KR101675560B1 - 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링 - Google Patents

화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것으로, 화학적 기계 연마 장치에 장착되며 내부에 웨이퍼가 수용되어 상기 웨이퍼를 감싸는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링이며, 화학적 기계 연마 장치에 장착되는 제1링체; 및 상기 제1링체의 하부면에 장착되고, 상기 화학적 기계 연마 장치의 연마패드에 접촉되는 제2링체를 포함하되, 상기 제2링체의 바깥쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체에 장착되어 고정되고, 상기 제2링체의 안쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체와 이격되어 웨이퍼의 연마 작업 중 상기 연마패드를 가압할 때 승강되어 연마 작업 중 연마패드와 접촉되는 웨이퍼의 면적을 최대화하여 웨이퍼의 연마 작업의 효율성을 향상시킬 뿐 아니라 웨이퍼의 연마 작업 중 불량율을 저하시키고, 웨이퍼의 수율을 향상시킨다.

Description

화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링{Retainner Ring of Chemical Mechanical Polishing Apparatus}
본 발명은 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것으로 더 상세하게는 웨이퍼를 화학적 기계 연마 장치로 연마할 때 상기 웨이퍼를 수용하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼는 화학적 기계 연마 장치(Chemical Mechanical Polishing, CMP)에 의해 표면 평탄화 작업을 거치게 된다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 화학적 작용과 물리적 작용을 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 도포된 산화막이나 금속 박막을 연마하여 평탄화 또는 제거하는 장치이다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(7)를 수용하는 웨이퍼 수용부가 하부면에 형성되며 모터에 연결되어 회전하는 연마 헤드(5)와, 상기 연마 헤드(5)의 하부에 배치되며 웨이퍼의 상부에 접촉되는 멤브레인(8), 상기 연마 헤드(5) 내에 수용되는 반도체 웨이퍼(7)가 상면에 안착되고, 상기 반도체 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 패드(6)와, 상기 연마 패드(6)에 화학적 연마제를 공급하는 연마제 공급부를 포함한다.
그리고, 상기 연마 헤드(5)는 하부면에 웨이퍼 수용부를 형성하는 리테이너 링(1)이 장착된다.
즉, 상기 반도체 웨이퍼(7)는 상기 연마 헤드(5)의 수용부 내에서 화학적 기계적 연마 작업 중에 외주면이 상기 리테이너 링(1)의 내주면에 걸려 이탈되지 않게 되는 것이다.
상기 리테이너 링(1)은 상기 연마 헤드(5)의 캐리어에 장착되는 제1링부재(1a)와, 상기 제1링부재(1a)의 하부에 결합되고, 하부면에 이격된 복수의 연마제 공급홈이 형성되며 상기 연마 패드(6)에 접촉되는 제2링부재(1b)를 포함한다.
그리고 상기 연마제 공급부에 의해 상기 연마 패드로 공급된 화학적 연마제인 슬러리(Slurry)는 상기 제2링부재(1b)의 연마제 공급홈을 통해 반도체 수용부 내로 공급되어 반도체 웨이퍼의 표면을 산화시키는 것이다.
상기 화학적 기계 연마 장치는 상기 슬러리에 의한 화학적 산화 작용과, 상기 연마 헤드 및 연마 패드가 회전하면서 상기 연마 패드에 접촉된 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작용을 반복하면서 반도체 웨이퍼의 표면을 균일하게 평탄화하는 것이다.
도 2를 참고하면, 상기 화학적 기계 연마 장치로 상기 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 경우 상기 연마헤드(5)의 상기 멤브레인(8)은 상기 웨이퍼(7)를 가압하여 상기 연마패드(6)에 밀착시키며 이 때 상기 리테이너 링(1)도 상기 연마패드(6)를 가압하게 된다.
그런데 상기 웨이퍼(7)를 가압하는 상기 멤브레인(8)은 유연한 재질로 형성된 것이므로 상기 웨이퍼(7)를 가압하는 것을 일부 완충시키는 반면 상기 리테이너 링(1)은 상기 연마헤드(5)의 가압력으로 연마패드(6)를 가압하게 된다.
따라서, 상기 연마패드(6)에서 상기 멤브레인(8)에 의해 상기 웨이퍼(7)가 가압되는 부분보다 상기 리테이너 링(1)에 의해 가압되는 부분이 더 눌려지게 된다.
즉, 상기 화학적 기계 연마 장치로 상기 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 경우 상기 연마패드(6)에서 상기 리테이너 링(1)에 의해 가압되는 부분이 다른 부분보다 더 눌려지게 되어 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉되는 부분(M)이 크게 발생되었던 것이다.
상기 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 작업 중 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드와 비접촉되어 연마되지 못하는 부분(M)이 크게 발생되면 웨이퍼(7)가 고르게 연마되지 못하고 웨이퍼(7)의 불량률이 증가되며, 웨이퍼(7)의 수율이 저하되는 문제점이 있었던 것이다.
그리고, 상기 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 작업 중 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉되는 부분(M)에 의해 웨이퍼 슬립이 빈번하게 발생되는 문제점이 있으며, 상기 웨이퍼 슬립은 연마 작업 중 불량률을 더 향상시키고, 웨이퍼(7)의 수율을 더 저하시키는 주요 요인인 것이다.
본 발명의 목적은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작업 중 상기 연마패드의 가장자리에서 상기 연마패드와 비접촉되는 면적을 최소화하여 웨이퍼의 연마 면적을 최대한 확보하고, 웨이퍼를 고르고 안정적으로 연마할 수 있도록 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작업 중 상기 연마패드의 가장자리에서 상기 연마패드와 비접촉되는 면적을 최소화하여 웨이퍼 슬립이 발생되는 것을 방지하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 화학적 기계 연마 장치에 장착되며 내부에 웨이퍼가 수용되어 상기 웨이퍼를 감싸는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링이며, 화학적 기계 연마 장치에 장착되는 제1링체; 및 상기 제1링체의 하부에 구비되고, 상기 화학적 기계 연마 장치의 연마패드에 접촉되는 제2링체를 포함하며, 상기 제2링체의 바깥쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체에 일체로 형성되거나 상기 제1링체에 장착되어 고정되고, 상기 제2링체의 안쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체와 이격되어 웨이퍼의 연마 작업 중 상기 연마패드를 가압할 때 승강되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제2링체의 안쪽 부분은 안쪽 단부 측으로 갈수록 상기 제1링체의 하부면과 점차적으로 이격되도록 경사진 경사면을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 상기 제2링체의 안쪽 부분과 상기 제1링체의 하부면 사이에 삽입되는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2링체의 안쪽 부분의 하부면에는 원주방향으로 하부 원주홈부가 형성되어 상기 제2링체의 내주면 하부측에 상기 연마패드를 가압할 때 승강되는 하부 테두리부를 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2링체의 안쪽 부분의 상부면에는 원주방향으로 상부 원주홈부가 형성되어 상기 제2링체의 내주면 상부 측에 상기 제1링체와 이격되는 상부 테두리부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 상기 상부 홈부 내에 삽입되는 홈지지 탄성체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 홈지지 탄성체는 상기 상부 홈부 내에 채워지고 일 측에 상기 제1링체와 상기 상부 테두리부 사이에 끼워지는 탄성 끼움부가 돌출될 수 있다.
본 발명에서 상기 제1링체의 하부면에는 상기 상부 홈부와 적어도 일부분이 겹쳐져 상기 홈지지 탄성체의 상부가 삽입되는 탄성 지지홈부가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 상기 상부 테두리부와 상기 제1링체의 사이에 삽입되어 상기 상부 홈부의 입구를 막는 탄성 마개부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 마개부재는, 상부와 하부 중 적어도 어느 한 측에 걸림돌기부가 돌출되고, 상기 제1링체의 하부 또는 상기 상부 테두리부의 상부면에 상기 걸림돌기부가 삽입되는 걸림홈부가 구비될 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 마개부재는 실리콘 본드재질로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 상부 원주홈부 내에는 상기 제1링체의 하부면과 상기 상부 원주홈부의 바닥면을 탄성 지지하는 스프링체가 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 상기 제2링체의 바깥부분의 상면에서 상기 제2링체의 내주면까지 연장되어 상기 제2링체를 탄성 지지하고, 상기 제2링체와 상기 제1링체의 이격된 부분을 막도록 형성되는 탄성 패드부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 탄성 패드부재의 상면과 하면에는 각각 이탈방지돌기부가 돌출되고, 상기 제1링체의 하부면과 상기 제2링체의 상부면에는 각각 상기 이탈방지돌기부가 삽입되는 돌기삽입홈부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은, 상기 제1링체의 내주면 또는 상기 제2링체의 내주면 중 어느 한 측에 고정되며 상기 제2링체의 안쪽 부분에서 상기 제2링체와 상기 제1링체의 이격된 입구를 커버하는 입구 커버부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작업 중 연마패드와 접촉되는 웨이퍼의 면적을 최대화하여 웨이퍼의 연마 작업의 효율성을 향상시킬 뿐 아니라 웨이퍼의 연마 작업 중 불량율을 저하시키고, 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 작업 중 웨이퍼 슬립이 발생되는 것을 방지하여 연마 작업 중 불량률을 더 저하시키고, 웨이퍼의 수율을 더 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 리테이너 링이 장착된 연마 헤드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 종래 화학적 기계 연마 장치의 웨이퍼 연마 작업을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 일 실시예를 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 일 실시예를 도시한 저면 사시도.
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 각각 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 다른실시예를 도시한 사시도.
도 13 및 도 14는 도 12의 A-A’ 단면의 각각 다른 실시 예를 도시한 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 사용한 웨이퍼 연마 작업을 도시한 개략도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 화학적 기계 연마 장치에 장착되며 내부에 웨이퍼가 수용되어 상기 웨이퍼를 감싸며 웨이퍼의 연마 작업 중 하부면이 화학적 기계 연마 장치의 연마패드(6)와 접촉되는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 관한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 일 실시예를 도시한 저면 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 화학적 기계 연마 장치에 장착되는 제1링체(10)와, 상기 제1링체(10)의 하부면에 장착되어 고정되는 제2링체(20)를 포함하는 것을 일 예로 한다.
상기 제2링체(20)는 상기 제1링체(10)의 하부에서 상기 제1링체(10)와 일체로 형성될 수도 있고 이는 하기에서 더 상세히 설명한다.
상기 제1링체(10)는 화학적 기계 연마 장치의 헤드에 장착되는 것으로, 금속 재질로 제조되며 SUS 재질인 것을 일 예로 한다. 상기 제1링체(10)는 금속 재질로 형성되어 헤드에 견고하게 장착되며, 해당 화학적 기계 연마 장치에서 요구하는 규격의 중량 및 강성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1링체(10)의 하부에는 하부면이 화학적 기계 연마 장치의 연마 패드에 접촉되는 제2링체(20)가 결합된다. 상기 제2링체(20)의 하부면에는 링의 내부로 연마제를 공급하는 연마제 공급홈(20a)이 형성된다. 상기 연마제 공급홈(20a)은 상기 제2링체(20)의 하부면에 이격되게 복수로 형성되어 상기 제2링체(20)의 내부 즉, 상기 웨이퍼(7)가 수용된 상기 제2링체(20)의 내주면 안쪽으로 연마제를 안정적으로 원활하게 공급한다.
상기 제2링체(20)는 합성 수지재로 제조되며, 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulfide)인 것을 일 예로 하며, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리이미드(PI), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리카보네이트, 아세탈, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸린테레프탈레이트(PET) 등과 같은 공지의 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나를 선택하여 제조될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 제1링체(10)에는 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 장착되기 위해 내부로 헤드 장착구가 삽입되어 결합하는 복수의 장착부(12)가 이격되게 형성되고, 상기 장착부(12)는 구멍일 수도 있고, 홈일 수도 있다. 상기 장착부(12)의 내주면에는 볼트에 체결되는 나사홈부(21)가 형성되어 상기 제1링체(10)는 볼트 체결로 화학적 기계 연마 장치의 연마 헤드에 장착되는 것을 일 예로 한다.
상기 제2링체(20)는 상기 제1링체(10)의 하부면에 볼트 체결로 장착 고정되는 것을 일 예로 한다.
즉, 상기 제1링체(10)에는 상, 하 방향으로 관통된 복수의 결합 구멍(11)이 이격되게 형성된다. 상기 결합 구멍(11)은 상기 제2링체(20)를 상기 제1링체(10)의 하부면에 장착 고정시키는 고정볼트(10a)가 통과되기 위한 구멍이다.
상기 제2링체(20)에는 상기 결합 구멍(11)과 연통되고 상기 고정볼트(10a)가 체결되는 복수의 나사홈부(21)가 형성된다.
상기 나사홈부(21)는 상기 제2링체(20)의 바깥쪽 부분은 원주방향으로 이격되게 형성되며, 상기 결합 구멍(11)도 상기 나사홈부(21)에 대응되게 상기 제1링체(10)에 원주방향으로 이격되게 형성되는 것을 일 예로 한다.
상기 제2링체(20)는 상기 결합 구멍(11)을 통과하여 상기 나사홈부(21)에 체결되는 상기 고정볼트(10a)에 의해 상기 제1링체(10)에 장착되어 고정되는 것을 일 예로 한다.
상기 제2링체(20)의 바깥쪽 부분은 상기 제1링체(10)의 하부면에 접착제로 장착 고정될 수도 있고 이외에도 공지의 다양한 고정 구조로 장착 고정될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 각각 다른 실시예를 도시한 단면도로써, 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 각각 다른 실시 예를 도시하고 있다.
도 5 내지 도 11을 참고하면, 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체(10)와 이격되어 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 연마패드(6)를 가압할 때 승강된다.
즉, 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분은 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 제1링체(10)와 이격된 거리가 줄어들게 승강됨으로써 가압력을 완충하는 것이다.
더 상세하게 도 5 내지 도 11의 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 각각 다른 실시 예를 하기에서 설명한다.
도 5를 참고하면, 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분은 안쪽 단부 측으로 갈수록 상기 제1링체(10)의 하부면과 점차적으로 이격되도록 경사진 경사면(20b)을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2링체(20)의 경사면(20b)과 상기 제1링체(10)의 하부면 사이에는 탄성체(30)가 삽입될 수도 있다.
상기 탄성체(30)는 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분을 탄성 지지하여 상기 연마패드(6)를 가압하는 힘이 해제된 후 상기 제2링체(20)를 원래의 위치로 빠르게 복귀시키는 역할을 한다.
상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)의 사이로 슬러리 등의 이물질이 삽입되어 굳게 되면 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분이 승강하는 것을 방해하게 되는 문제점이 발생한다.
상기 슬러리는 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 연마패드(6)에 의해 연마된 웨이퍼(7)의 연마입자와 연마제가 혼합되면서 형성되는 것을 일 예로 한다.
상기 탄성체(30)는 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)의 사이로 슬러리 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하여 연마 작업 중 상기 제2링체(20)의 승강 작동이 안정적이고 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 5을 참고하면, 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분의 하부면에는 원주방향으로 하부 원주홈부(22)가 형성되어 상기 제2링체(20)의 내주면 하부측에 상기 연마패드(6)를 가압할 때 승강되는 하부 테두리부(22a)를 형성할 수도 있다.
또한, 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분의 상부면에는 원주방향으로 상부 원주홈부(23)가 형성되어 상기 제2링체(20)의 내주면 상부 측에 상기 제1링체(10)와 이격되는 상부 테두리부(23a)를 형성할 수 있다.
상기 상부 테두리부(23a)는 상단부가 상기 제1링체(10)와 이격되게 형성되고, 상기 제2링체(20)의 하부면이 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 하부 테두리부(22a)와 함께 승강된다.
상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)는 상기 하부 원주홈부(22)과 상기 상부 원주홈에 의해 상기 제2링체(20)의 내주면에 구비되어 상기 연마패드(6)를 가압할 때 가압력에 의해 원활하게 승강되는 형상을 가지게 되는 것이다.
또한, 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 제2링체(20)가 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 하부 원주홈부(22) 내에는 상기 연마패드(6)가 가압되면서 일부분 튀어오르는 부분이 발생되어 상기 연마패드(6)가 더 덜 눌려지게 된다.
따라서, 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 제2링체(20)가 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 제2링체(20)의 내부에서 발생되는 상기 연마패드(6)의 리바운드 부분 즉, 상기 하부 테두리부(22a)에 의해 눌려지면서 튀어오르는 부분의 높이가 더 작아지게 되는 것이다.
한편, 도 7을 참고하면 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 상기 상부 원주홈부(23) 내에 삽입되는 홈지지 탄성체(40)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 홈지지 탄성체(40)는 상기 상부 원주홈부(23) 내에 채워지고 일 측에 상기 제1링체(10)와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에 끼워지는 탄성 끼움부(41)가 돌출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1링체(10)의 하부면에는 상기 상부 원주홈부(23)와 적어도 일부분이 겹쳐져 상기 홈지지 탄성체(40)의 상부가 삽입되는 탄성 지지홈부(14)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 홈지지 탄성체(40)는 상기 제2링체(20)의 상기 상부 원주홈부(23) 뿐만 아니라 상기 제1링체(10)의 하부면에 형성되는 탄성 지지홈부(14) 내로 삽입되어 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)의 사이에서 견고하게 장착될 수 있고, 상기 제2링체(20)를 안정적으로 탄성 지지할 수 있다.
상기 홈지지 탄성체(40)는 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분 즉, 상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)를 탄성 지지하여 상기 연마패드(6)를 가압하는 힘이 해제된 후 가압에 의해 승강된 상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)를 원래의 위치로 빠르게 복귀시키며 상기 제2링체(20)의 원형을 유지시킬 수 있도록 한다.
상기 상부 원주홈부(23) 내로 슬러리가 삽입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되어 굳게 되면 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)의 승강 작동에 방해가 된다.
상기 홈지지 탄성체(40)는 상기 상부 원주홈부(23)의 입구를 막아 연마 작업 중 슬러리가 상기 상부 원주홈부(23) 내로 유입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되고 굳게 되는 것을 방지하여 연마 작업 중 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)가 안정적으로 승강될 수 있게 한다.
도 8을 참고하면 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 제1링체(10)의 사이에 삽입되어 상기 상부 원주홈부(23)의 입구를 막는 탄성 마개부재(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 마개부재(50)는, 상부와 하부 중 적어도 어느 한 측에 걸림돌기부(51)가 돌출되고, 상기 제1링체(10)의 하부 또는 상기 상부 테두리부(23a)의 상부면에 상기 걸림돌기부(51)가 삽입되는 걸림홈부(52)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 탄성 마개부재(50)는 상기 걸림돌기부(51)가 상기 걸림홈부(52)에 삽입되어 상기 제1링체(10)와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 견고하게 장착 고정된다.
상기 상부 원주홈부(23) 내로 슬러리가 삽입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되어 굳게 되면 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)의 승강 작동에 방해가 된다.
상기 탄성 마개부재(50)는 상기 상부 원주홈부(23)의 입구를 막아 연마 작업 중 슬러리가 상기 상부 원주홈부(23) 내로 유입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되고 굳게 되는 것을 방지하여 연마 작업 중 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)가 안정적으로 승강될 수 있게 한다.
도 9를 참고하면, 상기 탄성 마개부재(50)는 실리콘 본드재질로 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 제1링체(10)의 사이에 삽입되어 상기 상부 테두리부(23a)의 상부면과 상기 제1링체(10)의 하부면에 각각 접착되어 고정될 수도 있다.
또한, 상기 상부 원주홈부(23) 내에는 상기 제1링체(10)의 하부면과 상기 상부 원주홈부(23)의 바닥면을 탄성 지지하는 스프링체(42)가 삽입될 수도 있다.
도 10을 참고하면, 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)의 사이에는 탄성 패드부재(60)가 구비되고, 상기 탄성 패드부재(60)는 상기 제2링체(20)가 상기 제1링체(10)에 장착되는 부분의 상면, 즉, 상기 제2링체(20)의 바깥부분의 상면에서 상기 제2링체(20)의 내주면까지 연장되어 상기 제2링체(20)와 상기 제1링체(10)의 이격된 부분을 막도록 형성된다.
더 상세하게 상기 탄성 패드부재(60)는 상기 제2링체(20)가 상기 제1링체(10)에 장착되는 부분의 상면에서 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 제1링체(10)의 사이까지 연장되어 상기 상부 원주홈부(23)의 입구를 막도록 형성된다.
즉, 상기 탄성 패드부재(60)는 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)의 사이에 개재되어 상기 제2링체(20)를 전체적으로 탄성지지하여 상기 연마패드(6)의 가압 시 발생되는 하중을 완충시켜 상기 제2링체(20)에 의한 상기 연마패드(6)의 눌림을 최소화한다.
상기 연마패드(6)의 눌림이 줄어들면 상기 제2링체(20)의 내부에서 연마되는 상기 와이퍼의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉되는 면적을 더 줄일 수 있고, 상기 연마패드(6)에 접촉되는 상기 웨이퍼(7)의 접촉면적을 더 증대시킬 수 있는 것이다.
또한 상기 탄성 패드부재(60)는 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분에서 상기 제1링체(10)와 이격된 부분의 입구 즉, 상기 상부 원주홈부(23)의 입구를 막아 연마 작업 중 슬러리가 상기 상부 원주홈부(23) 내로 유입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되고 굳게 되는 것을 방지하여 연마 작업 중 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)가 안정적으로 승강될 수 있게 한다.
상기 탄성 패드부재(60)의 상면과 하면에는 각각 이탈방지돌기부(61)가 돌출되고, 상기 제1링체(10)의 하부면과 상기 제2링체(20)의 상부면에는 각각 상기 이탈방지돌기부(61)가 삽입되는 돌기삽입홈부(62)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 탄성 패드부재(60)는 상기 이탈방지돌기부(61)가 상기 돌기삽입홈부(62)에 각각 삽입되어 걸림으로써 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20) 사이에서 견고하게 장착 고정되고, 연마 작업 중 파손이 방지되고 내구성을 확보할 수 있다.
도 11을 참고하면, 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 상기 제1링체(10)의 내주면 또는 상기 제2링체(20)의 내주면 중 어느 한 측에 고정되며 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분에서 상기 제2링체(20)와 상기 제1링체(10)의 이격된 입구를 커버하는 입구 커버부재(70)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
더 상세하게 상기 입구 커버부재(70)는 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이를 커버하는 것을 일 예로 한다.
상기 제2링체(20)의 안쪽에서 상기 상부 원주홈부(23) 내로 슬러리가 삽입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되어 굳게 되면 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)의 승강 작동에 방해가 된다.
상기 입구 커버부재(70)는 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분에서 상기 제2링체(20)와 상기 제1링체(10)의 이격된 입구 즉, 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이를 커버하여 상기 상기 연마 작업 중 슬러리가 상기 상부 원주홈부(23) 내로 유입되거나 상기 제1링체(10)의 하부와 상기 상부 테두리부(23a) 사이에서 슬러리가 잔류되고 굳게 되는 것을 방지하여 연마 작업 중 상기 상부 테두리부(23a)와 상기 하부 테두리부(22a)가 안정적으로 승강될 수 있게 한다.
한편, 도 12는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링에 대한 다른실시예를 도시한 사시도이고, 도 13 및 도 14는 도 12의 A-A’ 단면의 각각 다른 실시 예를 도시한 단면도로써 상기 제1링체(10)의 하부에서 상기 제2링체(20)가 일체로 형성되는 예를 도시한 것이다.
도 13은 상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)가 하나의 재질 즉, 합성수지재질로 하나의 몸체을 가지도록 형성된 예를 도시하고 있다.
상기 제1링체(10)와 상기 제2링체(20)는 하나의 재질로 형성될 수도 있고 상기 제2링체(20)가 상기 제1링체(10)의 하부면에 융착되어 일체로 형성될 수도 있다.
도 14는 상기 제1링체(10)의 내부에 강도가 더 큰 재질, 일 예로 금속 재질로 형성되는 삽입링체(10b)가 구비될 수 있다.
상기 삽입링체(10b)는 SUS 또는 아연(Zn)으로 형성되는 것을 일 예로 하며, 헤드에 견고하게 장착되며, 해당 화학적 기계 연마 장치에서 요구하는 규격의 중량 및 강성을 확보할 수 있도록 한다.
즉, 금형 내에 상기 삽입링체(10b)를 배치한 후 합성수지 용융액을 금형 내로 주입하여 상기 삽입링체(10b)를 감싸는 제1링체(10)와 상기 제1링체(10)의 하부에 상기 제2링체(20)를 일체로 형성할 수 있다.
이외에도 상기 제1링체(10)의 하부에서 상기 제2링체(20)가 일체로 형성되는 어떠한 예로도 변형실시 될수 있음을 밝혀둔다.
도 15는 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링을 사용한 웨이퍼(7) 연마 작업을 도시한 개략도이고, 도 7의 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링의 실시 예로 웨이퍼(7)를 작업하는 것을 도시한 것이다.
도 15를 참고하면 화학적 기계 연마 장치로 웨이퍼(7)를 연마패드(6) 상에서 연마할 때 본 발명에 따른 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링의 상기 제2링체(20)는 상기 웨이퍼(7)의 둘레에서 상기 연마패드(6)를 가압하게 된다.
이 때 상기 연마패드(6)에서 상기 제2링체(20)에 의해 가압된 부분은 상기 연마패드(6)에서 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분에 비해 더 눌려지게 된다.
상기 연마패드(6)에서 상기 제2링체(20)에 의해 가압된 부분과 상기 연마패드(6)에서 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분의 높이 차이에 의해 상기 웨이퍼(7)의 가장자리 일부분은 상기 연마패드(6)와 비접촉되게 된다.
그리고, 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉 부분(M)의 면적은 상기 연마패드(6)에서 상기 제2링체(20)에 의해 가압된 부분과 상기 연마패드(6)에서 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분의 높이 차이에 비례하여 더 커지게 된다.
본 발명에 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 상기 연마패드(6)와 직접 접촉되어 상기 연마패드(6)를 가압하는 상기 제2링체(20) 중 안쪽 부분을 원주방향으로 상기 제1링체(10)와 이격되게 형성하여 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 연마패드(6)를 가압할 때 상기 제2링체(20) 중 안쪽 부분이 승강되면서 상기 연마패드(6)에서 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분과의 높이 차이를 최소화하는 것이다.
즉, 본 발명에 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링은 상기 제2링체(20)의 내부에서 연마 중인 웨이퍼(7)와 가장 근접한 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분이 상기 제2링체(20)의 바깥쪽 부분에 비해 더 높게 위치하도록 하여 상기 연마패드(6)에서 상기 제2링체(20)의 안쪽 부분에 의해 눌려진 부분과 상기 연마패드(6)에서 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분과의 높이 차이를 최소화함으로써 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉 부분(M)의 면적을 최소화하고 상기 웨이퍼(7)가 상기 연마패드(6)와 접촉되는 면적을 증대시키는 것이다.
더 상세하게 상기 제2링체(20)의 내주면에 구비되는 상기 제1하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)는 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 상기 웨이퍼(7)를 가압할 때 상기 연마패드(6)와 접촉되는 상기 제2링체(20)의 다른 부분보다 더 높게 승강된다.
웨이퍼(7)의 압연 작업 중 상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)가 상기 제2링체(20)의 다른 부분보다 높게 위치되어 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉 부분(M)의 면적을 줄이고, 상기 웨이퍼(7)가 상기 연마패드(6)와 접촉되는 면적을 증대시키게 되는 것이다.
또한, 상기 하부 원주홈부(22) 내에는 상기 연마패드(6)가 가압되면서 일부분 튀어오르는 부분이 발생되어 상기 연마패드(6)가 더 덜 눌려지게 되고, 상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두리부(23a)에 의해 상기 연마패드(6)가 덜 눌려지고 상기 하부 테두리부(22a)와 상기 상부 테두립에 의해 가압되는 부분의 연마패드(6)와 상기 웨이퍼(7)가 안착된 부분의 연마패드(6)의 높이가 더 줄어들게 되는 것이다.
따라서, 상기 웨이퍼(7)의 가장자리에서 상기 연마패드(6)와 비접촉 부분(M)의 면적을 더 줄이고 상기 웨이퍼(7)가 상기 연마패드(6)와 접촉되는 면적을 더 증대시키게 되는 것이다.
본 발명은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 작업 중 연마패드(6)와 접촉되는 웨이퍼(7)의 면적을 최대화하여 웨이퍼(7)의 연마 작업의 효율성을 향상시킬 뿐 아니라 웨이퍼(7)의 연마 작업 중 불량율을 저하시키고, 웨이퍼(7)의 수율을 향상시킨다.
본 발명은 화학적 기계 연마 장치로 반도체 웨이퍼(7)의 표면을 연마하는 연마 작업 중 웨이퍼(7) 슬립이 발생되는 것을 방지하여 연마 작업 중 불량률을 더 저하시키고, 웨이퍼(7)의 수율을 더 향상시킨다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10 : 제1링체 10a : 고정볼트
11 : 결합 구멍 12 : 장착부
14 : 탄성 지지홈부 20 : 제2링체
20a : 연마제 공급홈 20b : 경사면
21 : 나사홈부 22 : 하부 원주홈부
23 : 상부 원주홈부 23a : 상부 테두리부
22a : 하부 테두리부 30 : 탄성체
40 : 홈지지 탄성체 41 : 탄성 끼움부
50 : 탄성 마개부재 51 : 걸림돌기부
52 : 걸림홈부 60 : 탄성 패드부재
61 : 이탈방지돌기부 62 : 돌기삽입홈부
70 : 입구 커버부재

Claims (15)

  1. 화학적 기계 연마 장치에 장착되며 내부에 웨이퍼가 수용되어 상기 웨이퍼를 감싸는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링이며,
    화학적 기계 연마 장치에 장착되는 제1링체; 및
    상기 제1링체의 하부에 구비되고, 상기 화학적 기계 연마 장치의 연마패드에 접촉되는 제2링체를 포함하며,
    상기 제2링체의 바깥쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체에 일체로 형성되거나 상기 제1링체에 장착되어 고정되고, 상기 제2링체의 안쪽 부분은 원주방향으로 상기 제1링체와 이격되어 웨이퍼의 연마 작업 중 상기 연마패드를 가압할 때 승강되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2링체의 안쪽 부분은 안쪽 단부 측으로 갈수록 상기 제1링체의 하부면과 점차적으로 이격되도록 경사진 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2링체의 안쪽 부분과 상기 제1링체의 하부면 사이에 삽입되는 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2링체의 안쪽 부분의 하부면에는 원주방향으로 하부 원주홈부가 형성되어 상기 제2링체의 내주면 하부측에 상기 연마패드를 가압할 때 승강되는 하부 테두리부를 형성하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2링체의 안쪽 부분의 상부면에는 원주방향으로 상부 원주홈부가 형성되어 상기 제2링체의 내주면 상부 측에 상기 제1링체와 이격되는 상부 테두리부를 형성하고, 상기 상부 테두리부는 상기 연마패드를 가압할 때 상기 하부 테두리부와 함께 승강되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상부 원주홈부 내에 삽입되는 홈지지 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈지지 탄성체는 상기 상부 원주홈부 내에 채워지고 일 측에 상기 제1링체와 상기 상부 테두리부 사이에 끼워지는 탄성 끼움부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1링체의 하부면에는 상기 상부 원주홈부와 적어도 일부분이 겹쳐져 상기 홈지지 탄성체의 상부가 삽입되는 탄성 지지홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 상부 테두리부와 상기 제1링체의 사이에 삽입되어 상기 상부 원주홈부의 입구를 막는 탄성 마개부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 탄성 마개부재는, 상부와 하부 중 적어도 어느 한 측에 걸림돌기부가 돌출되고, 상기 제1링체의 하부 또는 상기 상부 테두리부의 상부면에 상기 걸림돌기부가 삽입되는 걸림홈부가 구비되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 탄성 마개부재는 실리콘 본드재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 상부 원주홈부 내에는 상기 제1링체의 하부면과 상기 상부 원주홈부의 바닥면을 탄성 지지하는 스프링체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2링체의 바깥부분의 상면에서 상기 제2링체의 내주면까지 연장되어 상기 제2링체를 탄성 지지하고, 상기 제2링체와 상기 제1링체의 이격된 부분을 막도록 형성되는 탄성 패드부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 탄성 패드부재의 상면과 하면에는 각각 이탈방지돌기부가 돌출되고, 상기 제1링체의 하부면과 상기 제2링체의 상부면에는 각각 상기 이탈방지돌기부가 삽입되는 돌기삽입홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1링체의 내주면 또는 상기 제2링체의 내주면 중 어느 한 측에 고정되며 상기 제2링체의 안쪽 부분에서 상기 제2링체와 상기 제1링체의 이격된 입구를 커버하는 입구 커버부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계 연마 장치의 리테이너 링.
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