KR20100084779A - 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정에 관한 것으로, 자기유변유체에 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 첨가하여 자기유변유체패드를 성형함으로써 자기장의 인가 시 자기유변유체의 점성이 증가함과 동시에 고경도의 연마제가 자화되도록 이루어져 피가공물에 미세한 연마공정을 수행할 수 있다.

또한, 자기장의 세기를 조절하여 자기유변유체패드의 점성 및 연마제의 경도를 변화시킨 후 피가공물에 연마공정을 수행함으로써 피가공물의 재질 및 작업자의 요구에 따라 다양한 표면정도를 갖는 연마가공이 가능하고, 연마성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 자기유변유체패드로 피가공물을 연마하는 자기유변연마공정에 적용되는 연마제에 있어서, 상기 자기유변유체패드가 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

자기유변연마공정, 자기유변유체, 연마제, 고경도, 자화가능, 자기장

Description

자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정{Polishing method and polishing compound of high hardness magnetizable for magnetorheological finishing}

본 발명은 자기유변연마공정에 적용되는 연마제 및 그에 따른 연마공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 자기유변유체에 첨가하여 자기유변유체패드를 성형함으로써 자기장의 인가 시 자기유변유체의 점성이 증가함과 동시에 고경도의 연마제가 자화되어 피가공물의 표면을 연마할 수 있는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조공정에서 반도체 소자의 집적도 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 고집적화가 이루어지고 있으며, 고집적 반도체 소자는 회로 패턴층과 이들 층을 전기적으로 절연시키기 위한 절연층이 반복적으로 적층되는 다층 구조로 이루어진다.

상술한 바와 같은, 고집적 반도체 소자를 제작하는 공정에서 회로층 상에 발 생되는 굴곡을 평탄화하기 위한 평탄화공정이 요구되고 있을 뿐만 아니라, 층간 절연막(ILD : Interlayer Dielectric)의 글로벌(Global) 평탄화의 중요성이 더해지고 있는 실정이다.

이러한 층간 절연층의 평탄화공정을 수행하기 위하여 종래에는 주로 에치백(Etch Back), SOG(Spin On Glass) 등의 방법이 사용되어 왔으나, 최근 들어 평탄화공정에 CMP(Chemical Mechanical Polishing : 화학 기계적 연마)가 적용되고 있다.

이러한 CMP 기술은 고집적 반도체 소자 제조공정에서 웨이퍼의 평탄화를 얻기 위하여 사용되는 기술로서, 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(Slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼 등의 피가공물 표면을 평탄화시키는 방식이다.

도 1은 종래 기술에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 종래 기술에 따른 CMP 장치는 본체(100)의 상측에 일정한 형상으로 형성되는 터브(Tub : 111)를 형성하고, 상기 터브(111)의 내측에 폴리싱 플래튼(Polishing Platen : 120)이 설치되며, 상기 폴리싱 틀래튼(120)의 상측에는 상부링 헤드(Top Ring Head : 130) 및 슬러리 공급노즐(140)이 각각 설치된다.

상기 폴리싱 플래튼(120)은 상면에 웨이퍼(W) 등의 피가공물(150)의 표면이 밀착되어 폴리싱이 진행되는 폴리싱 패드(121)가 구비되고, 하측에 모터(미도시)에 기계적으로 연결되어 모터의 회전력을 제공받는 회전축(122)이 형성된다.

이로 인해, 상기 폴리싱 플래튼(120)은 웨이퍼(W) 등의 피가공물(150)의 연마 시 모터의 구동에 의하여 회전하게 된다.

그리고, 상기 상부링 헤드(130)는 하측으로 웨이퍼(W) 등의 피가공물(150)을 진공흡착하여 장착하는 상부링(131)과 상기 상부링(131)을 일정한 압력으로 폴리싱 패드(121)에 밀착시킴과 동시에 회전시키거나, 상기 폴리싱 패드(121)로 로딩/언로딩하는 상부링 아암(132)을 포함하여 구성된다.

여기서, 폴리싱 패드(121) 상에는 통상적으로 SiO₂ 입자의 현탁액인 콜로이드 실리카로 이루어지는 연마제(123)가 도포된다.

이러한 연마제는 입자 크기가 통상 수 ㎚에서 수 ㎛까지 가변하며, 슬러리 형태로 도포되는 연마제는 일반적으로 웨이퍼 홀더와 패드에 공급하는 완드(wand)를 이용하여 도포된다.

상술한 바와 같은 CMP 장치는 폴리싱 패드가 회전함으로 인해 폴리싱 패드에 도포 및 부착되는 연마제(Abrasive Particle)가 외부로 이탈될 수 있다는 문제점이 있었다. 즉, 웨이퍼 등의 피가공물을 연마하기 위한 폴리싱 패드의 하부면에 도포 및 부착되는 연마제가 폴리싱 패드의 고속 회전 시 폴리싱 패드의 중앙부에서 주변부로 집중될 뿐만 아니라, 폴리싱 패드의 계속적인 고속 회전에 의해 연마제가 외부로 이탈되는 문제점이 있었다.

이로 인해, 계속적으로 폴리싱 패드와 웨이퍼 사이에 연마제를 공급하여야 한다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 자기장에 의해 점성이 가변하는 자기유변유체(210)에 다이아몬드 등의 고경도 물질로 이루어지는 연마제(211)를 첨가하여 피가공물(220)을 연마하는 자기유변연마공정이 제안되었다.

즉, 자기유변유체패드에 다이아몬드 등의 고경도 물질로 이루어지는 연마제를 첨가한 후 자기유변유체패드에 자기장을 인가하여 점성을 변화시켜 연마제를 고정시킨 다음, 피가공물을 연마하는 자기유변연마공정이 제안되었다.

그러나, 상술한 바와 같은 자기유변연마공정은 자기유변유체패드에 연마제가 고가의 고경도 물질로 이루어짐으로써 비용적인 측면에서 불리하다는 문제점이 있으며, 종래의 CMP 장치에서와 마찬가지로 고속 회전 시 점성이 변화된 자기유변유체패드에서 연마제가 외부로 이탈되거나, 고속 회전 시 연마제가 특정방향으로 집중되어 피가공물에 균일한 연마가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자기유변유체에 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 첨가하여 자기유변유체패드를 성형함으로써 자기장의 인가 시 자기유변유체의 점성이 증가함과 동시에 고경도의 연마제가 자화하도록 이루어져 피가공물에 미세한 연마공정을 수행할 수 있는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 자기장의 세기를 조절하여 자기유변유체패드의 점성 및 고경도의 연마제를 자화시킨 후 피가공물에 연마공정을 수행함으로써 피가공물의 재질 및 작업자의 요구에 따라 다양한 표면정도를 갖는 연마가공이 가능하고, 연마성능을 향상시킬 수 있는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제 및 그에 따른 연마공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자기유변유체패드로 피가공물을 연마하는 자기유변연마공정에 적용되는 연마제에 있어서, 상기 자기유변유체패드가 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연마제가 철, 합금철, 산화철, 질화철, 탄화철, 나토튜브 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 연마제의 입자 크기가 가변가능하게 이루어진다.

한편, 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정에 있어서, 자기유변유체에 연마제를 첨가하여 자기유변유체패드로 성형하는 단계; 상기 자기유변유체패드를 피가공물의 표면에 위치시키는 단계; 상기 자기유변유체패드에 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 자기유변유체패드가 회전하면서 피가공물의 표면을 연마하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연마제를 일정 크기의 입자로 파쇄하는 단계; 및 상기 파쇄된 연마제를 자기유변유체패드에 섞어 교반하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 자기유변유체패드에 자기장의 세기를 선택적으로 조절하여 인가하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 자기유변유체패드의 점성이 변화하는 단계; 및 상기 고경도의 연마제가 자화하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 자기유변유체에 자화가능한 고경도의 연마제를 첨가하여 자기유변유체패드를 성형한 후 자기장을 인가하여 자기유변유체의 점성을 증가시킴과 동시에 고경도의 연마제를 자화시켜 피가공물의 표면에 균일한 연마 및 미세한 고정밀도의 연마가 가능하다는 효과를 거둘 수 있다.

또한, 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제를 자기유변유체패드에 첨가하여 사용함으로써 기존에 연마제로 사용되었던 다이아몬드 등과 대등한 연마성능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 연마제를 사용하지 않아도 되므로 비용적인 측면에서 유리하다는 효과를 거둘 수 있다.

더불어, 자기장의 세기를 선택적으로 변화하여 자기유변유체패드의 점성 및 고경도의 연마제를 자화시켜 연마공정을 수행함으로써 피가공물의 재질 또는 작업자가 요구하는 정도의 다양한 연마공정이 가능할 뿐만 아니라, 피가공물에 가해지는 압력을 조절하여 피가공물의 손상 및 파손을 감소시킬 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 4는 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정을 나타내는 흐름도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적 용되는 연마제(11)는 높은 경도를 가짐과 동시에 자화가능한 물질로서, 자기장에 의해 자화되는 물질이다.

여기서, 상기 자화가능한 고경도의 연마제(11)는 자기장에 의해 점성이 변화하는 자기유변유체패드(10)에 포함된다.

즉, 상기 자화가능한 고경도의 연마제(11)는 파쇄기(미도시)에 의해 일정 크기의 입자로 파쇄 및 분쇄된 후 자기장에 의해 점성이 변화하는 자기유변유체에 혼합된 후 자기유변유체패드(10)로 성형된다.

여기서, 상기 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)는 철(Iron), 합금철, 산화철, 질화철, 탄화철, 나노튜브 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)가 철, 합금철, 산화철, 질화철, 탄화철, 나노튜브 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어져 있으나, 자기장의 인가 시 자화가능하다면 상기 연마제(11)가 기타 다양한 물질로 이루어지는 것도 가능하다.

여기서, 상기 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)의 입자 크기는 다양하게 가변가능하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 연마하기 위한 피가공물(30)이 높은 정밀도의 표면을 요구할 경우, 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)의 입자 크기가 작게 이루어지고, 피가공물(30)이 낮은 정밀도의 표면을 요구할 경우, 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)의 입자 크기가 조금 크게 이루어지는 등 작업자가 요구하는 표면정도에 따라 연마제(11)의 입자 크기는 다양하게 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 연마공정 시 상기 자기유변유체패드(10)에 각기 다른 크기의 입자로 이루어지는 연마제(11)가 포함되거나, 특정 크기만의 입자로 이루어지는 연마제(11)가 포함되는 피가공물(30)의 표면에 연마공정 시 요구되는 정밀도에 따라 연마제(11)의 입자 크기는 선택적으로 다양하게 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 자기유변유체패드(10) 및 상기 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)의 자기장 세기를 조절함으로써 자기유변유체패드(10)의 점성 및 연마제(11)의 경도를 조절하여 피가공물(30)의 연마정도를 달리하는 것도 가능하다.

또한, 상기 자기유변유체패드(10)를 통해 거친 조도의 연마공정인 황삭(慌削)작업을 우선 수행한 후 미세 조도의 연마공정인 정삭작업을 수행하여 최종 가공물을 가공하는 방식으로 실시하는 것도 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제(11)에 따른 연마공정을 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 자기유변유체에 연마제를 첨가한다(S11). 즉, 자기장의 인가 시 점성이 변화하는 자기유변유체에 자기장에 의해 자화되는 고경도의 물질을 첨가한다.

이때, 상기 자화가능한 고경도의 연마제(11)를 일정 크기의 입자로 파쇄하고(S11-1), 파쇄된 연마제(11)를 자기유변유체패드(10)에 혼합하여 교반하여(S11-2) 자기유변유체패드(10)를 성형한다.

이렇게 성형 및 제작된 상기 자기유변유체패드(10)를 피가공물(30)의 표면에 위치시킨다(S12). 즉, 자화가능한 고경도의 연마제(11)를 포함하는 자기유변유체패드(10)를 연마를 수행하기 위한 피가공물(30)의 표면에 위치시킨다.

그 다음, 상기 자기유변유체패드(10)에 자기장을 인가한다(S13).

이때, 작업자가 요구하는 연마정도에 따라 자기장의 세기를 조절하여 인가함으로써 자기유변유체패드(10)의 점성을 변화시킴과 동시에 연마제(11)의 경도를 조절한다(S13-1).

이렇게 상기 자기유변유체패드(10)에 자기장의 세기를 조절하여 인가할 경우, 상기 자기유변유체패드(10)의 점성이 변화하고(S13-2), 상기 자기유변유체패드(10)에 포함되는 고경도의 연마제(11)가 자기장에 의해 자화한다(S13-3).

이때에도 상기 자기유변유체패드(10)에 인가되는 자기장의 세기를 조절함으로써 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)의 경도를 조절할 수 있다.

상기한 바와 같이, 자화가능한 고경도의 연마제(11)를 포함하는 자기유변유체패드(10)를 회전하여 피가공물(30)의 표면을 연마한다(S14).

이렇게 자기장에 의해 점성 및 경도가 변화하는 자기유변유체패드(10)를 고속 회전시켜 피가공물(30)의 연마 공정 시 자기유변유체패드(10)에 포함되는 연마제(11)가 그 중심부에서 주변부로 집중되거나, 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 기존 다이아몬드 등의 고비용 연마제(11)를 대체함으로써 비용적인 측면에서 매우 유리하고, 자기장의 세기를 조절하여 피가공물(30)의 표면에 정밀한 연마공정이 가능하다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 연마제를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 3은 또 다른 종래 기술에 따른 연마제를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 의한 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정을 나타내는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자기유변유체패드, 11 : 연마제,

30 : 피가공물.

Claims (7)

1. 자기유변유체패드로 피가공물을 연마하는 자기유변연마공정에 적용되는 연마제에 있어서,

   상기 자기유변유체패드(10)가 자기장에 의해 자화가능한 고경도의 연마제(11)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연마제(11)가 철, 합금철, 산화철, 질화철, 탄화철, 나토튜브 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연마제(11)의 입자 크기가 가변가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제.
4. 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제를 이용하는 연마공정에 있어서,

   자기유변유체에 연마제(11)를 첨가하여 자기유변유체패드(10)로 성형하는 단계(S11);

   상기 자기유변유체패드(10)를 피가공물(30)의 표면에 위치시키는 단계(S12);

   상기 자기유변유체패드(10)에 자기장을 인가하는 단계(S13); 및

   상기 자기유변유체패드(10)가 회전하면서 피가공물(30)의 표면을 연마하는 단계(S14);

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정.
5. 제4항에 있어서,

   상기 연마제(11)를 일정 크기의 입자로 파쇄하는 단계(S11-1); 및

   상기 파쇄된 연마제(11)를 자기유변유체패드(10)에 섞어 교반하는 단계(S11-2);

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정.
6. 제4항에 있어서,

   상기 자기유변유체패드(10)에 자기장의 세기를 선택적으로 조절하여 인가하는 단계(S13-1);

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정.
7. 제4항에 있어서,

   상기 자기유변유체패드(10)의 점성이 변화하는 단계(S13-2); 및

   상기 고경도의 연마제(11)가 자화하는 단계(S13-3);

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기유변연마공정에 적용되는 자화가능한 고경도의 연마제에 따른 연마공정.

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