KR20050067147A - 화학적 및 기계적 폴리싱장치의 반도체 웨이퍼 유지용고정링 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 및 기계적 폴리싱장치에서 반도체 웨이퍼들을 지지하는 고정링을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 고정링은 플라스틱재료로 일체형의 형상으로 이루어지며, 그 일측의 제1 표면에는 폴리싱장치의 폴리싱 표면에서 고정링을 지지하는 지지면이 형성되고 축방향으로 제1 표면의 반대쪽 면에는 폴리싱장치에 고정링을 장착하기 위한 장착요소들이 제공되는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 종래 금속링에 에폭시 접착제로 결합되는 플라스틱부분의 교환에 따른 과도한 시간 소비 및 비용 부담의 문제와 모서리 효과의 문제가 해결된다.
Description
본 발명은 예를들어 미국 특허 제6,251,215호에 기재된 화학적 및 기계적 폴리싱장치에서 반도체 웨이퍼들을 유지하기 위한 고정링에 관한 것이다.
오늘날, 집적 회로는 전형적으로 반도체 기판, 특히 실리콘 웨이퍼에 순차적으로 도전층, 반도전층 및 절연층들을 데포지션하여 형성한다. 상기한 각각의 층들을 데포지션한 다음, 에칭을 하여 회로 기능을 갖도록 한다. 일련의 층들이 순차적으로 데포지션되고 에칭된 다음, 반도체 기판의 최상의 표면, 즉 기판의 외표면은 상당히 평탄하지 않게 된다. 이러한 평탄하지 않은 표면으로 집적 회로 제조공정의 석판인쇄단계에서 문제들이 초래된다. 그러므로, 반도체 기판 표면을 주기적으로 평탄화 또는 고르게 할 필요가 있다.
이러한 기판 표면의 평탄화를 위하여 허용된 방법들중 하나로서 소위 화학적 및 기계적 폴리싱(chemical mechanical polishing:CMP)방법이 있다. 상기 평탄화 방법은 전형적으로 기판, 즉 반도체 웨이퍼를 캐리어 또는 폴리싱 헤드에 장착해야 한다. 기판의 노출 표면은 회전하는 폴리싱 패드에 대하여 가압된다. 캐리어 헤드를 통하여 기판에는 제어된 힘이 작용하여 기판을 폴리싱 패드에 대하여 가압하게, 즉 누르게 된다. 적어도 하나의 화학반응물질과 연마입자들을 함유하는 연마제가 폴리싱 패드의 표면으로 공급된다.
CMP에서의 빈발하는 문제는 기판의 모서리를 기판 중심부와 다른 연마율로 연마하는 경향인 소위 엣지효과이다. 이것은 기판 모서리부분을 과도하게 폴리싱하게 되는, 즉 모서리, 특히 직경 200mm의 웨이퍼에서 외측 단부 5-10mm 영역에서 너무 많은 데포지션층을 제거하게 결과를 초래한다.
상기와 같은 과도한 폴리싱은 기판의 전체적인 평탄성을 감소시키고 기판의 모서리를 집적회로 제조에 부적당하게 함으로써 수율을 감소시키게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 미국 특허 제6,251,215호에서는 두개의 부분으로 된 고정링이 제안되었으며, 상기 고정링의 한부분은 강성의 재료, 즉 금속으로 이루어지고 다른 부분은 그보다 덜 강성인 플라스틱재료로 이루어져서, 한편으로는 마모될 수 있고, 다른 한편으로는 고정링에 접촉하는 반도체 웨이퍼를 손상시키지 않도록 하였다.
화학적 및 기계적 폴리시에서의 모서리 조건 때문에, 미국 특허 제6,251,215호에서는 고정링의의 플라스틱부분과 금속 링 부분을 에폭시 접착제로 서로 접합하는 것을 제안하였다. 변형적으로 상기 두개의 부분들을 압입으로 서로 결합되도록 하는 것을 제안하였다.
실제로는 상기한 두가지 해결책 모두 부적절한 것으로 나타났다.
에폭시 접착제로 두개의 링부분들을 접합하면 플라스틱 링부분이 금속의 링부분에 견고하게 유지되지만, 플라스틱 링부분이 어느 정도 마모된 다음에 고정링을 재생할 때 문제가 발생된다. 현재에는 사용된 고정링을 업자에게 보내어 그곳에서 플라스틱 링부분을 금속링부분에서 기게적으로 제거하고, 그런다음 금속링부분을 200℃까지 가열하여 잔류 접착제를 열분해시킨다. 그 금속링부분을 샌드블라스트처리하여 최종 접착제 잔류물을 제거한 다음, 금속링부분에 새로운 플라스틱 링부분을 접착제로 접합한다.
이와같이 시간이 많이 소요되고 비용이 많이 들기 때문에, 고정링들은 값이 매우 비싸게 된다. 더우기, 플라스틱링부분 보다 고가인 금속링부분은 잔류 접착제의 열분해를 위한 가열처리와 후속적으로 샌드블라스트 처리를 받아야 하기 때문에 재생 횟수가 극히 제한된다.
금속링부분과 플라스틱링부분을 압입에 의해 결합하는 경우에 사용된 플라스틱 링부분을 교환하는 것은 보다 용이해 지지만, 그러나 플라스틱 링부분과 금속 링부분들을 결합하는 압입은 폴리싱 공정중에 발생되는 힘을 신뢰할 수 있게 견디기에는 부적당한 것으로 나타났다.
도 1A 내지 도 1D는 본 발명의 제 1 실시예의 고정링을 보여주는 도면들이다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명에 따른 다른 실시예의 고정링을 보여주는 도면들이다.
본 발명의 목적은 상기한 문제들을 해결한 고정링을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고정링은 플라스틱재료로 일체형으로 형성되며, 폴리싱장치의 폴리싱 표면에서 고정링을 지지하는 지지표면이 제1 표면에 형성되고, 상기 제1 표면의 반대쪽에는 폴리싱장치에 고정링을 장착하기 위하여 축방향으로 장착요소들을 포함하여 구성된다.
본 발명의 고정링 구성은 제조비용이 크게 절감되어 고정링을 소정의 마모가 이루어진 다음에 전체적으로 폐기할 수 있게 된다.
본 발명의 고정링은 폴리싱공정중에 기하학적 변형이 발생되지 않도록 하여 반도체 웨이퍼에서 표면 데포지션층의 불균일한 연마를 방지하게 고정링에 충분한 안정성을 부여하도록, 플라스틱재료는 기계적 특성을 기초하여 선택된다.
고정링은 적어도 두개의 층들 또는 요소들로 샌드위치 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
플라스틱재료는 예를들어 열가소성 재료, 열경화성 플라스틱재료, 탄성체 및/또는 플라스틱 조성물을 포함할 수 있다.
플라스틱 재료가 보강재 특히 보강 섬유 형태로 사용될 때 상당히 많은 범위의 플라스틱 재료가 사용될 수 있다.
플라스틱재료가 제1 표면, 즉 폴리싱장치의 폴리싱 표면에서 고정링을 ㅣ지하는 지지면을 형성하는 면에 위치하게 되며, 보강재료가 없거나, 장착요소를 포함하는 표면에서 보다 보강재료의 함량이 낮다.
이 결과 기계적 안정성이 향상되어 폴리싱장치에서 유지되는 영역에서 고정링의 전체적인 기하학적 형상을 안정화시킨다. 특히, 표면이 덜 경하여 마모가 일어날 수 있는 고정링의 상기한 제1 표면의 반대쪽 표면에서는 보다 낮은 기계적 안정성을 가지므로, 처리될 반도체 웨이퍼와 플라스틱 재료 사이의 접촉은 웨이퍼들에서 보다 원만하게 이루어진다.
마모를 감소시키고 마찰 특성을 최적화하기 위하여, PTFE, 폴리아미드, 몰리브데늄 황화물, 흑연, 붕소질화물, 나노 입자등과 같은 마찰감소용 또는 마모감소용 첨가제들을 플라스틱 재료에 첨가할 수 있다.
최종적으로, 보강재료를 고정링의 코아 영역, 특히 장착 요소들이 배치되는 영역으로 제한하는 것을 고려할 수 있다. 이것은 고정링에 필요한 강성과 기하학적 일체성을 부여하며, 또한 일측에 부하가 작용할 때, 웨이퍼가 연한 플라스틱 재료와 접촉하게 됨에 따라 고정링과 웨이퍼 사이의 접촉으로 웨이퍼에 손상을 입히지 않게 된다.
변형적인 해결책은 고정링에 동심원적으로 배치되고 플라스틱 재료에 매립된 구조의 금속링을 고정링이 포함하는 것이다. 이로써, 상기 금속링은 고정링에 필요한 강성과 기하학적 일체성을 제공하는 한편, 그 주변의 플라스틱 재료는 처리될 반도체 웨이퍼가 어떠한 기계적인 손상을 받지 않도록 한다.
장착요소들은 금속의 고정링에서 유지되는 것이 바람직하며, 이로써 폴리싱 장치에서 고정링을 장착하는 장착요소들이 폴리싱 장치에 정확하게 배치되도록 함으로써 고정링의 기하학적 구조를 유지하게 한다.
플라스틱재료에 의해 둘러싸이는 금속링은 특히 상측 표면에서, 즉 폴리싱장치를 향한 고정링의 표면에서 플라스틱재료로 둘러싸이지 않은 채로 유지되며, 이 부분은 웨이퍼와 접촉되지 않는다. 또한, 고정링의 상기한 상측 표면은 화학적 및 기계적 폴리싱 공정의 화학제에 거의 또는 전혀 노출되지 않는다.
그러나, 금속링은 화학재료로 완전하게 피복되는 것이 바람직하며, 이로써 금속링의 제조에 많은 종류의 금속재료가 이용될 수 있게 되며, 그것은 금속재료가 화학적, 기계적 폴리싱 공정에서 사용되는 화학제들에 의한 화학작용으로부터 플라스틱재료에 의해 보호되기 때문이다.
고정링을 보강하기 위한 가장 단순한 형태의 금속링은 판상의 금속링이다. 이것은 특히 관통 홀들이 제공되는 것이 바람직하며, 이러한 구조는 상기 관통홀을 통하여 플라스틱재료에 의해 금속링과 플라스틱재료 사이의 양호한 결합이 이루어지게 한다.
고정링의 축방향 강성이 매우 중요하기 때문에, 원통형상의 판상의 금속링이 사용되는 것이 바람직하다.
변형적으로, 금속으로된 링형상의 디스크가 사용될 수 있으며, 이경우 판상의 금속재료의 두께는 보다 큰 것이 요구될 수 있다.
본 발명의 잇점들은 첨부한 도면을 참고하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1A 내지 도 1D는 본 발명에 따른 고정링(10)을 보여주고 있으며, 상기 고정링은 사실상 장방형의 단면을 갖고 섬유 보강 플라스틱재료로 이루어진다.
외측 주변부(12)에 인접하여 고정링(10)은 축방향으로 돌출된 원주방향의 테두리부(14)를 가지며, 그 테두리부에는 나사가 형성된 부싱(16)들이 일정한 각도 간격으로 일체화된다. 상기 나사가 형성된 부싱(16)들은 화학적 및 기계적 폴리싱장치에 고정링을 고정하는 작용을 한다.
고정링(10)의 테두리부(14)의 반대쪽은 지지면(18)을 이루어 폴리싱장치가 작동할 때 고정링(10)이 폴리싱장치의 폴리싱면에 안착된다.
고정링(10)이 비용이 절감되는 플라스틱재료로 만들어지기 때문에, 지지면(18)이 마모되면 고정링(10)은 부담없이 폐기될 수 있고 고정링(10)의 재생에 대한 문제도 제거된다.
도 1B는 본 발명에 따른 고정링(10)을 도 1A의 선A-A을 따라 취한 단면도이다. 도 1C는 도 1B의 단면을 상세히 보여주는 확대도이다. 도 1D는 본 발명에 따른 고정링(10)을 예시적으로 보여준다.
원주방향의 테두리부(14)는 폴리싱장치를 향한 표면에 구멍(20)이 형성되어서 폴리싱장치에서의 장착위치에 형성된 대응된 돌출부와 맞물리게 됨으로써 폴리싱장치에 대한 고정링(10)의 정확한 배치를 용이하게 하고 나사가 형성된 부싱(16)과 대응된 폴리싱장치의 관통홀의 자동정렬을 가능하게 하여 나사볼트를 용이하게 체결할 수 있게 한다.
도 2A 내지 도 2D에는 본 발명의 다른 실시예의 고정링(30)이 도시되어 잇다. 전술한 실시예의 고정링(10)과 고정링(30)의 다른점은, 특히 금속링(32)이 플라스틱재료의 보강요소로서 플라스틱재료속에 매립된 구조에 있다. 상기 금속링은 고정링(30)과 동심원적으로 배치되고 다공판 재료로 형성된다.
그러므로, 금속링(32) 둘레로 플라스틱재료를 사출할 때, 플라스틱재료가 금속링을 이루는 다공판의 관통홀을 통하게 되어 고정링(30)에서 금속링(32)이 견고하게 고정되도록 한다.
고정링(30)은 또한 폴리싱장치를 향한 쪽에 고정링(30)의 외측 표면(36)에 인접하게 배치되고 축방향으로 돌출된 테두리부(34)를 갖는다. 고정링(30)을 폴리싱장치에 장착하기 위하여 나사가 형성된 부싱(40)들이 테두리부(34)에서 일정 각도 간격으로 배치된다.
나사가 형성된 부싱(40)들을 폴리싱장치의 나사 볼트들에 대응하여 용이하게 정열시키기 위하여 테두리부(34)가 폴리싱장치의 돌출부들과 맞물리는 구멍(42)을 갖도록 함으로써, 고정링(30)의 정확한 각도 위치에의 조립을 보장한다.
금속링(32)이 플라스틱재료로 완전히 둘러싸이도록 구성함으로써, 플라스틱재료는 보다 광범위하게 선택될 수 있으며, 특히 폴리싱장치의 폴리싱 표면으로부터 마모에 대한 조건들에 최적의 플라스틱재료를 선택할 수 있게 된다.
고정링(30)의 강성은 (환형 디스크 형태의) 금속링(32)의 기하학적 일체성과 안정성으로 보장된다.
금속링(32)도 또한 나사가 형성된 부싱(40)을 구비하고, 그 부싱(40)을 구비하는 금속링(32)은 사출성형기의 적절한 위치에 배치되어 사출성형에 의해 플라스틱재료에 매립되게 성형된다. 금속링(32)이 고정링(30)의 플라스틱재료에 의해 완전히 둘러싸이게 됨으로써, 금속링(32)의 금속 재료는 광범위한 재료들로부터 선택될 수 있으며 그것은 반도체 웨이퍼들을 화학적 및 기계적 폴리싱하는데 사용되는 화학제들과 금속링 사이에 전혀 접촉되지 않기 때문이다. 그러므로 부식의 문제를 해결할 필요가 없게 된다.
Claims (13)
- 반도체 웨이퍼용의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용의 고정링에 있어서, 일체형 구조로서 플라스틱 재료로 만들어지고, 폴리싱장치의 폴리싱 표면에서 고정링을 지지하는 지지면이 제 1 표면에 형성되어 있고, 폴리싱장치에 고정링을 장착하기 위한 장착요소들을 상기 제1 표면의 축방향으로 반대쪽에 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용의 고정링.
- 제 1항에 있어서, 상기 고정링은 적어도 두개의 층들 또는 구성요소들로 샌드위치 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 플라스틱재료는 열가소성재료, 열경화성 플라스틱재료, 탄성체 및/또는 플라스틱 조성물인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱재료는 보강된, 특히 섬유로 보강된 플라스틱재료인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 4항에 있어서, 상기 플라스틱재료는 장착요소들을 포함하는 쪽보다 제1 표면쪽에 인접한 영역에서 보다 낮은 함량의 보강물질을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 감소제 및/또는 마모감소제가 플라스틱재료에 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정링은 플라스틱재료에 매립되고 고정링에 동심원적으로 배치된 금속링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 7항에 있어서, 상기 장착요소들은 금속링에서 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 7항 또는 8항에 있어서, 상기 금속링은 플라스틱재료로 완전히 둘러싸이도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 7항 내지 9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속링은 판상의 금속링인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 10항에 있어서, 상기 판상의 금속링은 다공판의 금속링인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 10항 또는 11항에 있어서, 상기 판상의 금속링은 원통형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
- 제 11항 또는 12항에 있어서, 상기 판상의 금속링은 환형의 디스크 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 화학적 및 기계적 폴리싱장치용 고정링.
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