KR900001724B1 - 평면연마장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

평면연마장치

제1도는 본 발명의 제1실시예를 도시한 단면도.

제2도는 제1도에서 상부 정반을 떼어낸 상태의 평면도.

제3도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 평면도로서, 상부 정반을 떼어낸 상태의 평면도.

제4도는 동 부분 측단면도.

제5도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 평면도로서, 상부 정반을 떼어낸 상태의 평면도.

제6도는 동 부분 측면 다면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기체 2, 3, 4, : 구동축

5, 6, 7 : 베어링 10 : 하부정반

11 : 정반받이 12 : 핀

15 : 편심캠 16 : 로울러

17 : 편심받이판 18 : 중심치차

19 : 핀 20 : 상부정반

21a : 홈 21, 23 : 계지부재

22 : 나사 25 : 가대

26 : 대판 27a : 핀

27 : 핀기어 28, 35 : 내치치차

30, 37, 40 : 캐리어 31, 38, 48 : 피가공물

41 : 캐리어본체 36 : 탄성부재

42 : 피가공물지지구멍 43 : 링상의치차

44 : 안쪽링 43a, 44a : 단부

46, 47 : 돌조

본 발명은 평면연마장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼를 정밀연마하는데 사용되는 회전연마반(lap盤)등의 평면연마장치에 관한 것이다.

일반적으로 회전연마반의 가공원리는 상하의 정반사이에 피가공물을 협지하고, 이 피가공물에 연마제를 이용하여 정반의 평면정도를 직접 피가공물에 옮겨주는 것이다.

따라서 피가공물의 가공정도는 다음의 3요소에 의하여 그 정밀도가 결정되게 된다.

즉, 1) 상하 정반의 평면정도와, 2) 연마제의 특성과 종류 및 이에 따른 사용법과, 3) 정반과 캐리어와의 상대운동에 수반하는 피가공물 각점의 궤적길이의 차에 의하여 그 정밀도가 결정되게 된다.

따라서, 요구되는 피가공물의 가공정도에 대하여 상하정반의 평면 정도가 충분히 유지되어 있고 더욱이 피가공물의 재질과 가공정도와의 가장 적합한 특성의 연마재가 사용되었을때(즉, 상기 (1),(2)의 요소가 소프트면에 충분히 만족된때)에는 상기 (3)의 요소, 즉 캐리어와 상하 정반과의 상대운동에 수반하는 피가공물 각점에 있어서의 합성주속 및 궤적길이의 균등화가 가공정도의 향상 조건이 됨은 일반적인 사실이다.

그러나 종래의 공지된 회전연마반은 중심에 위치한 태양치차와 그 주위의 내치치차에 복수의 캐리어를 유성치차상으로 교합시키고, 이 캐리어에 지지된 피가공물을 상하의 정반에 의하여 연마가공하는 구성으로 되어져 있다.

그래서 이러한 회전연마기에 의한 2웨이(way)방식의 가공은 상하의 정반을 정지시키고 태양치차와 내치치차를 회전시켜서 캐리어에 자전과 공전의 유성운동을 부여하여서 행하게 되며, 4웨이 방식의 가공은 태양치차와 내치치차 및 상,하의 정반을 동시에 구동시켜서 행하게 된다.

그러나 상기 가공시에 유성운동을 하는 캐리어의 중심점은 태양치차를 중심으로하는 완전한 원형상의 궤적을 그리게 되어 캐리어 중심점 이외의 각점은 캐리어의 자전에 따른 운동에 의하여 캐리어의 중심점보다 궤적길이가 크게 된다.

즉, 캐리어의 중심점의 궤적길이가 가장 짧고, 기타 다른 점의 궤적길이는 중심으로부터의 길이에 비례하여 길어지게 되고, 이에 따라 캐리어에 지지된 피가공물의 가공 속도는 부분적으로 불균등하여져 가공 정도가 저하되게 되는 것이다.

더욱이 일반적으로 이와 같은 종류의 회전연마반에 대한 정반의 치수는 외경/내경=2.5-3의 관계에 있기 때문에 외주측의 원주속도와 내주측의 원주속도와의 사이에는 2.5-3배의 속도차가 발생되어 4웨이 방식에 의한 가공시에는 이 속도 차이에 의한 영향을 받게 되어 가공정도가 더욱 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 피가공물에 높은 가공정도가 요구될 경우에는 상기 한 속도차이에 의한 영향을 될 수 있는데로 적게 하여 가공할 필요가 요구된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여, 가공시에 있어서의 캐리어의 회전을 적극 억제하여 캐리어에 의한 각부분의 속도차이를 가급적 적게 하여서 이 속도차이에 의하여 발생되는 정도 저하를 방지하여 가공정도를 높여줌에 그 목적이 있는 것이다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 캐리어를 적은 회전수로 확실하게 요동시킬 수 있는 간단한 구성의 구동수단을 구비하는 평면연마장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평면연마장치는 피가공물을 양측에서 협지시켜서 양면을 연마하는 상, 하의 정반(定盤)과, 상기한 정반의 중심위치에 배치되며 주위에 편심캠을 구비하고 있는 구동축과, 상기 정반의 주위에 정반과 동심상으로 배설되는 지지링과, 상기 지지링의 내측에 자동치차상으로 지지되어 있음과 동시에 중심부에 형성된 구멍내에 상기한 편심캠이 당접하여 편심캠의 회전력에 의해 반경방향으로 요동하면서 지지링을 따라서 저속으로 회전하는 피가공물지지수단으로서 구성되어 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 구동축상의 편심캠이 회전하면서 지지링내에 차동치차상으로 지지된 피가공물지지수단은 편심캠에 의해 반경방향으로 요동되어 지지링을 따라서 적은 속도로 회전하게 되며, 이때의 피가공물지지수단의 회전속도는 대단히 작기 때문에 피가공물지지수단의 각부분에 있어서의 회전에 의한 속도의 차이는 대단히 적어지게 되고, 피가공물지지수단에 지지된 각각의 피가공물은 상하의 정반에 의하여 대체에 균등한 조건으로 가공되게 됨으로써 그 가공 정도가 향상되는 것으로, 이하 본 발명의 실시예를 평면연마장치의 일종으로서 회전연마반에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에 표시된 회전연마반은 대소 2종류의 캐리어를 선택적으로 사용할 수 있게 구성되어져 있는 것으로, 제1도 내지 제4도에 있어서는 복수의 소경캐리어를 사용한 경우를 예시한 것이며, 제5도 및 제6도에 있어서는 단일의 대경캐리어를 사용한 경우를 예시한 것이다.

제1도 및 제2도에 도시된 바와 같은 회전연마반에 있어서, 기체(1)의 중앙부에는 도시 생략된 구동원에 연결된 제1 내지 제3의 구동축(2)(3)(4)은 베어링(5)(6) (7)을 끼워 상호 동심원상으로, 또한 독립적으로 회전가능하게 배설되어 있다.

제1의 구동축(2)의 상단에는 정반받이(11)가 취부되어 있으며, 이 정반받이 (11)상에 환상의 하부정반(10)이 핀(12)으로 고정되어 있다.

또한, 제2의 구동축(3)의 상단에는 로울러(16)로 된 당접부를 구비한 편심캠 (15)과 편심받이판(17)이 고정되어 있고, 이 편심캠(15)의 주위에는 편심받이판(17)상에 재치된 중심치차(18)가 착탈자재하게 또한 핀(19)에 의해 편심받이판(17)상에 착탈자재하게 끼워서 설치되어 있다.

다시, 제3의 구동축(4)의 상단에는 홈(21a)를 구비한 계지부재(21)가 취부되고, 이 계지부재(21)의 홈(21a)이 환상의 상부정반(20)에 나사(22)에 의해 고정된 계지부재(23)에 착탈자재로 되고 있어 이들의 계지부재(21) 및 (23)을 통하여 제3의 구동축(4)에 의해 상부정반(20)이 구동될 수 있도록 구성되어 있으며, 또한 이 상부정반 (20)과 하부정반(10)은 거의 같은 크기로 형성되어 있다.

또한, 상기 기체(1)에는 제1 내지 제3의 구동축(2)(3)(4)의 주위를 포위하도록 원통상을 이루는 카바겸용의 가대(25)가 입설되어 있고, 가대(25)의 상단에는 환상의 대판(26)이 취부되어 있다.

그리고, 대판(26)상에는 다수의 핀(27a)(27a)…을 상하의 정반(10),(20)의 주위에 동심원상으로 위치하도록 일정간격으로 입설시켜 핀기어(27)을 형성시킴과 동시에, 이 핀기어(27)보다 약간 톱니수가 적은 기어부를 외주에 구비한 내치치차(28)이 회전자재하며 반경방향으로 요동자재하게 재치되어 있으며, 이 내치치차(28)이 상기한 핀기어(27)에 자동치차상으로 교합되게 된다.

그리고 이 내치치차(28)도 중심치차(18)와 마찬가지로 착탈자재하게 되어 있다.

상기 중심치차(18)와 내치치차(28)사이에는 복수의 캐리어(30)가 유성치치상으로 교합되어 있으며, 이들의 캐리어(30)에는 각각 피가공물(31)이 지지되어 있다.

또한 도면중 미설명부호 32는 연마제의 배출파이프를 나타낸다.

상기와 같은 구성의 회전연마기에 있어 핀(19)를 뽑아내면 중심치차(18)를 구동축(3)에 대하여 자유롭게 해제하고, 이러한 상태에서 구동축(3)을 화살표(A)방향으로 회전시켜주면, 중심치차(18)가 편심캠(15)에 의하여 반경방향으로 요동하게 되고, 캐리어(30)을 통하여 내치치차(28)도 같은 형태로 요동하게 된다.

이때 내치치차(28)이 핀(27)에 차동치차 상태로 교합하기 때문에 내치치차 (28)은 편기어(27)와의 치차수 차이에 의하여 낮은 속도로 화살표(B)방향으로 회전하고, 이에 따라 캐리어(30)도 정반의 반경방향으로 요동하면서 저속으로 화살표(C)방향으로 회전하여 캐리어(30)에 지지된 피가공물(31)이 상하의 정반(10)(20)에 의하여 연마가공되게 된다.

이때의 캐리어(30)의 회전수는 중심치차(18) 및 내치치차(28)과의 교합저항(치차 맞물림저항), 상하의 정반(10)(20)에 의한 피가공물(31)의 회전 연마저항등에 의하여 다르지만, 어느 쪽이든 캐리어(30)의 회전속도는 매우 작기 때문에 캐리어 각부의 회전에 의한 속도차이는 극력 억제되어, 각 피가공물(31)은 상하의 정반에 의하여 대체로 균등한 조건으로 가공되는 것이다.

즉, 상기 내치치차(28)의 회전수 N와 구동축(3)의 회전수 n와의 사이에는, Z₁=핀기어(27)의 핀(27a)수 Z₀=내치치차(28)의 치수라고 하면,

의 관계가 성립되나, Z₁-Z₀는 적은 값이기 때문에 내치치차(28)의 회전수 N은 구동축(3)의 회전수 n에 대하여 지극히 적게 된다.

예를 들면, 핀기어(27)의 핀(27a)의 수 Z₁=64개, 내치치차(28)의 치수 Z₀=60개, 구동축(3)의 회전수 n=60r.p.m이면, 내치치차(28)의 회전수 N=4r.p.m이다.

따라서, 내치치차(28)의 회전에 의해 발생하는 캐리어(30)의 회전도 상당히 낮은 속도가 되어 2웨이 방식의 연마가공시, 즉 상하의 정반(10)(20)을 정지시킨 상태에서는 캐리어(30)에 지지된 각각의 피가공물(31)이 21E×n의 운동량으로 그 전면이 상하의 정반(10)(20)에 거의 균등하게 접합하게 되는 것이다.

상, 하의 정반(10)(20)도 동시에 회전시키는 4웨이 방식의 연마가공법에 있어서도 캐리어(30)의 회전에 의한 영향이 거의 없어지기 때문에 캐리어가 큰 속도로 유성운동을 하는 종래의 것에 비하여 가공정도가 향상되는 것이다.

중심치차(18)을 핀(19)으로 편심받이판(17)에 고정시킨 경우에는 캐리어 (30)를 종래와 같은 형태로 정수적으로 유성운동을 시킬 수 있다.

이 경우에는 캐리어에 반경방향의 요동운동이 부여되기 때문에 캐리어가 요동하지 않는 종래의 것에 비하여 정반과의 접합이 보다 평균화되어 가공정도가 향상된다.

제3도 및 제4도는 내치치차(35)를 핀기어(27)에 교합시키지 않고 그 외주에 폴리우레탄이나 합성고무등으로된 탄성부재(36)가 구비된 당접부를 형성하고, 이 당접부를 핀기어(27)에 내접시킨 것으로서, 내치치차(35)와 교합하는 각 캐리어(37)에는 복수의 소경의 피가공물(38)를 지지시킨다.

이러한 경우에는 상기 핀기어(27) 대신에 원통상의 부재를 사용하여도 무방하다. 즉 핀기어(27)는 내치치차(35)를 차동치치상으로 내접시켜 지지하는 지지링과 같은 기능을 갖게 되는 것이다.

그러나 이 실시예에 있어서도 전술한 실시예와 마찬가지로 내치치차(35)가 반경방향으로 요동하면서 핀기어(27)과의 직경차이 때문에 저속도로 회전하게 되는 것이다.

제5도 및 제6도는 상기 소경의 캐리어 대신에 단일의 대경캐리어(40)을 사용하여 가공을 행하는 경우를 나타내고 있다.

이 경우에는 상기 중심치차(18) 및 내치치차(28)가 제거되고 외경의 캐리어 (40)가 고정되지만 실질적으로는 상기 제2도에 도시된 바와같이 피가공물지지수단을 구성하는 중심치차(18), 내치치차(28) 및 캐리어(30)을 전부 일체화하여 피가공물지지수단이 하나의 대경캐리어(40)로 구성된 것으로도 생각할 수도 있으며 이 대경캐리어(40)은 반도체 웨이퍼등과 같이 지극히 얇은 피가공물의 연마에 적합하도록 구성되어 있다.

즉, 강판등과 같은 얇은 금속판에 의해 정반(10)(20)보다 큰 직경으로 형성되는 환상의 캐리어본체(41)에 복수의 피가공물지지구멍(42)을 타발가공하여 형성하고, 캐리어본체(41)의 외주에 정반(10)(20)의 연마면과 중복되지 않도록 핀기어(27)의 핀수보다 약간 치수가 적은 링상의 치차(43)을 취부함과 동시에 캐리어본체(41)의 내주 즉, 중심구멍의 연부에 정반(10)(20)의 연마면과 중복되지 않는 안쪽링(44)를 취부하여도 된다.

이 캐리어본체(41)과 링상의 치차(43) 및 안쪽링(44)과의 연결은 링상의 치차(43) 및 안쪽링(44)에 설치된 단부(43a)(44a)내에 캐리어본체(41)의 단부를 중합하고, 이들을 여러곳 스포트전기 용접하여 연결한다.

이때 용접에 의한 비틀림과 피가공물지지구멍(42)를 타발가공할 때의 가공비틀림을 제거하기 위하여 캐리어본체(41)의 내주부 및 외주부에는 링상의 치차 및 안쪽링의 취부후에 상면측으로 돌출하는 돌조(46)(47)를 각각 프레스가공에 의하여 형성시킨다.

이 돌조(46)(47)은 상기한 비틀림을 제거하고 캐리어본체(41)의 장력 및 평면도를 확보할 뿐만 아니라 두께가 얇아짐에 따라 유연성이 증대되어 캐리어본체에 적당한 강성을 부여하여, 연마부에 공급되는 연마재가 내외부로 유출되는 것을 방지하는 기능을 발휘한다.

또한 상기 캐리어(40)은 링상의 치차(43)을 대판(26)상에 재치시킨 상태로서 핀기어(27)과 차동치차상태로 교합되게 됨과 동시에 안쪽링(44)에 편심캠(15)의 로울러(16)를 당접시킨 상태로서 하부정반(10)상에 셋트되고 각 피가공물지지구멍(42)내에는 가공할 피가공물이 끼워져 지지되게 되며, 이때 캐리어(40)은 정반(10)(20)의 중심에 대하여 편심량 만큼 편심되게 된다.

이 실시예에 있어서도, 전술한 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 구동축(3)을 화살표(A)방향으로 회전시켜 편심캠(15)를 회전시켜 주면 캐리어(40)은 편심캠(15)의 로울러(16)에 의해 반경방향으로 밀려나 핀기어(27)과의 교합위치를 변경시키면서 2E의 범위에서 요동함과 동시에 핀기어(27)의 핀수와 링상의 치차(43)의 치수와의 차이로 기인하는 속도로서 화살표(B)방향으로 회전한다.

따라서 캐리어(40)에 지지된 피가공물(48)은 캐리어(40)와 같이 요동하면서 구동축(3)의 주위를 회전하여 상, 하의 정반(10)(20)에 의해 상하면이 면마가공된다.

또한 상기한 가공시에 연마부로 공급되는 연마제는 캐리어(40)상의 돌조 (46)(47)에 의하여 제지되어 상하의 정반(10)(20)에 대해서만 정상적으로 공급되어지고 핀기어(27)와 링상의치차(43)의 교합부나 편심캠(15)과 안쪽링(44)과의 당접부에 유입되는 것을 지지하게 되므로서 연마제에 의한 각부위의 마모가 방지되게 된다.

또한 돌조(46)(47)은 얇은 두께의 캐리어(40)에 있어서의 장력 및 평면도를 확보, 유지시킴과 동시에 이의 강성을 높여 캐리어의 사용성 및 내구성을 향상시키게 되며, 실제 실험에 의하면 100-50μm의 피가공물의 가공에 있어서 캐리어가 유성운동을 행하는 종래의 회전연마반에 비하여 좋은 효과를 얻음을 확인할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명은 캐리어의 회전수를 가급적 적게 함에 의하여 캐리어 즉 피가공물의 각부분의 속도차이를 적게 하여 가공정도를 높여줄 수 있으며, 피가공물지지수단을 구성하는 중심치차가 구동축상에 편심축의 회전에 의해 요동하게 하고 핀기어로서 구성되는 지지링내에 차동치차상으로 지지되고 있는 내치치차가 안내치치차와 중심치차와의 사이에 맞물려 있는 캐리어를 사이에 두고 중심치차와 같은 형태로 요동하면서 지지링을 따라 낮은 속도로 회전하게 하고 이때의 중심치차 및 캐리어의 회전속도가 대단히 적어지게 되고, 이로 인하여 캐리어 각부의 회전에 의한 속도차이가 최대한 억제되어 각 피가공물을 상, 하의 정반에 의하여 거의 균등한 조건으로 가공하게 되어 연마가공정도를 향상시킬수 있는 특징을 지닌 것이다.

Claims (8)

1. 피가공물을 양측에서 협지하여 그 양면을 연마하는 상하의 정반과, 상하의 정반의 중심위치에 배설되고, 그 주위에 편심캠을 구비한 구동축과, 상기 정반의 주위에 그것과 동심상으로 배설된 지지링과, 상기 지지링의 내측에 차동치차형으로 지지됨과 동시에 그 중심부에 형성된 구멍안에 상기 편심캠에 당접되어 이 편심캠의 회전에 의해 반경방향으로 요동하면서 지지링을 따라 저속으로 회전하는 피가공물지지수단등을 구비함을 특징으로 하는 평면연마장치.
2. 특허청구범위 제1항 기재에 있어, 피가공물지지수단이 편심캠의 외측에 끼워지는 중심치차와, 지지링의 내측에 차동치차형으로 지지된 내치치차와, 이들 내치치차와 중심치차와의 사이에 맞물리는 복수의 캐리어와 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 평면연마장치.
3. 특허청구범위 제1항 기재에 있어, 피가공물지지수단은 외주지지링에의 당접부를 갖음과 동시에 중심부재 편심캠이 끼워지는 안쪽링을 구비하고, 또한 복수의 피가공물지지구멍을 구비한 한 장의 대경캐리어임을 특징으로 하는 평면연마장치.
4. 특허청구범위 제2항 기재에 있어, 중심치차가 구동축에 대해 착탈하게 되어 있음을 특징으로 하는 평면연마장치.
5. 특허청구범위 제1항 기재에 있어, 지지링이 핀기어에 의해 형성됨을 특징으로 하는 평면연마장치.
6. 특허청구범위 제1항 기재에 있어, 피가공물지지수단을 그 외주에 탄성부재를 구비한 당접부를 갖는 것으로 형성하고, 이 당접부를 지지링으로 내접시키는 것을 특징으로 하는 평면연마장치.
7. 특허청구범위 제5항 기재에 있어, 피가공물지지수단을 그 외주에 기어부를 갖는 것으로 형성하고 이 기어부를 핀기어에 맞물리게 하는 것을 특징으로 하는 평면연마장치.
8. 특허청구범위 제1항 기재에 있어, 편심캠의 피가공물지지수단과의 당접부를 로울러로 형성하는 것을 특징으로 하는 평면연마장치.

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