JP6138063B2 - ウェハ研磨装置 - Google Patents
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図4(a)〜(c)に示される従来のウェハ研磨装置101では、ウェハWを研磨加工する際、ウェハWの表面を下方に向けて該ウェハWを保持するチャック102が、チャック102の下方に配設されて回転する研磨定盤103上の研磨パッド(研磨布)104に対して、ウェハWを回転させつつ押し当てて、研磨加工する。
尚、この種のウェハ研磨装置では、ウェハに対する処理として、研磨加工(例えば粗目の1次研磨の後、細目の2次研磨を行う複数回の研磨加工等)を行う以外に、親水化処理、表面テクスチャリング処理等の種々の処理を行う場合がある。
ウェハに対して複数の処理を行う際において、図6(a)〜(c)に示されるウェハ研磨装置101では、複数のチャック102同士の間でウェハWを持ち替えるための機構(持ち替え機構105)が必要なため装置の構造が複雑になり、また持ち替え動作による時間のロスが生産性に影響する。
また、特許文献1のウェハ研磨装置では、鉛直軸回りに回転するカルーセルにより複数のチャックを回転させるため、大きなスペース(少なくともカルーセルの回転直径に相当するスペース)が必要となり、設置面積が大きくなる。
すなわち、本発明は、ウェハを化学的機械研磨法により研磨加工するウェハ研磨装置であって、ウェハを保持する一対のチャックと、前記一対のチャックのうち、ウェハの表面を下方に向けて該ウェハを保持する一方のチャックの下方に配設されて、このウェハに第1の処理を施す第1のウェハ処理手段と、前記一対のチャックのうち、ウェハの表面を上方に向けて該ウェハを保持する他方のチャックの上方に配設されて、このウェハに第2の処理を施す第2のウェハ処理手段と、前記一対のチャックを水平軸回りに回転可能に支持するとともに、これらチャック同士の位置を入れ替え可能な回転支持部と、を備えることを特徴とする。
つまりこのウェハ研磨装置によれば、ウェハに対して複数の処理を行う構成とされつつも、該ウェハを保持するチャックの持ち替え動作が不要であるので、構造が簡単であり、かつ生産性が高められる。
さらに、一方のチャックが保持するウェハに対して第1の処理を行う第1のウェハ処理手段が、該一方のチャックの下方に配設されており、他方のチャックが保持するウェハに対して第2の処理を行う第2のウェハ処理手段が、該他方のチャックの上方に配設されているので、これら第1、第2のウェハ処理手段同士を鉛直方向の異なる位置に配置して、水平方向には互いに接近配置することが可能になる。
従って本発明によれば、装置を小型化して設置面積を低減できる。
また、第2のウェハ処理手段による第2の処理は、ウェハに対して上方から行われるので、このウェハの表面に液剤等を滴下して処理することが可能であり、よって第2の処理として液剤塗布処理(親水化処理やスピンコーティング処理等)を行いやすく、また表面テクスチャリング処理にも適している。
また、第2のウェハ処理手段が第2の処理を行うウェハの表面は、上方を向いているため、該ウェハに対して、上述した処理のうち特に液剤塗布処理(例えば親水化処理やスピンコーティング処理等)及び表面テクスチャリング処理を行いやすくなる。
従って、第1、第2のウェハ処理手段がチャックに対して進退移動する上記構成とすることにより、回転支持部及びチャックを複雑な構造にすることなく軽量化でき、研磨加工等の処理の加工品位をより安定して高めることができる。
これにより、良好な処理状態を安定して維持することが可能になり、かつ、時間ロスをさらに削減して生産性を高めることができる。
そこで、チャックのうち少なくとも駆動部を覆うカバー部材を設けることにより、ウェハから流れ落ちた液剤や洗浄に使用した洗浄水が、該ウェハを保持するチャックの駆動部に浸入することや、水平軸を挟んで反対側に位置する別のウェハを保持するチャックの駆動部に浸入することを防止でき、装置を安定して稼働できる。
本発明の上記構成によれば、他方のチャックによるウェハの保持状態が解除され、このウェハが排出(アンロード)されたときに、該チャックに対して洗浄手段により洗浄を行うことができるので、チャックの性能を安定して良好に維持できる。また、他方のチャックにおいてウェハを保持する部分(ウェハ保持面)は、上方を向いていることから、目視により洗浄中や洗浄後の状態(汚れ具合など)を確認しやすい。
本実施形態のウェハ研磨装置1は、ウェハWに対して、少なくとも化学的機械研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing)による研磨(研削)加工を含む複数の処理を行うものであり、該処理としては、1回又は複数回の研磨加工(バフ仕上げを含むポリシング加工全般)、液剤塗布処理(例えば親水化処理やスピンコーティング処理等)、及び表面テクスチャリング処理等の種々の処理が挙げられる。尚、研磨加工を複数回行う場合とは、例えば、互いに種類が異なる複数の研磨液を順次用いて研磨加工する場合や、1次研磨として粗目の研磨加工を行った後、2次研磨として細目の研磨加工をする場合などである。
また本明細書では、ウェハ研磨装置1が備える一対のチャック2のうち、ウェハWの表面を下方に向けて該ウェハWを保持するとともに、第1のウェハ処理手段11に対向配置された状態のチャック2(図1において水平軸HAの左方に位置するチャック2)を一方のチャック2Aと呼び、ウェハWの表面を上方に向けて該ウェハWを保持するとともに、第2のウェハ処理手段12に対向配置された状態のチャック2(図1において水平軸HAの右方に位置するチャック2)を他方のチャック2Bと呼ぶ。つまり、一対のチャック2A、2Bが水平軸HA回りに回転して、互いの位置が入れ替わることで、一方のチャック2Aは他方のチャック2Bとなり、他方のチャック2Bは一方のチャック2Aとなる。
具体的に、例えばこれらチャック2A、2B同士が、水平軸HAを間に挟んで上下方向に並んで配置(インデックス径方向のうち上下方向に離間した状態で隣り合って配置)されている構成も、本発明に含まれる。この場合、ウェハWの表面を下方に向けて保持する一方のチャック2Aが水平軸HAの下方に配置され、ウェハWの表面を上方に向けて保持する他方のチャック2Bが水平軸HAの上方に配置されることになる。
或いは、これらチャック2A、2B同士が、水平軸HAを間に挟んで、左右方向と上下方向との間の傾斜方向に並んで配置(インデックス径方向のうち傾斜方向に離間した状態で隣り合って配置)されていてもよい。
ここで本明細書では、チャック2のチャック回転軸CAが延びる方向をチャック回転軸CA方向といい、チャック回転軸CAに直交する方向をチャック径方向といい、チャック回転軸CA回りに周回する方向をチャック周方向という。
エアバッグ7は、その内部にエア(圧縮エア)が供給されることで膨張可能なゴムシート等の弾性材料からなり、エアの供給が停止された状態では、付勢部6の付勢力等(他方のチャック2B位置ではワークチャック部4の自重による作用も含む)により収縮させられる。具体的には、図2(a)に示されるエアバッグ7の状態が膨張状態であり、図2(b)に示されるエアバッグ7の状態が収縮状態である。そして、エアバッグ7が膨張したときに、チャック支持部5とワークチャック部4とがチャック回転軸CA方向に互いに離間させられ、エアバッグ7が収縮したときに、チャック支持部5とワークチャック部4とがチャック回転軸CA方向に互いに接近させられるようになっている。
尚、エアバッグ7が収縮した状態の他方のチャック2Bにおいては、上述したようにワークチャック部4とチャック支持部5とが互いに当接し、かつ付勢部6による付勢力等が付与された状態となることで、ワークチャック部4とチャック支持部5とが互いに固定状態(リジッド状態)とされる。
このウェハ研磨装置1は、他方のチャック2Bに対して、処理前のウェハWの供給(ウェハロード)、及び処理後のウェハWの排出(ウェハアンロード)がそれぞれ行われるように構成されている。
また、回転支持部3の延在方向(左右方向)に沿う両端部には、後述する回転支持部固定手段25の係止部26が係止される被係止部16がそれぞれ設けられている。図示の例では、係止部26が凸状に形成されているのに対応して、被係止部16は凹状に形成されているが、これに代えて、係止部26が凹状とされ、被係止部16が凸状とされていてもよい。
図示の例では、研磨定盤17及び研磨パッド18の外径が、ウェハW及びワークチャック部4の外径よりも大きくされている。また、プラテン回転軸PAと、一方のチャック2Aのチャック回転軸CAとは、互いに平行とされ、かつ非同軸(軸が一致していない状態)に配置されている。
走行軸23は、例えばボールねじ等からなり、走行機構24は、例えばモータ及びカップリング等を備えている。走行機構24は、走行軸23をその軸回りに回転駆動することで、第1のウェハ処理手段11を移動させるとともに、一方のチャック2Aが保持するウェハWに対して第1の処理を行うことが可能な位置(前進位置)と、該位置とは異なる位置(後退位置)とに配置する。図示の例では、第1の進退手段21は、第1のウェハ処理手段11を左右方向に進退(往復)移動させるようになっている。尚、走行機構24は、エア駆動等により走行軸23を駆動させてもよい。また走行機構24は、上記前進位置に配置された第1のウェハ処理手段11を、走行軸23方向に沿って微小範囲(上記進退移動の範囲に比べて小さい範囲)で往復移動可能(揺動可能)に構成されている。
加工ヘッド28は、例えばシリンダやアクチュエータ等の駆動軸29により加工ヘッド回転軸SA方向に進退移動するように構成されており、これにより、ウェハWの表面に対して当接可能となっている。
図示の例では、加工ヘッド28の外径が、ウェハW及びワークチャック部4の外径よりも小さくされている。また、加工ヘッド回転軸SAと、他方のチャック2Bのチャック回転軸CAとは、互いに平行とされ、かつ非同軸(軸が一致していない状態)に配置されている。
走行軸33は、例えばボールねじ等からなり、走行機構34は、例えばモータ及びカップリング等を備えている。走行機構34は、走行軸33をその軸回りに回転駆動することで、第2のウェハ処理手段12を移動させるとともに、他方のチャック2Bが保持するウェハWに対して第2の処理を行うことが可能な位置(前進位置)と、該位置とは異なる位置(後退位置)とに配置する。図示の例では、第2の進退手段22は、第2のウェハ処理手段12を水平軸HA方向に進退(往復)移動させるようになっている。尚、走行機構34は、エア駆動等により走行軸33を駆動させてもよい。また走行機構34は、上記前進位置に配置された第2のウェハ処理手段12を、走行軸33方向に沿って微小範囲(上記進退移動の範囲に比べて小さい範囲)で往復移動可能(揺動可能)に構成されていてもよい。
複数の加工ヘッド28は、ウェハW上に交互に配置されて、互いに異なる処理を順次行うようになっている。
また、本実施形態では第2のウェハ処理手段12の加工ヘッド28が複数設けられているのに対応して、第2のメンテナンス手段32も複数設けられている。
他方のチャック2Bのウェハ保持面に供給されたウェハWは、該チャック2Bに吸着等により保持される。尚、他方のチャック2B位置では、該チャック2Bのエアバッグ7は収縮状態とされており、よってワークチャック部4とチャック支持部5とは互いに固定状態(リジッド状態)となっている。
これらチャック2A、2Bが入れ替えられ所定位置に配置された状態で、回転支持部固定手段25の移動機構27が作動し、係止部26が被係止部16に係止されるとともに、回転支持部3が固定状態となる。
また、第1のウェハ処理手段11が一方のチャック2Aに対して前進され、第2のウェハ処理手段12が他方のチャック2Bに対して前進される。
この状態で、一方のチャック2Aが保持するウェハWは、第1のウェハ処理手段11の研磨パッド18に対して数mm程度の間隔をあけて配置されている。
また、ウェハWを研磨パッド18に押し当てる押圧力は、エアバッグ7のエア圧力制御により調整可能である。また本実施形態においては、走行機構24を動作させて、研磨中に第1のウェハ処理手段11を走行軸23方向に揺動させることができ、これにより、ウェハWに対して第1のウェハ処理手段11の周速度を変化させることが可能である。さらに走行機構24によって、チャック2Aのワークチャック部4と第1のウェハ処理手段11との相対位置を、調整(微調整)することが可能である。
本実施形態では、第2の処理として、研磨加工(2次研磨)及び親水化処理等の液剤塗布処理が、複数の加工ヘッド28により順次行われる。また各処理に応じて、ウェハWの表面に各液剤供給ノズル30から液剤が供給される。
第2のウェハ処理手段12において第2の処理が終わると、他方のチャック2B及び加工ヘッド28の回転は停止され、駆動軸29により加工ヘッド28がウェハWから離間される。そして、第2のウェハ処理手段12が、他方のチャック2Bから後退される。
また、このように第1、第2のウェハ処理手段11、12に対して各メンテナンス処理が行われている間に、他方のチャック2BからはウェハWが排出され、ウェハWが排出された後のチャック2Bのウェハ保持面に対して、洗浄手段による洗浄処理が行われ、水分除去機構による水分の除去が行われる。また、処理前の別のウェハWが他方のチャック2Bのウェハ保持面に供給されて、吸着保持される。また、回転支持部固定手段25の移動機構27が作動して、被係止部16に対する係止部26の係止状態が解除され、回転支持部3がインデックス周方向に回転可能な状態とされる。
このような手順が繰り返されることにより、ウェハWに対する複数の処理が、効率よく行えるようになっている。
つまりこのウェハ研磨装置1によれば、ウェハWに対して複数の処理を行う構成とされつつも、該ウェハWを保持するチャック2A、2Bの持ち替え動作が不要であるので、構造が簡単であり、かつ生産性が高められる。
さらに、一方のチャック2Aが保持するウェハWに対して第1の処理を行う第1のウェハ処理手段11が、該一方のチャック2Aの下方に配設されており、他方のチャック2Bが保持するウェハWに対して第2の処理を行う第2のウェハ処理手段12が、該他方のチャック2Bの上方に配設されているので、これら第1、第2のウェハ処理手段11、12同士を上下方向(鉛直方向)の異なる位置に配置して、左右方向(水平方向)には互いに接近配置することが可能になる。
従って本実施形態によれば、装置を小型化して設置面積を低減できる。
また、第2のウェハ処理手段12による第2の処理は、ウェハWに対して上方から行われるので、このウェハWの表面に液剤等を滴下して処理することが可能であり、よって第2の処理として特に液剤塗布処理(親水化処理やスピンコーティング処理等)を行いやすく、また表面テクスチャリング処理にも適している。
しかも本実施形態では、他方のチャック2B位置ではエアバッグ7が収縮状態とされており、ワークチャック部4とチャック支持部5とが固定状態(リジッド状態)となっているので、上述したウェハWの受け渡しがより精度よく、安定的に行われるようになっている。
すなわち、研磨定盤17の外径はウェハW外径よりも大きく形成されていて重量が大きいことから、上記構成のように第1のウェハ処理手段11がウェハWに対して行う第1の処理が、研磨加工とされていることで、研磨定盤17をウェハWの下方に配置して装置を安定した構造とすることができるとともに、研磨加工の精度を確保しやすくなる。
また、第2のウェハ処理手段12が第2の処理を行うウェハWの表面は、上方を向いているため、該ウェハWに対して、上述した処理のうち特に液剤塗布処理(例えば親水化処理やスピンコーティング処理等)及び表面テクスチャリング処理を行いやすくなる。
すなわちこの場合、第1のウェハ処理手段11を一方のチャック2Aから離間する向きに移動させ(後退させ)、第2のウェハ処理手段12を他方のチャック2Bから離間する向きに移動させることで、これら第1、第2のウェハ処理手段11、12に干渉させることなく一対のチャック2A、2Bを水平軸HA回りに回転させることができ、装置の部材同士の衝突が防止される。また、一対のチャック2A、2Bを水平軸HA回りに回転させた後は、第1のウェハ処理手段11を一方のチャック2Aに接近する向きに移動させ(前進させ)、第2のウェハ処理手段12を他方のチャック2Bに接近する向きに移動させることで、これらチャック2A、2Bが保持するウェハWに対して、第1、第2の処理をそれぞれ精度よく行うことができる。
従って、第1、第2のウェハ処理手段11、12がチャック2に対して進退移動する本実施形態の上記構成とすることにより、回転支持部3及びチャック2を複雑な構造にすることなく軽量化でき、研磨加工等の処理の加工品位をより安定して高めることができる。
これにより、良好な処理状態を安定して維持することが可能になり、かつ、時間ロスをさらに削減して生産性を高めることができる。
そこで、本実施形態で説明したように、チャック2のうち少なくとも駆動部8を覆うカバー部材15を設けることにより、ウェハWから流れ落ちた液剤や洗浄に使用した洗浄水が、該ウェハWを保持するチャック2の駆動部8に浸入することや、水平軸HAを挟んで反対側に位置する別のウェハWを保持するチャック2の駆動部8に浸入することを防止でき、装置を安定して稼働できる。
そこで本実施形態のように、他方のチャック2BからウェハWが排出されたときに、該他方のチャック2Bに対して洗浄処理を行う洗浄手段が設けられることにより、下記の効果を奏する。
すなわち、他方のチャック2BによるウェハWの保持状態が解除され、このウェハWが排出(アンロード)されたときに、該チャック2Bに対して洗浄手段により洗浄を行うことができるので、チャック2の性能を安定して良好に維持できる。また、他方のチャック2BにおいてウェハWを保持する部分(ウェハ保持面)は、上方を向いていることから、目視により洗浄中や洗浄後の状態(汚れ具合など)を確認しやすい。
さらに本実施形態では、洗浄後に他方のチャック2Bに付着した水分を除去する水分除去機構が設けられているので、該チャック2BによるウェハWの保持状態をより安定したものとすることができる。
すなわち、これら第1、第2のウェハ処理手段11、12のいずれか又は両方が、チャック2に対して進退可能とされていなくても構わない。この場合、ウェハ処理手段11、12に対して、チャック2のいずれか又は両方が、第1、第2のウェハ処理手段11、12に対して進退可能とされる。
すなわち、第1のウェハ処理手段11及び第2のウェハ処理手段12の少なくともいずれかに対して、メンテナンス処理を行うメンテナンス手段が設けられていればよい。或いは、メンテナンス手段は設けられていなくてもよい。
すなわち、第1、第2の進退手段21、22は、第1、第2のウェハ処理手段11、12をチャック径方向以外の方向(例えばチャック回転軸CA方向やチャック周方向)に進退移動させることとしてもよい。
すなわち、例えば、他方のチャック2Bが保持するウェハWに対して第2の処理を行う場合においても、該チャック2Bのエアバッグ7が膨張状態とされていてもよい。
2 チャック
2A 一方のチャック
2B 他方のチャック
3 回転支持部(インデックスフレーム)
8 駆動部
11 第1のウェハ処理手段
12 第2のウェハ処理手段
15 カバー部材
31 第1のメンテナンス手段(メンテナンス手段)
32 第2のメンテナンス手段(メンテナンス手段)
HA 水平軸(インデックス回転軸)
W ウェハ
Claims (7)
- ウェハを化学的機械研磨法により研磨加工するウェハ研磨装置であって、
ウェハを保持する一対のチャックと、
前記一対のチャックのうち、ウェハの表面を下方に向けて該ウェハを保持する一方のチャックの下方に配設されて、このウェハに第1の処理を施す第1のウェハ処理手段と、
前記一対のチャックのうち、ウェハの表面を上方に向けて該ウェハを保持する他方のチャックの上方に配設されて、このウェハに第2の処理を施す第2のウェハ処理手段と、
前記一対のチャックを水平軸回りに回転可能に支持するとともに、これらチャック同士の位置を入れ替え可能な回転支持部と、を備えることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項1に記載のウェハ研磨装置であって、
前記他方のチャックに対して、ウェハの供給及び排出が行われることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項1又は2に記載のウェハ研磨装置であって、
前記第1のウェハ処理手段が、前記一方のチャックが保持するウェハに行う第1の処理は、研磨加工であり、
前記第2のウェハ処理手段が、前記他方のチャックが保持するウェハに行う第2の処理は、研磨加工、液剤塗布処理、及び表面テクスチャリング処理のうち少なくとも1つ以上であることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のウェハ研磨装置であって、
前記第1のウェハ処理手段は、前記一方のチャックに対して進退可能であり、
前記第2のウェハ処理手段は、前記他方のチャックに対して進退可能であることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項4に記載のウェハ研磨装置であって、
前記第1のウェハ処理手段が前記一方のチャックに対して後退され、前記第2のウェハ処理手段が前記他方のチャックに対して後退された状態で、前記第1のウェハ処理手段及び前記第2のウェハ処理手段の少なくともいずれかに対してメンテナンス処理を行うメンテナンス手段が設けられることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のウェハ研磨装置であって、
前記チャックの少なくとも駆動部を覆うカバー部材が設けられることを特徴とするウェハ研磨装置。 - 請求項2〜6のいずれか一項に記載のウェハ研磨装置であって、
前記他方のチャックからウェハが排出されたときに、該他方のチャックに対して洗浄処理を行う洗浄手段が設けられることを特徴とするウェハ研磨装置。
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