KR101304353B1 - 드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링이 개시된다. 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 있어서, 상기 화학 기계적 연마 장치와 결합하는 결합부가 형성되는 상면; 상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하는 드레인 홈이 형성되는 하면; 및 상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하도록 내측에서 외측 방향으로 드레인 홀이 천공되고, 상기 드레인 홀의 내부에는 상기 드레인 홀이 천공된 방향으로 연장되며 일단이 라운드 처리하다 내벽이 형성된 측면을 포함하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링은 측면에 천공된 드레인 홀 내부에 라운드 처리된 내벽을 형성하여 내부에서 외부로 슬러리가 흘러갈 때 와류의 발생을 방지함으로써 슬러리를 효과적으로 배출하는 효과가 있다.

Description

드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링{Retainer ring for chemical mechanical polishing machine having drain hole}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 관한 것으로, 특히 드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 관한 것이다.

반도체 소자의 고속화 및 고집적화를 위해서 웨이퍼를 연마하여 광역 평탄화하기 위한 기술이 요구된다. 현재 이러한 광역 평탄화 기술을 실현하기 위해 화학 기계적 연마(CMP) 기술이 널리 이용되고 있다.

화학 기계적 연마 장치에서 일반적으로 연마를 위해 웨이퍼를 고정하는데 리테이너 링(retainer ring)이 설치된다. 리테이너 링은 교체 가능한 소모품으로서, 웨이퍼의 정위치를 고정하여 웨이퍼가 연마될 수 있도록 한다.

여기서, 리테이너 링은 일반적으로 서로 다른 재질의 링이 서로 결합한 형태로 형성되며, 서로 다른 재질의 링의 결합이 어렵고 연마 공정시 편마모가 발생한다.

대한민국공개특허 제2005-0012663호(공개일 2005.02.02)에는, 리테이너 링에 길이방향을 따라 일정간격을 두고 형성된 다수의 홈을 형성함으로써 화학적 기계 연마 공정에서의 슬러리 전달능력향상과 홀딩능력을 향상시키는 기술이 개시된다. 하지만, 선행기술에 따르면, 슬러리 배출 효과가 크기 않은 문제점이 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

대한민국공개특허 제2005-0012663호

본 발명은 리테이너 링의 측면에 천공된 드레인 홀 내부에 라운드 처리된 내벽을 형성하여 내부에서 외부로 슬러리가 흘러갈 때 와류의 발생을 방지함으로써 슬러리를 효과적으로 배출하는 드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링을 제공한다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 있어서, 상기 화학 기계적 연마 장치와 결합하는 결합부가 형성되는 상면; 상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하는 드레인 홈이 형성되는 하면; 및 상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하도록 내측에서 외측 방향으로 드레인 홀이 천공되고, 상기 드레인 홀의 내부에는 상기 드레인 홀이 천공된 방향으로 연장되며 일단이 라운드 처리된 내벽이 형성된 측면을 포함하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링이 제공된다.

여기서, 상기 내벽의 길이는 상기 드레인 홀의 길이보다 작을 수 있으며, 상기 내벽은 상기 드레인 홀 마다 1 또는 2개씩 형성될 수 있다.

또한, 상기 내벽의 일단은 상기 드레인 홀 내부에 위치하며, 상기 내벽의 타단은 상기 내측에 접할 수 있다.

여기서, 상기 내벽은 상기 드레인 홀의 사이드면과 이격되어 형성될 수 있으며, 상기 드레인 홀의 천공 방향으로 연장되는 직선은 상기 리테이너 링의 중심점과 만나지 않을 수 있다.

또한, 상기 드레인 홈의 연장 방향은 직선이고, 그 개수는 복수이며, 인접한 상기 드레인 홈의 연장 방향이 서로 형성하는 각은 18도 내지 22도가 될 수 있다.

여기서, 상기 리테이너 링은 피크(PEEK : Poly ether ether ketone)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 드레인 홀의 개방면 중 상기 리테이너링의 내주면에 형성된 내측 개방면의 넓이는 상기 리테이너링의 외주면에 형성된 외측 개방면의 넓이보다 작을 수 있으며, 상기 드레인 홀의 내측은 상기 내측 개방면의 넓이가 상기 외측 개방면의 넓이보다 작도록 경사질 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 드레인 홀이 형성된 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링은 측면에 천공된 드레인 홀 내부에 라운드 처리된 내벽을 형성하여 내부에서 외부로 슬러리가 흘러갈 때 와류의 발생을 방지함으로써 슬러리를 효과적으로 배출하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 배면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 일부 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 횡단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 종단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리테이너 링의 분해 결합도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도와 배면도이고, 도 3은 도 1의 A에서 바라본 일부 측면도이며, 도 4는 도 3의 B-B'에 대한 단면도이고, 도 5는 도 4의 C-C'에 대한 단면도이다.

본 실시예는 리테이너 링의 측면에 드레인 홀을 가공하여 연마시 슬러리를 효과적으로 배출하는 특징이 있다. 구체적으로 본 실시예는 리테이너 링의 측면에 천공된 드레인 홀 내부에 라운드 처리된 내벽을 형성하여 내부에서 외부로 슬러리가 흘러갈 때 와류의 발생을 방지함으로써 슬러리를 효과적으로 배출하는 특징이 있다.

도 1을 참조하면, 리테이너 링은 소정의 형태를 가진 링 형상이 될 수 있으며, 일면(100)에 화학 기계적 연마 장치(미도시)와 결합하는 결합부(110)가 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 리테이너 링은 화학 기계적 연마 장치와 결합하여 웨이퍼 등을 연마할 때 상용되는 장비이므로, 그 일면에 형성된 결합부(110)는 화학 기계적 연마 장치의 본체(또는 헤드)에 결합함으로써 리테이너 링이 해당 장치에 결합할 수 있다. 연마될 웨이퍼 등은 리테이너 링의 안쪽, 즉, 내측에 위치하여 연마될 수 있다.

결합부(110)와 화학 기계적 연마 장치의 본체(또는 헤드)가 볼트에 의해 결합하는 경우 결합부(110)는 볼트가 삽입되는 너트가 될 수 있다. 결합부(110)는 리테이너 링의 연장 방향을 따라, 즉, 리테이너 링의 일면(100)에 소정의 간격을 두고 복수개로 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 결합부(110)는 등간격으로 16개가 형성된다. 결합부(110)는 소정의 홈으로 형성되거나 또는 리테이너 링의 일면(100) 및 타면(200)의 양면을 관통하는 홀로 형성될 수 있다. 여기서, 그 사용 형태를 고려하여, 리테이너 링의 일면(100)을 상면, 타면(200)을 하면으로 지칭할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 리테이너 링의 타면(200)에 형성된 드레인 홈(210)은 연마 공정시 슬러리를 통과시키기 위한 홈이다. 드레인 홈(210)의 연장 방향은 직선이고, 그 개수는 복수이며, 인접한 드레인 홈(210)의 연장 방향이 서로 형성하는 각은 18도 내지 22도가 될 수 있다. 도면을 참조하면, 인접한 드레인 홈(210)이 서로 20도를 형성하며, 원 전체에 대해 18개가 등간격으로 구비되어 리테이너 링의 타면(200) 상에서 360도의 각도를 형성하여 한바퀴 도는 구조가 도시된다.

도 3을 참조하면, 도 1의 A 방향에 바라볼 경우 리테이너 링의 외측면에 드레인 홀(160)이 도시된다. 드레인 홀(160)은 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하도록 내측과 외측을 관통하여 형성되며, 양 사이드에 리테이너 링 몸체(150)가 위치한다. 드레인 홀(160)이 천공되는 방향은 내측에서 외측을 향하는 방향이 될 수 있다.

드레인 홀(160)의 내부에는 내벽(170)이 형성된다. 내벽(170)은 드레인 홀(160)이 천공된 방향으로 연장되며 일단이 라운드 처리될 수 있다. 즉, 내벽은 드레인 홀(160)의 일면(100) 및 타면(200)을 서로 잇는 방향으로 형성되며, 리테이너 링의 외측면을 향하는 일단이 둥근 형상을 가질 수 있다.

도 4를 참조하면, 각 드레인 홀(160)의 내부에 형성된 내벽(170)의 일단은 둥근 형상이 될 수 있다. 도시된 바와 같이 내벽(170)의 길이는 드레인 홀(160)의 길이보다 작을 수 있다. 이 경우 내벽(170)의 일단은 드레인 홀(160) 내부에 위치하며, 내벽(170)의 타단은 리테이너 링의 내측면에 접할 수 있다. 여기서, 접한다는 의미는 리테이너 링의 내측이 연장되는 연장 면에 내벽의 타면이 위치함으로써 서로 이어서 닿을 수 있다는 의미로 사용될 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 슬러리는 내벽(170)에 막혀 쉽게 외부로 배출되지 않지만, 일단 드레인 홀(160)에 진입하면, 내벽(170)이 더 이상 이동을 방해하지 않기 때문에, 신속하게 외부로 배출될 수 있다.

또한, 내벽(170)은 드레인 홀(160) 마다 1 또는 2개씩 형성될 수 있다. 드레인 홀(160) 마다 형성되는 내벽(170)의 개수는 슬러리의 배출량 조절 및 효과적 외부 배출을 위해 설정될 수 있다.

이 경우 슬러리가 리테이너 링의 내부에서 드레인 홀(160)을 통해 외부로 배출될 때, 내벽(170)에 의해 그 배출량이 조절될 수 있으며, 또한, 라운드 처리된 일단에 의해 와류가 발행하지 않고 효과적으로 슬러리가 배출될 수 있는 효과가 있다.

또한, 내벽(170)은 드레인 홀(160) 내부에서 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 내벽(170)은 드레인 홀(160)의 사이드면과 이격되어 형성될 수 있으며, 이와 달리 내벽(170)은 드레인 홀(160)의 사이드면과 접촉하여 형성될 수도 있다.

또한, 리테이너 링의 드레인 홀(160)의 천공 방향은 리테이너 링의 회전 방향을 고려하여 정해질 수 있다. 예를 들면, 도 4의 리테이너 링이 시계 방향으로 회전하는 경우 C-C' 측의 드레인 홀(160)은 왼쪽 위에서 오른쪽 아래 방향(역슬래시 방향)으로 천공될 수 있다. 즉, 드레인 홀(160)의 외측 개방면에서 내측 개방면을 향하는 방향으로 직선을 그으면 리테이너 링의 회전 방향 성분을 포함하는 직선이 될 수 있다.

이 경우 드레인 홀(160)의 천공 방향으로 연장되는 직선은 리테이너 링의 중심점과 만나지 않을 수 있다.

도 5를 참조하면, 드레인 홀(160)은 리테이너 링의 내측에서 외측으로 갈수록 개방면의 둘레가 커질 수 있다. 이 경우 드레인 홀(160)의 개방면 중 리테이너링의 내주면에 형성된 내측 개방면의 넓이는 리테이너링의 외주면에 형성된 외측 개방면의 넓이보다 작을 수 있다.

개방면의 넓이를 조절하기 위해서는 상술한 내벽(170)이 내측 개방면의 일부를 막거나 또는 드레인 홀(160)의 내측이 내측 개방면의 넓이가 외측 개방면의 넓이보다 작도록 경사질 수 있다. 후자의 경우 도시된 바와 같이 드레인 홀(160)의 서로 대향하는 두 개의 내측 중 하나의 내측만 경사지거나 또는 두 개의 내측이 테이퍼 형상으로 경사질 수도 있다. 이 경우 경사각은 드레인 홀(160)의 내측면과 리테이너 링이 형성하는 평면의 기울어진 각이 될 수 있다.

본 발명은 이러한 구조에 의해서 한번 외부로 배출되기 위해 리테이너 링의 내측면에 도달한 슬러리를 충분히 빠르고 효과적으로 배출할 수 있다.

여기서, 리테이너 링은 수지재로 형성될 수 있다. 구체적으로 리테이너 링은 피크(PEEK : Poly ether ether ketone)로 형성될 수 있다. 여기서, 피크는 용해 성형이 가능한 결정성 수지 중 가장 높은 내열성(연속 사용 온도는 250℃)을 가지며, 게다가 내피로성, 내환경성, 난소성 등이 뛰어나며, 기계적 성질은, 강성과 함께 신장율도 크고, 내충격성이 뛰어나 지극히 강인한 재료로서, 본 발명에 적용시 연마 공정에 효과적으로 사용가능하다. 이외에도 리테이너 링은 폴리에틸렌(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리벤지미다졸(PBI), 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드(PEI), LL5, XF1, PVC 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물로 형성될 수 있다.

그 외 본 발명의 실시예에 따른 리테이너 링에 대한 구체적인 치수, 시스템 운용을 위한 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리, 카메라, 센서 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.

상술한 리테이너 링은 자동화된 기계에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 리테이너 링 제조 장치는 화학 기계적 연마 장치와 결합하는 결합부를 상면에 형성하는 상면 형성부와, 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하는 드레인 홈이 형성되는 하면을 형성하는 하면 형성부와, 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하도록 내측에서 외측 방향으로 드레인 홀이 천공되고, 상기 드레인 홀의 내부에는 상기 드레인 홀이 천공된 방향으로 연장되며 일단이 라운드 처리된 내벽이 형성된 측면을 형성하는 측면 형성부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 리테이너 링의 제조 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 즉, 기록 매체는 컴퓨터에 상술한 각 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합한 형태로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

상기한 바에서, 각 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 리테이너 링의 일면 110 : 결합부
150 : 리테이너 링 몸체 160 : 드레인 홀
170 : 내벽 200 : 리테이너 링의 타면
210 : 드레인 홈 300 : 제1 링
301 : 제1 돌출부 302 : 제2 돌출부
303 : 제3 돌출부 400 : 제2 링
410 : 드레인 홈

Claims (10)

1. 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링에 있어서,
   상기 화학 기계적 연마 장치와 결합하는 결합부가 형성되는 상면;
   상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하는 드레인 홈이 형성되는 하면; 및
   상기 화학 기계적 연마 장치의 연마시 슬러리가 통과하도록 내측에서 외측 방향으로 드레인 홀이 천공되고, 상기 드레인 홀의 내부에는 상기 드레인 홀이 천공된 방향으로 연장되며 일단이 라운드 처리된 내벽이 형성된 측면을 포함하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내벽의 길이는 상기 드레인 홀의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 내벽은 상기 드레인 홀 마다 1 또는 2개씩 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 내벽의 일단은 상기 드레인 홀 내부에 위치하며, 상기 내벽의 타단은 상기 내측에 접하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 내벽은 상기 드레인 홀의 사이드면과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 드레인 홀의 천공 방향으로 연장되는 직선은 상기 리테이너 링의 중심점과 만나지 않는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 드레인 홈의 연장 방향은 직선이고, 그 개수는 복수이며, 인접한 상기 드레인 홈의 연장 방향이 서로 형성하는 각은 18도 내지 22도인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 리테이너 링은 피크(PEEK : Poly ether ether ketone)로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 드레인 홀의 개방면 중 상기 리테이너링의 내주면에 형성된 내측 개방면의 넓이는 상기 리테이너링의 외주면에 형성된 외측 개방면의 넓이보다 작은 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 드레인 홀의 내측은 상기 내측 개방면의 넓이가 상기 외측 개방면의 넓이보다 작도록 경사진 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링.

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