KR101196418B1

KR101196418B1 - 웨이퍼 연마용 리테이너 링 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101196418B1
Application number: KR1020120075275A
Authority: KR
Inventors: 한상효
Original assignee: 한상효
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-11-01
Also published as: KR20120095280A; KR20120095333A; KR101206782B1

Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마용 리테이너 링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 방법에 의해 웨이퍼를 연마하는 공정에 있어서 웨이퍼의 외주면을 유지하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링과 그 리테이너 링을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 리테이너 링의 기능을 그대로 유지하면서도 비교적 낮은 가격에 리테이너 링을 제조할 수 있는 구조의 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리테이너 링의 품질을 유지하면서도 저가에 리테이너 링을 제조할 수 있는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 낮은 가격에 생산할 수 있는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제공하는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 연마용 리테이너 링 및 그 제조 방법{Retainer Ring for Polishing Wafer and Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 웨이퍼 연마용 리테이너 링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 방법에 의해 웨이퍼를 연마하는 공정에 있어서 웨이퍼의 외주면을 유지하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링과 그 리테이너 링을 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정에 있어서 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 연마공정이 필수적으로 포함된다.

이러한 연마 공정에 주로 사용되는 것이 화학기계적 연마 공정이다. CMP 공정은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마함과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 공정이다. CMP 공정에서는 캐리어에 고정된 웨이퍼를 연마 패드에 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 한다. 또한, 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼의 표면이 화학적으로 연마된다.

도 1은 CMP 방법에 의해 웨이퍼를 연마하는 공정을 설명하기 위한 개략도이다. 턴테이블(1) 위에 연마 패드(2)가 설치되고 그 위에 웨이퍼(W)가 놓여진다. 웨이퍼(W)를 수용하는 역할을 하는 캐리어(3)의 하면에 웨이퍼(W)가 흡착되도록 한 다음, 연마 도중 웨이퍼(W)가 구동부(4)에 의해 작동하는 캐리어(3)에서 바깥으로 이탈되지 않도록 리테이너 링(9)으로 지지한다. 캐리어(3)에 수용된 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)에 대해 소정 압력으로 누르면서 연마제인 슬러리(6; Slurry)를 노즐(5)을 통해 웨이퍼(W)와 연마 패드(2) 사이에 공급함으로써, 웨이퍼(W)는 연마 패드(2)의 회전운동에 의해 화학적/기계적으로 동시에 연마된다.

종래의 웨이퍼 연마용 리테이너 링(9)은 프레임 링(7)과 연마 링(8)으로 구성된다. 프레임 링(7)은 금속 재질로 이루어지고, 연마 링(8)은 합성수지 재질로 이루어진다. 프레임 링(7)과 연마 링(8)은 접착제에 의해 서로 결합된다. 도 1을 참조하면 연마 링은 연마 패드(2)에 대해 가압된 상태로 회전되는데, 그 마찰력 및 회전력에 의해 연마 링(8)은 웨이퍼(W)와 함께 마모된다. 즉, 장기간 사용하면 연마 링(8)은 마모되어 점차 높이가 감소하기 때문에, 연마 링(8)은 CMP 공정의 소모품이다. 이와 같이 연마 링의 수명이 다하면, 절삭 공구를 이용하여 프레임 링(7)으로부터 연마 링(8)부분을 깎아내고 새로운 연마 링(8)을 프레임 링(7)에 접착하여 사용한다.

그런데, 프레임 링(7)과 연마 링(8)은 접착제에 의해 서로 결합되기 때문에, 프레임 링(7)으로부터 연마 링(8)을 절삭 공구에 의해 깎아내는 과정에서 합성수지 재질의 연마 링(7)만 절삭되는 것이 아니라, 프레임 링(8)의 일부도 함께 절삭된다. 따라서 동일한 프레임 링에 대해 연마 링을 몇 차례 교체하여 사용하면, 프레임 링의 치수와 형상도 바뀌게 되어 프레임 링을 더 이상 사용할 수 없는 문제점이 있다. 이로 인해 프레임 링이 교체 주기가 짧아지고 CMP 공정의 공정 원가가 상승하게 된다.

또한, CMP 공정에서 접착제의 접착력이 약해져서 프레임 링(7)과 연마 링(8)이 서로 분리되는 경우가 발생할 수 있는데, 이로 인해 웨이퍼가 손상되고 CMP 공정에 큰 손실을 입히는 문제점이 있다.

또한, 연마링은 폴리에테르에트레케톤(PEEK), 폴리에틸렌(POM), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI) 등의 수지를 사용하여 제작하는데, 이와 같은 수지는 내연마성을 가진 고기능성 수지이기 때문에 그 가격이 매우 높다. 이와 같은 연마링의 일부분만 마모된 상태에서 리테이너 링을 교체하기 때문에 불필요하게 고가의 연마링 수지를 소모하는 문제가 있고 이로 인해 전체적인 제조 원가를 상승시키는 문제가 발생한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 리테이너 링의 기능을 그대로 유지하면서도 비교적 낮은 가격에 리테이너 링을 제조할 수 있는 구조의 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리테이너 링의 품질을 유지하면서도 저가에 리테이너 링을 제조할 수 있는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼를 연마 패드의 상면에 밀착시키는 캐리어에 설치되어 웨이퍼를 유지하는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서, (a) 원형 고리(ring) 형태로 형성되고, 상기 캐리어에 장착되는 금속 재질의 프레임 링을 마련하는 단계; (b) 상기 프레임 링에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 복수의 리테이닝 부재를 사출성형하는 단계; (c) 사출금형 내에 상기 프레임 링과 상기 복수의 리테이닝 부재를 서로 마주하도록 배치한 상태에서, 상기 프레임 링과 상기 리테이닝 부재의 사이에 용융 수지를 사출하는 인서트 사출법에 의해 상기 프레임 링과 상기 리테이닝 부재들을 서로 결합하는 중간부재를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (a) 단계를 완료한 후, 내측에는 암나사부가 형성되고 외측에는 수나사부가 형성된 너트부재를 상기 프레임 링에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수의 너트 홀에 각각 나사 결합하는 단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계는, 상기 (d) 단계가 완료된 프레임 링을 상기 사출금형 내에 배치한 상태에서 인서트 사출을 수행하는 점에 특징이 있다.

또한, 본 발명은 웨이퍼를 연마 패드의 상면에 밀착시키는 캐리어에 설치되어 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링에 있어서, 원형 고리(ring) 형태로 형성되고, 상기 캐리어에 장착되는 금속 재질의 프레임 링; 상기 프레임 링에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 형성되어 상기 프레임 링과 마주하도록 배치된 상태에서 원주 방향을 따라 동일 간격으로 배치되는 복수의 리테이닝 부재; 상기 프레임 링과 리테이닝 부재를 사출금형 내에 안치한 상태에서 인서트 사출에 의해 상기 프레임 링과 리테이닝 부재의 사이에 채워져서 상기 프레임 링과 리테이닝 부재를 서로 결합하는 중간부재; 및 내측에는 암나사부가 형성되고 외측에는 수나사부가 형성되어 상기 프레임 링에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수의 너트 홀에 각각 결합되는 복수의 너트부재;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명은 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 낮은 가격에 생산할 수 있는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 CMP 방법에 의해 웨이퍼를 연마하는 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 분리 사시도이다.
도 6은 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 재활용하는 과정을 설명하기 위한 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제1실시예의 도 3에 대응되도록 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 리테이닝 부재의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 A-A선 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 B-B선 단면도이다.
도 12는 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 C-C선 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 웨이퍼 연마용 리테이너 링에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 도 5는 도 2에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 분리 사시도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 프레임 링(10)과 복수의 리테이닝 부재(30)와 중간부재(20)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 도 1 과 도 5를 참조하여, 원형 고리(ring) 형태로 형성되고, 금속 재질로 된 프레임 링(10)을 마련하는 단계를 수행한다((a) 단계). 프레임 링(10)의 상면에는 다수의 볼트 결합홀(11)이 형성된다. 프레임 링(10)은 CMP 장치의 캐리어와 프레임 링(10)은 볼트에 의해 결합되고, 볼트는 프레임 링(10)의 볼트 결합홀(11)에 조여진다. 프레임 링(10)의 하면에는 결합홈(12)이 원주방향을 따라 형성된다. 도 3을 참조하면, 프레임 링(10)의 결합홈(12)은 그 단면이 사다리꼴 형상으로 형성된다. 즉, 상측으로 갈수록 그 결합홈(12)의 폭이 넓어지도록 형성된다.

다음으로, 프레임 링(10)에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 복수의 리테이닝 부재(30)를 사출성형하는 단계를 수행한다((b) 단계).

본 실시예에서는 원주 방향으로 6등분된 형태의 리테이닝 부재(30)를 사용한다. 리테이닝 부재(30)의 하면에는 웨이퍼 연마 중에 발생하는 슬러리가 외부로 배출될 수 있도록 슬러리 홈(31)이 형성된다.

리테이닝 부재(30)의 상면에는 결합 돌기(32)가 형성된다. 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 결합 돌기(32)는 그 일부분이 프레임 링(10)의 결합홈(12)에 수용될 수 있도록 형성된다. 결합 돌기(32)는 리테이닝 부재(30)의 결합홈(12)에 대응될 수 있도록 단면이 사다리 꼴로 형성된다. 즉, 결합 돌기(32)는 프레임 링(10)에 근접할수록 그 폭이 넓어지도록 형성된다. 6개의 리테이닝 부재(30)가 프레임 링(10)에 마주하도록 배치되었을 때, 리테이닝 부재들끼리 서로 접하도록 리테이닝 부재가 형성될 수도 있고 도 2에 도시한 것과 같이 리테이닝 부재(30)들끼리 서로 이격되도록 리테이닝 부재(30)가 형성될 수도 있다.

본 실시예에서 리테이닝 부재들(30) 사이의 간격은 슬러리 홈(31)과 같은 기능을 수행하게 된다.

상술한 바와 같은 리테이닝 부재(30)는 폴리에테르에트레케톤(PEEK), 폴리에틸렌(POM), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI) 등의 수지를 사용한다. 상술한바와 같은 합성수지는 매우 우수한 내마모성을 가져야 하므로 매우 고품질의 수지를 사용한다. 따라서 다른 일반적인 합성수지재질에 비해서 그 가격이 매우 높은편이다. 그런데 이와 같은 고가의 재료를 이용하여 도 1을 참조하여 설명한 것과 같이 원형 링 형상으로 연마 링(8)을 사출 성형하면 그 제조 원가가 높을 수밖에 없다. 큰 원형의 연마 링(8)을 사출 성형하기 위해서 큰 사출금형을 마련해야 하므로 제조 원가가 높아진다. 또한, 이와 같은 큰 크기의 연마 링(8)을 사출성형하기 위해서는 금형 전체에 다수의 런너와 스프루를 마련하여 용융 수지가 원활하게 흐르도록 금형을 형성하여야 한다. 이 경우 런너와 스프루 부분의 수지 부분은 모두 버리게 된다. 그런데 금형의 크기가 크기 때문에 런너와 스프루 부분의 버리는 수지의 양도 매우 많고 그로 인해 전체적인 제조 원가가 높을 수 밖에 없다.

이와 같은 연마 링(8)을 본 실시예와 같이 6등분하여 분할된 리테이닝 부재(30)로 제조하는 경우 각각의 리테이닝 부재(30)의 크기가 작기 때문에 사출금형의 크기가 작을 수밖에 없다. 또한, 사출성형하는 과정에서 런너와 스프루 부분의 버려지는 수지의 양도 대폭 감소하게 된다. 상술한 바와 같이 리테이닝 부재(30)의 원재료 수지는 매우 고가이기 때문에 본 실시예와 같이 수지의 사용량을 줄임으로써 재조 원가를 대폭 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 도 1을 참조하여 설명한 연마 링(8)의 경우 사출 성형 공정에서 불량이 발생하면 비교적 크기가 큰 연마링(8)과 그 재료가 모두 공정 손실에 해당하게 되는데, 본 실시예의 리테이닝 부재(30)는 연마링(8)에 비해 크기가 작기 때문에 사출 성형 공정에서 불량이 발생하더라도 재료의 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 복수의 리테이닝 부재(30)를 하나의 금형에 의해 성형하는 경우에 불량이 발생하더라도 일부 불량이 발생하지 않은 리테이닝 부재(30)는 선별하여 사용할 수 있으므로 제조 원가의 손실을 절감하는 것이 가능하다. 이와 같이 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30)가 마련되면, 사출금형 내에 프레임 링(10)과 6개의 리테이닝 부재(30)를 서로 마주하도록 배치한 상태에서, 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30)의 사이에 용융 수지를 사출하는 인서트 사출법에 의해 중간부재(20)를 형성하는 단계를 수행한다((c) 단계). 용융된 수지가 냉각되면서 프레임 링(10)과 리테이닝 부재들(30)을 서로 결합하게 된다.

중간부재(20)의 재질로는 리테이닝 부재(30)의 재질보다 비교적 가격이 저렴한 PBT, PC, PPS, ABS 등의 수지를 사용하는 것이 좋다.

용융된 중간부재(20)가 냉각되는 과정에서 수축되면서 잔류 응력이 발생하는 것을 방지하기 위해, 미리 프레임 링(10)을 가열하여 용융된 중간부재(20)와 유사한 온도가 되도록 한 후에 (c) 단계를 수행하는 것이 좋다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 결합 돌기(32)의 상면에는 스페이서 돌기(33)가 형성되어 있다. (c) 단계에서 사출금형 내에 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30)를 안치할 때 스페이서 돌기(33)가 프레임 링(10)의 하면에 접촉함으로써, 사출금형 내에서 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 매우 용이하게 하는 장점이 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 결합 돌기(32)에는 프레임 링(10)의 반경 방향으로 연장되는 충진홈(34)이 형성된다. 이와 같은 충진홈(34)으로 인해, (c) 단계에서 용융 수지가 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30) 사이에서 원활하게 흐름으로써 중간부재(20)가 효과적으로 형성되도록 하고 중간부재(20) 내부에 잔류 응력이 감소하도록 하는 장점이 있다.

한편, 앞서 (a) 단계와 (b) 단계에서 각각 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30)를 마련할 때, 결합홈(12)과 결합 돌기(32) 사이의 구조는 다음과 같이 구성하는 것이 좋다. 즉, (c) 단계에서 중간부재(20)를 형성할 때, 도 3에 도시한 것과 같이, 결합홈(12)의 하면과 마주하는 결합 돌기(32)의 상면 사이의 간격(d1), 결합홈(12)의 내측면과 결합 돌기(32)의 외측면 사이의 간격(d2) 및 프레임 링(10)의 하면과 리테이닝 부재(30)의 상면 사이의 간격(d3)은 서로 동일하도록 결합홈(12)과 결합 돌기(32)의 치수를 결정하는 것이 좋다. 즉, 결합홈(12)과 결합 돌기(32) 사이의 중간부재(20)의 두께(d1, d2, d3)를 일정하게 유지함으로써, 중간부재(20)의 품질을 향상시킬 수 있다. 용융된 수지가 냉각되어 중간부재(20)가 형성되는 과정에서 결합홈(12)과 결합 돌기(32) 사이의 두께가 일정하기 때문에 수축이 균일하게 발생하여 내부 응력으로 인한 중간부재(20)의 변형을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 완성된 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 캐리어에 설치하여 CMP 공정에 사용하게 된다. 소정 기간 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 사용하면 리테이닝 부재(30)의 하측이 마모되면서 수명을 다하게 된다. 이와 같이 사용 수명이 다 된 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 다음과 같은 과정을 통해 재생하여 사용할 수 있다.

프레임 링(10)을 고정한 상태에서 공작 기계를 이용하여 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)의 일부분을 공작기계로 절삭한 후, 프레임 링(10)에 부착되어 있는 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)의 남은 부분을 제거하는 단계를 수행한다((e) 단계).

금속 재질로 된 프레임 링(10)과 달리 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)는 합성수지 재질로 되어 있기 때문에 비교적 쉽게 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)를 절삭해서 제거할 수 있다. 이때 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)를 모두 공작기계로 절삭할 필요는 없고 도 6에 도시된 것과 같이 약 0.3mm 이내의 두께만 남도록 절삭하면, 나머지 부분은 손으로 쉽게 제거할 수 있다. 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)는 접착제에 의해 프레임 링(10)에 결합된 것이 아니라 결합홈(12)과 결합 돌기(32)와 같은 결합구조에 의해 서로 결합된 상태이므로 결합 돌기(32) 주변을 절삭하면 쉽게 서로 분리할 수 있다. 또한, 이와 같은 방법에 의할 경우 프레임 링(10)이 전혀 손상을 받지 않으면서 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)를 제거할 수 있으므로 프레임 링(10)을 재활용하기 쉬운 장점이 있다.

이때, 앞서 설명한 (c) 단계에서 중간부재(20)가 프레임 링(10)의 상면과 측면까지 감싸도록 하지 않고, 프레임 링(10)의 하면만 중간부재(20)와 접촉하도록 중간부재(20)를 (c) 단계에서 형성하면, (e) 단계에서 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)를 제거하는 공정을 더욱 쉽게 수행할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 중간부재(20)와 리테이닝 부재(30)가 제거된 프레임 링(10)에 대해 다시 (b), (c) 단계를 수행함으로써 프레임 링(10)을 재활용할 수 있다.

이와 같이 그 구조상 프레임 링(10)의 손상 없이 프레임 링(10)을 재활용하여 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 쉽게 제작할 수 있으므로 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제조하는 전체적인 제조 원가를 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.

웨이퍼 연마용 리테이너 링은 그 규격상 미리 정해진 높이로 제조되어야 한다. 그런데 실제 사용수명에 따라 사용이 완료되었을 때 리테이닝 부재(30)의 마모되는 높이는 전체 리테이닝 부재(30)의 일부분이다. 따라서 본 실시예와 같이 리테이닝 부재(30)의 재질보다 저렴한 재질로 중간부재(20)를 형성함으로써 제조 원가를 대폭 낮출 수 있다. 리테이닝 부재(30)의 재질보다 낮은 가격으로 수지로 프레임 링(10)과 리테이닝 부재(30) 사이의 공간을 채워 중간부재(20)를 형성함으로써, 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 전체적인 높이는 종래와 동일하게 유지하면서도 제조 원가는 낮출 수 있게 된다.

이하, 도 7과 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링과 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법의 제2실시예를 설명한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제2실시예의 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 제1실시예의 웨이퍼 연마용 리테이너 링과 달리 리테이닝 부재(60)의 결합 돌기(62)가 원주 방향을 따라 2열로 형성된 점에 차이가 있다. 도 8에 도시된 것과 같이 결합 돌기(62)가 2열로 형성된 리테이닝 부재(60) 6개를 사출금형 내에 배치하고 프레임 링(40)과 함께 인서트 사출함으로써 중간부재(50)를 형성하게 된다. 이와 같이 구성함으로써 중간부재(50)와 프레임 링(40) 사이의 접촉 면적을 늘리고 결합력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

프레임 링(40)과 그 프레임 링(40)의 볼트 결합홀(41)은 제1실시예의 프레임 링(10) 및 볼트 결합홀(11)과 동일하다.

또한, 중간부재(50) 및 리테이닝 부재(60)의 슬러리 홈(61)도 제1실시예의 대응되는 구성과 유사하거나 동일하다.

다음으로 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링과 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법의 제3실시예를 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 A-A선 단면도이다. 도 11은 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 B-B선 단면도이고, 도 12는 도 9에 도시된 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 C-C선 단면도이다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 프레임 링(110)과 복수의 리테이닝 부재(130)와 중간부재(120)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 원형 고리(ring) 형태로 형성된 프레임 링(110)을 마련하는 단계를 수행한다((a) 단계). 프레임 링(110)은 금속 재질로 가공되거나 다이캐스팅으로 형성된다. 프레임 링(110)에는 복수의 너트 홀(111)이 형성된다. 너트 홀(111)은 프레임 링(110)을 상하로 관통하도록 형성되고 그 내주면에는 암나사가 형성된다. 너트 홀(111)은 프레임 링(110)에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된다.

이와 같이 형성된 프레임 링(110)에 도 10에 도시한 것과 같이 너트부재(140)를 결합하는 단계를 수행한다((d) 단계). 너트부재(140)의 내측에는 암나사부(142)가 형성되고 외측에는 수나사부(141)가 형성된다. 너트부재(140)의 수나사부(141)는 프레임 링(110)의 너트 홈에 형성된 암나사와 나사 결합하도록 형성된다. 본 실시예에서는 18개의 너트 홀(111)이 프레임 링(110)에 형성된다.

너트부재(140)의 내측에 형성된 암나사부(142)는 별도의 볼트와 나사결합됨으로써 CMP 장치의 캐리어와 본 실시예의 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 서로 결합하게 된다.

다음으로, 프레임 링(110)에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 복수의 리테이닝 부재(130)를 사출성형하는 단계를 수행한다((b) 단계). 리테이닝 부재(130)의 상면에는 결합 돌기(132)가 형성된다.

이와 같이 프레임 링(110)과 리테이닝 부재(130)가 마련되면, 사출금형 내에 프레임 링(110)과 6개의 리테이닝 부재(130)를 서로 마주하도록 배치한 상태에서, 프레임 링(110)과 리테이닝 부재(130)의 사이에 용융 수지를 사출하는 인서트 사출법에 의해 중간부재(120)를 형성하는 단계를 수행한다((c) 단계). 용융된 수지가 냉각되면서 프레임 링(110)과 리테이닝 부재(130)들(30)을 서로 결합하게 된다.

이때, 도 12에 도시한 것과 같은 중공부재(150)를 프레임 링(110)에 일정 간격으로 배치하여 사출금형 내에 안치하고 인서트 사출을 수행한다. 웨이퍼 연마 중에 발생하는 슬러리가 외부로 배출될 수 있도록 중공부재(150)는 파이프 형태로 구성되어 그 길이 방향으로 연장되는 관통공(151)이 형성되어 있다. 이와 같은 중공부재(150)가 자리 잡을 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성되어 있는 프레임 링(110)과 함께 중공부재(150) 및 리테이닝 부재(130)를 사출금형 내에 안치하고 인서트 사출을 수행하게 된다. 중공부재(150)가 프레임 링(110)에 형성된 홈에 배치될 때에 중공부재(150)가 프레임 링(110)에 쉽게 자리잡을 수 있도록 중공부재(150)의 양측에는 돌기(152)가 형성되어 있다. 이와 같은 중공부재(150)의 돌기(152)에 의해 중공부재(150)가 프레임 링(110)에 끼워 맞춰 결합됨으로써 인서트 사출 수행과정에서 중공부재(150)가 사출금형 내에서 움직이지 않고 프레임 링(110)에 고정된 상태를 유지하여 정확한 형상으로 중간부재(120)가 형성되도록 하는 장점이 있다. 사출성형 결과 프레임 링(110)과 중간부재(120)의 사이에 복수의 중공부재(150)가 각각 배치된다.

한편, 너트부재(140)가 프레임 링(110)에 결합된 상태에서 사출금형 내에 안치될 때, 너트부재(140)의 일단은 사출금형의 내벽과 밀착하고 타단은 리테이닝 부재(130)에 밀착하도록 형성되는 것이 좋다. 이와 같은 너트부재(140)의 형상에 의해, 사출금형 내부에서 프레임 링(110)과 리테이닝 부재(130) 등이 흔들리거나 움직이지 않고 사출금형 내부의 정해진 위치에 고정될 수 있다. 예컨대, 제1금형(상부금형)과 제2금형(하부금형)으로 구성된 사출금형의 사이에 프레임 링(110)과 리테이닝 부재(130)를 배치한 후, 제1금형을 제2금형에 대해 밀착시키면 너트 부재가 리테이닝 부재(130)를 가압하면서 금형 내부에 리테이닝 부재(130)를 고정시키게 된다. 이와 같은 너트부재(140)의 구조로 인해 고압으로 사출금형에 용융 합성수지를 충전하더라도 리테이닝 부재(130)는 정확한 위치에 흔들림 없이 배치되므로 정밀하고 정확한 치수의 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 너트부재(140)의 상면의 높이는 중간부재(120)의 상면의 높이보다 낮게 형성되도록 하는 것이 좋다. 인서트 사출 방법에 의해 본 실시예의 웨이퍼 연마용 리테이너 링의 제작이 완료되면 사용하기에 앞서서 절삭기계를 이용하여 중간부재(120)의 외면을 매우 얇은 두께로 절삭하여 표면처리를 하는 단계를 수행하게 된다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 너트부재(140)의 상면의 높이를 중간부재(120)의 상면의 높이보다 낮게 형성함으로써, 절삭공구가 중간부재(120)의 상면을 절삭할 때 너트부재(140)에 걸리지 않게 하는 장점이 있다. 절삭공구가 중간부재(120)의 상면을 절삭하는 과정에서 너트부재(140)에 걸리게 되면 중간부재(120)의 표면이 매끄럽게 가공되지 않는 문제가 발생할 수 있는데, 너트부재(140)가 중간부재(120) 상면보다 아래쪽에 배치되도록 함으로써 상술한 바와 같은 문제점의 발생을 방지하는 효과가 있다.

이와 같이 완성된 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 캐리어에 설치하여 CMP 공정에 사용하게 된다. 소정 기간 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 사용하면 리테이닝 부재(130)의 하측이 마모되면서 수명을 다하게 된다. 이와 같이 사용 수명이 다 된 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 다음과 같은 과정을 통해 재생하여 사용할 수 있다.

프레임 링(110)을 고정한 상태에서 공작 기계를 이용하여 중간부재(120)와 리테이닝 부재(130)의 일부분을 공작기계로 절삭한 후, 프레임 링(110)에 부착되어 있는 중간부재(120)와 리테이닝 부재(130)의 남은 부분을 제거하는 단계를 수행한다((e) 단계).

금속 재질로 된 프레임 링(110)과 달리 중간부재(120)와 리테이닝 부재(130)는 합성수지 재질로 되어 있기 때문에 비교적 쉽게 중간부재(120)와 리테이닝 부재(130)를 절삭해서 제거할 수 있다. 중공부재(150)를 합성수지 재질로 구성하는 경우, 중공부재(150)도 공작기계의 절삭에 의해 쉽게 제거될 수 있다.

이와 같이 중간부재(120)와 리테이닝 부재(130)가 제거된 프레임 링(110)에 대해 다시 (b), (c) 단계를 수행함으로써 프레임 링(110)을 재활용할 수 있다.

이와 같이 그 구조상 프레임 링(110)의 손상 없이 프레임 링(110)을 재활용하여 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 쉽게 제작할 수 있으므로 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 제조하는 전체적인 제조 원가를 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.

이상 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞에서 리테이닝 부재(30)는 6 조각으로 구성되는 것으로 설명하였으나 필요에 따라서 다양한 크기로 원주를 등 분할하도록 구성할 수 있다. 그에 따라 제1실시예에서 사용하는 너트부재(14)의 개수도 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 앞서 제1실시예에서 리테이닝 부재(30)의 결합 돌기(32)의 형상도 앞서 설명하고 도시한 형태 외에 다양하게 구성하는 것이 가능하다. 결합 돌기(32)에 형성된 충진홈(34)은 필요에 따라 구성하지 않을 수도 있다. 경우에 따라서는 스페이서 돌기(33)를 구비하지 않은 결합 돌기를 구성하는 것도 가능하다.

또한, 앞에서 제3실시예의 웨이퍼 연마용 리테이너 링은 중공부재를 구비하는 것으로 설명하였으나, 중공부재를 구비하지 않는 웨이퍼 연마용 리테이너 링을 구성하는 것도 가능하다.

또한, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예의 세부 특징은 필요에 따라 적절히 변형되어 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10, 40, 110: 프레임 링 11, 41: 볼트 결합홀
12, 42: 결합홈 20, 50, 120: 중간부재
30, 60, 130: 리테이닝 부재 31, 61: 슬러리 홈
32, 62, 132: 결합 돌기 33: 스페이서 돌기
34: 충진홈

Claims

웨이퍼를 연마 패드의 상면에 밀착시키는 캐리어에 설치되어 웨이퍼를 유지하는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서,
(a) 원형 고리(ring) 형태로 형성되고, 상기 캐리어에 장착되는 금속 재질의 프레임 링을 마련하는 단계;
(b) 상기 프레임 링에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 복수의 리테이닝 부재를 사출성형하는 단계;
(c) 사출금형 내에 상기 프레임 링과 상기 복수의 리테이닝 부재를 서로 마주하도록 배치한 상태에서, 상기 프레임 링과 상기 리테이닝 부재의 사이에 용융 수지를 사출하는 인서트 사출법에 의해 상기 프레임 링과 상기 리테이닝 부재들을 서로 결합하는 중간부재를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 (a) 단계를 완료한 후, 내측에는 암나사부가 형성되고 외측에는 수나사부가 형성된 너트부재를 상기 프레임 링에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수의 너트 홀에 각각 나사 결합하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계는, 상기 (d) 단계가 완료된 프레임 링을 상기 사출금형 내에 배치한 상태에서 인서트 사출을 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 너트부재는, 상기 (c) 단계를 수행할 때에 그 양단이 상기 사출금형 내벽과 리테이닝 부재에 각각 밀착하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 웨이퍼 연마 중에 발생하는 슬러리가 외부로 배출될 수 있도록 관통공이 형성된 중공부재를 상기 프레임 링에 일정 간격으로 배치하여 인서트 사출을 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법.
제3항에 있어서,
(e) 상기 (c) 단계에 의해 완성된 리테이너 링을 사용한 후, 상기 중간부재와 리테이닝 부재의 일부분을 공작기계로 절삭한 후, 상기 프레임 링에 부착되어 있는 상기 중간부재와 리테이닝 부재의 남은 부분을 제거하는 단계;를 수행한 후,
상기 (b), (c) 단계를 다시 수행하여 상기 프레임 링을 재활용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링 제조 방법.
웨이퍼를 연마 패드의 상면에 밀착시키는 캐리어에 설치되어 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링에 있어서,
원형 고리(ring) 형태로 형성되고, 상기 캐리어에 장착되는 금속 재질의 프레임 링;
상기 프레임 링에 대응되는 원의 원주를 등분할하는 원호 형상이 되도록 형성되어 상기 프레임 링과 마주하도록 배치된 상태에서 원주 방향을 따라 동일 간격으로 배치되는 복수의 리테이닝 부재;
상기 프레임 링과 리테이닝 부재를 사출금형 내에 안치한 상태에서 인서트 사출에 의해 상기 프레임 링과 리테이닝 부재의 사이에 채워져서 상기 프레임 링과 리테이닝 부재를 서로 결합하는 중간부재; 및
내측에는 암나사부가 형성되고 외측에는 수나사부가 형성되어 상기 프레임 링에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 복수의 너트 홀에 각각 결합되는 복수의 너트부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링.
제5항에 있어서,
상기 너트부재는, 상기 중간부재를 인서트 사출에 의해 형성할 때에 그 양단이 상기 사출금형 내벽과 리테이닝 부재에 각각 밀착하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링.
제5항에 있어서,
상기 너트부재의 상면의 높이는 상기 중간부재의 상면의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
웨이퍼 연마 중에 발생하는 슬러리가 외부로 배출될 수 있도록 관통공이 형성된 파이프 형태이며, 상기 프레임 링의 원주 방향을 따라 상기 프레임 링과 중간부재의 사이에 배치되는 복수의 중공부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 리테이너 링.