KR101304630B1 - 연삭용 기판 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연삭용 기판 구조물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 구조물은 기판에 형성된 홀의 측벽에 박막 형태의 경질막으로 이루어진 연삭부를 형성하여 연삭 공정 중 연삭부의 곡률반경 변화를 줄여주고, 보호막으로 연삭부의 측면을 지지함으로써 연삭 공정 중 연삭부의 이탈을 방지한다.

연삭, 패드, 컨디셔닝, 기판, 경질막

Description

연삭용 기판 구조물{SUBSTRATE STRUCTURE FOR ABRADING}

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

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 제작에 필요한 박막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들,

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 형성 방법 및 이를 이용한 연삭 과정을 설명하기 위한 단면도들,

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들,

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 제작에 필요한 박막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들,

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들,

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100 : 기판 110 : 홀

200 : 경질막 200a, 200b, 200' : 연삭부

220 : 보호막 220a, 220b : 지지부

210, 210a, 210b : 완충막

본 발명은 연삭용 기판 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속이나 반도체 재료의 표면을 가공하거나 화학기계적 연마에서 연마패드를 컨디셔닝(conditioning) 하기 위한 연삭용 기판 구조물에 관한 것이다.

다이아몬드 입자와 같은 경질입자를 이용한 재료의 표면 가공은 기계가공 분야뿐만 아니라 반도체 칩의 생산 시에도 이용되고 있다. 예를 들면, 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 균일도가 유지된다. 이를 위해 다이아몬드와 같은 경질입자로 연마패드의 표면을 적당한 거칠기로 유지시켜 주는데, 이를 컨디셔닝(conditioning) 혹은 드레싱(dressing)이라 한다. 경질입자를 이용한 연삭과 컨디셔닝의 원리는 가공되는 물체의 표면물질을 제거한다는 점에서 동일하다 할 수 있다. 단지, 연삭은 표면의 거칠기를 감소시키는 것이 목적이고 컨디셔닝은 표면의 거칠기를 증대시키는 것이 목적이다.

이와 같이 종래의 방법에서는 다이아몬드와 같은 경질입자를 이용해서 재료를 연삭하거나 컨디셔닝 하는데, 도 1a에 도시된 바와 같이 경질입자(10)의 날카로운 모서리 부분(c로 도시됨)이 특히 피연삭물체(30)의 가공에 기여를 많이 하게 된다. 동시에, 상기 모서리 부분은 다른 곳 보다 높은 압력을 받게 되어 빨리 마모가 일어난다. 그 결과, 도 1b에 도시된 바와 같이 경질입자(10) 모서리의 곡률반경(R로 도시됨)이 점점 커지게 된다. 연마 패드 컨디셔닝의 경우, 경질입자(10)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 연삭 또는 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 하에서의 연삭이나 컨디셔닝 도중 경질입자(10)가 본딩층(bonding layer)(20)으로부터 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 연삭 공정의 안정도와 사용시간을 늘려주며 연삭 공정 중 경질막의 이탈에 의한 피연삭물체의 손상을 최소화 하는 연삭용 기판 구조물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물은, 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀을 구비하는 기판과, 상기 홀의 측벽 및 저면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부 및, 상기 연삭부의 측벽 및 저면에 형성되되 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물은, 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀을 구비하는 기판과, 상기 홀의 측벽 및 상기 기판의 상부면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부 및, 상기 연삭부의 측벽 및 상부면에 형성되되 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물은, 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀을 구비하는 기판과, 상기 홀의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부 및, 상기 연삭부의 측벽 및 상기 홀의 저면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물은, 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀을 구비하는 기판과, 상기 홀의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부 및, 상기 연삭부의 측벽 및 상기 기판의 상부면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 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 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 제작에 필요한 경질막 및 보호막 형성 방법을 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 100μm 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 생성될 구조물의 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, 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 연삭을 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 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물의 형성 방법 및 연삭 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

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) 홀(110)의 내부에 형성된 경질막(200a)이 노출된 연삭용 기판 구조물이 완성된다. 상기 노출된 경질막(200a)은 특히 피연삭물체와 접촉하여 피연삭물체를 가공하게 되므로 이를 연삭부(200a)라 칭하기로 한다. 또한 보호막(220) 중, 상기 연삭부(200a)와 같이 노출되어 상기 연삭부(200a)의 측면을 지지하며 보호하는 부위를 지지부(220a)라 칭하기로 한다. 연삭부(200a)는, 양 측면이 도시된 바와 같이 지지부(220a)와 기판(100)에 의해 지지되어 연삭 혹은 컨디셔닝 시, 피연삭물체와의 마찰에 기인한 응력을 견뎌낼 수 있게 된다.

그러므로 본 실시예의 연삭용 기판 구조물은 도시된 바와 같이 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀(100)을 구비하는 기판(100)과, 홀(110)의 측벽 및 저면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부(200a) 및 연삭부(200a)의 측벽 및 저면에 형성된 지지부(220a)로 구성되어 있다.

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 연삭부(200a), 지지부(220a) 그리고 완충막(210a)을 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다. 여기서, 연삭부(200a) 측면의 지지는 완충막(210a)과 지지부(220a)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 연삭부(200a)와 지지부(222a)를 노출시킨 연삭용 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 연삭부(200a)와 지지부(220a)를 노출시킨 경우를 나타내고 있다. 이와 같이 홀(110)의 내부가 채워져 있는 경우, 연삭 가공이나 컨디셔닝 시 생겨나는 찌꺼기 등이 기판(100) 상에 머무를 장소가 줄어들게 되어 보다 깨끗한 기판(100) 표면을 유지할 수 있게 된다.

도 3e는 복층의 연삭부(204a, 206a)와 지지부(224a, 226a)가 형성된 연삭용 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.

상기와 같이 연삭부가 노출된 연삭용 기판 구조물이 피연삭물체와 접촉하게 되면 다음과 같은 원리에 의해 연삭 또는 컨디셔닝이 진행된다.

도 3f 내지 도 3i를 참조하면, 먼저 도 3f와 같이 동일 평면상에 노출된 기판(100), 연삭부(200a) 및 지지부(220a)가 피연삭물체(300)와 마찰하게 되면 기판(100) 및 지지부(220a)가 연삭부(200a)보다 빨리 마모되어 상대적으로 연삭부(200a)가 도 3g에 도시된 바와 같이 주위보다 돌출하게 된다. 그러나 연삭부(200a)의 돌출이 커질수록 연삭부(200a)에 더 큰 압력이 가해져서 연삭부(200a)의 마모가 빠르게 일어나므로, 연삭이 진행됨에 따라 도 3h에 도시된 바와 같이 연삭부(200a)의 돌출 정도 및 돌출 부위의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 유지하게 된다. 이와 같은 연삭부(200a)의 돌출 정도 및 곡률반경의 크기는, 연삭면(예컨대 도 3h에서 기판 구조물과 피연삭물체의 접촉면)에서 연삭부(200a)의 표면 밀도 및 연삭부(200a)의 두께(t로 도시됨) 등에 따라 결정된다. 특히, 도시된 바와 같이 연삭부(200a)가 연삭부(200a) 두께의 반 이상, 즉 0.5t 이상, 돌출된 구조에서는 돌출된 부분의 곡률반경은 0.5t 이하의 값을 갖게 된다. 만약 도 3i와 같이 0.5t보다 큰 곡률반경 R₁이 형성되면 기하학적으로 측면에 0.5t보다 작은 곡률반경 r₂가 형성된다. 그러므로 홀의 측벽에 박막 형태로 형성된 연삭부(200a)는, 피연삭물체와 접촉하게 되는 연삭부(200a) 끝의 곡률반경이 일정한 범위의 값을 가질 수 있으므로 연삭 또는 컨디셔닝 효율을 일정하게 유지할 수 있다.

연삭부의 돌출을 연삭 구조물의 사용 이전에 인위적으로 이룰 수 있다. 예를 들면 상기 도 3a와 같이 연삭부(200a)를 노출시킨 다음 계속해서 기판(100)의 전면을 화학기계적으로 연마하거나 식각하여 연삭부(200a) 주위의 물질을 선택적으로 제거하면 도 3j에 도시된 바와 같이 연삭부(200a)를 기판(100) 상부면에 대해 돌출시킬 수 있다. 상기 도 3b 내지 도 3e에 도시된 연삭부(200a, 204a, 206a)의 돌출도 같은 방법으로 이루어진다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4a를 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 상기 홀(110)의 측벽에 형성된 부분을 노출시킨다. 그러면 도시된 바와 같이 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀(110)을 구비하는 기판(100)과, 홀(110)의 측벽 및 기판(100)의 상부면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부(200b) 및 연삭부(200b)의 측벽 및 상부면에 형성된 지지부(220b)로 구성된 연삭용 기판 구조물이 완성된다.

도 4b는 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 기판(100) 후면으로부터 연삭부(200b), 지지부(220b) 그리고 완충막(210b)을 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다.

도 4c 및 도 4d를 참조하면, 먼저 도 4c는 상기 도 2f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 백그라인딩 등의 방법으로 기판(100) 후면으로부터 연삭부(200b)와 지지부(222b)를 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 4d는 상기 도 2g와 같이 경질막(200)과 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 충전 물질(230)로 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 연삭부(200b)와 지지부(220b)를 기판(100) 후면으로부터 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 4e는 기판(100) 후면에 복층의 연삭부(204b, 206b)와 지지부(224b, 226b)가 노출된 연삭용 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.

도시하지는 않았지만, 상술한 제 2 실시예에서도 상기 도 4a 내지 도 4e에서와 같이 연삭부(200b, 204b, 206b)를 표면에 노출시킨 다음 계속해서 기판(100)의 후면을 화학기계적연마 혹은 식각함으로써 상기 연삭부 주위의 물질을 선택적으로 제거하여 연삭부(200b, 204b, 206b)를 돌출시킬 수 있다.

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물 제작에 필요한 경질막 및 보호막의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 여기서, 모든 부재의 재질은 상술한 방법 같으며 상술한 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 중복 설명은 배제하도록 한다.

도 5a를 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 5b를 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 연삭부(200')만 남게 된다. 이와 같이 도 5a에 있는 기판(100) 상부면 및 홀(110) 저면에 형성된 경질막(200)을 제거하면, 넓게 분포되어 있는 경질막이 없기 때문에 이후에 이루어질 연삭부 노출을 위한 그라인딩이나 화학기계적 연마 공정이 부하를 덜 받게 된다.

도 5c 및 도 5d를 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 5c에 도시된 바와 같이 완충막(210)의 측벽에 연삭부(200')가 남게 된다. 계속해서, 완충막(210) 중 기판(100) 상부면과 홀(110) 저면에 형성된 부분을 제거하면 도 5d에 도시된 바와 같이 홀(110)의 측벽에만 완충막(210')과 연삭부(200')가 남게 된다. 상술한 실시예에서와 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 5e를 참조하면, 상기 도 5b에 도시된 결과물 전면에 보호막(220)을 형성한다. 보호막(220)은 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며 보호막(220)을 이루는 물질로는 상술한 실시예와 동일한 물질이 이용될 수 있다.

도 5f 및 도 5g를 참조하면, 먼저 도 5f에 도시된 바와 같이 상기 도 5b의 결과물 전면에 SOG(Spin On Glass)와 같은 액상의 보호막(222)을 도포하여 홀(110) 내부를 채워 넣은 다음 큐어링(curing) 하여 보호막을 형성할 수 있다. 홀(110)의 내부를 채워 넣는 또 다른 방법은 도 5g에 도시된 바와 같이 보호막(220)을 도 5b에 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 5h를 참조하면, 상술한 방법을 통해 상기 홀(110)의 측벽에 연삭부(204')를 형성한 다음 기판(100) 상부면과 홀(110)의 저면부 그리고 연삭부(204') 표면에 보호막(224)을 증착 형성하고 같은 방법으로 상기 결과물 위에 연삭부(206')와 보호막(226)을 형성함으로써 복층의 연삭부(204', 206')를 형성할 수 있다.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 6a를 참조하면, 상기 도 5e의 구조에서 기판(100)의 상부를 제거함으로써(예컨대 A 및 A' 선이 이루는 수평면까지) 홀(110)의 측벽에 형성된 연삭부(200')를 노출시킨다. 기판(100) 상부의 제거는 그라인딩, 식각 또는 화학기계적연마를 통해 이루어질 수 있다. 연삭부(200')의 양 측면은 도시된 바와 같이 기판(100)과 지지부(220a)에 의해 지지되어, 연삭부(200')가 피연삭물체와의 마찰에 기인한 응력을 견뎌낼 수 있도록 한다. 그러므로 본 실시예의 연삭용 기판 구조물은 도시된 바와 같이 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀(110)을 구비하는 기판(100)과, 홀(110)의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부(200') 및 연삭부(200')의 측벽 및 홀(110)의 저면에 형성된 지지부(220a)로 구성되어 있다.

도 6b는 상기 도 5c와 같이 기판(100)과 연삭부(200') 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때 완충막(210)과 연삭부(200') 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후, 기판(100) 상부를 제거하여 연삭부(200'), 지지부(220a) 및 완충막(210a)을 노출시킨 경우를 나타내고 있다. 여기서, 연삭부(200') 측면의 지지는 완충막(210a)과 지지부(220a)에 의해 이루어진다.

도 6c 및 도 6d를 참조하면, 먼저 도 6c는 상기 도 5f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 그라인딩 등의 방법으로 연삭부(200')와 지지부(222a)를 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 6d는 상기 도 5g와 같이 충전 물질(230)로 연삭부(200')와 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 연삭부(200')와 지지부(220a)를 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 6e는 복층의 연삭부(204', 206')와 지지부(224a, 226a)가 형성된 연삭용 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 5h의 결과물을 기판(100)이 드러나도록 기판(100) 상부를 제거함으로써 형성될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 상술한 제 3 실시예에서도 연삭부(200', 204', 206')의 돌출을 위해 상기 도 6a 내지 도 6e에서와 같이 연삭부(200', 204', 206')를 표면에 노출시킨 다음 계속해서 기판(100)의 전면을 화학기계적연마 혹은 식각함으로써 상기 연삭부 주위의 물질을 선택적으로 제거할 수 있다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연삭용 기판 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 7a를 참조하면, 상기 도 5e의 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 연삭부(200')와 지지부(220b)를 노출시킨다. 그러면 도시된 바와 같이 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀(110)을 구비하는 기판과, 홀(110)의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부(200') 및 연삭부(200')의 측벽 및 기판(100)의 상부면에 형성된 지지부(220b)로 구성된 연삭용 기판 구조물이 완성된다.

도 7b는 상기 도 5c와 같이 기판(100)과 연삭부(200') 사이에 완충막(210)이 형성되었을 때 완충막(210)과 연삭부(200') 위에 보호막(도시하지 않음)을 형성한 후, 기판(100)의 하부를 제거하여 기판(100) 후면으로부터 연삭부(200'), 지지부(220b) 그리고 완충막(210b)을 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다.

도 7c 및 도 7d를 참조하면, 먼저 도 7c는 상기 도 5f와 같이 보호막(222)으로 홀(110) 내부를 채워 넣은 후 상술한 백그라인딩 등의 방법으로 기판(100) 후면으로부터 연삭부(200')와 지지부(222b)를 노출시킨 연삭용 기판 구조물을 나타내고 있다. 도 7d는 상기 도 5g와 같이 연삭부(200')와 보호막(220)이 형성되어 있는 홀(110)의 내부를 충전 물질(230)로 채워 넣은 후 상술한 방법을 통해 연삭부(200'), 지지부(220b) 및 충전 물질(230b)을 기판(100) 후면으로부터 노출시킨 경우를 나타내고 있다.

도 7e는 기판(100) 후면에 복층의 연삭부(204', 206')와 지지부(224b, 226b)가 노출된 연삭용 기판 구조물을 도시하고 있는데 이는 상기 도 5h의 결과물에서 백그라인딩 등을 통해 기판(100) 하부를 제거함으로써 형성된다.

도시하지는 않았지만, 상술한 제 4 실시예에서도 연삭부(200', 204', 206')의 돌출을 위해 상기 도 7a 내지 도 7e에서와 같이 연삭부(200', 204', 206')를 표면에 노출시킨 다음 계속해서 기판(100)의 후면을 화학기계적연마 혹은 식각함으로써 상기 연삭부 주위의 물질을 선택적으로 제거할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 연삭용 기판 구조물에서 경질막을 기판에 형성된 홀의 측벽에 박막 형태로 형성함으로써 연삭 공정 시 경질막 끝단의 곡률반경 변화를 줄여주어 공정의 안정화를 이룰 수 있고 연삭용 기판 구조물의 사용 시간을 늘려준다. 또한, 경질막의 측면을 기판 및 보호막으로 지지하여 줌으로써 경질막의 이탈을 방지하여 피연삭재료의 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 (16)

1. 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀을 구비하는 기판;

   상기 홀의 측벽 및 저면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부; 및

   상기 연삭부의 측벽 및 저면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함하는 연삭용 기판 구조물.
2. 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀을 구비하는 기판;

   상기 홀의 측벽 및 상기 기판의 상부면에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부; 및

   상기 연삭부의 측벽 및 상부면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함하는 연삭용 기판 구조물.
3. 상부면으로부터 내부까지 형성된 홀을 구비하는 기판;

   상기 홀의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부; 및

   상기 연삭부의 측벽 및 상기 홀의 저면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함하는 연삭용 기판 구조물.
4. 상부면으로부터 하부면까지 관통하는 홀을 구비하는 기판;

   상기 홀의 측벽에 형성된 경질막으로 이루어진 연삭부; 및

   상기 연삭부의 측벽 및 상기 기판의 상부면에 형성되되, 상기 경질막보다 경도가 낮은 물질로 이루어진 지지부를 포함하는 연삭용 기판 구조물.
5. 삭제
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판은 실리콘, 유리 또는 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 연삭용 기판 구조물.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 경질막은 다이아몬드, DLC, 입방정 붕소질화물, 알루미나, 실리콘탄화물, 티타늄탄화물, 텅스텐탄화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연삭용 기판 구조물.
8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지부를 이루는 물질은 폴리실리콘, 실리콘탄화물, 실리콘산화물, 실리콘질화물 또는 이들 중 선택된 물질의 다층막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연삭용 기판 구조물.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images