KR101103137B1 - 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 패드 컨디셔너는, 원판형 또는 환형 몸체의 가공면에 복수개의 기판 조각을 부착하여 제조한다. 기판 조각에는, 루프 형태로 노출되어 패드를 컨디셔닝 하는 경질막 패턴이 기판 조각 내부까지 형성되어 있고 경질막 패턴 내부에는 보호막 패턴이 형성되어 경질막 패턴의 측벽을 지지한다.

연마, 패드, 컨디셔닝, 컨디셔너, 기판, 경질막

Description

패드 컨디셔너 및 그 제조 방법{PAD CONDITIONER AND THE METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 경질 입자에 의한 패드 컨디셔닝 과정을 나타내는 단면도들,

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 컨디셔너 제작에 필요한 기판 구조물의 경질막 및 보호막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들,

도 3a 내지 도 3j는 기판 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들,

도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 컨디셔너 제작에 필요한 기판 구조물의 경질막 및 보호막 형성방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들,

도 5a 내지 도 5j는 기판 구조물 형성 방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들,

도 6은 기판 구조물의 컨디셔닝 면을 나타내는 평면도들,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 일예를 나타낸 사시도,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 다른 예를 나타낸 평면도,

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너를 이용한 컨디셔닝 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100 : 기판 110 : 홀

200 : 경질막 200a, 200b, 200', 300: 경질막 패턴

220 : 보호막 220a, 220b, 400 : 보호막 패턴

210, 210a, 210b : 완충막 500: 기판 조각

600 : 몸체

본 발명은 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학기계적 연마에 사용되는 연마 패드를 컨디셔닝(conditioning) 하기 위한 연마 패드 컨디셔너 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

다이아몬드 입자와 같은 경질입자를 이용한 재료의 표면 가공은 기계가공 분야뿐만 아니라 반도체 칩의 생산 시에도 이용되고 있다. 특히, 반도체 칩 제작 시 평탄화 공정으로 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing)를 실시하는데, 이때 사용되는 연마 패드 표면의 거칠기를 항상 적정하게 유지하여야만 연마 속도 값이 떨어지지 않고 좋은 연마 균일도가 유지된다. 이를 위해 다이아몬드와 같은 경질입자로 연마패드의 표면을 적당한 거칠기로 유지시켜 주는데, 이를 컨디셔닝(conditioning) 혹은 드레싱(dressing)이라 한다.

도 1a는 패드 컨디셔너에 의한 컨디셔닝을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 패드 컨디셔너는, 일반적으로 몸체(10)와 본딩메탈(bonding metal)(20) 그리고 본딩메탈(20)에 의해 몸체(10)에 부착된 경질입자(30)로 구성되어 있다. 컨디셔너의 가공면이 연마 패드(40) 및 슬러리(50)와 접촉하여 움직일 때, 특히 경질입자(30)의 날카로운 모서리 부분(c로 도시됨)에 의해 연마 패드(40)의 표면이 컨디셔닝 된다. 이때, 모서리 부분은 다른 곳 보다 높은 압력을 받게 되어 빨리 마모가 일어나 도 1b에 도시된 바와 같이 곡률반경(R로 도시됨)이 점점 커지게 된다. 경질입자(30)의 크기가 100㎛ 내지 300㎛일 때 모서리의 곡률반경이 약 5㎛ 이상이 되면 경질입자의 컨디셔닝 능력이 거의 사라져 공구로서의 가치를 다하게 된다. 그리고 모서리의 곡률반경이 변하는 동안 계속해서 컨디셔닝 효율이 변화하게 되어 공정 안정도를 떨어트린다. 이와 같이 종래의 방법에서는, 경질입자 모서리의 곡률반경 변화로 인해 공정이 안정되지 못하며, 경질입자 중 극히 일부분만을 사용하고 버리게 되어 자원의 낭비를 초래하고 있다. 또한, 화학기계적 연마와 같이 가혹한 화학적 환경 하에서는, 컨디셔닝 도중 경질입자(30)가 본딩메탈(20)로부터 이탈되어 가공되고 있는 재료에 심각한 손상을 입힐 수가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기 경질입자에 해당하는 경질막의 곡률반경 변화를 최소화함으로써 패드 컨디셔닝 공정의 안정도를 향상하고 컨디셔너 사용시간을 늘려주며, 경질막의 이탈에 의한 피연마물체의 손상을 최소화 하는 패드 컨디셔너를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 패드 컨디셔너 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너는, 몸체와, 상기 몸체의 가공면에 부착된 복수개의 기판 조각과, 상기 기판 조각의 컨디셔닝 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되 상기 컨디셔닝 면에서 루프 형태로 노출되는 경질막 패턴 및, 상기 경질막 패턴 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함한다.

또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너 제조 방법은, 기판에 홀을 형성하는 단계와, 상기 기판 상부면과 상기 홀 측벽 및 저면에 경질막을 형성하는 단계와, 상기 경질막 위에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 결과물의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한쪽 면을 씨닝(thinning) 하여 상기 경질막 중 상기 홀 측벽에 형성된 부분을 노출하는 단계와, 상기 기판을 조각으로 나누는 단계 및, 상기 기판 조각 복수개를 몸체에 부착하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 컨디셔너 제작 시, 이에 필요한 기판 구조물의 경질막 및 보호막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 경질막 및 보호막의 형성은 다음과 같이 진행된다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 사진 및 식각 공정을 통해 기판(100)의 상부면으로부터 내부까지 이르는 홀(110)을 형성한다. 기판(110)은 실리콘(Si), 유리 또는 폴리이미드와 같은 폴리머로 이루어지며 기판(100)에 형성되는 홀(110)의 단면은 도 2b에 도시된 바와 같이 원형(110a), 타원형(110b), 다각형(110c), 장방형(110d) 등의 모양을 띌 수 있다. 도시하지는 않았지만 홀(110)의 단면은 상기 모양 이외도 상기 모양들의 조합으로 이루어진 다양한 모양을 띌 수 있다. 실리콘으로 이루어진 기판의 경우는, (001) 또는 (011) 방향의 웨이퍼를 마스킹 한 다음 습식 식각 하거나 건식 식각 하여 홀(110)을 형성하는데, 이때 도시하지는 않았지만 실리콘산화물이나 실리콘질화물과 같은 무기물질로 하드마스크(hard mask)를 제작하여 실리콘과 마스크 물질과의 식각 선택비를 높일 수 있다. 도 2b에 도시된 홀의 직경 D는, 혹은 폭 W는, 기판의 종류에 따라 10㎛ 내지는 500㎛의 값을 가질 수 있으며 홀의 깊이는 50㎛ 내지는 2500㎛의 값을 가질 수 있다. 홀의 직경이 크고(예컨대 100㎛ 이상) 애스팩비(aspect ratio)가 작은 경우(예컨대 10 이하), 유동성을 띈 유리나 폴리머에 침상의 금형을 접촉시켜 굳힘으로써 유리 혹은 폴리머 기판(100)에 홀(110)을 형성할 수 있다. 상술한 홀(110)의 형성에 있어서, 동일한 기판(100)에 모양과 직경이 다른 홀(110)들을 형성하여 이후에 제작될 컨디셔너의 기능을 다양화 시킬 수 있다.

도 2c를 참조하면, 기판(100) 상부면 및 홀(110) 내부에 박막 형태의 경질막(hard layer)(200)을 형성한다. 경질막(200)은 다이아몬드, DLC(Diamond-Like Carbon), CBN(Cubic Boron Nitride), 알루미나(Al₂O₃), 티타늄탄화물(TiC) 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막(예컨대 CBN/TiC)과 같은 고경도 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)방법 등으로 증착함으로써 형성된다. 경질막(200)의 두께는 0.05㎛ 내지 5㎛의 값을 갖는 것이 바람직하다.

도 2d는 경질막(200) 형성 전에 홀(110)을 구비하는 기판(100) 전면에 완충막(buffer layer)(210)을 더 형성하는 경우를 나타내고 있다. 완충막(210)의 형성은, 상술한 증착법을 이용할 수도 있고, 실리콘 기판과 같은 경우는 열산화(thermal oxidation)를 이용하여 표면에 실리콘 산화물을 형성할 수도 있다. 완충막(210)은 경질막(200)과 기판(100)과의 접착력을 향상시키고, 경질막(200)이 결정 형태를 갖는 경우에는 결정 성장이 잘 일어나도록 하는 역할을 한다. 예를 들면 실리콘으로 이루어진 기판(100)에 다이아몬드 결정으로 이루어진 경질막(200)을 CVD로 형성하려 할 때, 실리콘탄화물(SiC)로 이루어진 완충막(210)을 형성하면 다이아몬드의 성장이 쉬워진다. 완충막(210)의 다른 역할은 기판(100)과 경질막(200)의 급격한 경도 변화를 완화하는 것인데, 이를 위하여 완충막(210)의 경도가 기판(100)의 경도와 경질막(200)의 경도 사이에 있도록 완충막(210) 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 완충막(210)은 실리콘산화물, 실리콘질화물, 실리콘탄화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어질 수 있다. 또한, Ni 혹은 Co를 포함하는 내식성 금속으로 완충막(210)을 이룰 수 있다. 이후의 도면들에서는 도면의 단순화를 위해 완충막(210)이 형성되지 않은 경우를 주로 도시하기로 한다.

이어서 도 2e에 도시된 바와 같이 보호막(220)을 경질막(200) 위에 형성한다. 보호막(220)은 이후의 공정에서 노출되는 홀(110)의 측벽에 형성된 경질막(200) 부분을 보호하는 역할을 한다. 보호막(220)은, 경질막(200)보다 경도가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 보호막(220)과 경질막(200)이 동일면 상에 노출되어 컨디셔닝을 하게 될 때 보호막(220)이 빨리 마모되도록 하기 위함이다. 보호막(220)은 폴리실리콘, 실리콘산화물, 실리콘질화물, 실리콘탄화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어질 수 있다. 또한, Ni 혹은 Co를 포함하는 내식성 금속으로 보호막(220)을 이룰 수 있다. 이와 같은 보호막(220)은 CVD나 PVD와 같은 증착법으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 홀(110)의 내부를 보호막(220)으로 채워 넣어도 되는데, 홀(110)의 직경이 크지 않을 경우에는 증착 방법으로 홀 내부를 채워 넣을 수 있지만 홀(110)의 직경이 클 경우에는 도 2f에 도시된 바와 같이 SOG(Spin On Glass)와 같은 액상의 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 다음 큐어링(curing) 하여 보호막(222)을 형성하는 것이 바람직하다. 홀(110)의 내부를 채워 넣는 또 다른 방법은 도 2g에 도시된 바와 같이 경질막(200) 위에 증착법으로 보호막(220)을 형성한 다음 SOG 혹은 폴리머 레진과 같은 액상의 충전 물질(filler)(230)로 상기 홀(110)의 내부를 채워 넣은 다음 큐어링 하는 것이다.

도 2h를 참조하면, 홀(110)이 형성된 기판(100) 상에 경질막(204, 206)과 보호막(224, 226)을 번갈아가며 형성하면 복층으로 이루어진 경질막(204, 206)이 제작된다. 복층의 경질막(204, 206)을 제작할 때, 이들을 구성하는 물질의 조성이나 물질 자체를 층별로 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 하부의 경질막(204)은 알루미나로 형성하고 상부의 경질막(206)은 다이아몬드로 형성할 수 있다.

도 3a 내지 도 3j는, 상술한 도 2a 내지 도 2h를 통해 설명된 기판 구조물에서 경질막(200, 204, 206) 노출 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 경질막(200, 204, 206)과 보호막(220, 222, 224, 226)이 형성된 상기 기판 구조물에서 컨디셔닝에 이용되는 홀 측벽에 형성된 경질막 부분을 노출하여야 한다. 이를 위해 상기 구조물의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한쪽 면을 씨닝(thinning) 하여야 한다.

도 3a를 참조하면, 상기 도 2e의 구조에서 기판(100)의 상부를 그라인딩(grinding), 식각 또는 화학기계적 연마를 통해 제거함으로써(예컨대 A 및 A' 선이 이루는 수평면까지) 경질막(200) 중 홀(110) 내부에 형성된 부분이 노출된 기판 구조물이 완성된다. 이렇게 형성된 경질막 패턴(200a)은 화학기계적 연마 시 연마 패드와 접촉하여 연마 패드를 컨디셔닝 하게 된다. 또한 보호막(200) 중, 홀(110) 내부에 형성되어 경질막 패턴(200a)과 함께 형성된 보호막 패턴(220a)은 상기 경질막 패턴(200a)의 측면을 지지하며 보호한다. 그러므로 경질막 패턴(200a)은, 양 측면이 도시된 바와 같이 보호막 패턴(220a)과 기판(100)에 의해 지지되어 컨디셔닝 시, 연마 패드와의 마찰에 기인한 응력을 견뎌낼 수 있게 된다.

도 3b는 상기 도 2d와 같이 기판(100)과 경질막(200) 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때, 경질막(200) 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후 기판(100) 상부를 제거하여 경질막 패턴(200a)과 보호막 패턴(220a)을 형성하고 완충막(210a)을 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다. 여기서, 경질막 패턴(200a) 측면의 지지는 보호막 패턴(220a)과 완충막(210a)에 의해 이루어진다.

도 3c 및 도 3d를 참조하면, 먼저 도 3c는 상기 도 2f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 그라인딩 등의 방법으로 경질막 패턴(200a)과 보호막 패턴(222a)을 형성한 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 3d는 상기 도 2g와 같이 충전 물질(230)로 경질막(200)과 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 경질막 패턴(200a)과 보호막 패턴(220a)을 형성한 경우를 나타내고 있다. 이와 같이 홀(110)의 내부가 채워져 있는 경우, 컨디셔닝 시 생겨나는 찌꺼기 등이 기판(100) 상에 머무를 장소가 줄어들게 되어 보다 깨끗한 기판(100) 표면을 유지할 수 있게 된다.

도 3e는 복층의 경질막 패턴(204a, 206a)과 보호막 패턴(224a, 226a)이 형성된 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 2h와 같이 홀(110)이 형성된 기판(100)에 복층의 경질막(204, 206)과 보호막(224, 226)을 형성한 후 기판(100)이 드러나도록 그라인딩 등을 통해 기판(100) 상부를 제거함으로써 형성된다.

상술한 도 3a 내지 도 3e에 도시된 기판 구조물의 경질막 패턴(200a, 204a, 206a) 형성은 기판(100)의 상부를 씨닝(thinning)함으로써 이루어지며, 이와 같이 경질막 패턴(200a, 204a, 206a)이 노출된, 씨닝된 기판(100) 전면이 컨디셔닝 면(conditioning side)이 되어 연마 패드와 접촉하여 연마 패드를 컨디셔닝 하게 된다.

도 3f 내지 도 3j에 도시된 방법에서는, 상술한 방법과 달리 기판(100)의 하부를 씨닝하여 경질막을 노출함으로써 씨닝된 기판(100)의 후면이 컨디셔닝 면이 되게 한다.

도 3f를 참조하면, 상기 도 2e의 구조에서 기판(100)의 하부를 백그라인딩(back grinding) 및 식각 등의 방법으로 제거함으로써(예컨대 B 및 B' 선이 이루는 수평면까지) 경질막(200) 중 홀(110)내부에 형성된 부분이 노출된 기판 구조물이 완성된다. 이렇게 형성된 경질막 패턴(200b)은 화학기계적 연마에서 연마 패드와 접촉하여 연마 패드를 컨디셔닝 하게 된다. 또한 보호막(200) 중, 홀(110) 내부에 형성되어 경질막 패턴(200a)과 함께 형성된 보호막 패턴(220b)은 상기 경질막 패턴(200b)의 측면을 지지하며 보호한다. 그러므로 경질막 패턴(200b)은, 양 측면이 도시된 바와 같이 보호막 패턴(220b)과 기판(100)에 의해 지지되어 컨디셔닝 시, 연마 패드와의 마찰에 기인한 응력을 견뎌낼 수 있게 된다.

도 3g는 상기 도 2d와 같이 기판(100)과 경질막(200) 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때, 경질막(200) 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후, 기판(100)의 하부를 제거하여 경질막 패턴(200b)과 보호막 패턴(220b)을 형성하고 완충막(210b)과 함께 기판(100) 후면에 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다.

도 3h 및 도 3i를 참조하면, 먼저 도 3h는 상기 도 2f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 백그라인딩 등의 방법에 의해 경질막 패턴(200b)과 보호막 패턴(222b)을 형성하여 기판(100) 후면에 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 3i는 상기 도 2g와 같이 경질막(200)과 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 충전 물질(230)로 채워 넣은 후 상술한 방법에 의해 경질막 패턴(200b)과 보호막 패턴(220b)을 형성하고 기판(100) 후면에 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 3j는 복층의 경질막 패턴(204b, 206b)과 보호막 패턴(224b, 226b)이 형성되어 기판(100) 후면에 노출된 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 2h와 같이 홀(110)이 형성된 기판에 복층의 경질막(204, 206)과 보호막(224, 226)을 형성한 후 백그라인딩 등을 통해 기판(100) 하부를 제거함으로써 형성된다.

도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 컨디셔너 제작 시, 이에 필요한 기판 구조물의 경질막 및 보호막 형성방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 모든 부재의 재질은 상술한 방법 같으며 상술한 방법과 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 중복 설명은 배제하도록 한다.

도 4a를 참조하면, 상술한 방법에서와 같이 기판(100) 내부까지 이르는 홀(110)을 형성한 다음 박막 형태의 경질막(200)을 기판(100) 상부면 및 홀(110) 내부에 증착 방법을 통해 형성한다. 기판(100) 및 경질막(200)으로는 상술한 방법과 동일한 물질을 이용할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 에치백(etch back) 공정을 통해 경질막(200) 중 기판(100) 상부면 및 홀(110) 저면에 형성된 부분을 제거한다. 이때, 상기 부분을 충분히 제거하기 위해서는 약간의 과시각(over etching)이 필요한데, 이로 인해 인해 점선으로 표시하였듯이 홀(110)의 저면이 식각될 수 있다. 상기 에치백을 통해 홀(110)의 측벽에 경질막 패턴(200')이 형성된다. 이와 같이 도 4a에 있는 기판(100) 상부면 및 홀(110) 저면에 형성된 경질막(200) 부분을 제거하면, 넓게 분포되어 있는 경질막이 없기 때문에 이후에 이루어질 경질막 패턴(200') 노출을 위한 그라인딩이나 화학기계적 연마 공정이 부하를 덜 받게 된다.

도 4c 및 도 4d를 참조하면, 완충막(210)이 경질막(도시하지 않음)과 기판(100) 사이에 더 형성된 경우에 에치백 공정을 통해 경질막 중 완충막(210) 상부면 및 홀(110) 저면부에 형성된 부분을 제거하면 도 4c에 도시된 바와 같이 완충막(210)의 측벽에 경질막 패턴(200')이 형성 된다. 계속해서, 완충막(210) 중 기판(100) 상부면과 홀(110) 저면에 형성된 부분을 제거하면 도 4d에 도시된 바와 같이 홀(110)의 측벽에만 완충막(210')과 경질막 패턴(200')이 남게 된다. 상술한 방법에서와 같이 완충막(210)은 경질막(200)과 기판(100)과의 접착력을 향상시키고, 경질막이 결정 형태를 가지는 경우 결정 성장이 잘 일어나도록 하는 역할을 한다. 또 다른 완충막(210)의 역할은 급격한 경도의 변화를 완화시키는 것이다. 이후의 도면들에서는 도면의 단순화를 위해 완충막(210)이 형성되지 않은 경우를 주로 도시하기로 한다.

이어서 도 4e를 참조하면, 상기 도 4b에 도시된 결과물 전면에 보호막(220)을 형성한다. 보호막(220)은 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며 보호막(220)을 이루는 물질로는 상술한 방법과 동일한 물질이 이용될 수 있다.

도 4f 및 도 4g를 참조하면, 먼저 도 4f에 도시된 바와 같이 상기 도 4b의 결과물 전면에 SOG(Spin On Glass)와 같은 액상의 보호막(222)을 도포하여 홀(110) 내부를 채워 넣은 다음 큐어링(curing) 하여 보호막(222)을 형성할 수 있다. 홀(110)의 내부를 채워 넣는 또 다른 방법은 도 4g에 도시된 바와 같이 보호막(220)을 도 4b에 도시된 결과물 전면에 증착 형성한 다음 SOG 혹은 에폭시와 같은 액상의 충전 물질(230)로 상기 홀(110)의 내부를 채워 넣은 다음 큐어링 하는 것이다.

도 4h를 참조하면, 상술한 방법을 통해 상기 홀(110)의 측벽에 경질막 패턴(204')을 형성한 다음 기판(100) 상부면과 홀(110)의 저면부 그리고 경질막 패턴(204') 표면에 보호막(224)을 증착 형성하고 같은 방법으로 상기 결과물 위에 경질막 패턴(206')과 보호막(226)을 형성함으로써 복층의 경질막 패턴(204', 206')을 형성할 수 있다.

도 5a 내지 도 5j는, 상술한 도 4a 내지 도 4h를 통해 설명된 기판 구조물에서 경질막 패턴(200', 204', 206') 노출 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 경질막 패턴(200', 204', 206')과 보호막(220, 222, 224, 226)이 형성된 상기 기판 구조물에서 컨디셔닝에 이용되는 홀 측벽에 형성된 경질막 패턴 노출하기 위해 상기 구조물의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한쪽 면을 씨닝하여야 한다.

도 5a를 참조하면, 상기 도 4e의 구조에서 기판(100)의 상부를 제거함으로써(예컨대 A 및 A' 선이 이루는 수평면까지) 홀(110)의 측벽에 형성된 경질막 패턴(200')을 노출시킨다. 기판(100) 상부의 제거는 그라인딩, 식각 또는 화학기계적연마를 통해 이루어질 수 있다. 경질막 패턴(200')의 양 측면은 도시된 바와 같이 기판(100)과 보호막 패턴(220a)에 의해 지지되어, 컨디셔닝 시 경질막 패턴(200')이 연마 패드와의 마찰에 기인한 응력을 견뎌낼 수 있도록 한다.

도 5b는 상기 도 4c와 같이 기판(100)과 경질막 패턴(200') 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때 완충막(210)과 경질막 패턴(200') 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후, 기판(100) 상부를 제거하여 기판(100) 상부면에 경질막 패턴(200'), 보호막 패턴(220a) 및 완충막(210a)을 노출시킨 경우를 나타내고 있다. 여기서, 경질막 패턴(200') 측면의 지지는 완충막(210a)과 보호막 패턴(220a)에 의해 이루어진다.

도 5c 및 도 5d를 참조하면, 먼저 도 5c는 상기 도 4f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 그라인딩 등의 방법으로 경질막 패턴(200')과 보호막 패턴(222a)을 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 5d는 상기 도 4g와 같이 충전 물질(230)로 경질막 패턴(200')과 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 경질막 패턴(200')과 보호막 패턴(220a)을 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 5e는 복층의 경질막 패턴(204', 206')과 보호막 패턴(224a, 226a)이 형성된 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 4h의 결과물을 기판(100)이 드러나도록 기판(100) 상부를 제거함으로써 형성될 수 있다.

상술한 도 5a 내지 도 5e에 도시된 기판 구조물의 경질막 패턴(200') 형성은 기판(100)의 상부를 씨닝함으로써 이루어지며, 이와 같이 경질막 패턴(200', 204', 206')이 노출된, 씨닝된 기판(100) 전면이 컨디셔닝 면이 되어 연마 패드와 접촉하게 된다.

도 5f 내지 도 5j에 도시된 방법에서는, 상술한 방법과 달리 기판(100)의 하부를 씨닝하여 경질막을 노출함으로써 씨닝된 기판(100)의 후면이 컨디셔닝 면이 되게 한다.

도 5f를 참조하면, 상기 도 4e의 구조에서 기판(100)의 하부를 백그라인딩(back grinding) 및 식각 등의 방법을 이용하여 제거함으로써(예컨대 B 및 B' 선이 이루는 수평면까지) 상기 홀(110)의 측벽에 형성된 경질막 패턴(200')과 보호막 패턴(220b)이 기판(100) 후면에 노출된다.

도 5g는 상기 도 4c와 같이 기판(100)과 경질막 패턴(200') 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때 완충막(210)과 경질막 패턴(200') 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후, 기판(100)의 하부를 제거하여 기판(100) 후면으로부터 경질막 패턴(200'), 보호막 패턴(220b) 그리고 완충막(210b)을 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다.

도 5h 및 도 5i를 참조하면, 먼저 도 5h는 상기 도 4f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 백그라인딩 등의 방법으로 기판(100) 후면으로부터 경질막 패턴(200')과 보호막 패턴(222b)을 노출시킨 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 5i는 상기 도 4g와 같이 경질막 패턴(200')과 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 충전 물질(230)로 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 경질막 패턴(200'), 보호막 패턴(220b) 및 충전 물질(230b)을 기판(100) 후면으로부터 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 5j는 기판(100) 후면에 복층의 경질막 패턴(204', 206')과 보호막 패턴(224b, 226b)이 노출된 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 4h의 결과물에서 백그라인딩 등을 통해 기판(100) 하부를 제거함으로써 형성된다.

도 6은 상술한 방법들에 의해 제작된 기판 구조물의 컨디셔닝 면을 도시한 평면도들로서 상기 홀(110)의 측벽에 박막 형태로 형성된 경질막 패턴(200a, 200b, 200')은 도시된 바와 같이 컨디셔닝 면에서 루프(loop) 형태로 노출된다. 이때, 상기 도 2b에 도시된 홀(110a, 110b, 110c, 110d)의 모양에 따라 경질막 패턴은 원형 루프(300a), 타원형 루프(300b), 다각형 루프(300c), 장방형 루프(300d)의 모양으로 노출된다. 상기 모양 이외도 상기 모양들의 조합으로 이루어진 모양 등, 루프의 형태는 다양한 모양을 띌 수 있다. 또한, 경질막 패턴 내부에 형성된 보호막 패턴도 홀(110)의 모양에 따라 원형(400a), 타원형(400b), 다각형(400c), 장방형(400d) 등을 띄며 컨디셔닝 면에 노출된다. 도시하지는 않았지만, 복층의 경질막 패턴이 형성된 상기 도 3e와 같은 경우에는 컨디셔닝 면에 동심을 갖는 복수개의 루프 형태로 경질막 패턴이 노출된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 일예를 사시도로 표현한 것이다. 상기 패드 컨디셔너 제작을 위해 경질막 패턴(300)이 노출된 기판을 여러 조각으로 분리한 다음 도시된 바와 같이 원판 형상을 띈 몸체(600)의 가공면에 분리된 기판 조각(500)들을 부착한다. 여기서, 몸체(600)의 가공면은 패드 컨디셔닝 시 패드와 마주보는 면을 의미한다. 그러면 몸체(600)와, 상기 몸체(600)의 가공면에 부착된 복수개의 기판 조각(500)과, 상기 기판 조각(500)의 컨디셔닝 면으로부터 상기 기판 조각(500)의 내부까지 형성되되 상기 컨디셔닝 면에서 루프 형태로 노출되는 경질막 패턴(300) 및, 상기 경질막 패턴(300) 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴(300)의 측벽을 지지하는 보호막 패턴(400)을 포함하는 패드 컨디셔너가 완성된다. 여기서, 몸체(600)는 스테인리스스틸(stainless steel)과 같은 내식성 금속이나 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하다. 기판 조각(500)의 부착은 에폭시 또는 파라핀과 같은 접착물질을 이용하되 몸체(600)의 재사용이 가능하게 온도를 상승시키거나 일정한 용제(예컨대 트리클로르 에틸렌)에 담가 두면 부착된 기판 조각(500)의 분리가 쉽게 이루어지도록 한다. 그리고 도시하지는 않았지만 몸체(600)의 가공면에 기판 조각(500)이 부분적으로 들어가도록 홈을 형성할 수 있다. 이러한 홈은 접착물질과 더불어 패드 컨디셔닝 시 패드와 마찰에 의해 기판 조각(500)이 몸체(600)로부터 떨어져나가는 것을 방지 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 패드 컨디셔너의 다른 예를 평면도로 나타낸 것으로 상술한 컨디셔너와 다른 점은 환형의 몸체(610)에 기판 조각(500)들을 부착한 점이다. 이외에도, 도시 하지는 않았지만 막대 모양의 몸체에도 기판 조각(500)들을 부착하여 컨디셔너를 재작할 수 있다.

도 9a 내지 도 9d는 상술한 방법으로 제조된 패드 컨디셔너를 이용한 컨디셔닝 과정을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저 도 9a와 같이 동일 평면상에 노출된 기판(100), 경질막 패턴(300) 및 보호막 패턴(400)이 연마 패드(700) 및 슬러리(710)와 마찰하게 되면 기판(100) 및 보호막 패턴(400)이 경질막 패턴(300)보다 빨리 마모되어 상대적으로 경질막 패턴(300)이 도 9b에 도시된 바와 같이 주위보다 돌출하게 된다. 그러나 경질막 패턴(300)의 돌출이 커질수록 경질막 패턴(300)에 더 큰 압력이 가해져서 경질막 패턴(300)의 마모가 빠르게 일어나므로, 컨디셔닝이 진행됨에 따라 도 9c에 도시된 바와 같이 경질막 패턴(300)의 돌출 정도 및 돌출 부위의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 유지하게 된다. 이와 같은 경질막 패턴(300)의 돌출 정도 및 곡률반경의 크기는, 컨디셔닝 면에서 경질막 패턴(300)의 표면 밀도 및 경질막 패턴(300)의 두께(t로 도시됨) 등에 따라 결정된다. 특히, 도시된 바와 같이 경질막 패턴(300)이 경질막 두께의 반 이상, 즉 0.5t 이상, 돌출된 구조에서는 돌출된 부분의 곡률반경은 0.5t 이하의 값을 갖게 된다. 만약 도 9d와 같이 0.5t보다 큰 곡률반경 R₁이 형성되면 기하학적으로 측면에 0.5t보다 작은 곡률반경 r₂가 형성된다. 이와 같이 박막 형태로 형성된 경질막 패턴(300)은, 연마 패드와 접촉하게 되는 경질막 패턴(300) 끝의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 가질 수 있으므로 컨디셔닝 효율을 일정하게 유지할 수 있다.

경질막 패턴(300)의 돌출을, 패드 컨디셔너 사용 이전에 인위적으로 이룰 수 있다. 경질막 패턴이 노출된 기판의 컨디셔닝 면을 계속해서 화학기계적으로 연마하거나 식각하여 경질막 패턴 주위의 물질을 선택적으로 제거함으로써 경질막 패턴을 상대적으로 돌출시킬 수 있다. 그런 후에 경질막 패턴이 돌출된 상기 기판을 조각으로 분리하여 몸체에 부착하면 경질막 패턴이 돌출된 패드컨디셔너가 완성된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 패드 컨디셔너는 홀 측벽에 박막 형태로 형성된 경질막을 이용함으로써 패드 컨디셔닝 부위의 곡률반경 변화를 줄여주어 공정의 안정화를 이룰 수 있고 패드 컨디셔너 사용 시간을 늘려준다. 또한, 경질막의 측면을 기판 및 보호막으로 지지하여 줌으로써 경질막의 이탈을 방지하여 연마 패드의 손상을 최소화 할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (20)

1. 몸체;

   상기 몸체의 가공면에 부착된 복수개의 기판 조각;

   상기 기판 조각의 컨디셔닝 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되, 상기 컨디셔닝 면에서 루프 형태로 노출되는 경질막 패턴; 및

   상기 경질막 패턴 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함하는 패드 컨디셔너.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 경질막 패턴은 다이아몬드, DLC, CBN, 알루미나, 티타늄 탄화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 보호막 패턴은 상기 경질막 패턴을 이루는 물질보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 1항에 있어서,

    상기 경질막 패턴과 상기 보호막 패턴의 구조가 반복 형성되어 복층의 경질막 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
14. 삭제
15. 기판에 홀을 형성하는 단계;

    상기 기판 상부면과 상기 홀 측벽 및 저면에 경질막을 형성하는 단계;

    상기 경질막 위에 보호막을 형성하는 단계;

    상기 보호막이 형성된 기판의 상부면 또는 하부면 중 적어도 한쪽 면을 씨닝하여 상기 경질막 중 상기 홀 측벽에 형성된 부분을 노출하는 단계;

    상기 기판을 조각으로 나누는 단계; 및

    상기 기판 조각 복수개를 몸체의 가공면에 부착하는 단계를 포함하는 패드 컨디셔너 제조 방법.
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