JP2003117822A - Cmpコンディショナ及びその製造方法 - Google Patents

Cmpコンディショナ及びその製造方法

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JP2003117822A
JP2003117822A JP2001310608A JP2001310608A JP2003117822A JP 2003117822 A JP2003117822 A JP 2003117822A JP 2001310608 A JP2001310608 A JP 2001310608A JP 2001310608 A JP2001310608 A JP 2001310608A JP 2003117822 A JP2003117822 A JP 2003117822A
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明 中林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性及び耐摩耗性を高めてスラリによる腐
食を生じにくくする。 【解決手段】 ステンレス鋼からなる台金21(砥石基
体)の一面21a上に、NiまたはNi合金等からなる
金属結合相22によって多数の超砥粒23…を固着して
砥粒層24を形成する。台金21の一面21a上におい
て砥粒層24上も含む全領域に、AuめっきによってA
uからなる下地めっき層27を形成する。下地めっき層
27の上に、Rhからなる硬質の耐食めっき層28を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ーハ等の被研磨材の表面をCMP装置によって研磨する
際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングす
るため等に用いられる電着砥石に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコンインゴットから切り出し
た半導体ウェーハ(以下、単にウェーハという)の表面
を化学的且つ機械的に研磨するCMP装置(ケミカルメ
カニカルポリッシングマシン)の一例として、図8に示
すような装置がある。このCMP装置1は、図8に示す
ように中心軸2に取り付けられた円板状の回転テーブル
3上に例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパ
ッド4が設けられ、このパッド4に対向して且つパッド
4の中心軸2から偏心した位置に自転可能なウェーハキ
ャリア5が配設されている。このウェーハキャリア5は
パッド4よりも小径の円板形状とされてウェーハ6を保
持するものであり、このウェーハ6がウェーハキャリア
5とパッド4間に配置されてパッド4側の表面の研磨に
供され鏡面仕上げされる。
【0003】CMPによる研磨のメカニズムは、微粒子
シリカ等によるメカニカルな要素(遊離砥粒)とアルカ
リ液や酸性液等によるエッチング要素とを複合したメカ
ノ・ケミカル研磨法に基づいている。研磨に際して、例
えば上述した微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤
として用いられ、さらにエッチング用のアルカリ液等が
混合されたものが液状のスラリSとしてパッド4上に供
給されているため、このスラリSがウェーハキャリア5
に保持されたウェーハ6とパッド4との間に流動して、
パッド4でウェーハ6の一面が研磨される。ウェーハ6
の研磨を行う硬質ウレタン製などのパッド4上にはスラ
リSを保持する微細な発泡層が多数設けられており、こ
れらの発泡層内に保持されたスラリSでウェーハ6の研
磨が行われる。ところが、ウェーハ6の研磨を繰り返す
ことでパッド4の研磨面の平坦度が低下したり目詰まり
を起こしたりするためにウェーハ6の研磨精度と研磨効
率が低下するという問題が生じる。
【0004】そのため、従来からCMP装置1には図8
に示すようにパッドコンディショナ8が設けられ、パッ
ド4の表面を定期的に再研磨または再研削(コンディシ
ョニング)するようになっている。このパッドコンディ
ショナ8は、回転テーブル3の外部に設けられた回転軸
9にアーム10を介してCMPコンディショナ11とし
て電着コンディショナが取り付けられている。そしてウ
ェーハキャリア5でウェーハ6を研磨しながら或いはウ
ェーハ6の研磨を停止した状態で、CMPコンディショ
ナ11でパッド4を研削してパッド4の平坦度を回復ま
たは維持し、パッド4の発泡層の目詰まりを解消するよ
うになっている。このCMPコンディショナ11は、通
常、ダイヤモンド等の超砥粒をNiまたはNi基合金等
で電気めっきによって固着した砥粒層を台金(砥石基
体)に形成した構成になっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハ6に設けられたタングステン材その他の金属材料の研
磨に用いられるスラリ(例えばキャボット社製W−20
00等)には、硝酸に加えて、金属材料のエッチングの
ために過酸化水素が2%から6%程度含まれている。過
酸化水素は酸化力が強いために、パッド4のコンディシ
ョニングを繰り返すうちに、CMPコンディショナ11
の台金や、砥粒層において超砥粒を台金に固着させてい
る金属結合相を酸化させ、スラリに含まれる硝酸で腐食
させてしまう。また、台金及び金属結合相がそれぞれス
ラリによって直接腐食されなくても、台金を構成する材
料と金属結合相を構成する材料とでイオン化傾向に差が
ある場合には、台金及び金属結合相がスラリに接触する
ことでこれらの間に電池効果が生じて台金または金属結
合相を構成する材料がスラリ中に溶け出してしまう。こ
のように台金や金属結合相が腐食されると、パッド4上
に超砥粒が落ち、このパッド4を用いて研磨されるウェ
ーハに大きなスクラッチを生じさせてしまうので、ウェ
ーハに不良を生じさせる要因となる。
【0006】一方、台金の表面及び台金上に形成される
砥粒層の上に耐食性を有する金属からなる金属めっき層
を形成し、この金属めっき層によってスラリから台金及
び砥粒層を保護するようにしたCMPコンディショナも
ある。しかし、超砥粒は絶縁体であってめっきが付着し
ないので、超砥粒と金属結合相との間、及び超砥粒と金
属めっき層との間には微細な隙間が形成されてしまう。
このため、この隙間内で台金や金属結合相がスラリに接
触して腐食されてしまうので、スラリから台金や金属結
合相を保護することは困難であった。また、台金の表面
及び台金上に形成される砥粒層の上、もしくは金属めっ
き層の上に合成樹脂からなる保護被膜を形成し、この保
護被膜によってスラリから台金及び砥粒層を保護するよ
うにしたCMPコンディショナもあるが、合成樹脂から
なる保護被膜はビッカース硬度で50〜150と柔らか
すぎるため摩擦に弱く、使用を繰り返すことですぐにす
り減ってしまうので、CMPコンディショナの寿命が短
かった。
【0007】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、耐食性及び耐磨耗性を高めてスラリによる腐
食を生じにくくしたCMPコンディショナを提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるCMPコ
ンディショナは、砥石基体の一面に、超砥粒が金属結合
相中に固着されてなる砥粒層が形成されており、少なく
とも砥粒層の表面には、Auからなる下地めっき層が形
成され、下地めっき層の上に、RhまたはPtからなる
耐食めっき層が形成されていることを特徴としている。
【0009】このように構成されるCMPコンディショ
ナにおいては、砥石基体の表面に形成される砥粒層の上
に、Au(金)からなる下地めっき層が形成される。A
uはそれ自体が耐食性を有しており、このAuからなる
下地めっき層によって、砥粒層を構成する金属結合相が
スラリから保護される。Auめっきは、いわゆるつきま
わりがよく、Rhめっきを含む他の金属めっきに比べて
より微細な隙間内までめっき液を回り込ませることがで
きるので、砥粒層において超砥粒と金属結合相との間に
形成される微細な隙間内にも耐食性を有する下地めっき
層が形成され、この隙間内でも金属結合相が下地めっき
層によって覆われるか、または下地めっき層によって隙
間が埋められる。ここで、下地めっき層の厚みが0.0
5μmよりも薄いと、超砥粒と金属結合相との間の隙間
内への下地めっき層の回り込みが不足しやすくなって金
属結合層の保護が不十分となってしまう。一方、下地め
っき層の厚みが5μmよりも厚いと、高価なAuの使用
量が多くなりすぎてCMPコンディショナの製造コスト
が高くなってしまう。このため、下地めっき層の厚みは
0.05μm以上5μm以下とすることが好ましい。
【0010】上記のAuからなる下地めっき層は、耐食
性は有するもののビッカース硬度で100程度と硬度が
低く、それだけでは十分な耐磨耗性を確保することはで
きない。本発明にかかるCMPコンディショナでは、下
地めっき層の上にさらにPtまたはRhからなる硬質の
耐食めっき層を形成して砥粒層の金属結合相を保護して
いる。ここで、耐食めっき層は、複数層重ねて形成して
もよい。Rhからなる耐食めっき層はビッカース硬度で
800〜1000、Ptからなる耐食めっき層はビッカ
ース硬度で300〜400と、いずれもAuからなる下
地めっき層に比べて硬度が十分高く、十分な耐磨耗性を
有している。RhまたはPtからなる耐食めっき層は、
Rh、Pt自体が耐食性を有している。さらに、Rhか
らなる耐食めっき層は、表面が酸化されるとRh23
なって不動態被膜を形成して安定し、それ以上の酸化が
防止されるので、十分な耐食性が確保される。また、電
解めっきによって形成されるめっき層にはピンホールが
生じやすいので、CMPコンディショナを単層のめっき
層のみによって保護する場合、例えばAuめっきでは、
めっき層の厚みを5μm以上にする必要がある。これに
対し、本発明にかかるCMPコンディショナでは、下地
めっき層の上にさらに耐食めっき層を形成しているの
で、これらめっき層に形成されるピンホールを埋めるこ
とができ、耐食性を確保しつつ、下地めっき層と耐食め
っき層を合わせた厚みを、2μm〜6μmと薄くするこ
とができる。
【0011】ここで、Rhからなる耐食めっき層の厚み
が0.5μmよりも薄いと、耐食めっき層が薄すぎて十
分な耐磨耗性を確保することができない。また、Rhめ
っきは、めっきの電流効率が35%程度と低く(Auめ
っきの電流効率は97%程度、またNiめっきの電流効
率は95%程度)、めっきの際に電流がめっき液中での
水素ガスの発生に消費されて無電解めっきに近い条件で
めっきが行われる傾向にあるので、Rhからなる耐食め
っき層の厚みを3μmよりも厚くすると、超砥粒の上に
も無電解めっきによるRhめっき層が形成されてしまう
こととなる。超砥粒上に形成されたRhめっき層ははが
れて脱落しやすいので、このように超砥粒の上にRhめ
っき層が形成されてしまうと、パッドのコンディショニ
ングの際にパッド上に脱落してこのパッドを用いて研磨
されるウェーハにスクラッチを生じさせてしまう恐れが
ある。このため、Rhからなる耐食めっき層の厚みは
0.5μm以上3μm以下とすることが好ましい。ま
た、Ptからなる耐食めっき層の厚みが0.5μmより
も薄いと、耐食めっき層が薄すぎて十分な耐磨耗性を確
保することができない。一方、PtめっきはRhめっき
と同様にめっきの電流効率が低く(50%程度)、無電
解めっきに近い条件でめっきが行われる傾向にあるの
で、Ptからなる耐食めっき層の厚みを5μmよりも厚
くすると、超砥粒の上にも無電解めっきによるPtめっ
き層が形成されてしまうこととなり、このPtめっき層
の剥離が問題となる。このため、Rhからなる耐食めっ
き層の厚みは0.5μm以上5μm以下とすることが好
ましい。
【0012】なお、下地めっき層を構成するAuと耐食
めっき層を構成するRh、Ptとはイオン化傾向がほぼ
等しく、下地めっき層と耐食めっき層とがスラリと接触
してもこれらの間ではほとんど電池効果が生じないの
で、下地めっき層によって超砥粒との間の隙間内の部分
も含めた金属結合相の全表面が保護されていれば、耐食
めっき層は必ずしも下地めっき層の全表面を覆っていな
くてもよい。ここで、砥石基体自体が耐食性を有してい
ない場合、もしくは砥石基体が耐食めっき層または下地
めっき層との間で電池効果を生じる場合には、砥石基体
において砥粒層が形成されていない部分の表面にもA
u、Rh、Ptやその他の耐食性を有する金属からなる
金属めっき層、もしくは耐食性を有する合成樹脂からな
る合成樹脂層を形成することで、砥石基体をスラリから
保護する。また、砥石基体の一面においてその一部にの
み砥粒層を形成した場合、砥粒層は砥石基体の一面にお
いて相対的に凸部をなし、砥石基体の一面のうち砥粒層
が形成される部分を除く他の部分は、凸部をなす砥粒層
に対して相対的に凹部をなすこととなる。
【0013】ここで、耐食めっき層として、下地めっき
層上に形成されるPtめっき層と、Ptめっき層上に形
成されるRhめっき層とを形成してもよい。耐食めっき
層をPtめっき層単層で形成した場合には、耐磨耗性を
確保するためにめっき層を厚く形成する必要がある。こ
れに対し、耐食めっき層として、下地めっき層上にPt
めっき層を形成し、その上により硬度の高いRhめっき
層を形成することで、耐食めっき層をPtめっき層単層
で構成した場合に比べて、耐食めっき層の厚みを薄くし
つつ、耐磨耗性を向上させることができる。
【0014】また、本発明にかかるCMPコンディショ
ナは、砥石基体を、一面にこの一面から隆起する複数の
マウンド部を有する構成とし、このマウンド部上に砥粒
層を形成し、一面において砥粒層の表面を除く他の部分
には、耐食性を有する合成樹脂からなる合成樹脂層が形
成されていてもよい。
【0015】このように構成されるCMPコンディショ
ナにおいては、砥粒層は砥石基体の一面から隆起するマ
ウンド部上に形成されており、砥粒層の表面は下地めっ
き層及び耐食めっき層によって覆われていて、スラリか
ら保護されている。そして、砥石基体の一面において砥
粒層の表面を除く他の部分には、耐食性を有する合成樹
脂層が形成されていてスラリから保護されている。砥粒
層はマウンド部上に形成されていて砥石基体の一面にお
いて他の部分よりも突出する凸部をなしているので、パ
ッドの研削時には砥粒層のみがパッドに当接されること
となってべた当りせず、砥粒層に研削圧力を集中させる
ことができ、切れ味が向上する。また、砥石基体の一面
のうち砥粒層以外の他の部分は、砥粒層がなす凸部に対
して凹部をなすので、パッドの研削時にもパッドに当接
しにくい。このため、この部分を覆う合成樹脂層は磨耗
しにくく、耐食めっき層よりも硬度が低く磨耗に弱い合
成樹脂層によっても十分にスラリから保護することがで
きる。ここで、この合成樹脂層の厚みは、砥石基体の一
面のうちマウンド部が形成されていない部分(底面)か
ら砥粒層の表面までの高さよりも薄くされており、これ
によってCMPコンディショナの表面に前記の凹凸が形
成されるようにしている。
【0016】ところで、スラリに含まれる過酸化水素な
どは分子のサイズが小さく、また合成樹脂層は金属のめ
っき層よりも分子構造中に形成される間隙が大きいの
で、合成樹脂層自体が耐食性を有していても、長時間ス
ラリに接触させるとスラリの成分が合成樹脂層の分子構
造の間隙を通過して砥石基体まで達し、砥石基体を腐食
させてしまうことがある。そこで、合成樹脂層は、例え
ばふっ素系樹脂によって構成することが好ましい。ふっ
素系樹脂はぬれ性が低く、過酸化水素などの分子のサイ
ズの小さい成分もはじくので、スラリの成分から砥石基
体を保護することができる。また、従来のCMPコンデ
ィショナでは、砥粒層間にはパッドの削り屑やスラリが
付着しやすく、パッドの研削を続けるにつれて、砥粒層
間に付着したパッドの削り屑が塊となったものや、砥粒
層間に付着している間に経時変化等によって変質したス
ラリがCMPコンディショナからパッド上に脱落し、こ
のパッドを用いて研磨するウェーハにスクラッチを生じ
させる要因となっていた。本発明にかかるCMPコンデ
ィショナでは、上記のように砥石基体の一面において砥
粒層の表面を除く他の部分を上記のふっ素系樹脂からな
る合成樹脂層で覆っている。ふっ素系樹脂は、表面特性
として撥水撥油性、非粘着性、高いすべり特性を有して
いるので、本発明にかかるCMPコンディショナにおい
ては、砥粒層間にスラリやパッドの削り屑などが付着し
にくくなり、上記の不都合が生じにくくなる。ここで、
ふっ素系樹脂としては、例えばフルオロエポキシ化合物
とアミノシリコーンとの組み合わせによる常温硬化型ふ
っ素塗料用組成物や、フルオロオレフィンレジンをベー
スとする溶剤可溶型熱硬化性塗料用ふっ素レジン、ポリ
テトラルフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体(PFA)、ポリクロロトリフルオロエチレン(P
CTFE)等が用いられる。
【0017】本発明にかかるCMPコンディショナの製
造方法においては、砥石基体の一面に、超砥粒が金属結
合相によって固着されてなる砥粒層を形成し、少なくと
も砥粒層の表面にAuからなる下地めっき層を形成し、
該下地めっき層の上にRhまたはPtからなる耐食めっ
き層を単層または複数層形成することを特徴としてい
る。このCMPコンディショナの製造方法においては、
砥石基体の一面に砥粒層を形成し、少なくともこの砥粒
層の表面にAuからなる下地めっき層を形成している。
Auめっきはつきまわりがよいので、砥粒層において超
砥粒と金属結合相との間に形成される隙間内でも金属結
合相が下地めっき層によって覆われるか、または下地め
っき層によって隙間が埋められる。さらに、本発明のC
MPコンディショナの製造方法では、この下地めっき層
の上にRhまたはPtからなる耐食めっき層を形成する
ので、砥粒層の表面が、高硬度で磨耗に強い耐食めっき
層によって覆われることとなる。また、このようにCM
Pコンディショナを複数層のめっき層で保護すること
で、めっき層に形成されるピンホールを埋めてより耐食
性を向上させることができる。
【0018】本発明にかかるCMPコンディショナの製
造方法においては、一面にこの一面から隆起する複数の
マウンド部が設けられた砥石基体の一面に、耐食性を有
する非導電性の合成樹脂からなる合成樹脂層を形成し、
合成樹脂層のうち、マウンド部上に形成される部分のみ
を除去し、残りの合成樹脂層をマスクとして、めっきに
よってマウンド部の上部に金属結合相を形成して、金属
結合相によって超砥粒が固着されてなる砥粒層を形成
し、合成樹脂層をマスクとして、砥粒層の上面にAuか
らなる下地めっき層を形成し、合成樹脂層をマスクとし
て、下地めっき層の上にRhまたはPtからなる耐食め
っき層を単層または複数層形成することを特徴としてい
る。
【0019】このCMPコンディショナの製造方法にお
いては、マウンド部が設けられた砥石基体の表面に、耐
食性を有する非導電性の合成樹脂からなる合成樹脂層を
形成し、この合成樹脂層のうち、マウンド上に形成され
る部分のみを除去して、残りの合成樹脂層をマスクとし
てめっきによってマウンド部の上部に金属結合相を形成
してこの金属結合相によって超砥粒が固着されてなる砥
粒層を形成する。同様に、残りの合成樹脂層をマスクと
して、砥粒層の表面に下地めっき層を形成し、さらに下
地めっき層の上に耐食めっき層を形成する。マウンド部
は砥石基体の表面から隆起しているので、砥石基体に合
成樹脂層を形成した後に研削加工等によってマウンド部
の上面に形成された合成樹脂層のみを容易に除去するこ
とができ、残りの合成樹脂層を以降のめっき処理のマス
クとして利用することができる。そして、このように合
成樹脂層がマスクとなるので、以降は改めてマスクの形
成及び除去を行うことなく、マウンド部の上部に順次砥
粒層、下地めっき層及び耐食めっき層を形成することが
できる。
【0020】
【発明の実施の形態】〔第一の実施の形態〕以下、本発
明の第一の実施の形態について図面を参照して説明す
る。図1は本実施の形態にかかるCMPコンディショナ
の部分縦断面図、図2は図1の拡大図である。図1に示
す本実施の形態にかかるCMPコンディショナ20は、
電着砥石(電着ホイール)で構成されており、例えばス
テンレス鋼からなる円板形状の台金21(砥石基体)の
略円形をなす一面21a上に、NiもしくはNi合金等
からなる金属結合相22によって例えばダイヤモンド砥
粒等の多数の超砥粒23…が固着されて砥粒層24を形
成している。CMPコンディショナ20は、超砥粒23
が一層のみ形成されて金属結合相22によって固着され
た単層砥石である。ここで、台金21の一面21a上に
は、一面21aから隆起したマウンド部26が形成され
ており、砥粒層24は、このマウンド部26上に形成さ
れている。これにより、砥粒層24は台金21の一面2
1aにおいて相対的に凸部をなし、台金21の一面21
aのうち砥粒層24が形成される部分を除く他の部分
は、凸部をなす砥粒層24に対して相対的に凹部をなす
こととなる。
【0021】そして、台金21の一面21aは、砥粒層
24の表面も含めて、Auからなる下地めっき層27が
形成されており、さらに、下地めっき層27の上には、
Rhからなる耐食めっき層28が形成されている。ここ
で、本実施の形態では、下地めっき層27を24金によ
って構成している。なお、この下地めっき層27の硬度
はビッカース硬度で100程度であり、耐食めっき層2
8の硬度はビッカース硬度で800程度である。
【0022】本実施の形態にかかるCMPコンディショ
ナ20は上述のように構成されており、次にCMPコン
ディショナ20の製造方法について説明する。例えばS
US304等からなる円板形状の台金21の一面21a
のうち、マウンド部26をなす部分をマスクによって覆
った状態でエッチングを施し、マウンド部26をなす部
分以外の他の部分を除去することで、台金21の一面2
1aにマウンド部26を形成する。ここで、上記のエッ
チングによる方法に代えて、型成形その他の方法で台金
21の一面21a上にマウンド部26を形成してもよ
い。
【0023】そして、マウンド部26を覆うマスクを除
去するとともにマウンド部26以外の部分にマスクを施
し、露出状態にあるマウンド部26上に、Niめっきま
たはNi合金めっきによって金属結合相22を形成し、
この金属結合相22によって超砥粒23をマウンド部2
6上に固着して砥粒層24を形成する。ここで、超砥粒
23は絶縁体であってめっきが付着しないので、上記の
ようにして形成される砥粒層24においては、超砥粒2
3と金属結合相22との間には微細な隙間が形成される
こととなる。すなわち、超砥粒23は、その周囲を金属
結合相22によって囲まれることで機械的に保持されて
いる。
【0024】続いて、砥粒層24の表面も含む台金21
の一面21a上に、Auめっきを施してAuからなる下
地めっき層27を形成する。Auめっきはつきまわりが
よく、超砥粒23と金属結合相22との間に形成される
微細な隙間内にもめっき液を回り込ませることができる
ので、この部分にも下地めっき層27が形成されて、こ
の隙間内でも金属結合相23の表面が覆われるか、また
は下地めっき層27によって隙間が埋められる(図2で
は下地めっき層27によって超砥粒23と金属結合相2
2との間の隙間が埋められている場合を示している)。
ここで、下地めっき層27によって超砥粒23と金属結
合相22との間に形成される隙間を十分狭めることがで
きればこの隙間内にスラリが進入しなくなるので、必ず
しもこの隙間内で金属結合相22を下地めっき層27に
よって完全に覆ったり、下地めっき層によって隙間を完
全にふさぐ必要はない。
【0025】さらに、下地めっき層27の上にRhめっ
きを施して、Rhからなる硬質の耐食めっき層28を形
成することで、本実施形態にかかるCMPコンディショ
ナ20を得る。ここで、台金21自体が耐食性を有し、
またAu、Rhのいずれに対しても電池効果を生じない
材質によって構成されている場合には、上記の下地めっ
き層27及び耐食めっき層28は、砥粒層24の表面に
のみ形成すればよい。
【0026】このように構成されるCMPコンディショ
ナ20は、従来のCMPコンディショナ11と同様にし
てCMP装置においてパッドのコンディショニングに用
いられる。このCMPコンディショナ20においては、
台金21上に隆起するマウンド部26上に砥粒層28が
形成されているので、パッド4のような軟質のものを研
削する場合にもベタ当たりすることもなくマウンド部2
6に電着された超砥粒23でのみ接触して研削が行われ
るために超砥粒23にかかる研削圧力を高く維持でき、
更に研削性の経時安定性も維持できる。そのため、パッ
ド4の発泡層の開口がきれいに切断され開口が潰れるこ
とがないので、パッド4に対してもスラリSの保有能力
を高く維持できる。しかもベタ当たりしないために研削
時に発泡層内部の研削液がはじき出されることがなく水
分を含んだ状態でパッド4が研削されるので、良好な研
削を行うことができる。
【0027】そして、このCMPコンディショナ20に
おいて、台金21の一面21a上には、砥粒層24の表
面及びその他の部分も含めて、耐食性を有する金属であ
るAuからなる下地めっき層27が形成されている。こ
の下地めっき層27は、上述のように、砥粒層24にお
いて超砥粒23と金属結合相22との間に形成される隙
間内でも金属結合相22の表面を覆うかまたはこの隙間
を埋めているので、これによって金属結合相22とスラ
リとの接触が防止され、スラリから金属結合相22が保
護される。
【0028】さらに、下地めっき層27の上にはRhか
らなる硬質の耐食めっき層28が形成されている。Rh
からなる耐食めっき層28は、Rh自体が耐食性を有し
ており、さらに表面が酸化されるとRh23となって不
動態被膜を形成して安定し、それ以上の酸化が防止され
るので、十分な耐食性が確保される。そして、Rhから
なる耐食めっき層28は、ビッカース硬度で800と、
Auからなる下地めっき層27に比べて硬度が高く、十
分な耐磨耗性が確保されている。さらに、このように下
地めっき層27の上に耐食めっき層28を形成している
ので、これらめっき層に形成されるピンホールが埋めら
れることとなる。単層である場合には、ピンホールを埋
めるためにはめっき層の厚みを厚くする必要があるが、
耐食性が向上する。また、電解めっきによって形成され
るめっき層にはピンホールが生じやすく、CMPコンデ
ィショナにAuからなる下地めっき層27のみを形成し
た場合、下地めっき層27の厚みを5μm以上にする必
要がある。これに対し、本発明にかかるCMPコンディ
ショナ20では、下地めっき層27の上にさらに耐食め
っき層28を形成しているので、これらめっき層に形成
されるピンホールを埋めることができ、耐食性を確保し
つつ、下地めっき層27と耐食めっき層28を合わせた
厚みを、2μm〜6μmと薄くすることができる。
【0029】なお、下地めっき層27を構成するAuと
耐食めっき層28を構成するRhとはイオン化傾向がほ
ぼ等しく、下地めっき層27と耐食めっき層28とがス
ラリと接触してもこれらの間ではほとんど電池効果が生
じないので、下地めっき層27によって超砥粒23との
間の隙間内の部分も含めて金属結合相22が保護されて
いれば、耐食めっき層28は必ずしも下地めっき層27
の全表面を覆っていなくてもよい。
【0030】本実施の形態にかかるCMPコンディショ
ナ20によれば、台金21の一面21a及び一面21a
に形成される砥粒層24の表面が、砥粒層24を構成す
る超砥粒23と金属結合相22との間に形成される隙間
内を含めてAuからなる下地めっき層27によって保護
されており、さらにこの下地めっき層27が、耐食性を
有するとともに下地めっき層27よりもさらに硬度の高
いRhからなる耐食めっき層28によって覆われてい
る。これにより、台金21及び砥粒層24の金属結合相
22とスラリとの接触が防止されて、これらをスラリに
よる腐食から保護することができる。さらに、下地めっ
き層27を覆う耐食めっき層28は硬度が高く、使用を
繰り返しても磨耗しにくいので、長期にわたって耐食性
を維持することができる。このように、本実施形態にか
かるCMPコンディショナ20によれば、スラリによる
腐食を長期にわたって防止することができ、CMPコン
ディショナ20の寿命を向上させることができる。
【0031】ここで、本実施の形態では、下地めっき層
27の厚みD1は、0.05μm以上5μm以下とされ
ている。下地めっき層27の厚みD1が0.05μmよ
りも薄いと、下地めっき層27の回り込みが少なくなっ
てしまい、超砥粒23と金属結合相22との間に形成さ
れる隙間内で金属結合相22を十分に保護することがで
きなくなって耐食性が低下してしまう。一方、下地めっ
き層27の厚みD1が5μmよりも厚いと、使用するA
uの量が多くなり、CMPコンディショナ20の製造コ
ストが増加してしまう。このため、下地めっき層27の
厚みD1は、0.05μm以上5μm以下とすることが
好ましい。
【0032】また、耐食めっき層28の厚みD2が0.
5μmよりも薄いと、耐食めっき層28が薄すぎて十分
な耐磨耗性を確保することができない。また、Rhめっ
きは、めっきの電流効率が35%程度と低く、めっきの
際に電流がめっき液中での水素ガスの発生に消費されて
無電解めっきに近い条件でめっきが行われる傾向にある
ので、Rhからなる耐食めっき層28の厚みを3μmよ
りも厚くすると、超砥粒23の上にも無電解めっきによ
るRhめっき層が形成されてしまうこととなる。超砥粒
23上に形成されたRhめっき層ははがれて脱落しやす
いので、このように超砥粒23の上にRhめっき層が形
成されてしまうと、パッド4のコンディショニングの際
にパッド4上に脱落し、このパッド4を用いて研磨され
るウェーハ6にスクラッチを生じさせてしまう恐れがあ
る。このため、Rhからなる耐食めっき層28の厚みは
0.5μm以上3μm以下とすることが好ましい。な
お、砥粒層24において超砥粒23の先端を耐食めっき
層28の表面よりも突出させてパッド4の研削に作用さ
せるために、上記下地めっき層27の厚みD1と耐食め
っき層28の厚みD2とを合わせた厚みは、金属結合相
22の表面からの超砥粒23の突出量D3以下とされ
る。
【0033】〔第二の実施の形態〕本実施の形態につい
て、以下、図3及び図4を用いて説明する。ここで、第
一の実施の形態と同様または同一の部分については同じ
符号を用いて説明する。図4は本実施の形態にかかるC
MPコンディショナの構成を示す縦断面図、図4は本実
施の形態にかかるCMPコンディショナの製造過程の各
段階を示す図である。本実施の形態に示すCMPコンデ
ィショナ30は、第一の実施の形態に示すCMPコンデ
ィショナ20において、台金21の一面21a上におい
て砥粒層24が形成される個所以外の他の部分に、下地
めっき層27と耐食めっき層28を形成する代わりに、
耐食性を有する合成樹脂からなる合成樹脂層31を形成
したものである。
【0034】本実施の形態では、この合成樹脂層31を
構成する合成樹脂として、例えば、表面特性として撥水
撥油性、非粘着性、高いすべり特性に加えて、さらに耐
食性と非導電性とを有するふっ素系樹脂を用いている。
ここで、このようなふっ素系樹脂としては、例えばフル
オロエポキシ化合物とアミノシリコーンとの組み合わせ
による常温硬化型ふっ素塗料用組成物や、フルオロオレ
フィンレジンをベースとする溶剤可溶型熱硬化性塗料用
ふっ素レジン、ポリテトラルフルオロエチレン(PTF
E)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリクロロトリフ
ルオロエチレン(PCTFE)等が用いられる。
【0035】本実施の形態にかかるCMPコンディショ
ナ30は上述のように構成されており、次にCMPコン
ディショナ30の製造方法について説明する。まず、図
4(a)に示すように、第一の実施の形態と同様にして
円板形状の台金21の一面21a上に複数のマウンド部
26を形成する。次に、図4(b)に示すように、台金
21の一面21a全面に合成樹脂層31を形成する。こ
のとき、合成樹脂層31は、一面21a上のマウンド部
26以外の部分が覆われていれば、マウンド部26上に
形成されていなくてもよい。そして、この台金21にお
いてマウンド部26の上面に合成樹脂層31が形成され
ている場合には、図4(c)に示すように、マウンド部
26上の合成樹脂層31を除去する。ここで、マウンド
部26は台金21の上面21aに対して凸部をなしてい
るので、研削加工等によって、一面21aにおいてマウ
ンド部26の上面を除く凹部をなす他の部分に合成樹脂
層31を残しながらマウンド部26上の合成樹脂層31
のみを容易に除去することができる。
【0036】この段階で、台金21の一面21aはマウ
ンド部26の上面を除く他の部分が残りの合成樹脂層3
1によって覆われることとなる。そして、この残りの合
成樹脂層31をマスクとして、露出状態にあるマウンド
部26上に、NiめっきまたはNi合金めっきによって
金属結合相22を形成し、この金属結合相22によって
超砥粒23をマウンド部26上に固着して砥粒層24を
形成する。以降は、同様に合成樹脂層31をマスクとし
て、砥粒層24の表面も含む台金21の一面21a上に
Auめっきを施してAuからなる下地めっき層27を形
成し、さらに下地めっき層27の上にRhめっきを施し
てRhからなる硬質の耐食めっき層28を形成すること
で、図4(d)に示すように、本実施形態にかかるCM
Pコンディショナ30を得る。
【0037】このように構成されるCMPコンディショ
ナ30においては、砥粒層24は台金21の一面21a
から隆起するマウンド部26上に形成されており、砥粒
層24の表面には下地めっき層27及び耐食めっき層2
8が形成されていて、砥粒層24がスラリから保護され
ている。そして、台金21の一面21aにおいて砥粒層
24の表面を除く他の部分には、耐食性を有する合成樹
脂層31が形成されていてスラリから保護されている。
砥粒層24は台金21の一面21aにおいて他の部分よ
りも突出する凸部をなしているので、パッド4の研削時
には砥粒層24のみがパッド4に当接される。すなわ
ち、台金21の一面21aのうち砥粒層24以外の他の
部分は、砥粒層24がなす凸部に対して凹部をなすの
で、パッド4の研削時にもパッド4に当接しにくい。こ
のため、この部分を覆う合成樹脂層31は磨耗しにく
く、耐食めっき層28よりも硬度が低く磨耗に弱い合成
樹脂層31によっても十分にスラリから保護することが
できる。ここで、この合成樹脂層31の厚みD4は、台
金21の一面21aのうちマウンド部26が形成されて
いない部分(底面)から砥粒層24の表面までの高さH
よりも薄くされており、これによってCMPコンディシ
ョナ30の表面に前記の凹凸が形成されるようにしてい
る。
【0038】なお、スラリに含まれる過酸化水素などは
分子のサイズが小さく、また合成樹脂層31は金属のめ
っき層よりも分子構造中に形成される間隙が大きいの
で、単に合成樹脂層31自体が耐食性を有しているだけ
では、長時間スラリに接触させるとスラリの成分が合成
樹脂層31の分子構造中の間隙を通過して台金21まで
達し、台金21を腐食させてしまうことがある。本実施
の形態では、合成樹脂層31は、上記のふっ素系樹脂に
よって構成されている。ふっ素系樹脂はぬれ性が低く、
過酸化水素などの分子のサイズの小さい成分もはじくの
で、スラリの成分から砥石基体を保護することができ
る。ここで、従来のCMPコンディショナでは、砥粒層
24間にはパッドの削り屑やスラリが付着しやすく、砥
粒層24間に付着したパッド4の削り屑が塊となったも
のや、砥粒層24間に付着している間に経時変化等によ
って変質したスラリがCMPコンディショナからパッド
4上に脱落し、このパッド4を用いて研磨するウェーハ
にスクラッチを生じさせる要因となっていた。本実施形
態にかかるCMPコンディショナ30では、上記のよう
に台金21の一面21aにおいて砥粒層24の表面を除
く他の部分を上記のふっ素系樹脂からなる合成樹脂層3
1で覆っていて、砥粒層24間にスラリやパッド4の削
り屑などが付着しにくいので、上記の不都合が生じにく
くなる。
【0039】また、上記のCMPコンディショナの製造
方法では、合成樹脂層31を、砥粒層24、下地めっき
層27及び耐食めっき層28のそれぞれを形成する際の
マスクとして使用することができるので、各工程でその
都度マスクの形成と除去を行う手間を省くことができ
る。
【0040】なお、上記各実施の形態では、台金21を
その一面21a上にマウンド部26が形成された構成と
したが、これに限られることなく、台金21を、一面2
1aが平坦面をなす構成としてもよい。砥粒層24は、
台金21の一面21a上に金属結合相22を形成するこ
とによって構成されているので、この場合にも、砥粒層
24の表面は凸部をなし、一面21aにおいて砥粒層2
4が形成される部分以外の個所は凹部をなすこととな
り、CMPコンディショナの表面には凹凸が形成される
こととなる。
【0041】ここで、上記各実施の形態では、耐食めっ
き層28を、Rhからなるめっき層のみによって形成し
た例を示したが、これに限られることなく、耐食めっき
層28をPtからなるめっき層によって構成してもよ
く、また、複数層のめっき層によって構成してもよい。
Ptは耐食性を有しており、またPtからなる耐食めっ
き層はビッカース硬度で300〜400と、Auからな
る下地めっき層に比べて硬度が十分高く、十分な耐磨耗
性を有しているので、この場合にも同様に、スラリによ
る腐食を長期にわたって防止することができ、CMPコ
ンディショナの寿命を向上させることができる。ここ
で、Ptからなる耐食めっき層の厚みが0.5μmより
も薄いと、耐食めっき層が薄すぎて十分な耐磨耗性を確
保することができない。一方、PtめっきはRhめっき
と同様にめっきの電流効率が低く(50%程度)、無電
解めっきに近い条件でめっきが行われる傾向にあるの
で、Ptからなる耐食めっき層の厚みを5μmよりも厚
くすると、超砥粒の上にも無電解めっきによるPtめっ
き層が形成されてしまうこととなり、このPtめっき層
の剥離が問題となる。このため、Rhからなる耐食めっ
き層の厚みは0.5μm以上5μm以下とすることが好
ましい。
【0042】また、例えば、図5の側断面図に示すよう
に、下地めっき層27の上に、PtめっきによってPt
めっき層38aを形成し、このPtめっき層38aの上
にRhめっきによってRhめっき層38bを形成し、こ
れらPtめっき層38a、Rhめっき層38bとによっ
て耐食めっき層38を形成してもよい。耐食めっき層を
Ptめっき層単層で形成した場合には、耐磨耗性を確保
するためにめっき層を厚く形成する必要があるのに対
し、耐食めっき層として、下地めっき層27上にPtめ
っき層38aを形成し、その上にRhめっき層38bを
形成することで、Ptめっき層38aがより硬度の高い
Rhめっき層38bによって覆われることとなり、耐食
めっき層をPtめっき層単層で構成した場合に比べて、
耐食めっき層の厚みを薄くしつつ、耐磨耗性を向上させ
ることができる。また、このように耐食めっき層を複数
のめっき層によって構成することでめっき層に形成され
るピンホールをより確実に埋めて、CMPコンディショ
ナの耐食性をより向上させることができる。
【0043】
【実施例】次に、本発明にかかるCMPコンディショナ
の耐久試験を行った。以下、この耐久試験について説明
する。この耐久試験では、第一の実施の形態にかかるC
MPコンディショナ20(以下、実施例とする)と、下
地めっき層27が形成されていない以外は実施例と同一
の構成とされるCMPコンディショナ(以下、比較例と
する)とを用意し、これらのCMPコンディショナを用
いて図8に示すように、ウェーハ6の研磨と平行して、
回転テーブル3上に貼り付けられたパッド4の研削を4
8時間連続して行った。そして、ウェーハ6の研磨に
は、スラリSとして、キャボット社製W−2000(過
酸化水素含有量3%)を用いた。
【0044】そして、この研削作業を終えた後、それぞ
れのCMPコンディショナの表面を電子顕微鏡で観察し
た。この結果を図6に示す。ここで、図6において
(a)は比較例の耐食めっき層表面を写した電子顕微鏡
写真であり、(b)は実施例の耐食めっき層表面を写し
た電子顕微鏡写真である。また、図7において(a)は
比較例の耐食めっき層表面のEDAXによる分析結果を
示すグラフであって、(b)は実施例の耐食めっき層表
面のEDAXによる分析結果を示すグラフである。
【0045】図6(a)から、比較例では、耐食めっき
層に損傷はないものの、超砥粒と耐食めっき層との間に
隙間があり、耐食めっき層の下地となる金属結合相と超
砥粒との間にも隙間が形成されていると推測される。こ
の隙間は、めっきによって金属結合相や耐食めっき層を
形成する際に、絶縁体である超砥粒にめっきが付着しな
いために生じたものと思われる。また、耐食めっき層の
表面においてこの隙間の周囲には析出物らしきものが存
在していることがわかる。これに対し、図6(b)に示
すように、実施例では、耐食めっき層の表面に損傷はな
く、さらに超砥粒と耐食めっき層との間にほとんど隙間
がなく、超砥粒と金属結合相との間の隙間が下地めっき
層によって埋められているものと推測される。また、耐
食めっき層の表面には、析出物らしきものは見あたらな
かった。
【0046】上記の分析を検証するため、これら比較
例、実施例のそれぞれについて、耐食めっき層表面に存
在する元素の種類を微量元素分析(EDAX:(エネル
ギー分散型X線分析装置)によって調査した。この結果
を図7のグラフに示す。図7(a)に示すように、比較
例では、耐食めっき層の表面には、耐食めっき層を構成
するRh以外にも金属結合相を構成するNiが存在して
おり、比較例では、砥粒層表面に耐食めっき層を形成し
ているにもかかわらず、金属結合相がスラリと接触して
溶け出していることがわかる。このことから、比較例で
は、耐食めっき層は、超砥粒と金属結合相との間に形成
される隙間内では金属結合相を保護しておらず、この隙
間内で金属結合相がスラリと接触して溶け出しているも
のと推測される。これに対し、実施例では、図7(b)
に示すように、耐食めっき層の表面には、耐食めっき層
を構成するRhのみが存在し、金属結合相を構成するN
iの溶出は生じていないことがわかる。このことから、
実施例では、下地めっき層が超砥粒と金属結合相との間
に形成される隙間内でも金属結合相を保護しており、こ
れによって金属結合相とスラリとの接触が防止されて、
金属結合相の溶出が生じなかったものと思われる。さら
に、超砥粒と金属結合相との間に形成される隙間は下地
めっき層によって埋められているため、その上に形成さ
れる耐食めっき層が超砥粒により近い位置まで形成され
ていると思われる。
【0047】加えて、比較例ではCMPコンディショナ
に耐食めっき層一層のみを設けているため、耐食めっき
層にはピンホールが形成されていてこの部分に侵入した
スラリによっても金属結合相が腐食されていると思われ
る。これに対し、実施例ではCMPコンディショナに下
地めっき層と耐食めっき層とを形成しているので、めっ
き層に形成されるピンホールが埋められて、スラリから
金属結合相が保護されていると思われる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるC
MPコンディショナによれば、砥石基体の一面に形成さ
れる砥粒層の表面にAuからなる下地めっき層が形成さ
れており、この下地めっき層が、砥粒層を構成する超砥
粒と金属結合相との間に形成される隙間内を含めて金属
結合相を保護しており、さらにこの下地めっき層が、耐
食性を有するとともに下地めっき層よりも硬度の高いR
hまたはPtからなる耐食めっき層によって覆われてい
るので、金属結合相とスラリとの接触が防止されて、ス
ラリによる腐食から保護することができる。また、この
ようにめっき層を複数層重ねて形成することで、これら
めっき層に形成されるピンホールも埋められることとな
って耐食性をより向上させることができる。さらに、下
地めっきを覆う耐食めっき層は硬度が高く、使用を繰り
返しても磨耗しにくいので、長期にわたって耐食性を維
持することができる。このように、本実施形態にかかる
CMPコンディショナによれば、スラリによる腐食を長
期にわたって防止することができ、CMPコンディショ
ナの寿命を向上させることができる。
【0049】そして、本発明にかかるCMPコンディシ
ョナの製造方法によれば、上記のCMPコンディショナ
を製造することができる。また、非導電性を有する合成
樹脂層によって砥石基体の一面の保護を行うとともに、
合成樹脂層を砥粒層を構成する金属めっき層、下地めっ
き層及び耐食めっき層を形成する際のマスクとして使用
することで、各工程でその都度マスクの形成と除去を行
う手間をなくして、CMPコンディショナの製造を容易
にするとともに、製造にかかる時間も短縮することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施の形態にかかるCMPコ
ンディショナの構成を示す縦断面図である。
【図2】 図1に示すCMPコンディショナの拡大図で
ある。
【図3】 本発明の第二の実施の形態にかかるCMPコ
ンディショナの構成を示す縦断面図である。
【図4】 本発明の第二の実施の形態にかかるCMPコ
ンディショナの製造過程の各段階を示す図である。
【図5】 本発明にかかるCMPコンディショナの他の
形態例を示す縦断面図である。
【図6】 (a)は耐久試験後の比較例の耐食めっき層
表面を写した電子顕微鏡写真であり、(b)は耐久試験
後の実施例の耐食めっき層表面を写した電子顕微鏡写真
である。
【図7】 (a)は耐久試験後の比較例の耐食めっき層
表面のEDAXによる分析結果を示すグラフであって、
(b)は耐久試験後の実施例の耐食めっき層表面のED
AXによる分析結果を示すグラフである
【図8】 従来のCMP装置の要部斜視図である。
【符号の説明】
20、30 CMPコンディショナ 21 台金
(砥石基体) 21a 一面 22 金属結
合相 23 超砥粒 24 砥粒層 26 マウンド部 27 下地め
っき層 28、38 耐食めっき層 31 合成樹
脂層 38a Ptめっき層 38b Rh
めっき層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 花子 福島県いわき市泉町黒須野字江越246−1 三菱マテリアル株式会社いわき製作所内 Fターム(参考) 3C047 BB01 BB16 EE02 EE11 EE18 EE19 3C058 AA07 AA09 AA16 CA01 DA12 DA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 砥石基体の一面に、超砥粒が金属結合相
    中に固着されてなる砥粒層が形成されており、 少なくとも前記砥粒層の表面には、Auからなる下地め
    っき層が形成され、 該下地めっき層の上に、RhまたはPtからなる耐食め
    っき層が形成されていることを特徴とするCMPコンデ
    ィショナ。
  2. 【請求項2】 前記耐食めっき層として、前記下地めっ
    き層上に形成されるPtめっき層と、該Ptめっき層上
    に形成されるRhめっき層とが形成されていることを特
    徴とする請求項1記載のCMPコンディショナ。
  3. 【請求項3】 前記砥石基体は、前記一面に該一面から
    隆起する複数のマウンド部を有し、 該マウンド部上に前記砥粒層が形成されており、 前記一面において前記砥粒層の表面を除く他の部分に
    は、耐食性を有する合成樹脂からなる合成樹脂層が形成
    されていることを特徴とする請求項1または2に記載の
    CMPコンディショナ。
  4. 【請求項4】 砥石基体の一面に、超砥粒が金属結合相
    によって固着されてなる砥粒層を形成し、 少なくとも該砥粒層の表面にAuからなる下地めっき層
    を形成し、 該下地めっき層の上にRhまたはPtからなる耐食めっ
    き層を単層または複数層形成することを特徴とするCM
    Pコンディショナの製造方法。
  5. 【請求項5】 一面に該一面から隆起する複数のマウン
    ド部が設けられた砥石基体の前記一面に、耐食性を有す
    る非導電性の合成樹脂からなる合成樹脂層を形成し、 該合成樹脂層のうち、前記マウンド部上に形成される部
    分のみを除去し、残りの前記合成樹脂層をマスクとし
    て、めっきによって前記マウンド部の上部に金属結合相
    を形成して、該金属結合相によって超砥粒が固着されて
    なる砥粒層を形成し、 前記合成樹脂層をマスクとして、前記砥粒層の上面にA
    uからなる下地めっき層を形成し、 前記合成樹脂層をマスクとして、前記下地めっき層の上
    にRhまたはPtからなる耐食めっき層を単層または複
    数層形成することを特徴とするCMPコンディショナの
    製造方法。
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