JP3565480B2 - 基板研磨方法および基板研磨装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスや半導体等の基板を平坦に研磨する基板研磨方法および基板研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体の高集積化の要求が高まるとともに化学機械研磨(CMP)による平坦化技術が注目されている。このCMPにより、リソグラフィーの可能性を原理的な限界点まで広げるために不可欠なデバイス表面の平坦化や、多層配線のための埋め込み構造が可能となる。
【0003】
従来の化学機械研磨(CMP)装置は、図5に図示するように、基板101を着脱自在に保持し基板の裏面から加圧する基板保持具102と、研磨シート104を貼り付けた定盤105と、研磨シート104上に研磨液108を供給するノズル109を備え、定盤105を回転軸106を介して回転させ、定盤105上の研磨シート104上に基板101を当接させるとともに、基板保持具102により基板101をその裏面から加圧した状態で基板101を回転させ、かつノズル109から研磨液108を研磨シート104上に滴下しつつ化学機械研磨を行なうものであり、研磨液の化学的作用と砥粒の物理的作用を利用して基板研磨面を平坦化させている。
【0004】
化学機械研磨(CMP)は、基板研磨面と研磨シートの接触状態がそのまま研磨量に影響するため、基板研磨面を平坦に研磨するには基板研磨面全面を均一な圧力で研磨シートに押し付ける必要がある。基板全面に均一な接触圧力を得るための手段として種々の工夫がなされており、特開平09−260316号公報には、基板研磨面と研磨シートとの接触圧力を検出しつつ単一もしくは多数のアクチュエータなどの加圧体の押し付ける力を研磨圧力が均一になるように制御して基板を加圧する方法が開示されている。
【0005】
また、特開平09−141550号公報には、基板または基板保持部品で密閉されるような圧力容器を有する研磨ヘッドにより、基板裏面または基板保持部品を圧力容器内の流体圧で加圧し基板研磨面を研磨シートに押し付ける基板加圧方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、化学機械研磨(CMP)においては、基板研磨面を均一に研磨除去するためには、基板裏面から基板を加圧することにより、基板研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力が基板全面で均一にならなければならない。また、研磨進行後、研磨面内で除去量にむらが生じた場合、むらの形状に合わせて選択的に除去量を大きくあるいは小さく取るような圧力操作が必要となる。このような背景から、基板を均一に加圧しかつ加圧力の強弱あるいは有無を制御することができる加圧方法が必要となる。
【0007】
しかしながら、前述した特開平09−141550号公報に開示された方法では、装置に流体をシールする機構や流体の制御手段、流体供給装置を必要とするなど、装置が複雑となり大型になってしまい、さらに、研磨進行後、研磨除去量にむらが生じた場合、このむらをなくするようにむら形状に合わせて研磨除去するような加圧を行なうことができないという問題点がある。
【0008】
また、前述した特開平09−260316号公報に開示された方法では、アクチュエータを駆動させるため、装置が大型となってしまうという問題点があり、さらに、基板が大版化すると、基板全面の接触圧力を制御するためにアクチュエータの数を増やさないといけないため、さらに装置が大型となり、基板の大版化に対応することが難しい。また、加圧体の間隔を小さくすれば細かい圧力制御が可能となるけれども、加圧体の数を増やさないといけないため、これも装置を大型化してしまう。
【0009】
さらに、多数の加圧体を用いて基板裏面から加圧する際に、各加圧体における基板裏面に接触する端面が平面であると、基板裏面に接触している各加圧体の面内で圧力の片寄りが生じ、所望の研磨圧力を得ることができない。
【0010】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する未解決な課題に鑑みてなされたものであって、従来のように装置を大型、複雑にすることなく、基板全面を均一に加圧することができるとともに基板の膜厚むらや研磨進行後の研磨量のむら形状に合わせて膜厚むらを除去するように研磨圧力を制御することができ、かつ基板の大版化に対応することが容易な基板研磨方法および基板研磨装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の基板研磨方法は、研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨方法において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体によりそれぞれ等しい大きさの力でかつ点接触によって前記基板を前記研磨シートに対して加圧し、加圧体の配置または加圧体同士の間隔を調整することにより、前記基板の研磨面と前記研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御することを特徴とする。
【0012】
本発明の基板研磨方法においては、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体を介して加圧体を加圧し、全ての加圧体に等しい加圧力を与えることが好ましく、また、多数の加圧体は加圧体を着脱自在に保持しうる穴を一定間隔をもって多数形成した加圧体保持部材により保持されていることが好ましい。
【0013】
本発明の基板研磨方法においては、基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことができる。
【0014】
本発明の基板研磨方法においては、基板の研磨面を研磨シートに押し付けながら相対的に回転させて研磨する際に前記研磨シート上に研磨剤を供給することが好ましい。
【0015】
そして、本発明の基板研磨装置は、研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨装置において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体と、該多数の加圧体を着脱自在に保持する加圧体保持部材と、該加圧体保持部材に保持された多数の加圧体のそれぞれに対して等しい加圧力を与える荷重手段とを備え、基板の研磨面形状に応じて前記加圧体の配置や間隔を調節して前記基板の研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御しうるように構成したことを特徴とする。
【0016】
本発明の基板研磨装置においては、加圧体は基板裏面に対して点接触状に当接する形状を有することが好ましく、また、加圧体保持部材は加圧体を着脱自在にそれぞれ保持しうる多数の穴が一定間隔をもって形成されていることが好ましく、さらにまた、荷重手段は、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体と荷重とを備え、前記流体袋体を介して前記加圧体を加圧することが好ましい。
【0017】
本発明の基板研磨装置においては、加圧体と基板との間に板状の弾性体を介在させることが好ましい。
【0018】
本発明の基板研磨装置においては、基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことができる。
【0019】
本発明の基板研磨装置においては、研磨シート上に研磨液を供給するノズルをさらに備えていることが好ましい。
【0020】
【作用】
本発明の基板研磨方法および基板研磨装置によれば、各加圧体を基板に対して点接触の微小な面積で接触させることにより、各加圧体の接触部での圧力の片寄りを生じることがなく、接触点からの加圧力の分布を考慮するだけでよいので、研磨圧力の制御が容易となり、また、全ての加圧体を一つの流体袋体を介して加圧し、加圧体全てに同じ大きさの加圧力を加えることができ、加圧体の間隔や配置を調整制御することによって所望の研磨圧力を得ることができる。そのため、個々の加圧体を加圧する駆動装置が不要となり、装置を大型化や複雑化することなく、多数の加圧体を配置することが可能となり、さらに、加圧体の間隔や加圧体自体の形状を小さくすることができ、より細かい加圧操作が可能となる。
【0021】
さらに、基板保持器の形状を基板形状に合わせることにより、どのような基板形状にも対応することができ、基板の大型化にも対応が容易である。
【0022】
さらに、同じ加圧力を与えられた多数の加圧体により基板全面にわたって均一な研磨圧力を得ることができるとともに、基板の膜厚むらや研磨進行後の研磨量のむらがある場合にはそのむら形状を除去するように加圧体の間隔や配置を調整制御することにより膜厚むらを除去する研磨圧力を得ることができ、基板の平坦化研磨を行なうことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
図1は本発明に係る基板研磨装置の一実施例の概略構成図であり、本実施例について図1を参照して説明する。
【0025】
被研磨物であるガラスや半導体等の基板1は、リテーナーリング2内に配置された基板保持器3によって保持され、基板1の研磨面が定盤5に貼り付けられた研磨シート4と接するように配置される。研磨シート4は、耐薬品性、耐摩耗性および弾性回復力に優れたポリエステル繊維不織布または発泡ポリウレタンシートであり、定盤5は図示しない回転装置により回転軸6を介して回転駆動される。基板1は、回転ローラ7の回転により、リテーナーリング2および基板保持器3とともに研磨シート4の上で回転する。研磨液8はノズル9を通して研磨シート3上に供給される。
【0026】
基板1の研磨面を研磨シート4に押し付けるための多数の加圧体11は、基板1の裏面側に配置され、各加圧体11における基板1との接触面内で圧力分布の片寄りをなくすために、理想的には基板1の裏面と点接触する構造とし、例えば、加圧体11の基板裏面に接触する先端部の形状を針状あるいは球面状とし、加圧体11は鉄あるいはナイロン等の材料で作製する。図1に図示する実施例では、加圧体11の一形態として基板1に接触する端面が球面状に形成された柱状の加圧体を用いている。加圧体11を保持する加圧体保持部材12は、アクリル樹脂等で作製された板状体であり、加圧体11の断面形状と同じ形状で同じ大きさの穴12aが多数開けられ、これらの穴12aは各加圧体11を着脱自在に保持することができる構造である。加圧体保持部材12は、図1に図示する実施例では、基板保持器3の上面に載置されており、基板1の裏面に接することがないように配置されている。加圧体保持部材12に保持される加圧体11同士の間隔は、研磨シート4と基板1の間に発生する研磨圧力を均一にするために、十分に小さく形成され、また、各加圧体11の断面積も同様に十分小さいことが好ましい。
【0027】
そして、加圧体11の上には気体などの流体を収納した流体袋体13が配置され、この流体袋体13は、多数の加圧体11による加圧範囲よりも大きく形成されている。流体袋体13の上にさらに荷重14を載置することにより、加圧体11に加圧力を与える。このように、加圧体11は、流体袋体13を介して加圧されるために、どのような形状の荷重14を用いても、個々の加圧体11が基板1に与える加圧力は全て等しくなる。なお、流体袋体13は、加圧体11の配置された周辺部と中心部で均一に接して加圧力に差が生じないようにするために周辺部がだれないように加圧体11が配置されている範囲で基板1と平行に保つように保持することが必要である。図1に図示する実施例では、加圧体保持部材12の周辺部の上面に、加圧体保持部材12の上面から出ている加圧体11の高さと同じ高さの段差部12bを設け、この段差部12bによって流体袋体13の周辺部がだれないように支持する。
【0028】
以上のように構成された本発明の第1の実施例においては、加圧体保持部材12に保持された多数の加圧体11は基板1の裏面にそれぞれ点接触状に加圧することから、各加圧体11の接触面内での圧力の片寄りを考慮するなく加圧でき、さらに、全ての加圧体11を一つの流体袋体13を介して荷重14で加圧することから、基板全面に均一な研磨圧力を得ることができる。また、加圧体11の間隔や加圧体11自体の形状を小さくすることにより、より細かい加圧操作が可能となる。このように、個々の加圧体を加圧する駆動装置を必要とせず、装置の大型化や複雑化を避けることができる。さらに、多数の加圧体11はそれぞれ加圧体保持部材12に着脱自在に保持されているために、加圧体11の配置や間隔を適宜変更することができ、これにより、基板の厚さむらや研磨進行により生じる研磨のむら形状に合わせて、加圧体11を適宜配置することにより、厚さむらや研磨むらを除去するような研磨圧力を得ることができる。
【0029】
次に、基板の厚さむらや研磨むらの除去に関して、図2を参照して詳細に説明する。図2は、基板と該基板を加圧する加圧体を示す模式図であって、基板の研磨進行後に研磨量にむらが生じた場合における加圧体の配置態様の一例を図示する概略図である。
【0030】
図2において、1aは、基板1を研磨している途中において研磨面の研磨量にむらが生じた場合に、その研磨むらの形状を高さ方向に拡大して示す研磨むら形状であり、また、加圧体として前述の実施例と同様に柱状の加圧体11を用い、加圧体保持部材12には加圧体を保持する穴12aが等ピッチで形成されており、基板1の厚さむらや研磨むらの程度に応じて、加圧体11を穴12aのピッチの整数倍の間隔をもって配置することができる。
【0031】
したがって、加圧体11は、基板の研磨面の膜厚形状や研磨むらの形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては最も密な状態に配列され、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次あけていくように配列され、加圧体11の有無により、研磨圧力を調整して研磨を行なうことができる。
【0032】
すなわち、それぞれの加圧体11の間隔での単位時間当たりの除去量は予め実験等により知ることができ、例えば、最も密に加圧体11を配置して研磨を行なった時の単位時間当たりの除去量が100nmである場合には、基板1の研磨面の基準面Vから100nmの高さに等高線Zを設定し、それよりもむら厚の大きい基板の範囲をaとするとき、この範囲aに対応する部分での加圧体11の配置を最も密にする。同様に、加圧体保持部材12の穴12aの一つ分の間隔で加圧体11を配置して研磨を行なった場合の単位時間当たりの除去量と等しい高さの等高線Yを設定し、等高線Yより高く等高線Zより低い基板の範囲をbとして、この範囲bに対応する部分での加圧体11aの配置は、加圧体保持部材12の穴12aの一つおきに加圧体11を配置する。同様にして、加圧体11の間隔に応じた除去量と等しい高さで等高線X、W…を設定し、研磨むらを高さ方向にいくつかの層に分け、それぞれの加圧体の間隔で配置する範囲を決定する。このように、基板の研磨面の膜厚形状を測定し、その膜厚形状に応じて、加圧体の有無により、研磨圧力を調整することができ、基板の厚さむらや研磨進行後の研磨量のむら形状に合わせた適切な研磨圧力で研磨することができる。
【0033】
また、その後にさらに研磨むらが生じている場合には、この研磨むらに対応するように加圧体を配置して研磨圧力を調整して研磨することを繰り返して、最終的に平滑な平面を得ることができる。
【0034】
以上のように、同じ加圧力が付与される多数の加圧体においてその配置や間隔を換えることにより、基板の厚さむらや研磨進行後の研磨のむら形状に合わせて膜厚のむらを除去するような研磨圧力を得ることができる。しかも、個々の加圧体を加圧する駆動装置を必要とせず、装置の大型化や複雑化を避けることができる。
【0035】
次に、本発明の他の実施例について、図3を参照して説明する。図3は本発明に係る基板研磨装置の他の実施例の概略構成図である。
【0036】
本実施例においては、前述した実施例における柱状の加圧体に代えて球状体の加圧体11aを用いている点で前述した実施例と相異するが、その他の構成は同じであり、同一部材には同じ符号を付してある。本実施例においても、球状の加圧体11aは、基板1の裏面を点接触状に加圧して、各加圧体11aの接触面内での圧力の片寄りを考慮するなく加圧でき、さらに、全ての加圧体11aを一つの流体袋体13を介して荷重14で加圧することから、基板全面に均一な研磨圧力を得ることができる。また、加圧体11a自体の形状や加圧体11aの間隔を小さくすることにより、より細かい加圧操作が可能であり、前述した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【0037】
次に、本発明のさらに他の実施例について、図4を参照して説明する。
【0038】
本実施例においては、図4に図示するように、基板1と加圧体11aの間に板状の弾性体17を介在させたものであり、その他の構成は前述した実施例と同様であり、同一部材には同一符号をもって説明する。
【0039】
基板1と加圧体11aの間に介在させる板状の弾性体17は、基板1と同等かそれ以上の大きさを有し、例えばシリコン等で作製されたものである。このように、基板1と加圧体11aの間に板状の弾性体17を介在させることにより、前述した実施例の奏する作用効果に加えて、基板1と加圧体11aの接触部の加圧力の集中を分散させることができ、より均一な加圧力を得ることができる。なお、本実施例においては、加圧体として球状の加圧体11aを用いているが、図1に図示する実施例においても、基板1と加圧体11の間に板状の弾性体17を介在させることにより、基板1と加圧体11の接触部の加圧力の集中を分散させ、より均一な加圧力を得ることができることはいうまでもない。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各加圧体を基板に対して点接触させることにより、各加圧体の接触部での圧力の片寄りを生じさせることがなく、接触点からの加圧力の分布を考慮するだけでよいので、研磨圧力の制御が容易となり、また、全ての加圧体を一つの流体袋体を介して加圧し、加圧体全てに同じ大きさの加圧力を加えることができる。さらに、加圧体の間隔や配置を制御することによって所望の研磨圧力を得ることができ、個々の加圧体を加圧する駆動装置が不要となり、そのため装置が大型化や複雑化せず、多数の加圧体を配置することが可能であり、また、加圧体の間隔や加圧体自体の形状を小さくすることができ、より細かい加圧操作が可能となる。さらに、基板保持器の形状を基板形状に合わせることにより、どのような基板形状にも対応することができ、基板の大型化にも対応が容易である。
【0041】
さらに、同じ加圧力を与えられた多数の加圧体の間隔や配置を換えることにより、均一な研磨圧力や研磨進行後の研磨量のむら形状等に合わせてむらを除去するような研磨圧力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板研磨装置の一実施例の概略構成図である。
【図2】本発明に係る基板研磨装置において、基板と該基板を加圧する加圧体を示す模式図であって、基板の研磨進行後に研磨量にむらが生じた場合における加圧体の配置態様の一例を図示する概略図である。
【図3】本発明に係る基板研磨装置の他の実施例の概略構成図である。
【図4】本発明に係る基板研磨装置のさらに他の実施例の概略構成図である。
【図5】従来の化学機械研磨方式による基板研磨装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 基板
1a 研磨むら形状
2 リテーナーリング
3 基板保持器
4 研磨シート
5 定盤
6 回転軸
7 回転ローラ
8 研磨液
9 ノズル
11 (柱状)加圧体
11a (球状)加圧体
12 加圧体保持部材
12a 穴
13 流体袋体
14 荷重
Claims (12)
- 研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨方法において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体によりそれぞれ等しい大きさの力でかつ点接触によって前記基板を前記研磨シートに対して加圧し、加圧体の配置または加圧体同士の間隔を調整することにより、前記基板の研磨面と前記研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御することを特徴とする基板研磨方法。
- 多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体を介して加圧体を加圧し、全ての加圧体に等しい加圧力を与えることを特徴とする請求項1記載の基板研磨方法。
- 多数の加圧体は、加圧体を着脱自在に保持しうる穴を一定間隔をもって多数形成した加圧体保持部材により保持されていることを特徴とする請求項1または2記載の基板研磨方法。
- 基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の基板研磨方法。
- 基板の研磨面を研磨シートに押し付けながら相対的に回転させて研磨する際に前記研磨シート上に研磨剤を供給することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の基板研磨方法。
- 研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨装置において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体と、該多数の加圧体を着脱自在に保持する加圧体保持部材と、該加圧体保持部材に保持された多数の加圧体のそれぞれに対して等しい加圧力を与える荷重手段とを備え、基板の研磨面形状に応じて前記加圧体の配置や間隔を調節して前記基板の研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御しうるように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
- 加圧体は、基板裏面に対して点接触状に当接する形状を有することを特徴とする請求項6記載の基板研磨装置。
- 加圧体保持部材は、加圧体を着脱自在にそれぞれ保持しうる多数の穴が一定間隔をもって形成されていることを特徴とする請求項6または7記載の基板研磨装置。
- 荷重手段は、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体と荷重とを備え、前記流体袋体を介して前記加圧体を加圧することを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1項記載の基板研磨装置。
- 加圧体と基板との間に板状の弾性体を介在させることを特徴とする請求項6ないし9のいずれか1項記載の基板研磨装置。
- 基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことを特徴とする請求項6ないし10のいずれか1項記載の基板研磨装置。
- 研磨シート上に研磨液を供給するノズルをさらに備えていることを特徴とする請求項6ないし11のいずれか1項記載の基板研磨装置。
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