KR101568177B1 - 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 리테이너 링 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 리테이너 링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 관한 것으로, 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과, 멤브레인의 상기 바닥판을 감싸는 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서, 상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 연마 패드의 표면과 접촉하는 저면에는 제1원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제1유입홈과, 상기 제1원주방향과 반대 방향인 제2원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제2유입홈이 저면에 형성되되, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 다수 배열되어, 하나의 연마 패드 상에서 웨이퍼를 정,역방향으로 자전 방향을 변경하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지더라도, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 서로 다른 원주 방향 성분을 갖는 제1유입홈과 제2유입홈을 통해 웨이퍼로 원활히 유입시킬 수 있는화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 리테이너 링을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 리테이너 링{RETAINER RING OF CARRIER HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL APPARATUS AND MEMBRANE USED THEREIN}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너링에 관한 것으로, 상세하게는 연마 패드에 대하여 정방향과 역방향으로 웨이퍼를 회전시키면서 화학 기계적 연마 공정을 행하더라도 슬러리가 웨이퍼로 원활히 유입될 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 연마 정반의 상면에 입혀진 연마 패드(11)가 일 방향으로 회전(11d)하는 상태에서 캐리어 헤드(20)는 저면에 웨이퍼(W)를 위치시키고 연마 패드(11)의 표면으로 연마면을 가압하면서 일방향(20d)으로 회전하면서, 웨이퍼(W)의 연마면을 연마시킨다.
이 때, 연마 패드(11)의 표면에는 슬러리 공급부(30)의 공급관(32)을 통해 슬러리가 공급되며, 연마 패드(11)의 표면에 공급된 슬러리는 연마 패드(11)의 자전(11d)에 따라 도면부호 30d로 표시된 방향으로 퍼지면서 캐리어 헤드(20)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)로 유입되어, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정을 행한다.
화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드(11)는 사용 시간이 경과함에 따라 표면 상태가 슬러리를 퍼지게 하는 작용이 저하되므로, 컨디셔닝 디스크를 자전(40d)시키면서 소정의 범위로 왕복 선회 운동(41)을 행하여, 연마 패드(11)의 표면을 개질한다.
한편, 캐리어 헤드(20)는 도2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 판면에 밀착하여 가압하는 멤브레인(21)과, 멤브레인(21)이 고정되어 멤브레인(21)과의 사잇 공간에 압력 챔버를 형성하는 본체부(22, 22')와, 멤브레인(21)의 바닥판으로부터 반경 바깥으로 이격되어 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(23)으로 구성된다.
여기서, 본체부(22, 22')는 외부로부터 전달되는 회전 구동력에 의하여 일체로 회전하는 구성 요소를 통칭한다. 리테이너 링(23)은 본체부(22, 22')와 함께 회전하지만, 본체부(22, 22')에 대하여 상하 방향으로 상대 이동하도록 구성된다.
그리고, 리테이너 링(23)에는 도3에 도시된 바와 같이 원주 방향 성분을 갖는 홈(23a)이 리테이너 링(23)의 반경 방향을 관통하는 형태로 형성된다. 이에 따라, 리테이너 링(23)이 캐리어 헤드(20)와 함께 회전(20d)하더라도, 연마 패드(11)에 공급된 슬러리가 리테이너 링(23)의 홈(23a)을 통하여 멤브레인(21)의 저면에 위치하는 웨이퍼(W)로 유입(30d)될 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 종래의 캐리어 헤드(23)는 슬러리를 유입시키는 홈(23a)이 하나의 원주 방향 성분을 갖게 형성된 리테이너 링(23)을 구비함에 따라, 캐리어 헤드(20)가 어느 하나의 방향으로 회전(20d)하는 경우에 한하여 슬러리를 멤브레인(21)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)로 유입시킬 수 있었다.
그러나, 웨이퍼(W)의 연마면의 재질에 따라 연마면의 두께를 보다 정교하게 제어하고 연마면의 특성을 개선하기 위하여, 하나의 연마 패드 상에서 웨이퍼(W)의 회전 방향을 변경하면서 행하는 화학 기계적 연마 공정의 필요성이 제기되었는 데, 도3에 도시된 종래의 리테이너 링(23)에 의해서는 웨이퍼(W)의 회전 방향(즉, 캐리어 헤드의 회전 방향)을 정반대(20d')로 변경할 경우에는 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리가 웨이퍼(W)로 유입되지 못하여 화학적 연마 특성이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리가 좁은 유입홈(12a)을 통해 웨이퍼(W)의 위치까지 원활히 공급되지 않아, 웨이퍼(W)의 화학적 연마 공정이 저하되는 문제도 있었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 웨이퍼의 위치까지 원활히 유입될 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
무엇보다도, 본 발명은 웨이퍼의 자전 방향을 변동시키는 화학 기계적 연마 공정에 대해서도 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 웨이퍼에 원활히 공급될 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 웨이퍼의 연마면을 보다 정교하게 조절할 수 있도록 하나의 연마 패드 상에서 화학 기계적 연마 공정을 행하는 동안에 웨이퍼의 자전 방향을 변동시키더라도 웨이퍼로 슬러리가 원활히 유입될 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정해진 치수와 면적을 갖는 리테이너 링에 슬러리가 보다 확실하게 유입될 수 있게 슬러리 유입홈을 배열하면서도, 리테이너 링의 내구성을 확보할 수 있는 형상을 제안하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과, 멤브레인의 상기 바닥판을 감싸는 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서, 상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 연마 패드의 표면과 접촉하는 저면에는 제1원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제1유입홈이 저면에 요입 형성되게 배열되되, 상기 제1유입홈의 반경 방향으로의 바깥 영역에는 단면이 확대된 형태로 외측으로 개방된 포켓이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.
이는, 연마 패드에 공급된 슬러리가 리테이너 링의 유입홈에 비하여 넓게 수용할 수 있는 포켓을 리테이너 링의 반경 최외측에 배치함에 따라, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 웨이퍼에 원활히 공급될 수 있도록 함으로써, 슬러리에 의한 화학적 연마 공정을 신뢰성있게 행할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서, 상기 포켓의 원주 방향으로의 일단은 상기 제1유입홈의 끝단 경계에 정렬되게 위치하여, 상기 포켓으로 유입되기 시작하는 슬러리는 상기 제1유입홈의 끝단 경계로부터 제1유입홈의 내벽면을 따라 리테이너 링을 반경 내측 방향으로 관통하도록 안내되어 상기 웨이퍼로 확실하게 유입되게 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은, 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과, 멤브레인의 상기 바닥판을 감싸는 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서, 상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 연마 패드의 표면과 접촉하는 저면에는 제1원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제1유입홈과, 상기 제1원주방향과 반대 방향인 제2원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제2유입홈이 저면에 형성되되, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 다수 배열된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.
이는, 캐리어 헤드의 리테이너 링에 서로 반대 방향의 원주방향성분을 갖는 유입홈을 형성함에 따라, 웨이퍼가 정방향 또는 역방향으로 자전하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지더라도, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 서로 다른 원주 방향 성분을 갖는 제1유입홈과 제2유입홈을 통해 웨이퍼로 유입될 수 있도록 하기 위함이다.
이 때, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 교대로 형성되어, 웨이퍼의 자전 방향에 무관하게 일정하게 웨이퍼로 슬러리가 유입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 일부가 서로 교차하는 형태로 배열될 수 있다. 이를 통해, 정해진 치수와 면적을 갖는 리테이너 링의 저면에 원주 방향을 따라 보다 조밀한 간격으로 제1유입홈과 제2유입홈을 위치시킬 수 있게 되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 슬러리가 웨이퍼로 보다 원활히 유입될 수 있도록 한다.
무엇보다도, 본 발명은 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 일부가 서로 연통되어 일부가 서로 공유되는 공유 영역이 형성되게 구성될 수 있다. 이를 통해, 제1유입홈 간의 원주 방향으로의 간격과 제2유입홈 간의 원주 방향으로의 간격을 보다 조밀하게 유지할 수 있으면서, 제1유입홈과 제2유입홈이 서로 교차하는 형상에서 발생되는 작은 단면 영역(제1유입홈과 제2유입홈에 의하여 둘러싸인 영역)을 없앤 형상으로 리테이너 링의 저면 형상을 구현할 수 있게 되므로, 자전 방향에 무관하게 슬러리를 보다 원활히 유입시킬 수 있으면서, 리테이너 링의 내구 수명을 보다 확실하게 보장할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 상기 공유 영역은 반경 방향의 내측에 위치하고, 상기 공유 영역으로부터 서로 다른 방향으로 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈이 분기되어, 'Y'자 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1유입홈과 제2유입홈에는 반경 방향으로의 바깥 영역에 단면이 확대된 형태로 외측으로 개방된 포켓이 각각 형성되어, 연마 패드에 공급된 슬러리가 리테이너 링을 관통하여 보다 원활하게 웨이퍼로 공급되게 할 수 있다.
그리고, 제1유입홈과 제2유입홈의 반경 외측 끝단부에 형성되는 포켓은 원주 방향으로의 일단이 상기 제1유입홈의 끝단 경계와 정렬되게 형성되어, 상기 포켓으로 유입된 슬러리가 상기 제1유입홈 또는 제2유입홈의 내벽면을 따라 안내되어 상기 웨이퍼로 보다 확실하게 유입되게 할 수 있다.
한편, 본 발명은, 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과; 상기 멤브레인을 위치 고정하고 상기 멤브레인과의 사이에 압력 챔버가 형성되어 회전 구동되는 본체부와; 상기 본체부와 함께 회전하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되고, 상기 웨이퍼의 연마면이 접촉하고 있는 연마 패드에 저면이 접촉하는 전술한 리테이너 링을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공한다.
본 발명에 따르면, 캐리어 헤드의 리테이너 링에 서로 반대 방향의 원주방향성분을 갖는 제1유입홈과 제2유입홈을 다수 형성함에 따라, 하나의 연마 패드 상에서 웨이퍼를 정,역방향으로 자전 방향을 변경하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지더라도, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 서로 다른 원주 방향 성분을 갖는 제1유입홈과 제2유입홈을 통해 웨이퍼로 원활히 유입시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 일부가 서로 연통되어 일부가 서로 공유되는 공유 영역이 형성되되, 공유 영역은 반경 방향의 내측에 위치하고, 상기 공유 영역으로부터 서로 다른 방향으로 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈이 분기되어, 'Y'자 형태로 형성됨에 따라, 제1유입홈 간의 원주 방향으로의 간격과 제2유입홈 간의 원주 방향으로의 간격을 보다 조밀하게 유지하여 자전 방향에 무관하게 슬러리를 보다 원활히 유입시킬 수 있으면서, 리테이너 링의 저면에 국부적으로 작은 단면이 발생되지 않는 형상으로 구현할 수 있게 되어 국부적인 파손없이 리테이너 링의 내구 수명을 보다 확실하게 보장할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 리테이너 링의 유입홈에 보다 넓게 개방된 단면의 포켓이 리테이너 링의 반경 최외측에 형성됨에 따라, 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 리테이너 링의 포켓에 보다 쉽게 수용될 수 있고, 상기 포켓의 원주 방향으로의 일단이 상기 유입홈의 끝단 경계에 정렬되게 위치함으로써, 포켓으로 유입되기 시작하는 슬러리가 유입홈의 끝단 경계로부터 유입홈의 내벽면을 타고 리테이너 링을 통과하여 웨이퍼로 공급되므로, 슬러리가 캐리어 헤드의 회전 속도 등에 덜 영향을 받으며 웨이퍼로 보다 쉽고 확실하게 유입되어, 웨이퍼의 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 보다 신뢰성있게 행해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 개략적으로 도시한 평면도,
도2는 도1의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 반단면도,
도3은 도2의 캐리어 헤드의 저면을 도시한 저면도,
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 반단면도,
도5는 도4의 캐리어 헤드의 저면도,
도6a는 도4의 캐리어 헤드가 제1자전방향으로 회전하는 경우의 화학 기계적 연마 장치의 작용을 도시한 평면도,
도6b는 도6a의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안의 도5의 'A'부분에서의 슬러리 유입 원리를 설명하기 위한 도면,
도7a는 도4의 캐리어 헤드가 제1자전방향으로 회전하는 경우의 화학 기계적 연마 장치의 작용을 도시한 평면도,
도7b는 도a의 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안의 도5의 'A'부분에서의 슬러리 유입 원리를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 캐리어 헤드의 리테이너 링의 일부를 확대한 저면도,
도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 캐리어 헤드의 리테이너 링의 일부를 확대한 저면도,
도10은 본 발명의 제4실시예에 따른 캐리어 헤드의 리테이너 링의 일부를 확대한 저면도,
도11은 본 발명의 제5실시예에 따른 캐리어 헤드의 리테이너 링의 일부를 확대한 저면도이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100) 및 이에 사용되는 리테이너 링(130)을 상술한다.
다만, 본 발명의 제1실시예를 설명함에 있어서 이미 공지된 구성 및 작용과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100)는, 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 웨이퍼(W)를 위치시키고 웨이퍼(W)를 가압하면서 자전시키는 멤브레인(110)과, 외부의 구동력에 의하여 회전 구동되고 멤브레인(110)을 고정시키는 본체부(120, 120')와, 본체부(120)에 대하여 상하 방향으로 이동하고 화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 연마 패드(11) 상에 밀착한 상태로 유지하여 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(130)으로 구성된다.
상기 멤브레인(110)은 웨이퍼(W)의 연마면의 반대면과 밀착하는 바닥판(111)과, 바닥판(111)의 바닥판(111)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측으로 연장 형성된 측면(112)과, 바닥판(111)의 중심과 측면(112)의 사이에 본체부(120')에 결합되는 다수의 링 형태의 플랩(113)이 형성된다. 이와 같이 링 형태의 플랩(113)이 다수 형성됨에 따라, 본체부(120')와 멤브레인(110)의 사이에는 다수의 분할된 압력 챔버가 형성된다.
도면에 도시되지 않았지만, 본체부(120')와 멤브레인(110)의 사이에 형성된 다수의 압력 챔버(C)에는 압력 공급부(미도시)로부터 공급되는 공압이 독립적으로 공급되어, 각각의 압력 챔버의 압력이 독립적으로 제어된다. 그리고, 멤브레인(110)은 공압에 의하여 팽창과 수축이 가능한 가요성 재질로 형성됨에 따라, 압력 챔버의 압력에 따라 바닥판(111)의 저면에 위치하는 웨이퍼(W)를 각각의 압력 챔버가 차지하는 영역별로 가압할 수 있게 된다.
상기 본체부(120, 120')는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 일체로 회전 구동된다. 도면 부호 120'으로 표시된 부분은 외부로부터 회전 구동력을 직접적으로 전달받는 부재(120)와 연결되어 함께 회전하며, 멤브레인(110)의 측면(112)과 플랩(113)이 고정된다.
상기 리테이너 링(130)은 멤브레인(110)의 바닥판(111)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되고, 리테이너 챔버(Cr)의 압력에 따라 본체부(120)에 대하여 상하 방향(120u)으로 이동할 수 있게 설치된다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에는 리테이너 챔버(Cr)에 정압이 공급되면서 리테이너 링(130)의 저면(130s)이 연마 패드(11)의 표면에 접촉한 상태를 유지하여, 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(100)의 저면으로부터 이탈하는 것을 방지한다.
리테이너 링(130)의 저면(130s)에는 도5에 도시된 바와 같이 제1원주방향(71)의 방향성분을 갖도록 반경 바깥 방향으로 볼록한 곡선 경로로 뻗어 리테이너 링(130)의 저면을 반경 방향으로 관통시키도록 저면(130s)으로부터 상방으로 요입되게 형성된 제1유입홈(131)과, 제1원주방향(71)과 반대되는 제2원주방향(72)의 방향 성분을 갖도록 반경 바깥 방향으로 볼록한 곡선 경로로 뻗어 리테이너 링(130)의 저면을 반경 방향으로 관통시키도록 저면(130s)으로부터 상방으로 요입되게 형성된 제2유입홈(132)이 교대로 다수 형성된다. 이 때, 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)은 일정한 간격을 두고 배열될 수 있다.
이와 같이 리테이너 링(130)의 저면을 반경 방향으로 관통하는 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)이 형성됨에 따라, 연마 패드(11)에 공급되는 슬러리가 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)을 통해 리테이너 링(130)으로 둘러싸인 웨이퍼(W)에 유입될 수 있게 된다.
특히, 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)의 반경 방향으로의 바깥 영역에는 단면이 확대된 형태로 반경 외측으로 개방된 포켓(136, 137)이 각각 형성되어, 연마 패드(11) 상에 잔류하는 슬러리가 포켓(136, 137)의 내부로 보다 쉽게 수용될 수 있게 된다.
또한, 포켓(136, 137)은 도6b에 도시된 바와 같이 제1유입홈(131) 및 제2유입홈(132)의 끝단 단면이 원주 방향으로 확장(z)된 형태로 형성되고, 포켓(136, 137)의 원주 방향으로의 일단은 제1유입홈(131) 및 제2유입홈(132)의 끝단 경계(131o, 132o)에 정렬되는 형태로 형성된다. 이에 따라, 보다 넓은 단면(z)의 포켓(136, 137)으로 유입된 슬러리는 캐리어 헤드(100)의 회전 방향(100d, 100d')의 후방측에 위치한 유입홈(131, 132)의 벽면(131o, 132o)으로 밀리게 되고, 그 다음에 유입홈(131, 132)의 후방측에 위치한 벽면(131o, 132o)의 곡면을 타고 유입홈(131, 132)을 통과하여 웨이퍼(W)가 위치한 멤브레인 바닥판(111)이 있는 영역으로 유입되게 된다.
이와 같이, 리테이너 링(130)의 반경 최외측에 유입홈(131, 132)과 각각 연통되는 포켓(136, 137)이 유입홈(131, 132)의 끝단부에 연결 형성되고, 리테이너 링(130)의 회전 방향을 기준으로 유입홈(131, 132)의 후방측 벽면이 포켓(136, 137)의 경계를 형성함에 따라, 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리가 웨이퍼가 위치하는 리테이너 링(130)의 내측 공간으로 쉽게 흘러들어가 유입될 수 있게 된다.
한편, 리테이너 링(130)의 반경 최외측에 유입홈(131, 132)과 연통되는 포켓(136, 137)이 형성되는 구성은, 서로 반대 방향의 원주방향성분을 갖는 유입홈(131, 132)의 모두에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 도면에 도시되지 않았지만 서로 반대 방향의 원주방향성분을 갖는 유입홈(131, 132) 중 어느 하나에만 적용될 수도 있으며, 하나의 원주방향성분을 갖는 유입홈(도3의 31a)에도 적용될 수도 있다.
또한, 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)이 각각 서로 반대 방향의 원주방향성분을 갖도록 배열됨에 따라, 웨이퍼(W)가 정방향(100d)으로 회전하는 경우에는 리테이너 링(130)의 제1유입홈(131)을 통해 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리를 웨이퍼(W)로 유입(130d)시키고, 웨이퍼(W)가 역방향(100d')으로 회전하는 경우에는 리테이너 링(130)의 제2유입홈(132)을 통해 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리를 웨이퍼(W)로 유입(130d')시킬 수 있게 된다.
보다 구체적으로는, 도6a에 도시된 바와 같이 자전(11d)하는 연마 패드(11)에 대하여 캐리어 헤드(100)가 정방향(100d)으로 회전하여 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(100)와 함께 정방향으로 회전하는 경우에는, 도6b에 도시된 바와 같이 연마 패드(11)의 회전 방향을 따라 이동(30x)하던 슬러리는 도면부호 30d로 표시된 바와 같이 슬러리의 유동 방향에 대하여 마주보는 방향으로 접근하는 제1유입홈(131)에 유입된다.
이 때, 제1유입홈(131)의 외측 끝단에는 원주 방향으로 확대된 개방 단면의 포켓(136)이 형성되어, 연마 패드(11) 상의 슬러리가 쉽게 포켓(136)으로 유입되며, 캐리어 헤드(100)와 함께 회전(100d)하는 리테이너 링(130)의 회전에 따라 슬러리는 포켓(136)의 벽면을 타고 이동하다가, 캐리어 헤드(100)의 회전 방향을 기준으로 제1유입홈(131)의 후방측 벽면(131o)과 포켓(136)의 일단이 정렬되는 형태로 형성되고 이 부분이 곡면으로 형성됨에 따라, 포켓(136)의 벽면을 타고 이동하던 슬러리는 자연스럽게 방향 전환되면서 제1유입홈(131)의 후방측 벽면(131o)을 타고 제1유입홈(131)을 따라 유입(30d)되어 리테이너 링(130)을 관통하고 리테이너 링(130)의 내측 공간(웨이퍼가 위치한 영역)으로 유입된다.
이에 의하여, 웨이퍼(W)는 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해질 수 있게 된다.
이와 반대로, 도7a에 도시된 바와 같이 이와 반대 방향으로 자전(11d')하는 연마 패드(11)에 대하여 캐리어 헤드(100)가 역방향(100d')으로 회전하여 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(100)와 함께 역방향으로 회전하는 경우에는, 도7b에 도시된 바와 같이 연마 패드(11)의 회전 방향을 따라 이동(30x')하던 슬러리는 도면부호 30d'로 표시된 바와 같이 슬러리의 유동 방향에 대하여 마주보는 방향으로 접근하는 제2유입홈(132)에 유입된다.
이 때, 제2유입홈(132)의 외측 끝단에는 원주 방향으로 확대된 개방 단면의 포켓(137)이 형성되어, 연마 패드(11) 상의 슬러리가 쉽게 포켓(137)으로 유입되며, 캐리어 헤드(100)와 함께 회전(100d')하는 리테이너 링(130)의 회전에 따라 슬러리는 포켓(137)의 벽면을 타고 이동하다가, 캐리어 헤드(100)의 회전 방향을 기준으로 제2유입홈(132)의 후방측 벽면(132o)과 포켓(136)의 일단이 정렬되는 형태로 형성되고 이 부분이 곡면으로 형성됨에 따라, 포켓(137)의 벽면을 타고 이동하던 슬러리는 자연스럽게 방향 전환되면서 제2유입홈(132)의 후방측 벽면(132o)을 타고 제2유입홈(132)을 따라 유입(30d')되어 리테이너 링(130)을 관통하고 리테이너 링(130)의 내측 공간(웨이퍼가 위치한 영역)으로 유입된다.
이에 의하여, 웨이퍼(W)는 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해질 수 있게 된다.
여기서, 도6a 및 도7a에 예시된 도면에는, 연마 패드(11)의 회전 방향이 서로 반대 방향인 것을 예로 들었지만, 연마 패드(11)의 회전 방향이 서로 동일한 방향으로 회전하더라도, 캐리어 헤드(100)의 회전 방향에 따라 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)에서 각각 슬러리를 원활하게 유입될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 웨이퍼(W)의 연마면의 두께를 보다 정교하게 제어하기 위하여 하나의 연마 패드(11) 상에서 웨이퍼(W)의 자전 방향을 정, 역방향으로 변동시키면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지더라도, 서로 다른 원주 방향 성분을 갖도록 배열된 다수의 제1유입홈(131)과 제2유입홈(132)에 의하여 번갈아가면서 캐리어 헤드(100)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)에 슬러리를 원활하게 유입시킬 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 보다 정교하게 웨이퍼의 연마 두께를 조절할 수 있는 형태의 화학 기계적 연마 공정에서 웨이퍼에 슬러리를 원활히 공급할 수 있게 한다.
한편, 리테이너 링(130)의 저면에 도5에 도시된 형태로 유입홈(131, 132)이 서로 이격된 형태로 배열될 수도 있지만, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 도8에 도시된 바와 같이 리테이너 링(230)의 저면에 형성되는 제1유입홈(231)과 제2유입홈(232)이 서로 교차(233)하는 형태로 배열될 수도 있다. 이와 같이, 제1유입홈(231)과 제2유입홈(232)이 교차로 배열됨에 따라, 제1유입홈(231)과 제2유입홈(232)은 정해진 치수와 면적의 리테이너 링의 저면에 원주 방향을 따라 보다 조밀한 간격으로 보다 많은 수가 배열될 수 있게 되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 충분한 양의 슬러리가 멤브레인(110)의 바닥판 저면에 위치한 웨이퍼(W)로 보다 확실하게 원활히 유입될 수 있게 된다.
도면 중 미설명 부호인 236은 제1유입홈(231)의 외측에 연통 형성된 포켓이고, 도면 중 미설명 부호인 237은 제2유입홈(232)의 외측에 연통 형성된 포켓이다.
한편, 본 발명의 제3실시예에 따르면, 도9에 도시된 바와 같이 리테이너 링(330)의 저면에 형성되는 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)이 서로 만나는 형태로 배열되되, 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)이 만난 이후에는 하나의 공유 영역(333)을 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 연마 패드(11) 상의 슬러리가 유입되는 방향은 서로 반대의 원주방향성분을 갖도록 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)으로 분기되지만, 제1유입홈(331)이나 제2유입홈(332)의 입구(리테이너 링의 외주 끝단에 위치)를 통해 유입된 슬러리는 공유 영역(333)을 거쳐 멤브레인(110)의 저면에 위치하는 웨이퍼(W)로 공급되는 형태일 수 있다.
예를 들어, 상기 공유 영역(333)은 반경 방향의 내측에 위치하고, 공유 영역(333)으로부터 반경 외측 방향을 향하여 서로 다른 방향으로 분기된 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)로 이루어진 (멤브레인에 근접한 리테이너 링(330)의 내측 끝단으로부터 반경 바깥 방향으로 세워진) 'Y'자 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이, 리테이너 링(130)의 저면에 'Y'자 형태의 유입홈(331-333)이 형성되면, 서로 다른 원주 방향으로 다수 배열된 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)에 의하여 다수 형성함에 따라, 하나의 연마 패드(11) 상에서 웨이퍼(W)를 정,역방향(110d, 110d')으로 자전 방향을 변경하면서 화학 기계적 연마 공정이 행하더라도, 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리가 서로 다른 원주 방향 성분을 갖는 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)을 통해 리테이너 링(130)의 저면을 통과하여 공유 영역(333)을 거쳐 웨이퍼(W)로 원활히 유입시킬 수 있다
이 뿐만 아니라, 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)이 서로 만나 웨이퍼로 슬러리를 유입시키는 통로에 공유 영역(333)을 형성함으로써, 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)이 차지하는 면적을 최소화하여 보다 많은 수의 유입홈(331-333)을 정해진 면적의 리테이너 링(330)의 저면에 형성할 수 있게 되어, 보다 원활하게 슬러리를 웨이퍼로 유입시킬 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
또한, 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)이 서로 만난 이후에 공통된 공유 영역(333)이 구비되어 'Y'자와 유사한 형태로 유입홈(331-333)을 형성함에 따라, 도7에 도시된 교차 형태의 유입홈(231, 232)에서 생성되는 유입홈(231, 232)에 의해 둘러싸인 작은 단면(235)이 리테이너 링(330)의 저면에 형성되지도 않으므로, 리테이너 링(330)에 유입홈(331-333)을 형성하는 공정에 불량이 발생될 가능성이 저하될 뿐만 아니라, 큰 마찰을 받으면서 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 동안에도 리테이너 링(330)이 국부적으로 균열이 발생되거나 파손되지 않게 되어, 리테이너 링(330)의 내구 수명을 보다 확실하게 보장할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 제4실시예에 따른 리테이너 링(430)은, 제3실시예의 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)의 사이에 있던 안내부(335)를 제거하는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 리테이너 링(430)의 외측 가장자리에 포켓(436)이 크게 형성되어, 슬러리가 리테이너 링(430)의 내부로 유입되기 쉽게 유도하면서, 공유 영역(433)을 통해 리테이너 링(430)의 내측 공간으로 슬러리를 유입시킨다.
본 발명의 제4실시예는, 제3실시예의 구성과 대비할 때, 제1유입홈(331)과 제2유입홈(332)을 따라 슬러리를 안내하는 내벽(335)이 구비되지 않고, 포켓(436)과 제1유입홈(431) 및 제2유입홈(432)이 하나의 일체 형태로 형성됨에 따라, 슬러리가 공유 영역(333)으로 유입되지 않고 재이탈할 가능성이 있다는 점에서는 불리하지만, 보다 넓은 영역에 걸쳐 슬러리를 보다 넓은 단면의 포켓(436)을 통해 수용함으로써 재이탈되는 슬러리의 양을 상쇄시키므로, 충분한 양의 슬러리를 웨이퍼로 유입시킬 수 있고, 동시에 리테이너 링(430)의 저면의 구성이 단순화되어 보다 확실하게 내구 수명을 보장할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
한편, 도11에 도시된 제5실시예는 제4실시예와 그 형태가 전반적으로 유사하지만, 포켓(436')과 제1유입홈(431) 및 제2유입홈(432)이 연속하는 곡선 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 포켓(436')은 유입홈(431, 432)의 단면이 리테이너 링(430)의 외측 끝단에서 확장된 개방 단면을 유지하는 모든 형태를 모두 포함한다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
W: 웨이퍼 C: 압력 챔버
Cr: 리테이너 챔버 100: 캐리어 헤드
110: 멤브레인 111: 멤브레인 바닥판
120, 120': 본체부 130, 230, 330: 리테이너 링
130s: 리테이너링 저면 131, 231, 331: 제1유입홈
132, 232, 332: 제2유입홈 333: 공유영역

Claims (10)

  1. 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과, 멤브레인의 상기 바닥판을 감싸는 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서,
    상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 연마 패드의 표면과 접촉하는 저면에는 제1원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제1유입홈과, 상기 제1원주방향과 반대 방향인 제2원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제2유입홈이 저면에 형성되되, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 다수 배열되고,
    상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1유입홈에는 반경 방향으로의 바깥 영역에 단면이 확대된 형태로 외측으로 개방된 포켓이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 포켓의 원주 방향으로의 일단은 상기 제1유입홈의 끝단 경계에 정렬되게 위치하여, 상기 포켓으로 유입되기 시작하는 슬러리가 상기 제1유입홈의 내벽면을 따라 안내되어 상기 웨이퍼로 유입되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  4. 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과, 멤브레인의 상기 바닥판을 감싸는 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서,
    상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 연마 패드의 표면과 접촉하는 저면에는 제1원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제1유입홈과, 상기 제1원주방향과 반대 방향인 제2원주방향성분을 갖도록 뻗어 저면을 반경 방향으로 관통시키는 제2유입홈이 저면에 형성되되, 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 원주 방향을 따라 다수 배열되고,
    상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈은 일부가 서로 연통되어 일부가 서로 공유되는 공유 영역이 형성되며, 상기 공유 영역은 반경 방향의 내측에 위치하고, 상기 공유 영역으로부터 서로 다른 방향으로 상기 제1유입홈과 상기 제2유입홈이 분기되어, 'Y'자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1유입홈에는 반경 방향으로의 바깥 영역에 단면이 확대된 형태로 외측으로 개방된 포켓이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 포켓의 원주 방향으로의 일단은 상기 제1유입홈의 끝단 경계에 정렬되게 위치하여, 상기 포켓으로 유입되기 시작하는 슬러리가 상기 제1유입홈의 내벽면을 따라 안내되어 상기 웨이퍼로 유입되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  7. 웨이퍼의 판면을 바닥판으로 가압하는 멤브레인과;
    상기 멤브레인을 위치 고정하고 상기 멤브레인과의 사이에 압력 챔버가 형성되어 회전 구동되는 본체부와;
    상기 본체부와 함께 회전하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되고, 상기 웨이퍼의 연마면이 접촉하고 있는 연마 패드에 저면이 접촉하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 리테이너 링을;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.

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