JP2010149221A - Tool and method for dressing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨布表面を目立てするドレッシング工具およびドレッシング方法に関し、特に半導体装置の化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下「CMP」と略記する)法に使用する研磨布の目立てに用いられるものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a dressing tool and dressing method for conspicuous polishing cloth surface, and particularly to dressing of a polishing cloth used in a chemical mechanical polishing (hereinafter abbreviated as “CMP”) method of a semiconductor device. is there.
近年半導体装置の高密度化に伴い、パターンを転写する露光装置のフォーカスマージンが狭くなり、従来の平坦化方法であるリフロー法やSOG(Spin OnGlass)等の塗布方法、エッチバック法では広い領域に渡る平坦化が困難となってきた。このため、半導体基板を機械的な作用と化学的な作用とで研磨するCMP法が使用されるようになってきている。 In recent years, with the increase in the density of semiconductor devices, the focus margin of an exposure apparatus for transferring a pattern has been narrowed, and the conventional planarization methods such as the reflow method, SOG (Spin On Glass), and the like, and the etch back method have wide areas. Crossing flattening has become difficult. For this reason, a CMP method for polishing a semiconductor substrate by a mechanical action and a chemical action has come to be used.
CMP法では、一般的に、キャリアに被研磨物である半導体ウェハ等を装着し、キャリアを研磨布上に下降させ、研磨剤を供給しながら半導体ウェハに荷重を加えると同時に、テーブル及びキャリアも同一に回転運動させ、研磨を行う。研磨布は、一般的に、硬質発泡ポリウレタン等が用いられている。CMP法により半導体ウェハの研磨を行っていくと、研磨布表面の開口に研磨材であるシリカが目詰りし、研磨速度が低下していくという現象が生じる。このため、CMP法を用いる場合、半導体ウェハの研磨と同時、または一定の間隔で、研磨布表面の目詰まりを除去するドレッシングが行われる(例えば、非特許文献1参照)。 In the CMP method, generally, a semiconductor wafer or the like as an object to be polished is mounted on a carrier, the carrier is lowered onto a polishing cloth, and a load is applied to the semiconductor wafer while supplying an abrasive. Rotate the same and perform polishing. As the polishing cloth, hard foam polyurethane or the like is generally used. When the semiconductor wafer is polished by the CMP method, a phenomenon occurs in which the polishing material silica is clogged in the opening on the surface of the polishing cloth and the polishing rate decreases. For this reason, when using the CMP method, dressing for removing clogging on the surface of the polishing pad is performed simultaneously with polishing of the semiconductor wafer or at regular intervals (for example, refer to Non-Patent Document 1).
図4は、従来のドレッシング用工具を示す断面図である。ダイヤモンド砥粒13は結合材14に埋め込まれ、脱落しないように固定されている。図4のドレッシング工具は、被固着材の表面の全面に渡って、ダイヤモンド砥粒13が固着されており、基体17から浮いた状態のダイヤモンド砥粒13が存在する。特許文献1では、ダイヤモンド砥粒13を固定している結合材を、従来一般的に用いられてきたニッケルメッキ14の代わりに、硼珪酸ガラスなどの無機結合に置き換えることで、被研磨部材であるウェハの汚損を防止する点が記載されている。
しかしながら、特許文献1記載のドレッシング工具でも、硼珪酸ガラスなどの無機結合材が侵食され、ダイヤモンド砥粒13が脱落する虞が比較的高く、ドレッシング工具として使用できる製品寿命は比較的短いものであった。また、摩耗してドレッシング工具表面から脱落した結合材が、ウェハに傷をつける可能性もあった。
However, even in the dressing tool described in Patent Document 1, there is a relatively high risk that the inorganic binder such as borosilicate glass is eroded and the diamond
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、砥粒や結合材やプレート等の、破損および脱落が抑制されたドレッシング工具を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said problem, Comprising: The objective is to provide the dressing tool with which damage | damage and drop | offset, such as an abrasive grain, a binder, and a plate, were suppressed.
そこで、本発明者は上記課題を鑑み、研磨パッド表面に摺接され、前記研磨パッド表面の目詰まりを除去するドレッシング工具であって、第1主面から第2主面に延びる複数の貫通孔を備えるプレートと、前記貫通孔内に配された砥粒と、を備え、前記貫通孔は、前記第2主面の側の開口径よりも小径の縮径部を有し、前記砥粒は、前記縮径部において前記貫通孔の内面と当接し、一部が前記第1主面から突出した状態で、前記貫通孔の内面に配された結合材を介して前記プレートと接合していることを特徴とするドレッシング工具を提供する。 Accordingly, in view of the above problems, the present inventor is a dressing tool that is slidably contacted with the surface of the polishing pad and removes clogging of the surface of the polishing pad, and has a plurality of through holes extending from the first main surface to the second main surface. And a through-hole having a reduced diameter portion smaller in diameter than the opening diameter on the second main surface side, and the abrasive grains The diameter-reduced portion is in contact with the inner surface of the through-hole, and a part of the reduced-diameter portion projects from the first main surface, and is joined to the plate via a bonding material disposed on the inner surface of the through-hole. A dressing tool is provided.
また、ドレッシング工具を研磨パッド表面に摺接させ、前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法を、併せて提供する。 Also provided is a dressing method characterized in that a dressing tool is brought into sliding contact with the surface of the polishing pad to dress the polishing pad.
本発明の構成によれば、基板と砥粒とが比較的強固に結合され、砥粒の脱落が抑制される。さらに、基板の開口部に応力が集中することが抑制され、基板自体の破損や脱落等も抑制される。本発明のドレッシング工具は、ドレッシング処理を比較的長期間、安定して実施することができる。 According to the structure of this invention, a board | substrate and an abrasive grain are couple | bonded comparatively firmly and drop-off | omission of an abrasive grain is suppressed. Further, the concentration of stress on the opening of the substrate is suppressed, and the substrate itself is also prevented from being damaged or dropped off. The dressing tool of the present invention can stably perform the dressing process for a relatively long period of time.
図1〜3は、本発明にかかるドレッシング工具の一実施例を示す概略断面図である。 1-3 is a schematic sectional drawing which shows one Example of the dressing tool concerning this invention.
図1に示すドレッシング工具1は、第1主面2aから第2主面2bに延びた複数の貫通孔5を有するプレート2と、貫通孔5内に配されて、一部が第1主面2aから突出したダイヤモンド砥粒3と、プレート2と接合した基体7と、を備えている。ダイヤモンド砥粒3は、貫通孔5の内面に配された結合材4を介して、プレート2と接合している。また、プレート2の第2主面2bが、例えばアクリル系接着剤等からなる結合材6を介して、基体7表面と接合されている。
A dressing tool 1 shown in FIG. 1 includes a
基体7は、好ましくはセラミックスからなる平板状体に形成されたものでよく、セラミックスを用いる場合は、その材質としてアルミナまたはジルコニアであることが特に好ましい。特に、基体7の材質がアルミナまたはジルコニアより形成されている場合、金属成分の溶出を比較的少なくすることができる。また、基体7の材質がアルミナである場合、ドレッシング工具1の剛性は比較的高くされ、また同時に製作コストを安価にすることができる。一方、プレート2がジルコニアである場合、プレート2と基体7を同材質とし、熱膨張係数の差を比較的小さくすることができる。
The
なお、基体7の機械的特性としては、ヤング率が190GPa以上でありビッカース硬度が9GPa以上であることが好ましい。ヤング率が190GPaよりも低い場合には、加工時または使用時の機械的な負荷に対する変形大きくなるので好ましくなく、また、ビッカース硬度が9GPaよりも低い場合にはダイヤモンド砥粒3の基体7への食い込みが発生し、ダイヤモンド砥粒高さが変化するおそれがあるので好ましくない。
In addition, as a mechanical characteristic of the base |
ここで、アルミナとしては、以下の材質を用いることができる。
(1)アルミナ(Al2O3)99〜99.9重量%に対し、焼結助剤としてシリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)を合計で0.1〜1重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または真空雰囲気中にて1500〜1800℃の温度で焼成したもの
(2)アルミナ(Al2O3)93〜99重量%に対し、イットリア(Y2O3)、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)またはセリア(CeO2)等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニア(ZrO2)を1〜7重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中、水素雰囲気中または窒素雰囲気中にて1500〜1700℃の温度で焼成したもの
(3)アルミナ(Al2O3)60〜80重量%に対し、炭化チタン(TiC)を40〜20重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または減圧雰囲気下にて1300〜2000℃の温度で焼成したものなどを用いることができる。
Here, the following materials can be used as alumina.
(1) Alumina (Al 2 O 3 ) 99 to 99.9% by weight of silica (SiO 2 ), magnesia (MgO), calcia (CaO) as a total of 0.1 to 1% by weight as a sintering aid After being added and formed into a desired shape, it is fired at a temperature of 1500 to 1800 ° C. in an air atmosphere or a vacuum atmosphere. (2) Yttria with respect to 93 to 99% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) 1-7 wt% of zirconia (ZrO 2 ) stabilized or partially stabilized with a stabilizer such as (Y 2 O 3 ), magnesia (MgO), calcia (CaO) or ceria (CeO 2 ) , After being molded into a desired shape, and then fired at 1500 to 1700 ° C. in an air atmosphere, a hydrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere (3) Alumina (Al 2 O 3 ) 60 to 80% by weight In addition, after adding titanium carbide (TiC) in an amount of 40 to 20% by weight to form a desired shape, it is possible to use one that is fired at a temperature of 1300 to 2000 ° C. in an air atmosphere or a reduced pressure atmosphere. .
また、ジルコニアとしては、3〜9mol%のイットリア(Y2O3)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)や、16〜26mol%のマグネシア(MgO)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)、あるいは8〜12mol%のカルシア(CaO)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)や8〜16mol%のセリア(CeO2)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)を所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または真空雰囲気中にて1400〜1700℃の温度で焼成したものを用いることができる。
As the zirconia, 3~9Mol% of
プレート2は、セラミックスであることが好ましく、特に材質としてはジルコニア(ZrO2)であることが好ましい。また、プレート2の機械的特性としては、靭性値が高いものが好ましくK1cが5以上であれば好ましい。さらにヤング率が190GPa以上、ビッカース硬度が9GPa以上であればより好ましい。プレート2は、第1主面2aおよび第2主面2bが略円形の、円盤状部材である。本実施形態のプレート2は、各主面の径が約25mm、厚みが約0.2〜0.3mmとされている。
The
プレート2の材質をジルコニアを主成分とすることによって、結合材4が浸食されることを防ぐ効果が得られるとともに、耐摩耗性の向上やエッジ部からの破損を防止することが可能となる。また、ジルコニアは、強度と靭性値が高い為に薄肉の加工が容易である。このため、ダイヤモンド砥粒3が比較的小さい場合であっても、それに適した、比較的厚さの小さなプレート2を、比較的高い形状精度で安価に作製することができる。また、基体7をジルコニアにより形成したものと併せることにより、基体7とプレート2の熱膨張係数を略同一とし、熱によるドレッシング工具の精度変化を比較的低減することができる。
By using zirconia as a main component of the material of the
ドレッシング工具1では、プレート2には、所定の位置に貫通孔5が形成されており、貫通孔5には、ダイヤモンド砥粒3が挿入されている。プレート2の貫通孔5は、プレート2の第2主面2bの側の開口径よりも小径の縮径部5aを有しており、ダイヤモンド砥粒3は、この縮径部5aにおいて貫通孔5の内面と当接している。なお、貫通孔の径とは、プレートの主面に略平行な断面形状に内接する円の直径のことをいう。縮径部とは、第2主面の開口の内接円の直径に対し、上記断面形状の内接円が、例えば90%以下の長さとなっている部分のことをいう。
In the dressing tool 1, a
縮径部5aの位置、特に縮径部5aからプレート2の第1主面2aまでの長さは、ダイヤモンド砥粒3の粒の長さに応じて設定されている。ドレッシング工具1では、ダイヤモンド砥粒3が、この縮径部5aにおいて貫通孔5の内面と当接した状態で、ダイヤモンド砥粒3がプレート2の表面側の貫通孔5から20〜40%突出する厚さに設定されている。例えば、砥粒3として、JISB4130(1982年)で規定された粒度80/100のダイヤモンド砥粒を用いる場合、第1主面2aから縮径部5aまでの長さを、例えば0.01〜0.04mmとしておけばよい。また、この場合、第2主面2bにおける開口径を例えば0.7mmとし、縮径部における径を例えば0.2mmとしておけばよい。なお、第1主面2aの開口径の大きさは特に限定されないが、縮径部における径と略同等であることが好ましい。
The position of the reduced
ドレッシング工具1では、貫通孔5が縮径部5aを備えており、この縮径部においてダイヤモンド砥粒3を比較的強固に機械的に保持するとともに、ダイヤモンド砥粒3の、第1主面2aからの突出長さを、比較的高精度に規定している。これにより、ダイヤモンド砥粒3の脱落が抑制され、ドレッシング性能の分布も低減している。
In the dressing tool 1, the
また、図1のように、貫通孔5の縮径部5aにおける内面部分は、ダイヤモンド砥粒3を機械的に保持して支える支点となっており、ドレッシング処理の際に比較的大きな応力を受ける。ドレッシング工具1では、貫通孔5の内面の縮径部5aにおける断面角度が鈍角とされており、この縮径部5aにかかる応力は、プレート2の内面に広く分散される。このため、ドレッシング工具1では、プレート2の破損や脱落の発生も、比較的少なくされている。また、貫通孔5の内面に配された結合材4は、縮径部5aを支点としたダイヤモンド砥粒3の運動を抑制する作用をなし、これによって、プレート2の破損や脱落の発生が、より効果的に抑制されている。
Further, as shown in FIG. 1, the inner surface portion of the reduced
また、ドレッシング工具1では、縮径部5aから第1主面2aに至る領域において、貫通孔5の内面が第1主面5aと略垂直とされており、貫通孔5aとダイヤモンド砥粒3との距離は、この内面において比較的小さくされている。このため、ダイヤモンド砥粒が突出した第1主面2aの側では、結合材4の露出は比較的少なく、ドレッシング処理時における結合材4の脱離や、研磨布などのドレッシング対象物の汚染も抑制されている。また、この縮径部5aから第1主面2aに至る領域にも、結合材4が配されており、上記ダイヤモンド砥粒3の運動も良好に抑制され、プレート2の破損や脱落の発生も、より効果的に抑制されている。
In the dressing tool 1, the inner surface of the through
なお、貫通孔5は、縮径部5aを備えておけばよく、その断面形状は特に限定されない。例えば図2に示すように、縮径部5aの径が、第1主面2aの開口径よりも小さくされていてもよい。ただし、上述のように、プレート2の破損や脱落を、より効果的に抑制するためには、径部5aから第1主面2aに至る領域において、貫通孔5の内面が第1主面5aと略垂直とされていることが好ましい。また、縮径部5aから第1主面2aに至る領域において、貫通孔5の内面が第1主面5aと略垂直とされている場合、貫通孔5を備えたプレート2を、プレス成型によって比較的低コストかつ容易に作製することが可能となり、この点でも好ましい。
In addition, the through-
貫通孔5の配列は自在であり、例えば、碁盤の目のように等位置関係で配置してもよく、放射状に配置した形状であってもよい。
The arrangement of the through
いずれの実施形態であっても、貫通孔5の、縮径部5aのサイズd1は、ダイヤモンド砥粒3の粒径および粒の長さによって決められ、ダイヤモンド砥粒3が貫通せずに保持でき、設定したダイヤモンド砥粒3の突出高さが確保出来るサイズに設定すればよい。
In any embodiment, the size d1 of the reduced
ダイヤモンド砥粒3は、合成ダイヤモンド、天然ダイヤモンドのいずれでも良く、結晶を成長させた、例えば略八面体形状または略十二面体形状を有する、いわゆるブロッキータイプであることが好ましい。ブロッキータイプのダイヤモンド粒石は長尺形状で、粒の長さや粒径が、比較的良好に制御されている。複数の貫通孔5に、ブロッキータイプのダイヤモンド砥粒3を配置することで、各貫通孔5からのダイヤモンド砥粒3の突出長さを、比較的良好に制御することができる。
The diamond
ダイヤモンド砥粒3は、貫通孔5の内面に配された結合材4を介して前記プレートと接合している。また、プレート2は、第2主面2bが、例えばアクリル系接着剤等からなる結合材6を介して基体7表面と接合されている。
The diamond
結合材4としては、十分な接合強度と靭性を有する材質が好ましく、硼素珪酸ガラス、または石英ガラスなどSiO2を主成分する無機結合材が好ましい。また、結合材4は樹脂材であっても構わない。樹脂材としては、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂が好ましく、その中でも特にエポキシ系樹脂は、接合強度、耐薬品性、硬度、経時変化の点で好適である。無機材質または樹脂材を結合材4として使用することで、ドレッシング工程における金属汚染を抑制することができる。 The binder 4 is preferably a material having sufficient bonding strength and toughness, and is preferably an inorganic binder mainly composed of SiO 2 such as boron silicate glass or quartz glass. The binding material 4 may be a resin material. The resin material is preferably a polyimide resin, a urethane resin, a fluorine resin, or an epoxy resin. Among them, the epoxy resin is particularly preferable in terms of bonding strength, chemical resistance, hardness, and change with time. By using an inorganic material or a resin material as the binding material 4, metal contamination in the dressing process can be suppressed.
次に、本実施形態のドレッシング工具1の製造方法について説明しておく。 Next, the manufacturing method of the dressing tool 1 of this embodiment is demonstrated.
まず、ダイヤモンド砥粒3を準備する。ダイヤモンド砥粒3としては、例えば、JISB4130(1982年)で規定された粒度80/100のダイヤモンド砥粒を多数用意し、大きさおよび形状を基準に選定したものを用いる。例えば、貫通孔5の縮径部5aの径d1よりも僅かに大きい穴径をもつ篩を用い、多数のダイヤモンド砥粒の中からこの篩の穴を通過した砥石を除去し、篩に残った砥粒をダイヤモンド砥粒3として使用する。
First, diamond
プレート2は、セラミックス好ましくはジルコニア原料粉末をCIP、メカプレスまたはドクターブレードで成形し生成形体を得る。次いで得られた生成形体を、切削により所望のサイズに加工した後に大気雰囲気中にて焼成し焼結体を得る。さらに、焼成後に平面研削盤にてダイヤモンド砥石による研削加工を行い所定のサイズにする。
The
例えば、ジルコニア原料粉末を所定形状に成形後、大気雰囲気中で焼成し、図3(a)に示す形状の成型体を得る。その後、この成型体を、図3(a)に示す面15の側から研磨加工し、第1主面2aから第2主面2bに向かう貫通孔5が複数形成されたプレート2を得る(図3(b)。なお、プレート2に形成する貫通孔5は、生成形体を得た後に切削工程で形成しても良く、焼結体を得た後に研削工程で形成してもよい。
For example, the zirconia raw material powder is molded into a predetermined shape and then fired in the air atmosphere to obtain a molded body having the shape shown in FIG. Thereafter, the molded body is polished from the side of the
次に、図3(c)に示すように、作製したプレート2を減圧冶具18にセットした状態で、第2主面2bの側から、ダイヤモンド砥粒3を貫通孔5内に挿入する。貫通孔5は縮径部5aを有しており、ダイヤモンド砥粒3は、この縮径部5aで貫通孔5の内面と当接して、プレート2に保持される。この状態で、第2主面2bの側から、組成がSiO2−Al2O3−RO系(ROはアルカリ土類元素の酸化物)のガラスペーストを塗布し、大気雰囲気中で充分に乾燥させ、その後、真空雰囲気中で900℃で焼成を行い接合する。
Next, as shown in FIG. 3 (c), the diamond
この後、ダイヤモンド砥粒3が接合されたプレート2と、例えばアルミナからなる基体3とを、例えばアクリル系接着剤を介して接合し、ドレッシング工具1が得られる。
Thereafter, the
本発明は上述した実施形態だけに限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良したものや変更したものにも適用できることは言う迄もない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to improvements and modifications without departing from the scope of the present invention.
1、10 ドレッシング工具
2 プレート
3、13 ダイヤモンド砥粒
4 結合材
7、17 基体
14 ニッケルメッキ
d1 開口部
1, 10
Claims (8)
第1主面から第2主面に延びる複数の貫通孔を備えるプレートと、
前記貫通孔内に配された砥粒と、を備え、
前記貫通孔は、前記第2主面の側の開口径よりも小径の縮径部を有し、
前記砥粒は、前記縮径部において前記貫通孔の内面と当接し、一部が前記第1主面から突出した状態で、前記貫通孔の内面に配された結合材を介して前記プレートと接合していることを特徴とするドレッシング工具。 A dressing tool that is in sliding contact with the surface of the polishing pad and removes clogging of the surface of the polishing pad,
A plate having a plurality of through holes extending from the first main surface to the second main surface;
An abrasive disposed in the through hole,
The through hole has a reduced diameter portion having a smaller diameter than the opening diameter on the second main surface side,
The abrasive grains are in contact with the inner surface of the through-hole at the reduced diameter portion, and a part of the abrasive grain protrudes from the first main surface. A dressing tool characterized by being joined.
A dressing method comprising: bringing the dressing tool according to claim 1 into sliding contact with a surface of a polishing pad, and dressing the polishing pad.
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