KR20080028392A - 화학기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이러한 링 구조물은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍 주변에 형성되는 다수의 충전 홀을 갖는 금속재의 내장 링과, 이 내장 링을 감싸서 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 갖는 수지재의 외장 링을 포함한다. 이때 상기 내장 링과 상기 외장 링을 측면에서 관통하여 형성된 다수의 관통 슬릿을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, 금속 및 수지재의 링을 서로 용이하고 단단하게 결합시킴으로써 평탄도 유지가 지속적으로 이루어지고 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수 유지관리가 용이하다. 게다가 수지재 링의 일정부분을 재생용 수지 혹은 이형의 수지재를 이용함으로써 그 제조단가를 감소시켜 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

연마장치, 리테이너 링, 웨이퍼, 충전, 사출공정

Description

화학기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법{retainer ring structure for chemical-mechanical polishing machine and manufacturing method thereof}

본 발명은 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, 이하 CMP 라함) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CMP 공정 중 실리콘 웨이퍼(wafer)의 위치를 고정시켜 주는 리테이너 링 구조물의 금속 및 수지재의 링을 서로 용이하고 단단하게 결합시킴으로써 평탄도 유지를 증가시키고 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수 유지관리가 용이하여 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 다층 배선 구조에 있어서 배선 층수의 증가와 배선 패턴의 미세화에 대한 요구가 갈수록 높아져 다층배선 기술이 서브 마이크론 공정에서 중요한 과제이다.

특히 0.35㎛ 이하의 공정 시대에 들어서면서 미세패턴형성을 실현하기 위한 노광장치의 촛점심도에 대한 공정 여유가 줄어듦에 따라 충분한 촛점 심도를 확보하기 위하여 칩 영역에 걸친 광역 평탄화 기술이 요구된다.

따라서 광역평탄화를 실현하기 위해 화학 기계적 연마(CMP)라고 불리는 기술이 현재 널리 이용되고 있으며 이러한 기술이 반도체 소자 제조공정에 필수적으로 적용되고 있을 뿐만 아니라 차세대 소자에 대해 활발히 연구되고 있다. 그리고 상기한 CMP 기술은 소자의 고속화를 실현하기 위해 다층 배선이 요구되는 논리형 소자에 많이 적용되고 있을 뿐만 아니라 기억형 소자에서도 다층화 되어감에 따라 점차적으로 적용을 하고 있는 추세이다.

그리고 상기한 CMP 장치에서 기계적인 작용을 담당하기 위해 웨이퍼를 고정하는 연마 헤드에는 리테이너 링(retainer ring)이 설치되어 있고 이러한 리테이너 링은 홀딩된 웨이퍼의 정위치를 고정하는데 이용된다.

그러나 상기 리테이너 링은 수지재인 플래스틱으로만 제조되어 있어 강도가 약할뿐 아니라 CMP 공정 전에 행해지는 링 자체의 평탄화 작업시에 소요되는 시간이 많아지고 커버 볼트 조임에 의한 힘의 불균형으로 인해 편마모가 발생되는 문제점이 있었다.

이에 따라 금속과 플래스틱과 같은 수지재로 제조한 링을 사용하나 화학적인 연마를 위해 공급되는 액상의 슬러리가 용이하게 리테이너 링에서 배출되지 못하여 웨이퍼 연마시 표면 스크래치(scratch)가 발생될 뿐만 아니라 리테이너 링의 내부 세척이 어려움에 따라 발생되는 이물질에 의해 표면 스크래치가 발생되는 문제점을 내포하고 있었다.

게다가 금속재의 링과 수지재 링의 결합이 어렵고 이에 따라 작업성이 감소될 뿐만 아니라 결합시 본딩이나 용접 등이 이용되나 그 기능이 미비하고 불균일한 결합으로 인해 편마모가 발생되는 문제점이 내포되어 있었다.

따라서, 본 고안은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은 리테이너 링 구조물의 금속 및 수지재의 링을 서로 용이하고 단단하게 결합시킴으로써 평탄도 유지가 지속되고 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수 유지관리가 용이하고 수지재 링의 일정부분을 재생용 수지 혹은 이형의 수지재를 이용함으로써 그 제조단가를 감소시켜 상품성을 증대시킬 수 있는 CMP 장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 화학 기계적 연마 장치용 리테이너 링 구조물은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍 주변에 형성되는 다수의 충전 홀을 갖는 금속재의 내장 링과, 이 내장 링을 감싸서 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 갖는 수지재의 외장 링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 내장 링과 상기 외장 링을 측면에서 관통하여 형성된 다수의 관통 슬릿을 추가로 포함한다.

그리고 상기 수지재는 폴리에테르에트레케톤(PEEK), 폴리에틸렌(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴 리이미드(PI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리벤지미다졸(PBI), 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드(PEI), LL5, XF1, PVC 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물로 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 외장 링의 내측벽 일정부위에는 재생 수지나 혹은 이형의 수지재가 형성되거나, 상기 내장 링을 감싸는 상기 외장 링의 측벽은 재생 수지나 이형의 수지재로 형성되거나, 또는 상기 내장 링의 외벽을 감싸는 상기 외장 링의 외측벽은 재생 수지나 이형의 수지재로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 화학 기계적 연마(CMP)장치용 리테이너 링 구조물의 제조방법은, 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍 주변에 형성되는 다수의 충전 홀을 갖는 내장 링을 주물공정으로 제조하는 단계와, 상기 내장 링이 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 갖는 외장 링의 금형을 제조하는 단계와, 상기 외장 링의 금형에 주물공정으로 제작된 내장 링을 삽입하여 수지재로 사출공정을 처리하는 단계, 및 상기 사출공정을 마친 리테이너 링의 하면에 그루브를 형성시키는 단계를 포함한다.

이때 상기 사출 공정 단계에서 재생 수지나 이형의 수지재로 사출성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 제조 방법에 따라, 금속 및 수지재의 링을 서로 용이하고 단단하게 결합시킴으로써 평탄도 유지가 지속적으로 유지되고 리테이너 링의 장착시간을 감소시킬 뿐만 아니라 보수 유지관리가 용이하다. 게다가 수지재 링의 일정부분을 재생용 수지를 이용함으로써 그 제조단가를 감소시켜 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하며, 또한 본 발명을 설명하는 데 있어서 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치를 개략적인 나타낸 도면이고, 도 2 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도이며, 도 3a 와 도 3b 내지 도 5a 와 도 5b 는 도 2 에 따른 리테이너 링 구조물의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한 단면도들이다.

도면에 도시한 바와 같이, 도면 부호 10 으로 도시한 본 고안에 따른 리테이너 링 구조물은 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 CMP 장치는 본체(108)와 연마 헤드(112)로 구성되되 상기 본체(108)는 상면에 장착되는 연마 플래튼(11)과 이 연마 플래튼(110)의 상면에 설치되는 연마 패드(106)를 포함한다.

상기 연마 헤드(112)에는 웨이퍼(100)를 고정하는 리테이너 링 구조물(10) 과, 이 구조물(10)이 장착되는 연마 하우징(102) 및 회전 아암(104)으로 구성되며 상기 회전 아암(104)에 의해 연마 하우징(102)이 회전운동을 한다.

상기 연마 플래튼(110)은 그 상면에 상기 웨이퍼(100)의 표면이 서로 접촉하여 연마가 이루어지는 연마 패드(106)가 구비되며, 그 하측에 구동수단이 연결된 회전 구동축(114)이 형성되어 상기 구동수단에 의해 상기 연마 플래튼(110)은 오비탈(orbital)운동을 하게 된다.

상기 리테이너 링 구조물(10)은 도 2 와 도 3a 및 도 3b 에 도시된 바와 같이, 금속재의 내장 링(12)과 이 내장 링과(12) 결합되는 수지재의 외장 링(14)으로 구성된다.

상기 내장 링(12)은 상기 연마 헤드(112)에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍(16)이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍(16) 주변에 형성되는 다수의 충전 홀(18)을 갖는 금속재의 내장 링(12), 및 이 내장 링(12)을 감싸서 결합하도록 중심부에 공간부를 갖는 수지재의 외장 링(14)을 포함한다.

상기 다수의 충전 홀(18)이 상기 내장 링(12)에 형성된 것은 나중에 결합되는 수지재의 외장 링(14)과의 단단한 결합을 하기 위한 것으로 이는 후술할 사출 공정시에 수지재가 상기 외장 링(14)과 상기 충전 홀(18)에 충전되어 경화하기 때문이다.

그리고 상기 내장 링(12)과 외장 링(14)을 측면에서 관통하여 형성된 다수의 관통 슬릿(20)을 추가로 포함하는데 이것은 웨이퍼의 가공시 발생하는 슬러리의 용이한 배출을 제공하기 위해 형성된 것이다.

이때 상기 외장 링(14)은 통상적으로 금속 및 기타 다른 물질보다 우수한 기계적 성질, 내화학성, 높은 내열온도특성을 갖는 수지재로 제조하는 것이 바람직한데 예를 들어, 폴리에테르에트레케톤(PEEK), 폴리에틸렌(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리벤지미다졸(PBI), 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드(PEI), LL5, XF1, PVC 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 화학 기계적 연마(CMP)장치용 리테이너 링 구조물의 제조방법을 도 6 을 참조하여 보면, 우선적으로 상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍(16)이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 형성되는 다수의 충전 홀(18)을 갖는 내장 링(12)을 주물공정으로 제조한다(S10).

그 후 상기 내장 링(12)이 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 가지는 외장 링(14)의 금형을 제조하고 상기 외장 링(14)의 금형에 주물공정으로 제작된 내장 링(12)을 삽입하여 수지재로 사출공정을 처리하게 된다(S20,S30).

다음에 상기한 사출공정을 마친 리테이너 링의 하면에 그루브(22)를 형성시키고 경우에 따라서는 상기 관통 슬릿(20)을 형성시키는 가공공정을 거침으로써 용이하게 상기 리테이너 링 구조물(10)이 제조된다(S40).

이때 상기 사출공정에서 재생 수지나 이형의 수지재를 이용하여 사출성형하게 되는데 이는 제조단가를 감소시키기 위함이다

즉 도 3a와 도 3b에서와 같이 사출공정에서 상기 외장 링(14)의 내측벽 일정부위(13)에 재생 수지나 이형의 수지재로 형성시키거나, 도 4a와 도 4b에서와 같이 상기 내장 링(12)을 감싸는 상기 외장 링(14)의 측벽(15)을 재생 수지나 이형의 수지재로 형성시키거나, 또는 도 5a와 도 5b에서와 같이 상기 내장 링(12)의 외벽(26)을 재생 수지나 이형의 수지재로 형성시킬 수 있는데 이는 상술한 바와 같이 제조 단가를 감소시켜 상품성을 증대시킬 수 있기 때문이다.

도 7 은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도이며, 도 6 에 따른 리테이너 링 구조물(50)은 도 2 에 따른 리테이너 링 구조물(10)에서 관통 슬릿(20)을 제외한 나머지 구성요소는 동일한 것으로 이에 대한 설명은 상술하였으므로 이하 생략하기로 한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 2 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도.

도 3a 와 도 3b 내지 도 5a 와 도 5b 는 도 2 에 따른 리테이너 링 구조물의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한 단면도들.

도 6 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도.

도 7 은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 리테이너 링 구조물의 개략적인 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10,50 : 리테이너 링 구조물, 12 : 내장 링,

14 : 외장 링, 16 : 볼트 구멍,

18 : 충전 홈, 20 : 관통 슬릿,

22 : 그루브,

Claims (8)

1. 화학 기계적 연마(CMP)장치용 리테이너 링 구조물에 있어서,

   상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍 주변에 형성되는 다수의 충전 홀을 갖는 금속재의 내장 링; 및

   상기 내장 링을 감싸서 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 갖는 수지재의 외장 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내장 링과 상기 외장 링을 측면에서 관통하여 형성된 다수의 관통 슬릿을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수지재는 폴리에테르에트레케톤(PEEK), 폴리에틸렌(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리벤지미다졸(PBI), 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드(PEI), LL5, XF1, PVC 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 링의 내측벽 일정부위에는 재생 수지나 이형의 수지재로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 내장 링을 감싸는 상기 외장 링의 측벽은 재생 수지나 이형의 수지재로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 내장 링의 외벽을 감싸는 상기 외장 링의 외측벽은 재생 수지나 이형의 수지재로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.
7. 화학 기계적 연마(CMP)장치용 리테이너 링 구조물의 제조방법에 있어서,

   상기 화학 기계적 연마 장치의 헤드에 결합되기 위한 다수의 볼트구멍이 상면에 형성되고, 상하로 관통하여 상기 볼트 구멍 주변에 형성되는 다수의 충전 홀을 갖는 내장 링을 주물공정으로 제조하는 단계;

   상기 내장 링이 결합하도록 중심부에 형성된 공간부를 갖는 외장 링의 금형을 제조하는 단계;

   상기 외장 링의 금형에 주물공정으로 제작된 내장 링을 삽입하여 수지재로 사출공정을 처리하는 단계; 및

   상기 사출공정을 마친 리테이너 링의 하면에 그루브를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 사출 공정 단계에서 재생 수지나 이형의 수지재로 사출성형하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물.

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