KR101875275B1 - 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법 - Google Patents

마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 CMP 공정에서 사용되는 리테이너 링을 마찰 용접 방식으로 재생하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 CMP 공정에서 사용되는 1회성 소모 부품인 리테이너 링의 마모된 부위를 마찰 용접(Friction welding)으로 재생하여 다시 사용할 수 있도록 하는 새로운 리테이너 링 재생 방법을 구현함으로써, 교체 주기가 짧은 리테이너 링에 대한 교체 비용을 줄일 수 있는 등 CMP 공정의 전반적인 공정 원가를 절감할 수 있는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 제공한다.

Description

마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법{Retainer ring recycle method using friction welding}
본 발명은 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 CMP 공정에서 사용되는 리테이너 링을 마찰 용접 방식으로 재생하는 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 배선 층수의 증가와 배선 패턴의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이러한 요구를 실현하기 위해서는 칩 영역에 걸친 광역 평탄화 기술이 요구된다.
이러한 광역 평탄화를 실현하기 위한 방법으로는 화학 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing;CMP) 방법이 현재 널리 이용된다.
보통 CMP 방법은 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰을 통해 연마함과 동시에 화학적 연마제를 사용하여 연마하는 공정이다.
이와 같은 CMP 방법에서는 캐리어에 고정된 웨이퍼를 연마 패드로 가압시킨 상태에서 회전시킴으로써, 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 한다.
또한, 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제로서의 슬러리에 의해 웨이퍼의 표면이 화학적으로 연마된다.
일반적으로 CMP 방법을 이용하여 웨이퍼를 연마하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
1)턴테이블위에 연마 패드가 설치되고 그 위에 웨이퍼가 놓여진다.
2)웨이퍼를 수용하는 역할을 하는 캐리어의 하면에 웨이퍼가 흡착되도록 한 다음, 연마 도중 웨이퍼가 구동부에 의해 작동하는 캐리어에서 바깥으로 이탈되지 않도록 리테이너 링으로 지지한다.
3)캐리어에 수용된 웨이퍼를 연마 패드에 대해 소정 압력으로 누르면서 연마제인 슬러리(Slurry)를 노즐을 통해 웨이퍼와 연마 패드 사이에 공급함으로써, 웨이퍼는 연마 패드의 회전운동에 의해 화학적 및 기계적으로 동시에 연마된다.
여기서, 상기 리테이너 링은 웨이퍼와 함께 마모되는 소모성 부품으로서, 일정 시간 사용한 후에는 폐기하고 새것으로 교체 사용해야 한다.
보통 리테이너 링은 교체 주기는 짧기 때문에 CMP 공정의 전반적인 공정 원가 상승을 초래하게 되는 등 이에 대한 개선의 필요성이 요구되고 있는 추세이다.
한국 공개특허 10-2008-0073051호 한국 공개특허 10-2014-0036676호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 반도체 CMP 공정에서 사용되는 1회성 소모 부품인 리테이너 링의 마모된 부위를 마찰 용접(Friction welding)으로 재생하여 다시 사용할 수 있도록 하는 새로운 리테이너 링 재생 방법을 구현함으로써, 교체 주기가 짧은 리테이너 링에 대한 교체 비용을 줄일 수 있는 등 CMP 공정의 전반적인 공정 원가를 절감할 수 있는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법은 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마에 사용되어 마모가 이루어진 리테이너 링의 저면에 같은 재질의 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 일체 접합시키는 단계와, 이러한 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링을 리테이너 링의 규격에 맞게 치수 가공하여 리테이너 링 제품으로 완성하는 단계를 포함한다.
따라서, 상기 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법은 1회성 소모 부품인 리테이너 링을 마모된 부위를 재생하여 다시 사용할 수 있도록 하는 특징이 있다.
여기서, 상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계는 접합 전(前) 리테이너 링의 마모된 부위를 고르게 연마하는 과정을 포함할 수 잇다.
또한, 상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계는 리테이너 링과 서브 리테이너 링 간의 접합면에 서로 결속되는 비틀림 방지용 홈과 비틀림 방지용 돌기를 각각 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
이때의 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 비틀림 방지용 홈은 리테이너 링에, 비틀림 방지용 홈은 서브 리테이너 링에 형성하거나, 또는 비틀림 방지용 홈은 서브 리테이너 링에, 비틀림 방지용 돌기는 리테이너 링에 형성할 수 있다.
그리고, 상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 사용되는 리테이너 링과 서브 리테이너 링은 PEEK, PPS 등과 같은 고분자 소재로 이루어질 수 있으며, 또 상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 사용되는 리테이너 링은 스테인레스 소재를 접착 또는 내장시킨 고분자 소재 등으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링에 대한 치수 가공 시 리테이너 링 저면에 다수의 홈을 가공하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 마찰 용접(Friction welding)을 이용하여 1회성 소모 부품인 리테이너 링의 마모된 부위를 재생(Recycle)하여 다시 사용할 수 있게 함으로써, 교체 주기가 짧은 리테이너 링의 교체 비용에 대한 부담을 줄일 수 있으며, 따라서 CMP 공정의 전반적인 공정 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
둘째, PEEK(Poly Ether Ether Ketone), PPS(Polyphenylene Sulfide) 등과 같은 고분자 복합 소재와 스테인레스 소재를 결합한 형태의 리테이너 링을 적용함으로써, 기존 재생 방법의 메탈 본딩 방식보다 내구성 향상을 기대할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법은 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마에 사용되어 마모가 이루어진 리테이너 링의 마모된 부위를 재생하여 다시 사용할 수 있도록 하는 방법이다.
이를 위하여, 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법에 적용되는 리테이너 링(10)은 반도체 CMP 공정 시 웨이퍼가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 캐리어(미도시)의 연부를 따라 배치되어 그 저면을 통해 연마패드(미도시)와 접하면서 반도체 웨이퍼와 함께 연마되는 소모성 부품으로서, 이러한 리테이너 링(10)에 형성되는 다수의 체결부(11)가 캐리어측과 볼트 등으로 체결되므로서, 리테이너 링(10)은 캐리어측에 고정된다.
이와 같은 리테이너 링(10)의 재생을 위한 방법은 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마 시 웨이퍼와 함께 연마되어 마모된 리테이너 링(10)의 저면에 이 리테이너 링(10)과 동일한 소재의 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접을 이용하여 일체 접합시키는 단계를 포함한다.
예를 들면, 상기 리테이너 링(10)의 하단 폭과 동일한 폭을 가짐과 더불어 소정의 두께를 가지면서 리테이너 링(10)의 소재와 같은 소재로 이루어진 링 모양의 서브 리테이너 링(12)을 마련하고, 이렇게 마련한 서브 리테이너 링(12)을 상기 리테이너 링(10)의 마모된 저면에 폭을 맞춰 밀착시킨 후, 압력을 가하면서 회전시켜 마찰로 인해 발생하는 열을 이용하여 접합시킨다.
여기서, 상기 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)의 마찰 교반 용접 시 사용하는 지그(미도시)와 툴(미도시)은 공지의 것을 적용할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서는 마찰 용접을 실시하기 전(前) 단계로서 리테이너 링(10)의 마모된 부위를 고르게 연마하는 과정을 실시할 수 있다.
즉, 본 발명의 리테이너 링 재생 방법은 CMP 공정에서 사용 후 폐기되는 리테이너 링 제품에 대해 임의의 치수를 적용하여 단면 가공을 한 다음, 마모된 부위에 접합할 모재(서브 리테이너 링)를 가공하여 준비하고, 이렇게 준비한 모재를 마찰 용접으로 접합하는 단계를 포함한다.
다음, 본 발명의 리테이너 링 재생 방법은 마찰 용접을 통해 일체형으로 접합된 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)을 리테이너 링의 규격에 맞게 치수 가공하여 리테이너 링 제품으로 완성하는 단계를 포함한다.
즉, 마찰 용접이 완료된 리테이너 링에 대하여 반도체 CMP 공정에서의 사용목적에 충실한 치수 가공으로 사용 전의 신규 리테이너 링 제품과 동일한 규격 및 품질의 제품을 완성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 일체형 리테이너 링 & 서브 리테이너 링(13)에 대한 치수 가공 시, 일체형 리테이너 링 & 서브 리테이너 링(13)의 단면(저면) 가공을 통해 리테이너 링 두께 치수를 맞추는 과정은 물론 일체형 리테이너 링 & 서브 리테이너 링(13)의 저면에 다수의 홈(14)을 가공하는 과정 등이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 상기 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 사용되는 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)은 PEEK(Poly Ether Ether Ketone), PPS(Polyphenylene Sulfide) 등과 같은 고분자 복합 소재를 적용할 수 있으며, 마찬가지로 일체형 리테이너 링 & 서브 리테이너 링(13)도 PEEK(Poly Ether Ether Ketone), PPS(Polyphenylene Sulfide) 등과 같은 고분자 복합 소재로 이루어질 수 있게 된다.
도 2와 도 3은 본 발명의 제2실시예와 제3실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도이다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접으로 접합시킬 때, 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12) 간의 접합면에 각각 비틀림 방지용 홈(15)과 비틀림 방지용 돌기(16)를 각각 형성하고, 이때의 비틀림 방지용 홈(15)과 비틀림 방지용 돌기(16)의 끼워맞춤 구조에 의해 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)의 접합상태를 더욱 견고하게 결속시키는 방식을 보여준다.
이때의 비틀림 방지용 홈(15)과 비틀림 방지용 돌기(16)는 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12) 중 어느 쪽에 형성하여도 접합력을 강화시키는 효과는 동일하게 얻을 수 있다.
예를 들면, 상기 리테이너 링(10)측에 비틀림 방지용 홈(15)을 형성함과 더불어 상기 서브 리테이너 링(12)에 비틀림 방지용 돌기(16)를 형성할 수 있거나, 또는 상기 리테이너 링(10)측에 비틀림 방지용 돌기(16)를 형성함과 더불어 상기 서브 리테이너 링(12)에 비틀림 방지용 홈(15)를 형성할 수 있다.
이러한 비틀림 방지용 홈(15)과 비틀림 방지용 돌기(16)는 링 원주방향을 따라가면서 연속해서, 또는 간헐적으로 형성될 수 있으며, 링 폭을 따라 가면서 1열 또는 2열 이상이 나란하게 배치되는 형태로 이루어질 수 있다.
그리고, 제2실시예와 제3실시예에서도 상기 제1실시예와 마찬가지로 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마에 사용되어 마모가 이루어진 리테이너 링(10)의 저면에 같은 재질의 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접으로 일체 접합시키는 단계와, 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링(13)을 리테이너 링의 규격에 맞게 치수 가공하여 리테이너 링 제품으로 완성하는 단계를 포함하며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법을 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 리테이너 링(10)과 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서, 스테인레스 소재 등과 같은 금속 인서트(17)와 고분자 소재를 결합시킨 형태의 리테이너 링(10)을 적용하는 예를 보여준다.
이때의 금속 인서트(17)는 고분자 소재로 이루어진 리테이너 링 몸체 부분에 내장되는 형태 또는 고분자 소재로 이루어진 리테이너 링 몸체 부분 한쪽면에 접착시킨 형태(미도시)의 일체식으로 이루어질 수 있다.
이렇게 마찰 용접 적용 소재로 스테인레스 소재가 접착된 PEEK(Poly Ether Ether Ketone), PPS(Polyphenylene Sulfide) 등과 같은 고분자 복합 소재 또는 스테인레스 소재가 내부에 삽입된 고분자 복합 소재를 적용함으로써, 외부 소재가 접착된 물질을 그대로 사용할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
그리고, 제4실시예의 경우에도 상기 제1실시예와 마찬가지로 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마에 사용되어 마모가 이루어진 리테이너 링(10)의 저면에 같은 재질의 서브 리테이너 링(12)을 마찰 용접으로 일체 접합시키는 단계와, 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링(13)을 리테이너 링의 규격에 맞게 치수 가공하여 리테이너 링 제품으로 완성하는 단계를 포함하며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명에서는 반도체 CMP 공정에서 사용되는 1회성 소모 부품인 리테이너 링을 마찰 용접(Friction welding)을 이용하여 재생시켜서 다시 사용할 수 있도록 하는 리테이너 링 재생 방법을 제공함으로써, 리테이너 링 교체와 관련한 비용을 줄일 수 있으며, 따라서 CMP 공정의 전반적인 공정 원가를 절감할 수 있다.
10 : 리테이너 링
11 : 체결부
12 : 서브 리테이너 링
13 : 일체형 리테이너 링 & 서브 리테이너 링
14 : 홈
15 : 비틀림 방지용 홈
16 : 비틀림 방지용 돌기
17 : 금속 인서트

Claims (7)

  1. 반도체 CMP 공정의 웨이퍼 연마에 사용되어 마모가 이루어진 리테이너 링의 저면에 같은 재질의 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 일체 접합시키는 단계;
    이러한 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링을 리테이너 링의 규격에 맞게 치수 가공하여 리테이너 링 제품으로 완성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계는 접합 전(前) 리테이너 링의 마모된 부위를 고르게 연마하는 과정을 포함하고,
    상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계는 리테이너 링과 서브 리테이너 링 간의 접합면에 서로 결속되는 비틀림 방지용 홈과 비틀림 방지용 돌기를 각각 형성하는 과정을 포함하되,
    상기 비틀림 방지용 홈(15)과 비틀림 방지용 돌기(16)는 링 원주방향을 따라가면서 연속해서, 또는 간헐적으로 형성될 수 있으며, 링 폭을 따라 가면서 1열 또는 2열 이상이 나란하게 배치되는 형태로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 비틀림 방지용 홈은 리테이너 링에, 비틀림 방지용 홈은 서브 리테이너 링에 형성하거나, 또는 비틀림 방지용 홈은 서브 리테이너 링에, 비틀림 방지용 돌기는 리테이너 링에 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 사용되는 리테이너 링과 서브 리테이너 링은 고분자 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 리테이너 링과 서브 리테이너 링을 마찰 용접으로 접합시키는 단계에서 사용되는 리테이너 링은 스테인레스 소재를 접착 또는 내장시킨 고분자 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 일체형의 리테이너 링 및 서브 리테이너 링에 대한 치수 가공 시 리테이너 링 저면에 다수의 홈을 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 용접을 이용한 리테이너 링 재생 방법.
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