KR20010085083A - 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결합이 용이한 씨엠피(Chemical Mechnical Polishing, CMP) 장치용 리테이너 링(retainer ring)에 관한 것으로, 리테이너링을 구성하는 연결링과 연마링의 결합을 신속 및 용이하게 하여, 리테이너링 자체의 생산성을 높이고, 공정 진행시 리테이너링의 마모에 따른 주기적인 교체를 보다 간편하게 하며, 헤드(head)에 장착하여 공정 진행중 기존의 접착제에 의한 방법에 비하여 리테이너 링 및 웨이퍼의 이탈가능성이 낮도록 하여 씨엠피 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 씨엠피 장치용 리테이너 링을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링은, 연마헤드를 가지는 씨엠피(CMP) 공정장치에 사용되는 리테이너 링이며, 상면, 하면 및 측면을 가지며, 연마헤드에 장착되며, 하면에 다수의 결합돌기를 가지며, 여기서 결합돌기는 말단으로 갈수록 커지는 소정 각도의 테이퍼 형상을 갖는 연결링; 및 상면, 하면 및 측면을 가지며, 상면이 연결링의 하면과 결합되며, 결합을 위하여 연결링의 결합돌기를 삽입한 후 원주방향으로의 회전에 의하여 연결링의 하면과 상면이 밀착되도록 하는 다수의 결합홈을 상면에 가지며, 여기서 결합홈은 측벽의 일부가 결합돌기의 측벽과 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는, 연마링을 포함한다.

Description

결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링{EASILY-ASSEMBLABLE RETAINER RING FOR CHEMICAL MECHANICAL POSHISHING APPARATUS}

본 발명은 결합이 용이한 씨엠피(Chemical Mechnical Polishing, CMP, 화학 기계적 연마장치, 이하에서는 '씨엠피 장치'라 한다) 장치용 리테이너 링(retainer ring)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체의 제조를 위한 한 공정장비인 씨엠피 장치에서, 리테이너링을 구성하는 연결링과 연마링의 결합을 신속 및 용이하게 하여, 리테이너링 자체의 생산성을 높이고, 공정 진행시 리테이너링의 마모에 따른 주기적인 교체를 보다 간편하게 하며, 헤드(head)에 장착하여 공정 진행중 기존의 접착제에 의한 방법에 비하여 리테이너 링 및 웨이퍼의 이탈가능성이 낮도록 하여 씨엠피 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 씨엠피 장치용 리테이너 링을 제공하기 위한 것이다.

최근의 반도체 분야의 흐름은 고집적화, 고기능화의 추세에 따르고 있다. 메모리(memory) 소자의 경우 고집적화에 따른 선폭의 감소로 필요로 하는 용량의 메모리 셀(cell)을 구현하기 위하여는 3차원적 입체구조를 가지는 커패시터 (capac itor)등으로 구성된 셀을 필요로 하게 되었고, 그에 따라 주변부 (perip hery)의회로와 메모리 셀간의 높이 차이가 발생되며, 층간 절연막(inter layer di electric)의 증착후 미세 구조가 밀집된 지역과 주변부 회로간에 발생되는 단차로 인하여 이후의 공정 진행을 어렵게 하는 문제점이 있다. 메모리 소자 및 논리회로를 단일 칩에서 구현하는 것이 필요한 경우 양자간의 구조가 상이한 관계로 넓은 영역에 걸친 이와같은 단차의 발생은 특히 문제가 된다. 이와같은 심한 단차가 존재할 경우, 현재 반도체 제조에 사용되는 정도와 같은 미세한 선폭(약 0.1㎛)을 정의하기 위하여, 단파장의 레이저를 사용하는 현재의 리소그래피(lithography) 공정에서는 표면의 평탄도가 좋지 않을 경우 초점심도(Depth of Focus)의 여유 (margin)가 적어 모든 영역에서의 정확한 패턴의 정의가 어렵게된다. 따라서, 층간절연막을 증착한 이후의 표면의 평탄도는 반도체 집적 기술의 발전과 더불어 반드시 해결하여야 하는 과제가 되고 있다.

이와같이 표면의 평탄도 문제를 해결하기 위하여 등장한 것이 씨엠피 기술이며, 현재는 위와같은 층간절연막의 평탄화 뿐만아니라 소자 분리(isolation)용 트렌치(trench)의 갭필링(gap filling), 텅스텐 플러그(W-plug) 형성 및 배선을 위한 다마센(damascene) 공정에도 본격적으로 적용이 되고 있다.

CMP 공정의 발전과 더불어 CMP 장치의 개량도 끊임없이 이루어져 왔는데, 일반적인 CMP 장치에 사용되는 연마헤드의 구조를 도1에 나타내었다. 도1에 나타낸 바와 같이 연마헤드(100)는, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼척(20), 웨이퍼척을 지지하고 공정중 소정의 압력을 가하는 연마하우징(30), 연마하우징(30)에 연결되며 공정중 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링(40)을 포함한다. 일반적인 CMP 장치에서의 연마헤드(100)는 도1에 나타낸 바와 같이 웨이퍼를 하부에 위치시킨 구조로 되어 있으며 회전 동력을 전달하기 위한 구동축(200)이 장치의 동력부와 연결되어 있다. 또한 웨이퍼의 하단에는 연마패드(polishing pad)가 장착된 연마테이블이 위치하게 되며, 웨이퍼는 연마패드 위에 도포되는 연마제인 슬러리(slurry)와 위의 연마패드의 회전운동 및 연마헤드(100) 자체의 회전운동에 의하여 기계적 및 화학적으로 식각되어 결국 위에서 기술한 평탄화가 이루어진다.

리테이너 링(40)은 웨이퍼(10)가 회전중에 원심력에 의하여 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그러나, 리테이너 링(40)의 하단부도 공정 중 연마패드에 직접 닿아 있기 때문에 리테이너 링은 공정 중 계속 마모되며, 리테이너 링(40)이 심하게 마모될 경우, 공정 중 웨이퍼(10)가 이탈할 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 리테이너 링은 주기적으로 교체되어야 하며, 교체주기를 용이하게 인지하기 위하여 측면부에 식별 표식이 설치된 리테이너링(공개특허공보1999-0039627)과 같은 기존의 관련 특허출원이 있다.

또한, 종래 기술의 리테이너 링(40)의 일반적인 구성을 도2에 나타내었다. 리테이너링(40)은 일반적으로 연결링(42)과 연마링(46)으로 이루어지는데, 연결링 (42)은 연마헤드(100)에 직접적으로 연결되는 부분이며, 연마링(46)은 연마패드에 닿는 부분으로서 일반적으로 테프론(polytetrafluoroethylene)이나, PPS (Poly ph enylene Sulfide) 또는 PEEK(Polyetheretherketone) 등으로 이루어진다. 여기서 연결링(42) 및 연마링(46)의 결합시에는 화학적 접착제(adhesive)(44) 및 결합을 보조하기 위한 나사나 핀(pin) 등을 사용하여 결합시키는 것이 일반적인 종래기술의결합방법이었다. 이와같은 결합방법은 결합에 소요되는 시간이 오래 소요될 뿐 아니라, 결합의 신뢰도가 떨어지며, 공정 중 연마링(46)이 분리되어 그에 따른 웨이퍼 손상 등의 공정 불량이 발생될 우려가 있다. 또한, 분리와 결합이 신속하지 못함에 따라 장비 운휴 시간의 연장에 따른 생산성의 저하가 문제된다.

그리고, 이와같은 종래기술에서는 리테이너 링(40)에서, 마모된 연마링(46)의 교체를 위해서는 전체 리테이너링(40)을 교환하여야 하므로 전체 리테이너 링(40)의 교환용 부품을 항상 준비하여야 하는 등의 불편함이 수반된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 씨엠피 장치에서, 리테이너링을 구성하는 연결링과 연마링의 결합을 신속 및 용이하게 하여, 리테이너링 자체의 생산성을 높이고, 공정 진행시 리테이너링의 마모에 따른 주기적인 교체를 보다 간편하게 하며, 헤드(head)에 장착하여 공정 진행중 기존의 접착제에 의한 방법에 비하여 리테이너 링 및 웨이퍼의 이탈가능성이 낮도록 하여 씨엠피 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 씨엠피 장치용 리테이너 링을 제공하기 위한 것이다.

도1은 일반적인 CMP 장치에 사용되는 연마헤드의 구조를 나타낸다.

도2는 종래 기술의 리테이너 링의 일반적인 구성을 나타낸다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링의 구성을 나타낸다.

도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연결링 및 연마링의 결합과정을 개략적으로 나타낸다.

도5는 본 발명의 연마링에서의 결합홈의 구조 및 연결링과 연마링의 결합과정을 보다 상세히 나타낸다.

도6은 회전에 의한 결합시의 결합돌기의 도5의 경사부에서의 각 위치에 따른 결합돌기와 연마링 상면의 위치관계를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 웨이퍼 20: 웨이퍼척

30: 연마하우징 40: 리테이너 링

100: 연마헤드 200: 구동축

42: 연결링 44: 접착부

46: 연마링 47: 결합돌기

48: 결합홈 49: 인입부

50: 경사부 51: 결합부

52: 바닥면 53: 측벽

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 특징에 의한 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링은, 연마헤드를 가지는 씨엠피(CMP) 공정장치에 사용되는 리테이너 링이며, 상면, 하면 및 측면을 가지며, 상기 연마헤드에 장착되며, 상기 하면에 다수의 결합돌기를 가지며, 여기서 상기 결합돌기는 말단으로 갈수록 커지는 소정 각도의 테이퍼 형상을 갖는 연결링; 및 상면, 하면 및 측면을 가지며,상면이 상기 연결링의 하면과 결합되며, 상기 결합을 위하여 상기 연결링의 상기 결합돌기를 삽입한 후 원주방향으로의 회전에 의하여 상기 연결링의 하면과 상기 상면이 밀착되도록 하는 다수의 결합홈을 상기 상면에 가지며, 여기서 상기 결합홈은 측벽의 일부가 상기 결합돌기의 측벽과 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는, 연마링을 포함한다.

바람직하게는 본 발명의 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링의 상기 결합홈은, 상기 결합돌기가 삽입되는 인입부; 상기 인입부와 연속되며, 상기 원주방향으로 소정 길이를 가지며, 상기 결합돌기와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽에 의하여 상기 결합돌기를 고정시키며, 상기 원주방향으로의 회전시 상기 결합돌기가 점점 깊이 삽입되도록 하는 소정 경사의 바닥면을 가진 경사부; 및 상기 경사부와 연속되며, 상기 연결링과 상기 연마링의 결합시 상기 결합돌기와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽에 의하여 상기 결합돌기를 최종적으로 고정시키는 결합부를 가진다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도3에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링의 구성을 나타내었다.

본 발명의 리테이너 링(40)은 연결링(42) 및 연마링(46)으로 구성되며, 이 점에 있어서는 종래기술의 경우와 동일하다. 그러나, 본 발명의 연결링(42)은 도3과 같이 그 하면에 다수의 결합돌기(47)를 가지며, 이 결합돌기(47)는 말단으로 갈수록 커지는 소정 각도의 테이퍼 형상을 갖는다. 결합돌기(47)의 형상은 도3의 상단 및 하단에 나타낸 것처럼 단면이 사다리꼴 형상의 테이퍼형 원통이 된다.

또한, 연마링(46)은 상면이 연결링(42)의 하면과 결합되며, 다수의 결합홈 (48)을 상면에 가진다. 연결링(42)과 연마링(46)의 결합을 위하여서는 연결링(42)의 하부의 다수의 결합돌기(47)를 각각 대응되는 결합홈(48)에 삽입한 후, 연마링 (46)을 원주방향으로 회전시켜 연결링(42)의 하면과 연마링(46)의 상면이 밀착되도록 한다.

여기서, 위의 결합홈(48)의 구조를 좀더 상세히 기술하면, 도5에 나타낸 바와 같이, 인입부(49), 경사부(50) 및 결합부(51)로 구성된다. 인입부(49)는 결합돌기(47)가 삽입되도록 하기 위하여 결합돌기(47)의 최하단 가장 단면크기가 큰 부분이 용이하게 삽입될 수 있도록 구성되며, 측벽은 테이퍼 형상을 가질 필요가 없다. 또한, 경사부(50)는 위의 인입부(49)와 연속되며 원주방향으로 소정 길이를 가지며, 위의 결합돌기(47)와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽(53)에 의하여 결합돌기(47)를 빠져나가지 못하도록 고정시키며, 원주방향으로의 회전시 결합돌기가 점점 깊이 삽입되도록 바닥면(52)이 도5의 하단과 같이 소정 경사를 가지도록 구성되어 있다. 또한, 결합부(51)는 위의 경사부(50)와 연속되며, 연결링(42)과 연마링(46)이 위의 원주방향의 회전에 의하여 최종적으로 결합될 경우, 결합돌기(47)와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽(53)에 의하여 결합돌기를 최종적으로 고정시키는 역할을 하며, 결합이후 결합돌기(47)는 이 결합부(51)의 위치에 있게 된다.

이와같은 연결링(42) 및 연마링(46)의 결합과정을 도4에 개략적으로 나타내었다. 도4에 나타낸 바와같이 우선 인입부(49)에 결합돌기(47)를 삽입한 후 원주방향으로의 연마링(46)의 회전에 의하여 연결링(42)의 하면과 연마링(46)의 상면이 밀착되도록 하여 결합을 수행한다.

원주방향으로 회전시킬 경우 연결링(42)의 하면과 연마링(46)의 상면이 밀착되는 이유를 보다 상세히 설명하기 위하여, 회전시의 결합돌기(47)의 도5의 경사부 (50)에서의 위치(a, b, c) 및 각 위치에 따른 결합돌기(47)와 연마링(46) 상면의 위치관계를 도6에 나타내었다. 도5 및 도6에 나타낸 바와 같이, 원주방향으로의 회전이 진행되어 결합돌기(47)가 경사부(50)를 따라 이동하게 되면 경사부(50)의 바닥면(52)은 갈수록 깊어지게 된다. 따라서, 결합돌기(47)가 인입부(49)를 통하여 최초 인입시, 경사부(50)를 통하여 a의 위치로 이동하였을 때, b의 위치 및 c의 위치로 이동하였을 때는 각각 도6과 같이 결합돌기가 결합홈 내로 보다 깊이 삽입되게 되며, 그에 따라 연결링(42)의 하면은 연마링(46)의 상면과 더욱 밀착하게 되는 것이다.

본 발명에 의한 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 결합돌기의 형상이 테이퍼 형상을 가진 원통형이 아닌 사각 기둥형이나 육각기둥형이 될 수도 있음이 자명하므로, 역시 이 경우도 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 있다고 할 것이다.

또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

본 발명에 의하여, 씨엠피 장치에서 리테이너링을 구성하는 연결링과 연마링의 결합을 신속 및 용이하게 하여, 리테이너링 자체의 생산성을 높이고, 공정 진행시 리테이너링의 마모에 따른 주기적인 교체를 보다 간편하게 하며, 헤드(head)에 장착하여 공정 진행중 기존의 접착제에 의한 방법에 비하여 리테이너 링 및 웨이퍼의 이탈가능성이 낮도록 하여 씨엠피 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 연마헤드를 가지는 씨엠피(CMP) 공정장치에 사용되는 리테이너 링에 있어서,

   상면, 하면 및 측면을 가지며, 상기 연마헤드에 장착되며, 상기 하면에 다수의 결합돌기를 가지며, 여기서 상기 결합돌기는 말단으로 갈수록 커지는 소정 각도의 테이퍼 형상을 갖는 연결링; 및

   상면, 하면 및 측면을 가지며, 상면이 상기 연결링의 하면과 결합되며, 상기 결합을 위하여 상기 연결링의 상기 결합돌기를 삽입한 후 원주방향으로의 회전에 의하여 상기 연결링의 하면과 상기 상면이 밀착되도록 하는 다수의 결합홈을 상기 상면에 가지며, 여기서 상기 결합홈은 측벽의 일부가 상기 결합돌기의 측벽과 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는, 연마링을 포함하는 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 결합홈은

   상기 결합돌기가 삽입되는 인입부;

   상기 인입부와 연속되며, 상기 원주방향으로 소정 길이를 가지며, 상기 결합돌기와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽에 의하여 상기 결합돌기를 고정시키며, 상기 원주방향으로의 회전시 상기 결합돌기가 점점 깊이 삽입되도록 하는 소정 경사의 바닥면을 가진 경사부; 및

   상기 경사부와 연속되며, 상기 연결링과 상기 연마링의 결합시 상기 결합돌기와 거의 동일한 각도의 테이퍼 형상을 가지는 측벽에 의하여 상기 결합돌기를 최종적으로 고정시키는 결합부를 가지는 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 연결링은 금속재질로 이루어지며,

   상기 연마링은 PPS(Polyphenylene Sulfide)로 제조되는 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 연결링은 금속재질로 이루어지며,

   상기 연마링은 PEEK(Polyetheretherketone)로 제조되는 결합이 용이한 씨엠피 장치용 리테이너 링.