KR100426226B1

KR100426226B1 - 초정밀 연마용 연마체 및 연마방법

Info

Publication number: KR100426226B1
Application number: KR10-2001-0021811A
Authority: KR
Inventors: 문덕주; 전지원
Original assignee: 문덕주
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2004-04-08
Also published as: KR20010068101A

Abstract

박판의 반도체 기판이나 금속 박판 또는 망원 렌즈용 유리면등 정밀 연마를 필요로 하는 피연마체를 연마하기 위한 연마체로서, 연마체 본체(1) 전체를 각종 발포나 미발포 합성수지 성분만으로 성형하거나, 각종 연마제를 접착제와 혼합한 성분으로 성형하되, 본체(1)전체를 한가지 재질로의 연마제가 함유된 것만으로 성형하거나, 본체의 중심에서부터 가장자리로 가면서 성분이 다른 연마제가 함유된 층이나 입자가 다른 연마제가 함유된 연마제층으로 형성되도록 성형하여, 상기 모든 형태의 연마체 본체(1)의 중심과 가장자리에 연마액 또는 각종의 유체를 주입하기 위한 유체통로(2)를 수직으로 천설하되, 유체공급관(5)은 메인 공급관(6)과 회전되게 연결되고 연마체의 유체통로(2)와도 외부나 내부에서 연결되어 연마체와 일체로 매립된 연마체로서 그 연마체를 받침대(pad)상에 놓인 피연마체(3)위에 위치시켜 유체통로(2)를 통하여 유체를 공급하면서 연마체와 피연마체를 좌우 동일방향이나 반대방향으로, 그리고 속도를 같게하거나 다르게하면서 회전시켜 연마하므로써 미세한 초정밀 연마를 할 수 있게 되는 것이다.

Description

초정밀 연마용 연마체 및 연마방법{Polisher for ultra precision polishing and polishing method thereby}

본 발명은 반도체 기판이나 금속 또는 유리제품 표면등의 초정밀 연마를 필요로하는 피연마체를 미세하게 연마하기 위한 초정밀 연마체 및 그 연마체를 이용한 초정밀 연마방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 기판, 금속 박판, 현미경 유리와 같은 표면의 정밀 또는 초정밀 연마방법으로는 수산화 칼륨(KOH)이나 수산화 암모니움(NH₄OH)등 알카리용액이나 물중에서 선택된 어느하나의 용액에 80~230nm의 입경을 갖는 산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 다이어몬드(C)중에서 선택된 연마입자를 현탁시킨 연마 슬러리(slurry)를 연마용 패드(연마체)와 피연마체(wafer)사이에 공급하면서 웨이퍼와 패드를 회전시켜 연마하거나, 연마제인 산화규소, 산화알루미늄, 실리콘 카바이드(SiC), 세륨 옥사이드(CeO₂), 삼산화철(Fe₂O₃), 산화나트륨(Na₂O) 및 산화크롬(Cr₂O₃)중에서 선택된 연마제중 한가지나 두가지 이상을 폴리에스텔 필름에 도포하여 접착제로 접착시킨 연마포로 연마하거나, 상기 연마제를 접착제나 합성수지와 혼합하여 성형한 연마롤을 사용하여 연마하거나 또는 연마석이나 연마지로 왕복하면서 연마하여 왔으나 상기 연마석이나 연마지에 의한 연마는 가장 원시적이어서 정밀연마가 전혀 불가능하고 패드와 웨이퍼 사이에 연마슬러리를 분사하여 연마하는 경우에는 슬러리의 분사속도와 양의 균일한 조절이 어렵고 연마제 입도나 분산상태가 균일치 않아 정밀 연마가 어려우며 또한 상기 연마포나 연마롤에 의해서는 연마제의 입도가 균일하지 않고 평활도가 좋지 않기 때문에 정밀 연마가 사실상 어려운데다가 상기 연마포나 연마롤의 경우 연마체인 연마포나 연마롤과 피연마체와의 간격 및 연마 압력이 정밀하게 조절되지 않아 역시 정밀 연마가 어려운 결점이 있었다.

따라서 상기 연마슬러리, 연마포 또는 연마롤에 의한 연마는 정밀성이 결여되어 미세하고 정밀한 연마를 위하여는 연마속도를 조절하면서 서서히 연마하여야 하므로 연마시간이 많이 소요되는 결점도 있었다.

본 발명은 상기한 바와같이 종래의 초정밀 연마에서의 문제점을 개선한 것으로서, 연마체에 유체 통로를 수직으로 관통되게 형성하여 그 유체통로를 통하여 물, 연마슬러리 또는 기체와 같은 유체를 선택적으로 공급하면서 피연마체와 정밀하게 간격을 유지하는 연마체에 의해 연마하므로써 피연마체를 균일하고 정밀하게 단시간에 연마할 수 있는 연마체와, 그 연마체에 의해 피연마체를 초정밀 연마할 수 있는 연마방법을 제공코저하는 것으로서 이를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 연마체의 유체공급관이 외부로 노출된 상태의 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 연마체의 유체공급관이 외부로 노출된 상태의 또다른 예의 사시도.

도 3 은 도2의 A-A'선 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 연마체의 유체 공급관이 연마체 내에 일체로 성형된 상태의 사시도.

도 5 는 도4의 단면도.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 연마체 본체 2 : 유체통로

3 : 피연마체 4 : 받침대

5 : 유체공급분기관 6 : 메인관

7,8,9,10,11,12 : 연마제 혼합물층

연마체 본체(1)를 넓은 원통형이나 각통형으로 성형하되, 연마체 본체(1)의중심에서 가장자리에 이르기까지 균형있게 배치되도록 유체통로(2)를 수직 관통되게 천설한 것으로 연마체를 구성하고,

상기 연마체 본체(1)는 그 전체를 합성수지 단독성분이나 연마제를 결합제와 혼합한 연마제 혼합물중에서 선택된 어느하나의 성분으로 성형하거나,

상기 연마체 본체(1)를 그 중심에서 가장자리에 이르기까지 연마제 성분이 각각 다른 연마제 혼합물로된 다수개의 연마제 혼합물층(7)(8)(9)으로 형성하거나,

상기 연마체 본체(1)를 그 중심에서 가장자리에 이르기까지 각각 다른 입자크기의 연마제 혼합물로된 다수개의 연마제 혼합물층(10)(11)(12)로 형성하거나,

상기에서 연마체 본체(1)를 성형하는 합성수지는 발포성이나 미발포성 합성수지중에서 선택된 어느하나의 합성수지로하고,

상기 연마체 본체(1)에 천설되는 유체통로(2)는 연마체 본체(1)중심에만 1개 또는 다수개를 배치하거나, 연마체 본체(1)중심과 가장자리에도 다수개를 배치하는 것중에서 선택된 어느한가지 형태로하며,

상기 연마체 본체(1)의 유체통로(2)에 공급되는 유체는 물이나 연마제 혼합물 또는 기체중에서 선택된 어느하나로 하고,

상기 연마제 혼합물에 사용되는 연마제는 기존의 SiO₂, Al₂O₃, SiC, Fe₂O₃, MnO₂, CeO₂중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 연마제로 하고,

상기 연마제 혼합물에 사용되는 연마제 결합제는 합성수지 접착제나 각종 열가소성 합성수지중에서 선택된 어느하나로 하고,

상기 연마체 본체(1)의 형태는 저면을 평면이나 곡면중에서 선택된 어느하나의 형태로 하며,

상기 유체 통로(2)는 메인공급관(6)과 회전되게 연결된 다중 유체공급분기관(5)의 하단이 연마체 본체(1)의 외부에서 연결되거나(도1∼도3 참조) 연마체 본체(1)의 내부에 매립되게 연결되는 것(도4∼도5 참조)으로 구성된다.

이상과 같이 구성되는 연마체(1)로 피연마체(3)를 정밀 연마하고져 할때는 기존의 연마받침대(4)위에 피연마체(3)를 놓고 유체통로(2)를 통하여 유체의 양을 조절하면서 공급함과 동시에 통상의 연마체 본체(1) 파지용 지그(미도시)로 연마체 본체(1)를 잡고 연마체 본체(1)와 피연마체(3)를 동일방향이나 반대방향으로 회전시키되 연마체 본체(1)와 피연마체(3)를 동일 회전속도나 또는 상이한 회전속도로 회전시켜 연마체 본체(1)와 피연마체(3)의 간격을 조절하면서 연마하면 되는 것이다.이상과 같은 본 발명의 초정밀 연마용 연마체로 초정밀 연마를 요하는 피연마체를 연마하게되면, 유체 공급 분기관(5)이나 분사노즐(미도시)을 통하여 유체통로(2)로 유체를 공급하면서 연마체 본체(1)와 피연마체(3)를 회전시키게되면 연마체와 피연마체 사이에서 유체가 원심력에 의해서 중앙에서 가장자리쪽으로 분산되면서 연마체 본체(1)와 피연마체(3)의 회전속도, 회전방향에 따라 유체막의 두께가 조절되게되어 연마체 본체(1)와 피연마체(3)사이의 간격이 조절되게되며 또한 이때 유체압에 의해서도 연마체(1)와 피연마체(3)의 간격조절이 정밀하고 원활하게 이루어지게되고, 동시에 연마체(1)와 피연마체(3) 자체의 회전 원심력에 의해서도 연마체(1)와 피연마체(3)의 수평 조절이 정밀하고 원활하게 이루어지게 된다.즉 연마체 본체(1)와 피연마체(3)가 동일 방향이든 반대방향이든 또 동일 속도로든 상이한 속도로든 회전되게 되면 원심력에 의해서 유체막이 형성되어 연마체와 피연마체의 수평을 유지하게되고 또 연마체 본체(1)와 피연마체(3)가 정지된 상태에서도 공급되는 유체의 압력에 의해서 연마체와 피연마체 사이가 일정한 간격으로 유지되게되는데, 이때 유체압이 크면 간격이 벌어지게되고 유체압이 적으면 간격이 좁혀지게되며, 또 피연마체(3)가 정지된 상태에서 유체수압이 일정할 때는 연마체(1)의 회전속도는 증가하고 유체막은 감소하여 간격이 좁아지게되며, 피연마체(3)와 연마체(1)가 동일방향으로 회전하되 회전속도가 상이하게되면 그 속도차이에 의하여 유체막에 전단력이 발생하게되어 피연마체와 연마체의 간격이 커지게되고 피연마체나 연마체가 서로 반대 방향으로 회전되게되면 서로간의 간섭현상(전단력)으로 더욱 연마체와 피연마체는 간격이 크게 벌어지게 된다.또한 연마체 본체(1)에는 유체통로(2)가 균일하게 배치되어 있으므로 유체를 공급하면서 연마체 본체(1)를 회전할때는 연마체 본체(1)가 정확하게 균형을 유지할 수가 있게되고 연마체 본체(1)의 하부는 피연마체(3)의 표면 형태에 따라 수평면이나 곡면형태의 연마체를 사용하면 연마가 원활하게되며, 연마체 본체(1)를 중심에서부터 가장자리에 이르기까지 연마성분이 다른 연마제 혼합물로된 연마제 혼합물층(7)(8)(9), 예컨데 한층(7)은 CeO₂층으로 하고, 또한층(8)은 SiO₂층, 또다른 한층(9)은 Al₂O₃으로 하거나, 연마제 입자가 상이한 연마제 혼합물로된 연마제 혼합물층(10)(11)(12), 예컨데 한층은 300메쉬 입경크기, 또한층은 350메쉬 입경크기, 또다른 한층은 400메쉬 입경크기로 하므로서 연마 강도나 속도등을 조절하면서 정밀 연마를 할 수가 있는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명 초정밀 연마용 연마체로 초정밀 연마를 요하는 피연마체(3)를 연마하게되면, 연마체와 피연마체의 회전방향, 회전속도 및 유체의 주입압력등을 자유자재로 조절할 수 있고 연마체 본체(1)를 형성하는 재질이 다양하여 피연마체(3)의 재질과 표면 형태에 따라 임의로 선택하여 사용이 가능하며 연마체 본체(1)의 저면(하부)는 피연마체(3)의 표면 형태에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 수평면이나 곡면형태로 되어 있어서 피연마체(3)를 자유자재로 초정밀하게 연마할 수 있는 효과가 있다.

Claims

연마체 본체(1)를 넓은 원통형이나 각통형으로 성형하되, 연마체 본체(1)의 중심에서 가장자리에 이르기까지 균형있게 배치되도록 유체통로(2)를 수직 관통되게 천설한 것으로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)는 그 전체를 합성수지 단독성분이나 연마제를 결합제와 혼합한 연마제 혼합물중에서 선택된 어느하나의 성분으로 성형한 것으로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)를 그 중심에서 가장자리에 이르기까지 연마제 성분이 각각 다른 연마제 혼합물로된 다수개의 연마제 혼합물층(7)(8)(9)으로 형성한 것으로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)를 그 중심에서 가장자리에 이르기까지 각각 다른 입자크기의 연마제 혼합물로된 다수개의 연마제 혼합물층(10)(11)(12)로 형성한 것으로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제2항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)를 성형하는 합성수지는 발포성이나 미발포성 합성수지중에서 선택된 어느하나의 합성수지로함을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)에 천설되는 유체통로(2)는 연마체 본체(1)중심에만 1개 또는 다수개를 배치하거나 연마체 본체(1)중심과 가장자리에도 다수개를 배치하는 것중에서 선택된 어느한가지 형태로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)의 유체통로(2)에 공급되는 유체는 물이나 연마제 혼합물 또는 기체중에서 선택된 어느하나로 함을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마제 혼합물에 사용되는 연마제는 기존의 SiO₂, Al₂O₃, SiC, Fe₂O₃, MnO₂, CeO₂중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 연마제로 함을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마제 혼합물에 사용되는 연마제 결합제는 합성수지 접착제나 각종 열가소성 합성수지중에서 선택된 어느하나로함을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 연마체 본체(1)의 형태는 저면을 평면이나 곡면중에서 선택된 어느하나의 형태로 함을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 상기 유체 통로(2)는 메인공급관(6)과 회전되게 연결된 다중 유체공급분기관(5)의 하단이 연마체 본체(1)의 외부에서 연결되거나 연마체 본체(1)의 내부에 매립되어 연결되는 것으로 구성됨을 특징으로하는 초정밀 연마용 연마체.
제1항에 있어서, 중심에서 가장자리에 이르기까지 균형있게 유체통로(2)가 수직관통된 연마체 본체(1)가 발포나 미발포성 합성수지 단독이나 기존의 입자의 크기가 다양한 각종 연마제와 결합제의 혼합물중 어느하나로 이루어진 연마체를 이용하여, 기존의 연마 받침대(4)위에 피연마체(3)를 올려 놓고 상기 연마체 본체(1)의 유체통로(2)를 통하여 물, 연마제 혼합물 또는 기체중에서 선택된 유체를 그 양을 조절하면서 공급함과 동시에 통상의 연마체 본체(1) 파지용 지그(미도시)로 연마체 본체(1)를 잡고 연마체 본체(1)와 피연마체(3)를 동일방향이나 반대방향으로 회전시키되 연마체 본체(1)와 피연마체(3)를 동일 회전속도나 또는 상이한 회전속도로 회전시켜 연마체 본체(1)와 피연마체(3)의 간격을 조절하면서 연마하는 것으로 구성됨을 특징으로 초정밀 연마용 피연마체의 연마방법.