KR20220121080A - 리테이너 링 - Google Patents

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KR20220121080A
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황정호
김창규
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(주)아이에스티
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은 몸체 저면의 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 슬러리 배출로를 이루는 복수의 메인 그루브와 서브 그루브를 포함한다.
이때, 서브 그루브는 복수의 메인 그루브 사이에 위치하되, 리테이너 링의 내경부 일부 구간에 함몰 형성되어 웨이퍼 에지 영역의 압력을 최소화하고 웨이퍼 에지 제거율을 낮추어 웨이퍼 전반적으로 균일한 폴리싱이 될 수 있도록 한다.

Description

리테이너 링{RETAINER-RING}
본 발명은 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정에서 반도체 웨이퍼(Wafer)의 이탈을 방지하기 위해 사용하는 리테이너 링에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조는 웨이퍼에 대한 증착, 식각, 평탄화의 작업이 수반되는데, 특히 집적도의 증가로 인한 소자 크기의 감소와 그에 따른 복잡한 기능의 집적회로 구현을 위해 필요한 다층 접속 공정에서는 평탄화(Planarization)의 중요성이 더욱 커진다.
평탄화 공정이 제대로 이루어지지 않으면 노광 공정에서 정밀한 패턴을 얻을 수 없고, 도체 및 유전체 증착막의 스텝 커버리지가 좋지 않아 동작 결함을 유발시킬 수 있게 된다.
정밀 평탄화를 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 주로 이용되고 있다. CMP 공정은 연마 패드 위에 웨이퍼를 소정의 압력을 가하며 배치하고, 웨이퍼와 연마 패드 상에 기계적 및/또는 화학적 연마제가 포함된 슬러리를 공급하면서 웨이퍼와 패드를 반대 방향으로 회전시켜서 기계적/화학적 평탄화를 시키는 공정이다.
CMP 공정에서 웨이퍼는 분당 수십 내지 수백 RPM(Revolution Per Minute)의 높은 속도로 회전하므로, 웨이퍼의 회전에 따라 웨이퍼가 이탈하거나 슬러리가 튀어나가는 것을 방지하고 슬러리의 완만한 배출을 유도하기 위하여 웨이퍼의 외측에는 원형의 리테이너 링을 배치한다. 또한, 리테이너 링은 웨이퍼의 연마 패드 가압에 따라 발생하는 패드 표면의 반동력(Rebounding Force)으로 인한 웨이퍼 에지 부분의 손상을 낮추는 역할도 한다. 이를 위하여 리테이너 링은 웨이퍼가 패드를 누르는 압력과 동일한 압력으로 패드를 가압하며 공정 중 웨이퍼와 같은 속도로 함께 회전한다. 리테이너 링의 내경와 웨이퍼의 에지는 통상 0.3mm의 간격으로 이격된다.
그런데, 반도체 소자의 집적도가 높아지고 적층수가 높아지면서 연마시 분단 회전속도와 패드를 누르는 압력이 커지는 공정이 추가로 도입되면서 새로운 문제점이 발생하고 있다.
예컨대, 웨이퍼(Wafer) 연마 회전수와 패드 가압력(Pressure)이 다른 공정에 비하여 2배~ 3배 높은 ILD(Inter Layer Dielectrics) 공정의 경우, 패드 표면의 반동력이 더욱 커져서 0.3mm의 이격 공간에도 강한 힘으로 패드가 상승하게 되어 결과적으로 웨이퍼 에지 부분의 손상을 유발한다. 즉, ILD 공정과 같이 웨이퍼의 에지 제거율(Edge Remover Rate)이 종래의 공정보다 더 높은 공정들이 도입되면서 반도체 제작 공정의 수율을 저하시키는 문제가 새롭게 대두되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 내경부에 서브 그루브를 추가함으로써 웨이퍼 에지 영역에 미치는 패드 반동력을 감소시켜, 웨이퍼의 에지 제거율(Edge Remover Rate)을 낮추어 웨이퍼 전체면이 균일하게 폴리싱될 수 있도록 하는 리테이너 링을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은 몸체 저면의 원주 방향을 따라 슬러리 배출로를 이루는 복수의 메인 그루브와, 메인 그루브들 사이에서 적어도 하나 이상 소정의 간격으로 배치되는 서브 그루브를 포함한다.
이때, 서브 그루브는 복수의 메인 그루브 사이에 위치하되, 리테이너 링의 내경부 일부 구간에 함몰 형성될 수 있다.
서브 그루브는 리테이너 링의 외경부로 향하는 끝단 일부 구간이 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Champering) 가공될 수 있다.
여기서, 서브 그루브는 리테이너 링의 회전 방향에 대응하는 사선 형태로 이루어지며, 끝단 일부 구간이 리테이너 링의 회전 반대 방향에 위치할 수 있다.
다른 예로, 서브 그루브는 리테이너 링의 외경부로 향하는 끝단 양측이 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Champering) 가공될 수도 있다.
서브 그루브는 메인 그루브와 동일한 깊이로 함몰 형성될 수 있다.
리테이너 링은 몸체 저면이 내경부에서 외경부로 상향 경사되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 리테이너 링은 하부의 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 슬러리 배출로를 이루는 복수의 메인 그루브 사이에 배치되는 서브 그루브를 통해 웨이퍼 에지 영역에 가하는 압력을 저감시킨다
이를 통해, 본 발명은 과도한 웨이퍼 에지 제거율을 낮추어 웨이퍼 전반적으로 균일한 폴리싱이 될 수 있도록 한다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 정면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 저면도.
도 3은 도 2에 표시된 A의 부분 확대도.
도 4는 도 2에 표시된 A 부분의 변형 예를 도시한 부분 사시도.
도 5는 도 2에 표시된 A 부분의 변형 예를 도시한 평면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
기본 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 정면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 저면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 리테이너 링(100)은 CMP 공정에서 사용되는 소비재 품목 중 하나이다.
리테이너 링(100)은 수지의 일종인 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone; PEEK), 폴리옥시메틸렌(poly oxy methylene; POM), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide; PPS), 폴리아미드이미드(polyamide-imide; PEI) 중 어느 하나의 재질로 일체형으로 제작되어, 그 저면이 폴리싱 패드(Polishing Pad)와 접촉하여 패드에 소정의 압력을 가하면서 웨이퍼와 함께 마모된다.
리테이너 링(100)의 저면에는 슬러리 배출을 위한 메인 그루브(110)가 형성된다.
본 발명에서는 ILD공정과 같이 다른 공정에 비하여 높은 압력과 회전속도로 연마되는 경우에도 에지 제거율을 낮출 수 있도록 리테이너 링(100)의 메인 그루브(110)들 사이에 서브 그루브(120)를 형성한다.
서브 그루브(120)는 리테이너 링(100)의 내경부 저면(하부) 면적을 감소시키고 이로 인하여 리테이너 링(100)의 내경과 웨이퍼 에지 사이의 이격 공간에 대한 패드의 반동력을 감소시킨다. 그 결과 웨이퍼 에지에 가해지는 압력이 감소되어 에지 제거율을 낮출 수 있다.
메인 그루브(110)는 리테이너 링(100)의 원주 방향을 따라 간격을 두고 내경부와 외경부를 관통하는 형태로 함몰 형성된다. 이러한 메인 그루브(110)는 리테이너 링(110)의 회전 방향을 기준으로 사선으로 형성되어 슬러리를 배출한다.
서브 그루브(120)는 리테이너 링(100)의 원주 방향을 따라 간격을 두고 형성되되, 복수의 메인 그루브(110) 사이에 위치하며 리테이너 링(100)의 내경부 일부 구간에 함몰 형성된다.
이러한 서브 그루브(120)는 메인 그루브(110) 사이에서 하나로 형성될 수 있지만 둘 이상의 복수로 이루어지는 것이 바람직하다. 서브 그루브(120)는 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 또는 메인 그루브(110)와 동일한 각도의 사선 방향을 가지는 마름모 꼴로 형성될 수 있다.
또는, 서브 그루브(120)는 리테이너 링(100)의 외경부로 향하는 끝단의 일부 구간(131)은 전부가 라운딩(Roundinig) 형상으로 챔퍼링(Champering) 가공될 수 있다.
이때, 라운딩 처리된 서브 그루브(120)의 끝단은 CMP 공정 시 슬러리가 전체적으로 서브 그루브(120)를 훑고 다시 리테이너 링 내부로 되돌아 나올 수 있도록 슬러리의 원활한 내부 유동을 유도한다.
리테이너 링(100)의 상면에는 원주 방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성된 결합홈(130)이 구비된다. 여기서, 소정의 간격이란 리테이너 링(100)이 웨이퍼를 연마하기 위해 마련된 연마 장치(미도시)와 결합되는 위치를 나타낸 간격이다. 따라서, 소정의 간격은 리테이너 링(100)과 연마 장치 간의 결합 부위에 따라 결합홈(130)의 위치가 달라질 수 있다.
결합홈(130)은 연마 장치에 결합되기 위해 내주면에 나사산이 형성된다. 보다 강한 결합력을 위하여 결합홈(130)의 내주면에는 나사산이 형성된 중공 형상의 암나사(미도시)가 구비될 수도 있다.
이하, 도 3내지 도 5를 참조하여 보다 구체적인 본 발명의 구성을 설명하되, 설명의 편의를 위하여 각 구성의 폭 방향은 리테이너 링(100, 200, 300)의 원주 방향 측을 의미하고, 각 구성의 길이 방향은 리테이너 링(100, 200, 300)의 내경부와 외경부를 잇는 구간을 의미하는 용어로 이용한다.
도 3은 도 2에 표시된 A의 부분 확대도이다.
도 3에서 각 구성의 수치 정보를 살펴보면, 메인 그루브(110)의 폭 방향 길이(L1)는 약 6.4mm이고, 메인 그루브(110)의 깊이(D1)는 약 2.95mm이다. 서브 그루브(120)의 폭 방향 길이(L2)는 약 6.8mm이고, 서브 그루브(120)의 깊이(D2)는 약 2.95mm로, 메인 그루브(110)의 깊이(D1)와 동일한 수치를 가진다. 서브 그루브(120) 간 폭 방향 길이(L3)는 약 6.4mm로 메인 그루브(110)의 폭 방향 길이(L1)와 동일할 수 있다. 여기서 설명된 각 구성의 수치 정보는 하나의 예시적인 수치일 뿐, 본 발명은 이러한 수치에 제한되지 않는다. 다만, 각 구성 간 수치 정보에 대한 비례비는 유의미할 수 있다.
서브 그루브(120)는 도시된 바와 같이 메인 그루브(110)와 같은 사선 방향으로 형성될 수 있다.
다른 실시예로서, 메인 그루브(110)와 반대되는 사선 방향으로 형성될 수도 있다. 이러한 구성은, 서브 그루브(120)의 폭이 메인 그루브(110)의 폭보다 좁을 경우, 서브 그루브(120)의 함몰 영역에 슬러리가 일정 수준 이상의 압력으로 채워질 수 있는 상황에서 리테이너 링(100)의 회전 시 서브 그루브(120)의 홈에 슬러리가 충진되는 압력을 감소시킬 수 있다. 즉, 서브 그루브(120)로 인하여 발생할 수 있는 회전의 역방향 마찰력을 감소시킬 수 있다.
변형 실시예
도 4는 도 2에 표시된 A 부분의 변형 실시예를 도시한 부분 사시도이다.
도 4를 참조하면, 리테이너 링(200)은 메인 그루브(210) 사이에 폭 방향으로 길게 형성된 서브 그루브(220)를 포함하는 구성이다.
도 4에서 각 구성의 수치 정보를 살펴보면, 메인 그루브(210)의 폭 방향 길이(L4)는 약 6.4mm이고, 메인 그루브(210)의 깊이(D3)는 약 2.95mm이다. 서브 그루브(220)의 폭 방향 길이(L5)는 약 20mm이고, 서브 그루브(220)의 깊이(D4)는 약 2.95mm로, 메인 그루브(210)의 깊이(D3)와 동일한 수치를 가진다. 여기서 설명된 각 구성의 수치 정보는 하나의 예시적인 수치일 뿐, 본 발명은 이러한 수치에 제한되지 않는다. 다만, 각 구성 간 수치 정보에 대한 비례비는 유의미할 수 있다.
도 4에서의 서브 그루브(220)는 도 3에서의 서브 그루브(120)에 비해 폭 방향으로 길게 형성되어, 공정이 단순화될 수 있고 슬러리 배출이 상대적으로 용이할 수 있다.
도 5는 도 2에 표시된 A 부분의 또 다른 변형 실시예를 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 리테이너 링(300)은 메인 그루브(310)와 서브 그루브(320)가 하나의 경로로 연결된 형태로 이루어진다.
이때, 메인 그루브(310)는 리테이너 링(300)의 회전 방향에 따라 슬러리 배출이 용이하도록 우측으로 상향 경사진 사선의 형태를 띤다. 이때, 메인 그루브(310)는 우측의 사선 각도(a)가 예각으로 이루어질 수 있다. 메인 그루브(310)의 폭 방향 길이(L6)는 약 6.4mm로 이루어질 수 있다.
서브 그루브(320)는 리테이너 링(300)의 저면 면적을 감소시킴과 동시에 슬러리 배출이 용이하도록 리테이너 링(300)의 내경부 원주 방향을 따라 간격을 두고 위치한 지점과 메인 그루브(310) 사이를 잇는 하나의 슬러리 배출로로 활용할 수 있다. 서브 그루브(320)의 폭 방향 길이(L7)는 약 6.8mm로 이루어질 수 있다. 도 5에 도시된 바로는, 서브 그루브(320)가 라운딩 된 형태로 이루어지지만, 이는 하나의 일례일 뿐 서브 그루브(320)는 리테이너 링(300)의 내경부에서 간격을 둔 상태로 메인 그루브(310)와 관통되는 다양한 형태를 포괄할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 리테이너 링(100)은 내경부 저면에 비하여 외경부 저면이 높아지도록 소정의 경사를 가지도록 구성될 수 있다.
CMP 공정 중에 리테이너 링(100)의 외경부는 내경부에 비하여 반동력을 많이 받게 되어 마모가 많이 되며, 반동력에 따른 압력이 불균일하게 미쳐서 웨이퍼의 연마 균일성도 저해하는 요인이 될 수 있다.
따라서, 리테이너 링(100)의 저면 내경부에서 외경부 방향으로 상향 경사진 구성을 취하여 리테이너 링(100) 저면의 외경부에 가해지는 반동력을 감소시켜 리테이너 링(100) 저면에 고른 압력이 가해지도록 한다.
이상 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 가능한 다양한 변형과 변경된 양태를 포괄한다.
100, 200, 300: 리테이너 링
110, 210, 310: 메인 그루브
120, 220, 320: 서브 그루브
121, 221, 321: 챔퍼부
130: 결합홈

Claims (6)

  1. CMP 공정에 이용되는 리테이너 링으로서,
    몸체 저면의 원주 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 슬러리 배출로를 이루는 복수의 메인 그루브와,
    상기 복수의 메인 그루브 사이에 위치하되, 상기 리테이너 링의 내경부 일부 구간에 함몰 형성되는 서브 그루브를 포함하는 리테이너 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 그루브는
    상기 리테이너 링의 외경부로 향하는 끝단 일부 구간이 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Champering) 가공된 것인 리테이너 링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서브 그루브는
    상기 리테이너 링의 회전 방향에 대응하는 사선 형태로 이루어지며, 상기 끝단 일부 구간이 상기 리테이너 링의 회전 반대 방향에 위치하는 것인 리테이너 링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브 그루브는
    상기 리테이너 링의 외경부로 향하는 끝단이 라운딩(Rounding) 형상으로 챔퍼링(Champering) 가공된 것인 리테이너 링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서브 그루브는
    상기 메인 그루브와 동일한 깊이로 함몰 형성되는 것인 리테이너 링.
  6. 제1항에 있어서,
    몸체 저면이, 내경부에서 외경부로 상향 경사되도록 형성되는 것인 리테이너 링.
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