KR100496916B1

KR100496916B1 - 피가공물의 폴리싱 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100496916B1
Application number: KR1019970018840A
Authority: KR
Inventors: 노부루 시미즈; 노리오 기무라
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2005-09-30
Also published as: KR970073869A; JPH1058317A

Abstract

본 발명에 따른 폴리싱 방법 및 상기 방법에 사용되는 소형화된 장치는 폴리싱 처리된 첨단기술 장비를 제조하기 위한 피가공물의 효과적인 생산을 위해 제공된다. 폴리싱 방법은 피가공면을 폴리싱하기 위한 제 1단계 및 제 2단계를 포함하여 이루어진다. 제 1폴리싱 단계에서, 피가공면은 회전하고 있는 제 1폴리싱 공구의 연마 표면에 대하여 압압된다. 제 2단계에서, 피가공면은 각각 피가공면에 대하여 평면 병진 운동으로 이동하는 제 2폴리싱 공구의 러빙표면에 대하여 압압된다.

Description

피가공물의 폴리싱 방법 및 장치

본 발명은 일반적으로 폴리싱 처리방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고도의 청정이 요구되는 반도체 웨이퍼,유리 판 및 액정 표시 패널 등의 기판을 가공하기 위한 폴리싱 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근, 집적회로 장치의 밀도에 있어서 급격한 발전이 진행됨에 따라, 더 좁은 배선 사이의 공간이 요구되며, 사진평판술(optical lithography)을 이용할 경우 나비 0.5 ㎛ 이하의 라인 공간을 형성시킬 수 있지만, 광학시스템의 촛점거리(깊이)가 상대적으로 작기 때문에, 스텝퍼(stepper)의 촛점 표면은 가능한 한 편평하여야 한다. 이러한 경향은 또한, 라인 공간보다 크기가 큰 입자가 제조장치 상에 남아 있는 경우, 장치의 고장의 원인이 될 수 있는 쇼트 서킷팅(short circuiting)을 야기한다는 것을 의미한다. 따라서, 피가공물을 처리하여, 편평하고 청정한 피가공물을 제공할 필요가 있다. 이러한 처리는 일반적으로 다른 피가공물 재료, 예를 들어, 포토-마스킹을 위한 유리 판 또는 액정 표시 패널에도 똑같이 요구된다.

도 4는 폴리싱 유닛(10); 로딩/언로딩 유닛(21); 수송 로봇(22) 및 두 개의 세정 기기(23a, 23b)를 포함하여 구성되는 통상의 폴리싱 장치를 나타낸다. 도 6은 연마포(11)가 부착된 턴테이블(12); 및 피가공물(1)을 고정하고, 피가공물(웨이퍼, 1)을 턴테이블(12) 상에 압압하기 위한 상부링(13)을 포함하여 구성되는 폴리싱 유닛(10)의 개략도이다.

폴리싱처리는 피가공물(1)을 상부링(13)의 하부 표면에 고정하고, 수직으로 이동가능한 실린더를 이용하여 피가공물(1)을 회전하는 턴테이블(12)의 상부표면 상의 연마포(11)에 압압하여 실시한다. 그동안, 피가공물(1)의 하부표면과 연마포(11)의 연마면 사이에 용액 Q를 유지시키는 방법으로, 송출 노즐(14)로부터 폴리싱 용액(Q)이 공급된다.

턴테이블(12) 및 상부링(13)은 독립적으로 각각 조절된 속도로 회전한다. 도 6에 나타난 바와 같이, 상부링(13)은 턴테이블(12)에 면하여, 피가공물(1)의 끝 모서리가 중심부 및 턴테이블(12)의 끝 모서리로부터 각각 "a" 및 "b" 의 거리를 두고 위치하도록 하여, 소정의 회전 속도에서 피가공물(1)의 전체 표면이 균일하게 폴리싱 처리되도록 한다. 그리하여, 하기의 관계식에 따라 피가공물(1)의 지름(d)의 두 배보다 큰 턴테이블(12)의 지름 "D"가 선택된다.;

D = 2(d+a+b)

폴리싱 처리된 피가공물(1)은 세정기기(23a, 23b)에서 수회 세척 및 건조 단계를 거쳐 처리되며, 로딩/언로딩 유닛(21) 상으로 수송되어, 휴대형 피가공물 카세트(24)에 저장된다. 나일론이나 모헤어로 제조된 브러쉬 또는 폴리비닐알콜(PVA)로 제조된 스폰지를 사용하는 스크럽 세척이 사용된다.

상기한 형태의 통상의 폴리싱 장치에서는 턴테이블(12) 및 상부링(13) 사이의 상대적인 변위(displacement)가 클 뿐아니라, 상대적 속도가 빠르기 때문에 적절한 평탄도 및 효율을 달성할 수 있다는 견지에서 만족할 만하지만, 폴리싱처리될 피가공물의 표면 조도(roughness)가 목적하는 것보다 커지는 경향이 있다. 우수한 표면 품질의 폴리싱 처리 피가공물을 제공하기 위하여, 연마포의 연마성, 회전속도 및 폴리싱 용액을 달리하여 작동하는 두 개의 턴테이블을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 턴테이블의 지름이 피가공물 지름의 두 배보다 크고, 각각의 장치가 큰 바닥면적을 차지하므로, 설비 비용이 많이 들게 된다. 이러한 문제점은 산업적으로 더욱 큰 지름의 기판이 요구됨에 따라, 더욱 무시할 수 없게 되었다.

반면에, 예를 들어, 폴리싱 용액의 종류를 달리하고, 회전 속도를 낮추어, 우수한 표면 품질을 제공하는 한 개의 턴테이블을 사용할 수 있으나, 이러한 장치는 잠재적인 폴리싱 용액의 비용이 증가할 뿐아니라, 작업시간이 길어져 생산 효율이 떨어질 수 밖에 없는 것이 명백하다.

또한, 연마입자를 사용한 후 스크러빙하는 경우에는, 미크론 이하 범위의 미세한 입자를 제거해야하는 본래의 문제점 뿐아니라, 피가공물과 입자 사이의 친화도가 큰 경우 비효율적으로 세정되기 때문에, 종래의 방법은 세정 공정 면에서도 몇몇 문제점이 있다.

그러므로, 반도체 장치 제조 산업에서, 효율적인 폴리싱 방법 및 표면 품질, 예를 들어, 평탄도(flatness), 면조도(smoothness) 및 청정도가 높은 기판을 제공할 수 있는 소형화된 저가의 설비에 대한 요구가 오랫동안 계속되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고도의 평탄도, 면조도 및 청정도를 가지는 고품질의 기판을 제조하는 방법 및 소형화되고, 효율적이며, 특히 상기 방법을 위해 설계된 폴리싱 장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적은, 회전되는 제 1폴리싱 공구의 연마표면에 대하여 상기 피가공면을 압압함으로써 상기 피가공물의 피가공면을 폴리싱하는 제 1단계와; 상기 피가공면에 대해 상대적으로 평면 병진 운동으로 이동되는 제 2폴리싱 공구의 러빙 표면에 대하여 상기 피가공면을 압압함으로써 상기 피가공면을 처리하는 제 2단계를 포함하여 이루어지는 피가공물의 폴리싱 방법에 의해서 달성된다.

상기 방법에 있어서, 평면 병진 운동은 다양한 패턴의 두 표면의 상대적 운동을 포함한다. 전형적인 패턴은 순환, 즉 스스로 반복되는 운동으로 각각의 회전 운동 없이 원형의 트레이스를 가진다. 그러나, 두 표면 사이의 순환 병진의 주기와 비교할 때, 상대적으로 큰 주기의 회전을 각각 포함할 수 있다. 병진 운동의 트레이스는 직선 병진 패턴, 다각형 패턴 또는 타원형 패턴일 수 있으나, 실질적인 폴리싱 효율 및 기기적 간편성의 견지에서는 순환 패턴이 가장 적합하다. 순환 병진 운동에 있어서는, 피가공물의 모든 부분이 동일한 패턴으로 될 수 있다.

본 발명의 방법에서는, 제 1폴리싱 공구를 사용하는 고속의 재료 제거 공정(high speed material removal process)으로 피가공물을 처리함으로써, 제 1단계에서 반도체 웨이퍼와 같은 피가공물의 높은 제거비와 높은 평탄도가 달성된다. 제 2단계에서는, 덜 활동적인 폴리싱 공구를 사용하며, 피가공물 상에 매끈(smooth)한 표면을 얻기 위하여 더 느린 속도에서 표면이 처리되며, 또한, 피가공물에 부착될 수 있는 어떤 미소-입자도 제거된다. 피가공물의 표면은 각 단계에 적합한 용액으로 처리된다; 즉, 제 1단계에서는 연마입자가 사용되나, 반면에 제 2단계에서는 순수한 물 또는 적절한 화학용액이 사용된다. 제 2단계에서는, 보통 연마입자가 사용되지 않으며, 사용되더라도, 초미립자가 사용되며, 압압되는 압력이 제 1단게에 보다 감소된다.

본 발명의 실시형태에서, 제 2단계에서는 피가공물 및 폴리싱 공구 중 하나이상이 순환 병진운동의 주기를 상당히 초과하는 회전주기로 회전된다. 따라서, 폴리싱 처리될 표면과 러빙 표면 사이의 접촉 위치가 점차로 변화되어, 피가공물을 전반적으로 균일하게 폴리싱 처리할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에서, 제 2단계에서는 순수한 물이 폴리싱 용액으로 사용된다. 제 2단계가 피가공물이 다른 장치의 제조단계에 공급되기 전의 마지막 단계이므로, 세정단계에서 피가공물로부터 미소-입자가 완전히 제거되어야 한다.

상기 목적은 상기 연마표면을 따라 회전되고, 연마표면을 구비하는 상기 제 1폴리싱 공구와, 상기 연마표면에 대하여 피가공물의 피가공면을 압압하기 위한 압압 수단을 구비하는 제 1폴리싱부와; 상기 피가공면에 대하여 평면 병진 운동으로 이동가능한 제 2폴리싱 공구와, 상기 제 2폴리싱 공구의 러빙표면에 대하여 상기 피가공면을 압압하기 위한 압압수단을 구비하는 제 2폴리싱부를 포함하여 구성되는, 상기 본 발명의 방법을 위해 설계된 폴리싱 장치에 의해서 달성된다.

상기 장치에 의하면, 제 2폴리싱 공구는 회전운동에 의해 폴리싱 처리하도록설계되어 있지 않으며, 피가공면 및 러빙표면이 전체 병진운동을 하기 때문에, 두 표면 사이에 어떠한 고정 접촉점도 제공되지 않는다. 이러한 설계를 이용하면, 제 2폴리싱 유닛의 크기가 베이스 영역과 병진 운동 영역의 합만큼으로만 크면되므로, 소형화된 폴리싱 유닛을 제공할 수 있다. 그 결과, 소형의 구동 모터로도 충분하며, 요구되는 바닥면적이 감소한다. 이러한 장점은 폴리싱 처리될 피가공물의 크기가 증가함에 따라 더욱 중요해지고 있다. 또한, 제 2폴리싱 유닛은 회전할 필요가 없으므로, 피가공물의 전부위에서의 상대적인 폴리싱 속도가 동일하게 되어, 평탄도가 쉽게 제공되며, 면조도가 상대적으로 빠르게 얻어진다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 폴리싱 장치는 지지 베이스와, 순환병진 운동을 할 수 있도록 제 2폴리싱 공구를 지지하는 지지부과; 상기 지지부가 상기 순환 병진 운동을 유지할 수 있도록 하는 구동수단을 포함하여 구성된다.

상기 지지부는 표면에 공구 부착 표면을 가지는 표면판을 포함하여 구성될 수 있다. 지지부는 표면판을 둘레 주위의 3개소 이상에서 지지하여, 피가공물을 압압하기 위한 압력하에서 안정하게 지지하므로, 피가공물의 평탄도가 향상된다.

상기 장치의 다른 실시형태에서, 지지부는 각각 서로 떨어진 축을 가지는 한 쌍의 샤프트를 가지는 연결 부재를 포함하여 구성되어, 각 샤프트가 상기 표면판과 상기 지지 베이스 상에 형성된 각각의 공동에 위치하게 된다. 따라서, 간단한 커플링만으로도 효율적인 폴리싱 작용이 충분히 제공될 수 있다.

상기 장치의 다른 실시형태에서, 표면판은 상부 표면에 폴리싱 용액 공급 유로의 개구를 포함한다. 따라서, 중심 영역을 포함하는 피가공물의 전체 영역에 폴리싱 용액이 공급될 수 있어, 효과적인 폴리싱이 가능하다.

상기 장치의 다른 실시형태에서, 구동수단은 상기 구동수단의 구동원의 회전축에 대하여 벗어난 축을 구비한 구동단 부재를 포함하고, 표면판은 공동을 포함하여, 상기 구동단 부재와 작동상 커플링한다. 따라서, 간단한 커플링 배치에 의해서 병진 운동이 달성될 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 폴리싱 장치 내의 구성 유닛의 배열의 실시예를 도시한다. 직각형 바닥 공간의 일단부에는, 폴리싱이 되기 위한 또는 이미 폴리싱이 된 피가공물의 운반을 위한 로딩/언로딩 유닛(21)이 구비된다. 바닥 공간의 반대쪽 단부에는, 턴테이블과 상부링을 구비한 주 폴리싱 유닛(제 1폴리싱부)(10)이 구비된다. 이 두 유닛(10, 21)은 본 실시예에서 두 개의 로보틱 전달 수단(22a, 22b)를 위한 피가공물 전달 경로와 연결되고, 상기 주폴리싱 유닛(10)에 인접한 전달 경로의 측면에는 피가공물을 반전시키는 피가공물 반전기(25)가 구비되고, 그 반대쪽 측면에는, 마무리 폴리싱 유닛(제 2폴리싱부; 30)과 세 개의 세척기(23a, 23b, 23c)가 있다. 주 폴리싱 유닛(10)은 턴테이블(12)과 두 개의 상부링(13)이 제공되어, 두 피가공물의 병행처리할 수 있다. 그 외 특징은 도 4와 도 5에 설명된 통상적인 폴리싱 장치와 동일하다.

마무리 폴리싱 유닛(30)은 도 2와 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 마무리 폴리싱 유닛(30)은 폴리싱 공구의 연마 표면의 순환 병진 운동을 제공하는 병진 테이블부(31)과, 폴리싱이 될 표면의 아래를 향하도록 피가공물(1)을 지지하고 일정 압력으로 연마 표면 위로 피가공물(1)을 압압하는 상부링(32)를 포함한다.

병진 테이블부(31)는 모터(33)를 수용하는 원통형 케이싱(34)과, 상기 원통형 케이싱(34)의 상부에서 내부로 내미는 환상 돌출 판부(35)과, 돌출 판부(35)의 원주 주위에 형성된 세 개의 지지부(36) 및, 지지부(36) 위에서 지지되고 그 위에 부착된 폴리싱 직물(폴리싱 공구)(59)에 장착된 표면 판(37)을 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 돌출 판부(35)의 상부 표면과 표면 판(37)의 바닥 표면은 원주 방향으로 동일하게 이격되고, 그 안에는 서로 대응하는 베어링(40, 41)이 배치된 복수의 공동부(38, 39)을 각각 포함한다. 이러한 베어링(40, 41)은 각기 세 개의 연결부재(44)의 상부 및 하부 샤프트(42,43)의 각 단부를 각각 지지한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 연결 부재(44)의 상부 샤프트(42)의 중심은 편심 거리 "e" 에 의해 하부 샤프트(43)의 중심으로부터 이동됨으로써, 표면 판(37)이 반경 거리 "e"에 걸쳐 순환 병진 운동을 할 수 있도록 한다.

공동부(48)은 표면 판(37)의 바닥 면의 중심 영역에 제공되어, 그 축

가 주 샤프트의 축

에 대하여 벗어나 있는 구동 모터(33)의 주 샤프트(45)의 상부 표면에 형성된 구동 단부를 지지하는 구동 베어링(47)을 수용한다. 오프셋 값은 "e"이다. 구동모터(33)는 케이싱(34) 내의 모터실(49)에 수용되어 있으며, 그 주 샤프트(45)는 상,하부 베어링(50, 51)에 의하여 지지된다. 한 쌍의 평형수단(52a, 52b)이 편심 부하의 동적 보상의 목적으로 제공된다.

표면판(37)의 반지름은 오프셋 반지름 "e"와 폴리싱 처리될 피가공물의 반지름의 합을 초과하도록 선택되며, 두 개의 디스크 부재(53, 54)을 겹치게 하여 구성한다. 폴리싱 용액을 운반하기 위한 유체 통로(55)는 겹쳐진 두 디스크(53, 54) 상이에 형성되어, 표면판(37)의 측면에 제공되는 폴리싱 용액 입구(56)에 연결되면서, 디스크(53)의 상부표면에 열려있는 다수의 폴리싱 용액 공급 개구(57)와도 연결된다. 또한, 표면판(37)의 상부 표면에 부착된 연마포(59)에는 폴리싱 용액 공급 개구(47)에 해당하는 다수의 구멍(56)이 제공된다. 이 구멍들은 일반적으로 표면판(37) 표면의 전반에 걸쳐 균일하게 분포된다. 연마포(59) 상에 격자, 나선 또는 방사 무늬로 일련의 유체 흐름 그루브를 제공할 수 있으며, 이들는 용액 공급 개구(58)에 연결된다.

상부링(32)은 피가공물을 병진 테이블(31)에 압압하는 수단로서 제공되며, 샤프트(60)의 하부에 부착되어, 조인트를 경유하여 소정의 각도 내에서 자유 틸팅(free tilting)할 수 있다. 도에 나타나 있지 않은 공기 실린더에 의해 가해진 압축력 뿐아니라, 모터에 의해 가해진 회전력이 샤프트(60)을 거쳐 상부링(32)에 전달된다. 상부링(32)은 더 낮은 속력으로 회전하는 것을 제외하고는, 도 4,5에 나타낸 것과 동일하게 구성된다. 케이싱(34)의 외부 상측에는, 용액 수집 탱크(61)가 공급된 폴리싱 용액을 수집한다.

상기한 폴리싱 장치의 작동을 하기에 설명한다. 피가공물 저장 카세트(24; 도 4 참조) 내의 피가공물(1)은 수송 로봇(22a, 22b)에 의해서, 필요시 반전기(25)를 경유하여, 주 폴리싱 유닛(10)의 각 상부링(13)에 부착된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상부링(13)은 피가공물(1)을 턴테이블(12) 상에 탑재된 연마포(11)에 압압하면서 회전한다. 제 1단계 폴리싱은 피가공물(1)과 연마포(11) 사이의 고속 운동 및 송출 노즐(14)로부터 공급되는 폴리싱 용액(Q)에 의한 화학적 효과의 작용에 의해서 진행된다.

제 1폴리싱 단계를 마친 피가공물(1)은 곧바로 또는 조 세정 단계를 거쳐, 가공 폴리싱 유닛(30)으로 운반되어, 제 2폴리싱 단계로 들어간다. 여기서, 표면판(37)은 순환 병진 운동되며, 상부링(32)에 고정된 피가공물(1)은 표면판(37)에 부착된 연마포(59)의 러빙 표면에 압압된다.

마무리 폴리싱은 폴리싱 용액 공급 개구(56), 유체 통로(55) 및 용액 공급 개구(57, 58)를 통해 폴리싱 처리될 피가공물(1)의 표면에 공급된 폴리싱 용액(Q)를 사용하여 진행된다. 피가공물(1) 및 연마포(59)의 러빙 표면 사이의 반지름 "e"의 미세한 순환 병진 운동의 작용으로, 피가공물(1)의 전체표면이 균일하게 폴리싱 처리된다.

피가공물(1)이 서로 상대적으로 동일한 위치에서 연마포(59)로 처리되는 경우에는 연마포(59)의 표면 조건의 국부적 차이로 인하여 몇가지 문제가 발생하게 되므로, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 상부링(32)이 천천히 회전하여 국부적 차이의 영향을 상쇄하였다.

제 1폴리싱 단계에서, 피가공물(1) 및 연마포(11)는 상대적으로 높은 압압력하에서 서로 관련되어 고속으로 움직이므로, 피가공물 물질의 소정량이 제거된다. 제 2폴리싱 단계의 목적은 표면 평탄도 및 면조도를 향상시키는 것 뿐아니라, 피가공물(1)에 부착된 미소 입자를 제거하는 데 있으며, 이러한 목적상 제 1 폴리싱 단계에 비하여 연마포(59)의 조도를 감소시키고, 상대 운동의 속도 및 압압력을 또한 감소시킨다. 또한, 제 2폴리싱 단계에성의 폴리싱은 보통 순수한 물을 사용하여 진행되며, 필요시에만 화학제 및 특정 슬러리가 사용된다.

제 2폴리싱 단계를 거쳐 처리된 피가공물(1)은 필요시 세정 기기(23a∼23c)에서 수회 세정 단계를 거치고, 피가공물 카세트(24)에 저장된다. 이러한 폴리싱 장치의 실시형태에 있어서, 주 폴리싱 유닛(10) 상에 두 개의 상부링(13)이 제공되기 때문에, 제 2폴리싱 단계에서 폴리싱 지속시간을 제 1폴리싱 작동 지속시간의 반으로 조정함으로써, 각각의 장치가 최적의 처리 효율로 시간 손실 없이 작동될 수 있다.

이러한 폴리싱 장치에 있어서, 폴리싱 처리는 동시에 실시되는 두 단계로 진행되기 때문에, 제 1폴리싱 단계에서의 지속시간이 감소되어, 도 4, 5에 나타낸 통상의 폴리싱 장치로 달성할 수 있는 비율에 비하여, 처리 작업량이 증가된다. 또한, 마무리 폴리싱 유닛(30)은 순환 병진 형태이기 때문에, 표면판(37)의 크기는 피가공물(1) 크기보다 오프셋 "e"의 두배 만큼만 크면 된다. 그러므로, 주 폴리싱 유닛(10)과 같은 크기인 두 개의 턴테이블을 가진 폴리싱 장치와 비교할 때, 요구되는 바닥 면적이 상당히 감소된다. 또한, 마무리 폴리싱 유닛(30)은 순환 병진 운동에 기초하기 때문에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 표면판(37)의 끝 모서리를 따라 몇몇 위치에 지지구조를 설계할 수 있으므로, 표면판(37)의 안정한 지지 메카니즘으로 인하여 고속회전 턴테이블에 비해 평탄도가 향상된다.

하기에, 제 1 및 제 2폴리싱 단계에서의 몇몇 전형적인 작동 파라미터를 비교한다.

제 1 폴리싱 단계
폴리싱 용액	폴리싱 처리될 물질에 따라 다름
연마포	폴리싱 처리될 물질에 따라 다름
압착 압력	200∼500 g/cm²
상대속도	0.07∼0.6 m/sec
폴리싱 지속시간	제거가 요구되는 물질에 따라 다름
제 2 폴리싱 단계
폴리싱 용액	물, 화학제 또는 슬러리
연마포	연질포[부직포, 적층 냅(laminated nap)]
압착 압력	0∼200 g/cm²
상대 속도	0.07∼0.6 m/sec
폴리싱 지속시간	10∼120 sec

상기 마무리 폴리싱 유닛(30)의 실시형태에 있어서, 폴리싱 공구(59)는 순환 병진 운동하도록 되어 있지만, 폴리싱 공구(59)를 고정한 채 피가공물을 고정하기 위한 상부링(32)이 동일한 운동을 하도록 배치될 수 있다. 또한, 크랭크 형태의 연결 부재(44)가 지지부(36)에서 표면판에 연결하기 위해 사용되었으나, 표면판(37)의 자유회전을 억제하면서, 병진 운동을 제공할 수 있다면 자석 베어링 및 건조 롤러 베어링 등의 다른 형태의 지지 시스템을 사용할 수 있다.

또한, 이러한 실시형태에서, 순환 병진 운동은 모터의 구동 샤프트 말단에서 의 "편심" 설계에 의해 제공되나, 예를 들어, X- 및 Y-방향으로 이동할 수 있는 소위 "X-Y 스테이지" 와 같은 다른 설계가 표면판(37)의 벡터 합과 유사한 트레이스의 병진운동을 제공하는 데 사용될 수 있다.

도 5는 피가공물을 하부 표면에 탑재하는 상부링(100) 및 상부링(100)의 밑에 위치하며 X-Y 스테이지가 부착된 폴리싱 공구(101)를 포함하여 구성되는 이러한 형태의 폴리싱 장치의 실시형태를 나타낸다. 이러한 실시형태에 있어서, 전기 도금된 숫돌을 상대적으로 작은 연마 입자 크기의 폴리싱 공구로 사용할 수 있다. X-Y 스테이지는 차례로 겹쳐져, 베이스(105)에 탑재되어 있는 X-스테이지(102)와, Y-스테이지(103) 및 고정판(104)를 포함하여 구성된다. X-스테이지(102) 및 Y-스테이지(103) 사이에는 피드 스크류(feed screw)와 같은 직선 가이드 메카니즘 및 직선 구동 메카니즘이 제공되어, X-스테이지(102)를 X-방향으로 움직일 수 있도록 한다. 동일한 메카니즘이 Y-스테이지(103) 및 고정판(104)에 제공되며, 이러한 X- 및 Y-방향 구동 메카니즘을 조절하기 위하여, 컨트롤러 수단이 제공된다.

본 발명의 실시형태에서, X-스테이지(102) 및 Y-스테이지(103) 각각에 동일한 위상의 사인- 및 코사인-파를 가지는 변위를 적용함으로써, X-스테이지(102)가 두 방향의 이동의 합벡터로서 순환 병진 운동하게 된다. 그러므로, 본 발명의 제 1 실시형태에서와 같이 폴리싱 공구(101)가 순환 병진 운동하게 된다. 공구의 표면 조건에 의한 국부적 차이로 나타나는 영향을 제거하기 위하여, 공구(101)의 순환 병진 운동의 주기보다 상당히 큰 회전 주기로 상부링(100)을 회전시키는 것이 바람직하다.

상기 실시예는, 기계적 "편심" 설계를 사용하지 않기 때문에, 순환 병진 운동의 트레이스를 바꿀 때, 더욱 큰 자유도를 가지게 되는 장점이 있다. 예를 들어, 기계 작동을 정지시키지 않고, 순환 병진 운동의 지름을 바꿀수 있기 때문에, 피가공물의 폴리싱 단계 동안, 폴리싱 운동이 바뀔 수 있어, 보통의 폴리싱 주기에서보다 시작주기와 끝주기에서 더 작은 지름으로 폴리싱처리 할 수 있다. 이러한 조절 방법을 적용함으로써, 단순한 순환 운동을 반복할 때, 폴리싱 공구 표면에서의 국부적 조건 차이, 예컨테, 일방향 흠(unidirectional scar) 등에 의한 열화 효과를 피할 수 있다.

이러한 실시예는 순환운동 뿐아니라 타원형 운동, 8-형 (8) 운동, 오실레이팅 나선 운동 또는 이들의 어떤 조합과 같은 다른 어떤 형태의 순환 병진 운동도 생성시킬 수 있다. 또한, 이러한 실시예는 소정의 트레이스를 가지는 순환 운동 뿐아니라, 순환이 아닌, 완전히 무작위의 병진운동을 생성할 수 있다. 회전 병진 운동의 이러한 계획된 무작위화(intentional randomization)는 예를 들어, 컴퓨터 프로세서의 난수 생성 함수를 사용하여 달성할 수 있다. 이러한 경우, 부드로운 움직임을 위해서는, 트레이스 굴곡의 최소 반지름을 유지하는 것이 바람직하다.

그러므로, 본 발명의 방법에서는 폴리싱 공정을 제 1 및 제 2폴리싱 단계의 두 단계로 분리함으로써, 피가공물 상에 고도의 평탄도 및 면조도를 제공할 수 있음이 증명되었다. 제 1폴리싱 단계에서는, 피가공물상에 평탄도를 제공하기 위하여, 피가공물 및 폴리싱 공구가 서로 연관되어 비교적 고속으로 움직인다. 이어지는 제 2단계에서는 더 낮은 연마성을 가진 폴리싱 공구를 사용하고, 피가공물 및 폴리싱 공구 사이의 상대적 운동을 비교적 적게 제공함으로써 피가공물 상에 매끈한 표면이 얻어진다.

폴리싱 공정은 피가공물에 부착될 수 있는 미세-입자를 제거함으로써 완료되며, 고도의 평탄도, 면조도 및 청정도를 가진 피가공물이 제공된다.

또한, 본 발명의 제 2폴리싱 유닛은 순환 병진 운동을 하기 때문에, 장치의 크기가 피가공물보다 편심도 거리 만큼 조금 더 클 정도이므로, 소형화된 장치를 제공할 수 있음이 증명되었다. 구동 모터가 작아질 수 있어, 차지하는 바닥면적이 또한 작아질 수 있다는 것이 부가적인 장점이다. 표면판은 표면판 둘레 주위의 3개소 이상에서 지지되어, 압압력의 적용이 지지부재의 안정성에 영향을 미치치 못하며, 폴리싱 처리된 표면의 평탄도가 유지될 수 있다.

본 발명에 의하면, 고도의 평탄도, 면조도 및 청정도를 가지는 고품질의 기판을 제조하는 방법 및 소형화되고, 효율적이며, 특히 상기 방법을 위해 설계된 폴리싱 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 폴리싱 장치의 배치를 나타낸 전체 평면도이고;

도 2는 마무리 폴리싱 유닛의 단면도이고;

도 3a는 도 2에 나타난 표면판을 폴리싱 장치의 구동 모터 방향으로 바라본 평면도이고;

도 3b는 도 2에 나타난 표면판의 단면도이고,

도 4는 통상의 폴리싱 장치의 사시도이고;

도 5는 마무리 폴리싱 장치의 다른 실시형태의 단면도이고;

도 6은 통상의 폴리싱 유닛의 단면도이다.

Claims

연마 표면을 갖는 턴테이블 및 상기 턴테이블이 회전되도록 하는 제 1 구동수단을 포함하며 회전되는 제 1폴리싱 도구의 상기 연마 표면에 대해 피가공물의 피가공면을 가압하여 상기 피가공물의 상기 피가공면을 폴리싱하는 제 1단계와;

러빙 표면을 갖는 상부 표면을 구비한 표면판과, 상기 피가공면에 대해 평면 병진 운동이 가능하도록 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판이 상기 평면 병진 운동을 유지하게 하도록 하는 제 2 구동 수단을 포함하며, 상기 평면 병진 운동으로 이동되는 제 2폴리싱 도구의 상기 러빙 표면에 대해 상기 피가공면을 가압하여 상기 피가공면을 가공처리하는 제 2단계를 포함하여 이루어지며,

상기 피가공물은 폴리싱 장치에서 상기 제 1단계와, 그 후 상기 제 2단계에 의해서 가공 처리되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 폴리싱 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 상기 상대적인 병진 운동은 일정 패턴의 순환 운동인 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 상기 상대적인 병진 운동은 상기 제 2폴리싱 공구의 이동에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 상기 상대적인 병진 운동은 난수 생성 함수를 사용한 무작위 운동인 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 4항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 상기 무작위의 상대적인 병진 운동은 적어도 두 개의 직선 운동의 합벡터로써 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 1폴리싱 도구의 연마 표면에 대하여 상기 피가공면을 가압하는 압력은 200 ~ 500 g/cm²이고, 상기 제 2폴리싱 공구의 러빙 표면에 대하여 상기 피가공면을 가압하는 압력은 0 ~ 200 g/cm² 인 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 2항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 상기 피가공물과 상기 폴리싱 도구 중 적어도 하나는 상기 순환 병진 운동 주기를 상당히 초과하는 회전 주기로 회전되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제 2단계에서, 폴리싱 용액으로는 순수한 물이 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
연마 표면을 갖는 폴리싱 도구를 부착하기 위한 턴테이블과, 상기 턴테이블이 회전되도록 하는 제 1 구동수단과, 상기 연마 표면에 대해 피가공물의 피가공면을 가압하기 위한 제 1 가압 수단을 포함하는 제 1폴리싱 도구를 갖는 제 1폴리싱부와;

러빙 표면을 갖는 폴리싱 도구를 부착하기 위한 상부 표면을 갖는 표면판과, 상기 피가공면에 대하여 평면 병진 운동이 가능하도록 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판이 상기 평면 병진 운동을 유지하게 하도록 하는 제 2 구동 수단을 포함하는 제 2 폴리싱 도구를 갖는 제 2폴리싱부를 포함하여 이루어지며,

상기 제 1폴리싱부와 상기 제 2폴리싱부는 폴리싱 장치 내에 수용되며, 상기 피가공물은 상기 제 1폴리싱 도구 및 상기 제 2폴리싱 도구 양자에 의해서 가공 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제 2폴리싱부는, 순환 병진 운동을 할 수 있도록 상기 제 2폴리싱 도구를 지지하는 지지부와; 상기 지지부가 상기 순환 병진 운동을 유지할 수 있도록 해주는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 10항에 있어서,

상기 구동 수단은, 상기 구동 수단의 구동원의 회전축에 대하여 편심된 축을 가진 구동단 부재를 포함하고, 상기 지지부는 상기 구동단 부재와 작동상 연계되는 공동(cavity)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 9항에 있어서,

상기 제 1폴리싱 도구의 연마 표면에 대해 상기 피가공면을 가압하기 위한 압력은 200 ~ 500 g/cm²이고, 상기 제 2폴리싱 도구의 러빙 표면에 대해 상기 피가공면을 가압하기 위한 압력은 0 ~ 200 g/cm²인 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
지지 베이스와;

폴리싱 도구를 부착하기 위한 상부 표면을 구비하는 표면판과;

순환 병진 운동이 가능하도록 상기 표면판을 지지하는 지지부와;

상기 표면판이 상기 순환 병진 운동을 유지하도록 하는 구동 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 13항에 있어서,

상기 지지부는, 상기 표면판의 둘레 주위의 3개소 이상에서, 상기 표면판을 지지하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 13항에 있어서,

상기 지지부는 한 쌍의 샤프트를 구비한 연결 부재를 포함하며,

상기 샤프트 각각은, 상기 각각의 샤프트가 상기 표면판과 상기 지지 베이스 위에 형성된 공동에 각각 위치되도록, 상호 이격된 축을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 13항에 있어서,

상기 표면판의 상기 상부 표면은 폴리싱 용액 공급 유로의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 13항에 있어서,

상기 구동 수단은, 상기 구동 수단의 구동원의 회전축에 대하여 편심된 축을 가진 구동단 부재를 포함하고, 상기 표면판은 상기 구동단 부재와 작동상 연계되는 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
지지 베이스와;

폴리싱 도구를 부착하기 위한 상부 표면을 구비한 표면판과;

제 1방향으로 직선 병진 운동을 할 수 있도록 상기 표면 판을 지지하는 제 1지지부와;

상기 제 1방향과는 다른 제 2방향으로 직선 병진 운동을 할 수 있도록 상기 제 1지지부를 지지하는 제 2지지부와;

상기 직선 병진 운동을 유지하도록 상기 표면판과 상기 제 1 및 제 2지지부를 구동하는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 상기 피가공면에 대하여 상대적인 회전이 거의 없이 이동되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
연마 표면을 갖는 폴리싱 도구를 부착하기 위한 턴테이블과, 상기 턴테이블이 회전되도록 하는 제 1 구동수단과, 상기 연마 표면에 대해 피가공물의 피가공면을 가압하기 위한 제 1 가압 수단을 포함하는 제 1폴리싱 도구를 갖는 제 1폴리싱부와;

러빙 표면을 갖는 폴리싱 도구를 부착하기 위한 상부 표면을 갖는 표면판과, 상기 피가공면에 대하여 실질적으로 평면 병진 운동이 가능하도록 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판이 상기 평면 병진 운동을 유지하게 하도록 하는 제 2 구동 수단을 포함하는 제 2 폴리싱 도구를 갖는 제 2폴리싱부를 포함하여 이루어지며,

상기 제 1폴리싱부와 상기 제 2폴리싱부는 폴리싱 장치 내에 수용되며, 상기 피가공물은 상기 제 1폴리싱 도구 및 상기 제 2폴리싱 도구 양자에 의해서 가공 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 20항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 공구는 상기 피가공면에 대하여 상대적인 회전이 거의 없이 이동되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
피가공물을 폴리싱하기 위한 제 1 표면을 제공하는 턴테이블과, 상기 턴테이블이 제 1운동을 유지하게 하도록 하는 제 1구동 수단을 가지는 제 1폴리싱 도구와,

상기 피가공물을 폴리싱하기 위한 제 2표면을 제공하는 표면판과, 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판이 상기 제 1운동과는 상이한 제 2운동을 유지하게 하도록 하는 제 2 구동 수단을 가지는 제 2폴리싱 도구를 포함하여 이루어지며,

상기 제 1 폴리싱 도구와 상기 제 2 폴리싱 도구는 폴리싱 장치 내에 수용되며, 상기 피가공물은 상기 제 1 폴리싱 도구와 상기 제 2 폴리싱 도구 양자에 의해서 가공 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 1운동은 회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 2운동은 비회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 2운동은 병진 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 25항에 있어서,

상기 병진 운동은 상기 제 2표면상의 모든 점이 상기 피가공물에 대하여 실질적으로 동일한 자취를 나타내도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 25항에 있어서,

상기 병진 운동은 순환 병진 운동인 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 피가공물을 고정시키고 그 축선 주위로 상기 피가공물을 회전시키는 상부링을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는, 상기 피가공물과 상기 제 1표면 사이의 상대 운동 속도보다 더 작은 상기 피가공물과 상기 제 2표면 사이의 상대 운동 속도를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는, 상기 피가공물의 상기 제 1표면에 대한 가압력보다 더 작은 상기 피가공물의 상기 제 2표면에 대한 가압력을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 30항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구의 상기 제 2표면은 연마포로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 31항에 있어서,

상기 연마포는 부직포 또는 적층 냅(laminated nap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 22항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 물의 존재하에서 상기 피가공물을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
피가공물을 폴리싱하기 위한 제 1 표면을 제공하는 턴테이블과, 상기 턴테이블이 제 1운동을 유지하게 하도록 하는 제 1구동 수단을 가지는 제 1폴리싱 도구의 상기 제 1운동을 받는 상기 제 1표면에 대하여 피가공물을 가압함으로써 상기 피가공물을 폴리싱 하는 제 1단계와,

상기 피가공물을 폴리싱하기 위한 제 2표면을 제공하는 표면판과, 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판이 상기 제 1운동과는 상이한 제 2운동을 유지하게 하도록 하는 제 2 구동 수단을 가지는 제 2폴리싱 도구의 상기 제 2운동을 받는 상기 제 2표면에 대하여 피가공물을 가압함으로써 상기 피가공물을 폴리싱 하는 제 2단계를 포함하여 이루어지는 피가공물 폴리싱 방법에 있어서,

상기 제 1 폴리싱 도구와 상기 제 2 폴리싱 도구는 폴리싱 장치 내에 수용되고, 상기 피가공물은 상기 제 1 단계와, 그 후 상기 제 2 단계에 의해서 가공 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 1운동은 회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2운동은 비회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 35항에 있어서,

상기 피가공물은 상기 제 1폴리싱 도구에 의하여 폴리싱 된 다음, 상기 제 2폴리싱 도구에 의해서 폴리싱 되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2운동은 병진 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 38항에 있어서,

상기 병진 운동은 제 2표면상의 모든 점이 상기 피가공물에 대하여 실질적으로 동일한 자취를 나타내도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 38항에 있어서,

상기 병진 운동은 순환 병진 운동인 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 38항에 있어서,

상기 피가공물을 가압하는 것은, 상기 피가공물을 고정시키고 그 축선 주위로 상기 피가공물을 회전시키는 상부링에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는, 상기 피가공물과 상기 제 1표면 사이의 상대 운동 속도보다 더 작은 상기 피가공물과 상기 제 2표면 사이의 상대 운동 속도를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는, 상기 피가공물의 상기 제 1표면에 대한 가압력보다 더 작은 상기 피가공물의 상기 제 2표면에 대한 가압력을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구의 상기 제 2표면은 연마포를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 44항에 있어서,

상기 연마포는 부직포 또는 적층 냅을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
제 34항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 물의 존재하에서 상기 피가공물을 폴리싱 하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 방법.
피가공물을 각각의 폴리싱 도구에 대하여 가압함으로써 2개의 단계로 상기 피가공물을 폴리싱하는 제 1 폴리싱 도구와 제 2 폴리싱 도구를 포함하며, 상기 피가공물의 표면을 폴리싱하는 장치에 있어서,

상기 제 1폴리싱 도구는 제 1 폴리싱 표면을 제공하는 턴테이블과, 상기 턴테이블을 구동하는 제 1 구동 수단을 포함하며, 상기 턴테이블은 상기 피가공물의 지름의 두 배 보다 더 큰 지름을 가지고,

상기 제 2폴리싱 도구는 제 2 폴리싱 표면을 제공하는 표면판과, 상기 표면판을 지지하는 지지부와, 상기 표면판을 구동하는 제 2 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 상기 피가공물의 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 1폴리싱 도구는 회전 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 비회전 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 병진 운동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 병진 운동은, 상기 제 2폴리싱 도구의 표면상의 모든 점이 상기 피가공물에 대하여 실질적으로 동일한 자취를 나타내도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 52항에 있어서,

상기 병진 운동은 순환 병진 운동인 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 피가공물을 고정시키고 그 축선 주위로 상기 피가공물을 회전시키는 상부링을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는, 상기 피가공물과 상기 제 1폴리싱 도구 사이의 상대 운동 속도보다 더 작은 상기 피가공물과 상기 제 2폴리싱 도구 사이의 상대 운동 속도로, 이동하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 피가공물은, 상기 제 1폴리싱 표면에 의한 가압력보다 더 작은 가압력하에서 상기 제 2폴리싱 도구에 의하여 폴리싱 되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구에 연마포가 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 57항에 있어서,

상기 연마포는 부직포 또는 적층 냅을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
제 47항에 있어서,

상기 제 2폴리싱 도구는 물의 존재하에서 상기 피가공물을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.