KR100360768B1 - 폴리싱패드조정기및조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭 수단(25)을 바닥 표면에서 지지하며 또한 폴리싱 패드(15)의, 표면과 결합하여 들락날락하며 수직으로 이동하고 또한 폴리싱 패드(15)의 표면 너머로 진동하면서 수평 방향으로 이동하는 강인한 캐리어 요소(20)를 포함하는, 수직 축을 중심으로 회전하는 폴리싱 기계에 장착된 압반을 덮고 있는 폴리싱 패드(15)의 표면을 조정하기 위한 장치(18)에 관한 것이다. 절삭 수단(25)은 원형 또는 링 형상으로 분포되어 있다.

Description

폴리싱 패드 조정기 및 조정 방법{SPEEDFAM CORPORATION}

본 발명은 고형체 회로 성분의 제작에 사용하는 얇은 실리콘제 웨이퍼 또는 디스크와 같은 얇은 작업 피스를 폴리싱 또는 평탄화 하는 작업 피스의 머시닝 기술에 관한 것으로서, 특정적으로는, 작업 피스를 폴리싱 또는 평탄화 하는데 사용하는 회전식 압반(壓盤)에 있는 폴리싱 패드(polishing pads)를 조정하는 조정기와 그 방법에 관한 것이다.

집적 회로를 구비한 실리콘 기판 또는 웨이퍼 같은 얇은 작업 피스를 폴리싱 또는 평탄화 하는 머시닝 공정에서, 웨이퍼에 있는 거친 흠(rough spots)을 제거하여 웨이퍼 상에 균일한 두께의 표면을 생성하기 위해 압력을 가하는 압압 플레이트를 가진 회전식 폴리싱 압반(platens)과 로드(load) 또는 압압 플레이트(pressure plate) 사이에 웨이퍼를 배치한다.

본 발명이 사용되는 양호한 타입의 장비는, 수직 축을 중심으로 회전식으로 구동되는 연마, 래핑(lapping) 또는 폴리싱 휘일 조립체를 갖추어서, 작업 피스가 휘일 조립체의 상부 표면과 결합하여 연마 슬러리에 의해 폴리싱 또는 연마를 받는 것이다. 일반적으로, 폴리싱 휘일은, 예를 들어, 세륨 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 발연/침강 실리카 또는 다른 입상 연마물로 이루어진 노출 연마 면을 가진 폴리싱 패드로 덮여진 수평 세라믹 또는 금속 압반을 포함한다. 폴리싱 패드는 당 기술분야에서 공지되어 상용되고 있는 다양한 재료로 형성되는 것이다. 일반적으로,폴리싱 패드는 미국 아리조나주 스코츠데일에 소재하는 Rodel products Corporation에서 시판하는 IC 및 GS 시리즈의 폴리싱 패드와 같은 블룬 폴리우레탄(blown polyurethane)이다. 폴리싱 패드의 경도와 밀도(hardness and density)는 폴리싱 되는 재료의 타입에 따른다. 수직축을 중심으로 회전하는 폴리싱 패드는, 작업 피스가 놓여지는 환형상 폴리싱 표면을 가지어서 작업 피스에 대한 압반 및 중첩 부착된 폴리싱 패드의 동작이 폴리싱 표면과 결합된 표면에서의 폴리싱 패드의 연마성 마모를 일으킨다. 폴리싱 패드 표면을 평탄한 상태로 유지하고 표면 불규칙성이 없는 상태로 유지하는 것이 상기 장비에서는 중요하다. 폴리싱 패드는 폴리싱 작업시에 불규칙하게 마모되는 경향이 있으며, 여기서 보정되어져야만 하는 표면 불규칙성이 더 진전되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 사용 후에 폴리싱 패드의 상태를 조정하여 표면 불규칙성을 제거하고 평탄한 패드 상태를 획득하는 것이 본 발명의 주요한 목적이다.

사용 후에 폴리싱 패드의 상태를 조정하여 표면 불규칙성을 제거하고 평탄한 패드 상태를 획득하는 간단한 조정기를 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

본 발명은 바닥 표면에 절삭 수단을 갖추고 폴리싱 패드의 표면과의 결합과 결합해제를 위해 수직 이동하며 그리고 폴리싱 패드의 표면 위로 진동식 수평 이동을 하는 강성 캐리어 요소(rigid carrier element)를 포함하는, 수직 축을 중심으로 회전하는 폴리싱 머신에 장착된 압반을 덮고 있는 폴리싱 패드의 표면 조정용 조정기를 제공하는 것이다. 절삭 수단은 원형 또는 링 구조로 이산(離散)배치 된다. 일반적으로, 캐리어는 원형 링의 형태로 금속 또는 세라믹으로 형성된다.

조정동작 캐리어 요소의 바닥 표면에 있는 절삭 수단은 폴리싱 패드의 트루잉과 드레싱(truing and dressing)용으로 폴리싱 패드에 첨예한 면(sharp face)을 제공하는 경성재(hard material)를 포함하고 있다. 상기 경성재의 첨예한 절삭 요소의 대표적인 것에는 다이아몬드 입자 또는 그릿, 다결정상 칩-슬리버(clip-slivers), 및 규칙적 교번 타입의 것 예를 들어, 하나는 오른쪽으로 구부러지고, 다음 것은 왼쪽으로 구부러진 띠톱날, 또는 첫 번째 이는 오른쪽으로 구부러지고, 두 번째 이는 왼쪽으로 구부러지며, 또한 세 번째 이는 중앙에 정립된 세트로 이루어진 띠톱날과 같은 톱날이 있다.

조정동작 캐리어 요소의 바닥 표면에 고착된 절삭 수단만이 캐리어 요소가 조정동작 위치로 하강할 시에 폴리싱 패드와 접촉한다. 절삭 요소는 다양한 수단을 사용하여, 예를 들어, 레진(resins), 러버(rubber), 셀락(shellac), 비트리파이드 본드(vitrified bonds) 등과 같은 공지된 접착제를 사용하여 캐리어 요소의 바닥 표면에 고착된다.

제1도는 미시닝 장비의 회전식 압반에 사용된 폴리싱 패드를 조정하는 조작위치에 있는 본 발명의 조정기를 설명하는 사시도.

제2도는 본 발명의 패드 조정기의 장착 상태를 나타낸 단면도.

제3도는 본 발명의 폴리싱 패드 조정기의 저면도.

회전가능한 랩 휘일(11)은 화살표(A)로 표시된 방향으로 중앙 축을 중심으로 회전하는 지지부(13)에 지지된다. 미국 아리조나주 스코츠데일에 소재하는 Rodel Products Corporation에 생산하여 시판하는 IC-1000과 같은 폴리싱 패드(15)가 랩휘일(11)의 상부 표면에 놓여진다. 본 발명의 조정기(18)는 일반적으로 경성 패드, 즉, 쇼어(D)경도로 약 60 이상의 경도를 가진 경성 패드로 판단되는 폴리싱 패드를 조정하는데 가장 유리하게 사용된다.

상술된 조정기(18)는 폴리싱 패드와 접촉하는 원주 하방향 연장 둘레 플랜지(22)가 설치된, 세라믹 또는 금속과 같은 강성재로 제조된 원형 링 캐리어 요소(20)를 조정용으로 포함한다. 하방향 연장 플랜지(22)는 그 원주 둘레방향으로 배치된 다수의 절단부(23)에 의해 구분형성 된다. 상기 절단부(23)는 유체가 조정기(18)의 내부로부터 나올 수 있게 한다.

도면에 나타난 바와 같이, 절삭 요소는 플랜지(22)의 바닥 표면에 고착된 미분 다이아몬드 입자(25)이다. 다이아몬드 입자의 크기는 필요한 또는 요망하는 패드 조정 정도에 따라 변경시킬 수 있다. 대형 크기의 다이아몬드 입자는 패드에 절삭 작용을 깊게 제공하며, 또한 작은 크기의 다이아몬드 입자는 절삭 작용도 얇게 제공한다. 이가 있는 톱날과 같은 다른 절삭 요소도 상기와 동일한 작용을 제공한다. 일반적으로, 사용된 바람직한 다이아몬드 입자의 크기는 미국 시브 시리즈(U.S. Sieve Series)로 약 80메시 보다 작은 것이며, 더욱 바람직하게는 100 내지 120메시 범위의 것이다.

링 캐리어 요소(20)의 외부 직경은, 폴리싱 패드가 받는 조정동작의 크기에 따라 변하지만, 조정기가 진동시 패드의 전체 직경을 횡단할 수 있을 정도의 크기이다. 예를 들어, 32인지(82.18cm) 직경의 폴리싱 패드의 경우, 바람직한 조정기는 링(20)의 외부 직경이 10인치(25.4cm)이고 또한 플랜지(22)의 내부 직경이 약 9.5인치(24.13cm)인 것이다. 이러한 경우에, 다이아몬드 입자가 있는 플랜지(22)의 폭은 약 1/2인치(1.27cm)이다. 플랜지(22)의 폭은 중요하며 또한 조정기 사용시 하이드로플레이닝(hydroplaning)을 일으킬 정도로 넓어서는 안된다. 일반적으로, 플랜지(22)의 폭은 1/8인치(0.3175cm)내지 1/2인치(1.27cm) 범위 내에 있다.

조정기(18)는 폴리싱 패드와의 결합 및 결합해제를 위해 조정기를 상승 및 하강시키도록 수직 이동하는 작동 아암(32)에 부착된다. 작동 아암(32)은 압력 실린더(36)를 통해 수직 이동된다. 아암(32)은 또한 진동식 수평이동 하여 조정기(18)가 폴리싱 패드의 전체 상부 표면을 횡단한다. 작동 아암(32)의 특정한 구조는 본 발명에서 중요하지 않다. 조정기(18)를 폴리싱 패드에 결합시키고 패드의 표면 위로 조정기를 진동시키는 기능을 하는 작동 아암은 종래 래핑 기술에서 널리 공지되어 있는 것이다. 따라서, 아암(32)과 같은 작동 아암은 미국특허 제 4,141,180호에 기재된 형태의 것으로 한다. 패드 조정기(18)를 작동 아암(32)에 접속시키기 위한 다양한 수단이 사용된다. 예를 들어, 제2도에 도시된 바와 같이, 내부방향 연장 링(20)이, 견착 볼트(35)에 의해, 자동-조절 베어링(self-aligning bearing)(38)이 배치된 베어링 하우징에 고정된다. 샤프트(40)는 작동 아암(32)의 헤드에 있는 척(chuck) 내부에 결합 가능하게 되어 있다.

표면 불규칙성을 제거하거나 또는 소망하는 기하형상을 주기위해 폴리싱 패드를 조정할 필요가 있을 때, 본 발명의 조정기를 작동 아암(32)에 부착한다. 다음, 조정기의 하부 표면에 있는 절삭 수단이 폴리싱 패드의 상부 표면과 접촉하도록 아암은 수직 하방향으로 이동한다. 조정기에 의해 폴리싱 패드 표면에 작용하는하방향 압력은 조작자에 의해 결정되며, 그에 따라서 변경될 수 있다. 랩 휘일은, 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 회전하며, 동시에 작동 아암이 진동하여 링모양의 조정기(18)는 폴리싱 패드(15)의 표면 직경의 적어도 50%를 횡단한다. 조정 작용은 조작자의 관찰로 폴리싱 패드의 소망하는 조정을 달성하는 시간동안 적당한 압력을 가하여 이루어진다.

본 발명의 조정동작 요소의 하부 표면에 사용된 절삭 요소의 크기는 폴리싱 패드에 트루잉 및/또는 드레싱 작업을 달성하는데 소요되는 정도에 따라 변경된다. 트루잉 작업 시에, 패드가 적당한 기하학적 형상을 가지도록 패드로부터 충분한 양의 재료를 제거하기 위해 조정동작 요소는 일정한 압력을 받아서 회전하는 폴리싱 패드와 결합하게 된다. 드레싱 작업은 폴리싱 패드에 적하된 재료를 제거하기 위한 좀 더 엄격한 작업이다.

트루잉과 드레싱을 포함한, 폴리싱 패드의 만족스러운 조정을 위해서는, 기본적으로 첨예한 요소가 원주 형상으로 배치되어야 한다. 절삭 요소가, 별 모양과 같은, 다른 기하학적 형상으로 배치된 조정기로는 소망하는 조정 효과를 제공하지 못한다.

수직 축을 중심으로 회전하는 폴리싱 머신에 장착된 압반을 덮고 있는 폴리싱 패드의 표면을 동시적으로 트루잉과 드레싱하는 조정 방법은, 폴리싱 패드가 회전하는 중에, 일정한 압력을 가하여 폴리싱 패드의 상부에 노출 표면과 접촉시키는 단계와, 폴리싱 패드의 표면과 수직 결합 및 결합해제를 위해 수직 이동시키어 폴리싱 패드의 표면 위로 진동식 수평 방향 이동을 하는 캐리어 요소를 패드 표면 위로 진동시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 캐리어 요소는 링 형태이며 폴리싱 패드와의 접촉으로 폴리싱 패드를 트루잉과 드레싱하는 원형 링 구조로 배치된 절삭 수단을 바닥 표면에 갖춘 것이다.

본 발명의 조정기의 잇점은 폴리싱 패드가 폴리싱 공정에서 마모를 받게되면, 정확한 구 외형(true spherical contour)을 완전하게 제공하는 능력을 구비한 것이다. 원형구조의 절삭 요소는 폴리싱 공정 사이클 사이에서 폴리싱 패드 표면을 재절삭하여 다시 첨예하게 하며, 그리고 패드에 다른 드레싱 공구 형태보다 더 적극적인 트루잉 및 드레싱 작용을 제공하는 십자모양을 발생한다.

Claims (10)

1. 수직 축을 중심으로 회전하는 폴리싱 머신에 장착된 압반을 덮고 있는 폴리싱 패드의 표면 조정용 조정기에 있어서,

   폴리싱 패드의 표면과 결합 및 결합해제를 위해 수직 이동하며 폴리싱 패드의 표면 위로 진동식 수평 방향 이동을 하는 캐리어 요소를 포함하며,

   상기 캐리어 요소는 폴리싱 패드와의 접촉으로 폴리싱 패드를 트루잉과 드레싱하는 절삭 수단을 가진 그 바닥 표면으로부터 하방향으로 연장형성된 링 형상 플렌지를 구비하는 것을 특징으로 하는 조정기.
2. 제1항에 있어서, 재료가 캐리어 요소의 내부로부터 빠져 나올 수 있게 캐리어 요소의 둘레를 따라 이격공간진 절단부를 갖는 것을 특징으로 하는 조정기.
3. 제1항에 있어서, 절삭 수단은 다이아몬드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조정기.
4. 제3항에 있어서, 다이아몬드 절삭 수단은 미국 시브 시리즈(U.S. Sieve Series)로 약 80메시 보다 크지 않은 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조정기.
5. 제1항에 있어서, 절삭 요소는 그 위에 절삭이(cutter teeth)를 구비한 원형 날(circular blade)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조정기.
6. 수직 축을 중심으로 회전하는 폴리싱 머신에 장착된 압반을 덮고 있는 폴리싱 패드의 표면을 조정하는 방법에 있어서,

   폴리싱 패드가 회전하는 중에, 일정한 압력을 가하여 폴리싱 패드의 상부에 노출 표면과 접촉시키는 단계 및,

   폴리싱 패드의 표면과 수직 결합 및 결합해제를 위해 수직 이동시키어 폴리싱 패드의 표면 위로 진동식 수평 방향 이동을 하는 캐리어 요소를 패드 표면 위로 진동시키는 단계를 포함하며,

   상기 캐리어 요소는 링 형태이며 폴리싱 패드와의 접촉으로 폴리싱 패드를 트루잉과 드레싱하는 원형 링 구조로 배치된 절삭 수단을 바닥 표면에 갖춘 것을 특징으로 하는 조정 방법.
7. 제6항에 있어서, 캐리어 요소에, 재료가 캐리어 요소의 내부로부터 빠져나오게 하는 이격공간진 절단부를 그 원주면을 따라 배치시킨 것을 특징으로 하는 조정 방법.
8. 제6항에 있어서, 절삭 수단에 다이아몬드 입자를 포함시키는 것을 특징으로 하는 조정 방법.
9. 제8항에 있어서, 다이아몬드 절삭 수단은 미국 시브 시리즈로 약 80메시 보다 크지 않은 입자 크기를 갖추는 것을 특징으로 하는 조정 방법.
10. 제6항에 있어서, 절삭 요소는 그 위에 절삭 이를 구비한 날을 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 방법.