KR102610216B1 - 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법 - Google Patents

압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 모양의 다이아몬드 연마구가 형성되도록 기판에 다이아몬드가 삽입되는 다수개의 홈은 압입 공정을 통해 형성하여 팔면체 형상의 다이아몬드를 동일한 모양으로 세워 성능 편차와 스크래치 발생을 줄일 수 있는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법에 관한 것이다.

Description

압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법{THE MANUFACTURING METHOD OF THE UPRIGHT DIAMOND CONDITIONER USING THE PRESSING PROCESS}
본 발명은 웨이퍼의 평탄화 작업에 사용되는 CMP 장치용 패드 컨디셔너 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법에 관한 것이다.
연마 가공장치인 CMP(chemical mechanical polishing) 장치는 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻기 위해 웨이퍼의 연마 균일성은 중요한 특성이다. 웨이퍼의 연마 균일성을 향상시키기 위한 여러 가지 요소 중에 연마 패드의 표면 상태가 연마 가공시간이 지남에 따라 불균일하게 변형되므로, 변형된 연마 패드의 표면을 CMP 패드 컨디셔너(이하 '컨디셔너'라고도 함)를 이용하여 미세하게 연마하는 컨디셔닝 작업을 수행하게 된다.
이와 같이 컨디셔너는 컨디셔너 기판과 컨디셔너 기판 상에 배치되는 다수 개의 연마입자 및 이 연마입자들을 컨디셔너 기판 상에 고정시켜 주는 도금층으로 구성된다.
종래 컨디셔너의 제조방법으로 연마입자를 고정하는 전착, 융착, 소결 등의 방식은 컨디셔너의 연마입자의 간격을 자유롭게 조절하는 것이 어렵고 연마입자의 돌출높이와 정확한 지립 형성이 어렵다는 문제점이 있다.
일반적으로 팔면체 다이아몬드를 연마입자로 사용하여 컨디셔너를 제작하면 연마 패드와 접촉하는 다이아몬드 끝단의 모양은 점, 선, 면 중 무작위 형태로 정해져 다양한 각도와 방향을 가지며 이에 따라 컨디셔너 성능에 편차가 생긴다. 특히 정팔면체 형태의 다이아몬드에서 점접촉의 경우 마모가 쉽게 일어나서 컨디셔너의 수명이 짧아진다는 문제가 발생한다.
그러므로 다이아몬드의 지립은 CMP 패드 컨디셔너 성능을 유지하기 위해 중요하나, 종래 컨디셔너 제조 방법으로는 다이아몬드를 컨디셔너에 고정하기 위한 지립 과정에서 식립 위치 오차 혹은 불균일성 등이 발생하므로 연마 패드의 연마 성능 및 수명 저하로 이어지는 문제가 있다.
한국 공개특허 제2002-0046471호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 압입 공정을 이용하여 하나의 컨디셔너 기판 상에 다이아몬드가 삽입되는 홈을 일정 간격과 깊이로 균일하게 형성하고, 연마패드의 컨디셔너에 사용되는 모든 팔면체 다이아몬드를 동일한 모양으로 세워 균일하게 형성되도록 하여, 성능 편차와 스크래치 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 컨디셔너의 수명을 향상시킬 수 있는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법은 (a) 다수개의 홈이 형성된 기판을 준비하는 단계, (b) 상기 준비된 기판의 전면을 하지 도금하여 하지 도금층을 형성하는 단계, (c) 다이아몬드 배열을 위해 메쉬 형태의 감광필름을 상기 하지 도금층 위에 부착하는 단계, (d) 상기 홈에 다이아몬드를 삽입하는 단계, (e) 상기 다이아몬드가 삽입된 기판 위에 상기 다이아몬드를 지지하도록 도금하여 가부착 도금층을 형성하는 단계, (f) 상기 가부착 도금층이 형성된 기판에서 상기 감광필름을 제거하고, 전면을 도금하여 경계 도금층을 형성하는 단계, (g) 상기 경계 도금층 위에 일정 부피로 추가 도금하고, 이를 일정 두께로 가공하여 추가 도금층을 형성하는 단계, (h) 상기 기판 및 상기 하지 도금층을 제거하는 단계, (i) 추가 도금층이 최하부가 되도록 위치를 역전시키고, 추가 도금층 하부면에 준비된 바디 기판을 부착하는 단계, (j) 상기 가부착 도금층을 박리한 다음 상기 경계 도금층을 박리하여 제거하는 단계, 및 (k) 외부로 노출된 다이아몬드와 추가 도금층 위에 내부식성 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법의 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 다수개의 홈은 사각뿔 형상의 펀치에 의해 압입 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 펀치에 형성되어 있는 상기 사각뿔의 팁(tip)은 가로 또는 세로 횡단면의 각도가 140°이하이며, 또한 상기 팁은 상기 다이아몬드 전체높이의 5%이상인 것이 바람직하다.
압입된 상기 기판의 홈의 저면은 사각형이며, 상기 저면을 이루는 사각형의 변의 길이는 상기 다이아몬드 최대폭의 20% 이상인 것이 바람직하고, 상기 홈의 최대 사각형의 변의 길이는 상기 다이아몬드 최대폭의 200% 이하인 것이 바람직하다.
상기 홈의 깊이는 상기 다이아몬드 전체높이의 20% 이상이고, 하부높이의 200% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에서 압입 공정을 통해 바디 기판 상에 복수개의 홈을 일정 간격과 일정 높이로 균일하게 형성되므로, 연마입자인 다이아몬드가 바디 기판으로부터 균일한 높이로 지립한 CMP 패드 컨디셔너를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 연마입자인 정팔면체 형태의 다이아몬드를 점접촉으로 수천개 또는 수만개를 일정한 높이로 만들어 개별적으로 다이아몬드에 가해지는 부하가 줄어들어 컨디셔너의 수명을 크게 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 제조방법 측면에서 연도금 방법이 수행되므로 기존의 몰드 방식보다 컨디셔너의 제조시간의 단축 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법에서 S1 단계에 대한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 압입 공정에서 사용되는 사각뿔 형상의 펀치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 압입 공정에서 사용되는 펀치의 사각뿔 팁에서 가로 횡단면에 대한 모식도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 형성된 홈의 3차원 깊이 이미지이다.
도 8은 팔면체 다이아몬드의 모식도이다.
이하에서는 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하면, 이는 실시예로서 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법은, (a) 다수개의 홈이 형성된 기판을 준비(S1), (b) 상기 기판 위에 하지 도금층을 형성(S2), (c) 상기 하지 도금층 위에 메쉬 형태의 감광필름 부착(S3), (d) 상기 홈에 다이아몬드를 삽입(S4), (e) 상기 다이아몬드가 삽입된 기판 위에 가부착 도금층을 형성(S5), (f) 상기 감광필름을 제거하고 전면에 경계 도금층을 형성(S6), (g) 상기 경계 도금층 위에 추가 도금층을 형성(S7), (h) 상기 기판 및 상기 하지 도금층을 제거(S8), (i) 상기 추가 도금층에 준비된 바디 기판을 부착(S9), (j) 상기 가부착 도금층과 상기 경계 도금층을 제거(S10), 및 (k) 내식성코팅을 수행(S11)하는 단계 순서로 이루어진다.
상기 (a) 단계(S1)는 기판에 일정 간격과 높이의 다이아몬드 지립을 갖는 컨디셔너가 제작되도록 압입 공정을 통해 기판(10) 상에 동일한 모양, 크기 및 간격으로 다수개의 홈(11)을 형성된 기판을 준비하는 단계이다.
도 3은 본 발명의 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법의(a) 단계(S1)에 대한 모식도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 상기 (a) 단계(S1)에서 수행되는 압입 공정은, 펀치(100)로 상기 기판(10)의 일측면을 가압하여 성형하는 단계(S101), 상기 성형된 기판에서 버(burr)를 제거하는 단계(S102), 및 상기 버(burr)를 제거한 가압 성형된 기판을 세척하여 다수개의 홈(11)이 형성한 기판을 준비하는 단계(S103)로 진행될 수 있다.
상기 S101 단계는 상기 기판(10)과 상기 기판과 접촉하는 면에 사각뿔 형상으로 이루어진 다수개의 돌출부를 포함한 펀치(200)를 올려놓고 가압 프레스(press)로 일정 압력을 가해 상기 기판의 일 측면을 충분히 가압하여 성형한다.
도 4는 본 발명의 압입 공정에서 사용되는 사각뿔 형상의 펀치를 나타낸 것으로, 도 4에 나타낸 것처럼 펀치(200)의 일 측면에 사각뿔 형상으로 이루어진 다수개의 돌출부(220)가 형성되어 있다.
도 5는 본 발명의 압입 공정에서 사용되는 펀치의 사각뿔 팁에서 가로 횡단면에 대한 모식도이다.
도 5에 나타낸 것을 살펴보면 상기 펀치(200)에 형성되어 있는 사각뿔 형상의 돌출부(220)에서 사각뿔의 팁(tip)에 대해 가로 또는 세로 방향의 횡단면을 살펴보았을 때, 팁(tip)의 각도(θ)가 140°이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 펀치에서 사각뿔의 팁의 영약은 연마입자로 사용되는 다아이몬드 전체 높이의 5% 이상에 해당되는 영역일 수 있다.
이 때, 본 발명에서 펀치의 돌출부를 설명하면서 사용되는 용어 "팁(tip)"은 사각뿔 형상의 상단부의 선단 부위를 의미한다.
상기 S101 단계를 수행한 후에 상기 펀치(200)를 제거하면 상기 기판(10) 상에는 펀치로 가압되면서 형성된 다수개의 홈(11)의 외측 둘레에 버(burr) 및 기판의 표면에 기타 불순물이 발생될 수 있다.
그러므로 상기 S102 단계와 S103 단계는 상기 S101 단계를 수행하여 형성된 버(burr)를 제거하고 기타 불순물을 세척하여 제거한다. 이 과정을 통해 압입 공정에서 기판(10)의 표면에 발생된 버(burr) 또는 기타 불순물이 형성된 홈(11)에 영향을 주지 않도록 하여 다이아몬드 지립 컨디셔너의 제조가 제대로 수행되게 한다.
본 발명에서 압입 공정의 가공물인 상기 기판(10)은 가압 변형 가능한 소재로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 형성된 홈의 3차원 깊이 이미지로 나타낸 것으로, 기판의 상부면으로 평면은 주황색으로 표시되며, 홈의 깊이를 색상으로 표현하였을 노란색에서 보라색으로 갈수록 홈의 깊이가 깊어짐을 나타낸다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 실질적으로 압입 공정을 통해 기판(10) 상에 형성된 홈(11)의 형태를 살펴보면, 기판의 상부를 관찰하였을 때 사각형의 홈(11)이 형성된다.
도 6에서처럼 상기 홈(11)의 각각 형상은 앞서 설명한 펀치(200)에 형성된 다수개의 돌출부(220)의 사각뿔과 일정 부분은 유사하게 형성한다.
구체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 홈(11)은 세로축을 기준으로 절단된 상기 기판(10) 두께 방향의 단면 형상을 살펴보면 상기 홈(11)의 가장 깊은 곳의 형태는 사각뿔의 팁의 형상과 대응되게 형성되지 않고, 상기 홈(11)의 저면의 형상이 사각형으로 이루어진 사각형의 평면을 포함하며, 상기 홈의 측면은 상기 홈의 상부면으로 부터 저면으로 깊이가 깊어질수록 너비가 좁아지는 홈의 형태로 형성된다.
그리고 상기 홈의 최대 사각형의 일측 면으로부터 상기 홈의 저면의 연결선의 일정 부분은 직선이 아닌 홈(11)의 내부 방향으로 휘어지는 곡선으로 형성될 수 있다.
압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법에서 (a) 단계(S1)를 통해 기판(10)의 상부면에 형성되는 홈(11)은 다이아몬드가 삽입되도록 하는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적인 홈(11)의 크기에 대해 도 8에 도시된 팔면체 다이아몬드의 형상을 기준으로 다음과 같이 설명할 수 있다.
도 8에서 다이아몬드 최대 폭은 D로 표시하고, 다이아몬드의 높이로는 다이아몬드 전체 높이는 H2로 표시하며, 다이아몬드 전체 높이(H2)의 절반 값에 해당하는 다이아몬드 하부 높이는 H1로 표시하였다.
압입된 상기 기판에서 홈의 저면을 이루는 사각형의 변의 길이는 상기 다이아몬드 최대 폭(D)의 20% 이상으로 형성된다.
상기 홈(11)의 최대 사각형의 변의 길이는 상기 다이아몬드 최대 폭(D)의 200% 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홈(11)의 깊이는 상기 다이아몬드 전체높이(H2)의 20% 이상이고, 다이아몬드 하부높이(H1)의 200% 이하로 형성될 수 있다.
(b) 단계(S2)는 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조시 기판(10)과의 도금의 밀착력을 향상시켜 견고한 도금 상태를 이루도록 하지 도금하는 단계이며, 상기 도 2에 나타낸 것처럼 상기 (b) 단계(S2)는 상기 (a) 단계(S1)를 통해 준비된 다수개의 홈(11)이 형성된 기판(10)의 전면을 하지 도금층(21)을 형성할 수 있다.
상기 (b) 단계(S2)는 상기 하지 도금층(21)을 형성함으로써 연마입자인 다이몬드가 직접적으로 기판에 접촉하지 않고 지립할 수 있도록 한다.
(c) 단계(S3)는 상기 (b) 단계(S2)를 통해 하지 도금층(21) 위에 다이아몬드 배열을 위한 메쉬 형태의 감광필름(30)을 부착하는 단계이다. 상기 (c) 단계(S3)에서 사용되는 메쉬 형태의 감광필름(30)은 감광필름 내에 형성된 공극의 크기가 기판(10)에 형성된 홈(11)의 최대 직경과 크기가 같거나 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만약 감광필름의 공극 크기가 홈(11)의 최대 직경보다 작으면, 다이아몬드 지립이 상기 홈(11)에 삽입되지 못해 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조가 제대로 이루어 지지 못하는 문제점이 있다.
(d) 단계(S4)는 상기 (c) 단계(S3)를 거쳐 상기 메쉬 형태의 감광필름(30)이 부착된 기판의 홈(11)에 안착되도록 다이아몬드(100)를 삽입하는 단계이다.
상기 (d) 단계(S4)에서는 상기 다이아몬드(100)의 안착을 위해 기판(10)에 진동을 인가하거나, 별도의 장치를 이용하여 복수 개의 다이아몬드(11)가 홈(11) 내부에 정위치로 안착시키도록 할 수 있다.
(e) 단계(S5)는 상기 (d) 단계(S4)를 통해 다이아몬드(100)가 삽입된 기판 위에 상기 다이아몬드(100)를 지지하도록 도금하여 가부착 도금층(22)을 형성하는 단계이다.
(f) 단계(S6)는 상기 (e) 단계(S5)를 거처 상기 가부착 도금층(22)가 형성된 기판에서 상기 메쉬 형태의 감광필름(30)을 제거하고, 그 다음 감광필름(30)이 제거된 기판의 전면을 도금하여 경계 도금층(23)을 형성한다.
상기 경계 도금층(23)은 다이아몬드를 제외한 하지 도금층(21)과 가부착 도금층(22)을 모두 덮어 외부로 노출되지 않도록 전면에 도금된다.
(g) 단계(S7)는 상기 도 2에 도시된 것처럼 상기 경계 도금층(23) 위에 외부로 노출된 다이아몬드가 충분히 가려지도록 일정 부피 이상으로 추가 도금하고, 이를 다이아몬드가 외부로 노출되지 않도록 하는 두께로 가공하여 추가 도금층(24)을 형성하는 단계이다.
(h) 단계(S8)에서는 상기 기판(10) 및 상기 하지 도금층(21)을 제거한다.
(i) 단계(S9)는 상기 (h) 단계(S8)를 통해 기판(10) 및 하지 도금층(21)이 제거된 것에서 상기 추가 도금층(24)가 최하부가 되도록 위치를 역전시키고 상기 추가 도금층(24) 하부면에 준비된 바디 기판(40)을 부착한다. 즉, 기판(10) 및 하지도금층(21)이 제거된 위치가 아닌 반대편에 바디 기판(40)을 부착한다.
상기 (i) 단계(S9)를 통해 다이아몬드와 기판이 앞서 설명한 공정 단계에서는 다르게 역전되어 있으므로, (i) 단계(S9) 이후의 과정은 역전된 상태에서 수행되는 역도금이다.
(j) 단계(S10)는 순서대로 상기 가부착 도금층(22)을 박리한 다음 상기 경계 도금층(23)을 박리하여 제거한다.
(k) 단계(S11)는 상기 (j) 단계(S10)를 통해 상기 가부착 도금층(22)과 상기 경계 도금층(23)이 제거됨으로써 외부로 노출된 다이아몬드의 외부 표면을 내식성이 우수한 코팅 조성물로 코팅하여 내구성 및 내식성 등의 물성이 향상된 다이아몬드 지립 컨디셔너를 제조한다.
본 명세서에서는 도금층을 형성하는 도금액 성분은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 CMP 패드 컨디셔너에서 이용되는 구리, 니켈 등을 포함한 도금액 성분을 이용될 수 있다.
앞서 설명된 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법을 통해 컨디셔너 기판 상에 연마입자인 다이아몬드가 삽입되는 홈을 일정 간격과 깊이로 균일하게 형성하여 모든 팔면체 다이아몬드를 균일하게 형성되도록 함으로써 연마 성능 편차와 스크래치 발생을 줄이며, 정팔면체 형태의 다이아몬드를 점접촉 개수를 증가시켜 컨디셔너의 수명이 향상된 우수한 다이아몬드 지립 컨디셔너를 구현할 수 있다.
10 : 기판
11 : 홈
21 : 하지 도금층
22 : 가부착 도금층
23 : 경계 도금층
24 : 추가 도금층
30 : 감광필름
40 : 바디 기판
51 : 내부식성 코팅층
100 : 다이아몬드
200 : 펀치
220 : 돌출부

Claims (7)

  1. (a) 다수개의 홈이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 준비된 기판의 전면을 하지도금하여 하지 도금층을 형성하는 단계;
    (c) 다이아몬드 배열을 위해 메쉬 형태의 감광필름을 상기 하지 도금층 위에 부착하는 단계;
    (d) 상기 홈에 팔면체 형태의 다이아몬드를 삽입하는 단계;
    (e) 상기 다이아몬드가 삽입된 기판 위에 상기 다이아몬드를 지지하도록 도금하여 가부착 도금층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 가부착 도금층이 형성된 기판에서 상기 감광필름을 제거하고, 전면을 도금하여 경계 도금층을 형성하는 단계;
    (g) 상기 경계 도금층 위에 일정 부피로 추가 도금하고, 이를 일정 두께로 가공하여 추가 도금층을 형성하는 단계;
    (h) 상기 기판 및 상기 하지 도금층을 제거하는 단계;
    (i) 추가 도금층이 최하부가 되도록 위치를 역전시키고, 추가 도금층 하부면에 준비된 바디 기판을 부착하는 단계;
    (j) 상기 가부착 도금층을 박리한 다음 상기 경계 도금층을 박리하여 제거하는 단계; 및
    (k) 외부로 노출된 다이아몬드와 추가 도금층 위에 내부식성 코팅하는 단계;를 포함하며,
    상기 (a) 단계에 있어서,
    다수개의 상기 홈은 사각뿔 형상의 펀치에 의해 압입 형성하여 상기 기판 상에 모양, 크기 및 간격이 모두 동일한 다수개의 홈이 형성된 기판을 준비하며,
    압입된 상기 기판의 홈의 저면은 사각형의 평면으로, 상기 홈의 상부면으로부터 저면으로 깊이가 깊어질수록 너비가 좁아지는 홈의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사각뿔의 팁(tip)은 가로 또는 세로 횡단면의 각도가 140°이하인 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팁은 상기 다이아몬드 전체높이의 5%이상인 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저면을 이루는 사각형의 변의 길이는 상기 다이아몬드 최대폭의 20%이상인 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈의 최대 사각형의 변의길이는 상기 다이아몬드 최대폭의 200% 이하인 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 홈의 깊이는 상기 다이아몬드 전체높이의 20% 이상이고, 하부높이의 200% 이하인 것을 특징으로 하는 압입 공정을 이용한 다이아몬드 지립 컨디셔너 제조방법.
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