수직으로 정렬된 탄소나노튜브를 이용한 고정 연마재 패드 제작 및 기계적 연마 특성 분석

Abstract

단단하고 미세한 연마재(Abrasive)를 이용한 기계적 연마 공정은 일반 금속 기계부품들뿐만 아니라 휴대용 전자기기 하우징의 정밀 가공, 화학적 반응과 결합하여 반도체 웨이퍼의 평탄화 등 다양한 산업분야에 폭넓게 활용되고 있다. 전자기기 및 반도체 부품 가공에서 요구되는 높은 정밀도를 만족시키기 위해서는 일반적으로 용액에 분산된 연마재를 연마패드와 부품 표면 사이에 주입하는 방식을 사용하고 있다. 하지만 공정 후에 남아있는 연마 입자를 제거하는 세정 공정이 별도로 필요하기 때문에 공정 단계가 복잡해지며 이 과정에서 발생되는 폐수는 환경 오염의 원인이 된다. 반면, 연마 입자를 패드에 접착하여 제작하는 고정 연마재(Fixed-abrasive)는 연마 입자들의 높이 분포가 불규칙하며, 고정할 수 있는 입자의 크기에도 한계가 있기 때문에 정밀한 부품 가공이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 직경 10-20 nm, 길이 1 μm 이상의 높은 세장비를 갖는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)를 연마재로 활용한 새로운 고정 연마재 패드를 제작하고, 그 기계적 연마 특성을 분석한다. 고정형 CNT 연마 패드는 화학적기상증착법을 통해 수직정렬된 CNT 박막을 합성하여 폴리우레탄 표면에 함침시킨 후 플라즈마 에칭을 통해서 표면에 CNT 일부가 돌출되도록 제작된다. CNT의 우수한 기계적 강도는 연마재로 활용이 가능하게 할 뿐만 아니라 나노미터 크기의 직경과 높은 세장비의 형상은 고분자 표면에 고정된 상태에서도 효과적으로 힘을 전달하게 하여 정밀한 연마를 가능하게 한다. 고정형 CNT 연마패드의 재료 제거율 및 평탄화 정도를 정량적으로 확인하고, 금속 웨이퍼를 연마하는 실험을 통해 일반적인 고정 연마재 방식, 슬러리를 이용한 연마 방식과의 연마 특성을 비교한다.