KR101413530B1 - Ｃｍｐ 패드 컨디셔너 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

CMP 패드 컨디셔너가 개시된다. 이 CMP 패드 컨디셔너는, 주면을 갖는 모재를 포함한다. 상기 모재의 주면에는 다수의 돌기들이 미리 정해진 배열로 형성되며, 상기 돌기들 각각의 상부에는 하나 이상의 다이아몬드 지립이 고정된다.

Description

ＣＭＰ 패드 컨디셔너 및 그 제조방법{CMP PAD CONDITIONER AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법으로서, 주면에 다수의 돌기들을 포함하는 CMP 패드 컨디셔너 및 그 제조방법에 관한 것이다.
CMP(화학기계적 연마; Chemical Mechanical Polishing) 공정이 많은 산업 분야에서 특정 피가공물의 표면을 연마하는데 이용되고 있다. 특히, 반도체 소자, 마이크로 전자소자 또는 컴퓨터 제품 등의 제조 분야에서, 세라믹, 실리콘, 유리, 석영, 금속 및/또는 이들의 웨이퍼를 연마하는 용도로 CMP 공정이 많이 이용되고 있다. CMP 공정은 웨이퍼 등의 피가공물에 대면하여 회전하는 CMP 패드의 이용을 수반한다. 또한, CMP 공정 중, CMP 패드에는 화학물질을 함유하는 액체 슬러리와 연마 입자가 첨가된다.
반도체 소자의 제조 분야에서, CMP 공정 중 웨이퍼에 생기는 스크래치나 결함이 반도체 소자의 수율 및 생산성을 떨어뜨린다. 특히, 상대적으로 큰 직경의 웨이퍼를 그에 상응하게 큰 CMP 패드를 이용해 평탄화하는 CMP 공정에서는, 웨이퍼와 CMP 패드에 가해지는 충격과 스트레스가 더욱 커지며, 이에 따라, 웨이퍼에 발생하는 스크래치 등의 결함 발생 빈도도 더 높다.
CMP 공정에 의한 연마 품질에 있어서, 특히 중요한 것은 CMP 패드 전체에 넓게 퍼져 유지되는 연마 입자들의 분포이다. CMP 패드의 상부는 통상적으로 섬유 또는 소형 공극과 같은 메커니즘에 의해 연마 입자들을 지지하며, 그와 같은 섬유 또는 소형 공극이 CMP 패드의 성능을 결정한다. 따라서, CMP 패드의 성능 유지를 위해서는, CMP 패드의 상부 섬유 조직을 가능한 한 플렉시블한 직립 상태로 유지하고, 새로운 연마 입자들을 수용할 수 있는 여분의 공극들이 충분히 확보되어야 한다. 이를 위해, CMP 패드 컨디셔너에 의한 CMP 패드의 컨디셔닝 또는 드레싱 공정이 필요하다.
종래의 CMP 패드 컨디셔너는 금속 모재의 표면에 다이아몬드 지립들을 배치하고, 그 다이아몬드 지립들을 도금층으로 고정하여 이루어진다. 또한, 보호층이 상기 다이아몬드 지립들을 덮도록 형성될 수 있다. 그러나, 종래의 CMP 패드 컨디셔너는, 도금층이 손상되거나 다이아몬드 지립들이 도금층으로부터 이탈될 가능성이 크며, 패드에 스크래치 등의 손상을 입힐 우려가 컸다.
본 발명이 해결하려는 하나의 과제는, 원하는 위치 및 원하는 배열로 형성된 돌기들에 다이아몬드 지립들을 고정한 새로운 구조를 가짐으로써, CMP 패드 컨디셔닝 공정에서의 결함 및 스크래치 발생 빈도를 크게 줄일 수 있는 CMP 패드 컨디셔너를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 다이아몬드 지립들을 고정하는 돌기들을 포함하는 성형체의 제조에 있어서, 돌기들을 성형하는 형틀 내 돌기 성형홀 가공을 레이저 가공으로 함으로써, 정밀하면서도 미세한 돌기들을 일정 배열로 형성할 수 있는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 주면을 갖는 모재를 포함한다. 상기 모재의 주면에는 다수의 돌기들이 미리 정해진 배열로 형성된다. 상기 돌기들 각각의 상부에는 하나 이상의 다이아몬드 지립이 고정된다.
일 실시예에 따라, 상기 다이아몬드 지립은 일부가 해당 돌기의 상부에 묻힌 채로 고정되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 돌기들은 상부를 향해 수렴되는 형상을 갖는다. 상기 수렴되는 형상은 예컨대, 대략 뿔대형 또는 뿔형일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 돌기들의 상부에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 첨단이 위를 향하도록 세워진 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 모재는 상기 다수의 돌기들을 일체로 갖도록 몰딩 성형된 성형체인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 모재는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료로부터 성형된 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 돌기들에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 높이 차이에 의해 복수의 그룹으로 구분되고, 각 그룹의 다이아몬드 지립들은 균일한 높이를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 용어 '균일'은 완전한 균일을 의미하기 보다는 실질적인 또는 거의 균일한 것을 의미한다.
다른 실시에에 따라, 상기 돌기들에 고정된 상기 다이아몬드 지립들은 균일한 높이를 갖는다. 여기에서, 용어 '균일'은 완전한 균일을 의미하기 보다는 실질적인 또는 거의 균일한 것을 의미한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, CMP 패드 컨디셔너의 제조방법이 제공된다. 이 CMP 패드 컨디셔너 제조방법은, 다수의 돌기 성형홀들을 레이저 가공에 의해 형성한 형틀을 준비하는 형틀 준비 단계와, 성형 원료를 상기 형틀 내에서 성형하여, CMP 패드 컨디셔너용 성형체를 만드는 성형 단계를 포함한다. 상기 성형체의 주면에는 상기 돌기 성형홀들에 의해 돌기들이 성형된다.
일 실시예에 따라, 상기 CMP 패드 컨디셔너 제조방법은 상기 형틀 준비 단계와 상기 성형 단계 사이에 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 배치하는 지립 배치 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 형틀 준비 단계는 바닥을 향해 수렴하는 형상으로 상기 돌기 성형홀들을 레이저 가공하는 것을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 지립 배치 단계는 상기 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 세워지도록 배치하는 것을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 성형 원료는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, CMP 패드 컨디셔너가 일정 배열을 갖는 유사 형상의 돌기들을 포함하고, 그 돌기들에 다이아몬드 지립이 고정되어 CMP 패드 컨디셔닝에의 연마 작업에 참여하므로, CMP 패드 컨디셔닝 작업에 있어서의 절삭 또는 연마 성능을 극대화할 수 있다. 돌기들 상부에 고정된 다이아몬드 지립들이 거의 균일한 일한 높이를 갖고서 절삭/연마 작업에 참여할 수 있으므로, 작업에 참여하지 못하는 다이아몬드 지립들의 개수를 크게 줄일 수 있다. 돌기들이 형성된 모재(또는, 성형체)가 다양한 종류의 재료로 이루어질 수 있으며, 이는 다양한 CMP 공정 환경에 맞게 특정 재료를 선택하여 CMP 패드 컨디셔너를 이용할 수 있게 하여, 다양한 공정 환경에 유연하게 대처하는데 기여한다. 모재(또는, 성형체)를 성형하는 형틀 내 돌기 성형홀을 가공하는데 레이저를 이용함으로써, 원하는 형상, 원하는 크기의 돌기들을 원하는 배열로 정밀하게 성형할 수 있다. 이는 CMP 패드 컨디셔너 제조에 있어서의 정확도와 재현성을 높이는데 크게 기여한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 CMP 패드 컨디셔너의 확대 평면도.
도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 CMP 패드 컨디셔너의 단면도.
도 4의 (a), (b), (c) 및 (d)는 다이아몬드 지립들이 균일 또는 다른 높이를 갖도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 다양한 형태를 예시적으로 도시한 단면도들.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너 제조방법의 형틀 준비 단계를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 도 5의 형틀 준비 단계에서 레이저 가공에 의해 형성된 돌기 성형홀의 평면과 단면을 보여주는 사진들.
도 7은 레이저 가공으로 형틀 내 돌기 성형홀을 가공할 때와 비교예로서 기계 가공에 의해 돌기 성형홀을 가공할 때 생기는 휨 변형을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 형틀을 이용하여 모재의 성형 공정을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 성형 공정에 의해 돌기들을 갖는 모재와 돌기들에 고정된 다이아몬드 지립들을 포함하도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 보여주는 사진.
도 10a, 도 10b 및 도 10c 도 9의 돌기들과 다이아몬드 지립들을 더 확대해 보여주기 위한 현미경 사진.
도 11a는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 벗어난 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진
도 11b는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A를 확대하여 도시한 CMP 패드 컨디셔너의 확대 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 CMP 패드 컨디셔너의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 패드 컨디셔너는 주면(11)을 갖는 원판형의 모재(10)를 포함한다. 상기 모재(10)는 비정질 금속을 성형하여 만들어질 수 있다. 하지만 CMP 패드 컨디셔너가 사용되는 작업 환경 또는 조건에 따라 다른 금속 또는 폴리머 재료를 성형하여 모재(10)를 만들 수 있다.
상기 모재(10)의 주면(11)에는 다수의 돌기(13)들이 일체로 형성되어 있다. 이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 다수의 돌기(13)들은 비정질 금속, 금속 또는 폴리머와 같은 성형 원료를 형틀에 투입하여 가온 가압하는 성형 공정에서 형틀에 미리 형성된 돌기 성형홀들에 의해 형성된다. 이에 따르면, 돌기(13)의 형상, 크기 및 배열은 형틀 내 돌기 성형홀의 형상, 크기 및 배열에 의해 결정된다.
도 2 및 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 돌기(13) 각각의 상부에는 하나 의 다이아몬드 지립(20)이 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 하나의 돌기(13)에 하나의 다이아몬드 지립(20)이 고정되어 있지만, 하나의 돌기(13) 상부에 두 개 이상의 다이아몬드 지립(20)을 고정하여 만든 CMP 패드 컨디셔너도 고려될 수 있다.
상기 다이아몬드 지립(20)은 하부 일부가 해당 돌기(13)의 상부에 묻힌 채로 고정되어 있다. 상기 다이아몬드 지립(20)의 상부는 돌기(13)의 상부를 통해 노출되어 있다. 상기 다이아몬드 지립(20)의 노출된 상부가 CMP 패드 컨디셔닝 공정에서 객체에 대한 연마 또는 절삭에 참여한다.
상기 돌기(13)들 각각은 상부를 향해 수렴되는 형상을 갖는다. 상기 수렴되는 형상은 대략 뿔형 또는 뿔대일 수 있다. 상기 돌기(13)들 각각의 상부에 고정된 다이아몬드 지립(20)은 뾰족한 첨단이 위를 향하도록 세워져 고정되는 것이 바람직하다.
도 4의 (a)를 참조하면, 복수의 돌기(13)들에 다이아몬드 지립(20)들이 거의 균일한 단일 높이에 위치에 있음을 알 수 있다. 이때, 균일한 높이가 완전히 균일한 것은 아니며, 미리 정한 최적의 높이값으로부터 허용할 수 있는 정도의 오차 범위 내에 있는 것은 높이가 균일한 것으로 본다. 다이아몬드 지립(20)들 사이에 크기 차이가 있다 하더라도, 다이아몬드 지립(20)이 돌기(13)에 묻히는 깊이 차이를 다르게 하여, 돌기(13)들에 고정된 다이아몬드 지립(20)들의 높이를 균일하게 할 수 있을 것이다.
예를 들면, 슬러리 통로의 확보, CMP 패드에 대한 영역별 가압력 차이 등을 고려하여, 다이아몬드 지립(20)들 사이에 높이 차이를 둘 필요가 있다. 이러한 경우라 하더라도, 여러 조건들을 고려하여 미리 정한 영역 또는 위치의 다이아몬드 지립(20) 높이를 높이거나 낮게 하는 것은 유리할 수 있겠지만, 그렇지 않은 경우, 불필요하게 유효 다이아몬드 지립만 낭비하게 되고 더 나아가 CMP 패드 컨디션의 성능 및 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있다.
도 4의 (b), (c) 및 (d)는 돌기들의 높이를 미리 다르게 설계함으로써 그룹별로 다이아몬드 지립들의 높이를 다르게 한 CMP 패드 컨디셔너의 예들을 보여준다.
도 4의 (b)를 참조하면, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 이때, 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들과 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들이 하나씩 번갈아 위치하고 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 다만, 이웃하는 제1 그룹 내 두 다이아몬드 지립(20a)들 사이에 하나의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)이 배치된 것이 다르다.
도 4의 (d)를 참조하면, 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 상대적으로 더 높은 제1 높이의 돌기(13a)들에 고정된 다이아몬드 지립(20a)들이 제1 그룹을 형성하고 있고, 제2 높이의 돌기(13b)들에 고정된 다이아몬드 지립(20b)들이 제2 그룹을 형성하고 있다. 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들은 균일한 단일 높이에 위치하고, 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들은 제1 그룹 내 다이아몬드 지립(20a)들보다 낮게 균일한 단일 높이에 위치하고 있다. 다만, 이웃하는 제1 그룹 내 두 다이아몬드 지립(20a)들 사이에 두개의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)이 배치되어 있다. 또한, 그 외의 다른 점으로, 가장 낮은 제3 높이의 돌기(13c)들에 고정된 제3 그룹의 다이아몬드 지립(20c)이 이웃하는 두개의 제2 그룹 내 다이아몬드 지립(20b)들 사이에 위치하고 있다.
위에서 예시한 배열 방식 외에도 다이아몬드 지립들을 높낮이에 따라 여러 그룹으로 나누고, 이 여러 그룹의 다이아몬드 지립들을 의도된 다양한 배열로 배치하는 것이 가능하다.
이제 전술한 것과 같은 CMP 패드 컨디셔너를 제조하는 방법의 선호되는 한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
본 실시예에서는 돌기들을 포함하는 모재(또는, 성형체)의 성형을 위해, 비정질 금속 분말을 성형 원료로 이용하였다. 실질적인 성형이 이루어지기 전의 공정으로서, 성형 원료를 준비하는 공정에 설명하면 다음과 같다.
<성형 원료의 준비>
비정질 금속(또는, 비정질 합금)은 합금이 결정화되는 온도인 결정화 온도(Tx)와 유리화되는 온도인 유리 천이온도(Tg)의 차이에 의해 결정되는 과냉각액상영역(ΔT = Tx - Tg)을 갖는데 상기 과냉각 액상 영역에서는 초소성 특성을 나타낸다. 본 실시예에서는 결정화 온도와 유리 천이온도를 갖는 비정질 금속 재료가 성형 원료로 이용된다. 이하 설명되는 성형에 의해, 성형체의 돌기들이 다이아몬드 지립들을 고정하면서 성형되도록 하는 것이 좋다. 성형 과정 중 다이아몬드 지립들이 탄화를 일으키지 않도록, 비정질 금속은 약 600℃ 내외에서 초소성 특성을 나타내는 것이 선호된다. 비정질 금속은 Cu계(예컨대, Cu-Zr-Ti-Ni), Ni계(예컨대, Ni-Zr-Ti-Sn, Ni-Zr-Ti-Nb), Zr계(예컨대, Zr-Ti-Cu-Ni-Be, Zr-Al-Ni-Cu), Fe계(Fe-Co-Ni-Zr-B), Co계(Co-Fe-Ta-B) 등을 주성분으로 하는 것이 이용될 수 있다.
비정질 재료를 제조하기 위해 예컨대, 아크로 멜팅(arcro melting) 방법에 의해 제조된 모합금이 준비된다. 모합금은 비정질일 때 600℃ 이내에서 초소성 특성을 갖는 조성의 합금이 선택되는 것이 좋다. 모합금은 비정질 분말(Mg powder)과 비정질 리본(Mg ribbon)으로 각각 제조된다. 모합금은 아토마이징 방법(또는, 가스분무법)에 의해 비정질 분말로 제조되며, 또한, 모합금은 급속응고법에 의해 비정질 리본으로 제조된다.
비정질 분말과 비정질 리본을 볼밀(Ball mill)을 이용하여 1㎛ 이하 크기가 되도록 보다 더 미세하게 분쇄한다. 볼밀은 100rpm의 저속 회전용기 내에서 수행되는 것이 좋으며, 대략 100시간 정도로 볼밀링에 의한 초미세 분말화 공정이 수행된다. 초미세 분말화 공정과, 그에 뒤 이은 필터링, 또는 씨빙(체질) 공정에 의해, 1㎛ 이하 크기 이하의 초미세 비정질 금속 분말을 얻을 수 있다. 다음, 상기 초미세 비정질 금속 분말을 수소로 환원처리하는 공정이 수행될 수 있다. 환원처리 공정에 의해 초미세 비정질 금속 분말에는 내식성이 부여될 수 있다.
성형 원료의 일 예로 전술한 비정질 금속이 소개되었지만, 다른 종류의 비정질 금속, 또는 일반 금속, 또는, 폴리머와 같은 다른 재료가 성형 원료로 이용될 수 있음에 유의하여야 할 것이다.
이제 구체적으로 성형체 또는 모재 주면에 돌기들과 그 상부에 고정된 다이아몬드 지립들을 갖는 CMP 패드 컨디셔너의 제조공정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
<형틀의 준비>
도 5에 도시된 것과 같이, 형틀의 하부 금형(100) 표면에 깊이 방향으로 수렴하는 형상의 돌기 성형홀(110)들을 형성한다. 이때, 돌기 성형홀(110)의 형성에는 레이저 가공이 이용된다. 레이저 장치(L)로부터의 레이저 빔(B)이 형틀의 하부 금형(100) 표면에 조사되는 방식으로 정해진 형상 및 크기를 갖는 돌기 성형홀(100)들이 형성될 수 있다. 본 실시예에 이용된 레이저 가공 조건은 아래의 [표 1]과 같다.
레이저 종류 Nd: YAG
파장 940nm ~ 1440nm
주파수 20 kHz ~ 1000 kHz
펄스 길이(pulse duration) 4ns ~ 400ns
레이저 가공되는 형틀, 특히, 하부 금형(100)은 예를 들면 스테인레스 스틸이 이용될 수 있다.
도 6은 전술한 레이저 가공에 의해 형틀에 형성된 돌기 성형홀들의 평면과 단면을 3차원 현미경으로 관찰한 사진들이다. 도 6을 참조하면, 수십 내지 수백 마이크로미터 크기를 갖는 돌기 성형홀들이 원뿔형으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 이 돌기 성형홀들은 마이크로미터 단위의 미세 크기로 형성됨에도 불구하고 레이저 가공의 특성으로 인해 거의 변형된 부분 없이 매끈하게 형성된다.
도 7은 형틀에 돌기 성형홀을 레이저 가공으로 형성할 때와 기계적 가공으로 형성할 때의 차이를 비교한 그래프로서, 기계적 가공으로 돌기 성형홀을 형성할 때에는 형틀에 큰 휨 변형이 생기는데 반해 레이저 가공 이용시에는 휨 변형이 거의 생기지 않음을 알 수 있다.
<다이아몬드 지립 배치 및 돌기 성형>
레이저 가공에 의해 돌기 성형홀들이 형성된 하부 금형(100)과 상부 금형(200)을 포함하는 형틀이 준비되면 형틀(M)이 준비되면, 다이아몬드 지립 배치 및 돌기 성형이 이루어진다.
도 8은 다이아몬드 지립 배치와 돌기 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 다이아몬드 지립(20)들을 돌기 성형홀(110)에 배치한다. 이때, 다이아몬드 지립(20)들은 돌기 성형홀(110) 기저의 가장 좁은 부분에 배치된다. 본 실시예에서는 하나의 돌기가 하나의 다이아몬드 지립을 고정할 수 있도록, 하나의 돌기 성형홀(110)에 하나의 다이아몬드 지립(20)을 배치하지만, 하나의 돌기가 두 개 이상의 다이아몬드 지립을 고정하는 구조를 원하는 경우, 돌기 성형홀(110)의 기저에 2개 이상의 다이아몬드 지립을 배치한다.
그 다음, 성형 원료(P)를 형틀(M)의 하부 금형(100)과 상부 금형(200) 사이에 공급한 후 성형 원료(P)를 가압 소결 성형한다.
본 실시예에서는 성형 원료로 초미세 비정질 금속 분말이 이용되며, 첨가물로서 금속 분말 액상 파라핀이 혼합될 수 있다.
고온, 고압의 소결 성형 방식으로 돌기들을 주면에 갖는 CMP 패드 컨디셔너용 모재 또는 성형체가 성형되는데, 비정질 금속의 종류에 따라 압력 조건이 다를 수 있다 .
아래의 [표 2]는 실제 소결 성형된 비정질 금속의 종류와 해당 종류의 비정질 금속의 소결에 적합한 온도와 압력 조건을 보여준다.
종류 온도 범위(℃) 압력 범위(MPa)
Ni-6원소 500~700 50~500
Cu-6원소 300~600 50~500
도 9는 성형 공정에 의해 돌기들을 갖는 모재와 돌기들에 고정된 다이아몬드 지립들을 포함하도록 제작된 CMP 패드 컨디셔너의 일부를 보여주는 사진이고, 도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 돌기들과 다이아몬드 지립들을 더 확대해 보여주는 사진들이다.
도 9를 참조하면, 다이아몬드 지립을 고정하는 다수의 돌기들이 모재의 주면에 일정한 간격을 갖도록 배열되어 있음을 알 수 있다. 전술한 형틀 내 돌기 성형홀의 배열 패턴을 미리 설계함으로서, 원하는 배열로 돌기들이 성형되고 그 돌기들 각각이 다이아몬드 지립을 고정하고 있는 CMP 패드 컨디셔너의 제작이 가능하다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 모재의 다른 위치에 형성된 돌기들의 형상 및 크기가 거의 유사하다는 것을 알 수 있다. 또한, 대략 원뿔대 형태를 갖는 돌기 상단에 다이아몬드 지립이 세워진 채로 고정되어 있음을 볼 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 레이저 가공으로 정밀하게 형성된 돌기 성형홀들을 이용하여 마이크로미터 단위의 미세 돌기들을 원하는 형상과 원하는 크기로 형성하는 것이 가능하다.
도 11a는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 벗어난 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진이고, 도 11b는 적정 온도 및 적정 압력 조건에서 소결된 CMP 패드 컨디셔너의 표면 상태를 보여주는 현미경 사진이다. 비정질 금속의 종류에 따라 [표 2]의 적정 압력 범위 및 온도 범위 내에서 비정질 금속을 소결하면 도 11b에 보여지는 것과 같이 매끈한 표면의 비정질 금속 성형체를 얻을 수 있는 반면, 적정 압력 범위 및 온도 범위보다 낮은 압력과 온도로 소결을 하는 경우 분말이 뭉쳐져 있는 거친 형태로 잘못된 성형이 이루어짐을 알 수 있다.
10: 모재 11: 주면
13: 돌기 20: 다이아몬드 지립

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  9. CMP 패드 컨디셔너의 제조방법에 있어서,
    다수의 돌기 성형홀들을 레이저 가공에 의해 형성한 형틀을 준비하는 형틀 준비 단계; 및
    성형 원료를 상기 형틀 내에서 성형하여, CMP 패드 컨디셔너용 성형체를 만드는 성형 단계를 포함하며,
    상기 성형체의 주면에는 상기 돌기 성형홀들에 의해 돌기들이 성형된 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 형틀 준비 단계와 상기 성형 단계 사이에 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 배치하는 지립 배치 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 형틀 준비 단계는 바닥을 향해 수렴하는 형상으로 상기 돌기 성형홀들을 레이저 가공하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 지립 배치 단계는 상기 다이아몬드 지립들을 상기 돌기 성형홀들에 세워지도록 배치하는 것을 특징으로 하는 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 성형 원료는 금속, 비정질 금속 또는 폴리머 재료를 포함하는 것을 특징으로 CMP 패드 컨디셔너 제조방법.
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