KR101740303B1 - 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 구멍이 상면에 형성되고 금속재로 형성되는 상부 링과, 상기 상부 링의 하부에 결합되는 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물에 있어서, 상기 상부 링의 하부와 결합하는 상기 하부 링의 상부 결합부에는 내측으로 개방되어 형성된 공간부를 갖는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 외부 링의 상부에 형성된 상기 공간부에는 연질의 수지재로 충전되는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, CMP 공정 중 연마 헤드에 장착되는 리테이너 링 구조물을 이루는 상부 링과 이에 결합하는 하부 링 사이에 빈 공간을 형성시키거나 연질의 수지재를 충전시킴으로써 탄성을 부여하게 되어 웨이퍼 가장자리 면의 압력을 낮춰 웨이퍼의 수율을 높일 수 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물{retainer ring structure for chemical-mechanical polishing machine}

본 발명은 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, 이하 CMP 라함) 장치용 리테이너 링 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CMP 공정 중 연마 헤드에 장착되는 리테이너 링 구조물을 이루는 상부 링과 이에 결합하는 하부 링 사이에 빈 공간을 형성시키거나 연질의 수지재를 충전시킴으로써 탄성을 부여하게 되어 웨이퍼 가장자리 면의 압력을 낮춰 웨이퍼의 수율을 높일 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 구조물에 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 이용되며 이러한 리테이너 링은 금속재인 상부 링과 이 상부 링과 결합하는 수지재의 하부 링으로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 리테이너 링 구조물은 웨이퍼 연마시 헤드에서 전달되는 압력이 링에 전체적으로 균일하게 전달되나 웨이퍼의 가장자리 면에서 다소 휘게되는 현상이 발생하여 웨이퍼의 수율이 감소하게 되는 문제점을 내포하고 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 CMP 공정 중 연마 헤드에 장착되는 리테이너 링 구조물을 이루는 상부 링과 이에 결합하는 하부 링 사이에 빈 공간을 형성시키거나 연질의 수지재를 충전시킴으로써 탄성을 부여하게 되어 웨이퍼 가장자리 면의 압력을 낮춰 웨이퍼의 수율을 높일 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 구조물을 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치(CMP)의 헤드에 결합하기 위한 다수의 구멍이 상면에 형성되고 2종 이상의 금속재로 형성되는 인서트 링(insert ring)과, 상기 인서트 링의 상기 구멍에 각각 결합시켜 일체로 형성된 금속재의 인서트 핀, 및 상기 인서트 핀의 상면을 제외하고 상기 인서트 링을 감싸서 형성하는 수지재의 외부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치(CMP)용 리테이너 링 구조물에 있어서, 상기 인서트 링의 내부 공간은 비어 있으며, 상기 인서트 링의 하부와 연결되는 상기 외부 링의 상부 결합부에는 내측으로 개방되어 형성된 공간부를 갖되 이 공간부에는 연질의 수지재로 충전될 수 도 있다.

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게다가 상기 외부 링의 상부에 형성된 상기 공간부에 외측으로는 빈공간이 형성되고 내측에는 연질의 수지재로 충전된다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치(CMP)의 헤드에 결합하기 위한 다수의 구멍이 상면에 형성되고 금속재로 형성되는 상부 링과, 상기 상부 링의 하부에 결합되는 수지재의 하부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물에 있어서, 상기 외부 링의 상부에 형성된 상기 공간부에 외측으로는 빈공간이 형성되고 내측에는 연질의 수지재로 충전된다.

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본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, CMP 공정 중 연마 헤드에 장착되는 리테이너 링 구조물을 이루는 상부 링과 이에 결합하는 하부 링 사이에 빈 공간을 형성시키거나 연질의 수지재를 충전시킴으로써 탄성을 부여하게 되어 웨이퍼 가장자리 면의 압력을 낮춰 웨이퍼의 수율을 높일 수 있어 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물이 CMP 장치에 장착된 것을 개략적인 나타낸 도면.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도.
도 3 은 도 2 에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 평면도.
도 4 는 도 3 에 따른 선 A-A 를 따라 취한 단면도.
도 5 는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도.
도 6 은 도 5 에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 평면도.
도 7 은 도 6 에 따른 선 B-B 를 따라 취한 단면도.
도 8 은 본 발명의 또 실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 단면도.
도 9 는 본 발명의 또 실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 단면도.

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 링 구조물은 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 구조물(10)과, 이 구조물(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 구조물(10)은 도 2 와 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드(112)에 결합하기 위한 다수의 구멍(15)이 상면에 형성되는 2종 이상의 금속으로 형성된 인서트 링(insert ring)(14)과, 이 인서트 링(14)의 상기 구멍에 각각 결합시켜 일체로 형성된 금속재의 인서트 핀, 및 이 인서트 핀의 상면을 제외하고 상기 인서트 링(14)을 감싸서 형성하는 수지재의 외부 링(12)을 포함한다.

이때 인서트 링(14)의 내부 공간(13)은 비어 있게 형성시킴으로써 탄성을 부여하게 되어 웨이퍼에 가하는 가장자리 압력을 분산시켜 웨이퍼의 손실을 감소시킬 수 있게 한다.

그리고 상기 인서트 링(14)의 하부와 연결되는 상기 외부 링(12)의 상부 결합부에는 내측으로 개방되어 형성된 공간부를 갖거나 연질의 수지재로 충전되는 것이 후술하는 것처럼 바람직하다.

게다가 상기 외부 링(12)의 상부에 형성된 상기 공간부에 외측으로는 빈공간이 형성되고 내측에는 연질의 수지재로 충전 할 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

도 5 내지 도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면이다.

도 5 에 따른 리테이너 링 구조물(30)은 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합하기 위한 다수의 구멍이 상면에 형성되고 2종 이상의 금속재로 형성되는 상부 링(40)과, 이 상부 링(40)에 결합되는 수지재의 하부 링(34)을 포함한다.

그리고 도면에서는 인서트 핀(32)을 도시하였으나 이에 국한되지 않고 금속재의 상부 링(40)과 수지재의 하부 링(34) 만으로 링 구조물(30)을 형성할 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

이때 상기 상부 링(40)의 하부와 결합하는 상기 하부 링(34)의 상부 결합부에는 내측으로 개방되어 형성된 공간부(33)를 갖는다.

게다가 도 8 에서 처럼 상기 하부 링(34)의 상부에 형성된 내부 공간부에는 연질의 수지재로 충전되어 충전부(36)가 형성된다.

또한 도 9 에서 처럼 상기 하부 링(34)의 상부에 형성된 상기 공간부에 외측으로는 빈공간이 형성되어 내부 공간부(35)가 형성되고 내측에는 연질의 수지재로 충전되어 충전부(37)가 형성될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

그리고 상기 연질의 수지재는 실리콘이나 우레탄 등을 이용할 수 있으나 이에 국한되지 않고 탄성을 가지는 어떠한 수지재를 이용해도 무방하다.

따라서 이때 리테이너 링(10,30)의 가장자리부에 탄성을 부여함으로써 웨이퍼 연마시 웨이퍼에 가하는 가장자리 압력을 낮춰 웨이퍼의 수율을 증대시킬 수 있게 된다.

본 발명은 기재된 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물에 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.

10,30 : 리테이너 링 구조물, 12 : 외부 링,
14 : 인서트 링, 15,31 : 구멍,
32 : 인서트 핀, 33 : 개방 공간부,
35 : 내부 공간부, 36,37 : 충전부
34 : 하부 링, 40 : 상부 링

Claims (8)

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2. 화학 기계적 연마 장치(CMP)의 헤드에 결합하기 위한 다수의 구멍이 상면에 형성되고 2종 이상의 금속재로 형성되는 인서트 링(insert ring)과, 상기 인서트 링의 상기 구멍에 각각 결합시켜 일체로 형성된 금속재의 인서트 핀, 및 상기 인서트 핀의 상면을 제외하고 상기 인서트 링을 감싸서 형성하는 수지재의 외부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치(CMP)용 리테이너 링 구조물에 있어서,
   상기 인서트 링의 내부 공간은 비어 있으며, 상기 인서트 링의 하부와 연결되는 상기 외부 링의 상부 결합부에는 내측으로 개방되어 형성된 공간부를 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 링에 형성된 상기 공간부에는 연질의 수지재로 충전되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 링의 상부에 형성된 상기 공간부에 외측으로는 빈공간이 형성되고 내측에는 연질의 수지재로 충전되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
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