KR100869549B1 - 화학기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물 및그 장착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물 및 그 장착방법에 관한 것으로, 링 구조물은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링, 및 상기 상부 링의 하면에 진공흡착방식으로 결합되는 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, 금속재 링 및 수지재 링의 결합을 진공흡착방식으로 결합시킴으로써 링의 강도를 증가시키고 평탄시간을 감소시키면서 웨이퍼의 평탄도를 증대시킬 뿐만 아니라 O링의 결합으로 외부에서의 이물질의 유입이 차단되어 보다 완벽한 결합이 이루어지고 결합에 따른 힘의 불균형을 방지함으로써 편마모의 발생이 방지되며 수지재가 마모되었을 경우에는 금속부분은 재활용할 수 있는 효과가 발생한다.

연마장치, 진공, 리테이너 링, 웨이퍼, 연마 헤드

Description

화학기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물 및 그 장착방법{retainer ring structure for chemical-mechanical polishing machine and mounting method thereof}

본 발명은 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, 이하 CMP 라함) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CMP 공정 중 실리콘 웨이퍼(wafer)의 위치를 고정시켜주는 리테이너 링 구조물로 진공흡착 방식을 이용하여 수지재의 링을 금속재의 링에 결합시킴으로써 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수관리가 용이하여 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물 및 그 장착방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 다층 배선 구조에 있어서 배선 층수의 증가와 배선 패턴의 미세화에 대한 요구가 갈수록 높아져 다층배선 기술이 서브 마이크론 공정에서 중요한 과제이다.

특히 0.35㎛ 이하의 공정 시대에 들어서면서 미세패턴형성을 실현하기 위한 노광장치의 촛점심도에 대한 공정 여유가 줄어듦에 따라 충분한 촛점 심도를 확보하기 위하여 칩 영역에 걸친 광역 평탄화 기술이 요구된다.

따라서 광역평탄화를 실현하기 위해 화학 기계적 연마(CMP)라고 불리는 기술이 현재 널리 이용되고 있으며 이러한 기술이 반도체 소자 제조공정에 필수적으로 적용되고 있을 뿐만 아니라 차세대 소자에 대해 활발히 연구되고 있다. 그리고 상기한 CMP 기술은 소자의 고속화를 실현하기 위해 다층 배선이 요구되는 논리형 소자에 많이 적용되고 있을 뿐만 아니라 기억형 소자에서도 다층화 되어감에 따라 점차적으로 적용을 하고 있는 추세이다.

그리고 상기한 CMP 장치에서 기계적인 작용을 담당하기 위해 웨이퍼를 고정하는 연마 헤드에는 리테이너 링(retainer ring)이 설치되어 있고 이러한 리테이너 링은 홀딩된 웨이퍼의 정위치를 고정하는데 이용된다.

그러나 상기 리테이너 링은 수지재인 플래스틱으로만 제조되어 있어 강도가 약할뿐 아니라 CMP 공정 전에 행해지는 링 자체의 평탄화 작업시에 소요되는 시간이 많아지고 커버 볼트 조임에 의한 힘의 불균형으로 인해 편마모가 발생되는 문제점이 있었다.

이에 따라 금속과 플래스틱과 같은 수지재로 제조한 링을 사용하나 화학적인 연마를 위해 공급되는 액상의 슬러리가 용이하게 리테이너 링에서 배출되지 못하여 웨이퍼 연마시 표면 스크래치(scratch)가 발생될 뿐만 아니라 리테이너 링의 내부 세척이 어려움에 따라 발생되는 이물질에 의해 표면 스크래치가 발생되는 문제점을 내포하고 있었다.

게다가 금속재의 링과 수지재 링의 결합시 본딩이나 용접 등이 이용되나 그 기능이 미비하고 불균일한 결합으로 인해 편마모가 발생되는 문제점이 내포되어 있었다.

따라서, 본 고안은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은 CMP 공정 중 실리콘 웨이퍼(wafer)의 위치를 고정시켜주는 리테이너 링 구조물로 진공흡착 방식을 이용하여 수지재의 링을 금속재의 링에 결합시킴으로써 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수관리가 용이하여 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물 및 그 장착방법을 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 화학 기계적 연마(CMP)장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링, 및 상기 상부 링의 하면에 진공흡착방식으로 결합되는 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부 가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링과, 상기 상부 링의 하면에 진공흡착방식으로 결합되고, 하면에는 하향으로 돌출하여 외측으로 전개된 결합돌기가 형성된 금속재의 중간 링, 및 상기 중간 링의 결합돌기가 삽입되는 결합홈이 상면에 형성된 수지재의 하부 링을 포함한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 화학 기계적 연마(CMP)장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물의 장착방법은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링을 마련하는 단계와, 하면에는 하향으로 돌출하여 외측으로 전개된 결합돌기가 형성된 금속재의 중간 링을 마련하여, 하부 링의 상면에 형성된 결합홈에 상기 결합돌기를 결합시키는 단계와, 상기 상부 링을 상기 연마 장치의 헤드에 결합하는 단계, 및 상기 상부 링에 형성된 진공 라인 홀을 이용하여 상기 중간 링에 결합된 하부 링을 상기 상부 링에 진공 흡착 공정으로 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, 결합돌기 및 결합홈이 형성된 금속재 링 및 수지재 링의 결합을 진공흡착방식으로 결합시킴으로써 링의 강도를 증가시키고 웨이퍼의 평탄시간을 감소시키면서 평탄도를 증대시킬 수 있다. 게다가 O링의 결합으로 외부에서의 이물질의 유입이 차단되어 링의 결합에 따른 힘의 불균형을 방지함으로써 편마모의 발생이 방지되어 내구성을 증대시킬 뿐만 아니라 수지재가 마모되었을 경우에는 금속부분은 재활용할 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하며, 또한 본 발명을 설명하는 데 있어서 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치를 개략적인 나타낸 도면이고, 도 2 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도이며, 도 3 은 도 2 에 따른 리테이너 링 구조물의 횡 단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 도면 부호 10 으로 도시한 본 고안에 따른 리테이너 링 구조물은 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 CMP 장치는 본체(108)와 연마 헤드(112)로 구성되되 상기 본체(108)는 상면에 장착되는 연마 플래튼(11)과 이 연마 플래튼(110)의 상면에 설치되는 연마 패드(106)를 포함한다.

상기 연마 헤드(112)에는 웨이퍼(100)를 고정하는 리테이너 링 구조물(10)과, 이 구조물(10)이 장착되는 연마 하우징(102) 및 회전 아암(104)으로 구성되며 상기 회전 아암(104)에 의해 연마 하우징(102)이 회전운동을 한다.

상기 연마 플래튼(110)은 그 상면에 상기 웨이퍼(100)의 표면이 서로 접촉하 여 연마가 이루어지는 연마 패드(106)가 구비되며, 그 하측에 구동수단이 연결된 회전 구동축(114)이 형성되어 상기 구동수단에 의해 상기 연마 플래튼(110)은 오비탈(orbital)운동을 하게 된다.

상기 리테이너 링 구조물(10)은 도 2 와 도 3 에 도시된 바와 같이, 금속재의 상부 링(12)과 이 상부 링과(12) 진공흡착 방식으로 결합되는 수지재의 하부링(22)으로 구성된다.

상기 상부 링(12)은 상기 연마 헤드(112)에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍(16)이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 다수의 돌기부(20)가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 다수의 진공 라인홀(14)을 갖는다.

그리고 상기 상부 링(12)의 하면에 진공흡착방식으로 결합되는 수지재의 하부 링(22)은 하면에 슬러리 배출 홈(18)이 형성되고, 상면 양측 가장자리에는 상기 상부 링(12)의 돌기부(20)와 동일한 높이의 턱부(24)를 형성시켜 보다 완벽한 결합을 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때 상기 하부 링(22)은 통상적으로 금속 및 기타 다른 물질보다 우수한 기계적 성질, 내화학성, 높은 내열온도특성을 갖는 수지재로 제조하는 것이 바람직하다.

게다가 상기 상부 링(12)의 하면 가장자리를 따라 O링 홈(28)을 형성시키고 이 O링 홈(28)에 탄성부재의 O링(26)을 장착시킴으로써 외부에서 이물질의 유입을방지시킬 뿐만 아니라 진공흡착시에도 상기 상부 링(12)과 하부 링(22)의 결합도 보다 완벽하게 이루어진다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 장착방법을 보면, 우선적으로 상기 상부 링(12) 및 하부 링(22)을 마련하여 상기 상부 링(12)을 상기 연마 헤드(112)에 볼팅공정으로 결합시킨다.

그 후 상기 상부 링(12)에 형성된 진공라인 홀(14)을 통해 진공흡착공정을 이용하여 상기 하부 링(22)을 상기 상부 링(12)에 결합시킴으로써 상기 리테이너 링 구조물(10)을 상기 연마 헤드(112)에 용이하게 장착시킬 수 있다.

도 4 는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 단면도이다.

도 4 에 따른 실시예에서의 리테이너 링 구조물(30)은 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드(112)에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 다수의 돌기부(42)가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 다수의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링(32)과, 하부 링(34) 및 중간 링(36)을 포함한다.

상기 상부 링(32)의 하면에 진공흡착방식으로 결합되는 금속재의 상기 중간 링(36)은 그 하면에 하향으로 돌출하여 외측으로 전개된 결합돌기(38)가 형성된다.

이때 상기 상부 링(32)의 하면 가장자리를 따라 O링 홈(46)을 형성시키고 이 O링 홈(46)에 탄성부재의 O링(44)을 장착시킴으로써 외부에서 이물질의 유입을방지시킬 뿐만 아니라 진공흡착시에도 이 상부 링(32)과 중간 링(36)의 결합도 보다 완벽하게 이루어진다.

그리고 상기 하부 링(34)은 수지재로 형성하되 상기 중간 링(36)의 결합돌기(38)가 삽입되는 결합홈(40)이 상면에 형성된다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 장착방법을 보면 다음과 같다.

우선적으로 금속재의 상부 링(32)과, 하면에는 하향으로 돌출하여 외측으로 전개된 결합돌기(38)가 형성된 금속재의 중간 링(36)을 마련하여, 상기 하부 링(34)의 상면에 형성된 결합홈(40)에 상기 결합돌기(38)를 결합시킨다.

그 후 상기 상부 링(32)을 상기 연마 장치의 헤드(112)에 볼팅공정으로 결합시키고 상기 상부 링(32)에 형성된 진공 라인 홀을 이용하여 상기 중간 링(36)에 결합된 하부 링(34)을 상기 상부 링(32)에 진공 흡착 공정으로 결합시킴으로써 상기 리테이너 링 구조물(30)을 상기 연마 헤드(112)에 용이하게 장착시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2 와 도 3 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도 및 횡 단면도.

도 4 는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 횡 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10,30 : 리테이너 링 구조물, 12,32 : 상부 링,

14 : 진공 라인 홀, 16 : 볼트 구멍,

18 : 슬러리 배출 홈, 20,42 : 돌기부,

22,34 : 하부 링, 24 : 턱부,

26,44 : O링, 28,46 : O링 홈,

36 : 중간 링, 38 : 결합 돌기,

40 : 결합 홈,

Claims (5)

1. 화학 기계적 연마(CMP)장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물에 있어서,

   상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링; 및

   상기 상부 링의 하면에 진공흡착방식으로 결합되는 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너링 구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 링은 하면 가장자리를 따라 형성된 O링 홈과, 상기 O링 홈에 장착되는 탄성부재의 O링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너링 구조물.
3. 화학 기계적 연마(CMP)장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물에 있어서,

   상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링;

   상기 상부 링의 하면에 진공흡착방식으로 결합되고, 하면에는 하향으로 돌출 하여 외측으로 전개된 결합돌기가 형성된 금속재의 중간 링; 및

   상기 중간 링의 결합돌기가 삽입되는 결합홈이 상면에 형성된 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너링 구조물.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 링은 하면 가장자리를 따라 형성된 O링 홈과, 상기 O링 홈에 장착되는 탄성부재의 O링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너링 구조물.
5. 화학 기계적 연마(CMP)장치용 진공 장착식 리테이너 링 구조물의 장착방법에 있어서,

   상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 하면에는 하향으로 돌출되어 형성된 하나 이상의 돌기부가 형성되며, 상기 상하면을 관통하여 형성된 하나 이상의 진공 라인홀을 갖는 금속재의 상부 링을 마련하는 단계;

   하면에는 하향으로 돌출하여 외측으로 전개된 결합돌기가 형성된 금속재의 중간 링을 마련하여, 하부 링의 상면에 형성된 결합홈에 상기 결합돌기를 결합시키는 단계;

   상기 상부 링을 상기 연마 장치의 헤드에 결합하는 단계; 및

   상기 상부 링에 형성된 진공 라인 홀을 이용하여 상기 중간 링에 결합된 하 부 링을 상기 상부 링에 진공 흡착 공정으로 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 진공 장착식 리테이너링 구조물의 장착방법.

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