JPH11277445A - 基板研磨用砥石及び研磨装置 - Google Patents

基板研磨用砥石及び研磨装置

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JPH11277445A
JPH11277445A JP9832698A JP9832698A JPH11277445A JP H11277445 A JPH11277445 A JP H11277445A JP 9832698 A JP9832698 A JP 9832698A JP 9832698 A JP9832698 A JP 9832698A JP H11277445 A JPH11277445 A JP H11277445A
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JP
Japan
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grindstone
polishing
substrate
grinding wheel
plate
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JP9832698A
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English (en)
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Taketaka Wada
雄高 和田
Hirokuni Hiyama
浩國 檜山
Kazuto Hirokawa
一人 廣川
Naonori Matsuo
尚典 松尾
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石面に反りの発生がなく、且つセグメント
化した多数の砥石板を台座に貼り付けた構成でも各砥石
板の面が同一面の高さに揃った基板研磨用砥石及び該基
板研磨用砥石を用いた研磨装置を提供すること。 【解決手段】 平坦な砥石接着面を有する台座12に砥
石板11’を接着剤13で接着すると共に、該砥石板1
1’の上面に台座12の砥石接着面にまで達する複数の
切り溝14を形成し、該砥石板11’を複数のセグメン
ト状の砥石板11に分割し、該セグメント状の砥石板1
1と砥石板11の間に該切り溝14に相当する隙間を設
けた。また、平坦な砥石接着面を有する台座12の該砥
石接着面にセグメント化した多数の砥石板11を接着剤
13で接着し、該砥石板11と砥石板11の間に所定寸
法の隙間を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハや各種
ハードディスク等の被研磨基板を研磨する基板研磨用砥
石及び該基板研磨用砥石を用いた研磨装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体メモリやロジックデバイス
の製造には、CMP(化学機械研磨)装置を用いて、こ
れらの基板の表面を平坦化する工程が不可欠である。該
CMP装置は回転するターンテーブルの研磨クロス面上
に、回転するトップリングに装着された被研磨基板を当
接すると共に、該研磨クロス面上にスラリを供給しなが
ら、該被研磨基板の研磨面を研磨するように構成したも
のである。しかしながら、このCMP装置による研磨で
は、研磨面の研磨前の段差(凹凸)が残り、段差特性の
優れた(精度の良い平坦度)研磨ができないという問題
や、スラリの消費量が増大するという問題がある。
【0003】そこで、上記構成のCMPに対向するもの
として、回転するターンテーブル上面に基板研磨用砥石
を配置し、該基板研磨用砥石の砥石面に回転するトップ
リングに装着された基板を当接すると共に、該砥石面に
水を供給しながら、該砥石と基板の相対運動により基板
を研磨する研磨装置がある。図13は従来のこの種の研
磨装置に用いる基板研磨用砥石の構成例を示す図であ
り、図13(a)は平面図、図13(b)は断面図、図
13(c)は一部拡大断面図である。
【0004】図13に示すように、従来の基板研磨用砥
石は、所定の幅を有する環状の砥石板を円周方向に等分
割したような形状の砥石板110を上面が平坦な円板状
の台座120に接着剤130で貼り付けて構成してい
る。また、接着剤130の層は砥石板110と台座12
0の間のみでなく、砥石板110と砥石板110の間に
も所定厚さで形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の基板研磨用砥石100では接着剤130の膨潤・乾
燥により、基板研磨用砥石100の砥石面に反りが発生
するという問題があった。図14はこのような基板研磨
用砥石100の乾燥保存、湿潤保存における形状変化例
を示す図である。図14(a)は乾燥保存の場合を、図
14(b)は湿潤保存の場合を、図14(c)は乾燥保
存の場合をそれぞれ示す。同図において、縦軸は砥石面
の高さ(μm)、横軸は基板研磨用砥石100の中心か
らの距離を示す。図示するように、乾燥状態と湿潤状態
で基板研磨用砥石100の砥石面の形状が異なる。
【0006】上記のように基板研磨用砥石100の砥石
面に反りが発生すると被研磨基板を研磨した際、被研磨
基板の全面に渡って均一な研磨レートで研磨ができず、
被研磨基板の研磨面を高精度の平坦度に研磨できないと
いう問題がある。図15は基板研磨用砥石100の砥石
面が平坦な場合と反っている場合の基板研磨面の研磨度
の比較例を示す図である。ここでは被研磨基板として半
導体ウエハを用いている。図15(a)、(b)は、そ
れぞれ砥石面が平坦な場合の砥石面高さと半導体ウエハ
の研磨度(ポリッシングP/レイトR)を、図15
(c)、(d)は、それぞれ砥石面が反っている場合の
砥石面高さと半導体ウエハの研磨度を示す。図示するよ
うに、砥石面が平坦である場合はウエハ全面で略均一な
研磨度が得られるのに対して、砥石面が反っている場合
はウエハ全面で略均一な研磨度が得らない。
【0007】また、図13に示すように、多数枚の砥石
板110を台座120に貼り付る場合、一般に砥石板1
10は製作精度の問題から、各砥石板110の厚さにバ
ラツキが生じるため、これを上面が平坦な台座に貼り付
けると各砥石板110の上面が揃わないという問題があ
り、段差特性の優れた研磨ができないという問題もあっ
た。
【0008】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、砥石面に反りの発生がなく、且つセグメント化した
多数の砥石板を台座に貼り付けた構成でも各砥石板の上
面が同一面の高さに揃った基板研磨用砥石及び該基板研
磨用砥石を用いた研磨装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、平坦な砥石接着面を有する台
座に砥石板を接着剤で接着すると共に、該砥石板の上面
に台座の砥石接着面にまで達する複数の切り溝を形成
し、該砥石板を複数のセグメント状の砥石板に分割し、
該セグメント状の砥石板と砥石板の間に該切り溝に相当
する隙間を設けたことを特徴とする基板研磨用砥石にあ
る。
【0010】また、請求項2に記載の発明は、平坦な砥
石接着面を有する台座の該砥石接着面にセグメント化し
た多数の砥石板を接着剤で接着し、該砥石板と砥石板の
間に所定寸法の隙間を設けたことを特徴とする基板研磨
用砥石にある。
【0011】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の基板研磨用砥石の製造方法であって、平坦なプ
レート上にセグメント化した多数の砥石板を該砥石板と
砥石板の間に所定寸法の隙間を設けて配置すると共に、
台座の砥石接着面に熱溶融着性を有するシート又は接着
剤を貼り付け、該シート又は接着剤を加熱し、プレート
上に配置した多数の砥石板上に押しつけ、該多数の砥石
板を台座の砥石接着面に接着することを特徴とする。
【0012】また、上記熱溶融着性を有するシート又は
接着剤の加熱は、該シート又は接着剤の面及び/又は台
座の背面を加熱、又はプレート上に配置した多数の砥石
の接着面を加熱して行うことを特徴とする。
【0013】また、請求項4に記載の発明は、平坦な砥
石接着面を有する台座の該砥石接着面を事前に粗く仕上
げ、該砥石接着面に砥石板をその成形及び焼成段階で一
体に固着したことを特徴とする基板研磨用砥石にある。
【0014】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
又2又5のいずれか1に記載の基板研磨用砥石を用い、
該基板研磨用砥石の砥石板の面に被研磨基板を当接し、
該基板研磨用砥石と該被研磨基板相互の相対運動で該被
研磨基板を研磨することを特徴とする研磨装置にある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1は請求項1に記載の発明に
係る基板研磨用砥石の構成を示す図であり、図1(a)
は平面図、図1(b)はその断面図である。基板研磨用
砥石10は平坦な砥石接着面を有する台座12に一枚の
砥石板11’を接着剤13で接着すると共に、該一枚の
砥石板11’の上面に台座12の砥石接着面にまで達す
る複数の切り溝14を形成し、砥石板11’を複数のセ
グメント状の砥石板11に分割し、該セグメント状の砥
石板11と砥石板11の間に該切り溝14に相当する隙
間を設け、更に中心部に所定寸法の穴15を形成した構
造である。また、台座12の中心部にも穴16が形成さ
れている。
【0016】図2は上記基板研磨用砥石10の製造方法
を示す図である。図2(a)は製造途上の基板研磨用砥
石の平面図、図2(b)はその断面図、図2(c)は完
成した基板研磨用砥石の平面図、図2(d)はその断面
図である。
【0017】図2(a)、(b)に示すように、基板研
磨用砥石10を製造するには、円板状の砥石板11’と
円板状の台座12とを用意し、該台座12の上面に接着
剤13にて砥石板11’を接着し、該接着剤13が乾燥
し砥石板11’が台座12上面に固着した状態になった
ら、砥石板11’の上面に台座12の上面まで達する複
数の切り溝14を格子状に形成して、砥石板11’を多
数の矩形状の砥石板11とする。これにより、図2
(c)、(d)に示すように、個々の矩形状の砥石板1
1は台座12の上面に接着された状態で、且つ砥石板1
1と砥石板11の間に切り溝14に相当する間隙ができ
る。
【0018】上記のように、砥石板11’の上面に台座
12の上面まで達する複数の切り溝14を形成し、砥石
板11と砥石板11との間に切り溝14に相当する隙間
を設けることにより、湿潤・乾燥により発生する台座1
2と接着剤13の層の間に発生する応力、又は熱による
応力が均等に分散され、基板研磨用砥石10の砥石面の
反りが解消される。
【0019】砥石板11’は砥粒と結合剤を混練し、ホ
ットプレス機により成形・焼成したものである。ここ
で、砥粒にはCeO2、SiO2、Al23、ZrO2
MnO2、Mn23等からなる粒径2μm以下のものを
用い、結合剤にはポリイミド樹脂、、フェノール樹脂、
ウレタン、PVA(ポリビニールアルコール)等を用い
る。また、接着剤13にはエポキシ樹脂系等の樹脂接着
剤を用い、台座12はアルミニウム等の金属を用いる。
また、ここでは砥石板11’の厚みは5mm、径は60
0Φ、切り溝14の幅は2mm、切り溝14のピッチは
20〜100mmとしたが、これらはこれに限定される
ものでない。
【0020】また、砥石板11’に形成する切り溝14
の形状は図2(c)のように格子状に限定されるもので
はなく、図3に示すように並行状でも、図4に示すよう
に菱形状でも、図5に示すように放射状でも良い。要は
湿潤・乾燥により台座12と接着剤13の層の間に発生
する応力、又は熱による応力が均等に分散されるような
形状の溝であれば良い。
【0021】図6は請求項2に記載の発明に係る基板研
磨用砥石の構成を示す断面図である。図示するように、
基板研磨用砥石10は台座12の平坦な砥石接着面にセ
グメント化した多数の砥石板11をそれぞれ接着剤で接
着し、該砥石板11と砥石板11の間に所定寸法の隙間
17を設けた構造である。ここで、砥石板11及び接着
剤13の組成は図1及び図2に示す砥石板11の組成と
同じであり、隙間17の幅も図1の切り溝14の幅と略
同じ寸法とする。このような構成とし、図1に示す構成
の基板研磨用砥石と略同じ作用効果を奏する。なお、こ
こで砥石板11の形状は矩形状に限定されるものでは
く、台座12の砥石接着面に接着剤13を用い、砥石板
11と砥石板11の間に隙間17を設けて接着した場
合、発生する応力を均一に分散し、砥石面に反りが発生
しない形状であればよい。
【0022】ところで、図6に示すように、個々のセグ
メント化した砥石板11を台座12の砥石接着面に接着
剤13を用いて接着した場合、上述のように、各砥石板
11の厚さにバラツキがあることや、接着剤13の層の
厚みが不均一であるため、図7に示すように、各砥石板
11の上面が同一平面の高さとならない、即ち各砥石板
11の上面が揃わないという問題がある。
【0023】請求項3に記載の発明に係る基板研磨用砥
石の製造方法は、この問題点を解消するためになされた
ものである。図8はこの基板研磨用砥石の製造工程を示
す図である。図8(a)、(b)に示すように、台座1
2と平坦なプレート18を用意し、台座12の砥石接着
面にホットメルトタイプの熱溶融着性シート19、例え
ば、ナイロンシート(融点約100℃)を貼り付る又は
接着剤19を塗布すると共に、平坦なプレート18上に
セグメント化した多数の砥石板11を該砥石板11と砥
石板11の間に所定寸法の隙間20を設けて配置する。
【0024】そして、台座12の砥石接着面に貼り付た
シート又は接着剤19を加熱し、図8(a)矢印Fに示
すように台座12に力を加え、プレート18上に配置し
た多数の砥石板11の上に押しつけることにより、該多
数の砥石板11を台座の砥石接着面に接着する。このよ
うにすることにより、図8(c)に示すように多数の砥
石板11の上面は平坦なプレート18で揃えた状態で台
座12の砥石接着面にシート又は接着剤19の層を介在
させて接着することになり、多数の砥石板11の上面が
同一面の高さに揃うと共に、応力が均一に分散されるこ
とから砥石面に反りが発生することもない。なお、この
場合も砥石板11の形状は矩形状に限定されるものでは
く、要は台座12の砥石接着面にシート又は接着剤19
を介して、且つ砥石板11と砥石板11の間に隙間20
を設けて接着した場合、発生する応力を均一に分散し、
砥石面に反りが発生しない形状であればどのような形状
にセグメント化しても良い。
【0025】図9及び図10は請求項3に記載の発明に
係る基板研磨用砥石の製造方法の製造工程を示す図であ
る。図9(a)に示すように、台座12の熱溶融着性を
有するシート又は接着剤19の面及び台座12の背面又
は何れか一方に熱Hを与えて加熱し、矢印Fに示すよう
に台座12に力を加え、図9(b)に示すようにプレー
ト18上に配置した多数の砥石板11の上に押しつける
ことにより、図8(c)に示す構成の基板研磨用砥石と
する。また、図10(b)に示すように、プレート18
の上に配置した多数の砥石板11の接着面に熱Hを与え
て加熱し、該加熱した砥石板11の接着面に台座12の
熱溶融着性を有するシート又は接着剤19を押しつける
ことにより、図8(c)に示す構成の基板研磨用砥石と
する。
【0026】なお、図7乃至図10において、砥石板1
1の組成、砥石板11を台座に貼り付ける接着剤19の
組成は図1のそれと同じである。また、台座12の材料
も図1及び図2のそれと同じである。
【0027】図11は請求項4に記載の発明に係る基板
研磨用砥石10の構成を示す断面図である。本基板研磨
用砥石10は台座12の該砥石接着面を事前にサンドブ
ラスト仕上げ等により1mm以下の粗面度に仕上げてお
き、該砥石接着面に砥石板11’をその形成・焼成と同
時に接着固定した構造である。ここでは砥粒にCeO2
を用い、結合剤兼接着剤としてポリイミド又はフェノー
ルを用いている。また、台座12はアルミニウム製とし
ている。ここで、フェノールを用いた場合、フェノール
の熱膨張係数は25〜27×10-6とアルミニウムの熱
膨張係数23×10-6に極めて近いことから、熱による
基板研磨用砥石10の砥石面の反りは殆どない。
【0028】なお、上記砥粒及び結合剤兼接着剤及び台
座12の材質は一例であり、これに限定されるものでは
なく、特に結合剤兼接着剤と台座12の材質の熱膨張係
数が等しいか、又は極めて近いものであれば、基板研磨
用砥石10の砥石面の反りは殆どない。
【0029】図12は上記基板研磨用砥石10を用いる
基板研磨装置の概略構成例を示す図で、図12(a)は
側断面図、図12(b)は基板研磨用砥石10と研磨さ
れる基板の回転方向を示す平面図である。図12におい
て、34はターンテーブルであり、該ターンテーブル3
4の上面に基板研磨用砥石10が取り付けられている。
基板研磨用砥石10は上記のように台座12の上面に多
数のセグメント化した砥石板11を貼り付けた構造のも
の又は図11に示す構造のものである。30はトップリ
ングで、該トップリング30の下面に半導体ウエハ等の
被研磨基板31が装着されている。また、基板研磨用砥
石10の砥石板11の上面には水供給パイプ32から水
33が供給されるようになっている。
【0030】上記構成の基板研磨装置において、ターン
テーブル34を矢印A方向に回転し、トップリング30
を矢印B方向に回転し、更に水供給パイプ32から水3
3を供給することにより、砥石板11と被研磨基板31
相互の相対運動により被研磨基板31の研磨面は研磨さ
れる。この時、図示は省略するが、砥石板11の上面に
は砥粒の層が形成され、被研磨基板31は均一に研磨さ
れる。また、基板研磨用砥石10は台座12の砥石接着
面に多数のセグメント化した砥石板11が該砥石板11
と砥石板11の間に所定の隙間を設けて貼り付けられて
いるので、砥石面の反りはなく、被研磨基板31の全面
が均一な研磨度で研磨されるから、精度の良い平坦度の
研磨ができる(図15(a),(b)参照)。
【0031】なお、上記研磨装置では基板研磨用砥石1
0とトップリング30の双方の回転運動で、被研磨基板
31を研磨するようにしているが、本発明の研磨装置は
これに限定されるものではなく、要は基板研磨用砥石と
該被研磨基板相互の相対運動で該被研磨基板を研磨する
構成であれば良い。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本願各請求項に記
載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【0033】請求項1に記載の発明によれば、台座に貼
り付けた砥石板の上面に台座の砥石接着面にまで達する
複数の切り溝を形成し、該砥石板を複数のセグメント状
の砥石板に分割し、該セグメント状の砥石板と砥石板の
間に該切り溝に相当する隙間を設けたので、応力を均一
に分散させることができ、砥石面の反りが抑制され、被
研磨基板を高精度の平坦度、即ち優れた段差特性で研磨
することができる。
【0034】また、請求項2に記載の発明によれば、台
座の砥石接着面にセグメント化した多数の砥石板を接着
剤で接着し、該砥石板と砥石板の間に所定寸法の隙間を
設けたので、請求項1に記載の発明と同様、応力を均一
に分散させることができ、砥石面の反りが抑制され、被
研磨基板を高精度の平坦度で研磨することができる。
【0035】また、請求項3に記載の発明によれば、台
座の砥石接着面に貼り付けた熱溶融着性を有するシート
又は接着剤を加熱させ、該加熱させたシート又は接着剤
にプレート上に配置した多数の砥石板上に押しつけ、該
多数の砥石板を台座の砥石接着面に接着するので、セグ
メント化した多数の砥石板の面を同じ高さに揃えること
が容易にでき、且つ砥石板の貼り付け後の面だし工程が
不要となる。
【0036】また、請求項4に記載の発明によれば、事
前に粗く仕上げた砥石接着面に砥石板をその成形及び焼
成段階で一体に固着するので、砥石板の成形及び焼成と
該砥石板の台座への接着が一工程でできる。
【0037】また、請求項5に記載の発明によれば、請
求項1又は2又は4のいずれか1に記載の基板研磨用砥
石を用い、該基板研磨用砥石の砥石板の面に被研磨基板
を当接し、相互の相対運動で該被研磨基板を研磨するの
で、段差特性に優れ、高精度の平坦度で被研磨基板を研
磨できる研磨装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明に係る基板研磨用砥石の構成を
示す図で、図1(a)は平面図、図1(b)はその断面
図である。
【図2】請求項1の発明に係る基板研磨用砥石の製造工
程を示す図で、図2(a)は製造途上の基板研磨用砥石
の平面図、図2(b)はその断面図、図2(c)は完成
した基板研磨用砥石の平面図、図2(d)はその断面図
である。
【図3】請求項1の発明に係る基板研磨用砥石の切り溝
の構成例を示す平面図である。
【図4】請求項1の発明に係る基板研磨用砥石の切り溝
の構成例を示す平面図である。
【図5】請求項1の発明に係る基板研磨用砥石の切り溝
の構成例を示す平面図である。
【図6】請求項2の発明に係る基板研磨用砥石の構成を
示す断面図である。
【図7】請求項2の発明に係る基板研磨用砥石の構成を
示す断面図である。
【図8】請求項3の発明に係る基板研磨用砥石の製造方
法の製造工程を示す図である。
【図9】請求項3の発明に係る基板研磨用砥石の製造方
法の製造工程を示す図である。
【図10】請求項3の発明に係る基板研磨用砥石の製造
方法の製造工程を示す図である。
【図11】請求項4の発明に係る基板研磨用砥石を示す
断面図である。
【図12】請求項5の発明に係る研磨装置の概略構成例
を示す図で、図12(a)は側断面図、図12(b)は
基板研磨用砥石と被研磨基板の回転方向を示す平面図で
ある。
【図13】図13は従来の基板研磨用砥石の構成例を示
す図であり、図13(a)は平面図、図13(b)は断
面図、図13(c)は一部拡大断面図である。
【図14】図14(a)乃至(c)は基板研磨用砥石の
乾燥保存、湿潤保存における形状変化例を示す図であ
る。
【図15】図15(a)乃至(d)は基板研磨用砥石の
砥石面が平坦な場合と反っている場合の基板研磨面の研
磨度の比較例を示す図である。
【符号の説明】
10 基板研磨用砥石 11 砥石板 11’ 砥石板 12 台座 13 接着剤 14 切り溝 15 穴 16 穴 17 隙間 18 プレート 19 シート又は接着剤 20 隙間 30 トップリング 31 被研磨基板 32 水供給パイプ 33 水 34 ターンテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 尚典 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平坦な砥石接着面を有する台座に砥石板
    を接着剤で接着すると共に、該砥石板の上面に前記台座
    の砥石接着面にまで達する複数の切り溝を形成し、該砥
    石板を複数のセグメント状の砥石板に分割し、該セグメ
    ント状の砥石板と砥石板の間に該切り溝に相当する隙間
    を設けたことを特徴とする基板研磨用砥石。
  2. 【請求項2】 平坦な砥石接着面を有する台座の該砥石
    接着面にセグメント化した多数の砥石板を接着剤で接着
    し、該砥石板と砥石板の間に所定寸法の隙間を設けたこ
    とを特徴とする基板研磨用砥石。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の基板研磨用砥石の製造
    方法であって、 平坦なプレート上にセグメント化した多数の砥石板を該
    砥石板と砥石板の間に所定寸法の隙間を設けて配置する
    と共に、前記台座の砥石接着面に熱溶融着性を有するシ
    ート又は接着剤を貼り付け、該シート又は接着剤を加熱
    し、前記プレート上に配置した多数の砥石板上に押しつ
    け、該多数の砥石板を台座の砥石接着面に接着すること
    を特徴とする基板研磨用砥石の製造方法。
  4. 【請求項4】 平坦な砥石接着面を有する台座の該砥石
    接着面を事前に粗く仕上げ、該砥石接着面に砥石板をそ
    の成形及び焼成段階で一体に固着したことを特徴とする
    基板研磨用砥石。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2又は4のいずれか1に記
    載の基板研磨用砥石を用い、該基板研磨用砥石の砥石板
    の面に被研磨基板を当接し、該基板研磨用砥石と該被研
    磨基板相互の相対運動で該被研磨基板を研磨することを
    特徴とする研磨装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005288552A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Noritake Co Ltd 研磨工具およびそれを用いた研磨方法
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