JP2021084146A - ウェーハの研削方法 - Google Patents

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【課題】ウェーハを均等な厚みに研削する。【解決手段】保持面20aにウェーハWを保持する保持工程と、保持面20aに保持されたウェーハWの研削前厚みDiを測定する厚み測定工程と、研削前厚みDiと予め設定されている仕上げ厚みDfとの差を研削総量G1として算出する総量算出工程と、研削総量G1の半分の研削量である半分研削量G2だけ保持面20aに保持されたウェーハWを研削する仮研削工程と、ウェーハWの中心WoとウェーハWの外周WeとウェーハWの中点Whの厚みをそれぞれ測定する測定工程と、研削砥石340の下面340aに対する保持面20aの傾きを調整する傾き調整工程と、さらに研削砥石340aを用いて、ウェーハWの中心Woと外周Weと中点Whの厚みが同じ値になるように半分研削量G2だけ研削する仕上げ研削工程とを行って、ウェーハWを均等な厚みに研削する。【選択図】図5

Description

本発明は、ウェーハの研削方法に関する。
研削砥石を用いてウェーハを研削する研削装置は、略円錐状の保持面にウェーハを保持するチャックテーブルと、該研削砥石を環状に配置した研削ホイールを回転させ該保持面に保持されたウェーハの上面を研削砥石で研削する研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な上下方向に移動させる上下移動手段と、を備えている。
研削加工は、保持面に保持されたウェーハの中心から外周までの半径エリアにおいて円弧の研削領域に研削砥石を押し付けている。そのため、研削領域に研削荷重が加わったときと研削荷重がかかっていないときとでは、保持面に対する研削砥石の下面の平行度が異なるため、研削されたウェーハは、中央が削られ過ぎ断面がV字形の厚み傾向になってしまう。
その対策として、特許文献1に開示のように、研削されるウェーハを仕上げ厚みに達しない厚みに仮研削して、仮研削したウェーハの厚みを測定して、断面の形状を認識して、仕上げ厚みまで研削したときに、ウェーハが均等な厚みになるように、研削砥石の下面に対する保持面の傾きを調整している。
特開2013−119123号公報
しかし、仮研削時の研削量と、仮研削後の厚みから仕上げ厚みまでの研削量とが異なっていると、仮研削後に保持面の傾きを調整した後、仕上げ厚みまで研削したウェーハが均等な厚みにならないという問題がある。
したがって、ウェーハを研削する研削方法には、ウェーハを均等な厚みに研削するという解決すべき課題がある。
本発明は、保持手段の保持面に保持され該保持面の中心を軸に回転するウェーハを研削砥石を用いて均等な所定の厚みに研削するウェーハの研削方法であって、該保持面にウェーハを保持する保持工程と、該保持面に保持された研削前のウェーハの厚みを測定する厚み測定工程と、該厚み測定工程において測定されたウェーハの研削前厚みと、予め設定されている仕上げ厚みとの差を研削総量として算出する総量算出工程と、該総量算出工程において算出された該研削総量の半分の半分研削量だけ、該保持面に保持されたウェーハを研削する仮研削工程と、該仮研削工程において研削されたウェーハの厚みをウェーハの中心と、ウェーハの外周と、ウェーハの中心と外周との中点と、の少なくとも3箇所の厚みを測定する測定工程と、該測定工程で測定した少なくとも3箇所の厚みが同じ値になるように該研削砥石の下面に対する該保持面の傾きを調整する傾き調整工程と、該傾き調整された該保持面に保持され、かつ仮研削されたウェーハを、該仕上げ厚みまで研削する仕上げ研削工程と、を備えるウェーハの研削方法である。
本研削方法においては、仮研削と仕上げ研削とにおけるウェーハの研削量が同じであるため、加工点における温度、負荷、研削砥石の磨耗などが同じになり、その結果、均等な厚みのウェーハの製造が可能になる。
研削装置の全体を表す斜視図である。 傾き調整手段を備える研削装置を側方から見た断面図である。 ウェーハを保持面に保持する様子を側方から見た断面図である。 ウェーハの研削前厚みを測定する様子を側方から見た断面図である。 ウェーハの仮研削を行う様子を側方から見た断面図である。 仮研削後のウェーハの厚みを測定する様子を側方から見た断面図である。 保持面の傾きを調整して、ウェーハの仕上げ研削を行う様子を側方から見た断面図である。
1 研削装置
図1に示す研削装置1は、ウェーハWを研削する研削装置である。ウェーハWの下面Wbには保護テープTが貼着されている。
図1に示すように研削装置1は、Y軸方向に延設されたベース10と、ベース10の上における+Y方向側に立設されたコラム11とを備えている。
ベース10の上には、保持手段2が配設されている。保持手段2は円板状の吸引部20と吸引部20を支持する環状の枠体21とを備えている。
吸引部20には多数の細孔が形成されており、吸引部20の上面はウェーハWが保持される保持面20aとなっている。枠体21の上面21aと保持面20aとは、面一に形成されている。
保持面20aには吸引手段27が接続されている。保持面20aにウェーハWが載置されている状態で、吸引手段27を用いて吸引力を発揮させると、生み出された吸引力が上記の多数の細孔を通じて保持面20aに伝達されて、保持面20aにウェーハWが吸引保持されることとなる。
保持手段2は、図示しない水平移動手段に接続されている。保持手段2は、図示しない水平移動手段によって、Y軸方向に往復移動することができる。
保持手段2の周囲には、カバー28及びカバー28に伸縮自在に連結された蛇腹29が配設されている。例えば、図示しない水平移動手段に駆動されて保持手段2がY軸方向に移動すると、カバー28が保持手段2とともにY軸方向に移動して蛇腹29が伸縮することとなる。
ベース10の上における保持手段2の移動経路の−X方向側には、接触式厚み測定手段100が配設されている。接触式厚み測定手段100は、例えば研削装置1のベース10の上の−X方向側に配設された筐体103を備えている。筐体103の側面には、保持面ハイトゲージ101及び上面ハイトゲージ102が配設されている。
保持面ハイトゲージ101は第1接触子101aを備えている。保持面ハイトゲージ101の第1接触子101aを枠体21の上面21aの上に接触させることにより、枠体21の上面21aに面一な吸引部20の保持面20aの高さを測定することができる。
上面ハイトゲージ102は第2接触子102aを備えている。例えば保持面20aにウェーハWが保持されている状態で、上面ハイトゲージ102の第2接触子102aをウェーハWの上面Waに接触させることにより、ウェーハWの上面Waの高さを測定することができる。
筐体103の内部には、例えばCPU、メモリ等を有する図示しない算出手段が配設されている。
ウェーハWの上面Waの高さ及び保持面20aの高さは、それぞれ電気信号として該算出手段に伝達された後、該算出手段において両高さが差し引かれて、ウェーハWと保護テープTとの合計の厚みが算出されることとなる。
また、該算出手段には、予めウェーハWに貼着されている保護テープTの厚みの値が記憶されており、該算出手段においてウェーハWと保護テープTとの合計厚みが算出されると、算出されたウェーハWと保護テープTとの合計の厚みから保護テープTの厚みが差し引かれてウェーハWの厚みが算出される構成となっている。
ベース10の上における保持手段2の移動経路の+X方向側には、非接触式厚み測定手段7が配設されている。非接触式厚み測定手段7は、ベース10の上に立設された軸部70と、軸部70に連結され軸部70に対して略垂直に伸ばして配設されたアーム部71と、アーム部71の軸部70に連結されていない側の端部に配設されたセンサ72とを備えている。
軸部70は、例えばその内部に配設されている図示しないモータ等により駆動されて、Z軸方向の回転軸75を軸にして回転可能となっている。軸部70が回転軸75を軸にして回転すると、軸部70に連結されているアーム部71及びアーム部71に配設されているセンサ72が、回転軸75を軸にして回転することとなる。
センサ72の内部には、例えば図示しないレーザー発振器が設けられており、−Z方向に向けてレーザービームを照射することができる。また、センサ72は、光を受光し、また、受光された光に基づいてウェーハWの厚みを測定する機能を有している。
例えば、保持面20aの上にウェーハWを吸引保持している保持手段2が、センサ72の下方に位置付けられている状態で、センサ72からウェーハWの上面Waに向けてレーザービームを照射することにより、ウェーハWの上面Waにおいて反射する光とウェーハWの内部を貫通してウェーハWと保護テープTとの界面において反射する光との干渉光をセンサ72に受光して、ウェーハWの厚みを測定することができる。
なお、ウェーハWの厚みの測定は、非接触式厚み測定手段7だけでも行うことができる。
接触式厚み測定手段100と非接触式厚み測定手段7とは、図1に示した位置と逆の位置に配設されていてもよい。すなわち、接触式厚み測定手段100が、ベース10の上における保持手段2の移動経路の+X方向側に、非接触式厚み測定手段7が、ベース10の上における保持手段2の移動経路の−X方向側にそれぞれ配設されていてもよい。
研削装置1には、CPU、メモリ等を有する研削量算出手段8が配設されている。研削量算出手段8には、予め所望の仕上げ厚みが記憶されている。研削量算出手段8は、ウェーハWの研削前に算出された研削前厚みと該仕上げ厚みとの差を算出する機能を有している。
コラム11の−Y方向側の側面には、研削手段3を昇降可能に支持する研削送り手段4が配設されている。研削手段3は、Z軸方向の回転軸35を有するスピンドル30と、スピンドル30を回転可能に支持するハウジング31と、回転軸35を軸にしてスピンドル30を回転駆動するスピンドルモータ32と、スピンドル30の下端に接続された円環状のマウント33と、マウント33の下面に着脱可能に装着された研削ホイール34とを備えている。
研削ホイール34は、ホイール基台341と、ホイール基台341の下面に環状に配列された略直方体形状の複数の研削砥石340とを備えており、研削砥石340の下面340aはウェーハWを研削する研削面となっている。
研削送り手段4は、Z軸方向の回転軸45を有するボールネジ40と、ボールネジ40に対して平行に配設された一対のガイドレール41と、回転軸45を軸にしてボールネジ40を回転させるZ軸モータ42と、内部のナットがボールネジ40に螺合して側部がガイドレール41に摺接する昇降板43と、昇降板43に連結され研削手段3を支持するホルダ44とを備えている。
Z軸モータ42によってボールネジ40が駆動されて、ボールネジ40が回転軸45を軸にして回転すると、これに伴って、昇降板43がガイドレール41に案内されながらZ軸方向に昇降移動するとともに、ホルダ44に保持されている研削手段3がZ軸方向に移動することとなる。
図2に示すように、保持手段2の下方には、保持手段2を支持するテーブル基台23と、テーブル基台23を回転可能に支持する支持部24とが配設されている。
支持部24は、プーリ機構を有する回転手段22に連結されている。回転手段22は、Z軸方向の軸心を有するモータ220と、支持部24及びモータ220に巻回されてモータ220と支持部24とを連結する伝動ベルト221と、を備えている。
モータ220が作動すると、モータ220の回転力が伝動ベルト221によって支持部24に伝達されて、支持部24が回転軸25を軸にして回転する。これにより、支持部24にテーブル基台23を介して連結されている保持手段2がZ軸方向の回転軸25を軸にして回転することとなる。
研削装置1は、研削砥石340の下面340aに対する保持面20aの傾きを調整する傾き調整手段6を備えている。傾き調整手段6は、保持手段2の下方に備えた内部ベース12に対して高さ方向に向けて貫通形成されている貫通孔120に貫通するシャフト61と、内部ベース12の上に固定された固定支持柱62と、シャフト61及び固定支持柱62に支持された環状部材64とを備えている。
シャフト61には、雄ネジ61aが形成されている。環状部材64には、貫通孔640が環状部材64の高さ方向(Z軸方向)に向かって貫通形成されており、貫通孔640には、シャフト61の雄ネジ61aに対応する形状の雌ネジ64bが形成されている。
シャフト61は、その雄ネジ61aが環状部材64の雌ネジ64bに螺合して、第2環状部材64を支持している。
また、固定支持柱62は、環状部材64の下面に固定されている。
傾き調整手段6は、シャフト61を回転させる駆動部68を備えている。例えば、駆動部68に備える図示しないモータ等を用いてシャフト61を回転駆動させることにより、シャフト61の雄ネジ61aが環状部材64の雌ネジ64bに螺合しながら、環状部材64にテーブル基台23を介して支持されている保持手段2の+Y方向側が昇降移動して、保持面20aの傾きが調整されることとなる。
傾き調整手段6は、駆動部68の上に配設され、かつ内部ベース12の下面12aに固定されたストッパー67を備えている。ストッパー67には、貫通孔670が形成されており、貫通孔670にはシャフト61が貫通している。シャフト61は、ストッパー67によりその上昇可能な高さが制限されている。
2 ウェーハの研削方法
(1)保持工程
上記の研削装置1を用いたウェーハWの研削方法について、以下に説明する。
まず、図3に示すように、保持手段2の保持面20aにウェーハWをその上面Waを上側に向けて載置する。このとき、ウェーハWの下面Wbに貼着されている保護テープTが保持面20aに接触される。
保持面20aにウェーハWが載置されている状態で、吸引手段27を作動させて吸引力を発揮させることにより、生み出された吸引力が保持面20aに伝達されて、ウェーハWが保持面20aに吸引保持される。
(2)厚み測定工程
ウェーハWを保持面20aに吸引保持した後、図4に示すように非接触式厚み測定手段7を用いてウェーハWの研削前厚みDiを測定する。なお、測定位置は任意である。
接触式厚み測定手段100を用いてウェーハWの研削前厚みDiを測定してもよい。
(3)総量算出工程
次に、図5に示すように、研削量算出手段8を用いて、上記の厚み測定工程において測定されたウェーハWの研削前厚みDiと、予め研削量算出手段8に設定されている仕上げ厚みDfとの差を研削総量G1として算出する。
(4)仮研削工程
そして、上記の総量算出工程において算出された研削総量G1の半分の研削量である半分研削量G2だけ、保持面20aに保持されているウェーハWを研削する。
具体的には、まず、保持面20aにウェーハWが保持されている状態で、図示しない水平移動手段を用いて保持手段2を+Y方向に移動させて、研削砥石340の下面340aの外周がウェーハWの中心Woを通るように位置合わせをする。
次いで、回転手段22を用いて、回転軸25を軸にして保持手段2を回転させることによって、回転軸25を軸にして保持面20aに保持されているウェーハWを回転させる。また、スピンドルモータ32を用いて、回転軸35を軸にしてスピンドル30及びスピンドル30にホイール基台341を介して連結されている研削砥石340を回転させる。
保持面20aに保持されているウェーハWが回転軸25を軸にして回転しており、かつ、研削砥石340が回転軸35を軸にして回転している状態で、研削送り手段4を用いて研削砥石340を−Z方向に下降させて、研削砥石340の下面340aをウェーハWの上面Waに接触させる。
ウェーハWの上面Waに研削砥石340の下面340aが接触している状態で、さらに研削砥石340を半分研削量G2にあたる高さだけ−Z方向に下降させることにより、ウェーハWが仮研削される。
(5)測定工程
ウェーハWを仮研削した後、図6に示すように、研削送り手段4を用いて研削砥石340を+Z方向に移動させて、ウェーハWの上面Waから離間させる。
その後、非接触式厚み測定手段7を用いてウェーハWの中心Woと、ウェーハWの外周Weと、ウェーハWの中心Woと外周Weとの中点Whとの少なくとも3箇所の厚みを測定する。
具体的には、まず、例えば、図1に示したアーム部71及びアーム部71に連結されているセンサ72を、回転軸75を軸にして旋回させることによって、図6に示すように、センサ72をウェーハWの中心Woの真上に位置付ける。
そして、センサ72からウェーハWの中心Woに向けてレーザービームを照射して、該レーザービームのうちウェーハWの上面Waにおいて反射された反射光と、ウェーハWと保護テープTとの界面において反射された反射光との干渉光をセンサ72に受光する。これにより、ウェーハWの中心Woの厚みが測定される。
次に、センサ72をウェーハWの中点Whに位置づけてウェーハWの中点Whの厚みを測定する。例えば、仮研削工程において回転させられたウェーハWが引き続き回転軸25を軸にして回転している状態で、センサ72からウェーハWの中点Whを通る円周に向けてレーザービームを連続的又は断続的に照射して、ウェーハWの上面Waにおいて反射した反射光と、ウェーハWと保護テープTとの界面において反射した反射光との干渉光を、ウェーハWの中点Whを通る円周の一周分測定する。これにより、ウェーハWの中点Whを通る円周にあたる部分のうち複数の位置について、一周分の厚みが測定され、それらの厚みの平均値がウェーハWの中点Whの厚みとして算出される。
さらに、同様にアーム部71及びセンサ72を旋回させて、センサ72をウェーハWの外周Weに位置づけてウェーハWの外周Weの厚みを測定する。すなわち、回転軸25を軸にして回転しているウェーハWの外周Weを通る円周の一周分の厚みを測定して、それらの平均値をウェーハWの外周Weの厚みとして算出する。
(6)傾き調整工程
図7に示すように、傾き調整手段6を用いて、研削砥石340の下面340aに対する保持面20aの傾きを調整する。
例えば、上記の測定工程において測定されたウェーハWの外周Weの厚みの方がその中心Woの厚みよりも大きい場合には、保持面20aの+Y方向側を−Y方向側よりも上昇させる。一方、ウェーハWの中心Woの厚みの方がその外周Weの厚みよりも大きい場合には、保持面20aの+Y方向側を−Y方向側よりも下降させる。保持面20aの傾きの調整は、上記3箇所、すなわちウェーハWの中心Woと、ウェーハWの外周Weと、ウェーハWの中心Woと外周Weとの中点Whとの少なくとも3箇所の厚みを非接触式厚み測定手段7によって測定しながら行い、当該3箇所の厚みが同じになるようにする。
(7)仕上げ研削工程
次に、傾き調整された保持面20aに吸引保持されており、かつ仮研削された状態のウェーハWを、上記の測定工程において測定された少なくとも3箇所の厚み、すなわちウェーハWの中心Wo、中点Wh、及び外周Weの厚みが同じ値になるように、仕上げ厚みDfまで仕上げ研削する。
具体的にはウェーハWの仮研削と同様に、保持面20aに吸引保持されているウェーハWが回転軸25を軸にして回転しており、かつ、研削砥石340が回転軸35を軸にして回転している状態で、研削送り手段4を用いて研削砥石340を−Z方向に下降させて、研削砥石340の下面340aをウェーハWの上面Waに接触させる。そして、ウェーハWの上面Waに研削砥石340の下面340aが接触している状態で、半分研削量G2にあたる高さだけさらに研削砥石340を−Z方向に下降させていき、ウェーハWを仕上げ厚みDfに研削する。
例えば、ウェーハWの外周Weの厚みの方がその中心Woの厚みよりも大きい場合には、上記の傾き調整工程において、保持面20aの+Y方向側が−Y方向側よりも上に位置づけられるように傾き調整がされるため、仕上げ研削の際に、ウェーハWの外周Weの方がその中心Woよりも研削砥石340の下面340aにより多く接触して、より大きく研削される。
一方、ウェーハWの中心Woの厚みの方がその外周Weの厚みよりも大きい場合には、上記の傾き調整工程において、保持面20aの+Y方向側が−Y方向側よりも下に位置づけられるように傾き調整がされるため、仕上げ研削の際に、ウェーハWの中心Woの方がその外周Weよりも研削砥石340の下面340aにより多く接触して、より大きく研削される。
本研削方法においては、仮研削と仕上げ研削とにおけるウェーハWの研削量(半分研削量G2)が同じであるため、加工点における温度、負荷、研削砥石340の磨耗などの条件が同じになり、その結果、均等な厚みのウェーハWの製造が可能になる。
1:研削装置 10:ベース 11:コラム
12:内部ベース 12a:内部ベースの下面 120:貫通孔
2:保持手段 20:吸引部 20a:保持面 21:枠体 21a:枠体の上面
22:回転手段 220:モータ 221:伝動ベルト
23:テーブル基台 24:支持部 25:回転軸 27:吸引手段
28:カバー 29:蛇腹 3:研削手段 30:スピンドル 31:ハウジング
32:スピンドルモータ 33:マウント 34:研削ホイール 340:研削砥石
340a:研削砥石の下面 341:ホイール基台 35:回転軸
4:研削送り手段 40:ボールネジ 41:ガイドレール 42:Z軸モータ
43:昇降板 44:ホルダ 45:回転軸
6:傾き調整手段 61:シャフト 61a:雄ネジ 62:固定支持柱
64:環状部材 64a:連結部 64b:雌ネジ 640:貫通孔
65:回転軸 67:ストッパー 670:貫通孔 68:駆動部
7:非接触式厚み測定手段 70:軸部 71:アーム部 72:センサ
8:研削量算出手段 100:接触式厚み測定手段 101:上面ハイトゲージ
101a:第1接触子 102:保持面ハイトゲージ 102a:第2接触子
103:筐体
W:ウェーハ Wa:ウェーハの上面 Wb:ウェーハの下面 T:保護テープ
Wo:ウェーハの中心 We:ウェーハの外周 Wh:ウェーハの中心と外周との中点
Di:研削前厚み Dh:仮研削後の厚み Df:仕上げ厚み
G1:研削総量 G2:半分研削量

Claims (1)

  1. 保持手段の保持面に保持され該保持面の中心を軸に回転するウェーハを研削砥石を用いて均等な所定の厚みに研削するウェーハの研削方法であって、
    該保持面にウェーハを保持する保持工程と、
    該保持面に保持された研削前のウェーハの厚みを測定する厚み測定工程と、
    該厚み測定工程において測定されたウェーハの研削前厚みと、予め設定されている仕上げ厚みとの差を研削総量として算出する総量算出工程と、
    該総量算出工程において算出された該研削総量の半分の半分研削量だけ、該保持面に保持されたウェーハを研削する仮研削工程と、
    該仮研削工程において研削されたウェーハの厚みをウェーハの中心と、ウェーハの外周と、ウェーハの中心と外周との中点と、の少なくとも3箇所の厚みを測定する測定工程と、
    該測定工程で測定した少なくとも3箇所の厚みが同じ値になるように該研削砥石の下面に対する該保持面の傾きを調整する傾き調整工程と、
    該傾き調整された該保持面に保持され、かつ仮研削されたウェーハを、該仕上げ厚みまで研削する仕上げ研削工程と、
    を備えるウェーハの研削方法。
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WO2022113795A1 (ja) * 2020-11-27 2022-06-02 東京エレクトロン株式会社 基板処理システム及び基板処理方法

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