KR101235598B1

KR101235598B1 - 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101235598B1
Application number: KR1020110041618A
Authority: KR
Inventors: 김부순; 최흥선
Original assignee: 시너스(주)
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2013-02-21
Also published as: KR20120123956A

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링의 제조방법에 관한 것으로, 이러한 제조 방법은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 하부에 형성된 금속재인 내부 링을 마련하는 단계와, 상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공을 충전시키는 단계와, 상기 장공이 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 외부 링을 형성시키는 단계, 및 상기 볼트 구멍의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 탭 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 상기와 같은 방법에 따라, 수지재인 외부 링에 의해 감싸지는 금속재인 내부 링의 외부 노출을 방지함으로써 금속재 링의 오염과 부식을 예방할 수 있어 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 간단한 공정으로 인해 저가로 제조할 수 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 및 그 제조방법{retainer ring and manufacturing mathod for chemical-mechanical polishing machine}

본 발명은 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, 이하 CMP 라함) 장치용 리테이너 링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CMP 공정 중 실리콘 웨이퍼(wafer)의 위치를 고정시켜 주는 리테이너 링의 금속재인 내부 링의 외부 노출을 방지함으로써 금속재 링의 오염과 부식을 예방할 수 있어 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 간단한 공정으로 제조함으로써 제조단가를 감소시킬 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

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

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

따라서 광역 평탄화를 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.

따라서 금속과 플래스틱과 같은 수지재로 제조한 링을 사용하나 금속재의 링에 형성된 볼트 구멍 등이 외부로 노출됨으로써 연마재 등에 의한 오염이 발생할 뿐 아니라 부식이 용이하여 내구성이 감소하는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 따라 특허등록 제1003525호로 공지된 "화학적 기계 연마장치의 리테이너 링 제조방법"을 개시하였으며 이 등록 특허는 삽입 링 부재의 일 면으로 돌출된 리테이너 링 제조용 핀을 우선적으로 결합시킨 후 외부 링을 형성시키고 최종적으로 외부 링 외측으로 돌출된 핀을 제거함으로써 리테이너 링을 제조하게 된다.

그러나 상기한 등록 특허는 특정 형상의 제조용 핀을 제조할 뿐만 아니라 이에 따른 금형 제작에 드는 비용이 상승하여 제조단가가 증대할 뿐만 아니라 링에 결합된 제조용 핀의 돌출부를 제거하는 등의 번거로운 공정이 발생하여 작업성이 감소하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 리테이너 링의 금속재인 내부 링의 외부 노출을 방지함으로써 금속재 링의 오염과 부식을 예방할 수 있어 내구성을 향상시키고 간단한 공정으로 제조함으로써 제조단가를 감소시킬 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 상부 또는 하부에 형성된 금속재인 내부 링과, 상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공에 충전시켜 형성되는 볼트 연결체, 및 상기 볼트 연결체가 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 형성된 외부 링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 볼트 구멍의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링의 제조방법은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 하부에 형성된 금속재인 내부 링을 마련하는 단계와, 상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공을 충전시키는 단계와, 상기 장공이 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 외부 링을 형성시키는 단계, 및 상기 볼트 구멍의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 탭 공정 단계를 포함한다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 그 방법에 따라, 수지재인 외부 링에 의해 감싸지는 금속재인 내부 링의 외부 노출을 방지함으로써 금속재 링의 오염과 부식을 예방할 수 있어 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 간단한 공정으로 인해 저가로 제조할 수 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2a 와 도 2b 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내부 링의 개략적인 평면 사시도와 배면 사시도.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 금형에 내부 링이 장착된 상태를 나타낸 도면.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내부 링의 볼트 연결체의 개략적인 사시도.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다른 금형에 볼트 연결체가 충전된 내부 링이 장착된 상태를 나타낸 도면.
도 6 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 제조된 리테이너 링의 사시도.
도 7 은 도 6 의 리테이너 링의 개략적인 단면도.
도 8 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링을 제조하기 위한 흐름도.

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.

도면에 도시한 바와 같이, 도면 부호 10 으로 도시한 본 발명에 따른 리테이너 링은 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(110)과 이 연마 플래튼(110)의 상면에 설치되는 연마 패드(106)를 포함한다.

상기 연마 헤드(112)에는 웨이퍼(100)를 고정하는 리테이너 링(10)과, 이 링(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 접촉하여 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(10)은 도 2 내지 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드(112)에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍(12)이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍(12)을 서로 연결하도록 여섯 개의 길다란 장공(16)이 하부에 형성된 금속재인 내부 링(14)과, 이 내부 링(14)을 금형(20)에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링(14)의 상기 볼트 구멍(12)을 제외한 상기 길다란 장공(16)에 충전시켜 형성되는 볼트 연결체(24)를 구비한다.

이때 상기 볼트 연결체(24)는 하부에 형성시키지않고 상기 내부 링(14)의 상부에 형성시킬 수 있으며, 도 4 에 도시되었듯이 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 볼트 연결체(24)를 여섯 개 사용하였으나 이에 국한되지 않고 하나 이상을 형성시킬 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

게다가 상기 리테이너 링(10)은 상기 볼트 연결체(24)가 충전된 상기 내부 링(14)을 다른 금형(22)에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링(14)의 상기 볼트 구멍(12)을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 형성된 외부 링(18)을 포함한다.

이때 상기 볼트 구멍(12)의 내측 부위에는 암나사 산을 형성시켜 상기 헤드(112)와의 나사결합을 용이하게 해주는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 리테이너 링(10)의 제조방법을 도 8 을 참조하여 보면 다음과 같다.

우선적으로 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드(112)에 결합하기 위한 다수의 구멍(12)을 금속재인 내부 링(14) 상면에 형성시키고, 하부에는 상기 다수의 볼트 구멍(12)을 서로 연결하도록 여섯 개의 길다란 장공(16)을 형성시킨다(S10).

그 후 이 내부 링(14)을 금형(20)에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 볼트 연결체(24)를 형성시키는데 상기 헤드(112)에 결합하는 볼트가 결합 될 수 있는 공간을 제외한 나머지 부위인 상기 길다란 장공(16)을 충전시켜 상기 볼트 연결체(24)를 형성시킨다(S12,S14).

그리고 상기 볼트 연결체(24)가 충전된 상기 내부 링(14)을 별도의 다른 금형(22)에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링(14)의 상기 볼트 구멍(12)을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 외부 링(18)을 형성시킨다(S16,S18).

마지막으로 상기 볼트 구멍(12)의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 탭 공정을 실시함으로써 용이하게 리테이너 링(10)을 형성시킬 수 있게 된다(S20,S16).

본 발명은 기재된 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 제조 방법에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10 : 리테이너 링, 12 : 볼트 구멍,
14 : 내부 링, 16 : 장공
18 : 외부 링, 20,22 : 금형,
24 : 볼트 연결체

Claims

화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 하부에 형성된 금속재인 내부 링;
상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공에 충전시켜 형성되는 볼트 연결체; 및
상기 볼트 연결체가 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 형성된 외부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링.
제 1 항에 있어서, 상기 볼트 구멍의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링.
화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 상부에 형성된 금속재인 내부 링;
상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공에 충전시켜 형성되는 볼트 연결체; 및
상기 볼트 연결체가 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 형성된 외부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링.
화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링의 제조방법에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 볼트 구멍이 상면에 형성되고, 상기 다수의 볼트 구멍을 서로 연결하도록 하나 이상의 길다란 장공이 하부에 형성된 금속재인 내부 링을 마련하는 단계;
상기 내부 링을 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트 구멍을 제외한 상기 길다란 장공을 충전시키는 단계;
상기 장공이 충전된 상기 내부 링을 별도의 다른 금형에 장착시키고 수지재를 사출시켜 상기 내부 링의 상기 볼트구멍을 제외한 외 주변을 상기 수지재로 감싸서 외부 링을 형성시키는 단계; 및
상기 볼트 구멍의 내측 부위에 암나사 산을 형성시키는 탭 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링의 제조방법.