JP3842916B2 - 位置決め装置および位置決め方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,位置決め装置および位置決め方法に係り,特に半導体基板に面取り加工を施す面取り装置および面取り方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来,半導体ウェハ,一般に円形のものが用いられているが,プロセス中の搬送装置での衝撃などで外周部にチッピングが入ることがある。かかるチッピングは後工程でのウェハ破損の原因となるおそれがあるため,一般に外周部角の面取り(ベベル)を行ってチッピングを除去している。また円形半導体基板は単結晶であることから,特定の方位の識別や裏表識別のために,ウェハの一部を弦のように平坦部(フラット部)に加工し,いわゆるオリエンテーションフラットやインデックスフラット(以下,「オリフラ」と総称する。)を形成している。そして,かかるオリフラ部の形成も,面取り加工により行われるのが一般的である。
【0003】
面取り加工を実施するにあたり,予め単結晶材料を所定の冗長径で円筒状に研削加工し,オリフラ部を平面研削した後,ウェハの形状にスライスすることにより,加工対象となる基板を形成している。なお,単結晶材料の研削加工にあたって,予め最終的なウェハ直径より大きめの直径(通常は数ミリ程度)を有する冗長径を持たせる理由は,次工程の面取り加工におけるウェハ位置決め精度等を勘案する必要があるためである。
【0004】
面取り加工では,図7(a)(b)に示すように,まず,ウェハW1を,面取り装置10の研削ステージ12上に載置した後,その外周部を周囲に均等に配された複数,例えば4本のプッシャ14a〜14dで中央側に均等に押圧することにより,機械的にウェハの位置決めを行い,その後ウェハW1を研削ステージ12に固定し,砥石16による研削処理を行っていた。なお,図7(a)中,Wcは面取り処理時には存在しない部分であり,Fはフラット部である。
【0005】
このように,従来の面取り装置10では,プッシャ14a〜14dによりウェハW1の中心Cと研削ステージ12の回転中心を位置決めして,研削処理を行っていた。ところで,レーザ用の化合物半導体基板においては,結晶方位の位置合わせは通常の半導体ウェハ以上に非常に厳格な精度が要求される。通常の半導体,例えばSiなどの場合に,±1゜程度のオリフラ部の角精度でも十分に実用に足るため,上記のような従来の面取り装置10でオリフラ部の面取り加工を実施してもあまり問題は生じなかった。
【0006】
しかしながら,レーザ用基板では,マスクパターン合わせ時に,劈開面の角部を顕微鏡の焦点合わせに使用しているため,オリフラ部に,より高精度の角精度が要求される。そのため,レーザ用基板では,オリフラ部以外については外周研削ならびに面取り加工を行い,オリフラ部については外周研削ならびに外周面取りを実施しない状態で,所定長さのフラット部を形成する必要がある。そこで,ウェハをスライス加工した後に,自然劈開を実施していた。そのため従来の面取り装置10により,かかる加工対象物を処理を行った場合に,劈開位置がウェハごとに異なってしまうため,図8に示すように,ウェハWの中心とフラット部F1,F2までの距離(図中,距離L1と距離L2を参照のこと。)に個体差が生じ,その結果,面取り後のオリフラの長さに差異(d1+d2)が生じてしまうという問題があった。
【0007】
また,面取り処理するウェハの外形は,すべて円形状ではなく,楕円形状の場合もある。例えば,結晶面方位が各部分で異なるウェハを形成する場合には,図9(c)に示すように,傾斜させた略円筒形の半導体インゴットを水平方向にスライスし,得られた楕円形状のウェハを面取り加工によって円形状に加工している。しかし,その際に,インゴットの中央部から得られるウェハと先端部から得られるウェハでは外形が異なってしまうことがある。すなわち,インゴットの先端部は一般に略円錐形状をしているため,その部分から切り出されたウェハW3の外形は,図9(b)に示すように,一部が欠損した変形楕円形状となってしまう。そして,図9(a)に示すような正常な楕円形状のウェハW2と図9(b)に示すような変形楕円形状のウェハW3とを連続処理した場合には,従来の面取り装置10では,変形楕円ウェハに面取りされない部分が生じることがあった。そのため,楕円ウェハW2と変形楕円ウェハW3とを分けて面取り加工しなければ,所望の円形ウェハを形成することができないという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は,従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり,本発明の第1の目的は,面取り加工前の各半導体基板の中心とフラット部との距離が各々異なっていても,面取り加工後に各半導体基板のフラット部長さが同一となるように,半導体基板を位置決めすることが可能な,新規かつ改良された位置決め装置および位置決め方法を提供することである。
【0009】
また,本発明の第2の目的は,異なる外形の半導体基板が混在していても,同一ロットとして連続処理しても,均一な面取り加工を行えるように,半導体基板を位置決めすることが可能な,新規かつ改良された位置決め装置および位置決め方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために,本発明の第1の観点によれば,請求項1に記載の発明のように,半導体基板の外周部を面取りする面取り加工時の位置決め装置であって,半導体基板の外周の一部に形成されたフラット部と当接可能なフラット面を有する当接部材と,半導体基板を当接部材に押圧する1または2以上の押圧部材と,を備え,当接部材は,フラット面をフラット部に対して離隔接近させる並進機構を有し,並進機構により,面取り加工後に要求されるフラット部の長さに応じた所定位置にフラット面を配置し,当該フラット面にフラット部を当接させることを特徴とする位置決め装置が提供される。
【0011】
かかる構成によれば,半導体基板を押圧部材で押圧し,半導体基板のフラット部を当接部材のフラット面に当接させるので,フラット部を基準として半導体基板の位置決めを行うことができる。その結果,例えば劈開された半導体基板では,劈開部を基準として面取り加工後の半導体基板の直径を設定することができるので,劈開部位置が異なる複数の半導体基板に対しても,均一な長さの劈開部を形成することができる。さらに,複数の半導体基板中に異なる外形形状の半導体基板が混在していても,フラット部を基準として位置決めを行うので,半導体基板を所望形状に面取り加工することが可能である。
【0012】
また,フラット面を,例えば請求項4に記載の発明のように,樹脂から形成すれば,半導体基板の当接時に半導体基板が損傷することを軽減できる。
【0013】
さらに,当接部材に,例えば請求項3に記載の発明のように,フラット部とフラット面との接触面を半導体基板の動きに応じて相対移動させる応力逃し機構を備えれば,半導体基板の当接時に生じる応力を当接部材で緩和できるので,フラット部にかかる負荷を軽減でき,半導体基板の損傷をさらに軽減することができる。また,フラット部がフラット面に対して平行に配置されていなくても,フラット面がフラット部の状態に応じて適宜移動するので,該フラット部をフラット面に確実に当接させることができる。
【0015】
また,押圧部材に,例えば請求項6に記載の発明のように,半導体基板の動きに応じて回転する回転機構を備えれば,押圧部材の回転によって半導体基板の押圧時に生じる応力を緩和するとともに,位置決めを容易に行うことができる。
【0016】
さらに,押圧部材を,例えば請求項5に記載の発明のように,樹脂から形成すれば,押圧時に生じる半導体基板の損傷を軽減することができる。
【0017】
また,本発明の第2の観点によれば,請求項6に記載の発明のように,半導体基板の外周部を面取りする面取り加工時の位置決め方法であって,当接部材のフラット面を,面取り加工後に要求される半導体基板のフラット部の長さに応じた所定位置に配置し,当該フラット面にフラット部を当接させ,フラット面を基準として半導体基板の位置決めを行うことを特徴とする位置決め方法が提供される。
また,例えば請求項7に記載の発明のように,フラット面に対して直交し,研削ステージの回転中心を通る直線に対して略対称な少なくとも2箇所の位置から半導体基板の外周部を押圧し,対応するフラット面に当接させるようにしてもよい。
【0018】
かかる構成によれば,フラット面を基準として半導体基板の位置決めを行うので,半導体基板の中心とフラット部との距離が異なる複数の半導体基板に対しても,均一な面取り加工を行うことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に,添付図面を参照しながら,本発明にかかる位置決め装置および位置決め方法を,面取り装置および面取り方法に適用した好適な実施の形態について説明する。
【0020】
(第1の実施の形態)
(1)面取り装置の全体構成
まず,図1〜図4を参照しながら,本実施の形態の面取り装置100の全体構成について説明する。
面取り装置100は,ウェハを載置可能な研削ステージ102と,研削ステージ102の一端に配された位置決め用治具104と,研削ステージ102の周囲に配された複数のプッシャ106と,研削ステージ102の別端に配された砥石108とから主に構成されている。研削ステージ102は,図1および図2に示すように回転軸110を介して回転自在に構成されていると共に,載置されたウェハW1を吸着保持可能な不図示の吸着機構が設けられている。
【0021】
また,当接部材を構成する位置決め用治具104は,図3に示すように,略U字断面形状のスライド部材112を同様に略U字形状の支持部材114とを組合わせて成る。組立時には,各部材の溝部112a,114aが対向するように,スライド部材112を支持部材114の溝部114aの内側に嵌め込む。その際に,各溝部112a,114a間に形成された中空部内には,弾性体,例えばバネ116が配される。かかる構成により,スライド部材112は,図中矢印で示すように,支持部材114に対して摺動可能になる。
【0022】
スライド部材112は,ウェハW1を損傷しないように,ウェハW1よりも剛性が低い材料,例えば樹脂から構成される。なお,ウェハW1よりも剛性が低い材料の選定にあたっては,候補材料によりウェハサンプルを擦過等してみて,実際に傷が生じるかどうかを確認して選択しても良い。また,スライド部材112のU字底部はフラット面112bとして構成されており,その表面に摩擦係数の低いポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂から成るテープ112cが貼り付けられている。かかる構成により,位置決め時に,ウェハW1に形成されたフラット部(平坦部)を当接させる基準面となるフラット面112bが形成される。
【0023】
また,支持部材114には,図1および図4に示すように,研削ステージ102に対して離隔近接する並進機構,例えばマイクロメータ118が取り付けられている。かかる構成により,マイクロメータ118のつまみ(スクリュー)118aを所定量回すと,フラット面112bが研削ステージ102の半径方向に所定距離だけ正確に移動し,また該つまみ118aを停止させれば,位置決め用治具104全体が所定位置で固定される。
【0024】
プッシャ106は,図1および図4に示すように,略棒状部材から成り,研削ステージ102の半径方向に移動可能に構成されている。さらに,プッシャ106のウェハW1の押圧部,図示の例ではプッシャ106の先端部には,ウェハW1よりも低い剛性を有する樹脂から成り,ベアリング機構を備えた回転子106aが取り付けられている。プッシャ106の先端部に用いられる材料の選定にあたっても,候補材料によりウェハサンプルを擦過等してみて,実際に傷が生じるかどうかを確認して選択することができる。また,プッシャ106は,図4に示す例では,研削ステージ102の周囲に2つ配置されている。各プッシャ106は,それぞれフラット面112bに対して直交し,研削ステージ102の回転中心Bを通る直線Aに対して略対称な位置に相互に配されている。図示の例では,回転中心Bを通り直線Aに対して所定角度θ,例えば0゜よりも大きく90゜よりも小さい角度,好ましくは10゜〜80゜を成す直線C,C’上に各プッシャ106が配置されている。
【0025】
(2)面取り工程
次に,図2および図5を参照しながら,面取り工程について説明する。まず,図5に示すマイクロメータ118を,要求される劈開部W1aの長さに応じて調整し,フラット面112bを所定位置に配置する。次いで,研削ステージ102上にウェハW1を載置した後,プッシャ106を研削ステージ102の回転中心B方向に移動させることにより,プッシャ106の回転子106aでウェハW1の外周部を押圧し,ウェハW1の劈開部W1aをフラット面112bに当接させる。かかる構成により,劈開部W1aを基準として面取り加工後のウェハW1の直径を設定することができるので,各ウェハW1の中心Dと劈開部W1aとの距離Eが異なる複数のウェハW1に加工を施しても,均一な長さの劈開部W1aを形成することができる。
【0026】
また,スライド部材112は,当接時のウェハW1の動きや劈開部W1aの当接状態に応じて,支持部材114に対し例えば1mm〜3mm程度相対的に移動する。さらに,回転子106aも,押圧時のウェハW1の動きや押圧状態に応じて適宜回転する。かかる構成により,劈開部W1aをフラット面112bに確実に当接させることができると共に,ウェハW1にかかる負荷を緩和することができるので,ウェハW1の損傷を抑制できる。さらに,スライド部材112と回転子106aは,ウェハW1よりも柔らかい材料から形成されているので,ウェハW1の損傷をさらに抑制することができる。
【0027】
次いで,位置決め終了後,ウェハW1を研削ステージ102上に吸着保持すると共に,プッシャ106と位置決め用治具104をウェハW1から離脱させる。この際,スライド部材112が所定位置からずれていた場合には,バネ116によって所定位置に引き戻される。その後,図2に示すように,研削ステージ102を回転させて,数値制御(NC)された砥石108をウェハW1の外周部に接触させると,劈開部W1a以外のウェハW1の外周部が研削され,所定長さの劈開部W1a,すなわちオリフラ等が形成される。
【0028】
(3)実施例
次に,図5〜図7を参照しながら,本実施の形態の実施例について説明する。本実施例では,上述した面取り装置100で,Ga−Asなどの化合物半導体から成り,図5に示す劈開部W1aとウェハW1の中心Dとの距離Eが±0.5mm異なる58枚のウェハW1に対し,実質的に直径が76.2mmで劈開部W1aの長さが20mmになるように,劈開部W1aを残した面取り加工を行った。
【0029】
その結果,各ウェハW1の劈開部W1aの長さは,略19.8mm〜20.3mmとなり,各ウェハW1に実質的に同一の劈開部W1a,すなわちオリエンテーションフラットを形成できた。さらに,図6に示すように,位置決め用治具104のフラット面112bを,マイクロメータ118によって劈開部W1aの長さが20mmとなった位置から100μm,研削ステージ102の中心Bに近づけることにより,計算値と同じ19.3mmの劈開部長さを得ることができた。また,本面取り加工後に,ウェハW1の外周部や劈開部W1aに傷や欠け等の損傷は認められなかった。
【0030】
(4)比較例
図7に示す従来の面取り装置10では,各ウェハW1の中心Dと劈開部W1aとの距離Eがそれぞれ異なるウェハW1を,研削ステージ12の周囲に略等間隔に配された4つのプッシャ14により,ウェハW1の外周部を押圧してウェハW1の中心Dを機械的に設定するので,面取り加工後の各ウェハW1劈開部W1aの長さが3mm〜5mm程度異なった。
【0031】
(第2の実施の形態)
次に,図8〜図10を参照しながら,本発明の第2の実施の形態について説明する。なお,本実施の形態は,面取り加工を施す対象が異なるのみなので,面取り装置100についての説明は省略する。
【0032】
まず,図9を参照しながら,本実施の形態で面取り加工を施すウェハW2,W3について説明する。図9(a)に示す楕円形状のウェハW2は,図9(c)に示す略円筒形状で先端部が略円錐形状のインゴット200を所定角度傾け,略円筒形状の部分を略水平方向にスライスすることにより形成される。また,図9(b)に示すウェハW3は,上記状態のインゴット200の略円筒形と略円錐形にかかる部分を略水平方向にスライスして形成されるので,短軸と長軸との交点が中心にこないような変形楕円形状となる。
【0033】
また,インゴット200には,図9(c)に示すように,インゴット200の延伸方向の一部が研削されて,平面研削部202が形成される。その結果,図9(a)および図9(b)に示すように,スライス加工後のウェハW2,W3にも,それぞれフラット部を構成する平面研削部W2a,W3aが形成される。
【0034】
次に,外形形状の異なるウェハW2,W3に対する面取り工程について説明する。後述するように,短軸と長軸との交点が偏心している変形楕円形状ウェハW3の場合には,単にウェハW3の中心と研削ステージ102の回転中心を一致させるのみでは,所望形状のウェハW4を加工できない場合がある(図11(b)参照のこと。)。そこで,本実施例によれば,短軸と長軸との交点が偏心している変形楕円形状ウェハW3の場合に,図10に示すように,フラット面112aと平面研削部W3aとを基準として,所望の円形ウェハW4を得ることができるように,マイクロメータ118を調整し,位置決めを行う。その後,所定の面取り加工を行えば,所望形状のウェハW4を得ることができる。
【0035】
さらに,短軸と長軸の交点がほぼ中心にくるような楕円形状ウェハW2の場合には,その面取り可能面積は,ウェハW3の面取り可能面積よりも大きいので,上記の如くウェハW3の加工基準に基づいてフラット面112a位置を設定する限り,確実に所望のウェハW4を形成することができる。その結果,少なくとも,変形楕円形状のウェハW3を基準に位置決めを行えば,通常の楕円形状ウェハW2の面取り処理も行うことができるので,異なる外形形状のウェハW2,W3が混在するロットであっても連続処理をすることが可能である。
【0036】
(実施例)
本実施例では,直径が76.2mmのGa−Asなどの化合物半導体から成るインゴット200を30゜傾け,該インゴット200の円筒形部分からスライスしたウェハW2と,高さが44mmの円錐形部分にもかかる部分からスライスしたウェハW3とを,同一ロットで面取り加工を施したところ,ウェハW2,W3ともに面取り加工が施されない部分が生じることなく,所望の円形ウェハW4を形成できた。
【0037】
(比較例)
従来の面取り装置10では,上述の如くウェハW2,W3の外周部の押圧によってウェハW2,W3の中心を位置決めする。従って,図11(a)に示すウェハW2では,所定の円形ウェハW4を形成することができた。しかし,図11(b)に示すウェハW3では,面取り加工後のウェハW4の面取り範囲がウェハW3の範囲からはみ出してしまい,面取りできない部分が生じてしまった。したがって,ウェハW2,W3が混在したロットの場合には連続加工することができなかった。
【0038】
以上,本発明の好適な実施の形態について,添付図面を参照しながら説明したが,本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において,当業者であれば,各種の変更例および修正例に想到し得るものであり,それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0039】
例えば,上記実施の形態において,スライド部材と支持部材とをバネで接続する構成を例に挙げて説明したが,本発明はかかる構成に限定されるものではなく,例えばスライド部材と支持部材とを伸縮自在なゴムや樹脂などの弾性体で接続しても,本発明を実施することができる。
【0040】
また,上記実施の形態において,2本のプッシャでウェハを押圧する構成を例に挙げて説明したが,本発明はかかる構成に限定されるものではなく,例えば1本または3本以上のプッシャでウェハを押圧する構成を採用しても,本発明を実施することができる。
【0041】
さらに,上記実施の形態において,プッシャのウェハを押圧する部分に回転子を設ける構成を例に挙げて説明したが,本発明はかかる構成に限定されるものではなく,例えばプッシャ全体を回転させる構成を採用しても,本発明を実施することができる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば,半導体基板のフラット部を基準として半導体基板を位置決めするので,例えば面取り加工前に劈開部位置がそれぞれ異なる半導体基板を連続して加工を施しても,各半導体基板の劈開部長さを一定することができる。さらに,外形形状の異なる半導体基板が同一ロットに含まれている場合であっても連続加工することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用可能な面取り装置を示す概略的な側面図である。
【図2】図1に示す面取り装置の研削機構を表す概略的な側面図である。
【図3】図1に示す面取り装置の位置決め用治具を表す概略的な斜視図である。
【図4】図1に示す面取り装置を表す概略的な平面図である。
【図5】図1に示す面取り装置の位置決め工程を説明するための概略的な説明図である。
【図6】図1に示す面取り装置のフラット面の調整量を説明するための概略的な説明図である。
【図7】従来の面取り装置を示す概略的な平面図である。
【図8】ウェハ中心とフラット部との距離が異なる場合の処理状態を比較して示す説明図である。
【図9】図1に示す面取り装置で加工可能なウェハを説明するための概略的な説明図である。
【図10】図1に示す面取り装置での図9に示すウェハの位置決め工程を説明するための概略的な説明図である。
【図11】図7に示す従来の面取り装置での図9に示すウェハの位置決め工程を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
100 面取り装置
102 研削ステージ
104 位置決め用治具
106 プッシャ
106a 回転子
108 砥石
110 回転軸
112 スライド部材
112b フラット面
114 支持部材
116 バネ
118 マイクロメータ
W1 ウェハ
W1a 劈開部(フラット部)
Claims (7)
- 半導体基板の外周部を面取りする面取り加工時の位置決め装置であって:
前記半導体基板の外周の一部に形成されたフラット部と当接可能なフラット面を有する当接部材と;
前記半導体基板を前記当接部材に押圧する1または2以上の押圧部材と;
を備え,
前記当接部材は,前記フラット面を前記フラット部に対して離隔接近させる並進機構を有し,
前記並進機構により,面取り加工後に要求される前記フラット部の長さに応じた所定位置に前記フラット面を配置し,当該フラット面に前記フラット部を当接させることを特徴とする,位置決め装置。 - 前記当接部材は,前記フラット部と前記フラット面との接触面を前記半導体基板の動きに応じて相対移動させる応力逃し機構を有することを特徴とする,請求項1に記載の位置決め装置。
- 前記押圧部材は,前記半導体基板の動きに応じて回転する回転機構を有することを特徴とする,請求項1または2に記載の位置決め装置。
- 前記フラット面は,樹脂から成ることを特徴とする,請求項1,2または3に記載の位置決め装置。
- 前記押圧部材は,樹脂から成ることを特徴とする,請求項1,23,または4のいずれかに記載の位置決め装置。
- 半導体基板の外周部を面取りする面取り加工時の位置決め方法であって:
当接部材のフラット面を,面取り加工後に要求される前記半導体基板のフラット部の長さに応じた所定位置に配置し,当該フラット面に前記フラット部を当接させ,前記フラット面を基準として前記半導体基板の位置決めを行うことを特徴とする,位置決め方法。 - 前記フラット面に対して直交し,研削ステージの回転中心を通る直線に対して略対称な少なくとも2箇所の位置から前記半導体基板の外周部を押圧し,対応する前記フラット面に当接させることを特徴とする,請求項6に記載の位置決め方法。
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