KR101118537B1 - 연마공구 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CMP의 연마패드 등을 연마하는 연마공구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 다이아몬드 입자의 뾰족한 산 모양의 꼭지점이 전부 위로 향하도록 함으로써 연마효율을 극대화할 수 있고, 다이아몬드 입자의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연마속도 및 수명을 용도에 따라 조절할 수 있는 연마공구 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구로서, 상기 다이아몬드 입자 모두가 피삭재와 점 접촉하고; 연마가 진행되면서 피삭재와 접촉하는 면이 사각형이 되고; 그리고 연마가 진행되면서 다이아몬드 입자와 피삭재의 접촉면적이 순차적으로 일정하게 증가하도록 다이아몬드 입자가 배열되어 있는 연마공구 및 그 제조방법을 그 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 연마효율이 우수하고, 다이아몬드 입자의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연마속도 및 수명을 용도에 따라 조절할 수 있는 연마공구를 제공할 수 있다.

다이아몬드, 형상, 8면체, 흡입, 연마, CMP

Description

연마공구 및 그 제조방법{ Grinding Tool and Method for Manufacturing the Grinding Tool}

본 발명은 CMP의 연마패드 등을 연마하는 연마공구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용되는 다이아몬드 입자 수를 대폭적으로 줄이고 연마속도 및 수명을 용도에 따라 조절할 수 있는 연마공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 반도체 산업에서는 소자의 집적도가 높아지고 최소 선폭이 줄어들면서 CMP에 의한 광역평탄화 작업이 필연적으로 수행되고 있다.

CMP는 화학ㆍ기계적 연마가공으로서 연마 제거 가공과 화학액의 용해 작용을 동시에 이용하여 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻는 연마가공이다.

즉, CMP는 연마패드 위에 다이아몬드 입자와 화학액이 혼입된 연마액(slurry)을 공급하면서, 연마 패드와 웨이퍼를 가압, 상대 운동시킴으로써 화학ㆍ기계적 연마가공에 의해 웨이퍼의 평탄도를 얻는 것이다.

상기 연마 패드는 폴리우레탄 등으로 제조되며, 그 표면에는 수많은 발포 기공들이 형성되어 있어 연마액을 수용할 수 있으며, 기공 내에 수용되어 있던 연마액 은 연마가공시 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급된다.

상기와 같이 연마 패드에 형성된 기공내에 수용된 연마액이 연마가공시 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급됨으로써 일정한 연마 효율과 웨이퍼 전면에 연마 균일성을 얻을 수 있게 된다.

그러나, 연마중에 압력과 상대 속도가 부가되므로, 가공시간이 지남에 따라 연마패드의 표면은 불균일하게 변형되고, 연마패드 상의 미세기공은 연마 잔류물들로 막히게 되어 연마패드가 재역할을 잃게 된다.

이러한 연마패드의 불균일 변형과 미세기공의 막힘을 해결하기 위하여 다이아몬드와 같은 다이아몬드 입자가 부착된 연마공구(컨디셔너)를 사용하여 표면을 미세하게 연마해줌으로써 새로운 마이크로 기공이 나오도록 해주는 컨디셔닝 작업을 해준다.

종래의 연마공구의 일례가 도 1에 개략적으로 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 연마공구(100)는 스테인레스 또는 니켈 플레이트 등으로 이루어지는 금속기판(101), 이 금속기판(101)상에 고정되는 다수 개의 다이아몬드 입자(103) 및 이 다이아몬드 입자(103)들을 상기 금속기판(101)상에 고정시켜 주는 금속결합재층(102)을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 연마공구를 제조하는 방법으로는 다이아몬드 입자를 고정시키는 방식에 따라 전착방법, 융착방법 또는 소결방법이 사용되고 있으며, 연마입자로는 다이아몬드 입자 및 초지립입자(CBN) 등이 사용되고 있다.

일반적으로 다이아몬드 입자들은 입방정(Cubic), 사면체(Tetrahedral), 육면 체(Hexagonal), 팔면체(Octahedral) 등의 다양한 형상을 갖고 있고, 또한 그 크기도 다양하다.

지금까지의 다이아몬드 공구에서는 여러 형상이 혼재되어 있는 연마입자를 일정 크기 범위내로 선별하여 사용하고 있다,

즉, 지금까지의 다이아몬드 공구에는 여러 형상의 연마입자가 혼재되어 있고, 그 크기도 모두 동일하지 않을 뿐만 아니라 연마입자가 피삭재와 점 접촉, 선 접촉, 면접촉을 이루고 있는 것이 혼재되어 있다.

이와 같이, 종래 연마공구는 도 1에도 나타난 바와 같이, 여러 형상의 연마입자가 혼재되어 있고, 그 크기도 서로 다르고, 그 돌출 높이도 서로 다르게 되어 있기 때문에, 종래 연마공구를 사용하여 피삭재를 연마하는 경우에는 연마입자중 가장 돌출높이가 높은 연마입자만이 피삭재의 연마에 참여하게 되어 연마입자 모두가 연마에 참여하지 않아 연마효율(연마속도)이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

또한, 연마입자가 피삭재와 점 접촉, 선 접촉, 면 접촉이 혼재되어 있어 연마효율(연마속도)이 떨어지므로, 소정의 연마효율을 달성하기 위해서는 더 많은 다이아몬드 입자를 배열하여야 하는 문제점이 있다.

더욱이, 연마에 참여하는 다이아몬드 입자를 정확히 예측할 수 없으므로, 용도에 부합하는 연마효율(연마속도) 및 수명 등을 확보하도록 다이아몬드 입자를 배열할 수 없다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 다이아몬드 입자의 뾰족한 산 모양의 꼭지점을 전부 위로 향하도록 하여 피삭재와 점 접촉을 하게 함으로써 연마효율을 극대화할 수 있고, 다이아몬드 입자의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연마속도 및 수명을 용도에 따라 조절할 수 있는 연마공구 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구로서,

상기 다이아몬드 입자 모두가 피삭재와 점 접촉하고;

연마가 진행되면서 피삭재와 접촉하는 면이 사각 이상의 다각형이 되고; 그리고

연마가 진행되면서 다이아몬드 입자와 피삭재의 접촉면적이 순차적으로 일정하게 증가하도록 다이아몬드 입자가 배열되어 있는 연마공구에 관한 것이다.

본 발명의 연마공구에서 다이아몬드 입자의 배열이 다이아몬드 입자로서 크기가 동일한 8 면체 다이아몬드 입자를 모두 사용하고 이 다이아몬드 입자의 꼭지점이 모두 동일한 높이로 위로 향하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정 시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구를 제조하는 방법으로서,

모두 동일한 형상 및 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 준비하는 단계;

상기 다이아몬드 입자가 지지될 기판을 준비하는 단계;

목표로 하는 다이아몬드 입자배열에 따라 그 배열이 이루어지고 다이아몬드 입자의 일부만을 수용하는 제1다이아몬드 입자 수용홀을 갖고 그리고 그 두께가 다이아몬드 입자의 크기보다 작은 필름층을 상기 기판상에 형성하는 단계;

목표로 하는 다이아몬드 입자배열에 따라 그 배열이 이루어지고 그 크기가 다이아몬드 입자의 크기보다 큰 제2다이아몬드 입자 수용홀을 갖고 그리고 그 두께가 상기 필름층을 합하여 다이아몬드 입자 크기의 1/2 이상인 플레이트를 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀이 제1다이아몬드 입자 수용홀 위에 오도록 상기 필름층위에 위치시키는 단계;

상기 다이아몬드 입자를 하나의 꼭지점의 일단이 상기 기판에 접촉되고 서로 마주 보는 다른 꼭지점이 위를 향하도록 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀 및 상기 제1다이아몬드 입자 수용홀을 통해 상기 기판상에 위치시키는 단계;

상기 다이아몬드 입자를 기판에 임시로 부착시키는 단계;

상기 다이아몬드 입자가 기판에 임시로 부착된 후, 플레이트와 필름층을 제거하는 단계; 및

플레이트와 필름층이 제거된 후, 상기 다이아몬드 입자를 최종적으로 고정하기 위한 금속결합재층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 연마공구의 제조방법에 관한 것이다.

상기 연마공구의 제조방법에서 다이아몬드 입자는 8면체 형상의 다이아몬드 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 동일 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 다이아몬드 입자 선별장치로서,

하나의 다이아몬드 입자가 수용되는 수용홀이 다수 개 형성되어 있는 선별틀;

상기 선별틀의 수용홀에 수용되어 있는 다이아몬드 입자의 형상을 관찰하기 위한 렌즈;

상기 렌즈에 연결되어 렌즈를 통해 관찰된 다이아몬드 입자의 형상을 확대하여 나타내는 모니터; 및

상기 모니터를 통해 관찰된 다이아몬드 입자들 중 목표로 하는 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 입자선별시스템을 포함하는 다이아몬드 입자 선별장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 연마효율이 우수하고, 다이아몬드 입자의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 연마속도 및 수명을 용도에 따라 조절할 수 있는 연마공구를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

여기서 사용되는 다이아몬드 입자의 꼭지점은 4개 이상의 면이 만나는 점을 의미한 다.

물론, 상기 꼭지점은 기하학적인 의미의 것을 포함함은 물론 통상 당업계에서 사용되는 의미의 꼭지점도 포함됨은 물론이다.

또한, 8 면체 형상의 다이아몬드 입자를 예를 들면, 8 면체 형상의 다이아몬드 입자는 6개의 꼭지점을 갖는데, 여기서 말하는 꼭지점은 서로 마주보는 꼭지점간의 길이가 가장 긴 것을 의미하며, 따라서, 정 8면체의 경우에는 꼭지점이 6개가 되고, 8면체가 정 8면체가 아닌 경우에는 꼭지점이 2개가 된다.

또한, 다이아몬드 입자의 크기는 측정하는 방향에 따라 차이가 날 수 있는데, 여기서 사용되는 다이아몬드 입자의 크기는 서로 마주보는 꼭지점 간의 평균길이를 나타낸다.

또한, 여기서, 사용되는 '동일'이란 완전 동일은 물론 당업계에서 동일하다고 보는 것까지 포함함은 물론이다.

본 발명은 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구에 적용되는 것이다.

본 발명의 연마공구에서는 다이아몬드 입자 모두가 피삭재와 점 접촉하고, 연마가 진행되면서 피삭재와 접촉하는 면이 사각 이상의 다각형이 되고 그리고

연마가 진행되면서 다이아몬드 입자와 피삭재의 접촉면적이 순차적으로 일정하게 증가하도록 다이아몬드 입자가 배열된다.

도 5에 나타난 바와 같이, 상기 연마공구의 피삭재 쪽의 다이아몬드 입자의 두면이 만나는 변(L)들 각각과 중심(O)을 지나는 선(이하, '중심선'이라고 칭함)(X)가 이루는 각(θ)이 각각 20～40°(도)인 것이 바람직하다.

또한, 피삭재의 연마시 다이아몬드 입자 중심(O)으로부터 피삭재 쪽의 다이아몬드 입자의 꼭지점(a)까지의 거리(l)에 대하여 꼭지점에서 7.5% 가 되는 위치의 다이아몬드 입자의 마모면의 면적이 입자 중심부 면적의 2%미만이 되도록 다이아몬드 입자가 배열되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 연마공구에서 다이아몬드 입자의 배열은 다이아몬드 입자로서 크기가 동일한 8 면체 다이아몬드 입자를 모두 사용하고 이 다이아몬드 입자의 꼭지점이 모두 동일한 높이로 위로 향하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 연마공구에서 금속결합재층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 50～75%로 하는 것이 바람직하다.

상기 금속결합재층에는 다이아몬드 입자를 임시로 부착시키기 위한 도금층을 포함할 수 있다.

상기 도금층은 특별히 한정되는 것은 아니며, 다이아몬드 입자를 임시로 부착시킬 수 있으면, 어느 것이나 사용가능하며, 그 대표적인 것으로는 니켈 도금층을 들 수 있다.

상기 도금 층은 연속적인 것은 아니며, 다이아몬드 입자를 임시로 부착하기 위하여 다이아몬드 입자를 에워싸고 있으며, 그 두께는 다이아몬드 입자 크기의 5～25%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입 자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구를 제조하는 방법이다.

도 2에는 본 발명에 따라 연마공구를 제조하는 방법의 일례가 나타나 있는데, 이하, 이를 토대로 본 발명의 연마공구의 제조방법을 설명한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 연마공구를 제조하기 위해서는 8면체이고, 모두 동일한 크기를 갖는 다이아몬드 입자(203) 및 이들 다이아몬드 입자(203)들이 지지될 기판(201)을 준비하는 것이 필요하다.

이 때, 8면체 다이아몬드 입자(203)의 준비는 후술하는 도 3에 나타난 다이아몬드 입자 선별장치를 이용하여 행하는 것이 바람직하다.

다음에, 목표로 하는 다이아몬드 입자의 배열에 따라, 그 배열이 이루어지고 다이아몬드 입자(203)의 일부만을 수용하는 제1다이아몬드 입자 수용홀(2041)을 갖고 그리고 그 두께가 다이아몬드 입자(203)의 크기보다 작은 필름층(204)을 상기 기판(201)상에 형성한다.

상기 필름층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 10～ 30%로 하는 것이 바람직하다.

상기 제1다이아몬드 입자 수용홀의 크기는 다이아몬드 입자 크기의 50% 미만으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10～ 50%이다.

제 1 다이아몬드 입자 수용홀의 크기가 다이아몬드 입자 크기의 10% 보다 작으면 다이아몬드 입자의 꼭지점이 금속기판에 닿지 않게 되어 다이아몬드가 부착중 움직여 다이아몬드 입자 모두를 세우는 것이 곤란하고, 50%를 초과하는 경우에는 다이아몬드 측면과 필름과의 공간이 발생되어 다이아몬드가 기울어져 다이아몬드 입자 모두를 세우는 것이 곤란하게 되기 때문이다.

다음에, 목표로 하는 다이아몬드 입자배열에 따라 그 배열이 이루어지고 그 크기가 다이아몬드 입자(203)의 크기보다 큰 제2다이아몬드 입자 수용홀(2051)을 갖고 그리고 그 두께가 필름층의 것과 합하여 다이아몬드 입자 크기의 1/2 이상인 플레이트(205)를 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀(2051)이 제1다이아몬드 입자 수용홀(2041)위에 오도록 상기 필름층(204)위에 위치시킨다.

상기 플레이트는 다이아몬드 입자가 쉽게 빠져 나오지않으면서 다이아몬드 입자의 꼭지점이 기울어져 방향이 바뀌지 않도록 해주는 역할을 해준다.

이러한 역할을 확고히 하기 위하여 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀(2051)의 크기는 다이아몬드 입자 크기의 100~130%로 하는 것이 바람직하며, 그 두께는 상기 필름층 두께를 포함하여 다이아몬드 입자의 크기의 50~150%로 하는 것이 효과적이다.

그 이유는 플레이트의 제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기(직경)가 다이아몬드 입자 크기 대비 130% 이상이 되면 제2다이아몬드 입자 수용홀내에 존재하는 다이아몬드 입자들이 자유롭게 이동할 수 있는 공간이 발생하여 다이아몬드 입자의 꼭지점 방향이 위로 향하는 비율이 작아지기 때문이다.

이로 인하여 연마효율 향상이 둔화된다.

제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기가 다이아몬드 입자 크기에 대하여 100~110% 일 때 보다 바람직하며, 이렇게 함으로써 다이아몬드 입자의 꼭지점은 보다 정확히 위로 향하게 된다.

또한, 상기 필름층과 플레이트의 두께가 다이아몬드 입자 크기의 50% 미만이 되면, 다이아몬드 입자를 기판에 임시 부착하기 위한 도금시 다이아몬드 입자의 움직임이 발생되어 다이아몬드 입자의 꼭지점 방향이 위로 향하는 비율이 작아지게 된다.

다이아몬드 입자 크기 보다 필름층과 플레이트의 두께가 두꺼워지면 도금시 도금액의 흐름을 막아 균일한 도금층을 형성할 수 없어 바람직하지 못하다.

다음에, 상기 다이아몬드 입자(203)를 하나의 꼭지점의 일단이 상기 기판(201)에 접촉되고 서로 마주보는 다른 꼭지점이 위를 향하도록 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀(2051) 및 상기 제1다이아몬드 입자 수용홀(2041)을 통해 상기 기판(201)상에 위치시킨다.

이때, 다이아몬드 입자(203)를 기판상에 위치시킬 때, 도 4에 나타난 바와 같이,

흡입력에 의해 다이아몬드 입자(203)를 들어올리도록 구성되고 상하좌우로 이동 가능한 흡입관(441) 및 이 흡입관(441)에 연결되어 흡입관(441)에 다이아몬드 입자(203)를 흡입할 수 있는 흡입력을 부여하는 흡입모터(442)를 포함하는 흡입장치(400)로 흡입하여 다이아몬드 입자(203)를 기판상에 위치시키는 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기 다이아몬드 입자(203)를 기판(201)에 임시로 부착시킨다.

이때, 다이아몬드 입자의 임시 부착은 니켈과 같은 금속 도금에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.

도금 층(206)의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 5～25%로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 다이아몬드 입자(203)를 기판(201)에 임시로 부착한 후, 플레이트(205)와 필름층(204)을 제거한다.

상기와 같이 플레이트(205)와 필름층(204)을 제거한 후, 상기 다이아몬드 입자(203)를 최종적으로 고정하기 위하여 금속결합재층(202)을 형성함으로써 본 발명의 연마공구가 제조된다.

상기 금속결합재층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 50～75%로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 연마공구의 제조방법에서 다이아몬드 입자를 준비하는데, 보다 바람직하게 적용될 수 있는 다이아몬드 입자 선별장치의 일례에 대하여 설명한다.

도 3에는 본 발명의 연마공구의 제조방법에 바람직하게 적용될 수 있는 다이아몬드 입자 선별장치의 일례가 도시되어 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 다이아몬드 입자 선별장치(300)는 동일 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 것으로서, 하나의 다이아몬드 입자가 수용되는 수용홀(311)이 다수 개 형성되어 있는 선별틀(310), 이 선별틀(310)의 수용홀(311)에 수용되어 있는 다이아몬드 입자(303)의 형상을 관찰하기 위한 렌즈(320), 이 렌즈(320)에 연결되어 렌즈(320)를 통해 관찰된 다이아몬드 입자(303)의 형상을 확대하여 나타내는 모니터(330) 및 이 모니터(330)를 통해 관찰된 다이아몬드 입자들 중 목표로 하는 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 입자선별시스템(340)을 포함하여 구성된다.

상기 입자선별시스템의 바람직한 예가 도 3에 나타나 있는데, 도 3에 나타난 바와 같이, 입자선별시스템(340)은 흡입력에 의해 다이아몬드 입자(303)를 들어올리도록 구성되고 상하좌우로 이동 가능한 흡입관(341) 및 이 흡입관(341)에 연결되어 흡입 관(341)에 다이아몬드 입자(303)를 흡입할 수 있는 흡입력을 부여하는 흡입모터(342)를 포함한다.

도 3에서 부호 343은 다이아몬드 입자 수거함을 나타낸다.

상기 선별틀(310)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 투명한 재질로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 선별틀(310)의 재질을 투명한 재질로 만드는 경우에는 선별틀의 하부에서 광원을 주어 명암에 의해 다이아몬드 입자의 형상을 구별하면 더욱 용이하다.

또한, 선별틀(310)에 형성된 수용홀의 형상을 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위를 향하도록 하부로 갈수록 좁아지게 형성하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 수용홀의 형상을 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위를 향하도록 하방으로 갈수록 좁아지게 형성하는 것이다.

이렇게 함으로써 보다 확실히 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위를 향하도록 선별틀(310)에 형성된 수용홀에 수용되게 된다.

상기 흡입관(341)의 내경은 다이아몬드 입자의 꼭지점만을 흡착할 수 있도록 다이아몬드 입자 크기 보다 작도록 하는 것이 바람직하다.

상기 입자선별시스템(340)은 하나 또는 둘 이상 구비시킬 수 있다.

상기 입자선별시스템(340)은 선별틀(310)의 수용홀(311)에 수용되어 있는 다이아몬드 입자를 효율적으로 흡입할 수 있는 곳에 설치하면 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

도 2에 나타난 방식에 따라 연마공구를 제조하였다.

다이아몬드 입자로는 동일한 크기의 8면체 형상의 다이아몬드 입자를 사용하였으며, 그 크기(서로 마주보는 꼭지점간의 평균길이)는 0.2mm 였으며, 다이아몬드 입자 간의 간격은 0.5mm로 하였다.

필름층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 15%로 하고, 필름층에 형성된 제1다이아몬드 입자 수용홀의 크기를 하기 표 1과 같이 변화시키면서 도 2에 나타난 방식에 따라 연마공구를 제조하고, 제1다이아몬드 입자 수용홀의 크기(직경)에 따라 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이때, 플레이트의 두께는 0.1mm이고, 플레이트에 형성된 제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기는 0.25mm이였다.

임시 부착을 위한 도금은 니켈도금을 행하였으며, 도금층 두께는 30㎛ 였다.

시편 No.	제1다이아몬드 입자 수용홀 직경/ 다이아몬드 입자 크기 (%)	꼭지점이 위로 향해 있는 비율(%)
종래재	-	32
1	5	79
2	10	100
3	30	100
4	50	100
5	70	53

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 제1다이아몬드 입자 수용홀의 직경에 따라 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향하는 비율에 차이가 남을 확인할 수 있었고 그 크기가 다이아몬드 입자 크기의 50% 미만을 가질 때 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향하는 비율이 우수함을 알 수 있다.

(실시예 2)

플레이트의 두께를 하기 표 2에 나타낸 것과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1의 시편 3과 동일하게 하여 연마공구를 제조하고, 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	플레이트 두께/ 다이아몬드 입자 크기 (%)	꼭지점이 위로 향해 있는 비율(%)	비고
종래재	-	32	-
6	10	57	-
7	35	100	-
8	50	100	-
9	85	100	-
10	110	100	-
11	135	100	-
12	150	100	도금층 불균일

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 필름층과 플레이트의 두께 합이 다이아몬드 입자 크기의 50% 이상일 때 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율이 높음을 알 수 있다.

(실시예 3)

플레이트에 형성된 제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기를 하기 표 3에 나타낸 것과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1의 시편 3과 동일하게 하여 연마공구를 제조하고, 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	제2다이아몬드 입자 수용홀직경/ 다이아몬드 입자 크기 (%)	꼭지점이 위로 향해 있는 비율(%)
종래재	-	32
13	100	100
14	110	100
15	120	100
16	130	100
17	140	64

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 플레이트에 형성된 제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기가 다이아몬드 입자 크기에 대하여 100~130%일 때 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율이 높음을 알 수 있다.

(실시예 4)

다이아몬드 입자의 꼭지점에서 두면이 만나는 변들 각각과 다이아몬드 입자의 중심을 지나는 중심선이 이루는 각을 하기 표 4에 나타낸 것을 제외하고는 실시예 1의 시편 3과 동일하게 연마공구를 제조하여 다이아몬드 입자의 꼭지점이 위로 향해 있는 비율, 연마공구의 연마효율(연마량), 연마 후 다이아몬드의 깨진비율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때 연마량 측정에 사용된 피삭재 재료로는 폴리우레탄 재질의 씨엠피 패드를 사용하였다.

구분	다이아몬드 변과 중심선이 이루는 각	꼭지점이 위로 향해 있는 비율(%)	연마량 (㎛/hr)	다이아몬드 깨진비율(%)
종래재	-	32	102	0
18	10°	100	293	0.015
19	20°	100	245	0
20	30°	100	237	0
21	40°	100	216	0
22	50°	100	141	0

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 8면체 다이아몬드를 사용하여 다이아몬드를 세운 연마공구의 연마효율이 종래재 제품 대비 우수함을 알 수 있다.

다이아몬드 변과 중심선이 이루는 각이 10°일때 연마공구의 연마효율이 가장 높게 나타났으나 연마시 다이아몬드 변과 중심선이 이루는 각이 50°일때는 다이아몬드 입자의 꼭지점이 뾰족하지 못하게 되어 연마효율의 증감이 크지 않았다.

도 1은 다이아몬드 입자가 규칙배열로 배열된 종래의 CMP 패드용 컨디셔너의 일례도

도 2는 본 발명에 부합되는 연마공구의 제조방법의 일례를 나타내는 개략도

도 3은 본 발명의 연마공구의 제조방법에서 바람직하게 사용될 수 있는 다이아몬드 입자형상선별장치의 일례를 나타내는 측면도

도 4는 본 발명의 연마공구의 제조방법에서 기판 위에 다이아몬드 입자를 위치시킬 때 바람직하게 사용될 수 있는 다이아몬드 입자흡입장치의 측면도

도 5는 본 발명의 일례를 설명하기 위한 다이아몬드 입자의 일례를 나타내는 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100, 200. . . 연마공구 101, 201. . . 금속기판 102, 202. . . 금속결합재층 103, 203, 303. . . 다이아몬드 입자 204. . . 필름층 205. . . 플레이트

2041. . . 제1다이아몬드 입자 수용홀 2051. . . 제2다이아몬드 입자 수용홀

300. . . 다이아몬드 입자선별장치 310. . . 선별틀 311. . . 수용홀

320. . . 렌즈 330 . . . 모니터 340 . . . 입자선별시스템

341,441 . . . 흡입관 342,442. . . 흡입모터

Claims (14)

1. 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구로서,

   상기 다이아몬드 입자 모두가 피삭재와 점 접촉하고;

   연마가 진행되면서 피삭재와 접촉하는 면이 사각 이상의 다각형이 되고; 그리고

   연마가 진행되면서 다이아몬드 입자와 피삭재의 접촉면적이 순차적으로 일정하게 증가하도록 다이아몬드 입자가 배열되어 있으며,

   상기 연마공구의 피삭재 쪽의 다이아몬드 입자의 꼭지점에서 두면이 만나는 변(L)들 각각과 중심(O)을 지나는 선(이하, '중심선'이라고 칭함)(X)가 이루는 각(θ)이 각각 20～40°(도)인 다이아몬드 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 연마공구
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 피삭재의 연마시 다이아몬드 입자 중심(O)으로부터 피삭재 쪽의 다이아몬드 입자의 꼭지점(a)까지의 거리(l)에 대하여 꼭지점에서 7.5%가 되는 위치의 다이아몬드 입자의 마모면의 면적이 입자 중심부 면적의 2%미만이 되도록 다이아몬드 입자가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연마공구
4. 제1항에 있어서, 다이아몬드 입자의 배열이 다이아몬드 입자로서 크기가 동일한 8 면체 다이아몬드 입자를 모두 사용하고 이 다이아몬드 입자의 꼭지점이 모두 동일한 높이로 위로 향하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마공구
5. 제3항에 있어서, 다이아몬드 입자의 배열이 다이아몬드 입자로서 크기가 동일한 8 면체 다이아몬드 입자를 모두 사용하고 이 다이아몬드 입자의 꼭지점이 모두 동일한 높이로 위로 향하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마공구
6. 제1항에 있어서, 상기 금속결합재층은 다이아몬드 입자를 임시로 부착하기 위하여 다이아몬드 입자를 에워싸도록 도금된 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구
7. 제3항에 있어서, 상기 금속결합재층은 다이아몬드 입자를 임시로 부착하기 위하여 다이아몬드 입자를 에워싸도록 도금된 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구
8. 제4항에 있어서, 상기 금속결합재층은 다이아몬드 입자를 임시로 부착하기 위하여 다이아몬드 입자를 에워싸도록 도금된 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구
9. 제5항에 있어서, 상기 금속결합재층은 다이아몬드 입자를 임시로 부착하기 위하여 다이아몬드 입자를 에워싸도록 도금된 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마공구
10. 제6항에 있어서, 상기 금속결합재층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 50～75%이고, 그리고 상기 도금층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 5～25%인 것을 특징으로 하는 연마공구
11. 피삭재를 연마하는 다수 개의 다이아몬드 입자, 이 다이아몬드 입자를 지지해 주는 금속기판 및 상기 다이아몬드 입자들을 상기 금속기판상에 고정시켜 주는 금속결합재층을 포함하여 구성되는 연마공구를 제조하는 방법으로서,

    모두 동일한 형상 및 동일한 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 준비하는 단계;

    상기 다이아몬드 입자가 지지될 기판을 준비하는 단계;

    목표로 하는 다이아몬드 입자배열에 따라 그 배열이 이루어지고 다이아몬드 입자의 일부만을 수용하는 제1다이아몬드 입자 수용홀을 갖고 그리고 그 두께가 다이아몬드 입자의 크기보다 작은 필름층을 상기 기판상에 형성하는 단계;

    목표로 하는 다이아몬드 입자배열에 따라 그 배열이 이루어지고 그 크기가 다이아몬드 입자의 크기보다 큰 제2다이아몬드 입자 수용홀을 갖고 그리고 그 두께가 상기 필름층을 합하여 다이아몬드 입자 크기의 1/2 이상인 플레이트를 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀이 제1다이아몬드 입자 수용홀 위에 오도록 상기 필름층위에 위 치시키는 단계;

    상기 다이아몬드 입자를 하나의 꼭지점이 상기 기판에 접촉되고 서로 마주보는 다른 꼭지점이 위를 향하도록 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀 및 상기 제1다이아몬드 입자 수용홀을 통해 상기 기판상에 위치시키는 단계;

    상기 다이아몬드 입자를 기판에 임시로 부착시키는 단계;

    상기 다이아몬드 입자가 기판에 임시로 부착된 후, 플레이트와 필름층을 제거하는 단계; 및

    플레이트와 필름층이 제거된 후, 상기 다이아몬드 입자를 최종적으로 고정하기 위한 금속결합재층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
12. 제11항에 있어서, 다이아몬드 입자로서 8면체 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 필름층의 두께는 다이아몬드 입자 크기의 10 ～ 30%로 하고, 상기 제1다이아몬드 입자 수용홀의 크기는 다이아몬드 입자 크기의 10～ 50%로 하고, 상기 플레이트의 두께는 상기 필름층 두께를 포함하여 다이아몬드 입자의 크기의 50~150%로 하고, 그리고 상기 제2다이아몬드 입자 수용홀의 크기는 다이아몬드 입자 크기의 100~130%로 하는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법
14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자의 준비가, 동일 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 것으로서, 하나의 다이아몬드 입자가 수용되는 수용홀이 다수 개 형성되어 있는 선별틀 이 선별틀의 수용홀에 수용되어 있는 다이아몬드 입자의 형상을 관찰하기 위한 렌즈, 이 렌즈에 연결되어 렌즈를 통해 관찰된 다이아몬드 입자의 형상을 확대하여 나타내는 모니터 및 이 모니터를 통해 관찰된 다이아몬드 입자들 중 목표로 하는 형상을 갖는 다이아몬드 입자를 선별하는 입자선별시스템을 포함하여 구성되는 다이아몬드 입자 선별장치를 이용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 연마공구의 제조방법

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