KR100367927B1 - 다이아몬드 식부 연마구 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아몬드 입자를 전착등의 방법으로 식부하여 피연삭물을 연마하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법에 대한 것으로 종래 연마구의 모재가 되는 샹크 등의 금속성 몸체에 다이아몬드 입자를 식부하는 방법으로서 전착식과 융착식 등이 제안되어 있으나 전착식은 다이아몬드 입자 주변의 도금층이 얇게 형성되어 다이아 몬드 입자의 탈락의 발생이 쉬운 단점이 있고 융착식은 용융된 금속 분말은 점성이 있기 때문에 표면장력의 효과로 다이아몬드 입자 주위부가 다른 부분보다 높게 형성되어 전착식보다 다이아몬드 입자를 강하게 식부 고정시켜 줄 수 있는 장점도 있으나 용융 및 응고시 발생하는 기포로 표면이 거치른 문제점이 있어 본 고안은 이 전착식과 융착식의 장점만을 도출하여 보다 견고한 다이아 몬드 식부 연마구를 제조할 수 있도록 하는 제조방법에 대한 것이다.

Description

다이아몬드 식부 연마구 제조방법{Manufacturing process for grinder in planting diamond}

통상적으로 CMP(chemical Mechanical planarization)용 연마 다이아몬드 공구는 사용중에 다이아몬드 입자가 탈락이 되면 연마 제품에 치명적인 불량을 초래한다. 따라서 다이아몬드 입자가 탈락되지 않도록 많은 방법들이 행하여져 왔다. 다이아몬드 입자의 탈락이 발생하는 원인들은 다양하지만 가장 큰 원인은 고착되어 있는 다이아몬드 입자가 무질서하게 상하좌우로 겹친 상태로 고착되어 있거나 인접해 있을 때 그리고 절삭성을 높이기 위하여 다이아몬드 입자를 많이 노출시키는 경우에 발생한다.이러한 문제점을 없애기 위해 여러 방법들이 제안되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 다이아몬드 연마구의 제조방법에 대한 것으로 보다 자세하게는 반도체 칩(chip)을 제조할 시 웨이퍼(wafer)상에 다수개의 반도체 칩을 형성한 후 그 위에 산화박막 또는 금속박막을 코팅하는 공정이 있고 그 공정에서 산화박막과 금속박막을 연삭하는 고탄성 플라스틱 패드(pad)가 있는데 본 발명상으로 실시되는 다이아몬드 연마구는 이 패드를 연마하여 연마표면에 극히 미세한 요철 표면이 유지되도록 (이 공정을 conditioning 이라 함)하여 주는 데 사용되는 연마용 다이아몬드 공구로서 이러한 사용 목적으로 제조되는 다이아몬드 연마구의 제조방법으로 종래에는 스테인레스 재로 되는 연마구(샹크) 몸체 일측 표면에 미세한 다이아몬드 입자를 고착하는 방법으로 전착식과 융착식이 있는 바 먼저 기존의 제조방법인 전착식과 융착식을 간단히 설명하면,

전착식은 전기 도금법을 이용한 것으로 도금 용액 속에서 공구 몸체 위에 다이아몬드를 올려놓고 진동을 부여하여 다이아몬드가 몸체에 겹치거나 들뜨지 않도록 한 다음, 전기를 통전하면 몸체상에 도금이 이루어지면서 다이아몬드가 몸체에 고정되게 된다. 이 때 도금 두께를 조절하여 맨 밑바닥에 놓여있는 다이아몬드만 살짝 고정되도록 다이아몬드 크기의 1/8 ~1/4 정도만 도금이 이루어지게 한 다음, 몸체의 바닥에 살짝 고정된 다이아몬드만 남도록 용액속에서, 또는 도금액 밖에서 흔들거나, 진동을 주거나 하여 가능한한 최하층의 다이아몬드만 남게 하고, 계속하여 도금을 하여 도금 두께가 다이아몬드 크기의 2/3~3/4 까지 하여 다이아 몬드를 단단히 고정시키는 제조방식으로 다이아몬드 주변이 다른 부분보다 도금이 적게 되어 다이아몬드의 탈락이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

융착식은 금속분말의 용융법을 이용한 것으로 가열로 속에서 몸체상에 금속분말을 일정하게 깔아 놓은 후 다이아몬드가 겹치거나 인접하지 않도록 뿌린 후 서서히 열을 가하면 금속 분말이 서서히 용융상태로 된다. 그리고 일정 시간이 지난 후 서서히 냉각을 시키면 다이아몬드가 공구몸체에 부착하게 된다. 이 때 용융된 금속분말은 점성이 있기 때문에 표면 장력의 효과로 다이아몬드 주위부가 다른 부분보다 높게 되어 전착식에서 보다 다이아몬드를 강하게 몸체 고정시켜 줄 수 있는 장점도 있으나, 용융 및 응고시 발생하는 기포로 표면이 전착식에 비해 거치른 단점도 있다.

상기와 같이 전착식이나 융착식은 양자 공히 다이아몬드 입자를 #80(0.17±0.2m/m)를 수작업으로 몸체 상면에 올려놓거나 뿌리거나 하는 작업을 행함에 따라 다이아몬드 입자와 입자가 균일하게 분포되지 못하고 다이아몬드 입자 간에 서로 간섭을 하여 몸체상에서 불안정하게 들뜨거나 겹쳐지는 부분이 생성되게 되는 현상이 발생할 수 있고 이 경우에 몸체에 견고하게 다이아몬드 입자가 결착하지 못하고 따라서 쉽게 탈락된다.즉, 전착식의 경우 상기와 같이 다이아몬드 입자와 입자가 겹쳐지지 않도록 연마구 몸체 상면에 다이아 몬드 입자들은 거치한 다음 입자들이 펼쳐지도록 강제 진동을 가하는 작업을 행하나 완벽하지 못하다. 또한 융착식에서도 다이아몬드 입자가 겹쳐지지 않도록 금속 분말 상에 다이아몬드 입자들을 뿌린다음, 프레스로 압착하지만, 이 또한 입자간의 평활도는 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.

도 1 은 본 발명상으로 실시되는 도금조의 개요를 나타낸 개요도

도 2 는 본 발명상으로 실시되는 스크린의 평면 개요도

도 3, 도 4, 도 5 는 종래 다이아몬드 식부 연마구 제조방법으로 제조하였을 시의 도금층 단면 형태를 도금 시간 경과에 따라 도시한 상태 단면도

도 6, 도 7, 도 8 은 본 발명상으로 실시되는 제조방법으로 제조하였을 시의 도금층 단면 형태를 도금 시간 경과에 따라 도시한 상태 단면도

도 9 는 융착법으로 도금하였을 시의 연마구 표면 현미경 사진

도 10 은 일반 도금법으로 도금하였을 시의 연마구 표면 현미경 사진

도 11 은 본 발명상으로 실시하였을 시의 연마구 표면 현미경 사진

(도면의 주요부분에 대한 부호설명)

1.도금조 2.도금액 3.원형주벽

4.받침대 5.받침대 상면 6.몸체

7.망판 8."-" 전극봉 9."+"전극봉(니켈 금속)

10.테두리 11.중심부 12.지지골조

13.중심공 14.스크린

D.다이아몬드 입자 T.1차 도금층 Ta. 2차 도금 층

본 발명은 상기와 같이 종래 전착식과 융착식에서의 문제점을 해결하고 전착식과 융착식의 장점만을 취할 수 있도록 하고 비교적 간단한 제조방법이면서도 그 작용효과가 우수한 다이아몬드 연마구의 제조방법으로서 이를 첨부한 도면에 의거하여 상술하면 다음과 같다.

도면 도 1 은 전착식 도금조(1)를 나타낸 도면으로서 도금조(1)의 구조는 공지한 도금액(2)이 저조되고 도금조 하단 중앙에 비전도 물질(합성수지 등)로 상부에 원형 주벽(3)이 돌설된 받침대(4)가 구비되고 받침대(4) 상면(5)에 연마구 모재가 되는 전도성 금속 몸체(6)(통상 스테인레스 스틸 플레이트) 상면에 미세한매쉬(mesh)로 된 비전도세선으로 되는 망판(7)을 결착하고 이 몸체(6)는 "-" 전극봉(8)이 연결되고 도금액에는 "+" 전극봉(9)(Ni금속)이 연결된 구조인 바 이 망판(7)과 금속몸체(6)의 결합 구조를 우선 상술하면 먼저 도금조(1)밖에서 일정한 직경과 두께로 되는 몸체(6) 상면에 몸체 직경보다 다수 큰 직경으로 되는 전기가 전도되지 않는 비전도 재질의 얇은 테두리(10)를 형성하고 이 테두리(10)의 중심부(11)로 부터 대략 방사상으로 다수개의 지지골조(12)가 테두리와 연결되게 하고 중심부(11)는 중심부를 압지하며 "-" 전극봉이 몸체(6)와 연결되어 전기가 도통되는 중심공(13)이 천설되고 테두리(10)내측과 중심부(11)외측과 지지골조(12)사이의 공간에는 입도#80(0.17±0.2m/m)의 다이아몬드 입자 하나 만을 수용할 수 있는 미세한 정사각 매쉬의 전기가 흐르지 않는 비전도물질의 미세사로 된 망판(7)으로 형성된 스크린(15)을 몸체(6) 상면에 밀착하여 볼트등의 공지한 체결수단으로 긴밀히 고정하고 이러한 스크린(15)이 결합된 몸체(6)를 도금조(1)에 설치된 받침대(4)에 스크린(14)이 상측에 위치되게 재치고정한 다음 스크린(14) 상면에 다이아몬드 입자(D)들을 올려놓고 공지한 방법으로 기계적 진동을 가하면 다이아몬드 입자하나, 하나는 스크린의 망목(目)마다 하나씩 수용되게 된다. 즉, 스크린의 목(目)의 크기가 다이아몬드 입자보다 10-20% 정도 큰것을 사용하므로서 1개이상의 다이아몬드 입자가 들어갈 수 없는 크기의 목으로 스크린(14)을 형성한다. 이와같이 입자와 입자간의 거리가 균일한 거리로 이격되고 높이 또한 거의 동일하며 중첩되는 입자들이 없도록 한 상태에서 도금조의 "+","-" 전극봉에 전류를 도통시키면 "+" 전극에 연결된 금속인 니켈"(Ni)" 분자는 이온화 되면서 Ni분자 상태로 석출되어 "_" 전극이 연결된 스테인레스 스틸 프레이트 등으로 되는 연마구 모재인 몸체(6) 상면에 전착되는데 이 때 이 전착되는 니켈 분자의 전착 두께가 다이아몬드 입자(D) 최하면을 둘러싸면서 일정한 두께(통상 다이아몬드 높이의 1/8~1/4두께)로 전착되므로 다이아몬드 입자(D)는 이 전착되는 니켈분자의 전착두께로 인하여 몸체(6)상면에 1차로 고착되게 된다.이 공정을 1 차 도금 작업이라 하고 이렇게 1 차 도금 작업이 완료되면 도금조(1) 내부에서 또는 도금조(1)에서 외부로 몸체(6)를 들어내어 진동등을 가하여 스크린(15)위에 재치되어 있던 다이아몬드 입자들을 제거하고 스크린(15) 또한 몸체(6)로 부터 분리하면 스크린(14)에 남아있거나 스크린 망(14) 목에 부정확하게 끼어있던 필요없는 다이아몬드 입자(D)들은 모두 탈락되고 몸체(6)상면에는 스크린 망(7)목에 수용되어서 정확한 위치에 있던 다이아몬드 입자들만 가로세로로 일정한 거리를 유지한 상태에서 질서 정연하게 1 차 도금층(T)이 형성된 상태가 되게 된다.

상기와 같이 1 차 도금 공정으로 다이아몬드 입자(D)를 몸체(6)상면에 가볍게 부착한 다음 본 발명상으로 실시되는 화학처리를 행하게 되는 바 즉 2차 도금을 행하기에 앞서 다이아몬드 입자 표면 상에 극히 적은 전도성을 부여하는 화학처리를 행한다음 다시 2 차 도금 처리를 행하면 종래 융착식에서의 장점인 도금 두께가 다이아몬드입자( D)를 도면 도 6 ~ 도 8 에 도시한 바와 같이 상협하광하게 감싸듯이 고착하도록 하는 도금이 이루어지는데 이러한 다이아몬드 입자(D) 표면에 전도성을 부여하기 위한 화학처리는 표(1)에 제시한 바와 같은

용액과 조건으로 처리하면 다이아몬드 입자 표면에 파라듐(Pd) 과 주석(Sn)이 불안정한 금속의 형태로 부착하게 된다. 불안정하게 부착된 금속들은 표(2)와 같은 조건의 처리를 행하면

다이아몬드 입자 표면상에 안정된 Pd만 석출되고 Sn은 용해되어 다이아몬드 입자 표면에 미세한 전도성이 부여된다. 위와같이 화학처리와 안정화 처리를 거치게 되면 연마구 모재인 몸체(6)에 부착되어있던 다이아몬드 입자는 그 표면에 미세한 전도성을 띄게되어 이 상태에서 표(3)와 같은 조건하에서 2 차 도금공정을 거치게 되면

첨부한 도면 도 6, 도 7, 도 8 에 도시한 바와 같이 1차 도금 표면으로부터 서서히 2 차 도금이 이루어져 2~4 시간이 경과하면 다이아몬드 입자(D) 상부 부근까지 2차 도금층(Ta)이 전착되면서 성장하게 되되 다이아몬드 입자(D) 표면에 미세한 전도성이 부여 되어 있어 이 전도성이 도금 소재인 니켈 분자를 유도하여 하나하나의 다이아몬드 입자를 상협하광하게 둘러싸는 도금층이 형성되는데 이러한 2 차 도금층(Ta)은 도면 도 8 의 상태와 같이 다이아몬드 입자의 상부 선단부만 노출된 상태가 가장 바람직하다. 그런데 만일 작업자의 실수등으로 2 차 도금층(Ta)이 다이아몬드 입자의 상부선단까지 성장하여 다이아몬드 입자 전체가 매몰되었을 때는 다이아몬드 입자 상단부는 하부에 비하여 도금 두께가 얇기 때문에 하기에 제시한 표(4)와 같은 조건하에서 에칭(etching)하여 다이아몬드 입자 선단부를 적당히 노출시킬 수 있다.

상기와 같이 극히 미세한 매쉬의 망판(7)으로 되는 스크린(14)을 연마구 모재가 되는 금속재 몸체(6)에 밀착시킨 상태에서 1차 도금층(5)이 일단 다이아몬드 입자(D)를 몸체(6)상면에 고정되게 한 상태에서 다이아몬드 입자 표면에 미약한 전도성을 부여하고 2 차 도금을 하여 2 차 도금층(Ta)을 전착하므로서 종래 전착식과 융착식에서의 단점을 해결하고 아울러 다이아몬드 입자가 일정한 배열을 갖는 양질의 다이아몬드 식부 연마구를 제조할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 스크린을 사용하여 다이아몬드 입자를 연마구 몸체에 균일하게 배열한 후, 상기 다이아몬드 입자를 연마구 몸체에 1차 도금하여 고정한 다음, 상기 스크린을 연마구 몸체에서 제거한 후, 1차 도금된 다이아몬드 입자를 2차 도금하여 견고히 고정하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법에 있어서,

   상기 다이아몬드 입자를 2차 도금하기 전에, 연마구 몸체에 1차 도금하여 고정된 다이아몬드 입자들에 전도성을 부여하는 단계와, 상기 전도성을 안정화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전도성을 부여하는 단계가, 1~10g/ℓPdCl₂와 10~100g/ℓ의 SnCl₂,50~100㎖/ℓ의 HCl(35%) 및 약간의 용액안정제를 포함하는 용액을 준비하는 단계와, 30°C ~60°C의 상기 용액 속에서 상기 1차 도금된 연마구를 1~10분간 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 안정화시키는 단계가, 100~500㎖/ℓ의 H₂SO₄(98%)의 용액을 준비하는 단계와, 상기 입자에 전도성이 부여된 연마구를 10~60°C의 상기 용액 속에 1~5분간 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상지 2차 도금하여 고정시키는 단계의 2차 도금이, 40~50°C의 Watt 용액과 2Dk의 전류밀도 및 3~5시간의 도금시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 2차 도금후, 다이아몬드 입자들이 도금으로 인해 형성된 도금층에 의해 매몰된 경우에, 상기 입자들을 도금층 밖으로 노출시키기 위한 에칭단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 에칭단계가, HNO₃(68%): 60%, HPO₄(98%): 20%, H₂SO₄(98%): 20%의 에칭용액과, 30~60°C의 온도 및, 5~120초의 침적시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 식부 연마구 제조방법.