KR101339722B1 - Ｃｍｐ 패드 컨디셔너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판과, 상기 기판의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 절삭팁 패턴의 구조를 개선하여 생산성이 향상 및 미세한 절삭팁 패턴의 강도와 안전성을 충분히 보장할 수 있는 구조의 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

Description

ＣＭＰ 패드 컨디셔너{CMP Pad conditioner}
본 발명은 기판과, 상기 기판의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 절삭팁 패턴의 구조를 개선하여 생산성이 향상 및 미세한 절삭팁 패턴의 강도와 안전성을 충분히 보장할 수 있는 구조의 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 관한 것이다.
현재 반도체 산업은 회로의 고속-고집적화가 이루어지고 있으며, 이에 따라 반도체 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 화학-기계적 연마가공으로 연마 제거 가공과 화학액의 용해 작용을 동시에 이용하여 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻게 되는 연마가공이다.
CMP 연마 가공 원리는 연마패드와 웨이퍼를 상호 가압한 상태에서 이들을 상대 운동시키면서 연마패드 위에 연마입자와 화학액이 혼입된 연마액(slurry)을 공급하는 과정으로 이루어지는데, 이때 폴리우레탄 소재로 이루어진 연마패드 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 연마패드의 표면은 불균일하게 변형되고, 연마패드상의 기공들이 연마 잔류물들로 막히게 되어 연마패드가 제 역할을 하지 못하게 된다. 이에 의해, 전 가공시간 동안 웨이퍼 전면에서의 광역평탄화 및 웨이퍼간의 연마 균일성 등을 달성할 수 없게 된다.
이러한 CMP 연마패드의 불균일 변형과 기공의 막힘을 해결하기 위하여 CMP 패드 컨디셔너를 사용하여 연마패드의 표면을 미세하게 연마해줌으로써 새로운 마이크로 기공이 형성되도록 CMP 패드 컨디셔닝 작업을 해준다.
CMP 패드 컨디셔닝 작업은 생산성을 높이고자 본 작업인 CMP 작업과 동시에 행할 수 있다. 이를 소위 인 시튜 컨디셔닝(In-situ Conditioning)이라 한다.
이때, CMP 작업에 사용되는 연마액은 실리카, 알루미나, 또는 세리아 등과 같은 연마입자를 포함하며, CMP 공정은 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 4이하로 산성의 용액을 사용한다.
통상적인 종래 CMP 패드 컨디셔너는 전착방식으로 제조된 전착형 CMP 패드 컨디셔너와 금속 분말을 고온에서 용융시키는 방식인 융착형 CMP 패드 컨디셔너가 사용되고 있다.
그런데, 이러한 종래 전착 및 융착형 CMP 패드 컨디셔너는 산성 용액을 사용하는 메탈 CMP공정에서 인 시튜 컨디셔닝 방식으로 작업을 할 때, CMP 패드 컨디셔너 표면에 부착된 다이아몬드 입자가 슬러리 연마입자와의 연마 작용과 강한 산성 용액에 의한 표면 부식에 따라 다이아몬드 입자가 기판으로부터 탈락되는 현상이 일어나는 문제점이 있었다.
이렇게 탈락된 다이아몬드 입자는 주로 CMP 연마과정에서 CMP 연마패드에 박히게 되면, 웨이퍼 표면에 치명적인 스크래치를 유발하여 공정불량률을 높이는 한편, 결국에는 CMP 연마패드를 교환해야 하는 원인이 되기도 한다.
또한, 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.
상기와 같은 종래 CMP 패드 컨디셔너의 문제점을 해결하기 위해서, '연마패드용 컨디셔너와 이의 제조방법'이 대한민국 공개특허공보 제2000-24453호에 개시된 바 있다.
이 특허에는 적어도 한쪽 표면에 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 다각기둥이 배치된 기판을 가공하여 그 표면 전체에 CVD 방식을 이용한 다이아몬드 박막을 코팅하는 발명도 제안되어 있다. 여기서, 다각기둥은 요철 형상의 절삭팁임을 알 수 있다.
그런데, 이러한 연마패드용 컨디셔너는 절삭팁의 높이가 거의 균일한 높이로 돌출된 다수의 절삭팁의 구성으로 되어 있는데, 동일한 높이로 구성된 팁은 컨디셔닝 중에 폴리우레탄 연마패드를 조금씩 깍을 수 있는 역할을 할 수 있으나, 컨디셔닝 과정 중에 발생하는 큰 데브리스(Debris)를 잘게 부셔내는 역할이나, 웨이퍼에서 연마된 슬러지를 밖으로 쓸어내어 효율적으로 배출시키는 역할을 하지는 못한다.
이러한 역할을 하기 위한 절삭팁의 구성으로는 연마패드를 깍는 절삭팁 이외에, 높이차가 다른 절삭팁을 형성시켜 컨디셔닝 도중에 발생하는 데브리스의 크기를 작게 하고, 슬러지의 흐름성을 원활하게 하는 절삭팁의 구성이 꼭 필요하다.
한편, 절삭팁을 갖는 다른 종래 CMP 컨디셔너(101) 중 도 1과 같이, 기판(110) 상에 독립한 형태로 다수 개의 절삭팁 패턴(120)을 형성하기 위해 기판(110)에 다이아몬드를 증착 시킨 후 에칭 마스크를 이용해 다이아몬드만으로 절삭팁 패턴(120)을 형성하고, 이 절삭팁 패턴(120) 위에 다시 다이아몬드 코팅층(130)을 증착하는 기술이 개발된 바 있다.
그런데, 이러한 CMP 컨디셔너는 두 가지 문제점이 있다. 먼저, 1차 다이아몬드 증착층만으로 기판 상에 절삭팁 패턴을 형성시키기 위해서는 절삭팁 패턴의 높이만큼 기판 상에 다이아몬드 증착층을 형성시켜야 한다.
그러나, CVD 방식을 이용하여 다이아몬드 증착층을 형성시키는 방식은 여러 종류가 있지만, 그 중에서도 CMP 공정에서 사용되는 컨디셔너와 같이 비교적 대면적 기판에 다이아몬드 증착층을 형성시키기 위해서는 열 필라멘트 방식을 이용한다.
열 필라멘트 방식을 이용할 경우 통상 다이아몬드 성장속도가 0.1~0.3um/hr 정도로 낮기 때문에 컨디셔너의 절삭팁 패턴으로 사용하기 위한 30~60um 높이로 성장시키기 위해서는 100~200hr의 코팅 시간이 필요하다. 따라서 CMP 컨디셔너의 생산성이 매우 저하되는 문제점이 발생한다.
또 다른 문제점은 다이아몬드는 경도가 높은 대신 취성이 높아 충격강도가 매우 낮다. 미세한 절삭팁 패턴이 CMP 장비에서 연마패드를 연마하는 도중에 받는 컨디셔너 압력과 연마재와의 마찰 마모를 고려하면, 절삭팁 패턴의 파손 및 탈락 등 절삭팁 패턴의 안정성을 보장하기 어렵다. 이러한 절삭팁 패턴의 파손 및 탈락은 실리콘 웨이퍼의 스크레치를 유발하는 문제점으로 대두된다.
따라서, 절삭팁 패턴의 충격 안정성을 확보하는 것이 매우 중요한데, CVD 다이아몬드의 성장 특성상 주상정 조직으로 성장하여 컨디셔닝 도중에 받는 전단하중에는 매우 취약해 절삭팁 패턴의 크기가 100um 이하의 미세한 구조를 형성시키기 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 절삭팁 패턴이 빠르고 용이하게 형성되어 생산성을 향상시킬 수 있는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭팁 패턴을 미세한 구조로 형성하면서 강도와 안전성을 보장할 수 있는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 컨디셔닝 과정에서 데브리스(Debris)의 제거 및 슬러지 등의 이물질 배출이 효율적으로 이루어지는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판과, 상기 기판의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 있어서, 상기 절삭팁 패턴은 상기 기판에 상호 이격되어 형성된 다수의 기판팁부; 및 상기 다수의 기판팁부 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너를 제공한다.
여기서, 다수의 기판팁부가 상호 동일한 높이로 형성되고, 다수의 기판팁부 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부가 동일한 두께를 갖도록 형성되어 절삭팁 패턴을 이루는 절삭팁의 높이가 동일하도록 형성할 수도 있지만, 경우에 따라서는 다수의 기판팁부 중 일부가 서로 다른 높이를 갖도록 형성되거나 다이아몬드 증착팁부 중 일부의 두께를 상이하게 하여 절삭팁 패턴을 이루는 절삭팁의 높이가 상이하도록 형성될 수도 있다. 특히, 절삭팁 패턴을 이루는 절삭팁의 높이가 상이하도록 하고자 할 경우, 상기 다수의 기판팁부들은 상호 상이한 높이로 형성되고, 다이아몬드 증착팁부는 일정한 두께를 가지고 상기 모든 기판팁부 상에는 형성되는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명은 기판과, 상기 기판의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 있어서, 상기 절삭팁 패턴은 상기 기판에 상호 이격 형성된 다수의 기판팁부; 및 상기 다수의 기판팁부 중 일부의 기판팁부 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너를 제공한다.
여기서, 다수의 기판팁부가 상호 동일한 높이로 형성되며, 다이아몬드 증착팁부는 일정한 두께를 가지고 상호 인접하는 기판팁부 중 일측의 기판팁부 상에는 형성되고, 타측의 기판팁부 상에는 비형성되어 절삭팁 패턴을 이루는 절삭팁의 높이가 상이하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 기판팁부 간의 이격간격은 기판으로부터 함몰된 함몰부로 형성되는 것이 보다 바람직하다.
이때, 기판팁부의 측단면 형상은 다각형 단면형상을 갖는 것이 보다 효과적이다.
또한, 기판팁부의 평면 형상은 다각형 또는 원형 또는 타원형 형상을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 다이아몬드 증착팁부의 두께는 1 내지 10μm인 것이 효과적이다.
이때, 절삭팁 패턴의 상면은 SiC의 연마재를 포함하는 지석 또는 다이아아몬드 지립을 포함하는 레진 휠로 드레싱 처리되는 것이 바람직하다.
또한, 기판 및 절삭팁 패턴 상면에 코팅되는 다이아몬드 코팅층을 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 이러한 구성을 통해, 절삭팁 패턴은 100um 이하의 미세한 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 CMP 패드 컨디셔너에 따르면, 절삭팁 패턴이 빠르고 용이하게 형성되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 CMP 패드 컨디셔너에 따르면, 절삭팁 패턴을 미세한 구조로 형성하면서 강도와 안전성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 CMP 패드 컨디셔너에 따르면, 컨디셔닝 과정에서 데브리스(Debris)의 제거 및 슬러지 등의 이물질 배출이 효율적으로 이루어지는 절삭팁 패턴을 갖는다.
도 1은 종래 CMP 패드 컨디셔너의 단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 단면도,
도 6는 도 1의 CMP 패드 컨디셔너 절삭팁 패턴 내구성 실험 사진,
도 7은 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너 절삭팁 패턴 내구성 실험 사진.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예들 중 절삭패턴을 이루는 모든 절삭팁이 기판팁부와 다이아몬드 증착팁부를 포함하는 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이고, 도 4a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들 중 절삭패턴을 이루는 절삭팁 중 일부만이 기판팁부와 다이아몬드 증착팁부를 포함하는 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너(1)는 기판(10)과, 기판(10)의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴(20)을 포함한다.
기판(10)은 강도와 경도가 높은 소재로서 일반적인 철 합금이나 초경합금 또는 세라믹 등의 재료를 이용하여 디스크 형상을 갖도록 제작될 수 있다.
여기서, 기판(10)의 소재는 SiC, Si3N4, WC 중 적어도 어느 하나의 소재로 마련되거나, SiC, Si3N4, WC의 혼합 소재로 마련되는 것이 바람직하다.
기판(10)의 소재는 경우에 따라서, 텅스텐카보나이드-코발트(WC-Co)계, 텅스텐카보나이드-탄화티타늄-코발트(WC-TiC-Co)계, 텅스텐카보나이드-탄화티타늄-탄화탄탈륨-코발트(WC-TiC-TaC-Co)계와 같은 텅스텐카보나이드(WC)계열의 초경합금을 비롯하여 써멧(TiCN), 탄화붕소(B4C)계, 티타늄보라이트(TiB2)계 초경합금으로 마련될 수 있다. 또한, 기판(10)의 소재는 초경합금 외에도 세라믹계 재질인 질화규소(Si3N4)나 실리콘(Si)으로 된 기판(10)(10)이 바람직하며, 그밖에 가용한 세라믹계 재질로는 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrOx), 산화규소(SiO2), 탄화규소(SiC), 실리콘옥시나이트라이드(SiOxNy), 질화텅스텐(WNx), 산화텅스텐(WOx), DLC(Diamond Like Coating), 질화붕소(BN), 또는 산화크롬(Cr2O3) 등을 이용할 수도 있다.
그리고, 기판(10)의 형상은 평면에서 볼 때, 원형의 디스크 형상을 갖는 것이 바람직하며, 경우에 따라서 다각형의 평면 형상을 가질 수 있다.
이 기판(10)은 절삭팁 패턴(20)을 형성하기 전에 적어도 일면을 연삭가공 및 래핑가공하여 표면을 평탄화시키고, 다이아몬드 증착팁부(23)의 증착을 위해서 초음파를 이용한 전처리 공정을 거치는 것이 바람직하다.
절삭팁 패턴(20)은 기판(10)의 일면에 형성되는 다수의 기판팁부(21)와, 다수의 기판팁부(21) 상에 모두 형성되거나 일부의 기판팁부(21) 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부(23)를 갖는다.
기판팁부(21)들은 기판(10)의 일면에 상호 이격 간격을 두고 동일한 높이 또는 상이한 높이로 형성될 수 있다. 이때, 기판팁부(21)들은 도2a 내지 도4b에 도시된 바와 같이, 함몰부(25)에 의해 상호 이격 간격을 두고 사각 단면 형상으로 형성되거나, 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 사각형 단면의 기판팁부(21)와 삼각형 단면의 기판팁부(21a)가 함몰부(25)에 의해 상호 이격 간격을 두고 교호적으로 형성된 구조를 가질 수 있다. 또한, 기판팁부(21)의 평면 형상은 다각형 또는 원형 또는 타원형 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 기판팁부(21)의 단면 형상 및 평면 형상은 도시하지 않았지만 기판팁부(21)를 입체적으로 볼 때, 기판팁부(21)의 형상이 다각형태의 뿔 형상이나 다각 기둥 형상 또는 원뿔이나 타원뿔 형상 또는 원기둥이나 타원 기둥 형상으로 형성될 수 있음을 알 수 있다.
이 기판팁부(21)들은 기판(10)을 기계적 가공 또는 레이져 가공이나 에칭 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
그리고, 다이아몬드 증착팁부(23)들은 일정한 두께를 가지고 다수의 기판팁부(21)상에 형성되는데, 도2a 내지 도3b에 도시된 바와 같이 모든 기판팁부(21) 상에 형성되거나, 다수의 기판팁부(21) 중 일부의 기판팁부(21)에만 형성될 수도 있는데, 도4a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이 상호 인접하는 기판팁부(21) 중 일측의 기판팁부(21) 상에는 형성되고, 타측의 기판팁부(21) 상에는 비형성되어 있는 것이 바람직하다.
이때, 도 5a 및 5b와 같이, 기판팁부(21,21a)의 단면형상이 사각형 단면구조와 삼각형 단면 구조가 교호적으로 형성된 경우에는 다이아몬드 증착팁부(23)는 사각형 단면 구조의 기판팁부(21) 상에 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 다이아몬드 증착팁부(23)는 기상화학증착법(CVD)을 이용하여 기판팁부(21)상에 형성될 수 있는데, 예를 들어 기판팁부(21)를 형성하기 전에 기판(10)의 일면에 먼저, 다이아몬드 증착층을 형성하여 평탄화시킨 다음, 기판팁부(21)가 형성될 영역의 다이아몬드 증착층만을 남겨두고 나머지 영역의 다이아몬드 증착층을 제거하는 방법으로 형성될 수 있다.
이때, 다이아몬드 증착층의 기상화학증착 조건은 10~55torr, 수소 및 메탄은 1~2SLM, 약25SCCM으로 투입하고, 기판(10)의 온도는 약 900도로 하며, 필라멘트의 온도는 1900~2000도 사이를 유지하면서 기판(10)과 필라멘트의 높이는 10~15mm 간격을 유지하는 것이 바람직하다.
이렇게 증착된 다이아몬드 증착층은 입자의 굴곡과 전체 균일도를 확보하기 위해 평탄화 공정에서 2000메쉬 이상의 연마입자를 갖는 레진 또는 세라믹 계열의 폴리싱용 연마판을 이용하여 두께 1 내지 10μm으로 평탄화되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 기판팁부(21) 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부(23)의 두께를 1 내지 10μm 중 어느 한 두께로 균일하게 형성할 수 있다.
또한, 다이아몬드 증착층의 제거는 식각(예컨대 반응성 이온 식각)이나 에칭(건식 에칭 또는 습식 에칭 또는 플라즈마 에칭) 또는 기계적 가공이나 레이져 가공을 이용하여 이루어질 수 있다.
여기서, 다이아몬드 증착층이 제거된 후 절삭팁 패턴(20) 상면은 식각 또는 기계적 가공에 의해 높이 차이 발생이나, 모서리 형상의 무너짐, 혹은 절삭팁 단면의 굴곡 형성 등의 현상을 방지하기 위해서 드레싱 처리를 거치는 것이 바람직하다. 이 드레싱 처리는 SiC의 연마재를 포함하는 지석이나, 혹은 다이아아몬드 지립을 포함하는 레진 휠 등에 의해 이루어질 수 있다. 이때, 연마 지석이나 다이아몬드 지립을 포함하는 레진 휠은 표면 조도나 절삭팁의 안정성을 고려하면 2000메쉬 이상의 미세한 연마재를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
한편, 다이아몬드 코팅층(30)은 기상화학증착법(CVD)을 이용하여 다이아몬드 증착팁부(23)의 두께보다 얇은 박막의 두께로 도 2a, 도 3a, 도 4a, 도 5a 와 같이, 기판(10)과 절삭팁 패턴(20) 상에 코팅될 수 있다. 이 다이아몬드 코팅층(30)을 형성하기 전에 기판팁부(21)와 다이아몬드 증착팁부(23)가 형성된 기판(10)을 초음파 전처리하는 것이 바람직한데, 이는 초음파 전처리 과정에서 미세 다이아몬드 입자를 이용하여 다이아몬드 증착팁부(23)와 나머지 함몰부(25) 및 기판팁부(21) 상에 미세 스크래치를 형성함으로써, 다이아몬드 코팅층(30)의 코팅 상태가 견고하게 이루어지도록 하기 위함이다. 다이아몬드 코팅층(30)을 형성한 상태에서 절삭팁 패턴(20)은 도 3a, 도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 교호적으로 높이 차이를 갖게 된다.
여기서, 다이아몬드 코팅층(30)은 경우에 따라[예컨대, 기판팁부(21)와 다이아몬드 증착팁부(23)만으로 절삭팁 패턴(20)의 내구성이 충분히 보장되거나, 사용조건 등을 고려하는 경우 등] 도 2b, 도 3b, 도 4b, 도 5b와 같이, 그 구성이 절삭팁 패턴(20)에서 생략될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 기판팁부(21) 상에 다이아몬드 증착팁부(23)가 형성되는 구조이기 때문에, 절삭팁 패턴(20)에서 다이아몬드 증착팁부(23)가 차지하는 두께를 미세하게 형성할 수 있다. 따라서, 절삭팁 패턴(20)의 다이아몬드 증착팁부(23)를 형성하기 위한 다이아몬드 증착 높이가 낮아져서 열 필라멘트 방식에서 다이아몬드 성장속도가 0.1~0.3um/hr 정도로 낮더라도 컨디셔너(1)의 절삭팁으로 사용하기 위한 절삭팁 패턴(20)의 높이인 30~60um 높이를 기판팁부(21)와 함께 형성하므로 다이아몬드 증착팁부(23) 형성을 위한 다이아몬드 증착시간이 현격하게 감소한다. 이에 의해, CMP 패드 컨디셔너(1)의 생산성을 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판(10)에 형성되는 기판팁부(21)와 다이아몬드 증착팁부(23)에 의해 절삭팁 패턴(20)이 형성되므로, 다이아몬드층만으로 절삭팁 패턴(20)을 형성하는 종래의 CMP 패드 컨디셔너와는 달리 미세한 구조로 형성되는 절삭팁 패턴(20)의 강도와 안정성 등 내구성이 충분히 보장된다. 이에 의해, 컨디셔닝 공정에서 절삭팁 패턴(20)의 파손 및 탈락 등을 방지하여 웨이퍼에 스크레치를 유발하는 문제점을 해소할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너 중 특히 절삭팁 패턴(20)이 서로 높이가 다른 절삭팁으로 구성된 구조를 갖는 CMP 패드 컨디셔너(1)는 높이가 높은 절삭팁 패턴(20)들에 의해 패드 연마가 이루어지고, 높이가 낮은 절삭팁 패턴들에 의해 컨디셔닝 과정 중에 발생한 데브리스(Debris)가 잘게 부서지며, 절삭팁 패턴(20)들의 높이 차이에 의해 형성되는 공간을 통해 웨이퍼에서 연마된 슬러지를 외부로 유도하여 효율적으로 배출시키는 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너(1)의 절삭팁 패턴(20) 내구성에 대한 실험 결과는 아래 표-1 및 도 6 및 도 7 에서 확인할 수 있다.
내구성 실험을 위한 시료로서 시료1은 절삭팁 패턴이 다이아몬드로만 형성된 종래 CMP 패드 컨디셔너이고, 시료2는 도 2a와 같은 구성을 갖는 절삭팁 패턴(20)인 기판팁부(21)와 다이아몬드 증착팁부(23)로 이루어진 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너(1)이다.
이때, 시료1은 20mm 초경 기판에 다이아몬드를 35μm 두께로 증착하고 레이져를 이용하여 절삭팁 패턴(사이즈 50μm(L) x 50μm(W))를 1mm 간격으로 가공한 후 초음파 세척 및 다이아몬드 전처리하여 열필라멘트 방식으로 5μm의 다이아몬드 코팅층을 코팅한 시료이다.
그리고, 시료2는 20mm 초경 기판(10)에 다이아몬드 증착팁부(23)를 5μm 두께로 하여 기판팁부(21)와 함께 35μm 두께의 절삭팁 패턴(20)을 형성하도록 가공하고, 초음파 세척 및 다이아몬드 전처리하여 열필라멘트 방식으로 5μm의 다이아몬드 코팅층(30)을 코팅한 시료이다.
전단 높이(㎛)　 전단력 (g) 샘플 1
측정 수(5Point)		 샘플 2
측정 수(5Point)
0 평균 44.3 864.9
20 평균 43.5 724.4
25 평균 39.3 663.7
30 평균 35.4 617.2
위 표1과 도 6 및 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 종래 CMP 패드 컨디셔너인 시료1의 경우, 다이아몬드 본래의 특성으로 인해 충격과 하중에 대한 인성이 떨어져 전단력이 평균 40g 정도의 값을 나타내고 있다. 또한, 전단 높이가 높아질수록 즉, 절삭팁 패턴의 끝단으로 갈수록 전단력이 낮아져 절삭팁 패턴의 높이가 높아질수록 끝단에서의 깨짐(파손이나 탈락)의 위험성이 존재함을 확인할 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너(1)인 시료2의 경우, 절삭팁 패턴(20)의 전단력은 기판팁부(21)의 기계적 인성으로 인해 종래 시료1에 비해 10배 이상 높은 전단력을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너(1)는 미세한 구조로 형성되는 절삭팁 패턴(20)의 강도와 안정성 등 내구성이 충분히 보장됨을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 절삭팁 패턴이 빠르고 용이하게 형성되어 생산성이 향상되며, 절삭팁 패턴을 미세한 구조로 형성하면서 강도와 안전성을 충분히 보장할 수 있다.
그리고, 컨디셔닝 과정에서 데브리스(Debris)의 제거 및 슬러지 등의 이물질 배출이 효율적으로 이루어진다.
10 : 기판 20 : 절삭팁 패턴
21 : 기판팁부 23 : 증착팁부
25 : 함몰부 30 : 코팅층

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판과, 상기 기판의 적어도 일면에 형성되는 절삭팁 패턴을 갖는 CMP 패드 컨디셔너에 있어서,
    상기 절삭팁 패턴은
    상기 기판에 상호 이격 형성된 다수의 기판팁부; 및
    상기 다수의 기판팁부 중 일부의 기판팁부 상에 형성되는 다이아몬드 증착팁부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 기판팁부는 상호 동일한 높이로 형성되며,
    상기 다이아몬드 증착팁부는 일정한 두께를 가지고 상호 인접하는 기판팁부 중 일측의 기판팁부 상에는 형성되고, 타측의 기판팁부 상에는 비형성되는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 다수의 기판팁부 간의 이격간격은 기판으로부터 함몰된 함몰부로 형성되는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기판팁부의 측단면 형상은 다각형 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기판팁부의 평면 형상은 다각형 또는 원형 또는 타원형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 다이아몬드 증착팁부의 두께는 1 내지 10μm인 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절삭팁 패턴의 상면은 SiC의 연마재를 포함하는 지석 또는 다이아아몬드 지립을 포함하는 레진 휠로 드레싱 처리되는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  10. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기판 및 절삭팁 패턴 상면에 코팅되는 다이아몬드 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 절삭팁 패턴에 포함된 상기 기판팁부 또는 상기 기판팁부와 그 상부에 형성된 다이아몬드증착팁부의 크기는 100um 이하의 미세한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
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