KR102625829B1 - Fixed-abrasive Polishing Pad and Fabrication Method using Vertically Aligned Carbon Nanotubes - Google Patents
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Abstract
본 개시물의 다양한 실시예들은 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 이용한 고정-연마재 패드 및 제작 방법에 관한 것이다. 고정-연마재 패드는, 고분자 소재의 패드, 및 일측이 상기 패드에 함침되고, 타측이 상기 패드에서 돌출되는 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(vertically aligned carbon nanotube, VACNT)를 포함할 수 있다.Various embodiments of the present disclosure relate to a fixed-abrasive pad and manufacturing method using vertically aligned carbon nanotubes. The fixed-abrasive pad may include a pad made of a polymer material and a vertically aligned carbon nanotube (VACNT) with one side impregnated in the pad and the other side protruding from the pad.
Description
본 개시물의 다양한 실시예들은 고정-연마재 패드 및 제작 방법에 대한 것이다.Various embodiments of the present disclosure relate to fixed-abrasive pads and manufacturing methods.
단단하고 미세한 연마재(Abrasive)를 이용한 기계적 연마 공정은 다양한 산업 분야에 폭넓게 활용되고 있다. 예를 들어, 기계적 연마 공정은 금속 기계 부품들의 거친 표면을 매끄럽게 하기 위해 이용되거나, 휴대용 전자기기 하우징의 표면에 대한 정밀한 가공을 위해 이용될 수 있다. 또한, 기계적 연마 공정은 화학적 반응과 결합하여 반도체 웨이퍼를 평탄화하는 데에도 이용될 수 있다. Mechanical polishing processes using hard and fine abrasives are widely used in various industrial fields. For example, mechanical polishing processes can be used to smooth the rough surfaces of metal machine parts or for precision machining of the surfaces of portable electronic device housings. Additionally, mechanical polishing processes can also be used in combination with chemical reactions to planarize semiconductor wafers.
현재, 연마 공정에 사용되고 있는 연마재 및 패드는 연마 입자가 패드에 고정되었는지 여부에 따라 고정-연마재(fixed abrasive) 패드와 분리-연마재(loosed abrasive) 패드로 구분될 수 있다. Currently, abrasives and pads used in polishing processes can be divided into fixed abrasive pads and loose abrasive pads depending on whether the abrasive particles are fixed to the pad.
도 1은 종래 기술에 따른 고정-연마재 패드를 이용한 연마 공정을 도시하고, 도 2는 종래 기술에 따른 분리-연마재 패드를 이용한 연마 공정을 도시한다. Figure 1 shows a polishing process using a fixed-abrasive pad according to the prior art, and Figure 2 shows a polishing process using a separate-abrasive pad according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 고정-연마재 패드는, 연마재(130)가 패드(110)에 고정된 형태로 구성된다. 고정-연마재 패드의 일 예로는 사포가 있다. 고정-연마재 패드를 이용하는 경우, 연마재가 고정되어 있으므로, 연마 공정이 단순하고 효율적이어서 사용이 편리하고, 연마재의 손실이 비교적 적은 장점이 있다. 그러나, 패드에 균일한 작은 크기의 연마 입자를 고정하기 어려우며, 패드에 고정된 연마 입자의 크기 및/또는 높이에 대한 편차가 크기 때문에, 표면을 정밀하게 가공하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 고정-연마재 패드의 연마 정밀도 문제를 보완하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은, 분리-연마재 패드 공정이 개발되었다. As shown in FIG. 1, the fixed-abrasive pad is configured such that the abrasive 130 is fixed to the pad 110. One example of a fixed-abrasive pad is sandpaper. When using a fixed-abrasive pad, the abrasive is fixed, so the polishing process is simple and efficient, making it convenient to use, and the loss of the abrasive is relatively small. However, it is difficult to fix uniformly small-sized abrasive particles on the pad, and the size and/or height of the abrasive particles fixed on the pad have large variations, making it difficult to precisely process the surface. To compensate for the polishing precision problem of this fixed-abrasive pad, a separate-abrasive pad process, as shown in FIG. 2, was developed.
도 2에 도시된 바와 같이, 분리-연마재 패드는, 연마재(230)가 패드에 고정되어 있지 않고, 패드(210)와 가공될 물품인 기판(220) 사이에 주입됨으로써, 해당 물품에 대한 연마가 가능하도록 구성될 수 있다. 분리-연마재 패드는, 예를 들어, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정과 같이 정밀한 평탄화를 요구하는 연마 공정에 이용되고 있다.As shown in FIG. 2, in the separation-abrasive pad, the abrasive material 230 is not fixed to the pad, but is injected between the pad 210 and the substrate 220, which is the article to be processed, thereby allowing polishing of the article. It can be configured to make it possible. Separation-abrasive pads are used in polishing processes that require precise planarization, such as, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) processes.
전자기기 및 반도체 부품 가공을 위해서는, 요구되는 높은 정밀도를 만족시키기 위해 분리-연마재 패드가 이용되고 있다. 그러나, 분리-연마재 패드를 이용하는 방식은, 패드와 가공될 물품 사이에서 연마 입자들이 서로 뭉침으로써, 가공될 물품에 대한 스크래치를 발생시킬 수 있으며, 공정 단계 이후에 연마 입자들을 제거하는 세정 공정이 필요한 문제점이 있다. 즉, 분리-연마재 패드를 이용하는 방식은, 고정-연마재 패드를 이용하는 방식보다 단계가 복잡하고 불편한 단점이 있으며, 세정 공정으로 인해 다량의 폐수가 발생되므로 환경에도 악영향을 끼칠 수 있다.For processing electronic devices and semiconductor components, separation-abrasive pads are used to meet the required high precision. However, in the method of using a separate abrasive pad, abrasive particles agglomerate between the pad and the article to be processed, which can cause scratches on the article to be processed, and require a cleaning process to remove the abrasive particles after the processing step. There is a problem. In other words, the method of using a separate-abrasive pad has the disadvantage of being more complicated and inconvenient than the method of using a fixed-abrasive pad, and the cleaning process generates a large amount of waste water, which may have a negative impact on the environment.
따라서, 본 개시물의 다양한 실시예들은 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(Vertically Aligned Carbon Nano Tube(s), VACNT)를 이용한 고정-연마재 패드 및 그 제작 방법에 대해 개시한다.Accordingly, various embodiments of the present disclosure disclose a fixed-abrasive pad using vertically aligned carbon nanotube(s) (VACNT) and a method of manufacturing the same.
본 개시물의 다양한 실시예들은 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT)를 이용하여 높은 연마 정밀도 및 편리한 사용성을 가진 고정-연마재 패드에 대해 개시한다.Various embodiments of the present disclosure disclose a fixed-abrasive pad with high polishing precision and convenient usability using vertically aligned carbon nanotubes (VACNT).
본 개시물에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved in the present disclosure is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따르면, 고정-연마재 패드는, 고분자 소재의 패드, 및 일측이 상기 패드에 함침되고, 타측이 상기 패드에서 돌출되는 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(vertically aligned carbon nanotube, VACNT)를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the fixed-abrasive pad includes a pad made of a polymer material and a vertically aligned carbon nanotube (vertically aligned carbon nanotube), one side of which is impregnated into the pad and the other side of which protrudes from the pad. VACNT) may be included.
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 직경은, 1나노미터(nm)에서 500나노미터(nm) 사이의 크기를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the diameter of the vertically aligned carbon nanotubes may range from 1 nanometer (nm) to 500 nanometers (nm).
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직 정렬된 탄소나노튜브의 길이는, 최대 1000 마이크로미터(μm)이며, 상기 패드에서 돌출되는 부분의 길이는, 최대 500 나노미터(nm)일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the length of the vertically aligned carbon nanotubes may be up to 1000 micrometers (μm), and the length of the portion protruding from the pad may be up to 500 nanometers (nm).
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 패드는, 폴리우레탄일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the pad may be polyurethane.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따르면, 고정-연마재 패드의 제작 방법은, 기판 상에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 합성하는 단계, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 폴리우레탄에 함침시키는 단계, 상기 기판을 제거하는 단계, 및 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측을 돌출시키는 단계를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a method of manufacturing a fixed-abrasive pad includes synthesizing vertically aligned carbon nanotubes on a substrate, impregnating the vertically aligned carbon nanotubes into polyurethane, It may include removing the substrate, and protruding one side of the vertically aligned carbon nanotubes.
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 기판 상에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 합성하는 단계는, 상기 기판 위에 촉매층을 물리기상증착법으로 증착시키는 단계, 및 상기 촉매층이 증착된 기판 위에 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 화학기상증착법으로 합성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the step of synthesizing carbon nanotubes vertically aligned on the substrate includes depositing a catalyst layer on the substrate by physical vapor deposition, and forming the vertically aligned carbon nanotubes on the substrate on which the catalyst layer is deposited. It may include synthesizing aligned carbon nanotubes using chemical vapor deposition.
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 직경은, 1나노미터(nm)에서 500나노미터(nm) 사이의 크기를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the diameter of the vertically aligned carbon nanotubes may range from 1 nanometer (nm) to 500 nanometers (nm).
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직 정렬된 탄소나노튜브의 길이는, 최대 1000 마이크로미터(μm)일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the length of the vertically aligned carbon nanotubes may be up to 1000 micrometers (μm).
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측은, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 돌출시킬 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, one side of the vertically aligned carbon nanotubes may be protruded using a plasma etching process.
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측의 돌출 길이는, 상기 플라즈마 에칭 공정의 조건에 따라 조절될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the protrusion length of one side of the vertically aligned carbon nanotubes may be adjusted according to the conditions of the plasma etching process.
본 개시물의 일실시예에 따르면, 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측의 돌출 길이는, 최대 500 나노미터(nm)일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the protrusion length of one side of the vertically aligned carbon nanotubes may be up to 500 nanometers (nm).
본 개시물의 다양한 실시예들에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT)를 이용하여 연마 정밀도가 높은 고정-연마재 패드를 제공할 수 있다. 또한, 우수한 기계적 물성을 가진 탄소나노튜브를 이용함으로써, 높은 연마 성능을 가지면서 반영구적인 사용이 가능한 고정-연마재 패드를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a fixed-abrasive pad with high polishing precision can be provided using vertically aligned carbon nanotubes (VACNT). In addition, by using carbon nanotubes with excellent mechanical properties, it is possible to provide a fixed-abrasive pad that has high polishing performance and can be used semi-permanently.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 이용한 고정-연마재 패드는, 정밀한 표면 가공을 요하는 산업 전반에 사용될 수 있다. Fixed-abrasive pads using vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure can be used throughout industries that require precise surface processing.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 이용한 고정-연마재 패드는, 연마재 제거를 위한 추가 공정(예: 세정 공정)이 필요하지 않기 때문에, 공정 시간을 단축시키면서 생산성을 향상시킬 수 있다. Fixed-abrasive pads using vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure do not require additional processes (e.g., cleaning processes) to remove abrasives, thereby improving productivity while shortening process time. You can do it.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 이용한 고정-연마재 패드는, 연마 공정 중에 폐수를 발생시키지 않고, 반영구적인 사용이 가능하므로, 환경 오염 문제를 개선할 수 있다. Fixed-abrasive pads using vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure do not generate wastewater during the polishing process and can be used semi-permanently, thereby improving environmental pollution problems.
본 개시물에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
도 1은 종래 기술에 따른 고정-연마재 패드를 이용한 연마 공정에 대한 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 분리-연마재 패드를 이용한 연마 공정에 대한 개념도이다.
도 3a는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브 가 함침된 고정-연마재 패드의 구조도이다.
도 3b는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용한 연마 공정에 대한 개념도이다.
도 4는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 제작하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 제작하는 방법에 대한 예시도이다.
도 6은 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드에 대한 SEM(scanning Electron Microscope) 이미지를 도시한다.
도 7a는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용하여 동판을 연마하는 실험 환경에 대한 예시도이다.
도 7b 및 도 7c는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용하여 동판을 연마한 실험 결과를 도시한다.
도 8은 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드와 기존의 연마재 패드들을 이용하여 구리 웨이퍼(wafer)를 연마한 실험 결과를 나타낸다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.1 is a conceptual diagram of a polishing process using a fixed-abrasive pad according to the prior art.
Figure 2 is a conceptual diagram of a polishing process using a separation-abrasive pad according to the prior art.
FIG. 3A is a structural diagram of a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 3B is a conceptual diagram of a polishing process using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
Figure 4 is a flowchart of a method of manufacturing a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
Figure 5 is an exemplary diagram of a method of manufacturing a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
6 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 7A is an exemplary diagram of an experimental environment for polishing a copper plate using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
FIGS. 7B and 7C show experimental results of polishing a copper plate using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 8 shows experimental results of polishing a copper wafer using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes and existing abrasive pads according to various embodiments of the present disclosure.
In relation to the description of the drawings, identical or similar reference numerals may be used for identical or similar components.
이하 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명된다.Hereinafter, various embodiments are described in detail with reference to the attached drawings.
도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략할 수 있다. Regardless of the reference numerals, identical or similar components are assigned the same reference numbers and duplicate descriptions thereof may be omitted.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when a component is mentioned as being 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between.
도 3a는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드의 구조도이고, 도 3b는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용한 연마 공정에 대한 개념도이다.FIG. 3A is a structural diagram of a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure, and FIG. 3B is a structural diagram of a vertically aligned carbon nanotube according to various embodiments of the present disclosure. This is a conceptual diagram of the polishing process using an impregnated fixed-abrasive pad.
도 3a를 참조하면, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300)는 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT; Vertically Aligned Carbon Nano Tube(s), 310)가 패드(320)에 함침된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고정-연마재 패드(300)는 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일측이 패드(320)에 함침되어 고정되고, 타측이 패드(320) 외부로 노출된 형태로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 3A, the fixed-abrasive pad 300 according to various embodiments of the present disclosure includes vertically aligned carbon nanotubes (VACNT; Vertically Aligned Carbon Nano Tube(s) 310) on the pad 320. It may be configured in an impregnated form. For example, the fixed-abrasive pad 300 may be configured so that one side of the vertically aligned carbon nanotubes 310 is impregnated and fixed to the pad 320, and the other side is exposed to the outside of the pad 320. there is.
일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)는, 직경의 크기를 조절할 수 있는 다중벽 튜브일 수 있다. 예를 들어, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 직경은, 고정-연마재 패드(300)의 제작 단계에서, 약 1나노미터(nm)에서 500나노미터 사이의 원하는 크기로 조절될 수 있다. According to one embodiment, the vertically aligned carbon nanotubes 310 may be multi-walled tubes whose diameters can be adjusted. For example, the diameter of the vertically aligned carbon nanotubes 310 can be adjusted to a desired size between about 1 nanometer (nm) and 500 nanometers at the manufacturing stage of the fixed-abrasive pad 300. .
일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 길이는 최소 수 마이크로미터(μm)에서 최대 1밀리미터(mm)까지 조절될 수 있다. According to one embodiment, the length of the vertically aligned carbon nanotubes 310 can be adjusted from a minimum of several micrometers (μm) to a maximum of 1 millimeter (mm).
일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310) 중 패드(320) 외부로 노출되는 부분, 즉, 패드(320)에서 돌출된 부분은, 최소 1마이크로미터에서 최대 500나노미터의 길이를 가질 수 있다. According to one embodiment, the part of the vertically aligned carbon nanotubes 310 that is exposed to the outside of the pad 320, that is, the part that protrudes from the pad 320, has a length of at least 1 micrometer and up to 500 nanometers. You can have
일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310) 중 패드(320) 외부로 노출되는 부분, 즉, 패드(320)에서 돌출된 부분은, 높이 편차가 발생되지 않도록, 또는 매우 적은 높이 편차를 갖도록 공정될 수 있다. According to one embodiment, the part of the vertically aligned carbon nanotubes 310 that is exposed to the outside of the pad 320, that is, the part that protrudes from the pad 320, has a height of very small or no height deviation. It can be processed to have deviations.
일실시예에 따르면, 패드(320)는 고분자 소재로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 고분자 소재의 폴리우레탄 일 수 있다.According to one embodiment, the pad 320 may be made of a polymer material, for example, polyurethane, a polymer material.
본 개시물의 다양한 실시예들에 따른, 고정-연마재 패드(300)는 상술한 바와 같이 구성됨으로써, 연마하고자 하는 피삭재에 가해지는 하중을 균일하게 분산할 수 있어, 매우 정밀한 연마가 가능하다. 예를 들어, 고정-연마재 패드(300)에서 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 직경이 작고, 크기 및 높이에 대한 편차가 적다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이, 서브스트레이트(substrate, 350) 연마 시, 고정-연마재 패드(300)에서 서브스트레이트(350)에 가해지는 하중이 균일하게 분산됨으로써, 서브스트레이트(350)에 매우 작고 균일한 표면 긁힘이 형성되어 매우 정밀한 연마가 가능하다.According to various embodiments of the present disclosure, the fixed-abrasive pad 300 is configured as described above, so that the load applied to the workpiece to be polished can be uniformly distributed, enabling very precise polishing. For example, the diameter of the vertically aligned carbon nanotubes 310 in the fixed-abrasive pad 300 is small, and there is little variation in size and height. Accordingly, as shown in FIG. 3b, when polishing the substrate 350, the load applied to the substrate 350 from the fixed-abrasive pad 300 is uniformly distributed, so that the substrate 350 Very small and uniform surface scratches are formed, enabling very precise polishing.
상술한 바와 같이, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른, 고정-연마재 패드(300)는 강철보다 강도 높은 우수한 기계적 물성을 가진 탄소나노튜브를 포함함으로써, 연마 성능이 뛰어나며 피삭재의 재료에 관계없이 범용으로 사용될 수 있다.As described above, the fixed-abrasive pad 300 according to various embodiments of the present disclosure includes carbon nanotubes with excellent mechanical properties that are stronger than steel, thereby providing excellent polishing performance and general use regardless of the material of the workpiece. It can be used as
도 4는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 제작하는 방법에 대한 흐름도이고, 도 5는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 제작하는 방법에 대한 예시도이다.FIG. 4 is a flowchart of a method of manufacturing a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure, and FIG. 5 is a flow chart of a method of manufacturing a vertically aligned carbon nanotube impregnated abrasive pad according to various embodiments of the present disclosure. This is an example of a method of manufacturing a fixed-abrasive pad impregnated with carbon nanotubes.
도 4를 참조하면, 고정-연마재 패드(300)를 제작하는 단계는, 기판 상에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 합성하는 단계(401)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the step of manufacturing the fixed-abrasive pad 300 may include a step 401 of synthesizing carbon nanotubes 310 vertically aligned on a substrate.
일실시예에 따르면, 합성 단계는, 기판 또는 금속 호일 위에 Fe/Al203 촉매층을 물리기상증착법(physical vapor deposition; PDV)으로 증착하는 단계, 및 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, Fe/Al203 촉매층이 증착된 기판(501) 또는 금속 호일 위에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 통해 합성하는 단계를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)는 직경 및/또는 길이 조절이 가능한 다중벽 튜브일 수 있다. 예를 들어, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 직경은 약 1나노미터(nm)에서 500나노미터 사이의 원하는 크기로 조절될 수 있다. 다른 예로, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 길이는 최소 수 마이크로미터(μm)에서 최대 1밀리미터(mm)까지 조절될 수 있다. 이와 같이, 합성 단계에서는, 세장비가 최대 200,000에 달하는 고세장비 나노와이어를 기판에 고르게 성장시킬 수 있다. 특히, 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 탄소나노튜브(310)를 합성하기 때문에, 대면적의 성장이 가능하다. 또한, 패턴화된 기판 또는 금속 호일에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 성장시킬 경우, 패턴 모양에 따라 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)가 성장하므로, 목적에 맞는 커스터마이징이 가능하다. 일실시예에 따르면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)에 대한 일측의 높이 편차를 최소화하기 위해, 평탄한 형태의 기판을 이용할 수 있다. According to one embodiment, the synthesis step includes depositing a Fe/Al2O3 catalyst layer on a substrate or metal foil by physical vapor deposition (PDV), and as shown in (a) of FIG. 5, Fe/Al2O3 catalyst layer is deposited on a substrate or metal foil. It may include synthesizing vertically aligned carbon nanotubes 310 on a metal foil or a substrate 501 on which an Al203 catalyst layer is deposited through chemical vapor deposition (CVD). According to one embodiment, the vertically aligned carbon nanotubes 310 may be multi-walled tubes whose diameter and/or length can be adjusted. For example, the diameter of the vertically aligned carbon nanotubes 310 can be adjusted to a desired size between about 1 nanometer (nm) and 500 nanometers. As another example, the length of the vertically aligned carbon nanotubes 310 can be adjusted from a minimum of several micrometers (μm) to a maximum of 1 millimeter (mm). In this way, in the synthesis stage, high-density nanowires with an slenderness ratio of up to 200,000 can be grown evenly on the substrate. In particular, since carbon nanotubes 310 are synthesized using chemical vapor deposition (CVD), large-area growth is possible. In addition, when growing vertically aligned carbon nanotubes 310 on a patterned substrate or metal foil, the vertically aligned carbon nanotubes 310 grow according to the pattern shape, allowing customization to suit the purpose. . According to one embodiment, in order to minimize the height difference on one side of the vertically aligned carbon nanotubes 310, a flat substrate may be used.
고정-연마재 패드(300)를 제작하는 단계는, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 폴리우레탄에 함침하는 단계(403)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 고르게 성장된 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 폴리우레탄(320) 소재의 표면에 함침할 수 있다. 이때, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310) 사이에 기공 없이 폴리우레탄이 잘 스며들 수 있도록 하는 것이 중요하다. 일실시예에 따르면, 폴리우레탄(320)은, 패드로 지칭될 수 있다.The step of manufacturing the fixed-abrasive pad 300 may include a step 403 of impregnating vertically aligned carbon nanotubes 310 into polyurethane. For example, as shown in (b) of FIG. 5, evenly grown vertically aligned carbon nanotubes 310 can be impregnated on the surface of a polyurethane 320 material. At this time, it is important to allow the polyurethane to permeate well between the vertically aligned carbon nanotubes 310 without pores. According to one embodiment, polyurethane 320 may be referred to as a pad.
고정-연마재 패드(300)를 제작하는 단계는, 기판 제거 단계(405)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 제거 단계(405)는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)이 성장했던 기판(501) 또는 금속 호일을 분리하는 단계일 수 있다. 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)를 폴리우레탄에 함침하는 단계(403)에서 기공이 없도록 하였으므로, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)와 폴리우레탄(320)이 공존하는 표면(예를 들어, 기판(501)에 접촉되었던 표면)의 모양은 기판 또는 금속 호일의 모양과 동일하다. 따라서, 기판이 평탄한 형태인 경우, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)와 폴리우레탄의 높이는 동일하므로, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 높이 편차는 없게 된다.Fabricating the fixed-abrasive pad 300 may include a substrate removal step 405 . For example, the substrate removal step 405 may be a step of separating the substrate 501 or the metal foil on which the vertically aligned carbon nanotubes 310 were grown, as shown in (c) of FIG. 5. . Since there were no pores in the step 403 of impregnating the vertically aligned carbon nanotubes 310 into polyurethane, the surface where the vertically aligned carbon nanotubes 310 and polyurethane 320 coexist (e.g. , the shape of the surface that was in contact with the substrate 501 is the same as that of the substrate or metal foil. Therefore, when the substrate is flat, the height of the vertically aligned carbon nanotubes 310 and the polyurethane are the same, so there is no height difference between the vertically aligned carbon nanotubes 310.
고정-연마재 패드(300)를 제작하는 단계는, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일측을 돌출시키는 공정 단계(407)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌출 공정 단계(407)는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일부분(312)을 돌출시켜 폴리우레탄(320)의 외부에 노출되도록 할 수 있다. 일실시예에 따르면, 플라즈마 에칭 공정을 통해 폴리우레탄(320)을 깍아냄으로써 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일부분(312)을 돌출시킬 수 있다. 예를 들어, O2 플라즈마 에칭 공정을 통해 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일부분(312)을 돌출시킬 수 있다. 이는, 예시일 뿐, 본 개시물의 다양한 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)에서 돌출되는 일부분(312)의 길이는 플라즈마 에칭 공정의 조건에 따라 조절될 수 있다. 본 개시물의 실시예에 따른 고정-연마재 패드(300)는, 식물의 새싹을 모사하여 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 일부분(312)만 돌출되고 다른 부분은 폴리우레탄(320)에 함침되도록 구성됨으로써, 연마재 역할을 하는 탄소나노튜브가 튼튼하게 고정될 수 있다. 또한, 탄소나노튜브의 돌출된 부분의 높이 편차가 없거나 매우 적고, 폴리우레탄(320)으로 구성된 패드의 전체 면적에 걸쳐 고르게 분포됨으로써, 높은 연마 성능을 가질 수 있다.The step of manufacturing the fixed-abrasive pad 300 may include a process step 407 of protruding one side of the vertically aligned carbon nanotubes 310. For example, in the extrusion process step 407, as shown in (d) of FIG. 5, a portion 312 of the vertically aligned carbon nanotubes 310 is protruded and exposed to the outside of the polyurethane 320. It can be done as much as possible. According to one embodiment, a portion 312 of the vertically aligned carbon nanotubes 310 may be protruded by cutting the polyurethane 320 through a plasma etching process. For example, a portion 312 of the vertically aligned carbon nanotubes 310 may be protruded through an O 2 plasma etching process. This is only an example, and the various embodiments of the present disclosure are not limited thereto. The length of the portion 312 protruding from the vertically aligned carbon nanotubes 310 can be adjusted according to the conditions of the plasma etching process. In the fixed-abrasive pad 300 according to an embodiment of the present disclosure, only a portion 312 of the vertically aligned carbon nanotubes 310 protrudes, simulating a plant sprout, and the other portion is impregnated with polyurethane 320. By being configured so that the carbon nanotubes that serve as abrasives can be firmly fixed. In addition, there is no or very little height deviation of the protruding portion of the carbon nanotube and it is evenly distributed over the entire area of the pad made of polyurethane 320, thereby enabling high polishing performance.
도 6은 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드에 대한 SEM(scanning Electron Microscope) 이미지를 도시한다.FIG. 6 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure.
도 6의 좌측 이미지(610)는 고정-연마재 패드(300)의 단면을 촬영한 이미지며, 우측 이미지(620)는 고정-연마재 패드(300)의 상면 중 일부분(612)을 촬영한 이미지이다. 고정-연마재 패드(300)의 상면은, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 돌출된 부분이다.The left image 610 in FIG. 6 is an image of a cross-section of the fixed-abrasive pad 300, and the right image 620 is an image of a portion 612 of the upper surface of the fixed-abrasive pad 300. The upper surface of the fixed-abrasive pad 300 is a protruding portion of vertically aligned carbon nanotubes 310.
도 6을 참조하면, 하단부의 폴리우레탄만 존재하는 층 위에 폴리우레탄 및 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)가 공존하는 공존 층이 존재함을 알 수 있다. 공존 층을 살펴보면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)의 사이에 기공 없이 폴리우레탄이 잘 스며들어 결과적으로 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(310)가 튼튼하게 함침된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that a coexistence layer in which polyurethane and vertically aligned carbon nanotubes 310 coexist exists on a layer containing only polyurethane at the bottom. Looking at the coexistence layer, it can be seen that polyurethane permeates well between the vertically aligned carbon nanotubes 310 without pores, and as a result, the vertically aligned carbon nanotubes 310 are strongly impregnated.
상술한 바와 같이, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300)는 탄소나노튜브(310)가 일부분만 함침되어 있고 일부분은 돌출되므로, 기존의 고정-연마재 패드와 같이 연마재가 연마 중에 패드에서 탈락되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300)는 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 구조로 인해 패드의 내마모성을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 반영구적으로 사용될 수 있다. 또한, 기계적으로 연한 고분자 소재의 폴리우레탄으로 인해 각 탄소나노튜브에 전달되는 최대 힘이 제한됨으로써, 스크래치 등과 같은 결함율을 감소시킬 수 있다.As described above, in the fixed-abrasive pad 300 according to various embodiments of the present disclosure, the carbon nanotubes 310 are only partially impregnated and a portion protrudes, so that the abrasive is used for polishing like a conventional fixed-abrasive pad. This can solve the problem of the pad falling off during use. Additionally, the fixed-abrasive pad 300 according to various embodiments of the present disclosure can increase the wear resistance of the pad due to the structure of vertically aligned carbon nanotubes, and thus can be used semi-permanently. In addition, the maximum force transmitted to each carbon nanotube is limited due to the mechanically soft polymer material polyurethane, thereby reducing the rate of defects such as scratches.
상술한 바와 같은, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300)를 이용할 경우, 기존의 고정-연마재 패드, 및 분리-연마재 패드보다 정밀한 기계적 연마를 수행할 수 있다.As described above, when using the fixed-abrasive pad 300 according to various embodiments of the present disclosure, more precise mechanical polishing can be performed than conventional fixed-abrasive pads and separate-abrasive pads.
도 7a는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용하여 동판을 연마하는 실험 환경에 대한 예시도이고, 도 7b 및 도 7c는 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드를 이용하여 동판을 연마한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 7A is an exemplary diagram of an experimental environment for polishing a copper plate using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments of the present disclosure, and Figures 7B and 7C are illustrations of the experimental environment of the present disclosure. This is a graph showing the results of an experiment in which a copper plate was polished using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes according to various embodiments.
도 7a를 참조하면, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300, 660)의 연마 성능을 실험하기 위해, 표면이 거친 동판(copper plate, 620)을 연마하였다. 여기서, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(300, 660)는 폴리싱 패드(polishing pad)로 지칭될 수 있다. 정확도 높은 실험을 위해, 다른 화학제를 첨가하지 않고, 정제수(DI water, 630)만을 주입하여 연마 실험을 진행하였다.Referring to FIG. 7A, in order to test the polishing performance of the fixed-abrasive pads 300 and 660 according to various embodiments of the present disclosure, a copper plate 620 with a rough surface was polished. Here, the fixed-abrasive pads 300 and 660 according to various embodiments of the present disclosure may be referred to as polishing pads. For a highly accurate experiment, a polishing experiment was conducted by injecting only purified water (DI water, 630) without adding any other chemicals.
도 7b는 연마 실험 전의 동판 표면의 거칠기와 연마 실험 후의 동판 표면의 거칠기를 나타낸다. 도 7b를 참조하면, 도 7a에서 설명한 바와 같은 실험 환경으로 동판을 연마한 결과, 연마 실험 전에는 동판의 표면이 좌측 이미지(710)와 같이 매우 거칠었으나, 연마 실험 후에는 동판의 표면이 우측 이미지(720)와 같이, 거칠기가 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 동판 표면의 거칠기(Sq)를 측정한 결과, 연마 실험 전에는 표면 거칠기(Sq)가 28.8nm였으나, 연마 실험 후에는 표면 거칠기가 9.8nm로 감소되었음을 알 수 있다. 또한, 동판 표면의 평탄도를 나타내는 P-V(peak to valley, Spv)를 측정한 결과, 연마 실험 전에는 P-V(Spv)가 160.4nm였으나, 연마 실험 후에는 P-V(Spv)가 63.7nm로 감소되었음을 알 수 있다. Figure 7b shows the roughness of the copper plate surface before the polishing experiment and the roughness of the copper plate surface after the polishing experiment. Referring to FIG. 7B, as a result of polishing the copper plate in the experimental environment described in FIG. 7A, before the polishing experiment, the surface of the copper plate was very rough as shown in the left image 710, but after the polishing experiment, the surface of the copper plate was as shown in the image on the right (710). 720), it can be seen that the roughness has been reduced. Additionally, as a result of measuring the roughness (Sq) of the surface of the copper plate, it was found that the surface roughness (Sq) was 28.8 nm before the polishing experiment, but after the polishing experiment, the surface roughness was reduced to 9.8 nm. In addition, as a result of measuring P-V (peak to valley, Spv), which indicates the flatness of the copper plate surface, it was found that before the polishing experiment, P-V (Spv) was 160.4 nm, but after the polishing experiment, P-V (Spv) was reduced to 63.7 nm. there is.
도 7c는 연마 실험 동안의 동판의 무게 감소량을 도시한다. 도 7c를 참조하면, 도 7a에서 설명한 바와 같은 실험 환경으로 동판을 연마할 시, 매분마다 동판의 무게가 감소되는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드(610)를 이용하여 연마하는 경우, 도시된 그래프(750)와 같이 연마를 시작한 후 1분이 경과되면, 동판의 무게가 약 10-15μg/mm2 정도 감소되고, 연마를 시작한 후 5분이 경과되면, 동판의 무게가 약 30μg/mm2 정도 감소됨을 알 수 있다. Figure 7c shows the weight loss of the copper plate during the polishing experiment. Referring to FIG. 7C, it can be seen that when the copper plate is polished in the experimental environment described in FIG. 7A, the weight of the copper plate decreases every minute. For example, when polishing using a fixed-abrasive pad 610 according to various embodiments of the present disclosure, 1 minute after starting polishing, as shown in the graph 750, the weight of the copper plate is about 10 It can be seen that it is reduced by about -15μg/mm 2 , and 5 minutes after starting polishing, the weight of the copper plate is reduced by about 30μg/mm 2 .
반면, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브 없이 단순히 폴리우레탄 패드만으로 동판을 연마할 시, 동판의 무게가 계속 동일함을 알 수 있다. 이는, 본 개시물에서 제안한 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드(610)를 이용하는 경우, 동판에 대한 연마 성능이 뛰어나나, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브 없이 패드만으로 연마하는 경우, 동판이 전혀 연마되지 않았음을 의미할 수 있다.On the other hand, when polishing a copper plate simply with a polyurethane pad without vertically aligned carbon nanotubes, it can be seen that the weight of the copper plate remains the same. This means that when using the fixed-abrasive pad 610 impregnated with vertically aligned carbon nanotubes proposed in this disclosure, the polishing performance on copper plates is excellent, but when polishing is performed only with the pad without vertically aligned carbon nanotubes. , which may mean that the copper plate has not been polished at all.
도 8은 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 수직으로 정렬된 탄소나노튜브가 함침된 고정-연마재 패드와 기존의 연마재 패드들을 이용하여 구리 웨이퍼(wafer)를 연마한 실험 결과를 나타낸다. FIG. 8 shows experimental results of polishing a copper wafer using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes and existing abrasive pads according to various embodiments of the present disclosure.
도 8에 도시된 바와 같이, 기존 고정-연마재 패드인 사포(810)를 이용하는 경우, 기존의 분리-연마재 패드인 폴리우레탄(polyurethan, PU) 패드, 및 알루미나(AI2O3)(820)를 이용하는 경우, 및 본 개시물에서 제안한 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT)가 함침된 고정-연마재 패드(830)를 이용하는 경우에 대한 연마 실험을 진행하였다. 여기서는, 각 연마재 패드들의 성능을 실험하기 위해, 구리 웨이퍼(Cu wager)를 연마하였다. 정확도 높은 실험을 위해, 다른 화학제는 첨가하지 않고, 정제수 만을 주입하여 연마 실험을 진행하였다. 여기서, 실험에 이용된 각 연마재 패드의 연마 입자들의 크기는 서로 상이하다. 즉, 사포의 연마 입자인 탄화규소의 크기는 약 5마이크로미터이고, 알루미나의 입자크기는 80나노미터이다. 또한, 본 개시물에서 제안된 VACNT의 크기는 20nm이다.As shown in FIG. 8, when using sandpaper 810, which is an existing fixing-abrasive pad, polyurethane (PU) pad, which is an existing separating-abrasive pad, and alumina (AI 2 O 3 ) 820 A polishing experiment was conducted for the case of using the fixed-abrasive pad 830 impregnated with vertically aligned carbon nanotubes (VACNT) proposed in this disclosure. Here, to test the performance of each abrasive pad, a copper wafer (Cu wager) was polished. For a highly accurate experiment, the polishing experiment was conducted by injecting only purified water without adding any other chemicals. Here, the size of the abrasive particles of each abrasive pad used in the experiment is different from each other. That is, the size of silicon carbide, which is the abrasive particle of sandpaper, is about 5 micrometers, and the particle size of alumina is 80 nanometers. Additionally, the size of the VACNTs proposed in this disclosure is 20 nm.
도 8은 각 연마재 패드들을 이용하여 연마된 구리 표면의 거칠기, 및 연마 깊이를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 기존의 고정-연마재 패드인 사포(810)를 이용하여 연마한 결과, 구리 표면의 거칠기(Rq)가 64nm이고, 연마 깊이가 평균 189.4nm이고, 표준편차는 62.1nm임을 알 수 있다. 또한, 분리-연마재 패드인 알루미나(820)를 이용하여 연마한 결과, 구리 표면의 거칠기(Rq)가 10.6nm이고, 연마 깊이가 평균 7.0nm이고, 표준편차는 0.6nm임을 알 수 있다. Figure 8 shows the roughness and polishing depth of the copper surface polished using each abrasive pad. Referring to Figure 8, as a result of polishing using sandpaper 810, a conventional fixed-abrasive pad, it can be seen that the roughness (Rq) of the copper surface is 64 nm, the average polishing depth is 189.4 nm, and the standard deviation is 62.1 nm. You can. In addition, as a result of polishing using alumina 820, a separation-abrasive pad, it can be seen that the roughness (Rq) of the copper surface is 10.6 nm, the average polishing depth is 7.0 nm, and the standard deviation is 0.6 nm.
반면, 본 개시물에서 제안한 VACNT가 함침된 고정-연마재 패드(830)를 이용하여 연마한 결과, 구리 표면의 거칠기(Rq)가 7.1nm이고, 연마 깊이가 평균 4.6nm이고, 표준편차는 0.2nm임을 알 수 있다. 즉, 본 개시물에서 제안한 VACNT가 함침된 고정-연마재 패드(830)의 연마 성능이 사포(810), 및 알루미나(820)의 연마 성능보다 더 뛰어남을 알 수 있다.On the other hand, as a result of polishing using the fixed-abrasive pad 830 impregnated with VACNT proposed in this disclosure, the roughness (Rq) of the copper surface was 7.1 nm, the average polishing depth was 4.6 nm, and the standard deviation was 0.2 nm. You can see that it is. In other words, it can be seen that the polishing performance of the fixed-abrasive pad 830 impregnated with VACNT proposed in this disclosure is superior to that of sandpaper 810 and alumina 820.
상술한 바와 같이, 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT)가 함침된 고정-연마재 패드를 이용하는 경우, 물품의 표면을 정밀하게 연마할 수 있으며, 연마재 제거를 위한 추가 공정(예: 세정 공정)이 필요하지 않기 때문에, 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 연마재 제거가 필요하지 않기 때문에 연마 공정 중에 폐수를 발생시키지 않고, 반영구적인 사용이 가능하므로, 환경 오염 문제를 개선할 수 있다. As described above, when using a fixed-abrasive pad impregnated with vertically aligned carbon nanotubes (VACNT), the surface of the article can be precisely polished, and an additional process (e.g., cleaning process) to remove the abrasive is required. Since it is not necessary, the process time can be shortened and productivity can be improved. In addition, since removal of abrasives is not required, waste water is not generated during the polishing process and semi-permanent use is possible, thereby improving environmental pollution problems.
상술한 바와 같은, 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 고정-연마재 패드는, 표면 가공이 필요한 다양한 산업 분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 정밀한 표면 연마 가공이 필요한 전자 제품, 자동차의 하우징 가공, 외관의 심미성이 중요한 보석 등과 같은 물질의 표면의 가공, 반도체 공정에서의 웨이퍼 평탄화 가공 등과 같이, 매끄러운 표면처리가 필요한 산업 전반적인 분야에 적용될 수 있다. As described above, the fixed-abrasive pad according to various embodiments of the present disclosure can be used in various industrial fields that require surface processing. For example, overall industrial fields that require smooth surface treatment, such as electronic products that require precise surface polishing, automobile housing processing, surface processing of materials such as jewelry where aesthetics are important, wafer planarization processing in the semiconductor process, etc. It can be applied to .
110: 패드(pad) 130: 연마재(abrasive)
210: 패드(pad) 220: 기판(substrate)
230: 연마재(abrasive) 300: 고정-연마재 패드
310: 수직으로 정렬된 탄소나노튜브(VACNT; Vertically Aligned Carbon Nano Tube(s))
320: 패드 350: 기판(substrate)110: pad 130: abrasive
210: pad 220: substrate
230: abrasive 300: fixed-abrasive pad
310: Vertically Aligned Carbon Nano Tube(s) (VACNT)
320: pad 350: substrate
Claims (11)
고분자 소재의 패드; 및
일측이 상기 패드에 함침되고, 타측이 상기 패드에서 돌출되면서 수직으로 정렬되고, 높이를 직경으로 나눈 세장비가 200,000인 탄소나노튜브(vertically aligned carbon nanotube, VACNT)를 포함하고,
상기 고분자 소재의 패드는 상기 탄소나노튜브가 함침될 수 있는 일정한 높이를 가지는, 고정-연마재 패드.
In the fixed-abrasive pad,
Pad made of polymer material; and
One side is impregnated in the pad, the other side protrudes from the pad and is vertically aligned, and includes a vertically aligned carbon nanotube (VACNT) whose height is divided by the diameter and whose slenderness ratio is 200,000,
A fixed-abrasive pad, wherein the pad made of the polymer material has a certain height into which the carbon nanotubes can be impregnated.
상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 직경은, 1나노미터(nm)에서 500나노미터(nm) 사이의 크기를 갖는, 고정-연마재 패드.
According to paragraph 1,
The fixed-abrasive pad has a diameter of the vertically aligned carbon nanotubes ranging from 1 nanometer (nm) to 500 nanometers (nm).
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브의 길이는, 최대 1000 마이크로미터(μm)이며,
상기 패드에서 돌출되는 부분의 길이는, 최대 500 나노미터(nm)인, 고정-연마재 패드.
According to paragraph 1,
The length of the vertically aligned carbon nanotubes is up to 1000 micrometers (μm),
A fixed-abrasive pad, wherein the length of the portion protruding from the pad is at most 500 nanometers (nm).
상기 패드는, 폴리우레탄인 고정-연마재 패드.
According to paragraph 1,
The pad is a polyurethane fixed-abrasive pad.
기판 상에 수직으로 정렬되고, 높이를 직경으로 나눈 세장비가 200,000이 되도록 탄소나노튜브를 합성하는 단계;
상기 탄소나노튜브를 상기 탄소나노튜브의 높이보다 더 높은 폴리우레탄에 함침시키는 단계;
상기 기판을 제거하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브의 상기 기판을 제거한 쪽을 기체 플라즈마 에칭을 사용하여 돌출시키는 단계를 포함하는, 방법.
In the method of manufacturing a fixed-abrasive pad,
Synthesizing carbon nanotubes so that they are vertically aligned on the substrate and have a slenderness ratio of 200,000, which is the height divided by the diameter;
Impregnating the carbon nanotubes into polyurethane higher than the height of the carbon nanotubes;
removing the substrate; and
A method comprising the step of protruding the side of the carbon nanotube from which the substrate was removed using gas plasma etching.
상기 기판 상에 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 합성하는 단계는,
상기 기판 위에 촉매층을 물리기상증착법으로 증착시키는 단계; 및
상기 촉매층이 증착된 기판 위에 상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 화학기상증착법으로 합성하는 단계를 포함하는, 방법.
According to clause 5,
The step of synthesizing vertically aligned carbon nanotubes on the substrate is,
depositing a catalyst layer on the substrate using physical vapor deposition; and
A method comprising synthesizing the vertically aligned carbon nanotubes by chemical vapor deposition on the substrate on which the catalyst layer is deposited.
상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 직경은, 1나노미터(nm)에서 500나노미터(nm) 사이의 크기를 갖는, 방법.
According to clause 6,
The method wherein the vertically aligned carbon nanotubes have a diameter ranging from 1 nanometer (nm) to 500 nanometers (nm).
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브의 길이는, 최대 1000 마이크로미터(μm)인, 방법.
According to clause 6,
The length of the vertically aligned carbon nanotubes is up to 1000 micrometers (μm).
상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측의 돌출 길이는, 상기 플라즈마 에칭 공정의 조건에 따라 조절되는, 방법.
According to clause 8,
The protrusion length of one side of the vertically aligned carbon nanotubes is adjusted according to the conditions of the plasma etching process.
상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측의 돌출 길이는, 최대 500 나노미터(nm)인, 방법.
According to clause 9,
The method wherein the protrusion length of one side of the vertically aligned carbon nanotubes is at most 500 nanometers (nm).
상기 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 일측의 돌출 길이의 높이는, 상기 기판 상에 형성된 패턴에 기초하여 결정되는, 방법.
According to clause 9,
The height of the protruding length of one side of the vertically aligned carbon nanotubes is determined based on a pattern formed on the substrate.
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| US17/526,134 US20220355435A1 (en) | 2021-05-07 | 2021-11-15 | Fixed-abrasive pad using vertically aligned carbon nanotubes and fabrication method for the same |
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| JP2004358588A (en) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Unitika Ltd | Abrasive pad and its manufacturing method |
| JP2009190155A (en) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Daiken Chemical Co Ltd | Polishing tool |
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2021
- 2021-07-07 KR KR1020210089224A patent/KR102625829B1/en active IP Right Grant
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