KR20200062421A - 리테이너 링 및 이를 이용하는 기판 처리 장치 - Google Patents

리테이너 링 및 이를 이용하는 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20200062421A
KR20200062421A KR1020180147105A KR20180147105A KR20200062421A KR 20200062421 A KR20200062421 A KR 20200062421A KR 1020180147105 A KR1020180147105 A KR 1020180147105A KR 20180147105 A KR20180147105 A KR 20180147105A KR 20200062421 A KR20200062421 A KR 20200062421A
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김현중
김호균
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삼성전자주식회사
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Abstract

연마 패드, 상기 연마 패드 상에 놓여지는 기판을 누르는 연마 헤드, 및 상기 연마 헤드의 측면을 둘러싸는 리테이너 링을 포함하는 기판 연마 장치를 제공하되, 상기 리테이너 링은 원주 방향을 따라 배열되는 다수의 블레이드들을 포함하고, 상기 블레이드들의 회전에 의해 상기 리테이너 링의 내경이 증감될 수 있다.

Description

리테이너 링 및 이를 이용하는 기판 처리 장치{RETAINER RING AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 리테이너 링 및 이를 이용하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 기판 연마 장치에 이용되는 리테이너 링 및 이를 이용한 기판 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 제조할 때에는 기판의 표면을 평탄하게 가공해주기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행한다. CMP 공정은 연마패드를 이용하여 기판을 기계적으로 연마하는 동시에 슬러리 용액을 이용하여 화학적으로 연마한다.
이러한 CMP 공정에서 기판은 연마 헤드에 의해 연마패드 상으로 이동할 수 있으며, 연마 헤드는 기판의 둘레를 따라 배치되는 리테이너 링(retainer ting)을 구비하고 있어 공정의 진행 중 기판이 연마 헤드에서 이탈하는 것이 방지한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연마 공정의 공정 산포가 향상된 기판 처리 장치 및 이에 이용되는 리테이너 링을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치는 연마 패드, 상기 연마 패드 상에 놓여지는 기판을 누르는 연마 헤드, 및 상기 연마 헤드의 측면을 둘러싸는 리테이너 링을 포함할 수 있다. 상기 리테이너 링은 원주 방향을 따라 배열되는 다수의 블레이드들을 포함할 수 있다. 상기 블레이드들의 회전에 의해 상기 리테이너 링의 내경이 증감될 수 있다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링은 프레임 링, 상기 프레임 링의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배열된 회전축들을 중심으로 회전하도록 상기 프레임 링에 결합되는 블레이드들, 및 상기 블레이드들을 회전시키는 구동 링을 포함할 수 있다. 상기 블레이드들은 인접한 다른 블레이드와 접하며, 상기 블레이드들에 둘러싸이는 공간에 기판이 로딩될 수 있다.
본 발명에 따른 리테이너 링을 이용한 기판 처리 장치는 기판 처리 공정 시 기판의 엣지에 인접한 영역의 연마 프로필이 일정할 수 있으며, 연마 공정의 공정 산포가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리테이너 링은 기판의 크기에 무관하게 기판의 외주면과 밀착될 수 있으며, 기판 처리 공정 시 기판과 리테이너 링 사이에서 발생하는 패드 리바운드 효과가 최소화될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 종래의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 패드 리바운드 효과를 설명하기 위한 확대도이다.
도 6은 종래의 리테이너 링과 기판을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 동작을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 동작을 설명하기 위한 평면도들이다.
도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 기판 처리 장치를 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 기판 처리 장치는 연마 공정이 수행되는 연마 테이블(polishing table, 10), 기판(W)을 파지 및 회전시키는 연마 헤드(polishing head, 20), 및 연마 테이블(10) 상에 고압수 또는 연마 슬러리를 분사하는 슬러리 공급부(slurry supplier, 30)를 포함할 수 있다.
연마 테이블(10)은 그의 하부에 연결되어 제 1 구동부(미도시)에서 발생한 회전력을 연마 테이블(10)에 전달하는 회전 유닛(11), 및 연마 테이블(10) 상에 제공되는 연마 패드(12)를 포함할 수 있다.
연마 테이블(10)은 원반 형상을 가질 수 있다. 연마 테이블(10)은 기판(W)보다 큰 크기(일 예로, 직경)를 가질 수 있다. 연마 테이블(10)의 하부에는 회전력을 전달하기 위한 회전 유닛(11)이 연결될 수 있다. 연마 테이블(10)은 제 1 구동부(미도시)로부터 회전력을 전달받은 회전 유닛(11)에 의해 소정의 속도로 회전할 수 수 있다. 상기 제 1 구동부(미도시)는 모터 등이 사용될 수 있다.
연마 패드(12)는 연마 테이블(10) 상에 배치되어, 연마 테이블(10)과 함께 회전할 수 있다. 연마 패드(12)는 기판 처리 공정 시 연마 대상이 되는 기판(W)의 연마면과 집적 접촉할 수 있다. 여기서, 연마면은 연마 헤드(20)에 파지되는 기판(W)의 일면일 수 있다. 연마 패드(12)는 다이아몬드 휠 일 수 있다. 이 경우, 연마 패드(12)는 다이아몬드 입자를 접착시킨 니켈 플레이트를 사용하여 기판(W)의 연마면과 접촉, 회전 및 충돌함으로써 기판(W)의 연마면을 연마할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 연마 패드(12)는 폴리싱용 연마 패드일 수 있다. 폴리싱용 연마 패드는 그 표면에 부드럽거나 고운 융, 종이 부재, 폴리우레탄 재질 또는 섬유 재질이 부착되어 있는 것으로, 다이아몬드 휠과 같이 그 자체가 연마 기능을 갖는 것이 아니라 별도로 공급되는 슬러리에 의해 연마 기능을 가질 수 있다. 연마 패드(12)는 다수의 미공들이 형성되어 있을 수 있다. 연마 패드(12)의 미공들은 연마면의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리를 수용할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 연마 테이블(10)의 내부에는 연마면의 연마량 및 연마 종점을 검출하기 위한 연마 종점 검출부가 구비되어 있다. 연마 종점 검출부는 광을 발생시키는 광원과, 광을 연마면으로 반사시키기 위한 스플리터(splitter)와 연마면으로부터 반사된 광을 측정하여 연마면의 연마량 및 연마 종점을 검출하는 광 검출부를 포함할 수 있다. 한편, 연마 테이블(10)에는 광의 경로로 사용되는 슬롯(slot)이 형성될 수 있으며, 연마 패드(12)에는 광을 투과시키는 투명 윈도우가 형성될 수 있다.
연마 헤드(20)는 연마 테이블(10) 상에 배치될 수 있다. 연마 헤드(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 연마 테이블(10) 중앙부 상에 배치되거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마 테이블(10)의 일측에 치우쳐서 배치될 수 있다. 도 2의 실시예의 경우, 연마 테이블(10) 상에 복수의 연마 헤드들(20)이 제공될 수 있다. 연마 헤드(20)는 연마면이 연마 테이블(10)을 마주하도록 배치된 기판(W)을 파지할 수 있다. 연마 헤드(20)는 제 2 구동부(미도시)에서 발생한 회전력을 연마 헤드(20)에 전달하는 스핀들(21), 기판 처리 공정 시 정전기력 또는 진공에 의해 기판(W)을 직접 흡착하는 흡착부(22), 및 기판 처리 공정 시 기판(W)이 흡착부(22)에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너 링(retainer ring, 23)을 포함할 수 있다.
연마 헤드(20)는 연마 테이블(10) 상부(over)에 배치될 수 있다. 연마 헤드(20)는 기판(W)보다 큰 크기(일 예로, 직경)를 가질 수 있다. 연마 헤드(20)의 회전 방향은 연마 테이블(10)의 회전 방향과 서로 상이할 수 있다. 한편, 연마 헤드(20)의 회전 방향은 연마 테이블(10)의 회전 방향과 서로 동일할 수 있다. 흡착부(22)는 기판(W)을 연마 헤드(20)의 하부에 고정 시킬 수 있다. 일 예로, 흡착부(22)는 압력 조절 장치의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 기판(W)을 직접 흡착하거나, 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정시킬 수 있다. 기판(W)은 흡착부(22)에 의해 연마 헤드(20)에 고정되며, 기판 처리 공정 시 연마 헤드(20)와 함께 회전할 수 있다. 연마 헤드(20)는 그의 상부에 연결되는 스핀들(21)에 의해 고속으로 회전할 수 있다. 스핀들(21)은 연마 헤드(20)를 회전 시키고, 상하 구동시켜 기판(W)을 연마 패드(12) 상으로 이동시킬 수 있다. 즉, 연마 헤드(20)는 스핀들(21)의 상하 구동으로 기판(W)을 연마 패드(12)와 접촉시키고, 스핀들(21)의 회전 구동으로 기판(W)을 연마할 수 있다. 기판 처리 공정이 수행되는 동안, 연마 헤드(20)의 회전에 의해 기판(W)은 연마 테이블(10)과 독립적으로 회전될 수 있다. 이에 따라, 연마 패드(12) 상에서 슬러리가 유동하면서 기판(W)과 화학적으로 반응하는 한편 슬러리에 포함된 연마제 및 연마 패드(12)와 기판(W) 간에 기계적 마찰이 일어나 기판(W)이 연마될 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 연마 헤드(20)는 연마 패드(12)를 향하여 기판(W)을 가압하기 위한 소정의 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡착부(22) 아래에 멤브레인(membrane)을 포함하는 가압 장치가 제공될 수 있다. 가압 장치의 공기 주입에 의해 멤브레인의 체적이 증가할 수 있으며, 기판(W)의 후면을 가압할 수 있다. 이에 따라, 기판(W)은 연마 패드(12)에 강합 압력으로 접촉될 수 있으며, 연마 효과가 향상될 수 있다.
리테이너 링(23)은 연마 헤드(20)의 하부 가장자리 부위에 제공될 수 있다. 리테이너 링(23)은 기판(W)이 연마 공정 중 연마 헤드(20)를 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 리테이너 링(23)에 의해 기판(W)이 파지되는 공간이 정의될 수 있다. 평면적 관점에서 리테이너 링(23)은 연마 헤드(20)에 파지된 기판(W)을 둘러쌀 수 있다. 리테이너 링(23)은 링 형상을 가질 수 있다. 리테이너 링(23)은 기판(W)을 고정시키고, 기판(W)과 함께 연마 패드(12)에 밀착될 수 있다. 리테이너 링(23)은 연마 패드(12)의 상면에 접할 수 있다. 일 예에서, 리테이너 링(23)은 연마 패드(12)의 상면을 누르는 방향으로 압력을 받을 수 있다.
슬러리 공급부(30)는 연마 테이블(10) 상에서 연마 헤드(20)와 인접하여 제공될 수 있다. 슬러리 공급부(30)는 연마 패드(12) 상으로 연마제가 포함된 슬러리를 공급할 수 있다. 상기 슬러리는 연마 패드(12) 상에 제공되며, 연마 패드(12)와 기판(W) 사이에 들어가 기판(W)의 화학적 및 기계적 연마를 촉진시킬 수 있다. 상기 슬러리는 기판(W)의 기계적 연마를 위한 연마 입자들을 포함할 수 있다. 일 예로, 기판(W)의 연마면이 산화물을 포함하는 경우, 통상적으로 세리아(ceria) 슬러리 또는 실리카(silica) 슬러리가 사용될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 기판(W)의 표면을 평탄화하는 화학적 기계적 연마 공정을 살펴보면 다음과 같다.
기판(W)의 연마면이 연마 패드(12)와 마주보도록 기판(W)을 연마 헤드(20)에 파지시킬 수 있다. 연마 테이블(10)을 회전시켜 연마 패드(12)를 회전시킬 수 있다. 회전하는 연마 패드(12)의 상부면에 기판(W)을 밀착시킬 수 있다. 슬러리(미도시)가 슬러리 공급부(30)로부터 연마 패드(12) 상에 제공될 수 있다. 연마 테이블(10) 및 연마 헤드(20)가 회전을 할 때, 기판(W)의 연마면은 슬러리 및 연마 패드(12)와 접촉되어 화학적 및 기계적으로 연마될 수 있다.
도 4는 종래의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5는 패드 리바운드 효과를 설명하기 위한 확대도로, 도 4의 A 영역에 따른다. 도 6은 종래의 리테이너 링과 기판을 나타낸 평면도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 종래 기술에 따른 기판 처리 장치의 연마 헤드(20)가 제공될 수 있다. 연마 헤드(20)는 연마 패드(12) 상의 리테이너 링(23a)을 포함할 수 있다. 리테이너 링(23a)은 링 형상을 가질 수 있다. 리테이너 링(23a)은 연마 패드(12)의 상면에 접할 수 있다. 일 예에서, 리테이너 링(23a)은 연마 패드의 상면을 누르는 방향으로 압력을 받을 수 있다.
기판(W)이 연마 패드(12) 상에 로딩될 수 있다. 기판(W)의 하면은 연마 패드(12)의 상면과 접할 수 있다. 기판(W)의 하면은 연마의 대상이 되는 연마면일 수 있다. 기판(W)은 연마 헤드(20)에 의한 파지를 용이하게 하기 위하여 리테이너 링(23a)의 내측면으로부터 이격될 수 있다. 이에 따라, 기판(W)과 리테이너 링(23a) 사이에 갭(G)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 기판(W)의 엣지 부분(E)에서 연마 패드(12)에 굴곡이 생기는 패드 리바운드(pad rebound) 효과가 설명된다. 패드 리바운드 효과는 연마 패드(12)의 일 부분이 압력을 받아서 오목하게 변형될 경우, 연마 패드(12)의 다른 부분이 볼록하게 변형되는 효과일 수 있다. 예를 들어, 연마 패드(12)가 기판(W) 및 리테이너 링(23a)에 의해 연마 패드의 상면에 수직한 방향으로 압력을 받을 수 있다. 이때, 연마 패드(12)의 압력을 받는 부분(일 예로, 기판(W)과 리테이너 링(23a) 상의 부분)은 오목해지는 반면, 압력을 받지 않는 부분(일 예로, 기판(W)과 리테이너 링(23a) 사이에 갭(G) 상의 부분)은 볼록해질 수 있다. 즉, 연마 패드(12)의 상면에 굴곡이 형성될 수 있다. 연마 패드(12)의 굴곡은 주로 기판(W)의 엣지 부분(E), 즉 기판(W)과 리테이너 링(23a) 사이에 갭(G)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판 처리 공정 후 기판(W)의 엣지 부분(E)의 프로필이 불균일하게 될 수 있다.
종래의 기판 처리 장치는 리테이너 링(23a)과 기판(W)이 이격되어, 기판(W)의 엣지 부분(E)과 접하는 연마 패드(12)에서 패드 리바운드 효과가 발생할 수 있다. 이에 따라, 기판(W)의 엣지 부분(E)에 인접한 영역의 연마 프로필이 고르지 못할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 분해 사시도이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 동작을 설명하기 위한 도면들로, 리테이너 링을 아래에서 바라본 평면도들이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 연마 패드(12) 상에 리테이너 링(23b) 및 기판(W)이 제공될 수 있다. 리테이너 링(23b)은 기판(W)의 가장자리에서 수평적으로 이격된 링 형태를 가질 수 있다. 리테이너 링(23b) 상에 연마 헤드(20)가 제공될 수 있다. 연마 테이블(10), 연마 헤드(20), 슬러리 공급부(30) 및 기판(W)은 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
리테이너 링(23b)은 조리개(aperture) 구조를 가질 수 있다. 리테이너 링(23b)은 프레임 링(231), 구동 링(232) 및 복수의 블레이드들(233)을 가질 수 있다.
프레임 링(231)은 평면적으로 링 형상을 가질 수 있다. 프레임 링(231)의 내경은 기판(W)의 외경보다 클 수 있다. 프레임 링(231)은 그의 하면에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 회전 축들(231a)을 가질 수 있다. 예를 들어, 회전 축들(231a)은 프레임 링(231)의 하면 상으로 돌출된 축핀(shaft pin)와 같은 형상을 가질 수 있다. 회전 축들(231a)은 적어도 3개 이상 제공될 수 있다.
구동 링(232)은 평면적으로 링 형상을 가질 수 있다. 구동 링(232)의 내경은 기판(W)의 외경보다 클 수 있다. 구동 링(232)의 외경은 프레임 링(231)의 내경보다 작을 수 있다. 구동 링(232)은 프레임 링(231)과 동일한 레벨에 배치될 수 있으며, 평면적 관점에서 프레임 링(231)의 내측에 배치될 수 있다. 구동 링(232)은 외부로부터 동력을 전달받은 외부 구동 장치(일 예로, 체인, 벨트 또는 기어 등)에 의해 회전할 수 있다. 구동 링(232)은 프레임 링(231)과 독립적으로 회전될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 구동 링(232)의 내경이 프레임 링(231)의 외경보다 클 수 있으며, 평면적 관점에서 프레임 링(231)의 외측에 배치될 수도 있다. 이하, 구동 링(232)이 프레임 링(231)의 내측에 배치되는 것을 기준으로 계속 설명한다. 구동 링(232)은 그의 하면에 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치되는 구동부들(232a)을 가질 수 있다. 구동부들(232a)은 회전 축들과 동일한 수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 구동부들(232a)은 적어도 3개 이상 제공될 수 있다.
블레이드들(233)은 프레임 링(231) 및 구동 링(232) 아래에 제공될 수 있다. 블레이드들(233)은 회전 축들(231a)과 동일한 수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 블레이드들(233)은 적어도 3개 이상 제공될 수 있다. 블레이드들(233) 각각은 프레임 링(231)의 하면 및 구동 링(232)의 하면 상에서 프레임 링(231) 및 구동 링(232)의 원주 방향을 따라 배치되되, 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 블레이드들(233)은 그들의 하면 상에 홈을 가질 수 있다. 상기 홈은 기판 처리 공정 시 리테이너 링(23b)의 외측으로부터 슬러리가 주입되는 통로일 수 있다.
블레이드들(233) 각각은 프레임 링(231)과 연결되는 제 1 부분(234), 구동 링(232)과 연결되는 제 2 부분(235), 및 제 1 부분(234)과 제 2 부분(235)을 제외한 블레이드들(233)의 일단인 제 3 부분(236)을 포함할 수 있다. 블레이드들(233) 각각은 인접한 블레이드들(233)과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분(236)은 시계 방향을 따라(또는 반시계 방향을 따라) 인접한 다른 블레이드(233) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라 블레이드들(233)은 서로 이어질 수 있다. 블레이드들(233)이 연결되어 형성되는 블레이드들(233) 내측의 영역, 즉 블레이드들(233)에 의해 둘러싸이는 영역은 평면적 관점에서 닫힌(closed) 공간일 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 상기 영역을 향하는 블레이드들(233)의 측면을 내측면(233a)이라 정의하고, 상기 내측면(233a)에 대향하는 블레이드들(233)의 측면을 외측면(233b)이라 정의하고, 상기 영역을 내부 공간으로 정의한다. 블레이드들(233)은 프레임 링(231)의 원주 방향을 따라 인접한 다른 블레이드(233)와 중첩될 수 있고, 그들의 내측에 닫힌 형상의 내부 공간을 제공할 수 있다. 상기 내부 공간은 연마 헤드(20)가 기판(W)을 파지하는 동작 또는 기판(W)이 연마되는 공정 시 기판(W)이 거치되는 공간일 수 있다. 상기 내부 공간은 평면적 관점에서 실질적으로 원형일 수 있다. 이를 위하여, 블레이드들(233)의 내측면(233a)은 그의 내부를 향하여 오목한 곡면 형상을 가질 수 있다. 블레이드들(233)의 외측면(233b)은 외부를 향하여 볼록한 곡면 형상을 갖거나, 평면 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 리테이너 링(23b)은 블레이드들(233)의 동작에 따라 기판(W)의 외주면(Wa)과 접하여 기판(W)을 완전히 둘러싸거나, 기판(W)의 외주면(Wa)으로부터 이격될 수 있다. 일 예로, 리테이너 링(23b)은 블레이드들(233)의 회전에 의해 내경이 증감될 수 있다. 이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 리테이너 링의 동작을 상세히 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 블레이드들(233)의 각각은 회전 축들(231a)의 어느 하나와 연결될 수 있다. 일 예로, 블레이드들(233)은 축핀(shaft pin) 등과 같은 회전 축(231a)에 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 구동 링(232)의 회전에 의해 블레이드들(233) 각각은 회전 축들(231a)을 축으로 회전할 수 있다. 블레이드들(233)은 서로 동일한 회전 방향(일 예로, 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전할 수 있다. 제 1 부분(234)은 프레임 링(231)의 회전 축(231a)에 연결되고, 제 2 부분(235)은 구동 링(232)과 결합될 수 있다. 제 2 부분(235)과 구동 링(232)은 유동성을 갖도록 결합될 수 있다. 일 예로, 제 2 부분(235)은 가이드 홈을 가질 수 있고, 구동 링은 제 2 부분의 상기 가이드 홈에 삽입되어 상기 가이드 홈을 따라 이동하는 가이드 핀과 같은 구동부(232a)를 가질 수 있다. 그러나, 제 2 부분(235)이 구동 링(232)과 연결되는 방법은 이에 한정되지 않으며, 제 2 부분(235)은 다양한 방법으로 구동 링(232)에 결합될 수 있다. 구동 링(232)이 회전함에 따라, 구동부(232a)는 상기 가이드 홈을 따라 이동하며 제 2 부분(235)을 일 방향으로 밀 수 있으며, 블레이드들(233) 각각은 제 1 부분(234)이 결합된 회전 축(231a)을 축으로 회전할 수 있다. 이때, 블레이드들(233)의 회전에 의해 제 3 부분(236)은 상기 내부 공간의 중심을 향하여 이동하거나, 상기 내부 공간의 외측을 향하여 이동될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 블레이드들(233)의 회전에 의해 제 3 부분들(236)이 상기 내부 공간의 외측으로 이동될 수 있다. 이때, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분들(236)은 인접한 다른 블레이드(233) 상으로 이동할 수 있다. 상기 동작에 의해 상기 내부 공간이 넓어질 수 있다. 이 경우, 리테이너 링(23b)의 블레이드들(233)은 기판(W)의 외주면(Wa)과 이격될 수 있다. 이에 따라, 리테이너 링(23b)과 기판(W) 사이에 여유 공간이 있을 수 있으며, 연마 헤드(20)가 기판(W)을 파지하기 용이할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 기판(W)이 연마 헤드(20)의 흡착부(22)에 파지된 후, 블레이드들(233)의 회전에 의해 제 3 부분들(236)이 상기 내부 공간의 중심을 향해 이동할 수 있다. 이때, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분들(236)은 인접한 다른 블레이드(233) 상에서 상기 내부 공간을 향하여 이동할 수 있다. 블레이드들(233)의 회전은 제 3 부분들(236)의 내측면(233a)이 기판(W)의 외주면(Wa)과 접할 때까지 수행될 수 있다. 상기 동작에 의해 상기 내부 공간이 좁아질 수 있다. 이 경우, 리테이너 링(23b)의 블레이드들(233)은 기판(W)의 외주면(Wa)과 밀착될 수 있다. 이에 따라, 리테이너 링(23b)과 기판(W) 사이에 여유 공간이 없거나 최소화될 수 있으며, 기판 처리 공정 시 기판(W)과 리테이너 링(23b) 사이에서 발생하는 패드 리바운드 효과가 최소화될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 리테이너 링(23b)을 이용한 기판 처리 장치는 기판 처리 공정 시 기판(W)의 엣지에 인접한 영역의 연마 프로필이 일정할 수 있으며, 연마 공정의 공정 산포가 향상될 수 있다.
또한, 블레이드들(233)의 회전은 제 3 부분들(236)의 내측면(233a)이 기판(W)의 외주면(Wa)과 접할 때까지 연속적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 기판(W)의 크기가 크거나 작은 경우 모두에서, 블레이드들(233)은 기판(W)의 외주면(Wa)과 밀착될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 리테이너 링(23b)은 기판(W)의 크기에 무관하게 기판(W)의 외주면(Wa)과 밀착될 수 있으며, 기판 처리 공정 시 기판(W)과 리테이너 링(23b) 사이에서 발생하는 패드 리바운드 효과가 최소화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 블레이드들(233)이 중첩되도록 배치됨에 따라 블레이드들(233)의 형상에 제약이 적을 수 있다. 블레이드들(233)의 내측면(233a)의 형상(예를 들어, 곡률 등)을 기판(W)에 형상에 맞추어 자유롭게 형성할 수 있으며, 리테이너 링(23b)이 기판(W)의 외주면(Wa)과 용이하게 밀착될 수 있다. 더하여, 블레이드들(233)이 중첩되도록 배치됨에 따라 리테이너 링(23b)의 폭(여기서, 폭은 리테이너 링(23b)의 외주면과 내주면 사이의 거리를 의미한다.)이 적을 수 있다.
도 7 내지 도 10에서는 블레이드들(233)이 8개가 제공되는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 블레이드들(233)의 수가 증가할수록 블레이드들(233)에 의해 둘러싸이는 상기 내부 공간은 평면적 관점에서 원형에 가까워질 수 있다. 이에 따라, 블레이드들(233)이 기판(W)의 외주면(Wa)과 더욱 밀착할 수 있다. 더하여, 블레이드들(233)의 수가 증가할수록 블레이드들(233)의 크기는 작을 수 있으며, 이에 따라 리테이너 링(23b)의 폭이 작을 수 있다.
도 7 및 도 8을 계속 참조하여, 리테이너 링(23b)은 연마 헤드(20)에 탈부착될 수 있다. 예를 들어, 프레임 링(231)은 자성을 갖는 물질로 구성될 수 있으며, 금속 물질을 포함하는 연마 헤드(20)의 일부분에 탈부착될 수 있다. 이와는 다르게, 리테이너 링(23b)은 프레임 링(231) 상에 결착부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 결착부(미도시)는 자성 물질로 구성되어 연마 헤드(20)에 탈부착되거나, 또는 연마 헤드(20)의 피결착부(미도시)에 물리적으로 결착될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 조리개 구조를 설명하였으나, 본 발명의 리테이너 링의 구조는 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 리테이너 링의 동작을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 11 및 도 12를 참조하여, 블레이드들(233)은 서로 중첩되지 않고, 프레임 링(231) 및 구동 링(232)의 원주 방향을 따라 나란히 배치될 수 있다. 이때, 블레이드들(233) 각각의 외측면(233b)은 인접한 다른 블레이드(233)의 내측면(233a)에 접할 수 있다. 예를 들어, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분(236)의 일단은 인접한 다른 블레이드(233)의 내측면(233a)과 접할 수 있다. 블레이드들(233)이 나란히 배치됨에 따라 블레이드들(233)은 동일한 레벨에 형성될 수 있으며, 그의 바닥면은 실질적으로 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 이에 따라, 블레이드들(233)이 연마 패드(12)와 밀착될 수 있으며, 리테이너 링(23c)과 연마 패드(12)의 이격에 의해 발생하는 패드 리바운드 효과가 최소화될 수 있다.
블레이드들(233)의 회전 시, 블레이드들(233) 각각은 인접한 블레이드(233)의 내측면을 따라 움직일 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 블레이드들(233)의 회전에 의해 제 3 부분들(236)이 내부 공간의 외측으로 이동될 수 있다. 이때, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분들(236)은 인접한 다른 블레이드(233)의 내측면(233a)을 따라 상기 내부 공간의 외측으로 이동할 수 있다. 상기 동작에 의해 상기 내부 공간이 넓어질 수 있다. 또는, 도 12에 도시된 바와 같이, 블레이드들(233)의 회전에 의해 제 3 부분들(236)이 상기 내부 공간의 중심을 향해 이동할 수 있다. 이때, 블레이드들(233) 각각의 제 3 부분들(236)은 인접한 다른 블레이드(233)의 내측면(233a)을 따라 상기 내부 공간을 향하여 이동할 수 있다. 상기 동작에 의해 상기 내부 공간이 좁아질 수 있으며, 리테이너 링(23c)의 블레이드들(233)은 기판(W)의 외주면(Wa)과 밀착될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 연마 테이블 12: 연마 패드
20: 연마 헤드 23: 리테이너링
231: 프레임 링 232: 구동 링
233: 블레이드

Claims (10)

  1. 연마 패드;
    상기 연마 패드 상에 놓여지는 기판을 누르는 연마 헤드; 및
    상기 연마 헤드의 측면을 둘러싸는 리테이너 링을 포함하되,
    상기 리테이너 링은 원주 방향을 따라 배열되는 다수의 블레이드들을 포함하고,
    상기 블레이드들의 회전에 의해 상기 리테이너 링의 내경이 증감되는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드들 각각은 상기 리테이너 링에 제공되는 상기 프레임 링에 결합되되, 회전에 의해 상기 블레이드들 각각의 일단이 상기 프레임 링의 원주 내측으로 이동하여 상기 기판의 외주면에 밀착되고,
    상기 블레이드들 각각은 상기 리테이너 링에 제공되어 상기 프레임 링의 내측에 위치하는 구동 링에 결합되되, 상기 구동 링에 의해 동일한 방향으로 회전되는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 블레이드들은 상기 연마 패드에 접하고,
    상기 프레임 링 및 상기 구동 링은 상기 블레이드들 상에 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드들 각각은 그의 일단이 인접한 다른 블레이드 상에 배치되도록 상기 인접한 다른 블레이드와 중첩되고,
    상기 블레이드들에 둘러싸이는 공간에 배치되는 상기 기판이 배치되는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드들 각각은 평면적으로 상기 블레이드들에 둘러싸이는 공간을 향하고 오목한 곡면 형상의 내측면을 갖되,
    상기 블레이드들의 어느 하나는 인접한 다른 블레이드의 상기 내측면에 접하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리테이너 링은 상기 연마 헤드에 자성을 이용하여 탈부착되는 기판 처리 장치.

  7. 프레임 링;
    상기 프레임 링의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배열된 회전축들을 중심으로 회전하도록 상기 프레임 링에 결합되는 블레이드들; 및
    상기 블레이드들을 회전시키는 구동 링을 포함하되,
    상기 블레이드들은 인접한 다른 블레이드와 접하며, 상기 블레이드들에 둘러싸이는 내부 공간에 기판이 로딩되는 기판 처리 장치용 리테이너 링.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 링의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배열되는 구동축들 각각은 상기 회전축들과 이격된 상기 블레이드들의 다른 일부에 연결되어 상기 블레이드들을 회전시키는 기판 처리 장치용 리테이너 링.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 링과 상기 프레임 링은 상기 블레이드들의 상면 상에 제공되고, 상기 구동 링은 상기 프레임 링의 내경보다 내측에 제공되는 기판 처리 장치용 리테이너 링.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 블레이드들 각각은 오목한 곡면 형상의 내측면을 갖되,
    평면적 관점에서 상기 블레이드들의 내측면에 의해 둘러싸이는 상기 내부 공간은 닫힌(closed) 공간인 기판 처리 장치용 리테이너 링.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022066362A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Applied Materials, Inc. Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve cmp performance
WO2023233681A1 (ja) * 2022-06-02 2023-12-07 ミクロ技研株式会社 研磨ヘッド及び研磨処理装置

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