KR101413530B1 - Cmp pad conditioner and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

CMP 패드 컨디셔너가 개시된다. 이 CMP 패드 컨디셔너는, 주면을 갖는 모재를 포함한다. 상기 모재의 주면에는 다수의 돌기들이 미리 정해진 배열로 형성되며, 상기 돌기들 각각의 상부에는 하나 이상의 다이아몬드 지립이 고정된다.A CMP pad conditioner is disclosed. This CMP pad conditioner includes a base material having a main surface. A plurality of projections are formed on a main surface of the base material in a predetermined arrangement, and one or more diamond grains are fixed to the upper portions of the projections.

Description

CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법{CMP PAD CONDITIONER AND ITS MANUFACTURING METHOD}[0001] CMP PAD CONDITIONER AND ITS MANUFACTURING METHOD [0002]

본 발명은 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법으로서, 주면에 다수의 돌기들을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMP pad conditioner and a method of manufacturing the same, and relates to a CMP pad conditioner including a plurality of protrusions on a main surface and a method of manufacturing the same.

CMP(화학기계적 연마; Chemical Mechanical Polishing) 공정이 많은 산업 분야에서 특정 피가공물의 표면을 연마하는데 이용되고 있다. 특히, 반도체 소자, 마이크로 전자소자 또는 컴퓨터 제품 등의 제조 분야에서, 세라믹, 실리콘, 유리, 석영, 금속 및/또는 이들의 웨이퍼를 연마하는 용도로 CMP 공정이 많이 이용되고 있다. CMP 공정은 웨이퍼 등의 피가공물에 대면하여 회전하는 CMP 패드의 이용을 수반한다. 또한, CMP 공정 중, CMP 패드에는 화학물질을 함유하는 액체 슬러리와 연마 입자가 첨가된다.CMP (Chemical Mechanical Polishing) processes are used to polish the surface of a specific workpiece in many industries. Particularly in the field of manufacturing semiconductor devices, microelectronic devices or computer products, CMP processes are widely used for polishing ceramics, silicon, glass, quartz, metals and / or their wafers. The CMP process involves the use of a CMP pad that rotates against a workpiece such as a wafer. In addition, during the CMP process, a liquid slurry containing chemical substances and abrasive particles are added to the CMP pad.

반도체 소자의 제조 분야에서, CMP 공정 중 웨이퍼에 생기는 스크래치나 결함이 반도체 소자의 수율 및 생산성을 떨어뜨린다. 특히, 상대적으로 큰 직경의 웨이퍼를 그에 상응하게 큰 CMP 패드를 이용해 평탄화하는 CMP 공정에서는, 웨이퍼와 CMP 패드에 가해지는 충격과 스트레스가 더욱 커지며, 이에 따라, 웨이퍼에 발생하는 스크래치 등의 결함 발생 빈도도 더 높다.In the field of semiconductor device fabrication, scratches and defects in the wafer during the CMP process reduce the yield and productivity of semiconductor devices. Particularly, in a CMP process for planarizing a wafer having a relatively large diameter by using a large CMP pad, the impact and stress applied to the wafer and the CMP pad are further increased. As a result, the occurrence frequency of defects such as scratches Is also higher.

CMP 공정에 의한 연마 품질에 있어서, 특히 중요한 것은 CMP 패드 전체에 넓게 퍼져 유지되는 연마 입자들의 분포이다. CMP 패드의 상부는 통상적으로 섬유 또는 소형 공극과 같은 메커니즘에 의해 연마 입자들을 지지하며, 그와 같은 섬유 또는 소형 공극이 CMP 패드의 성능을 결정한다. 따라서, CMP 패드의 성능 유지를 위해서는, CMP 패드의 상부 섬유 조직을 가능한 한 플렉시블한 직립 상태로 유지하고, 새로운 연마 입자들을 수용할 수 있는 여분의 공극들이 충분히 확보되어야 한다. 이를 위해, CMP 패드 컨디셔너에 의한 CMP 패드의 컨디셔닝 또는 드레싱 공정이 필요하다.Particularly important in the polishing quality by the CMP process is the distribution of abrasive particles spread widely over the entire CMP pad. The top of the CMP pad typically supports the abrasive particles by a mechanism such as fiber or small pore, and such fibers or small pores determine the performance of the CMP pad. Thus, in order to maintain the performance of the CMP pad, it is necessary to keep the upper fibrous structure of the CMP pad as flexible as possible and to secure a sufficient amount of extra voids to accommodate new abrasive particles. To this end, a conditioning or dressing process of a CMP pad by a CMP pad conditioner is required.

종래의 CMP 패드 컨디셔너는 금속 모재의 표면에 다이아몬드 지립들을 배치하고, 그 다이아몬드 지립들을 도금층으로 고정하여 이루어진다. 또한, 보호층이 상기 다이아몬드 지립들을 덮도록 형성될 수 있다. 그러나, 종래의 CMP 패드 컨디셔너는, 도금층이 손상되거나 다이아몬드 지립들이 도금층으로부터 이탈될 가능성이 크며, 패드에 스크래치 등의 손상을 입힐 우려가 컸다. Conventional CMP pad conditioners are made by disposing diamond abrasive grains on the surface of a metal base material and fixing the diamond abrasive grains to a plating layer. Also, a protective layer may be formed to cover the diamond abrasive grains. However, in the conventional CMP pad conditioner, there is a high possibility that the plating layer is damaged or the diamond abrasive grains are separated from the plating layer, and scratches or the like are damaged on the pad.

본 발명이 해결하려는 하나의 과제는, 원하는 위치 및 원하는 배열로 형성된 돌기들에 다이아몬드 지립들을 고정한 새로운 구조를 가짐으로써, CMP 패드 컨디셔닝 공정에서의 결함 및 스크래치 발생 빈도를 크게 줄일 수 있는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to provide a CMP pad conditioner capable of greatly reducing the frequency of defects and scratches in a CMP pad conditioning process by having a new structure in which diamond abrasives are fixed to projections formed at a desired position and a desired arrangement .

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 다이아몬드 지립들을 고정하는 돌기들을 포함하는 성형체의 제조에 있어서, 돌기들을 성형하는 형틀 내 돌기 성형홀 가공을 레이저 가공으로 함으로써, 정밀하면서도 미세한 돌기들을 일정 배열로 형성할 수 있는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a molded body including protrusions for fixing diamond abrasive grains by forming a precise but fine protrusion in a predetermined array The present invention provides a method of manufacturing a CMP pad conditioner.

본 발명의 일 측면에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 주면을 갖는 모재를 포함한다. 상기 모재의 주면에는 다수의 돌기들이 미리 정해진 배열로 형성된다. 상기 돌기들 각각의 상부에는 하나 이상의 다이아몬드 지립이 고정된다.A CMP pad conditioner according to one aspect of the present invention includes a base material having a major surface. On the main surface of the base material, a plurality of projections are formed in a predetermined arrangement. One or more diamond abrasive grains are fixed on top of each of the projections.

일 실시예에 따라, 상기 다이아몬드 지립은 일부가 해당 돌기의 상부에 묻힌 채로 고정되는 것이 바람직하다.According to one embodiment, it is preferable that the diamond abrasive grains are fixed while being partially buried in the upper portion of the projection.

일 실시예에 따라, 상기 돌기들은 상부를 향해 수렴되는 형상을 갖는다. 상기 수렴되는 형상은 예컨대, 대략 뿔대형 또는 뿔형일 수 있다.According to one embodiment, the projections have a shape that converges toward the top. The shape to be converged may be, for example, approximately horn-shaped or horn-shaped.

일 실시예에 따라, 상기 돌기들의 상부에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 첨단이 위를 향하도록 세워진 것이 바람직하다.According to one embodiment, it is preferable that the diamond abrasives fixed on the top of the projections are erected with their tips pointing upward.

일 실시예에 따라, 상기 모재는 상기 다수의 돌기들을 일체로 갖도록 몰딩 성형된 성형체인 것이 바람직하다.According to one embodiment, it is preferable that the base material is a molding molded to have the plurality of projections integrally.

일 실시예에 따라, 상기 모재는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료로부터 성형된 것일 수 있다.According to one embodiment, the base material may be molded from a metal, amorphous metal or polymer material.

일 실시예에 따라, 상기 돌기들에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 높이 차이에 의해 복수의 그룹으로 구분되고, 각 그룹의 다이아몬드 지립들은 균일한 높이를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 용어 '균일'은 완전한 균일을 의미하기 보다는 실질적인 또는 거의 균일한 것을 의미한다.According to one embodiment, the diamond abrasives fixed to the protrusions are divided into a plurality of groups by height difference, and each group of diamond abrasive grains preferably has a uniform height. Here, the term " homogeneous " means substantially or substantially homogeneous rather than completely uniform.

다른 실시에에 따라, 상기 돌기들에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 균일한 높이를 갖는다. 여기에서, 용어 '균일'은 완전한 균일을 의미하기 보다는 실질적인 또는 거의 균일한 것을 의미한다.According to another embodiment, the diamond abrasives fixed to the projections have a uniform height. Here, the term " homogeneous " means substantially or substantially homogeneous rather than completely uniform.

본 발명의 다른 측면에 따라, CMP 패드 컨디셔너의 제조방법이 제공된다. 이 CMP 패드 컨디셔너 제조방법은, 다수의 돌기 성형홀들을 레이저 가공에 의해 형성한 형틀을 준비하는 형틀 준비 단계와, 성형 원료를 상기 형틀 내에서 성형하여, CMP 패드 컨디셔너용 성형체를 만드는 성형 단계를 포함한다. 상기 성형체의 주면에는 상기 돌기 성형홀들에 의해 돌기들이 성형된다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a CMP pad conditioner is provided. This CMP pad conditioner manufacturing method includes a mold preparing step of preparing a mold having a plurality of protrusion forming holes formed by laser processing and a forming step of forming a molding material in the mold to make a molded body for a CMP pad conditioner do. The protrusions are formed on the main surface of the molded body by the protrusion forming holes.

일 실시예에 따라, 상기 CMP 패드 컨디셔너 제조방법은 상기 형틀 준비 단계와 상기 성형 단계 사이에 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 배치하는 지립 배치 단계를 더 포함한다.According to one embodiment, the method for manufacturing a CMP pad conditioner further includes an abrasive-graining step of disposing diamond abrasive grains in the projection-forming holes between the mold preparing step and the forming step.

일 실시예에 따라, 상기 형틀 준비 단계는 바닥을 향해 수렴하는 형상으로 상기 돌기 성형홀들을 레이저 가공하는 것을 포함한다.According to one embodiment, the mold preparation step includes laser machining the protrusion forming holes into a shape that converges toward the bottom.

일 실시예에 따라, 상기 지립 배치 단계는 상기 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 세워지도록 배치하는 것을 포함한다.According to one embodiment, the abrasive graining step includes disposing the diamond abrasive grains so as to be erected in the projection forming holes.

일 실시예에 따라, 상기 성형 원료는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the forming material may comprise a metal, an amorphous metal or a polymer material.

본 발명에 따르면, CMP 패드 컨디셔너가 일정 배열을 갖는 유사 형상의 돌기들을 포함하고, 그 돌기들에 다이아몬드 지립이 고정되어 CMP 패드 컨디셔닝에의 연마 작업에 참여하므로, CMP 패드 컨디셔닝 작업에 있어서의 절삭 또는 연마 성능을 극대화할 수 있다. 돌기들 상부에 고정된 다이아몬드 지립들이 거의 균일한 일한 높이를 갖고서 절삭/연마 작업에 참여할 수 있으므로, 작업에 참여하지 못하는 다이아몬드 지립들의 개수를 크게 줄일 수 있다. 돌기들이 형성된 모재(또는, 성형체)가 다양한 종류의 재료로 이루어질 수 있으며, 이는 다양한 CMP 공정 환경에 맞게 특정 재료를 선택하여 CMP 패드 컨디셔너를 이용할 수 있게 하여, 다양한 공정 환경에 유연하게 대처하는데 기여한다. 모재(또는, 성형체)를 성형하는 형틀 내 돌기 성형홀을 가공하는데 레이저를 이용함으로써, 원하는 형상, 원하는 크기의 돌기들을 원하는 배열로 정밀하게 성형할 수 있다. 이는 CMP 패드 컨디셔너 제조에 있어서의 정확도와 재현성을 높이는데 크게 기여한다. According to the present invention, since the CMP pad conditioner includes protrusions of a similar shape having a predetermined arrangement, and the diamond abrasive grains are fixed on the protrusions to participate in the polishing work for the CMP pad conditioning, the cutting or cutting in the CMP pad conditioning operation The polishing performance can be maximized. The diamond abrasive grains fixed on the tops of the projections can participate in the cutting / polishing work with almost uniform height, thereby greatly reducing the number of diamond abrasive grains that can not participate in the work. The base material (or the molded body) on which the projections are formed can be made of various kinds of materials, which makes it possible to use a CMP pad conditioner by selecting a specific material in accordance with various CMP processing environments, thereby contributing to flexibly coping with various process environments . By using a laser for processing the in-mold protrusion forming holes for molding the base material (or the formed body), it is possible to precisely mold protrusions of a desired shape and a desired size into a desired arrangement. This contributes greatly to improving the accuracy and reproducibility in the manufacture of CMP pad conditioners.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 CMP 패드 컨디셔너의 확대 평면도.
도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 CMP 패드 컨디셔너의 단면도.
도 4의 (a), (b), (c) 및 (d)는 다이아몬드 지립들이 균일 또는 다른 높이를 갖도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 다양한 형태를 예시적으로 도시한 단면도들.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너 제조방법의 형틀 준비 단계를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 도 5의 형틀 준비 단계에서 레이저 가공에 의해 형성된 돌기 성형홀의 평면과 단면을 보여주는 사진들.
도 7은 레이저 가공으로 형틀 내 돌기 성형홀을 가공할 때와 비교예로서 기계 가공에 의해 돌기 성형홀을 가공할 때 생기는 휨 변형을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 형틀을 이용하여 모재의 성형 공정을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 성형 공정에 의해 돌기들을 갖는 모재와 돌기들에 고정된 다이아몬드 지립들을 포함하도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 보여주는 사진.
도 10a, 도 10b 및 도 10c 도 9의 돌기들과 다이아몬드 지립들을 더 확대해 보여주기 위한 현미경 사진.
도 11a는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 벗어난 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진
도 11b는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진.
1 is a plan view of a CMP pad conditioner according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is an enlarged plan view of the CMP pad conditioner shown enlarged in Fig. 1; Fig.
Figure 3 is a cross-sectional view of a CMP pad conditioner taken along II of Figure 2;
Figures 4 (a), 4 (b), 4 (c) and 4 (d) are cross-sectional views illustrating various forms of CMP pad conditioners made with diamond abrasives having uniform or different heights.
5 is a conceptual diagram for explaining a mold preparing step of a method of manufacturing a CMP pad conditioner according to an embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a photograph showing a plane and a cross-section of a protrusion forming hole formed by laser machining in the mold preparing step of Fig. 5;
Fig. 7 is a graph comparing the warpage caused when the projection-forming holes are machined by machining as a comparative example in processing a projection-in-mold hole by laser machining.
8 is a conceptual diagram for explaining a molding process of a base material using a mold according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing a part of a CMP pad conditioner made to include a base material having projections by a molding process and diamond abrasive grains fixed to the projections.
FIGS. 10A, 10B and 10C are photomicrographs showing enlarged views of the protrusions and diamond abrasives of FIG. 9; FIG.
11A is a micrograph showing the surface condition of a CMP pad conditioner sintered under conditions outside the appropriate temperature and appropriate pressure conditions
11B is a microscope photograph showing the surface condition of a CMP pad conditioner sintered at an appropriate temperature and an appropriate pressure condition.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, and the like of the components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 CMP 패드 컨디셔너의 확대 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이다.FIG. 1 is a plan view showing a CMP pad conditioner according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged plan view of a CMP pad conditioner shown in an enlarged view of FIG. 1 A, Sectional view of a CMP pad conditioner.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 주면(11)을 갖는 원판형의 모재(10)를 포함한다. 상기 모재(10)는 비정질 금속을 성형하여 만들어질 수 있다. 하지만 CMP 패드 컨디셔너가 사용되는 작업 환경 또는 조건에 따라 다른 금속 또는 폴리머 재료를 성형하여 모재(10)를 만들 수 있다.1 to 3, a CMP pad conditioner according to an embodiment of the present invention includes a disk-shaped base material 10 having a main surface 11. The base material 10 may be formed by molding an amorphous metal. However, the CMP pad conditioner can be made of a different metal or polymer material according to the working environment or conditions in which the base material 10 is used.

상기 모재(10)의 주면(11)에는 다수의 돌기(13)들이 일체로 형성되어 있다. 이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 다수의 돌기(13)들은 비정질 금속, 금속 또는 폴리머와 같은 성형 원료를 형틀에 투입하여 가온 가압하는 성형 공정에서 형틀에 미리 형성된 돌기 성형홀들에 의해 형성된다. 이에 따르면, 돌기(13)의 형상, 크기 및 배열은 형틀 내 돌기 성형홀의 형상, 크기 및 배열에 의해 결정된다.A plurality of projections 13 are integrally formed on the main surface 11 of the base material 10. As will be described in detail below, the plurality of projections 13 are formed by protrusion forming holes previously formed in a mold in a molding process in which a molding material such as amorphous metal, metal, or polymer is put into a mold and heated and pressed. According to this, the shape, size, and arrangement of the protrusions 13 are determined by the shape, size, and arrangement of the in-mold protrusion forming holes.

도 2 및 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 돌기(13) 각각의 상부에는 하나 의 다이아몬드 지립(20)이 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 하나의 돌기(13)에 하나의 다이아몬드 지립(20)이 고정되어 있지만, 하나의 돌기(13) 상부에 두 개 이상의 다이아몬드 지립(20)을 고정하여 만든 CMP 패드 컨디셔너도 고려될 수 있다.As best shown in FIGS. 2 and 3, one diamond abrasive grains 20 are fixed to the upper portions of the projections 13, respectively. Although one diamond abrasive grain 20 is fixed to one projection 13 in the present embodiment, a CMP pad conditioner in which two or more diamond abrasive grains 20 are fixed on one projection 13 is also considered .

상기 다이아몬드 지립(20)은 하부 일부가 해당 돌기(13)의 상부에 묻힌 채로 고정되어 있다. 상기 다이아몬드 지립(20)의 상부는 돌기(13)의 상부를 통해 노출되어 있다. 상기 다이아몬드 지립(20)의 노출된 상부가 CMP 패드 컨디셔닝 공정에서 객체에 대한 연마 또는 절삭에 참여한다. A portion of the diamond abrasive grains 20 is fixed while being buried in the upper portion of the protrusion 13. The upper portion of the diamond abrasive grains 20 is exposed through the upper portion of the protrusions 13. The exposed upper portions of the diamond abrasive grains 20 participate in polishing or cutting the object in the CMP pad conditioning process.

상기 돌기(13)들 각각은 상부를 향해 수렴되는 형상을 갖는다. 상기 수렴되는 형상은 대략 뿔형 또는 뿔대일 수 있다. 상기 돌기(13)들 각각의 상부에 고정된 다이아몬드 지립(20)은 뾰족한 첨단이 위를 향하도록 세워져 고정되는 것이 바람직하다.Each of the projections 13 has a shape that converges toward the top. The converging shape may be substantially horn-shaped or horn-shaped. It is preferable that the diamond abrasive grains 20 fixed to the upper portions of the respective projections 13 are erected and fixed with their pointed tips pointing upward.

도 4의 (a)를 참조하면, 복수의 돌기(13)들에 다이아몬드 지립(20)들이 거의 균일한 단일 높이에 위치에 있음을 알 수 있다. 이때, 균일한 높이가 완전히 균일한 것은 아니며, 미리 정한 최적의 높이값으로부터 허용할 수 있는 정도의 오차 범위 내에 있는 것은 높이가 균일한 것으로 본다. 다이아몬드 지립(20)들 사이에 크기 차이가 있다 하더라도, 다이아몬드 지립(20)이 돌기(13)에 묻히는 깊이 차이를 다르게 하여, 돌기(13)들에 고정된 다이아몬드 지립(20)들의 높이를 균일하게 할 수 있을 것이다.Referring to Fig. 4 (a), it can be seen that the diamond abrasive grains 20 are located at a substantially uniform single height on the plurality of protrusions 13. Fig. In this case, the uniform height is not completely uniform, and it is considered that the height is uniform if the tolerance is within an acceptable range from the predetermined optimum height value. The diameters of the diamond abrasive grains 20 are different from each other so that the height of the diamond abrasive grains 20 fixed to the projections 13 is made uniform even if there is a difference in size between the diamond abrasive grains 20 You can do it.

예를 들면, 슬러리 통로의 확보, CMP 패드에 대한 영역별 가압력 차이 등을 고려하여, 다이아몬드 지립(20)들 사이에 높이 차이를 둘 필요가 있다. 이러한 경우라 하더라도, 여러 조건들을 고려하여 미리 정한 영역 또는 위치의 다이아몬드 지립(20) 높이를 높이거나 낮게 하는 것은 유리할 수 있겠지만, 그렇지 않은 경우, 불필요하게 유효 다이아몬드 지립만 낭비하게 되고 더 나아가 CMP 패드 컨디션의 성능 및 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있다.For example, it is necessary to make a height difference between the diamond abrasive grains 20 in consideration of the securing of the slurry passage, the difference in pressing force between the CMP pads, and the like. Even in such a case, it may be advantageous to increase or decrease the height of the diamond abrasive grains 20 in a predetermined region or position in consideration of various conditions. However, if not, unnecessary use of the effective diamond abrasive will be wasted, The performance and reliability of the system can be reduced.

도 4의 (b), (c) 및 (d)는 돌기들의 높이를 미리 다르게 설계함으로써 그룹별로 다이아몬드 지립들의 높이를 다르게 한 CMP 패드 컨디셔너의 예들을 보여준다.FIGS. 4 (b), 4 (c) and 4 (d) show examples of CMP pad conditioners in which the heights of the diamond grains are different from each other by designing the heights of the protrusions differently.

도 4의 (b)를 참조하면, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 이때, 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들과 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들이 하나씩 번갈아 위치하고 있다.Referring to FIG. 4 (b), diamond abrasive grains 20a fixed to protrusions 13a having a relatively higher height form a first group, and protrusions 13b having a second height The fixed diamond abrasive grains 20b form a second group. The diamond abrasives 20a in the first group are located at a uniform single height and the diamond abrasives 20b in the second group are located at a uniform height lower than the abrasive grains 20a in the first group. At this time, the diamond abrasive grains 20a in the first group and the diamond abrasive grains 20b in the second group are alternately placed one by one.

도 4의 (c)를 참조하면, 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 다만, 이웃하는 제1 그룹 내 두 다이아몬드 지립(20a)들 사이에 하나의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)이 배치된 것이 다르다. Referring to FIG. 4C, diamond abrasive grains 20a fixed to protrusions 13a of a relatively higher first height form a first group, And the diamond abrasive grains 20b fixed to the first and second portions 13b form a second group. The diamond abrasives 20a in the first group are located at a uniform single height and the diamond abrasives 20b in the second group are located at a uniform height lower than the abrasive grains 20a in the first group. However, it is different in that one diamond grains 20b in the second group are arranged between two diamond grains 20a in the neighboring first group.

도 4의 (d)를 참조하면, 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 다만, 이웃하는 제1 그룹 내 두 다이아몬드 지립(20a)들 사이에 두개의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)이 배치되어 있다. 또한, 그 외의 다른 점으로, 가장 낮은 제3 높이의 돌기(13c)들에 고정된 제3 그룹의 다이아몬드 지립(20c)이 이웃하는 두개의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들 사이에 위치하고 있다.  Referring to FIG. 4 (d), diamond abrasive grains 20a fixed to protrusions 13a having relatively higher first heights form a first group, And the diamond abrasive grains 20b fixed to the first and second portions 13b form a second group. The diamond abrasives 20a in the first group are located at a uniform single height and the diamond abrasives 20b in the second group are located at a uniform height lower than the abrasive grains 20a in the first group. However, two diamond abrasives 20b in the second group are disposed between the two diamond abrasives 20a in the neighboring first group. In other respects, the third group of diamond abrasives 20c fixed to the protrusions 13c having the lowest third height are located between the adjacent two diamond abrasives 20b in the second group .

위에서 예시한 배열 방식 외에도 다이아몬드 지립들을 높낮이에 따라 여러 그룹으로 나누고, 이 여러 그룹의 다이아몬드 지립들을 의도된 다양한 배열로 배치하는 것이 가능하다.
In addition to the arrangement schemes illustrated above, it is also possible to divide the diamond grains into several groups at different elevations, and to arrange the various groups of diamond grains in the intended various arrangements.

이제 전술한 것과 같은 CMP 패드 컨디셔너를 제조하는 방법의 선호되는 한 실시예에 대해 설명하고자 한다.A preferred embodiment of a method of manufacturing a CMP pad conditioner as described above will now be described.

본 실시예에서는 돌기들을 포함하는 모재(또는, 성형체)의 성형을 위해, 비정질 금속 분말을 성형 원료로 이용하였다. 실질적인 성형이 이루어지기 전의 공정으로서, 성형 원료를 준비하는 공정에 설명하면 다음과 같다.
In this embodiment, amorphous metal powder is used as a molding material for molding of a base material (or a molded body) including projections. As a process before the actual molding is performed, a process for preparing the molding material will be described as follows.

<성형 원료의 준비><Preparation of molding material>

비정질 금속(또는, 비정질 합금)은 합금이 결정화되는 온도인 결정화 온도(Tx)와 유리화되는 온도인 유리 천이온도(Tg)의 차이에 의해 결정되는 과냉각액상영역(ΔT = Tx - Tg)을 갖는데 상기 과냉각 액상 영역에서는 초소성 특성을 나타낸다. 본 실시예에서는 결정화 온도와 유리 천이온도를 갖는 비정질 금속 재료가 성형 원료로 이용된다. 이하 설명되는 성형에 의해, 성형체의 돌기들이 다이아몬드 지립들을 고정하면서 성형되도록 하는 것이 좋다. 성형 과정 중 다이아몬드 지립들이 탄화를 일으키지 않도록, 비정질 금속은 약 600℃ 내외에서 초소성 특성을 나타내는 것이 선호된다. 비정질 금속은 Cu계(예컨대, Cu-Zr-Ti-Ni), Ni계(예컨대, Ni-Zr-Ti-Sn, Ni-Zr-Ti-Nb), Zr계(예컨대, Zr-Ti-Cu-Ni-Be, Zr-Al-Ni-Cu), Fe계(Fe-Co-Ni-Zr-B), Co계(Co-Fe-Ta-B) 등을 주성분으로 하는 것이 이용될 수 있다.The amorphous metal (or amorphous alloy) has a supercooled liquid phase region (DELTA T = Tx - Tg), which is determined by the difference between the crystallization temperature (Tx) at which the alloy crystallizes and the glass transition temperature (Tg) Supercooling properties are exhibited in the supercooled liquid phase region. In this embodiment, an amorphous metal material having a crystallization temperature and a glass transition temperature is used as a molding material. It is preferable that the projections of the molded body are formed while fixing the diamond abrasive grains by the molding described below. It is preferred that the amorphous metal exhibits super plastic properties at around 600 ° C so that the diamond grains do not carbonize during the molding process. The amorphous metal may be Cu-based (e.g., Cu-Zr-Ti-Ni), Ni based (e.g., Ni-Zr-Ti-Sn, Ni- (Fe-Co-Ni-Zr-B) and Co-Co (Fe-Ta-B).

비정질 재료를 제조하기 위해 예컨대, 아크로 멜팅(arcro melting) 방법에 의해 제조된 모합금이 준비된다. 모합금은 비정질일 때 600℃ 이내에서 초소성 특성을 갖는 조성의 합금이 선택되는 것이 좋다. 모합금은 비정질 분말(Mg powder)과 비정질 리본(Mg ribbon)으로 각각 제조된다. 모합금은 아토마이징 방법(또는, 가스분무법)에 의해 비정질 분말로 제조되며, 또한, 모합금은 급속응고법에 의해 비정질 리본으로 제조된다.A parent alloy prepared by, for example, an arcro melting method is prepared to prepare an amorphous material. When the parent alloy is amorphous, it is preferable to select an alloy having a superplasticity property at 600 ° C or less. The parent alloy is made of amorphous powder (Mg powder) and amorphous ribbon (Mg ribbon), respectively. The parent alloy is made into an amorphous powder by an atomizing method (or gas atomization method), and the parent alloy is also made into an amorphous ribbon by a rapid solidification method.

비정질 분말과 비정질 리본을 볼밀(Ball mill)을 이용하여 1㎛ 이하 크기가 되도록 보다 더 미세하게 분쇄한다. 볼밀은 100rpm의 저속 회전용기 내에서 수행되는 것이 좋으며, 대략 100시간 정도로 볼밀링에 의한 초미세 분말화 공정이 수행된다. 초미세 분말화 공정과, 그에 뒤 이은 필터링, 또는 씨빙(체질) 공정에 의해, 1㎛ 이하 크기 이하의 초미세 비정질 금속 분말을 얻을 수 있다. 다음, 상기 초미세 비정질 금속 분말을 수소로 환원처리하는 공정이 수행될 수 있다. 환원처리 공정에 의해 초미세 비정질 금속 분말에는 내식성이 부여될 수 있다. The amorphous powder and the amorphous ribbon are finely pulverized to a size of 1 mu m or less by using a ball mill. The ball mill is preferably performed in a low-speed rotary vessel at 100 rpm, and ultrafine pulverization is performed by ball milling in about 100 hours. Ultrafine amorphous metal powders of 1 mu m or less in size can be obtained by ultrafine powdering, followed by filtering, or by a sieving process. Next, a step of reducing the ultrafine amorphous metal powder with hydrogen may be performed. Corrosion resistance can be imparted to the ultrafine amorphous metal powder by the reduction treatment process.

성형 원료의 일 예로 전술한 비정질 금속이 소개되었지만, 다른 종류의 비정질 금속, 또는 일반 금속, 또는, 폴리머와 같은 다른 재료가 성형 원료로 이용될 수 있음에 유의하여야 할 것이다.
Although the above-described amorphous metal has been introduced as an example of the molding material, it should be noted that other kinds of amorphous metal, or a common metal, or another material such as a polymer may be used as a molding material.

이제 구체적으로 성형체 또는 모재 주면에 돌기들과 그 상부에 고정된 다이아몬드 지립들을 갖는 CMP 패드 컨디셔너의 제조공정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
Hereinafter, a manufacturing process of a CMP pad conditioner having protrusions on a main surface of a molded body or a mother material and diamond abrasive grains fixed on the protrusions will be described.

<형틀의 준비><Preparation of mold>

도 5에 도시된 것과 같이, 형틀의 하부 금형(100) 표면에 깊이 방향으로 수렴하는 형상의 돌기 성형홀(110)들을 형성한다. 이때, 돌기 성형홀(110)의 형성에는 레이저 가공이 이용된다. 레이저 장치(L)로부터의 레이저 빔(B)이 형틀의 하부 금형(100) 표면에 조사되는 방식으로 정해진 형상 및 크기를 갖는 돌기 성형홀(100)들이 형성될 수 있다. 본 실시예에 이용된 레이저 가공 조건은 아래의 [표 1]과 같다.
As shown in Fig. 5, protrusion forming holes 110 having a shape converging in the depth direction are formed on the surface of the lower mold 100 of the mold frame. At this time, laser machining is used to form the protrusion forming holes 110. The protrusion forming holes 100 having a predetermined shape and size can be formed in such a manner that the laser beam B from the laser device L is irradiated onto the surface of the lower mold 100 of the mold frame. The laser processing conditions used in this embodiment are shown in Table 1 below.

레이저 종류Laser type Nd: YAGNd: YAG 파장wavelength 940nm ~ 1440nm940 nm to 1440 nm 주파수frequency 20 kHz ~ 1000 kHz20 kHz to 1000 kHz 펄스 길이(pulse duration)Pulse duration 4ns ~ 400ns 4 ns to 400 ns

레이저 가공되는 형틀, 특히, 하부 금형(100)은 예를 들면 스테인레스 스틸이 이용될 수 있다.In particular, the lower mold 100 can be made of, for example, stainless steel.

도 6은 전술한 레이저 가공에 의해 형틀에 형성된 돌기 성형홀들의 평면과 단면을 3차원 현미경으로 관찰한 사진들이다. 도 6을 참조하면, 수십 내지 수백 마이크로미터 크기를 갖는 돌기 성형홀들이 원뿔형으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 이 돌기 성형홀들은 마이크로미터 단위의 미세 크기로 형성됨에도 불구하고 레이저 가공의 특성으로 인해 거의 변형된 부분 없이 매끈하게 형성된다.Fig. 6 is a photograph of a plane and a cross-section of the protrusion forming holes formed in the mold by the above-described laser machining with a three-dimensional microscope. Referring to FIG. 6, it can be seen that protrusion forming holes having a size of several tens to several hundreds of micrometers are formed in a conical shape. Although these protrusion forming holes are formed in micrometer size, they are formed smoothly with almost no deformed parts due to the characteristics of laser machining.

도 7은 형틀에 돌기 성형홀을 레이저 가공으로 형성할 때와 기계적 가공으로 형성할 때의 차이를 비교한 그래프로서, 기계적 가공으로 돌기 성형홀을 형성할 때에는 형틀에 큰 휨 변형이 생기는데 반해 레이저 가공 이용시에는 휨 변형이 거의 생기지 않음을 알 수 있다.
Fig. 7 is a graph comparing the difference in the case where the projection forming hole is formed by laser machining and the case where the projection forming hole is formed by mechanical machining. In forming the projection forming hole by mechanical working, large bending deformation occurs in the mold, It can be seen that bending deformation hardly occurs at the time of use.

<다이아몬드 <Diamond 지립Abrasive 배치 및 돌기 성형> Batching and protrusion molding>

레이저 가공에 의해 돌기 성형홀들이 형성된 하부 금형(100)과 상부 금형(200)을 포함하는 형틀이 준비되면 형틀(M)이 준비되면, 다이아몬드 지립 배치 및 돌기 성형이 이루어진다. When the mold frame including the lower mold 100 and the upper mold 200 in which the projecting holes are formed by the laser processing is prepared, the mold frame M is prepared and the diamond abrasive arrangement and the projection molding are performed.

도 8은 다이아몬드 지립 배치와 돌기 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining the diamond abrasive grain arrangement and the projection forming process.

먼저, 다이아몬드 지립(20)들을 돌기 성형홀(110)에 배치한다. 이때, 다이아몬드 지립(20)들은 돌기 성형홀(110) 기저의 가장 좁은 부분에 배치된다. 본 실시예에서는 하나의 돌기가 하나의 다이아몬드 지립을 고정할 수 있도록, 하나의 돌기 성형홀(110)에 하나의 다이아몬드 지립(20)을 배치하지만, 하나의 돌기가 두 개 이상의 다이아몬드 지립을 고정하는 구조를 원하는 경우, 돌기 성형홀(110)의 기저에 2개 이상의 다이아몬드 지립을 배치한다. First, the diamond abrasive grains 20 are arranged in the protrusion forming hole 110. At this time, the diamond abrasive grains 20 are disposed at the narrowest portion of the base of the projection forming hole 110. In this embodiment, one diamond abrasive grains 20 are disposed in one abrasive molding hole 110 so that one abrasive grains can fix one diamond abrasive grains, but one abrasive grains fix two or more diamond abrasive grains Two or more diamond abrasive grains are disposed at the base of the projection forming hole 110. [

그 다음, 성형 원료(P)를 형틀(M)의 하부 금형(100)과 상부 금형(200) 사이에 공급한 후 성형 원료(P)를 가압 소결 성형한다. Then, the molding material P is supplied between the lower mold 100 and the upper mold 200 of the mold M and the molding material P is subjected to pressure sintering molding.

본 실시예에서는 성형 원료로 초미세 비정질 금속 분말이 이용되며, 첨가물로서 금속 분말 액상 파라핀이 혼합될 수 있다. In this embodiment, ultrafine amorphous metal powder is used as a molding material, and metal powder liquid paraffin can be mixed as an additive.

고온, 고압의 소결 성형 방식으로 돌기들을 주면에 갖는 CMP 패드 컨디셔너용 모재 또는 성형체가 성형되는데, 비정질 금속의 종류에 따라 압력 조건이 다를 수 있다 . The base material or the molded body for the CMP pad conditioner having the protrusions on the main surface is formed by the high-temperature and high-pressure sintering molding method. Pressure conditions may vary depending on the type of the amorphous metal.

아래의 [표 2]는 실제 소결 성형된 비정질 금속의 종류와 해당 종류의 비정질 금속의 소결에 적합한 온도와 압력 조건을 보여준다.Table 2 below shows the type of amorphous metal actually sintered and the temperature and pressure conditions suitable for sintering of that type of amorphous metal.

종류Kinds 온도 범위(℃)Temperature range (℃) 압력 범위(MPa)Pressure range (MPa) Ni-6원소Ni-6 element 500~700500 to 700 50~50050 to 500 Cu-6원소Cu-6 element 300~600300 to 600 50~50050 to 500

도 9는 성형 공정에 의해 돌기들을 갖는 모재와 돌기들에 고정된 다이아몬드 지립들을 포함하도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 보여주는 사진이고, 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 돌기들과 다이아몬드 지립들을 더 확대해 보여주는 사진들이다.9 is a photograph showing a part of a CMP pad conditioner made to include a base material having protrusions by the molding process and diamond abrasives fixed to the protrusions, FIGS. 10A, 10B and 10C are photographs showing the protrusions of FIG. These are pictures that show the enlargement of the grains more.

도 9를 참조하면, 다이아몬드 지립을 고정하는 다수의 돌기들이 모재의 주면에 일정한 간격을 갖도록 배열되어 있음을 알 수 있다. 전술한 형틀 내 돌기 성형홀의 배열 패턴을 미리 설계함으로서, 원하는 배열로 돌기들이 성형되고 그 돌기들 각각이 다이아몬드 지립을 고정하고 있는 CMP 패드 컨디셔너의 제작이 가능하다.Referring to FIG. 9, it can be seen that a plurality of protrusions for fixing diamond abrasive grains are arranged at regular intervals on the main surface of the base material. It is possible to manufacture a CMP pad conditioner in which protrusions are formed in a desired arrangement and each of the protrusions fixes the diamond abrasive grains by previously designing the array pattern of the protrusion holes in the mold.

도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 모재의 다른 위치에 형성된 돌기들의 형상 및 크기가 거의 유사하다는 것을 알 수 있다. 또한, 대략 원뿔대 형태를 갖는 돌기 상단에 다이아몬드 지립이 세워진 채로 고정되어 있음을 볼 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 레이저 가공으로 정밀하게 형성된 돌기 성형홀들을 이용하여 마이크로미터 단위의 미세 돌기들을 원하는 형상과 원하는 크기로 형성하는 것이 가능하다.10A, 10B, and 10C, it can be seen that the shapes and sizes of the protrusions formed at different positions of the base material are substantially similar. Also, it can be seen that diamond abrasive grains are fixed on the upper end of the projection having a roughly frustum shape. As described above, it is possible to form micrometer-scale fine protrusions with a desired shape and a desired size by using the projection-forming holes precisely formed by laser machining.

도 11a는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 벗어난 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진이고, 도 11b는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진이다. 비정질 금속의 종류에 따라 [표 2]의 적정 압력 범위 및 온도 범위 내에서 비정질 금속을 소결하면 도 11b에 보여지는 것과 같이 매끈한 표면의 비정질 금속 성형체를 얻을 수 있는 반면, 적정 압력 범위 및 온도 범위보다 낮은 압력과 온도로 소결을 하는 경우 분말이 뭉쳐져 있는 거친 형태로 잘못된 성형이 이루어짐을 알 수 있다.11A is a micrograph showing the surface state of a CMP pad conditioner sintered under a proper temperature and an appropriate pressure condition, and FIG. 11B is a micrograph showing a surface condition of a CMP pad conditioner sintered at an appropriate temperature and an appropriate pressure condition . Sintering of the amorphous metal within the appropriate pressure range and temperature range according to the type of amorphous metal can yield an amorphous metal shaped body with a smooth surface as shown in Figure 11b, When sintering at low pressure and temperature, it can be seen that the powder is formed into a coarse shape, which is a coarse shape.

10: 모재 11: 주면
13: 돌기 20: 다이아몬드 지립
10: Base material 11:
13: Projection 20: Diamond grain

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete CMP 패드 컨디셔너의 제조방법에 있어서,
다수의 돌기 성형홀들을 레이저 가공에 의해 형성한 형틀을 준비하는 형틀 준비 단계; 및
성형 원료를 상기 형틀 내에서 성형하여, CMP 패드 컨디셔너용 성형체를 만드는 성형 단계를 포함하며,
상기 성형체의 주면에는 상기 돌기 성형홀들에 의해 돌기들이 성형된 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
A method of manufacturing a CMP pad conditioner,
A mold preparing step of preparing a mold having a plurality of protrusion forming holes formed by laser machining; And
Molding the molding material in the mold to make a molded body for the CMP pad conditioner,
Wherein protrusions are formed on the main surface of the molded body by the protrusion forming holes.
청구항 9에 있어서, 상기 형틀 준비 단계와 상기 성형 단계 사이에 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 배치하는 지립 배치 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.10. The method of claim 9, further comprising the step of disposing diamond abrasive grains in the protrusion forming holes between the mold preparing step and the forming step. 청구항 10에 있어서, 상기 형틀 준비 단계는 바닥을 향해 수렴하는 형상으로 상기 돌기 성형홀들을 레이저 가공하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법. 11. The method of claim 10, wherein the mold preparation step comprises laser machining the protrusion forming holes into a shape that converges toward the bottom. 청구항 10에 있어서, 상기 지립 배치 단계는 상기 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 세워지도록 배치하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법. 11. The method of claim 10, wherein the abrasive graining step comprises disposing the diamond abrasive grains in the protrusion forming holes. 청구항 9에 있어서, 상기 성형 원료는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료를 포함하는 것을 특징으로 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the forming material comprises a metal, an amorphous metal or a polymer material.
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