KR20230058978A - 화학 기계적 연마장치용 고강도 리테이너 링 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고강도 CMP 리테이너 링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 CMP 장치의 캐리어 하단에 결합되는 프레임층 및 상기 프레임층의 하단에 배치되고, 저면이 연마패드에 접촉되며, 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지층 및 상기 합성수지층과 상기 프레임층 사이에 배치되어 상기 합성수지층과 상기 프레임층을 접합시키는 프라이머수지층을 포함하되, 상기 프레임층은 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 열경화성 수지인 것을 특징으로 하고, 원형 고리 형태의 합성수지층을 형성하는 단계 및 상기 합성수지층의 상면에 프라이머 처리를 하여 프라이머 수지층을 형성하는 단계 및 상기 리테이너 링 몰딩 틀에 프라이머 처리된 상기 합성수지층을 삽입하고, 진공 하에서 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채운 후, 경화시켜 프레임층을 형성하는 단계 및 상기 몰딩 틀로부터 적층 결합된 상기 합성수지층, 상기 프라이머 수지층 및 상기 프레임층을 포함하는 리테이너 링을 취출하는 단계를 포함하되, 상기 열경화성 수지는 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 몰딩액인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접한 우수한 품질의 리테이너 링을 제공할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접한 우수한 품질의 리테이너 링을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 고강도 CMP 리테이너 링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접하게 유지할 수 있도록 한 고강도 CMP 리테이너 링 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 웨이퍼의 고밀도 및 고기능화에 따라 반도체 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위한 장치로서, 화학적 연마와 동시에 기계적 연마를 동시에 수행하는 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 장치가 이용되고 있다.
반도체 제조공정 중 CMP 공정은 화학액인 슬러리와 연마 패드를 이용하여, 슬러리와 웨이퍼 사이에 화학적 반응을 일으킴과 동시에, 연마 패드의 기계적인 힘을 웨이퍼에 전달함으로써 웨이퍼를 평탄화시키는 공정이다.
CMP 장치 중 연마 헤드(Polishing head)는 리테이너 링(Retainer ring)과 웨이퍼 캐리어(Wafer carrier)를 포함한다. 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 연마 헤드의 하면에 접촉된 상태로, 연마 패드 상에 위치시키는 역할을 하며, 이 후, 연마 패드, 연마 헤드의 회전에 의하여 웨이퍼가 회전되면서 연마되는 것이다.
웨이퍼의 연마 과정에서, 웨이퍼 캐리어의 하단에 배치된 리테이너 링은, 웨이퍼 연마 도중 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다. 리테이너 링은 일반적으로 웨이퍼 캐리어의 최하단에 위치하는 것으로, 웨이퍼의 측면을 둘러싸는 링 형태이다.
위와 같이 CMP 공정에 사용되는 리테이너 링은 높은 기계적 강도 및 내화학성이 필수적으로 요구됨에 따라 종래에는 리테이너 링 전체를 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 이용한 사출방식 또는 엔지니어링 플라스틱 내부에 금속 코어를 삽입하여 사출하는 인서트 사출방식을 통해 제조되는 것이 일반적이다.
이에 따라 상기한 종래 방식은 전용 사출 장비 및 고가의 금형이 요구됨에 따라 제조 원가가 상승하고, 300℃ 이상의 고온 환경에서 진행됨에 따라 고온 작업 조건에서의 금형 관리 등 작업 공정상 상당한 정도의 기술적 관리가 요구되는 문제점이 있다.
특히 상기한 종래 방식은 리테이너 링의 전체 또는 금속 코어를 제외한 대부분이 고가의 엔지니어링 플라스틱으로 제조됨에 따라 제조 원가가 크게 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접하게 유지할 수 있도록 한 고강도 CMP 리테이너 링 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, CMP 장치에 이용되는 리테이너 링에 있어서, 상기 CMP 장치의 캐리어 하단에 결합되는 프레임층 및 상기 프레임층의 하단에 배치되고, 저면이 연마패드에 접촉되며, 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지층 및 상기 합성수지층과 상기 프레임층 사이에 배치되어 상기 합성수지층과 상기 프레임층을 접합시키는 프라이머수지층을 포함하되, 상기 프레임층은 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링이 제공된다.
여기서, 상기 무기필러는 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무기필러는 이산화규소(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 티탄산칼슘(CaTiO3), 운모(mica), 탈크(talc) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실란계 표면처리제는 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐메톡시에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸다이에톡시실란, 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸다이메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 페닐아미노프로필트리에톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, CMP 장치에 이용되는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서, 원형 고리 형태의 합성수지층을 형성하는 단계 및 상기 합성수지층의 상면에 프라이머 처리를 하여 프라이머 수지층을 형성하는 단계 및 상기 리테이너 링 몰딩 틀에 프라이머 처리된 상기 합성수지층을 삽입하고, 진공 하에서 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채운 후, 경화시켜 프레임층을 형성하는 단계 및 상기 몰딩 틀로부터 적층 결합된 상기 합성수지층, 상기 프라이머 수지층 및 상기 프레임층을 포함하는 리테이너 링을 취출하는 단계를 포함하되, 상기 열경화성 수지는 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 몰딩액인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 프레임층을 형성하는 단계는 상기 열경화성 수지를 35~40℃에서 1시간 동안 1차 경화하는 단계 및 1차 경화된 상기 열경화성 수지를 80℃에서 1시간 동안 2차 경화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무기필러는 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기필러는 이산화규소(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 티탄산칼슘(CaTiO3), 운모(mica), 탈크(talc) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 실란계 표면처리제는 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐메톡시에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸다이에톡시실란, 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸다이메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 페닐아미노프로필트리에톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접한 우수한 품질의 리테이너 링을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 설치된 CMP 장치를 개략적으로 도시한 것.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 분해사시도.
도 4는 도 2의 A-A' 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조방법의 공정 순서를 도시한 것.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 산 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 알칼리 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 분해사시도.
도 4는 도 2의 A-A' 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조방법의 공정 순서를 도시한 것.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 산 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 알칼리 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 설치된 CMP 장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(1)은 프레임층(10), 프레임층(10)의 하단에 배치되는 합성수지층(20) 및 프레임층(10)과 합성수지층(20) 사이에 배치되는 프라이머수지층(30)을 포함하며, 프레임층(10)의 상단이 CMP 장치(1')의 캐리어(100)에 결합되고, 합성수지층(20)의 하단이 웨이퍼(300)가 배치되는 CMP 장치(1')의 연마 패드(200)의 상단에 접촉된 상태로 설치된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(1)은 프레임층(10), 합성수지층(20) 및 프라이머 수지층(30)을 포함한다.
프레임층(10)은 앞서 설명한 바와 같이, CMP 장치(1')의 캐리어 하단에 결합되고, 원형의 고리 형태를 가지며, 열경화성 수지로 이루어진다.
그리고, 프레임층(10)은 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 상면에 프레임층(10)을 캐리어(100)의 하부에 체결하기 위한 볼트를 체결되는 복수개의 나사체결홀(11)이 형성된다.
한편, 프레임층(10)을 형성하는 열경화성 수지는 실린계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와, 에폭시 수지 30~70 중량%와, 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와, 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 무기필러(F)는 강도를 보강하고, 전체 혼합물의 가격을 낮추는 용도로 사용되는 것으로서, 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
이는 무기필러(F)의 평균입경이 0.01㎛ 미만이면 혼합물의 점도가 급격히 상승하여 작업성이 나빠지고 기포 함유량이 많아 최종 경화물의 기계적 강도가 저하되기 때문이며, 평균입경이 10㎛를 초과하면, 혼합물의 점도가 낮아져 작업성은 좋아지나 최종 경화물의 기계적 강도가 저하되는 문제가 발생되기 때문이다.
여기서, 무기필러(F)는 이산화규소(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화티타늄(TiO2). 황산바륨(BaSO4), 수산화알루미늄(AL(OH3)), 수산화마그네슘(MG(OH)2), 티탄산칼슘(CaTiO3), 운모(mica), 탈크(talc) 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
실란계 표면처리제(C)는 무기필러(F)의 표면에 코팅되어 주제를 구성하는 에폭시 수지, 벤젠부타디엔스티렌 수지 및 에틸렌아크릴레이트 수지와 무기필러(F) 간이 보다 견고하게 접착되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐메톡시에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸다이에톡시실란, 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸다이메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 페닐아미노프로필트리에톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
에폭시 수지는 비스페놀 A 에폭시 수지가 사용될 수 있다.
경화제는 주제와 혼합되어 주제와 경화제가 혼합된 혼합물을 경화시키는 역할을 하는 것으로서, 폴리에틸렌 및 폴리아민 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
합성수지층(20)은 프레임층(10)의 하단에 배치되고, 저면이 CMP장치의 연마패드에 접촉되며, 웨이퍼를 리테이닝 하는 역할을 한다.
그리고, 합성수지층(20)은 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 상면에 복수개의 돌기(21)가 형성되고, 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 하면에 내외부를 연통하는 복수개의 배출홈(22)이 형성된다.
여기서, 복수개의 돌기(21)는 합성수지층(20)과 프레임층(10)의 접촉면적을 증가시켜 합성수지층(20)과 프레임층(10) 간이 보다 견고하게 결합될 수 있도록 하는 역할을 하고, 복수개의 배출홈(22)은 웨이퍼의 연마 과정에서 사용되는 슬러리액을 외부로 배출함으로써 웨이퍼를 리테이닝 하고 있는 리테이너 링(1)의 내부 공간에 슬러리액이 고이는 것을 방지하는 역할을 한다.
이러한 합성수지층(20)은 폴리에테르에트르케톤(PEEK), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐설파이드(PPS), 폴리벤지미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리카보네이트(PC)를 포함하고, 내열성, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 엔지니어링 플라스틱 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
프라이머 수지층(30)은 합성수지층(20)과 프레임층(10) 사이에 배치되어 합성수지층(20)과 프레임층(10)을 접합시키는 역할을 한다.
여기서, 프라이머 수지층(30)은 열경화성 수지로 이루어진 프레임층(10)과 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 합성수지층(20) 모두와 접합성이 우수한 페놀 포름알데히드(phenol-formaldehyde)계 프라이머가 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 프라이머 수지층(30)은 합성수지층(20)의 상면에 스프레이 방식으로 도포될 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링은 엔지니어링 플라스틱 재질을 전체적으로 사용하지 않고, 마모가 발생되는 합성수지층만 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성함에 따라 제조원가를 현저하게 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어의 하단에 결합되는 프레임층을 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러, 에폭시 수지 및 경화제를 포함하여 제조함에 따라 기계적 가오 및 내화학성이 기존 엔지니어링 플라스틱과 동일한 우수한 품질의 리네티어 링을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조방법의 공정 순서를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링의 제조방법은 합성수지층 형성단계(S1), 프라이머 수지층 형성단계(S2), 프레임층 형성단계(S3), 리테이너 링 취출단계(S4), 세부형상 가공단계(S5) 및 초음파 세척단계(S6)를 포함한다.
합성수지층 형성단계에서는 원형 고리 형태의 합성수지층(20)을 형성하는 것으로서, 엔지니어링 플라스틱 수지 펠릿을 사출성형하여 제작하거나, 튜브 형태 또는 플레이트 형태의 엔지니어링 플라스틱 수지를 기계 가공하여 제작할 수 있다.
이 때, 합성수지층(20)은 프레임층(10)과의 접촉면적이 증가되도록 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 상면에 복수개의 돌기(21)를 형성하고, 샌드블라스팅법을 통해 표면이 조화처리 한다.(S1)
프라이머 수지층 형성단계에서는 합성수지층(20)의 상면에 프라이머 처리를 하여 프라이머 수지층(30)을 형성한다.
여기서, 프라이머 수지층(30)은 합성수지층(20)의 상면에 붓을 이용하여 도포할 수도 있으나, 신속한 작업을 위해 합성수지층(20)의 상면에 스프레이 방식으로 도포될 수 있다.(S2)
프레임층 형성단계에서는 -0.1MPa의 진공도가 확보된 리테이너 링 몰딩 틀에 프라이머 처리된 합성수지층(20)을 삽입하고, 진공 하에서 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채운 후, 경화시켜 프레임층(20)을 형성한다.
여기서, 열경화성 수지는 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와, 에폭시 수지 30~70중량%와, 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와, 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 혼합액을 고속 디졸버를 이용하여 2시간 동안 혼합한 주제와, 폴리에틸렌 또는 폴리아민 중 선택된 어느 하나를 포함하는 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 몰딩액이다.
또한, 프레임층 형성단계에서는 리테이너 링 몰딩 틀에 채워진 열경화성 수지를 35~40℃에서 1시간 동안 1차 경화하는 단계와, 1차 경화된 열경화성 수지를 80℃에서 1시간 동안 2차 경화하는 단계를 통해 이루어진다.
위와 같이, 본 발명은 열경화성 수지를 35~40℃에서 1시간 동안 1차 경화하는 과정을 거치면서 에폭시 수지와 경화제 또는 에폭시 수지와 혼합되는 타 수지 간의 가교 매트릭스를 형성하는데 도움을 주며, 이는 열경화성 수지를 80℃에서 1시간 동안 2차 경화하는 본 경화 시 에폭시 수지와 경화제가 100% 반응할 수 있는 환경을 제공하게 된다. 이러한 에폭시 수지와 경화제의 완전 반응은 최종 경화물의 기계적 특성을 크게 향상시키게 된다.(S3)
리테이너 링 취출단계에서는 리테이너 몰딩 틀로부터 적층 결합된 합성수지층, 프라이머 수지층 및 프레임층을 포함하는 리테이너 링을 취출한다.(S4)
세부형상 가공단계에서는 복합기를 이용하여 취출된 리테이너 링의 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 상면에 복수개의 나사체결홀을 형성하고, 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 하면에 슬러리액이 배출되는 복수개의 배출홈을 형성한다.(S5)
초음파 세척단계에서는 세부형상이 가공된 리테이너 링을 초음파를 통해 세척하여 리테이너 링을 완성한다.(S6)
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링과, 비교예에 따른 리테이너 링을 제조하였다.
[실시예1]
폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지 펠릿을 사출성형하거나, 튜브 형태 또는 플레이트 형태의 폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지를 기계 가공하여 원형 고리 형태의 합성수지층을 형성하고, 샌드블라스팅법을 이용하여 합성수지층의 표면을 조화처리 한 후, 상면에 스프레이 방식을 이용하여 프라이머 수지층을 도포하는 프라이머 처리를 수행하였다.
0.01㎛의 평균입경을 갖고 실란계 표면처리제 코팅된 탄산칼슘(CaCO3) 5중량%와, 비스페놀 A 에폭시 수지 50 중량%와, 벤젠부타디엔스티렌수지 25 중량%와, 에틸렌아크릴레이트수지 20 중량%를 포함하는 혼합액을 고속 디졸버를 이용하여 2시간 동안 혼합한 주제와, 폴리에틸렌 또는 폴리아민 중 선택된 어느 하나를 포함하는 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 열경화성 수지 몰딩액을 제조하였다.
-0.1MPa의 진공도가 확보된 리테이너 링 몰딩 틀에 프라이머 처리된 합성수지층을 삽입하고, 제조된 열경화성 수지 몰딩액을 채운 후, 35~40℃에서 1시간 동안 열경화성 수지 몰딩액를 1차 경화하고, 1차 경화된 열경화성 수지 몰딩액을 80℃에서 1시간 동안 2차 경화하여 프레임층을 형성하였다.
리테이너 몰딩 트로부터 적층 결합된 합성수지층, 프라이머 수지층 및 프레임층을 포함하는 리테이너 링을 취출하였다.
복합기를 이용하여 취출된 리테이너 링의 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 상며에 복수개의 나사체결홀을 형성하고, 원주 방향을 따라 일정간격 이격된 하면에 슬러리액이 배출되는 복수개의 배출홈을 형성하여 리테이너 링의 세부형상을 가공하였다.
세부형상이 가공된 리테이너 링을 초음파를 이용하여 세척하여 리네이너 링을 완성하였다.
[실시예2]
실시예2는 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 0.1㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[실시예3]
실시예3은 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 1㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[실시예4]
실시예4는 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 5㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[실시예5]
실시예5는 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 10㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[비교예1]
비교예1은 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 표면에 실란계 표면처리제가 코팅되지 않은 것이 실시예3과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예3과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[비교예2]
비교예2는 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 표면에 실란계 표면처리제가 코팅되지 않은 것이 실시예4와 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예4와 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[비교예3]
비교예3은 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 본 발명에서 요구되는 탄산칼슘의 평균입경을 벗어나는 0.005㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[비교예4]
비교예4는 제조되는 열경화성 수지 몰딩액에 첨가되는 탄산칼슘의 평균입경이 본 발명에서 요구되는 탄산칼슘의 평균입경을 벗어나는 15㎛라는 점에서 실시예1과 차이가 있을 뿐, 나머지 제조과정은 실시예1과 동일하므로 이에 대한 구체적인 제조과정은 생략하였다.
[비교예5]
비교예5는 폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지 펠릿을 사출성형하거나, 튜브 형태 또는 플레이트 형태의 엔지니어링 폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지를 기계 가공하여 전체가 폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지로 이루어진 리테이너 링을 제조하였다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리테이너 링과, 비교예에 따라 제조된 리테이너 링의 기계적 강도 및 경화 전 열경화성 수지 몰딩액의 점도를 실험하였으며, 그 결과는 하기 표로 나타내었다.
<표>
상기 표에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 실시예1 내지 실시예5의 리테이너 링은 인장강도, 압축강도 및 충격강도를 포함하는 기계적 강도가 무기필러인 탄산칼슘의 표면에 실란계 표면처리제가 코팅되지 않는 비교예1 및 비교예2에 따라 제조된 리테이너 링에 비해 높은 것으로 나타나, 무기필러인 탄산칼슘의 표면에 실란계 표면처리제를 코팅한 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리테이너 링이 기계적 강도가 우수한 것을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 실시예1 내지 실시예5의 리테이너 링은 인장강도, 압축강도 및 충격강도를 포함하는 기계적 강도가 무기필러의 평균입경이 본 발명의 요건에 벗어나는 비교예3 및 비교예4에 따라 제조된 리테이너 링에 비해 높은 것으로 나타나, 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 무기필러인 탄산칼슘을 사용하는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리테이너 링이 기계적 강도가 우수한 것을 확인하였다.
그리고, 본 발명에 따라 제조된 실시예1 내지 실시예5의 리테이너 링은 인장강도, 압축강도 및 충격강도를 포함하는 기계적 강도가 리테이너 링 전체를 엔지니어링 플라스틱인 폴리에테르에트르케톤(PEEK) 수지로 제작한 비교예5의 강도에 근접하는 것으로 나타나, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리테이너 링이 기존 엔지니어링 플라스틱으로 제조된 리테이너 링에 근접하는 우수한 품질을 나타냄을 확인할 수 있었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리테이너 링을 산 또는 알카리 연마액에 100시간 동안 방치한 후, 외관의 손상정도를 살펴보는 내화학성 실험을 실시하였다.
6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 산 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 알칼리 연마액에 방치하기 전·후의 사진을 도시한 것이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 산 연마액에 방치하기 전의 사진이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 산 연마액에 100시간 방치한 후의 사진으로, 본 발명에 따른 리테이너 링은 산 연마액에 100시간 방치한 후에도 외관의 손상이 전혀 없는 것으로 나타나 산에 대해 내화학성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 알칼리 연마액에 방치하기 전의 사진이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링을 알칼리 연마액에 100시간 방치한 후의 사진으로, 본 발명에 따른 리테이너 링은 알칼리 연마액에 100시간 방치한 후에도 외관의 손상이 전혀 없는 것으로 나타나 알칼리에 대해 내화학성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 리테이너 링의 일부를 엔지니어링 플라스틱이 아닌 다른 소재로 대체하여 제조원가는 현저하게 절감하면서도 기계적 강도 및 내화학성은 기존 엔지니어링 플라스틱에 근접한 우수한 품질의 리테이너 링을 제공할 수 있음을 확인하였다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 리테이너 링 10 : 프레임층
11 : 나사체결홀 20 : 합성수지층
21 : 돌기 22 : 배출홈
30 : 프라이머 수지층 F : 필러
1' : CMP 장치 100 : 캐리어
200 : 연마 패드 300 : 웨이퍼
11 : 나사체결홀 20 : 합성수지층
21 : 돌기 22 : 배출홈
30 : 프라이머 수지층 F : 필러
1' : CMP 장치 100 : 캐리어
200 : 연마 패드 300 : 웨이퍼
Claims (9)
- CMP 장치에 이용되는 리테이너 링에 있어서,
상기 CMP 장치의 캐리어 하단에 결합되는 프레임층과;
상기 프레임층의 하단에 배치되고, 저면이 연마패드에 접촉되며, 웨이퍼를 리테이닝 하는 합성수지층과;
상기 합성수지층과 상기 프레임층 사이에 배치되어 상기 합성수지층과 상기 프레임층을 접합시키는 프라이머수지층을 포함하되,
상기 프레임층은 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링.
- 제1항에 있어서,
상기 무기필러는 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링.
- 제1항에 있어서,
상기 무기필러는 이산화규소(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 티탄산칼슘(CaTiO3), 운모(mica), 탈크(talc) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링.
- 제1항에 있어서,
상기 실란계 표면처리제는 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐메톡시에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸다이에톡시실란, 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸다이메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 페닐아미노프로필트리에톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링.
- CMP 장치에 이용되는 리테이너 링을 제조하는 방법에 있어서,
원형 고리 형태의 합성수지층을 형성하는 단계;
상기 합성수지층의 상면에 프라이머 처리를 하여 프라이머 수지층을 형성하는 단계;
상기 리테이너 링 몰딩 틀에 프라이머 처리된 상기 합성수지층을 삽입하고, 진공 하에서 상기 몰딩 틀에 열경화성 수지를 채운 후, 경화시켜 프레임층을 형성하는 단계;
상기 몰딩 틀로부터 적층 결합된 상기 합성수지층, 상기 프라이머 수지층 및 상기 프레임층을 포함하는 리테이너 링을 취출하는 단계를 포함하되,
상기 열경화성 수지는 실란계 표면처리제가 코팅된 무기필러 1~10 중량%와 에폭시 수지 30~70 중량%와 벤젠부타디엔스티렌 수지 10~50 중량%와 에틸렌아크릴레이트 수지 10~50 중량%를 포함하는 주제와, 경화제가 5:1의 비율로 혼합된 몰딩액인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 프레임층을 형성하는 단계는
상기 열경화성 수지를 35~40℃에서 1시간 동안 1차 경화하는 단계와;
1차 경화된 상기 열경화성 수지를 80℃에서 1시간 동안 2차 경화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 무기필러는 평균입경이 0.01㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 무기필러는 이산화규소(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 티탄산칼슘(CaTiO3), 운모(mica), 탈크(talc) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 실란계 표면처리제는 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐메톡시에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸다이에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸다이에톡시실란, 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸다이메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 페닐아미노프로필트리에톡시실란, 메르캅토프로필트리메톡시실란 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 CMP 리테이너 링 제조방법.
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| KR20080028392A (ko) | 2008-03-11 | 2008-03-31 | 시너스(주) | 화학기계적 연마장치용 리테이너 링 구조물 및 그 제조방법 |
| KR20100067915A (ko) * | 2008-12-12 | 2010-06-22 | 제일모직주식회사 | 스텔스 다이싱용 반도체용 접착 조성물 및 이를 이용한 접착필름 |
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- 2021-10-25 KR KR1020210142912A patent/KR102670395B1/ko active IP Right Grant
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