KR100452738B1 - 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치 - Google Patents

쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치에 관한 것이다. 이를 위해, 회전 가능하게 설치되고, 회전축선상에 관통홀(28)이 형성된 디스크(22); 상기 디스크(22)중 쿼츠 디스크(60)가 접하는 면에 링형상으로 구비되는 실링(24); 일단이 상기 관통홀(28)에 연결되어 회전하는 디스크(22)와 쿼츠 디스크(60) 사이의 공간의 부압을 유지하게 하는 진공 회전튜브(40); 상기 진공 회전튜브(40)와 연결되어 진공의 부압을 발생하는 진공펌프(50); 상기 진공 회전튜브(40)와 연결되고 외부의 에어공급원(54)으로 공급받은 공압으로부터 정압을 발생하는 에어유닛(52); 및 상기 진공 회전튜브(40), 진공펌프(50), 에어유닛(52) 사이에 연결되어, 상기 진공 회전튜브(40)로 정압 또는 부압을 선택적으로 공급할 수 있는 방향전환밸브(44); 가 제공된다.

Description

쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치{A Vacuum chuck device for machining a Quartz Disc}
본 발명은 반도체 웨이퍼에 사용되는 쿼츠(Quartz) 디스크를 가공하기 위한 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쿼츠 디스크를 신속하게 소정치수로 기계가공 하기 위한 진공 척에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 생산하는데 필수적인 쿼츠 디스크(60)(또는 Quartz 원자재)는 쿼츠를 디스크 형상으로 성형한 후 외면을 정확한 치수로 가공하는 절차가 필수적이다. 이 때, 정확한 직경과 디스크(60)의 두께 및 표면조도 등이 요구된다. 그러나, 쿼츠의 특성상 종래의 기계식 척에 물린 후, 선반가공을 할 경우, 쿼츠 디스크(60)의 외경에 척의 흠집이 자국이 남는 문제점이 있었다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같은 지그(10)를 사용하곤 했다.
도 1은 쿼츠 디스크를 가공하기 위한 종래의 지그 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대략 원통형상의 지그(10)의 일단면에 쿼츠 디스크(60)를 부착하고 그 사이를 접착제(5)로 본딩하였다. 이하에서는 이와 같은 종래의 지그(10)를 이용한 쿼츠 디스크(60)의 선반가공방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 우선 지그(10)과 쿼츠 디스크(60)를 가스불에서 15분 정도 가열한다. 그 다음, 지그(10)와 쿼츠 디스크(60)를 송진, 파라핀 등으로 약 5분 가량 왁싱(waxing) 하여 고정한다. 왁싱한 지그(10)과 쿼츠 디스크(60)를약 30분 가량 자연 냉각시킨 후 선반기계에 고정하여 소정치수로 외면을 기계가공한다. 기계가공 후, 지그(10)와 쿼츠 디스크(60)를 분리하여 송진, 파라핀을 제거한다. 이 때, 약 10분의 시간이 소요된다.
즉, 상기와 같은 종래의 지그방식으로 쿼츠 디스크(또는 Quartz 원자재)(60)를 가공할 경우, 개당 약 1시간이 소요될 뿐만 아니라, 가스, 송진, 파라핀 등 기타 부자재가 준비되고 소모되는 비경제성이 있었다.
또한, 제거된 송진, 파라핀 등이 재활용되지 못하고, 폐기됨에 따라 환경오염과 자원낭비의 요소도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 쿼츠 디스크(또는 quartz 원자재)(60)를 신속하게 선반에 고정할 수 있으면서도, 쿼츠 디스크에 자국이나 흠집을 남기지 않는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 환경오염이 적고, 쿼츠 디스크를 신속하게 반전하여 고정할 수 있는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 회전 가능하게 설치되고, 회전축선상에 관통홀(28)이 형성된 디스크(22); 상기 디스크(22)중 쿼츠 디스크(60)가 접하는 면에 링형상으로 구비되는 실링(24); 일단이 상기 관통홀(28)에 연결되어 회전하는 디스크(22)와 쿼츠 디스크(60) 사이의 공간의 부압을 유지하게 하는 진공 회전튜브(40); 상기 진공 회전튜브(40)와 연결되어 진공의 부압을 발생하는 진공펌프(50); 상기 진공 회전튜브(40)와 연결되고 외부의 에어공급원(54)으로 공급받은 공압으로부터 정압을 발생하는 에어유닛(52); 및 상기 진공 회전튜브(40), 진공펌프(50), 에어유닛(52) 사이에 연결되어, 상기 진공 회전튜브(40)로 정압 또는 부압을 선택적으로 공급할 수 있는 방향전환밸브(44); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치에 의하여 달성될 수 있다.
또한, 상기 진공펌프(50)와 상기 방향전환밸브(44) 사이에는, 유동되는 공기로부터 이물질을 제거할 수 있는 에어필터(46); 및 설정된 부압을 일정하게 유지하기 위한 저장탱크(48)가 직렬로 더 연결되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 디스크(22)에는 반지름 방향으로 3개의 안내홈(27)이 각각 등간격으로 형성되어 있고, 상기 각 안내홈(27)에 구비되어 반경방향으로 이동 가능한 안내핀(26); 및 상기 안내핀(26)의 일단에 조립되어 상기 디스크(22)와 상기 안내핀(26)을 체결할 수 있는 나사(25)가 더 구비되어 있는 것이 가능하다.
아울러, 상기 디스크(22)중 상기 실링(24)으로 둘러싸이는 내부영역은 소정 깊이만큼 함몰되어 함몰부(56)를 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 쿼츠 디스크를 가공하기 위한 종래의 지그 사시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치의 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 진공 척장치의 측단면도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치의 시스템 구성도이다.
<주요 도면 부호에 대한 간단한 설명>
5 : 접합제, 10 : 지그,
20 : 진공척, 22 : 디스크,
24 : 실링, 25 : 나사,
26 : 안내핀, 27 : 안내홈,
40 : 진공 회전튜브, 42 : 배관,
44 : 방향전환밸브, 46 : 에어 필터,
48 : 저장탱크, 50 : 진공펌프,
52 : 에어유닛, 54 : 에어공급원,
60 : 쿼츠 디스크,
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 진공 척장치의 측단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진공 척(20)은 크게 디스크(22), 안내핀(26), 실링(24), 관통홀(28) 등으로 구성되어 있다.
디스크(22)는 쿼츠 디스크(60)와 대면되는 금속부재로서 직경은 약 380mm 정도이다. 디스크(22)의 회전축선에는 10 mm 직경의 관통홀(28)이 형성되어 있다.
안내홈(27)은 디스크(22)의 중심으로부터 반지름방향으로 3개가 형성되어 있으며, 상호 120도의 간격으로 이격되어 있다. 이러한 안내홈(27)은 디스크(22)의 중심으로부터 반경 140mm 정도부터 시작되어 외경까지 직선으로 연장되어 형성되어 있다.
안내핀(26)은 상기 각 안내홈(27) 내부에 각각 삽입되어지며, 안내홈(27) 내에서 이동될 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 안내핀(26)은 쿼츠 디스크(60)의 외경을 파지하여 디스크(22)의 회전중심과 쿼츠 디스크(60)의 중심을 일치시키기 위하여 사용된다. 이러한 안내핀(26)은 안내핀(26)의 일단에 고정될 수 있는 나사(25)에 의하여 디스크(22)에 고정된다.
실링(24)는 디스크(22)의 중심으로부터 약 136mm 정도의 반지름 위치에 링형상으로 설치된다. 이러한 실링(24)은 약간의 탄성변형이 가능하도록 우레탄, 실리콘, 고무, 연질 플라스틱 등으로 제작될 수 있다. 또한, 밀봉력을 높이기 위하여 실링(24)을 두겹 또는 그 이상으로 설치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치의 시스템 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이. 디스크(22)의 기본적인 형상은 본원의 제 1 실시예와 동일하다. 다만,제 2 실시예에 따른 디스크(22)가 제 1 실시예와의 차이점은 실링(24)으로 둘러싸이는 내부영역이 소정 깊이만큼 함몰되어 함몰부(56)를 형성하고 있다는 것과 안내핀(26)이 생략되었다는 것이다.
함몰부(56)는 약 7mm 정도의 깊이이다. 이러한 함몰부(56)는 쿼츠 디스크(60)와 디스크(22) 사이에 실링(24)에 의해 밀폐된 공간을 더욱 크게 형성함으로써 진공력을 확실하게 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
진공 회전튜브(40)의 일단은 디스크(22)에 형성된 관통홀(28)에 연결되어 있고, 타단은 배관(42)을 통해 3웨이 방향전환밸브(44)와 연결되어 있다. 이러한 진공 회전튜브(40)는 디스크(22)가 회전하더라도 진공력이 가해질 수 있는 구성으로 이루어져 있다.
3웨이 방향전환밸브(44)는 일단이 진공회전튜브(40)에 연결되어 있고, 타단이 에어필터(46)에 연결되어 있으며, 또하나의 단부가 에어유닛(52)에 연결되어 있다. 따라서, 방향전환밸브(44)의 전환에 의해 진공회전튜브(40)로 부압이 가해지거나 정압이 가해진다.
에어필터(46)는 방향전환밸브(44)와 저장탱크(48) 사이에 연결되어 있으며, 방향전환밸브(44)와 저장탱크(48) 사이를 유동하는 공기중의 이물질을 필터링 하도록 구성되어 있다.
저장탱크(48)(일명, 진공 어큐뮬레이터)는 에어필터(46)와 진공펌프(50)사이에 설치되며, 진공부하의 변동에도 불구하고 항상 일정한 부압이 가해질 수 있도록 일정한 내부 공간을 갖는 부재이다.
진공펌프(50)는 저장탱크(48)의 일단에 부착되어, 부압을 발생시키는 장치이다.
에어유닛(52)은 방향전환밸브(44)와 에어공급원(54) 사이에 설치되어, 공급되는 에어의 이물질을 제거하고, 공압이 작업자가 원하는 압력으로 일정하게 가해질 수 있도록 하는 레귤레이터(미도시) 등이 내장되어 있다.
에어공급원(54)은 콤프레셔가 될 수도 있고, 대형 공장이나 현장인 경우에는 중앙에서 일률적으로 공급하는 공압원이 될 수 있다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치의 동작에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
우선, 작업자는 진공펌프(50)를 작동시켜, 저장탱크(48)에 일정한 부압이 걸리도록 준비작업을 한다. 그리고, 나사(25)를 푼 상태에서 3개의 안내핀(26)을 반경방향으로 이동시켜 쿼츠 디스크(60)가 끼워질 수 있는 위치에 고정한다.
그 다음, 에어필터(46)와 진공회전튜브(40)가 연통될 수 있도록 방향전환밸브(44)를 조절하고, 디스크(22)에 쿼츠 디스크(60)를 근접시킨다. 그러면, 쿼츠 디스크(60)가 3개의 안내핀(26) 사이로 삽입되면서, 실링(24)에 압착되고, 디스크(22)와 쿼츠 디스크(60) 사이에 존재하던 공기가 관통홀(28)을 지나 진공회전튜브(40)에 다다르게 된다. 진공회전튜브(40)를 지난 공기는 배관(42)을 통해 방향전환밸브(44)에서 에어필터(46)측으로 유도된다.
에어필터(46)에서는 공기중에 포함된 각종 먼지, 이물질들이 걸러지고, 저장탱크(48)에 도달하게 된다. 이로서, 저장탱크(48)의 내부압력이 변동하고, 진공펌프(50)는 부압을 높이기 위해 저장탱크(48) 내부의 공기를 대기중으로 배출하게 된다. 이와 같이 상태에서, 척장치(20)가 설치된 선반기계(미도시)를 회전시키면서, 쿼츠 디스크(60)의 외면과 단면을 기계가공하여 원하는 정밀한 치수로 만든다. 이 때, 진공 회전튜브(40)는 척장치(20)를 회전시키면서도 고정된 배관(42)을 통해 부압이 가해질 수 있도록 작동하게 된다.
선반가공이 완료되고, 쿼츠 디스크(60)를 분리하고자 할 경우에는 척장치(20)를 멈춘 상태에서, 방향전환밸브(44)를 전환하여 진공회전튜브(40)와 에어유닛(52)이 연통되도록 한다. 그러면 고압의 공압이 에어공급원(54)으로부터 에어유닛(52), 방향전환밸브(44), 배관(42), 진공 회전튜브(40), 관통홀(28)을 지나 순간적으로 쿼츠 디스크(60)에 가해지게 된다. 그러면, 쿼츠 디스크(60)는 실링(24)으로부터 떨어지면서 척장치(20)로부터 분리된다.
만약, 쿼츠 디스크(60)의 타측 단면을 선반가공하여야 할 경우에는 쿼츠 디스크(60)를 반전시킨 상태에서 상기 장착단계를 되풀이하면 된다.
본 발명에서는 3개의 안내핀과 3개의 안내홈을 도시하고 설명하였으나, 필요에 따라 2개 또는 4개 이상으로 설계변경하는 것은 본 발명의 범위내에서 용이한 사항이다.
또한, 1개의 방향전환밸브를 동일한 기능을 하도록 2개의 체크밸브를 이용하여 구성할 수도 있고, 필요에 따라 에어유닛(52)을 생략할 수도 있다.
본 발명의 척장치(20)의 직경은 쿼츠 디스크(Quartz 원재료)의 직경이 6인치, 8인치, 10인치, 12인치 이상 등인 경우에도 적절히 비례적으로 치수를 변경하여 제작할 수 있음은 물론이다.
또한, 생산성을 높이기 위하여, 본 발명에 척중심 셋팅장치, 원료의 자동 공급장치, 가공품의 자동 이송장치, 안내핀의 자동 이송장치 등을 부설할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 요지범위내라고 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른, 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치에 의하면, 쿼츠 디스크(또는 quartz 원자재)(60)를 신속하게 선반에 고정할 수 있으면서도, 쿼츠 디스크에 자국이나 흠집을 남기지 않는 특징이 있다.
또한, 환경오염이 적고, 쿼츠 디스크를 신속하게 반전하여 고정할 수 있어 생산성이 높다는 효과가 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (4)

  1. 회전 가능하게 설치되고, 회전축선상에 관통홀(28)이 형성되며, 반지름 방향으로 3개의 안내홈(27)이 각각 등간격으로 형성된 디스크(22);
    상기 디스크(22)중 쿼츠 디스크(60)가 접하는 면에 링형상으로 구비되는 실링(24);
    일단이 상기 관통홀(28)에 연결되어 회전하는 디스크(22)와 쿼츠 디스크(60) 사이의 공간의 부압을 유지하게 하는 진공 회전튜브(40);
    상기 진공 회전튜브(40)와 연결되어 진공의 부압을 발생하는 진공펌프(50);
    상기 진공 회전튜브(40)와 연결되고 외부의 에어공급원(54)으로 공급받은 공압으로부터 정압을 발생하는 에어유닛(52);
    상기 진공 회전튜브(40), 진공펌프(50), 에어유닛(52) 사이에 연결되어, 상기 진공 회전튜브(40)로 정압 또는 부압을 선택적으로 공급할 수 있는 방향전환밸브(44);
    상기 각 안내홈(27)에 구비되어 반경방향으로 이동 가능한 안내핀(26); 및
    상기 안내핀(26)의 일단에 조립되어 상기 디스크(22)와 상기 안내핀(26)을 체결할 수 있는 나사(25);를 포함하며,
    상기 진공펌프(50)와 상기 방향전환밸브(44) 사이에는, 유동되는 공기로부터 이물질을 제거할 수 있는 에어필터(46); 및 설정된 부압을 일정하게 유지하기 위한 저장탱크(48)가 직렬로 연결되고,
    상기 디스크(22)중 상기 실링(24)으로 둘러싸이는 내부영역은 소정 깊이만큼 함몰되어 함몰부(56)를 형성하는 것을 특징으로 하는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 디스크(22)는 쿼츠 디스크(60)와 대면되는 금속부재로서 직경은 380mm 이고, 상기 관통홀(28)의 직경은 10 mm 인 것을 특징으로 하는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실링(24)은 우레탄, 실리콘, 고무, 연질 플라스틱중 어느 하나로 제작되고,
    상기 디스크(22)의 중심으로부터 136mm 정도의 반지름 위치에 링형상으로 설치되고, 그리고
    상기 함몰부(56)의 깊이는 7mm 인 것을 특징으로 하는 쿼츠 디스크 가공용 진공 척장치.
  4. 삭제
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