KR101285308B1 - 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법에 관한 것으로서, 내측링부재 성형금형에 합성수지의 사출액을 주입하여, 사출공정으로 내측링부재를 형성하는 단계와, 상기 내측링부재를 외피부재 성형금형에 결합하여, 상기 내측링부재의 둘레에 공간이 형성되도록 배치하는 단계와, 상기 외피부재 성형금형으로 합성수지의 사출액을 주입하여, 상기 내측링부재를 감싸는 외피부재를 성형하는 단계를 포함함으로써, 내측링부재의 외면에 외피부재의 사출성형할 때에 외피부재에 수축이나 균열이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있어, 제품의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법{Manufacturing method for retainer ring of chemical mechanical polishing apparatus}

본 발명은, 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 내측링부재와 외피부재를 동일한 재질로 사출공정으로 성형하여 외피부재의 성형시 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있는 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체웨이퍼의 고밀도 및 고기능화, 그리고 배선구조의 다층화에 따라서 반도체웨이퍼의 표면 단차가 점차 증가되고 있다. 이와 같이, 표면 단차가 발생된 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 수행하는 화학적 기계연마장치(Chemical Mechanical Polishing: CMP)가 마련되어 있다. 이러한 화학적 기계연마장치(이하 'CMP장치'라고도 함)의 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 CMP장치는 캐리어(1a)가 구비된 연마헤드(1)와, 외부로부터 공급되는 진공압에 의하여 반도체웨이퍼(10)를 흡착하기 위하여 캐리어(1a)의 내측에 설치되는 멤브레인(2)과, 캐리어(1a)의 하단에 설치되며 반도체웨이퍼(10)가 연마 도중 외측으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링(3)을 포함한다.

이러한 CMP장치는, 연마패드(4)의 상면에 반도체웨이퍼(10)의 하면이 밀착되도록 놓이고, 이 연마패드(4) 상면에 연마제가 공급된다.

상기 CMP장치에 설치되는 종래의 리테이너 링(3)은, 재질이 스테인레스강(SUS)과 같은 금속재로 형성되는 내측링부재(3a)와, 이 내측링부재(3a)의 하부에 감싸듯이 결합되고, 연마제가 유통되는 연마제 유통홈이 형성된 하면이 연마패드(4)에 접촉되는 외피부재(3b)를 포함한다.

이러한 리테이너 링(3)은, 금속제인 내측링부재(3a)가 외부로 노출됨으로써 연마작업 중 금속재인 내측링부재(3a)에 양전하 또는 음전하가 발생하여, 화학연마제인 슬러리가 들러붙게 되고, 이 들러붙은 슬러리가 굳어서 작업 중 이탈되면서 반도체웨이퍼(10)의 불량을 유발시키는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 한국특허등록 제10-1085856호에는, 금속제인 내측링부재(3a)가 외부로 노출되지 않도록 내측링부재(3a)의 외면 전체를 합성수지로 된 외피부재로 감싸서 구성하는 리테이너 링(3)의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 개시된 등록특허의 리테이너 링(3)은, 제조시에 금속제인 내측링부재(3a)가 수축되지 않고 변형되지 않는 대신에, 내측링부재(3a)의 외면을 감싸는 외피부재가 몰딩후 냉각시 수축에 의하여 균열이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 외피부재의 몰딩시 내부에 내부응력이 잔류하게 되어, 사용시에 잔류된 응력으로 인하여 내구성이 크게 저하되어 파손되거나 반도체웨이퍼를 오염시키게 되므로, 자주 교체해야 하는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리테이너 링을 구성하는 내측링부재와 외피부재를 동일한 재질로 구성하되, 외피부재의 성형후 냉각시 외피부재에 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내측링부재 성형금형에 합성수지의 사출액을 주입하여, 사출공정으로 내측링부재를 형성하는 단계와, 상기 내측링부재를 외피부재 성형금형에 결합하여, 상기 내측링부재의 둘레에 공간이 형성되도록 배치하는 단계와, 상기 외피부재 성형금형에 합성수지의 사출액을 주입하여, 상기 내측링부재를 감싸는 외피부재를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내측링부재와 상기 외피부재는, 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내측링부재의 성형시 관통홀, 홈, 또는 돌기의 형태로 된 결합력증대부가 상기 내측링부재에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 리테이너 링 제조시 내측링부재와 외피부재를 같은 재질로 사출성형하여, 외피부재의 균열을 방지할 수 있어서, 제품의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 내측링부재에 결합력증대부가 구비됨으로써, 외피부재의 성형시에 외피부재와 내측링부재가 더욱 견고하게 일체화시킬 수 있는 것이다.

도 1은, 종래의 리테이너 링이 장착된 연마헤드를 포함하는 화학적 기계연마장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조공정을 보인 전체 플로챠트.
도 3은, 도 2의 리테이너 링의 제조공정에서 내측링부재 성형단계(S10)의 설명도.
도 4a 내지 도 4c는, 내측링부재의 외면에 구비되는 결합력증대부의 예시도.
도 5는, 도 2의 리테이너 링의 제조공정에서 외피부재 성형단계(S30)의 설명도.
도 6a 내지 도 6c는, 외피부재의 하면에 구비되는 연마제 유통홈의 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은, 설명의 편의상 또는 명료성을 위하여, 다소 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 명세서에서 사용되는 용어들은, 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 주관적 해석이 달라질 수 있으므로, 그 정의는, 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조공정을 보인 전체 플로챠트이다.

도 3은, 도 2의 리테이너 링의 제조공정에서 내측링부재 성형단계를 보인 설명도이고, 도 4a 내지 도 4c는, 내측링부재의 외면에 구비되는 결합력증대부의 예시도이다.

도 5는, 도 2의 리테이너 링의 제조공정에서 외피부재 성형단계를 보인 설명도이고, 도 6a 내지 도 6c는, 외피부재의 하면에 구비되는 연마제 유통홈의 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 화학적 기계연마장치의 리테이너 링의 제조방법은, 내측링부재 성형단계(S10), 내측링부재 금형배치단계(S20), 외피부재 성형단계(S30)을 포함한다.

먼저, 도 3에 예시한 바와 같이, 내측링부재 성형금형(20)에 합성수지로 사출성형하여, 내측링부재(110)를 형성하는 단계(S10)를 갖는다.

이 내측링부재 성형금형(20)은, 고정금형(21)과 가동금형(22)으로 구성될 수 있고, 이 고정금형(21)과 가동금형(22)의 사이에, 내측링부재(110)를 성형하기 위한 캐비티(23)가 구비된다.

여기서, 내측링부재(110)는, 합성수지로 형성되는데, 이 합성수지는, 폴리아마이드인 것을 일례로 하고, 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴라카보네이트, 아세탈, 폴리에테르아미드(PEI), 폴리에스터수지(PBT), 폴리페닐렌옥사이드 등과 같은 공지의 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 내측링부재(110)의 사출성형시에 내측링부재(110)에는, 결합력증대부(111)가 형성될 수 있다. 이는, 내측링부재(110)의 외측 둘레에 인서트 사출성형으로 접촉하도록 성형되는 외피부재(120)와의 결합력을 향상시키기 위한 것이다.

상기 결합력증대부(111)는, 내측링부재(110)의 상하면 또는 내외면을 관통하는 관통홀(113)로 형성됨이 바람직하다. 이 경우, 후술하는 외피부재(120)의 성형시에, 관통홀(113)에 외피부재(120)의 사출물이 채워지면서 고화되어, 견고한 밀착 및 형태유지에 기여하는 구조물이 형성되도록 한다.

다만, 이에 한하지 않고, 상기 결합력증대부(111)는, 내측링부재(110)의 외면 중 적어도 어느 일면, 바람직하게는 내측링부재(110)의 외면 전체에 걸쳐서 형성되는 무늬나 패턴을 이루는 다수의 홈이나 돌기로 이루어지는 표면가공부이어도 좋다. 이때, 홈의 길이와 깊이 또는 돌기의 길이와 높이는, 결합력의 증대에 기여하는 한, 어떠한 제한도 필요없다. 상기 무늬나 패턴의 예로서, 도 4a ~ 도 4c에 예시된 바와 같이, 격자무늬로 형성되는 것을 일례로 하며, 빗살무늬나 사선무늬, 직선무늬, 곡선무늬 등 다양하게 적용할 수 있는 것이다.

상기 결합력증대부(111)를 형성하기 위해서는, 내측링부재 성형금형(20)에 형성하고자 하는 무늬나 패턴형태의 돌기이나 홈이 형성되어 있는 결합력증대부 성형부(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다. 다만, 이 결합력증대부 성형부는, 내측링부재 성형금형(20)에 착탈가능한 분리형으로 형성되어도 좋다.

한편, 내측링부재(110)의 상면이나 하면에는, 상기 결합력증대부(111)와 별개로, 외피부재 성형금형(30)에 구비되는 다수의 결합핀(34)이 끼워지는 다수의 결합홈(112)이 더욱 형성된다. 이는, 후술하는 외피부재(120)의 성형시 외피부재 성형금형(30)에 내측링부재(110)를 결합할 때에 이용된다. 도 3의 최하측 입체도에는, 이들 결합홈(112)과 결합력증대부로서의 관통홀(113)이 번갈아 형성된 예를 나타내고 있다.

여기서, 상기 내측링부재(110)에 상기 결합홈(112)을 형성하기 위해서는, 내측링부재 성형금형(20)에 결합홈(112)을 형성하기 위한 다수의 핀부재(24)가 구비될 수 있다. 다만, 이 핀부재(24)는, 내측링부재 성형금형(20)에 착탈가능한 분리형으로 형성되어도 좋다.

다음으로, 상기 내측링부재 성형단계(S10) 이후에, 내측링부재(110)를 외피부재 성형금형(30)에 배치하는 단계(S20)를 갖는다.

여기서, 외피부재 성형금형(30)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 고정금형(32)과 가동금형(31)으로 구성될 수 있다. 그리고, 고정금형(32)과 가동금형(31) 사이에는, 내측링부재(110)의 외측 둘레에 외피부재(120)를 성형하기 위한 캐비티(33)가 형성된다. 이 외피부재 성형금형(30)에는, 내측링부재(110)의 결합홈(112)에 끼워지는 결합핀(34)이 캐비티(33)를 향하여 돌출되도록 구비된다. 따라서, 예컨대 외피부재 성형금형(30)의 가동금형(31)을 작동시켜서 고정금형(32)으로부터 이격시킨 후에, 가동금형(31)의 결합핀(34)에 내측링부재(110)를 끼워서 장착하여 배치하게 된다.

이때, 내측링부재(110)는, 가동금형(31)에서 일정거리 이격시켜 배치하는데, 이는 외피부재(120)가 내측링부재(110)의 외측을 완전히 감싸게 되도록 성형하기 위함이다. 즉, 외피부재 성형금형(30)의 가동금형(31)에 구비되는 결합핀(34)은, 내측링부재(110)가 가동금형(31)에서 이격되어 배치되도록, 결합홈(112)의 깊이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 이격배치를 위하여, 상기 결합핀(34)에 단턱(미도시)을 마련하여, 내측링부재(110)의 결합홈(112)의 외주단에 걸리도록 하여도 좋다. 다만, 이 결합핀(34)은, 외피부재 성형금형(30)에 착탈가능한 분리형으로 형성되어도 좋다.

다음으로, 상기 내측링부재 배치단계(S20) 이후에, 외피부재 성형용 사출액을 외피부재 성형금형(30)에 주입하여, 내측링부재(110)의 외면을 감싸는 외피부재(120)를 사출공정으로 성형하는 단계(S30)를 수행한다.

상기 내측링부재(110)가 외피부재 성형금형(30)의 캐비티(33)에 장착 완료되면, 외피부재 성형금형(30)을 작동시키게 된다. 그러면, 외피부재 성형용 사출액이 외피부재 성형금형(30)의 캐비티(33) 내로 주입되면서, 내측링부재(110)의 외면을 감싸게 된다.

이렇게 주입완료 후 일정시간 후에, 캐비티(33) 내로 주입된 외피부재 성형용 사출액이 냉각, 고화된다. 이후에 캐비티(33)에서 내측링부재(110)의 외면을 외피부재(120)로 완전히 감싼 상태로 형성되는 리테이너 링(100)의 성형품을 분리하게 된다. 그리고, 이렇게 분리된 리테이너 링(100)의 성형품에 부수적으로 형성될 수 있는 성형 잔재물을 제거한다.

그리고, 리테이너 링(100)의 성형품에는, 외피부재(120)의 성형시 내측링부재(110)에 구비되는 복수의 결합홈(112)에서 각각 연장되는 요홈이 형성되어 있는데, 이 요홈에는 후가공으로 탭을 형성하여도 좋다. 즉, 이 요홈은, 리테이너 링(100)을 CMP장치에 장착할 때의 예컨대 나사결합을 쉽게 하는데 이용될 수도 있다.

여기서, 상기 외피부재(120)는, 내측링부재(110)와 동일한 재질인 합성수지로 형성되는 것이 바람직하고, 이로써, 내측링부재(110)의 외측 둘레에 성형하더라도, 내측링부재(110)와 결합이 잘 이루어지게 된다.

상기와 같이 형성되는 리테이너 링(100)의 외피부재(120)의 외면 중 반도체웨이퍼의 연마가공시 연마패드(4)에 밀착되는 하면에는, 연마제인 슬러리가 공급 배출되는 연마제 유통홈(121)이 형성된다. 이 연마제 유통홈(121)은, 외피부재(120)의 사출성형을 마친 후에, 외피부재의 하면에 선반가공 공정을 가함으로써 성형할 수 있다. 즉, 연마제 유통홈(121)은, 정밀도 가공을 위하여 선반가공 중 선삭가공으로 성형하는 것이 바람직하다.

다만, 이 연마제 유통홈(121)은, 예컨대, 상기 외피부재 성형금형(30)의 캐비티(33)의 일측면에 구비되는 요철구조(35)에 의하여 사출성형시 일체로 형성될 수도 있다. 다만, 이 요철구조(35)는, 외피부재 성형금형(30)에 착탈가능한 분리형으로 형성되어도 좋다. 이로써, 상기 분리형 요철구조(35)의 교체에 따라서, 직선형상의 연마제 유통홈(120)을 일례로 하며, 사선형상, 원호형상, S곡선형상 등으로 다양한 형상(도 6a ~ 도 6c의 예시 참조)으로 형성될 수 있다.

이상과 같이, 본원발명은, 1차 사출공정으로 내측링부재(110)를 성형한 후에, 이 내측링부재(110)의 외면에 외피부재(120)를 2차 사출공정으로 성형하는 방식이다. 그런데, 이와는 달리, 가령 리테이너 링(100)의 성형시에, 단순히 단 한번의 사출공정으로 한꺼번에 리테이너 링(100)을 성형하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같이 하게 되면, 사출성형 후 냉각시에, 수축, 뒤틀림, 또는 평탄도 불량 등이 발생되는 문제가 발생되는 것이다.

따라서, 본원발명에서는, 외피부재(120)와 동일한 재질로 된 합성수지로 내측링부재(110)를 사출공정으로 사출성형한 후에, 이 내측링부재(110)의 외면 둘레에 외피부재(120)를 사출공정으로 성형하여, 일체화된 리테이너 링(100)을 성형하게 되는 것이다. 즉, 내측링부재(110)과 외피부재(120)로 구성되는 리테이너 링(100)의 제작시에, 외피부재(120)와 동일 재질로 사출성형되는 내측링부재(110)의 외측 둘레에 외피부재(120)를 사출공정으로 성형함으로써, 외피부재(120)의 몰딩 성형시에 외피부재(120)와 내측링부재(110) 사이의 결합력이 향상되고, 냉각시에 외피부재(120)에 수축과 균열이 발생되는 것을 확실히 방지할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는, 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

20 : 내측링부재 성형금형 21 : 고정금형
22 : 가동금형 23 : 캐비티
24 : 핀부재
30 : 외피부재 성형금형 31 : 고정금형
32 : 가동금형 33 : 캐비티
34 : 결합핀 35 : 요철구조
100 : 리테이너 링 110 : 내측링부재
111 : 결합력증대부 112 : 결합홈
120 : 외피부재 121 : 연마제 유통홈

Claims (3)

1. 내측링부재 성형금형에 합성수지의 사출액을 주입하여, 사출공정으로 내측링부재를 형성하는 단계;
   상기 내측링부재를 외피부재 성형금형에 결합하여, 상기 내측링부재의 둘레에 공간이 형성되도록 배치하는 단계;
   상기 외피부재 성형금형에 합성수지의 사출액을 주입하여, 상기 내측링부재를 감싸는 외피부재를 성형하는 단계;
   상기 내측링부재와 상기 외피부재는 동일한 재질로 형성되고,
   상기 내측링부재의 성형시, 관통홀, 홈, 또는 돌기의 형태로 된 결합력증대부가, 상기 내측링부재에 형성되며,
   상기 결합력증대부(111)는, 내측링부재(110)의 상하면 또는 내외면을 관통하는 관통홀(113)로 형성되며,
   상기 내측링부재(110)의 상면이나 하면에는, 상기 결합력증대부(111)와 별개로, 외피부재 성형금형(30)에 구비되는 다수의 결합핀(34)이 끼워지는 다수의 결합홈(112)이 더욱 형성되며,
   성형금형(30)은, 고정금형(32)과 가동금형(31)으로 구성되어, 고정금형(32)과 가동금형(31) 사이에는, 내측링부재(110)의 외측 둘레에 외피부재(120)를 성형하기 위한 캐비티(33)가 형성되고. 성형금형(30)에는, 내측링부재(110)의 결합홈(112)에 끼워지는 결합핀(34)이 캐비티(33)를 향하여 돌출되도록 구비하여 외피부재 성형금형(30)의 가동금형(31)을 작동시켜서 고정금형(32)으로부터 이격시킨 후에, 가동금형(31)의 결합핀(34)에 내측링부재(110)를 끼워서 장착하여 배치하며,
   상기 성형금형(30)의 가동금형(31)에 구비되는 결합핀(34)은, 내측링부재(110)가 가동금형(31)에서 이격되어 배치되도록, 결합홈(112)의 깊이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계연마장치의 리테이너 링 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제

Images