KR200242842Y1 - 반도체제조장치에 사용되는 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

본 고안은 씨엠피(CMP) 장비 중 씨엠피 연마 과정 중에 연마되는 웨이퍼를 고정시키기 위한 웨이퍼 캐리어를 구성하는 리테이너 링에 관한 기술을 제공한다.

본 고안은 연마 패드에 접촉하여 씨엠피 연마를 수행하며 하부 바닥면을 구성하는 수지 또는 세라믹 재질부와, 그 상부에 웨이퍼 캐리어와의 부착을 위한 나사홈을 지닌 스테인레스 스틸 재질부를 포함하는 리테이너 링을 제공한다.

그 결과, 리테이너 링을 웨이퍼 캐리어에 나사를 이용하여 부착시킬 경우에도 웨이퍼 헤드의 변형을 방지하고 균일 편평도를 유지할 수 있으며, 연마 패드의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 리테이너링 고정을 견고하게 할 수 있어서, 연마 과정 중에 리테이너 링이 풀림으로 인하여 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

반도체제조장치에 사용되는 리테이너 링{RETAINER RING FOR USE IN SEMICONDUCTOR FABRICATING APPARATUS}

본 고안은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 제조를 위한 공정 수행중에, 예를들어 반도체기판에 이온주입, 박막형성, 식각 또는 연마공정에서 반도체 웨이퍼를 정해진 위치에 수용하는 리테이너 링(retainer ring)에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 상에 제조되는 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라서 다층 배선 공정이 실용화되고 있다. 그 결과, 다층 배선 사이의 층간 절연막에 대한 단차가 증가함에 따라, 이에 대한 평탄화 작업이 더욱 중요한 이슈로 부각되고 있다. 반도체 기판 표면을 평탄화하기 위한 제조 기술로서 씨엠피(CMP; chemical mechanical polishing) 방법이 사용되고 있다.

씨엠피 연마 방법은 연마 패드(polishing pad) 위에서 슬러리(slurry) 용액과 함께 웨이퍼의 표면을 기계적 및 화학적으로 연마하는 기술로서, 통상 씨엠피 장비는 하부에 회전하는 원형 평판 테이블에 연마 패드를 부착하고, 연마 패드 상단의 소정 영역에 연마제, 즉 액체 상태의 슬러리(slurry)를 공급하여, 회전하는 원심력에 의해 슬러리를 도포시키는 가운데, 연마 패드의 상부에서 웨이퍼 캐리어에 고정된 웨이퍼가 연마 패드의 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마찰 효과에 의해 웨이퍼의 표면이 평탄화되는 원리를 지니고 있다.

이와 같이, 씨엠피 장치에 있어서 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 연마 패드에 밀착시키면서 연마를 진행하여야 하기 때문에 웨이퍼를 고정시키기 위한 리테이너 링(retainer ring)을 사용하게 된다.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 리테이너 링(10, 20)의 구조를 나타낸 도면이다. 도1a를 참조하면, 수지 계통을 이용하여 제작된 리테이너 링(10)을 나타낸 도면이다. 수지 계통의 재질을 이용한 종래 기술에 따른 리테이너 링(10)은 나사(12)를 이용하여 웨이퍼 캐리어(11)에 고정시켜야 하므로, 나사에 의해 밀착되는 수지 부위에 수축력이 작용하여 리테이너 링의 바닥면(13)이 오목하게 들어가는 문제점이 발생한다. 그 결과, 연마 패드 위에서 리테이너 링의 바닥면이 균일한 편평도를 유지할 수 없는 문제점이 있다.

도1b는 종래 기술에 따라 세라믹 계통의 재질을 이용하여 제작된 리테이너 링(20)을 나타낸 도면이다. 종래 기술에 따른 웨이퍼 캐리어(21)는 웨이퍼를 연마 패드에 밀착시키면서 연마 공정을 수행하기 때문에 웨이퍼 캐리어(21)가 연마 패드에 닿으면서, 연마 패드를 손상시켜 웨이퍼 상에 스크래치 및 오염 등을 유발시킬 수 있다.

또한, 종래 기술은 웨이퍼 캐리어에 리테이너 링을 고정하기 위한 작업 중에 나사에 의하여 리테이너 링이 파손될 수 있다. 종래 기술의 경우 리테이너 링을 견고하게 고정하는 것이 불가능하므로 연마 과정 중에 고정 나사의 풀림으로 인하여 연마 웨이퍼가 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.

더욱이, 종래 기술에 따른 리테이너 링(20)은 사용된 나사의 방향(22) 및 세라믹 재료의 셋팅 방향에 따라서 연마 공정 시에 연마 패드에 주는 손상(23)의 모양이 다를 수 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 리테이너 링은 수지 재질을 사용할 경우 나사의 조임 상태에 따라서 리테이너 링의 바닥 수지면의 편평도가 왜곡될 수 있고, 리테이너 링을 견고하게 고정할 수 없으므로 연마 과정 중에 풀림이 발생할 수 있다. 또한, 세라믹 재질을 사용할 경우에는 나사 홀의 마모 및 나사의 풀림 현상으로 인하여 연마 패드가 손상되고 웨이퍼 표면이 스크래치 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안의 제1 목적은 씨엠피 장비의 웨이퍼 캐리어에 있어서, 나사의 조임 상태에 따라서 바닥면의 평탄화가 변형되는 문제점을 해결한 리테이너 링을 제공하는데 있다.

본 고안의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 씨엠피 연마 공정 중에 웨이퍼 캐리어에 의해 연마 패드 위에서 연마되는 웨이퍼 표면을 균일하게 하도록 하는 리테이너 링을 제공하는데 있다.

본 고안의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 씨엠피 연마 공정 중 나사 풀림 현상 및 연마 패드 마모로 인한 손상 및 스크래치 문제를 해결한 리테이너 링을 제공하는데 있다.

본 고안의 제4 목적은 상기 씨엠피 장비외에도 이온 임플랜터(ion implanter), CVD(chemical vapor deposition), 스퍼터(sputter)장비 또는 에칭 장비(etcher)에서 반도체 웨이퍼를 안정적으로 정해진 위치내에 수용하는 리테이너 링을 제공하는 데 있다.

도1은 종래 기술에 따른 리테이너 링을 나타낸 도면.

도2는 본 고안의 제1 실시예에 따른 리테이너 링을 나타낸 도면.

도3은 본 고안의 제2 실시예에 따른 리테이너 링을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 제1 소재부

110, 210 : 웨이퍼 캐리어 몸체

120, 220 : 나사홈

130, 230 : 제2 소재부

140, 240 : 나사

250 : 인서트(insert)

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 연마 테이블 상에 형성된 연마 패드와, 리테이너 링에 의해 소정의 위치에 웨이퍼를 수용하는 캐리어 및, 슬러리 공급 수단을 구비한 씨엠피 장비에 사용되는 상기 리테이너 링에 있어서, 상기 연마 패드와 접촉하여 작용하며, 상기 리테이너 링의 하부 바닥면을 구성하는 제1 소재부; 상기 제1 소재부의 상부에 형성되고, 상기 웨이퍼 캐리어에 고정되기 위한 나사홈을 구비한 제2 소재부를 포함하는 리테이너 링을 제공한다.

이하, 본 고안에 따른 리테이너 링을 첨부 도면 도2 및 도3을 참조하여 상세히 설명한다.

이 고안은 아래에서 씨엠피 장비를 하나의 실시예로서 설명될 것이지만, 이 고안은 씨엠피 장비에 국한되는 것은 아니고, 이온주입장치, CVD, 스퍼터, 에칭장비에서 웨이퍼를 수용하여 안정하게 위치를 잡아주는 데에 사용할 수 있고, 이는 이 기술분야의 당업자에게 자명하다. 또한 고안의 이해를 돕기 위하여, 도2 및 도3에서 보여주고 있는 바와 같이, 이 고안의 리테이너 링은 씨엠피장비에 한정해서 설명할 것이다.

도2는 본 고안의 제1 실시예에 따른 리테이너 링을 나타낸 도면이다. 도2를 참조하면, 본 고안의 제1 실시예에 따른 리테이너 링은 연마 패드와 직접 접촉하여 씨엠피 연마를 균일하게 하는 기능을 수행하는 제1 소재부(100)와 리테이너 링을 웨이퍼 캐리어 몸체(110)에 교정하기 위한 나사홈(120)을 구비한 제2 소재부(130)를 포함하고 있다.

본 고안에 따른 바람직한 실시예로서, 제1 소재부(100)는 아세탈(acetal) 등의 수지 재료를 이용하여 구성할 수 있으며, 제2 소재부(130)는 스테인레스 스틸(stainless steel)등 기타의 금속재질을 이용하여 제작할 수 있다. 또한, 웨이퍼 캐리어 몸체(110)에 리테이너 링을 견고히 부착하기 위하여 제2 소재부(130)에 형성된 나사홈(120)에 나사(140)를 이용하여 웨이퍼 캐리어(110)와 연결할 수있다.

본 고안의 제1 실시예는 수지와 같이 비교적 소프트(soft)한 재질을 이용하여 리테이너 링을 구성하는 경우에 적용될 수 있다. 본 고안의 바람직한 실시예로서, 제1 소재부(100)와 제2 소재부(130)는 접착제를 이용하여 서로 견고히 부착될 수 있다. 본 고안에 따른 양호한 실시예로서, 제2 소재부에 형성된 나사홈(120)은 제2 소재부와의 경계면을 접촉함으로써 부착 강도를 증가시킬 수 있다.

도3은 본 고안의 제2 실시예에 따른 리테이너 링을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 본 고안의 제2 실시예에 따른 리테이너 링은 연마 패드와 직접 접촉하여 씨엠피 연마를 균일하게 하는 기능을 수행하는 제1 소재부(200)의 재료로서 세라믹(ceramic) 재질과 같이 비교적 경도가 높은 재료를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 제2 실시예에 따른 리테이너 링은 제1 소재부(200)가 비교적 하드 (hard)한 재질로써 제조되기 때문에, 웨이퍼 손상을 방지하기 위한 인서트(250)를 웨이퍼 접촉부에 또는 소프트한 수지 계통의 재질을 코팅하여 채용하는 것을 특징으로 한다. 다시 도3을 참조하면, 제1 소재부(200) 상부에 형성된 제2 소재부(230)는 스테인레스 스틸등의 금속재질을 이용하여 제작될 수 있고, 웨이퍼 캐리어 몸체(210)와 나사(240)로 연결하기 위한 나사홈(220)이 형성된다.

전술한 내용은 후술할 고안의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 고안의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 고안의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본고안의 개념과 특정 실시예는 본 고안과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 고안에서 개시된 고안 개념과 실시예가 본 고안의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 고안의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 고안에 따른 리테이너 링은 연마 패드와 접촉하는 바닥면으로서 수지 또는 세라믹 재질을 사용하고, 웨이퍼 캐리어 몸체와 부착하기 위한 방법으로써 스테인레스 스틸을 상부에 형성함으로써, 나사를 사용하여 견고히 부착시키는 경우에도 균일한 편평도를 유지할 수 있으며 웨이퍼 헤드의 변형 및 연마 패드의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (14)

1. 연마 테이블 상에 형성된 연마 패드와, 리테이너 링에 의해 소정의 위치에 웨이퍼를 수용하는 캐리어 및, 슬러리 공급 수단을 구비한 씨엠피 장비에 사용되는 상기 리테이너 링에 있어서,

   상기 연마 패드와 접촉하여 작용하며, 상기 리테이너 링의 하부 바닥면을 구성하는 제1 소재부;

   상기 제1 소재부의 상부에 형성되고, 상기 웨이퍼 캐리어에 고정되기 위한 나사홈을 구비한 제2 소재부를 포함하는 리테이너 링.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 소재부는 수지 또는 세라믹 재료로서 형성되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 소재부는 스테인레스 스틸 또는 금속 물질로서 형성되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
4. 제1항에 있어서, 상기 나사홈은 상기 제1 소재부의 일면에 접하는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
5. 리테이너 링에 있어서,

   수재재료로 된 제1소재부; 그리고

   상기 제1소재부에 부착되는 스테인레스 스틸로 된 제2소재부를 구비하되,

   상기 제2소재부에는 상기 제1소재부와 부착되는 면의 반대쪽에 형성된 체결을 위한 나사홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1소재부와 상기 제2소재부가 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
7. 제5항에 있어서, 상기 제2소재부는 나사에 의해 웨이퍼 캐리어에 결합되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
8. 제5항에 있어서, 상기 제1소재부와 상기 제2소재부는 각각 환형의 구조인 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
9. 제5항에 있어서, 상기 제1소재부는 연마패드와 접촉되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
10. 제5항에 있어서, 상기 제1소재부와 상기 제2소재부의 내측에 웨이퍼손상을 방지하는 수지계통의 인서트부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
11. 리테이너 링에 있어서,

    비교적 소프트한 재질로 된 환형의 제1소재부; 그리고

    상기 제1소재부에 부착된 상기 제1소재부에 비해 높은 강도를 갖는 재질로 된 환형의 제2소재부를 포함하되,

    상기 제2소재부에는 상기 제1소재부에 부착되는 면의 반대쪽에 형성된 체결을 위한 나사홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1소재부와 상기 제2소재부가 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
13. 제11항에 있어서, 상기 제2소재부는 나사에 의해 웨이퍼 캐리어에 결합되는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.
14. 제11항에 있어서, 상기 제1소재부와 상기 제2소재부는 웨이퍼를 수용하는 것을 특징으로 하는 리테이너 링.