KR20110124988A - Ｃｍｐ 패드 컨디셔너 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20110124988A
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pad conditioner
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송병의
박문석
최영일
김강준
정태순
김정
변성근
김경진
장명훈
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신한다이아몬드공업 주식회사
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    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Abstract

CMP 패드 컨디셔너의 제조방법이 개시된다. 이 CMP 패드 컨디셔너 제조방법은, (a) 금속 기재를 준비하는 단계와; (b) 상기 금속 기재의 표면에 복수의 홈들을 일정 패턴으로 형성하는 단계와; (c) 상기 홈들에 하지 도금층을 형성하는 단계와; (d) 상기 지립들을 상기 하지 도금층 상에 있도록 상기 홈들에 배치하는 단계와; (e) 상기 하지 도금층 상에 상기 지립들을 고정하는 고정 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

ＣＭＰ 패드 컨디셔너 및 그 제조방법{CMP PAD CONDITIONER AND ITS MANUFACUTRING METHOD}
본 발명은 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 지립들의 이탈이 적고, 실제 CMP 패드 컨디셔닝 작업에 참여할 수 있는 유효 지립들의 개수가 증가한 CMP 패드 컨디셔너 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 산업의 발전에 따라 반도체 분야에서도 비약적인 발전이 이루어지고 있다. 이러한 비약적인 발전의 일예로 반도체 칩의 회로배선이 고집적화 및 다층화되고 있으며, 단위 면적당 많은 칩을 생산하기 위해 웨이퍼 상태로 칩을 제조하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같이, 웨이퍼 상태로 제조되는 칩을 균일하게 제조하기 위해 상기 웨이퍼를 광역 평탄화하기 위한 연마작업의 중요성이 대두되고 있다.
일반적으로 웨이퍼상의 절연막 또는 금속배선 및 회로를 연마하기 위해 연마 패드와 웨이퍼 사이에 기계적인 연마작용을 수행하는 연마제와 에칭 능력을 갖는 슬러리 용액을 개재시킨 채 압력을 가한 상태에서 서로 상대운동시켜 연마하는 화학적-기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:이하 'CMP'라 칭함) 공정이 사용된다.
도 1은 종래의 CMP 공정에 사용되는 장비가 도시된 도이고, 도 2와 도 3은 종래의 CMP 공정에 사용되는 장비의 컨디셔너가 도시된 구성도로서, 상기 CMP 공정에서 웨이퍼는 기계적인 연마작용을 하는 연마장치(20)와 화학적인 연마작용을 하는 화학용매인 슬러리(slurry)(15)에 의해 연마되어진다.
이를 위해 연마패드(30) 상에 상기 웨이퍼(10)를 캐리어 헤드(22)에 장착된 상태로 설치한다.
이 상태에서 상기 연마패드(30) 상에는 슬러리(15)를 공급하고, 상기 연마패드(30)는 회전시킨다. 또한, 상기 캐리어 헤드(22)는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 상기 웨이퍼(10)를 연마패드(30)에 일정한 압력으로 가압하여 연마한다.
전술된 웨이퍼(10)는 표면장력 또는 진공에 의해 상기 캐리어 헤드(22)에 견고하게 장착되고, 상기 캐리어 헤드(22)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(10)의 표면은 연마패드(30)의 표면과 접촉하게 된다.
이와 같이, 상기 웨이퍼(10)와 연마패드(30)가 접촉하면서, 그 접촉면 사이의 미세한 틈으로 슬러리(15)가 유동을 하여 상기 슬러리(15) 내부에 있는 연마입자와 연마패드(30)의 표면에 형성된 (도시되지 않은) 기공(포어 : pore)들에 의해 기계적, 화학적 연마가 동시에 수행된다.
따라서, 상기 웨이퍼(10)의 표면은 기계적 제거작용과 화학적인 제거작용이 동시에 작용하면서 효과적인 가공을 이루게 되는 것이다.
여기서, 상기 연마패드(30)는 웨이퍼(10)의 손상을 방지하기 위해 다공성의 폴리우레탄재질로 이루어지며 표면 및 내부에 다수의 기공이 형성된다.
상기한 과정에서 연마패드(30)와 웨이퍼(10)간의 가압력에 의해 접촉되는 표면으로 압력이 집중되어 상대적으로 높은 표면제거 속도를 갖게 되기 때문에 상기 연마패드(30)상의 기공으로 연마잔류물들이 유입되어 막히게 되는 표면 눈 막힘 발생이 발생하게 되며, 이에 따라 상기 웨이퍼(10)의 연마효율이 급속히 저하되게 된다.
결국, 이러한 문제는 상기 연마패드(30)의 성능을 저하시켜 균일한 연마효율, 웨이퍼(10) 전면에서의 광역평탄화, 웨이퍼(10)간의 평탄화 등을 달성할 수 없게 된다.
이러한 연마패드(30)의 기공 막힘을 해결하여 안정된 가공을 지속시키기 위해서 상기 연마패드(30)를 별도의 가공수단에 의하여 드레싱 가공을 하여 사용하게 되며, 이에 따라 연마패드(30)의 연마능력이 재활성화된다. 이와 같은 가공수단으로는 CMP 패드 컨디셔너가 이용되고 있다. CMP 패드 컨디셔너로는 도 2에 도시된 것과 같은 원반형 컨디셔너(50)가 많이 이용되지만, 도 3에 도시된 것과 같은 막대형 컨디셔너(60)도 이용되고 있다.
일반적으로, 컨디셔너(50 또는 60)는 상기 연마패드(30)의 표면을 직진왕복운동과 회전운동을 진행하면서 다이아몬드 지립이 고착된 연마플레이트에 의하여 상기 연마패드(30)의 표면을 미소 절삭하여 새로운 기공이 형성되도록 하고 있다.
일반적으로, 원반형 컨디셔너(50)는 금속 기재(52)와 지석부(55)를 포함하며, 상기 기재(52)에 형성된 고정부(51)가 (도시되지 않은) 연마장치에 고정되어 회전 및 요동되며 연마 패드(30)의 표면을 컨디셔닝한다.
또한, 전술된 막대형 컨디셔너(60)는 기재(62)와 지석부(65)의 형태가 각각 막대형으로써, 상기 기재(62)에 형성된 고정부(61)가 (도시되지 않은) 연마장치에 고정되고, 상기 기재(62) 및 지석부(65)가 상기 연마패드(30)의 전면을 덮는 길이로 형성되어 상기 연마패드(30)의 표면을 한번에 가공할 수 있고, 연마패드(30)의 크기 또는 상태에 따라 적절한 길이를 갖는 막대형 컨디셔너(60)가 사용된다.
일반적으로, 다이아몬드 지석부(55, 65)는 다이아몬드 지립(56, 66)과 상기 다이아몬드 지립(56, 66)을 상기 기재(52, 62)에 부착시키는 본딩층(58, 68)을 포함한다.
이와 같이 CMP 공정시 다이아몬드 공구인, 상기 컨디셔너(50, 60)를 사용하여 연마패드(30)를 연마(이하, '드레싱'이라 함)한 상태에 따라 웨이퍼의 산화막 또는 금속배선의 연마율 및 시간에 따른 연마율의 기울기가 결정된다. 또한, 상기 연마패드(30)의 드레싱은 다이아몬드 지립의 배열상태 및 지립간의 거리 등의 요소에 따라 연마율에 크게 영향을 받는다.
한편, 전술된 CMP 패드 컨디셔너(50, 60)는 다이아몬드 지립(56, 66)의 배열이 불규칙적으로 이루어진 경우, 연마패드(30)의 드레싱이 불규칙하게 이루어지고, 본드(58, 68)와 약하게 결합된 다이아몬드 지립(56, 66)의 탈락 등으로 인해 웨이퍼(10)에 스크래치를 유발할 가능성이 있다.
따라서, 종래의 CMP 패드 컨디셔너(50, 60)는 다공형의 스크린 마스크를 이용하여 다이아몬드 지립(56, 66)을 균일하게 배열하는 방법에 의해 제조되고 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 CMP 패드 컨디셔너 제조방법이 도시된 작업예시도로서, 이를 참조하면, 종래에는 연마장치와 결합되는 기재(52, 62)에 스크린 형태의 마스크(70)를 부착한다.
다음으로, 상기 마스크(70)의 개구에 다이아몬드 지립(56, 66)을 배열한 후, 본딩층(58, 68)에 의해 다이아몬드 지립(56, 66)을 기재(52, 62)에 부착한다. 이때, 상기 마스크(70)는 개구부의 폭(가로 또는 세로)이 약100~300㎛이고, 각각의 개구부를 구분하는 테두리의 폭(가로 또는 세로)이 50~150㎛ 내외의 다공이 형성되어 있으며, 상기 마스크(70)의 개구에 배열되는 다이아몬드 지립(56, 66)은 150~270㎛ 크기의 것이 사용된다.
그러나, 이와 같은 마스크(70)을 이용하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법의 경우, 개구의 면적이나 패턴 형태 등의 변경이 어려우며, 이에 따라 다이아몬드 지립(56, 66)간의 거리를 임의로 조절할 수 없다. 또한, 마스크(70)가 상기 기재(52, 62)의 표면에 완전하게 밀착되지 않은 경우, 상기 다이아몬드 지립(56, 66)이 원하지 않는 부위에 부착되는 문제로 인해 불규칙한 연마 또는 다이아몬드 지립(56, 66)의 탈락 등의 문제가 발생한다. 이에 대하여, 종래에는 마스크 대신에 다수의 개구들 포함하는 PR 패턴을 기재 상에 형성하고, 그 PR 패턴의 개구들을 통해 지립들을 원하는 형태로 기재 상에 배열한 후, 다이아몬드 지립을 기재에 부착하는 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 위와 같은 종래 기술에 따라 제조된 CMP 패드 컨디셔너는 기재 상에 바로 서지 못한 상태로 고정되는 지립들의 개수가 많아 성능이 크게 떨어지는 문제점을 여전히 안고 있다.
이에 대해 본 발명의 발명자들은 PR 패턴의 개구부 안쪽으로 금속 기재 표면에 다수의 홈들을 형성하고, 그 홈들에 지립들이 안착되게 함으로써, 바로 서는 유효 지립들의 개수를 늘리는 기술을 개발하게 되었으며, 이에 따라, 지립들의 이탈율을 줄이고 지립들이 바로 서는 확률을 어느 정도 높일 수 있었다. 하지만, 본 발명의 발명자들은 기재에 홈을 형성하여 그곳에 지립을 안착시키는 경우, 홈의 거친 내부 표면이 지립들을 정밀하고 정확하게 고정시키는 것을 어렵게 한다는 것을 알게 되었다. CMP 패드 컨디셔너의 기재는 강도와 경도의 증가를 위해 예컨대, SUS420J2와 같은 철 합금 재료를 담금질(quenching)한 재료로 제작되는 것이 선호되는데, 담금질 과정에서 기재의 재료에는 조대화된 마르텐자이트 조직이 형성되며, 이 조직은 담금질로 인해 재결정화 및 안정화를 거치지 못하고 급속하게 굳어 버려, 울퉁불퉁한 형상을 발생시킨다. 따라서, 기재의 지립 안착 홈 내 울툴불퉁한 형상을 매끈하게 해줌으로써, 지립들을 보다 더 바로 서게 그리고 지립들의 이탈율이 적게 고정시키는 기술이 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 매끄러운 지립 안착 홈들을 기재 상에 제공하는 것에 의해, 그 안착 홈 내에서 고정된 지립들의 이탈율이 적고, 실제 CMP 패드 컨디셔닝 작업에 참여할 수 있는 유효 지립들의 개수가 더 증가된 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 지립들을 기재 표면에 고정하기 전에, 그 지립들이 안착되는 매끄러운 홈들을 미리 마련하여, 지립들의 이탈율을 줄일 수 있고, 실제 CMP 패드 컨디셔닝 작업에 참여할 수 있는 유효 지립들의 개수를 더 늘릴 수 있는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법이 제공되며, 이 제조방법은, (a) 금속 기재를 준비하는 단계와; (b) 상기 금속 기재의 표면에 복수의 홈들을 일정 패턴으로 형성하는 단계와; (c) 상기 홈들에 하지 도금층을 형성하는 단계와; (d) 상기 지립들을 상기 하지 도금층 상에 있도록 상기 홈들에 배치하는 단계와; (e) 상기 하지 도금층 상에 상기 지립들을 고정하는 고정 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는, 상기 금속 기재 상에 감광막을 형성하는 단계와, 상기 감광막에 복수의 개구들을 형성하는 단계와, 상기 개구들에 대응되게 상기 기재를 에칭하여 상기 홈들을 상기 기재의 표면에 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계는 상기 개구들을 통해 상기 홈들 각각에 상기 하지 도금층을 형성하며, 상기 (d) 단계는 상기 개구들을 통해 상기 홈들에 상기 지립들을 배치한다.
바람직하게는, 상기 하지 도금층은 Cu를 포함하며, 상기 고정 도금층은 Ni을 포함한다.
바람직하게는, 상기 금속 기재는 철 합금 또는 탄소강을 담금질하여 준비된다.
본 발명의 다른 측면에 따라 CMP 패드 컨디셔너가 제공된다. 이 CMP 패드 컨디셔너는, 금속 기재와; 상기 금속 기재의 일 표면에 형성되는 복수의 홈들과; 상기 홈들에 형성된 하지 도금층과; 상기 홈들 내에서 상기 하지 도금층 상에 배치되는 복수의 지립들과; 상기 하지 도금층 상에 형성되어 상기 지립들을 고정하는 고정 도금층을 포함한다.
바람직하게는, 상기 금속 기재는 철 합금 또는 탄소강이 담금질되어 마르텐자이트 조직을 포함한다. 상기 하지 도금층은 바람직하게는 1~40㎛ 두께, 더 바람직하게는 3~4㎛ 두께를 갖는 Cu 도금층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 다이아몬드 지립의 배열 형태를 임의로 조절하여 연마성능을 향상시킬 수 있고, 도금 하지층에 매끈해진 홈에 다이아몬드 지립이 삽입된 후 고정되므로, 다이아몬드 지립들의 이탈을 최소화할 수 있고, CMP 패드 컨디셔닝 작업중 다이아몬드 지립의 이탈로 인한 연마패드의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 하지 도금층이 형성된 홈에는 다이아몬드 지립들이 수직으로 바로 세워질 수 있어서, CMP 패드 컨디셔너의 단위 면적당 실제 CMP 패드 컨디셔닝 작업에 참여할 수 있는 유효 지립들의 개수가 증가되며, 이에 의해, CMP 패드 컨디셔너의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 4는 종래기술을 설명하기 위한 도면들.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도.
도 6은 도 5에 도시된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 확대해 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 금속 기재 상에 홈들이 규칙적인 격자 형태로 배열되어 형성된 것을 보여주는 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 9a는 비교예로서 홈에 하지 도금층을 하지 않은 기재를 보여주는 현미경 사진.
도 9b는 도 9a의 홈 내부를 확대해 보여주는 현미경 사진.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따라 하지 도금층이 형성된 홈을 구비한 금속 기재를 보여주는 현미경 사진.
도 10b는 도 10a의 홈 내부를 확대해 보여주는 현미경 사진.
도 11은 위와 같은 공정들을 거쳐 CMP 패드 컨디셔너 제작 후 CMP 패드 컨디셔너의 단면을 나타내는 SEM 분석 결과를 보여주는 단면 사진.
도 12는 도 11에 나타낸 것과 같은 CMP 패드 컨디셔너 단면의 Line-scanning을 통한 각 도금층의 단면의 EDS 성분 구성비의 분석 결과를 보여주는 그래프.
도 13은 종래 방법으로 제조된 CMP 패드 컨디셔너의 지립들을 보여주는 현미경 사진.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP 패드 컨디셔너의 지립들을 보여주는 사진.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너와 종래 CMP 패드 컨디셔너의 마모 테스트 결과를 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 확대해 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너(110)는 원판형의 기재(112)와 상기 기재(112)의 표면에 고정된 다수의 다이아몬드 지립(116)들을 포함한다. 상기 다이아몬드 지립(116)들은 입방정질화붕소(cubic Boron Nitride, c-BN) 또는 탄화규소(SiC, Silicon Carbide)를 포함하는 연마입자를 포괄적으로 포함한다. 또한, 상기 기재(112)는 그 크기의 제한은 없으나, 1인치 내지 15인치의 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기재(112)는 스테인리스 강 또는 탄소강과 같은 금속 재료로부터 만들어지는 것이 선호된다. 더 바람직하게는, 상기 기재(112)는 SUS420J2와 같은 철 합금 재료를 담금질(quenching)한 것이 이용될 수 있다. 담금질은 기재(112)의 강도와 경도를 증가시킨다. 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 기재(112)는 상기 다이아몬드 지립들(116)이 안착되는 위치에 홈(114)들이 형성되어 있다. 이 홈(114)들은 상기 다이아몬드 지립(116)들이 수직으로 바로 서도록 상기 다이아몬드 지립(116)들을 유지시키는 역할을 하며, 이에 의해, 상기 다이아몬드 지립(116)들은 날카로운 상단의 에지 부분이 위를 향하도록 배치될 수 있다. 상기 홈(114)들은 에칭에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 상기 홈(114)의 깊이는 부착될 다이아몬드 지립(116)의 크기 등을 고려하여 약 10~200㎛의 깊이로 형성된다. 상기 홈(114)을 기계적 가공에 의해 형성하는 것도 고려될 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 상기 기재(112)는 철 합금 재료를 담금질하여 형성되어, 조대화된 조직을 가지며, 따라서, 상기 홈(114)에 의해 노출된 면, 즉, 상기 홈(114)의 내부면은 울퉁불퉁한 표면으로 남는다. 이 울퉁불퉁한 표면은 상기 홈(114) 내에 상기 지립(116)들이 안정되게 안착되는 것을 방해하지만, 본 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너(110)는 상기 홈(114)의 기저면 상에 형성된 하지 도금층(115)에 의해 상기 홈(114) 내에 매끄러운 지립 안착 표면을 제공한다. 본 실시예에서, 상기 하지 도금층(115)의 재료로는 Cu 또는 Cu 합금이 이용되며, 이 하지 도금층(115)층으로 Cu 도금층을 이용할 때의 이점에 대해서는 다음에 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 9a는 비교예로서 홈에 하지 도금층을 하지 않은 기재를 보여주는 사진이고, 도 9b는 도 9a의 홈 내부를 확대해 보여주는 사진이며, 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따라 하지 도금층이 형성된 홈을 구비한 금속 기재를 보여주는 사진이고 도 10b는 도 10a의 홈 내부를 확대해 보여주는 사진이다.
도 9a 및 도 9b와 도 10a 및 도 10b에 보여지는 금속 기재의 재료는 모두 SUS420J2이며, 도 10a 및 도 10b에 도시된 기재 내의 홈에 형성된 도금층 재료는 Cu이다. 도 9a 및 도 9b에 보이는 기재는 홈 내부가 매우 불규칙하고 거친 표면으로 되어 있는데 반해, 도 10a 및 도 10b에 보이는 기재는 홈 내부가 도 9a 및 도 9b의 홈과 비교할 때 더 매끈한 표면을 가진다는 것을 알 수 있으며, 이 매끈한 표면은 하지 도금층에 의해 얻어진다. 홈의 크기를 고려하면서 하지 도금층의 두께를 더 크게 하면, 홈 내부의 표면을 더 매끄럽게 형성할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너(110)는 다이아몬드 지립(116)들을 홈(114)들 각각에 고정시기 위한 고정 도금층(118)을 포함한다. 상기 고정 도금층(118)은 Ni 또는 그것을 포함하는 합금인 것이 선호된다. Ni 재료는 기재를 구성하는 SUS420J2 등 철 합금의 에칭된 홈 내부에 도금이 잘 안되는 재료이지만, 그 아래에 위치하는 하지 도금층(115)이 전기 전도도가 좋은 Cu로 형성됨으로써, 전류 흐름이 좋게 되어, 양호한 Ni 도금층(118)을 얻을 수 있다. 다이아몬드 지립(116)들을 고정하는데 있어서, 상기 고정 도금층(118)만이 이용될 수 있지만, 대안적으로, 다른 고착 재료를 이용하여 기재(112)와 지립(116)들 사이의 고착력을 더 보강하는 것도 고려될 수 있다. 또한, 상기 고정 도금층(118)은 여러 종류의 도금층을 차례로 형성하여 형성될 수 있는바, 예를 들면, Ni, Cr, Pd 등이 연속되는 도금층의 재료로 이용될 수 있다.
한편, 전술한 홈(114)들, 즉, 지립들의 안착 홈(114)들이 형성되는 패턴은 다이아몬드 지립(116)이 배열될 위치에 따라 수치제어장치 등에 미리 프로그래밍된 패턴일 수 있다. 따라서, 수치제어장치 등의 프로그래밍된 패턴의 형태를 바꿀 경우, 상기 홈(114)들이 형성되는 패턴의 형태를 바꿀 수 있다. 이와 같이, 프로그래밍된 패턴의 형태를 바꿔, 홈(114)들의 패턴을 변경함에 따라 원하는 형태로 다이아몬드 지립(116)을 배열할 수 있다. 도 7은 금속 기재 상에 전술한 홈들이 규칙적인 격자 형태로 배열된 상태를 보여준다. 도 7의 배열 형태에 제한되지 아니하고, 홈들의 배열 형태는 다양하게 변경될 수 있음에 유의한다. 또한, 상기 홈들 각각은 하단 측면에서 상측이 개방된 대략 반원형 단면으로 형성되는 것이 선호되지만, 상측이 개방된 삼각형, 사각형 또는 사다리꼴형과 같이 안착된 다이아몬드 지립을 안정되게 유지시킬 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기재(112)를 준비하는 제1 단계(s1)와, 기재의 일 표면에 다수의 홈(114)들을 형성하는 제2 단계(s2)와, 상기 홈(114)들에 하지 도금층(115)을 형성하는 제3 단계(s3)와, 상기 하지 도금층(115)이 형성된 홈(114)들에 다이아몬드 지립(116)을 배치하는 단계(s4)와, 상기 하지 도금층(115) 상의 다이아몬드 지립들을 고정 도금층(118)에 의해 고정하는 단계(s5)를 포함한다.
상기 제1 단계(s1)에서는 금속, 특히, SUS420J2와 같은 철 합금 재료를 담금질(quenching)하여 만들어진 기재(112)가 준비되며, 다음 단계들을 위해, 기재(112)의 표면에 묻은 이물질이 제거된다. 기재(112)는 1인치 내지 15인치 직경의 원판형으로 준비되는 것이 바람직하다. 이때, 원판형 기재(112)는 중앙 영역이 막힌 것일 수 있으며, 또한, 중앙 영역에 개구부가 있는 환형일 수 있다.
상기 제2 단계(s2)에서는 상기 기재(112)의 상부 표면에 복수의 홈(114)들이 아래에서 설명되는 것과 같은 공정들을 거쳐 일정 패턴의 배열로 형성된다. 먼저, 상기 기재(112)의 표면에는 감광막(120)이 30㎛ 두께로 형성된다. 하지만, 감광막(120)의 두께가 본 실시예에 따른 30㎛ 두께로 제한되지는 아니하며, 기재(112)에 형성되는 홈(114)의 깊이 따라 약 5~150㎛ 범위의 것을 이용하는 것이 좋다. 상기 감광막(120)은 광원에 노출될 경우 경화되는 경화성 수지로 이루어지며, 상기 감광막(120)은 PR액과 같은 액상 물질을 상기 기재(112)의 표면에 가하여 고착시키거나, 또는, DRY PR 필름과 같은 고체 필름을 기재(112)의 표면에 부착시켜 형성될 수 있다.
다음으로 상기 감광막(120)의 위쪽에 다이아몬드 지립(116)이 위치될 부분과 대응하는 패턴과 역상의 이미지(132)를 갖는 마스크(130)를 배치하고, 상기 감광막(120)을 광원에 노출시킨다. 이때, 광원(L)에 노출된 감광막의 일부(122)는 경화되고, 광원에 노출되지 않은 감광막의 나머지 부분(124)은 무른 상태로 남게 된다. 이때, 상기 광원으로는 백색광원, 자외선(UV), X-선 또는 레이저와 같은 광원이 이용된다. 다음, 상기 감광막(120) 중 광원에 노출되지 않는 부분의 감광막(124)은 현상작업에 의해 제거된다.
다음, 기재(112)를 세척하여 현상액과, 제거된 감광막(124)의 찌꺼기를 제거한 후, 에칭작업을 실시한다. 상기 에칭작업은 약 50℃의 온도에서 FeCl3와 같은 에칭용액이 노즐(N)에 의해 분사되어 이루어진다. 상기 기재(112)가 상기 노즐(N)에 의해 분사되는 에칭 용액에 통과하는 과정에서 상기 에칭용액에 노출된 부분에 위치한 기재(112)의 표면이 에칭(etching)되어 기재(112) 표면에는 복수의 홈(114)들이 약 50㎛ 깊이로 형성된다. 이때, 홈(114)의 깊이와 폭은 다이아몬드 지립의 사이즈에 따라 달라질 수 있음에 유의한다.
상기 기재(112) 상에 형성된 홈(114)은 도 9b에 보이는 것과 같이 내부에 거칠고 울툴불퉁한 표면을 갖는다. 상기 제3 단계(s3)에서는 홈(114)들의 내부 표면에 Cu 하지 도금층(115)을 형성한다. 상기 Cu 하지 도금층(115)에 의해 상기 홈(114)들 각각의 내부 표면은 지립(116)들이 안착되기에 좋은 매끈한 표면으로 바뀐다. 도 10b에 보이는 바와 같이, 하지 도금층(115)이 형성된 홈의 내부 표면은, 하지 도금층(115)이 형성되지 않은 도 9b에 보이는 홈에 비해 매끈한 내부 표면을 갖는다.
상기 제4 단계(s4)에서는 감광막(120)에 형성된 복수의 개구들을 통해 다이아몬드 지립(116)들이 상기 하지 도금층(115)이 형성된 홈(114)들 각각에 배치되며, 이에 의해, 다이아몬드 지립(116)들 각각은 해당 홈(114) 내에서 하지 도금층(115) 위에 세워져 배치된다.
상기 제5 단계(s5)에서는 고정 도금층(118)이 상기 다이아몬드 지립(116)을 고정하도록 상기 하지 도금층(115) 상에 형성된다. 상기 고정 도금층(118)은 Ni 도금층을 포함하는 것이 바람직하며, Ni, Cr, Pd 등의 도금층이 연속적으로 적층되어 형성될 수 있다. 다음, 개구들이 형성된 감광막(120)이 제거되며, 이어지는 후속 공정들에 의해 CMP 패드 컨디셔너의 제작이 완료된다.
도 11은 위와 같은 공정들을 거쳐 CMP 패드 컨디셔너 제작 후 CMP 패드 컨디셔너의 단면을 나타내는 SEM 분석 결과이다. 도 11에 보이는 것과 같은 CMP 패드 컨디셔너는 Cu 하지 도금층이 형성된 홈들에 다이아몬드 지립들이 안착 유지된 상태에서 Ni, Pd, Cr 도금을 추가 진행하여 고정 도금층을 형성한 것으로서, Cu 하지 도금층, Ni 도금층과, 지립 부위의 단면들을 확인할 수 있으며, 기재를 구성하는 SUS420J2와 Ni 고정 도금층 사이에 Cu 하지 도금층이 3~4㎛ 두께로 형성된다. 도 12는 도 11에 나타낸 것과 같은 CMP 패드 컨디셔너 단면의 Line-scanning을 통한 각 도금층의 EDS 성분 구성비의 분석 결과를 보여주는 것으로서, CMP 패드 컨디셔너를 구성하는 성분들인 Cr, Fe, Ni, Cu의 위치에 따른 포함 비율을 측정한 결과이다.
아래의 [표 1]은 CMP 패드 컨디셔너의 지립 집중도를 시험한 결과를 나타낸 것으로서, Cu 하지 도금층의 유무 여부, 그리고, 하지 도금층의 형성 조건에 따라, CMP 패드 컨디셔너로부터 이탈되는 다이아몬드 지립들의 개수를 나타낸다. Cu 하지 도금층을 형성하는 조건 외에 나머지 조건은 같게 하였다.

조건
하지 도금
안함
1A 전류, 2분
하지 도금
1A 전류, 3분
하지 도금
1A 전류, 4분
하지 도금
1A 전류, 6분
하지 도금

지립 탈락
개수
1370
695
496
370
156
위의 [표 1]로부터 알 수 있는 바와 같이, 지립 안착 홈에 Cu 하지 도금을 하지 않은 기존 제조방법은 1000개 이상의 지립 탈락이 발생하여, Cu 하지 도금을 한 경우에 비해 지립의 탈락 개수가 많았으며, Cu 하지 도금 시간을 길게 할수록 다이아몬드 지립의 탈락 개수는 감소되었다. 보다 구체적으로, Cu 하지 도금을 실시하지 않은 경우는 탈락 지립들의 수가 1370개로 전체 지립의 개수에 대해 약 2~3% 수준이었으나, Cu 하지 도금 시간을 길게 할수록 지립의 탈락 개수는 점차 감소되어, 최종 1A 6분 Cu 하지 도금을 한 경우 지립 탈락 개수는 156개로 전체 지립 개수의 0.5% 이내로 감소되었다.
도 13과 도 14는 각각 종래 방법으로 제조된 CMP 패드 컨디셔너의 지립들과 본 발명에 따른 CMP 패드 컨디셔너의 지립들을 현미경으로 관찰한 사진들이다. 지립이 수직으로 바로 서지 않는 경우, 빛의 반사로 인해 지립에 흰 부분이 많이 나타나고, 지립이 수직 또는 수직에 가깝게 서 있는 경우, 지립에는 검은 부분이 많이 나타난다. 이를 기초로 흰 부분이 상대적으로 많이 나타나는 지립에 원을 표시하여 구별하였는바, 도 13의 기존 CMP 패드 컨디셔너에 비해, 도 14의 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너가 바로 서 있는 지립의 개수가 많음을 확인할 수 있었다.
아래의 [표 2]는 종래 방법으로 제조된 기존 CMP 컨디셔너 제품과 본원발명에 따라 제조된 CMP 패드 컨디셔너 제품의 Break-in 마모 테스트 조건을 보여주며, 도 15는 시험 결과를 보여준다. 도 15에서 가로축은 테스트 진행 시간을 나타내고 세로축은 PCR을 나타낸다. 시간에 따라 PCR의 감소 폭이 적을수록 CMP 패드 컨디셔닝 작업에 성능이 좋고 안정적이다.
Figure pat00001
도 15를 참조하면, 종래기술에 따른 제품, 즉, 기존제품에 비해, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 개선제품은 시간이 증가되어도 PCR이 크게 저하되지 않음을 확인할 수 있었다. 기존제품은 감광막에 개구들을 형성하여 그 개구들에 에칭을 실시하지 않고 지립을 배치시킨 '신한다이아몬드사'의 기존 ARIX 제품이 비교예로서 시험되었다.
아래의 [표 3]은 본원발명과 비교예 1 및 비교예 2의 마모율 테스트 결과를 보여주는 것으로서, 최대 마모율과 최소 마모율을 비교한 것이다. 비교예 1은 도 4에 도시된 것과 같이 스크린 형태의 마스크를 이용해 다이아몬드 지립들을 배열한 CMP 패드 컨디셔너이고, 비교예 2는 감광막에 개구들을 형성하여 그 개구들에 지립을 배치시킨 '신한다이아몬드사'의 기존 ARIX CMP 패드 컨디셔너 제품이며, 실시예는 앞에서 설명된 바와 같이, 홈들과 하지 도금층을 이용하여 제작된 CMP 패드 컨디셔너 제품이다.
최대 PCR 최소 PCR 평균 PCR
비교예 1 24 6 17.07
비교예 2 24 13 19.14
실시예 24 16 21.18
[표 3]에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 비교예 1 및 비교예 2에 따른 CMP 패드 컨디셔너에 비해 PCR이 크게 나타나서, 컨디셔닝에 대한 유지력이 안정적임을 확인할 수 있었다.
110: CMP 패드 컨디셔너 112: 기재
114: 홈 115: 하지 도금층
116: 다이아몬드 지립 118: 고정 도금층

Claims (9)

  1. CMP 패드 컨디셔너의 제조방법에 있어서,
    (a) 금속 기재를 준비하는 단계;
    (b) 상기 금속 기재의 표면에 복수의 홈들을 일정 패턴으로 형성하는 단계;
    (c) 상기 홈들에 하지 도금층을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 지립들을 상기 하지 도금층 상에 있도록 상기 홈들에 배치하는 단계; 및
    (e) 상기 하지 도금층 상에 상기 지립들을 고정하는 고정 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 금속 기재 상에 감광막을 형성하는 단계와,
    상기 감광막에 복수의 개구들을 형성하는 단계와,
    상기 개구들에 대응되게 상기 기재를 에칭하여 상기 홈들을 상기 기재의 표면에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 개구들을 통해 상기 홈들 각각에 상기 하지 도금층을 형성하며,
    상기 (d) 단계는 상기 개구들을 통해 상기 홈들에 상기 지립들을 배치하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 하지 도금층은 Cu를 포함하며, 상기 고정 도금층은 Ni을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 기재는 철 합금 또는 탄소강을 담금질하여 준비되는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너의 제조방법.
  6. CMP 패드 컨디셔너로서,
    금속 기재;
    상기 금속 기재의 일 표면에 형성되는 복수의 홈들;
    상기 홈들에 형성된 하지 도금층;
    상기 홈들 내에서 상기 하지 도금층 상에 배치되는 복수의 지립들;
    상기 하지 도금층 상에 형성되어 상기 지립들을 고정하는 고정 도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 하지 도금층은 Cu를 포함하며, 상기 고정 도금층은 Ni을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 금속 기재는 철 합금 또는 탄소강이 담금질되어 마르텐자이트 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 하지 도금층은 1~40㎛ 두께를 갖는 Cu 도금층인 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너.
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