JP2011056615A - 研磨パッドのドレッシング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】短時間で研磨パッドの研磨能力を安定化することができる研磨パッドのドレッシング方法を提供する。
【解決手段】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研磨する研磨パッドを備えた研磨手段と、研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給手段とを具備する研磨装置における研磨パッドのドレッシング方法であって、硬質基板の表面に複数の溝が形成されたドレッシングボードをチャックテーブル上に表面を上側にして保持するドレッシングボード保持工程と、チャックテーブルを回転し研磨パッドを回転するとともに研磨パッドに研磨液を供給しつつ研磨パッドによってドレッシングボードの表面を研磨するドレッシング工程とを含む。
【選択図】図6

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する研磨パッドのドレッシング方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。このように複数のデバイスが形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分割することにより、個々のデバイスを形成する。デバイスの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々のデバイスに分割するのに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。半導体ウエーハの裏面の研削は、通常、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドの如き適宜のボンドで固着して形成した研削ホイールを、高速回転せしめながら半導体ウエーハの裏面に押圧せしめることによって遂行されている。このような研削方式によって半導体ウエーハの裏面を研削すると、半導体ウエーハの裏面に所謂加工歪が生成され、これによって個々に分割されたデバイスの抗折強度が低下するという問題がある。
上述した問題を解消するために、研削された半導体ウエーハの裏面を研磨して上記研削歪を除去する研磨装置が下記特許文献1に開示されている。下記特許文献1に開示された研磨装置は、被加工物を保持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研磨する研磨パッドを有する研磨手段とを具備し、研磨パッドに研磨液を供給しながら研磨パッドを回転しつつ被加工物に押圧することにより、被加工物の被加工面を研磨する。
特開平8−99265号公報
上述した研磨装置においては、研磨パッドを新たな研磨パッドに交換した際には、研磨能力が不安定となりウエーハの厚み制御が困難となるため、ダミーウエーハを研磨してドレッシングを行い、研磨パッドにおける研磨能力の安定を図っている。しかるに、交換した研磨パッドの研磨能力を安定させるにはダミーウエーハを1時間程度研磨してドレッシングする必要があるため、生産性が悪いという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、短時間で研磨パッドの研磨能力を安定化することができる研磨パッドのドレッシング方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持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研磨する研磨パッドを備えた研磨手段と、該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給手段とを具備する研磨装置における研磨パッドのドレッシング方法であって、
硬質基板の表面に複数の溝が形成されたドレッシングボードをチャックテーブル上に表面を上側にして保持するドレッシングボード保持工程と、
チャックテーブルを回転し研磨パッドを回転するとともに研磨パッドに研磨液を供給しつつ研磨パッドによってドレッシングボード表面を研磨するドレッシング工程と、を含む、
ことを特徴とする研磨パッドのドレッシング方法が提供される。
上記ドレッシングボードを構成する硬質基板の表面に形成された複数の溝は、格子状に形成されている。
本発明による研磨パッドのドレッシング方法においては、研磨パッドをドレッシングするドレッシングボードを構成する硬質基板の表面には複数の溝が形成されているので、研磨液が複数の溝を通して研磨パッドの研磨面に満遍なく供給されるとともに、複数の溝による凹凸が研磨パッドの研磨面を適度に荒らすことにより、効果的にドレッシングが行われる。従って、短時間で研磨パッドの研磨能力を安定化することができる。
本発明によって構成された研磨装置の一実施形態を示す斜視図。 図1に示す研磨装置に装備される研磨ユニットを構成する研磨工具を示す斜視図。 図2に示す研磨工具その下面側から見た状態を示す斜視図。 図1に示す研磨装置に装備されるチャックテーブル機構およびチャックテーブル移動機構を示す斜視図。 本発明による研磨パッドのドレッシング方法に用いるドレッシングボードの斜視図。 本発明による研磨パッドのドレッシング方法におけるドレッシング工程の説明図。
以下、本発明による研磨パッドのドレッシング方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図1には本発明による研磨パッドのドレッシング方法を実施するための研磨装置の斜視図が示されている。
研磨装置は、全体を番号2で示す装置ハウジングを具備している。装置ハウジング2は、細長く延在する直方体形状の主部21と、該主部21の後端部(図1において右上端)に設けられ上下方向に配設された直立壁22とを有している。直立壁22の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール221、221が設けられている。この一対の案内レール221、221に研磨手段としての研磨ユニット3が上下方向に移動可能に装着されている。
研磨ユニット3は、移動基台31と該移動基台31に装着されたスピンドルユニット32を具備している。移動基台31は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部311、311が設けられており、この一対の脚部311、311に上記一対の案内レール221、221と摺動可能に係合する被案内溝312、312が形成されている。このように直立壁22に設けられた一対の案内レール221、221に摺動可能に装着された移動基台31の前面には前方に突出した支持部313が設けられている。この支持部313にスピンドルユニット32が取り付けられる。
スピンドルユニット32は、支持部313に装着されたスピンドルハウジング321と、該スピンドルハウジング321に回転自在に配設された回転スピンドル322と、該回転スピンドル322を回転駆動するための回転駆動手段としてのサーボモータ323とを具備している。回転スピンドル322の下端部はスピンドルハウジング321の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状の工具装着部材324が設けられている。なお、工具装着部材324には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔(図示していない)が形成されている。この工具装着部材324の下面に研磨工具325が装着される。研磨工具325は、図2および図3に図示すように円形状の支持基台326と円形状の研磨パッド327とから構成されている。支持基台326はアルミ合金によって形成されており、図2に示すように中心部には内径が10mm程度の研磨液が通る穴326aが形成されている。また、支持基台326には、周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数の盲ねじ穴326bが形成されている。支持基台326の下面は円形状の支持面を構成しており、研磨パッド327が両面接着テープによって装着されている。
上記支持基台326の下面に装着される研磨パッド327は、フェルトをウレタンで固めて直径が450mmの円形状に形成されており、図3に示すように中心部には内径が10mm程度の研磨液が通る穴327aが形成されている。また、研磨パッド327の下面(研磨面)には格子状に形成された複数の溝327bが設けられている。この複数の溝327bは、図示の実施形態においては幅が4mm、深さが3mmで18mmの間隔で形成されている。このように構成された研磨工具325は、上記回転スピンドル322の下端に固定されている工具装着部材324の下面に位置付け、工具装着部材324に形成されている貫通孔を通して研磨工具325の支持基台326に形成されている盲ねじ孔326bに締結ボルト328(図1参照)を螺着することによって、工具装着部材324に装着される。なお、このようにして工具装着部材324に装着された研磨工具325の研磨パッド327に設けられた穴327aは、支持基台326に設けられた穴326aを介して図1に示すように回転スピンドル322に形成された研磨液供給通路322aに連通されている。従って、図示しない研磨液供給手段が作動すると、研磨液供給通路322aおよび支持基台326に設けられた穴326aを介して研磨パッド327に設けられた穴327aにコロイダルシリカ等の研磨砥粒が混入された研磨液が供給される。
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット3を上記一対の案内レール221、221に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの保持面と垂直な方向)に移動せしめる研磨送り手段4を備えている。この研磨送り手段4は、直立壁22の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド41を具備している。この雄ねじロッド41は、その上端部および下端部が直立壁22に取り付けられた軸受部材42および43によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材42には雄ねじロッド41を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ44が配設されており、このパルスモータ44の出力軸が雄ねじロッド41に伝動連結されている。移動基台31の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部(図示していない)も形成されており、この連結部には上下方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド41が螺合せしめられている。従って、パルスモータ44が正転すると移動基台31即ち研磨ユニット3が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ44が逆転すると移動基台31即ち研磨ユニット3が上昇即ち後退せしめられる。
図1および図4を参照して説明を続けると、ハウジング2の主部21にはチャックテーブル機構5が配設されている。チャックテーブル機構5は、支持基台51と該支持基台51に配設されたチャックテーブル52とを含んでいる。支持基台51は、上記ハウジング2の主部21上に前後方向(直立壁22の前面に垂直な方向)である矢印23aおよび23bで示す方向に延在する一対の案内レール23、23上に摺動自在に載置されており、後述するチャックテーブル機構移動手段56によって図1に示す被加工物搬入・搬出域24(図4において実線で示す位置)と上記スピンドルユニット32を構成する研磨工具325の研磨パッド327と対向する研磨域25(図4において2点鎖線で示す位置)との間で移動せしめられる。
上記チャックテーブル52は、多孔質セラミッックスの如き適宜の多孔性材料から構成されており、図示しない吸引手段に接続されている。従って、チャックテーブル52を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、上面である保持面上に載置された被加工物を吸引保持する。なお、チャックテーブル52は、図示の実施形態においては直径が300mmのウエーハを保持する大きさに構成されている。また、チャックテーブル52は、上記支持基台51に回転可能に支持されている。このチャックテーブル52は、その下端に装着された回転軸(図示せず)に連結された回転駆動手段としてのサーボモータ53によって回転せしめられる。なお、図示のチャックテーブル機構5はチャックテーブル52を挿通する穴を有し上記支持基台51等を覆うカバー部材54を備えており、このカバー部材54は支持基台51とともに移動可能に構成されている。
図4を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記チャックテーブル機構5を一対の案内レール23に沿ってチャックテーブル52の上面である保持面と平行に矢印23aおよび23bで示す方向に移動せしめるチャックテーブル機構移動手段56を具備している。チャックテーブル機構移動手段56は、一対の案内レール23間に配設され案内レール23と平行に延びる雄ねじロッド561と、該雄ねじロッド561を回転駆動するサーボモータ562を具備している。雄ねじロッド561は、上記支持基台51に設けられたねじ穴511と螺合して、その先端部が一対の案内レール23、23を連結して取り付けられた軸受部材563によって回転自在に支持されている。サーボモータ562は、その駆動軸が雄ねじロッド561の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ562が正転すると移動基台53即ちチャックテーブル機構5が矢印23aで示す方向に移動し、サーボモータ562が逆転すると支持基台51即ちチャックテーブル機構5が矢印23bで示す方向に移動せしめられる。矢印23aおよび23bで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構5は、図4において実線で示す被加工物搬入・搬出域と2点鎖線で示す研磨域に選択的に位置付けられる。
図1に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構5を構成する支持基台51の移動方向両側には、図1に示すように横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール23、23や雄ねじロッド561およびサーボモータ562等を覆っている蛇腹手段6および7が付設されている。蛇腹手段6および7はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段6の前端はハウジング2を構成する主部21の後半部の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構5の支持基台51の前端面に固定されている。蛇腹手段7の前端はチャックテーブル機構5の支持基台51の後端面に固定され、後端は装置ハウジング2の直立壁22の前面に固定されている。チャックテーブル機構5が矢印23aで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段6が伸張されて蛇腹手段7が収縮され、チャックテーブル機構5が矢印23bで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段6が収縮されて蛇腹手段7が伸張せしめられる。
図1に基づいて説明を続けると、装置ハウジング2の主部21における前半部上には、第1のカセット11と、第2のカセット12と、被加工物仮載置手段13と、洗浄手段14と、被加工物搬送手段15と、被加工物搬入手段16および被加工物搬出手段17が配設されている。第1のカセット11は研磨加工前の被加工物を収納し、装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬入域に載置される。第1のカセット11に収容される被加工物は、例えば半導体ウエーハWであり表面に保護テープTを貼着した状態で裏面を上にして収容される。第2のカセット12は装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬出域に載置され、研磨加工後の半導体ウエーハWを収納する。被加工物仮載置手段13は第1のカセット11と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、研磨加工前の半導体ウエーハWを仮載置する。洗浄手段14は被加工物搬入・搬出域24と第2のカセット12との間に配設され、研磨加工後の半導体ウエーハWを洗浄する。被加工物搬送手段15第1のカセット11と第2のカセット12との間に配設され、第1のカセット11内に収納された半導体ウエーハWを被加工物仮載置手段13に搬出するとともに洗浄手段14で洗浄された半導体ウエーハWを第2のカセット12に搬送する。被加工物搬入手段16は被加工物仮載置手段13と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、被加工物仮載置手段13上に載置された研磨加工前の半導体ウエーハWを被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル機構5のチャックテーブル52上に搬送する。被加工物搬出手段17は被加工物搬入・搬出域24と洗浄手段14との間に配設され、被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル52上に載置されている研磨加工後の半導体ウエーハWを洗浄手段14に搬送する。また、図示の実施形態における研磨装置は、装置ハウジング2の主部21における中央部に上記チャックテーブル52の保持面を洗浄する洗浄水噴射ノズル18を備えている。この洗浄水噴射ノズル18は、チャックテーブル機構5が被加工物搬入・搬出域24に位置付けられた状態において、チャックテーブル52に向けて洗浄水を噴出する。
被加工物としての半導体ウエーハWを収容した第1のカセット11は、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬入域に載置される。そして、カセット搬入域に載置された第1のカセット11に収容されていた研磨加工前の半導体ウエーハWが全て搬出されると、空のカセット11に代えて複数個の半導体ウエーハWを収容した新しいカセット11が手動でカセット搬入域に載置される。一方、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬出域に載置された第2のカセット12に所定数の研磨加工後の半導体ウエーハWが搬入されると、第2のカセット12が手動で搬出され、新しい空の第2のカセット12が載置される。
図示の実施形態における研磨装置は以上のように構成されており、上記研磨工具325の研磨パッド327が交換されたものとする。新たに交換された研磨パッドは、上述したように研磨能力が不安定であるためにドレッシングを行い、研磨パッドの研磨能力を安定させる必要がある。以下、研磨パッドのドレッシング方法について説明する。
図5には、研磨パッドのドレッシングに用いるドレッシングボードが示されている。図5に示すドレッシングボード10は、直径が300mm、厚さが5mmの円形状の硬質基板100からなっている。この硬質基板100は、シリコン、セラミックス、ガラス板によって形成することができる。硬質基板100の表面には、格子状に複数の溝101が形成されている。この複数の溝101は、幅が0.5〜1mm、深さが0.5〜1mmで、5mm間隔で形成されている。
上述したドレッシングボード10を用いて上記研磨パッド327をドレッシングするには、ドレッシングボード10を図1において被加工物搬入・搬出域24に位置付けられているチャックテーブル52の保持面に載置する。このとき、ドレッシングボード10は、硬質基板100の表面(格子状の溝101が形成されている面)を上側にして載置する。チャックテーブル52上にドレッシングボード10が載置されたならば、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル52上にドレッシングボード10を吸引保持する(ドレッシングボード保持工程)。
上述したドレッシングボード保持工程を実施したならば、チャックテーブル機構移動手段56を作動してチャックテーブル機構5を矢印23aで示す方向に移動し、チャックテーブル52を研磨域25に位置付ける。このようにしてチャックテーブル52が研磨域25に位置付けられると、図6に示すように研磨パッド327をドレッシングボード10の表面に覆いかぶさるように位置付けてチャックテーブル52を矢印52aで示す方向に例えば505rpmの回転速度で回転する。また、図示しない研磨液供給手段を作動し、回転スピンドル322に形成された研磨液供給通路322aおよび支持基台326に設けられた穴326aを介して研磨パッド327に設けられた穴327aにコロイダルシリカ等の研磨砥粒が混入された研磨液を1分間に500ミリリットル(500ミリリットル/分)の流量で供給しつつ上記サーボモータ323を駆動して研磨工具325を矢印325aで示す方向に例えば500rpmで回転するとともに、上記研磨送り手段4のパルスモータ44を正転駆動して研磨ユニット3を下降即ち前進せしめ、研磨パッド327をチャックテーブル52に保持されたドレッシングボード10を25kPaの圧力で押圧する。この結果、研磨パッド327の研磨面がドレッシングボード10の表面を研磨することによってドレッシングされる(ドレッシング工程)。このとき、ドレッシングボード10を構成する硬質基板100の表面には格子状の溝101が形成されているので、研磨液が格子状の溝101を通して研磨パッド327の研磨面に満遍なく供給されるとともに、格子状の溝101による凹凸が研磨パッド327の研磨面を適度に荒らすことにより、効果的にドレッシングが行われる。本発明者等の実験によると、上記ドレッシングを10分間実施することにより、研磨パッド327の研磨能力を安定させることができた。
上記のようにして、ドレッシング作業が終了したら、図示しない研磨液供給手段による研磨駅の供給を停止し、研磨送り手段4のパルスモータ44を逆転駆動してスピンドルユニット32を所定位置まで上昇させるとともに、研磨工具325の回転を停止し、更に、チャックテーブル52の回転を停止する。次に、チャックテーブル52を被加工物搬入・搬出域24に移動する。そして、チャックテーブル52上に保持されているドレッシングボード10の吸引保持を解除し、チャックテーブル52からドレッシングボード10を取り出す。
次に、上述したようにドレッシングされた研磨パッド327によって実施する研磨作業について、主に図1を参照して簡単に説明する。
第1のカセット11に収容された研磨加工前の被加工物としての半導体ウエーハWは被加工物搬送手段15の上下動作および進退動作により搬送され、被加工物仮載置手段13に載置される。被加工物仮載置手段13に載置された半導体ウエーハWは、ここで中心合わせが行われた後に被加工物搬入手段16の旋回動作によって被加工物搬入・搬出域24に位置せしめられているチャックテーブル機構5のチャックテーブル52上に載置される。チャックテーブル52上に載置された被加工物としての半導体ウエーハWは、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル52上に吸引保持される。
チャックテーブル52上に半導体ウエーハWを吸引保持したならば、チャックテーブル機構移動手段56を作動してチャックテーブル機構5を矢印23aで示す方向に移動し、上記図6に示すドレッシング時と同様に研磨パッド327が半導体ウエーハWを覆いかぶさるように研磨域24に位置付ける。半導体ウエーハを保持したチャックテーブル52が研磨域25に位置付けられたならば、図示しない研磨液供給手段を作動し、回転スピンドル322に形成された研磨液供給通路322aおよび支持基台326に設けられた穴326aを介して研磨パッド327に設けられた穴327aに上記ドレッシング時と同様にコロイダルシリカ等の研磨砥粒が混入された研磨液を500ミリリットル/分の流量で供給する。そして、半導体ウエーハWを保持したチャックテーブル52を上記ドレッシング時と同様に所定方向に例えば505rpmで回転し、上記サーボモータ323を駆動して研磨工具325を上記ドレッシング時と同様に所定方向に例えば500rpmで回転するとともに、上記研磨送り手段4のパルスモータ44を正転駆動して研磨ユニット3を下降即ち前進せしめ、研磨工具325の研磨パッド327をチャックテーブル52上の半導体ウエーハWの裏面(上面)に25kPaの圧力で押圧する。このようにして研磨作業を実行することにより、半導体ウエーハWの裏面が所定量研磨され、残留加工歪が除去される(研磨工程)。この研磨工程においては、研磨工具325の研磨パッド327が上述したようにドレッシングされ研磨能力が安定しているので、半導体ウエーハWの厚み制御が容易となる。
上記のようにして、研磨作業が終了したら、研磨送り手段4のパルスモータ44を逆転駆動してスピンドルユニット32を所定位置まで上昇させるとともに、研磨工具325の回転を停止し、更に、チャックテーブル52の回転を停止する。次に、チャックテーブル機構5は、矢印23bで示す方向に移動されて被加工物搬入・搬出域24に位置付けられる。チャックテーブル機構5が被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたならば、チャックテーブル52上の研磨加工された半導体ウエーハの吸引保持が解除され、吸引保持が解除された半導体ウエーハWは被加工物搬出手段17により搬出されて洗浄手段14に搬送される。洗浄手段14に搬送された半導体ウエーハWは、ここで洗浄された後に被加工物搬送手段15よって第2のカセット12の所定位置に収納される。
2:装置ハウジング
3:研磨ユニット
31:移動基台
32:スピンドルユニット
321:スピンドルハウジング
322:回転スピンドル
323:サーボモータ
324:工具装着部材
325:研磨工具
326:支持部材
327:研磨パッド
4:研磨ユニット送り機構
44:パルスモータ
5:チャックテーブル機構
51:支持基台
52:チャックテーブル
56:チャックテーブル移動機構
10:ドレッシングボード
100:硬質基板
11:第1のカセット
12:第2のカセット
13:被加工物仮載置手段
14:洗浄手段
15:被加工物搬送手段
16:被加工物搬入手段
17:被加工物搬出手段
18:洗浄水噴射ノズル

Claims (2)

  1. 被加工物を保持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研磨する研磨パッドを備えた研磨手段と、該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給手段とを具備する研磨装置における研磨パッドのドレッシング方法であって、
    硬質基板の表面に複数の溝が形成されたドレッシングボードをチャックテーブル上に表面を上側にして保持するドレッシングボード保持工程と、
    チャックテーブルを回転し研磨パッドを回転するとともに研磨パッドに研磨液を供給しつつ研磨パッドによってドレッシングボードの表面を研磨するドレッシング工程と、を含む、
    ことを特徴とする研磨パッドのドレッシング方法。
  2. 該ドレッシングボードを構成する硬質基板の表面に形成された複数の溝は、格子状に形成されている、請求項1記載の研磨パッドのドレッシング方法。
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