KR20110042610A - Method for manufacturing polishing-pad containing nano-diamonds, polishing-pad manufactured by the method, and polishing method using the polishing-pad - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단결정 웨이퍼 또는 글래스 플레이트와 같은 기판 표면을 연마하기 위한 기판 연마 공정에서 높은 연마 속도, 평탄도 및 표면 조도를 확보하기 위한 연마패드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 연마패드, 그리고 이 연마패드를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for manufacturing a polishing pad for securing high polishing speed, flatness and surface roughness in a substrate polishing process for polishing a substrate surface such as a single crystal wafer or glass plate, and the polishing pad produced by the method, and the polishing It relates to a polishing method using a pad.
최근 질화 갈륨계를 이용한 LED의 용도는 조명용 고휘도 백색 LED, LCD 백라이트 유닛, 신호 등에 사용되어지며, TFT-LCD의 백라이트 광원, 휴대폰 백라이트 광원 및 키패드 등에 사용되고 있다. Recently, the use of gallium nitride-based LEDs are used for high-brightness white LEDs for LCDs, LCD backlight units, signals, and the like, and are used for backlight sources of TFT-LCDs, cell phone backlight sources, and keypads.
또한 조명용 LED는 기존의 형광등 및 백열등으로 대표되는 조명기구에 비해 약 10~ 20% 정도의 낮은 전력소모, 10만 시간 이상의 반영구적 수명, 환경 친화적 특성 등을 통해 에너지 소비 효율을 획기적으로 개선할 수 있기 때문에 일반 조명기구를 대체할 차세대 기술로 주목받고 있다. In addition, lighting LEDs can significantly improve energy consumption efficiency through power consumption of about 10 to 20%, semi-permanent life of more than 100,000 hours, and environmentally friendly characteristics, compared to conventional lighting fixtures represented by fluorescent and incandescent lamps. Therefore, it is attracting attention as the next generation technology to replace general lighting fixtures.
이러한 LED 제조에 있어서 필수 소재는 GaN, GaAlN 등 질화 갈륨계 화합물을 반도체 에피택셜층을 성막한 사파이어 웨이퍼이다.In the manufacture of such LEDs, an essential material is a sapphire wafer in which a semiconductor epitaxial layer is formed of a gallium nitride compound such as GaN or GaAlN.
하지만, 종래 연마패드를 이용하여, 사파이어 웨이퍼를 포함한 피삭체 연마공정을 수행하게 되면, 표면에 공급되는 연마 슬러리가 미세하지 않고 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있을 경우에, 이 연마 슬러리의 큰 입자를 포집하게 되어 높은 정밀도의 연마를 요구하는 웨이퍼 등에 스크래치를 발생시키는 문제점이 있다.However, when performing a workpiece polishing process including a sapphire wafer using a conventional polishing pad, when the polishing slurry supplied to the surface is not fine and contains unevenly large particles, large particles of the polishing slurry are removed. There is a problem in that scratches are generated in a wafer or the like which is collected and requires high-precision polishing.
또한, 종래 기술의 연마패드를 이용할 경우에, 연마 슬러리의 사용량도 많아짐은 물론 구조적으로 작업 표면의 지지력이 약하여 수명이 짧아 경제성이 떨어지며, 특히 반도체 웨이퍼의 초정밀 연마 작업에서 요구되는 고평탄화 고조도화 가공을 실현하는데 한계가 있는 문제점이 있다.In addition, when the polishing pad of the prior art is used, the amount of the polishing slurry is used, and the support surface of the work surface is weak, and the life span is short, so the economic efficiency is low. In particular, the high flattening and high roughening processing required for ultra-precision polishing of semiconductor wafers There is a limiting problem in realizing this.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 나노다이아몬드가 포함된 고분자 연마패드를 구성함으로써 연마 공정에서 연마 슬러리의 사용량을 감소시키고, 또한 구조적으로 연마 작업시에 충분한 탄성력 및 작업표면의 지지력을 확보하여 장시간 안정되게 사용할 수 있으며, 연마면의 스크래치의 발생을 줄이면서 고정밀도의 연마가 가능해지도록 하는 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 연마패드, 그리고 이 연마패드를 이용한 연마 방법을 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and by constituting a polymer polishing pad containing nanodiamonds, the amount of polishing slurry used in the polishing process is reduced, and structurally sufficient elastic force and work surface support force during polishing work A method of manufacturing a polishing pad comprising nanodiamonds, and a polishing pad manufactured by the method, and the polishing pad, which can be used for a long time and can be used stably for a long time, and can reduce the occurrence of scratches on the polishing surface and enable high-precision polishing. It is an object to provide a polishing method using.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드 제조방법은, 폴리우레탄(Polyurethane) 수지에 연마입자들과 나노 다이아몬드들을 적정 비율로 균일하게 분산 혼합하는 믹싱 공정과; 상기 믹싱 공정을 통해 균일하게 분산 혼합된 재료들을 몰드에 주입하고, 일정한 모양으로 성형하는 성형 공정과; 상기 성형 공정에서 성형된 성형품을 건조기에서 건조시키는 큐링 공정과; 상기 큐링 공정을 통해 건조된 성형품을 일정 두께로 얇게 절개시켜 연마패드를 제작하는 슬라이싱 공정과; 상기 슬라이싱 공정을 통해 제작된 연마패드에서 피삭체를 연마할 면을, 버프를 고속도로 회전시키는 방법으로 고르게 다듬는 버핑 공정과; 상기 버핑 공정 후에 제작하고자 하는 연마패드의 크기에 맞게 절단하는 커 팅 공정을 포함한 것을 특징으로 한다.A polishing pad manufacturing method including nanodiamonds according to the present invention for realizing the above object comprises: a mixing process of uniformly dispersing and mixing abrasive particles and nanodiamonds in an appropriate ratio in a polyurethane resin; A molding process of injecting the materials uniformly dispersed and mixed through the mixing process into a mold and molding them into a predetermined shape; A curing step of drying the molded article molded in the molding step in a dryer; A slicing process of manufacturing a polishing pad by thinly cutting a molded product dried by the curing process to a predetermined thickness; A buffing step of smoothing the surface to be polished in the polishing pad manufactured by the slicing process by a method of rotating the buff at a high speed; It characterized in that it comprises a cutting process for cutting to match the size of the polishing pad to be produced after the buffing process.
상기 버핑 공정과 커팅 공정 사이에는 상기 연마패드의 연마면 뒷면에 접착 부재를 부착하는 테이핑 공정이 포함될 수 있다.Between the buffing process and the cutting process may include a taping process for attaching the adhesive member on the back surface of the polishing surface of the polishing pad.
상기 연마입자는 보론 카바이드(B4C), 삼산화세슘(CeO3), 탄화규소(SiC), 실리카(SiO2) 입자가 한 가지 또는 그 이상 혼합되어 구성될 수 있다.The abrasive particles may be composed of one or more of boron carbide (B 4 C), cesium trioxide (CeO 3 ), silicon carbide (SiC), silica (SiO 2 ) particles are mixed.
상기 나노 다이아몬드는 공기 중에서 응집되었을 때 30~40nm 크기의 입경을 갖는 것이 바람직하다.When the nanodiamonds are agglomerated in air, it is preferable to have a particle size of 30 to 40 nm.
상기 나노 다이아몬드는 90% 이상의 고순도인 것을 이용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use the nanodiamond having a high purity of 90% or more.
상기 연마입자의 투입량은, 상기 폴리우레탄 수지 양(wt)에 대비하여 30~50%wt 범위로 투입하고, 나노 다이아몬드의 투입량은, 상기 연마입자 량(wt) 대비 0.1~5%wt 범위로 투입하는 것이 바람직하다.The amount of the abrasive grains is added in the range of 30 to 50% wt relative to the amount of the polyurethane resin (wt), and the amount of nanodiamonds is added in the range of 0.1 to 5% wt relative to the amount of the abrasive grains (wt). It is desirable to.
보다 바람직하게는 상기 연마입자의 투입량은, 상기 폴리우레탄 수지 양(wt)에 대비하여 40~50%wt 범위로 투입하고, 나노 다이아몬드의 투입량은, 상기 연마입자 량(wt) 대비 1~2%wt 범위로 투입할 수 있다.More preferably, the amount of the abrasive grains is added in the range of 40-50% wt relative to the amount of the polyurethane resin (wt), and the amount of nanodiamonds is 1-2% of the amount of the abrasive grains (wt). It can be added in the wt range.
다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드는, 상기한 바와 같은 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.Next, the polishing pad comprising the nanodiamond according to the present invention for realizing the above object is characterized in that it is manufactured by the manufacturing method of the polishing pad comprising the nanodiamond as described above.
다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함 하는 연마패드를 이용한 연마 방법은, 상기 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드를 이용한 피삭체 연마 방법으로서, 연마 정반 위에 상기 연마패드를 고정시키고, 연마패드 위에 피삭체를 위치시켜 고정하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 피삭체가 연마패드 상에 고정되면, 상기 연마패드 상에 나노 다이아몬드를 포함하는 표면 연마제와 윤활제를 제공하면서 연마 정반 및 연마패드를 회전시켜, 상기 연마패드 및 연마제로 피삭체를 연마하여 가공하는 제2단계와; 상기 제2단계를 거쳐 피삭체의 연마 가공이 마무리되면, 피삭체를 세정한 다음, 피삭체의 연마된 표면을 검사하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.Next, a polishing method using a polishing pad containing nanodiamonds according to the present invention for realizing the above object is a workpiece polishing method using the polishing pad containing the nanodiamonds, the polishing pad is fixed on a polishing platen. A first step of positioning and fixing the workpiece on the polishing pad; When the workpiece is fixed on the polishing pad in the first step, the polishing platen and the polishing pad are rotated while providing a surface abrasive and a lubricant including nanodiamonds on the polishing pad, thereby rotating the workpiece with the polishing pad and the abrasive. A second step of grinding and processing; When the polishing of the workpiece is finished through the second step, cleaning the workpiece, and then inspecting the polished surface of the workpiece.
본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 연마패드, 그리고 이 연마패드를 이용한 연마 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The polishing pad manufacturing method including the nanodiamond according to the present invention, the polishing pad manufactured by the method, and the polishing method using the polishing pad have the following effects.
본 발명은, 연마 미립자인 나노 다이아몬드를 함유하는 고분자 연마패드를 이용함으로써 연마 슬러리의 사용량을 현저히 줄일 수 있고, 구조적으로는 작업표면의 지지력이 강하여 장시간 사용할 수 있게 되어 경제성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.The present invention can significantly reduce the amount of polishing slurry used by using a polymer polishing pad containing nanodiamonds, which are abrasive fine particles, and have a strong support on the working surface so that it can be used for a long time, thereby contributing to economic efficiency. have.
또한 본 발명은, 연마면의 스크래치의 발생을 줄이면서 고정밀도의 연마가 가능해져 연마 품질 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 따른 연마패드는 고른 크기의 나노 다이아몬드 입자가 함유되어 연삭 작업시에 연마 효율의 향상을 기대할 수 있고, 연마 속도 향상으로 연마패드의 사용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of enabling high-precision polishing while reducing the occurrence of scratches on the polishing surface, thereby contributing to the improvement of polishing quality. That is, the polishing pad according to the present invention can be expected to improve the polishing efficiency during the grinding operation by containing nano-diamond particles of a uniform size, there is an effect that can increase the amount of the polishing pad by increasing the polishing speed.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드를 이용하여 피삭체를 연마하는 연마 장비(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 보여주는 개략적인 도면이다.1 is a schematic view showing a chemical mechanical polishing (CMP) for polishing a workpiece using a polishing pad including nanodiamonds according to the present invention.
참조 번호 10은 연마 정반으로서, 회전 가능하게 이루어지고, 원판형 구조의 금속체로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 연마 정반(10)의 상부에는 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마 패드(15)가 고정되어 있다. 연마 패드(15)의 구체적인 구성 등에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.On the upper portion of the
상기 연마 패드(15) 위에 피삭체(S)가 고정되면, 세라믹 블록으로 이루어진 상부체(20)가 하강하여 웨이퍼 등 피삭체(S)에 압력을 가한 상태에서 연마 정반(10) 및 연마 패드(15)를 회전시키면서 피삭체(S)의 표면을 연마하여 가공할 수 있도록 구성된다. When the workpiece S is fixed on the
이때, 상기 연마 패드(15)의 상부에 연마 슬러리(P)가 함께 제공된다. 연마 슬러리(P)는, 나노 다이아몬드와 실리카(SiO2)를 사용하여 만들어진 혼합 또는 복합 슬러리 연마제(P)를 이용할 수 있다.In this case, the polishing slurry P is provided on the
한편, 상기 피삭체(S)는 탄화 실리콘, 실리콘 카바이드, 질화 갈륨, 질화 인듐 갈륨, 사파이어, 석영, 리튬 탄탈레이트, 리튬 보레이트(borate) 및 실리콘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 그 이상의 재질로 이루어질 수 있다.On the other hand, the workpiece S is made of any one or more materials selected from the group consisting of silicon carbide, silicon carbide, gallium nitride, indium gallium nitride, sapphire, quartz, lithium tantalate, lithium borate (borate) and silicon Can be.
이제, 상기 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드(15)를 제조하는 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.Now, a method of manufacturing the
먼저, 폴리우레탄(Polyurethane) 수지에 연마입자와 나노 다이아몬드를 적정 비율로 균일하게 분산 혼합하는 믹싱 공정을 진행한다. 믹싱 공정은, 나노 다이아몬드 입자와 연마입자들이 폴리우레탄 수지에 균일하게 분산되어 혼합될 수 있도록 폴리우레탄 수지와 함께 연마입자와 나노 다이아몬드 입자를 믹싱기 또는 진공 탈포기를 이용하여 골고루 혼합하는 것이 바람직하다. First, a mixing process of uniformly dispersing and mixing abrasive particles and nanodiamonds in an appropriate ratio in a polyurethane resin is performed. In the mixing process, it is preferable to mix the abrasive particles and the nanodiamond particles together with the polyurethane resin using a mixer or a vacuum degassing machine so that the nanodiamond particles and the abrasive particles can be uniformly dispersed and mixed in the polyurethane resin. .
폴리우레탄 수지는 주제와 경화제의 혼합비가 대략 2:1로 구성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않고 실시하고자 하는 경도에 따라 경화제를 적절하게 혼합하여 구성할 수 있다.It is preferable that the mixing ratio of the main body and the curing agent is approximately 2: 1, but the polyurethane resin is not limited thereto and may be appropriately mixed with the curing agent according to the hardness to be carried out.
연마입자는 보론 카바이드(B4C), 삼산화세슘(CeO3), 탄화규소(SiC), 실리카(SiO2) 등의 입자가 한 가지 또는 그 이상 혼합되어 구성되는 것이 바람직하다. 이외에도 통상적으로 연마입자로 사용되고 있는 공지의 다른 성분의 입자를 포함하 거나 단독으로 구성하는 것도 가능하다.The abrasive particles are preferably composed of one or more particles of boron carbide (B 4 C), cesium trioxide (CeO 3 ), silicon carbide (SiC), silica (SiO 2 ), and the like. In addition, it is also possible to include the particles of other known components commonly used as abrasive particles, or to constitute alone.
나노 다이아몬드는 일반적으로 정전기적 인력이 작용하여 쉽게 응집되는 특성을 갖는다. 예를 들면 나노 다이아몬드 입자의 입경은 4nm이더라도 공기 중에서는 쉽게 응집되므로 30~40nm 까지 응집된 입경을 가질 수 있다. 또한 나노 다이아몬드를 보관할 때 물리적인 흔들림 등이 발생하게 되면, 입자와 입자 사이에 정전기적 인력이 크게 작용하여 나노 다이아몬드는 20~50㎛ 크기까지도 응집된 형태를 가질 수도 있다. 이러한 나노 다이아몬드는 90% 이상의 고순도가 되어야 하며, 고순도의 결정 척도는 탄소의 결합이 관여된다. 탄소간의 단일 결합만 존재하고, 기타 다른 불순물들이 존재 하지 않을 때, 고순도라고 볼 수 있다.Nanodiamonds generally have the property of electrostatic attraction to easily aggregate. For example, even though the particle size of the nanodiamond particles is 4 nm, the particle size is easily aggregated in the air, and thus the particle size may be aggregated up to 30 to 40 nm. In addition, if physical shaking occurs when the nanodiamonds are stored, the electrostatic attraction between particles and particles is largely acted on, and thus the nanodiamonds may have a condensed shape up to a size of 20 to 50 μm. Such nanodiamonds should be at least 90% high purity, and the high purity crystal measure involves carbon bonding. When there is only a single bond between carbons and no other impurities, it can be considered as high purity.
따라서 본 발명에서 사용되는 나노 다이아몬드는 응집되기 전에는 4~6nm이고, 상온(공기 중)에서 응집되었을 때 30~40nm 크기의 입경을 갖고, 90% 이상의 고순도인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 만약 나노 다이아몬드의 입경이 40nm이상의 크기로 응집될 경우에는 연마 품질에 좋지 않은 영향을 주게 된다.Therefore, it is preferable that the nanodiamonds used in the present invention have a particle size of 4 to 6 nm and have a particle size of 30 to 40 nm when agglomerated at room temperature (in air) and have a high purity of 90% or more. If the particle size of the nanodiamonds are agglomerated to a size of 40 nm or more, it will adversely affect the polishing quality.
본 발명에 따른 연마패드(15)는, 폴리우레탄 수지, 연마입자, 나노 다이아몬드를 이용하여 제작되는데, 연마입자는, 폴리우레탄 수지 양(wt)에 대비하여 30~50%wt 범위로 투입하는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 연마입자의 투입량은 폴리우레탄 수지 대비 40~50%wt이다.Polishing
연마입자 대비 나노 다이아몬드 투입(혼합)비율은, 연마입자 량(wt) 대비 0.1~5%wt 범위이며, 보다 바람직한 나노 다이아몬드 투입량은 연마입자 량(wt) 대비 1~2%wt 정도이다. The ratio of nanodiamond input (mixed) to the abrasive grains is in the range of 0.1 to 5% wt relative to the amount of abrasive grains (wt), and more preferably, the nanodiamond input amount is about 1 to 2% wt relative to the abrasive grains (wt).
다음, 상기 믹싱 공정을 통해 균일하게 분산 혼합된 재료들을 몰드에 주입하는 몰드주입 공정을 실시하고, 일정한 모양(패턴)으로 성형하는 성형 공정을 진행한다. 여기서 성형 모양은 이후 진행할 슬라이싱 공정에서, 슬라이싱 하기 좋은 일정한 크기의 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.Next, a mold injection process of injecting uniformly dispersed and mixed materials into the mold through the mixing process is performed, and a molding process of molding into a predetermined shape (pattern) is performed. Herein, the molding shape is preferably formed in a shape having a constant size for slicing in a slicing process to be carried out later.
다음, 상기 성형 공정에서 성형된 성형품을 건조기에서 60℃ ~ 80℃ 로 약 40 ~ 60분 정도 건조시키는 큐링 공정을 실시한다.Next, a curing process of drying the molded article molded in the molding process at about 60 to 80 ℃ in a dryer for about 40 to 60 minutes is performed.
다음, 큐링 공정을 통해 건조된 성형품을 수평을 맞춰 일정 두께로 얇게 절개시켜 연마패드를 제작하는 슬라이싱 공정을 진행한 다음, 슬라이싱 공정을 통해 제작된 연마패드에서 피삭체를 연마할 면을, 버프를 고속도로 회전시키는 방법으로 고르게 다듬는 버핑 공정을 실시한다.Next, the slicing process is performed by slicing the dried molded product thinly to a predetermined thickness through a curing process to produce a polishing pad, and then, the surface to be polished from the polishing pad produced by the slicing process is buffed. A smooth buffing process is performed by highway rotation.
다음, 상기 연마패드의 연마면 뒷면에 양면 테이프와 같은 접착 부재를 부착하는 테이핑 공정을 실시한다. 이때 연마패드에 양면 테이프를 부착하여, 도 1에 예시된 바와 같은 연마 장비의 연마 정반(10) 위에 바로 부착하여 사용할 수도 있고, 필요에 따라서는 소정 두께를 갖는 패드류를 연마패드의 뒷면에 부착한 상태에서, 이 패드류를 연마 장비의 연마 정반(10) 위에 부착하는 방법으로 연마패드(15)를 이용하는 것도 가능하다.Next, a taping process of attaching an adhesive member such as a double-sided tape to the back surface of the polishing pad of the polishing pad is performed. At this time, by attaching a double-sided tape to the polishing pad, it can also be used directly attached to the
다음, 상기와 같은 테이핑 공정이 완료되면, 제작하고자 하는 연마패드의 크기에 맞게 절단하는 커팅 공정을 실시하여 연마패드(15)를 제작한다.Next, when the taping process as described above is completed, the
물론, 상기 테이핑 공정을 생략하고, 버핑 공정 후에 바로 커팅 공정을 실시하는 것도 가능하다.Of course, it is also possible to omit the taping step, and to perform the cutting step immediately after the buffing step.
이와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 연마패드(15)는, SiC, B4C, CeO3, SiO2 등의 연마입자, 나노 다이아몬드, 폴리우레탄 수지 성분으로 일정한 두께로 성형 제작된 후에, 연마 정반(10)에 부착되는 구성으로 이루어진다.The
이와 같이 본 발명에 따른 연마패드(15)를 구성하는 주성분의 기능 및 역할을 다음과 같다.Thus, the functions and roles of the main components constituting the
폴리우레탄 수지는, 나노 다이아몬드와 연마입자가 고르게 분산된 상태에서 이 상태가 유지될 수 있도록 일정한 형태를 갖춰주는 역할을 하게 된다. 또한 연마패드로 피삭체 연마 또는 연삭 작업시에 충분한 탄성력 및 지지력을 제공하여 연마효율을 상승시키고 연마패드의 수명을 길게 하는 역할을 한다.Polyurethane resin serves to have a certain shape so that this state can be maintained in a state where the nano diamond and abrasive particles are evenly dispersed. In addition, the polishing pad provides sufficient elastic force and support when the workpiece is polished or ground, thereby increasing polishing efficiency and extending the life of the polishing pad.
연마입자는, 나노 다이아몬드 입자들만을 혼합하여 연마패드를 구성하게 되면, 높은 정밀도의 연마를 요구하는 웨이퍼 등에 스크래치를 발생시킬 수 있고, 연마 정밀도가 떨어질 수 있는 문제를 보완하는 역할을 하게 된다. 또한 연마입자를 연마 슬러리 형태로만 공급하게 되면 표면에 공급되는 연마 슬러리가 미세하지 않고 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있을 경우, 종래 기술의 연마패드와 같이 연마 슬러리의 큰 입자를 포집하게 되어, 스크래치를 발생시켜 높은 정밀도가 요구되는 공정에서 연마력을 저해하므로 연마패드에 직접 구성하여 연마 불균형을 해소하고 연마 정밀도를 높이도록 하는 역할을 하게 된다.When the abrasive grains are formed by mixing only nanodiamond particles to form a polishing pad, the abrasive grains may cause scratches on a wafer requiring high precision polishing, and serve to compensate for a problem that the polishing precision may be degraded. In addition, when the abrasive particles are supplied only in the form of abrasive slurry, when the abrasive slurry supplied to the surface is not fine and contains non-uniformly large particles, the abrasive particles are collected as in the conventional polishing pads, and the scratch Since it hinders the polishing force in the process requiring high precision, it directly configures the polishing pad to solve the polishing imbalance and increase the polishing precision.
나노 다이아몬드는 연마입자만을 이용할 경우에 연마 시간의 지연과 이 지연 된 시간으로 인하여 평탄도와 조도가 나빠지게 될 수 있으므로 연마입자와 함께 혼합하여 전체적으로 연마력을 높임과 동시에 연마시간을 단축시키는 역할을 하게 된다.In case of using only abrasive particles, nanodiamonds may have poor flatness and roughness due to the delay of the polishing time and the delayed time. Therefore, the nanodiamonds are mixed with the abrasive particles to increase the overall polishing power and to shorten the polishing time. .
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드(15)를 이용한 피삭체 연마 방법에 대하여 설명한다.The workpiece polishing method using the
먼저, 연마 정반(10) 위에 상기한 본 발명에 따른 연마패드(15)를 고정시키고, 연마패드(15) 위에 피삭체(S)를 위치시켜 고정한다.First, the
피삭체(S)가 연마패드(15) 상에 고정되면, 상기 연마 정반(10) 및 연마패드(15) 상에 나노 다이아몬드를 포함하는 표면 연마제와 윤활제를 제공하면서 연마 정반(10) 및 연마패드(15)를 회전시켜, 상기 연마패드(15) 및 연마제로 피삭체(S)를 연마하여 가공한다.When the workpiece S is fixed on the
여기서, 나노 다이아몬드를 포함하는 표면 연마제는, 콜로이달 실리카(SiO2) 60~72wt%, 나노 입경을 갖는 다이아몬드 0.5~3wt%, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 27.5~37 wt% 를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 콜로이달 실리카는 수산화칼륨(KOH), 아민계열(NH4OH)을 포함한 알칼리 용액에 평균 입도가 50~80nm가 되는 SiO₂계 지립을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 나노 다이아몬드는, 입경이 10nm ~ 50nm인 것을 사용하는 바람직하다.Here, the surface abrasive containing nano diamond, may be composed of colloidal silica (SiO 2 ) 60 ~ 72wt%, 0.5 ~ 3wt% diamond having a nanoparticle diameter, 27.5 ~ 37 wt% of ethylene glycol (Ethylene glycol) have. In this case, it is preferable to use
이와 같이하여, 피삭체(S)의 연마 가공이 마무리되면, 피삭체(S)를 세정한 다음, 피삭체(S)의 연마된 표면을 검사한다.In this manner, when the polishing of the workpiece S is finished, the workpiece S is washed, and then the polished surface of the workpiece S is inspected.
이와 같은 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드(15) 및 표면 연마제를 이용하여 피삭체(S)를 연마하게 되면, 피삭체의 표면 조도가 3Å이하이고, 평탄도가 3㎛이하인 피삭체를 제작할 수 있게 되어, 표면 조도는 물론 평탄도 특성에서 모두 우수한 피삭체(S)를 제조할 수 있게 되는 것이다.When the workpiece S is polished using the
또한 본 발명에 따른 피삭체 연마 방법은, 종래 2단계 연마 공정을 하나의 1단계의 연마 공정으로 단순화하면서도 연마 성능을 향상된 결과를 얻을 수 있다. 즉, 종래에는, 제1단계로 마이크로 다이아몬드 연마제를 분사하면서 피삭체를 연마한 다음, 세정 및 검사한 다음, 제2단계로 콜로이달 실리카 연마제를 이용하여 다시 피삭체를 연마한 다음, 세정 및 검사를 실시하였다. 하지만, 상기한 본 발명의 피삭체 연마 방법은, 나노 다이아몬드가 포함하는 연마패드(15) 및 표면 연마제를 이용하여 피삭체(S)를 연마한 다음, 피삭체(S)를 세정 및 검사하게 되므로, 공정 단순화를 실현하면서도 연마 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the workpiece polishing method according to the present invention can achieve a result of improving the polishing performance while simplifying the conventional two-step polishing process into one one-step polishing process. That is, conventionally, the workpiece is polished while spraying the microdiamond abrasive in the first step, then cleaned and inspected, and then the workpiece is polished again using the colloidal silica abrasive in the second step, and then cleaned and inspected. Was carried out. However, in the above-described workpiece polishing method of the present invention, after polishing the workpiece S by using the
이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마 패드를 이용한 실제 연마 시험 실시예를 설명한다.Hereinafter, an actual polishing test example using a polishing pad including nanodiamond according to the present invention as described above will be described.
본 시험 실시예의 피삭체로 사파이어 웨이퍼와 실리콘 카바이드 웨이퍼를 사용하였다.Sapphire wafers and silicon carbide wafers were used as the workpieces of this test example.
또한 연마장비의 조건으로는 연마속도는 30~50rpm이고, 시간당 연마되는 양은 피삭체마다 다르나, 대략적으로 2~4μm 정도이다. In addition, the conditions of the polishing equipment is a polishing rate of 30 ~ 50rpm, the amount of polishing per hour varies depending on the workpiece, it is approximately 2 ~ 4μm.
또한 피삭체 연마 후 평탄도(Flatness, GBIR) 분석은 평탄도 측정 장비인 Nidex FT-17로 하였으며, 표면조도(Surface Roughness, Ra) 측정은 AFM(Atomic Force Microscope)로 하였다.Flatness (GBIR) analysis after polishing the workpiece was performed by Nidex FT-17, which is a flatness measuring instrument, and surface roughness (RA) measurement was performed by AFM (Atomic Force Microscope).
[가공시험 실시예 1][Processing Example 1]
사파이어 웨이퍼를 상기한 종래 연마 패드로 연마를 실시한 것과 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드로 연마를 실시하여 평탄도 및 표면조도를 각각 비교하면 아래의 [표 1] 및 도 3a 내지 4b에 나타난 바와 같다.Comparing the flatness and surface roughness by polishing the sapphire wafer with the conventional polishing pad described above and polishing with a polishing pad including nanodiamonds, as shown in Table 1 and FIGS. 3A to 4B, respectively.
[표 1]TABLE 1
(Flatness)flatness
(Flatness)
(Surface Roughness)Surface roughness
(Surface Roughness)
도 3a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 평탄도(평탄도 1.25㎛)를 보여주는 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 평탄도(평탄도 1.00㎛)를 보여주는 도면이다.Figure 3a is a view showing the flatness (flatness 1.25㎛) of the sapphire wafer processed using a conventional polishing pad, Figure 3b is a flatness (flatness 1.00 of the sapphire wafer processed using a polishing pad according to the present invention) Μm).
도 4a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 표면조도(Ra 1.08Å)를 보여주는 도면이고, 도 4b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 표면조도(Ra 0.93Å)를 보여주는 도면이다.Figure 4a is a view showing the surface roughness (Ra 1.08Å) of the sapphire wafer processed using a conventional polishing pad, Figure 4b is a surface roughness (Ra 0.93Å) of a sapphire wafer processed using a polishing pad according to the present invention Figure showing.
위와 같이, 상기 표 1 및 도 3a, 도 3b, 그리고 도 4a, 도 4b에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드가 종래 연마패드 보 다 평탄도와 표면 조도의 수치가 감소하여 표면 가공 상태가 향상되었음을 확인할 수 있다.As described above, as shown in Table 1 and FIGS. 3A, 3B, and 4A, 4B, the surface of the polishing pad including nanodiamond according to the present invention is reduced in flatness and surface roughness than the conventional polishing pad. It can be seen that the processing state is improved.
[가공시험 실시예 2][Processing Example 2]
실리콘 카바이드 웨이퍼를 종래 연마패드로 연마를 실시한 것과 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드로 연마를 실시하여 평탄도 및 표면조도를 각각 비교하면 아래의 [표 2] 및 도 5a 내지 6b에 나타난 바와 같다.Comparing the flatness and the surface roughness by polishing the silicon carbide wafer with a conventional polishing pad and polishing with a polishing pad containing nanodiamonds, as shown in Table 2 and Figures 5a to 6b below.
[표 2]TABLE 2
(Flatness)flatness
(Flatness)
(Surface Roughness)Surface roughness
(Surface Roughness)
도 5a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 평탄도(평탄도 1.70㎛)를 보여주는 도면이고, 도 5b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 평탄도(평탄도 1.60㎛)를 보여주는 도면이다.Figure 5a is a view showing the flatness (flatness 1.70㎛) of a silicon carbide wafer processed using a conventional polishing pad, Figure 5b is a flatness (flatness) of a silicon carbide wafer processed using a polishing pad according to the present invention 1.60 μm).
도 6a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 표면조도(Ra 1.25Å)를 보여주는 도면이고, 도 6b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 표면조도(Ra 1.01Å)를 보여주는 도면이다.6A illustrates a surface roughness (Ra 1.25 1.) of a silicon carbide wafer processed using a conventional polishing pad, and FIG. 6B illustrates a surface roughness (Ra 1.01) of a silicon carbide wafer processed using a polishing pad according to the present invention. Iii) is a diagram showing.
위와 같은 실리콘 카바이드 웨이퍼의 실험 결과에서도, 표 2 및 도 5a와 도 5b, 그리고 도 6a와 도 6b에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드가 종래 연마패드 보다 평탄도와 표면 조도의 수치가 감소하 여 표면 가공 상태가 향상되었음을 확인할 수 있다.In the experimental results of the silicon carbide wafer as described above, as shown in Table 2 and FIGS. 5A and 5B and 6A and 6B, the polishing pad including nanodiamond according to the present invention has a flatness and surface roughness than that of the conventional polishing pad. It can be seen that the numerical value is reduced to improve the surface finish.
도 1은 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 피삭체를 연마하는 연마 장비를 보여주는 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram showing a polishing apparatus for polishing a workpiece using a polishing pad according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 나노 다이아몬드를 포함하는 연마패드를 제조하는 방법이 도시된 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polishing pad including nanodiamonds according to the present invention.
도 3a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 평탄도를 보여주는 도면이고,Figure 3a is a view showing the flatness of the sapphire wafer processed using a conventional polishing pad,
도 3b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 평탄도를 보여주는 도면이다.Figure 3b is a view showing the flatness of the sapphire wafer processed using the polishing pad according to the present invention.
도 4a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 표면조도를 보여주는 도면이고, Figure 4a is a view showing the surface roughness of the sapphire wafer processed using a conventional polishing pad,
도 4b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 사파이어 웨이퍼의 표면조도를 보여주는 도면이다.Figure 4b is a view showing the surface roughness of the sapphire wafer processed using the polishing pad according to the present invention.
도 5a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 평탄도를 보여주는 도면이고, 5A is a view showing the flatness of a silicon carbide wafer processed using a conventional polishing pad,
도 5b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 평탄도를 보여주는 도면이다.5B is a view showing the flatness of the silicon carbide wafer processed using the polishing pad according to the present invention.
도 6a는 종래 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이퍼의 표면조도를 보여주는 도면이고, 6a is a view showing the surface roughness of a silicon carbide wafer processed using a conventional polishing pad,
도 6b는 본 발명에 따른 연마패드를 이용하여 가공한 실리콘 카바이드 웨이 퍼의 표면조도를 보여주는 도면이다.6b is a view showing the surface roughness of the silicon carbide wafer processed using the polishing pad according to the present invention.
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WO2013069938A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | Lg Siltron Inc. | Surface treatment method of polishing pad and polishing method of wafer using the same |
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- 2009-10-19 KR KR1020090099357A patent/KR20110042610A/en not_active Application Discontinuation
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