KR102187216B1 - 융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 융착 드레서 및 융착 드레서 제작 방법에 관한 것으로, 패드와 접촉하는 다이아몬드를 바디에 정위치시키는 정렬 단계와, 정렬된 다이아몬드의 위치가 유지되도록 다이아몬드와 바디의 경계부위에 부착층을 형성하는 위치 구속 단계와, 부착층 상부에 위치된 다이아몬드의 측부와 부착층 측부에 노출된 바디의 표면에 융착층을 형성하는 융착 단계를 포함하며, 다이아몬드가 바디에 위치고정된 상태에서 융착되고, 융착을 통해 다이아몬드를 바디에 고정하게 되므로, 종래 도금 또는 소결을 통해 다이아몬드가 바디에 고정될 때에 비해 결합력이 높고, 특히, 다이아몬드가 위치고정된 상태에서 바디에 융착되므로, 융착에 의한 다이아몬드의 위치변화, 융착 물질로의 침하가 방지되고, 내구수명을 극대화시킬 수 있음과 동시에 절삭력을 확보할 수 있는, 융착 드레서 및 융착 드레서 제작 방법을 제공한다.

Description

융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서{manufacturing methods of Brazed Dresser and Brazed Dresser}

본 발명은 융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내구 수명이 우수한 융착 드레서를 제작하는 방법 및 내구 수명이 우수하도록 제작된 융착 드레서에 관한 것이다.

CMP 장치는 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻기 위한 연마 가공장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, CMP 장치는, 정반(1) 상면에 부착된 연마 패드(2)에 연마 대상인 웨이퍼(4)가 캐리어(3)에 의해 압축된 상태에서, 정반(1) 및 캐리어(3)가 회전됨에 따라, 웨이퍼(4)의 표면이 연마되는 것을 기본 원리로 한다.

웨이퍼(4)의 평탄도를 얻기 위한 CMP 장치 기술에서 웨이퍼(4)의 연마 균일성은 중요한 특성이다. 웨이퍼(4) 연마 균일성을 향상시키기 위한 여러 요소 중 패드(2)의 표면 상태는 매우 중요하다. 웨이퍼(4) 연마 중에 패드(2)에 압력과 속도가 부가되므로, 가공이 진행될 수록 패드(2)의 표면은 불균일하게 변형된다. 또한, 패드(2)에 형성된 미공은 연마 잔류물들로 막히게 된다.

패드(2)의 표면이 손상되고, 미공이 막힐 경우, 웨이퍼(4)에 스크래치가 발생될 여지가 있다. 따라서, 패드(2)의 표면 상태가 변형되었을 경우 드레서(10)를 이용해 변형된 패드(2)의 표면을 미세하게 연마해, 패드(2)의 표면을 평탄화 시키는 컨디셔닝 작업이 수행된다.

그러나, 일반적인 드레서(10)는 원반 형태의 바디에 연마 입자인 다이아몬드를 도금, 소결 등을 통해 고정하였었다. 도금에 의해 연마 입자가 바디에 고정될 경우, 절삭력은 우수하였으나, 내구수명은 상대적으로 짧아 드레서 교체 주기가 상대적으로 짧았다. 소결에 의해 연마 입자가 바디에 고정될 경우, 내구수명은 상대적으로 길었으나, 절삭력이 상대적으로 미약해 패드 연마 시간이 상대적으로 길었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0058234호(2010.06.03.)

이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 내구 수명이 최대화되고, 절삭력도 우수한 융착 드레서의 제작 방법 및 융착 드레서를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 CMP 공정 중 패드를 연마하는 융착 드레서 제작 방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법은, 패드와 접촉하는 다이아몬드를 바디에 정위치시키는 정렬 단계와, 정렬된 다이아몬드의 위치가 유지되도록 다이아몬드와 바디의 경계부위에 부착층을 형성하는 위치 구속 단계와, 부착층 상부, 부착층 측부, 부착층 상부의 위에 위치된 다이아몬드의 측부와 부착층 측부에 노출된 바디의 표면까지 융착층을 형성하는 융착 단계를 포함한다.

또한, 정렬 단계 이전에 다이아몬드의 높이가 바디에 융착된 다른 다이아몬드의 높이에 비해 높도록 바디 표면에 기저층을 형성하는 준비 단계가 수행될 수 있다.

또한, 융착 단계는, 바디에 융착재를 도포하는 도포 단계와, 융착재가 도포된 바디를 열처리 하는 열가공 단계와, 융착재와 바디, 융착재와 다이아몬드 간에 화학적 변이를 발생시키는 변이 단계를 포함할 수 있다.

또한, 슬러리에 의한 부식을 방지하도록 융착층 상부에 내식층을 형성하는 내식성 보강 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 CMP 공정 중 패드를 연마하는 융착 드레서 제작 방법에 의해 제작된 융착 드레서를 제공한다.

또한, 부착층은, 다이아몬드가 바디에 안착된 상태에서 다이아몬드와 바디의 경계부위 및 다이아몬드와 기저층의 경계부위에 형성될 수 있다.

또한, 융착층은, 부착층 상부에 위치된 다이아몬드의 측부와 융착되고, 부착층 측부에 노출된 바디의 표면과 융착될 수 있다.

또한, CMP 공정 중 공급되는 슬러리에 의한 부식을 방지하도록 융착층 상부에 내식층이 형성되고, 바디 표면을 기준으로 내식층의 최대 높이가 다이아몬드 입경의 30% 미만일 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 CMP 공정 중 패드를 연마하는 융착 드레서를 제공한다. 본 발명의 일실시예의 융착 드레서는, 패드와 접촉하는 다이아몬드와, 다이아몬드가 융착되고 패드 연마 중 회전하는 바디를 포함하며, 다이아몬드가 바디에 위치 고정된 상태에서 융착된다.

또한, 다이아몬드의 위치가 고정되도록 바디에 다이아몬드를 구속시키는 부착층과, 다이아몬드와 융착되도록, 부착층 상부에 형성된 융착층을 포함하며, 융착층에 의해 복수개의 다이아몬드가 바디에 융착되고, 복수개의 다이아몬드 간에 높이차가 발생되도록 복수개의 다이아몬드 하부에 각각 형성된 복수개의 부착층 중 일부에 선택적으로 기저층이 제공되고, 기저층은, 부착층 하부에 위치될 수 있다.

또한, 기저층에 복수개의 다이아몬드가 안착될 수 있다.

또한, 기저층이 부착층 하부에 복수개의 층으로 제공될 수 있다.

또한, 기저층은, 전착(Electroplating), 브레이징(brazing), 신터링(sintering), 분말사출성형(Powder Injection Molding), 솔더링(soldering) 중 어느 하나에 의해 바디에 형성될 수 있다.

또한, 부착층은, 다이아몬드가 바디에 안착된 상태에서 다이아몬드와 바디의 경계부위에 형성될 수 있다.

또한, 융착층은, 부착층 상부에 위치된 다이아몬드의 측부와 융착되고, 부착층 측부에 노출된 바디의 표면과 융착될 수 있다.

또한, CMP 공정 중 공급되는 슬러리에 의한 부식을 방지하도록 융착층 상부에 형성된 내식층을 더 포함할 수 있다.

또한, 바디 표면을 기준으로 내식층의 최대 높이가 다이아몬드 입경의 30% 미만일 수 있다.

또한, 바디에는, 중심값이 10 내지 200 마이크로미터의 차이를 가지는 서로 상이한 크기의 복수개의 다이아몬드들이 위치 고정된 상태에서 융착될 수 있다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서에 의하면, 융착을 통해 다이아몬드를 바디에 고정하게 되므로, 종래 도금 또는 소결을 통해 다이아몬드가 바디에 고정될 때에 비해 결합력이 높게 발생된다. 특히, 다이아몬드가 위치 고정된 상태에서 바디에 융착되므로, 융착에 의한 다이아몬드의 위치변화, 융착 물질로의 침하가 방지된다.

또한, 내구수명을 극대화시킬 수 있음과 동시에 절삭력을 확보할 수 있다.

또한, 기저층이 복수개의 다이아몬드 중 특정 일부에만 선택적으로 제공됨에 따라, 낮은 높이의 다이아몬드의 마모가 지연된다. 이에 따라, 내구수명이 극대화된다.

또한, 종래 전착 대비 본딩력이 높아 다이아 빠짐에 대한 저항성을 갖는다.

도 1은 종래 CMP 장치의 예시도,
도 2는 본 발명의 일실시예의 융착 드레서의 사시도,
도 3 내지 도 4는 도 2의 융착 드레서의 요부 단면도,
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법의 절차도,
도 7은 도 5 내지 도 6의 절차도에 따라 융착 드레서가 제작되는 상태도,
도 8은 본 발명의 일실시예의 융착 드레서에 의한 컨디셔닝 작업시의 패드 마모율(Pad Cut Rate; PWR)을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 일실시예의 융착 드레서에 의한 컨디셔닝 작업시의 제거된 산 높이(Rpk)를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서를 설명한다. 하기에 기재된 입경은, 다이아몬드의 평균 지름을 의미한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 CMP 공정 중 패드를 연마하는 융착 드레서를 제공한다. 본 발명의 일실시예의 융착 드레서는, 패드와 접촉하는 다이아몬드(100)와, 다이아몬드(100)가 융착되고 패드 연마 중 회전하는 바디(200)를 포함하며, 다이아몬드(100)가 바디(200)에 위치 고정된 상태에서 융착된 것을 특징으로 한다. 바디(200)에는, 중심값이 10 마이크로미터 내지 200 마이크로미터의 차이를 가지는 서로 상이한 크기의 복수개의 다이아몬드들이 위치 고정된 상태에서 융착된다.

바디(200)는 스테인레스 스틸로 제작될 수 있다. 바디(200) 하면의 중심을 기준으로 연마 영역이 복수개 분포된다. 연마 영역은 CMP 공정 중 융착 드레셔의 회전방향을 감안해 회오리 형태로 형성될 수 있다. 연마 영역에 연마 입자로써 복수개의 다이아몬드(100)가 융착된다. 복수개의 다이아몬드(100)는, 미리 정해진 패턴을 이루도록 연마 영역에 정렬된다. 일 예에 의하면, 감광성 필름이 매쉬 형태로 바디(200)에 형성되고, 다이아몬드(100)가 매쉬 형태의 강광성 필름의 틈에 안착됨으로써, 복수개의 다이아몬드(100)가 특정 패턴을 이루도록 정렬될 수 있다.

다이아몬드(100)가 정렬된 뒤, 부착층(L1)과 융착층(L2)이 바디(200) 상면에 형성된다. 부착층(L1)은, 정렬된 다이아몬드(100)의 위치가 고정되도록 바디(200)에 다이아몬드(100)를 구속시킨다. 부착층(L1)은 통상적인 도금 방법을 통해 감광성 필름과 다이아몬드(100) 틈 사이, 좀더 정확히는, 다이아몬드(100)와 바디(200)의 경계부위에 형성된다. 도금 방법은 익히 알려진, 화학적 도금 방법, 또는 전기적 도금 방법이 필요에 따라 선택 적용될 수 있을 것이다.

부착층(L1)이 형성된 후, 감광성 필름이 제거된다. 감광성 필름이 제거된 바디(200) 상면에 융착층(L2)이 형성된다. 융착층(L2)과 부착층(L1) 상부에 위치된 다이아몬드(100)의 측부가 융착된다. 융착층(L2)과 다이아몬드(100) 사이에 탄화물이 형성됨에 따라, 융착층(L2)과 다이아몬드(100) 사이에 강한 결합력이 발생된다. 또한, 융착층(L2)과 부착층(L1) 측부에 노출된 바디(200) 표면, 융착층(L2)과 부착층(L1)의 표면 사이에서도 화학적 변이에 의한 융착이 발생되고, 융착에 의한 결합력이 발생된다.

융착층(L2)과 다이아몬드(100), 바디(200) 또는 부착층(L1) 간의 융착은 통상적인 전기적 방법을 통해 수행될 수 있다.

CMP 공정 중 공급되는 슬러리에 의한 융착층(L2)의 부식을 방지할 수 있도록 융착층(L2) 상부에 내식층(L3)이 제공될 수 있다. 내식층(L3)은, 내부식성이 높은 금속 재질로 형성된다. 융착층(L2) 상부에 통상적인 화학적, 전기적 도금 방법을 통해 내식층(L3)이 형성된다. 내식층(L3)은 바디(200) 표면을 기준으로 최대 높이가 다이아몬드(100) 입경의 30% 미만이 되도록 형성된다. 위 기재한 부착층(L1), 융착층(L2), 내식층(L3)은 0.5um 내지 100um 수준으로 제공된다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 다이아몬드(100) 하부에 기저층(L4)이 형성될 수 있다. 기저층(L4)이 선택적으로 제공됨에 따라, 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 발생된다. 낮은 높이의 다이아몬드(100)의 마모가 지연되므로, 융착 드레서의 내구수명이 극대화된다.

기저층(L4)은, 매쉬 형태의 감광성 필름이 바디(200)에 설치된 후, 미리 정해진 패턴에 따라 감광성 필름의 틈을 통해 선택된 바디(200) 표면 특정 위치에 형성된다. 기저층(L4)은 부착층(L1)과 동일한 방법으로 바디(200) 표면에 형성된다. 기저층(L4) 형성 후, 앞서 기술한 바와 같이, 다이아몬드(100)가 정렬되고, 부착층(L1), 융착층(L2), 내식층(L3)이 순차적으로 형성된다.

기저층(L4)은 다양한 넓이로 제공된다. 다양한 넓이로 기저층(L4)가 제공됨에 따라, 기저층(L4)에는 1개 또는 복수개의 다이아몬드가 정렬되도록 안착될 수 있다. 일 예에 따르면, 기저층(L4)은 부착층(L1) 하부에 복수개의 층으로 제공될 수도 있다. 바디(200) 영역별 또는 선택적으로 기저층(L4)이 1개 층 또는 복수개의 층으로 제공된다. 기저층(L4)은, 전착(Electroplating), 브레이징(Brazing), 신터링(Sintering), 분말사출성형(Powder Injection Molding), 솔더링(Soldering) 중 어느 하나에 의해 부착층(L1) 하부에 위치될 수 있도록 바디(200)에 형성된다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예의 융착 드레서는 도 5 내지 도 6에 도시된 절차도에 따라 제작된다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법은, 특정 다이아몬드(100)의 높이가 다른 다이아몬드(100)의 높이에 비해 높도록 바디(200) 표면에 기저층(L4)을 형성하는 준비 단계(S110)와, 패드와 접촉하는 다이아몬드(100)를 바디(200)에 정위치시키는 정렬 단계(S120)와, 정렬된 다이아몬드(100)의 위치가 유지되도록 다이아몬드(100)와 바디(200)의 경계부위 및 다이아몬드(100)와 기저층(L4)의 경계부위에 부착층(L1)을 형성하는 위치 구속 단계(S130)와, 부착층(L1) 상부에 위치된 다이아몬드(100)의 측부와 부착층(L1) 측부에 노출된 바디(200)의 표면에 융착층(L2)을 형성하는 융착 단계(S140)와, 슬러리에 의한 부식을 방지하도록 융착층(L2) 상부에 내식층(L3)을 형성하는 내식성 보강 단계(S150)를 포함한다.

준비 단계(S110)에서는, 앞서 기술한 바와 같이, 바디(200) 표면에 매쉬 형태의 감광성 필름이 장착된 상태에서 특정 패턴을 이루도록 선택된 바디(200) 표면의 특정 위치에 기저층(L4)이 형성된다. 기저층(L4)이 제공됨에 따라, 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 발생되고, 다이아몬드(100)들 간의 마모가 차등적으로 발생됨에 따라 융착 드레서의 내구수명이 극대화된다.

정렬 단계(S120)에서는, 앞서 기술한 바와 같이, 매쉬 형태의 감광성 필름의 틈에 다이아몬드(100)가 안착됨으로써, 복수개의 다이아몬드(100)가 특정 패턴을 이루도록 정렬된다.

위치 구속 단계(S130)에서는, 감광성 필름을 통해 바디(200)와 다이아몬드(100)의 경계 지점에 부착층(L1)이 형성된다. 부착층(L1)은 통상적인 도금 방법을 통해 형성될 수 있다. 부착층(L1) 형성 후, 감광성 필름은 제거된다.

융착 단계(S140)에서는, 다이아몬드(100), 바디(200) 표면, 부착층(L1)이 융착재에 융착된다. 융착 단계(S140)는, 도포 단계(S141), 열가공 단계(S142), 변이 단계(S143)를 포함한다. 융착 단계(S140)에서 바디(200)에 융착재가 도포된다. 열가공 단계(S142)에서 융착재가 도포된 바디(200)가 열처리된다. 바디(200)가 열처리 됨에 따라, 융착재가 수축하게 되고 융착재의 최대 높이가 제한된다. 변이 단계(S143)에서, 융착재와 바디(200), 융착재와 다이아몬드(100), 융착재와 부착층(L1) 간에 화학적 변이가 발생되고, 융착재와 바디(200), 융착재와 다이아몬드(100), 융착재와 부착층(L1)이 융착된다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 융착 드레서 제작 방법 및 융착 드레서에 의하면, 융착을 통해 다이아몬드(100)를 바디(200)에 고정하게 되므로, 종래 도금 또는 소결을 통해 다이아몬드(100)가 바디(200)에 고정될 때에 비해 결합력이 높게 발생된다. 특히, 다이아몬드(100)가 위치 고정된 상태에서 바디(200)에 융착되므로, 융착에 의한 다이아몬드(100)의 위치변화, 융착 물질로의 침하가 방지된다. 내구수명을 극대화시킬 수 있음과 동시에 절삭력을 확보할 수 있다.

또한, 기저층(L4)이 복수개의 다이아몬드(100) 중 특정 일부에만 선택적으로 제공됨에 따라, 낮은 높이의 다이아몬드(100)의 마모가 지연된다. 이에 따라, 내구수명이 극대화된다.

도 8에는 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 있는 경우와 없는 경우의 패드 마모율(PWR)이 그래프로 표시되었고, 도 9에는 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 있는 경우와 없는 경우의 제거된 산 높이(Rpk)가 그래프로 표시되었다.

도 8에 도시된 바와 같이, 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 있는 A와, B의 경우가 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 없는 C와, D의 경우에 비해, 작동시간이 장기화될 경우 패드 마모율(PWR)의 감소 정도가 작은 것을 알 수 있다. 패드 마모율(PWR)의 감소 정도가 작으므로, 장시간 CMP 공정이 수행되더라도, 패드의 표면 상태를 일정하게 유지할 수 있을 것이다. 따라서, 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 있는 경우에 융착 드레셔의 내구 수명이 더 긴 것을 유추할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 있는 A와, B의 경우가 다이아몬드(100)들 간에 높이차가 없는 C와, D의 경우에 비해, 작동시간이 장기화될 경우 제거된 산 높이(Rpk)의 감소 정도가 작다. 제거된 산 높이(Rpk)의 감소 정도가 작으므로, 장시간 CMP 공정이 수행되더라도, 융착 드레서의 절삭력이 유지됨을 유추할 수 있다.

100: 다이아몬드 200: 바디
L1: 부착층 L2: 융착층
L3: 내식층 L4: 기저층
S110: 준비 단계 S120: 정렬 단계
S130: 위치 구속 단계 S140: 융착 단계
S141: 도포 단계 S142: 열가공 단계
S143: 변이 단계 S150: 내식성 보강 단계

Claims (18)

1. CMP 공정 중 패드를 연마하는 융착 드레서 제작 방법에 있어서,
   상기 패드와 접촉하는 다이아몬드를 바디에 정위치시키는 정렬 단계;
   정렬된 상기 다이아몬드의 위치가 유지되도록 상기 다이아몬드와 상기 바디의 경계부위에 부착층을 형성하는 위치 구속 단계;
   상기 부착층의 상부, 상기 부착층의 측부, 상기 바디의 표면 및 상기 부착층 상부의 위에 위치하는 상기 다이아몬드의 측부까지 융착층을 형성하는 융착단계;
   상기 정렬 단계 이전에 상기 다이아몬드와 상기 바디의 사이에 기저층을 형성하는 준비 단계가 수행되며,
   상기 융착 단계는,
   상기 바디에 융착재를 도포하는 도포 단계;
   상기 융착재가 도포된 상기 바디를 열처리 하는 열가공 단계;
   상기 융착재와 상기 바디, 상기 융착재와 상기 다이아몬드 간에 화학적 변이를 발생시키는 변이 단계를 포함하는 융착 드레서 제작 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   슬러리에 의한 부식을 방지하도록 상기 융착층 상부에 내식층을 형성하는 내식성 보강 단계를 더 포함하는 융착 드레서 제작 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

Images