JP2012023094A - 表面加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面加工装置1は、ワーク10を支持するチャッキングプレート21と、チャッキングプレート21に対して移動可能に設けられ、チャキングプレート21に支持されたワーク10の被処理面101に対してエッチング液を送出する送出口4aおよび送出口4aから送出されたエッチング液を吸引する吸引口4bを有するノズル4とを有する。また、ノズル4は、送出口4aから送出され被処理面101に供給されたエッチング液を、吸引口4bから偏りなく均一に吸引することにより、エッチング液が供給された被処理面101内の領域のエッチングレートを均一化する。
【選択図】図1
Description
[適用例1]
本発明の表面加工装置では、被処理物の被処理面にエッチング液を供給することにより前記被処理面を加工する表面加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記支持台に対して移動可能に設けられ、前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、を有し、
前記ノズルは、前記送出口から送出され前記被処理面に供給された前記エッチング液を、前記吸引口から偏りなく均一に吸引することにより、前記エッチング液が供給された前記被処理面内の領域のエッチングレートを均一化することを特徴とする。
これにより、被処理面のエッチング液が供給されている領域内でのエッチングレートを均一化し、被処理物に対して所望のエッチングを行うことができる表面加工装置を提供することができる。
本発明の表面加工装置では、前記ノズルは、前記エッチング液が供給された前記被処理面内の領域に前記エッチング液が均一に分布するように前記吸引口から前記エッチング液を吸引することが好ましい。
エッチング液の被処理面に対するエッチングレートは、被処理面に供給されるエッチング液の量(単位時間当たりの供給量)によって変化する。そのため、このような方法によれば、簡単かつ確実に、所定時刻において被処理面のエッチング液が供給されている領域内のエッチングレートを均一化することができる。
本発明の表面加工装置では、前記吸引口は、前記送出口の前記ノズルの移動方向後方側に形成されていることが好ましい。
これにより、被処理面の任意の領域を送出口に遅れて吸引口が通過するため、送出口から送出され被処理面に供給されたエッチング液を吸引口からスムーズに吸引することができる。そのため、より確実に、被処理面に供給されたエッチング液を吸引口から偏りなく均一に吸引することができる。
本発明の表面加工装置では、前記吸引口および前記送出口は、それぞれ、前記ノズルの移動方向に直交する方向に延在する長手形状をなし、長手方向の長さが互いに等しく、前記ノズルの移動方向に並んで形成されていることが好ましい。
これにより、エッチング液が供給された被処理面内の領域に、エッチング液が均一に分布することとなり、領域内のエッチングレートが均一となる。
本発明の表面加工装置では、前記吸引口および前記送出口は、互いに同じ形状をなしていることが好ましい。
これにより、送出口からのエッチング液の送出量と、吸引口からのエッチング液の吸引量とのバランスが良好となり、エッチング液を被処理面上に均一に分散させることができる。
本発明の表面加工装置では、前記吸引口および前記送出口は、それぞれ、長方形状をなしていることが好ましい。
これにより、エッチング液は、送出口の各部位から偏りなく等しい流量で送出され、被処理面に供給された後、吸引口の各部位から偏りなく等しい流量で吸引される。その結果、所定時刻にエッチング液が供給された被処理面内の領域に、エッチング液が均一に分布することとなり、領域内のエッチングレートが均一となる。
本発明の表面加工装置では、前記ノズルは、前記エッチング液を前記送出口から前記吸引口へ案内する案内溝を有していることが好ましい。
これにより、被処理面に供給されたエッチング液をスムーズに吸引口に導くことができる。
本発明の表面加工装置では、前記案内溝は、前記ノズルの移動方向に延在していることが好ましい。
これにより、被処理面に供給されたエッチング液をよりスムーズに吸引口に導くことができる。
本発明の表面加工装置では、前記ノズルは、第1の開口および第2の開口を有し、
前記ノズルの移動方向に応じて、前記第1の開口を前記送出口とし前記第2の開口を前記吸引口とする状態と、前記第1の開口を前記吸引口とし前記第2の開口を前記送出口とする状態とを切り替えることができることが好ましい。
これにより、ノズルが一方の開口側に移動する場合、他方の開口側に移動する場合のいずれの場合であっても、被処理面の任意の領域をエッチング液の送出口に遅れて吸引口が通過するため、送出口から送出され被処理面に供給されたエッチング液を吸引口からスムーズに吸引することができる。そのため、より確実に、被処理面に供給されたエッチング液を吸引口から偏りなく均一に吸引することができる。
本発明の表面加工装置では、前記ノズルは、前記送出口を介して対向配置された1対の前記吸引口を有し、
前記1対の吸引口のうちの前記ノズルの移動方向後方側にある前記吸引口から前記エッチング液を吸引することが好ましい。
これにより、ノズルが一方の吸引口側に移動する場合、他方の吸引口側に移動する場合のいずれの場合であっても、被処理面の任意の領域をエッチング液の送出口に遅れて吸引口が通過するため、送出口から送出され被処理面に供給されたエッチング液を吸引口からスムーズに吸引することができる。そのため、より確実に、被処理面に供給されたエッチング液を吸引口から偏りなく均一に吸引することができる。
本発明の表面加工装置では、前記1対の吸引口は、前記送出口に対して対称的に設けられており、かつ、互いに同じ形状および大きさをなしていることが好ましい。
これにより、一方の吸引口からエッチング液を吸引する場合と、他方の吸引口からエッチング液を吸引する場合とで、エッチング液の単位時間当たりの吸引量を等しくすることができる。そのため、上記いずれの場合であっても、同じ条件(エッチングレート)で被処理面に対するエッチング処理を行うことができる。
本発明の表面加工装置では、前記ノズルは、前記吸引口を介して対向配置された1対の前記送出口を有し、
前記1対の送出口のうちの前記ノズルの移動方向先方側にある前記送出口から前記エッチング液を送出することが好ましい。
これにより、ノズルが一方の送出口側に移動する場合、他方の送出口側に移動する場合のいずれの場合であっても、被処理面の任意の領域をエッチング液の送出口に遅れて吸引口が通過するため、送出口から送出され被処理面に供給されたエッチング液を吸引口からスムーズに吸引することができる。そのため、より確実に、被処理面に供給されたエッチング液を吸引口から偏りなく均一に吸引することができる。
本発明の表面加工装置では、前記1対の送出口は、前記吸引口に対して対称的に設けられており、かつ、互いに同じ形状および大きさをなしていることが好ましい。
これにより、一方の送出口からエッチング液を送出する場合と、他方の送出口からエッチング液を送出する場合とで、エッチング液の単位時間当たりの送出量を等しくすることができる。そのため、上記いずれの場合であっても、同じ条件(エッチングレート)で被処理面に対するエッチング処理を行うことができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の表面加工装置の第1実施形態を示す図、図2は、図1に示す表面加工装置が有するノズルの形状および移動方向を示す平面図、図3は、図2に示すノズルの縦断面図、図4は、図2に示すノズルの平面図、図5は、図1に示す表面加工装置が有する温度制御部の構成図、図6は、図1に示す表面加工装置が有する制御部の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
エッチング処理が施されるワーク10の構成材料は、特に限定されず、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス、水晶等の結晶性材料、アルミナ、シリカ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、ガリウム−ヒ素等の各種半導体材料、ダイヤモンド、黒鉛等の炭素系材料、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、アクリル樹脂等各種プラスチック(樹脂材料)のような誘電体材料で構成されたもの、その他、例えば、アルミニウム、銅、鉄系金属のような各種金属材料が挙げられる。
図1に示すように、表面加工装置1は、ワーク10を支持する支持装置2と、支持装置2に支持されたワーク10の被処理面101にエッチング液を供給するエッチング液供給装置3とを有している。このような表面加工装置1は、支持装置2に支持されたワーク10の被処理面101に、エッチング液供給装置3によってエッチング液を供給することにより、ワーク10(被処理面101)に対して所望のエッチング処理を行うように構成されている。
[支持装置]
図1に示すように、支持装置2は、チャッキングプレート(支持台)21と、固定手段22とを有している。
(チャッキングプレート)
チャッキングプレート21は、ワーク10を支持する機能を有する。このような機能を有するチャッキングプレート21は、本実施形態では、板状をなしている。ただし、チャッキングプレート21の形状は、ワーク10を支持することができれば、特に限定されず、板状でなくてもよい。
固定手段22は、チャッキング面211にワーク10を固定する機能を有する。ワーク10をチャッキング面211に固定することにより、チャッキングプレート21に対するワーク10の姿勢および位置をエッチング処理中一定に保つことができるため、ワーク10に対して所望のエッチング処理を行うことができる。特に、本実施形態のような表面加工装置1では、ワーク10をチャッキングプレート21に吊り下げるように支持するため、固定手段22により、ワーク10のチャッキングプレート21からの落下を防止することができる。
エッチング液供給装置3は、チャッキングプレート21に固定されたワーク10の被処理面101にエッチング液を供給する機能を有する。図1に示すように、エッチング液供給装置3は、ワーク10の被処理面101に沿って移動可能に設けられたノズル4と、ノズル4の駆動を制御する制御部6と、エッチング液をノズル4から送出し、回収するエッチング液循環装置7とを有している。
図1に示すように、ノズル4は、チャッキングプレート21に固定されたワーク10の下方に位置するように設けられている。また、ノズル4は、その上面(被処理面101と対向する面)に開放する2つの貫通孔41、42を有している。このようなノズル4では、エッチング液が貫通孔41を通ってノズル4の上面から送出され、貫通孔42を通って吸引される。すなわち、ノズル4では、貫通孔41の上部開口がエッチング液の送出口4aを構成し、貫通孔42の上部開口がエッチング液の吸引口4bを構成する。
図4に示すように、送出口4aおよび吸引口4bは、ノズル4の移動方向に並んで形成されている。また、送出口4aが、吸引口4bに対してノズル4の移動方向前方側に位置している。このような配置とすることにより、被処理面101の任意の領域を送出口4aに遅れて吸引口4bが通過するため、送出口4aから送出され被処理面101に供給されたエッチング液を吸引口4bからスムーズに吸引することができる。そのため、より確実に、被処理面101に供給されたエッチング液を吸引口4bから偏りなく均一に吸引することができる。
図1に示すように、エッチング液循環装置7は、エッチング液をノズル4の送出口4aから送出する送出管71と、エッチング液をノズル4の吸引口4bから回収する回収管72と、エッチング液を貯留する貯留タンク73と、貯留タンク73から送出管71へエッチング液を送出する送液ポンプ74と、送出管71へ送出するエッチング液の流量を調節する流量調節バルブ75および流量計76と、ワーク10の被処理面101に付着したエッチング液(エッチング処理の用に供されたエッチング液)を吸引して回収するための吸引ポンプ77と、ノズル4から送出するエッチング液の温度を調節する温度制御部78とを有している。
また、ヒーター782としては、貯留タンク73内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、例えば、ニクロム線等の線状発熱体を用いてもよいし、シリコンラバーヒーター等の面状発熱体を用いてもよい。また、ヒーター782の配置は、貯留タンク73内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、貯留タンク73の外周付近に設置されていてもよい。
図6に示すように、制御部6は、ノズル4を平面内(被処理面101上)で移動させるノズル移動装置61と、加工前および目標とする加工後のワーク10の表面のプロファイルを記憶する記憶部62と、これら2つのプロファイルおよびエッチング液の単位時間当たりのエッチング量(エッチング深さ)から、ノズル4の移動速度を算出する演算部63と、その演算結果に基づきノズル4の移動速度を制御するとともにノズル4とワーク10の離間距離を一定に保つようにノズル移動装置61を制御する移動制御部64とを有している。
以上、表面加工装置1について説明した。
[テスト工程]
まず、表面加工装置1を使用する前に、予備実験として、ワーク10と同じ材料から成る試料(テストピース)を用いて、ノズル4(送出口4a)から所定の一定流量のエッチング液を試料表面に送出した場合における単位時間当たりのエッチング深さ(エッチングされる深さ)を求めておく。また、このエッチング深さの測定をノズル4を一定の速度で移動させながら行う。そして、この測定を複数の速度で行うことにより、ノズル4の移動速度とエッチング深さの関係を求めることができる。ワーク10の被処理面101上の各点におけるエッチングすべき加工深さが決まれば、ここで求めたノズル4の移動速度と加工深さの関係から、ノズル4の移動速度を定めることができる。
次に、ワーク10の被処理面101の加工前のプロファイルを測定する。この測定は、既存の表面形状測定装置や表面粗さ測定装置等を用いて行うことができる。得られた測定結果を制御部6の記憶部62に記憶させる。次に、演算部63は、記憶部62に記憶されたワーク10の被処理面101の加工前および目標とする加工後のワーク10の被処理面101のプロファイルとの差から、ワーク10の被処理面101上の各位置において加工すべきエッチング深さを算出する。演算部63は更に、前述のノズル4の移動速度とエッチング深さの関係から、被処理面101上の各位置におけるノズル4の移動速度を算出する。
温度制御部78を駆動しエッチング液を所定温度に加熱するとともに、送液ポンプ74を作動させて流量調節バルブ75を調節することにより、貯留タンク73からノズル4を通して、所定の一定流量でエッチング液を送出する。次いで、移動制御部64により制御されたノズル移動装置61によって、ノズル4を上述のように定めた速度で、ワーク10の被処理面101の全域を通過するように移動させる。それとともに、吸引ポンプ77を作動させてワーク10の被処理面101からエッチング液を貯留タンク73に吸引する。これにより、ワーク10の被処理面101の各点において、前述の算出された加工すべき深さにエッチングがなされ、所望のプロファイルが得られる。
次に、本発明の表面加工装置の第2実施形態について説明する。
図7は、第2実施形態にかかる表面加工装置が備えるノズルを示す斜視図、図8は、図7に示すノズルの平面図である。
以下、第2実施形態の表面加工装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態のノズル4Aは、その上面(被処理面101に対向する面)に開放する複数の案内溝45Aを有している。複数の案内溝45Aは、それぞれ、送出口4aと吸引口4bとを連通するように形成されている。また、複数の案内溝45Aは、それぞれ、ノズル4Aの移動方向に延在して形成されている。
このような案内溝45Aは、送出口4aから送出し被処理面101に供給されたエッチング液を、吸引口4bに案内(誘導)する案内溝である。このような案内溝45Aを形成することによって、被処理面101に供給されたエッチング液をスムーズに吸引口4bに導くことができる。
なお、各案内溝45Aの横断面形状は、特に限定されず、例えば、半円形、四角形、三角形であってもよい。また、各案内溝45Aの深さ(最大深さ)も、特に限定されず、例えば、0.01mm以上、1mm以下程度とすることができる。また、各案内溝45Aのピッチも、特に限定されず、例えば、0.01mm以上、1mm以下とすることができる。
以上のような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の表面加工装置の第3実施形態について説明する。
図9は、第3実施形態にかかる表面加工装置の構成図、図10は、図9に示す表面加工装置が有するノズルの平面図、図11は、図9に示すノズルの移動ルートを示す平面図、図12は、図9に示す表面加工装置が有する切り替え手段を説明する図である。なお、以下の説明では、図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
第3実施形態にかかる表面加工装置では、ノズルの構成が異なることと、循環経路を切り替える切り替え手段を有すること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図9、図10、図11および図12にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図12に示すように、切り替え手段8は、貫通孔461に接続された送出管71と貫通孔462に接続された回収管72とを連結する第1の連結管81と、送出管71の第1の連結管81との接続部R1よりも貫通孔461側と回収管72の第1の連結管81との接続部R3よりも貯留タンク73側とを連結する第2の連結管82と、第1の連結管81の途中に設けられたバルブ831と、第2の連結管82の途中に設けられたバルブ832と、送出管71の第1の連結管81との接続部R1と第2の連結管82との接続部R2の間に設けられたバルブ833と、回収管72の第1の連結管81との接続部R3と第2の連結管82との接続部R4の間に設けられたバルブ834と、これら4つのバルブ831〜834の開閉を制御するバルブ制御部(図示せず)を有している。
以上のような第3実施形態によっても、第2実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の表面加工装置の第4実施形態について説明する。
図13は、第4実施形態にかかる表面加工装置の構成図、図14は、図13に示す表面加工装置が有するノズルの平面図、図15は、図13に示すノズルの移動ルートを示す平面図、図16は、図13に示す表面加工装置が有する切り替え手段を説明する図である。なお、以下の説明では、図13中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
第4実施形態にかかる表面加工装置では、ノズルの構成が異なることと、循環経路を切り替える切り替え手段を有すること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図13、図14、図15および図16にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
ノズル4Cでは、送出口4aおよび吸引口4b’、4b”の長手方向の長さは、同じ方向における被処理面101の幅よりも短い。そのため、例えば、図15に示すように、ノズル4Cを図15中横方向に往復移動させながら図15中縦方向に移動させることにより、被処理面101の全域にエッチング液を供給する。なお、前記「ノズル4Cの移動方向」とは、被処理面101上でのノズル4Cの移動方向を言い、図15中横方向を言う。
図16に示すように、回収管72は、途中で2股に分岐し、その一方が吸引口4b’に接続され、他方が吸引口4b”に接続されている。そして、切り替え手段8Cは、回収管72の分岐部よりも吸引口4b’側に設けられたバルブ841Cと、回収管72の分岐部よりも吸引口4b”側に設けられたバルブ842Cと、これらバルブ841C、842Cの開閉を制御するバルブ制御部(図示せず)とを有している。
以上のような第4実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の表面加工装置の第5実施形態について説明する。
図17は、第5実施形態にかかる表面加工装置の構成図、図18は、図17に示す表面加工装置が有するノズルの斜視図、図19は、図17に示すノズルの移動ルートを示す平面図、図20は、図17に示す表面加工装置が有する切り替え手段を説明する図である。なお、以下の説明では、図17中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
第5実施形態にかかる表面加工装置では、ノズルの構成が異なることと、循環経路を切り替える切り替え手段を有すること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図17、図18、図19および図20にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
ノズル4Dでは、送出口4a’、4a”および吸引口4bの長手方向の長さは、同じ方向における被処理面101の幅よりも短い。そのため、例えば、図19に示すように、ノズル4Dを図19中横方向に往復移動させながら図19中縦方向に移動させることにより、被処理面101の全域にエッチング液を供給する。なお、前記「ノズル4Dの移動方向」とは、被処理面101上でのノズル4Dの移動方向を言い、図19中横方向を言う。
図20に示すように、送出管71は、途中で2股に分岐し、その一方が送出口4a’に接続され、他方が送出口4a”に接続されている。そして、切り替え手段8Dは、送出管71の分岐部よりも送出口4a’側に設けられたバルブ851Dと、送出管71の分岐部よりも送出口4a”側に設けられたバルブ852Dと、これらバルブ851D、852Dの開閉を制御するバルブ制御部(図示せず)とを有している。
以上のような第5実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の表面加工装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、図21(b)に示すように、送出口4aおよび吸引口4bが共に長方形状をなしているが、その延在方向が平行でない構成であってもよい。
また、図21(d)に示すように、送出口4aおよび吸引口4bが共に、幅が長手方向の中央部から縁部に向けて漸減するような形状であってもよい。
また、図22(e)に示すように、送出口4aが、幅が長手方向の中央部から縁部に向けて漸減するような形状であり、吸引口4bが、幅が長手方向の中央部から縁部に向けて漸増するような形状であってもよい。また、この逆であってもよい。
Claims (13)
- 被処理物の被処理面にエッチング液を供給することにより前記被処理面を加工する表面加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記支持台に対して移動可能に設けられ、前記支持台に支持された前記被処理物の前記被処理面に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、を有し、
前記ノズルは、前記送出口から送出され前記被処理面に供給された前記エッチング液を、前記吸引口から偏りなく均一に吸引することにより、前記エッチング液が供給された前記被処理面内の領域のエッチングレートを均一化することを特徴とする表面加工装置。 - 前記ノズルは、前記エッチング液が供給された前記被処理面内の領域に前記エッチング液が均一に分布するように前記吸引口から前記エッチング液を吸引する請求項1に記載の表面加工装置。
- 前記吸引口は、前記送出口の前記ノズルの移動方向後方側に形成されている請求項1または2に記載の表面加工装置。
- 前記吸引口および前記送出口は、それぞれ、前記ノズルの移動方向に直交する方向に延在する長手形状をなし、長手方向の長さが互いに等しく、前記ノズルの移動方向に並んで形成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の表面加工装置。
- 前記吸引口および前記送出口は、互いに同じ形状をなしている請求項4に記載の表面加工装置。
- 前記吸引口および前記送出口は、それぞれ、長方形状をなしている請求項4または5に記載の表面加工装置。
- 前記ノズルは、前記エッチング液を前記送出口から前記吸引口へ案内する案内溝を有している請求項1ないし6のいずれかに記載の表面加工装置。
- 前記案内溝は、前記ノズルの移動方向に延在している請求項7に記載の表面加工装置。
- 前記ノズルは、第1の開口および第2の開口を有し、
前記ノズルの移動方向に応じて、前記第1の開口を前記送出口とし前記第2の開口を前記吸引口とする状態と、前記第1の開口を前記吸引口とし前記第2の開口を前記送出口とする状態とを切り替えることができる請求項1ないし8のいずれかに記載の表面加工装置。 - 前記ノズルは、前記送出口を介して対向配置された1対の前記吸引口を有し、
前記1対の吸引口のうちの前記ノズルの移動方向後方側にある前記吸引口から前記エッチング液を吸引する請求項1ないし8のいずれかに記載の表面加工装置。 - 前記1対の吸引口は、前記送出口に対して対称的に設けられており、かつ、互いに同じ形状および大きさをなしている請求項10に記載の表面加工装置。
- 前記ノズルは、前記吸引口を介して対向配置された1対の前記送出口を有し、
前記1対の送出口のうちの前記ノズルの移動方向先方側にある前記送出口から前記エッチング液を送出する請求項1ないし8のいずれかに記載の表面加工装置。 - 前記1対の送出口は、前記吸引口に対して対称的に設けられており、かつ、互いに同じ形状および大きさをなしている請求項12に記載の表面加工装置。
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