KR20090066328A - 단차형 유지 링 - Google Patents

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KR20090066328A
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샤운 반 데르 빈
스티븐 엠. 주니가
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

두 부분으로 된 유지 링(101)이 설명된다. 강성 상부(110)는 그 내경을 따라 환형 리세스를 갖는다. 환형의 마모 가능한 하부(105)는 내경, 내경에 의해 형성되는 환형 연장부(225) 및 내경에 대향하며 제 2 부분의 표면에 직각인 수직 벽을 갖는다. 환형 연장부(225)는 환형의 제 1 부분의 환형 리세스 내부로 조립된다. 접착 재료는 환형의 제 2 부분의 수직 벽 상에 있다.

Description

단차형 유지 링{STEPPED RETAINING RING}
본 발명은 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing)에 사용하기 위한 유지 링에 관한 것이다.
집적 회로는 통상적으로 전도층, 반도체층, 또는 절연성 층을 실리콘 기판상에 연속 증착함으로써 기판상에 형성된다. 한가지 제조 단계는 비평면 표면상에 충전층(filler layer)을 증착하고, 비평면 표면이 노출될 때까지 충전층을 평탄화하는 것을 포함한다. 예를 들면, 전도성 충전층은 절연층 내의 트렌치 또는 구멍을 충전하도록 패턴화된 절연층 상에 증착될 수 있다. 충전층은 그 후 절연층의 상승된 패턴(raised patterns)이 노출될 때까지 연마된다. 평탄화 후에, 절연층의 상승된 패턴 사이에 남아 있는 전도층(conductive layer)의 일부는 기판상의 박막 회로 사이에 전도성 경로를 제공하는 바이어스, 플러그 및 라인을 형성한다. 또한, 평탄화는 포토리소그래피를 위해 기판 표면을 평탄화하는데 요구된다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 한가지 허용된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 통상적으로 기판이 CMP 장치의 연마 헤드 또는 캐리어 상에 장착되도록 요구한다. 기판의 노출된 표면은 회전하는 연마 디스크 또는 벨트 패드를 향하여 배치된다. 연마 패드는 고정된 연마 패드 또는 표준 패드일 수 있다. 표준 패드 는 내구성 있는 거칠어진 표면을 갖는 반면, 고정된 연마 패드는 차폐 매체(contaiment media) 내에 유지되는 연마 입자를 갖는다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 대해 압박하도록 기판상에 제어 가능한 하중을 제공한다. 캐리어 헤드는 연마중에 기판을 적소에 유지시키는 유지 링을 갖는다. 하나 이상의 화학적 반응제 및 연마 입자를 포함하는, 슬러리와 같은 연마 액체가 연마 패드의 표면에 공급된다.
일 양태에서, 유지 링이 설명된다. 유지 링은 그 내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부 및 그 내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부를 갖는다. 상기 상부는 수평한 상부 표면을 갖고, 상기 리세스는 수직 표면에 의해 형성되며, 상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어진다. 상기 단차와 리세스 사이에 접착층이 있다.
다른 양태에서, 유지 링이 설명되며, 유지 링은 환형 하부 및 환형의 강성 부분을 갖는다. 상기 하부는 내경(D1) 및 상기 내경(D1)에 인접한 환형 단차를 갖는다. 상기 환형 단차는 그 외경에 상기 하부의 높이보다 더 큰 높이를 갖는다. 상기 환형의 강성 부분은 하부 표면 및 상기 하부 표면의 내경(D2)을 갖는다. 상기 내경(D2)은 상기 내경(D1)보다 더 크고, 상기 환형의 강성 부분의 하부 표면은 상기 환형 하부에 인접한다. 상기 하부와 상기 강성 부분의 내경의 적어도 일부 사이에 접착층이 있다.
또 다른 양태에서, 유지 링이 설명되며, 유지 링은 환형의 제 1 부분 및 환형의 제 2 부분을 갖는다. 상기 제 1 부분은 내경을 따라 환형 리세스를 갖는다. 상기 제 2 부분은 내경, 상기 내경에 의해 형성되는 환형 연장부 및 상기 내경에 평행한 수직 벽을 갖는다. 상기 환형 연장부는 상기 환형 리세스 내부로 조립된다. 상기 제 2 부분의 수직 벽 상에는 접착 재료가 있다.
일 양태에서, 화학적 기계적 연마 시스템이 설명된다. 이 시스템은 플래튼, 상기 플래튼에 의해 지지되는 연마체(polishing article), 상기 연마체 상의 기판에 하중을 가하도록 구성되는 캐리어 헤드 및 상기 캐리어 헤드에 부착되는 유지 링을 갖는다. 상기 유지 링은 내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부, 내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부를 포함하고, 상기 리세스는 상기 상부의 상부 표면에 직각인 벽에 의해 형성되고, 상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어진다. 상기 단차와 리세스 사이에는 접착층이 있다.
다른 양태에서, 화학적 기계적 연마 방법이 설명된다. 이 방법은 연마 표면에 연마액(polishing solution)을 가하는 단계, 상기 연마 표면과 접촉하는 기판의 표면을 이용하여 유지 링 내에 기판을 유지시키는 단계 및 상기 기판과 연마 표면 사이에 상대 운동을 일으키는 단계를 포함한다. 상기 유지 링은 내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부, 내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부를 포함하며,상기 리세스는 상기 상부의 상부 표면에 직각인 벽에 의해 형성되고, 상기 단차는 상기 리레스 내부로 조립되는 크기로 만들어진다. 상기 단차와 리레스 사이에는 접착층이 있다.
다른 양태에서, 유지 링을 형성하는 방법이 설명된다. 이 방법은 환형 하부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 환형 하부는 내경을 따라 단차를 갖는다. 환형의 강성 부분은 내경을 따라 리세스를 갖도록 형성되며, 상기 리세스는 상기 강성 부분의 상부 표면에 직각인 벽에 의해 형성되고, 상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어진다. 상기 강성 부분 또는 하부에 접착 재료가 가해진다. 상기 강성 부분의 하부 표면은 상기 하부에 인접하게 되어, 상기 접착 재료를 상기 하부 및 상부 모두에 접촉시킨다. 상기 접착 재료는 상기 하부와 상기 강성 부분의 적어도 일부 사이에 접착층을 형성하도록 경화된다.
본 발명의 실행예는 하나 또는 그보다 많은 하기의 특징을 포함할 수 있다. 접착층은 폴라아미드, 또는 폴라아미드 및 지방족 아민을 포함하는 재료와 같은, 에폭시 재료를 포함할 수 있다. 접착층은 약 4 내지 20 mils와 같이, 2mils보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 접착층은 하부와 상부의 수평한 표면 사이에 있을 수 있다. 접착층은 유지 링의 방사상 횡단면을 가로질러 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 상기 단차는 환형 단차일 수 있다. 상기 하부는 상기 상부에 인접한 표면에 대향하는 마모 표면을 가질 수 있다. 상기 단차 부분은 리세스를 형성하는 벽에 평행한 수직 벽을 가질 수 있고, 접착층은 상기 수직 벽에 접촉할 수 있다. 상기 마모 표면에 대향하는 상기 하부의 모든 표면은 상기 환형의 강성 부분 또는 접착층과 접촉할 수 있다. 상기 상부는 상기 단차와 접촉하는 돌출부를 가질 수 있다. 상기 돌출부는 환형 돌출부일 수 있다. 상기 리세스는 상기 상부의 내경에 인접하는 수평한 립에 의해 더 형성될 수 있으며, 상기 환형 돌출부는 상기 수평한 립에 인접한다. 대안적으로, 환형 돌출부는 상기 수평한 립에 인접하지 않을 수 있다. 상기 상부 및 하부에는 리세스와, 상기 내경에 인접하는 리세스가 아닌, 리세스 내부로 조립되는 대응하는 단차가 없을 수 있다.
본 명세서에 설명되는 실행예는 하나 또는 그보다 많은 하기의 이점을 가질 수 있다. 접착층을 갖는, 두 부분으로 된 유지 링은 링의 하부와 상부 사이에 슬러리가 축적되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 것과 같은 접착 재료는 슬러리 및 탈이온수(DI water)와 같은 화학약품, 열 및 압력에 우수한 저항성을 가질 수 있다. 링 부분 중 하나의 돌출부는 링의 두 부분의 적합한 정렬을 용이하게 할 수 있다. 유지 링의 부분 중 하나의 돌출부는 링의 두 부분 사이의 최소의 에폭시 두께를 보장할 수 있다. 환형 단차 형상을 갖는 접착된 유지 링은 원통형 정접 에지(cylindrical tangential edge) 접촉 표면을 가질 수 있음으로써, 상부 및 하부 링 사이의 방사상 공간이 0(zero)이 되어, 단지 정접 에지에서 에폭시 두께가 0이 된다. 돌출부는 유지 링 둘레에 균일한 양의 점착성 재료를 제공할 수 있다. 단차 형상을 갖는 링은 편평한 계면을 갖는 링보다 접촉을 위한 더 큰 표면적을 갖는다. 더 많은 양의 접착 재료는 더 강한 점착 접착을 제공할 수 있다. 또한, 증가된 접촉 표면적은 최고 응력 레벨이 나타나는 유지 링의 내경을 향한다. 또한, 수직한 접촉 영역은 하부 링이 그 내경의 상부 링으로부터 박리(delamination)를 방지할 수 있다. 단차 형상 및 돌출부는 하중 지지(load bearing)될 수 있다. 즉, 유지 링이 연마 패드에 대해 가압될 때 유지 링의 수평 운동에 의해 발생되는 측면 하중은 접착제를 통해서가 아니라 상기 형상을 통해서 전달될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 링은 박리되는 경향이 덜할 수 있다. 링이 덜 갈라질 것이기 때문에, 링은 단차 형상이 없는 링보다 더 긴 유효 수명을 가질 수 있다.
본 발명의 하나 또는 그보다 많은 실시예의 세부 사항이 첨부 도면 및 하기의 상세한 설명에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은 유지 링의 부분 횡단면의 사시도이고,
도 2는 유지 링의 일 실행예의 횡단면도이며,
도 3은 유지 링의 일 실행예의 횡단면도이며,
도 4는 유지 링의 상부 및 하부의 횡단면 프로파일을 도시하며,
도 5는 단차를 갖는 유지 링의 횡단면 조각의 사시도이다.
동일한 참조 부호는 다양한 도면에서 동일한 요소를 지시한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판은 화학적 기계적 연마(CMP) 장치에 의한 연마를 위해 캐리어 헤드에 고정되는 유지 링에 의해 유지될 수 있다. 적합한 캐리어 헤드는 U.S.특허 제6,251,215호에서 설명된다. 화학적 기계적 연마(CMP) 장치에 대한 설명은, U.S.특허 제5,738,574호에서 입수되며, 이 참고 문헌의 전체 명세서는 본 명세서에서 참조된다.
유지 링(101)은 하부 링(105) 및 상부 링(110)의 2개의 링으로 구성될 수 있다. 하부 링(105)은 상부 표면(108) 및 연마 패드와 접촉하게 될 수 있는 하부 표 면(107)을 갖는다. 하부 링(105)은 플라스틱, 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 탄소 충전된 PEEK, 테플론(Teflon®) 충전된 PEEK, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 또는 복합재와 같이, CMP 프로세스에서 화학적으로 비활성인 재료로 형성될 수 있다. 하부 링은 또한 내구성이 있어야 하며 낮은 마모율을 가져야 한다. 또한, 하부 링은, 유지 링에 대한 기판 에지의 접촉이 기판을 쪼개거나 균열시키지 않도록, 충분히 압축 가능하여야 한다. 한편, 하부 링은 유지 링 상의 하향 압력(downward pressure)이 하부 링을 기판 수용 리세스 내부로 밀게 하도록, 탄성적이어서는 안 된다.
유지 링(101)의 상부 링(110)은 하부 링(105)보다 더 강성인 재료로 형성될 수 있다. 강성 재료는, 예를 들면 스테인리스 스틸, 몰리브덴, 또는 알루미늄과 같은 금속, 또는 예를 들면 알루미나와 같은 세라믹, 또는 다른 전형적인 재료일 수 있다. 상부 링(110)은 하부 표면(112) 및 상부 표면(113)을 갖는다.
하부 링 및 상부 링(105,110)은 함께 유지 링(101)을 형성한다. 2개의 링이 결합될 때, 하부 링(105)의 상부 표면(108)은 상부 링(110)의 상부 표면(112)에 인접하여 위치된다. 2개의 링은 일반적으로 그 내부 표면에 내경 및 외경에 실질적으로 동일한 크기 가져서, 2개의 링(105, 110)은 그들이 결합될 때 2개의 링(105, 110)이 만나는 동일 평면의 표면을 형성한다.
상부 링(110)의 상부 표면(113)은 도 1에 도시된 바와 같은 구멍(125)을 일 반적으로 포함하며, 이 구멍에는 캐리어 헤드에 유지 링(101)을 고정시키기 위한 볼트, 나사, 또는 다른 기기(hardware)와 같은 고정구를 수용하도록 나사를 넣는다. 구멍(125)은 캐리어 헤드 둘레에 균등하게 이격되어 있을 수 있다. 또한, 개구 또는 돌출부(미도시)와 같은, 하나 또는 그보다 많은 정렬 형상이 상부 링(110)의 상부 표면(113) 상에 위치될 수 있다. 유지 링이 정렬 개구를 갖는 경우, 캐리어 헤드는 캐리어 헤드 및 유지 링이 적절히 정렬될 때 정렬 개구와 교합하는 대응 핀을 가질 수 있다. 일부 실행예에서, 유지 링(101)은 하나 또는 그보다 많은 통공(미도시)을 가지며, 통공은 내경으로부터 외경으로 연장하여 슬러리 또는 공기가 연마중에 링의 내부로부터 외부로, 또는 링의 외부로부터 내부로 통과하도록 한다.
2개의 링은 2개의 링 사이의 계면의 점착층(215)을 이용하여 부착될 수 있다. 점착층(215)은 두 부분의 완속 경화 에폭시(two-part slow-curig epoxy)일 수 있다. 완속 경화는 일반적으로 에폭시가 굳는데 약 몇 시간 내지 며칠이 걸리는 것을 가리킨다. 그러나, 에폭시 경화 주기는 상승된 온도로 인해 짧아질 수 있다. 예를 들면, 완속 경화 에폭시는 조지아 챔블리의 Magnolia Plastics로부터 시판중인 Magnobond-6375TM일 수 있다. 대안적으로, 에폭시는 급속 경화 에폭시(fast curing epoxy)일 수 있다. 특정 실행예에서, 에폭시는 고온 에폭시이다. 고온 에폭시는 연마 프로세스 중에 높은 열로 인한 점착층(215)의 열화(degradation)에 저항한다. 특정 실행예에서, 에폭시는 60% 내지 100% 폴리아미드와 같은 폴리아미드, 제 1 지방족 아민의 10% 내지 30% 및 제 2 지방족 아민의 5% 내지 10%와 같은 지방족 아민을 포함한다. 예를 들면, 고온 에폭시는 코네티컷에 소재한 로키 힐의 Henkel Corporation으로부터의 LOCTITE®Hysol®E-120HP™일 수 있다. 특히, LOCTITE®Hysol®E-120HP™은 다른 접착제에 비해 열화에 보다 더 견디며, 결과적으로 박리로 인한 파손이 감소된다. 열화는 높은 열, 피로, 탈이온수 접촉 및 흡수 및 연마 프로세스에 사용되는 슬러리로부터의 화학적 파괴(chemical attack)에 의해 야기될 수 있다.
2개의 링 사이의 점착층(215)은 내경과 외경에서 유지 링 내에 슬러리가 포집되는 것(trapping)을 방지한다. 연마중에, 연마 패드와 유지 링(101) 사이의 마찰은 하부 링(105)을 구부릴 수 있는 측면 하중을 생성한다. 이러한 작용은 하부 링(105)을 상부 링(110)으로부터 멀리 끌어당기는 경향이 있어서 2개의 링 사이에 간격(gap)을 생성한다. 또한, 하부 링(105)의 내경에 대한 기판 추진에 의해 야기된 측면 하중은 유지 링(101)의 상부와 하부 사이의 유지 링의 내경에 장력 또는 박리력(peel force)을 증가시킨다. 상부와 하부(105, 110) 사이의 점착층(215)은 2개의 링 사이의 간격으로 슬러리가 들어가는 것을 방지할 수 있거나 간격을 형성하는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하부링(105)은 단차 형상(225)을 갖는다. 단차 형상(225)은 하부 링(105)으로부터 상부 링(110) 내의 대응하는 리세스 내부로 수직으로 돌출한다. 단차 형상(225)은 유지 링(101)의 내경(D1)에 인접하는 환형 단차이다. 단차 형상(225)은 하부 링(105)의 수평부로부터 상부로 연장한다. 단차 형상(225)은 하부 링의 수평부, 즉 하부 표면(107)에 인접하는 부분의 내경 벽을 공유한다. 단차 형상부(225) 상의 내경 벽에 대향하여 수직 벽(230)이 놓인다. 일부 실시예에서, 수직벽(230)은 내경 벽에 평행하다. 일부 실시예에서, 수직 벽(230)은 곡선이다. 일부 실시예에서, 단차 형상부(225)는 테이퍼(tapers)이다. 상부 링(110) 내의 리세스는 단차 형상부(225)에 대응하여, 하부 링(105) 및 상부 링(110)이 모아질 때, 상부 단차부(225)는 상부 링(110)의 리세스 내부로 조립된다. 상부 링(110)은 벽(245)을 가지며, 이 벽은 상부 링의 내경(D2)의 일부를 형성하고, 2개의 링 부분이 모아질 때 하부 링(105)의 수직 벽(230)을 향한다. 벽(245)은 상부 링(110)의 베이스(255)를 형성한다. 일부 실행예에서, 단차(225)는 하부 링(105)의 내경에만 있고, 외경에는 없다. 즉, 링(101)은 유지 링의 내경의 리세스 및 단차(225) 이외에 대응하는 리세스 형상 및 다른 단차를 갖지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 단차는 하부 링의 방사상 횡단면을 따르는 폭을 가지며, 이 폭은 하부 링의 폭의 약 12% 내지 20%와 같이, 동일한 방사상 횡단면을 따르는 하부 링의 폭의 약 10% 내지 30%이다. 일부 실시예에서, 리세스의 깊이는 약 20% 내지 30%와 같이, 상부 링(110)의 깊이의 약 10% 내지 40%이다. 단차(225)는 약 70% 내지 90%와 같이, 내경에서의 하부 링의 높이의 약 50% 내지 90%를 구성할 수 이다.
유지 링의 일 실시예에서, 하부 링은 약 0.175 인치와 같이, 약 0.15 내지 0.2 인치의 내경에서의 높이를 갖는다. 단차는 하부 링의 상부 표면 상에서 약 0.15 인치와 같이, 약 0.12 내지 0.17 인치의 높이를 가질 수 있다. 따라서, 단차는 내경에서의 링의 전체 높이의 50% 이상이다. 방사상 횡단면을 따르는 하부 링 의 폭은 약 0.92 인치와 같이, 약 0.6 내지 1.2 인치일 수 있다. 단차의 폭은 약 0.13 인치와 같이, 약 0.08 내지 0.2 인치일 수 있다. 유지 링 내의 상부 리세스의 깊이는 약 0.16 인치와 같이, 약 0.1 내지 0.3 인치일 수 있다. 상부 링의 두께는 0.6 인치와 같이, 약 0.4 내지 0.7 인치일 수 있다.
대체로, 통상적인 유지 링은 상부와 하부 사이에 편평한 계면을 갖는다. 유지 링의 회전중에 발생된 전단력은 수평한 점착층 상에 힘을 가한다. 유지 링(101)에서, 단차 형상(225)은 단차 형상(225)의 수직 벽(230)을 따르는 점착층(215) 상에 압축력으로 전단력을 전달한다. 전단력을 점착층(215) 상의 압축력으로 전달하는 것은 단차 형상 없이 유지 링에 발생할 수 있는 상부 링(110)으로부터의 하부 링(105)의 열화 가능성을 감소시킨다. 또한, 유지 링이 연마 패드에 대해 아래로 가압될 때 연마 패드에 대한 유지 링의 수평 운동에 의해 발생되는 측방향 힘은 하부 링(105)으로부터 상부 링(110)의 베이스(255)로 전달된다. 또한, 수직 벽(230)은 계면에서의 표면적의 증가로 인해 점착층(215)에 대하여 더 큰 접착 영역을 제공한다. 더 넓은 접착 영역은 상부 링(110)으로부터의 하부 링(105)의 열화 가능성을 또한 감소시킨다. 또한, 수직 벽(230)을 따르는 점착층(215)은 상부 링(110)의 재료(예를 들면, 스테인리스 스틸과 같은 강성 재료)와 하부 링(105)의 재료(예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드와 같이 덜 강성이거나 더 순응적인(compliant) 재료) 사이의 불균일한 열 팽창으로부터 발생한 응력을 흡수한다. 또한, 전단력을 점착층(215) 상의 압축력으로 전달하는 것은 단차 형상 없는 유지 링에서 발생할 수 있는 상부 링(110)으로부터의 하부 링(105)의 열화 가능성을 감 소시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 특정한 실행예에서 하부 링(105) 및/또는 상부 링(110)은 돌출부(305, 310)를 각각 포함한다. 일부 실시예에서, 돌출부(305, 310)는 환형이며 유지 링 둘레에 전체적으로 연장한다. 다른 실시예에서, 돌출부는 예를 들면 동일한 각도 간격으로와 같이 유지 링 둘레에 이격되어 있어서, 접착 재료가 돌출부(305, 310) 둘레에서 유동할 수 있으며, 접착 재료 내의 공기 방울이 방지될 수 있다. 돌출부(305, 310)는 2개의 링(105, 110) 사이의 접착층(215) 내부로 연장한다. 돌출부(305, 310)의 표면은 표면(112, 230)가 각각 직접 접촉을 형성한다. 돌출부(310)의 폭(W)은 점착층(215)의 수직한 부분에서의 점착층(215)의 두께를 결정한다. 돌출부(305)의 높이(H)는 점착층(214)의 수직으로 연장하는 부분의 두께를 결정한다. 상부 링 및 하부 링(105, 110)이 신뢰성 있는 공차를 갖는 기계가공에 의해 형성될 수 있기 때문에, 점착층(215)의 두께는 유지 링으로부터 유지 링까지 안정적으로 설정될 수 있다. 특정한 실행예에서, 2개의 링 사이의 점착층(215)의 두께는 약 4 mils 내지 8 mils, 또는 약 4 mils 내지 6mils와 같이, 약 4 mils 내지 12 mils이다. 이 두께는 2개의 링을 함께 접착시키는데 사용되는 점착 재료의 유형 및 유지 링 재료의 탄성 계수에 기초하여 선택될 수 있다. 돌출부(310)는 임의의 수직 길이(L)를 가질 수 있지만, 돌출부(310)가 더 짧을수록 돌출부(310)가 위치되지 않는 영역에서 점착층(215)의 길이가 더 길다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단차 형상(225)은 단차(225)가 상부 링(110)의 함몰부 내부로 조립되도록 하부 링(105)의 상부 표면(108) 상에 위치될 수 있다. 단 차 형상(225) 외에도, 유지 링은 링(미도시)의 내부 및 외부로 슬러리를 운반하기 위해 바닥 표면 상에 홈을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 유지 링의 내경에 대향하는 단차(225)의 벽은 구부러질 수 있다. 일부 실행예에서, 단차(225)는 내부로 또는 외부로 경사진다. 또한, 유지 링의 내경의 일부 또는 전체가 경사질 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 실행예에서, 하부 링(105)은 벽을 가지며, 이 벽은 유지 링의 내경이 링의 상부를 향하여 증가하도록, 링의 마모 표면에 직각이며 그 후 경사진다.
일 실행예에서, 2개의 링은 각각의 상부 및 하부 표면(108, 112) 상에 형상을 갖도록 모두 기계가공된다. 접착층(215)은 표면 중 하나에 가해지며, 2개의 링은 단차 형상(225) 및 리세스가 정렬되도록 위치되며, 링은 리세스 내의 단차 형상(225)의 상부와 접촉하게 된다.
2개의 링(105, 110)이 모여서 단일한 유지 링(101)을 형성하고 접착제가 경화되면, 유지 링(101)은 캐리어 헤드(100)에 부착된다. 연마될 기판은 링(101)의 리세스 내부로 전달되며, 캐리어 헤드(100)는 기판이 연마 패드에 대한 동작을 겪는 동안 기판에 하중을 가한다. 전술한 바와 같이, 유지 링(101)과 연마 패드 사이의 마찰은 유지 링(101)의 두 부분 사이의 접착에 응력을 일으킬 수 있다. 그러나, 단차 형상(225)을 포함함으로써, 접착 열화 및 유지 링 파손의 위험이 감소될 수 있다.
링의 표면상의 형상은 열화의 발생률을 감소시키기 위해 하나 또는 그보다 많은 하기의 기구를 제공할 수 있다. 먼저, 단차 형상을 갖는 링은 편평한 계면을 갖는 링보다 더 큰 상부 표면적을 갖는다. 증가된 표면적은 점착제가 링에 가해지는 영역을 증가시키며, 이에 따라 더 강한 점착 접착을 발생시킬 수 있다. 둘째로, 이러한 형상은 하중 지지(load bearing)를 한다. 즉, 유지 링이 연마 패드에 대해 아래로 가압될 때 유지 링의 수평 운동에 의해 발생되는 측면 하중은 점착제를 통해서가 아니라 이러한 형상을 통해서 전달될 수 있다. 세째로, 단차 형상은 상부 및 하부 링을 형성하는, 상이한 열 팽창 계수의 재료에 의해 야기되는 응력을 감소시킬 수 있다. 네째로, 단차 형상이 유지 링의 내경에 존재하기 때문에, 단차 형상은 상부 링 부분과 하부 링 부분 사이의 박리력을 감소시키도록 도울 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형예가 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 환형 돌출부(310)는 수직 벽(230)의 중간에 대향하는 것과 같은, 단차 형상(225)의 상부에 인접하지 않는 위치에 위치될 수 있다. 또한, 표면(108, 112)은 더 많거나 더 적은 환형의 이격된 돌출부를 포함할 수 있다. 유지 링의 외경은, 도 5에 도시되며 본 명세서에서 모든 목적을 위해 참조되는 U.S.특허 제7,094,139호에서 설명되는 바와 같이 플랜지를 포함할 수 있다. 따라서, 하기의 특허청구범위의 범주 내에서 다른 실행예가 존재한다.

Claims (21)

  1. 유지 링으로서:
    내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부;
    내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부; 및
    상기 단차와 리세스 사이의 접착층;을 포함하며,
    상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어지는
    유지 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 에폭시 재료를 포함하는
    유지 링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에폭시 재료는 폴리아미드를 포함하는
    유지 링.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 에폭시 재료는 약 60 내지 100%의 폴리아미드, 약 10 내지 30%의 제 1 지방족 아민 및 약 5 내지 10%의 제 2 지방족 아민을 포함하는
    유지 링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 2 mils 이상의 두께를 갖는
    유지 링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 약 4 mils 내지 20 mils인
    유지 링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차는 환형인
    유지 링.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부는 상기 상부에 인접하는 표면에 대향하는 마모 표면을 갖고,
    상기 리세스는 상기 상부의 상부 표면에 직각인 벽에 의해 형성되며,
    상기 단차 부분은 상기 리세스를 형성하는 벽에 평행한 수직 벽을 갖고,
    상기 접착층은 상기 수직 벽과 접촉하는
    유지 링.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마모 표면에 대향하는 상기 하부의 모든 표면은 상기 접착층 또는 환형의 강성 상부와 접촉하는
    유지 링.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부는 상기 단차와 접촉하는 돌출부를 갖는
    유지 링.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 돌출부는 환형 돌출부인
    유지 링.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 리세스는 상기 상부의 내경에 인접하는 수평한 립에 의해 더 형성되며, 상기 돌출부는 상기 수평한 립에 인접하는
    유지 링.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 리세스는 상기 상부의 내경에 인접하는 수평한 립에 의해 더 형성되고, 상기 돌출부는 상기 수평한 립에 인접하지 않는
    유지 링.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 리세스를 형성하는 벽에 평행한 벽을 갖는
    유지 링.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 하부와 상기 상부의 수평 표면 사이에 있는
    유지 링.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부에는 상기 내경에 인접한 리세스 이외에 상기 리세스 및 상기 리세스 내부로 조립되는 대응하는 단차가 없는
    유지 링.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부는 상기 상부에 인접하는 주 수평 표면을 갖고, 상기 단차는 상기 주 수평 표면상에서 상기 하부의 높이의 약 50% 이상 연장하는
    유지 링.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 링의 방사상 횡단면을 따라 측정될 때 상기 단차의 가장 넓은 부분은 상기 단차의 수평 표면보다 상기 마모 표면에 더 가까운
    유지 링.
  19. 화학적 기계적 연마 시스템으로서:
    플래튼;
    상기 플래튼에 의해 지지되는 연마체;
    상기 연마체 상의 기판에 하중을 가하도록 구성되는 캐리어 헤드; 및
    상기 캐리어 헤드에 부착되는 유지 링을 포함하며, 상기 유지링은:
    내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부;
    내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부; 및
    상기 단차와 리세스 사이의 접착층을 구비하며,
    상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어지는
    화학적 기계적 연마 시스템.
  20. 화학적 기계적 연마 방법으로서:
    연마 표면에 연마액을 가하는 단계;
    상기 연마 표면과 접촉하는 기판의 표면을 이용하여 유지 링 내에 기판을 유 지시키는 단계; 및
    상기 기판과 연마 표면 사이에 상대 운동을 일으키는 단계;를 포함하며,
    상기 유지 링은:
    내경을 따라 단차를 갖는 환형 하부;
    내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 상부; 및
    상기 단차와 리세스 사이의 접착층;을 구비하며,
    상기 단차는 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어지는
    화학적 기계적 연마 방법.
  21. 유지 링 형성 방법으로서:
    환형 하부를 형성하는 단계로서, 상기 환형 하부의 링 부분이 내경을 따라 단차를 갖는, 환형 하부 형성 단계;
    내경을 따라 리세스를 갖는 환형의 강성 부분을 형성하는 단계로서, 상기 단차가 상기 리세스 내부로 조립되는 크기로 만들어지는, 환형의 강성 부분 형성 단계;
    상기 하부 또는 강성 부분에 접착 재료를 가하는 단계;
    상기 강성 부분의 하부 표면을 상기 하부에 인접한 위치로 이동시켜, 상기 접착 재료를 상기 하부 및 강성 부분 모두와 접촉시키는 단계; 및
    상기 하부와 상기 강성 부분의 적어도 일부 사이에 접착층을 형성하도록 상 기 접착 재료를 경화시키는 단계;를 포함하는
    유지 링 형성 방법.
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TWI279288B (en) Retaining ring for chemical mechanical polishing

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