KR101237740B1 - Ｃｍｐ 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성 패드컨디셔너 - Google Patents

Ｃｍｐ 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성 패드컨디셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위한 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로서, 절삭팁의 사이즈, 높이, 형상을 자유롭게 가공할 수 있을 뿐만 아니라 치수 재현성 및 생산성도 우수한 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 컨디셔너에 관한 것이다.

Description

ＣＭＰ 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성 패드컨디셔너{Method for Manufacturing a High-functional Pad Conditioner for Chemical Mechanical Planarization and High-functional Pad Conditioner produced thereby}
본 발명은 반도체 소자의 고집적화를 위한 웨이퍼의 광역평탄화 작업에 필요한 CMP 패드(Chemical mechanical Planarization Pad)용 컨디셔너에 관한 것으로서, 절삭팁의 사이즈, 높이, 형상을 자유롭게 가공할 수 있을 뿐만 아니라 치수 재현성 및 생산성도 우수한 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성 패드컨디셔너
현재 반도체 산업은 회로의 고속ㅇ고집적화가 이루어지고 있으며, 집적 용량이 점점 커짐에 따라서 칩의 크기는 점점 더 커지게 되고, 한계를 극복하기 위하여 배선 폭의 최소화와 웨이퍼의 대직경화를 거쳐 배선의 다층화와 같은 구조적인 변화를 하고 있다.
하지만, 소자의 집적도가 높아지고 최소 선폭이 줄어들면서 종래의 부분적인 평탄화 기술들로는 극복하지 못할 한계에 도달하였으며 가공능률이나 고품질화를 위해 웨이퍼 전면에 걸친 평탄화, 즉 광역평탄화(Global Planarization) 연마가공기술(CMP: Chemical Mechanical Planarization)이 유일한 해결책으로 사용되고 있다. CMP에 의한 광역평탄화의 요구는 현재의 웨이퍼 프로세스에서는 필연적이다.
CMP는 화학ㅇ기계적 연마가공으로 연마 제거 가공과 화학액의 용해 작용을 동시에 이용하여 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻게 되는 연마가공이다. 가공 원리는 연마 패드와 웨이퍼를 가압, 상대 운동시키면서 패드 위에 연마입자와 화학액이 혼입된 연마액(slurry)을 공급하게 되며, 이때 폴리우레탄 연마 패드 표면에 있는 수많은 발포 기공들이 새로운 연마액을 담아두는 역할을 하여 일정한 연마 효율과 웨이퍼 전면에 연마 균일성을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 연마 중에 압력과 상대 속도가 부가되므로, 가공시간이 지남에 따라 패드의 표면은 불균일하게 변형되고, 연마패드상의 기공이 연마 잔류물들로 막히게 되어 연마패드가 제 역할을 잃게 된다. 이러한 이유에서 전 가공시간 동안 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼간의 연마 균일성 등을 달성할 수 없게 된다.
이러한 패드의 불균일 변형과 기공의 막힘을 해결하기 위하여 컨디셔너를 사용하여 표면을 미세하게 연마해줌으로써 새로운 마이크로 기공이 나오도록 해주는 컨디셔닝 작업을 해준다.
컨디셔닝 작업은 생산성을 높이고자 본 작업인 CMP작업과 동시에 행할 수 있다. 이를 소위 인 시튜 컨디셔닝(In-situ Conditioning)이라 한다.
이때, CMP작업에 사용되는 연마액은 실리카, 알루미나, 또는 세리아 등과 같은 연마입자를 포함하며, CMP공정은 사용되는 연마액의 종류에 따라 크게 옥사이드 CMP와 메탈(Metal)CMP로 구분된다.
전자에 사용되는 옥사이드 CMP용 연마액은 pH값이 주로 10~12이고, 후자에 사용되는 메탈 CMP용 연마맥의 pH는 4이하이다.
또한, 전착방식으로 제조된 전착형 컨디셔너 기판상의 다이아몬드 입자를 잡아주는 금속결합재의 재질은 주로 니켈 또는 크롬 등과 같은 금속이 사용된다,
CMP공정이 어떤 방식에 따르던지 인 시튜 컨디셔닝을 할 경우에는 컨디셔닝과 본 작업이 동시에 진행되기 때문에 연마입자에 의해 연마패드 뿐만 아니라 다이아몬드 입자를 기판에 결합시켜주는 니켈과 같은 금속결합재도 함께 연마되어 버린다.
그 결과 다이아몬드 입자가 기판으로부터 탈락되는 형상이 일어난다.
나아가, 메탈 CMP의 경우에는 그 연마액이 강산성이므로 금속결합재의 부식현상이 함께 진행되어 결합력이 악화되고 종국에는 다이아몬드 입자의 탈락을 초래한다.
탈락된 다이아몬드 입자는 주로 연마과정에서 연마패드에 박히게 된다. 연마패드에 박힌 다이아몬드 입자는 웨이퍼 표면에 치명적인 스크래치를 유발하여 공정불량률을 높이는 한편, 결국에는 연마패드를 교환해야 하는 원인이 되기도 한다.
문제는 이 뿐만 아니다. 위와 같은 부식에 의해 금속결합재로부터 이탈된 금속이온은 메탈 CMP 공정중 반도체 회로의 메탈라인으로 이동하여 회로단락을 일으키는 이른바 금속이온오염현상(metal ion contamination)의 주원인으로 작용하기도 한다.
이러한 금속오염현상으로 인한 단락 불량은 회로를 만드는 모든 공정이 완료된 후 발견되기 때문에 그 생산 손실비용은 참으로 막대하다.
이러한 종래의 전착형 컨디셔너의 문제점을 개선시키고자 하는 기술이 국내 공개특허공보 제2000-24453호에 제시되어 있다.
상기 특허에는 도 1(a) 및 (b)에 나타난 바와 같이 적어도 한쪽 표면에 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥(28)이 배치된 기판(50); 및 상기 표면 전체에 실질적으로 균일한 두께로 코팅된 다이아몬드 층(52)을 구비하는 CMP 패드용 컨디셔너및 그 제조방법이 제시되어 있다. 도 1에서 미설명 부호 20은 몸체부를, 22는 절삭부를, 24 및 26은 도랑을 나타낸다.
상기 컨디셔너는 절삭 휠 등의 절삭공구에 의해 기판을 가공하여 상부면의 높이가 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥을 형성한 후, 가공된 기판의 표면을 CVD 증착공정에 의해 다이아몬드 층으로 코팅함으로써 제조된다.
그러나, 상기 특허와 같이 컨디셔너의 절삭팁을 형성하게 되면 다이아몬드 휠 등의 연마공구에 의해 기판을 가공하여 다각기둥을 형성하게 되므로 치핑(chipping)이 발생하며, 치수 재현성이 떨어져 불량율이 높아진다.
또한, 치핑을 줄이기 위해서는 연마가공 시 이송속도를 매우 느리게 해야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
더 나아가 연마공구로 절삭팁을 형성하게 되면 가공 가능한 절삭팁의 사이즈, 높이, 형상 등에 제약이 있게 된다. 통상 사용되는 원형의 다이아몬드 컨디셔너는 동일한 회전 속도에서 외주면의 선속도가 빨라 다이아몬드의 마모가 빨라진다. 따라서, 선속도가 빠른 외주면에 절삭팁의 밀도를 높여야 효율적인 컨디셔닝이 가능하나, 기존 방식으로는 직선 가공만이 가능하여 컨디셔너의 절삭팁의 패턴이 바둑판형식으로만 가공될 수 있어 절삭팁의 밀도를 위치별로 다양화하는데 문제점이 있다.
본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 컨디셔너에 형성되는 절삭팁의 사이즈를 보다 작게 가공할 수 있으므로 다수의 절삭팁을 패드와 접하게 하는 구성을 통해 컨디셔너의 컨디셔닝 효율을 향상시킬 수 있는 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컨디셔너에 형성되는 절삭팁의 형상을 패드나 슬러리의 종류에 따라 적절한 구조를 갖도록 팁의 형상과 높이가 사전에 디자인된 형상으로 가공 형성될 수 있는 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 컨디셔너에 형성되는 절삭팁의 패턴배열이 종래의 가공방법과 같이 바둑판 형식만으로 제한되지 않고 기능에 따라 원하는 배열을 갖도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 선속도가 빠른 외주면에 절삭팁의 밀도를 높이는 등 컨디셔너 동일면적 당 절삭팁의 밀도를 위치별로 다양화할 수 있는 고기능성 컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 컨디셔너에 형성되는 절삭팁을 세그먼트에 따라 여러 형상을 갖도록 형성할 수 있어 컨디셔닝 효율을 보다 향상시킬 수 있는 고기능성컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 치수재현성이 우수하여 불량률이 감소되며, 제조 속도가 증가하여 생산성이 향상된 고기능성 컨디셔너 제조방법 및 그 방법으로 제조된 고기능성컨디셔너를 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 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖는 다수의 기둥형 또는 뿔대형 돌출부가 기 설정된 패턴에 따라 레이져 가공에 의해 서로 이격되어 형성되는 돌출부형성단계; 및 상기 다수의 돌출부가 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하며, 상기 돌출부형성단계는 상기 돌출부가 돌출부의 크기, 돌출부의 높이, 돌출부의 형상, 및 패드의 포어사이즈 중 하나 이상에 따라 그룹으로 구분 형성되어 다수의 세그먼트를 이루도록 수행되는데, 상기 다수의 세그먼트는 상기 패드의 큰 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 큰 포어용 절삭팁이 배열된 제1세그먼트, 상기 패드의 중간 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 중간 포어용 절삭팁이 배열된 제2세그먼트, 상기 패드의 작은 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 작은 포어용 절삭팁이 배열된 제3세그먼트, 및 상기 패드의 찌꺼기를 제거할 수 있는 스트라이프(stripe)구조의 절삭팁이 배열된 제4세그먼트 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 돌출부의 사이즈는 코팅단계 전에는 30um이하이며, 다이아몬드층으로 코팅된 후에는 50um이하이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기 설정된 패턴에 따라 형성되는 돌출부가바둑판형식에서 벗어나 원주 방향으로 동일 또는 상이한 형태의 패턴으로 반복 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 돌출부는 사각형, 원형, 반원형, 삼각형, 마름모 및 육각형으로 이루어진 형태그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 형태를 갖는다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 돌출부는 높이 및 이격 간격 중 하나 이상이 각각 또는 그룹별로 상이하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기 설정된 패턴은 컨디셔닝될 패드의 종류, 현재 상태, 및 사용되는 슬러리의 종류 중 하나 이상을 고려하여 설계된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 돌출부 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공 및 래핑가공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코팅단계 전에, 상기 다수의 돌출부 상단부 평면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성한다.
또한, 본 발명은 절삭팁의 크기, 절삭팁의 높이, 절삭팁의 형상, 패드의 포어사이즈 중 하나 이상에 따라 다수의 절삭팁이 그룹으로 구분 형성되는 다수의 세그먼트를 포함하는데, 상기 다수의 세그먼트는 상기 패드의 큰 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 큰 포어용 절삭팁이 배열된 제1세그먼트, 상기 패드의 중간 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 중간 포어용 절삭팁이 배열된 제2세그먼트, 상기 패드의 작은 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 작은 포어용 절삭팁이 배열된 제3세그먼트, 및 상기 패드의 찌꺼기를 제거할 수 있는 스트라이프(stripe)구조의 절삭팁이 배열된 제4세그먼트 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너를 제공한다.
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바람직한 실시예에 있어서, 상기 다수의 세그먼트는 각 세그먼트 당 그룹으로 형성된 절삭팁의 크기 또는 높이 중 하나 이상이 2개 이상의 규격을 갖는다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명에 의하면 컨디셔너에 형성되는 절삭팁을 종래의 가공방법으로 제작되는 컨디셔너보다 작게 가공할 수 있으므로, 이러한 구성을 통해 직접적인 일을 하는 돌출부의 상부 절삭부의 면적이 동일하다는 전제하에서 다수의 절삭팁을 패드와 접하게 할 수 있으므로 컨디셔너의 컨디셔닝 효율을 향상킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 컨디셔너에 형성되는 절삭팁의 형상을 패드나 슬러리의 종류에 따라 적절한 구조를 갖도록 가공 형성 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 컨디셔너에 형성되는 절삭팁의 패턴배열이 종래의 가공방법과 같이 바둑판 형식만으로 제한되지 않고 기능에 따라 원하는 배열을 갖도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 하나의 컨디셔너에 형성되는 절삭팁을 세그먼트에 따라 여러 형상을 갖도록 형성할 수 있어 컨디셔닝 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 컨디셔너 제조시 치수재현성이 우수하여 불량률이 감소되며, 제조 속도가 증가하여 생산성이 향상된다.
도 1은 종래의 CMP 패드용 컨디셔너를 나타내는 개략도,
도 2는 CNC 평면연마기로 가공한 CMP 패드용 컨디셔너의 돌출부 사진,
도 3은 본 발명의 제조방법에 따라 레이저로 약10㎛ 사이즈로 제작된 CMP 패드용 컨디셔너의 돌출부 사진,
도 4의 (a)는 종래 가공 방법에 의해 형성된 절삭팁의 바둑판 배열을 보여주는 모식도이고, 도 4의 (b) 및 (c)는 바둑판 배열을 탈피한 절삭팁 배열의 모식도,
도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 고기능성컨디셔너에 형성된 세그먼트의 일 실시예를 보여주는 모식도,
도 6은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 고기능성컨디셔너에 형성된 세그먼트의 다른 실시예를 보여주는 모식도,
도 7은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 고기능성컨디셔너에 형성된 세그먼트의 또 다른 실시예를 보여주는 개략설계도.
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.
먼저, 본 발명에서 절삭팁이란 용어는 컨디셔너의 일측 표면의 일부 또는 전체에 형성되는 것으로, 후술하는 제조방법에 의해 형성된 다이아몬드 층이 코팅된 돌출부를 의미한다.
또한, 레이저 가공이란 원자에 양자역학을 응용하여 높은 전기에너지를 인위적인 장치에 의해 유도 방출시켜, 그 빛을 고밀도 에너지로 집적시켜 가공에 이용 하는 방법으로, 0.2㎜ 이내의 초정밀 가공이 가능하기 때문에 종전의 가스나 프라즈마 절단에서는 불가능했던 정밀 형상의 절단이 가능하고, 절단후 2차, 3차 (사상, 드릴링, 밀링등) Machining 가공이 필요 없으며, 난삭재의 가공도 용이할 뿐만 아니라, 금형비 부담이 없어지고 절단, 용접, 드릴링, 표면처리, 열처리 등의 다양한 가공이 이루어 질 수 있는 가공방법을 의미한다. 본 발명에서 레이저 가공은 정밀 가공이 가능할 수 있도록 빔 사이즈가 작은 Nd-YAG 레이저나 UV레이저를 이용하는 것이 바람직하다.
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 기술적 특징은 CMP 패드용 컨디셔너에 형성되는 절삭팁을 기 설정된 패턴에 따라 레이저 가공함으로써 컨디셔닝 하고자 하는 패드 상태에 따라 형성되는 절삭팁의 사이즈, 형태, 높이 및 배열을 용이하게 제어할 수 있도록 하여 컨디셔너가 컨디셔닝 효율이 극히 향상된 고기능성을 갖도록 한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 특징은 기판 상에 치핑(chipping)을 줄일 수 있는 방법 즉 본 발명에서 설명하는 가공법을 통해 다수의 돌출부를 형성함으로써 치수재현성 및 생산성을 향상시킨 것이다.
따라서, 본 발명의 CMP 패드용 고기능성 컨디셔너 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖는 다수의 기둥형 또는 뿔대형 돌출부가 기 설정된 패턴에 따라 레이저가공에 의해 서로 이격되어 형성되는 돌출부형성단계; 및 상기 다수의 돌출부가 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함한다.
여기서, 본 발명에서 사용되는 기판의 재질로는 세라믹 또는 초경합금 등을 들 수 있다.
먼저, 종래의 CNC 평면연마기로 가공한 CMP 패드용 컨디셔너의 코팅단계 전 돌출부 사진이 도시된 도 2와 상술된 본 발명의 제조방법에 따라 레이저 가공된 CMP 패드용 컨디셔너의 코팅단계 전 돌출부 사진이 도시된 도 3을 참조하여 가공될 수 있는 절삭팁의 사이즈를 비교하여 살펴본다.
즉, 절삭팁을 이루는 돌출부는 종래 방법과 같이 CNC 평면 연마기를 이용하여 가공할 경우 도 2에 도시된 바와 같이 가공되는 통상의 사이즈(즉 가로 및 세로의 길이)가 50um이고 가장 작게 가공하여도 30um이상이었으나, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 레이저 패턴 가공을 함으로써 돌출부를 그 사이즈가 30um이하의 사이즈에서도 자유롭게 형성할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의해 제조된 고기능성 컨디셔너로 컨디셔닝시 패드의 동일면적 당 접하는 절삭팁의 개수가 보다 많게 되므로 컨디셔닝 효율이 상승하게 된다.
또한 종래의 컨디셔너 절삭팁 가공방식으로는 상업적으로 이용 가능한 생산성이 확보된다는 전제하에서 돌출부의 형상이 뿔대형 특히 사각 뿔대형만이 형성될 수 있었다. 하지만, 본 발명의 제조방법에 의하면 컨디셔너에 형성되는 돌출부를 전체적인 형상이 뿔대형 뿐만 아니라 기둥형으로 가공 가능할 뿐만 아니라 경우에 따라서는 피라미드형으로도 가공가능하다. 그리고, 돌출부의 형상 즉 상부면 형상(또는 단면 형상)이 사각형, 원형, 반원형, 삼각형, 마름모 및 육각형으로 이루어진 형태그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 형태를 갖도록 가공할 수도 있다.
더욱이, 본 발명의 제조방법에 의하면 컨디셔너에 형성되는 다수의 돌출부가 높이 및 이격 간격 중 하나 이상이 각각 또는 그룹별로 상이하도록 형성할 수 있다. 본 발명의 컨디셔너제조방법은 기 설정된 패턴에 따라 레이저 가공하여 돌출부를 자유롭게 제어하여 형성할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 컨디셔너 제조방법은 컨디셔너의 기판 표면에 절삭팁을 형성하기 위한 가공될 패턴을 컨디셔닝 될 패드의 종류, 현재 상태, 및 사용되는 슬러리의 종류 중 하나 이상을 고려하여 설계하고, 설계된 패턴을 공지된 구성의 레이저 가공장치에 저장시켜 컨디셔닝 조건에 가장 최적인 구조를 갖는 고기능성 컨디셔너를 제조할 수 있는 구성을 갖는다.
이와 같이, 본 발명의 컨디셔너제조방법은 먼저 컨디셔닝 조건에 가장 적합하도록 결정된 가공패턴을 프로그램화 하여 가공장치에 입력시킨 후 준비된 기판을 입력된 가공패턴에 따라 가공장치로 가공하여 컨디셔너를 제조할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 컨디셔너 제조방법에 의하면 종래의 CNC 평면 연마기를 이용하여 가공할 경우 도 4(a)에 도시된 바와 같이 바둑판형식의 배열만이 가능했던 것과는 달리 CNC연마기로 제거하기 힘든 부분의 돌출부 제거가 가능하므로 바둑판형식을 벗어나 도 4(b) 및 (c)와 같은 배열의 절삭팁을 갖거나, 도 5와 같은 배열의 절삭팁을 갖는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너를 제공할 수 있다. 한편, 둥근 기판에 절삭팁을 형성하는 경우에는 기 설정된 가공패턴에 따라 형성되는 돌출부가 바둑판형식에서 벗어나 원주 방향으로 동일하거나 상이한 형태의 패턴이 동일하게 또는 상이하게 반복 형성하도록 배열하는 것도 가능해진다.
또한, 본 발명의 컨디셔너 제조방법에 의해 제조된 CMP 패드용 고기능성컨디셔너는 다수의 절삭팁이 절삭팁의 크기, 절삭팁의 높이, 절삭팁의 형상, 패드의 포어사이즈 중 하나 이상에 따라 그룹으로 구분 형성되어 다수의 세그먼트를 이룰 수 있다.
여기서, 다수의 세그먼트의 일 실시예로는 도 6에 도시된 바와 같이 패드의 큰 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 큰 포어용 절삭팁이 배열된 제1세그먼트, 패드의 중간 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 중간 포어용 절삭팁이 배열된 제2세그먼트, 패드의 작은 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 작은 포어용 절삭팁이 배열된 제3세그먼트, 및 패드의 찌꺼기를 제거할 수 있는 스트라이프(stripe)구조의 절삭팁이 배열된 제4세그먼트 중 둘 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 다수의 세그먼트의 다른 실시예로는 도 5에 도시된 바와 같이 각 세그먼트 당 그룹으로 형성된 절삭팁의 크기 또는 높이 중 하나 이상이 2개 이상의 규격을 가질 수 있는 것이 당연하다.
경우에 따라서는 다수의 세그먼트의 또 다른 실시예로서 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 컨디셔너를 8개의 세그먼트로 구성하여 패드의 포어 크기뿐만 아니라 절삭팁의 형태를 서로 다르게 형성한 세그먼트로 구성하여 고기능성 컨디셔너를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에서 다수의 돌출부가 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 공지된 CVD 증착공정 등을 들 수 있다.
또한, 돌출부 형성단계 전에, 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공과 래핑가공 할 수 있다. 즉, 돌출부를 형성하기 전에, 기판의 적어도 한쪽 표면이 실질적으로 균일한 평탄도를 갖고 기판의 양쪽 표면이 실질적으로 평행을 유지하도록 기판의 표면에 대한 정밀 연삭가공과 래핑가공을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 다이아몬드 코팅단계 전에, 돌출부의 상단부 평면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성할 수 있다. 즉, 코팅단계를 수행하기 전에, 필요에 따라 다수의 돌출부의 상단부 평면 각각에 소정의 방향으로 가로지르는 소정라인의 홈을 가공하여 높이가 거의 균일하게 돌출된 다수의 미세 입체돌기를 형성할 수 있도록 패턴을 설정할 수도 있다.
실시예
컨디셔너 기판은 다이아몬드 코팅 접합성을 고려해 직경 108mm, 두께 5mm의 SiN 원형 기판을 선택하였다. 우선 표면 평탄도를 유지하기 위해 #1500의 연마제를 이용하여 평탄 랩핑 연마를 실시하였다. 이후 막의 접착력 향상을 위해 수산화 나트륨 등의 산성 용액으로 기판 표면의 코발트를 제거하였다.
기판의 전처리가 후, 다이아몬드의 핵 생성 밀도를 높이기 위해 1~2um 크기의 다이아몬드가 포함된 초음파 세척기에 원형 기판을 넣고 10분간 전처리를 실시 하였다.
처리가 끝난 기판 표면에 UV 레이저를 이용하여 출력 15W, 사각기둥 형태의 설정패턴으로 프로그램을 설정하여 레이저 가공을 실시하였다.
UV 레이저를 이용하면 빔의 사이즈가 다른 레이저보다 작아 edge 부위 형태를 가공하기 유리하였다. 가공이 끝난 기판은 다이아몬드 전처리 용액에서 초음파 세척기를 이용하여 20분간 표면 burr 제거를 실시하였고, 이 후 에탄올로 세척하였다.
패턴이 형상된 SiN 기판은 기상합성 장치인 열 필라멘트 방식을 이용하여 20hr동안 다이아몬드 코팅을 실시하였다.
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.

Claims (12)

  1. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판의 일측 표면의 일부 또는 전체에 상기 표면과 평행한 평면을 상단부에 갖는 다수의 기둥형 또는 뿔대형 돌출부가 기 설정된 패턴에 따라 서로 이격되어 레이저가공에 의해 형성되는 돌출부형성단계; 및
    상기 다수의 돌출부가 형성된 기판의 표면을 다이아몬드 층으로 코팅하는 코팅단계를 포함하며,
    상기 돌출부형성단계는 상기 돌출부가 돌출부의 크기, 돌출부의 높이, 돌출부의 형상, 및 패드의 포어사이즈 중 하나 이상에 따라 그룹으로 구분 형성되어 다수의 세그먼트를 이루도록 수행되는데,
    상기 다수의 세그먼트는 상기 패드의 큰 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 큰 포어용 절삭팁이 배열된 제1세그먼트, 상기 패드의 중간 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 중간 포어용 절삭팁이 배열된 제2세그먼트, 상기 패드의 작은 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 작은 포어용 절삭팁이 배열된 제3세그먼트, 및 상기 패드의 찌꺼기를 제거할 수 있는 스트라이프(stripe)구조의 절삭팁이 배열된 제4세그먼트 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 사이즈는 코팅단계 전에는 30um이하이며, 다이아몬드층으로 코팅된 후에는 50um이하인 것을 특징으로 하는 CMP용 고기능성 패드 컨디셔너 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 패턴에 따라 형성되는 돌출부가 바둑판형식에서 벗어나 원주 방향으로 동일 또는 상이한 형태의 패턴으로 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 CMP용 고기능성 패드 컨디셔너 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 사각형, 원형, 반원형, 삼각형, 마름모 및 육각형으로 이루어진 형태그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 높이 및 이격 간격 중 하나 이상이 각각 또는 그룹별로 상이한 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 패턴은 컨디셔닝될 패드의 종류, 현재 상태, 및 사용되는 슬러리의 종류 중 하나 이상을 고려하여 설계되는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부 형성단계 전에, 상기 기판의 적어도 한쪽 표면을 정밀 연삭가공 및 래핑가공하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계 전에, 상기 다수의 돌출부 상단부 평면 각각에 다수의 미세 입체돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너 제조방법.
  9. 절삭팁의 크기, 절삭팁의 높이, 절삭팁의 형상, 패드의 포어사이즈 중 하나 이상에 따라 다수의 절삭팁이 그룹으로 구분 형성되는 다수의 세그먼트를 포함하는데,
    상기 다수의 세그먼트는 상기 패드의 큰 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 큰 포어용 절삭팁이 배열된 제1세그먼트, 상기 패드의 중간 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 중간 포어용 절삭팁이 배열된 제2세그먼트, 상기 패드의 작은 포어를 컨디셔닝 하기에 적합한 사이즈를 갖는 작은 포어용 절삭팁이 배열된 제3세그먼트, 및 상기 패드의 찌꺼기를 제거할 수 있는 스트라이프(stripe)구조의 절삭팁이 배열된 제4세그먼트 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 세그먼트는 각 세그먼트 당 그룹으로 형성된 절삭팁의 크기 또는 높이 중 하나 이상이 2개 이상의 규격을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드용 고기능성컨디셔너.
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