KR101003523B1 - 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링 - Google Patents

화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링 Download PDF

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김민규
구광희
이재복
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Abstract

본 발명은 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것으로 연마 헤드에 장착되는 제 1 링부재와, 상기 제 1 링부재의 하부면에 장착되는 제 2 링부재를 포함하며, 상기 제 1 링부재의 하부면과 상기 제 2 링부재의 상부면 중 어느 한 측에는 결합부가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 결합부가 삽입되는 삽입부가 형성되며, 상기 결합부는 상기 삽입부에 삽입되고 상기 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전되어 상기 삽입부 내에 걸리도록 배치되는 것이다.

Description

화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링{Retainner Ring of Chemical Mechanical Polishing Apparatus}
본 발명은 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것으로 더 상세하게는 사용 시 마모되는 부분만 간단하게 분리하여 교체 가능하도록 발명된 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼는 화학적 기계 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing, CMP)에 의해 표면 평탄화 작업을 거치게 된다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 화학적 작용과 물리적 작용을 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 도포된 산화막이나 금속 박막을 연마하여 평탄화 또는 제거 하는 장치이다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(7)를 수용하는 웨이퍼 수용부가 하부면에 형성되며 모터에 연결되어 회전하는 연마 헤드(5)와, 상기 연마 헤드(5)의 하부에 배치되며 상기 연마 헤드(5)에 수용된 반도체 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 패드(6)와, 상기 연마 패드(6)에 화학적 연마제를 공급하는 연마제 공급부를 포함한다.
그리고, 상기 연마 헤드(5)는 하부면에 웨이퍼 수용부를 형성하는 리테이너 링(1)이 장착된다.
상기 리테이너 링(1)은 상기 연마 헤드(5)의 캐리어에 장착되는 장착 링부재(1a)와, 상기 장착 링부재(1a)의 하부에 결합되고, 하부면에 이격된 복수의 연마제 공급홈이 형성되며 상기 연마 패드(6)에 접촉되는 접촉 링부재(1b)를 포함한다.
상기 장착 링부재(1a)와 접촉 링부재(1b)는 접착제를 이용한 본딩(bonding)에 의해 결합되어 일체화되는 것이다.
상기 장착 링부재(1a)는 스테인레스(SUS) 강과 같은 금속재로 제조되며, 상기 접촉 링부재는 엔지니어링 플라스틱재로 제조되는 것이다.
즉, 상기 반도체 웨이퍼(7)는 상기 연마 헤드(5)의 수용부 내에서 화학적 기계적 연마 작업 중에 외주면이 상기 리테이너 링(1)의 내주면에 걸려 이탈되지 않게 되는 것이다.
그리고 상기 연마제 공급부에 의해 상기 연마 패드로 공급된 화학적 연마제인 슬러리(Slurry)는 상기 접촉 링부재(1b)의 연마제 공급홈을 통해 반도체 수용부 내로 공급되어 반도체 웨이퍼의 표면을 산화시키는 것이다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 상기 슬러리에 의한 화학적 산화 작용과, 상기 연마 헤드 및 연마 패드가 회전하면서 상기 연마 패드에 접촉된 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작용을 반복하면서 반도체 웨이퍼의 표면을 균일하게 평탄화하는 것이다.
그러나 상기한 종래의 리테이너 링(1)은 작동 중 상기 장착 링부재(1a)와 상기 접촉 링부재(1b)의 본딩 부분의 접착력이 약해져 반도체 웨이퍼(7)를 안정적으로 지지하지 못해 반도체 웨이퍼(7)의 표면에 스크래치를 발생시키고, 심한 경우 반도체 웨이퍼(7)가 화학적 기계적 연마 작업 중 깨지는(Broken) 사고가 자주 발생하는 문제점이 있었던 것이다.
또 상기 리테이너 링(1)은 작동 중 상기 장착 링부재(1a)와 상기 접촉 링부재(1b)의 본딩 시 유출된 내, 외주면으로 본딩재가 유출되는 경우가 빈번하고, 유출된 본딩재가 굳어 이탈되면서 반도체 웨이퍼(7)의 표면에 스크래치를 발생시키는 경우가 빈번히 발생하였던 것이다.
또한, 상기 리테이너 링(1)은 상기 접촉 링부재(1b)의 마모로 인해 주기적으로 교체해야하는데 마모된 상기 접촉 링부재(1b)가 본딩 결합되어 상기 접촉 링부재(1b)만 분리하여 교체하고, 상기 장착 링부재(1a)를 재활용하는 것이 사실상 불가능한 문제점이 있었던 것이다.
본 발명의 목적은 리테이너 링의 조립을 간단하게 하고, 조립된 상태가 견고히 유지됨은 물론 마모된 부분만 교체 사용이 가능한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 과제는 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 장착되는 제 1 링부재와;
상기 제 1 링부재의 하부면에 장착되는 제 2 링부재를 포함하며,
상기 제 1 링부재의 하부면과 상기 제 2 링부재의 상부면 중 어느 한 측에는 결합부가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 결합부가 삽입되는 삽입부가 형성되며,
상기 결합부는 상기 삽입부에 삽입되고 상기 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전되어 상기 삽입부 내에 걸리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 제공함으로써 해결되는 것이다.
본 발명은 리테이너 링의 조립과 분해가 간단하여 생산성을 증대시키는 효과가 있는 것이다.
본 발명은 리테이너 링을 견고히 조립시키고 마모 시 손상된 부분만 분리하여 간단히 교체함으로써 소모품인 리테이너 링의 경제성을 향상시키는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래 리테이너 링이 장착된 연마 헤드를 개략적으로 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 요부 확대 분해 사시도
도 4는 본 발명의 조립 상태를 도시한 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 단면도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 3에서 도시한 바와 같이 본 발명인 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 장착되는 제 1 링부재(10)와, 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 장착되는 제 2 링부재(20)를 포함한다.
상기 제 2 링부재(20)는 화학적 기계 연마 장치의 연마 패드에 접촉되어 마모되는 부분인 것이다.
상기 제 2 링부재(20)의 하부면에는 이격된 복수의 연마제 공급홈이 형성된다.
상기 제 1 링부재(10)는 리테이너 링(1)의 중량 확보 및 리테이너 링(1)의 강성 확보를 위해 스테인레스(SUS) 강과 같은 금속재로 제조하는 것을 일 예로 한다.
상기 제 2 링부재(20)는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)인 것을 일 예로 하며, 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리아미드, 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리카보네이트, 아세탈, 폴리에테르아미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸린테레프탈레이트(PET) 등과 같은 공지의 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있음을 밝혀둔다.
상기 제 1 링부재(10)의 하부면과 상기 제 2 링부재(20)의 상부면 중 어느 한 측에는 결합부(11)가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 결합부(11)가 삽입되는 삽입부(21)가 형성된다.
상기 결합부(11)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 돌출되고, 상기 삽입부(21)는 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 형성되는 것을 일 예로 하여 설명한다.
상기 결합부(11)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 형성되는 돌기(11a)와, 상기 돌기(11a)의 단부에 외주면으로 돌출되는 걸림 턱(11b)을 포함한다.
상기 결합부(11)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 분리할 수 있게 장착되며 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 나사 결합으로 장착되는 것을 일 예로 한다.
상기 결합부(11)는 파손 시 분리한 후 교체할 수 있는 것이다.
또 상기 삽입부(21)는 상기 돌기(11a)의 단부가 삽입되며 상기 제 1 링부재(10)의 회전 시 돌기(11a)가 이동되는 삽입 홈(21a)과, 일 측에 상기 돌기(11a)의 단부가 삽입되는 공간이 형성되게 상기 삽입 홈(21a)의 상부면을 커버하는 홈 커버(21b)를 포함하며,
상기 홈 커버(21b)는 상기 삽입 홈(21a)에 연결되고 상기 돌기(11a)가 관통하여 이동되는 이동 가이드 구멍(21c)이 뚫려진다.
상기 삽입 홈(21a)은 상기 제 1 링부재(10)가 회전될 때 상기 돌기(11a)가 이동되게 원호 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 결합부(11)와 상기 삽입부(21)는 복수로 구비된다.
복수의 상기 결합부(11)와 상기 삽입부(21)는 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 결합 상태를 견고히 유지하도록 하고, 리테이너 링의 작동 시 하중을 분산하여 리테이너 링의 내구성을 증대시키는 것이다.
상기 홈 커버(21b)는 상기 돌기(11a)가 리테이너 링의 작동 시 회전 방향 즉, 상기 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 이동가능하도록 형성된다.
상기 돌기(11a)는 상기 삽입 홈(21a)부의 일 측에 형성된 공간에 삽입된 후 상기 제 1 링부재(10) 또는 상기 제 2 링부재(20)의 회전으로 상기 홈 커버(21b)의 이동 가이드 구멍(21c)을 따라 이동하게 된다.
상기 돌기(11a)는 상기 홈 커버(21b)의 이동 가이드 구멍(21c)에 결합된 상태에서 단부의 걸림 턱(11b)에 의해 걸려 이탈되지 않는 것이다.
즉, 상기 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)는 도 4에서 도시한 바와 같이 상기 돌기(11a)의 단부를 상기 삽입 홈(21a)의 개방된 공간으로 삽입한 후 상기 돌기(11a)를 리테이너 링의 작동 시 회전 방향과 동일한 방향으로 이동함으로써 조립되는 것이다.
본 발명인 리테이너 링은 연마 헤드에 장착되어 웨이퍼를 화학적 연마하는 중에 상기 돌기(11a)가 회전 방향으로 이동되는 힘을 받게 되어 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)가 조립된 상태로 견고히 유지되는 것이다.
상기 홈 커버(21b)는 상기 걸림 턱(11b)과 상기 제 1 링부재(10)의 하부면 사이에서 압착 고정되어 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)를 견고하게 조립시키는 것이 바람직하다.
상기 걸림 턱(11b)은 도 5에서 도시한 바와 같이 상기 홈 커버(21b)의 단부 측에 걸리도록 배치되고 걸리는 모서리에 가이드 경사면(11c)이 형성되는 것이다.
더 상세하게 상기 걸림 턱(11b)의 상단 모서리는 상기 홈 커버(21b)의 단부 측 즉, 내측 모서리에 약간의 높이 차이를 가지고 걸리도록 배치되고 가이드 경사면(11c)이 형성되는 것이다.
상기 걸림 턱(11b)은 상기 돌기(11a)가 상기 이동 가이드 구멍(21c)을 따라 이동할 때 상기 홈 커버(21b)의 단부 측에서 상기 가이드 경사면(11c)을 따라 이동하면서 상부면이 상기 홈 커버(21b)의 하부면에 강한 힘으로 밀착되는 것이다.
이 때 상기 홈 커버(21b)는 상기 걸림 턱(11b)과 상기 제 1 링부재(10)의 하부면 사이에서 꽉 끼이게 되는 것이다.
상기 결합부(11)와 삽입부(21)는 상기한 이유로 강한 결합력으로 조립되어 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)의 조립 상태를 더 견고히 하고 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 결합면에서의 유격이 발생되는 것을 방지한다.
따라서 본 발명인 리테이너 링은 사용 중 진동이나 떨림이 없고 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 결합면 사이에 슬러리(Slurry)가 유입되지 않게 되는 것이다.
한편, 상기 결합부(11)는 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 돌출되고, 상기 삽입부(21)는 제 1 링부재(10)의 하부면에 형성될 수도 있다.
상기 결합부(11)와 삽입부(21)는 상기한 실시 예와 상, 하 방향만 변경될 뿐 동일하므로 중복 기재하여 설명하지 않는다.
상기 결합부(11)와 삽입부(21)의 설명에서 상기 상, 하 방향은 본 발명의 설명을 명확하기 위해 방향을 설정한 것으로 본 발명의 구성을 한정하지 않는 기재임을 밝혀둔다.
본 발명은 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 조립이 완료된 것임을 확인할 수 있는 표시부(30)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 표시부(30)는 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20) 중 적어도 어느 하나에 구비된다.
상기 표시부(30)는 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 형성되고, 상기 제 1 링부재(10)에 형성된 장착 구멍(10a)을 통해 확인되는 지시 점(31)을 포함한다.
상기 장착 구멍(10a)는 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 상기 제 1 링부재(10)를 장착 시키기 위한 구멍인 것이다.
상기 지시 점(31)은 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 인쇄로 형성되거나 시트지를 부착시켜 형성될 수 있는 것이다.
상기 지시 점(31)은 상기 돌기(11a)가 상기 삽입부(21) 내에서 이동하여 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)가 조립 완료될 때 상기 장착 구멍(10a)을 통해 확인되는 위치에 형성되는 것이다.
상기 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)는 상기 결합부(11)가 삽입부(21)의 일 측에서 이동하여 타 측 단부로 이동하여 더 이상 이동되지 않는 위치까지 이동될 때 조립이 완료되는 것이다.
상기 결합부(11)가 상기 삽입부(21)의 단부까지 완전히 이동되지 않으면 화학적 기계 연마 시 연마 패드와의 상기 제 2 링부재(20)의 하부면과의 접촉으로 상기 제 2 링부재(20)가 이동되는 경우가 발생하는 것이다.
화학적 기계 연마 시 상기 제 2 링부재(20)가 이동되면 웨이퍼의 안정적인 연마가 불가능해지고, 웨이퍼가 깨지는 사고를 유발할 수 있는 위험이 있는 것이다.
상기 지시 점(31)은 상기 제 1 링부재(10)에 형성된 장착 구멍(10a)으로 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 조립이 완료되는 것을 간단히 확인할 수 있게 하는 것이다.
또 본 발명은 상기 제 1 링부재(10)의 하부면과 상기 제 2 링부재(20)의 상부면 중 어느 한 측에는 탄성적으로 지지된 탄성 돌기부(40)가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 탄성 돌기부(40)의 단부가 삽입되는 보조 홈부(42)가 형성된다.
상기 탄성 돌기부(40)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면과 상기 제 2 링부재(20)의 사이에서 압축되고 상기 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)의 조립이 완료되면 상기 보조 홈부(42)로 삽입되는 것이다.
상기 보조 홈부(42)는 상기 제 1 링부재(10)와 제 2 링부재(20)의 조립이 완료되는 위치에서 상기 탄성 돌기부(40)가 삽입되게 위치된다.
상기 탄성 돌기부(40)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 돌출되고, 상기 보조 홈부(42)는 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 형성되는 것을 일 예로 하여 설명한다.
상기 탄성 돌기부(40)는 상기 제 1 링부재(10)의 하부면에 형성된 볼 삽입 홈(10b) 내부에 이동 가능하게 배치되고 상기 제 1 링부재(10)의 하부면으로 단부가 돌출되는 걸림구(41)와, 상기 볼 삽입 홈(10b) 내부에서 상기 걸림구(41)를 탄성적으로 지지하는 스프링(42)을 포함한다.
상기 걸림구(41)는 볼 형상으로 형성되어 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20) 사이에서 구르면서 이동되도록 하고, 상기 보조 홈부(42) 내로 삽입과 이탈이 원활하게 하는 것이 바람직하다.
상기 걸림구(41)는 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)가 조립될 때 압축되어 상기 볼 삽입 홈(10b) 내로 삽입된다.
그리고 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 조립이 완료되면 즉, 상기 결합부(11)가 상기 삽입부(21)에 삽입된 상태로 더 이상 이동되지 않을 때까지 이동되면 상기 걸림구(41)는 상기 보조 홈부(42) 내로 삽입되는 것이다.
상기 걸림구(41)는 상기 보조 홈부(42) 내로 삽입되어 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 조립이 완료된 것을 확인시켜 주는 것과 동시에 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)의 결합력을 보강하는 것이다.
상기 탄성 돌기부(40)는 상기 제 2 링부재(20)의 상부면에 돌출되고, 상기 보조 홈부(42)는 제 1 링부재(10)의 하부면에 형성될 수도 있다.
상기 탄성 돌기부(40)와 보조 홈부(42)는 상기한 실시 예와 상, 하 방향만 변경될 뿐 동일하므로 중복 기재하여 설명하지 않는다.
상기 탄성 돌기부(40)와 보조 홈부(42)의 설명에서 상기 상, 하 방향은 본 발명의 설명을 명확하기 위해 방향을 설정한 것으로 본 발명의 구성을 한정하지 않는 기재임을 밝혀둔다.
본 발명은 상기한 바와 같이 상기 결합부(11)를 상기 삽입부(21)에 삽입한 후 제 1 링부재(10) 또는 제 2 링부재(20)를 강제로 회전시킴으로써 간단히 조립되는 것이다.
또 본 발명은 상기 제 1 링부재(10) 또는 상기 제 2 링부재(20)를 조립 방향과 역방향으로 회전시키면 상기 제 1 링부재(10)와 상기 제 2 링부재(20)를 간단히 분리할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 제 1 링부재 11 : 결합부
20 : 제 2 링부재 21 : 삽입부
30 : 표시부 40 : 탄성 돌기부

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 장착되는 제 1 링부재와;
    상기 제 1 링부재의 하부면에 장착되는 제 2 링부재를 포함하며,
    상기 제 1 링부재의 하부면과 상기 제 2 링부재의 상부면 중 어느 한 측에는 결합부가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 결합부가 삽입되는 삽입부가 형성되며,
    상기 결합부는 상기 삽입부에 삽입되고 상기 연마 헤드의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전되어 상기 삽입부 내에 걸리도록 배치되고,
    상기 결합부는 상기 제 1 링부재의 하부면에 형성되는 돌기와, 상기 돌기의 단부에 외주면으로 돌출되는 걸림 턱을 포함하며,
    상기 삽입부는 상기 돌기의 단부가 삽입되며 상기 제 1 링부재의 회전 시 돌기가 이동되는 삽입 홈과, 일 측에 상기 돌기의 단부가 삽입되는 공간이 형성되게 상기 삽입 홈의 상부면을 커버하는 홈 커버를 포함하며,
    상기 홈 커버는 상기 삽입 홈에 연결되고 상기 돌기가 관통하여 이동되는 이동 가이드 구멍이 뚫려진 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 걸림 턱은 상기 홈 커버의 단부 측에 걸리도록 배치되고 상기 홈 커버에 걸리는 상기 걸림 턱의 모서리에 가이드 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 링부재와 상기 제 2 링부재가 조립 완료된 상태를 확인할 수 있게 하는 표시부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 표시부는 상기 제 2 링부재의 상부면에 형성되는 지시 점을 포함하며,
    상기 지시 점은 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 상기 제 1 링부재를 장착시키기 위해 상기 제 1 링부재에 형성된 장착 구멍을 통해 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 링부재의 하부면과 상기 제 2 링부재의 상부면 중 어느 한 측에는 탄성적으로 지지된 탄성 돌기부가 돌출되고 다른 한 측에는 상기 탄성 돌기부의 단부가 삽입되는 보조 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 탄성 돌기부는 상기 제 1 링부재의 하부면에 형성된 볼 삽입 홈 내부에 이동 가능하게 배치되고 상기 제 1 링부재의 하부면으로 단부가 돌출되는 걸림구와, 상기 볼 삽입 홈 내부에서 상기 걸림구를 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함한 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 걸림구는 볼 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
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