KR102518222B1 - 리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 cmp 장치 - Google Patents

리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 cmp 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은, CMP 장치에 이용되는 리테이너 링에 있어서, 상기 CMP 장치의 캐리어의 하단에 결합되며, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 프레임 층; 및 상기 프레임 층의 하단에 배치되며, 하부가 연마 패드와 접촉되어 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지 층을 포함하고, 상기 합성수지 층은, 상기 프레임 층 방향의 일면에 복수의 홈부가 형성된다.

Description

리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 CMP 장치{RETAINER RING, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND CMP APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 CMP 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 프레임 층 및 합성수지 층을 포함하는 리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 리테이너 링을 포함하는 CMP 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 웨이퍼의 고밀도 및 고기능화에 따라 반도체 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위한 장치로서, 화학적 연마와 동시에 기계적 연마를 동시에 수행하는 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 장치가 이용되고 있다.
반도체 제조공정 중 CMP 공정은 화학액인 슬러리와 연마 패드를 이용하여, 슬러리와 웨이퍼 사이에 화학적 반응을 일으킴과 동시에, 연마 패드의 기계적인 힘을 웨이퍼에 전달함으로써 웨이퍼를 평탄화시키는 공정이다.
CMP 장치 중 연마 헤드(polishing head)는 리테이너 링(retainer ring)과 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를 포함한다. 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 연마 헤드의 하면에 접촉된 상태로, 연마 패드 상에 위치시키는 역할을 하며, 이 후 연마 패드, 연마 헤드의 회전에 의하여 웨이퍼가 회전되면서 연마되는 것이다.
웨이퍼의 연마 과정에서, 웨이퍼 캐리어의 하단에 배치된 리테이너 링은, 웨이퍼 연마 도중 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 리테이너 링은 일반적으로 웨이퍼 캐리어의 최하단에 위치하는 것으로, 웨이퍼의 측면을 둘러싸는 링 형태이다.
현재 제조공법으로는, 금속 코어를 삽입하여 합성수지를 사출한 인서트 인젝션 몰딩(insert injection molding)에 의한 제조 공정 또는 금속 프레임층에 합성수지를 본딩하는 제조공정으로 이루어지고 있다. 금속 코어를 이용한 인서트 인젝션 몰딩(insert injection molding)에 의한 리테이너 링 제조 공정은 인젝션 몰딩(injection molding) 시 사출 후 경화될 때, 표면 수축에 의한 불량 과다 및 강도 문제가 있어 보완책으로 금속 코어를 삽입하여 제조한다. 금속 프레임층에 합성수지를 본딩하는 제조공정은 사용 시 본딩부가 떨어짐으로써 품질 문제를 야기할 수 있다.
이러한 리테이너 링에 대해 항온항습시험, 열충격시험, 고온방치시험 등의 장기 신뢰성 시험을 진행할 수 있는데, 500시간 이상의 장기 신뢰성 시험 시 리테이너 링의 접착 강도(Bond strength)가 50% 이상 감소하는 문제가 있다. 따라서 장기 신뢰성 시험 이후에도 접착 강도가 크게 저하되지 않는 리테이너 링에 대한 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 삽입하는 금속 코어를 없애도 표면 수축이 없고 강도가 유지되며, 층 간의 접합 신뢰성을 개선하여 장기 신뢰성 시험 이후에도 접착 강도가 크게 저하되지 않는 리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 CMP 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
CMP 장치에 이용되는 리테이너 링에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은, 상기 CMP 장치의 캐리어의 하단에 결합되며, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 프레임 층; 및 상기 프레임 층의 하단에 배치되며, 하부가 연마 패드와 접촉되어 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지 층을 포함하고, 상기 합성수지 층은, 상기 프레임 층 방향의 일면에 복수의 홈부가 형성된다.
상기 복수의 홈부의 깊이는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하일 수 있다.
상기 합성수지 층은 상기 프레임 층과 접합될 수 있다.
상기 프레임 층은 에폭시 수지 및 열경화성 수지 경화제를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는, 비스페놀 타입 에폭시 기반의 수지에 chlorinated polypropylene, chlorinated ethyl-propyl copolymer, chloromethyl oxirane, butoxymethyl oxirane, butylaldehyde-acetalized polyvinyl alcohol akylene diisocyanate, butyl acrylate-glycidyl methacrylate copolymer, ethylene acrylate copolymer, butyl acrylate, ethenyl benzene butadiene-styrene, acrylonitrile-butadiene-styrene 및 butyral vinyl acetal polymer 중에서 선택된 한 가지 이상의 열경화성 수지를 혼합한 것일 수 있다.
상기 열경화성 수지 경화제는, dimethyl aminomethyl phenol, tris-co-methyl aminomethyl phenol, benzyl dimethyl amino polyethylene polyamine, cyanoethyl polyamine 및 ketone terminated polyamine 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성수지 층은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리메틸렌(POM), 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸린테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리케톤(Poketone), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 플루오르화폴리비닐리덴(PVDF), 폴리아마이드(PA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리테이너 링은 상기 합성수지층과 상기 프레임 층 사이에 위치한 프라이머 수지 층을 더 포함할 수 있다.
상기 프라이머 수지 층은 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르, 2,5 퓨란디온, 폴리프로필렌, 1-메틸-2-피롤리돈, 디페닐디메톡시실란, 디페닐에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 테트라메톡시실란 및 테트라에톡시실란 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성수지 층에 적어도 하나의 돌기부가 형성될 수 있고, 상기 돌기부의 표면에 상기 복수의 홈부가 형성될 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 합성수지 층으로부터 연장된 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 부분보다 폭이 같거나 넓은 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 프레임 층에는 상기 캐리어의 하단과 볼트 결합을 위한 하나 이상의 홀이 형성될 수 있다.
상기 합성수지 층의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다.
상기 합성수지 층의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 관통홀이 형성될 수 있다.
CMP 장치에 이용되는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조 방법은, 합성수지 층을 형성하는 단계; 상기 합성수지 층의 일면에 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 합성수지 층 상에 프레임 층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 홈부를 형성하는 단계는, 화학적인 에칭 방법 및 물리적인 스크래칭 방법 중 적어도 하나를 이용해 표면 요철을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 표면 요철은 복수의 홈부를 의미한다. 상기 화학적인 에칭 방법은, 유기 용제 클리닝법, 염기성 용액 클리닝법 및 산성 용액 클리닝법 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 물리적인 스크래칭 방법은 쇼트 블라스팅법(shot blasting), 와이어 브러슁법(wire brushing), 와이어 마모법(wire abrasion), 샌드 블라스팅법(sand blasting) 및 기계가공법(machining) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성수지 층을 형성하는 단계에서, 몰드를 이용한, 몰딩 방법 또는 사출 성형 방법에 의해 상기 합성수지 층이 형성될 수 있다. 상기 복수의 홈부를 형성하는 단계는, 상기 몰드의 표면에 조화처리를 실시하여 요철 구조를 형성하는 단계 및 상기 몰드 내에서 상기 합성수지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 요철 구조가 상기 합성수지 층의 표면에 전사되어 상기 복수의 홈부가 상기 합성수지 층에 형성될 수 있다.
상기 복수의 홈부의 깊이는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하일 수 있다.
상기 합성수지 층의 상에 프라이머 처리를 하여, 프라이머 수지 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임 층을 형성하는 단계는, 몰딩 틀에 상기 합성수지 층을 삽입하여 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채우고 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 몰딩 틀로부터 적층되어 결합된 상기 합성수지 층 및 상기 프레임 층을 취출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 프레임 층을 형성하는 단계는, 액상의 열경화성 수지를 실린더에서 실린더 선단으로 이동시키는 단계, 상기 액상의 열경화성 수지를 수형과 암형으로 이루어진 금형 내 캐비티에 사출 충전하는 단계 및 상기 금형을 가열시켜 상기 열경화성 수지를 고화시킨 후 냉각하여 취출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치는 상기 리테이너 링; 상기 리테이너 링의 상단에 결합되는 캐리어; 상기 리테이너 링의 하단과 접촉되며, 상단에 웨이퍼가 배치되는 연마 패드를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 리테이너 링을 구성하는 층 간에 복수의 홈부를 형성함으로써, 층 간의 접합 신뢰성을 개선하고, 종국적으로 리테이너 링의 접착 강도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 리테이너 링을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 캐리어에 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 리테이너 링을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성수지 층을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 층 및 프레임 층의 홀에 삽입되는 나선 코일을 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 합성수지 층 및 프레임 층을 나타낸 부분 단면도이다.
도 9는. 도 8의 돌기부가 형성된 프레임 층을 나타낸 도면이다.
도 10은 볼트를 이용한 캐리어의 하단과 리테이너 링의 상단을 결합 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 홈 또는 관통홀이 형성된 합성수지 층에 대한 사시도이다.
도 12는, 평가예 1 내지 3에서 접착 강도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 리테이너 링을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 캐리어에 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(110)은 프레임 층(112) 및 합성수지 층(115)을 포함한다.
구체적으로, CMP 장치에 이용되는 리테이너 링(110)은, CMP 장치(10)의 캐리어(120)의 하단에 결합되며 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 프레임 층(112), 프레임 층(112)의 하단에 배치되며 하부가 연마 패드(200)와 접촉되어 웨이퍼(300)를 리테이닝 하는 합성수지 층(115)을 포함한다.
프레임 층(112)은 일체형의 원형 고리 형태일 수 있으나, 실시예에 따라서는 분할형의 원형 고리 형태일 수도 있다.
리테이너 링(110)이 캐리어(120)에 결합되는 경우, 프레임 층(112)의 상단과 캐리어(120)의 하단이 접촉되어 결합될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임 층(112)에는 캐리어(120)의 하단과 볼트 결합을 위한 하나 이상의 홀(113)이 형성될 수 있다.
도 3은, 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 1 및 도 3을 함께 참고하면, 합성수지 층(115)은, 프레임 층(112) 방향의 일면에 복수의 홈부(119)가 형성된다.
합성수지 층(115)은 상단에 위치한 프레임 층(112)과 접합될 수 있으며, 이에 따라 프레임 층(112)의 접합면도 복수의 홈부(119)와 대응되는 형태를 형성할 수 있다.
복수의 홈부(119)의 깊이(d1)는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 홈부(119)의 깊이(d1)는 도시된 바와 같이 수직 방향에 대해 홈부(119)가 형성하는 골의 깊이를 의미하는 것이며, 상기 수직 방향은 합성수지 층(115) 상에 프레임 층(112)이 적층되는 방향일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 홈부(119)의 깊이(d1)는 요철의 정도로서, 합성수지 층(115)의 상면의 표면 거칠기(Ra)로 이해될 수 있다.
홈부(119)의 깊이(d1)가 0.1 마이크로미터 미만이라면, 프레임 층(112)과 합성수지 층(115)의 접합 강도가 충분하지 못해 리테이너 링에 대한 장기 신뢰성 시험 이후에 접착 강도가 크게 저하될 수 있다.
또한, 홈부(119)의 깊이(d1)가 500 마이크로미터 초과라면, 몰딩액의 기재에 대한 anchoring 효과의 부족으로 인하여 접착 강도가 감소하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 합성수지 층(115)의 일면에 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하의 깊이(d1)를 갖는 복수의 홈부(119)를 형성하고, 그 위에 프레임 층(112)을 형성하여, 프레임 층(112)과 합성수지 층(115)의 접합 강도 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 보다 상세하게는, 500시간 이상 장기 신뢰성시험 이후에도 리테이너 링의 접착 강도의 변화가 없는 것을 확인하였다.
또한, 캐리어(120)와 함께 이동하는 리테이너 링(110)은, 캐리어(120)의 중심 축을 기준으로 하여 회전 이동, 좌우 이동(X, Y축 방향)을 하기도 하며, 웨이퍼(300)에 압력을 가하는 과정에서 상하 이동(Z축)도 하게 되는데, 여기서 합성수지 층(115)의 일면에 형성된 복수의 홈부(119)는, 리테이너 링(110)에 전달되는 X, Y, Z축 방향의 힘에 대하여, 프레임 층(112)과의 강한 결합력을 제공할 수 있다.
프레임 층(112)은, 상술한 바 대로, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함 수 있다. 일례로, 프레임 층(112)은, 열경화성 수지로서의 에폭시 수지 및 열경화성 수지 경화제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 타입 에폭시 기반의 수지에 chlorinated polypropylene, chlorinated ethyl-propyl copolymer, chloromethyl oxirane, butoxymethyl oxirane, butylaldehyde-acetalized polyvinyl alcohol akylene diisocyanate, butyl acrylate-glycidyl methacrylate copolymer, ethylene acrylate copolymer, butyl acrylate, ethenyl benzene butadiene-styrene, acrylonitrile-butadiene-styrene 및 butyral vinyl acetal polymer 중에서 선택된 한 가지 이상의 열경화성 수지를 혼합한 것일 수 있다. 상기 열경화성 수지 경화제는 dimethyl aminomethyl phenol, tris-co-methyl aminomethyl phenol, benzyl dimethyl amino polyethylene polyamine, cyanoethyl polyamine 및 ketone terminated polyamine 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
합성수지 층(115)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리메틸렌(POM), 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸린테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 및 폴리아미드이미드(PAI), 폴리케톤(Poketone), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 플루오르화폴리비닐리덴(PVDF) 및 폴리아마이드 (PA) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
물론 상기 나열된 수지에 한정되는 것은 아니며, 폴리카보네이트(PC), 아세탈, 내열도와 내마모성, 내산성, 내화학성이 우수한 엔지니어링 플라스틱 수지 등을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 리테이너 링을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 리테이너 링(110a)은 합성수지 층(115)과 프레임 층(112) 사이에 위치한 프라이머 수지 층(118)을 더 포함할 수 있다. 이러한 프라이머 수지 층(118)은 합성수지 층(115)과 프레임 층(112)의 접합력을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 대로, 합성수지 층(115)은, 프레임 층(112) 방향의 일면에 복수의 홈부(119)가 형성되고, 복수의 홈부(119)의 깊이(d2)는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하일 수 있다.
이 때, 합성수지 층(115) 상에 위치한 프라이머 수지 층(118)은 복수의 홈부(119)가 형성하는 골과 마루의 형태를 따라 형성될 수 있다.
프라이머 수지 층(118)은 프레임 층(112)과 합성수지 층(115)을 접합시키는 역할을 하며, 프라이머 수지 층(118)은 프레임 층(112)과의 물리적 결합을 용이하게 하기 위하여 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르, 2,5 퓨란디온, 폴리프로필렌, 1-메틸-2-피롤리돈, 디페닐디메톡시실란, 디페닐에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 테트라메톡시실란 및 테트라에톡시실란 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성수지 층을 나타낸 도면이다.
상술한 바 대로, 리테이너 링(110)이 캐리어(120)에 결합되는 경우, 프레임 층(112)의 상단과 캐리어(120)의 하단이 접촉되어 결합될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임 층(112)에는 캐리어(120)의 하단과 볼트 결합을 위한 하나 이상의 홀(113)이 형성될 수 있다.
도 6은 합성수지 층(115)의 상단을 도시한 도면으로서, 이하에서는, 볼트를 이용한 캐리어(120)와 리테이너 링(110)의 결합에 대해 설명한다.
도 6을 참고하면, 합성수지 층(115)의 상단에 형성된 볼트 고정부(117)를 확인할 수 있다. 볼트 고정부(117)는 둘 이상의 돌출부를 포함하는 형태로서, 도 6에서와 같이 돌출된 부분 내부에 볼트(인서트 볼트)를 배치시켜, 인서트 볼트의 하단을 합성수지 층(115)에 고정시키는 역할을 한다.
이와 같이, 볼트 고정부(117)에 볼트가 고정되는 경우, 볼트의 상단 부분은 프레임 층(112)이 감싸게 되며, 볼트 상단 부분을 포함한 상태로 경화된 프레임 층(112)에는 홀(113)이 형성되게 된다. 프라이머 수지 층(118)이 형성되는 경우, 볼트의 상단 부분은 프라이머 수지 층(118)와 프레임 층(112)이 감싸게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라서는, 합성수지 층(115)에는 하나 이상의 볼트 고정부(117)가 포함될 수 있으며, 이 경우, 볼트 고정부(117) 각각에 대응되는 프레임 층(112)에도 하나 이상의 홀(113)이 형성되게 되는 것이다.
이러한 하나 이상의 홀(113)에는 앞서 설명한 바와 같이, 인서트 볼트 몰딩(Insert Bolt Molding) 방식에 의하여 볼트가 몰딩되어 있는 것이며, 리테이너 링(110)에 몰딩되어 있는 볼트 부분에, 결합될 수 있는 볼트 구성을 이용하여 리테이너 링(110)과 캐리어(120) 하단을 결합시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 층 및 프레임 층의 홀에 삽입되는 나선 코일을 도시한 도면이다.
도 7(a)는 프레임 층(112)에 형성된 홀(113)을 확대하여 나타낸 도면으로서, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, CMP 장치의 캐리어(120)의 하단에 결합되는 프레임 층(112)의 상단에는, 나선 코일(helical coil)(114)이 삽입된 홀(113)이 하나 이상 형성될 수 있다. 태핑 작업된 홀(113)에 나선 코일(114)이 삽입된 모습을 확인할 수 있으며, 이렇게 삽입된 나선 코일(114)은 캐리어(120) 하단과 볼트 결합으로 체결될 수 있다.
도 7(b)는 프레임 층(112)의 홀(113)에 삽입되는 나선 코일(114)을 도시한 도면으로서, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 나선 코일(114)의 구조는 코일(coil), 삽입을 위한 탱(tang), 삽입 후 탱 제거를 위한 노치(notch)로 구성될 수 있다. 본 발명에서 이용되는 나선 코일(114)은 스테인레스 스틸 등 내구성이 강하며, 내산성, 내화학성에 강한 금속을 사용할 수 있다.
도 7(c)는 프레임 층(112)의 홀(113)에 삽입된 나선 코일(114)의 단면을 도시한 도면이다. 도 7(c)에서 홀(113)에 삽입되지 않은 나선 코일(114) 부분에서 보이는 바와 같이, 삽입되기 전의 나선 코일(114)의 지름은, 홀(113)의 지름보다 더 큰 것을 확인할 수 있다.
나선 코일(114)을 홀(113)에 삽입하는 과정은, 나선 코일(114)의 탱에 토크를 가하여, 나선 코일(114) 첫 산의 지름을 작게 함으로써 삽입이 가능하고, 삽입 후, 높은 신장력을 지닌 각각의 코일의 산은 스프링처럼 바깥으로 팽창하여 제품을 영구적으로 고정시킬 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 고정 방법으로 인하여, 나선 코일(114)에 체결된 볼트를 빼낼 때, 나선 코일(114) 자체가 홀(113)에서 빠지지 않게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2을 참고하면, CMP 장치에 이용되는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조 방법은, 합성수지 층(115)을 형성하는 단계, 합성수지 층(115)의 일면에 복수의 홈부(119)를 형성하는 단계 및 합성수지 층(115) 상에 프레임 층(112)을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서의 합성수지 층(115)은 사출 제품의 원형 고리 형태뿐만 아니라, 분할된 원형 고리 형태로도 형성할 수 있으며, 합성수지 층(115)은 금형 구조에 의한 사출물 또는 압연된 관(Tube), 판(Plate) 등을 기계 가공하여 제조될 수도 있다.
리테이너 링을 사용 규격으로 외관을 기계 가공할 수 있으며, 실시예에 따라서는, 캐리어와 리테이너 링의 결합을 위하여, 프레임 층의 상단과 CMP 장치의 캐리어의 하단을 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라서는, 캐리어(120)와 리테이너 링(110)의 결합을 위하여, 프레임 층(112)의 상단과 CMP 장치의 캐리어(120)의 하단을 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
캐리어(120)의 하단과 리테이너 링(110)의 결합을 위하여, 리테이너 링(110)의 상부에 배치된 프레임 층(112)에는, 하나 이상의 홀(113)이 형성될 수 있으며 홀(113)을 통하여 캐리어(120)와 볼트 결합이 이루어질 수 있다.
복수의 홈부(119)는 합성수지 층(115)에 조화처리를 실시하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 홈부(119)를 형성하는 단계는 화학적인 에칭 방법 및 물리적인 스크래칭 방법 중 적어도 하나를 이용해 표면 요철을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 화학적인 에칭 방법은 유기 용제 클리닝법, 염기성 용액 클리닝법 및 산성 용액 클리닝법 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 물리적인 스크래칭 방법은 쇼트 블라스팅법(shot blasting), 와이어 브러슁법(wire brushing), 와이어 마모법(wire abrasion), 샌드 블라스팅법(sand blasting) 및 기계가공법 (machining) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 합성수지 층(115)을 형성하는 단계에서, 몰드를 이용한, 몰딩 방법 또는 사출 성형 방법에 의해 상기 합성수지 층이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 복수의 홈부(119)를 형성하는 단계는, 상기 몰드의 표면에 조화처리를 실시하여 요철 구조를 형성하는 단계 및 상기 몰드 내에서 상기 합성수지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 요철 구조가 표면에 형성된 몰드 내에서 상술한 몰딩 방법 또는 사출 성형 방법을 이용해 합성수지 층(115)을 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 요철 구조가 합성수지 층(115)의 표면에 전사되어 합성수지층(115)에 복수의 홈부(119)가 형성될 수 있다. 상기 몰드의 표면에 실시되는 조화처리는 화학적 또는 물리적 방법이 제한 없이 적용될 수 있다.
다음, 합성수지 층(115) 상에 프레임 층(112)을 형성하는 단계에 대해 설명하도록 한다.
본 실시예에 따르면, 프레임 층(112)은 몰딩 방법을 통해 형성될 수 있고, 프레임 층(112)은 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 프레임 층(112)을 형성하는 단계는, 몰딩 틀에 합성수지 층(115)을 삽입한 후, 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채우고 상기 열경화성 수지를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열경화성 수지는, 에폭시 수지에 실리카(SiO2)를 첨가한 후, 고속 교반기를 이용하여 분산시키는 단계, 분산된 에폭시 수지에, 열경화성 수지 경화제를 첨가하여 혼합 비율 50phr ~ 100phr로 혼합시켜 용액을 생성하는 단계, 및 혼합된 용액에, 페이스트 믹서(Paste Mixer)를 이용하여, 100~10-2 torr 수준의 진공도로 탈포하여 몰딩액을 완성하는 단계를 통하여 생성된 몰딩액일 수 있다.
이와 같은 몰딩액을, 합성수지 층(115)이 삽입되어 있는, 몰딩 틀에 진공 주입기로 이송하여, 진공 상태에서 몰딩한 후, 약 100℃에서 30분간 경화시키면, 열경화 수지, 즉 몰딩액이 경화되면서 상부에 위치하게 되는 프레임 층(112)이 형성될 수 있다. 몰딩액의 경화는, 진공 오븐, 에어 컨벡션 오븐 또는 벨트형 오븐에서 이루어질 수 있다.
한편, 상기 몰딩 틀로부터 적층되어 결합된 합성수지 층(115) 및 프레임 층(112)을 취출하는 단계가 더 이어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 프레임 층(112)은 사출 성형 방법을 통해 형성될 수 있고, 프레임 층(112)은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 사출 성형 방법은 가열 실린더 내에 스크류를 배치한 사출성형기 및 수형과 암형으로 이루어지는 금형이 사용될 수 있다. 상기 사출 성형 방법은 원료 계량, 금형 체결, 압력 유지, 냉각 및 이형 취출 공정 순서로 이루어질 수 있다. 프레임 층을 이루는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지의 정해진 중량을 계량한 뒤 실린더 가열부에서 용융시켜 실린더 선단으로 이동시킬 수 있다. 다음으로 수형과 암형 금형을 조합하여 체결하고 나서 가열 실린더 선단에 있는 노즐을 금형의 게이트에 접속시킨 후 용융된 상기 열경화성 수지 또는 상기 열가소성 수지를 높은 압력으로 금형 내의 캐비티에 사출 충전할 수 있다. 그 후 금형을 냉각시켜 상기 열경화성 수지 또는 상기 열가소성 수지를 고화시킨 후 수형과 암형을 분리하여 성형품을 취출할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조 방법은, 합성수지 층(115)의 상에 프라이머 처리를 하여, 프라이머 수지 층(118)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 프라이머 수지 층(118)을 형성하는 단계는, 복수의 홈부(119)를 형성하는 단계와 합성수지 층(115) 상에 프레임 층(112)을 형성하는 단계 사이에 이루어질 수 있다.
구체적으로, 조화 처리를 통해 합성수지 층(115)이 일면에 복수의 홈부(119)를 형성한 후 합성수지 층(115)의 상면에 스프레이 방식으로 도포하여 프라이머 수지 층(118)을 형성할 수 있다.
합성수지 층(115) 상에 프라이머 수지 층(118)을 형성한 후에 앞서 설명한대로 몰딩 방법 또는 사출 성형 방법에 따라 프레임 층(112)을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 프레임 층(112) 및 프레임 층(112)의 하단에 배치되는 합성수지 층(115)을 구비하는 리테이너 링(110)을 포함하고, 리테이너 링(110)의 상단에 결합되는 캐리어(120) 및 리테이너 링(110)의 하단과 접촉되며 상단에 웨이퍼(300)가 배치되는 연마 패드(200)를 포함한다.
이하에서는, 도 8 및 도 9를 참고하여, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 리테이너 링에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 8은, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 합성수지 층 및 프레임 층을 나타낸 부분 단면도이다. 도 9는. 도 8의 돌기부가 형성된 프레임 층을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 리테이너 링은, 합성수지 층(115) 및 프레임 층(112)을 포함할 수 있다. 이 때, 합성수지 층(115)에 적어도 하나의 돌기부(116)가 형성될 수 있고, 돌기부(116)의 표면에 복수의 홈부(119)가 형성될 수 있다. 이때, 복수의 홈부(119)의 깊이(d1)는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하일 수 있다. 홈부(119)의 깊이(d1)에 대해서는 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략하도록 한다.
본 변형된 실시예에 따른 돌기부(116)로 인해 합성수지 층(115)과 프레임 층(112)과의 접촉 면적이 넓어지게 되어, 프레임 층(112)과 합성수지 층(115)의 마찰력을 높이는 효과를 제공할 수 있다. 최종적으로는 상호간의 고정력을 높이게 되는 효과가 있다.
캐리어(120)와 함께 이동하는 리테이너 링(110)은, 캐리어(120)의 중심 축을 기준으로 하여 회전 이동, 좌우 이동(X, Y축 방향)을 하기도 하며, 웨이퍼(300)에 압력을 가하는 과정에서 상하 이동(Z축)도 하게 된다. 여기서 합성수지 층(115)에 형성된 돌기부(116)는, 리테이너 링(110)에 전달되는 X, Y, Z축 방향의 힘에 대하여, 프레임 층(112)과의 강한 결합력을 제공할 수 있게 한다는 점에 의의가 있다.
한편, 본 실시예에 따른 돌기부(116)는, 합성수지 층(115)으로부터 연장된 제1 부분(116a) 및 제1 부분(116a)으로부터 연장되고, 제1 부분(116a)보다 폭이 같거나 넓은 제2 부분(116b)을 포함할 수 있다.
제1 부분(116a)에서 상향 연장되고, 제2 부분(116b)에서 수평 방향으로 연장되는 구조로써, 합성수지 층(115)과 프레임 층(112)과의 접촉 면적을 높일 수 있다. 다만, 제1 부분(116a)과 제2 부분(116b)을 포함하는 돌기부(116)는 하나의 예시적 구조이며, 이에 한정되는 것이 아니고 접촉 면적을 높이도록 하는 다양한 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(116a)과 비교하여 제2 부분(116b)이 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 양측으로 뻗는 형태가 아닌, 일측으로만 뻗는 형태일 수 있다. 또한, 도 8에는 제2 부분(116b)이 제1 부분(116a)보다 폭이 넓은 것으로 나타나 있으나, 제1 부분과 제2 부분의 폭이 동일한 형태, 즉 동일한 폭으로 돌출된 형태도 가능하다.
이하에서는, 도 10을 참고하여, 본 발명의 일 실시예로써, 볼트를 이용하여 CMP 장치의 캐리어(120)의 하단과 리테이너 링(110)의 상단을 결합하는 것에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 10은 볼트를 이용한 캐리어의 하단과 리테이너 링의 상단을 결합 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
구체적으로, 도 10은 인서트 볼트 몰딩 방식을 이용한 리테이너 링의 제조 방법이다. 도 10을 통하여, 합성수지 층(115)의 상단에 볼트 고정부(117)를 형성하고, 형성된 볼트 고정부(117)에 볼트 하단을 고정시키는 단계(도 10(a)), 고정된 볼트의 내부에 수지 볼트를 삽입하는 단계(도 10(b)), 수지 볼트가 삽입되어 있는 상태에서, 합성수지 층(115)의 상단면에 프라이머 수지 층(118), 프레임 층(112)을 형성하는 단계(도 10(c))를 확인할 수 있다. 이 경우, 수지 볼트가 삽입되어 있는 공간은 프레임 층(112)에서 홀(113)이 되는 것이다.
즉, 그 다음 단계로, 수지 볼트를 제거하여, 프레임 층(112)에 인서트 볼트만이 몰딩된 상태의 홀(113)을 형성하는 단계가 포함될 수 있으며, 그 결과 도 10(d)에서와 같이 홀(113)은 하나 이상이 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 인서트 볼트 몰딩(Insert Bolt Molding) 방식으로 볼트가 삽입된 홀(113)에, 결합 가능한 볼트를 이용하여, CMP 장치의 캐리어(120)의 하단과 리테이너 링의 상단을 결합시킬 수 있다.
도 10에서 설명한, 합성수지 층에 볼트 고정부를 형성하는 방식과 달리, 다른 실시예에 따라서는, 프레임 층의 홀 자체에 나선 코일을 삽입함으로써, 캐리어와 리테이너 링을 볼트 결합시키는 방식을 이용할 수 있다.
구체적으로는, 몰딩 틀로부터 취출된 프레임 층의 상단에 홀을 형성하는 단계, 홀 내부 주변을 탭핑하는 단계, 및 탭핑한 홀에 나선 코일을 삽입하는 단계를 더 포함하여, 나선 코일이 삽입된 홀에 볼트 체결 방식을 이용하여, 프레임 층의 상단과 CMP 장치의 캐리어의 하단을 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 홈 또는 관통홀이 형성된 합성수지 층(115)에 대한 사시도이다.
도 11을 참고하면, 합성수지 층(115)의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 홈(115G)이 형성될 수 있다. 또한 합성수지 층(115)의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 관통홀(115H)이 형성될 수 있다. 도 11에 도시된 홈(115G)과 관통홀(115H)은 설명을 위한 예시적 구성이며, 합성수지 층(115)의 하단과 측면 중 적어도 하나에 형성된다면 그 위치나 개수에 특별한 제한은 없다. 본 발명의 실시예들에 따라 각각 단수나 복수로 구성될 수 있음은 물론이다.
홈(115G)이나 관통홀(115H)은 웨이퍼 연마 과정에서 이용되는 슬러리 액이 웨이퍼를 리테이닝 하고 있는 리테이너 링의 내부 공간에 고이는 것을 방지하기 위함이다.
그러면 이하에서, 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링 대하여 구체적인 실시예와 실험예를 통하여 설명한다.
실시예 1 내지 6
프레임 층과 합성수지 층을 포함하는 실시예 1 내지 6의 리테이너 링을 제조하였다. 구체적으로, 샌드 블라스팅법을 이용해 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 포함하는 합성수지 층의 일면에 복수의 홈부를 형성하였다. 이때, 홈부의 깊이가 각각 0.1 마이크로미터, 1 마이크로미터, 10 마이크로미터, 100 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터로 달리하여, 실시예 1 내지 6의 합성수지 층을 마련하였다.
다음, 비스페놀 타입 에폭시 기반의 수지에 에틸렌 아크릴레이트 코폴리머와 폴리에틸렌 폴리아민을 포함하는, 열경화성 수지와 열경화성 수지 경화제의 혼합 용액을 제조하였다. 이후 상기 혼합 용액에 페이스트 믹서(Paste Mixer)를 이용하여, 100~10-2 torr 수준의 진공도로 탈포하여 몰딩액을 형성하였다. 이후 상기 몰딩액을 상기 합성수지 층 상의 몰딩 틀에 주입한 후 경화하여 프레임 층을 제조하였다.
비교예 1 및 2
합성수지 층에 형성된 복수의 홈부의 깊이를 각각 0.01 마이크로미터 및 1000 마이크로미터로 구현한 것을 제외하고, 실시예 1 내지 6과 동일한 방법으로 프레임 층과 합성수지 층을 포함하는 비교예 1 및 2의 리테이너 링을 제조하였다.
평가예 1
실시예 1 내지 6의 리테이너 링, 비교예 1 및 2의 리테이너링 모두에 대해 접착 강도를 측정한 후 500시간 이상의 장기 신뢰성 시험 이후의 접착 강도를 다시 측정하였다. 구체적으로, 고온고습 (85℃/85%) 환경 하에 500시간 동안 방치시킨 후 각각의 접착 강도를 측정하였다. 도 12는 접착 강도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 도 12를 참고하면, 합성수지 층(115)과 프레임 층(112)을 포함하는 각 시편에 대해 인장시험기를 이용하여 일 방향으로 힘을 가하는 압축 강도 시험을 실시하여 접착 강도를 측정하였다. 측정된 접착 강도는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1 비교예2
홈부의 깊이(단위: μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
시험 전 접착 강도
(단위: MPa)		 9.1 9.3 9.7 9.8 8.3 8.1 4.8 3.4
시험 후 접착 강도
(단위: MPa)		 8.7 8.8 9.2 9.5 8.2 8.0 2.1 1.4
변화율 -4.4% -5.4% -5.2% -3.1% -1.2% -1.2% -56.3% -58.8%
표 1을 참고하면, 홈부의 깊이가 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하인 실시예 1 내지 6의 리테이너 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 모두 -6% 이하였다. 반면, 비교예 1의 리테이터 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -56.3%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는, 홈부의 깊이가 너무 얕아 프레임 층과 합성수지 층의 접합 강도가 충분하지 못하여 나타난 결과로 볼 수 있다. 또한, 비교예 2의 리테이너 링의 경우, 마찬가지로, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -58.8%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 홈부의 깊이가 너무 깊어 몰딩액의 기재에 대한 anchoring 효과의 부족으로 인하여 프레임 층과 합성수지 층의 접착 강도가 저하되어 나타난 결과로 볼 수 있다.
실시예 7 내지 12
프레임 층, 프라이머리 수지 층 및 합성수지 층을 포함하는 실시예 7 내지 12의 리테이너 링을 제조하였다. 구체적으로, 샌드 블라스팅법을 이용해 폴리에테르에테르케톤(PEEK)를 포함하는 합성수지 층의 일면에 복수의 홈부를 형성하였다. 이때, 홈부의 깊이가 각각 0.1 마이크로미터, 1 마이크로미터, 10 마이크로미터, 100 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터로 달리하여, 실시예 7 내지 12의 합성수지 층을 마련하였다.
실시예 7 내지 12의 합성수지 층 각각에 대해 메틸트리메톡시실란의 소재를 스프레이 방식으로 도포하여 프라이머 수지 층을 형성하였다. 이후 실시예 1 내지 6에서와 동일한 방법으로 프레임 층을 제조하였다.
비교예 3 및 4
합성수지 층에 형성된 복수의 홈부의 깊이를 각각 0.01 마이크로미터 및 1000 마이크로미터로 구현한 것을 제외하고, 실시예 7 내지 12와 동일한 방법으로 프레임 층, 프라이머리 수지 층 및 합성수지 층을 포함하는 비교예 3 및 4의 리테이너 링을 제조하였다.
평가예 2
실시예 7 내지 12의 리테이너 링, 비교예 3 및 4의 리테이너링 모두에 대해 평가예 1과 동일한 방법으로 접착 강도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 비교예3 비교예4
홈부의 깊이(단위: μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
시험 전 접착 강도
(단위: MPa)		 9.5 9.8 10.1 10.8 9.5 9.4 5.1 3.5
시험 후 접착 강도(단위: MPa) 9.2 9.6 9.5 10.5 9.1 9.0 2.0 1.2
변화율 -3.2% -2.0% -5.9% -2.8% -4.2% -4.3% -60.8% -65.7%
표 2를 참고하면, 홈부의 깊이가 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하인 실시예 7 내지 12의 리테이너 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -6% 이하였다. 반면, 비교예 3의 리테이터 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -60.8%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는, 홈부의 깊이가 너무 얕아 프레임 층과 합성수지 층의 접합 강도가 충분하지 못하여 나타난 결과로 볼 수 있다. 또한, 비교예 4의 리테이너 링의 경우, 마찬가지로, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -65.7%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 홈부의 깊이가 너무 깊어 몰딩액의 기재에 대한 anchoring 효과의 부족으로 인하여 프레임 층과 합성수지 층의 접착 강도가 저하되어 나타난 결과로 볼 수 있다.
실시예 13 내지 18
프레임 층과 합성수지 층을 포함하는 실시예 13 내지 18의 리테이너 링을 제조하였다. 구체적으로, 샌드 블라스팅법을 이용해 폴리에테르에테르케톤(PEEK)를 포함하는 합성수지 층의 일면에 복수의 홈부를 형성하였다. 이때, 홈부의 깊이가 각각 0.1 마이크로미터, 1 마이크로미터, 10 마이크로미터, 100 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터로 달리하여, 실시예 1 내지 6의 합성수지 층을 마련하였다.
다음, 에틸렌 아크릴레이트 코폴리머와 폴리에틸렌 폴리아민을 포함하는 액상의 열경화성 수지를 실린더에서 실린더 선단으로 이동시킬 수 있다. 다음으로 수형과 암형 금형을 조합 및 체결하고 나서 실린더 선단에 있는 노즐을 금형의 게이트에 접속시킨다. 그 후 상기 액상의 열경화성 수지를 높은 압력으로 합성수지 층이 내재된 금형 내의 캐비티에 사출 충전할 수 있다. 그 후 금형을 가열시켜 상기 열경화성 수지를 고화시킨 후, 냉각시킨 다음 수형과 암형을 분리하여 프레임 층을 취출할 수 있다.
비교예 5 및 6
합성수지 층에 형성된 복수의 홈부의 깊이를 각각 0.01 마이크로미터 및 1000 마이크로미터로 구현한 것을 제외하고, 실시예 13 내지 18과 동일한 방법으로 프레임 층과 합성수지 층을 포함하는 비교예 5 및 6의 리테이너 링을 제조하였다.
평가예 3
실시예 13 내지 18의 리테이너 링, 비교예 5 및 6의 리테이너링 모두에 대해 평가예 1과 동일한 방법으로 접착 강도를 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 비교예5 비교예6
홈부의 깊이(단위: μm) 0.1 1 10 100 250 500 0.01 1000
시험 전 접착 강도
(단위: MPa)		 8.4 8.7 9.1 9.5 9.4 8.3 3.0 2.1
시험 후 접착 강도(단위: MPa) 7.9 8.2 8.7 8.9 8.6 8.0 1.2 0.8
변화율 -6.0% -5.7% -4.4% -6.3% -8.5% -3.6% -60.0% -61.9%
표 2를 참고하면, 홈부의 깊이가 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하인 실시예 13 내지 18의 리테이너 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -7% 이하였다. 반면, 비교예 5의 리테이터 링의 경우, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -60.0%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다. 또한, 또한, 비교예 6의 리테이너 링의 경우, 마찬가지로, 장기 신뢰성 시험 이후 접착 강도의 저하 정도가 -61.9%로, 매우 큰 저하가 발생한 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: CMP 장치
110: 리테이너 링
112: 프레임 층
113: 홀
114: 나선 코일
115: 합성수지 층
117: 볼트 고정부
118: 프라이머 수지 층
119: 복수의 홈부
120: 캐리어
200: 연마 패드
300: 웨이퍼

Claims (22)

  1. CMP 장치에 이용되는 리테이너 링에 있어서,
    상기 CMP 장치의 캐리어의 하단에 결합되며, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 프레임 층; 및
    상기 프레임 층의 하단에 배치되며, 하부가 연마 패드와 접촉되어 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지 층을 포함하고,
    상기 합성수지 층은, 상기 프레임 층 방향의 일면에 복수의 홈부가 형성되며,
    상기 복수의 홈부의 깊이는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하인 리테이너 링.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 합성수지 층은 상기 프레임 층과 접합되는 리테이너 링.
  4. 제1항에서,
    상기 프레임 층은 에폭시 수지 및 열경화성 수지 경화제를 포함하는 리테이너 링.
  5. 제4항에서,
    상기 에폭시 수지는, 비스페놀 타입 에폭시 기반 수지에 chlorinated polypropylene, chlorinated ethyl-propyl copolymer, chloromethyl oxirane, butoxymethyl oxirane, butylaldehyde-acetalized polyvinyl alcohol akylene diisocyanate, butyl acrylate-glycidyl methacrylate copolymer, ethylene acrylate copolymer, butyl acrylate, ethenyl benzene butadiene-styrene, acrylonitrile-butadiene-styrene 및 butyral vinyl acetal polymer 중에서 선택된 한 가지 이상의 열경화성 수지를 혼합한 것인 리테이너 링.
  6. 제4항에서,
    상기 열경화성 수지 경화제는, dimethyl aminomethyl phenol, tris-co-methyl aminomethyl phenol, benzyl dimethyl amino polyethylene polyamine, cyanoethyl polyamine 및 ketone terminated polyamine 중 적어도 하나를 포함하는 리테이너 링.
  7. 제1항에서,
    상기 합성수지 층은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리메틸렌(POM), 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸린테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리케톤(Poketone), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 플루오르화폴리비닐리덴(PVDF) 및 폴리아마이드(PA) 중 적어도 하나를 포함하는 리테이너 링.
  8. 제1항에서,
    상기 합성수지층과 상기 프레임 층 사이에 위치한 프라이머 수지 층을 더 포함하는 리테이너 링.
  9. 제8항에서,
    상기 프라이머 수지 층은 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르, 2,5 퓨란디온, 폴리프로필렌, 1-메틸-2-피롤리돈, 디페닐디메톡시실란, 디페닐에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 테트라메톡시실란 및 테트라에톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는 리테이너 링.
  10. 제1항에서,
    상기 합성수지 층에 적어도 하나의 돌기부가 형성되고,
    상기 돌기부의 표면에 상기 복수의 홈부가 형성되는 리테이너 링.
  11. 제10항에서,
    상기 돌기부는, 상기 합성수지 층으로부터 연장된 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 부분보다 폭이 같거나 넓은 제2 부분을 포함하는 리테이너 링.
  12. 제1항에서,
    상기 프레임 층에는 상기 캐리어의 하단과 볼트 결합을 위한 하나 이상의 홀이 형성된 리테이너 링.
  13. 제1항에서,
    상기 합성수지 층의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 홈이 형성된 리테이너 링.
  14. 제1항에서,
    상기 합성수지 층의 하단과 측면 중 적어도 하나에는 하나 이상의 관통홀이 형성된 리테이너 링.
  15. CMP 장치에 이용되는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서,
    합성수지 층을 형성하는 단계;
    상기 합성수지 층의 일면에 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및
    상기 합성수지 층 상에 프레임 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 홈부의 깊이는 0.1 마이크로미터 이상 및 500 마이크로미터 이하인 리테이너 링의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 복수의 홈부를 형성하는 단계는, 화학적인 에칭 방법 및 물리적인 스크래칭 방법 중 적어도 하나를 이용해 표면 요철을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 화학적인 에칭 방법은 유기 용제 클리닝법, 염기성 용액 클리닝법 및 산성 용액 클리닝법 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 물리적인 스크래칭 방법은 쇼트 블라스팅법(shot blasting), 와이어 브러슁법(wire brushing), 와이어 마모법(wire abrasion), 샌드 블라스팅법(sand blasting) 및 기계가공법 (machining) 중 적어도 하나를 포함하는 리테이너 링의 제조 방법.
  17. 제15항에서,
    상기 합성수지 층을 형성하는 단계에서, 몰드를 이용한, 몰딩 방법 또는 사출 성형 방법에 의해 상기 합성수지 층이 형성되고,
    상기 복수의 홈부를 형성하는 단계는, 상기 몰드의 표면에 조화처리를 실시하여 요철 구조를 형성하는 단계 및 상기 몰드 내에서 상기 합성수지층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 요철 구조가 상기 합성수지 층의 표면에 전사되어 상기 복수의 홈부가 상기 합성수지 층에 형성되는 리테이너 링의 제조 방법
  18. 삭제
  19. 제15항에서,
    상기 합성수지 층의 상에 프라이머 처리를 하여, 프라이머 수지 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 리테이너 링의 제조 방법.
  20. 제15항에서,
    상기 프레임 층을 형성하는 단계는, 몰딩 틀에 상기 합성수지 층을 삽입하여 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채우고 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 상기 몰딩 틀로부터 적층되어 결합된 상기 합성수지 층 및 상기 프레임 층을 취출하는 단계를 포함하는 리테이너 링의 제조 방법.
  21. 제15항에서,
    상기 프레임 층을 형성하는 단계는, 액상의 열경화성 수지를 실린더에서 실린더 선단으로 이동시키는 단계, 상기 액상의 열경화성 수지를 수형과 암형으로 이루어진 금형 내 캐비티에 사출 충전하는 단계 및 상기 금형을 가열시켜 상기 열경화성 수지를 고화시킨 후 냉각하여 취출하는 단계를 포함하는 리테이너 링의 제조 방법.
  22. 제1항에 따른 리테이너 링;
    상기 리테이너 링의 상단에 결합되는 캐리어;
    상기 리테이너 링의 하단과 접촉되며, 상단에 웨이퍼가 배치되는 연마 패드를 포함하는 CMP 장치.
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