KR102500158B1 - 리테이너 링 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은, 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면과, 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브와, 몸체의 하단부 측 외경부와 패드 접촉면이 상호 연결되는 적어도 3면의 모서리에 챔퍼링(Chamfering) 가공되는 라운딩부를 포함한다.

Description

리테이너 링{RETAINER-RING}
본 발명은 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정에서 반도체 웨이퍼(Wafer)의 이탈을 방지하기 위해 사용하는 리테이너 링에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조는 웨이퍼에 대한 증착, 식각, 평탄화 작업이 수반되는데, 특히 집적도의 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 집적회로 구현을 위해 필요한 다층 접속 공정에서는 평탄화(Planarization)의 중요성이 더욱 커진다.
평탄화 공정이 제대로 이루어지지 않으면 노광 공정에서 정밀한 패턴을 얻을 수 없고, 도체 및 유전체 증착막의 스텝 커버리지가 좋지 않아 동작 결함을 유발시킬 수 있게 된다.
정밀 평탄화를 위하여 주로 이용되는 CMP 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 화학기계적 연마 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(5)와 정반(2)을 회전시키며 슬러리가 연마 대상 박막을 화학적으로 변화시키고, 연마재가 이동하면서 박막과 물리적인 충돌로 막질을 제거한다.
이러한 화학기계적 연마 장치(1)는 회전하는 정반(2) 위에 연마 패드(3)가 위치하고, 그 위에 정반(2)과 반대로 회전하는 헤드(4)가 구성된다.
화학기계적 연마 장치(1)의 연마 속도는 기본적으로 박막의 종류와 그 경도에 따라 달라진다. 그리고 동일한 종류의 막질이라도 웨이퍼(5)가 부착된 헤드(4)의 회전속도가 빠를수록, 웨이퍼(5)를 누르는 웨이퍼(5)의 압력이 클수록 연마 속도가 빨라진다.
CMP 공정에서 웨이퍼(5)는 분당 수십 내지 수백 RPM(Revolution Per Minute)의 높은 속도로 회전하므로, 그 회전에 따라 웨이퍼(5)가 이탈하는 것을 방지하고 슬러리의 완만한 배출을 유도하기 위하여 웨이퍼(5)의 외측에는 원형의 리테이너 링(6)을 배치한다.
이러한 배치 구조는 연마 패드(3)로부터 리테이너 링(6)의 하단부에 압력이 가해지기 때문에 결과적으로 웨이퍼(5)의 외측 끝단부(5a)는 응력이 걸리게 된다.
이에 따라, 현재까지도 웨이퍼(5)의 불량률을 감소시키기 위한 일환으로 웨이퍼(5)의 끝단부(5a)를 수 밀리미터 제거하는 방식이 진행되고 있지만, 웨이퍼(5)의 사이즈가 커질수록 제거되는 웨이퍼(5)의 면적이 늘어남에 따라 웨이퍼(5)의 수율 감소에 큰 문제가 되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그루브(Groove) 사이의 끝단 모서리와 몸체 하부의 일부 모서리를 라운딩(Rounding) 처리하여 연마 패드의 마찰 영향을 최소화함으로써 웨이퍼의 수율 향상에 기여할 수 있는 리테이너 링을 제공하는 데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 웨이퍼의 끝단부 제거 면적을 최소화함으로써 웨이퍼의 수율 증대 및 원가 절감을 이룰 수 있는 리테이너 링을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은, 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면; 및 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브를 포함한다.
이때, 몸체의 하단부 측 외경부와 그루브의 끝단 모서리를 잇는 구간은 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공될 수 있다.
몸체의 하단부 측 내경부 모서리는 웨이퍼의 끝단부와 맞닿는 직선 구간과, 일부 구간마다 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공된 곡선 구간으로 구획될 수 있다.
몸체의 하단부 측 내경부는 직선 구간과 곡선 구간이 구간별로 교번 배치될 수 있다.
몸체의 하단부 측 내경부에 형성된 곡선 구간은 챔퍼링 된 몸체의 하단부 측 외경부 모서리에 비해 상대적으로 작은 라운딩값(R값)을 가질 수 있다.
그루브는 몸체의 하단부 측 내, 외경부를 관통하도록 패드 접촉면의 둘레면을 따라 간격을 두고 함몰 형성되되, 패드 접촉면의 일 지점을 기준으로 각의 크기가 점차적으로 커지거나 작아지는 형태로 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 사선 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리테이너 링은, 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면; 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브; 및 몸체의 하단부 측 외경부와 패드 접촉면이 상호 연결되는 적어도 3면의 모서리에 챔퍼링(Chamfering) 가공되는 라운딩부를 포함한다.
라운딩부는 몸체의 하단부 측 외경부와, 그루브를 사이에 둔 패드 접촉면의 모서리 라운딩값(R값)이 서로 상이하도록 가공될 수 있다.
그루브는 몸체의 하단부 측 내, 외경부를 관통하도록 패드 접촉면의 둘레면을 따라 간격을 두고 사선 배치되는 형태로 함몰 형성될 수 있다.
몸체의 하단부 측 내경부 모서리는 웨이퍼의 슬립 아웃(Slip out)을 방지하도록 직각 단면으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 리테이너 링은 그루브(Groove) 사이의 끝단 모서리와 몸체 하부의 일부 모서리를 라운딩(Rounding) 처리하여 연마 패드의 마찰 영향을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 리테이너 링은 웨이퍼의 끝단부 제거 면적을 최소화함으로써 웨이퍼의 수율 증대에 기여할 수 있다.
도 1은 종래 화학기계적 연마 장치의 작동 예를 도시한 단면 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 저면도.
도 4는 도 3에 표시된 A의 부분 사시도.
도 5 내지 도 6은 도 3에 표시된 A의 변형 실시예를 도시한 부분 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
기본 실시예
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 저면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A의 부분 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 리테이너 링(10)은 CMP 공정에서 사용되는 소비재 품목 중 하나이다.
리테이너 링(10)은 수지의 일종인 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone; PEEK), 폴리옥시메틸렌(poly oxy methylene; POM), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide; PPS), 폴리아미드이미드(polyamide-imide; PEI) 중 어느 하나의 재질로 이루어져 일체형으로 제작된다.
이러한 리테이너 링(10)은 인서트(300)를 내장한 상태에서 몸체가 상, 하단부(100, 200) 구획되며, 몸체 하단부(200)에 형성된 패드 접촉면(210)은 연마 패드(Polishing Pad)와 접촉하여 소정의 압력이 가해지면서 웨이퍼와 함께 마모된다.
리테이너 링(10)은 연마 공정 시 주입되는 슬러리가 리테이너 링(10) 및 웨이퍼의 회전에 의하여 튀지 않고 완만히 배출되도록, 패드 접촉면(210)에는 소정의 간격으로 슬러리 배출로를 이루는 그루브(240)가 형성된다.
그루브(240)는 리테이너 링(10)의 하단부(200) 측 내경부(230)와 외경부(230)를 관통하도록, 패드 접촉면(210)의 둘레면을 따라 간격을 두고 사선 배치되는 형태로 함몰 형성된다.
이러한 그루브(240)의 폭(W1, W2)은 패드 접촉면(210)의 둘레면을 따라 동일한 간격으로 이루어질 수 있다.
리테이너 링(10)의 하단부(200) 측 외경부(230)와 패드 접촉면(210)이 상호 연결되는 적어도 3면의 모서리에는, 챔퍼링(Chamfering) 가공되는 라운딩부가 형성된다.
라운딩부는 리테이너 링(10)의 하단부(200) 측 외경부(230) 모서리에 형성된 제1 라운딩부(250a)와, 그루브(240)를 사이에 둔 패드 접촉면(210)의 모서리 양단에 각각 형성된 제2, 3 라운딩부(250b, 250c)를 포함한다.
제1 라운딩부(250a)의 라운딩값(R1)과, 제2 라운딩부(250b) 및 제3 라운딩부(250c)의 라운딩값(R2, R3)이 서로 상이하게 가공될 수 있다.
CMP 공정 시 연마 패드의 회전속도가 빠를수록 웨이퍼의 끝단부에 응력이 크게 걸리므로, 웨이퍼 끝단부에 가해지는 연마 패드의 마찰 영향을 최소화하기 위하여 제1 라운딩부(250a)의 라운딩값(R1)은 제2, 3 라운딩부(250b, 250c)의 라운딩값(R2, R3)보다 상대적으로 클 수 있다. 즉, 이러한 조건은 리테이너 링(10)의 하단부(200) 면적을 감소시켜 웨이퍼가 전체적으로 고르게 가압된 상태에서 연마 작업이 수행될 수 있도록 한다.
따라서, 제1, 2, 3 라운딩부(250a, 250b, 250c)의 라운딩값(R1, R2, R3) 설정 조건은, 웨이퍼에 가해지는 압력을 균일하게 만들어 리테이너 링(10)과 웨이퍼에 가해지는 최적 압력을 산출할 수 있도록 한다.
한편, 리테이너 링(10)의 하단부(200) 측 내경부(230) 모서리는 웨이퍼의 슬립 아웃(Slip out)을 방지하도록 직각 단면으로 이루어질 수 있다.
변형 실시예
도 5 내지 도 6은 도 3에 표시된 A의 변형 실시예를 도시한다.
도 5에서의 리테이너 링은 제1, 2, 3 라운딩부(250a, 250b, 250c)의 라운딩값(R1, R2, R3) 조건을 동일하게 하여, 웨이퍼의 구간별 가압 분포를 균일하게 할 수 있다.
그루브(240)의 구간별 폭(W1, W2) 조건은 상이할 수 있다. 예컨대, 그루브(240)는 패드 접촉면(210)의 일 지점을 기준으로 각의 크기가 점차적으로 커지거나 작아지는 형태로 패드 접촉면(210)의 둘레면을 따라 사선 배치될 수 있다. 이러한 조건은, 리테이너 링의 회전 방향과 속도를 고려하여, 원심력에 의해 슬러리의 배출을 보다 원활하게 할 수 있다.
한편, 리테이너 링의 하단부(200) 측 내경부(230) 모서리는 웨이퍼의 끝단부와 맞닿는 직선 구간(230a)과, 일부 구간마다 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공된 곡선 구간(230b)으로 구획될 수 있다.
리테이너 링 몸체의 하단부(200) 측 내경부(230)는 직선 구간(230a)과 곡선 구간(230b)이 구간별로 교번 배치될 수 있다.
리테이너 링 몸체의 하단부(200) 측 내경부(230)에 형성된 곡선 구간(230b)은 챔퍼링 된 하단부(200) 측 외경부(220) 모서리(제1 라운딩부; 250a)에 비해 상대적으로 작은 라운딩값(R값)을 가질 수 있다.
도 6에서의 리테이너 링은 제1, 2, 3 라운딩부(250a, 250b, 250c)의 라운딩값(R1, R2, R3) 조건과, 곡선 구간(230b)의 라운딩값(R4) 조건이 서로 상이하다. R1은 R2 및 R3에 비해 크거나 같고, R2와 R3는 같고, R4는 R1 내지 R3에 비해 상대적으로 작는 라운딩값을 갖는다.
이러한 조건은, 웨이퍼가 끝단부로 갈수록 가압력이 세지는 것에 기인한 결과로, 결과적으로 웨이퍼가 전체적으로 균일하게 가압된 상태에서 연마되도록 하여 끝단부 제거율(에지 제거율)을 줄일 수 있도록 한다.
그루브(240)의 구간별 폭(W1, W2) 조건은 같거나 상이할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 리테이너 링
100: 상단부
110: 헤드 체결면
120: 볼트홈
200: 하단부
210: 패드 접촉면
220: 외경부
230: 내경부
230a: 직선 구간
230b: 곡선 구간
240: 그루브
250a: 제1 라운딩부
250b: 제2 라운딩부
250c: 제3 라운딩부
300: 인서트

Claims (8)

  1. CMP 공정에서 이용되는 몸체가 상, 하단부로 구획된 리테이너 링으로서,
    상기 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면; 및
    상기 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브를 포함하고,
    상기 몸체의 하단부 측 외경부와 상기 그루브의 끝단 모서리를 잇는 구간은 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공되며,
    상기 몸체의 하단부 측 내경부 모서리는
    웨이퍼의 끝단부와 맞닿는 직선 구간과,
    일부 구간마다 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공된 곡선 구간으로 구획되는 것을 특징으로 하고,
    상기 몸체의 하단부 측 내경부는
    상기 직선 구간과 상기 곡선 구간이 구간별로 교번 배치되는 것인 리테이너 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는
    상기 몸체의 하단부 측 내, 외경부를 관통하도록 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 간격을 두고 함몰 형성되는 것인 리테이너 링.
  3. CMP 공정에서 이용되는 몸체가 상, 하단부로 구획된 리테이너 링으로서,
    상기 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면; 및
    상기 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브를 포함하고,
    상기 몸체의 하단부 측 외경부와 상기 그루브의 끝단 모서리를 잇는 구간은 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공되며,
    상기 몸체의 하단부 측 내경부 모서리는
    웨이퍼의 끝단부와 맞닿는 직선 구간과,
    일부 구간마다 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Chamfering) 가공된 곡선 구간으로 구획되는 것을 특징으로 하고,
    상기 몸체의 하단부 측 내경부에 형성된 곡선 구간은 챔퍼링 된 상기 몸체의 하단부 측 외경부 모서리에 비해 상대적으로 작은 라운딩값(R값)을 갖는 것인 리테이너 링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그루브는
    상기 몸체의 하단부 측 내, 외경부를 관통하도록 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 간격을 두고 함몰 형성되되,
    상기 패드 접촉면의 일 지점을 기준으로 각의 크기가 점차적으로 커지거나 작아지는 형태로 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 사선 배치되는 것인 리테이너 링.
  5. CMP 공정에서 이용되는 몸체가 상, 하단부로 구획된 리테이너 링으로서,
    상기 몸체의 하단부에 형성되어 연마 패드와 맞닿는 패드 접촉면;
    상기 패드 접촉면상에 소정의 간격으로 형성되어 슬러리 배출로를 이루는 그루브; 및
    상기 몸체의 하단부 측 외경부와 상기 패드 접촉면이 상호 연결되는 적어도 3면의 모서리에 챔퍼링(Chamfering) 가공되는 라운딩부를 포함하고,
    상기 라운딩부는
    상기 몸체의 하단부 측 외경부와, 상기 그루브를 사이에 둔 상기 패드 접촉면의 모서리 라운딩값(R값)이 서로 상이하도록 가공된 것인 리테이너 링.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그루브는
    상기 패드 접촉면의 일 지점을 기준으로 각의 크기가 점차적으로 커지거나 작아지는 형태로 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 사선 배치되는 것인 리테이너 링.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 그루브는
    상기 몸체의 하단부 측 내, 외경부를 관통하도록 상기 패드 접촉면의 둘레면을 따라 간격을 두고 사선 배치되는 형태로 함몰 형성되는 것인 리테이너 링.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 몸체의 하단부 측 내경부 모서리는
    웨이퍼의 슬립 아웃(Slip out)을 방지하도록 직각 단면으로 이루어지는 것인 리테이너 링.
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