JPH11300588A - 基板端面研磨装置 - Google Patents

基板端面研磨装置

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JPH11300588A
JPH11300588A JP10623798A JP10623798A JPH11300588A JP H11300588 A JPH11300588 A JP H11300588A JP 10623798 A JP10623798 A JP 10623798A JP 10623798 A JP10623798 A JP 10623798A JP H11300588 A JPH11300588 A JP H11300588A
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JP
Japan
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substrate
brush
end surface
notch
substrates
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JP10623798A
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Yoichi Fukushima
洋一 福島
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SHIBA GIKEN KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェハのような基板の端面部分を研磨
する基板端面研磨装置を提供する。 【構成】 実質的に同径の複数の基板を端面が揃うよう
に上下に積み重ねて保持する基板保持手段30,32,40と、
この基板保持手段とともに複数の基板を軸まわりに一括
回転させる基板回転手段20と、複数の基板の端面部分に
一括に押し当てられるブラシ本体を有する主ブラシ50A,
50B と、ブラシ本体を支軸まわりに回転させるブラシ回
転手段53と、研磨液を基板の端面部分およびブラシ本体
の少なくとも一方に向けて供給するノズル90と、を具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ等の
基板の外周端面部分を研磨するための基板端面研磨装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、DRAM等の半導体デバイスはま
すます高集積化・高微細化する傾向にあり、これに伴い
クリーンルーム内雰囲気の清浄度を更に高めるという要
望がでてきている。そのため、クリーンルーム内では従
来よりも更にパーティクル対策が厳しくなってきてお
り、パーティクル発生源となりうるものはクリーンルー
ム内から徹底的に排除されるようになっている。半導体
デバイスの原材料となるシリコンウェハもその例外では
ない。
【0003】図8乃至図11に示すように、シリコンウ
ェハWの外周端面部分はエッジの面取りのために砥石5
や7を用いてベベル加工される。このベベル加工面2,
3,6は表面が粗く(表面粗さは1000オングストロ
ーム程度)、これに他の部材が接触すると表面の微小凹
凸部分が離脱してパーティクルが発生する。その結果、
クリーンルーム内雰囲気の清浄度が低下し、半導体デバ
イスの製品歩留まりを低下させてしまう。このため、シ
リコンウェハWをクリーンルーム内に持ち込む前に、ベ
ベル加工面2,3,6を表面研磨する必要がある。
【0004】従来の研磨装置は、図12に示すように、
互いに向きの異なる3つの研磨部材8をベベル加工面2
及び3のそれぞれに押し当てて研磨する。研磨部材8と
しては固形工具、テープ状工具、バフ状工具が用いられ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置においては、ウェハを1枚ずつ研磨するので、
取り付けや交換に時間がかかりすぎて非能率的である。
一方、生産性の向上を図るために研磨部材8にダイヤモ
ンド砥石などの硬い工具を用いると、シリコンウェハW
にダメージを与えるおそれがある。また、3つの研磨部
材8の向きがそれぞれ異なるので、構造が複雑であり、
保守点検のコストが増大する。
【0006】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、多数枚の基板をダメージを与えるこ
となく短時間で研磨することができる高能率の基板端面
研磨装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る基板端面研
磨装置は、実質的に同径の複数の基板を端面が揃うよう
に上下に積み重ねて保持する基板保持手段と、この基板
保持手段とともに複数の基板を軸まわりに一括回転させ
る基板回転手段と、前記複数の基板の端面部分に一括に
押し当てられるブラシ本体を有する主ブラシと、前記ブ
ラシ本体を支軸まわりに回転させるブラシ回転手段と、
研磨液を基板の端面部分および前記ブラシ本体の少なく
とも一方に向けて供給するノズル手段と、を具備するこ
とを特徴とする基板端面研磨装置。
【0008】この場合に、基板と基板との相互間にスペ
ーサをそれぞれ挟み込み、回転ブラシが基板のベベル部
にも接触するようにすることが望ましい。また、基板保
持手段は、複数の基板が積み重ねられる支持部材と、こ
の支持部材により支持された複数の基板を上側から押さ
えつける押え機構と、前記支持部材に係合されて回転駆
動力を前記支持部材に伝達するテーブルと、を具備する
ことが好ましい。
【0009】また、主ブラシは左右対象な1対のものと
することが好ましい。さらに、基板端面の切り欠き部分
を研磨するためのノッチブラシを有することが好まし
い。この場合に、さらに、ノッチブラシを基板の回転に
応じて基板端面の切り欠き部分に追従させる追従機構
と、上記ノッチブラシを基板の回転方向とは逆向きに移
動させて元の位置に戻す戻し機構と、を有することが好
ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係る基板端面研磨装置を示す
全体概要図である。基板端面研磨装置10は四周を壁で
取り囲まれた部屋のなかに設けられている。部屋の内部
は水受け傾斜板11と仕切り板12とで上下に3つの空
間13,14,15に仕切られている。水受け傾斜板1
1は、部屋を下空間13と中空間14とに仕切るもので
あり、一側壁側から他側壁側に向けて緩やかに傾斜し、
その最下部は排水口16に連続している。仕切り板12
は、部屋を中空間14と上空間15とに仕切るものであ
り、ほぼ水平に取り付けられている。
【0011】図示しない扉が部屋の一側面に取り付けら
れ、この扉を開けてウェハアッセンブリWAが部屋の中
空間14に搬入され、ターンテーブル30上にセッテイ
ングされるようになっている。ウェハアッセンブリWA
は、図2の(b)に示すように、半導体ウェハWの相互
間にスペーサSがそれぞれ挿入され、120〜240枚
のウェハWが1つに束ねられ積み重ねられたものであ
る。なお、ウェハアッセンブリWAの上端にはダミー板
Pが重ねられ、このダミー板Pに押え機構40の軸受部
材42が当接し、ウェハアッセンブリWAを押さえつけ
るようになっている。このウェハアッセンブリWAは後
述する端面揃え治具70とクランプ治具80(図2及び
図3参照)を用いて組み立てられる。
【0012】下空間13には基板回転手段としての基板
回転機構20が設けられている。この基板回転機構20
は、床部の台座18上に固定されたモータ21と、ター
ンテーブル30に連結された回転駆動軸(支軸)25
と、この回転駆動軸(支軸)25の下端プーリー24と
モータ駆動軸21aのプーリー22との間に巻き掛けら
れたベルト23と、を備えている。
【0013】回転駆動軸25は、軸受25aを介してブ
ラケット27で支持された外筒26のなかに挿入されて
いる。ブラケット27は水受け傾斜板11の下面に固定
されている。なお、外筒26が水受け傾斜板11を貫通
する箇所にはシールリング29が介挿され、中空間14
から下空間13への水漏れが防止されている。
【0014】左右1対の主ブラシ50A,50Bが中空
間14のなかに設けられている。主ブラシ50A,50
Bは、それぞれブラシ本体51と、このブラシ本体51
を保持するブラシホルダ52と、このブラシホルダ52
に連結された回転駆動軸53aをもつモータ53と、を
備えている。なお、主ブラシ50A,50Bはガイドレ
ール19に沿って水平移動可能にそれぞれ支持されてい
る。すなわち、主ブラシ50A,50Bは、図7に示す
ように、ホーム位置と使用位置との間を案内移動される
ようになっており、使用時にはホーム位置から使用位置
に移動されてウェハアッセンブリWAに押し当てられ、
非使用時には使用位置からホーム位置まで退避するよう
になっている。
【0015】ノッチブラシ60は回転機構、追従機構、
戻し機構の3つの機構を備えている。ブラシ回転機構
は、モータ68と、ブラシ本体61が取り付けられた垂
直シャフト62と、この垂直シャフト62の上端プーリ
ー65とモータ駆動軸68aとの間に掛けわたされたベ
ルト67と有する。ブラシ追従機構は、一端側が垂直シ
ャフト62の下部に軸受63aを介して連結され、他端
側が外筒26に軸受28を介して連結された水平揺動ア
ーム63と、ターンテーブル下部の凹所30bに嵌まり
込むように水平揺動アーム63に突没可能に取り付けら
れた連動回転ピン63bとを有する。ブラシ戻し機構
は、揺動アクチュエータ69と、一端側が垂直シャフト
62の上部に軸受64aを介して連結され、他端側が揺
動アクチュエータ69に連結された水平揺動アーム64
と、連動回転ピン63bを凹所30bから外すために水
受け傾斜板11の上面に固定されたピン外し部材17と
を有する。このようなノッチブラシ60は、図7に示す
ように、上記の追従機構および戻し機構により0°位置
から180°位置までの間を往復移動される。すなわ
ち、0°位置でノッチブラシ60がウェハアッセンブリ
WAのノッチNに嵌まり込むとほぼ同時に連動回転ピン
63bがターンテーブル下部の凹所30bに嵌まり込
み、ノッチブラシ60はターンテーブル30に係合し、
これに連れ回わされるようになる。ノッチブラシ60が
180°位置にくると、連動回転ピン63bがピン外し
部材17に衝突して、ピン63bが凹所30bから外
れ、ノッチブラシ60はターンテーブル30から離脱す
る。これとほぼ同時に揺動アクチュエータ69が作動
し、ノッチブラシ60は180°位置から0°位置まで
反時計まわりに戻される。この0°位置から180°位
置までの追従区間においてノッチNはノッチブラシ60
により研磨される。なお、連動回転ピン63bはスプリ
ング63cによって付勢されているので、ターンテーブ
ル下面に摺接した状態から凹所30bに円滑に嵌まり込
むようになっている。
【0016】なお、主ブラシ50A,50Bやノッチブ
ラシ60は研磨対象のサイズに応じてそれぞれ最適の大
きさのものに交換できるようになっている。例えば、ウ
ェハWの径が8インチのときは主ブラシ50A,50B
の直径を150mm、ノッチブラシ60の直径を60m
mとすることが望ましい。ウェハWの径が10インチ又
は12インチと大きくなる場合にはこれと同等か又はそ
れ以上のサイズのものを用いる。また、主ブラシ50
A,50B及びノッチブラシ60の長さはそれぞれ25
0〜300mmとすることが望ましい。最大240枚ま
でのウェハWを一括に研磨するためである。また、主ブ
ラシ50A,50B及びノッチブラシ60におけるブラ
シ繊維の長さは10〜40mmの範囲とし、ブラシ繊維
の線径は0.2〜0.5mmの範囲とし、ブラシ繊維材
料は軟質のポリプロピレンや6−6ナイロン等を用い
る。
【0017】このような主ブラシ50A,50B及びノ
ッチブラシ60は次のようにしてつくられる。先ず、樹
脂ペレットを溶解し、これを漏斗状の溶解炉から取り出
しながら冷却し、モノフィラメントを形成する。シリコ
ン酸化膜4を研磨するための特殊ブラシを製造する場合
は、溶解炉中に樹脂ペレットとともに研磨砥粒を投入す
る。研磨砥粒がダイヤモンド砥粒である場合は、その平
均粒径を#1500〜#5000の範囲とする。次い
で、所定長に裁断したモノフィラメントを帯状の留金に
挟み込み、留金を圧接して刷毛状とする。そして、この
刷毛状のものをブラシホルダ52の外周に螺旋状に密に
巻き付け、接着すると、ブラシ本体部が完成する。
【0018】研磨液ノズル90は図1には示していない
が、その吐出口90aは主ブラシ50A,50Bの各々
に均等に向けられている(図7参照)。すなわち、吐出
口90aは全部で4つ存在するが、そのうちの2つは上
下に適当な間隔を設けて一方の主ブラシ50Aに向けら
れ、残りの2つは上下に適当な間隔を設けて他方の主ブ
ラシ50Bに向けられている。なお、使用済みの研磨液
は水受け傾斜板11の上に落下し、水受け傾斜板11に
沿って流下し、排水口16を介して部屋の外部に排出さ
れるようになっている。
【0019】研磨液としては、通常のシリコンウェハの
端面部分を研磨する場合はコロイダルシリカ懸濁液のよ
うな研磨砥粒水溶液を使用する。このときの主ブラシ5
0A,50Bのブラシ本体51はナイロンやポリプロピ
レン等の樹脂製のモノフィラメントからなる単繊維束構
造のものである。一方、裏面Wbに酸化シリコン膜4を
有するシリコンウェハの端面部分を研磨する場合は、主
ブラシ50A,50Bのブラシ本体51にダイヤモンド
砥粒等を樹脂中に混入させたモノフィラメントからなる
単繊維束を用いるために、研磨中にウェハ端面が過熱す
るのを防止するため冷却水をかけるだけとする。なお、
使用済みの研磨液は水受け傾斜板11に沿って流下し、
排水口16を介して部屋の外部に排出されるようになっ
ている。
【0020】図7に示すように、ウェハアッセンブリW
Aをターンテーブル30に取り付けたときのノッチNの
初期位置は90°のところである。一方の主ブラシ50
Aの使用位置は約240°のところである。他方の主ブ
ラシ50Bの使用位置は約300°のところである。研
磨液ノズル90は270°位置に設けられている。この
研磨液ノズル90は上下2対の吐出口90aを有してい
る。各対の吐出口90aは主ブラシ50A,50Bに均
等に配置されている。ノッチブラシ60は0°位置から
180°位置までの間を往復移動する。なお、ノッチブ
ラシ60用に研磨液ノズルを追加するようにしてもよ
い。
【0021】次に、図2〜図6を参照しながらウェハア
ッセンブリWAの組み立てについて説明する。図2の
(a)及び(b)に示すように、端面揃え治具70は、
基台71と、ノッチ揃え部材72と、端面揃え部材73
とを備えている。先ず、基台71の凸部(位置決めボ
ス)71aに支持部材32の凹所32aを嵌め込む。次
に、支持部材32の上にウェハWとスペーサSとを交互
に積み重ね、最上段にダミー板Pを積む。このときノッ
チ揃え部材72と端面揃え部材73とでノッチNとウェ
ハ端面の位置を規定するので、ウェハWのノッチNとウ
ェハ端面はきれいに揃う。なお、ウェハWの厚さは0.
7mm、スペーサSの厚さは0.35mmである。
【0022】次に、図3の(a)及び(b)に示すクラ
ンプ治具80をこれに取り付け、ウェハアッセンブリW
Aを支持部材32にしっかり固定する。クランプ治具8
0は、上板81と、下板82と、これら上下板81,8
2を貫通する1対の長ボルト83と、蝶ナット84とを
有する。
【0023】このようにしてクランプ治具80でウェハ
アッセンブリWAを支持部材32にしっかり固定する
と、これを基台71から取外し、基板端面研磨装置10
の部屋に搬入する。そして、図4に示すように、ターン
テーブル30の凸部30aに支持部材32の凹所32a
を嵌め込む。さらに、図5に示すように押え機構40の
軸受部材42を下降させ、図6に示すようにウェハアッ
センブリWAを上方からしっかり押さえつける。そし
て、ウェハアッセンブリWAからクランプ治具80を取
外し、扉を閉め、研磨を開始する。
【0024】次に、240枚の8インチ径シリコンウェ
ハWの端面部分を一括に研磨する動作について説明す
る。ウェハアッセンブリWAのセッティングが完了し、
扉を閉め、起動ボタンを押すと、先ずノズル90からウ
ェハアッセンブリWAに向けて研磨液が吐出される。次
いで、それぞれの待機位置で主ブラシ50A,50Bお
よびノッチブラシ60がそれぞれ時計回りに回転を開始
する。主ブラシ50A,50Bの回転数はそれぞれ20
0〜700rpm、ノッチブラシ60の回転数は200
〜700rpmである。
【0025】次いで、主ブラシ50A,50Bをウェハ
アッセンブリWAに押し当て、さらにターンテーブル3
0によりウェハアッセンブリWAの回転を開始する。ウ
ェハアッセンブリWAの回転速度は1〜15rpmの範
囲とし、時計回りに回転させる。
【0026】ウェハアッセンブリWAのノッチNが初期
位置(装置正面側;90°位置)から0°位置に移動し
てくると、ノッチブラシ60がノッチNに押し当てられ
る。このときノッチブラシ60がウェハアッセンブリW
AのノッチNに嵌まり込むとほぼ同時に、連動回転ピン
63bがターンテーブル下部の凹所30bに嵌まり込む
ので、ノッチブラシ60はターンテーブル30に係合
し、これに連れ回わされるようになる。ノッチブラシ6
0が180°位置にくると、連動回転ピン63bがピン
外し部材17に衝突して、ピン63bが凹所30bから
外れ、ノッチブラシ60はターンテーブル30から離脱
する。これとほぼ同時に揺動アクチュエータ69が作動
し、ノッチブラシ60は180°位置から0°位置まで
反時計まわりに戻される。このようにしてノッチブラシ
60は0°位置から180°位置までの間を往復移動さ
れる。この0°位置から180°位置までの追従区間に
おいてノッチNはノッチブラシ60により研磨される。
なお、連動回転ピン63bはスプリング63cによって
付勢されているので、ターンテーブル下面に摺接した状
態から凹所30bに円滑に嵌まり込むようになってい
る。
【0027】このようにして約60分間にわたり端面研
磨を実施すると、ウェハ端面部分の表面粗さが初期の1
000オングストローム(100nm)から100オン
グストローム(10nm)以下に仕上がる。これはウェ
ハ表面Waの鏡面仕上げと比べても遜色ないものであ
る。
【0028】端面研磨を終了するときは、ノッチNが2
70°位置(背面側)にきたところでターンテーブル3
0の回転を停止する。端面研磨が終了すると、扉を開
け、クランプ治具80を再び取り付け、押え機構40の
軸受部材42を上昇させ、ターンテーブル30からウェ
ハアッセンブリWAを取り外す。そして、これを別の部
屋で全体を水槽に浸漬させて洗浄しながら、クランプ治
具80を取り外し、ウェハWとスペーサSとをそれぞれ
のカセットに収納する。
【0029】なお、上記実施形態では半導体ウェハ(シ
リコンウェハ)の外周端面及びノッチ部を研磨する場合
について説明したが、本発明はこれのみに限られること
なく、オリエンテーションフラットを有する半導体ウェ
ハ、光ディスク、コンパクトディスク等の他の基板を研
磨対象とすることもできる。
【0030】また、上記実施形態では2つの主ブラシを
設けた場合について説明したが、主ブラシは1つだけで
もよく、3つ以上設けてもよい。さらに、上記実施形態
ではノッチブラシを1つだけ設けた場合について説明し
たが、第2のノッチブラシを反対側に設けるようにして
もよい。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、多数の基
板を比較的短時間で一括に研磨することができる。例え
ば、従来の枚葉式研磨装置ではウェハ1枚あたり約3分
間を要していたが、本発明の装置によれば120枚乃至
240枚のウェハを約60分間で研磨することができ、
本発明装置は従来装置の6倍から12倍の高い生産性を
有することになる。
【0032】また、本発明装置ではブラシ繊維に軟質の
樹脂材料を用いているので、基板にダメージを与えるこ
となく軟接触研磨により鏡面程度まで仕上げることがで
きる。
【0033】また、本発明の装置によれば、ブラシが基
板端面の形状に倣い、ブラシ繊維の先端がベベル部やノ
ッチ部まで届くようになっているので、基板端面部分の
すべてを基板の主面と同等程度まで研磨仕上げすること
ができ、基板端面部分からのパーティクルの発生が実質
的になくなる。このため、クリーンルームの清浄度を低
下させることなく、基板を取扱うことができ、結果とし
て半導体デバイス等の製品の歩留り向上に寄与すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る基板端面研磨装置を示
す全体概要図。
【図2】(a)は複数枚の基板の端面を揃えるときに用
いられる端面揃え治具を示す平面図、(b)は端面揃え
治具及び基板アッセンブリの正面図。
【図3】(a)は複数枚の基板を基板アッセンブリとし
て保持固定するときに用いられるクランプ治具を示す平
面図、(b)はクランプ治具及び基板アッセンブリの正
面図。
【図4】クランプ治具で保持された基板アッセンブリお
よび研磨テーブルを示す分解図。
【図5】基板アッセンブリが組み込まれた基板端面研磨
装置を示す概要図。
【図6】基板アッセンブリが組み込まれた基板端面研磨
装置を示す部分概要図。
【図7】主ブラシ及びノッチブラシの動作を説明するた
めの概要平面図。
【図8】基板端面部をベベル加工するベベル加工機の一
部を示す部分拡大図。
【図9】ベベル加工された基板端面部を示す部分拡大
図。
【図10】基板端面部をベベル加工する他のベベル加工
機の一部を示す部分拡大図。
【図11】ベベル加工された他の基板端面部を示す部分
拡大図。
【図12】従来の装置による基板端面研磨動作を説明す
るための概要図。
【符号の説明】
W…半導体ウェハ(基板)、N…ノッチ、S…スペー
サ、P…ダミー板、WA…ウェハアッセンブリ、10…
基板端面研磨装置、11…水受け傾斜板、12…仕切り
板、16…排水口、17…ピン外し、20…基板回転機
構、21,53,68…モータ、25,53a,62,
68a…回転駆動軸(支軸)、25a,28,42,6
3a,64a…軸受、26…外筒、30…テーブル、3
2…支持部材、40…押え機構、50A,50B…主ブ
ラシ、51,61…ブラシ本体、60…ノッチブラシ、
63,64…揺動アーム、63b…連動回転ピン、69
…揺動アクチュエータ、70…端面揃え治具、80…ク
ランプ治具、90…ノズル。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に同径の複数の基板を端面が揃う
    ように上下に積み重ねて保持する基板保持手段と、 この基板保持手段とともに複数の基板を軸まわりに一括
    回転させる基板回転手段と、 前記複数の基板の端面部分に一括に押し当てられるブラ
    シ本体を有する主ブラシと、 前記ブラシ本体を支軸まわりに回転させるブラシ回転手
    段と、 研磨液を基板の端面部分および前記ブラシ本体の少なく
    とも一方に向けて供給するノズル手段と、を具備するこ
    とを特徴とする基板端面研磨装置。
  2. 【請求項2】 基板と基板との相互間にスペーサをそれ
    ぞれ挟み込み、上記回転ブラシが基板のベベル部にも接
    触するようにしたことを特徴とする請求項1記載の基板
    端面研磨装置。
  3. 【請求項3】 上記基板保持手段は、複数の基板が積み
    重ねられる支持部材と、この支持部材により支持された
    複数の基板を上側から押さえつける押え機構と、前記支
    持部材に係合されて回転駆動力を前記支持部材に伝達す
    るテーブルと、を具備することを特徴とする請求項1記
    載の基板端面研磨装置。
  4. 【請求項4】 2つの主ブラシを有することを特徴とす
    る請求項1記載の基板端面研磨装置。
  5. 【請求項5】 さらに、基板端面の切り欠き部分を研磨
    するためのノッチブラシを有することを特徴とする請求
    項1記載の基板端面研磨装置。
  6. 【請求項6】 さらに、上記ノッチブラシを基板の回転
    に応じて基板端面の切り欠き部分に追従させる追従機構
    と、上記ノッチブラシを基板の回転方向とは逆向きに移
    動させて元の位置に戻す戻し機構と、を有することを特
    徴とする請求項5記載の基板端面研磨装置。
JP10623798A 1998-04-16 1998-04-16 基板端面研磨装置 Pending JPH11300588A (ja)

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