KR20080031870A - Ｃｍｐ 리테이닝 링 - Google Patents
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Abstract
개선된 화학기계식 연마 리테이닝 링이 개시된다. 대표적인 실시예는 내마모재로 제조된 기부와, 더 단단하고 더 내마모성이 있는 재료로 제조된 상부 또는 척추부를 포함한다. 기부 또는 척추부 중 하나는 바람직하게는 다른 것 위로 오버몰딩된다. 기부는 일반적으로 편평한 패드 접촉면과, 외면과, 내면에 의해 한정될 수 있다. 기부는 공정 동안 연마 대상인 기판 안밖으로의 슬러리 전달을 촉진하기 위해 외면에서 내면까지 연장되는 채널을 추가로 포함할 수 있다. 기부 또는 척추부 중 하나 또는 이들 모두는 오버몰딩된 재료를 이용하여 추가 접합면을 형성하는 역할을 하는 복수의 원형 리브를 추가로 포함한다. 리테이닝 링은 리테이닝 링을 화학기계식 연마 시스템에 부착하는 나사 삽입공을 구비한 복수의 보스를 추가로 포함할 수 있다.
화학기계식 연마, 리테이닝 링, 오버몰딩, 기부, 척추부
Description
본 출원은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 원용된 2005년 5월 24일 출원된 동일한 명칭의 미국 가특허 출원 제60/684,151호와 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 원용된 2006년 2월 6일 출원된 동일한 명칭의 미국 가특허 출원 제60/765,995호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 화학기계식 연마장치에서 반도체 워이퍼를 유지하기 위한 리테이닝 링에 관한 것이다.
집적회로는 반도체 기판, 구체적으로 실리콘 웨이퍼 상에 도전층, 반도체층 및 절연층을 순차로 증착시킴으로써 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 회로 특징물들은 각각의 층이 증착된 후 식각될 수 있다. 일련의 층이 증착되어 식각된 후, 기판의 최상부면은 점차 비편평면이 될 수 있다. 비편평면은 집적회로 제조 과정 중 포토리소그래피 단계에서 문제를 일으킬 수 있다. 이처럼, 반도체 기판면을 주기적으로 편탄화시키는 것이 필요하다.
다마신(damascene) 공정은 유전체를 분리하여 상호접속 금속 라인이 형성되는 공정이다. 다마신 공정에서는 우선 상호접속 패턴이 유전체층에 리소그래피식으로 한정된 다음, 금속이 최종 트렌치를 채우도록 증착된다. 잔여 금속은 화학기 계식 연마(평탄화) 공정에 의해 제거될 수 있다. 화학기계식 평탄화라고도 하는 화학기계식 연마(CMP:chemical-mechanical polishing)는 표면 평탄화 및 금속 상호접속 패턴의 한정을 목적으로 하여 수행되는 화학기계식 연마를 통해 고체의 층들을 제거하는 방법을 말한다. 이중 다마신 공정은 금속 식각 대신 CMP 공정을 이용하여 금속 상호접속 구조를 형성하기 위해 이용되는 다마신 공정의 개량된 양태이다. 이중 다마신 공정에서는 두 번의 층간 유전체 패턴 형성 단계와 한 번의 CMP 단계로 패턴을 형성하는데, 이 패턴은 종래의 다마신 공정을 이용할 때 두 번의 패턴 형성 단계 및 두 번의 금속 CMP 단계를 필요로 했다.
통상의 CMP 작업에서는 화학 반응성 슬러리가 공급된 회전하는 연마패드가 기판의 최외곽면을 연마하기 위해 이용된다. 기판은 연마패드 위에 배치되어 리테이닝 링에 의해 적소에 유지된다. 통상적으로, 기판과 리테이닝 링은 캐리어나 연마 헤드 상에 장착된다. 캐리어 헤드에 의해 제어되는 힘이 기판에 작용하여 기판을 연마패드에 대해 가압한다. 연마패드가 기판의 표면을 가로질러 이동함으로써 재료는 기판의 표면에서 화학 기계적으로 제거된다.
CMP를 수행하기 위해 사용되는 기계류는 그 설비 비용이 수십억원이고 고도로 정교하다. 그럼에도 불구하고, 설비의 일부 구성품은 연마 작업 동안 자주 교체되어야만 하며, 이는 CMP의 비용을 크게 높이는 역할을 한다. 이들 구성품 중 하나가 웨이퍼가 평탄화될 때 웨이퍼를 수용하고 배치하는 역할을 하는 리테이닝 링이다. 이처럼, 리테이닝 링을 제조하는 데 드는 비용과 시간을 최소화하고 리테이닝 링의 교체 용이성뿐 아니라 이런 링의 내구성을 최대화하는 것이 중요하다.
본 발명의 일 실시예는 화학기계식 연마 리테이닝 링이다. 리테이닝 링은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)와 같은 내마모재로 제조되는 기부와, 세라믹 또는 세라믹 충전 폴리머와 같은 더 단단하고 더 내마모성인 재료로 제조되는 상부 또는 척추부로 이루어질 수 있다. 기부 또는 척추부 중 하나는 바람직하게는 다른 것 위에 오버몰딩된다. 기부는 일반적으로 편평 패드-접촉면, 외면, 내면, 상부 테두리 및 리세스부에 의해 한정될 수 있다. 기부는 공정 동안 연마 대상인 기판 안밖에 대한 슬러리 전달을 촉진하기 위해 외면에서 내면까지 연장된 채널을 추가로 포함할 수 있다. 리세스부는 오버몰딩된 재료를 이용하여 접합부를 형성하는 작용을 하는 복수의 원형 리브를 추가로 포함한다. 리세스부는 리테이닝 링을 CMP 시스템에 부착하는 나사 형성된 삽입공을 구비한 복수의 보스를 추가로 포함할 수 있다. 링형상 척추부는 하나 이상의 리브, 채널 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 접합면과, 하나 이상의 장착 고정구와, 내부 모서리와, 외부 모서리를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 척추부 또는 상부를 위한 예컨대 세라믹 충전 폴리머재인 강성 폴리머재가 기부 또는 하부를 위한 미충전 폴리머재 상으로 오버몰딩될 수 있다. 다른 실시예에서, 기부 또는 하부를 위한 미충전 폴리머재는 척추부 또는 상부를 위한 강성의 충전 폴리머재 상으로 오버몰딩될 수 있다.
CMP 리테이닝 링의 다른 실시예에서, 기부는 척추부가 기부 내에 완전히 봉입되도록 척추부를 완전히 에워싼다. 기부는 일반적으로 편평 패드 접촉면, 외면, 내면 및 상부 테두리에 의해 한정될 수 있다. 기부는 공정 동안 연마 대상인 기판 안밖으로의 슬러리 전달을 촉진하기 위해 외면에서 내면까지 연장되는 채널을 추가로 포함할 수 있다. 기부는 오버몰딩된 재료를 이용하여 본드부를 형성하는 작용을 하는 복수의 원형 리브를 추가로 포함한다. 리테이닝 링은 리테이닝 링을 CMP 시스템에 부착시키는 나사 형성된 삽입공을 구비한 복수의 보스를 추가로 포함할 수 있다. 링형상의 척추부는 오버몰딩된 기부 재료를 이용하여 본드부를 형성하는 작용을 하는 하나 이상의 리브, 채널 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 접합면과, 하나 이상의 장착 고정구와, 내부 모서리와, 외부 모서리를 포함할 수 있다. 이런 실시예에서, 기부는 척추부가 기부 내에 완전히 봉입되도록 척추부를 중심으로 오버몰딩된다.
본 발명의 일 실시예의 장점은 리테이닝 링의 척추부를 포함하는 세라믹 또는 세라믹 충전 폴리머재에 의해 제공되는 굴곡 강성이다. 이런 강성은 리테이닝 링의 부착으로 인해 야기된 변형을 저감하거나 제거하며 리테이닝 링의 압축성을 저감한다. 리테이닝 링의 변형과 압축성은 링 전반에 걸쳐 불균일한 변형을 일으킴으로써 바람직하지 않은 치수 변형을 일으킨다.
본 발명의 일 실시예의 다른 장점은 리테이닝 링의 기부가 갖는 내마모성과 탄성이다. 본 발명의 실시예들은 리테이닝 링에 의해 지지되는 기판 모서리의 파손이나 균열을 방지하면서 리테이닝 링이 연마패드와 접촉하는 곳에서 리테이닝 링의 마모를 저감하는 내구성이 있으면서도 유연한 재료를 제공한다.
본 발명의 일 실시예의 다른 장점은 오버몰딩된 기부와 척추부 간의 증가된 접합력이다. 리테이닝 링의 기부 또는 척추부의 접합부에 형성된 원형 리브는 다른 부분이 그 위로 오버몰딩될 때 고체 접합부가 형성될 수 있도록 한다. 사출 성형을 이용하는 실시예에서, 증가된 접합 및 강도를 제공하는 보다 얇은 리브와 벽이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 장점은 연마 공정 동안 연마 슬러리의 도포 용이성이다. 리테이닝 링 기부의 외면 둘레에 분포된 채널은 기판 안밖에 대한 슬러리의 운반을 촉진한다. 링의 내면과 외면 상의 채널들과 인접한 패드들이나 포일 형상 패드들 사이의 방사형 개구는 기판 안밖으로의 슬러리 운반을 촉진한다.
본 발명의 일 실시예의 다른 장점은 감소된 비용과 보수 작업이다. 리테이닝 링은 내구성이 있으며 단단한 상부와 내마모성이 있는 하부로 인해 자주 교체될 필요가 없다. 리테이닝 링을 형성하기 위해 사용되는 사출 성형과 오버몰딩 공정도 간단하고 저렴한 공정이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 리테이닝 링의 전부 또는 일부에서 금속을 제거함으로써, 리테이닝 링이 산성 또는 그 밖의 부식성 연마 화학제에 노출될 때 마멸된 입자로 인한 부식과 금속 입자 오염이 크게 저감되거나 제거될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 기부를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링을 이용하는 CMP 시스템의 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 기부를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 척추부를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 분해도이다.
도7a는 도1의 7A-7A 선을 따라 취한 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도7b는 도1의 7B-7B 선을 따라 취한 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 사시도이다.
도8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 기부의 사시도이다.
도8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 척추부의 사시도이다.
도9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 척추부의 사시도이다.
도9b는 도9a의 9B-9B 선을 따라 취한 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도10a 및 도10b는 도8a의 10-10 선을 따라 취한 단면도이다.
도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥측의 사시도이다.
도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 사시도이다.
도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부에 대한 사시도이다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 패드 접촉 영역의 상세도이다.
도15는 도13의 15-15 선을 따라 취한 단면도이다.
도16은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부에 대한 사시도이다.
도17은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부에 대한 사시도이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도19는 굴곡 실험장치에 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 사시도이다.
도20은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 굴곡도 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도21은 본 발명의 일 실시예에 따른 파단된 CMP 리테이닝 링의 일부의 사시도이다.
도22는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 당김-시험 결과를 보여주는 표이다.
도23은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도24는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도25는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부의 사시도이다.
도26은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부의 사시도이다.
도27은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 바닥의 일부의 사시도이다.
도28은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도29는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 단면도이다.
도30a는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 기부의 일 실시예의 상면도이다.
도30b는 도30a의 30B-30B 선을 따라 취한 CMP 리테이닝 링의 기부의 단면도이다.
도31은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링의 기부의 일 실시예의 상면도이다.
도32는 도31의 실시예의 사시도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링(100)이 도시되어 있다. 리테이닝 링(100)은 하부 또는 기부(102)와 상부 또는 척추부(122)를 포함한다.
도2 및 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하측 기부(102)의 분해도가 도시되어 있다. 기부(102)는 일반적으로 편평 바닥면(104), 외면(106), 내면(108), 상부 림(114) 및 리세스부(120)에 의해 한정된다. 리세스부(120)는 나사 삽입공(118)을 구비한 복수의 보스(112)와 원형 리브(110)들을 추가로 포함한다. 리브(110)들은 상부 척추부가 기부 상으로 오버몰딩될 때 고체 접합부를 형성하고 리테이닝 링(100)의 비틀림이나 굽힘을 방지함으로써 리테이닝 링에 강도를 부여하는 역할을 한다. 기부(102)는 외면(106)에서 내면(108)까지 연장되는 채널 또는 홈(116)을 추가로 포함한다. 리브(110)들은 리테이닝 링(100)이 사용될 때 리브들이 사실상 수직하게 배향되도록 리테이닝 링(100)에 대해 동축상에 있다. 복수의 편부들 사이에 열-물리적 접합을 형성하기 위해 오버몰딩을 이용하는 것은 본 명세서에 원용된 미국 특허 제6,428,729호에 개시되어 있다.
이제 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 리테이닝 링(100)을 이용하는 화학기계식 연마 시스템(200)이 도시되어 있다. 실시에 있어, 예컨대 리테이닝 링(100)과 같은 본 발명의 CMP 리테이닝 링의 실시예는 리테이닝 링(100)의 상부면(124)이 캐리어 헤드 조립체(202)와 맞닿은 상태에서 리테이닝 링 상의 고정구를 CMP 시스템(200)의 캐리어 헤드 조립체(202)에 장착함으로서 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 리테이닝 링(100)은 나사형성 삽입공(118)을 통해 캐리어 헤드 조립체(202) 상의 대응하는 구멍으로 체결구 인서트를 삽입함으로써 체결될 수 있다. 체결구 인서트는 사출 성형 공정 동안 리테이닝 링(100) 내로 삽입될 수 있으며, 이들 인서트는 성형 공정 다음에 초음파 용접될 수 있거나 손으로 삽입될 수 있다. 체결구 인서트는 PEEK 및 스테인리스강을 포함하는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 기판(204)은 리테이닝 링(100) 내에서 지지되고 연마패드(206)와 접촉하게 된다. 리테이닝 링(104)의 바닥면(104)은 연마패드(206)와 접촉한다. 연마패드(206)는 액슬(208a, 208b)에 의해 서로 반대로 부여된 회전력으로 인해 기판(204)을 연마하도록 작동한다. 통상적으로, 슬러리, 화학 반응액 또는 이들의 조합이 연마패드(206)에 도포되어 재료를 기판(204)에서 제거하는 속도를 향상시키기 위해 이용된다. 리테이닝 링(100)의 기부(102)에서 내면(108) 및 외면(106)에 형성된 선택 사항인 방사형 채널 개구들을 구비한 채널(116)들은 리테이닝 링(100)의 외면으로 그리고 그 외면에서 기판(204)으로의 슬러리 또는 화학 반응액 운반을 촉진한다. 채널 또는 홈(116)은 성형 공정 동안 형성되거나 성형 공정 후 바닥면(104) 내로 가공될 수 있다.
기부(102)는 플라스틱, 바람직하게는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 PEEK를 포함하거나 그 밖의 내마모성 플라스틱재 및 혼합물을 포함할 수 있는 다른 폴리머와의 혼합물로 사출 성형될 수 있다. PEEK는 기판 모서리를 파손시키거나 균열시킬 위험이 거의 없이 웨이퍼를 지지하면서도 높은 내마모 및 내마멸성을 제공할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한 기부(102)는 압출 또는 가압 성형된 후 가공되는 PEEK로 이루어질 수 있다. 기술분야의 당업자라면 다른 폴리머들이 기부(102)의 내마모성을 증가시키거나 감소시키기 위해 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
일부 실시예에서는 기부(102)가 성형된 후 척추부(122)가 그 위에 오버몰딩될 수 있다. 다른 실시예에서는 척추부(122)가 우선 성형될 수 있고 그 다음 기부(102)가 척추부(122) 상으로 오버몰딩된다. 다른 실시예에서는 척추부(122)나 기부(102)는 가공될 수 있으며 대응하는 기부 또는 척추부가 각각 가공된 편부 상 에 오버몰딩된다.
도5는 오버몰딩된 상부 또는 척추부(122)가 본 발명의 일 실시예에 따른 별개의 편부로 보일 수 있는 도면이다. 기부(102)에서 원형 리브(110)는 척추부(122)와 기부(102) 간의 증가된 접촉 영역을 갖는 고체 접합면을 형성하도록 돕는다. 척추부(122)는 세라믹재 또는 그 밖의 충전제/첨가제로 이루어질 수 있다. 예컨대, 세라믹재는 PEEK[일 예는 엔테그리스사(Entegris Inc.)에서 판매하는 도전성 세라믹 PEEK인 스타스-프로(등록상표)(STAT-PRO®)]와 같은 폴리머에 분산될 수 있다. 세라믹재는 척추부(122)의 구조적 강성, 내전단성, 열도전성 또는 그 밖의 성질을 맞추기 위해 사용될 수 있다. 척추부(122)는 강성율에 기반하여 리테이닝 링의 강성도를 구조적으로 향상시킨다. 척추부는 다음에 제한되지 않지만 4,136,854 내지 9,652,660 kPa(600,000 내지 1,400,000 psi)를 포함하는 굴곡율 범위를 가질 수 있다. 척추부(122) 재료는 상부 림(114)과 보스(112)들과 공면을 이루도록 하측 기부(102)의 리세스부(120) 내로 충전될 수 있다. 세라믹재가 제공하는 강성도는 단단한 설비 부착을 제공하도록 돕게 되고 전단력, 회전력 그리고 캐리어 헤드에 의해 리테이닝 링(100)에 부여되는 그 밖의 힘으로 인한 링의 손상을 줄이게 된다.
도6은 본 발명의 리테이닝 링(100)의 일 실시예의 분해도이다. 링의 기부(102)는 비-유체 접촉측 상에 형성된 하나 이상의 리브(110)와 인서트를 위한 작업공(118)을 갖는 것으로 도시된다. 리테이닝 링(100)은 장착 고정구(126)를 갖는 척추부(122)도 포함한다. 장착 고정구(126)는 조립된 장치를 공구에 장착하기 위 해 예컨대 나사가 형성될 수 있는 인서트(128)를 위한 구멍을 포함하거나 나사가 형성될 수도 있는 장착 돌기(미도시)를 포함할 수 있다. 인서트(128)를 위한 구멍(118, 126)은 선택적으로 나사산 또는 그 밖의 체결구를 포함하도록 성형될 수 있다. 일부 실시예에서, 헬리-코일(등록상표)(Hili-Coil®) 표준 및 나사-잠금 인서트와 같은 인서트나 그 밖의 나사형성 또는 체결구 인서트가 사용될 수 있다. 척추부(122)는 기부(102) 상의 리브(110)와 나사 결합하는 리브(130)를 구비할 수 있다. 대안으로서, 척추부(122)는 리브(130)와 함께 성형될 수 있으며 링의 기부(102)는 척추부의 리브 채널(136)를 충전시키도록 척추부(122) 상에 오버몰딩될 수 있다. 연마패드와 접촉하는 기부면(104)은 아래에 보다 충분히 설명된 패드 또는 포일형 패드라고 하는 융기된 또는 리세스된 패드 접촉 구조를 포함할 수 있다.
리테이닝 링은 나사 인서트(128)를 사용하거나 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 리테이닝 링은 인서트를 사용하지 않고 링에 직접 형성된 하나 이상의 탭 나사산을 포함할 수 있다. 예컨대 척추부가 둘 중에 더 강하도록 두 재료를 이용하여 오버몰딩된 리테이닝 링은 기부 재료만을 이용하는 것에 비해 더 큰 당김 강도와 토오크-배출 강도를 제공할 수 있다.
도7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예의 단면을 도시한다. 도7a는 삽입공(126)의 단면을 도시하고 도7b는 삽입공들 사이의 단면을 도시한다. 척추부의 리브(130)들은 기부(102)의 리브(110)들과 엇갈림 결합하는 것으로 도시된다. 다양한 실시예에서, 척추부(122)의 리브(130)들은 성형, 기계 가공, 이들의 임의의 조합 또는 리브를 제조하기 위한 그 밖의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 기 부의 리부(110), 외벽(106) 및 바닥 패드 접촉면(104)은 성형, 기계 가공 또는 이들의 임의의 조합에 의해 형성될 수 있다. 기부(102)는 예컨대 기부 패드 구조의 부분을 형성할 수 있는 경사진 외측 모서리(105)와 같은 경사 모서리를 가질 수 있다. 척추부(122)의 구멍(126), 캐비티 또는 리세스부를 통해 기부(102)의 일부(118) 내로 관통된 나사가 형성될 수 있는 인서트(128)가 도시되어 있다. 기부(102)와 척추부(122)는 성형 동안 기부와 척추부의 접합에 의해, 또는 접착제의 사용에 의해, 또는 인서트에 나사 체결된 볼트 또는 나사 또는 이들의 조합이나 그 밖의 고정 기구의 작용에 의해 서로 보유될 수 있다. 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 기부(102)와 척추부(122)는 오버몰딩 공정 다음에 맞물리거나 엇갈림 결합된다.
도8a 내지 도8c는 본 발명의 다양한 실시예에서 존재할 수 있는 리브(110, 130)를 도시한다. 척추부(122)와 기부 링(102)은 결합될 수 있고 오버몰딩 공정을 이용하여 서로 접합될 수 있는 리브들을 가질 수 있다. 제2 재료 주사에 대한 접합을 증가시키기 위해 제1 주사가 도포되거나 주입될 수 있다.
도9a 및 도9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이닝 링의 척추부(322)를 도시한다. 척추부(322)는 다양한 크기와 형상의 리브(330, 333)를 포함할 수 있다. 척추부(322)의 리브(330, 333)는 가공된 기부와 척추부 링들이 연결되는 곳에서 기부 상의 대응하는 리브와 결합할 수 있다. 척추부 리브는 리브 채널(336, 337)을 포함할 수 있다. 리브는 주어진 리브를 따라 다양한 크기와 형상의 하나 이상의 공간(338)을 포함할 수 있다. 척추부(322)의 내면에서 외면까지 하나 이상 의 열로 배열된 리브(330 내지 333) 또는 하나 이상의 열로 배열된 채널(336, 337)이 있을 수 있다. 리브 채널(336, 337)과 리브 공간부(338)은 오버몰딩된 기부 재료로 충전되거나 대응하는 가공부와 결합되어 서로 체결될 수 있다. 리브 채널 및 리브 공간부 크기는 리테이닝 링을 위한 강도, 구조적 강성도 및 기부 접합 조건에 따라 선택될 수 있다. 리브, 리브 채널 및 선택적인 리브 공간부의 높은 표면적은 기부와의 접합 면적을 증가시킨다. 리브, 채널 및 리브 공간부는 리테이닝 링의 강성을 향상시킨다. 척추부 상부면(324)은 기계 공구 캐리어 헤드 조립체와 접촉한다. 척추부 멈춤부(334)는 리테이닝 링의 외경을 따라 기부의 일부에 접합면을 제공한다.
척추부의 리브 구조는 완성된 리테이닝 링에서 척추부에 구조적 강성을 부가한다. 리브는 또한 척추부에 기부층을 접합시키기 위해 증가된 표면적을 제공한다. 리브는 제1 재료 주사 및 오버몰딩된 제2 재료 주사를 감안한 사출 성형을 위한 적절한 벽 구역들을 형성한다. 리브와 트러프의 크기는 사출 성형을 감안하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 리브는 트러프에서 상부까지 약 2.5 ㎝ 이하의 높이, 바람직하게는 약 1 내지 약 1.5 ㎝보다 작은 높이를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 대향하는 축방향으로 각각의 부분에서 연장되는 적어도 두 개의 리브, 그리고 바람직하게는 세 개의 리브가 있으며, 각각의 리브는 바람직하게는 평행면을 갖는 리브들의 측벽들과 엇갈림 결합된다. 리브들이 엇갈린 부분은 바람직하게는 리브의 축방향 두께의 적어도 25%까지 연장된다.
척추부는 성형 가능한 열가소재를 포함할 수 있다. 척추부에 유용한 재료의 일 예로는 고강성 구조를 생성하는 치환형 및 비치환형 페닐렌(phenylene) 링의 열(string)에 기초한 처리 가능한 강성 막대형 폴리머가 있다. 소량의 이런 종류의 수지는 PEEK와 같이 척추부에 사용되는 다른 폴리머를 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 강성 막대형 폴리머의 예로는 파막스(Paramix) SRP[미시시피 폴리머 테크놀로지즈(Mississippi Polymer Technologies)], 세라졸(등록상표)(Cerazole®) PBI(폴리벤자미다졸: polybenzamidazole)[세라졸은 셀라니즈 어드밴스트 머티리얼즈사(Celanese Advanced Materias, Inc)의 등록상표임], PEEK w/PBI 섬유 및 PBO(폴리페닐 벤조비스옥사졸)이 있지만 이에 제한되지 않는다. 성형 가능한 복합물은 방사형 입구 및 출구를 갖는 하나 이상의 채널을 갖는 리테이닝 링에 구조적 강성을 제공하는 세라믹 충전제를 함유한 열가소재일 수 있다. 복합 열가소재는 선택적으로 양호한 열도전성을 가질 수 있다. 이런 복합재의 예는 그 내용이 본 명세서에 그대로 원용된 미국 특허 제5,024,978호에 개시된 것들을 포함할 수 있다. 복합 열가소재는 섬유 강화 세라믹 기지 복합물을 포함할 수 있다. 무기 또는 세라믹 강화 섬유는 용해된 열가소성 고체로 분산될 수 있다. 이들 가열된 액체 분산물은 척추부 링을 형성하기 위한 후속 성형 작업에서 사용될 수 있다. 무기 또는 세라믹재로는 베타-스포듀민(beta-spodumene: 유휘석), 애노타이트(회장석: anorthite), 코디어라이트(근청석: cordierite) 또는 그 밖의 상들을 포함하는 기지들과 같은 내화유리-세라믹 기지를 산출하도록 열적으로 결정화 가능한 분말 알루미노실리케이트 유리, 분말 보로실리케이트 유리 또는 분말 알루미노실리케이트 유리와 같은 분말 유리와, 다음에 제한되지 않지만 예컨대 산화 알 루미늄, 지르코니아, 탄화 실리콘, 질화 실리콘, 그 조합물과 그 밖의 재료와 같은 복합물 제조에 유용한 결정질 재료가 있을 수 있다. 탄소 섬유, 탄화 실리콘 섬유, 유리섬유, 질화 실리콘 섬유, 산화 알루미늄 섬유, 뮬라이트 또는 이들에 유사한 재료를 포함하는 그룹에서 선택되는 것들을 포함하는 섬유 및 또는 다양한 강화 입자가 사용될 수도 있다. 충전제용 입자 및 또는 섬유를 선택함에 있어, 입자 또는 섬유들의 물리적 형태는 후속 처리 요건이나 복합 성형물(preform) 또는 최종 제품에서 요구되는 구성이나 특성에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 예컨대 섬유들은 직물이나 부직물, 섬유 토우(tow), 즉 복수의 섬유 얀(yarn), 코드(cords) 또는 트윈(twine)을 형성하는 섬유의 그룹이나 섬유 묶음의 형태로 제공될 수 있다. 입자 형상은 판형, 구형, 장방형, 불규칙 형상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
리테이닝 링의 척추부는 내마모성 기부의 재료보다 기계적으로 더 단단한 재료이다. 리테이닝 링의 일부 실시예는 리브를 구비한 가공된 금속 척추부, 리브를 구비하거나 구비하지 않은 척추부의 형상으로 형성된 소결 분말 금속으로 제조된 척추부, 사출 성형 금속으로 제조된 척추부를 포함할 수 있는 금속 함유 척추부를 포함할 수 있다. 금속 척추부의 구조는 플라스틱 척추부의 구조와 유사할 수 있다. 금속 척추부는 기부를 형성하기 위해 제2 폴리머 주사에 의한 오버몰딩을 위한 편평한 벽부를 감안하여 구조용 리브를 포함할 수 있다. 또한, 금속 척추부는 기계 접합을 위한 제2 주사에 대해 언더컷부를 합체할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 모든 폴리머 리테이닝 링이 갖는 한 가지 장점은 폴리 머들이 마이크로 전자제품 제조 용도를 위해 폴리머에 이온 불순물이 저감되거나 없도록 배합되고 처리될 수 있으며 선택될 수 있고 극미량으로 탈기됨으로써 종래의 세라믹 리테이닝 링에서 공통적으로 걸러지는 나트륨, 알루미늄, 철, 구리, 리튬 및 그 밖의 무기원소로 인한 미량 오염물을 배제할 수 있다는 점이다. 또한, 폴리머는 전체 범위의 CMP 공정을 위해 설정된 하나의 CMP 링 재료(즉, 산화물, 텅스텐, 구리)를 허용할 수 있다. 웨이퍼당 하나의 링은 설정된 하나의 재료가 전체 제조라인 동안 링을 처리할 수 있기 때문에 전체 소모 비용을 낮춘다. 설정된 폴리머재는 화학적으로 양립 가능하고 CMP 처리시 나타나는 넓은 pH 범위를 포함하는 다양한 화학제를 처리하도록 선택될 수 있다. 폴리머는 기판 연마율 및 또는 기판에 대한 연마 균일성이 처리 공차 내에서 유지되도록 액성 또는 수성 슬러리 환경에서 가수분해성 및 치수 안정성을 갖도록 선택될 수 있다.
도10a 및 도10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형된 리테이닝 링(300)을 뒤집어 도시한 단면을 도시한다. 도10a는 성형 작업으로 형성될 수 있는 척추부(322)의 내경 및 외경에 형성된 기부 플래싱(340)을 도시한다. 플래싱 두께는 조절될 수 있다. 하나 이상의 링 표면은 도10b에 도시된 바와 같이 플래싱의 전부 또는 일부를 제거하기 위해 후속 성형 가공작업에 의해 마무리될 수 있다. 후속 가공은 도10a에서 실선(342)에 의해 지시된 최종 표면과 끝 부분까지 플래싱을 제거할 수 있다. 도10a 및 도10b에서 기부와 척추부의 제혀(toung and groove)구조에 의해 도시된 바와 같이, 리테이닝 링의 단면은 기부와 척추부 재료 사이의 하나 이상의 중첩 영역을 특징으로 할 수 있다.
도10b는 기부 플래시가 선택적 후속 접합 또는 후속 성형 공정에서 물품에서 제거된 실시예를 도시하는 리테이닝 장치(300)의 단면을 도시한다. 후속 가공에서, 패드와 접촉하지 않는 표면은 선택적으로 미세 정도가 약 600 그릿 이상인 연마지를 이용하여 추가로 마무리될 수 있다. 패드나 기판과 접촉하는 표면의 경우, 미세 정도가 약 1500 그릿 이상인 연마지가 사용될 수 있다. 보다 덜 결정적인 기판이나 패드의 경우, 보다 낮은 그릿 연마나 기존 기공 표면이 사용될 수 있다.
도11은 리세스된 채널이나 홈(316)들이 사이에 형성되어 있는 융기된 하나 이상의 패드 접촉 영역(315)를 구비한 링 기부(302)의 패드 접촉면(304)을 갖는 리테이닝 링(300)의 사시도이다. 홈 또는 채널(316)은 방사형 입구, 방사형 출구 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 채널(316)과 융기 패드(315)는 링을 중심으로 원주 방향으로 배치되거나 형성될 수 있으며, 링이 사용 중에 연마 패드와 접촉해서 회전될 때 유체, 예컨대 연마 유체 또는 슬러리가 링의 외경과 내경 사이에서 유동할 수 있도록 한다. 비록 리테이닝 링, 기부 및 척추부를 링 형상과 함께 설명하고 예시했지만, 보다 일반적인 보유 기부가 이동 캐리어에 장착될 수 있으며 기판을 유지하고 바람직하게는 기판의 주연부에 대략적으로 대응하는 내면 주연부를 갖는다면 그 밖의 형상도 가능할 것이다. 사이에 유체 채널(316)이 형성된 패드(315)들은 링(300)의 외측 모서리, 즉 원주에 사실상 평행한 외측 모서리를 가질 수 있으며, 패드(315)들은 링(300)의 내측 모서리에 사실상 평행한 하나 이상의 표면을 구비한 내측 모서리를 가질 수 있다. 패드(315)들은 서로 이격될 수 있으며 도13, 도14, 도16, 도17, 도25, 도26 및 도27에 도시된 바와 같이 다양한 형상의 채널(316)을 형성할 수 있다. 몇몇 경우에, 슬러리 홈 또는 채널은 두 개의 인접 패드 사이에서 만곡되거나 평행할 수 있다. 일부 실시예에서, 도17에 도시된 바와 같이, 채널 또는 슬러리 홈은 테이퍼될 수 있다. 채널 또는 슬러리 홈은 내측, 외면 또는 이들의 임의의 조합에 방사 확장형 또는 깔때기형 채널을 가질 수 있다. 방사형 채널 표면은 링의 내면 및 외면과 보유된 기판 사이에서의 유체 전달을 향상시킨다. 패드 구조물의 모서리는 연마 패드와 리테이닝 링 상에서의 마모를 줄이기 위해 경사질 수 있다. 채널의 깊이는 (기판이 위치된) 내부의 링 영역 안밖에 대한 유체(연마 슬러리 또는 그 밖의 액체)의 유동을 수용하거나 조절하도록 (더 깊거나 더 얕게) 변경될 수 있다. 채널들은 링의 내경면, 링의 외경면 또는 이들 모두 상에 형성된 하나 이상의 방사형 단부를 가질 수 있다. 링의 내측과 외측에 형성된 방사형 채널이나 홈의 형상은 링의 영역에서 유체 속도를 조절하고 기판으로 향하거나 기판에서 멀어지는 유체의 이동을 촉진시키기 위해 그 부피가 비대칭적일 수 있다. 방사형 채널의 형상은 원하는 연마속도 또는 재료 제거속도 및 또는 균일성을 달성하기 위해 특별한 슬러리 조성, 점성도, 입자크기 및 리테이닝 링의 회전속도에 대해 변경될 수 있다.
도11 및 도12에 도시된 링형 구조물(300) 또는 캐리어 조립체는 연마 또는 그 밖의 표면처리를 위해 기판을 리테이닝하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 리테이닝 링(300)은 회전판에 대한 장착과 원형 기판의 보유를 허용하는 형상을 갖는다. 리테이닝 링은 연마 대상인 기판의 주연 모서리와 접촉하도록 노출된 내면(308) 또는 직경을 가지며, 기판은 연마면 또는 연마패드에 대해 유지된다. 리테이닝 링(300)은 연마패드와 접촉하는 링형 기부(302)를 포함할 수 있다. 링형 기부(302)는 내마모재를 포함하고 공구 하중 하에서도 그 형상을 유지하는 재료로 제조될 수 있다. 링형 기부(302)는 패드 접촉면측(304)과, 내측 모서리 또는 내면(308)과, 외측 모서리 또는 외면(306)과, (도10a 및 도10b에 도시된) 하나 이상의 리브 및/또는 리브 채널을 포함할 수 있다. 링형 기부(302)의 패드 접촉면(304)은 링형 기부(302)의 내측 모서리면(308) 및 외측 모서리면(306) 사이에 하나 이상의 패드(315)와 하나 이상의 채널 또는 홈(316)을 포함할 수 있다.
리테이닝 링(300)은 링형 척추부(322)를 추가로 포함할 수 있다. 링형 척추부(322)는 링형 기부(302)와 다른 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 링형 척추부(322)는 기부, 예컨대 세라믹 열가소성 복합물보다 더 단단하고 더 내마모성이 있는 재료를 포함한다. 링형 척추부(322)는 하나 이상의 장착 고정구(326)와, 내측 모서리면(323)과, 외측 모서리면(325)과, (도10a 및 도10b에 도시된) 하나 이상의 링 및/또는 리브 채널을 포함할 수 있다. 링형 기부(302)와 링형 척추부(322)는 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같이 그 대응하는 리브와 채널 사이에 접합면을 포함하는 계면을 따라 연결된다. 이들 접합면은 화학적 접합, 용접 또는 융착 접합, 기계적 가공, 하나의 재료를 다른 재료에 대한 오버몰딩 또는 이들 중 하나 이상에 의해 연결될 수 있다. 기부의 재료와 척추부의 재료는 이들이 접촉할 때 리브와 리브 채널의 표면을 따라 점착성 접합을 형성할 수 있다. 장착 고정구는 링형 척추부를 공구나 회전 평판에 결합하는 구조물을 포함할 수 있다.
리테이닝 링의 기부의 표면에 형성된 채널이나 홈은 리테이닝 링의 내면과 외면 사이에 입구, 출구 또는 그 조합일 수 있는 하나 이상의 방사형 개구를 추가로 포함할 수 있다. 채널 단면은 직사각형 형상, 방사 형상 또는 그 밖의 형상을 가질 수 있다. 채널의 단면 형상은 채널의 낮은 유동 면적 또는 죽은 부피를 줄이거나 제거하도록 선택될 수 있으며, 방사 형상을 갖는 채널은 채널 또는 홈 표면을 따라 보다 균일한 슬러리의 액체 유속를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 예컨대 채널 벽들이 평행하지 않는 곳에서 기부에 형성된 방사형 개구의 공간 부피는 (채널 벽들이 평행한) 채널 공간 부피보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 기부의 재료는 척추부보다 높은 내마모성을 갖는다. 리테이닝 링의 링형 기부는 PEEK 또는 PEEK의 공중합체와 같은 내마모성 열가소재를 포함할 수 있다. 리테이닝 링의 링형 척추부는 리테이닝 링의 링형 기부보다 단단한 세라믹 충전 열가소재를 포함할 수 있다. 척추부로서 사용될 수 있는 세라믹재는 기부용으로 사용되는 재료보다 높은 밀도를 가질 수 있다.
리테이닝 링 패드(315) 또는 포일의 구조의 일 실시예가 도14에 도시되어 있다. 패드(315)들 사이에 형성된 채널(316)의 형상이 도13에 도시되어 있다. 본 발명이 갖는 하나의 장점은 채널(316)들이 연마 슬러리의 용도를 개선하고 연마 비용을 저감시킨다는 것이다. 리테이닝 링 패드(315)들 사이에 형성된 채널(316)이나 홈은 하나의 패드 구조물의 선단 모서리와 인접 패드 구조물의 바닥 내측 모서리에 의해 형성된 홈을 따라 유동할 수 있는 유체, 액체 또는 슬러리 유동을 위해 마련된다. 이들 채널의 링의 내경에 형성된 방사형 입구는 하나의 패드의 바닥 내측 모서리와 인접 패드 또는 포일의 선단 모서리 및 선단면에 의해 형성될 수 있 다. 링의 외경에 형성된 방사형 출구는 인접 패드의 선단 모서리 및 외측 모서리와 함께 하나의 패드의 바닥 내측 패드 모서리 및 후미 모서리에 의해 형성될 수 있다. 채널 형상은 (기판이 유지되는) 링의 내경과 링의 외경 사이의 유체 및 슬러리의 전달을 촉진한다.
도13에서, (링의 내면 또는 내측 모서리로 개방된) 형상화된 채널 입구(319)와 (링의 외면 또는 외측 모서리로 개방된) 형상화된 채널 출구(317)는 변경될 수 있으며, 예컨대 입구(319)의 공간 부피는 출구(317)의 공간 부피보다 크게 제조될 수 있다. 도15는 외측 패드면 상에 형성된 선택 사항인 경사부(305)를 예시한 단면을 도시한다. 인접한 패드들은 채널이나 홈을 형성하도록 서로에 대해 위치될 수 있다. 채널 벽들은 평행하거나 평행하지 않을 수 있다. 입구(319)와 출구(317)는 성형 공정 동안 형성되거나 성형 공정 후 리테이닝 링(300) 내에 가공될 수 있다.
이제 도14를 참조하면, 링을 따라 채널을 형성하는 하나 이상의 패드(315)나 포일은 링 내면의 일부와 접하거나, 평행하거나, 곡선을 이루는 주연부의 모서리 또는 부분을 가질 수 있는 패드 내면(344)을 가질 수 있다. 패드(315)의 일부는 링 내면에서 오프셋될 수 있다. 선택적으로, 후미 모서리(346)와 선단 모서리(348)는 만곡되거나, 경사지거나, 반경부가 형성될 수 있다. 만곡 형상은 연마패드 요철 또는 장애를 확실히 방지할 수 있기 때문에 유체 유동에 유리하고 조작 동안 입자 생성을 저하시킨다. 패드의 선단면(350)은 인접 패드의 패드 내면과 채널이나 홈을 형성할 수 있다. 패드 외면(352) 및 경사진 후미면(354)의 일부는 링 외면의 일부와 접하거나 평행하거나 곡선을 이룰 수 있다. 선단 모서리(348)에서 패드 외면(352) 및 후미 모서리(346)까지 패드의 형상은 패드 내면(344)을 따라 선단 모서리(348)에서 후미 모서리(346)까지의 길이보다 큰 길이를 갖도록 선택될 수 있다.
도15는 기부를 따르는 링의 외측 모서리(306)를 따르는 패드 구조물(315)의 경사 모서리(305)를 도시한다. 장착 인서트 또는 장착 돌기를 위해 사용되거나 나사가 형성될 수 있는 구멍(318, 326), 리세스 또는 캐비티가 척추부(322) 및 기부(302)를 횡단하는 것으로 도시된다. 일부 실시예(미도시)에서, 구멍은 단지 기부(302)만을 횡단한다. 도15는 또한 패드(304)와 접촉하는 기부의 표면과 기부면 내로 리세스된 방사형 입구 사이에 형성된 단차부(307)를 도시한다. 이 단차부의 크기는 패드 구조 또는 패드를 따라 달라질 수 있다.
패드의 채널이나 홈의 깊이는 연마 공정 동안 리테이닝 링의 내측 및 외측 사이에서 슬러리 유동 조건을 조절하도록 이루어질 수 있다. 도18에 도시된 바와 같이, 기부(302)에 형성된 슬러리 홈(316)의 단면은 홈 내에 평활 반경을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 홈은 직사각형 단면을 갖는다. 홈의 다양한 실시예에서, 홈에서 가장 깊은 부분은 약 0.5 ㎝ 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 채널에서 가장 깊은 부분은 약 0.25 ㎝ 이하일 수 있다.
실험 결과는 상술한 실시예가 강성 구조물을 제공하는 것임을 입증했다. 도19 내지 도21에 도시된 바와 같이, 굴곡 실험장치(460)를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 리테이닝 링에 대한 굴곡도를 시험했다. 리테이닝 링(400)은 파 막스(Pamax)(미시시피 폴리머 테크놀로지)로 척추부(422)를 성형하고 450 g의 PEEK로 기부(402)를 오버몰딩하여 제조했다. 굴곡 실험은 리테이닝 링(400)이 파괴될 때까지 계속했다. 실험 결과 462가 도20에 도시되어 있다. 실험 결과는 오버몰딩된 리브와 채널을 구비한 경량 리테이닝 링(400)이 강성 구조물을 제공함을 보여준다. 파괴된 경우에도, 도21에 도시된 바와 같이, 기부(402)와 척추부(422)는 그 접합면을 따라 점착성을 유지한다.
또다른 실험은 본 발명의 실시예들의 척추부가 갖는 실질적인 견인력을 보여준다. CMP 평판 회전 헤드에 리테이닝 링을 복수의 나사 체결 볼트를 이용하여 쉽게 장착했다. 세라믹 충전 PEEK는 리테이닝 링을 헤드에 고정하기 위해 복수의 탭 나사구멍이 주연부 둘레에 생성될 수 있도록 한다. 시험 샘플로는 탭 #8-32 나사에 세 번의 완전 회전으로 나사 체결된 스테인리스강 소켓 헤드 캡 나사 -#8-32를 사용했다. 리테이닝 링 척추부는 세라믹 충전 PEEK를 사용했다. 실험 결과 500이 도22의 표에 도시되어 있다.
이제 도23 및 도24를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예의 단면이 도시되어 있다. CMP 리테이닝 링(400)은 기부(402)와 척추부(422)를 포함한다. 기부(402)는 일반적으로 편평한 바닥면(404), 외면(406), 내면(408) 및 상면(410)에 의해 한정된다. 기부(402)는 경사진 모서리, 예컨대 경사진 외측 모서리(405)를 포함할 수 있다. 또한, 기부는 하나 이상의 환형 리브(412)를 포함할 수 있다. 척추부(422)는 기부(402) 상의 리브(412)와 맞물리도록 구성된 하나 이상의 환형 리브(430)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 척추부(422)가 우선 성형된 후, 척추 부(422)가 기부(402) 내에 완전히 봉입되도록 기부(402)가 척추부(422) 상에 오버몰딩된다. 리브(412)와 리브(430)는 기부(402)와 척추부(422)에 대해 추가적인 접합면을 제공함으로써 기부(402)와 척추부(422) 사이의 접합 강도를 증가시킨다.
기부(402)는 플라스틱, 바람직하게는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 PEEK를 포함하거나 그 밖의 내마모성 플라스틱재 및 혼합물을 포함할 수 있는 다른 폴리머와의 혼합물로 사출 성형될 수 있다. PEEK는 기판 모서리를 파손시키거나 균열시킬 위험이 거의 없이 웨이퍼를 지지하면서도 높은 내마모 및 내마멸성을 제공할 수 있다는 점에서 유리하다. 기부(402)는 또한 압출 또는 가압 성형된 후 가공되는 PEEK로 이루어질 수 있다. 기술분야의 당업자라면 다른 폴리머들이 기부(402)의 내마모성을 증가시키거나 감소시키기 위해 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
척추부(422)는 세라믹재 또는 그 밖의 충전제/첨가제로 이루어질 수 있다. 예컨대, 세라믹재는 PEEK[일 예는 엔테그리스사에서 판매하는 도전성 세라믹 PEEK인 스타스-프로(등록상표)(STAT-PRO®)]와 같은 폴리머에 분산될 수 있다. 따라서, 세라믹재는 척추부(422)의 구조적 강성, 내전단성, 열도전성 또는 그 밖의 성질을 맞추기 위해 사용될 수 있다. 척추부(122)는 강성율에 기반하여 CMP 링(400)의 강성도를 구조적으로 향상시키며, 이때 척추부(422)는 다음에 제한되지 않지만 4,136,854 내지 9,652,660 kPa(600,000 내지 1,400,000 psi)를 포함하는 굴곡율 범위를 가질 수 있다. 세라믹재가 제공하는 강성도는 단단한 설비 부착을 제공하도록 돕게 되고 전단력, 회전력 그리고 캐리어 헤드에 의해 리테이닝 링(400)에 부여 되는 그 밖의 힘으로 인한 링의 손상을 줄이게 된다.
도24는 CMP 링(400)에 성형된 기부 플래싱(440)을 도시한다. 기부 플래싱(440)은 성형 작업 후 기부(402) 상에 존재할 수 있다. 링(400)의 하나 이상의 표면은 플래싱의 전부 또는 일부를 제거하기 위해 후속 성형 가공 공정에 의해 마무리될 수 있다. 후속 성형 가공은 실선(442)에 의해 지시된 최종 표면과 끝 부분까지 플래싱을 제거할 수 있다. 후속 가공에서, 연마 패드와 접촉하지 않는 표면은 선택적으로 미세 정도가 약 600 그릿 이상인 연마지를 이용하여 추가로 마무리될 수 있다. 패드나 기판과 접촉하는 표면의 경우, 미세 정도가 약 1500 그릿 이상인 연마지가 사용될 수 있다. 보다 덜 결정적인 기판이나 패드의 경우, 보다 낮은 그릿 연마나 기존 기공 표면이 사용될 수 있다.
도25 내지 도27은 리테이닝 링 패드 또는 포일(315)과 채널이나 홈(316)의 구조에 대한 다른 실시예들을 도시한다. 채널(316)들은 직선형이거나 곡선형이거나 원호형일 수 있다. CMP 링(300)은 복수의 포일(315)로 제조된 패드 접촉면(304)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 패드 접촉면(304)은 링(300)의 총면적의 75% 내지 95% 사이이다. 다른 실시예에서, 패드 접촉면(304)은 링(300)의 총면적의 92%보다 작다. 다른 실시예에서, 패드 접촉면(304)은 링(300)의 총면적의 90%보다 작다. 또다른 실시예에서, 패드 접촉면(304)은 링(300)의 총면적의 88%보다 작다.
채널(316)들은 슬러리 유동을 위해 제공되며, 각각의 채널(316)은 입구부(319), 출구부(317) 및 목부(311)를 포함한다. 포일(315)의 형상, 채널(316)의 형상, 입구(319) 및 출구(317)의 형상 또는 이들의 임의의 조합을 변경함으로써, 슬러리 전달 특성이 조절되며, 이로써 연마 공정을 조절할 수 있다. 링(300)에 형성된 채널(316)의 전체 갯수뿐 아니라 각도(α), 폭, 깊이, 채널(316)이 외면(306) 및 내면(308)과 만나는 반경과 같은 채널(316)의 다양한 매개변수가 조절될 수 있다. 도26은 채널(316)이 외면(306) 및 내면(308)과 만나는 영역에서의 반경이 도25에 도시된 채널(316)의 반경에 비해 큰 채널(316)을 갖는 CMP 링(300)을 도시한다. 도25 및 도26에서 채널(316)의 각도(α)는 150도이다.
도27은 도25 및 도26의 CMP 링(300)보다 큰 접촉면(304)을 가지면서도 동일한 링 치수를 유지하는 CMP 링(300)을 도시한다. 채널(316)이 외면(306) 및 내면(308)과 만나는 반경은 접촉면(304)의 면적을 증가시키기 위해 도25에 비해 감소된다. 채널(316)의 각도(α)는 144도지만, 본 명세서에서 제시된 각도(α)의 수치는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다.
각도(α)는 도25 내지 도27에 도시된 바와 같이 채널(316)이 출구부(317)를 포함하지 않을 경우 채널(316)이 외면(306)을 가로지르는 지점에서 외면(306)을 가로질러 접하는 라인에 대해 측정된다. 채널의 각도는 측벽들이 링의 중심부에서 평행한 채널의 측벽에 있는 제1 기준에 대해 측정될 수 있거나 상기 기준은 채널의 측벽들이 평행하지 않은 링의 중심부(외주연 및 내주연 중간)에서 채널의 중심선에 있을 수 있다. 참고로, 각도(α)는 패드면(304)이 연마패드 안으로 하향 대면할 때 링(300)의 반시계 회전에 대한 것이다. 바람직한 실시예에서, 각도(α)는 적어도 130도이다.
본 발명의 다양한 실시예의 리브 또는 리브 채널들의 형상은 기부와 척추부 사이의 접합을 조절하도록 변경될 수 있다. 예컨대, 리브와 리브 채널들은, 도2, 도4 내지 도6, 도8b, 도8c 및 도9a에 도시된 바와 같이, 위에서 볼 때 환형이고 리테이닝 링 프로파일과 동심을 이룰 수 있다. 리브와 리브 채널들은 도9a, 도9b, 도30a, 도31 및 도32에 도시된 바와 같이 링을 중심으로 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 또한, 리브와 리브 채널들은 위에서 볼 때 예컨대 나선 형상을 가짐으로써 링 프로파일과 비동심적일 수 있다. 또한, 리브들은 이들 리브가 일반적으로 링의 하나의 내측 모서리에서 다른 모서리까지 연장되도록 비동심적일 수 있으며, 예컨대 리브들은 모서리와 직교할 수 있거나 어떤 각도를 두고 링의 모서리와 만날 수 있다. 비동심성 리브들은 링의 하나의 모서리에서 다른 모서리까지 완전히 연장될 수 있거나 리브들은 도30b에 도시된 바와 같이 링의 모서리들 사이에서 부분적으로만 연장될 수 있다.
또한, 리브들은 도28 및 도29에 도시된 바와 같이 기부와 척추부 사이의 기계적 결합을 형성하기 위해 깔때기 또는 테이퍼 단면을 가질 수 있다. 예컨대, 깔때기 단면 프로파일을 구비한 하나 이상의 리브를 갖는 척추부가 처음 성형되는 경우, 기부가 척추부 상으로 오버몰딩될 때 기부는 성형 공정 후 척추부와 결합될 것이다. 마찬가지로, 척추부가 기부 상으로 오버몰딩될 때 척추부와 기부가 결합되도록 깔때기 단면 프로파일을 구비한 하나 이상의 리브를 갖는 기부가 처음 성형될 수 있다.
또한, 리브에는 도32에 도시된 바와 같이 기부와 척추부 간의 기계적 맞물림 을 형성하기 위해 횡단 통로가 마련될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 횡단 통로(127)를 포함하는 하나 이상의 리브(110)를 갖는 기부(102)가 처음 성형되는 경우, 척추부가 기부(102) 상에 오버몰딩될 때 재료는 통로(127) 내로 유동함으로써 척추부와 기부(102) 사이에 기계적 접합을 형성한다. 마찬가지로, 하나 이상의 횡단 통로를 포함하는 하나 이상의 리브를 갖는 척추부가 최초로 성형될 수 있다. 기부가 척추부 상으로 오버몰딩될 때, 재료는 통로를 채움으로써 척추부와 기부 사이에 기계적 접합을 형성한다. 복수의 리브의 경우, 횡단 통로는 인접한 리브 채널 사이에 링크를 제공한다.
상술한 실시예들은 예시를 위한 것이고 제한하기 위한 것이 아니다. 또다른 실시예들은 특허청구범위에 속한다. 비록 본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명했지만, 기술분야의 당업자라면 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고도 형태와 세부사항이 변경될 수 있을 것임을 알 것이다.
Claims (25)
- 화학기계식 연마 작업에 사용하기 위한 리테이닝 링에 있어서,원주방향 및 축방향으로 돌출한 하나 이상의 척추부 리브를 갖고 리브들 사이에는 채널이 한정된 강성 폴리머재를 포함하는 환형 척추부와,편평 바닥면, 원주방향 및 축방향으로 돌출한 하나 이상의 기부 리브 및 리테이닝 링의 내측 모서리와 외측 모서리 사이에서 연장되는 바닥면에 형성된 복수의 홈을 포함하고 기부 리브들 사이에는 채널이 한정되어 있고 홈은 연마 작업 동안 슬러리의 전달을 촉진하도록 구성되는 내마모성 폴리머 기부를 포함하며,척추부와 기부는 척추부 리브가 기부 채널과 맞물리고 기부 리부가 척추부 채널과 맞물리도록 오버몰딩 공정에 의해 서로 접합되는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 복수의 홈 각각은 적어도 하나의 방사형 개구를 포함하는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 기부는 척추부를 봉입하는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 기부는 폴리에테르에테르케톤을 포함하며 척추부는 세라믹과 혼합된 폴리에테르에테르케톤을 포함하는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 연마유닛에 리테이닝 링을 고정하기 위한 장착 고정구를 추가로 포함하는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 외측 모서리에 접하는 라인에 대한 홈의 각도는 적어도 135도인 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 홈은 복수의 패드 접촉영역을 한정하며 패드 접촉영역은 바닥면 면적의 92%보다 적게 포함하는 리테이닝 링.
- 제1항에 있어서, 척추부 리브 및 기부 리브는 엇갈려 있으며 엇갈린 부분은 리테이닝 링의 축방향 두께의 적어도 25%까지 연장되는 리테이닝 링.
- 화학기계식 연마 작업에 사용하기 위한 리테이닝 링 제조 방법에 있어서,내측 모서리, 외측 모서리, 축방향으로 돌출한 복수의 리브 및 바닥면을 갖되 리브들 사이에 채널이 한정된 기부를 내마모성 폴리머로 성형하는 단계와,척추부가 채널을 채우고 기부에 접합되도록 기부 상으로 강성 폴리머로 된 척추부를 오버몰딩하는 단계를 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 내측 모서리와 외측 모서리 사이에서 연장되는 복수의 홈을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 홈은 바닥면 상에 복수의 패드 접촉 영역을 한 정하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 홈을 형성하는 단계는 외측 모서리에 접하는 라인에 대해 적어도 135도의 각도로 홈을 형성하는 단계를 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 패드 접촉영역은 바닥면 면적의 92%보다 적게 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 복수의 홈 각각에 적어도 하나의 방사형 개구를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 기부는 폴리에테르에테르케톤을 포함하며 척추부는 세라믹과 혼합된 폴리에테르에테르케톤을 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 화학기계식 연마 작업에 사용하기 위한 리테이닝 링 제조 방법에 있어서,축방향으로 돌출한 복수의 환형 리브를 포함하고 리브들 사이에 채널이 한정된 척추부를 내마모성 폴리머로 성형하는 단계와,기부가 채널을 채우고 척추부에 접합되도록 척부 상에 내마모성 폴리머로 된 기부를 오버몰딩하는 단계를 포함하며,기부는 내측 모서리, 외측 모서리 및 바닥면을 갖는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 내측 모서리와 외측 모서리 사이에서 연장되는 복수의 홈을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 홈은 바닥면 상에 복수의 패드 접촉 영역을 한정하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 홈을 형성하는 단계는 외측 모서리에 접하는 라인에 대해 적어도 135도의 각도로 홈을 형성하는 단계를 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 패드 접촉영역은 바닥면 영역의 92%보다 적게 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 홈을 형성하는 단계는 홈로 적어도 하나의 방사형 개구를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 기부는 폴리에테르에테르케톤을 포함하며 척추부는 세라믹과 혼합된 폴리에테르에테르케톤을 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 기부를 오버몰딩하는 단계는 척추부가 완전히 봉입되도록 기부를 오버몰딩하는 단계를 추가로 포함하는 리테이닝 링 제조 방법.
- 화학기계식 연마 작업에 사용하기 위한 리테이닝 링에 있어서,기부 리브 사이에 채널이 한정된 둘 이상의 척추부 리브를 갖고 강성 폴리머재를 포함하는 환형 척추부와,편평 바닥면, 둘 이상의 기부 리브 및 리테이닝 링의 내측 모서리와 외측 모서리 사이에서 연장되는 바닥면에 형성된 복수의 홈을 포함하고 기부 리브들 사이에는 채널이 한정되어 있고 홈은 연마 작업 동안 슬러리의 전달을 촉진하도록 구성되는 내마모성 폴리머 기부를 포함하며,척추부와 기부는 척추부 리브가 기부 채널과 맞물리고 기부 리부가 척추부 채널과 맞물리도록 오버몰딩 공정에 의해 서로 접합되는 리테이닝 링.
- 제22항에 있어서, 척추부 리브는 오버몰딩 공정 동안 재료 유동을 위한 통로를 포함하는 리테이닝 링.
- 제23항에 있어서, 기부 리브는 오버몰딩 공정 동안 재료 유동을 위한 통로를 포함하는 리테이닝 링.
- 제23항에 있어서, 척추부 리브와 기부 리부는 척추부와 기부 간의 기계적 결합을 형성하도록 테이퍼되는 리테이닝 링.
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