KR100504115B1

KR100504115B1 - Retainer ring and chemical mechanical polishing apparatus with the retainer ring

Info

Publication number: KR100504115B1
Application number: KR10-2003-0018972A
Authority: KR
Inventors: 조정현; 김덕중; 유선중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2005-07-27
Also published as: KR20040084140A

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 사용되는 유지링에 관한 것으로, 상기 유지링은 측면 하부에 결합홈들이 형성된 상층부, 상기 상층부에 형성된 결합홈들과 대응되도록 측면 상부에 결합홈들이 형성된 하층부, 그리고 상기 상층부과 상기 하층부의 결합홈들에 삽입됨으로써 상기 상층부과 상기 하층부을 결합시키는 결합부재를 포함한다. 상기 상층부에 형성된 결합홈의 상부 삽입부는 상기 결합부재의 상부와 동일한 폭을 가지고, 상기 하층부에 형성된 결합홈의 하부 삽입부는 상기 결합부재의 하부보다 넓은 폭을 가진다.The present invention relates to a retaining ring used in a chemical mechanical polishing apparatus, wherein the retaining ring includes an upper layer portion having coupling grooves formed on a lower side thereof, a lower layer portion formed with coupling grooves formed on an upper side thereof to correspond to the coupling grooves formed on the upper layer portion, and the It includes a coupling member for coupling the upper layer and the lower layer by being inserted into the coupling grooves of the upper layer and the lower layer. The upper insertion portion of the coupling groove formed in the upper layer portion has the same width as the upper portion of the coupling member, the lower insertion portion of the coupling groove formed in the lower layer portion has a wider width than the lower portion of the coupling member.

본 발명에 의하면 분사노즐로부터 분사되는 탈이온수에 의해 폴리싱 헤드 내로 유입된 슬러리가 세정되므로, 슬러리 고화로 인해 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 폴리싱 헤드 내의 세정은 유지링의 상층부와 하층부가 이격된 상태에서 이루어지고 받침대에 최초결합시 및 장기간 사용시에도 유지링이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the slurry introduced into the polishing head is cleaned by the deionized water sprayed from the injection nozzle, the wafer can be prevented from being damaged due to solidification of the slurry, and the cleaning in the polishing head is separated from the upper and lower portions of the retaining ring. It is made in the same state and there is an effect to prevent the retaining ring from deforming even when the first coupling to the pedestal and long-term use.

Description

Retaining ring and chemical mechanical polishing apparatus using the same {RETAINER RING AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS WITH THE RETAINER RING}

본 발명은 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반도체 웨이퍼의 표면을 화학적, 기계적으로 연마하는 장치 및 이에 사용되는 유지링에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor wafer, and more particularly, to an apparatus for chemically and mechanically polishing a surface of a semiconductor wafer and a retaining ring used therein.

최근, 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼의 각 층의 평탄화를 위한 연마 공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마공정을 수행하기 위한 다양한 연마 방법들이 제시되고 있으며, 이들 중 웨이퍼를 화학적, 그리고 기계적인 연마를 동시에 실시하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 'CMP')장치가 널리 사용된다.In recent years, the structure of semiconductor devices has been multilayered with high integration. Accordingly, a polishing process for planarizing each layer of the semiconductor wafer is essentially included in the manufacturing process of the semiconductor device. Various polishing methods for performing such a polishing process have been proposed, and among them, a chemical mechanical polishing (CMP) device for chemically and mechanically polishing a wafer is widely used.

기계적 연마는 회전하는 연마 패드 위에 웨이퍼를 위치시킨 상태에서 웨이퍼에 소정의 하중을 가하며 웨이퍼를 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제인 슬러리(slurry)에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다.Mechanical polishing is the polishing of the wafer surface by friction between the polishing pad and the wafer surface by rotating the wafer while applying the predetermined load to the wafer while the wafer is placed on the rotating polishing pad. The surface of the wafer is polished by a slurry, which is a chemical abrasive supplied between the wafers.

일반적인 화학적 기계적 연마장치에서 웨이퍼는 연마면이 연마 패드와 대향되도록 폴리싱 헤드(100)에 장착되고, 웨이퍼의 연마면은 회전하는 연마 패드상에 놓여진다. 폴리싱 헤드(100)는 조절가능한 압력을 웨이퍼의 후면에 제공하여 그것을 연마 패드 상에 가압한다. 이러한 폴리싱 헤드(100)는 도 1에서 보는 바와 같이 웨이퍼를 가압하는 멤브레인(120)과 웨이퍼가 공정진행 중 폴리싱 헤드(100)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 멤브레인(120)의 둘레에 설치된 유지링(140)을 가진다. 유지링(140)에는 유지링(140)의 상부에 위치된 받침대(160)와 결합을 위해 복수의 나사홈(144)들이 형성되어 있다.In a typical chemical mechanical polishing apparatus, a wafer is mounted to the polishing head 100 so that the polishing surface faces the polishing pad, and the polishing surface of the wafer is placed on the rotating polishing pad. The polishing head 100 provides an adjustable pressure to the backside of the wafer and presses it onto the polishing pad. The polishing head 100 has a membrane 120 for pressing the wafer as shown in FIG. 1 and a retaining ring installed around the membrane 120 to prevent the wafer from being separated from the polishing head 100 during the process. 140). The retaining ring 140 is formed with a plurality of screw grooves 144 for coupling with the pedestal 160 positioned on the retaining ring 140.

그러나 일반적인 CMP 장치에서는 CMP공정 진행 중 폴리싱 헤드(100) 내의 유지링(140), 멤브레인(120), 그리고 굴곡격막(102)으로 이루어진 공간 내로 유입된 슬러리가 원활히 배출하지 못하고 고화되며 고화된 슬러리(10)로 인해 웨이퍼가 긁히는 문제가 발생된다. 이를 방지하기 위해 유지링(140)의 측면에는 도 2에 도시된 바와 같이 세정홀들(142)이 형성되고, 세정홀들(142)을 통해 탈이온수와 같은 세정액이 폴리싱 헤드(100) 내로 분사된다. 그러나 이들 세정홀들(142)로 인해 유지링의 강성이 약해져 받침대(160)에 나사 조립시 도 3a에서 보는 바와 같이 조임부위가 변형되어 유지링의 하부면이 위로 올라가는 현상이 발생되며, 또한, 장시간 사용되면 세정홀들(142)로 인해 유지링에 전체적으로 압력이 불균일하게 전달되어 도 3b에서 보는 바와 같이 세정홀(142)이 형성된 부분의 하부면 마모가 심해진다. 이들은 웨이퍼 가장자리의 연마 균일도에 나쁜 영향을 미치게 된다.However, in the general CMP apparatus, during the CMP process, the slurry introduced into the space consisting of the retaining ring 140, the membrane 120, and the curved diaphragm 102 in the polishing head 100 may not be smoothly discharged, and the solidified and solidified slurry ( 10) the wafer is scratched. In order to prevent this, cleaning holes 142 are formed on the side of the retaining ring 140, and a cleaning liquid such as deionized water is injected into the polishing head 100 through the cleaning holes 142. do. However, due to these cleaning holes 142, the rigidity of the retaining ring is weakened, so that when the screw is assembled to the pedestal 160, the tightening part is deformed as shown in FIG. 3A, and the bottom surface of the retaining ring rises. When it is used for a long time, the pressure is uniformly transmitted to the retaining ring due to the cleaning holes 142, and as shown in FIG. 3B, wear of the lower surface of the portion where the cleaning holes 142 are formed is severe. These will adversely affect the polishing uniformity of the wafer edges.

본 발명은 폴리싱 헤드의 내부에 슬러리가 고착되는 것을 방지할 수 있는 화학적 기계적 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus capable of preventing the slurry from sticking inside the polishing head.

또한, 본 발명은 최초 결합시 또는 장기간 사용시에 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있는 유지링을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a retaining ring that can prevent the shape from being deformed at the time of initial joining or during prolonged use.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 유지링은 측면 하부에 결합홈들이 형성된 상층부, 상기 상층부에 형성된 결합홈들과 대응되도록 측면 상부에 결합홈들이 형성된 하층부, 그리고 상기 상층부과 상기 하층부의 결합홈들에 삽입됨으로써 상기 상층부과 상기 하층부을 결합시키는 결합부재를 포함한다. 상기 상층부에 형성된 결합홈의 상부 삽입부는 상기 결합부재의 상부와 동일한 폭을 가지고, 상기 하층부에 형성된 결합홈의 하부 삽입부는 상기 결합부재의 하부보다 넓은 폭을 가진다.In order to achieve the above object, the present invention retaining ring has an upper layer portion having coupling grooves formed on the lower side, a lower layer portion having coupling grooves formed on the upper side to correspond to the coupling grooves formed on the upper layer, and coupling grooves of the upper layer and the lower layer. It comprises a coupling member for coupling the upper layer and the lower layer by being inserted. The upper insertion portion of the coupling groove formed in the upper layer portion has the same width as the upper portion of the coupling member, the lower insertion portion of the coupling groove formed in the lower layer portion has a wider width than the lower portion of the coupling member.

바람직하게는 상기 상층부과 상기 하층부에 형성된 결합홈들은 균일한 간격으로 적어도 3개가 형성된다.Preferably, at least three coupling grooves formed in the upper and lower layers are formed at uniform intervals.

또한, 상기 상층부의 하부면에는 아래로 돌출된 지지로드들이 설치되고, 상기 하층부의 상부면에는 상기 지지로드들이 각각 삽입되는 삽입홈들이 형성될 수 있다. 상기 삽입홈은 상기 지지로드의 길이보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 고무 재질의 버퍼부가 상기 상층부의 저면 또는 상기 하층부의 상부면에 설치될 수 있다.In addition, support rods protruding downward may be installed on the lower surface of the upper layer portion, and insertion grooves into which the support rods are inserted may be formed on the upper surface of the lower layer portion. The insertion groove is preferably formed deeper than the length of the support rod. In addition, the rubber buffer portion may be installed on the bottom surface of the upper layer portion or the upper surface of the lower layer portion.

바람직하게는 상기 상층부은 스테인리스스틸을 재질로 하고, 상기 하층부은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene Sulfide) 또는 폴리 에테르 에테르 케톤(Poly Ether Ether Ketone)를 재질로 하여 이루어진다.Preferably the upper layer is made of stainless steel, the lower layer is made of polyphenylene sulfide (Polyphenylene Sulfide) or poly ether ether ketone (Poly Ether Ether Ketone).

또한, 본 발명의 화학적 기계적 연마장치는 상부에 연마패드가 설치되는 플레이튼, 하부면에 위치되며 반도체 기판을 가압하는 멤브레인과 상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 유지링을 가지는 폴리싱 헤드, 상기 폴리싱 헤드의 내부를 세정하기 위한 유체를 분사하는 노즐을 구비한다. 상기 유지링은 측면 하부에 결합홈들이 형성된 상층부, 측면 상부에 결합홈이 형성된 하층부, 그리고 상기 상층부와 상기 하층부의 결합홈들에 삽입됨으로써 상기 상층부와 상기 하층부를 결합시키는 결합부재를 포함하며, 상기 상층부가 상기 하층부를 가압할 때에는 상기 상층부와 상기 하층부는 밀착되고 비가압시에는 상기 상층부와 상기 하층부는 일정 거리 이격되도록, 상기 상층부에 형성된 결합홈의 상부 삽입부는 상기 결합부재의 상부와 동일한 폭을 가지고, 상기 하층부에 형성된 결합홈의 하부 삽입부는 상기 결합부재의 하부보다 넓은 폭을 가진다. In addition, the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is a platen having a polishing pad installed on the top, a polishing head having a membrane for pressing the semiconductor substrate and a retaining ring wrapped around the membrane, the inside of the polishing head It has a nozzle for injecting a fluid for cleaning. The retaining ring includes an upper layer portion having coupling grooves formed on a lower side of the side, a lower layer portion having a coupling groove formed on the upper side thereof, and a coupling member that couples the upper layer portion and the lower layer portion by being inserted into the coupling grooves of the upper layer portion and the lower layer portion. The upper insertion portion of the coupling groove formed in the upper layer has the same width as the upper portion of the coupling member so that the upper layer and the lower layer are in close contact with each other when the upper layer presses the lower layer, and the upper layer and the lower layer are spaced apart by a predetermined distance when not pressed. The lower insertion portion of the coupling groove formed in the lower layer has a wider width than the lower portion of the coupling member.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 4 및 도 8을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 8.

본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마(이하 'CMP' ) 장치의 사시도이다. 도 4를 참조하면 CMP장치는 베이스(base)(210), 플레이튼(platen)(220), 연마 패드(polishing pad)(230), 패드 컨디셔너(pad conditioner)(240), 슬러리 공급 아암(slurry supply arm)(250), 노즐(nozzle)(260), 그리고 폴리싱 헤드 어셈블리(polishing head assembly)(30)를 포함한다.4 is a perspective view of a chemical mechanical polishing (hereinafter 'CMP') apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the CMP apparatus includes a base 210, a platen 220, a polishing pad 230, a pad conditioner 240, and a slurry supply arm. supply arm 250, nozzle 260, and polishing head assembly 30.

연마 패드(230)는 소정 두께를 갖는 평판으로 웨이퍼(W)와 직접 접촉하여 웨이퍼(W)를 기계적으로 연마하는 부분으로 거친 표면을 가진다. 연마 패드(230)는 플레이튼(220) 상에 설치되며 플레이튼(220)에 의해 지지되고, 공정진행 중 플레이튼(220)과 함께 회전될 수 있다. 플레이튼(220)을 소정속도로 회전시키기 위해 베이스(210) 내에 구동모터(도시되지 않음)가 위치될 수 있다. 연마 패드(230)의 일측에는 연마 패드(230)의 연마조건을 유지하기 위한 패드 컨디셔너(240)와 연마 패드(230)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암(250)이 위치된다.The polishing pad 230 is a flat plate having a predetermined thickness, which is in direct contact with the wafer W to mechanically polish the wafer W, and has a rough surface. The polishing pad 230 is installed on the platen 220 and supported by the platen 220, and may be rotated together with the platen 220 during the process. A drive motor (not shown) may be positioned in the base 210 to rotate the platen 220 at a predetermined speed. One side of the polishing pad 230 is a pad conditioner 240 for maintaining polishing conditions of the polishing pad 230 and a slurry supply arm 250 for supplying a slurry to the surface of the polishing pad 230.

연마 패드(230)의 상부에는 폴리싱 헤드 어셈블리(30)가 위치된다. 폴리싱 헤드 어셈블리(30)는 웨이퍼(W)의 연마면이 연마 패드(230)를 향하도록 웨이퍼(W)를 흡착고정하고 공정진행중에 연마 패드(230)에 대하여 웨이퍼(W)를 가압하는 폴리싱 헤드(polishing head)(300)와 구동축(driving shaft)(302), 그리고 폴리싱 헤드(300)를 구동축(302)에 대해 연마 패드(230)의 회전방향과 동일방향 또는 반대방향으로 회전시키는 구동모터(driving motor)를 가진다.The polishing head assembly 30 is positioned on top of the polishing pad 230. The polishing head assembly 30 sucks and fixes the wafer W so that the polishing surface of the wafer W faces the polishing pad 230 and presses the wafer W against the polishing pad 230 during the process. (polishing head) 300, the driving shaft (302), and the driving motor for rotating the polishing head 300 in the same direction or the opposite direction of rotation of the polishing pad 230 with respect to the drive shaft (302) driving motor).

노즐(260)은 폴리싱 헤드(300) 내로 유입된 슬러리를 세정하기 위한 것으로, 폴리싱 헤드(300)가 연마 패드(230)로부터 상승된 상태에서 후술되는 유지링의 상층부(362)와 하층부(365) 사이의 공간으로 탈이온수(deionized water)를 분사한다.The nozzle 260 is for cleaning the slurry introduced into the polishing head 300. The nozzle 260 is the upper layer 362 and the lower layer 365 of the retaining ring to be described later while the polishing head 300 is raised from the polishing pad 230. Spray deionized water into the space between them.

도 5는 각각 도 4의 폴리싱 헤드의 사시도와 단면도이다. 도 5를 참조하면, 폴리싱 헤드는 하우징(housing)(310), 받침대(supporter)(320), 짐벌 메카니즘(gimbal mechanism)(340), 유지링(retainer ring)(360), 기판 지지부(wafer supporting part)(380)를 가진다.5 is a perspective view and a cross-sectional view, respectively, of the polishing head of FIG. 4. Referring to FIG. 5, the polishing head includes a housing 310, a supporter 320, a gimbal mechanism 340, a retainer ring 360, and a substrate support. part) 380.

하우징(310)은 연마공정이 진행되는 동안 연마 패드(230)의 표면에 직각인 구동축(302)에 연결되어, 구동축(302)과 함께 회전될 수 있다. 롤링 격막(330)의 내부 가장자리는 내부 클램프(inner clamp)(332)에 의해 하우징(310)에 고정되고, 외부 가장자리는 외부 클램프(outer clamp)(334)에 의해 받침대(320)에 고정된다. 하우징(310)과 받침대(320), 그리고 롤링 격막(330) 사이에는 받침대(320)에 하방압력을 가하는 공기가 유입되는 공간인 로딩챔버(322)가 형성된다. 로딩챔버(322)와 펌프(도시되지 않음)를 연결하는 위해 하우징(310) 내에 공기유입통로(323)가 형성될 수 있다.The housing 310 may be connected to the drive shaft 302 perpendicular to the surface of the polishing pad 230 during the polishing process, and may rotate together with the drive shaft 302. The inner edge of the rolling diaphragm 330 is fixed to the housing 310 by an inner clamp 332, and the outer edge is fixed to the pedestal 320 by an outer clamp 334. Between the housing 310, the pedestal 320, and the rolling diaphragm 330, a loading chamber 322, which is a space into which air exerting a downward pressure on the pedestal 320, is formed. An air inflow passage 323 may be formed in the housing 310 to connect the loading chamber 322 and the pump (not shown).

기판 지지부(380)는 지지플레이트(support plate)(381), 받침대(320)에 지지플레이트(381)를 연결하는 굴곡 격막(flexure diaphragm)(384), 하부 클램프(lower clamp)(382)와 상부 클램프(upper clamp)(383), 그리고 멤브레인(membrane)(385)을 포함한다.The substrate support 380 includes a support plate 381, a flexure diaphragm 384 connecting the support plate 381 to the pedestal 320, a lower clamp 382 and an upper portion. An upper clamp 383, and a membrane 385.

멤브레인(385)은 원형의 얇은 고무막으로 웨이퍼(W)를 흡착 또는 가압하는 부분이다. 멤브레인(385)은 지지플레이트(381)의 하부면과 측면, 그리고 상부면 가장자리를 감싸도록 형성되며, 지지플레이트(381) 상부에 위치되는 하부 클램프(382)에 의해 고정된다.The membrane 385 is a portion that adsorbs or pressurizes the wafer W with a circular thin rubber membrane. The membrane 385 is formed to surround the bottom, side, and top edges of the support plate 381, and is fixed by a lower clamp 382 positioned on the support plate 381.

짐벌 메카니즘(340)은 받침대(320)에 고정된 원통형의 부싱(341)과 굴곡 고리(342)를 통해 통로에 삽입되는 짐벌 막대(343)를 가진다. 짐벌 막대(343)는 받침대(320)의 수직이동을 제한하기 위해 통로를 따라서 수직으로 슬라이드될 수 있으나 하우징(310)에 대하여 받침대(320)의 측면이동을 방지한다.Gimbal mechanism 340 has a cylindrical bushing 341 fixed to pedestal 320 and a gimbal rod 343 inserted into the passageway through flexure ring 342. The gimbal rod 343 can slide vertically along the passageway to limit the vertical movement of the pedestal 320 but prevents lateral movement of the pedestal 320 with respect to the housing 310.

굴곡격막(384)은 환형의 고리형상으로, 내부 가장자리는 상부 클램프(383)에 의해 하부 클램프(382)에 고정되고, 외부 가장자리는 받침대(320)에 의해 유지링(360)에 의해 고정된다.The curved diaphragm 384 is annular annular, the inner edge of which is fixed to the lower clamp 382 by the upper clamp 383, and the outer edge of the flex diaphragm 3, which is fixed by the retaining ring 360 by the pedestal 320.

멤브레인(385), 지지플레이트(381), 굴곡 격막(384), 받침대(320), 그리고 짐벌 메카니즘(340) 사이에는 멤브레인(385)을 팽창 도는 수축시키기 위한 공기가 유입되는 공간인 가압성 챔버(324)가 형성된다. 가압성 챔버(324)와 펌프(도시되지 않음)를 연통하기 위해 짐벌막대(343)에는 공기유입통로(325)가 형성될 수 있다.Between the membrane 385, the support plate 381, the curved diaphragm 384, the pedestal 320, and the gimbal mechanism 340, a pressurized chamber is a space in which air for inflating or contracting the membrane 385 is introduced. 324 is formed. An air inflow passage 325 may be formed in the gimbal bar 343 to communicate the pressure chamber 324 and the pump (not shown).

유지링(360)은 공정진행 중 멤브레인(385)에 흡착된 웨이퍼(W)가 폴리싱 헤드(300)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로, 지지플레이트(381)로부터 소정거리 이격되며 멤브레인(385)에 흡착된 웨이퍼(W)를 감싸도록 위치된다. The retaining ring 360 is to prevent the wafer W adsorbed on the membrane 385 from being separated from the polishing head 300 during the process, and is spaced apart from the support plate 381 by a predetermined distance. It is positioned to surround the adsorbed wafer (W).

도 6a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유지링(360)의 사시도이고, 도 6b와 도 6c는 각각 도 6a의 평면도와 단면도이다. 도 6a, 도6b, 그리고 도 6c를 참조하면, 유지링(360)은 상층부(362), 하층부(365), 그리고 결합부재(368)를 포함한다.Figure 6a is a perspective view of the retaining ring 360 according to an embodiment of the present invention, Figures 6b and 6c are a plan view and a cross-sectional view of Figure 6a, respectively. 6A, 6B, and 6C, the retaining ring 360 includes an upper layer 362, a lower layer 365, and a coupling member 368.

결합부재(368)는 측부(368a)와 측부(368a)의 양단으로부터 각각 연장되며 동일방향으로 일정길이 돌출된 상부(368b)와 하부(368c)를 가진다. 즉, 결합부재(368)의 횡단면은 'ㄷ'자 형상을 가진다.Coupling member 368 extends from both ends of side portion 368a and side portion 368a, respectively, and has an upper portion 368b and a lower portion 368c protruding a predetermined length in the same direction. That is, the cross section of the coupling member 368 has a 'c' shape.

상층부(362)는 상부에 위치되는 받침대(320)에 나사결합되도록, 상부에 나사홈(387)이 형성되며, 나사결합시 변형이 이루어지지 않도록 스테인리스 스틸과 같은 강성을 가지는 재료로 만들어진다. 상층부(362)의 측면 하부에는 결합부재(368)의 일부가 삽입되는 결합홈들(364)이 형성된다. 결합홈(364)은 약 3 내지 6개가 균일한 간격으로 형성될 수 있다. 결합홈(364)은 결합부재(368)의 측부(368a)와 대응되는 폭을 가지는 측부삽입부(364a)와 결합부재의 상부(368b)가 삽입되는 상부 삽입부(363b)를 가진다. 상부 삽입부(363b)는 여기에 삽입되는 결합부재의 상부(368b)가 흔들리지 않고 단단히 결합되도록 결합부재의 상부(368b)와 동일한 폭을 가지도록 형성된다.The upper layer 362 is formed with a screw groove 387 in the upper portion so as to be screwed to the pedestal 320 positioned on the upper portion, and is made of a material having rigidity such as stainless steel so as not to be deformed when screwing. Coupling grooves 364 into which a portion of the coupling member 368 is inserted are formed at the lower side of the upper layer 362. About 3 to 6 coupling grooves 364 may be formed at uniform intervals. The coupling groove 364 has a side insertion portion 364a having a width corresponding to the side portion 368a of the coupling member 368 and an upper insertion portion 363b into which the upper portion 368b of the coupling member is inserted. The upper insertion portion 363b is formed to have the same width as the upper portion 368b of the coupling member so that the upper portion 368b of the coupling member inserted thereto is firmly coupled without shaking.

하층부(365)는 웨이퍼(W)의 가장자리부분이 접촉에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulfide) 또는 폴리 에테르 에테르 케톤(Poly Ether Ether Ketone)와 같은 부드러운 물질을 재질로 하여 만들어진다. 하층부(365)의 측면 상부에는 결합부재(368)의 일부가 삽입되는 결합홈들(367)이 형성된다. 결합홈들(367)은 상층부(362)에 형성된 결합홈들(364)과 각각 대응되는 위치에 형성되며, 결합부재의 측부(368a)와 대응되는 폭을 가지는 측부삽입부(367a)와 결합부재의 하부(368c)가 삽입되는 하부 삽입부(367b)를 가진다. 하부 삽입부(367b)는 여기에 삽입되는 결합부재의 하부(368c)보다 넓은 폭을 가지도록 형성된다. The lower layer 365 is made of a soft material such as polyphenylene sulfide or poly ether ether ketone to prevent the edge of the wafer W from being damaged by contact. . Coupling grooves 367 into which a portion of the coupling member 368 is inserted are formed at an upper side of the lower layer portion 365. The coupling grooves 367 are formed at positions corresponding to the coupling grooves 364 formed in the upper layer portion 362, respectively, and the side insertion portion 367a and the coupling member having a width corresponding to the side portions 368a of the coupling member. Has a lower insertion portion 367b into which the lower portion 368c of the is inserted. The lower insertion portion 367b is formed to have a wider width than the lower portion 368c of the coupling member inserted therein.

즉, 결합부재의 하부(368c)는 하부 삽입부(367b) 내에서 상하로 일정거리 이동될 수 있다. 결합부재의 측부(368a)의 길이(L₁)는 하층부(365)와 상층부(362)에 형성된 결합홈들의 측부삽입부(364a, 367a)의 길이(L₂+L₃)의 합과 동일하게 형성된다.That is, the lower portion 368c of the coupling member may be moved up and down a certain distance in the lower insertion portion 367b. The length L ₁ of the side portion 368a of the coupling member is equal to the sum of the lengths L ₂ + L ₃ of the side insertion portions 364a and 367a of the coupling grooves formed in the lower layer 365 and the upper layer 362. Is formed.

상층부(362)의 하부면에는 복수의 지지로드(363)들이 형성되고, 하층부(365)의 상부면에는 지지로드들(363)이 각각 삽입되는 삽입홈(366)이 형성된다. 지지로드(363)는 3개 내지 6개가 균일한 간격으로 형성될 수 있다. 이는 폴리싱 헤드(300)가 회전될 때, 하층부(365)에 대해 상층부(362)가 미끄러지는 것을 방지하기 위한 것이다. 지지로드(363)의 길이가 삽입홈(366)의 깊이에 비해 긴 경우 웨이퍼 가압시 상층부(362)와 하층부(365)가 서로 이격되므로, 삽입홈(366)의 깊이는 지지로드(363)의 길이보다 길게 형성된다. 지지로드(363)는 상층부(362)와 일체를 이루도록 제조되거나, 상층부(362)와 별도로 제조 후 상층부(362)에 결합될 수 있다.A plurality of support rods 363 are formed on the lower surface of the upper layer 362, and insertion grooves 366 into which the support rods 363 are inserted are formed on the upper surface of the lower layer 365. Three to six support rods 363 may be formed at uniform intervals. This is to prevent the upper layer 362 from slipping with respect to the lower layer 365 when the polishing head 300 is rotated. When the length of the support rod 363 is longer than the depth of the insertion groove 366, the upper layer 362 and the lower layer 365 are spaced apart from each other when the wafer is pressurized, so that the depth of the insertion groove 366 is equal to the depth of the support rod 363. It is formed longer than the length. The support rod 363 may be manufactured to be integral with the upper layer 362, or may be coupled to the upper layer 362 after manufacturing separately from the upper layer 362.

또한, 상층부(362)와 하층부(365) 사이에는 이들간의 밀착성을 향상시키기 위해 버퍼부(369)가 삽입될 수 있다. 버퍼부(369)는 고무재질로 이루어지며 하층부(365)의 상부면에 설치될 수 있다.In addition, a buffer unit 369 may be inserted between the upper layer 362 and the lower layer 365 to improve adhesion therebetween. The buffer part 369 is made of a rubber material and may be installed on the upper surface of the lower layer part 365.

도 7a와 도 7b는 도 6b의 선 A-A와 선 B-B를 따라 절단한 단면도로 웨이퍼 연마 중 유지링(360)의 상태를 보여주는 도면이다. 도 7a와 도 7b를 참조하면, 폴리싱 헤드(300)가 아래방향으로 이동되어 연마패드(230)에 웨이퍼(W)를 가압하는 경우, 결합부재의 하부(368c)는 결합홈 내 하부 삽입부(367b)의 저면과 접촉된 상태를 가진다. 상층부(362)의 하중에 의해 상층부(362)와 하층부(365)는 밀착되고, 이에 의해 균일한 압력전달이 이루어진다.7A and 7B are cross-sectional views taken along the lines A-A and B-B of FIG. 6B to show the state of the retaining ring 360 during wafer polishing. Referring to FIGS. 7A and 7B, when the polishing head 300 is moved downward to press the wafer W against the polishing pad 230, the lower portion 368c of the coupling member may have a lower insertion portion in the coupling groove ( 367b) is in contact with the bottom. By the load of the upper layer 362, the upper layer 362 and the lower layer 365 are in close contact with each other, whereby a uniform pressure transmission is achieved.

도 8a와 도 8b는 도 6b의 선 A-A와 선 B-B를 따라 절단한 단면도로 웨이퍼 연마 후 폴리싱 헤드(300)가 상승시 유지링(360)의 상태를 보여주는 도면이다. 도 8a와 도 8b를 참조하면, 웨이퍼(W) 연마 후 폴리싱 헤드(300)가 상승할 때, 하층부(365)의 자중에 의해 결합부재의 하부(368c)는 결합홈 내 하부 삽입부(367b)의 상면과 접촉된 상태를 가진다. 따라서 유지링의 상층부(362)와 하층부(365)는 서로간에 일정거리 이격된 공간을 가진 상태로 결합부재(368)에 의해 결합된다.8A and 8B are cross-sectional views taken along the lines A-A and B-B of FIG. 6B and show the state of the retaining ring 360 when the polishing head 300 is raised after wafer polishing. 8A and 8B, when the polishing head 300 rises after polishing the wafer W, the lower portion 368c of the coupling member is lower than the lower insertion portion 367b in the coupling groove due to the weight of the lower layer 365. It is in contact with the upper surface of. Therefore, the upper layer 362 and the lower layer 365 of the retaining ring are coupled by the coupling member 368 in a state having a spaced distance from each other.

이 때 노즐(260)로부터 탈이온수가 폴리싱 헤드 내의 유지링(360), 멤브레인(385), 그리고 굴곡 격막(384)으로 이루어진 공간 내로 분사되어 세정이 이루어진다.At this time, deionized water is sprayed from the nozzle 260 into a space composed of the retaining ring 360, the membrane 385, and the curved diaphragm 384 in the polishing head.

본 발명에 의하면, 분사노즐로부터 분사되는 탈이온수에 의해 폴리싱 헤드 내로 유입된 슬러리가 세정되므로, 슬러리 고화로 인해 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the slurry introduced into the polishing head is cleaned by deionized water injected from the injection nozzle, the wafer is prevented from being damaged due to the solidification of the slurry.

또한, 본 발명에 의하면 폴리싱 헤드 내의 세정은 유지링의 상층부와 하층부가 이격된 상태에서 이루어지므로, 일반적인 경우에 비해 받침대에 최초결합시 및 장기간 사용시에도 유지링이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the cleaning in the polishing head is performed in a state where the upper and lower portions of the retaining ring are spaced apart from each other, the effect of preventing the retaining ring from being deformed even when it is first bonded to the pedestal and when it is used for a long period of time as compared with the general case is achieved. have.

도 1은 일반적인 폴리싱 헤드의 단면도;1 is a cross-sectional view of a typical polishing head;

도 2는 도 1의 폴리싱 헤드의 리테이너 링의 사시도;2 is a perspective view of a retainer ring of the polishing head of FIG. 1;

도 3a와 도 3b는 각각 도 2의 리테이너 링의 초기 사용할 때와 장기간 사용할 때의 나사홈이 형성된 부분과 홀이 형성된 부분의 단면을 보여주는 도면;3A and 3B are cross-sectional views of the threaded grooved portion and the holed portion of the retainer ring of FIG. 2 during initial use and long term use, respectively;

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치의 사시도;4 is a perspective view of a chemical mechanical polishing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 5는 도 4의 폴리싱 헤드의 단면도;5 is a cross-sectional view of the polishing head of FIG. 4;

도 6a, 도 6b, 그리고 도 6c는 각각 도 5의 유지링의 사시도, 평면도, 그리고 분해단면도;6A, 6B, and 6C are perspective, top, and exploded cross-sectional views, respectively, of the retaining ring of FIG. 5;

도 7a와 도 7b는 도 6b의 선 A-A와 선 B-B를 따라 절단한 단면도로 웨이퍼 연마 중 유지링의 상태를 보여주는 도면;7A and 7B are cross-sectional views taken along the lines A-A and B-B of FIG. 6B showing the state of the retaining ring during wafer polishing;

도 8a와 도 8b는 도 6b의 선 A-A와 선 B-B를 따라 절단한 단면도로 웨이퍼 연마 후 폴리싱 헤드가 상승시 유지링의 상태를 보여주는 도면이다.8A and 8B are cross-sectional views taken along the lines A-A and B-B of FIG. 6B to illustrate the state of the retaining ring when the polishing head is raised after wafer polishing.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

220 : 플레이튼 230 : 연마패드220: platen 230: polishing pad

260 : 노즐 300 : 폴리싱 헤드260: nozzle 300: polishing head

310 : 하우징 320 : 받침대310: housing 320: pedestal

330 : 롤링 격막 340 : 짐벌 메카니즘330: Rolling Diaphragm 340: Gimbal Mechanism

360 : 유지링 362 : 상층부360: retaining ring 362: upper layer

363 : 지지로드 365 : 하층부363: support rod 365: lower layer

364, 367 : 결합홈 368 : 결합부재364, 367: coupling groove 368: coupling member

369 : 버퍼부 380 : 기판 지지부 369: buffer portion 380: substrate support portion

Claims

In retaining rings used in chemical mechanical polishing apparatus,

An upper layer portion having coupling grooves formed on a lower side surface;

A lower layer portion having coupling grooves formed on an upper side thereof to correspond to the coupling grooves formed on the upper layer portion;

It includes a coupling member for coupling the upper layer and the lower layer by being inserted into the coupling grooves of the upper layer and the lower layer,

The upper insertion portion of the coupling groove formed in the upper layer portion has the same width as the upper portion of the coupling member, the lower insertion portion of the coupling groove formed in the lower layer is characterized in that the retaining ring has a wider width than the lower portion of the coupling member.

The method of claim 1,

Retaining ring, characterized in that at least three coupling grooves formed in the upper layer and the lower layer is formed at a uniform interval.

The method of claim 1,

Support rods protruding downward are installed on the lower surface of the upper layer portion,

Retaining ring, characterized in that the upper surface of the lower portion is formed with insertion grooves into which the support rods are respectively inserted.

The method of claim 3, wherein

The insertion groove is a retaining ring, characterized in that formed deeper than the length of the support rod

The method of claim 1,

Retaining ring, characterized in that the buffer portion of the rubber material is installed on the bottom surface of the upper or lower portion of the upper layer.

The method of claim 1,

The upper layer is made of stainless steel,

The lower layer is a retaining ring, characterized in that made of polyphenylene sulfide (Polyphenylene Sulfide) or poly ether ether ketone (Poly Ether Ether Ketone).

An apparatus for chemically and mechanically polishing a semiconductor substrate,

A platen having an abrasive pad installed thereon;

A polishing head positioned on the bottom surface and having a membrane for urging the semiconductor substrate and a retaining ring surrounding the membrane;

A nozzle for injecting a fluid for cleaning the interior of the polishing head,

The retaining ring includes an upper layer portion in which coupling grooves are formed at a lower side of the side, a lower layer portion in which a coupling groove is formed in the upper side, and a coupling member coupling the upper layer portion and the lower layer portion by being inserted into the coupling grooves of the upper layer portion and the lower layer portion.

The upper insert portion of the coupling groove formed in the upper layer portion has the same width as the upper portion of the coupling member so that the upper layer portion and the lower layer portion is in close contact when the upper layer portion presses the lower layer portion and the upper layer portion and the lower layer portion are spaced apart by a certain distance when not pressurized. The lower insertion portion of the coupling groove formed in the lower layer has a wider width than the lower portion of the coupling member,

And the nozzle sprays fluid between the upper layer and the lower layer.

The method of claim 7, wherein

The lower surface of the upper portion is provided with a plurality of support rods protruding downward,

The upper surface of the lower portion of the chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that the insertion grooves for inserting the support rods are formed.

The method of claim 7, wherein

The upper layer is made of stainless steel,

The lower layer portion is a chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that made of polyphenylene sulfide (Polyphenylene Sulfide) or poly ether ether ketone (Poly Ether Ether Ketone).