KR20010060975A - 화학적 기계적 연마 패드 드레서 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적·기계적 연마 패드 드레서(dresser)를 드레싱하는 신규 설계 및 그 제작 방법이다. 드레서의 기층 표면은 규칙적으로 배열된 슬러리(硏磨顆粒)를 포함하고 있다. 이런 슬러리는 땜납으로 금속의 기층위에 단단하게 점착되어 있다. 땜납의 표면 또한 박막층의 다이아몬드 라이크 카본(Diamond-Like Carbon 또는 DLC)으로 덮여있기 때문에 연마제내 산성액의 침식을 막을 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마 패드 드레서 및 그 제조 방법{CHAMICALLY AND MECHANICALLY GRINDING PAD DRESSER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 화학 기계 연마 패드 드레서 및 그 제조방법으로서, 슬러리를 균일하게 드레서 기층 표면 위에 분포시키고 균일한 두께의 땜납 금속층을 가질 수 있어, 웨이퍼 연마 패드에 대한 훌륭한 드레싱 효과를 제공할 수 있을 뿐만 아니라사용 수명이 길다.

실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)는 반도체 산업의 핵심 재료이다. 실리콘 웨이퍼 증착층의 표면이 매우 평탄하여야만 칩(chip)의 제조에 사용할 수 있기 때문에 연마 방식으로 정밀 가공하여야 한다. 연마 시에는 연마제내에 함유한 미세한 슬러리를 이용해 연마를 하는 것 외에도 연마제내에 자주 산성액을 첨가하여 침식을 가속화시킨다. 이렇게 기계적·화학적 방식이 병용되는 연마 방식을 시엠피(Chemical Mechanical Polishing)라 부른다. 시엠피를 실시할 때에는 여러 개의 실리콘 웨이퍼가 각각 원반(圓盤)으로 덮여 회전 연마 패드 위에 눌리게 된다. 패드 위는 또 지브(懸臂)로 연마제를 주입한다. 연마제는 산성 또는 알카리성으로 연마 대상 재질에 따라 결정된다. 예를 들어 산화물의 연마에는 일반적으로 알카리성 액을 사용하며, 금속 재료(예를 들어, 텅스텐 또는 구리)를 연마할 때는 산성액을 많이 사용한다. 연마할 때 생기는 부스러기는 거의 물에 씻겨 내려가지만 일부 부스러기가 연마 패드에 섞여 들어갈 수 있다. 이런 부스러기가 누적되면 연마 패드가 경화(硬化)되어 웨이퍼 연마 기능을 잃을 수도 있다. 하지만 만약 연마를 할 때 수시로 드레서로 오염(부스러기)을 제거해 주면 연마 패드의 수명을 대폭 연장할 수도 있다. 예를 들어, 8인치 웨이퍼를 연마할 때, 10개(1개당 약 1분) 미만을 연마한 후에는 연마 패드에 쌓인 오염물이 너무 많아 웨이퍼의 연마 속도가 크게 감소할 수 있으며, 심지어는 사용할 수 없게 될 수도 있다. 하지만 만약 연마를 할 때 드레서로 오염을 제거해 주면 연마 패드의 유효 수명을 500개 이상으로 늘릴 수 있다.

드레서의 기능은 오염을 제거하는 것 이외에도 연마 패드의 표면을 거칠게할 수 있는데, 이렇게 해야 현탁한 유리(遊離) 슬러리가 연마 패드 표층에 부착되어 웨이퍼를 연마할 수 있게 된다. 드레서는 또 유리 연마제를 연마 패드 위에 전체적으로 균일하게 산포하도록함으로써 연마 효율을 제고할 수 있다.

전통적인 드레서는 주로 전기도금 다이아몬드 드레서로, 그 구조는 그림 2와 같이 드레서(20)위의 다이아몬드(21)가 전기도금된 니켈층(22) 안에 묻혀 있어 매우 견고하지 못하다. 다이아몬드(21)가 기계적으로 끼여져 있어 연마 패드를 마찰할 때 아주 쉽게 떨어져나가 고가의 웨이퍼를 손상시키게 된다. 심지어는 다이아몬드가 떨어져나간 후 남은 구멍(220)에 더욱 두껍게 오염이 누적될 수도 있으며, 이 누적된 오염물이 떨어져나갈 때에도 웨이퍼를 손상시킬 수 있다. 전기도금으로 부착된 다이아몬드는 돌출량이 적어 효과적으로 연마 패드를 연마할 수도 없다. 다이아몬드 분포가 비균일하면 오염 제거 효율이 크게 떨어지게 된다. 전기도금의 드레서는 일반적으로 불규칙한 형상을 하고 있어 연마 패드의 드레싱 효과가 더 낮다. 이밖에도 다이아몬드 부착에 쓰이는 전기도금 니켈이 산성액에서 빨리 부식되어 다이아몬드가 더 쉽게 떨어지게 된다.

또 다른 형식의 전통 드레서는 다이아몬드를 합금으로 드레서 위에 단단히 납땜하는 것으로, 그 구조는 그림 3과 같다. 이런 방법은 드레서(30)위의 다이아몬드(31) 부착력을 향상시키지만 다이아몬드를 균일하게 분포시킬 수 없다. 심지어는 다이아몬드(31)를 단단히 땜질할 때 녹여들어간 땜납이 뭉쳐 쌓일 수 있다. 다이아몬드(31)가 한데 모이게 되면 연마 패드 드레싱 효과를 떨어뜨리게 된다. 땜납층(32)에 다이아몬드(31)가 엉겨붙어 더욱 두꺼워지게 되어 부스러기 제거가더욱 어렵게 된다. 다이아몬드가 균일하지 않은 것 외에도 누적된 오염을 제거하기 어려울 뿐만 아니라 충돌 효과가 집중되어 다이아몬드가 떨어지기 쉬우므로 웨이퍼를 손상시킨다. 다이아몬드간의 거리가 먼 것도 땜납층을 얇게 만들 수 있으며, 그 낮은 구덩이는 오염이 쌓이는 장소가 된다. 이 밖에도 경랍법으로 다이아몬드를 부착하면 땜납이 산성액에 침식되는 것을 피할 수 없어 다이아몬드가 떨어지게 된다.

또 기존의 드레서는 다음과 같은 결점을 가지고 있다.

1. 다이아몬드 부착이 견고하지 못함:

다이아몬드가 떨어져 웨이퍼를 손상시킬 수 있음.

2. 다이아몬드의 분포가 비균일:

다이아몬드 간격이 너무 멀 경우 오염을 효과적으로 제거할 수 없음.

다이아몬드 간격이 너무 가까운 경우 그 사이에 오염이 쌓여 막힐 수 있음.

3. 결합제가 산성액에 녹음:

산성액은 다이아몬드를 결합하는 결합제를 녹여 다이아몬드가 헐거워지거나 떨어질 수 있음.

4. 다이아몬드 돌출량을 조절할 수 없음.

돌출량이 너무 적으면 연마제가 잘 살포되지 않고 오염을 제거할 수 없음.

돌출량이 너무 크면 연마 패드를 손상시킬 수 있음.

5. 결합제가 충분히 단단하지 않음:

연마제(磨泥)에 의해 쉽게 손상됨.

본 발명인은 전통식 드레서가 사용자를 만족시킬 수 없다는 것을 감안해, 위에서 말한 결함을 철저히 개선하며 슬러리가 균일하게 분포되고 결합이 견고한 화학적·기계적 연마 패드 드레서와 그 제조방법을 개발하였다.

본 발명의 주요 목적은 화학적·기계적 연마 패드 드레서 및 그 제조방법을 제공함으로써, 그 적절한 가공방법으로 슬러리를 균일하게 분포시키고 드레서위에 안정적으로 땜납함으로써 화학적·기계적 연마 패드의 최적의 연마 효과를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 드레서를 도시하고 있는 단면도.

도 2는 종래의 전기도금 다이아몬드 드레서를 도시하고 있는 단면도.

도 3은 종래의 경랍 다이아몬드 드레서를 도시하고 있는 단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 드레서 11: 슬러리

12: 땜납층 20: 드레서

21: 다이아몬드 22: 전기도금층

220: 구멍 30: 드레서

31: 다이아몬드 32: 땜납층

심사위원이 상술한 목적 및 본 발명의 구조 특징을 더욱 잘 이해하도록 돕기 위해 도면을 첨부해 아래와 같이 설명을 하고자 한다.

본 발명의 제조방법은 먼저 땜납 자제 또는 그 분말을 유기접착제(예 : 왁스)에 혼합하여 롤러로 압연해 두께가 균일한 박피 금속층을 만든 다음, 규칙적으로 분포된 구멍이 있는 형판을 이용해 슬러리(다이아몬드 또는 입방질화붕소가 될 수 있음)를 연마제 금속층에 넣어 위치를 잡게 하여 슬러리를 규칙적으로 땜납 금속층에 배열하게 한다. 그 다음 또 이것을 경랍하면 경랍시 슬러리의 위치가 강제적으로 정해져 아주 규칙적인 행렬 배열을 하게 한다.

앞에서 말한 형판 위의 구멍 치수는 슬러리 1개 보다 크고 2개 보다는 작으며, 모든 구멍이 슬러리 1개만을 받아들여야 한다.

땜납 금속층의 두께는 매우 균일하다. 땜납 금속층 위는 박막층(<3㎛) 다이아몬드 또는 다이아몬드 라이크 카본(Diamond-Like Carbon 또는 DLC)이 피복되는데, 이 다이아몬드 라이크 카본에는 95%가 넘는 탄소 원자를 포함하고 있다. 디엘시이(DLC)는 물리적 증착(Physical Vaper Deposition 또는 PVD)의 방법으로 드레서위에 피복되는데, 이 물리적 증착 방식은 흑연 음극을 운용한 음극 전호(arc)를 거쳐 완성된다. 디엘시이(DLC)는 산성 알칼리 침식에 매우 강해 왕수(王水)에도 끄떡없어 땜납이 녹지 않음을 보장할 수 있다. 더 나아가 디엘시이(DLC)는 또 계면을 싸 드레서의 금속이 연마액 내에 녹아들어가 실리콘 웨이퍼의 오염을 일으키지 않도록 한다.

그림 1에서 보이는 것과 같이 본 발명의 드레서(10)는 금속 기층을 가지고 있는데, 이 금속 기층은 스테인레스로 만들어져 있다. 금속 기층 표면에 배열된 슬러리(11)의 입경은 일반적으로 100㎛∼350㎛이며, 이 슬러리의 입경차는 일반적으로 50㎛ 이내이다. 슬러리(11)간의 간격은 일반적으로 그 입경의 1.5배∼6배이며, 슬러리의 정상(頂端) 높이는 100㎛미만이다. 금속 땜납층(12)의 두께는 일반적으로 슬러리 입도의 10%∼90%이며, 이 금속 땜납층(12)의 성분은 >2wt%의 크롬을 함유할 수 있어 최적의 강도와 내마모도를 제공할 수 있다.

본 발명으로 제작된 드레서의 슬러리는 분포가 균일할 뿐만 아니라 미리 정해진 도안에 따라 배열될 수 있다. 또 본 발명에서 사용하고 있는 슬러리(11)는 양호한 표면을 가진 결정(결정면을 가진 결정)이며, 날카로운 모서리를 가지고 표층 표면 밖을 향해 설계된다.

이밖에 본 발명의 슬러리(11) 간격은 조정이 가능함으로 연마 패드 위의 오염을 빨리 제거할 수 있을 뿐 아니라 슬러리(11) 행렬이 연마재를 균등하게 산포하게 한다. 땜납층(12)의 두께는 일정할 뿐만 아니라 조정도 가능해, 슬러리(11)의 돌출량을 최적치로 올릴 수 있어 슬러리(11)가 떨어지지 않도록 확보할 수 있고 부스러기를 깨끗이 제거하여 오염물의 부착을 방지할 수 있다. 디엘시이(DLC)의 코팅은 드레서(10)를 보호하여 산성 알칼리에 부식되지 않도록 하며 연마 패드의 사용 수명을 대폭 연장시킬 수 있다.

Claims (22)

1. 기층위에 슬러리가 부착될수 있고, 많은 슬러리가 균일하게 그 기층위에 분포된되어 있으며, 앞서 말한 슬러리는 앞서 말한 기층위에 땜납되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
2. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리는 다이아몬드 또는 입방질화붕소인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
3. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 기층은 금속으로 제작되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
4. 제 3 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 금속은 스테인레스인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
5. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리는 미리 정해진 형식으로 산포되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
6. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리는 니켈 합금으로 용접되며, 그 니켈 합금은 최소 2wt%의 크롬을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
7. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리의 입경은 100∼350㎛인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
8. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리의 입경차는 50㎛이내인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
9. 제 1 항에 있어서,

   연마 패드 드레서에서 그 슬러리의 정상(頂端) 높이차는 50㎛이내인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
10. 제 5 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 슬러리의 간격거리는 입경의 1.5∼6배인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
11. 제 1 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 용접 두께는 과립 직경의 10%∼90%인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
12. 제 1 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 슬러리는 양호한 결정형의 결정체를 가진것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
13. 제 1 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 슬러리는 날카로운 모서리를 가지고 기층 표면 밖을 향하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
14. 제 1 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 용접 표면은 한 층의 다이아몬드 또는 다이아몬드 라이크 카본(DLC)으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
15. 제 14 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 피복층 두께는 3㎛인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
16. 제 14 항에 있어서,

    연마 패드 드레서에서 그 DLC는 95%를 넘는 탄소 원자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 패드 드레서.
17. 제1항에서 말하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법에 있어서,그 슬러리의 배치는 미리 정해진 형식의 구멍을 가진 형판의 보조를 받는 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    그 구멍의 치수는 슬러리 1개보다 크고 2개보다는 작은 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.
19. 제1항에서 말하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법에 있어서,

    그 땜납은 두께가 균일하게 미리 제조된 박피 금속층인 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 박피 금속층은 롤러로 압연되어 만들어진 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.
21. 제 14 항에서 말하는 연마 패드 드레서의 제조방법에 있어서,

    상기 디엘시이(DLC)는 물리적 증착(PVD) 방식으로 피복되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 물리적 증착 방식은 흑연 음극을 운용한 음극 전호(arc)를 거쳐 완성되는 것을 특징으로 하는 연마 패드 드레서를 제조하는 방법.