KR100868658B1

KR100868658B1 - 연마공구 제조방법

Info

Publication number: KR100868658B1
Application number: KR1020070048864A
Authority: KR
Inventors: 조희철; 심기종
Original assignee: 조희철
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-12

Abstract

연마공구 제조방법은, 모재 상에 포토레지스트를 형성하는 제1 단계; 패턴이 형성된 마스크를 씌우고 노광하고 현상하여 상기 패턴을 포토레지스트에 전사하는 제2 단계; 상기 포토레지스트가 형성된 상기 모재 상에 연마지립을 산포하는 제3 단계; 및 전착을 수행하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 연마지립의 평균 입경의 50%의 직경을 가지는 원이 통과될 수 있는 면적을 유효 면적이라 할 때, 상기 패턴의 유효 면적의 너비는 상기 연마지립의 평균 입경의 50 ~ 70%의 범위 내에 있다. 상기 제4 단계 이후에, 고정되지 않은 연마지립을 제거한 후 전착을 수행하는 제5 단계를 추가적으로 포함한다. 상기 제5 단계 이후 또는 상기 제4 단계 이후에, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 전착 또는 브레이징을 수행하는 단계를 추가적으로 포함한다.

Description

연마공구 제조방법{METHOD FOR FABRICATING POLISHING TOOL}

도 1은 종래의 제조방법에 의하여 제조된 연마공구를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 2 내지 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연마공구 제조방법을 순차적으로 도식화한 단면도이다.

도 8은 도 2 내지 7의 제조방법에 의하여 제조된 연마공구를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 9 및 10은 도 3의 마스크의 패턴과 유효 면적의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 모재 20: 포토레지스트

30: 마스크 40: 연마지립

50, 51, 52, 53: 전착층

본 발명은 연마공구 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연마지립이 균일하게 분포하고 양산에 적합한 연마공구 제조방법에 관한 것이다.

연마공구는 모재(10) 상에 연마지립(40)이 고착된 구조를 갖는다.

연마공구, 특히 연마지립(40)으로 다이아몬드 지립을 사용하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 패드는 전형적으로, 모재(10)인 샹크(shank) 상에 다이아몬드 지립을 니켈 전착에 의해 고착시키거나 브레이징에 의하여 고착시켜 제조하게 된다.

이때, 연마 슬러리의 배출성과 연마성을 향상시키기 위해서, 다이아몬드 지립은 규칙적으로 배열되는 것이 바람직하다.

다이아몬드 지립을 규칙적으로 배열하는 종래의 방법은 다이아몬드 지립의 평균 입경과 유사하거나 1.5배 큰 실크스크린 망을 이용하거나 천공된 금속판, 메쉬망, 등을 모재(10)의 상부에 배치시키고, 그 위에 다이아몬드 지립을 뿌려 구멍에 통과된 다이아몬드 지립을 제외한 나머지 다이아몬드 지립을 제거한 후, 전착, 브레이징, 등을 수행하여 CMP 패드를 제조하여 왔다. 미설명 도면 부호 50은 전착층을 나타낸다.

그러나 이러한 종래의 제조방법은, 여러 번 사용 시 다이아몬드 지립이 실크스크린 또는 메쉬망에 끼어 블특정 부위가 막히거나 파손되어, 균일하고 일정한 다이아몬드 지립의 분산 효과를 얻을 수가 없고 (도 1 참조), 천공된 금속판의 제조 에 어려움이 많고, 제작 비용이 고가로 비효율적이다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 다이아몬드 지립이 균일하게 분포함으로써, 연마 슬러리의 배출성 및 연마성이 우수한 연마공구를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 제작이 용이하고 원가를 절감함으로써 양산에 적합한 연마공구 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 전착 불량을 최소화함과 동시에 전착 공정 효율은 극대화할 수 있는 연마공구 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마공구 제조방법을 제공하는데, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 상기 연마공구 제조방법은, 모재 상에 포토레지스트를 형성하는 제1 단계; 패턴이 형성된 마스크를 씌우고 노광하고 현상하여 상기 패턴을 포토레지스트에 전사하는 제2 단계; 상기 포토레지스트가 형성된 상기 모재 상에 연마지립을 산포하는 제3 단계; 및 전착을 수행하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 연마지립의 평균 입경의 50%의 직경을 가지는 원이 통과될 수 있는 면적을 유효 면적이라 할 때, 상기 패턴의 유효 면적의 너비는 상기 연마지립의 평균 입경의 50~70%의 범위 내에 있다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 상기 패턴은 원형 도트 배열로 형성되어, 상기 원형 도트의 직경이 상기 유효 면적의 너비가 된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 상기 패턴은 규칙적인 배열을 갖는다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 상기 연마지립은 다이아몬드, 텅스텐 카바이드, 알루미나, 실리콘 카바이드, CBN(Cubic Boron Nitride) 또는 실리콘 나이트라이드의 지립이다.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 상기 연마공구는 CMP(Chemical Mechanical Polighing) 패드이다.

본 발명의 제6 태양에 따르면, 상기 제4 단계에서는, 상기 연마지립의 평균 입경의 15~30%의 두께로 전착을 수행한다.

본 발명의 제7 태양에 따르면, 상기 제4 단계 이후에, 고정되지 않은 연마지립을 제거한 후 전착을 수행하는 제5 단계를 추가적으로 포함한다.

본 발명의 제8 태양에 따르면, 상기 제5 단계 이후에, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 전착 또는 브레이징을 수행하는 단계를 추가적으로 포함한다.

본 발명의 제9 태양에 따르면, 상기 제4 단계 이후에, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 전착 또는 브레이징을 수행하는 단계를 추가적으로 포함한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연마공구 제조방법을 순차적으로 도식화한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연마공구 제조방법을 순차적으로 설명한다.

먼저 도 2에 도시한 바와 같이, 전기 도금 가능한 모재(10), 즉 도전성 모재(10) 상에 포토레지스트(20)를 형성한다. (제1 단계) 전형적으로는, 모재(10)는 샹크가 되는데, CMP 패드에서는 통상 스테인레스강 또는 탄소강의 샹크가 사용된다.

다음으로 도 3에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(20) 위에 마스크(30)(감광용 필름 원고)를 씌우고 노광한다.

여기서 마스크(30)는 패턴을 가지는데, 그 패턴의 유효 면적의 너비는 연마지립의 평균 입경의 50 ~ 70%의 범위 내에 존재하는 것이 바람직하다. 여기서 유효 면적이란, 연마지립의 평균 입경의 50%의 직경을 가지는 원이 통과(접촉)될 수 있는 면적을 의미한다. 너비란 유효 면적의 외곽선의 임의의 일지점에서 가장 먼 다른 지점까지의 거리를 의미한다.

바람직하게는 상기 패턴은 원형 도트 배열로 형성된다. 이 경우 원형 도트의 직경이 유효 면적의 너비가 된다.

도 9 및 10에 패턴(P)과 유효 면적(E)의 관계를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 도 9에서는 패턴의 전(全) 면적이 유효 면적이 되지는 못하나, 도 10과 같이 원형 도트 패턴에서는 패턴의 전(全) 면적이 유효 면적이 된다.

패턴은 규칙적인 배열을 갖는 것이 바람직하다.

표 1은 다이아몬드 지립의 입도 및 평균 입경과 마스크의 패턴의 유효 면적의 너비의 관계를 나타낸다.

표시 입도(MESH)	사용 지립의 분급(MESH)	평균 입경(㎛)	유효 면적의 너비(㎛)
16	16/20	1190	595	833
20	20/30	840	420	588
30	30/40	590	295	413
40	40/50	420	210	294
50	50/60	300	150	210
60	60/80	250	125	175
80	80/100	177	89	124
100	100/120	149	75	104
120	120/140	125	63	88
140	140/170	105	53	74
170	170/200	88	44	62
200	200/230	74	37	52
230	230/270	63	32	44
270	270/325	50	25	35
325		44	22	31
400	325/400	37	19	26
600	22/36㎛	30	15	21
800	20/30㎛	20	10	14
1000	10/20㎛	15	8	11
1500	8/16㎛	10	5	7
2000	6/12㎛	8	4	6
3000	4/8㎛	5	3	4

다이아몬드 지립의 단면이 정육각형인 것으로 가정하였을 경우, 다이아몬드 지립의 평균 입경은 그 정육각형에 외접하는 원의 지름을 기준으로 한다.

이때 원에 내접하는 정육각형의 한 변의 길이는 그 원의 반지름과 같다.

다이아몬드 지립을 임의로 모재 상에 무작위 산포하였을 때 다이아몬드 지립은 가장 안정적인 위치로 모재 상에 자유낙하될 것이다. 여기서, 가장 안정적인 위치란 다이아몬드 지립의 정육각형 면이 모재 상에 안착되는 것을 말한다.

따라서 안착된 다이아몬드 지립을 1차 전착에서 모재에 부착시키기 위해서는 정육각형의 한 변의 길이보다 큰 개구부가 필요하다. 이런 이유로 패턴의 유효 면적의 너비가 다이아몬드 지립의 평균 입경의 50 ~ 70%가 되어야 한다. 50% 미만이 되면 각 패턴 내에 하나의 연마지립도 부착되지 못하고, 도 9에 도시한 바와 같이, 유효 면적의 너비가 다이아몬드 지립의 평균 입경의 70%를 초과하는 경우에는 두 개 이상의 연마지립이 부착될 확률이 높기 때문이다.

이처럼, 본 발명에서는 마스크(30)의 패턴의 최적 설계를 통하여 각 패턴마다 하나씩의 연마지립이 부착되도록 함으로써, 균일한 연마지립의 분포를 갖는 연마공구를 제공할 수 있게 하는 바, 이는 본 발명의 가장 핵심적인 특징을 이룬다.

다음으로 현상을 통하여 마스크(30)에 형성된 패턴을 포토레지스트(20)에 전사한다. 현상 공정이 완료되면, 상기 원형 도트 배열에 해당하는 모재 부위만이 노출된다. (도 3 및 4 -> 제2 단계)

다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(20)가 형성된 모재(10) 상에 연마지립(40)을 무작위로 산포하고 (제3 단계), 1차 전착을 수행한다 (제4 단계). 전형적으로는 니켈 전착이 수행되면, 이밖에도 NiP, 구리, 등의 전착이 수행될 수 있다.

1차 전착은 연마지립(40)의 15~30%의 두께로 수행되는 것이 바람직하다.

1차 전착이 수행된 후에는 상기 원형 도트 당 하나의 연마지립(40)이 고정된다.

연마지립(40)으로는, 다이아몬드 지립이 대표적이나, 이밖에도 텅스텐 카바이드, 알루미나, 실리콘 카바이드, CBN 또는 실리콘 나이트라이드의 지립이 사용될 수 있다.

그리고 나서, 바람직하게는 고정되지 않은 연마지립(40)을 예컨대 물로 씻어 제거한 후, 2차 전착을 수행한다. 2차 전착은 모재(10)의 취급시 임시 고정되어 있는 다이아몬드 지립이 떨어지지 않을 정도면 충분하다.

1차 전착 후에도, 연마지립(40)은 여전히 모재(10)의 전면적에 걸쳐 산포되어 있는데, 이 상태에서는 연마지립(40)으로 인하여 이온 침투가 원활하게 이루어지지 않는다. 이 상태에서 전류를 증가시키면 전기 도금 속도가 증가 되기보다는, 모재(10)가 산화되는 불량을 발생시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 1차 전착을 수행한 후, 불필요한 연마지립(40)을 제거하고, 그리고 나서 다시 2차 전착을 수행함으로써, 전착 불량을 최소화함과 동시에 전착 공정 효율을 극대화할 수 있도록 하였다.

미설명 도면 부호 51은 1차 전착에 의하여 형성된 전착층이다.

다음으로 도 6에 도시한 바와 같이, 잔류하는 포토레지스트(20)를 가성소다액, 등을 이용하여 침적 제거한다.

미설명 도면 부호 52는 1차 및 2차 전착에 의하여 형성된 전착층이다.

다음으로 도 7에 도시한 바와 같이 3차 전착 또는 브레이징을 수행하여, 연마지립(40)을 고착시킨다.

미설명 도면 부호 53은 1차 ~ 3차 전착을 통하여 형성된 전착층이다.

이러한 공정을 통하여 도 8에 도시한 바와 같이 연마지립(40)이 균일하게 분산 배치된 CMP 패드를 제조할 수 있다.

마스크(30)의 패턴을 CAD, 등의 작업으로 용이하게 디자인함으로써, 복잡하고 특정한 형상의 패턴을 가지는 연마공구를 정교하면서도 경제적으로 양산할 수 있게 된다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 연마지립이 균일하고 일정하게 분포함으로써, 연마 슬러리의 배출성 및 연마성이 우수한 연마공구를 제공할 수 있다.

특히 마스크의 패턴의 최적 설계를 통하여 각 패턴마다 하나씩의 연마지립이 부착되도록 함으로써, 연마지립이 더욱 균일하고 일정하게 분포할 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 제작이 용이하고 원가를 절감함으로써 양산에 적합한 연마공구 제조방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 전착 불량은 최소화함과 동시에 전착 공정 효율은 극대화할 수 있다.

Claims

모재(10) 상에 포토레지스트(20)를 형성하는 제1 단계;

패턴이 형성된 마스크(30)를 씌우고 노광하고 현상하여 상기 패턴을 포토레지스트(20)에 전사하는 제2 단계;

상기 포토레지스트(20)가 형성된 상기 모재(10) 상에 연마지립(40)을 산포하는 제3 단계; 및

전착을 수행하는 제4 단계;를 포함하여 이루어지되,

상기 연마지립(40)의 평균 입경의 50%의 직경을 가지는 원이 통과될 수 있는 면적을 유효 면적이라 할 때, 상기 패턴의 유효 면적의 너비는 상기 연마지립(40)의 평균 입경의 50 ~ 70%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 패턴은 원형 도트 배열로 형성되어, 상기 원형 도트의 직경이 상기 유효 면적의 너비가 되는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 패턴은 규칙적인 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 연마지립(40)은 다이아몬드, 텅스텐 카바이드, 알루미나, 실리콘 카바이드, CBN 또는 실리콘 나이트라이드의 지립인 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 연마공구는 CMP(Chemical Mechanical Polighing) 패드인 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제4 단계에서는, 상기 연마지립(40)의 평균 입경의 15~30%의 두께로 전착을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 제4 단계 이후에, 고정되지 않은 연마지립(40)을 제거한 후 전착을 수행하는 제5 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제7 항에 있어서,

상기 제5 단계 이후에, 상기 포토레지스트(20)를 제거하는 단계; 및 전착 또는 브레이징을 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 제4 단계 이후에, 상기 포토레지스트(20)를 제거하는 단계; 및 전착 또는 브레이징을 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구 제조방법.