KR101397636B1 - 연삭반 - Google Patents

Abstract

연삭반(10)은 다각형을 이루도록 배열된 적어도 3개의 리니어 가이드(31 내지 33)와, 이들 리니어 가이드를 따라 활주 가능하게 설치된 새들(34)과, 새들의 하단에 설치되어 있고 새들의 활주 방향 주위로 회전 가능한 연삭 휠(36)과, 연삭 휠과 마주보게 배치되고 기판(W)을 지지하면서 회전 가능한 척(29)을 구비하며, 연삭 휠의 기판을 연삭하는 연삭 부위(B)가 리니어 가이드에 의하여 형성되는 다각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, 난삭재 기판의 연삭 시에 기판을 높은 정밀도로 연삭할 수 있고, 또한 높은 강성을 가질 수 있다. 또한, 척을 향해 연삭 휠을 이송하는 연삭이송부(37, 38)를 구비하며, 연삭 휠을 이송하는 이송 방향은 연삭 휠이 기판을 연삭하는 연삭 부위와 무게 중심을 연결하는 직선 상에 있는 것이 바람직하다.

Description

연삭반{GRINDING MACHINE}

본 발명은 기판, 특히 난삭재로 이루어진 기판의 표면을 연삭하는 연삭반에 관한 것이다.

반도체 제조 분야에서 실리콘 기판이 해마다 대형화하는 경향이 있고, 또한 실장 밀도를 높이기 위하여 기판의 박막화가 추진되고 있다. 기판을 박막화하기 위하여 반도체 기판의 이면을 연삭하는 이른바 이면 연삭(백 그라인딩)을 행한다.

일본 특허 제2928218호에는 진공의 흡인력을 이용한 척에 기판을 흡착 유지시켜 기판의 이면을 연삭하는 것이 개시되어 있다. 일본 특허 제2928218호에 개시된 연삭반은 3개의 리니어 가이드를 구비하고 있고, 이들 3개의 리니어 가이드가 형성하는 삼각형의 무게 중심 위치에 연삭 휠의 회전축이 배치되어 있다.

그러나 근래에는 광 디바이스에 대한 수요가 증가하고 있기 때문에 사파이어 기판의 연삭에 대한 요구가 높아지고 있다. 또한, 실리콘 기판의 대체품으로서 탄화규소 기판을 연삭하는 것도 요구되고 있다. 이러한 사파이어 및 탄화규소는 경도가 높은데, 사파이어의 빅커스 경도는 약 23GPa이고 탄화규소는 24GPa에 달한다. 따라서 이들 재료는 연삭하기가 어려우며 일반적으로 "난삭재"라고 불린다.

통상적인 연삭반은 연삭 휠에 관한 유닛이 연삭반의 측면에 외팔보식으로 지지되어 있다. 이 때문에 통상적인 연삭반으로 난삭재를 연삭할 때에는 연삭반의 강성이 부족한 경우가 있다. 그러한 경우에는, 연삭 유닛 자체가 연삭반에 대하여 요잉, 치핑 및/또는 롤링을 일으킬 가능성이 있다.

일본 특허 제2928218호에 개시된 연삭반의 연삭 휠은 3개의 리니어 가이드에 의하여 지지되어 있기 때문에, 연삭반의 강성은 비교적 높다. 그러나 일본 특허 제2928218호에서는 연삭 휠의 회전축은 3개의 칼럼으로 이루어진 삼각형의 무게 중심 위치에 배치되어 있지만 연삭 휠의 가장자리부는 삼각형의 무게 중심 위치에서 치우친 위치에 있다. 통상적으로, 연삭 휠의 가장자리부가 기판을 연삭하기 때문에, 실제 연삭 부위는 연삭 휠의 반경만큼 삼각형의 무게중심 위치에서 어긋난 위치에 있다. 따라서 일본 특허 제2928218호에 개시된 연삭반으로 난삭재를 연삭할 때 연삭 휠의 회전축이 기울어져 연삭 유닛이 롤링을 일으키는 경우가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 난삭재로 이루어진 기판을 연삭하는 경우에도 요잉 등을 일으키지 않고 기판을 높은 정밀도로 연삭할 수 있고, 또한 높은 강성을 구비한 연삭반을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 제1 발명에 의하면, 삼각형을 이루도록 배열된 3개의 리니어 가이드와, 이들 리니어 가이드를 따라 활주 가능하게 설치된 새들과, 상기 새들의 하단에 설치되어 있고 상기 새들의 활주 방향 주위로 회전 가능한 연삭 휠과, 상기 연삭 휠과 마주보게 배치되고 기판을 유지하면서 회전 가능한 척을 구비하며, 상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 리니어 가이드에 의하여 형성되는 삼각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있는 연삭반이 제공된다.

제2 발명에 의하면, 다각형을 이루도록 배열된 적어도 3개의 리니어 가이드와, 이들 리니어 가이드를 따라 활주 가능하게 설치된 새들과, 상기 새들의 하단에 설치되어 있고 상기 새들의 활주 방향 주위로 회전 가능한 연삭 휠과, 상기 연삭 휠과 마주보게 배치되고 기판을 유지하면서 회전 가능한 척을 구비하며, 상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 리니어 가이드에 의하여 형성되는 다각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있는 연삭반이 제공된다.

제1 및 제2 발명에서는, 새들이 3개의 리니어 가이드에 활주 가능하게 지지되는 동시에 연삭 휠의 연삭 부위, 예를 들면 환상 영역이 3개의 칼럼으로 형성되는 삼각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 있다. 따라서 연삭 휠을 하방으로 활주시킬 때의 힘이 연삭 휠의 연삭 부위에 직접적으로 작용한다. 그러므로 난삭재로 이루어진 기판을 연삭하는 경우에도 요잉 등을 일으키지 않고 기판을 높은 정밀도로 연삭할 수 있고, 또한 연삭반의 강성을 높일 수 있다. 또한 3개의 리니어 가이드로 형성되는 삼각형은 이등변 삼각형 또는 정삼각형인 것이 바람직하고, 이러한 경우에는 더욱 안정적으로 연삭을 행할 수 있다.

제3 발명에 의하면, 제1 또는 제2 발명에서 상기 척을 향해 상기 연삭 휠을 이송하는 연삭 이송부를 더 구비하고, 상기 연삭 휠을 이송하는 이송 방향은 상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 상기 연삭 부위와 상기 무게 중심을 연결하는 직선 위에 있도록 하였다.

이에 따라 제3 발명에서는 연삭시의 연삭반의 강성을 더욱 높일 수 있다. 이는 난삭재로 이루어진 기판을 연삭할 때에 특히 유리하다.

제4 발명에 의하면, 제1 또는 제2 발명에서 상기 연삭 휠의 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 연삭 휠의 가장자리이다.

제4 발명에서는 연삭 휠의 반경이 큰 경우에도 롤링이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 난삭재로 이루어진 기판을 연삭하는 경우에도 요잉 등을 일으키지 않고 기판을 높은 정밀도로 연삭할 수 있고, 또한 높은 강성을 구비한 연삭반을 제공할 수 있다.

첨부 도면에 나타낸 본 발명의 전형적인 실시예의 상세한 설명에 의하여 본 발명의 이들 목적, 특징 및 이점, 그리고 기타 목적, 특징 및 이점이 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연삭반의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연삭반의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연삭반의 배면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 연삭반의 상면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연삭반의 상면을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 도면에서 동일한 부재에는 동일한 도면 부호를 붙였다. 이해를 돕기 위하여, 이들 도면은 축척을 적절하게 변경하였다.

도 1은 본 발명에 따른 연삭반의 개략적인 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연삭반(10)은 연삭 휠(36)을 구비한 아치형의 칼럼 유닛(12)과, 칼럼 유닛(12)의 하부에 배치된 반송 유닛(11)을 주로 포함하고 있다.

본 장치(10)는 기판(W), 예를 들면 사파이어 또는 탄화규소 등의 난삭재로 이루어진 기판의 표면(패턴이 형성된 면의 반대쪽 면)을 연삭한다. 도시된 바와 같이, 칼럼 유닛(12)의 한쪽 측면(12b)에는 단일 홈(13)이 세로 방향으로 형성되어 있고, 이 홈(13)은 메인 유닛인 칼럼 유닛(12)의 상면(12a)에서 하방 통로(14)까지 뻗어 있다. 또한, 반송 유닛(11)은 상기 기판(W)을 연삭부까지 반입하고, 연삭 후에 연삭부로부터 반출하도록 구성되어 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 측면(12b)에는 2개의 리니어 가이드(32, 33)가 각각 홈(13)의 양 가장자리부에 또는 이에 인접하여 설치되어 있다. 또한, 동일한 형상의 리니어 가이드(31)의 칼럼이 홈(13)의 바닥부에 리니어 가이드(32, 33)의 칼럼에 대하여 평행하게 설치되어 있다. 이들 리니어 가이드(31, 32, 33)의 칼럼은 단일 새들을 활주시키는 안내 레일로서의 역할을 한다.

도 2는 본 발명에 따른 연삭반의 측면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 연삭반의 정면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 연삭반의 상면도이다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 반송 유닛(11)은 서로 평행한 2개의 레일(22)이 배치된 반송대(21)를 포함하고 있다. 레일(22) 상에는 활주체(25)가 활주 가능하게 배치되어 있다. 활주체(25)는 벨트 풀리 기구(24)를 개재시켜 모터(26)에 의하여 레일(22) 상을 활주한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 기판(W)을 유지하는 척(29)이 활주체(25)에 설치되어 있다. 따라서 척(29)은 활주체(25)와 일체로 레일(22) 상을 활주한다. 또한, 척(29)은 도시하지 않은 진공원(眞空源)에 연결되어 있고, 진공 작용 등에 의하여 기판(W)을 유지한다. 또한, 반송대(21)의 아래쪽에는 모터(27)가 배치되어 있고, 척(29)은 기판(W)을 유지하면서 연직축 주위로 회전한다.

또한, 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 칼럼 유닛(12)의 리니어 가이드(32, 33)에는 새들(34)이 활주 가능하게 설치되어 있다. 또한, 새들(34)은 볼 나사 장치(38)의 너트(39)를 개재시켜 리니어 가이드(31)에도 활주 가능하게 설치되어 있다. 도시된 바와 같이, 새들(34)의 아래쪽에는 컵 형태의 연삭 휠(36)이 설치되어 있고, 연삭 휠(36)은 새들(34)과 일체로 리니어 가이드(31 내지 33)를 따라 활주한다. 연삭 휠(36)의 회전축은 리니어 가이드(31 내지 33)에 대하여 평행하게 배치되어 있고, 새들(34) 내부에 구비된 모터(35)가 구동되면 연삭 휠(36)은 회전축 주위로 회전한다.

전술한 바와 같이, 볼 나사 장치(38)는 새들(34)과 리니어 가이드(31) 사이에 배치되어 있다. 볼 나사 장치(38)는 위쪽에 배치된 모터(37)에 의하여 구동되고, 척(29)의 기판(W)을 향해 연삭 휠(36)을 부가적으로 이송하는 연삭 이송부로서의 역할을 한다. 도 2 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 연삭 휠(36)을 기판(W)을 향해 이송하는 이송 방향 상에, 또는 이송 방향에 인접하여 컵 형태의 연삭 휠(36)의 가장자리부가 위치되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 연삭반의 상면을 나타낸 개략도이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 연삭반(10)의 3개의 리니어 가이드(31 내지 33)는 대체로 이등변 삼각형, 바람직하게는 정삼각형의 정점에 각각 배치되어 있다. 그리고 삼각형의 무게 중심(A)에 대응하여 연삭 휠(36)의 가장자리부 근방이 위치 결정되어 있다. 연삭 휠(36)은 컵 형태이기 때문에 연삭 휠(36)이 기판(W)을 연삭하는 연삭 부위는 연삭 휠(36)의 가장자리부 근방에 있는 환상 영역(B) 내에 위치되어 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 모터(37) 및 볼 나사 장치(38) 등으로 이루어진 연삭 이송부는 연삭 휠(36)의 환상 영역(B) 부근에 위치되어 있다. 따라서, 본 발명에서는, 연삭 휠(36)을 기판(W)을 향해 이송하는 이송 방향, 삼각형의 무게 중심(A) 및 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)의 일부가 대체로 동일 직선 상에 위치되어 있다(도 5 참조).

동작 시에는 도 2 등에는 도시되어 있지 않은 기판(W), 예를 들면 난삭재로 이루어진 기판(W)을 척(29)에 올려놓는다. 척(29)이 기판(W)을 진공 유지하면 모터(26)가 구동되고, 이에 따라 척(29)은 활주체(25)와 함께 레일(22) 상을 활주하게 된다. 척(29)은 도 2에 도시된 위치까지 활주하고, 모터(27)에 의하여 연직축선 주위로 회전한다. 또한, 도 2에 도시된 위치에서는 연삭 휠(36)의 가장자리 근방의 환상 영역(B)이 기판(W)의 중심에 대응하는 위치에 배치되는 것에 유의하여야 한다.

다음으로, 모터(35)가 연삭 휠(36)을 연직축선 주위로 회전시키면서 새들(34)이 3개의 리니어 가이드(31 내지 33)를 따라 아래쪽으로 활주한다. 또한, 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)이 기판(W)과 접촉하여 인피드 연삭을 실시한다. 인프로세스 게이지에 의하여 검출되는 기판(W)의 두께가 소정 값에 도달하면, 새들(34)은 위쪽으로 활주하여 기판(W)으로부터 이격된다. 그 후, 활주체(25)는 레일(22) 상을 활주하여 초기 위치로 복귀하고, 기판(W)은 척(29)으로부터 분리된다.

도 5를 다시 참조하면, 3개의 리니어 가이드(31 내지 33)는 연삭 휠(36)의 원주방향으로 대체로 등간격으로 배치되어 있다. 따라서, 본 발명에서는, 새들(34)에 구비된 연삭 휠(36)은 연삭반(10)에 안정적으로 설치되어 있어 요잉, 치핑 및/또는 롤링의 발생을 억제하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)의 일부가 3개의 리니어 가이드(31 내지 33)에 의하여 형성되는 삼각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)은 기판(W)에 직접적으로 접촉하여 기판(W)을 연삭하는 부위이므로, 환상 영역(B)에는 연삭 시의 부하가 가장 많이 걸린다. 본 발명에서는 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)이 삼각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 있으므로 연삭 휠(36)을 아래쪽으로 활주시킬 때의 힘이 연삭 휠(36)의 연삭 부위에 직접적으로 작용하여 효율적으로 연삭을 행할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 연삭 시에 요잉, 치핑 및/또는 롤링의 발생이 억제되고, 연삭반(10)의 강성을 높이면서도 기판(W)을 안정적이고 높은 정밀도로 연삭할 수 있다.

또한 본 발명에서는 연삭 시에 모터(37) 및 볼 나사 장치(38)를 이용하여 연삭 휠(36)을 이송할 수 있다. 그리고 연삭 휠(36)을 이송하는 이송 방향은 전술한 삼각형의 무게 중심과 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)을 연결하는 직선 상에 존재하고 있다. 따라서 본 발명에서는 연삭반(10)의 강성을 더욱 높일 수 있으며, 그 결과 난삭재로 이루어진 기판(W)을 연삭하는 경우에도 요잉, 치핑 및/또는 롤링을 일으키지 않고 기판(W)을 원활하게 연삭할 수 있다.

도면을 참조하여 설명한 실시예에서는 새들(34)이 삼각형을 형성하는 3개의 리니어 가이드 사이에 배치되어 있다. 그러나 본 발명은 3개의 리니어 가이드에 한정되지 않고, 3개보다 많은 리니어 가이드가 다각형을 형성하도록 배치되어 있고, 그 다각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 연삭 휠(36)의 환상 영역(B)이 배치되어 있을 수도 있다. 그러한 경우도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 본다. 또한, 난삭재가 아닌 재료, 예를 들면 실리콘으로 이루어진 기판(W)에도 본 발명의 연삭반(10)을 적용할 수 있는 것은 분명하다.

전형적인 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 전술한 변경 다양한 기타 변경, 생략, 추가가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 삼각형을 이루도록 배열된 3개의 리니어 가이드와,
   이들 리니어 가이드를 따라 활주 가능하게 설치된 새들과,
   상기 새들의 하단에 설치되어 있고 상기 새들의 활주 방향 주위로 회전 가능한 연삭 휠과,
   상기 연삭 휠과 마주보게 배치되고, 기판을 유지하면서 회전 가능한 척을 구비하며,
   상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 리니어 가이드에 의하여 형성되는 삼각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연삭반.
2. 다각형을 이루도록 배열된 적어도 3개의 리니어 가이드와,
   이들 리니어 가이드를 따라 활주 가능하게 설치된 새들과,
   상기 새들의 하단에 설치되어 있고 상기 새들의 활주 방향 주위로 회전 가능한 연삭 휠과,
   상기 연삭 휠과 마주보게 배치되고 기판을 지지하면서 회전 가능한 척을 구비하며,
   상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 리니어 가이드에 의하여 형성되는 다각형의 무게 중심에 대응하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연삭반.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 연삭 휠을 상기 척을 향해 이송하는 연삭 이송부를 추가적으로 구비하고, 상기 연삭 휠을 이송하는 이송 방향은 상기 연삭 휠이 상기 기판을 연삭하는 상기 연삭 부위와 상기 무게 중심을 연결하는 직선 상에 있도록 된 것을 특징으로 하는 연삭반.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 연삭 휠의 상기 기판을 연삭하는 연삭 부위가 상기 연삭 휠의 가장자리인 것을 특징으로 하는 연삭반.

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