KR20090013366A - 연마패드용 컨디셔닝 디스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크는, 디스크 몸체와, 상기 디스크 몸체의 일면에 돌출된 다수의 절삭돌기를 포함하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 있어서, 상기 절삭돌기가 다각뿔형상인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 연마패드용 컨디셔닝 디스크는 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물의 나노 분말이 소결되어 이루어진다. 또한, 상기 디스크 몸체 중 절삭돌기가 돌출된 일면에는 복수의 이물질 배출홈이 방사형으로 형성되고, 각 단위 이물질 배출홈은 나선형으로 형성된다.
따라서 컨디셔닝 작업시 연마효율을 높일 수 있고, 발생되는 돌기의 탈락을 근본적으로 방지할 수 있으며, 컨디셔닝 작업시 탈락된 절삭돌기 및 연마패드에 잔존하는 이물질에 의한 스크래치를 예방할 수 있다.
웨이퍼, 연마, 컨디셔닝, 디스크, 절삭돌기, 배출홈
Description
본 발명은 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 관한 것으로, 구체적으로는 컨디셔닝 작업시 발생되는 절삭돌기의 탈락을 근본적으로 방지할 수 있으며, 탈락된 연마입자 및 연마패드에 잔존하는 이물질에 의한 스크래치를 예방할 수 있는 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 관한 것이다.
일반적으로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)란, 가공 변질층이 형성되는 기계적 연마의 단점과 높은 형상정밀도를 얻을 수 없는 화학적 연마의 단점을 보완하기 위하여 개발된 연마가공 방법으로, 화학 기상 증착방법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)과 반응이온에칭(Reactive Ion Etching; RIE)과 더불어 서브 미크론 스케일(submicron scale)의 칩을 제조하는데 있어 반드시 필요한 공정이다.
이러한 화학기계적 연마는 상술한 바와 같이 가공 변질층이 형성되지 아니하고 높은 형상정밀도를 얻을 수 있다는 점에서 유지하지만, 그 작업시 연마패드의 표면에 연마입자, 공물 및 패드찌꺼기와 같은 이물질이 발생하여 연마패드의 기공을 막을 경우 웨이퍼의 평탄화 작업이 불가능한 단점이 있다. 이를 방지하기 위하 여 화학기계적 연마장치에는 연마패드의 상면을 컨디셔닝함으로써 연마패드의 기공도를 일정하게 유지하고, 불균일 변형을 억제하여 평탄도를 유지하며, 연마패드의 수많은 기공들에 슬러리(slurry)를 원활하게 공급할 수 있도록 컨디셔닝 디스크를 포함하는 컨디셔너가 마련된다.
상술한 컨디셔닝 디스크로는 컨디셔닝하고자 하는 연마패드의 미소 절삭이 가능하도록 그와 접하는 일면에 다이아몬드 입자가 부착된 다이아몬드 패드 컨디셔닝 디스크를 사용하는 것이 일반적이었다. 그리고 이러한 다이아몬드 패드 컨디셔닝 디스크에 다이아몬드를 부착하는 방법으로는 브레이징(brazing), 전기 도금 및 소결(sintering) 등의 방법이 있다.
한편, 종래에는 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 주로 사용한 산화물라인(oxide line)이 주종이었고, 산화물의 경우 연마 슬러리를 산도 pH 5.5 이상에서 사용하기 때문에 부식문제가 그리 중요하지 않았다. 그러나 현재 반도체 기술의 개발과 변천 과정에서 PVD(Physical Vapor Deposition) 등을 이용한 금속라인(metallic line; W, Al, Cu 등)이 증가되고 있고, 이 경우 산도 pH 2.0 이하의 강산에서 작업이 진행되어 금속의 부식에 의한 다이아몬드의 입자 탈락으로 반도체의 불량 문제가 대두하였고, 실제로 산화물라인과는 달리 금속라인인 경우 다이아몬드 패드 컨디셔닝 디스크를 5-7.5 시간 정도 밖에 사용하지 못하고 교체해야 하는 문제점이 발생하게 되었다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 컨디셔닝 작업 시 발생되는 절삭돌기의 탈락에 대한 저항을 높일 수 있는 연마패드용 컨디셔닝 디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 절삭돌기 형상을 다각뿔 형상으로 함으로써 절삭돌기의 연마 성능을 높이기 위한 것이다.
또 본 발명의 다른 목적은 컨디셔닝 작업 시 탈락된 절삭돌기 입자 및 연마패드에 잔존하는 이물질에 의한 스크래치를 예방할 수 있는 연마패드용 컨디셔닝 디스크를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연마패드용 컨디셔닝 디스크는 디스크 몸체와, 상기 디스크 몸체의 일면에 돌출된 다수의 절삭돌기를 포함하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 있어서, 상기 절삭돌기가 다각뿔형상인 것을 특징으로 한다.
한편 디스크의 재질은 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물(CBN)로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때, 연마패드용 컨디셔닝 디스크는 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물의 나노 분말이 소결되어 이루어진다.
또 상기 디스크 몸체 중 절삭돌기가 돌출된 일면에는 복수의 이물질 배출홈이 방사형으로 형성되고, 각 단위 이물질 배출홈은 나선형으로 형성되는 것을 특징 으로 한다.
본 발명에 의한 연마패드용 컨디셔닝 디스크는 절삭돌기가 다각뿔형상이므로, 다각뿔형상의 모서리에서 연마작용이 활발하게 이루어지므로, 연마 효율이 높아진다.
또 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물(CBN)의 나노 분말을 소결하여 이루어짐으로써 컨디셔닝 작업 시 돌기의 탈락에 대한 저항을 높일 수 있다.
더욱이 연마패드용 컨디셔닝 디스크의 몸체에 이물질 배출홈이 마련되어 컨디셔닝 작업시 탈락된 절삭돌기 입자 및 연마패드에 잔존하는 이물질을 외부로 배출함으로써 그들에 의한 스크래치를 예방할 수 있는 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분을 확대 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 일실시예를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)의 일실시예는, 원판 형상의 디스크 몸체(110)와, 상기 디스크 몸체(110) 중 연마패드(미도시)와 접촉하는 일면에 돌출된 다수의 절삭돌기(120)로 이루어지며, 상기 절삭돌기(120)가 돌출된 일면에 형성된 이물질 배출홈(130)을 포함한다.
상기 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)의 각 부분을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 디스크 몸체(110)는 소정의 두께를 갖는 원판형상으로 형성된다. 디스크 몸체(110)의 일면에 돌출된 상기 절삭돌기(120)는 연마패드의 미소 절삭이 용이하도록 삼각뿔형상으로 형성되어 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것을 아니며 필요에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 절삭돌기(120)에는 부식방지와 강도 증가를 위해 크롬이나 니켈을 첨가하기도 한다.
한편, 상기 디스크 몸체(110) 중 상기 절삭돌기(120)가 돌출된 일면에는 상술한 바와 같이 복수의 이물질 배출홈(130)이 형성된다. 이와 같은 이물질 배출홈(130)은 연마패드의 표면에 잔존하는 연마입자, 공물 및 패드찌꺼기 등을 외부로 배출시키기 위한 것으로, 이물질을 배출함으로써 연마패드의 기공도를 일정하게 유지하고, 불균일 변형을 억제하여 평탄도를 유지하며, 연마패드에 형성된 기공들에 슬러리를 원활하게 공급하기 위한 것이다.
이때, 상기 이물질 배출홈(130)은 상기 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)의 전부분에서 발생된 이물질을 효과적으로 배출하기 위하여 복수개가 방사형으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 이물질 배출홈(130)의 각 단위 이물질 배출홈은 발생된 이물질이 회전 운동하는 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)에서 용이하게 배출될 수 있도록 나선형으로 형성되고 디스크 몸체(110)의 외주면으로 갈수록 그 직경이 증대되게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 다른 실시예를 도시 하는 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)의 다른 실시예는, 상술한 일실시예와 마찬가지로 원판형상의 디스크 몸체(110)와, 상기 디스크 몸체(110) 중 연마패드(미도시)와 접촉하는 일면에 돌출된 다수의 절삭돌기(120)로 이루어지며, 상기 절삭돌기(120)가 돌출된 일면에 형성된 이물질 배출홈(130)을 포함한다.
이때, 상기 디스크 몸체(110)의 일면 중앙에는 상기 절삭돌기(120)가 형성되지 않은 무패턴 영역(140)이 형성되고, 둘레에는 절삭돌기(120)가 형성된 패턴 영역(150)이 형성된다. 이와 같이 상기 디스크 몸체(110)의 일면에 패턴 영역(150)과 무패턴 영역(140)을 함께 형성할 경우, 패턴 영역(150)과의 접촉시에는 미소 절삭 가공이 이루어지고, 무패턴 영역(140)과의 접촉시에는 미소 절삭 가공이 이루어지지 않는다. 따라서 미소 절삭 가공이 빠르게 반복됨에 따라 연마패드의 컨디셔닝 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)는 다이아몬드 패드 컨디셔닝 디스크의 사용 시 발생되는 절삭돌기의 탈락과 그에 따른 여러 가지 문제점을 보완하고자, 다이아몬드 입자가 부착된 형태가 아닌 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물(cubic boronitride; CBN)의 혼합물로 제작됨을 특징으로 한다.
여기서 사용되는 세라믹의 종류는 산화알루미늄(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 텅스텐카바이드(WC) 및 실리콘카바이드(SiC) 중 선택된 하나 또는 그 이상의 혼합 물인 것이 바람직하다
상술한 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물로 이루어진 상기 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)의 제작방법을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물의 나노 분말을 상술한 비율, 즉 세라믹 66-74중량%, 상기 다이아몬드 12-28중량%, 질화붕소화합물 12-28중량%로 혼합하고, 소정의 압력을 가하여 원판형상의 디스크 본체(110)를 성형한다. 소결온도는 700-3,000℃ 정도가 바람직하다. 이때, 상기 디스크 본체(110)의 일면에는 복수의 절삭돌기(120)와 이물질 배출홈(130)이 형성된다. 상기 다이아몬드 또는 질화붕소화합물은 10㎛ 이하의 분말로서 함유된다.
그 후, 성형이 완료되면, 혼합물의 녹는점에 가까운 온도로 가열하여 나노분말이 접합되거나 일부가 증착(蒸着)되어 서로 연결되도록 소결하여 완성한다.
이와 같은 과정을 거쳐 제작된 연마 패드용 컨디셔닝 디스크(100)는 상술한 바와 같이 컨디셔닝시 요구되는 강도를 가짐과 동시에 절삭돌기(120)의 부스러짐을 방지할 수 있어 컨디셔닝 작업시 발생되는 돌기의 분리를 근본적으로 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크(100)의 절삭돌기(120)의 측단면도이다. 도면에서 절삭돌기에는 코팅층(122)이 형성되어 있다. 이에 따라서 절삭돌기의 연마성능 및 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 코팅층의 재질은 특히 한정되지 않는다. 세라믹도 좋고 테프론 또는 불소화합물도 좋다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크의 절삭돌기의 측단면 도이다. 본 실시예에서는 절삭돌기(120)가, 폭이 큰 다각뿔대 부분(126)과 이 다각뿔대 부분 위에 놓인 폭이 작은 다각뿔(124) 형상으로 이루어져 있다. 다각뿔대 부분(126)은 연마가 잘 이루어지지 않기 때문에, 다각뿔(124) 부분이 다 마모가 되면, 실질적인 연마 성능은 없어지게 되고, 디스크(100)를 교체해야 한다. 따라서 적정 디스크 수명 관리가 필요할 경우 바람직한 실시예가 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 연마 패드용 컨디셔닝 디스크에는 돌출부(128)가 형성되어 있다. 돌출부(128)는 디스크 중심에서부터 디스크 외주까지 연장되도록 형성되어 있다. 돌출부(128)의 높이는 절삭돌기(120)의 높이보다 약간 낮다. 본 실시예에서는 약 1mm 정도 낮다. 이러한 구성에 의하면, 절삭돌기(120)에 의해 연마가 이루어진 뒤, 피연마입자와 슬러리 등을 돌출부(128)가 긁어내기 때문에, 표면을 청소하는 효과가 생긴다. 따라서 다음 회전 시 연마가 좀더 효율적으로 이루어질 수 있다. 도시되지는 않았지만 돌출부(128)와 배출홈(130)이 같이 형성되어 있어도 무방함은 물론이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 형상 및 제작방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 일실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A"부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 일실시예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 다른 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크(100)의 절삭돌기(120)의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨디셔닝 디스크의 절삭돌기의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 패드용 컨디셔닝 디스크의 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 연마패드용 컨디셔닝 디스크 110: 디스크 본체
120: 절삭돌기 122: 코팅층
128: 돌출부 130: 이물질 배출홈
140: 무패턴 영역 150: 패턴 영역
Claims (11)
- 디스크 몸체와, 상기 디스크 몸체의 일면에 돌출된 다수의 절삭돌기를 포함하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크에 있어서,세라믹, 다이아몬드 및 질화붕소화합물의 나노 분말이 소결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 세라믹이 산화알루미늄(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 텅스텐카바이드(WC) 및 실리콘카바이드(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,절삭돌기 표면을 코팅하는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 3 항에 있어서,상기 코팅이 세라믹, 테프론 또는 불소화합물에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절삭돌기가 다각뿔형상인 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절삭돌기가, 폭이 큰 다각뿔대 부분과 상기 다각뿔대 부분 위에 놓인 폭이 작은 다각뿔 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 절삭돌기가 돌출된 디스크 몸체의 일면에 복수의 이물질 배출홈이 방사형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 2 항에 있어서,상기 세라믹을 700-3,000℃ 정도의 온도에서 소결하여 제조되는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 다이아몬드 또는 질화붕소화합물이 10㎛ 이하의 분말로서 함유되는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,디스크 중심에서부터 디스크 외주까지 연장되는 돌출부가 디스크 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
- 제 10 항에 있어서,상기 돌출부의 높이가 절삭돌기의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 연마패드용 컨디셔닝 디스크.
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