KR101273157B1 - 연마 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마에 이용되는 연마 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연마 부재는, 상부면과 하부면을 갖는 지지층과, 상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각과, 상기 기판 조각의 연마 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되 상기 연마 면에서 루프 형태로 노출된 경질막 패턴 및, 상기 경질막 패턴 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함한다. 상기 연마 부재의 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 씨닝하여 상기 경질막 중 상기 홀 측벽에 형성된 부분을 노출하는 단계와, 상기 기판을 조각으로 나누는 단계 및, 상기 기판 조각을 지지층에 부착하는 단계를 포함한다.

화학기계적 연마, 슬러리, 기판, 경질막, 지지층, 연마 부재

Description

연마 부재 및 그 제조 방법{POLISHING MEMBER AND THE METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 화학기계적 연마 공정을 나타내는 단면도,

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 실시예에 따른 연마 부재 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 연마 부재 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 연마 면을 나타내는 평면도들,

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 부재의 일예를 나타낸 사시도,

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 부재 의 일예를 나타낸 사시도,

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 연마 부재 제작을 설명하기 위한 단면도들,

도 9a 및 도 9b는 기판 조각들을 지지층에 부착할 때 기판 조각들의 배열 방법을 설명하기 위한 평면도들,

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 연마 부재를 이용한 연마 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100: 기판

100': 기판 조각

110: 홀

200, 204, 206: 경질막

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

220, 222, 224, 226: 보호막

220a, 220b, 400, 400a, 400b, 400c, 400d, 400d': 보호막 패턴

500: 지지층

900, 910, 920, 930, 940, 950, 960: 연마 부재

본 발명은 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)에 이용되는 연마 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경질막을 포함하는 다수의 기판 조각들이 부착된 지지층으로 이루어진 연마 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

화학기계적 연마는 표면 연마 방법의 하나로 반도체 집적회로, 하드 디스크 및 평판 디스플레이 등의 제조에 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 웨이퍼 화학기계적 연마 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 연마 패드(10) 위에 슬러리(slurry)(20)를 공급하고 웨이퍼(30)를 연마 패드(10) 및 슬러리(20)에 접촉시킨 후 소정의 압력 P를 인가하여 웨이퍼(30)와 연마 패드(10)를 상호 마찰시킴으로써 이루어진다. 여기서, 슬러리(20)는 일반적으로 웨이퍼(30)의 표면 또는 피연마면(40)을 제거하기 쉬운 상태로 변화시키는 화학 용액에 연마 입자(abrasive)들을 분산시켜 만든다.

기존의 화학기계적 연마에서, 상술한 슬러리(20) 중의 연마 입자가 실질적으로 웨이퍼(30)의 연마에 기여하는 확률은 공정 조건에 따라 다르지만 대체로 20%를 넘지 않는다. 즉, 슬러리(20)가 연마 패드(10)위에 공급된 후 대부분의 연마 입자들은 웨이퍼(30)의 피연마면(40)과 접촉해보지도 못하고 버려지게 되어 자원의 낭비와 불필요한 환경오염을 일으킨다. 또한, 연마 입자들은 쉽게 뭉쳐져서 슬러리(20) 공급관을 막기도 하며 웨이퍼(30)의 피연마면(40)에 스크래치 등과 같은 결함을 남기기도 한다.

연마 패드(10)는 폴리우레탄과 같은 폴리머 또는 펠트 등으로 만들어지는데, 연마율 또는 연마 균일도를 유지하기 위하여 폴리우레탄 연마 패드의 경우 연마 패드(10)의 표면을 다이아몬드 디스크(diamond disk)로 컨디셔닝(conditioning) 하여준다. 그렇게 함으로써 연마율 및 연마 균일도를 유지하기는 하지만 연마 패드(10)가 빨리 마모되어 자주 교체하여야 한다. 이와 같이 빈번한 연마 패드의 교체는 재료비를 상승시키고 장비의 가동률을 떨어트려 생산성의 저하를 유발한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학기계적 연마 공정에 이용되는 슬러리와 연마 패드의 역할을 동시에 이루면서 슬러리의 공급과 패드 컨디셔닝을 생략 또는 최소화할 수 있는 연마 부재를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 연마 부재 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 부재는, 상부면과 하부면을 갖는 지지층과, 상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각과, 상기 기판 조각의 연마 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되 상기 연마 면에서 루프 형태로 노출된 경질막 패턴 및, 상기 경질막 패턴 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 부재는, 상부면과 하부면을 갖는 지지층과, 상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각과, 상기 기판 조각의 연마 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되 상기 연마 면에서 짝을 이룬 직선 형태로 노출된 경질막 패턴 및, 상기 경질막 패턴 사이에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함한다.

또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연마 부재 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 씨닝하여 상기 경질막 중 상기 홀 측벽에 형성된 부분을 노출하는 단계와, 상기 기판을 조각으로 나누는 단계 및, 상기 기판 조각을 지지층에 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 연마 부재 제작에 필요한 기판 구조물의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들이다. 이들 도면들을 참조하면, 기판 구조물의 형성은 다음과 같이 진행된다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 사진 및 식각 공정을 통해 기판(100)의 상부면으로부터 내부까지 이르는 홀(hole)(110)을 형성한다. 기판(100)은 실리콘(Si) 또는 유리로 이루어지는 것이 바람직하다. 기판(100)을 AA' 방향으로 잘랐을 때 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. 또한, 레이저를 이용하면 마스킹 공정을 사요하지 않고 직접 기판(100)에 홀을 형성할 수 있다. 도 2b에 도시된 홀의 직경 D는, 또는 폭 W는, 기판의 종류에 따라 10㎛ 내지 500㎛의 값을 가질 수 있으며 홀의 깊이는 50㎛ 내지 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 또는 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 연마 부재의 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 0.01㎛ 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. 완 충막(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 또는 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 연마를 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 또는 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)으 로 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 또는 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 연마에 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 피연마 물질의 표면과 접촉하게 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 연마 공정 중 피연마 물질과 마찰에 기인한 응력을 견딜 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, 연마 공정 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 형 성된 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 연마 면(polishing side)이 되어 웨이퍼 등과 같은 피연마 물질과 접촉하게 된다.

도 3f 내지 도 3j에 도시된 방법에서는, 상술한 방법과 달리 기판(100)의 하부를 씨닝하여 경질막을 노출함으로써 씨닝된 기판(100)의 후면이 연마 면이 되도록 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 피연마 물질과 접촉하게 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 연마 공정 중 피연마 물질과 마찰에 기인한 응력을 견딜 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 연마 부재 제작에 필요한 기판 구조물의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들인데 기판 구조물이 상술한 방법과 다른 구조를 갖는다. 여기서, 모든 부재의 재질은 상술한 방법과 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 또는 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. 경질 막 패턴(200', 204', 206')과 보호막(220, 222, 224, 226)이 형성된 상기 기판 구조물에서 연마에 이용되는 홀 측벽에 형성된 경질막 패턴을 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')은 양 측면이 도시된 바와 같이 기판(100)과 보호막 패턴(220a)에 의해 지지되어, 연마 공정 중 피연마 물질과 마찰에 기인한 응력을 견딜 수 있게 된다.

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 보 호막 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 연마 면이 되어 피연마 물질과 접촉하게 된다.

도 5f 내지 도 5j에 도시된 방법에서는, 상술한 방법과 달리 기판(100)의 하부를 씨닝하여 경질막을 노출함으로써 씨닝된 기판(100)의 후면이 연마 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 연마 면을 도시한 평면도들로서 상술한 홀(110)의 측벽에 박막 형태로 형성된 경질막 패턴(200a, 200b, 200')은 도시된 바와 같이 연마 면에서 루프(loop) 형태로 노출된다. 이때, 상기 도 2b에 도시된 홀(110a, 110b, 110c, 110d)의 모양에 따라 경질막 패턴은 원형 루프 형태의 경질막 패턴(300a), 타원형 루프 형태의 경질막 패턴(300b), 다각형 루프 형태의 경질막 패턴(300c), 장방형 루프 형태의 경질막 패턴(300d)으로 노출된다. 상기 모양 이외도 상기 모양들의 조합으로 이루어진 모양 등, 루프의 형태는 다양한 모양을 띌 수 있다. 연마 면에 노출된 상기 루프 형태 경질막 패턴(300a, 300b, 300c, 300d)의 폭(t로 도시됨)은 증착 시 경질막 두께와 유사한 0.01㎛ 내지 5㎛의 값을 가질 수 있다. 또한, 경질막 패턴 내부에 형성된 보호막 패턴도 홀(110)의 모양에 따라 원형(400a), 타원형(400b), 다각형(400c), 장방형(400d) 등을 띄며 연마 면에 노출된다. 도시하지는 않았지만, 복층의 경질막 패턴이 형성된 상기 도 3e와 같은 경우에는 연마 면에 동심을 갖는 복수개의 루프 형태로 경질막 패턴이 노출된다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 부재(900)를 사시도로 표현한 것이다. 연마 부재(900) 제작을 위해 상기 도6의 경질막 패턴(300a)이 노출된 기판(100)을 여러 조각으로 분리한 다음 도시된 바와 같이 상부면(502)과 하부면(504)을 갖는 패드 형태의 지지층(supporting layer)(500) 상부면(502)에 분리된 기판 조각(100')들을 부착한다. 상기 지지층(500)은 연마 공정 시 연마 압력에 따라 어느 정도 압축되었다가 압력이 제거되면 원상태로 회복할 수 있는 고무, 기공이 함유된 폴리우레탄 또는 섬유(felt)가 심어진 폴리머 등과 같은 탄력성(resilient) 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 하부면(504)에는 연마 장비의 플래튼(platen)에 연마 부재(900)를 부착할 수 있도록 압력에 민감한 접착제(pressure sensitive adhesive)가 발라져 있을 수 있다. 지지층(500)의 경도는 Shore A 경도 값으로 20 내지 95인 것이 바람직하다. 그러면 상부면과 하부면을 갖는 지지층(500)과, 상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각(100')과, 상기 기판 조각(100')의 연마 면으로부터 상기 기판 조각(100')의 내부까지 형성되되 상기 연마 면에서 루프 형태로 노출된 경질막 패턴(300a) 및, 상기 경질막 패턴(300a) 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴(300a)의 측벽을 지지하는 보호막 패턴(400a)을 포함하는 연마 부재(900)가 완성된다.

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 부재(910)를 사시도로 표현한 것이다. 연마 부재 제작을 위해 기판을 여러 조각으로 분리할 때, 경질막이 길게 늘어진 또는 장방형루프 형상이면 조각 분리 위치에 따라 루프가 잘려지며 도시된 바와 같이 경질막 패턴(300d')이 짝을 이룬 직선 모양을 띌 수 있으며, 짝을 이룬 직선 모양의 경질막 패턴(300d') 사이에는 보호막 패턴(400d')이 위치한다. 그러면 상부면과 하부면을 갖는 지지층(500)과, 상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각(100')과, 상기 기판 조각(100')의 연마 면으로부터 상기 기판 조각(100')의 내부까지 형성되되 상기 연마 면에서 짝을 이룬 직선 형태로 노출된 경질막 패턴(300d') 및, 상기 경질막 패턴(300d') 사이에 형성되어 상기 경질막 패턴(300d')의 측벽을 지지하는 보호막 패턴(400d')을 포함하는 연마 부재(910)가 완성된다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 연마 부재 제작을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 8a를 참조하면, 연마 부재(920)는 지지층(500) 상부면에 기판 조각(100')을 에폭시와 같은 접착물질(510)을 이용하여 부착함으로써 제작된다. 기판 조각(100')과 지지층(500)의 부착을 보다 견고하게 하기 위하여 도 8b에 도시된 바와 같이 기판 조각(100')이 부착될 지지층(500)의 상부면에 홈(520)을 형성할 수 있다.

도 8c를 참조하면, 연마 공정 시 피연마 물질이 기판 조각(100')의 모서리에 걸리지 않도록 테이퍼(180)를 형성한 후 기판 조각(100')을 지지층(500) 상부면에 부착하여 연마 부재(930)를 제작할 수 있다.

도 8d를 참조하면, 연마 부재(940)를 구성하는 지지층은 도시된 바와 같이 경도 또는 압축성(compressibility)이 다른 제1 지지층(530)및 제2 지지층(540)으로 이루어질 수 있으며 도시하지는 않았지만 3층 이상의 다층으로도 이루어질 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 지지층(500) 상부면에 기판 조각(100')들을 부착할 때 상기 기판 조각(100')들의 배열 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.

먼저 도 9a에 도시된 바와 같이 기판 조각(100')들을 지지층(500) 상에 균일하게 배열하여 연마 부재(950)를 제작할 수 있다. 균일하게 배열하는 방법은 도시된 바와 같이 직각 좌표 상에서 기판 조각(100')들이 등거리를 유지하도록 할 수 있으며, 도시하지는 않았지만 극좌표 상에서 원주 방향으로 등거리를 유지하거나 또는 등각도를 유지하도록 할 수 있다.

도 9b는 기판 조각(100')들을 지지층(500) 상에 링 형태로 배열한 연마 부재(960)를 나타내는데, 도시된 바와 같이 지지층(500)의 소정 영역에 기판 조각(100')들을 부착하여 연마 부재를 제작할 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 상술한 방법으로 제작된 연마 부재를 이용한 연마 과정을 설명하기 위한 단면도들이다. 상기 단면도들은 상술한 연마 부재 표면에 연마액을 공급하여 기판 조각들의 상부면이 연마액으로 도포되도록 한 다음 웨이퍼와 같은 피 연마 물질을 접촉시킨 상태를 나타낸다.

먼저 도 10a를 참조하면, 연마액(600)이 도포된 기판(100)의 연마 면에 웨이퍼와 같은 피 연마 물질(700)을 접촉시켜 마찰을 일으킨다. 연마액(600)은 순수 한 물 또는 피연마 물질(700)의 표면을 화학적으로 변화 시켜 쉽게 연마되도록 하는 화학 물질이 첨가된 물을 이용할 수 있다. 예를 들면, 피연마 물질이 실리콘산화물인 경우 KOH 또는 NH₄OH와 같은 염기성 물질을 물에 첨가하여 연마액(600)으로 사용할 수 있다. 이때 동일 평면상에 노출된 기판(100), 경질막 패턴(300a) 및 보호막 패턴(400a) 중, 기판(100) 및 보호막 패턴(400a)이 경질막 패턴(300a)보다 빨리 마모되어 상대적으로 경질막 패턴(300a)이 도 10b에 도시된 바와 같이 주위보다 돌출하게 된다. 그러나 경질막 패턴(300a)의 돌출이 커질수록 경질막 패턴(300a)에 더 큰 압력이 가해져서 경질막 패턴(300a)의 마모가 빠르게 일어나므로, 연마가 진행됨에 따라 도 10c에 도시된 바와 같이 경질막 패턴(300a)의 돌출 정도 및 돌출 부위의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 유지하게 된다. 이와 같은 경질막 패턴(300a)의 돌출 정도 및 곡률반경의 크기는, 연마 면에서 경질막 패턴(300a)의 표면 밀도 및 경질막 패턴(300a)의 두께(t로 도시됨) 등에 따라 결정된다. 특히, 도시된 바와 같이 경질막 패턴(300a)이 경질막 두께의 반 이상, 즉 0.5t 이상, 돌출된 구조에서는 돌출된 부분의 곡률반경은 0.5t 이하의 값을 갖게 된다. 만약 도 10d와 같이 0.5t보다 큰 곡률반경 R₁이 형성되면 기하학적으로 측면에 0.5t보다 작은 곡률반경 r₂가 형성된다. 이와 같이 박막 형태로 형성된 경질막 패턴(300a)은, 피 연마 물질과 접촉하게 되는 경질막 패턴(300a) 끝의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 가질 수 있으므로 연마 효율을 일정하게 유지할 수 있다.

경질막 패턴(300a)의 돌출을, 연마 부재 사용 이전에 인위적으로 이룰 수 있 다. 경질막 패턴이 노출된 기판의 연마 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 지지층에 부착하면 경질막 패턴이 돌출된 연마 부재가 완성된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 연마 부재는 홀 측벽에 박막 형태로 형성된 경질막을 이용함으로써 화학기계적 연마 시 경질막의 곡률을 일정 수준 이하로 유지시켜 홀 측벽의 경질막이 다 마모될 때까지 안정된 연마율 및 연마균일도를 이룰 수 있다. 또한, 일정한 곡률을 갖는 경질막이 슬러리의 연마 입자 역할을 하기 때문에 화학기계적 연마 공정 시 연마 입자를 포함한 슬러리의 공급을 생략 또는 최소화할 수 있으므로 연마 공정이 청결해지고 폐슬러리에 의한 환경오염을 줄일 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 (13)

1. 상부면과 하부면을 갖는 지지층;

   상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각;

   상기 기판 조각의 연마 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되, 상기 연마 면에서 루프 형태로 노출된 경질막 패턴; 및

   상기 경질막 패턴 내부에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함하는 연마 부재.
2. 상부면과 하부면을 갖는 지지층;

   상기 지지층 상부면에 부착된 복수의 기판 조각;

   상기 기판 조각의 연마 면으로부터 상기 기판 조각의 내부까지 형성되되, 상기 연마 면에서 짝을 이룬 직선 형태로 노출된 경질막 패턴; 및

   상기 경질막 패턴 사이에 형성되어 상기 경질막 패턴의 측벽을 지지하는 보호막 패턴을 포함하는 연마 부재.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에서,

   상기 경질막 패턴은 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 다이아몬드, DLC, CBN, 알루미나, 티타늄 탄화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연마 부재.
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12. 삭제
13. 삭제

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