JP2021094638A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドレス部の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を、より多くの量回収することができる研磨装置を提供すること。【解決手段】研磨装置1は、チャックテーブル13と、研磨工具23、スピンドルシャフトと及び鉛直移動機構21を有する研磨機構2と、研磨工具23の研磨面に工具本体の上端が接触して研磨面をドレッシングするドレス部3と、ドレス部3を加工室5の外である第1位置P1と加工室5の中で研磨面に接触する第3位置P3との間で移動可能に支持するドレス部移動ユニットと、加工室5に接続される加工室用ダクト610と、第1位置P1(待機位置)に設置され研磨面のドレッシング後に第1位置P1に戻ったドレス部3の周辺に堆積した粉塵を吸引するドレス部用ダクト620と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、研磨装置に関する。
半導体ウェーハの研磨加工には、研磨液を用いるCMP研磨加工と、研磨液を用いない乾式の研磨加工とがある。乾式の研磨加工は、砥粒を含む円板状の研磨パッドをウェーハに接触させ研磨する(特許文献1参照)。
しかし、乾式の研磨加工では、ウェーハを研磨すると、研磨パッドに粉塵(研磨屑)が付着したり、空気中に粉塵が飛散したりするため、ウェーハを保持する保持テーブルと研磨パッドとを覆う加工室にダクトを接続し、そのダクトを集塵機に連結している(特許文献2参照)。集塵機を稼動することにより、ダクトを介して加工室の内部の粉塵を吸引することができる。
特開2011−156601号公報 特開2019−98503号公報
しかし、研磨パッドの粉塵を除去するドレス部の周辺には、より多くの量の粉塵(研磨屑)が堆積するため、加工室に接続したダクトのみでは、ドレス部の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を十分に回収できない可能性があった。
そこで、本発明は、ドレス部の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を、より多くの量回収することができる研磨装置を提供することを目的とする。
前述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワークを保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段に保持された該ワークに対し研磨面を接触させて乾式で該ワークを研磨加工する研磨工具と、該研磨工具を鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持軸と、該研磨工具および該回転支持軸を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構とを有する研磨機構と、を備えた研磨装置であって、該研磨工具の該研磨面に上端が接触して該研磨面をドレッシングするドレス部と、該ドレス部を加工室の外である待機位置と、該加工室の中で該研磨面に接触するドレス位置と、の間で移動可能に支持するドレス部移動ユニットと、該研磨工具により該ワークを研磨する加工領域を囲繞する該加工室に接続される加工室用ダクトと、該待機位置に設置され、該研磨面のドレッシング後に該待機位置に戻った該ドレス部の周辺に堆積した粉塵を吸引するドレス部用ダクトと、を備える。
本願発明によれば、ドレス部の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を、より多くの量回収することができる研磨装置を提供することができる。
図1は、実施形態に係る研磨装置の模式的な斜視図である。 図2は、実施形態に係る研磨装置によりワークを研磨している状態を模式的に示す側面図である。 図3は、実施形態に係る研磨装置のドレス部で研磨工具の研磨面をドレッシングしている状態を模式的に示す側面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
実施形態について説明する。図1は、実施形態に係る研磨装置の模式的な斜視図である。図2は、実施形態に係る研磨装置によりワークを研磨している状態を模式的に示す側面図である。図3は、実施形態に係る研磨装置のドレス部で研磨工具の研磨面をドレッシングしている状態を模式的に示す側面図である。
研磨装置1は、半導体ウェーハ等の薄板状のワーク100をチャックテーブル(保持手段)13に保持してワーク100の被研磨面を上側に露出させ、その被研磨面を研磨機構2により研磨するものである。
図1に示すように、研磨装置1は、テーブルユニット10と、研磨機構2と、ドレス部3と、集塵ダクト6と、を備える。
図1に示すように、テーブルユニット10は、基台11と、テーブルベース12と、チャックテーブル13(保持手段)と、を有する。直方体状の基台11の上部には、長方形状のテーブルベース12がX軸方向に移動可能に設けられている。テーブルベース12のX1側及びX2側の双方(移動方向の両側)には、テーブルベース12の移動路を覆って研磨屑等が基台11内に落下することを防ぐ蛇腹状のカバー14が伸縮自在に設けられている。テーブルベース12には、円板状のチャックテーブル13がZ軸方向(鉛直方向)に延びる回転軸を中心として回転可能に支持されている。チャックテーブル13は真空チャック式であり、保持面131を有する。保持面131は、チャックテーブル13の上面に設けられ、ワーク100とほぼ同径の大きさである。保持面131は、負圧作用によってワーク100を吸引して保持する。
チャックテーブル13、ワーク100及びドレス部3は、テーブルベース12がX軸方向に移動することにより、図1でX1側の端部から図1でX2側の端部まで間を往復移動する。基台11にはテーブルベース12をX軸方向に移動させる移動機構(ドレス部移動ユニット)が設けられており、テーブルベース12にはチャックテーブル13を回転させる回転駆動機構が設けられている(いずれの機構も図示略)。なお、テーブルベース12をX軸方向に移動させる移動機構は、ドレス部移動ユニットでもある。
ここで、ドレス部3の位置について説明する。ドレス部3は、第1位置P1、第2位置P2及び第3位置P3の間を移動する。ドレス部3の第1位置P1は、加工室5の外の位置であって、ドレス部3がX軸方向に移動する際のX1側の端部位置である。第1位置P1は、ドレス部3の搬入出位置または待機位置とも称する。ドレス部3の第3位置P3は、加工室5の中の位置であって、図3に示すように、ドレス部3が研磨部232の研磨面233に接触してドレッシングを行う位置である。第3位置P3は、ドレス部3のドレス位置とも称する。なお、第2位置P2は、図2に示すように、ワーク100の被研磨面が研磨機構2のスピンドルユニット22により研磨加工される位置である。さらに、前述した移動機構(ドレス部移動ユニット)は、ドレス部3を第1位置P1(待機位置)と第3位置P3(ドレス位置)との間で移動可能に支持する。
基台11の側方(Y1側)にはコラム15が設けられる。コラム15に研磨機構2が設けられている。研磨機構2は、コラム15の基台11側(Y2側)の取付け面151に設けられた鉛直移動機構21と、鉛直移動機構21によって昇降するスピンドルユニット22と、スピンドルユニット22に着脱自在に固定される研磨工具23と、を備える。
コラム15の取付け面151は、X軸方向及びZ軸方向に沿った鉛直面であり、取付け面151には、X軸方向に離隔した一対のZ軸ガイド16が固定されている。それぞれのZ軸ガイド16は、Z軸方向に延びる。一対のZ軸ガイド16にスライダ17が固定される。スライダ17は、Z軸ガイド16にZ軸方向に昇降可能に取り付けられ、スライダ17に、スピンドルユニット22がホルダ171を介して固定されている。
鉛直移動機構21は、ボールねじ211と、ボールねじ211を回転駆動するサーボモータ212と、を備える。ボールねじ211は、Z軸方向に延びる。スライダ17には、ボールねじ211が螺合した状態で連結している。スライダ17は、鉛直移動機構21によって昇降駆動する。
図1から図3に示すように、スピンドルユニット22は、スピンドルハウジング221と、スピンドルシャフト222(回転支持軸)と、マウント223と、を備える。スピンドルハウジング221は、円筒状であり、軸方向がZ軸方向に延びる。図2及び図3に示すスピンドルシャフト(回転支持軸)222は、スピンドルハウジング221の内部に回転可能な状態で収容される。スピンドルシャフト(回転支持軸)222は、スピンドルハウジング221と同軸である。
図1から図3に示すように、マウント223は、円板状のフランジであり、スピンドルシャフト222の下端に固定される。研磨工具23は、マウント223の下面に着脱可能に設けられる。スピンドルユニット22の上端部にはモータ部224が設けられ、モータ部224によってスピンドルシャフト222が回転する。スピンドルユニット22は、マウント223を下方に配して軸方向をZ軸方向にした状態で、スピンドルハウジング221がホルダ171を介してスライダ17に固定されており、鉛直移動機構21によってスライダ17と一体に昇降する。
研磨工具23は、マウント223の下面に着脱可能に設けられる。図2及び図3に示すように、研磨工具23は、支持部材231と、研磨部232と、を有する。支持部材231及び研磨部232は、マウント223と同じ径の円板である。マウント223、支持部材231及び研磨部232の径は、ワーク100の全面を覆う大きさを有している。研磨部232は、支持部材231の下面に固定されている。研磨部232は、例えば、フェルト等の柔軟な部材にジルコニア等からなる砥粒を含浸させボンド材で固めて成形されたものなどが好適に使用される。研磨部232の下面は、ワーク100の被研磨面に押し付けられる研磨面233である。研磨面233は、スピンドルシャフト222の軸方向と直交し、チャックテーブル13の保持面131と平行に配置される。また、スピンドルシャフト222とチャックテーブル13の各軸心のY軸方向の位置は、同一位置に設定される。
図1に示す加工室5は、上板51と、開閉扉52と、複数の側板53と、を備え、これらの上板51、開閉扉52及び側板53で囲繞された内部空間を有している。上板51は、X軸方向及びY軸方向に延びる平板である。側板53は、本実施形態では3枚配置されており、加工室5のY2側、Y1側及びX2側に配置される。加工室5のX1側には、開閉扉52が設けられる。開閉扉52は、図示しない開閉機構によって上下方向に開閉する。開閉扉52を開くことにより、チャックテーブル13が通過可能な進入口が形成され、開閉扉52を閉じることにより、チャックテーブル13が3枚の側板53と開閉扉52と上板51とで囲繞される。上板51には、図示しない円形の開口を介してスピンドルハウジング221が挿通されており、開口は蛇腹カバーによって封止されている。これにより、鉛直移動機構21を介して研磨工具23が上下移動しても蛇腹カバーが追従するため、上板51の開口は封止状態が保たれる。
また、研磨装置1は、集塵ダクト6を有する。集塵ダクト6は、ダクト本体600と、加工室用ダクト610と、ドレス部用ダクト620と、を備える。以下に具体的に説明する。基台11の側方側(Y2側)には、図示しない集塵機が配置され、集塵機には、ダクト本体600、加工室用ダクト610及びドレス部用ダクト620を含む集塵ダクト6が接続されている。加工室用ダクト610及びドレス部用ダクト620は、ダクト本体600の分岐部630から分岐して設けられている。加工室5の上板51には、開口である排気口511が設けられている。加工室用ダクト610は、排気口511に接続されており、これにより、ダクト本体600と、加工室用ダクト610と、加工室5の内部空間とが連通する。従って、ウェーハWの研磨加工中、集塵機を常に稼働させておくことにより、加工室5の内部空間を負圧にして排気口511から加工室用ダクト610及びダクト本体600を通じて粉塵(研磨屑)を吸引することができる。
また、ドレス部用ダクト620の先端621は、第1位置P1(搬入出位置、待機位置)に配置されたドレス部3に向けて配置される。換言すると、ドレス部用ダクト620の先端621は、第1位置P1(搬入出位置、待機位置)に配置されている。ドレス部用ダクト620は、研磨部232の研磨面233のドレッシング後に第1位置P1に戻ったドレス部3の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を吸引することができる。
図1から図3に示すように、テーブルベース12におけるチャックテーブル13の加工位置側(X2側)には、ドレス部3が設けられる。図2及び図3に示すように、ドレス部3は、テーブルベース12に形成された凹所121内に設けられている。ドレス部3は、昇降機構31と、ドレス工具33と、を備える。昇降機構31は、凹所121の底部に設置されたエアシリンダ等であり、本体部311と、昇降部312とを有する。即ち、昇降機構31は、凹所121の底部に固定された本体部311から昇降部312が伸縮してZ軸方向に昇降する。ドレス工具33は、昇降機構31にロードセル等からなる圧力検出部32を介して取り付けられている。
図3に示すように、ドレス工具33は、図1に示す第3位置P3(ドレス位置)において、研磨部232の研磨面233をドレッシングする。ドレス工具33は、支持部材331と、工具本体332と、を有する。具体的には、支持部材331の上面に工具本体332が固着され、工具本体332によって研磨面233をドレッシングする。工具本体332は、研磨工具23の研磨部232に応じたものが用いられ、例えばダイヤモンド砥粒等の砥粒をボンドによって固めて所望の形状に成形されたものなどが好適に使用される。
ドレス工具33は、昇降機構31が作動して昇降部312が昇降する。これにより、工具本体332の上端333がチャックテーブル13の保持面131よりも下側に配置される下端位置(図2に示す高さ位置)から、工具本体332がチャックテーブル13の保持面131よりも上側に突出して上端333が保持面131よりも上側に配置される上端位置(図3に示す高さ位置)まで昇降可能である。なお、ドレス工具33のY軸方向の位置は、研磨工具23の中心(スピンドルシャフト222の軸心と同じである)のY軸方向の位置と同一である。
研磨部232の研磨面233を工具本体332でドレッシングするには、図3に示すように、工具本体332の上端333に研磨面233を接触させて行われる。そのドレッシングの時に、工具本体332が研磨面233によって下向きに受ける圧力が圧力検出部32によって検出される。圧力検出部32での検出結果である圧力データは制御手段4に供給される。そして制御手段4は、供給された圧力データに基づいて鉛直移動機構21の作動量、すなわち鉛直移動機構21による研磨工具23の鉛直方向の移動量を制御する。
次に、研磨装置1の全体の動作例を説明する。
はじめに、図1に示す第1位置P1(搬入出位置、待機位置)に配置されたチャックテーブル13が真空運転され、ワーク100が被研磨面を上側に露出した状態で保持面131に同心状に載置されると、ワーク100が保持面131に吸着及び保持される。次いで、加工室5の開閉扉52が開いて進入口が形成されたのち、テーブルベース12が図1でのX2方向に移動すると、テーブルベース12が進入口を介して加工室5の内部に入り、図1に示す第2位置P2(加工位置)で止まる。そして、図2に示すように、チャックテーブル13及びワーク100が回転する。この時点では、ドレス部3のドレス工具33は、図2に示す下端位置に配置されている。そして、ワーク100の上面である被研磨面が、上方で待機していた研磨機構2のスピンドルユニット22により次のようにして研磨加工される。
すなわち、図2の矢印Rに示すようにスピンドルシャフト222が回転することにより研磨工具23が回転しながら、鉛直移動機構21が作動してスピンドルユニット22が下降する。そして、図2に示すように研磨工具23における研磨部232の研磨面233を所定荷重でワーク100の上面に押し付ける。ワーク100の上面は全面が研磨面233で覆われ、研磨面233によりワーク100の被研磨面が乾式にて研磨される。
研磨時のチャックテーブル13の回転方向および回転速度は、研磨部232の研磨面233がワーク100の上面に対して相対的に摺動して研磨作用が効果的に得られる状態に設定される。研磨時においては、ドレス部3のドレス工具33が下端位置に位置付けられ、工具本体332の上端333はチャックテーブル13の保持面131よりも下方に位置していることにより、研磨工具23が工具本体332に接触しない。
所定の研磨加工時間が経過したらスピンドルユニット22が上昇して研磨部232がワーク100から離れ、テーブルベース12が図1でのX1方向に移動してチャックテーブル13及びワーク100が第1位置P1(搬入出位置、待機位置)まで戻される。この後、チャックテーブル13の回転が停止し、研磨されたワーク100がピックアップされて研磨工程が終了する。
前述した動作が、1枚のワーク100に研磨加工を施す1サイクルである。このサイクルが多数のワーク100に施されて研磨工具23が長時間使用されると、研磨部232の研磨面233に摩耗や目詰まりが生じる。このような状況になると、再使用のために研磨面233を研磨するドレッシングが必要となる。本実施形態では、ドレッシングが次のようにしてドレス部3により行われる。
すなわち、テーブルベース12を図1でのX2方向に移動させてドレス部3を第3位置P3(ドレス位置)に位置付ける。次いで、図3に示すように、昇降機構31によってドレス工具33を上昇させ、上方に退避していたスピンドルユニット22のスピンドルシャフト222を矢印Rに示すように回転させて研磨工具23を回転させながらスピンドルユニット22を下降させ、研磨工具23の研磨面233を工具本体332の上端333に接触させる。研磨面233が工具本体332の上端333に接触すると工具本体332は研磨面233によって下向きの荷重を受け、その荷重による圧力は圧力検出部32によって検出され、圧力データとして制御手段4に供給される。
圧力検出部32によって検出される圧力が所定値に達したことが制御手段4で検出されたら、制御手段4により鉛直移動機構21が停止し、スピンドルユニット22の下降が停止する。次いで、テーブルベース12とともにドレス部3がX軸方向に移動し、これにより、回転する研磨部232の研磨面233が工具本体332に所定荷重で接触し、研磨面233が工具本体332によってドレッシングされる。ドレス部3は、工具本体332が研磨面233の中心を通って研磨面233の直径全域を通過するようにX軸方向に移動する。これにより、回転する研磨面233の全面が工具本体332でドレッシングされる。
ここで、ウェーハWの研磨加工中、集塵機が常に稼働されるため、加工室5の内部空間においてドレッシングによって生じた粉塵(研磨屑)は、加工室5の排気口511から加工室用ダクト610及びダクト本体600を通じて集塵機で吸引される。
研磨工具23の研磨面233のドレッシングが完了したら、スピンドルユニット22が上昇して研磨面233が工具本体332から離れ、ドレッシング工程が終了する。
その後、加工室5の開閉扉52が開いて進入口が形成されたのち、テーブルベース12が図1でのX1方向に移動すると、テーブルベース12が進入口を介して加工室5の外部に排出され、図1に示す第1位置P1(搬入出位置、待機位置)で止まる。ドレス部用ダクト620の先端621は、第1位置P1に配置されている。ウェーハWの研磨加工中、集塵機が常に稼働されているため、ドレス部用ダクト620は、研磨部232の研磨面233のドレッシング後に第1位置P1に戻ったドレス部3の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を吸引する。即ち、ドレス部用ダクト620の先端621からドレス部3の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)が吸引される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を有する。
研磨装置1は、ワーク100を保持する保持面131を有するチャックテーブル13(保持手段)と、チャックテーブル13に保持されたワーク100に対し研磨面233を接触させて乾式でワーク100を研磨加工する研磨工具23と、研磨工具23を鉛直方向を回転軸として回転可能に支持するスピンドルシャフト222(回転支持軸)と、研磨工具23およびスピンドルシャフト222を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構21とを有する研磨機構2と、研磨工具23の研磨面233に工具本体332の上端333(ドレス部3の上端)が接触して研磨面233をドレッシングするドレス部3と、ドレス部3を加工室5の外である第1位置P1(待機位置)と加工室5の中で研磨面233に接触する第3位置P3(ドレス位置)との間で移動可能に支持する移動機構(ドレス部移動ユニット)と、研磨工具23によりワーク100を研磨する加工領域を囲繞する加工室5に接続される加工室用ダクト610と、第1位置P1(待機位置)に設置され研磨面233のドレッシング後に第1位置P1(待機位置)に戻ったドレス部3の周辺に堆積した粉塵を吸引するドレス部用ダクト620と、を備える。
図3で説明したように、ドレス部3は下側から研磨工具23の研磨面233をドレッシングする。このため、ドレス部3の周辺部には、ドレッシングによって生じた粉塵(研磨屑)が堆積する場合がある。加工室5には、加工室用ダクト610が接続されているため、加工室5の内部空間を負圧にして排気口511から加工室用ダクト610及びダクト本体600を通じて粉塵(研磨屑)を吸引することができる。しかし、乾式研磨であると加工点に水を供給して研削屑を洗い流すことをしないため、加工点直下のドレス部の周辺部には研削屑が堆積しやすくなる。また、粉塵(研磨屑)の量が多いと、加工室用ダクト610のみからでは除去しきれずに、粉塵(研磨屑)がドレス部3の周辺部に堆積する場合がある。
ここで、ドレス部用ダクト620は、加工室5の外側であって、先端621がドレス部3に向けて設置されている。従って、加工室用ダクト610で吸引しきれなかった粉塵(研磨屑)であって、且つ、第1位置P1に戻ったドレス部3の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)をドレス部用ダクト620によって吸引することができる。これにより、ドレス部3の周辺に堆積した粉塵(研磨屑)を、より多くの量回収することができる。
上記実施形態のドレス部3によれば、まず、圧力検出部32で圧力が検出されることにより、研磨工具23の研磨部232がドレス工具33の工具本体332に接触していることが確認される。したがってドレッシングが確実になされていると判断することができ、ドレッシングが不十分のまま終了するといった不具合を防ぐことができる。
また、圧力検出部32で検出される圧力に基づいて研磨工具23の鉛直方向の移動量を制御することにより、工具本体332に接触する研磨工具23の圧力の程度を調整するといったドレッシングの調整を行うことができる。このため、工具本体332の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても、過小、あるいは過剰にならない所望のドレッシングを常に安定して行うことができる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、ドレス部用ダクト620は、ダクト本体600の分岐部630から分岐して設けられている。しかし、ドレス部用ダクト620と加工室用ダクト610とを2本の独立したダクトとして集塵機に直接接続するようにしてもよい。また、ドレス部用ダクト620の先端部を保持する保持部材を設けてもよい。保持部材は、ドレス部用ダクト620の先端621の位置及び向きを任意に変えることができるようにしてもよい。これによれば、粉塵(研磨屑)が溜まった位置や堆積量が変わっても、最も適切な位置及び方向にドレス部用ダクト620の先端62を配置することができる。
1 研磨装置
2 研磨機構
3 ドレス部
5 加工室
13 チャックテーブル(保持手段)
21 鉛直移動機構
23 研磨工具
100 ワーク
131 保持面
222 スピンドルシャフト(回転支持軸)
233 研磨面
333 上端(ドレス部3の上端)
610 加工室用ダクト
620 ドレス部用ダクト

Claims (1)

  1. ワークを保持する保持面を有する保持手段と、
    該保持手段に保持された該ワークに対し研磨面を接触させて乾式で該ワークを研磨加工する研磨工具と、
    該研磨工具を鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持軸と、
    該研磨工具および該回転支持軸を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構とを有する研磨機構と、を備えた研磨装置であって、
    該研磨工具の該研磨面に上端が接触して該研磨面をドレッシングするドレス部と、
    該ドレス部を加工室の外である待機位置と、該加工室の中で該研磨面に接触するドレス位置と、の間で移動可能に支持するドレス部移動ユニットと、
    該研磨工具により該ワークを研磨する加工領域を囲繞する該加工室に接続される加工室用ダクトと、
    該待機位置に設置され、該研磨面のドレッシング後に該待機位置に戻った該ドレス部の周辺に堆積した粉塵を吸引するドレス部用ダクトと、を備えることを特徴とする研磨装置。
JP2019226712A 2019-12-16 2019-12-16 研磨装置 Active JP7398946B2 (ja)

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