KR101466773B1 - 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들은 폴리싱머신에 구비된 폴리싱헤드를 상하실린더로 상하 이동함과 아울러 모터로 회전하는 것으로 이루어지는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들에 있어서, 상하실린더의 로드에 로드설치부재가 설치되고, 상기 로드설치부재에 하우징이 설치되고, 상기 로드설치부재의 하단부에 조인트가 연결됨과 아울러 조인트를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링이 상기 하우징과 조인트 사이에 설치되고, 상기 조인트의 하부에 제1축이 설치됨과 아울러 상기 제1축의 하단부에 제2축이 설치되고, 상기 제2축 상에 종동풀리가 설치되어 모터에 의해 회전되는 구동풀리와 벨트에 의해 종동풀리와 제2축이 회전되어 상기 제2축의 하단부에 설치된 폴리싱헤드가 상기 모터에 의해 회전되며, 상기 제2축의 상하 이동을 안내하면서 상기 제2축과 함께 회전되는 가이드부재가 폴리싱머신의 본체에 회전 가능하게 설치되면서 상기 제2축의 둘레면을 감싸는 것을 포함하여 이루어지며, 또한 상기 제2축의 둘레면에 다수의 홈을 제2축의 길이 방향으로 형성함과 아울러 상기 제2축의 홈과 대응하는 위치에서 상기 가이드부재의 내부면에 다수의 홈을 길이 방향으로 형성하고, 상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 다수의 스틸볼을 배치하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 위치한 스틸볼이 아래쪽으로 이탈하는 것을 방지하는 볼지지체가 상기 제2축의 하부 둘레면 상에 배치되어 상기 가이드부재의 하부에 설치되고, 상기 볼지지체의 둘레면에 진동방지베어링의 내경부가 배치되고, 폴리싱머신의 본체에 설치되는 베어링외경설치부재에 상기 진동방지베어링의 외경부가 배치되어 상기 제2축의 하부 둘레면을 지지하는 진동방지베어링으로 회전 가능하게 지지하는 것을 포함한다.
따라서 본 발명은 상하실린더에 의해 상하로 이동하는 제2축을 가이드부재로 안내하기 때문에 제2축이 상하로 원활하게 이동할 수 있으며, 제2축의 하부 둘레면을 지지하는 진동방지베어링이 제2축이 회전될 때에 발생되는 진동을 줄이기 때문에 헤드에 설치되는 웨이퍼를 연마 정도를 용이하게 향상할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들{SPINDLE OF WAFER POLISHING HEAD ASSEMBLY}

본 발명은 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 헤드 회전시 헤드의 진동을 줄임으로써 헤드에 설치되는 웨이퍼의 연마정도를 용이하게 향상할 수 있도록 하는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는 과정에서 웨이퍼의 전면 또는 배면에 형성된 물질층을 평탄화하기 위하여 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 함) 공정이 사용되고 있다.

CMP 공정에서는 리테이너링과 흡착 패드로 홀딩한 웨이퍼를 폴리싱 패드 상에 가압하면서 이들 계면에 연마제(abrasive)와 화학물질을 현탁한 슬러리(slurry)를 공급하여 기계적 마찰과 화학적 작용에 의해 웨이퍼의 표면을 소정 두께로 제거하게 된다.

물론 웨이퍼의 표면을 연마하여 평탄화시키는 CMP 장비에 있어서 폴리싱 헤드는 연마 가공시 웨이퍼가 이탈되지 않도록 흡착 또는 척킹(chucking)하며, 웨이퍼에 회전력 및 수직압력을 가해 웨이퍼의 표면이 접촉한 폴리싱 패드와 상대적인 운동을 통해 연마되는 것이다.

이러한 폴리싱 헤드는 특허출원 제10-2007-0031743호와 제10-2007-0031742호, 제10-2008-0016252호 등으로 출원된 기술이 많이 있으며, 이러한 폴리싱 헤드를 포함하여 헤드어셈블리에는 모터의 회전력으로 폴리싱 헤드를 회전되는 스핀들 구조와, 폴리싱 헤드에 수직압력을 가압하는 구조가 포함되어 있다.

그러나 종래에는 폴리싱 헤드의 상하로 원활하게 이동하면서 회전시에 진동을 줄일 수 있는 구조가 없기 때문에, 폴리싱 헤드로 웨이퍼를 연마하는 과정에서 불량이 많이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상하로 이동하는 가이드부재와 회전시 발생되는 진동방지베어링을 구비함으로써, 헤드 회전시 헤드의 진동을 줄여서 헤드에 설치되는 웨이퍼의 연마정도를 용이하게 향상할 수 있는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리싱머신에 구비된 폴리싱헤드를 상하실린더로 상하 이동함과 아울러 모터로 회전하는 것으로 이루어지는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들에 있어서, 상하실린더의 로드에 로드설치부재가 설치되고, 상기 로드설치부재에 하우징이 설치되고, 상기 로드설치부재의 하단부에 조인트가 연결됨과 아울러 조인트를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링이 상기 하우징과 조인트 사이에 설치되고, 상기 조인트의 하부에 제1축이 설치됨과 아울러 상기 제1축의 하단부에 제2축이 설치되고, 상기 제2축 상에 종동풀리가 설치되어 모터에 의해 회전되는 구동풀리와 벨트에 의해 종동풀리와 제2축이 회전되어 상기 제2축의 하단부에 설치된 폴리싱헤드가 상기 모터에 의해 회전되며, 상기 제2축의 상하 이동을 안내하면서 상기 제2축과 함께 회전되는 가이드부재가 폴리싱머신의 본체에 회전 가능하게 설치되면서 상기 제2축의 둘레면을 감싸는 것을 포함하여 이루어지는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들을 제공한다.

또한 상기 제2축의 둘레면에 다수의 홈을 제2축의 길이 방향으로 형성함과 아울러 상기 제2축의 홈과 대응하는 위치에서 상기 가이드부재의 내부면에 다수의 홈을 길이 방향으로 형성하고, 상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 다수의 스틸볼을 배치하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 위치한 스틸볼이 아래쪽으로 이탈하는 것을 방지하는 볼지지체가 상기 제2축의 하부 둘레면 상에 배치되어 상기 가이드부재의 하부에 설치되고, 상기 볼지지체의 둘레면에 진동방지베어링의 내경부가 배치되고, 폴리싱머신의 본체에 설치되는 베어링외경설치부재에 상기 진동방지베어링의 외경부가 배치되어 상기 제2축의 하부 둘레면을 지지하는 진동방지베어링으로 회전 가능하게 지지하는 것을 포함한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들은 상하실린더에 의해 상하로 이동하는 제2축을 가이드부재로 안내하기 때문에 제2축이 상하로 원활하게 이동할 수 있으며, 제2축의 하부 둘레면을 지지하는 진동방지베어링이 제2축이 회전될 때에 발생되는 진동을 줄이기 때문에 헤드에 설치되는 웨이퍼를 연마 정도를 용이하게 향상할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부의 확대 단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들을 나타내는 도면으로서, 도면과 같은 헤드어셈블리가 폴리싱머신에 다수개 설치되어 다수의 웨이퍼를 헤드어셈블리의 풀리싱헤드(1)에 설치되어 연마할 수 있는 구조이며, 이러한 구조는 종래에 많이 개발되어 있어 폴리싱헤드(1)의 구체적인 설명을 생략한다.

이러한 헤드어셈블리에는 폴리싱헤드(1)를 상하로 이동함과 아울러 폴리싱헤드(1)를 회전하는 구조가 필요하여, 본 발명에서는 폴리싱머신에 구비된 폴리싱헤드(1)를 상하실린더(2)로 상하 이동함과 아울러 모터(3)로 회전하는 것이다.

즉 본 발명에서는 상기 상하실린더(2)의 로드(2a)에 로드설치부재(11)가 설치되고, 상기 로드설치부재(11)에는 하우징(12)이 설치되어 로드설치부재(11)의 둘레를 감싸면서 후술하는 조인트(13)를 회전 가능하게 지지하게 된다.

상기 조인트(13)은 상기 로드설치부재(11)의 하단부에 연결되며, 조인트(13)를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링(14)이 상기 하우징(12)과 조인트(13) 사이에 설치된다.

상기 조인트의 하부에는 제1축(15)이 설치되고, 상기 제1축(15)의 하단부에는 제2축(16)이 설치되며, 이에 따라 상기 제1축(15)와 제2축(16)이 상기 상하실린더(2)의 작동에 의해 상기 로드설치부재(11)과 조인트(13)과 함께 상하로 이동할 수 있는 것이다.

아무튼 본 발명에서는 상기 제2축(16) 상에 종동풀리(17)가 설치되어 모터(3)에 의해 회전되는 구동풀리(18)와 벨트(19)에 의해 종동풀리(17)와 제2축(16)이 회전되어 상기 제2축(16)의 하단부에 설치된 폴리싱헤드(1)가 상기 모터(3)에 의해 회전될 수 있다.

그리고 상기 제2축(16) 상에 가이드부재(20)가 설치되어 상기 제2축(16)의 상하 이동을 안내하면서 상기 제2축(16)과 함께 회전되도록 폴리싱머신의 본체(4)에 회전 가능하게 설치되며, 이에 따라 상기 가이드부재(20)가 상기 상하실린더(2)에 의해 상하로 이동하는 제2축(16)을 지지하면서 상기 모터(3)에 의해 회전되는 제2축(16)과 함께 회전되는 것이다.

한편 상기 제2축(16)의 상하 이동을 원활하게 하기 위하여, 본 발명에서는 제2축(16)의 길이 방향으로 형성되는 다수의 홈(16a)이 상기 제2축(16)의 둘레면에 형성되고, 상기 제2축(16)의 홈(16a)과 대응하는 위치에서 상기 가이드부재(20)의 내부면에 다수의 홈(20a)을 길이 방향으로 형성하고, 상기 제2축(16)과 가이드부재(20)의 홈 (16a,20a)사이에 다수의 스틸볼(21)을 배치하는 구조를 특징으로 한다.

이와 같이 상기 제2축(16)과 가이드부재(20)의 홈 (16a,20a)사이에 다수의 스틸볼(21)로 인하여 상기 제2축(16)이 상하로 원활하게 이동할 수 있는 것인데, 상기 스틸볼(21)이 설치되는 구조로 인하여 제2축(16)이 회전되면서 미세한 진동이 발생될 수 있다.

그래서 본 발명에서는 상기와 같은 진동을 줄이기 위하여, 진동방지베어링(22)을 설치하게 되는 바, 상기 제2축(16)과 가이드부재(20)의 홈(16a,20a) 사이에 위치한 스틸볼(21)이 아래쪽으로 이탈하는 것을 방지하는 볼지지체(23)가 상기 제2축(16)의 하부 둘레면 상에 배치되어 상기 가이드부재(20)의 하부에 설치된다.

그리고 상기 볼지지체(23)의 둘레면에 진동방지베어링(22)의 내경부가 배치되고, 폴리싱머신의 본체(4)에 설치되는 베어링외경설치부재(24)에 상기 진동방지베어링(22)의 외경부가 배치되어 상기 제2축(16)의 하부 둘레면을 회전 가능하게 지지하는 진동방지베어링(22)로 인하여 상기 제2축이(16)이 진동없이 회전할 수 있는 것이다.

물론 상기 폴리싱헤드(1)는 종래와 마찬가지로 웨이퍼에 공기압을 가압하는 구조가 구비되어 있으므로, 공기압을 안내하는 유니버설조인트(5)가 제1축(15)의 둘레면에 배치되어 상기 하우징(12)의 하부에 설치되며, 상기 제1축(15)과 제2축(16)의 내부에는 공기압을 안내하는 중공부가 형성되며, 상기 가이드부재(20)의 둘레면에 다수의 제2베어링(14a)을 설치하여 가이드부재(20)의 회전을 원활하게 할 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들은 다음과 같이 작용한다.

웨이퍼를 연마할 때, 우선 폴리싱헤드(1)에 웨이퍼(미도시)를 설치하고, 폴리싱헤드(1)를 하강하여 도시하지 않았지만 웨이퍼를 폴리싱패드(미도시)에 밀착시키기 위하여, 상하실린더(2)를 작동하여 로드설치부재(11)와 하우징(12), 조인트(13), 제1축(15) 및 제2축(16) 등과 함께 폴리싱헤드(1)를 하강한다.

상기와 같이 하강한 상태에서 종래와 마찬가지로 유니버설조인트(5)를 통하여 공기압을 투입하여 상기 폴리싱헤드(1)에 장착된 웨이퍼를 공기압으로 폴리싱패드에 원활하게 누르게 된다.

이러한 상태에서 모터(3)가 작동되어 구동풀리(18)와 벨트(19), 종동풀리(17)를 통하여 제2축(16)과 제1축(15)을 동력 회전되면서 폴리싱헤드(1)가 회전되며, 이에 따라 폴리싱헤드(1)에 장착된 웨이퍼가 폴리싱패드에 의해 연마되는 것이다.

이와 같이 폴리싱해드(1)가 모터(3)에 의해 회전될 때, 제2축(16)과 가이드부재(20)가 함께 회전되는 바, 상기 가이드부재(20)의 둘레면이 다수의 제2베어링(14a)에 의해 지지되어 가이드부재(20)이 진동하지 않게 되며, 가이드부재(20)와 제2축(16) 사이의 미세한 유격으로 인하여 제2축(16)에 미세한 진동이 발생될 수 있으나 진동방지베어링(22)로 인하여 제2축(16)의 하부 둘레면이 진동없이 원활하게 회전될 수 있다.

1 : 풀리싱헤드 2 : 상하실린더
2a : 로드 3 : 모터
4 : 본체 5 : 유니버설조인트
11 : 로드설치부재 12 : 하우징
13 : 조인트 14 : 제1베어링
15,16 : 제1,제2축 16a,20a : 홈
17 : 종동풀리 18 : 구동풀리
19 : 벨트 20 : 가이드부재
21 : 스틸볼 22 : 진동방지베어링
23 : 볼지지체 24 : 베어링외경설치부재

Claims (3)

1. 폴리싱머신에 구비된 폴리싱헤드를 상하실린더로 상하 이동함과 아울러 모터로 회전하는 것으로 이루어지는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들에 있어서,
   상하실린더의 로드에 로드설치부재가 설치되고, 상기 로드설치부재에 하우징이 설치되고, 상기 로드설치부재의 하단부에 조인트가 연결됨과 아울러 조인트를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링이 상기 하우징과 조인트 사이에 설치되고, 상기 조인트의 하부에 제1축이 설치됨과 아울러 상기 제1축의 하단부에 제2축이 설치되고, 상기 제2축 상에 종동풀리가 설치되어 모터에 의해 회전되는 구동풀리와 벨트에 의해 종동풀리와 제2축이 회전되어 상기 제2축의 하단부에 설치된 폴리싱헤드가 상기 모터에 의해 회전되며, 상기 제2축 상에 가이드부재가 설치되어 상기 제2축의 상하 이동을 안내하면서 상기 제2축과 함께 회전되도록 폴리싱머신의 본체에 회전 가능하게 설치되어 상기 상하실린더에 의해 상하로 이동하는 제2축을 지지하면서 상기 모터에 의해 회전되는 제2축과 함께 회전되는 것으로 이루어지며,
   상기 제2축의 둘레면에 다수의 홈을 제2축의 길이 방향으로 형성함과 아울러 상기 제2축의 홈과 대응하는 위치에서 상기 가이드부재의 내부면에 다수의 홈을 길이 방향으로 형성하고, 상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 다수의 스틸볼을 배치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2축과 가이드부재의 홈 사이에 위치한 스틸볼이 아래쪽으로 이탈하는 것을 방지하는 볼지지체가 상기 제2축의 하부 둘레면 상에 배치되어 상기 가이드부재의 하부에 설치되고, 상기 볼지지체의 둘레면에 진동방지베어링의 내경부가 배치되고, 폴리싱머신의 본체에 설치되는 베어링외경설치부재에 상기 진동방지베어링의 외경부가 배치되어 상기 제2축의 하부 둘레면을 지지하는 진동방지베어링으로 회전 가능하게 지지하는 것을 포함하여 이루어지는 웨이퍼 폴리싱머신용 헤드어셈블리의 스핀들.

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