KR101178281B1 - 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위해 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical Mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컨디셔닝시 발생하는 강한 마찰력으로 인한 문제점을 해결할 수 있도록 패드와의 마찰력을 감소시킬 수 있는 구조를 갖는 패드 컨디셔너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너{PAD CONDITIONER HAVING REDUCED FRICTION}

본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위해 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical Mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컨디셔닝시 발생하는 강한 마찰력으로 인한 문제점을 해결할 수 있도록 패드와의 마찰력을 감소시킬 수 있는 구조를 갖는 패드 컨디셔너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 미세 구조 및 다층 구조로 인해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술은 반도체 장치의 제조 프로세스에서 필수적인 기술이 되었다. CMP란 주로 반도체 제조공정 중 웨이퍼의 평탄화에 널리 적용되는 연마공정이지만 현재 CMP 기술은 층간 절연막의 평탄화에 이용될 뿐만 아니라, 예를 들면 Cu 배선 및 소자 분리의 다양한 프로세스에서 이용된다.

구체적으로 CMP 기술을 이용한 평탄화공정을 살펴보면, 회전되는 정반(Platen)위에 연마 패드를 부착하고 캐리어(Carrier)가 연마대상 물체인 웨이퍼를 잡고 그 패드 위에 슬러리(Slurry;연마액)을 공급하면서 웨이퍼를 잡고 있는 캐리어에 압력을 가한 상태에서 정반과 캐리어를 서로 상대 운동시켜 연마하는 가공방법이다.

따라서, 평탄화를 위한 CMP 기술에서, 웨이퍼와 같은 가공물 표면을 가로지르는 제거 속도의 균일성(연마 균일성)은 중요한 특성이다. 연마 균일성을 향상시키기 위해서, 가공물 표면을 가로지르는 제거 속도에 영향을 미치는 임의의 요소를 균일하게 분배하는 것이 중요하다. 이런 중요 요소로는 연마 압력과 연마할 때 상대 속도가 포함되지만, 연마 패드의 표면 상태도 중요한 정량적 요소가 될 수 있다.

즉, 사용되는 연마 패드의 표면에는 직경이 대략 30 - 70μm 정도인 수많은 미공들이 슬러리를 담아두어 가공물에 압력을 가할 때 펌핑 효과(Pumping Effect)를 냄으로서 연마효율(Removal Rate)을 증가 시켜주지만 연마가 진행됨에 따라 미공이 마모되고, 연마 잔류물이 연마패드의 미공을 막게 되며 연마패드가 마모됨에 따라 연마패드의 평탄화가 깨어지게 되기 때문이다.

연마 패드의 바람직한 표면 상태는 연마패드의 마모되거나 막힌 미공 그리고 깨어진 연마패드의 평탄화를 원상태로 복귀시키기 위해 컨디셔너를 이용하여 변형된 패드의 표면을 절삭하는 작업을 수행하여 연마 패드를 컨디셔닝함으로써 달성될 수 있다.

그러므로 컨디셔닝은 패드 컨디셔너가 연마 패드의 표면을 스크래핑 또는 러핑하기 위해 연마 패드와 접촉하는 다이아몬드와 같은 그라인더를 갖게 하여, 새로운 연마 패드의 표면 상태가 슬러리의 우수한 유지 능력을 갖는 초기 상태로 최적화되거나, 이용시 연마 패드의 슬러리 유지 능력이 연마 패드의 연마 능력을 유지하도록 회복되는 동작이다.

이와 같이 연마패드를 가공ㆍ조정하기 위해 이용되는 패드 컨디셔너의 일예로서, 종래에 연마패드를 컨디셔닝하는 데 보편적으로 사용되는 전착방법으로 제작된 다이아몬드 컨디셔너의 표면부근 구조를 확대하여 도시한 도1을 참조하면, 스테인레스 스틸로 된 몸체부(10)에 다이아몬드 입자(16)를 뿌려 니켈과 같은 금속(18)으로 다이아몬드입자(16)를 전착시킨 디스크(Electro Plated Diamond Disk)나 금속(18)을 융착하여 다이아몬드입자(16)를 고정시킨 디스크(Brazed Diamond Disk)등으로 구성되었다. 이러한 전착 혹은 브래이징 방법은 다이아몬드입자들(16)이 불규칙적으로 분포되어 있을 뿐만 아니라 다이아몬드 입자들은 크기가 서로 다른 것이 사용됨으로써 그 절삭부(12)의 표면 높이가 균일하지 않게 되어 컨디션닝된 연마패드의 표면조도가 거칠다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내특허 제10-0387954호에 개시되어 있는 바와 같이 기판의 표면에 상방으로 균일한 높이로 돌출되는 복수의 다각뿔대가 형성되고 그 표면에 다이아몬드층이 CVD로 증착된 구조를 갖는 CVD 패드 컨디셔너가 개발되었다.

그러나, CVD 패드 컨디셔너도 그 기판의 표면을 축선 주위로 회전되고 있는 패드의 표면에 대해 일정한 하중으로 압박함으로써 이 기판이 패드의 회전 운동에 수반하여 회전 운동을 행하고, 패드의 표면으로 파고들어가고 있는 절삭팁인 다각뿔대에 의해 패드(피삭재)의 표면을 가공ㆍ조정해야하므로, 컨디셔닝시 연마패드와의 마찰력이 상대적으로 커서 진동을 유발하는 문제점이 발생하였다.

또한, CVD 패드 컨디셔너는 보통 절삭팁인 다각뿔대가 0.5 mm ~5 mm 간격을 두고 형성되므로 상대적으로 도 1에 도시된 컨디셔너에 비해 절삭팁 사이의 간격이 넓기 때문에 연마시 연마패드 위에 공급되는 슬러리 입자의 균일한 분산(전개)이 어려운 문제점도 존재하였다.

본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 컨디셔닝시 발생하는 마찰력을 감소시킬 수 있는 구조를 통해 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있는 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연마패드위에 공급되는 슬러리 입자를 균일하게 전개시킬 수 있어 슬러리 응집에 의한 스크래치를 감소시킬 수 있는 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 컨디셔닝시 연마패드 표면의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있는 구조를 통해 연마패드에 의해 가공되는 가공물의 품질을 개선시킬 수 있는 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 패드 컨디셔너의 치수재현성이 우수하여 불량률이 감소되며 및 제조 속도가 증가하여 생산성이 향상된 패드 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 서로 다른 높이를 갖는 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 동일하게 상방으로 형성된 기판; 및 상기 다수의 돌출부 또는 상기 돌출부가 형성된 표면 전체에 형성되는 다이아몬드층을 포함하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부로 이루어진 제1높이군과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부로 이루어진 제2높이군으로 구성되고, 상기 제1높이보다 제2높이가 낮다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1높이군을 이루는 제1돌출부 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 제2돌출부가 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1높이군을 이루는 2개의 제1높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 1개의 제2높이돌출부가 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2높이군을 이루는 2개의 제2높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제1높이군을 이루는 1개의 제1높이돌출부가 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부로 이루어진 제1높이군과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부로 이루어진 제2높이군 및 제3높이를 갖는 다수의 제3돌출부로 이루어진 제3높이군으로 구성되고, 상기 제1높이보다 제2높이가 낮고 상기 제2높이보다 제3높이가 낮다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1높이군을 이루는 2개의 제1높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 1개의 제2높이돌출부 및 상기 제3높이군을 이루는 1개의 제3높이돌출부가 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1높이와 제2높이는 10-70㎛의 차이를 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 0.1 내지 2.5mm의 간격을 두고 형성된다.

또한, 본 발명은 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 서로 다른 높이를 갖는 다수의 돌출부가 이격되어 형성된 기판; 및

상기 다수의 돌출부 또는 상기 돌출부가 형성된 표면 전체에 형성되는 다이아몬드층을 포함하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 가장 높은 제1높이를 갖는 다수의 고높이돌출부가 서로 이격된 이격간격이 동일하게 형성되는 고높이군과, 상기 고높이군을 이루는 고높이돌출부들의 전체 이격공간 또는 일부 이격공간에 상기 제1높이보다 낮은 높이를 갖도록 형성되고, 상기 이격공간 하나 당 6개 이하의 저높이돌출부가 서로 동일 또는 상이한 높이로 이격되어 형성되는 저높이군으로 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 고높이돌출부는 0.5 내지 5.0mm의 간격을 두고 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 이격공간 하나 당 형성되는 저높이군이 서로 다른 높이를 갖는 3개 또는 5개의 저높이돌출부로 이루어지는 경우, 상기 저높이군을 이루는 저높이돌출부의 돌출윤곽이 중심부가 높고 양측이 낮은 라인을 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 가장 높은 제1높이인 다수의 고높이돌출부로 이루어진 고높이군과 제1높이보다 낮고 서로 동일 또는 상이한 높이를 가진 다수의 저높이 돌출부로 이루어진 저높이군을 포함하는데, 상기 고높이군과 저높이군은 2개 이상의 돌출부가 서로 이격되어 이루어진 다수의 단위군으로 형성되고, 상기 다수의 단위군은 1개 이상의 고높이단위군과 1개 이상의 저높이단위군이 교호로 배치되도록 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 저높이군을 이루는 다수의 저높이단위군은 각 단위군을 이루는 저높이 돌출부의 높이가 서로 동일하다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 돌출부는 전체적인 형상이 다각뿔대, 원뿔대, 다각기둥, 원기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부가 형성되는 표면은 i) 다각평판형 기판 혹은 원판형 기판의 한쪽 표면, ii) 안쪽 하강면에 비해 상대적으로 더 높은 바깥쪽 둘레면을 갖는 'U'자형 기판의 상기 바깥쪽 둘레면, iii) 각진 도넛형 기판의 한쪽 표면, 그리고 iv) 상기 'U'자형 기판 혹은 상기 각진 도넛형 기판의 한쪽 표면이 다수의 세그먼트로 분할된 세그먼트형 기판의 상기 세그먼트 표면으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다이아몬드층에 포함된 다이아몬드결정구조가 (1,0,0)방향성 성장면을 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 다이아몬드층은 CVD 공정에 의해 증착되어 형성되는데, 증착시 필라멘트온도는 1900~2000℃이고, 기판온도는 1000~1100℃이다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명의 패드 컨디셔너에 의하면 컨디셔닝시 발생하는 마찰력을 감소시킬 수 있는 구조를 통해 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 패드 컨디셔너에 의하면 연마패드위에 공급되는 슬러리 입자를 균일하게 전개시킬 수 있어 슬러리 응집에 의한 스크래치를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 패드 컨디셔너에 의하면 컨디셔닝시 연마패드 표면의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있는 구조를 통해 연마패드에 의해 가공되는 가공물의 품질을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 패드 컨디셔너 제조방법에 의하면 패드 컨디셔너의 치수재현성이 우수하여 불량률이 감소되며 및 제조 속도가 증가하여 생산성이 향상된다.

도 1은 전착방법으로 제작된 기존 다이아몬드 컨디셔너의 절삭부 표면부근 구조를 확대하여 도시한 확대단면도,
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 패드 컨디셔너1의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 3은 도 2에 도시된 패드 컨디셔너1의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 패드 컨디셔너2의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 5는 도 4에 도시된 패드 컨디셔너2의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 6은 본 발명의 실시예3에 따른 패드 컨디셔너3의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 7은 도 6에 도시된 패드 컨디셔너3의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 8은 본 발명의 실시예4에 따른 패드 컨디셔너4의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 9는 도 8에 도시된 패드 컨디셔너4의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 10은 본 발명의 실시예5에 따른 패드 컨디셔너5의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 11은 도 10에 도시된 패드 컨디셔너5의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 12은 본 발명의 실시예6에 따른 패드 컨디셔너6의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 13은 도 12에 도시된 패드 컨디셔너6의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 14는 본 발명의 실시예7에 따른 패드 컨디셔너7의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 구조를 도시한 확대단면도,
도 15는 도 14에 도시된 패드 컨디셔너7의 절삭팁 표면의 구조를 도시한 확대사시도,
도 16은 본 발명에 따라 패드 컨디셔너를 제조하는 공정을 나타낸 개략도
도 17는 본 발명에 따른 패드 컨디셔너의 절삭팁에 형성된 다이아몬드층의 (1,0,0)성장면을 보여주는 사진.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 첫 번째 기술적 특징은 CVD 패드 컨디셔너의 절삭면을 형성하는 절삭팁의 구조를 변경함으로써 컨디셔닝시 발생하는 마찰력을 감소시킴과 동시에 연마패드위에 공급되는 슬러리 입자를 균일하게 전개시킬 수 있어 슬러리 응집에 의한 스크래치를 감소시킨 것이다.

즉, 본 발명의 패드 컨디셔너는 피삭재로서의 연마패드가 다공성의 수지, 고무, 폴리우레탄고무 등의 탄성 변형을 하는 재료로 구성되어 있어 패드 컨디셔너의 절삭팁의 압입되는 깊이에 따라 압력이 달라지는 것에 착안하여 절삭부를 구성하는 절삭팁이 모두 균일한 높이를 갖는 종래의 CVD 패드 컨디셔너와는 달리 모두 균일한 높이를 갖지 않고 서로 다른 2가지 이상의 균일한 높이를 갖는 돌출부군을 일정 패턴으로 배치함으로써 마찰을 감소시켰을 뿐만 아니라, 돌출부 사이의 간격을 좁게 조정함으로써 슬러리 입자를 균일하게 전개 시킬 수 있기 때문이다.

상술된 기술적 특징을 구현하기 위해, 본 발명의 패드 컨디셔너는 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 서로 다른 높이를 갖는 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 동일하거나 상이하게 상방으로 형성된 기판; 및 상기 다수의 돌출부 또는 상기 돌출부가 형성된 표면 전체에 코팅되는 다이아몬드층을 포함한다. 이 때 다수 돌출부를 이루는 돌출부의 최저높이와 최고높이의 차는 10 내지 70um 범위인 것이 바람직하다.

먼저, 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 동일한 경우 다수의 돌출부는 돌출높이가 제1높이인 제1돌출부 및 제2높이인 제2돌출부로 구성된 2개의 돌출군 또는 제1높이 내지 제3높이를 갖는 제1돌출부 내지 제3돌출부로 구성된 3개의 돌출군이 일정패턴으로 배치되어 형성될 수 있다.

또한, 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 상이한 경우 다수의 돌출부는 돌출높이가 가장 높은 제1높이를 갖는 다수의 고높이돌출부가 일정간격으로 이격되어 형성되는 고높이군과, 일정패턴에 따라 고높이군을 이루는 고높이돌출부들의 전체 이격공간 또는 일부 이격공간에 제1높이보다 낮은 높이를 갖도록 형성되고, 이격공간 하나 당 6개 이하의 저높이돌출부가 서로 동일 또는 상이한 높이로 이격되어 형성될 수 있거나, 고높이군과 저높이군이 2개 이상의 돌출부가 서로 이격되어 이루어진 다수의 단위군으로 형성되고, 다수의 단위군은 고높이단위군과 저높이단위군이 교호로 배치되도록 형성될 수 있다. 이 때, 다수의 저높이단위군은 각 단위군을 이루는 저높이 돌출부의 높이가 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 패드 컨디셔너의 절삭부를 구성하는 절삭팁을 이루는 다수의 돌출부는 같은 높이를 가진 돌출부들은 동일한 폭을 갖지만 다른 높이를 가진 돌출부와는 그 폭이 서로 동일하거나 다를 수 있다.

또한, 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 동일한 경우 그 이격거리는 0.1 내지 2.5mm가 바람직하고, 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 상이한 경우에도 적어도 가장 높은 높이를 갖는 고높이군을 이루는 고높이돌출부 간의 이격거리는 동일한 것이 바람직한데, 특히 0.5 내지 5.0mm인 것이 바람직하다.

다수의 돌출부가 형성되는 일정패턴에 대해서는 후술하는 실시예 및 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다.

또한, 본 발명에 따른 패드 컨디셔너는 절삭부가 형성된 기판의 형상 및/또는 기판이 부착되는 바디부에 따라 다양한 형상을 갖는 여러 가지 다양한 구조를 가질 수 있으므로, 기판 및/또는 바디부의 다양한 구조의 예를 설명하기로 한다.

본 발명에서 기판은 다수의 돌출부가 형성될 수 있는 소정의 평면만 확보된다면 그 형상에 제한이 없다. 예컨대, 다각형 평판이나 원형 평판을 비롯해서, 한 쪽 표면의 외곽 띠 표면의 높이에 비해 그 가운데 부분의 표면 높이가 더 낮아 그 측 단면 형상이 컵형 구조 , 각진 도넛형 구조, 각진 도넛형 구조의 띠형표면에 중심에서 반경방향으로 연장되는 다수의 골(Valleys)이 형성된 세그멘트구조 등과 같은 여러 가지 공지된 패드 컨디셔너의 절삭부를 이루는 다양한 형상을 취할 수 있다.

그런데, 절삭부와 바디부를 포함하는 일반적인 패드 컨디셔너 구조에서 보통 바디부가 절삭부와 견고하게 접합하여 컨디셔닝 장치(conditioning equipment)의 모터 회전축에 연결시키는 역할이 주된 기능인 점을 고려하면 바디부가 필수적 요소라 보기 어렵다. 따라서, 본 발명의 패드 컨디셔너에서 바디부의 형태는 절삭부의 절삭팁이 몸체부 상면위로 노출되도록 절삭부를 접합하는 구조이기만 하면 그 형태가 컵형이거나 각진 도넛형 또는 그밖에 다른 형태 등 다양하게 변화를 줄 수 있다. 더 나아가 본 발명의 패드 컨디셔너에 포함된 기판이 모터회전축에 직접 결합되도록 구조적 변화를 주게 되면 바디부를 배제하는 것도 가능할 것이다.

본 발명에서 절삭부가 형성되는 기판의 재질은 공지된 구성의 세라믹 또는 초경합금인 것이 바람직한데, 특히 세라믹은 탄화규소 혹은 질화규소 혹은 알루미나를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 소재로 기판을 제조하게 되면, 절삭팁에 내마모성 및 내식성을 부여할 수 있고 장기간에 걸쳐서 절삭 능력을 저하시키지 않을 수 있기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 두 번째 기술적 특징은 CVD 패드 컨디셔너의 절삭면을 형성하는 절삭팁의 표면에 형성된 다이아몬드층의 결정구조까지도 고려하여 컨디셔닝시 발생하는 마찰력을 더욱 감소시킨 것이다.

즉, 본 발명은 컨디셔닝시 발생할 수 있는 마찰력을 가능한 줄이기 위해 CVD 공정에 의해 증착되어 형성되는 다이아몬드층의 성장면을 (1,0,0)방향으로 성장시켰을 뿐만 아니라, 코팅시 사용되는 다이아몬드입자의 크기를 고려하여 즉, 연마패드와 닿는 표면이 Smooth 해지도록 적어도 표면의 코팅은 나노결정 다이아몬드를 사용함으로써 컨디셔닝시 발생하는 마찰력을 더욱 감소시켰기 때문이다.

상술된 기술적 특징을 구현하기 위해 본 발명은 패드 컨디셔너의 다이아몬드층 형성시 필라멘트 온도를 1900~2000℃로 하고, 기판온도를 1000~1100℃로 하여 CVD 증착공정을 수행하였으며, 기존에 사용되는 입자크기(Grain Size)가 1~2um인 마이크로결정 다이아몬드(Micro Crystalline Diamond)를 코팅한 상부에 입자크기가 0.1um(=100nm) 이하인 나노결정 다이아몬드(Nano Crystalline Diamond)를 코팅하거나, 모든 코팅을 나노결정 다이아몬드로 수행하였다.

물론, 나노결정 다이아몬드의 코팅속도가 마이크로결정 다이아몬드의 코팅속도보다는 느리므로, 상기 다이아몬드 층은 총두께의 70~90%가 마이크로결정 다이아몬드(Micro Crystalline Diamond)에 의해 코팅되어 이루어지고, 상기 마이크로결정 다이아몬드에 의해 코팅된 면의 상부에 나머지 두께인 10~30%가 나노결정 다이아몬드(Nano Crystalline Diamond)에 의해 코팅되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이 때 다이아몬드층은 기판에 형성되는 다수의 돌출부 또는 그 돌출부가 형성된 표면 전체에 실질적으로 균일한 두께를 갖도록 증착되는데, 특히 층 두께는 절삭팁에 내마모성을 부여하는 동시에 코팅층이 부서지기 쉽지 않고 크랙을 생기지 않게 하는 범위로 한다.

또한, 본 발명의 세 번째 특징은 기판 상에 치핑(chipping)을 줄일 수 있는 방법을 통해 다수의 돌출부를 형성함으로써 치수재현성 및 생산성을 향상시킨 것이다.

즉, 본 발명의 패드 컨디셔너 제조방법에 의하면 기판의 표면에 에칭법을 이용하여 돌출부의 일부 또는 전부를 형성함으로써 치핑 없이 절삭팁유닛 즉 돌출부의 상부면 형성이 가능하기 때문이다.

이 때, 에칭에 의해 돌출부의 일부를 형성하는 경우 돌출부의 돌출높이는 총 돌출높이(h)의 1~50%인 것이 바람직하고, 기판 표면에 돌출부를 형성하기 전에, 돌출부가 형성될 표면이 정밀 연삭가공 및 래핑 가공되는 것이 보다 바람직하다.

실시예 1

도 2 및 도 3에는 본 발명의 패드 컨디셔너1의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도2 및 도3을 참조하여 패드 컨디셔너1의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭부(100)는 기판(110)과 기판의 일측 표면에 전체적으로 상방으로 돌출되어 서로 동일한 이격 간격으로 형성되는 다수의 돌출부로 구성된 절삭팁(120)과 절삭팁이 형성된 표면에 전체적으로 형성된 다이아몬드층(130)을 포함하는 것을 알 수 있다. 경우에 따라서는, 절삭팁(120)이 기판(110)의 표면 일부에만 형성될 수도 있고, 기판(110)의 다른 표면에는 바디부가 접합될 수도 있으며, 다이아몬드층도 절삭팁(120)에만 형성될 수도 있다.

본 발명에서 절삭팁(120)은 하나의 절삭팁유닛을 이루는 하나의 돌출부가 다수개 모여진 그룹을 의미하는 것이다.

도시된 바와 같이 절삭팁(120)은 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부(121a)로 이루어진 제1높이군(121)과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부(122a)로 이루어진 제2높이군(122)으로 구성되고 있는데, 특히 패드 컨디셔너1의 절삭팁(120)은 제1높이군(121)을 이루는 제1돌출부(121a) 사이마다 제2높이군(122)을 이루는 제2돌출부(122a)가 배치되므로, 절삭팁유닛의 높이가 "제1높이-제2높이-제1높이-제2높이"가 반복되도록 서로 동일한 이격간격으로 형성되는 전체적인 배열을 갖는 것을 알 수 있다. 이 때 이격간격은 1.0mm이고, 제1높이와 제2높이의 차는 50um이다

한편, 도면상에서는 절삭팁유닛인 돌출부가 사각기둥으로 도시되고 있으나 기판(110)표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 하면이 기판(110)표면을 이루기만 하면 형상의 제한은 없다.

또한 기판(110) 표면과 평행한 평면은 점이 아닌 면을 의미할 뿐 넓이의 제한이 없으며, 돌출부의 상단부 전체가 기판(110)표면과 평행한 평면으로 구성될 수도 있지만 상단부의 일부만 기판(110)표면과 평행한 평면으로 구성되는 것이 제한되는 것은 아니다. 따라서 필요에 따라 돌출부 상단부의 형상은 다양한 변경이 있을 수 있으나, 돌출부의 대략적인 전체 형상은 다각뿔대, 원뿔대, 다각기둥, 원기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이 다이아몬드층(130)은 절삭부(100)에 전체적으로 형성되었으나, 절삭팁(120)에만 형성되는 것이 제한되는 것은 아니다. 다이아몬드층(130)을 CVD 공법을 이용하여 증착시키는 기술적 구성은 공지되었으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이 때, 패드 컨디셔너1의 형상은 공지된 어떠한 형상도 가능하므로 패드 컨디셔너의 전체적인 형상은 도시하지 않았다.

실시예 2

도 4 및 도 5에는 본 발명의 패드 컨디셔너2의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여 패드 컨디셔너2의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너2의 절삭팁(120)은 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부(121a)로 이루어진 제1높이군(121)과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부(122a)로 이루어진 제2높이군(122)으로 구성되는 것은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하나, 제1높이군(121)을 이루는 2개의 제1돌출부(121a) 사이마다 제2높이군(122)을 이루는 1개의 제2돌출부(122a)가 배치되어 절삭팁유닛의 높이가 "제1높이-제1높이-제2높이-제1높이-제1높이-제2높이"가 반복되도록 서로 동일한 이격간격으로 형성되는 전체적인 배열을 갖는 것을 알 수 있다. 이 때 이격간격은 1.0mm이고, 제1높이와 제2높이의 차는 50um이다

실시예 3

도 6 및 도 7에는 본 발명의 패드 컨디셔너3의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하여 패드 컨디셔너3의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너3의 절삭팁(120)은 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부(121a)로 이루어진 제1높이군(121)과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부(122a)로 이루어진 제2높이군(122)으로 구성되는 것은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하나, 제2높이군(122)을 이루는 2개의 제2돌출부(122a)사이마다 제1높이군(121)을 이루는 1개의 제1돌출부(121a)가 배치되어 절삭팁유닛의 높이가 "제2높이-제2높이-제1높이-제2높이-제2높이-제1높이"가 반복되도록 서로 동일한 이격간격으로 형성되는 전체적인 배열을 갖는 것을 알 수 있다. 이 때 이격간격은 1.0mm이고, 제1높이와 제2높이의 차는 50um이다

실시예 4

도 8 및 도 9에는 본 발명의 패드 컨디셔너4의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 8 및 도 9를 참조하여 패드 컨디셔너4의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너4의 절삭팁(120)은 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부(121a)로 이루어진 제1높이군(121)과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부(122a)로 이루어진 제2높이군(122)과 제3높이를 갖는 다수의 제3돌출부(123a)로 이루어진 제3높이군(123)으로 구성되는 점에서 2개의 높이군 만을 갖는 실시예1 내지 실시예3의 패드 컨디셔너1 내지 3과 상이하지만 절삭팁유닛이 서로 동일한 이격간격으로 형성되는 점에서는 동일하다. 따라서, 패드컨디셔너4의 절삭팁(120)은 제1높이군(121)을 이루는 2개의 제1돌출부(121a)사이마다 제2높이군(122)을 이루는 1개의 제2돌출부(122a)와 제3높이군(123)을 이루는 1개의 제3돌출부(123a)가 배치되어 절삭팁유닛의 높이가 "제1높이-제2높이-제3높이-제1높이-제2높이-제3높이"가 반복되도록 서로 동일한 이격간격으로 형성되는 전체적인 배열을 갖는 것을 알 수 있다. 도시하지는 않았지만 "제1높이-제3높이-제2높이-제1높이-제3높이-제2높이"가 반복되는 배열도 가능할 수 있다. 이 때 이격간격은 0.7mm이고, 제1높이와 제2높이의 차는 30um이고, 제2높이와 제3높이의 차는 30um이다

실시예 5

도 10 및 도 11에는 본 발명의 패드 컨디셔너5의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 10 및 도 11을 참조하여 패드 컨디셔너5의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너5의 절삭팁(120)은 돌출부의 이격간격이 동일한 실시예1 내지 실시예3의 패드 컨디셔너1 내지 3과는 달리 돌출부의 이격간격이 상이한 배열구조를 갖는 것을 알 수 있다.

즉, 가장 높은 제1높이를 갖는 고높이군(124)을 이루는 다수의 고높이돌출부(124a)는 서로 이격 간격이 동일하게 형성되지만, 제1높이보다 낮은 높이를 갖는 저높이군(125)을 이루는 다수의 저높이돌출부는 고높이군(124)을 이루는 고높이돌출부들(124a)의 이격공간 하나 당 6개 이하의 저높이돌출부가 서로 동일 또는 상이한 높이로 서로 다른 간격으로 이격되어 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 고높이돌출부들(124a)의 모든 이격공간에 형성될 수도 있지만 도시된 바와 같이 일부 이격공간에만 형성될 수도 있기 때문이다.

특히, 패드 컨디셔너5의 절삭팁(120)은 고높이군(124)을 이루는 서로 동일한 간격으로 이격된 고높이돌출부들(124a)의 일부 이격공간에 제1높이보다 낮은 높이(이하 "제2높이")의 저높이군(125)을 이루는 2개의 저높이돌출부(125a)가 배치되어 절삭팁유닛의 높이는 "제1높이-제1높이-제2높이-제2높이-제1높이"가 반복되도록 형성되는 전체적인 배열을 갖지만, 절삭팁유닛의 이격 간격은 상이함을 알 수 있다. 이 때 고높이돌출부들(124a)의 이격간격은 2mm이고, 제1높이와 제2높이의 차는 50um이다

실시예 6

도 12 및 도 13에는 본 발명의 패드 컨디셔너6의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 12 및 도 13을 참조하여 패드 컨디셔너6의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너6의 절삭팁(120)은 2개의 높이군 만을 갖고 돌출부의 이격간격이 동일한 실시예1 내지 실시예3의 패드 컨디셔너1 내지 3과는 달리 돌출부의 높이군이 3개이고 패드 컨디셔너5와 같이 돌출부의 이격간격이 상이한 배열구조를 갖는다.

즉, 패드 컨디셔너6의 절삭팁(120)은 고높이군(124)을 이루는 서로 동일한 간격으로 이격된 고높이돌출부들(124a)의 일부 이격공간에 제1높이보다 낮은 높이의 저높이군(125)을 이루는 제2높이의 저높이돌출부(125b) 1개 및 제2높이보다 낮은 높이의 제3높이를 가진 2개의 저높이돌출부(125a)가 돌출윤곽이 중심부가 높고 양측이 낮은 라인을 갖도록 배치되어 절삭팁유닛의 높이는 "제1높이-제3높이-제2높이-제3높이-제1높이"가 반복되도록 형성되는 전체적인 배열을 갖지만, 절삭팁유닛의 이격 간격은 상이함을 알 수 있다. 이 때 고높이돌출부들(124a)의 이격간격은 2.0mm이고, 제1높이와 제2높이의 차 및 제2높이와 제3높이의 차는 각각 30um이다

도시하지는 않았지만, 고높이돌출부들(124a)의 이격공간에 5개의 저높이돌출부가 형성되는 경우에도 패드 컨디셔너6과 같이 돌출윤곽이 중심부가 높고 양측이 낮은 라인을 갖도록 배치되어 형성되는 것이 컨디셔닝시 발생하는 마찰력 등을 고려하면 바람직하다.

실시예 7

도 14 및 도 15에는 본 발명의 패드 컨디셔너7의 절삭부를 형성하는 절삭팁의 일부확대구조에 대한 단면도 및 사시도가 도시되어 있다.

도 14 및 도 15를 참조하여 패드 컨디셔너7의 절삭부 구조에 대해 살펴보면, 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조를 제외한 나머지 기술내용은 실시예1의 패드 컨디셔너1과 동일하므로 절삭팁(120)을 이루는 절삭팁유닛의 배열구조만을 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이 패드 컨디셔너7의 절삭팁(120)은 다수의 고높이돌출부(124a)로 이루어진 고높이군(124)과 고높이돌출부(124a)의 돌출높이보다는 낮고 서로 동일한 높이를 가진 다수의 저높이 돌출부(125b)로 이루어진 저높이군(125)을 포함하는데, 고높이군(124)과 저높이군(125)은 12개의 돌출부가 서로 이격되어 1개의 단위군을 이루는 다수의 단위군(124c, 125c)으로 형성된다. 특히 2개의 고높이단위군(124c)과 2개의 저높이단위군(125c)이 교호로 배치되는 것을 알 수 있다. 이 때 고높이단위군(124c)와 저높이단위군(125c)을 이루는 돌출부의 폭 및 이격간격과, 단위군 간 이격간격이 동일하게 도시되고 있으나 경우에 따라서는 폭 및 이격간격이 상이할 수 있다. 따라서, 절삭팁유닛의 높이는 "제1높이군-제1높이군-제2높이군-제2높이군"이 반복되도록 형성되는 전체적인 배열을 갖지만, 전체적으로 절삭팁유닛의 이격 간격은 상이함을 알 수 있다. 이 때 고높이돌출부들(124a)의 이격간격은 1.0mm이고, 제1높이군과 제2높이군의 차는 30um이다

실시예 8

실시예1에 도시된 패드 컨디셔너1의 제조

도16을 참조하여 실시예1에 도시된 패드 컨디셔너1의 제조방법을 상세하게 살펴보기로 한다.

도 16(a)에 나타난 바와 같이, 돌출부가 형성될 기판(110)표면 부분을 포토 리소그래피(photo lithography)공정을 행하여 패턴의 상부에 포토 마스크(photo mask)(110a)를 형성한다.

그 후, 도 16(b)에 나타난 바와 같이, 에칭공정에 의해 이격 간격 형성하여 패턴의 상부를 형성하여 돌출부의 상부(121a, 122a)를 돌출시킨다.

상기 에칭시 사용되는 가스로는 예를 들면, CF₄, CHF₃, SF₆, O₂, N₂, Ar등을 들 수 있다. 본 발명에서 이용될 수 있는 에칭법은 습식 에칭법(wet etching)이나 건식 에칭법(dry etching)모두 가능하지만, 에칭 속도를 고려할 때 건식 에칭법이 바람직하다.

다음에, 도 16(c)에 나타난 바와 같이, 가공에 의하여 나머지 돌출부를 돌출시켜 균일한 높이를 갖는 다수의 돌출부(121a)를 형성한다.

예를 들어, 돌출부의 총 돌출높이(h)가 100㎛인 경우, 바람직하게는 에칭에 의하여 1~50㎛ 정도 노출시킨 다음, 나머지 높이 즉, 99~50㎛를 가공에 의하여 돌출시키는 것이다.

이 때, 에칭 후의 가공은 연삭 및/또는 절삭 가공(이하, 단순히, '절삭가공'이라고도 함) 등에 의하여 행해질 수 있는데, 절삭가공에 바람직하게 사용될 수 있는 절삭공구로는 절삭 휠, 엔드 밀, 밀링 커터, 드릴 및 탭 등을 들 수 있다.

그 후, 균일한 높이를 갖는 다수의 돌출부(121a)를 정해진 패턴에 따라 연마가공 하여 다수의 돌출부(121a, 122a)가 서로 다른 높이를 갖도록 형성하는데, 2개의 고높이돌출부(121a) 사이에 저높이돌출부(122a)가 형성되는 패드 컨디셔너1의 패턴을 갖도록 균일한 높이를 갖는 다수의 돌출부(121a)의 일부를 상술된 절삭공구를 이용하여 절단하여 높이를 가공하여 저높이돌출부(122a)를 형성한다.

다음에, 서로 다른 돌출높이를 가진 다수의 돌출부가 형성된 기판을 전처리하고 다이아몬드 층을 코팅하게 된다. 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 CVD 증착공정 등을 들 수 있다. 이 때, 도 17에 도시된 바와 같이 다이아몬드 성장면이 (1,0,0)을 이루도록필라멘트 온도를 1900~2000℃, 기판온도를 1000~1100℃가 되도록 CVD공정조건을 조절하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 기판에 다수의 돌출부를 형성하기 전에 기판의 표면을 정밀 연삭가공과 래핑가공 하는 것이 보다 바람직한데, 즉 기판의 표면에 대한 정밀 연삭가공과 래핑가공을 수행하게 되면 기판 표면이 실질적으로 균일한 평탄도를 갖고 기판의 양쪽 표면이 실질적으로 평행을 유지하도록 할 수 있기 때문이다.

이와 같이, 본 발명에서 패드 컨디셔너의 절삭부를 이루는 절삭팁은 서로 다른 높이를 가진 다수의 돌출부로 구성되므로 본 발명의 패드 컨디셔너 제조시 전적으로 다이아몬드 휠 장비를 이용하기보다는 상술된 바와 같이 에칭법을 부분적으로 또는 전체적으로 이용하거나 구체적으로 설명하지는 않지만 CNC 장비를 부분적으로 또는 전체적으로 이용하여 원하는 패턴을 제조하는 것이 바람직하다.

비교예 1

종래의 공지된 방법으로 스테인레스 스틸로 된 몸체부에 다이아몬드 입자를 뿌려 다이아몬드입자를 전착시킨 전착디스크를 제조하였다.

비교예 2

국내특허 제10-0387954호에 개시된 방법에 따라 패드 컨디셔너의 절삭부를 높이가 거의 균일한 사각뿔대에 CVD 공정으로 다이아몬드층을 증착시켜 CVD 디스크를 제조하였다.

비교예 3

비교예 2의 다이아몬드층 증착시 다이아몬드 성장면이 (1,0,0)을 이루도록 CVD공정조건에서 필라멘트 온도를 1900~2000℃, 기판온도를 1000~1100℃가 되도록 조절하여 (1,0,0)성장면 CVD 디스크를 제조하였고, 그 성장면 사진을 도17에 도시하였다.

실험예 1

패드 컨디셔너의 torque값을 측정하기 위해 디스크 암부의 모터에 부하되는 부하량을 측정하는 실험을 수행하였다. 디스크(즉 패드컨디셔너)의 종류 및 압력 변화에도 디스크 회전모터에 부하되는 평균 torque량은 일정하여 평균 torque량으로 디스크 종류 및 압력에 따른 차이점을 확인 할 수 없었다. 다만, 디스크의 종류 및 압력 변화에 따라 torque 진폭은 변화하여 디스크 종류 및 압력에 따른 차이점을 확인 할 수 있었다. 즉, 부하가 클수록 torque range가 증가되며 반대로 부하가 작을수록 torque range가 감소되므로 torque range로 Disc의 부하 확인이 가능함을 알 수 있었다.

실험예 2

비교예1의 전착디스크, 비교예2의 CVD디스크, 비교예3의 (1,0,0)성장면디스크 및 실시예1의 패드컨디셔너1의 torque range를 측정하는 실험을 수행하고 그 결과를 표1에 도시하였다.

	비교예1	비교예2	실시예1	비교예3
Max	30.9	33.4	30.4	31.8
Min	18.7	16.8	17.5	18.6
Range	12.2	16.6	12.9	13.2
Average	24.4	24.4	22.5	23.5

표1로부터, 본 발명의 실시예1과 같은 구조를 갖는 패드 컨디셔너1이 종래 알려진 패드컨디셔너들에 비해 torque range가 작으므로 마찰력이 유의하게 감소됨을 알 수 있다. 또한, 본 발명이 제안한 바와 같이 다이아몬드층의 성장면을 (1,0,0)방향으로 성장시키게 되면 절삭팁이 거의 균일한 높이의 돌출부로 구성되어도 torque range가 작아 마찰력이 감소되는 효과가 있음을 알 수 있으므로, 절삭팁을 서로 다른 높이의 돌출부로 구성하는 동시에 다이아몬드층의 성장면을 (1,0,0)방향으로 성장시켜 증착하게 되면 마찰력 감소 효과가 보다 우수할 것이 당연히 예측된다.

실험예 3

절삭팁의 일정패턴에 따른 마찰력 감소효과를 살펴보기 위해 실시예1의 패드컨디셔너1, 실시예2의 패드컨디셔너2, 실시예3의 패드컨디셔너3의 torque range를 측정하는 실험을 수행하고 그 결과를 표2에 도시하였다.

	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3
Max	33.4	31.4	31.3	31.8
Min	16.8	17.3	16.3	16.4
Range	16.6	14.1	15	15.4
Average	24.4	23.8	23.7	25.4

표 2로부터, 절삭팁의 패턴이 달라져도 균일한 돌출부를 갖는 비교예2에 비해서 마찰력 감소효과가 현저하게 우수함을 알 수 있으나, 본 발명의 패드 컨디셔너를 비교하면 실시예1의 패드 컨디셔너1의 패턴이 다른 패턴에 비해 마찰력 감소효과가 더 우수함을 알 수 있다.

실험예 4

절삭팁을 이루는 다수의 돌출부가 서로 다른 2개의 높이군으로 구성되는 경우 제1높이와 제2높이의 차이에 따른 마찰력 감소효과를 살펴보기 위해 실시예1과 동일한 패턴을 갖지만, 낮은 절삭팁유닛의 높이를 변화시켜 제1높이와 제2높이의 차가 10um, 30um, 50um, 70um가 되도록 제조된 4개의 패드컨디셔너의 높이에 따른 torque range를 측정하는 실험을 수행하고 그 결과를 표3에 도시하였다.

하기 표 3으로부터, 높이차가 증가될 수록 torque range값이 적어지는 경향을 보임을 알 수 있다. 하지만 컨디셔닝 효과를 고려할 때 높이차 50um일때 가장 최적임을 알 수 있다.

	높이차10um	높이차30um	높이차50um	높이차70um
Max	30.4	31.2	31.4	32.4
Min	17.5	11.5	17.3	16.6
Range	12.9	13.7	14.1	15.8
Average	22.5	23.1	23.8	23.3

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10: 패드 컨디셔너 100 : 절삭부
110 : 기판 120 : 절삭팁
121 : 제1높이군 121a : 제1돌출부
122 : 제2높이군 122a : 제2돌출부
123 : 제3높이군 123a : 제3돌출부
124 : 고높이군 124a : 고높이돌출부
124b : 이격공간 124c : 고높이단위군
125 : 저높이군 125a,125b : 저높이돌출부
125c : 저높이단위군 130 : 다이아몬드층

Claims (19)

1. 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 서로 다른 높이를 갖는 다수의 돌출부가 서로 이격된 간격이 동일하게 상방으로 형성된 기판; 및
   상기 다수의 돌출부 또는 상기 돌출부가 형성된 표면 전체에 형성되는 다이아몬드층을 포함하는데,
   상기 돌출부는 그 상단부가 상기 기판의 표면과 평행한 평면을 갖는 다각뿔대, 원뿔대, 다각기둥, 원기둥 중 어느 하나의 형상을 갖도록 형성되고,
   상기 다이아몬드층은 CVD 공정에 의해 증착되어 형성되는데, 상기 다이아몬드층에 포함된 다이아몬드결정구조가 (1,0,0) 성장면을 이루도록 증착시 필라멘트 온도는 1900～2000℃이고, 기판온도는 1000～1100℃인 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부로 이루어진 제1높이군과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부로 이루어진 제2높이군으로 구성되고, 상기 제1높이보다 제2높이가 낮은 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1높이군을 이루는 제1돌출부 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 제2돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1높이군을 이루는 2개의 제1높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 1개의 제2높이돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2높이군을 이루는 2개의 제2높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제1높이군을 이루는 1개의 제1높이돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 제1높이를 갖는 다수의 제1돌출부로 이루어진 제1높이군과 제2높이를 갖는 다수의 제2돌출부로 이루어진 제2높이군 및 제3높이를 갖는 다수의 제3돌출부로 이루어진 제3높이군으로 구성되고, 상기 제1높이보다 제2높이가 낮고 상기 제2높이보다 제3높이가 낮은 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1높이군을 이루는 2개의 제1높이돌출부들이 형성된 사이마다 상기 제2높이군을 이루는 1개의 제2높이돌출부 및 상기 제3높이군을 이루는 1개의 제3높이돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1높이와 제2높이는 10-70㎛의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 돌출부는 0.1 내지 2.5mm의 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
   
10. 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖고 서로 다른 높이를 갖는 다수의 돌출부가 이격되어 상방으로 형성된 기판; 및
    상기 다수의 돌출부 또는 상기 돌출부가 형성된 표면 전체에 형성되는 다이아몬드층을 포함하는데,
    상기 돌출부는 그 상단부가 상기 기판의 표면과 평행한 평면을 갖는 다각뿔대, 원뿔대, 다각기둥, 원기둥 중 어느 하나의 형상을 갖도록 형성되고,
    상기 다이아몬드층은 CVD 공정에 의해 증착되어 형성되는데, 상기 다이아몬드층에 포함된 다이아몬드결정구조가 (1,0,0) 성장면을 이루도록 증착시 필라멘트 온도는 1900～2000℃이고, 기판온도는 1000～1100℃인 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 가장 높은 제1높이를 갖는 다수의 고높이돌출부가 서로 이격된 이격공간이 동일하게 형성되는 고높이군과, 상기 고높이군을 이루는 고높이돌출부들의 모든 이격공간 또는 일부 이격공간에 상기 제1높이보다 낮은 높이를 갖도록 형성되고, 상기 이격공간 하나 당 6개 이하의 저높이돌출부가 서로 동일 또는 상이한 높이로 이격되어 형성되는 저높이군으로 구성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 고높이돌출부는 0.5 내지 5.0mm의 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 이격공간 하나 당 형성되는 저높이군이 서로 다른 높이를 갖는 3개 또는 5개의 저높이돌출부로 이루어지는 경우, 상기 저높이군을 이루는 저높이돌출부의 돌출윤곽이 중심부가 높고 양측이 낮은 라인을 갖는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 돌출높이가 가장 높은 제1높이인 다수의 고높이돌출부로 이루어진 고높이군과 제1높이보다 낮고 서로 동일 또는 상이한 높이를 가진 다수의 저높이 돌출부로 이루어진 저높이군을 포함하는데, 상기 고높이군과 저높이군은 2개 이상의 돌출부가 서로 이격되어 이루어진 다수의 단위군으로 형성되고, 상기 다수의 단위군은 1개 이상의 고높이단위군과 1개 이상의 저높이단위군이 교호로 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저높이군을 이루는 다수의 저높이단위군은 각 단위군을 이루는 저높이 돌출부의 높이가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
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17. 제 1 항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부가 형성되는 표면은 i) 다각평판형 기판 혹은 원판형 기판의 한쪽 표면, ii) 안쪽 하강면에 비해 상대적으로 더 높은 바깥쪽 둘레면을 갖는 'U'자형 기판의 상기 바깥쪽 둘레면, iii) 각진 도넛형 기판의 한쪽 표면, 그리고 iv) 상기 'U'자형 기판 혹은 상기 각진 도넛형 기판의 한쪽 표면이 다수의 세그먼트로 분할된 세그먼트형 기판의 상기 세그먼트 표면으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 감소된 마찰력을 갖는 패드 컨디셔너.
    
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