KR20200138871A - 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 - Google Patents

기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 Download PDF

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KR20200138871A
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신인철
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Abstract

본 발명은 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 관한 것으로, 상부 리테이너와 하부 리테이너 링 중 어느 하나에 형성된 요홈과 다른 하나에 형성된 끼움 돌기의 간섭에 의해, 연마 공정 중에 하부 리테이너 링에 작용하는 원주 방향 및 반경 방향으로의 전단력에도 상부 리테이너와 안정적인 결합상태를 유지하고 접착력이 저하된 상태에서 국부적인 휨 변형의 발생을 억제하여, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈을 보다 확실하게 방지하는 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.

Description

기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 {RETAINER RING OF CARRIER HEAD FOR SUBSTRATE POLISHING APPARATUS}
본 발명은 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연마 공정 중에 마찰력에 의해 발생되는 미세한 휨 변형을 억제하여 작은 가압력으로도 기판의 이탈을 억제하는 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 연마 정반의 상면에 입혀진 연마 패드(11)가 일 방향으로 회전(11d)하는 상태에서 캐리어 헤드(20)는 하측에 웨이퍼(W)를 위치시키고 연마 패드(11)의 표면으로 연마면을 가압하면서 일방향(20d)으로 회전하면서, 웨이퍼(W)의 연마면을 연마시킨다.
이 때, 연마 패드(11)의 표면에는 슬러리 공급부(30)의 공급관(32)을 통해 슬러리가 공급되며, 연마 패드(11)의 표면에 공급된 슬러리는 연마 패드(11)의 자전(11d)에 따라 도면부호 30d로 표시된 방향으로 퍼지면서 캐리어 헤드(20)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)로 유입되어, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정을 행한다.
화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드(11)는 사용 시간이 경과함에 따라 표면 상태가 슬러리를 퍼지게 하는 작용이 저하되므로, 컨디셔닝 디스크(40)를 자전(40d)시키면서 아암(41)이 소정의 범위로 왕복 선회 운동을 행하여, 연마 패드(11)의 표면을 개질한다.
한편, 캐리어 헤드(20)는 도2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 판면에 밀착하여 가압하는 멤브레인(21)과, 멤브레인(21)이 고정되어 멤브레인(21)과의 사잇 공간에 압력 챔버를 형성하는 본체부(22)와, 멤브레인(21)의 바닥판으로부터 반경 바깥으로 이격되어 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(23)으로 구성된다. 여기서, 본체부(22)는 외부로부터 전달되는 회전 구동력에 의하여 일체로 회전하는 구성 요소를 통칭한다.
리테이너 링(23)은 본체부(22)와 함께 회전하면서 멤브레인(21)의 하측에 위치한 기판(W)이 연마 공정 중에 이탈하는 것을 방지한다. 리테이너 링(23)은 본체부(22)에 일체로 고정된 상태로 설치될 수도 있고, 도2에 도시된 바와 같이 리테이너 링(23)의 상측에 리테이너 챔버(23z)가 구비되어 리테이너 챔버(23z)의 압력에 따라 상하 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 어느 형태이든지, 연마 공정 중에 리테이너 링(23)의 저면(23s)은 연마 패드(11)에 밀착된 상태를 유지하여, 연마 공정 중에 자전하고 동시에 회전하는 연마 패드(11)와 접촉함에 따라 이탈하려는 힘을 지속적으로 받는 기판이 캐리어 헤드(20)의 하측에 유지되도록 한다.
리테이너 링(23)은 연마 공정이 진행될 수록 마모가 이루어지는 하부 리테이너 링(23a)과, 하부 리테이너링(23a)을 고정하는 상부 리테이너(23b)로 이루어진다. 하부 리테이너링(23a)은 상부 리테이너(23b)에 접착제(23x)로 접착되어 일체로 되며, 상호간의 접합력을 높이기 위해 대향하는 표면의 일부에 요철면(88)을 형성하여, 하부 리테이너링(23a)과 상부 리테이너(23b)의 사이에서 경화된 접착제(23x)에 의한 결합 상태를 보다 견고히 한다.
그러나, 연마 공정 중에는 하부 리테이너 링(23a)이 연마 패드(11)에 접촉하면서 하방으로 가압되는 상태로 유지되고, 이에 따라 회전하는 연마 패드(11)와의 마찰력이 크게 작용하는 상태로 유지된다. 이와 동시에, 리테이너 링(23a)은 캐리어 헤드(20)의 본체부(22)와 함께 회전하므로, 연마 공정 중에 리테이너 링(23a)의 저면과 연마 패드(11) 사이에 작용하는 마찰력(F)이 보다 더 커지며, 이로 인하여, 상부 리테이너(23b)와 하부 리테이너 링(23a)의 결합 상태가 불안정해지는 문제가 야기된다.
즉, 하부 리테이너 링(23a)은 연마 패드(11)와의 마찰에 의하여 반경 방향으로 전단력이 작용할 뿐만 아니라, 캐리어 헤드(20)의 자전(20d)에 의해 하부 리테이너 링(23a)은 상부 리테이너(23b)에 대하여 원주 방향으로도 전단력이 작용하므로, 반경 방향과 원주 방향으로 작용하는 전단력에도 하부 리테이너 링(23a)을 상부 리테이너(23b)에 안정적으로 결합상태를 유지하는 필요성이 크게 요구된다.
또한, 상부 리테이너(23b)는 강성이 높은 금속 재질로 형성되고, 하부 리테이너 링(23a)은 마찰에 따른 마모가 허용되는 플라스틱, 수지 재질로 형성된다. 이에 따라, 하부 리테이너 링(23a)은 연마 패드(11)와의 마찰력(F)에 의하여 전단 방향으로의 힘에 저항하는 강성이 낮아 국부적으로 휨 변형이 발생되면, 연마 패드(11)를 가압하는 접촉면이 불안정하여 기판(W)을 캐리어 헤드(20)의 하측으로부터 기판의 이탈을 방지하는 작용을 보장하기 어려워지는 문제도 발생된다.
본 발명은 연마 공정 중에 하부 리테이너 링에 작용하는 원주 방향 및 반경 방향으로의 전단력에도 상부 리테이너와 안정적인 결합상태를 유지하는 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마 공정 중에 리테이너 링에 작용하는 전단력에 의한 미세한 변형에 의해 리테이너 링이 연마 패드로부터 국부적으로 들뜨는 것을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 연마 공정 중에 기판이 캐리어 헤드의 하측으로부터 이탈하지 아니하고 안정적인 연마를 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 캐리어 헤드의 가장자리 부분에 배치되고 금속재로 형성되며, 원주 방향을 따라 서로 이격된 다수의 요홈이 저면에 형성된 상부 리테이너와; 상기 요홈에 삽입되는 끼움 돌기가 상면에 형성된 링 형상으로 형성되고, 상기 요홈에 삽입된 상태로 상기 상부 리테이너 링에 일체 결합되며, 상기 기판의 연마 공정 중에 연마 패드에 저면이 접촉하여 연마 시간의 경과에 따라 마모되는 재질로 형성된 하부 리테이너 링을; 포함하여 구성된 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상부 리테이너에 형성된 요홈과 하부 리테이너 링에 형성된 끼움 돌기의 간섭에 의해, 연마 공정 중에 하부 리테이너 링에 작용하는 원주 방향 및 반경 방향으로의 전단력에도 상부 리테이너와 안정적인 결합상태를 유지하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상부 리테이너와 하부 리테이너 링에 계단 형태의 단면을 구비하여 반경 방향으로의 전단력에 견디는 효과를 향상시킬 수 있다.
무엇보다도, 상부 리테이너와 하부 리테이너 링의 끼움 돌기의 형상을 서로 다른 단면이 결합된 형태로 형성됨에 따라, 각각의 끼움 돌기가 형성된 위치에서 끼움돌기와 요홈의 맞물림에 의해 원주 방향과 반경 방향으로 모두 구속됨에 따라, 연마 패드와의 마찰력이 작용하더라도 국부적인 휨 변형의 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 리테이너 링의 저면이 항상 연마패드에 균일하게 접촉한 상태로 유지되어, 연마 공정 중에 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈을 확실하게 방지하는 효과를 보장할 수 있다.
도1은 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도2는 도1의 캐리어 헤드의 반단면도,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 구비된 캐리어 헤드의 반단면도,
도5는 도4의 'B'부분의 확대도,
도6은 도4의 하부 리테이너링의 사시도,
도7은 도6의 'C'부분의 확대도,
도8a는 도6의 평면도,
도8b 및 도8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리테이너 링의 하부 리테이너 링의 평면도,
도9는 연마 공정 중에 리테이너 링의 작용 설명을 위한 도4의 리테이너 링의 저면도,
도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리테이너 링의 하부 리테이너링의 평면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(100)은 기판의 연마 공정 중에 기판을 하측에 위치시키는 캐리어 헤드(20)에 링 형태로 장착되어 연마 공정 중에 연마 패드(11)에 밀착된 상태를 유지하면서, 리테이너 링(100)에 둘러싸인 기판(W)의 이탈을 억제한다.
도4에 도시된 캐리어 헤드(20)는 본 발명에 따른 리테이너 링(100)이 적용될 수 있는 구성의 일례를 예시적으로 도시한 것이며, 다른 형태의 캐리어 헤드에도 적용될 수 있다. 즉, 도4에는 리테이너 챔버(23z)가 구비되어 리테이너 링(100)을 본체부(22)에 대하여 상하 방향(100d)으로 이동 가능하게 구성되어 있지만, 본 발명에 따른 리테이너 링은 리테이너 챔버가 구비되지 아니하고 캐리어 헤드의 본체부(22)와 일체로 구성될 수도 있다. 그 밖에, 본 발명에 따른 리테이너 링(100)은 다양한 구조와 형태의 캐리어 헤드에 장착될 수 있다.
상기 리테이너 링(100)은, 캐리어 헤드(20)의 가장자리 부분에 원주 방향을 따라 배치되고 금속재로 형성된 상부 리테이너(110)와, 상부 리테이너(110)에 결합되고 기판의 연마 공정 중에 연마 패드(11)에 저면(110s)이 접촉하여 연마 공정의 경과에 따라 마모되는 재질로 형성된 하부 리테이너 링(120)으로 이루어진다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링(100)은, 캐리어 헤드(20)의 가장자리 부분에 배치되고 금속재로 형성된 상부 리테이너(110)와, 기판의 연마 공정 중에 연마 패드(11)에 저면이 접촉하여 연마 시간의 경과에 따라 마모되는 재질로 형성되고 상부 리테이너과 일체 결합된 하부 리테이너 링(120)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너링(120) 중 어느 하나에는 요홈이 형성되고, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너링(120) 중 다른 하나에는 상기 요홈에 삽입되는 끼움 돌기가 돌출 형성되어, 끼움 돌기가 요홈에 삽입된 상태로 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너링(120)이 상호 결합된다.
상부 리테이너(110)는, 캐리어 헤드(20)의 본체부(22)에 일체로 고정되게 설치될 수도 있고, 리테이너 챔버(23z)의 하측에 위치하여 본체부(22)에 대하여 상하 이동(100d) 가능하게 설치될 수도 있다.
상부 리테이너(110)는 링 형태로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 아니하며, 링 형태의 하부 리테이너링(120)을 원주 방향을 따라 연속하거나 이격되게 결합할 수 있는 형태면 충분하다. 상부 리테이너(110)는 높은 강성을 갖는 금속재로 형성되며, 예를 들어, 강재나 스텐레스 소재로 형성될 수 있다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 상부 리테이너(110)는 연마패드(11)의 표면으로부터 상방향으로 제1거리(h1)만큼 이격된 제a표면(110Sa)이 저면으로 형성되고, 제1거리(h1)보다 짧은 제2거리(h2)만큼 이격된 제b표면(110Sb)이 저면으로 형성된다. 즉, 상부 리테이너(110)의 저면은 제a표면(110Sa)과 제b표면(110Sb)에 의해 반경 방향으로 계단 형태의 단면을 형성한다. 이를 통해, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너 링(120)이 서로 결합된 상태에서 반경 방향으로의 저항 능력을 높일 수 있다.
여기서, 제a표면(110Sa)과 제b표면(110Sb)이 링 형태로 형성되어 원주 방향 전체에 대하여 계단 형태의 단면을 형성할 수도 있지만, 서로 이격된 원호 형태로 형성되어 계단 형태의 단면을 원주 방향을 따라 이격되게 다수 배치되게 형성할 수도 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 제a표면(110Sa)은 제b표면(110Sb)에 비하여 반경 바깥 방향에 배치될 수 있으며, 도10에 도시된 하부 리테이너 링(220)과 결합되는 경우에는 제a표면이 제b표면에 비하여 반경 내측 방향에 배치될 수도 있다.
상기 제1표면(120S1), 제2표면(120S2), 제a표면(110Sa) 및 제b표면(Sb)은 연마 패드(11)에 평행한 수평면으로 형성되는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 국한되지 아니하며, 제1표면(120S1)과 제a표면(110Sa), 제2표면(120S2)과 제b표면(Sb)이 맞닿는 다양한 표면으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경사면으로 형성될 수도 있으며, 서로 맞닿는 곡면으로 형성될 수도 있다.
상기 하부 리테이너 링(120)은, 상부 리테이너(110)과 대향하는 표면에 접착제로 접착되어 상부 리테이너(110)와 일체로 결합되며, 연마 공정 중에 저면(120s)이 링 형태로 연마 패드(11)에 접촉한 상태로 유지된다. 여기서, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너링(120)의 대향면은 울퉁불퉁한 요철면으로 형성되어, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너링(120) 사이에서 경화되는 접착제의 접촉면적이 증대되어, 이들(110, 120)간의 결합 강도를 향상시킨다.
상부 리테이너(110)는 링 형태로 형성되지 않을 수도 있지만, 이에 결합되는 하부 리테이너 링(120)은 적어도 저면(120s)이 링 형태로 형성된다. 연마 공정 중에 하부 리테이너 링(120)은 연마 패드(11)에 밀착한 상태로 유지되므로, 연마 공정이 반복될 때마다 조금씩 마모되는 플라스틱, 수지 등의 재질로 이루어지며, 예를 들어, PEEK 소재로 형성될 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 하부 리테이너 링(120)은 상부 리테이너(110)의 제a표면(110Sa)에 대향하는 제1표면(120S1)이 제1거리(h1)만큼 저면(120s)으로부터 이격된 위치에 형성되고, 상부 리테이너(110)의 제b표면(110Sb)에 대향하는 제2표면(120S2)이 제2거리(h1)만큼 저면(120s)으로부터 이격된 위치에 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1표면(120S1)과 제2표면(120S2)은 모두 링 형태로 형성될 수 있으며, 도면에 도시되지 않았지만 제1표면(120S1)과 제2표면(120S2) 중 어느 하나 이상은 원주 방향을 따라 다수 이격된 원호 형상으로 배치되어 반경 방향으로 계단 형태의 단면을 일부 구간에서만 형성할 수도 있다. 바람직하게는, 제1표면(120S1)과 제2표면(120S2)이 모두 링 형태로 형성될 수 있으며, 제1표면(120S1)과 제2표면(120S2) 중 어느 하나만 링 형태로 형성될 수도 있다.
도면에 모두 도시되지는 않았지만, 하부 리테이너 링(120)의 제1표면(120S1)은 상부 리테이너(110)의 제a표면(120Sa)에 대향하고, 하부 리테이너 링(120)의 제2표면(120S2)은 상부 리테이너(110)의 제b표면(120Sb)에 대향하며, 하부 리테이너링(120)의 제1표면(120S1)과 제2표면(120S2)에 의해 형성되는 반경 방향으로의 계단 형태의 단면 형상은 상부 리테이너(110)의 제a표면(120Sa)과 제b표면(120Sb)에 의해 형성되는 반경 방향으로의 계단 형태의 단면 형상과 일부 이상의 구간에 걸쳐 맞물리는 형상을 갖는다.
하부 리테이너 링(120)의 제2표면(120S2)에는 끼움 돌기(122)가 상방으로 돌출되어 원주 방향으로 이격되게 다수 배치된다. 그리고, 하부 리테이너링(120)의 제2표면(120S2)과 대향하는 상부 리테이너(110)의 제b표면의 저면에는, 끼움 돌기(122)의 형상대로 요입 형성된 요홈(112)이 원주 방향으로 이격되게 배치된다. 하부 리테이너링(120)의 끼움 돌기(122)는 상부 리테이너(110)의 요홈(112)에 끼워진 상태로 상호 결합된다.
이에 따라, 연마 공정 중에 캐리어 헤드(20)가 고속으로 자전함에 따라, 연마 공정 중에 리테이너 링(100)에 작용하는 원주 방향으로의 전단력이 크게 작용하지만, 하부 리테이너링(120)이 접착제에 의한 접착력만으로 상부 리테이너(110)와 결합 상태를 유지하지 아니하고, 상부 리테이너(110)의 요홈(112)과 하부 리테이너링(120)의 끼움 돌기(122)의 맞물림에 의한 물리적 간섭으로 원주 방향으로의 전단력에 저항하므로, 하부 리테이너 링(120)이 상부 리테이너(110)에 대하여 미세한 변위가 발생되지 아니한 상태로 견고하게 결합 상태를 유지할 수 있다.
또한, 하부 리테이너 링(120)은 상부 리테이너(110)와 접착제에 의해 결합되는 데, 끼움 돌기(122)와 요홈(112)에 의해 접착제에 의한 결합 면적이 보다 더 증대하여, 하부 리테이너 링(120)의 상부 리테이너(110)에 대한 결합 능력이 보다 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너 링(120)의 결합을 견고하게 하는 끼움 돌기는 반경 방향을 따라 균일하거나 원형 또는 타원형과 같은 단면으로 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는, 도7에 도시된 바와 같이, 끼움 돌기(122)는 작은 제1단면(A1)과, 보다 큰 단면의 제2단면(A2)이 반경 방향으로 서로 결합된 형태의 단면으로 돌출 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1단면(A1)은 직사각형 형태로 형성될 수 있으며, 제2단면(A2)은 제1단면(A1)의 일변의 길이보다 더 큰 직경을 갖는 원형 또는 타원형으로 형성되어 전체적으로 나무 모양과 같은 형상으로 돌출될 수 있다. 이와 같이, 제2단면(A2)이 곡면으로 형성됨에 따라, 상부 리테이너(110)에 대해 하부 리테이너링(120)의 위치를 구속하는 끼움 돌기(122)에 작용하는 응력의 집중을 완화시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 요홈(112)은 끼움 돌기(122)의 윤곽을 그대로 수용하는 형태로서, 끼움돌기(122)의 제1단면(A1)과 제2단면(A2)의 사이 경계 윤곽이 형성된 형태로 요입 형성된다. 예를 들어, 요홈(112)은 끼움 돌기(122)의 단면과 동일한 형상이면서 수용 가능한 크기로 형성될 수 있으며, 직사각형 형태의 제1단면과 원형이나 타원형 형태의 제2단면이 결합된 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 끼움 돌기(122)가 요홈(112)에 삽입된 상태로 상부 리테이너(110)에 하부 리테이너링(120)이 결합되면, 하부 리테이너 링(120)은 끼움 돌기(122)와 요홈(112)의 간섭에 의해서도 상부 리테이너(110)에 대하여 반경 방향으로의 변위가 구속된 상태가 된다.
한편, 도9를 참조하면, 연마 공정 중에 리테이너 링(100)의 하부 리테이너 링(120)이 연마 패드(11)에 대하여 반경 방향 성분을 갖는 방향으로의 마찰력(F)이 작용하면, 도면부호 23P로 표시된 가상선 형태로 미세한 휨 변형(이해를 돕기 위해 도면에는 과장되게 표시되어 있음)이 발생될 수 있다. 이는, 하부 리테이너 링(120)이 상부 리테이너(110)에 결합된 초기에는 접착력에 의해 휨 변형이 발생하지 않지만, 연마 공정을 반복하면서 작용하는 전단력에 의해 접착력의 강도가 완화되면서, 접착면이 와해된 부분에서부터 하부 리테이너 링(120)은 상부 리테이너(110)에 대하여 휨 변형이 국부적으로 발생된다. 이와 같이 하부 리테이너 링(120)이 상부 리테이너(110)에 대하여 국부적인 휨 변형이 발생되면, 하부 리테이너 링(120)의 저면(120s)은 연마 패드(11)에 전부 밀착된 상태로 유지되지 못하며, 국부적으로 연마 패드(11)로부터 들뜨는 현상이 발생되면서, 캐리어 헤드(20)의 하측에 위치한 기판(w)의 이탈 가능성이 높아지는 문제를 야기하게 된다.
다시 말하면, 상부 리테이너(120)와 하부 리테이너 링(110)의 사이에 반경 방향으로 계단 형태의 단면이 형성되어 있더라도, 보다 높은 제2표면(120S2)이 제1표면(120S1)에 비하여 반경 내측에 배치되는 등의 경우에는, 접착제의 접착력이 완화된 상태에서는, 마찰력(F)의 작용 방향에 대해 하부 리테이너링(120)의 휨 변형이 허용되며, 이로 인해 하부 리테이너 링(120)의 연마 패드로의 밀착 상태를 일정하게 유지하는 것을 제한한다.
그러나, 본 발명은 서로 다른 크기의 단면(A1, A2)이 반경 방향으로 연속하는 단면 형상의 끼움 돌기(122A, 122B, 122C, 122D; 122)가 원주 방향을 따라 이격되게 다수 배치되고, 끼움 돌기(122)를 수용하는 요홈에 제1단면(A1)과 제2단면(A2)의 경계 윤곽을 그대로 형성하여 요홈에 의해 끼움 돌기(122)의 경계가 그 모양대로 수용됨에 따라, 직사각형 형태의 제1단면(A1)과 원형 또는 타원 형태의 제2단면(A2)의 경계 윤곽에서의 물리적 간섭에 의해, 마찰력(F)의 작용에도 불구하고, 하부 리테이너링(120)은 상부 리테이너(110)에 대해 각각의 끼움돌기 위치에서 변위 구속되어 미세한 휨 변형이 발생되지 않는다.
이를 위하여, 끼움 돌기(122)와 요홈(112)의 결합은 원주 방향을 따라 적어도 3개 이상 120도 이하의 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도8a에 도시된 하부 리테이너링(120)에는 끼움돌기(122)가 90도 간격을 두고 4개 배치될 수도 있으며, 도8b에 도시된 다른 실시예에서의 하부 리테이너링(120)은 끼움돌기(122)가 45도 간격을 두고 8개 배치될 수도 있다. 이를 통해, 끼움 돌기가 배치된 부분에서는 하부 리테이너 링(120)의 변형이 억제됨으로써, 링 형태의 하부 리테이너 링(120)의 국부적인 휨 변형을 줄여, 연마 패드로부터 들뜨지 않게 할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명은 끼움 돌기(122)와 요홈(112)이 배치된 위치에서 상부 리테이너(110)와 하부 리테이너 링(120)이 상호 간에 반경 방향으로의 변위가 구속되므로, 연마 패드(11)와의 마찰에 의해 마찰력이 하부 리테이너링(120)을 밀어내더라도, 하부 리테이너링(120)의 변형이 끼움 돌기(122)와 요홈(112)의 위치에서 일정하게 유지되어 변형이 억제되면서, 하부 리테이너 링(120)이 국부적으로 연마 패드(11)로부터 멀어지는 상방으로 들뜨는 변위가 발생되지 않게 유지할 수 있다.
도면중 미설명 부호인 127은 리테이너 링의 저면에 형성된 슬러리가 유입되는 홈을 표시한 것이다.
한편, 상기 요홈과 상기 끼움 돌기는 캐리어 헤드(20)의 원주 방향을 따라 3개 이상 형성되고, 끼움 돌기들 또는 요홈들 중에 어느 2개가 이루는 각도는 180도 이하로 정해지는 것이 바람직하다. 이를 통해, 원주 방향에 걸쳐 끼움 돌기와 요홈이 분산 배치되어 상부 리테이너와 하부 리테이너 링의 접착 상태를 장시간 동안 유지시키며, 접착력이 저하된 상태에서도 국부적인 휨 변형의 발생을 억제할 수있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도8c에 도시된 바와 같이, 하부 리테이너 링(120")이 상부 리테이너(110)에 반경 방향으로 계단형 단면을 이루면서 결합하되, 끼움 돌기(122)들 중에 2개의 배치를 180도를 넘어서 배치할 수도 있다. 이는, 도8a 및 도8b의 구성에 비해 열등한 구성이지만, 도8c의 구성에 의하더라도, 끼움 돌기(122)의 제1단면(A1)과 제2단면(A2)의 경계 윤곽이 요홈에 의해 그대로 수용되어, 끼움 돌기(122)와 요홈(112)의 맞물림에 의해 끼움 돌기(122)가 배치된 곳에서 반경 방향으로의 변위를 억제할 수도 있다.
도면에 예시된 실시예에는 끼움 돌기(122)가 하부 리테이너 링(120)에 형성되고, 요홈(112)이 상부 리테이너(110)에 형성된 구성이 예시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 끼움 돌기가 상부 리테이너에 형성되고 끼움 돌기를 수용하는 요홈이 하부 리테이너링에 형성될 수도 있다. 즉, 끼움 돌기는 하부 리테이너링(120)의 제2표면과 상부 리테이너(110)의 제b표면 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 끼움 돌기의 일부는 상부 리테이너에 형성되고 끼움 돌기의 다른 일부는 하부 리테이너 링에 형성될 수 있으며, 이들 끼움 돌기를 수용하는 요홈도 역시 각각 상부 리테이너와 하부 리테이너링에 형성될 수 있다.
한편, 도8a에 도시된 실시예에서는, 하부 리테이너 링(120)의 제1표면(120S1)이 제2표면(120S2)에 비하여 반경 외측에 배치되고, 이에 따라 상부 리테이너(110)의 제a표면(110Sa)이 제b표면(120Sb)에 비하여 반경 외측에 배치도록 구성되지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도10에 도시된 바와 같이, 하부 리테이너 링(220)의 제1표면(220S1)이 제2표면(220S2)에 비하여 반경 내측에 배치되고, 이에 따라 제1표면(220S)에 대향하는 상부 리테이너(미도시)의 제a표면이 제2표면(220S2)에 대향하는 상부 리테이너(미도시)의 제b표면(120Sb)에 비하여 반경 내측에 배치도록 구성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
20: 캐리어 헤드 100: 리테이너 링
110: 상부 리테이너 112: 요홈
120, 220: 하부 리테이너 링 122: 끼움 돌기

Claims (12)

  1. 기판의 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링으로서,
    상기 캐리어 헤드의 가장자리 부분에 배치되고 금속재로 형성된 상부 리테이너와;
    상기 기판의 연마 공정 중에 연마 패드에 저면이 접촉하여 연마 시간의 경과에 따라 마모되는 재질로 형성되고, 상기 상부 리테이너과 일체 결합된 하부 리테이너 링을;
    포함하고, 상기 상부 리테이너와 상기 하부 리테이너링 중 어느 하나에는 요홈이 형성되고, 상기 상부 리테이너와 상기 하부 리테이너링 중 다른 하나에는 상기 요홈에 삽입되는 끼움 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 끼움 돌기와 상기 요홈은 원주 방향을 따라 다수 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 리테이너의 상면은 제1높이의 제1표면과, 제1높이에 비하여 더 낮은 제2표면을 포함하여 반경 방향으로 계단 형태의 단면을 포함하고,
    상기 상부 리테이너는 상기 제1표면과 대향하는 제a표면과 상기 제2표면과 대향하는 제b표면을 저면에 형성하여 반경 방향으로 계단 형태의 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1표면과 상기 제2표면 중 어느 하나 이상은 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1표면은 상기 제2표면에 비하여 반경 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1표면은 상기 제2표면에 비하여 반경 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 끼움 돌기는 상기 제2표면과 제b표면 중 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 리테이너와 상기 하부 리테이너 링은 접착 결합되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 요홈과 상기 끼움 돌기는 상기 캐리어 헤드의 원주 방향을 따라 3개 이상 형성되고, 상기 요홈들 중에 어느 2개가 이루는 각도는 180도 이하로 정해지는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 리테이너와 상기 하부 리테이너링의 대향면은 요철면으로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  11. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 끼움 돌기는 제1단면과, 상기 제1단면에 비하여 단면이 더 큰 제2단면이 연속하는 단면으로 돌출 형성되고;
    상기 요홈은 상기 제1단면과 상기 제2단면을 수용하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2단면과 상기 제1단면은 반경 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.




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KR20220092099A (ko) * 2020-12-24 2022-07-01 주식회사 에스엠티 리테이너 링, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 cmp 장치

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