1の変形状態で、使い捨て研磨パッドプレート1を使用することができ、研磨パッド3の平面度を研削調整を行ったときの状態にほぼ一致させることができる。
Unlike the case of adsorbing to a completely flat surface, when adsorbing to a grooved surface, the deformation of the disposable
1…使い捨て研磨パッドプレート、2…樹脂製プレート、3…研磨パッド、4…クッション材、5…穴部、6…擬似回転プラテン、7…アダプタ、8…孔、9…真空吸着用孔、11…グラインダ
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