WO2015147402A1 - 패드 컨디셔너 제조방법 및 패드 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패드 컨디셔너 제조방법 및 패드 컨디셔너에 관한 것으로, 도금층에 고정되는 연마입자의 최상단부의 높이를 일정하게 하는 것이 가능할 뿐 아니라 도금층의 상부로 돌출되는 연마입자의 높이도 정확하게 제어하는 것이 가능한 이점이 있다.

Description

패드 컨디셔너 제조방법 및 패드 컨디셔너

본 발명은 패드 컨디셔너 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 평탄화 작업에 사용되는 CMP 장치용 패드 컨디셔너 제조방법 및 패드 컨디셔너에 관한 것이다.

본 발명은 2014년 3월 25일에 출원된 한국특허출원 제10-2014-0034835호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.

CMP 장치는 반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻게 하기 위한 연마 가공장치이다.

도 1에 도시된 바와 같이, CMP 장치는 회전되는 정반(1) 위에 연마 패드(2)를 부착하고 캐리어가 연마대상 물질인 웨이퍼를 잡고 그 패드 위에 연마액을 공급하면서 웨이퍼(4)를 잡고 있는 캐리어(3)에 압력을 가한 상태에서 정반(1)과 캐리어(3)를 상대 운동시켜 연마하는 것을 기본 원리로 한다.

반도체 웨이퍼의 평탄도를 얻기 위한 CMP 장치 기술에서 웨이퍼의 연마 균일성은 중요한 특성이다. 그리고, 웨이퍼의 연마 균일성을 향상시키기 위한 여러 요소 중 패드의 표면 상태는 매우 중요하다. 그런데, 패드의 연마 중에 압력과 속도가 부가되므로 가공시간이 지남에 따라 패드의 표면은 불균일하게 변형되고, 패드 상의 미공은 연마 잔류물들로 막히게 되어 패드가 재역할을 잃게 된다.

따라서, 패드의 표면 상태가 변형되었을 경우에는 컨디셔너(10)를 이용하여 변형된 패드의 표면을 미세하게 연마해줌으로써 새로운 마이크로 기공이 나오도록 해주는 컨디셔닝 작업을 수행하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 컨디셔너(10)는 컨디셔너 기판(11)과 컨디셔너 기판(11)상에 배치되는 다수 개의 연마입자(7) 및 이 연마입자(7)들을 컨디셔너 기판(7)상에 고정시켜 주는 도금층(8)으로 구성된다.

이러한 컨디셔너의 제조방법은 연마입자를 고정시키는 방식에 따라 전착, 융착 또는 소결방식이 사용되고 있으며, 연마입자로는 다이아몬드가 사용되고 있다.

그런데, 전착, 융착, 소결 등의 방식은 몰드를 이용하거나 연마입자들을 도포하는 방식이므로 연마입자들의 간격을 자유롭게 조절하는 것이 어렵고, 연마입자의 돌출높이와 부위를 균일하게 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.

(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제2002-0046471호(공개일자:2002년06월21일, 명칭:화학적-기계적 연마 패드 컨디셔너 제조방법)

본 발명의 목적은 역전착 방식과 분리 도금 방식을 이용하여 하나의 평면상에 연마입자의 돌출높이와 부위를 균일하게 형성할 수 있도록 한 패드 컨디셔닝에 사용되는 CMP 장치용 패드 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 베이스 기판에 감광성 필름을 적층하고 상기 감광성 필름에 복수의 안착홀을 형성한 후 상기 안착홀에 연마입자를 삽입하는 단계와, 상기 안착홀을 채우는 제1도금층을 형성하는 단계와, 상기 감광성 필름을 제거한 후, 상기 제1도금층과 연결되고 상기 베이스 기판의 상부면을 덮는 제2도금층을 형성하는 단계와, 상기 제2도금층의 상부면에 경계층을 형성하는 단계와, 상기 경계층과 상기 연마입자의 상부면을 덮는 제3도금층을 형성하는 단계와, 상기 베이스 기판을 제거하는 단계와, 상기 제1도금층 및 제2도금층을 제거하여 상기 연마입자의 일부를 노출시키는 단계를 포함한다.

상기 제1도금층 내지 제3도금층은 동일 성분이다.

상기 제1도금층 내지 제3도금층은 니켈을 포함한다.

상기 경계층은 상기 제1도금층 내지 제3도금층과 이종 성분이다.

상기 경계층은 구리를 포함한다.

상기 연마입자는 다이아몬드 입자를 포함한다.

상기 베이스 기판은 스테인레스 스틸 재질로 된다.

상기 안착홀은 상기 연마입자의 최대 폭에 대응되게 형성한다.

상기 제2도금층은 상기 연마입자를 노출시키고자 하는 두께에 대응되는 두께로 형성된다.

상기 연마입자의 일부가 노출된 상기 제3도금층을 컨디셔너 기판의 가공면에 접착제로 고정시키는 단계를 더 포함한다.

패드 컨디셔너는 컨디셔너 기판과, 하부면이 상기 컨디셔너 기판에 고정되는 제3도금층과, 상기 제3도금층에 고정되고 상기 제3도금층의 상부면을 통해 돌출되며 상기 제3도금층에서 돌출된 최상단부의 높이가 균일한 복수의 연마입자를 포함한다.

상기 제3도금층의 상부면에 경계층이 형성된다.

본 발명은 역전착 방식과 분리 도금 방식을 이용하여 연마입자를 고정하는 도금층을 형성하므로 도금층에 연마입자가 균일하게 돌출된다.

또한, 본 발명은 경계층을 이용한 선택적 도금층 제거로 도금층의 상부로 돌출되는 연마입자의 높이를 정확하게 제어하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 감광성 필름을 이용하므로 몰드를 사용하지 않고도 연마입자들이 다양한 패턴으로 배치된 패드 컨디셔너를 제조할 수 있다.

따라서, 기존의 몰드 방식보다 제조시간 단축의 효과가 있으며 도금층에 고정되어 있는 연마입자의 최상단부의 높이를 일정하게 하여 컨디셔닝 작업시 패드의 컨디셔닝이 균일하게 이루어지게 할 수 있고, 결과적으로 CMP 공정의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 CMP 장치의 개략적인 구성을 보인 도면.

도 2는 종래의 패드 컨디셔너를 보인 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 패드 컨디셔너 제조방법을 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 패드 컨디셔너를 보인 도면.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

10: 패드 컨디셔너

11: 컨디셔너 기판

21: 베이스 기판

23: 감광성 필름

25: 안착홀

27: 연마입자

28: 제1도금층

29: 제2도금층

31: 경계층

32: 제3도금층

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 패드 컨디셔너 제조방법은 분리 도금을 적용한 역전착 방식을 이용하여 연마입자를 고정하는 도금층을 형성하는데 특징이 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(21)에 감광성 필름(23)을 적층하고 감광성 필름(23)에 복수의 안착홀(25)을 형성한 후 안착홀(25)에 연마입자(27)를 삽입하는 단계(S10)와, 안착홀(25)을 채우는 제1도금층(28)을 형성하는 단계(S20)와, 감광성 필름(23)을 제거한 후, 제1도금층(28)과 연결되고 베이스 기판(21)의 상부면을 덮는 제2도금층(29)을 형성하는 단계(S30)와, 제2도금층(29)의 상부면에 경계층(31)을 형성하는 단계(S40)와, 경계층(31)과 연마입자(27)의 상부면을 덮는 제3도금층(32)을 형성하는 단계(S50)와, 베이스 기판(21)을 제거하는 단계(S60)와, 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)을 제거하는 단계(S70)를 포함한다.

패드 컨디셔너(10)는 컨디셔너 기판(11)을 포함하며, 제3도금층(32)을 컨디셔너 기판(11)에 고정함에 의해 연마입자(27)가 컨디셔너 기판(11)의 상부면에 고정된다.

컨디셔너 기판(11)은 원형으로 형성되는 부재로서, 기판의 중심부는 별도의 회전유닛과 결합되어 회전될 수 있다. 상기와 같이 회전되는 컨디셔너 기판(11)에 의해 패드의 표면을 컨디셔닝하며, 이에 따라, 패드가 최대한 초기와 같은 상태로 유지될 수 있다.

또는, 패드 컨디셔너(10)는 원판형 또는 환형 몸체의 가공면에 복수 개의 컨디셔너 기판 조각을 부착하여 제조할 수도 있다.

(S10)단계에서는, 베이스 기판(21)에 감광성 필름(23)을 적층한다.

감광성 필름(23)은 베이스 기판(21)에 점착필름(미도시)에 의해 부착될 수 있다. 베이스 기판(21)과 감광성 필름(23)의 사이에 점착필름를 삽입하고 가열 가압에 의해 녹여 베이스 기판(21)에 감광성 필름(23)을 부착할 수 있다.

베이스 기판(21)의 상부면에 형성된 감광성 필름(23) 중에서 연마입자(27)를 삽입할 공간에 해당하는 부분의 감광성 필름(23)을 에칭한다.

감광성 필름(23)의 에칭은 포토마스크를 씌워 자외선을 조사함으로써 포토에칭하는 것이 바람직하다.

즉, 포토마스크를 복수의 정육각형 또는 사각형 모양의 구멍이 뚫린 형상으로 제작하고, 감광성 필름 중 포토마스크의 구멍이 뚫린 부분을 통하여 조사된 자외선이 해당 감광성 필름을 노광하면, 에칭하여 제거한다.

따라서 감광성 필름(23)이 에칭되고 형성된 공간은 정육면체 또는 사각형 형상으로 형성되고 따라서 감광성 필름(23)에 복수의 안착홀(25)이 형성된다.

안착홀(25)은 규칙적으로 배열되게 형성되는 것이 바람직하다.

안착홀(25)은 연마입자(27)의 최대 폭 보다 크거나 같게 형성하는 것이 바람직하다. 안착홀(25)과 연마입자(27)의 크기가 같게 형성되면 연마입자(27)가 안착홀(25)에 삽입된 상태를 안정적으로 지지할 수 있다.

안착홀(25)의 홀 크기를 줄이면 연마입자(27)를 선/점 방식으로 노출시킨다.

즉, 제3도금층에 고정되는 연마입자(27)의 최상단부가 점 또는 선이 되게 함으로써 컨디셔닝 작업시 연마입자(27)의 마모가 균일하게 이루어지게 하고, 이는 연마입자의 작업 수명을 연장시키게 된다.

반면, 안착홀(25)의 홀 크기를 늘려 연마입자(27)의 최대 폭 보다 크게 형성하면 면 방식으로 노출되는 연마입자(27)의 수량이 늘어난다.

감광성 필름(23)에 형성되는 안착홀(25)들은 포토마스크에 형성되는 구멍의 패턴을 제어함으로써 하나 이상의 패턴을 이루도록 형성될 수 있다.

베이스 기판(21)은 스테인레스 스틸 기판을 사용할 수 있다. 베이스 기판(21)은 스테인레스 스틸 기판 외에도 금속, 합금, 또는 세라믹과 같은 물질로부터 제조된 기판을 사용할 수 있다.

베이스 기판(21)은 컨디셔너 기판(11)과 동일한 재질인 것이 바람직하다. 베이스 기판(21)은 연마입자(27)를 고정하기 위한 제3도금층(32) 형성을 위해 사용된다.

감광성 필름(23)에 안착홀(25)을 형성한 후, 안착홀(25)에 연마입자(27)를 삽입한다

하나의 안착홀(25)에 하나의 연마입자(27)를 삽입한다.

안착홀(25)의 깊이는 연마입자(27)의 높이보다 낮다. 따라서, 안착홀(25)에 삽입된 연마입자(27)는 감광성 필름(23)보다 상대적으로 상부로 더 돌출된다. 감광성 필름(23)의 상부로 돌출된 부분을 후술할 제3도금층(32)이 고정하게 된다.

연마입자(27)는 다이아몬드 입자인 것이 바람직하다. 그러나, 연마입자(27)는 다이아몬드 입자 외에도 입방 질화붕소, 다결정 입장 질화붕소, 초경화 결정 입자 등 다양한 종류가 적용될 수 있다.

(S20)단계에서는, 1차 도금을 수행하여 안착홀(25)을 채우는 제1도금층(28)을 형성한다.

제1도금층(28)은 연마입자(27)의 위치를 고정하기 위한 것이다. 제1도금층(28)에 의하여 연마입자(27)가 안착홀(25)에 고정된다.

제1도금층(28)은 니켈로 구성된 것이 바람직하다. 제1도금층(28) 및 후술할 제2도금층(29)은 동일 성분인 것이 바람직하다.

(S30)단계에서는, 감광성 필름(23)을 제거한다. 즉, 감광성 필름(23)을 모두 에칭하여 제거한다. 즉, 제1도금층(28)과 제1도금층(28) 사이에 위치된 감광성 필름(23)을 모두 에칭한다.

감광성 필름(23)의 제거 후에는, 2차 도금을 수행하여 제1도금층(28)과 연결되고 베이스 기판(21)의 상부면을 덮은 제2도금층(29)을 형성한다.

(S30)단계를 거침으로써 베이스 기판(21)의 상부면에는 일정 간격으로 연마입자(27)가 배치되고 연마입자(27)의 측면과 하부면을 제1도금층(28)과 제2도금층(29)이 고정하고 있다.

제2도금층(29)은 연마입자(27)를 노출시키고자 목표하는 두께만큼 형성한다.

제2도금층(29)은 제1도금층(28)과 동일 성분인 것이 바람직하다. 제2도금층(29)은 니켈로 구성된 것이 바람직하다.

(S40)단계에서는, 3차 도금을 수행하여 제2도금층(29)의 상부면에 경계층(31)을 형성한다.

경계층(31)은 후에 진행되는 에칭에서 에칭 두께를 제어한다. 즉, 경계층(31)은 에칭시 경계층(31)까지만 에칭되게 함으로써 연마입자(27)의 돌출 부위와 높이를 제어한다.

경계층(31)은 제1도금층(28) 내지 제3도금층(32)과 이종 성분으로 구성됨이 바람직하다.

경계층(31)은 구리로 구성된 것이 바람직하다. 구리는 에칭이 용이하고 단가가 저렴한 장점이 있다. 그러나, 경계층(31)이 반드시 구리에 한정되는 것은 아니고 제1도금층(28) 내지 제3도금층(32)과 이종 성분이면 다양한 종류가 채용될 수 있다.

(S50)단계에서는, 4차 도금을 수행하여 경계층(31)과 연마입자(27)의 상부면을 덮는 제3도금층(32)을 형성한다.

제3도금층(32)이 실질적으로 연마입자(27)를 고정한다.

제3도금층(32)은 니켈로 구성된 것이 바람직하다. 니켈 도금은 금속적 감촉을 발휘하여 외관을 미려하게 함과 동시에 두께 가감이 용이하고 내열성 및 내마모성이 있으며, 두께를 균일하게 하는 것이 용이하다.

(S60)단계에서는, 베이스 기판(21)을 제거한다. 즉, 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)과 부착되어 있는 베이스 기판(21)을 제거한다. 베이스 기판(21)을 제거하면 제1도금층(28)과 제2도금층(29)을 에칭할 수 있는 상태가 된다.

베이스 기판(21)은 감광성 필름(23)과 분리가 용이한 점착필름 등에 의해 고정되므로 제거가 용이하다.

베이스 기판(21)의 제거 후에는 제3도금층(32)이 하부로 위치되고 제1도금층(28)과 제2도금층(29)이 상부로 위치되게 상하 뒤집는다.

(S60)단계를 거침으로써 경계층(31)을 기준으로 상부에는 제1도금층(28)과 제2도금층(29)이 형성되고 하부에는 제3도금층(32)이 형성된다. 그리고 연마입자(27)는 일부가 경계층(31)의 상부에 나머지 일부가 경계층(31)의 하부에 박혀있다.

(S70)단계에서는, 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)을 제거한다. 즉, 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)을 모두 에칭하여 제거한다. 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)은 동일 성분이고, 경계층(31)은 제1도금층(28) 및 제2도금층(29)과 이종 성분이다. 따라서, 에칭하면 제1도금층(28)과 제2도금층(29)은 제거되고 경계층(31)은 남게 된다.

즉, 도금층과 도금층 사이에 이종 성분의 경계층(31)을 두어 연마입자(27)에서 노출하고자 하는 부분까지만 에칭할 수 있다.

제1도금층(28) 및 제2도금층(29)의 에칭 후, 제3도금층(32)에 박혀있는 연마입자(27) 각각의 돌출 높이가 일정하다.

(S70)단계를 거침으로써 제조된 제3도금층(32)에 고정된 연마입자(27)는 베이스 기판(21)에 일단부가 지지되는 방식으로 제조됨에 의해 베이스 기판(21)의 제거 후 외부로 노출된 돌출높이와 부위가 일정하다. 따라서 패드를 컨디셔닝하는 작업 수행시 패드의 표면을 균일하게 컨디셔닝할 수 있다.

제3도금층(32)은 하부면이 평평하므로 접착제를 이용하여 컨디셔너 기판(11)에 일체로 고정시킨다.

즉, 연마입자(27)를 고정한 제3도금층(32)의 하부면과 컨디셔너 기판(11)의 상부면을 접착제로 연결하여 연마입자(27)를 컨디셔너 기판(11)에 고정한다.

제3도금층(32)을 컨디셔너 기판(11)에 접착제로 고정한 후에는 내부식성 향상을 위해 마무리 도금할 수 있다. 마무리 도금은 내부식성 효과가 큰 크롬을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 제3도금층(32)은 컨디셔너 기판(11)에 제3도금층(32)과 이종 성분인 금속결합재층을 매개로 부착할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상술한 패드 컨디셔너 제조방법에 의해 제조된 패드 컨디셔너(10)는 컨디셔너 기판(11)의 상부면에 제3도금층(32)이 형성되고, 제3도금층(32)에 복수의 연마입자(27)가 하나 이상의 패턴으로 균일하게 돌출되어 있다.

참고로, 제3도금층(32)을 컨디셔너 기판(11)의 상부면에 부착한 접착제층은 별도로 도시하지 않았다.

또한, 제3도금층(32)의 상부로 돌출된 연마입자(27)의 최상단부의 높이가 일정하다.

제3도금층(32)에 각각 고정된 연마입자(27) 간의 간격은 일정한 것이 바람직하다.

제3도금층(32)의 상부면에는 경계층(31)이 형성되어 있다. 경계층은 선택적 도금층 제거를 가능하게 하여 제3도금층(32)의 상부로 돌출되는 연마입자(27)의 높이를 정확하게 제어하는 것이 가능하게 한다.

즉, 경계층(31)은 에칭 두께를 제어하는 역할과 제3도금층(32)의 상부면을 미려하게 한다.

경계층(31)의 상부에 코팅 목적 등으로 추가 도금이 더 수행될 수 있다.

추가 도금은 연마입자(27)와 경계층(31)이 접하는 부분에 형성된 요입부를 채워 제거함으로써 연마입자(27)를 보다 안정적으로 고정하는 것이 가능하게 한다.

본 실시예에서, 연마입자(27)는 다이아몬드 입자인 것이 바람직하며, 제3도금층(32)은 니켈 도금층인 것이 바람직하고, 컨디셔너 기판(11)은 스테인레스 스틸 기판인 것이 바람직하다.

본 실시예에 의한 패드 컨디셔너 제조방법은 감광성 필름(23)을 이용한 역전착 방식과 분리 도금 방식으로 작업하여 제3도금층(32)을 형성하기 때문에 연마입자(27)가 제3도금층(32)의 상부로 돌출되는 높이를 정확하게 제어할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (12)

1. 베이스 기판에 감광성 필름을 적층하고 상기 감광성 필름에 복수의 안착홀을 형성한 후 상기 안착홀에 연마입자를 삽입하는 단계;

   상기 안착홀을 채우는 제1도금층을 형성하는 단계;

   상기 감광성 필름을 제거한 후, 상기 제1도금층과 연결되고 상기 베이스 기판의 상부면을 덮는 제2도금층을 형성하는 단계;

   상기 제2도금층의 상부면에 경계층을 형성하는 단계;

   상기 경계층과 상기 연마입자의 상부면을 덮는 제3도금층을 형성하는 단계;

   상기 베이스 기판을 제거하는 단계; 및

   상기 제1도금층 및 제2도금층을 제거하여 상기 연마입자의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1도금층 내지 제3도금층은 동일 성분인 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1도금층 내지 제3도금층은 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 경계층은 상기 제1도금층 내지 제3도금층과 이종 성분인 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 경계층은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 연마입자는 다이아몬드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 베이스 기판은 스테인레스 스틸 재질로 된 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 안착홀은 상기 연마입자의 최대 폭에 대응되게 형성하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2도금층은 상기 연마입자를 노출시키고자 하는 두께에 대응되는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 연마입자의 일부가 노출된 상기 제3도금층을 컨디셔너 기판의 가공면에 접착제로 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너 제조방법.
11. 청구항 1의 방법으로 제조되며,

    하부면이 컨디셔너 기판에 고정되는 제3도금층과,

    상기 제3도금층에 고정되고 상기 제3도금층의 상부면을 통해 돌출되며 상기 제3도금층에서 돌출된 최상단부의 높이가 균일한 복수의 연마입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 제3도금층의 상부면에 경계층이 형성된 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔너.

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