KR20140002512A - 연마 패드 성형 금형의 제조 방법, 그 방법으로 제조되는 연마 패드 성형 금형, 및 그 금형으로 제조한 연마 패드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행하는 연마 패드의 연마 패드 성형 금형의 제조 방법, 그 방법으로 제조되는 연마 패드 성형 금형, 및 그 금형으로 제조한 연마 패드를 제공한다. 미세 볼록부(12)가 배열된 마이크로 패턴 α가 형성된 연마 패드(13)의 연마 패드 성형 금형(10)의 제조 방법은, 기판(21)의 한쪽에, 마이크로 패턴 α와 요철(凹凸) 관계가 반전된 마이크로 패턴 β가 형성된 친형(26)을 제작하는 친형(親型) 제작 단계와, 친형(26)을 사용하여, 마이크로 패턴 γ가 표층(表層)에 형성된 포지티브 자형(子型)(27)을 제작하는 포지티브 자형 제작 단계와, 포지티브 자형(27)을 사용하여, 마이크로 패턴 δ가 표층에 형성된 네가티브 자형(18)을 제작하는 네가티브 자형 제작 단계와, 네가티브 자형(18)을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여 기반(基盤)(17) 상에 배열하여 고정시켜 연마 패드 성형 금형(10)을 구성하는 조립 단계를 포함한다.
Description
본 발명은, 반도체 기판 등의 평탄성이 고도로 요구되는 부재의 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행하는 연마 패드를 제조하는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법, 그 방법으로 제조되는 연마 패드 성형 금형, 및 그 금형으로 제조한 연마 패드에 관한 것이다.
종래, 반도체 기판용의 연마 패드는, 예를 들면, 발포 우레탄 수지를 형틀에 흘려 넣어 경화시켜 발포 우레탄의 블록을 형성하고, 얻어진 블록으로부터 소정 두께(예를 들면, 1㎜)의 평판을 잘라내는 것에 의해 연마 패드를 제조하고 있었다. 그러므로, 제조된 연마 패드는 높은 평탄성을 가지고 있지 않아, 연마를 개시하기 전에, 다이아몬드 지석(diamond grindstone) 등을 사용한 드레싱(컨디셔닝이라고도 함)을 행하여, 연마용 패드에 높은 평탄성을 구비시키고 있었다. 그러나, 드레싱 후의 패드 표면 상태가 불안정하면서 변동되기 쉽고, 또한 가공 후의 연마 패드의 표면 상태가 프로세스 사이에서 크게 변동되는 등의 문제가 있다. 또한 드레싱에 의해 연마 패드 표면에 형성되는 미세 요철(凹凸) 패턴은, 연마 패드 표면 상에서의 연마재를 포함한 슬러리의 유지와 반도체 기판의 피연마면에 대한 신선한 슬러리의 공급이라는 작용을 지배하는 요인으로 되어 있지만, 드레싱에 의한 방법에서는, 연마 패드의 표면에 항상 일정한 미세 요철 패턴을 형성할 수 없으므로, 반도체 기판에 고정밀도의 평탄 가공을 안정적으로 행할 수 없는 문제가 있었다.
또한, 발포 우레탄인 것에 기인하여 연마 패드의 표층부에 나타나는 구멍에는, 연마 중에 연마재나 절삭칩 등이 머무르게 되므로, 반도체 기판으로부터 생긴 절삭칩의 제거 성능이 서서히 저하되고, 이에 따라 반도체 기판의 피연마면에 대한 신선한 슬러리의 공급 성능이 저하되므로, 연마 속도가 저하되는 문제가 생긴다. 그러므로, 연마 패드의 표면을 정기적으로 연삭하여 새로운 표면을 형성하는 것이 행해지고 있지만, 발포 우레탄 내의 공동(空洞)은 사이즈에 불균일이 존재하는 동시에, 균일하게 분산되어 있지 않으므로, 연마 패드의 표면을 연삭하여 새로운 표면을 형성할 때마다, 표면에 나타나는 구멍의 사이즈 분포나 분산 상태가 변화되어, 연마 패드의 연마 성능을 항상 일정하게 유지할 수 없다는 문제도 있다.
그래서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 연마 패드의 모체를, 슬러리와의 친화성이 우수한 소재로 이루어지는 무발포 부재로 형성하고, 이 모체의 표면에 포토리소그래피 기술을 이용하여 미세 요철 패턴을 형성함으로써 연마 패드를 제조하는 것이 개시되어 있다. 무발포 부재로 연마 패드를 형성하므로, 연마 중에 연마재나 절삭칩 등이 표층부에 머물게 될 우려가 없고, 연마 패드의 표면의 미세 요철 패턴이 포토리소그래피 기술을 이용하여 형성되어 있으므로, 항상 일정한 미세 요철 패턴을 형성할 수 있어, 연마 패드 표면 상에서의 슬러리의 유지성과, 반도체 기판의 피연마면에 대한 신선한 슬러리의 공급성을 안정적으로 달성할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1의 연마 패드는, 제조하는 연마 패드 1매마다, 그 표층부에 포토리소그래피 기술을 이용하여 미세 요철 패턴을 형성하므로, 연마 패드의 생산성이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다. 또한, 연마 패드의 제조 단계가, 연마 패드의 본체를 제조하는 단계와 본체의 표면에 미세 요철 패턴을 형성하는 단계로 구성되므로, 제조 단계가 번잡하게 되어, 제조에 시간을 요하는 동시에, 제조 비용이 상승한다는 문제가 있다.
그래서, 반도체 기판에 사용하는 단결정의 실리콘 웨이퍼의 표면에 MEMS(마이크로 일렉트로 메카니컬 시스템) 기술을 활용하여 미세 요철 패턴의 일례로서, 역피라미드형(예를 들면, 한 변이 7㎛의 정사각형이며, 깊이가 4.9㎛의 정사각뿔형)의 구멍이 일정 간격(예를 들면, 5㎛)으로 배열된 패턴을 형성하고, 이 실리콘 웨이퍼를 연마 패드를 제조하는 성형 금형으로서 사용하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 역피라미드형의 구멍이 정렬되어 형성된 실리콘 웨이퍼에 수지판(예를 들면, 우레탄 수지판)을 누르고, 가압하면서 가열하여, 연화 상태로 한 수지판의 표층부의 재료의 일부를 역피라미드형의 구멍에 진입시킴으로써, 수지판의 표층부에 피라미드형의 돌출부가 일정 간격으로 배열된 미소 요철 패턴을 형성할 수 있다. 그러나, 사용할 수 있는 단결정의 실리콘 웨이퍼의 치수는, 반도체 기판 제조용에 공급되는 단결정 실리콘 로드의 치수로 제한되므로, 연마 패드로서 요구되는 치수의 수지판에는 미소 요철 패턴을 형성할 수 없다는 문제, 실리콘 웨이퍼는 딱딱하고 부서지기 쉬우므로, 반복하여 사용하는 데는 내구성(耐久性)이 뒤떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 반도체 기판 등의 평탄성이 고도로 요구되는 부재의 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행하는 연마 패드를 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법, 그 방법으로 제조되는 연마 패드 성형 금형, 및 그 금형으로 제조한 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적에 따르는 제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법은, 판형의 피연마재의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측에 미세 볼록부(P)가, 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴 α가 형성된 연마 패드의 제조에 사용되는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법으로서,
단결정의 기판의 한쪽의 표면측에, 상기 마이크로 패턴 α의 상기 미세 볼록부(P)의 배치에 맞추어, 상기 미세 볼록부(P)의 바닥부와 동일 치수의 구멍이 형성된 레지스트 마스크를 형성하고, 상기 레지스트 마스크를 통하여 상기 기판의 한쪽의 표면측에 에칭을 행하여, 상기 기판의 한쪽의 표면측에 상기 미세 볼록부(P)와 요철 관계가 반전된 미세 오목부(Q)가 상기 마이크로 패턴 α의 상기 미세 볼록부(P)의 배치에 맞추어 분산 배치된 마이크로 패턴 β가 형성된 친형(親型)을 제작하는 친형 제작 단계와,
상기 친형의 상기 마이크로 패턴 β를 전사(轉寫)하여, 상기 미세 오목부(Q)에 대응하는 위치에, 상기 미세 오목부(Q)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 볼록부(R)가 분산 배치된 마이크로 패턴 γ가 형성된 포지티브 자형(子型)을 제작하는 포지티브 자형 제작 단계와,
상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ를 전사하여, 상기 미세 볼록부(R)에 대응하는 위치에, 상기 미세 볼록부(R)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부(S)가 분산 배치된 마이크로 패턴 δ가 형성된 네가티브 자형을 제작하는 네가티브 자형 제작 단계와,
상기 네가티브 자형을, 상기 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층측을 표면으로 하고, 상기 네가티브 자형의 측부끼리를 접촉시키면서 기반(基盤) 상에 배열하여 고정시켜 상기 연마 패드 성형 금형을 구성하는 조립 단계를 포함한다.
제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 상기 네가티브 자형은, 상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 자형이 고정되는 상기 기반은 평판으로 할 수 있다.
제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 상기 네가티브 자형은, 상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜, 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 자형이 고정되는 상기 기반은, 상기 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤로 할 수 있다.
상기 목적에 따르는 제2 발명에 관한 연마 패드 성형 금형은, 제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 의해 제조된다.
상기 목적에 따르는 제3 발명에 관한 연마 패드는, 제2 발명에 관한 연마 패드 성형 금형을 사용하여 제조된다.
제3 발명에 관한 연마 패드에 있어서, 상기 기판은, [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면(切出面)으로서 잘라낸 실리콘 평판으로서, 상기 레지스트 마스크는 상기 실리콘 평판의 (100)면에 형성되고, 상기 미세 볼록부(P)는 정사각뿔형 미세 돌기로서, 상기 정사각뿔형 미세 돌기의 바닥면의 1변의 길이는 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 상기 정사각뿔형 미세 돌기 사이의 거리는 1 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.
상기 목적에 따르는 제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법은, 판형의 피연마재의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측에 미세 볼록부가 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴(A)이 형성된 연마 패드의 제조에 사용되는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법으로서,
기판의 한쪽의 표면측에, 반응 촉진용 에너지선의 조사(照射)에 의해 화학 반응을 일으키는 재료를 사용하여 상기 미세 볼록부의 높이에 상당하는 두께의 피가공층을 형성하고, 상기 피가공층 내의 위치에 따라 조사하는 상기 반응 촉진용 에너지선의 조사 에너지량을 변화시켜, 상기 피가공층 내에 화학 반응에 의해 상기 미세 볼록부와 동일 치수의 미세 반응 볼록부를 상기 미세 볼록부의 배치에 맞추어 생성시킨 후, 상기 피가공층으로부터 비화학 반응 영역을 제거하여, 상기 기판의 한쪽의 표면측에 상기 미세 반응 볼록부가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)이 형성된 포지티브 형(型)을 제작하는 포지티브 형 제작 단계와,
상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)을 전사하여, 상기 미세 반응 볼록부에 대응하는 위치에, 상기 미세 반응 볼록부와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부가 분산 배치된 마이크로 패턴(C)이 형성된 네가티브 형을 제작하는 네가티브 형 제작 단계와,
상기 네가티브 형을, 상기 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 상기 네가티브 형의 측부끼리를 접촉시키면서 기반 상에 배열하여 고정시켜 상기 연마 패드 성형 금형을 구성하는 조립 단계를 포함한다.
제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 평판이며, 상기 네가티브 형은, 상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 형이 고정되는 상기 기반은 평판으로 할 수도 있다.
제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은, 가요성을 가지는 평판이며, 상기 네가티브 형은, 상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜, 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 형이 고정되는 상기 기반은, 상기 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤로 할 수도 있다.
상기 목적에 따르는 제5 발명에 관한 연마 패드 성형 금형은, 제4 발명에 관한 연마 패드의 제조 방법에 의해 제조된다.
상기 목적에 따르는 제6 발명에 관한 연마 패드는, 제5 발명에 관한 연마 패드 성형 금형을 사용하여 제조된다.
제6 발명에 관한 연마 패드에 있어서, 상기 미세 볼록부의 형상은 정사각뿔로서, 바닥면의 1변의 길이는 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 상기 정사각뿔 사이의 거리는 1 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.
제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서는, 미세 오목부(Q)를, 미세 볼록부(P)의 배치에 맞추어, 미세 볼록부(P)의 바닥부와 동일 치수의 구멍이 형성된 레지스트 마스크를 통한 에칭에 의해 형성하므로, 친형에는 마이크로 패턴 α을 정확하게 반전된 마이크로 패턴 β를 형성할 수 있다. 그리고, 친형의 마이크로 패턴 β를 전사하여 제작하는 포지티브 자형으로는, 마이크로 패턴 β가 정확하게 반전된 마이크로 패턴 γ(따라서, 마이크로 패턴 α와 동일)이 형성되고, 포지티브 자형의 마이크로 패턴 γ를 전사하여 제작하는 네가티브 자형으로는, 마이크로 패턴 γ가 정확하게 반전된 정확한 마이크로 패턴 δ(따라서, 마이크로 패턴 β와 동일)이 형성되므로, 친형으로부터 포지티브 자형을 통하여 제작한 복수의 네가티브 자형을 원하는 면적을 가지는 기반 상에 배열하여 고정함으로써, 원하는 면적에 걸쳐 정확한 마이크로 패턴 δ(마이크로 패턴 β)을 형성할 수 있다. 그 결과, 원하는 면적을 가지는 연마 패드를 성형하기 위한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제작할 수 있다.
제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 네가티브 자형이, 포지티브 자형의 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지는 경우, 정확한 마이크로 패턴 δ을 구비한 내구성이 있는 네가티브 자형을 효율적이고 또한 염가로 제작할 수 있다. 그리고, 네가티브 자형이 고정되는 기반이 평판인 경우, 대형의 연마 패드의 제조가 가능한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있다.
제1 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 네가티브 자형이, 포지티브 자형의 패턴 γ가 형성된 표면측을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜, 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지는 경우, 정확한 마이크로 패턴 δ을 구비한 내구성이 있는 네가티브 자형을 효율적이고 또한 염가로 제작할 수 있다. 그리고, 네가티브 자형이 고정되는 기반이, 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤인 경우, 원하는 폭을 가지는 장척(長尺)(밴드형)의 연마 패드의 제조가 가능한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있다.
제2 발명에 관한 연마 패드 성형 금형에 있어서는, 원하는 치수를 가지는 연마 패드용의 소재의 한쪽의 표면측에, 미세 볼록부(P)가 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴 α을 용이하고 또한 효율적으로 형성할 수 있으므로, 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행할 수 있는 원하는 치수의 연마 패드를 염가로 제조할 수 있다.
제3 발명에 관한 연마 패드에 있어서는, 정확한 마이크로 패턴 α을 가지므로, 피연마재에 연마 패드를 가압하여 연마를 행하는 경우, 연마 패드는, 피연마재의 연마면에 연마 패드에 형성된 미세 볼록부(P)의 정상부(頂部)를 통하여 접촉하게 되어, 미세 볼록부(P)의 사이의 간극에 존재하는 연마재를 포함한 슬러리를, 피연마재의 연마면에 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 또한, 슬러리를 연마 중에 연속하여 공급하면, 공급된 슬러리는 미세 볼록부(P)의 간극을 통과해 가므로, 피연마재의 연마면에 항상 신선한 슬러리를 접촉시킬 수 있는 동시에, 연마시에 발생한 절삭칩을 슬러리의 흐름에 혼입시켜 제거할 수 있다. 그 결과, 피연마재의 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행할 수 있다.
제3 발명에 관한 연마 패드에 있어서, 기판이, [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면으로 하여 잘라낸 실리콘 평판으로서, 레지스트 마스크가 실리콘 평판의 (100)면에 설치되고, 미세 볼록부(P)는 정사각뿔형 미세 돌기로서, 정사각뿔형 미세 돌기의 바닥면의 1변의 길이가 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기 사이의 거리가 1 ~ 30㎛인 경우, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기로 에워싸인 간극에 존재하는 슬러리를 정사각뿔형 미세 돌기의 경사면을 따라 이동시킬 수 있어, 피연마재의 연마면에 효율적으로 신선한 슬러리를 접촉시킬 수 있다. 그 결과, 피연마면 전체를 균일하게 연마할 수 있다.
제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 미세 볼록부가 배열된 마이크로 패턴(A)이 형성된 연마 패드를 제조하는 연마 패드 성형 금형을 제조하기 위해서는, 기판의 한쪽의 표면측에, 반응 촉진용 에너지선의 조사에 의해 화학 반응을 일으키는 재료를 사용하여 피가공층을 형성하고, 피가공층 내의 위치에 따라 조사하는 반응 촉진용 에너지선의 조사 에너지량을 변화시켜 피가공층 내에 화학 반응에 의해 미세 볼록부와 동일 치수의 미세 반응 볼록부를 미세 볼록부와 동일 배치로 형성하여 포지티브 형을 제작하므로, 제조하고자 하는 연마 패드의 마이크로 패턴(A)을, 포지티브 형에 마이크로 패턴(B)으로서 효율적이고 또한 정확하게 재현하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 포지티브 형으로부터 제작한 네가티브 형에는, 전사에 의해 마이크로 패턴(A)을 형성할 수 있는 마이크로 패턴(C)이 형성되어 있으므로, 네가티브 형을 원하는 면적을 가지는 기반 상에 배열하여 고정함으로써, 원하는 면적을 가지는 연마 패드를 성형하기 위한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제작할 수 있다.
제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 기판이 평판이며, 네가티브 형이, 포지티브 형의 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지는 경우, 내구성을 가지는 네가티브 형을 용이하고 또한 염가로 제작할 수 있다. 그리고, 네가티브 형이 고정되는 기반이 평판인 경우, 대형의 연마 패드의 제조가 가능한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있다.
제4 발명에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 있어서, 기판이, 가요성(可撓性)을 가지는 평판이며, 네가티브 형이, 포지티브 형의 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜, 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지는 경우, 내구성을 가지는 네가티브 형을 용이하고 또한 염가로 제작할 수 있다. 그리고, 네가티브 형이 고정되는 기반이, 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤인 경우, 원하는 폭을 가지는 장척(밴드형)의 연마 패드의 제조가 가능한 연마 패드 성형 금형을 용이하고 또한 염가로 제조할 수 있다.
제5 발명에 관한 연마 패드 성형 금형에 있어서는, 원하는 치수를 가지는 연마 패드용의 소재의 한쪽의 표면측에, 미세 볼록부가 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴(A)을 용이하고 또한 효율적으로 형성할 수 있으므로, 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행할 수 있는 원하는 치수의 연마 패드를 염가로 제조할 수 있다.
제6 발명에 관한 연마 패드에 있어서는, 연마 패드의 한쪽의 표면측에, 미세 볼록부가 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴(A)이 형성되어 있으므로, 연마 패드의 한쪽의 표면측을 사용하여 피연마재의 연마를 행하는 경우, 연마 패드는, 피연마재의 연마면에 연마 패드에 형성된 미세 볼록부의 정상부를 통하여 접촉하게 되어, 미세 볼록부의 사이의 간극에 존재하는 연마재를 포함한 슬러리를, 피연마재의 연마면에 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 또한, 슬러리를 연마 중에 연속하여 공급하면, 공급된 슬러리는 미세 볼록부의 간극을 통과해 가므로, 피연마재의 연마면에 항상 신선한 슬러리를 접촉시킬 수 있는 동시에, 연마시에 발생한 절삭칩을 슬러리의 흐름에 혼입시켜 제거할 수 있다. 그 결과, 피연마재의 평탄 가공을 고정밀하고 또한 고효율로 행할 수 있다.
제6 발명에 관한 연마 패드에 있어서, 미세 볼록부의 형상이 정사각뿔로서, 바닥면의 1변의 길이가 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔 사이의 거리가 1 ~ 30㎛인 경우, 인접하는 정사각뿔로 에워싸인 간극에 존재하는 슬러리를 정사각뿔의 경사면을 따라 이동시킬 수 있어, 피연마재의 연마면에 효율적으로 신선한 슬러리를 접촉시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 2의 (A)는 연마 패드의 평면도, (B)는 연마 패드에 형성된 미세 볼록부의 사시도이다.
도 3은 연마 패드를 사용한 연마시의 상황을 나타내는 설명도이다.
도 4의 (A), (B)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 친형 제작 단계의 설명도이다.
도 5의 (A)~(C)는 각각, 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 자형 제작 단계, 네가티브 자형 제작 단계, 조립 단계의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 7의 (A), (B)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 친형 제작 단계의 설명도이다.
도 8의 (A)~(C)는 각각, 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 자형 제작 단계, 네가티브 자형 제작 단계, 조립 단계의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 10의 (a)는 연마 패드의 평면도, (B)는 연마 패드에 형성된 미세 볼록부의 사시도이다.
도 11은 연마 패드를 사용한 연마시의 상황을 나타내는 설명도이다.
도 12의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 형 제작 단계의 설명도이다.
도 13의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 네가티브 형 제작 단계의 설명도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 15의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 네가티브 형 제작 단계의 설명도이다.
도 2의 (A)는 연마 패드의 평면도, (B)는 연마 패드에 형성된 미세 볼록부의 사시도이다.
도 3은 연마 패드를 사용한 연마시의 상황을 나타내는 설명도이다.
도 4의 (A), (B)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 친형 제작 단계의 설명도이다.
도 5의 (A)~(C)는 각각, 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 자형 제작 단계, 네가티브 자형 제작 단계, 조립 단계의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 7의 (A), (B)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 친형 제작 단계의 설명도이다.
도 8의 (A)~(C)는 각각, 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 자형 제작 단계, 네가티브 자형 제작 단계, 조립 단계의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 10의 (a)는 연마 패드의 평면도, (B)는 연마 패드에 형성된 미세 볼록부의 사시도이다.
도 11은 연마 패드를 사용한 연마시의 상황을 나타내는 설명도이다.
도 12의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 포지티브 형 제작 단계의 설명도이다.
도 13의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 네가티브 형 제작 단계의 설명도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형과 그 금형으로 제조한 연마 패드의 설명도이다.
도 15의 (A)~(C)는 동 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에서의 네가티브 형 제작 단계의 설명도이다.
이어서, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명을 구체화한 실시형태에 대하여 설명하고, 본 발명의 이해에 제공한다.
본 발명의 제1 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(10)은, 도 1~도 3에 나타낸 바와 같이, 판형의 피연마재의 일례인 반도체 기판(11)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측[평탄 가공 시에 반도체 기판(11)의 피가공면에 접촉하는 측]에, 예를 들면, 정상부의 높이(H)가 0.1 ~ 20㎛의 미세 볼록부(P)의 일례인 정사각뿔형 미세 돌기(12)(경사면 각도 θ= 30~80°)를, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 정상부의 간격(D)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 바닥면의 1변의 길이(L)를 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 바닥면 사이의 간격(G)을 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치(분산 배치)하여 구성한 마이크로 패턴 α가 형성된 연마 패드(13)를 제조하는 금형이다. 이하, 상세하게 설명한다.
연마 패드 성형 금형(10)은, 연마 패드(13)의 소재로 하는 소성(塑性) 가공 가능한 평판[예를 들면, 열가소성 수지의 일례인 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 판을 가열하여 연화 상태로 한 것]을, 상하 방향으로부터 협지(sandwich)하여 가압하여, 평판의 한쪽, 예를 들면, 상면측에 마이크로 패턴 α을 형성하는 상형(上型)(14)과, 평판을 탑재하여 지지하는 하형(下型)(15)을 가지고 있다. 여기서, 상형(14)은, 평판의 상면을 압압(押壓)하여, 상면측에 마이크로 패턴 α을 소성 가공에 의해 형성하는 패턴 성형부(16)와, 패턴 성형부(16)를 유지하는 상형 본체(17)를 가지고 있다. 또한, 패턴 성형부(16)는, 측부를 서로 밀접시킨 상태에서 상형 본체(17)에 각각 배치(고정)되어 평판을 일체로 압압하여 마이크로 패턴 α을 형성하는 복수의 네가티브 자형(18)을 가지고 있다.
각각의 네가티브 자형(18)에는, 미세 오목부(S)의 일례이며, 정사각뿔형 미세 돌기(12)와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K)가 0.1 ~ 20㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(19)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛로 배열하여 배치하여 구성되는 마이크로 패턴 δ(마이크로 패턴 α에 대하여 요철 관계가 반전된 패턴)이 형성되어 있다. 또한, 네가티브 자형(18)[패턴 성형부(16)]의 표면측[상형(14)의 하면측]에 배열되어 존재하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 개구(20)의 1변의 길이(M)는 0.1 ~ 30㎛, 개구(20)의 간격(J)은 1 ~ 30㎛이다.
이상의 구성으로 함으로써, 하형(15) 상에 탑재된 연화 상태의 평판에, 위쪽으로부터 상형(14)을 내리누르면, 평판을 구성하고 있는 소재의 일부가, 마이크로 패턴 δ을 구성하는 각각의 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 개구(20)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(19) 내로 진입하므로, 정사각뿔형 미세 오목부(19) 내를 평판을 구성하고 있는 소재의 일부로 충족시킨 후, 상형(14)을 위쪽으로 이동시켜 평판으로부터 떼어 놓으면, 평판의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(19) 내로 진입한 소재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(12)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴 α가 형성된다. 그리고, 마이크로 패턴 α가 형성된 평판을 냉각하여 경화 상태로 함으로써 연마 패드(13)가 얻어진다.
그리고, 평판에 상형(14)을 강하게 눌렀을 때, 하형(15)의 상면과 상형(14)의 하면과의 거리를 일정하게 함으로써, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 정상부와 연마 패드(13)의 하면과의 사이의 거리를 일정값[연마 패드(13)의 두께를 균일]으로 할 수 있다. 이로써, 반도체 기판(11)과 연마 패드(13)를 접촉시켰을 때, 연마 패드(13)의 하면에 대하여 반도체 기판(11)의 연마 패드(13)와의 접촉면을 평행하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 4의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 연마 패드 성형 금형(10)의 제조 방법은, 단결정의 기판, 예를 들면, [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면으로 하여 잘라낸 실리콘 평판(21)의 한쪽에, 마이크로 패턴 α의 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 바닥면에 대응하는 영역에 바닥면과 동일 사이즈의 정사각형상의 구멍(22)이 형성된 레지스트 마스크(23)를 설치하고, 레지스트 마스크(23)를 통하여, 실리콘 평판(21)의 결정면(結晶面)마다 정해지는 제거 가공 속도의 차이를 이용한 에칭을 행하여, 미세 오목부(Q)의 일례이며, 정사각뿔형 미세 돌기(12)와 요철 관계가 반전된, 바닥부의 깊이가 0.1 ~ 20㎛의 에칭 피트로 이루어지는 정사각뿔형 미세 오목부(24)(경사면 각도 θ가 30~80°)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(24)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 오목부(24)의 개구(25)의 1변의 길이(M)를 0.1 ~ 30㎛, 개구(25)의 간격(J)을 1 ~ 30㎛으로 하여 배열하여, 마이크로 패턴 α와 요철 관계가 반전된 마이크로 패턴 β가 형성된 친형(26)을 제작하는 친형 제작 단계를 가지고 있다. 마이크로 패턴 β에서는, 마이크로 패턴 α의 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 배치에 맞추어, 정사각뿔형 미세 오목부(24)가 분배 배치되어 있다.
또한, 연마 패드 성형 금형(10)의 제조 방법은, 도 5의 (A)~(C)에 나타낸 바와 같이, 친형(26)을 사용하여 성형되어 마이크로 패턴 β가 전사되어(마이크로 패턴 β와 요철 관계가 반전되어) 미세 볼록부(R)의 일례인 정사각뿔형 미세 돌기(29)가 분산 배치된 마이크로 패턴 γ가 한쪽의 표층에 형성된 평판형의 수지 부재로 이루어지는 포지티브 자형(27)을 제작하는 포지티브 자형 제작 단계를 가지고 있다. 또한, 연마 패드 성형 금형(10)의 제조 방법은, 포지티브 자형(27)의 마이크로 패턴 γ가 형성된 표층 상에 도금에 의해 형성되고, 마이크로 패턴 γ와 요철 관계가 반전된 정사각뿔형 미세 오목부(19)로 구성된 마이크로 패턴(b)이 표층에 형성된 평판형 금속 부재의 일례인 도금 금속부(31)(예를 들면, 니켈, 코발트, 코발트-니켈 합금, 코발트-인 합금 등)를 가지는 네가티브 자형(18)을 제작하는 네가티브 자형 제작 단계와, 네가티브 자형(18)을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여 네가티브 자형(18)의 측부끼리를 접촉시키면서 기반의 일례인 평판으로 이루어지는 상형 본체(17)(예를 들면, 스테인레스 강판, 보통강판, 합금 강판, 주철판, 알루미늄 등의 비철금속판 등) 상에 배열하여 고정시켜 연마 패드 성형 금형(10)의 상형(14)을 구성하는 조립 단계를 가지고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
(1) 친형 제작 단계
도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 잘라낸 실리콘 평판(21)의 한쪽의 (100)면 상에, 레지스트층(예를 들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등)을 형성하고, 리소그래피 기술을 이용하여 구멍(22)을 형성함으로써 레지스트 마스크(23)를 형성한다. 그리고, 실리콘 평판(21)의 다른 쪽의 (100)면 및 측부에도 레지스트층을 형성한다. 이어서, 실리콘 평판(21)의 한쪽의 (100)면에, 레지스트 마스크(23)를 통하여 에칭액을 접촉시킨다. 그리고, 에칭액에는, 예를 들면, 수산화 칼륨, 수산화 테트라 메틸 암모늄 등을 사용한다. 에칭액은, 레지스트 마스크(23)의 구멍(22)으로부터 노출되는 실리콘 평판(21)의 노출부에 접촉되고, 노출부에서는 에칭액과의 반응에 의해 형성된 수산화 실리콘이 에칭액에 용해됨으로써 에칭이 진행되어, 에칭 피트가 형성된다.
여기서, 실리콘 평판(21)의 (100)면의 에칭을 행하는 경우, 실리콘 원자가 세밀 충전하고 있는 (111)의 에칭 속도가 가장 늦기 때문에, 에칭은 (111)의 에칭 속도로 율속(律速)되면서 진행한다. 그러므로, 형성되는 에칭 피트의 형상은, 바닥부의 1변의 길이가 정사각형상의 구멍(22)의 1변의 길이와 같은 값이며, 경사면이 (111)면으로 이루어지는 정사각뿔형으로 된다. 그리고, 소정 시간 에칭을 행한 후, 실리콘 평판(21)으로부터 에칭액을 제거하고, 실리콘 평판(21)을 세정함으로써, 실리콘 평판(21)의 한쪽의 (100)면 상에 정사각뿔형 미세 돌기(12)와 요철 관계가 반전된 정사각뿔형 미세 오목부(24)로 이루어지는 마이크로 패턴 β를 형성할 수 있다. 이어서, 레지스트 마스크(23)를 약품[예를 들면, TMAH(테트라 메틸 암모늄 히드록시 용액)], KOH(수산화 칼륨 용액), EDP(에틸렌 디아민·피로카테콜 용액) 등]에 용해시켜 제거함으로써, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 친형(26)을 얻을 수 있다.
(2) 포지티브 자형 제작 단계
도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 친형(26)을 사용하여 평판형의 수지 부재로부터 포지티브 자형(27)을 제작할 때, 수지 부재로서 열가소성 수지[예를 들면, 실리콘, 불소계 수지, PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등]를 사용하는 경우에는, 연화 상태로 되는 온도까지 가열한 평판형의 수지 부재를 도시하지 않은 성형 테이블에 상에 탑재하고, 친형(26)을 위쪽으로부터 내리누른다. 수지 부재로서 열경화성 수지(예를 들면, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지 등)를 사용하는 경우에는, 가열없이 수지 부재를 도시하지 않은 성형 테이블 상에 흘려 넣어, 친형(26)을 위쪽으로부터 내리누른다. 이로써, 평판형의 수지 부재의 일부가, 정사각뿔형 미세 오목부(24)의 개구(25)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(24) 내로 진입하므로, 정사각뿔형 미세 오목부(24) 내를 수지 부재의 일부로 충족시킨 후, 친형(26)을 위쪽으로 이동시켜 수지 부재로부터 떼어 놓으면, 수지 부재의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(24) 내로 진입한 수지 부재로 형성되고, 정사각뿔형 미세 오목부(24)와 요철 관계가 반전된 정사각뿔형 미세 돌기(29)[따라서, 정사각뿔형 미세 돌기(12)와 동일한 형상]가 배열되어 배치(분산 배치)되게 되고, 마이크로 패턴 γ를 구비한 포지티브 자형(27)이 형성된다.
또한, 수지 부재로서 경화형 수지(예를 들면, 실리콘, 불소계 수지), 광경화형 수지(예를 들면, 자외선의 조사로 경화되는 아크릴계 수지)를 사용하는 경우에는, 친형(26)을 사용하여 주형(鑄型)(도시하지 않음)을 구성하고, 주형 내에 수지 부재를 주입하여, 수지 부재의 일부를 정사각뿔형 미세 오목부(24)의 개구(25)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(24) 내로 진입시켜, 수지 부재를 경화시킨 후, 주형으로부터 수지 부재를 인출하면, 수지 부재의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(24) 내로 진입한 수지 부재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(29)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴 γ를 구비한 포지티브 자형(27)이 형성된다.
(3) 네가티브 자형 제작 단계
도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 자형(27)으로부터 네가티브 자형(18)을 제작하는 경우, 먼저, 포지티브 자형(27)의 마이크로 패턴 γ가 형성된 표층 상에 금속으로 이루어지는 전극층(30)을, PVD(예를 들면, 증착)에 의해 형성한다. 여기서, 전극층(30)을 구성하는 금속은, 네가티브 자형(18)을 구성하는 도금 금속부(31)와의 접착성이 양호한 것이 필요하며, 예를 들면, 니켈, 금, 은, 구리 등을 사용할 수 있다. 이어서, 전극층(30)의 상에[전극층(30)의 표면을 베이스면으로 하여], 전기 도금에 의해 두께가, 예를 들면, 0.1 ~ 5㎜ 도금 금속부(31)를 형성함으로써, 네가티브 자형(18)을 얻을 수 있다.
그리고, 네가티브 자형(18)을 포지티브 자형(27)으로부터 분리한 후, 도금 금속부(31)의 표면[전극층(30)의 반대측의 면] 측을 연마하여 네가티브 자형(18)의 두께를 조절한다. 여기서, 포지티브 자형(27) 상에 형성하는 전극층(30)에는, 포지티브 자형(27)의 마이크로 패턴 γ가 전사되므로, 네가티브 자형(18)에는, 정사각뿔형 미세 돌기(29)[정사각뿔형 미세 돌기(12)]와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K)가 0.1 ~ 20㎛, 개구(20)의 1변의 길이(M)가 0.1 ~ 30㎛, 개구(20)의 간격(J)가 1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(19)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛으로 하여 배열되어 배치되어 있고[즉, 정사각뿔형 미세 돌기(29)에 대응하는 위치에, 정사각뿔형 미세 돌기(29)와 동일 치수로, 정사각뿔형 미세 오목부(19)가 분산 배치되어 있고], 마이크로 패턴(b)이 형성된다.
(4) 조립 단계
도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 네가티브 자형(18)으로부터 상형(14)을 구성하는 경우, 네가티브 자형(18)을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여, 네가티브 자형(18)의 측부끼리를 접촉시키면서 상형 본체(17)의 하면 상에 배열하여 고정시킨다. 여기서, 상형 본체(17)에 네가티브 자형(18)을 밀접시켜 배치하는 경우, 인접하는 네가티브 자형(18)의 경계를 협지하여, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 바닥부의 간격(E')이, 네가티브 자형(18) 내의 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(19)의 바닥부의 간격(E)과 같은 값으로 되도록 조정한다. 이로써, 인접하는 네가티브 자형(18) 사이에서, 마이크로 패턴 δ의 연속성을 확보할 수 있다.
이어서, 연마 패드 성형 금형(10)을 사용하여 제작한 연마 패드(13)의 작용에 대하여 설명한다.
연마 패드(13)는, 소성 가공 가능한 평판을, 상형(14) 및 하형(15)을 사용하여 상하 방향으로부터 협지하여 가압 성형에 의해 제조하므로, 높은 평탄성을 구비하고 있다. 또한, 도 2의 (A), (B), 도 3에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(13)의 일면측에는, 정상부의 높이(H)가 0.1 ~ 20㎛, 바닥면의 1변의 길이(L)가 0.1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 돌기(12)(경사면 각도 θ= 30~80°)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 정상부의 간격(D)을 1.1 ~ 60㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 간격(G)을 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치된 마이크로 패턴 α가 형성되어 있다. 그러므로, 종래와 같이, 연마 패드용의 소재로부터 연마 패드의 모재(母材)가 되는 평판을 잘라내고, 숙련을 요하는 드레싱(연마 패드의 평탄성의 확보와 미세 요철 패턴의 형성)을 행하기 위한 일련의 작업이 불필요하게 된다. 그 결과, 반도체 기판(11)의 평탄 가공을 신속히 행할 수 있는 동시에, 연마 패드(13)의 연마 성능을 항상 일정하게 일정하게 유지할 수 있다.
그리고, 반도체 기판(11)의 평탄 가공을 행하는 경우, 반도체 기판(11)은, 연마 패드(13)의 마이크로 패턴 α을 구성하고 있는 정사각뿔형 미세 돌기(12)의 정상부에서 지지되고, 정사각뿔형 미세 돌기(12) 사이의 간극에는, 연마 패드(13)의 중앙부의 위쪽으로부터 적하(滴下)되는 슬러리(연마재가 함유되어 있음)가 존재하고 있으므로, 반도체 기판(11)의 하면(피연마면)에 상시 슬러리를 접촉시킬 수 있다. 또한, 정사각뿔형 미세 돌기(12) 사이의 간극은 연속되어 있으므로, 연마시에 발생한 절삭칩은, 연마 패드(13)에 새로운 슬러리를 공급하는 것에 따라, 사용이 끝난 슬러리와 함께 연마 패드(13)의 외주부로 이동하여, 연마 패드(13)의 외부로 배출할 수 있다. 그리고, 연마 패드(13)를 형성하고 있는 소재에는 기공(氣孔)은 존재하지 않으므로, 절삭칩은 연마 패드(13) 내에 침입하지 않는다. 그 결과, 반도체 기판(11)의 피연마면에 대한 신선한 슬러리의 공급과 피연마면으로부터의 절삭칩의 제거를 효율적으로 행할 수 있어, 연마 속도를 고위(高位)로 유지하면서, 반도체 기판(11)에 고정밀도의 평탄 가공을 안정적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제2 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(32)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 판형의 피연마재의 일례인 반도체 기판(11)(도 3 참조)의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽[반도체 기판(11)의 피가공면에 접촉하는 측]에, 정상부의 높이(H)가 0.1 ~ 20㎛의 미세 볼록부(P)의 일례인 정사각뿔형 미세 돌기(33)(경사면 각도 θ= 30~80°)를, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(33)의 정상부의 간격(D)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 돌기(33)의 바닥면의 1변의 길이(L)를 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(33)의 바닥면 사이의 간격(G)을 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치하여 구성한 마이크로 패턴 α가 형성된 밴드형 연마 패드(34)를 제조하는 금형이다. 이하, 상세하게 설명한다.
연마 패드 성형 금형(32)은, 밴드형 연마 패드(34)의 소재로 하는 소성 가공 가능한 밴드판(35)[예를 들면, 열가소성 수지의 일례인 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 밴드판을 가열하여 연화 상태로 한 것]을 상하 방향으로부터 협지하여 가압하여, 밴드판(35)의 한쪽, 예를 들면, 상면측에 마이크로 패턴 α을 형성하는 한 쌍의 상부 롤 및 하부 롤(36, 37)을 가지고 있다. 여기서, 상부 롤 및 하부 롤(36, 37) 사이에는 밴드형 연마 패드(34)의 두께에 상당하는 거리의 간극이 형성되고, 가압시에는 각각 반대 방향으로 회전한다. 그리고, 상부 롤(36)은, 밴드판(35)의 상면을 압압하여, 상면측에 마이크로 패턴 α을 소성 가공에 의해 형성하는 패턴 성형부(38)와 패턴 성형부(38)를 유지하는 롤 본체(39)를 가지고 있다. 또한, 패턴 성형부(38)는, 측부를 서로 밀접시킨 상태에서 롤 본체(39)의 외주부에 각각 배치(고정)되어 밴드판(35)을 일체로 압압하여 마이크로 패턴 α을 형성하는 복수의 네가티브 자형(40)을 가지고 있다.
네가티브 자형(40)에는, 미세 오목부(S)의 일례로서, 정사각뿔형 미세 돌기(33)와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K)가 0.1 ~ 20㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(41)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열하여 배치하여 구성하는 마이크로 패턴 δ(마이크로 패턴 α에 대하여 요철 관계가 반전된 패턴)이 형성되어 있다. 또한, 네가티브 자형(40)[패턴 성형부(38)]의 표면측[상부 롤(36)의 외주부]에 배열되어 존재하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 개구(42)의 1변의 길이(M)는 0.1 ~ 30㎛, 개구(42)의 간격(J)은 1 ~ 30㎛이다.
이상의 구성으로 함으로써, 서로 반대 방향으로 회전하고 있는 상부 롤 및 하부 롤(36, 37) 사이에 삽입된 연화(軟化) 상태의 밴드판(35)에, 위쪽으로부터 상부 롤(36)을 내리누르면, 밴드판(35)을 구성하고 있는 소재의 일부가, 마이크로 패턴 δ을 구성하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 개구(42)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(41) 내로 진입하므로, 상부 롤 및 하부 롤(36, 37) 사이를 통과한 밴드판(35)의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(41) 내로 진입한 소재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(33)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴 α가 형성된다. 그리고, 마이크로 패턴 α가 형성된 밴드판(35)[밴드형 연마 패드(34)]를 냉각하여 경화시킨 후, 소정의 사이즈로 재단(裁斷)함으로써 연마 패드(34a)가 얻어진다.
그리고, 상부 롤 및 하부 롤(36, 37) 사이의 간극의 거리를 일정하게 함으로써, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(33)의 정상부와 밴드형 연마 패드(34)의 하면과의 사이의 거리를 일정값[따라서, 연마 패드(34a)의 두께를 균일]으로 할 수 있다. 이로써, 반도체 기판(11)과 연마 패드(34a)를 접촉시켰을 때, 연마 패드(34a)의 하면에 대하여 반도체 기판(11)의 연마 패드(34a)와의 접촉면을 평행하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(32)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 7의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 연마 패드 성형 금형(32)의 제조 방법은, 단결정의 기판, 예를 들면, [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면으로 하여 잘라낸 실리콘 평판(43)의 한쪽에, 마이크로 패턴 α의 정사각뿔형 미세 돌기(33)의 바닥면에 대응하는 영역에 바닥면과 동일 사이즈의 정사각형상의 구멍(44)이 형성된 레지스트 마스크(45)를 형성하고, 레지스트 마스크(45)를 통하여, 실리콘 평판(43)의 결정면마다 정해지는 제거 가공 속도의 차이를 이용한 에칭을 행하여, 미세 오목부(Q)의 일례이며, 정사각뿔형 미세 돌기(33)와 요철 관계가 반전된, 바닥부의 깊이가 0.1 ~ 20㎛의 에칭 피트로 이루어지는 정사각뿔형 미세 오목부(46)[경사면 각도 θ가 30~80°)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(46)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 오목부(46)의 개구(47)의 1변의 길이(M)를 0.1 ~ 30㎛, 개구(47)의 간격(J)을 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여, 마이크로 패턴 α와 요철 관계가 반전된 마이크로 패턴 β가 형성된 친형(48)을 제작하는 친형 제작 단계를 가지고 있다.
또한, 연마 패드 성형 금형(32)의 제조 방법은, 도 8의 (A)~(C)에 나타낸 바와 같이, 친형(48)을 사용하여 성형되어 마이크로 패턴 β가 전사된(마이크로 패턴 β와 요철 관계가 반전된) 마이크로 패턴 γ가 한쪽의 표층에 형성된 평판형의 수지 부재로 이루어지는 포지티브 자형(49)을 제작하는 포지티브 자형 제작 단계와, 얻어진 포지티브 자형(49)을, 마이크로 패턴 γ가 형성된 표층측을 반경 방향 내측으로 하여 만곡시켜 반경 방향 내측의 표층 상에 도금에 의해 형성되고, 마이크로 패턴 γ와 요철 관계가 반전된 마이크로 패턴 δ가 표층에 형성된 원호형 금속 부재의 일례인 도금 금속부(53)[예를 들면, 니켈, 코발트, 코발트-니켈 합금, 니켈-인 합금 등]를 가지는 네가티브 자형(40)을 제작하는 네가티브 자형 제작 단계와, 네가티브 자형(40)을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여 네가티브 자형(40)의 측부끼리를 접촉시키면서 기반의 일례인 롤 본체(39)(예를 들면, 스테인레스 강제 롤, 보통강제 롤, 합금 구리제 롤, 주철제(鑄鐵製) 롤, 알루미늄 등의 비철금속제 롤 등) 상에 배열하여 고정시켜 연마 패드 성형 금형(32)의 상부 롤(36)을 구성하는 조립 단계를 가지고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
(1) 친형 제작 단계
도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 잘라낸 실리콘 평판(43)의 한쪽의 (100)면 상에, 레지스트층(예를 들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등)을 형성하고, 리소그래피 기술을 이용하여 구멍(44)을 형성함으로써 레지스트 마스크(45)를 형성한다. 그리고, 실리콘 평판(43)의 다른 쪽의 (100)면 및 실리콘 평판(43)의 측부에도 레지스트층을 형성한다. 이어서, 실리콘 평판(43)의 한쪽의 (100)면에, 레지스트 마스크(45)를 통하여 에칭액을 접촉시킨다. 그리고, 에칭액에는, 예를 들면, 수산화 칼륨, 수산화 테트라 메틸 암모늄 등을 사용한다. 에칭액은, 레지스트 마스크(45)의 구멍(44)으로부터 노출되는 실리콘 평판(43)의 노출부에 접촉되고, 노출부에서는 에칭액과의 반응에 의해 형성된 수산화 실리콘이 에칭액에 용해됨으로써 에칭이 진행하여, 에칭 피트가 형성된다.
여기서, 실리콘 평판(43)의 (100)면의 에칭을 행하는 경우, (111)의 에칭 속도가 가장 늦기 때문에, 에칭은(111)의 에칭 속도로 율속되면서 진행한다. 그러므로, 형성되는 에칭 피트의 형상은, 바닥부의 1변의 길이가 정사각형상의 구멍(44)의 1변의 길이와 같은 값이며, 경사면이 (111)면으로 이루어지는 정사각뿔형으로 된다. 그리고, 소정 시간 에칭을 행한 후, 실리콘 평판(43)으로부터 에칭액을 제거하고, 실리콘 평판(43)을 세정함으로써, 실리콘 평판(43)의 한쪽의 (100)면 상에, 마이크로 패턴 α을 구성하는 정사각뿔형 미세 돌기(33)와 요철 관계가 반전된 정사각뿔형 미세 오목부(46)로 구성되는 마이크로 패턴 β를 형성할 수 있다. 이어서, 레지스트 마스크(45)를 유기용제(예를 들면, 아세톤 등)에 용해시켜 제거함으로써, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 친형(48)을 얻을 수 있다.
(2) 포지티브 자형 제작 단계
도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 친형(48)을 사용하여 평판형의 수지 부재로부터 포지티브 자형(49)을 제작할 때, 수지 부재로서 열가소성 수지[예를 들면, 실리콘, 불소계 수지, PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등]를 사용하는 경우에는, 연화 상태로 되는 온도까지 가열한 평판형의 수지 부재를 도시하지 않은 성형 테이블에 상에 탑재하고, 친형(48)을 위쪽으로부터 내리누른다. 이로써, 평판형의 수지 부재의 일부가, 정사각뿔형 미세 오목부(46)의 개구(47)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(46) 내로 진입하므로, 정사각뿔형 미세 오목부(46) 내를 수지 부재의 일부로 충족시킨 후, 친형(48)을 위쪽으로 이동시켜 수지 부재로부터 떼어 놓으면, 수지 부재의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(46) 내로 진입한 수지 부재로 형성되고, 미세 볼록부(R)의 일례로서, 마이크로 패턴 β를 구성하는 정사각뿔형 미세 오목부(46)와 요철 관계가 반전된 정사각뿔형 미세 돌기(51)[따라서, 정사각뿔형 미세 돌기(33)와 동일 형상]가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴 γ를 구비한 포지티브 자형(49)이 형성된다.
또한, 수지 부재로서 경화형 수지(예를 들면, 실리콘, 불소계 수지), 광경화형 수지(예를 들면, 자외선의 조사로 경화되는 아크릴계 수지)를 사용하는 경우에는, 친형(48)을 사용하여 주형(도시하지 않음)을 구성하고, 주형 내에 수지 부재를 주입하여, 수지 부재의 일부를 정사각뿔형 미세 오목부(46)의 개구(47)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(46) 내로 진입시켜, 수지 부재를 경화시킨 후, 주형으로부터 수지 부재를 인출하면, 수지 부재의 상표면 측에는, 마이크로 패턴 β를 구성하는 정사각뿔형 미세 오목부(46) 내로 진입한 수지 부재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(51)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴 γ를 구비한 포지티브 자형(49)이 형성된다.
(3) 네가티브 자형 제작 단계
도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 자형(49)으로부터 네가티브 자형(40)을 제작하는 경우, 먼저, 포지티브 자형(49)의 마이크로 패턴 γ가 형성된 표층측을 반경 방향 내측으로 하여 만곡시켜, 표층 상에 금속으로 이루어지는 전극층(52)을, PVD(예를 들면, 증착)에 의해 형성한다. 여기서, 전극층(52)을 구성하는 금속은, 네가티브 자형(40)을 구성하는 도금 금속부(53)과의 접착성이 양호한 것이 필요하며, 예를 들면, 니켈, 금, 은, 구리 등을 사용할 수 있다. 이어서, 전극층(52)을 베이스층으로 하여, 전기 도금에 의해 두께가, 예를 들면, 0.1 ~ 5㎜의 도금 금속부(53)를 형성함으로써, 네가티브 자형(40)을 얻을 수 있다.
그리고, 네가티브 자형(40)을 포지티브 자형(49)으로부터 분리한 후, 도금 금속부(53)의 표면(전극층(52)의 반대측의 면) 측을 연마하여 네가티브 자형(40)의 두께를 조절한다. 여기서, 포지티브 자형(49) 상에 형성하는 전극층(52)에는, 포지티브 자형(49)의 마이크로 패턴 γ가 전사되므로, 네가티브 자형(40)에는, 정사각뿔형 미세 돌기(51)[정사각뿔형 미세 돌기(33)와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K)가 0.1 ~ 20㎛, 개구(42)의 1변의 길이(M)가 0.1 ~ 30㎛, 개구(42)의 간격(J)가 1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(41)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 바닥부의 간격(E)을 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열되어 배치되어 있고, 마이크로 패턴 δ가 형성된다.
(4) 조립 단계
도 8의 (C)에 나타낸 바와 같이, 네가티브 자형(40)으로부터 상부 롤(36)을 구성하는 경우, 네가티브 자형(40)을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여, 네가티브 자형(40)의 측부끼리를 접촉시키면서 롤 본체(39)의 하면 상에 배열하여 고정시킨다. 여기서, 롤 본체(39)의 반경은, 네가티브 자형(40)[도금 금속부(53)]의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률로 되도록 조절되어 있고, 롤 본체(39)에 네가티브 자형(40)을 밀접시켜 배치하는 경우, 인접하는 네가티브 자형(40)의 경계를 협지하여, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 바닥부의 간격(E')이, 네가티브 자형(40) 내의 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(41)의 바닥부의 간격(E)과 같은 값으로 되도록 조정한다. 이로써, 인접하는 네가티브 자형(40) 사이에서, 마이크로 패턴 δ의 연속성을 확보할 수 있다. 그리고, 연마 패드 성형 금형(32)을 사용하여 제작한 연마 패드(34a)의 작용은, 연마 패드 성형 금형(10)을 사용하여 제작한 연마 패드(13)의 작용과 동일하므로, 설명은 생략한다.
본 발명의 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(60)은, 도 9, 도 10의 (A), (B), 도 11에 나타낸 바와 같이, 판형의 피연마재의 일례인 반도체 기판(61)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측[평탄 가공 시에 반도체 기판(11)의 피가공면에 접촉하는 측]에, 예를 들면, 정상부의 높이(H2)가 0.1 ~ 20㎛의 미세 볼록부의 일례인 정사각뿔형 미세 돌기(62)(경사면 각도 θ= 30~80°)를, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 정상부의 간격(D2)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 바닥면의 1변의 길이(L2)를 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 바닥면 사이의 간격(G2)을 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치(분산 배치)하여 구성한 마이크로 패턴(A)이 형성된 연마 패드(63)를 제조하는 금형이다. 이하, 상세하게 설명한다.
연마 패드 성형 금형(50)은, 연마 패드(63)의 소재로 하는 소성 가공 가능한 평판[예를 들면, 열가소성 수지의 일례인 폴리에테르에테르케톤(PEEK)판을 가열하여 연화 상태로 한 것]을, 상하 방향으로부터 협지하여 가압하여, 평판의 한쪽, 예를 들면, 상면측에 마이크로 패턴(A)을 형성하는 상형(64)과 평판을 탑재하여 지지하는 하형(65)을 가지고 있다. 여기서, 상형(64)은, 평판의 상면을 가압하여, 상면측에 마이크로 패턴(A)을 소성 가공에 의해 형성하는 패턴 성형부(66)와, 패턴 성형부(66)를 유지하는 상형 본체(67)를 가지고 있다. 또한, 패턴 성형부(66)는, 측부를 서로 밀접시킨 상태에서 상형 본체(67)에 각각 배치(고정)되어 평판을 일체로 압압하여 마이크로 패턴(A)을 형성하는 복수의 네가티브 형(68)을 가지고 있다.
네가티브 형(68)에는, 미세 오목부의 일례이며, 정사각뿔형 미세 돌기(62)와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K2)가 0.1 ~ 20㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(69)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 바닥부의 간격(E2)를 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열하여 배치하여 구성되는 마이크로 패턴(C)[마이크로 패턴(A)에 대하여 요철 관계가 반전된 패턴]이 형성되어 있다. 또한, 네가티브 형(68)[패턴 성형부(66)]의 표면측[(상형(64)의 하면측)에 배열되어 존재하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 개구(70)의 1변의 길이(M2)는 0.1 ~ 30㎛, 개구(70)의 간격(J2)은 1 ~ 30㎛이다.
이상의 구성으로 함으로써, 하형(65) 상에 탑재된 연화 상태의 평판에, 위쪽으로부터 상형(64)을 내리누르면, 평판을 구성하고 있는 소재의 일부가, 마이크로 패턴(C)을 구성하는 각각의 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 개구(70)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(69) 내로 진입하므로, 정사각뿔형 미세 오목부(69) 내를 평판을 구성하고 있는 소재의 일부로 충족시킨 후, 상형(64)을 위쪽으로 이동시켜 평판으로부터 떼어 놓으면, 평판의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(69) 내로 진입한 소재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(62)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴(A)이 형성된다. 그리고, 마이크로 패턴(A)이 형성된 평판을 냉각하여 경화 상태로 함으로써 연마 패드(63)가 얻어진다. 그리고, 평판에 상형(64)을 강하게 눌렀을 때, 하형(65)의 상면과 상형(64)의 하면과의 거리를 일정하게 함으로써, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 정상부와 연마 패드(63)의 하면과의 사이의 거리를 일정값[연마 패드(63)의 두께를 균일]으로 할 수 있는 동시에, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 정상부에 접하는 평면을 연마 패드(63)의 하면에 대하여 평행하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(60)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 12의 (A)~(C)에 나타낸 바와 같이, 연마 패드 성형 금형(60)의 제조 방법은, 기판의 일례인 실리콘 평판(71)의 한쪽의 표면측에, 반응 촉진용 에너지선의 일례인 자외선의 조사에 의해 화학 반응을 일으키는 재료, 예를 들면, 자외선 경화형 수지를 사용하여 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 높이에 상당하는 두께의 피가공층(72)을 형성하고, 피가공층(72) 내의 위치에 따라 조사하는 자외선의 조사 에너지량을 변화시켜, 피가공층(72) 내에 화학 반응에 의해 정사각뿔형 미세 돌기(62)와 동일 치수의 미세 반응 볼록부의 일례인 정사각뿔형 미세 돌출부(73)를, 마이크로 패턴(A)을 구성하고 있는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 배치에 맞추어 생성시킨 후, 피가공층(72)으로부터 비화학 반응 영역(74)을 제거하여, 실리콘 평판(71)의 한쪽의 표면측에 정사각뿔형 미세 돌출부(73)가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)이 형성된 포지티브 형(75)을 제작하는 포지티브 형 제작 단계를 가지고 있다.
또한, 연마 패드 성형 금형(60)의 제조 방법은, 도 13의 (A)~(C)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(75)의 마이크로 패턴(B)을 전사하여, 정사각뿔형 미세 돌출부(73)에 대응하는 위치에, 정사각뿔형 미세 돌출부(73)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부의 일례인 정사각뿔형 미세 오목부(69)가 분산 배치된 마이크로 패턴(C)이 형성된 네가티브 형(68)을 제작하는 네가티브 형 제작 단계와, 네가티브 형(68)을, 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 네가티브 형(68)의 측부끼리를 접촉시키면서 기반의 일례인 평판으로 이루어지는 상형 본체(67)(예를 들면, 스테인레스 강판, 보통강판, 합금강판, 주철판, 알루미늄 등의 비철금속판 등) 상에 배열하여 고정시켜 연마 패드 성형 금형(60)의 상형(64)을 구성하는 조립 단계를 가지고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
도 12의 (A)에 나타낸 실리콘 평판(71) 상에 형성한 피가공층(72) 내의 위치에 따라 조사하는 자외선의 조사 에너지량을 변화시켜, 피가공층(72) 내에 정사각뿔형 미세 돌출부(73)를 생성시키는 경우, 도시하지 않은 자외선원(예를 들면, 자외선 영역의 광을 발생하는 레이저광 발생 장치)으로부터 발생시킨 자외선 빔(76)을, 도 12의 (B)에 나타낸 디지털 미러 디바이스(DMD)(77)에 의해 반사하여 피가공층(72) 내의 목적으로 하는 위치에 조사함으로써 행한다. 즉, DMD(77)에는, 임의 방향으로 반사면을 경사지게 할 수 있는 마이크로미러(micromirror)(78)가 평면 상에 배열되어 배치되어 있으므로, 각각의 마이크로미러(78)마다 반사면의 경사 각도를 조절함으로써, 자외선 빔(76)을 구성하고 있는 일부의 자외선을, 복수의 마이크로미러(78)에 의해 반사시켜 피가공층(72) 내의 복수의 소정 위치를 각각 초점으로 하여 동시에 입사시키는 것이 가능한 동시에, 자외선 빔(76)을 구성하고 있는 잔부(殘部)의 자외선을, 다른 마이크로미러(7S)를 사용하여 피가공층(72)의 외부를 향해 반사할 수 있다. 그리고, 자외선의 조사 시간을 조절함으로써(레이저광 발생 장치에 있어서의 레이저 숏수를 변경함으로써), 피가공층(72) 내의 소정 위치에 따라 조사하는 자외선의 조사 에너지량을 변화시킬 수 있다.
이로써, 피가공층(72) 내에 정사각뿔형 미세 돌출부(73)를, 마이크로 패턴(A)에서의 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 배치에 맞추어, 단시간, 또한 높은 가공 정밀도(예를 들면, 위치 결정과 치수의 각 정밀도가 0.01~ 1㎛)로 형성할 수 있다. 그 결과, 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 피가공층(72)은, 실리콘 평판(71) 상에 고착된 복수의 정사각뿔형 미세 돌출부(73)와, 정사각뿔형 미세 돌출부(73) 사이에 존재하는 비화학 반응 영역(74)으로 구성되게 된다. 그리고, 비화학 반응 영역(74)을, 약품[예를 들면, TMAH(테트라 메틸 암모늄 히드록시 용액], KOH(수산화 칼륨 용액), EDP(에틸렌 디아민·피로카테콜 용액) 등)에 용해시켜 제거함으로써, 도 12의 (C)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 평판(71)의 한쪽의 표면측에 정사각뿔형 미세 돌출부(73)가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)이 형성된 포지티브 형(75)을 얻을 수 있다(이상, 포지티브 형 제작 단계).
포지티브 형(75)을 사용한 네가티브 형(68)의 제작은, 먼저, 도 13의 (A)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(75)의 마이크로 패턴(B)이 형성된 표층 상에 금속으로 이루어지는 전극층(79)을, PVD(예를 들면, 증착)에 의해, 예를 들면, 두께가 0.01~ 1㎛로 되도록 형성하고, 이어서, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(75)의 마이크로 패턴(B)이 형성된 표면을 따라 형성된 전극층(79)의 표면을 베이스면으로 하여, 전기 도금에 의해 평판형 금속 부재(80)를 소정 두께(예를 들면, 0.1 ~ 5㎜)로 형성한다. 여기서, 전극층(79)을 구성하는 금속은, 네가티브 형(68)을 구성하는 평판형 금속 부재(80)과의 접착성이 양호한 것이 필요하다. 예를 들면, 자외선 경화형 수지로서 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등을 사용한 경우, 전극층(79)은, 예를 들면, 니켈, 금, 은, 구리 등으로 형성하는 것이 바람직하고, 평판형 금속 부재(80)는, 예를 들면, 니켈, 코발트, 코발트-니켈 합금, 니켈-인 합금 등을 사용하여 형성한다.
그리고, 네가티브 형(68)을 포지티브 형(75)으로부터 분리한 후, 평판형 금속 부재(80)의 표면[전극층(79)의 반대측의 면] 측을 연마하여 네가티브 형(68)의 두께를 조절한다. 여기서, 포지티브 형(75) 상에 형성하는 전극층(79)에는, 포지티브 형(75)의 마이크로 패턴(B)이 전사되므로, 네가티브 형(68)에는, 정사각뿔형 미세 돌출부(73)[정사각뿔형 미세 돌기(62)]와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K2)가 0.1 ~ 20㎛, 개구(70)의 1변의 길이(M2)가 0.1 ~ 30㎛, 개구(70)의 간격(J2)가 1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(69)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 바닥부의 간격(E2)를 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열되어 배치되어 있고, 마이크로 패턴(C)이 형성된다(이상, 네가티브 형 제작 단계).
도 13의 (C)에 나타낸 바와 같이, 네가티브 형(68)으로부터 상형(64)을 구성하는 경우, 네가티브 형(68)을, 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 네가티브 형(68)의 측부끼리를 접촉시키면서 상형 본체(67)의 하면 상에 배열하여 고정시킨다. 여기서, 상형 본체(67)에 네가티브 형(68)을 밀접시켜 배치하는 경우, 인접하는 네가티브 형(68)의 경계를 협지하여, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 바닥부의 간격(E2')가, 네가티브 형(68) 내의 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(69)의 바닥부의 간격(E2)과 같은 값으로 되도록 조정한다. 이로써, 인접하는 네가티브 형(68) 사이에서, 마이크로 패턴(C)의 연속성을 확보할 수 있다(이상, 조립 단계).
이어서, 연마 패드 성형 금형(60)을 사용하여 제작한 연마 패드(63)의 작용에 대하여 설명한다.
연마 패드(63)는, 소성 가공 가능한 평판을, 상형(64) 및 하형(65)을 사용하여 상하 방향으로부터 협지하여 가압 성형에 의해 제조되므로, 높은 평탄성을 구비하고 있다. 또한, 연마 패드(63)의 일면측에는, 정상부의 높이(H2)가 0.1 ~ 20㎛, 바닥면의 1변의 길이(L2)가 0.1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 돌기(62)(경사면 각도 θ= 30~80°)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 정상부의 간격(D2)을 1.1 ~ 60㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 바닥면 사이의 간격(G2)를 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치된 마이크로 패턴(A)이 형성되어 있다. 그러므로, 종래와 같이, 연마 패드용의 소재로부터 연마 패드의 모재가 되는 평판을 잘라내고, 숙련을 요하는 드레싱(연마 패드의 평탄성의 확보와 미세 요철 패턴의 형성)을 행하려는 일련의 작업이 불필요하게 된다. 그 결과, 반도체 기판(61)의 평탄 가공을 신속히 행할 수 있는 동시에, 연마 패드(63)의 연마 성능을 항상 일정하게 일정하게 유지할 수 있다.
그리고, 연마 패드(63)를 사용하여 반도체 기판(61)의 평탄 가공을 행하는 경우, 연마 패드(63)는, 반도체 기판(61)의 피연마면에 연마 패드(63)에 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 정상부를 통하여 접촉하게 되어, 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 사이의 간극에 존재하는 연마재를 포함한 슬러리를, 반도체 기판(61)의 피연마면에 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 또한, 슬러리를 연마 중에 연속하여 공급하면, 공급된 슬러리는 정사각뿔형 미세 돌기(62)의 간극을 통과해 가므로, 반도체 기판(61)의 피연마면에 항상 신선한 슬러리를 접촉시킬 수 있는 동시에, 연마시에 발생한 절삭칩을 슬러리의 흐름에 혼입시켜 제거할 수 있다. 그리고, 연마 패드(63)를 형성하고 있는 소재에는 기공은 존재하지 않으므로, 절삭칩이 연마 패드(63) 내에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연마 속도를 고위로 유지하면서, 반도체 기판(61)에 고정밀도의 평탄 가공을 안정적으로 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(81)은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 판형의 피연마재의 일례인 반도체 기판(61)(도 11 참조)의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽[반도체 기판(61)의 피가공면에 접촉하는 측]에, 정상부의 높이(H2)가 0.1 ~ 20㎛의 미세 볼록부의 일례인 정사각뿔형 미세 돌기(82)(경사면 각도 θ= 30~80°)를, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 정상부의 간격(D2)을 1.1 ~ 60㎛, 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 바닥면의 1변의 길이(L2)를 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 바닥면 사이의 간격(G2)를 1 ~ 30㎛로 하여 배열하여 배치하여 구성한 마이크로 패턴(A)이 형성된 밴드형 연마 패드(83)를 제조하는 금형이다. 이하, 상세하게 설명한다.
연마 패드 성형 금형(81)은, 밴드형 연마 패드(83)의 소재로 하는 소성 가공 가능한 밴드판(84)[예를 들면, 열가소성 수지의 일례인 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 밴드판을 가열하여 연화 상태로 한 것]을 상하 방향으로부터 협지하여 가압하여, 밴드판(84)의 한쪽, 예를 들면, 상면측에 마이크로 패턴(A)을 형성하는 한 쌍의 상부 롤 및 하부 롤(85, 86)을 가지고 있다.
여기서, 상부 롤 및 하부 롤(85, 86) 사이에는 밴드형 연마 패드(83)의 두께에 상당하는 거리의 간극이 형성되고, 가압 시에는 각각 반대 방향으로 회전한다. 그리고, 상부 롤(85)은, 밴드판(84)의 상면을 압압하여, 상면측에 마이크로 패턴(A)을 소성 가공에 의해 형성하는 패턴 성형부(87)와 패턴 성형부(87)를 유지하는 롤 본체(88)를 가지고 있다. 또한, 패턴 성형부(87)는, 측부를 서로 밀접시킨 상태에서 롤 본체(88)의 외주부에 각각 배치(고정)되어 밴드판(84)을 일체로 압압하여 마이크로 패턴(A)을 형성하는 복수의 네가티브 형(89)을 가지고 있다.
네가티브 형(89)에는, 미세 오목부의 일례로서, 정사각뿔형 미세 돌기(82)와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K2)가 0.1 ~ 20㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(90)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 바닥부의 간격(E2)를 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열하여 배치하여 구성하는 마이크로 패턴(C)[마이크로 패턴(A)에 대하여 요철 관계가 반전된 패턴]이 형성되어 있다. 또한, 네가티브 형(89)[패턴 성형부(87)]의 표면측[상부 롤(85)의 외주부]에 배열되어 존재하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 개구(91)의 1변의 길이(M2)는 0.1 ~ 30㎛, 개구(91)의 간격(J2)는 1 ~ 30㎛이다.
이상의 구성으로 함으로써, 서로 반대 방향으로 회전하고 있는 상부 롤 및 하부 롤(85, 86) 사이에 삽입된 연화 상태의 밴드판(84)에, 위쪽으로부터 상부 롤(85)을 내리누르면, 밴드판(84)을 구성하고 있는 소재의 일부가, 마이크로 패턴(C)을 구성하고 있는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 개구(91)로부터 정사각뿔형 미세 오목부(90) 내로 진입하므로, 상부 롤 및 하부 롤(85, 86) 사이를 통과한 밴드판(84)의 상표면 측에는 정사각뿔형 미세 오목부(90) 내로 진입한 소재로 형성된 정사각뿔형 미세 돌기(82)가 배열되어 배치되게 되어, 마이크로 패턴(A)이 형성된다. 그리고, 마이크로 패턴(A)이 형성된 밴드판(84)[밴드형 연마 패드(83)]를 냉각하여 경화시킨 후, 소정의 사이즈로 재단함으로써 연마 패드(92)가 얻어진다. 그리고, 상부 롤 및 하부 롤(85, 86) 사이의 간극의 거리를 일정하게 함으로써, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 정상부와 밴드형 연마 패드(83)의 하면과의 사이의 거리를 일정값[따라서, 연마 패드(92)의 두께를 균일]으로 할 수 있는 동시에, 각각의 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 정상부에 접하는 평면을 밴드형 연마 패드(83)[따라서, 연마 패드(92)]의 하면에 대하여 평행하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(81)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
연마 패드 성형 금형(81)의 제조 방법은, 도 15의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판의 일례인 가요성을 가지는 평판(93)(예를 들면, 실리콘 수지제 평판, 아크릴 수지제 평판, 유리제 평판 등)의 한쪽의 표면측에, 자외선 경화형 수지로 형성되고, 정사각뿔형 미세 돌기(82)로 동일 치수의 미세 반응 볼록부의 일례인 정사각뿔형 미세 돌출부(94)를, 마이크로 패턴(A)을 형성하고 있는 정사각뿔형 미세 돌기(82)의 배치에 맞추어 생성시켜, 평판(93)의 한쪽의 표면측에 정사각뿔형 미세 돌출부(94)가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)을 형성한 후, 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜 포지티브 형(95)을 제작하는 포지티브 형 제작 단계를 가지고 있다. 여기서, 정사각뿔형 미세 돌출부(94)의 형성 방법은, 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형(60)의 제조 방법에서의 정사각뿔형 미세 돌출부(73)의 형성 방법과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 연마 패드 성형 금형(81)의 제조 방법은, 도 15의 (B), (C)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(95)의 마이크로 패턴(B)을 전사하여, 정사각뿔형 미세 돌출부(94)에 대응하는 위치에, 정사각뿔형 미세 돌출부(94)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부의 일례인 정사각뿔형 미세 오목부(90)가 분산 배치된 마이크로 패턴(C)이 형성된 네가티브 형(89)을 제작하는 네가티브 형 제작 단계와, 네가티브 형(89)을, 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 네가티브 형(89)의 측부끼리를 접촉시키면서 기반의 일례인 롤 본체(88)(예를 들면, 스테인레스 강제 롤, 보통강제 롤, 합금강제 롤, 주철제 롤, 알루미늄 등의 비철금속제 롤 등) 상에 배열하여 고정시켜 연마 패드 성형 금형(81)의 상부 롤(85)을 구성하는 조립 단계를 가지고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
포지티브 형(95)을 사용한 네가티브 형(89)의 제작은, 먼저, 도 15의 (A)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(95)의 마이크로 패턴(B)이 형성된 표층 상에 금속으로 이루어지는 전극층(97)을, PVD(예를 들면, 증착)에 의해 형성하고, 이어서, 도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이, 포지티브 형(95)의 마이크로 패턴(B)이 형성되어 원호형으로 만곡된 면을 따라 형성된 전극층(97)의 표면을 베이스면으로 하여, 전기 도금에 의해 원호형 금속 부재(98)를 소정 두께(예를 들면, 0.1 ~ 5㎜)로 형성한다. 여기서, 전극층(97)을 구성하는 금속은, 정사각뿔형 미세 돌출부(94)를 형성하고 있는 자외선 경화형 수지와의 접착 강도가 낮고, 원호형 금속 부재(98)와의 접착성이 양호한 것이 필요하다. 예를 들면, 자외선 경화형 수지로서 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등을 사용한 경우, 전극층(97)은, 예를 들면, 니켈, 금, 은, 구리 등으로 형성하는 것이 바람직하고, 원호형 금속 부재(98)는, 예를 들면, 니켈, 코발트, 코발트-니켈 합금, 니켈-인 합금 등을 사용하여 형성한다.
그리고, 네가티브 형(89)을 포지티브 형(95)으로부터 분리한 후, 원호형 금속 부재(98)의 표면[전극층(97)의 반대측의 면] 측을 연마하여 네가티브 형(89)의 두께를 조절한다. 여기서, 포지티브 형(95) 상에 형성하는 전극층(97)에는, 포지티브 형(95)의 마이크로 패턴(B)이 전사되므로, 네가티브 형(89)에는, 정사각뿔형 미세 돌출부(94)[정사각뿔형 미세 돌기(82)]와 요철 관계가 반전된 형상으로 되어, 바닥부의 깊이(K2)가 0.1 ~ 20㎛, 개구(91)의 1변의 길이(M2)가 0.1 ~ 30㎛, 개구(91)의 간격(J2)가 1 ~ 30㎛의 정사각뿔형 미세 오목부(90)가, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 바닥부의 간격(E2)를 1.1 ~ 60㎛로 하여 배열되어 배치되어 있고, 마이크로 패턴(C)이 형성된다.
그리고, 도 15의 (C)에 나타낸 바와 같이, 네가티브 형(89)으로부터 상부 롤(85)을 구성하는 경우, 네가티브 형(89)을, 마이크로 패턴(C)이 형성된 표층을 위로 하여, 네가티브 형(89)의 측부끼리를 접촉시키면서 롤 본체(88)의 외주부에 배열하여 고정시킨다. 네가티브 형(89)이 고정되는 롤 본체(88)는, 원호형 금속 부재(98)의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지고 있다. 여기서, 롤 본체(88)에 네가티브 형(89)을 밀접시켜 배치하는 경우, 인접하는 네가티브 형(89)의 경계를 협지하여, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 바닥부의 간격(E2')가, 네가티브 형(89) 내의 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부(90)의 바닥부의 간격(E2)과 같은 값으로 되도록 조정한다. 이로써, 인접하는 네가티브 형(89) 사이에서, 마이크로 패턴(C)의 연속성을 확보할 수 있다.
제1 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법의 작용 효과를 확인하는 실시예에 대하여 설명한다.
[100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면으로 하여, 세로 200㎜, 가로 200㎜, 두께 3㎜의 실리콘 평판을 잘라내고, 실리콘 평판의 한쪽에, 제작하도록 하는 연마 패드에 설치하는 마이크로 패턴 α의 정사각뿔형 미세 돌기의 바닥면의 형상과 분포에 각각 맞추어 형성된 복수의 정사각형상의 구멍을 가지는 레지스트 마스크를 PLP-30(시판품: AZ 엘렉트로니스 매터리얼즈사 제조)을 사용하여 형성한다. 여기서, 구멍의 1변의 길이는 7㎛, 구멍과 구멍의 간격은 5㎛으로 하였다. 이어서, 실리콘 평판을 에칭액(2.38wt%의 수산화 테트라 메틸 암모늄 수용액)에 소정 시간 침지하여 에칭을 행하고, 깊이 4.94㎛, 경사면 각도가 55°의 정사각뿔형 미세 오목부를 형성하였다. 그리고, 실리콘 평판을 에칭액으로부터 인출하여 세정한 후, 레지스트 마스크를 아세톤으로 용해 제거함으로써, 정사각뿔형 미세 오목부의 개구의 1변의 길이가 7㎛, 인접하는 정사각뿔형 미세 오목부의 개구의 간격이 5㎛로 하여 배열된 마이크로 패턴 β(마이크로 패턴 α와 요철 관계가 반전된 것)이 형성된 친형을 얻었다.
이어서, 150~250℃로 가열하여 가소성(可塑性) 상태로 한 폴리프로필렌 수지판을 성형 테이블에 상에 탑재하고, 친형을 위쪽으로부터 가압하여, 폴리프로필렌 수지판의 상면측에 마이크로 패턴 β를 전사함으로써 마이크로 패턴 γ를 형성하여, 세로 200㎜, 가로 200㎜, 두께 3㎜의 포지티브 자형을 제작하였다.
그리고, 포지티브 자형의 마이크로 패턴 γ가 형성된 표층 상에 니켈로 이루어지는 전극층을 증착에 의해 형성한 후, 전기 도금에 의해 두께 1㎜의 니켈로 이루어지는 도금 금속부를 형성함으로써, 세로 200㎜, 가로 200㎜, 두께 1㎜의 사이즈로 마이크로 패턴 δ가 형성된 네가티브 자형을 제작하였다.
이어서, 제작한 네가티브 자형을, 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층을 위로 하여, 네가티브 자형의 측부끼리를 접촉시키면서 스테인레스 강제의 상형 본체의 하면 상에 배열하여 고정시켜, 세로 1000㎜, 가로 1000㎜의 패턴 성형부를 가지는 상형을 제작하였다. 그리고, 상형과 쌍으로 되는 사이즈로 스테인레스 강제의 하형을 제작함으로써, 연마 패드 성형 금형을 얻었다.
400℃로 가열하여 연화 상태로 된 폴리에테르에테르케톤 판(세로 1000㎜, 가로 1000, 두께 4㎜)를 연마 패드 성형 금형의 하형 상에 탑재하고, 상하 방향으로부터 하강시킨 상형으로 협지하여 가압하고, 폴리에테르에테르케톤 판의 상면측에 마이크로 패턴 δ을 전사함으로써, 정사각뿔형 미세 돌기로 구성되는 마이크로 패턴 α가 형성된 세로 1000㎜, 가로 1000㎜, 두께 3㎜의 연마 패드를 성형하였다.
얻어진 연마 패드에 형성된 마이크로 패턴 α의 정사각뿔형 미세 돌기의 형상을 측정한 바, 정사각뿔형 미세 돌기의 높이는, 목표 4.94㎛에 대하여 4.8 ~ 5.1㎛, 정사각뿔형 미세 돌기의 저변의 1변의 길이는, 목표 7㎛에 대하여 6.8 ~ 7.2㎛, 정사각뿔형 미세 돌기의 간격은, 목표 5㎛에 대하여 4.8 ~ 5.2㎛였다.
얻어진 연마 패드를 사용하여 소형 연마기로 SiO2를 포함하는 실리콘 웨이퍼(직경 20㎜)의 연마를 행하였다. 연마는, 실리콘 웨이퍼의 상면에 연마 패드의 마이크로 패턴 α가 형성된 면을 34.5kPa의 압력으로 자전(自轉) 가능하게 접촉시켜, 실리콘 웨이퍼를, 회전 속도 60rpm으로 회전시키면서, pH 11로 조정한 수산화 칼륨 수용액에 실리카 미립자(연마재)를 12.5mass% 분산시킨 슬러리를 [100밀리리터/분]로 공급하면서 행하였다. 이 때의 연마 레이트는 60㎚/min였다.
또한, 시판 중인 연마 패드를 사용하여, 동일 사이즈의 실리콘 웨이퍼의 연마를 동일한 연마 조건 하에서 행했던 바, 연마 레이트는 50㎚/min이며, 본 발명의 연마 패드와 동등한 성능이었다.
제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형의 제조 방법의 작용 효과를 확인하는 실시예에 대하여 설명한다.
세로 100㎜, 가로 100㎜, 두께 0.3㎜의 실리콘 평판의 한쪽에, 자외선 경화형 수지를 사용하여, 제작하도록 하는 연마 패드에 설치하는 마이크로 패턴(A)의 정사각뿔형 미세 돌기의 높이에 상당하는 두께의 피가공층을 형성하고, 피가공층 내의 위치에 따라 조사하는 자외선의 조사 에너지 경을 변화시켜, 피가공층 내에 정사각뿔형 미세 돌기와 동일 치수의 정사각뿔형 미세 돌출부를 정사각뿔형 미세 돌기의 배치에 맞추어 화학 반응에 의해 생성시켰다. 이어서, 피가공층 내의 비화학 반응 영역을 TMAH에 용해시켜 제거하여, 평판의 한쪽에 정사각뿔형 미세 돌출부가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)이 형성된 포지티브 형을 제작하였다.
이어서, 포지티브 형의 마이크로 패턴(B)이 형성된 면 상에, 증착에 의해 니켈로 이루어지는 두께가 0.1㎛의 전극층을 형성한 후, 전기 도금에 의해 두께가 0.5㎜의 니켈로 이루어지는 도금 금속부(평판형 금속 부재)를 형성함으로써, 세로 100㎜, 가로 100㎜, 두께 0.8㎜의 사이즈로 마이크로 패턴(C)이 형성된 네가티브 형을 제작하였다. 이어서, 제작한 네가티브 형을, 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 네가티브 형의 측부끼리를 접촉시키면서 스테인레스 강제의 상형 본체의 하면 상에 배열하여 고정시켜, 세로 1000㎜, 가로 1000㎜의 패턴 성형부를 가지는 상형을 제작하였다. 또한, 상형과 쌍으로 되는 사이즈로 스테인레스 강제의 하형을 제작함으로써, 연마 패드 성형 금형을 얻었다.
400℃로 가열하여 연화 상태로 된 폴리에테르에테르케톤 판(세로 1000㎜, 가로 1000㎜, 두께 4㎜를 연마 패드 성형 금형의 하형 상에 탑재하고, 위쪽으로부터 하강시킨 상형으로 협지하여 가압하고, 폴리에테르에테르케톤 판의 상면측에 마이크로 패턴(C)을 전사함으로써, 정사각뿔형 미세 돌기로 구성되는 마이크로 패턴(A)이 형성된 세로 1000㎜, 가로 1000㎜, 두께 3㎜의 연마 패드를 성형하였다.
얻어진 연마 패드에 형성된 마이크로 패턴(A)의 정사각뿔형 미세 돌기의 형상을 측정한 바, 정사각뿔형 미세 돌기의 높이는, 목표 4.94㎛에 대하여 4.8 ~ 5.1㎛, 정사각뿔형 미세 돌기의 저변의 1변의 길이는, 목표 7㎛에 대하여 6.8 ~ 7.2㎛, 정사각뿔형 미세 돌기의 간격은, 목표 5㎛에 대하여 4.8 ~ 5.2㎛였다.
얻어진 연마 패드를 사용하여 소형 연마기로 SiO2를 포함하는 실리콘 웨이퍼(직경 20㎜)의 연마를 행하였다. 연마는, 실리콘 웨이퍼의 상면에 연마 패드의 마이크로 패턴(A)이 형성된 면을 34.5kPa의 압력으로 자전 가능하게 접촉시켜, 실리콘 웨이퍼를, 회전 속도 60rpm로 회전시키면서, pH 11로 조정한 수산화 칼륨 수용액에 실리카 미립자(연마재)를 12.5mass% 분산시킨 슬러리를 [100밀리리터/분]으로 공급하면서 행하였다. 이 때의 연마 레이트는 60㎚/min였다.
또한, 시판 중인 연마 패드를 사용하여, 동일 사이즈의 실리콘 웨이퍼의 연마를 동일한 연마 조건 하에서 행했던 바, 연마 레이트는 50㎚/min이며, 본 발명의 연마 패드와 동등한 성능이었다.
이상, 본 발명을, 실시형태를 참조하여 설명했으나, 본 발명은 어떤 상기한 실시형태에 기재한 구성에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 생각되는 그 외의 실시형태나 변형예도 포함하는 것이다.
또한, 본 실시형태와 그 외의 실시형태나 변형예에 각각 포함되는 구성 요소를 조합한 것도, 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 제1, 제2 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형에 있어서는, 단결정의 기판으로서 [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 잘라낸 평판을 사용하였지만, 예를 들면, 단결정 석영의 블록으로부터 잘라낸 평판, 사파이어의 블록으로부터 잘라낸 평판을 사용할 수도 있다. 또한, 제3, 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금형에 있어서, 자외선 경화형 수지를 사용하여 피가공층을 형성하였으나, 가시광선으로 경화를 개시하는 아크릴계 수지 등, 적외선으로 경화를 개시하는 광경화 유리 등, 또는 전자선으로 경화를 개시하는 불소계 수지 등을 사용하여 피가공층을 형성할 수 있다. 또한, 자외선의 조사로 결합의 파괴나, 전자선의 조사로 결합의 파괴를 행하는 프로세스에 의해 피가공층을 형성할 수도 있다.
그리고, 실시예 1, 실시예 2에 있어서, 본 발명의 제1, 제3 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금속 부재의 제조 방법의 작용, 효과의 확인을 행하였으나, 제2, 제4 실시형태에 관한 연마 패드 성형 금속 부재의 제조 방법에 있어서도, 동일한 작용 효과를 가진다.
10: 연마 패드 성형 금형, 11: 반도체 기판, 12: 정사각뿔형 미세 돌기, 13: 연마 패드, 14: 상형, 15: 하형, 16: 패턴 성형부, 17: 상형 본체, 18: 네가티브 자형, 19: 정사각뿔형 미세 오목부, 20: 개구, 21: 실리콘 평판, 22: 구멍, 23: 레지스트 마스크, 24: 정사각뿔형 미세 오목부, 25: 개구, 26: 친형, 27: 포지티브 자형, 29: 정사각뿔형 미세 돌기, 30: 전극층, 31: 도금 금속부, 32: 연마 패드 성형 금형, 33: 정사각뿔형 미세 돌기, 34: 밴드형 연마 패드, 34a: 연마 패드, 35: 밴드판, 36: 상부 롤, 37: 하부 롤, 38: 패턴 성형부, 39: 롤 본체, 40: 네가티브 자형, 41: 정사각뿔형 미세 오목부, 42: 개구, 43: 실리콘 평판, 44: 구멍, 45: 레지스트 마스크, 46: 정사각뿔형 미세 오목부, 47: 개구, 48: 친형, 49: 포지티브 자형, 51: 정사각뿔형 미세 돌기, 52: 전극층, 53: 도금 금속부, 60: 연마 패드 성형 금형, 61: 반도체 기판, 62: 정사각뿔형 미세 돌기, 63: 연마 패드, 64: 상형, 65: 하형, 66: 패턴 성형부, 67: 상형 본체, 68: 네가티브 형, 69: 정사각뿔형 미세 오목부, 70: 개구, 71: 실리콘 평판, 72: 피가공층, 73: 정사각뿔형 미세 돌출부, 74: 비화학 반응 영역, 75: 포지티브 형, 76: 자외선 빔, 77: 디지털 미러 디바이스(DMD), 78: 마이크로미러, 79: 전극층, 80)=평판형 금속 부재, 81: 연마 패드 성형 금형, 82: 정사각뿔형 미세 돌기, 83: 밴드형 연마 패드, 84: 밴드판, 85: 상부 롤, 86: 하부 롤, 87: 패턴 성형부, 88: 롤 본체, 89: 네가티브 형, 90: 정사각뿔형 미세 오목부, 91: 개구, 92: 연마 패드, 93: 평판, 94: 정사각뿔형 미세 돌출부, 95: 포지티브 형, 97: 전극층, 98: 원호형 금속 부재
Claims (12)
- 판형의 피연마재의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측에 미세 볼록부(P)가, 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴 α가 형성된 연마 패드의 제조에 사용되는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법으로서,
단결정의 기판의 한쪽의 표면측에, 상기 마이크로 패턴 α의 상기 미세 볼록부(P)의 배치에 맞추어, 상기 미세 볼록부(P)의 바닥부와 동일 치수의 구멍이 형성된 레지스트 마스크를 형성하고, 상기 레지스트 마스크를 통하여 상기 기판의 한쪽의 표면측에 에칭을 행하여, 상기 기판의 한쪽의 표면측에 상기 미세 볼록부(P)와 요철(凹凸) 관계가 반전된 미세 오목부(Q)가 상기 마이크로 패턴 α의 상기 미세 볼록부(P)의 배치에 맞추어 분산 배치된 마이크로 패턴 β가 형성된 친형(親型)을 제작하는 친형 제작 단계;
상기 친형의 상기 마이크로 패턴 β를 전사(轉寫)하여, 상기 미세 오목부(Q)에 대응하는 위치에, 상기 미세 오목부(Q)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 볼록부(R)가 분산 배치된 마이크로 패턴 γ가 형성된 포지티브 자형(子型)을 제작하는 포지티브 자형 제작 단계;
상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ를 전사하여, 상기 미세 볼록부(R)에 대응하는 위치에, 상기 미세 볼록부(R)와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부(S)가 분산 배치된 마이크로 패턴 δ가 형성된 네가티브 자형을 제작하는 네가티브 자형 제작 단계; 및
상기 네가티브 자형을, 상기 마이크로 패턴 δ가 형성된 표층측을 표면으로 하고, 상기 네가티브 자형의 측부끼리를 접촉시키면서 기반(基盤) 상에 배열하여 고정시켜 상기 연마 패드 성형 금형을 구성하는 조립 단계;
를 포함하는, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 네가티브 자형은, 상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 자형이 고정되는 상기 기반은 평판인, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 네가티브 자형은, 상기 포지티브 자형의 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시키고, 상기 마이크로 패턴 γ가 형성된 표면측을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 자형이 고정되는 상기 기반은, 상기 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤인, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제1항에 기재된 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 의해 제조되는, 연마 패드 성형 금형.
- 제4항에 기재된 연마 패드 성형 금형을 사용하여 제조되는, 연마 패드.
- 제5항에 있어서,
상기 기판은, [100] 방향으로 성장한 단결정 실리콘의 로드로부터 (100)면을 절출면(切出面)으로 하여 잘라낸 실리콘 평판으로서, 상기 레지스트 마스크는 상기 실리콘 평판의 (100)면에 설치되고, 상기 미세 볼록부(P)는 정사각뿔형 미세 돌기로서, 상기 정사각뿔형 미세 돌기의 바닥면의 1변의 길이는 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 상기 정사각뿔형 미세 돌기 사이의 거리는 1 ~ 30㎛인, 연마 패드. - 판형의 피연마재의 평탄 가공을 행할 때 사용되고, 한쪽의 표면측에 미세 볼록부가 설정된 간격으로 분산 배치된 마이크로 패턴(A)이 형성된 연마 패드의 제조에 사용되는 연마 패드 성형 금형의 제조 방법으로서,
기판의 한쪽의 표면측에, 반응 촉진용 에너지선의 조사(照射)에 의해 화학 반응을 일으키는 재료를 사용하여 상기 미세 볼록부의 높이에 상당하는 두께의 피가공층을 형성하고, 상기 피가공층 내의 위치에 따라 조사하는 상기 반응 촉진용 에너지선의 조사 에너지량을 변화시켜, 상기 피가공층 내에 화학 반응에 의해 상기 미세 볼록부와 동일 치수의 미세 반응 볼록부를 상기 미세 볼록부의 배치에 맞추어 생성시킨 후, 상기 피가공층으로부터 비화학 반응 영역을 제거하여, 상기 기판의 한쪽의 표면측에 상기 미세 반응 볼록부가 분산 배치된 마이크로 패턴(B)이 형성된 포지티브 형(型)을 제작하는 포지티브 형 제작 단계;
상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)을 전사하여, 상기 미세 반응 볼록부에 대응하는 위치에, 상기 미세 반응 볼록부와 동일 치수로 요철 관계가 반전된 미세 오목부가 분산 배치된 마이크로 패턴(C)이 형성된 네가티브 형을 제작하는 네가티브 형 제작 단계; 및
상기 네가티브 형을, 상기 마이크로 패턴(C)이 형성된 면을 표면측으로 하여, 상기 네가티브 형의 측부끼리를 접촉시키면서 기반 상에 배열하여 고정시켜 상기 연마 패드 성형 금형을 구성하는 조립 단계;
를 포함하는, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 기판은 평판이며, 상기 네가티브 형은, 상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 평판형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 형이 고정되는 상기 기반은 평판인, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 기판은, 가요성(可撓性)을 가지는 평판이며, 상기 네가티브 형은, 상기 포지티브 형의 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 반경 방향 내측으로 하여 원호형으로 만곡시켜, 상기 마이크로 패턴(B)이 형성된 면을 베이스면으로 하여 도금에 의해 형성된 원호형 금속 부재를 가지고, 상기 네가티브 형이 고정되는 상기 기반은, 상기 원호형 금속 부재의 반경 방향 내측의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 롤인, 연마 패드 성형 금형의 제조 방법. - 제7항에 기재된 연마 패드 성형 금형의 제조 방법에 의해 제조되는, 연마 패드 성형 금형.
- 제10항에 기재된 연마 패드 성형 금형을 사용하여 제조되는, 연마 패드.
- 제11항에 있어서,
상기 미세 볼록부의 형상은 정사각뿔로서, 바닥면의 1변의 길이는 0.1 ~ 30㎛, 인접하는 상기 정사각뿔 사이의 거리는 1 ~ 30㎛인, 연마 패드.
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