KR101588981B1 - 연마용 정반 재가공장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 연마장치에 적용되는 정반이 사용될수록 뒤틀림이 발생하더라도 연마 가공을 통하여 평탄도를 관리할 수 있는 연마용 정반 재가공장치에 관한 것이다.
본 발명은 회전 가능하게 장착되는 베이스 본체; 상기 베이스 본체 위에 고정되고, 웨이퍼 연마용 정반이 올려지는 베이스; 상기 베이스에 올려진 정반 위로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 상기 베이스에 올려진 정반을 연마시키는 연마툴; 및 상기 연마툴을 회전 및 이동 가능하게 장착시키는 연마툴 구동부;를 포함하는 연마용 정반 재가공장치를 제공한다.

Description

연마용 정반 재가공장치 {Apparatus for reprocessing a polishing plate}
본 발명은 웨이퍼 연마장치에 적용되는 정반이 사용될수록 뒤틀림이 발생하더라도 연마 가공을 통하여 평탄도를 관리할 수 있는 연마용 정반 재가공장치에 관한 것이다.
일반적으로 DSP(Double Side polishing) 공정은 슬러리(slurry)를 연마제로 사용하여 정반 가압하에 패드(pad)와 웨이퍼의 마찰을 통하여 연마를 수행한다.
따라서, DSP 공정은 슬러리와 웨이퍼 표면의 화학적 작용을 이용하는 화학적 공정(Chemical process)과 정반 가압 하에 서 패드와 웨이퍼 간의 마찰을 이용하는 기계적 공정(Mechanical process)의 복합적인 작용(Mechano-Chemical Polishing)에 의해 이루어질 수 있다.
DSP 공정을 진행하는 웨이퍼 연마장치는 연마패드를 부착하기 위하여 상/하정반이 구비되는데, 웨이퍼를 사이에 두고 상/하정반이 서로 맞물린 상태에서 회전하는 동시에 그 사이에 슬러리도 함께 공급된다.
그런데, 장시간에 걸쳐 연마 공정을 진행하면, 연마용 정반에서 뒤틀림 또는 형상의 변형이 발생하는데, 고가의 연마용 정반을 손쉽게 교체하기 어려운 실정이다.
또한, 최근에 웨이퍼의 직경이 커짐에 따라 웨이퍼 연마장치에 적용되는 정반의 직경도 1800mm 이상으로 커지고 있으며, 그에 따라 연마용 정반의 평탄도 관리가 중요한 요소로 부각되고 있다.
따라서, 뒤틀림 또는 형상 변형이 발생된 연마용 정반을 재사용하기 위하여 연마용 정반의 평탄도를 관리할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 뒤틀림 또는 형상 변형이 발생된 연마용 정반을 재사용하기 위하여 연마용 정반의 평탄도를 관리할 수 있는 연마용 정반 재가공 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 회전 가능하게 장착되는 베이스 본체; 상기 베이스 본체 위에 고정되고, 웨이퍼 연마용 정반이 올려지는 베이스; 상기 베이스에 올려진 정반 위로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 상기 베이스에 올려진 정반을 연마시키는 연마툴; 및 상기 연마툴을 회전 및 이동 가능하게 장착시키는 연마툴 구동부;를 포함하는 연마용 정반 재가공장치를 제공한다.
본 발명에 따른 연마용 정반 재가공 장치는 베이스 본체에 정반의 종류에 따라 다른 베이스를 장착하는 동시에 정반을 베이스에 안착시키고, 연마툴 구동부에 장착된 연마툴을 정반 상면의 원하는 위치에 맞닿게 한 다음, 슬러리 공급부를 통하여 슬러리를 정반 위로 공급하는 동안 연마툴과 정반이 회전됨에 따라 정반을 화학적 및 기계적으로 연마할 수 있다.
따라서, 장시간 사용으로 뒤틀림 또는 형상 변형이 발생된 정반의 상면을 연마함으로써, 정반의 평탄도를 관리할 수 있을 뿐 아니라 형상을 원하는 형태로 만들 수 있으며, 장시간 사용된 정반을 재사용할 수 있을 뿐 아니라 정반의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마용 정반 재가공장치가 도시된 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 연마용 정반 재가공장치가 도시된 정면 사시도.
도 3은 본 발명에 적용된 상정반용 베이스가 장착된 도면.
도 4는 본 발명에 적용된 하정반용 베이스가 장착된 도면.
도 5는 본 발명에 적용된 연마툴 베이스의 제1실시예가 장착된 도면.
도 6은 본 발명에 적용된 연마툴 베이스의 제2실시예가 장착된 도면.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 연마용 정반 재가공장치가 도시된 도면이다.
본 발명의 연마용 정반 재가공장치는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 본체(110)와, 베이스(120)와, 슬러리 공급부(미도시)와, 연마툴(130)과, 연마툴 구동부(140)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 베이스 본체(110)는 정반의 종류 또는 크기에 따라 다른 베이스(120)를 탈착시킬 수 있도록 구성되며, 상기 베이스(120)를 회전 구동시킬 수 있도록 구성된다.
물론, 상기 슬러리 공급부를 통하여 슬러리가 정반의 상면을 연마시킨 다음, 흘러내리게 되는데, 이러한 슬러리가 모아질 수 있도록 상기 베이스 본체(110) 주변에 슬러리 가이드(G)가 구비될 뿐 아니라 이와 연통되도록 내부 유로(미도시)가 하측에 구비될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
상기 베이스(120)는 상기 베이스 본체(110)의 상면에 탈착 가능한 형태로 고정될 수 있으며, 한정되지 아니한다. 실시예에서, 상기 베이스 본체(110)의 상면에 원주 방향으로 일정간격 돌기(111)가 구비되고, 상기 베이스(120)의 하면에 상기 돌기들이 끼워질 수 있도록 원주 방향으로 일정 간격을 두고 홈(121)이 구비된다.
이때, 상기 베이스(120)는 정반의 종류 또는 크기에 따라 다른 형태가 장착될 수 있는데, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 슬러리 공급부는 별도의 포트를 통하여 슬러리 또는 순수가 공급될 수 있는 형태로 구성되는데, 일반 연마장치에 적용되는 공지된 기술로 구성될 수 있으며, 자세한 구성은 생략하기로 한다.
다만, 상기 슬러리 공급부는 정반의 연마 공정이 진행되는 동안 슬러리를 공급하지만, 정반의 연마 공정이 완료된 직후에 순수가 공급함에 따라 냉각과 세척이 동시에 이뤄지도록 구성되는 것이 바람직하다.
보통, 슬러리는 순수와 연마제 및 분산제가 혼합된 형태로 구성되는데, 실시예에서 저열팽창 주철 재질의 정반을 연마하기 위하여 슬러리는 GC석 연마재 및 K81 분산재를 순수와 적절한 비율로 혼합한 형태로 구성될 수 있다.
상기 연마툴(130)은 원판 형상으로써, 슬러리가 수용될 수 있도록 정반의 상면과 맞닿는 하면에 복수개의 홈(131 : 도 5에 도시)이 구비된다.
이때, 상기 연마툴(130)은 정반을 연마하는 동시에 스스로 마모되도록 구성되는데, 실시예에서 저열팽창 주철 재질의 정반을 연마하기 위하여 연마툴(130)은 구상흑연주철(SFG) 재질로 구성될 수 있으며, 이런 재질로 구성된 연마툴(130)과 정반의 마모 비율이 8:2 정도로 나타난다.
또한, 상기 연마툴(130)은 정반의 연마 공정 중에 정반에 비해 빨리 마모되기 때문에 상기 연마툴(130)은 복수개의 볼트(B)에 의해 상기 연마툴 구동부(140)에 손쉽게 탈착 가능하게 장착되는 것이 바람직하다.
상기 연마툴 장착부(140)는 상기 연마툴(130)을 회전 또는 직선 이동 가능하게 장착하는데, 연마툴 베이스(141)와, 스핀들(Spindle : 142)과, 직선 이동 가이드(143a,143b,143c)와, 에어 실린더(Air cylider : 144)와, 형상 감지부(145)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 연마툴 베이스(141)는 상기 연마툴(130)이 하측에 복수개의 볼트(B)로 고정되도록 구성되며, 상기 연마툴(130)을 유격 없이 고정시키는 고정 타입과, 상기 연마툴(130)을 유격 가능하게 고정시키는 조절 타입으로 나뉠 수 있으며, 그 형상 및 작동방법은 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 스핀들(142)은 상기 연마툴 베이스(141)가 하측에 회전 가능하도록 장착되며, 일측에 구비된 모터(M)에 의해 회전 구동력을 공급받도록 구성된다.
상기 직선 이동 가이드(143a,143b,143c)는 상기 스핀들을 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동 가능하도록 안내하는데, 수평 방향의 X축 가이드(143a) 및 Y축 가이드(143c)와, 수직 방향의 Z축 가이드(143b)로 구성될 수 있으며, 실시예에서는 LM 가이드 형태로 구성될 수 있다.
물론, 작업자에 의해 수동으로 상기 스핀들(142)이 상기 직선 이동 가이드(143a,143b,143c)를 따라 이동될 수도 있지만, 별도의 구동부에 의해 이동되도록 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
상기 에어 실린더(144)는 상기 스핀들(142)을 상기 Z축 가이드(143b)를 따라 수직 방향으로 승강시키도록 구성되는데, 상기 에어 실린더(144)에 압력이 가해질수록 상기 스핀들(142)이 하강함에 따라 상기 연마툴(130)이 상기 정반의 상면과 직접 맞닿도록 작동될 수 있다.
상기 형상 감지부(145)는 상기 정반의 뒤틀림 또는 형상을 측정하도록 구성되는데, 실시예에서 상기 에이 실린더(144)의 압력에 따라 상기 연마툴(130)이 상기 정반의 상면 위치별로 접촉되는 높이를 측정하는 위치감지센서로 구성될 수 있다.
보다 상세하게, 상기 스핀들(142)을 상기 직선 이동 가이드(143a,143b,143c)를 따라 상기 정반의 상측에서 적어도 네 군데에 위치시킨 다음, 각각의 위치에서 상기 스핀들(142)이 상기 에어 실린더(144)에 의해 상기 Z축 가이드(143b)를 따라 하강한다.
이때, 상기 에어 실린더(144)의 압력에 의해 상기 연마툴(130)이 상기 정반의 상면과 맞닿는 시점을 판단하고, 그 시점에 상기 위치감지센서에 의해 상기 정반의 상면 높낮이를 측정함으로써, 상기 정반의 뒤틀림 또는 형상을 측정할 수 있다.
물론, 상기 정반의 뒤틀림 또는 형상을 반영하여 하기에서 설명될 연마툴 베이스(141)의 종류 및 장착 방법이 정해지고, 상기 스핀들(142)의 속도 등을 조절하여 정반의 연마 공정을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명에 적용된 상정반용 베이스가 장착된 도면이다.
본 발명의 상정반용 베이스(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 원판 형상으로써, 원주 방향으로 일정 간격을 두고 축방향으로 관통되는 복수개의 볼트홀이 구비되며, 상정반(10)의 하면에도 이와 대응되는 볼트홈이 구비된다.
이때, 상기 상정반(10)은 원판 형상으로 형성됨에 따라 상기 상정반(10)의 직경이 늘어날수록 외주단에서 쳐짐이 발생될 수 있기 때문에 상기 상정반(10)의 직경이 커질수록 상기 상정반용 베이스(120)의 직경도 큰 것이 적용되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 상정반(10)을 상기 상정반용 베이스(10)의 상면에 안착시킨 다음, 상기 상정반용 베이스(120)의 하측에서 복수개의 볼트(B)를 체결하여 상기 상전반(10)을 상기 상정반용 베이스(120)에 고정시킬 수 있다.
물론, 상기 상정반(10)의 직경이 늘어나더라도 상기 상정반용 베이스(120)에 의해 지지된 상태에서 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 상정반(10)이 장착된 상정반용 베이스(120)는 상기 베이스 본체(110)의 상면에 돌기(111)와 홈(121)에 의해 탈착 가능하게 장착될 수 있으며, 일체로 회전될 수 있다.
도 4는 본 발명에 적용된 하정반용 베이스가 장착된 도면이다.
본 발명의 하정반용 베이스(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 원판 형상으로써, 중심에 상향 돌출된 원통형 돌기부(122)가 일체로 구성되는데, 상기 하정반용 베이스(120)의 돌기부(122)가 하정반(20)의 중심홀(20h)이 끼워질 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 하정반(20)은 하측에 강도를 보강할 수 있는 리브(21)가 구비되기 때문에 상기 하정반(20)의 직경이 늘어나더라도 상기 하정반용 베이스(120)의 직경은 일정한 것이 사용될 수 있다.
따라서, 상기 하정반(20)의 중심홀(20h)을 상기 하정반용 베이스(120)의 돌기부(122)에 끼워지도록 상기 하정반(20)을 상기 하정반용 베이스(120)의 상면에 안착시키면, 상기 하정반(20)을 상기 하정반용 베이스(120)에 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 하정반(20)이 장착된 하정반용 베이스(120)는 상기 베이스 본체(110)의 상면에 돌기(111)와 홈(121)에 의해 탈착 가능하게 장착될 수 있으며, 일체로 회전될 수 있다.
도 5는 본 발명에 적용된 연마툴 베이스의 제1실시예가 장착된 도면이다..
본 발명에 따른 연마툴 베이스의 제1실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 상/하면이 평평한 원판 형태의 고정 타입으로 구성된다.
즉, 상기 연마툴 고정 베이스(141a)는 원판 형태의 연마툴(130) 상면과 밀착 접촉하도록 수평한 하면을 가지도록 구성된다.
따라서, 상기 연마툴(130)이 상기 연마툴 고정 베이스(141a) 하측에 복수개의 볼트에 의해 고정되면, 스핀들(142)에 의해 상기 연마툴(130)이 회전됨에 따라 상기 연마툴(130)의 하면과 맞닿는 정반의 상면을 평평한 형태로 연마시킨다.
이와 같이, 굴곡진 정반의 평탄도를 확보하기 위하여 연마툴(130)을 밀착 고정하기 위하여 상기와 같은 연마툴 고정 베이스(141a)가 사용되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 적용된 연마툴 베이스의 제2실시예가 장착된 도면이다.
본 발명에 따른 연마툴 베이스의 제2실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 상면이 평평한 반면, 하면이 볼록한 원판 형태의 조절 타입으로 구성된다.
즉, 상기 연마툴 조절 베이스(141b)는 원판 형태의 연마툴 상면과 유격 가능하도록 중심으로 갈수록 볼록하게 라운드진 하면을 가지도록 구성된다.
따라서, 상기 연마툴(130)이 상기 연마툴 조절 베이스(141b) 하측에 복수개의 볼트에 의해 미세하게 움직이도록 고정되면, 스핀들(142)에 의해 상기 연마툴(130)이 회전됨에 따라 상기 연마툴(130)의 하면과 맞닿는 정반의 상면 중 원하는 부분만 특정하여 연마할 수 있다.
보다 상세하게, 상기 연마툴 조절 베이스(141b)에 의해 상기 연마툴(130)이 유격 가능하도록 장착한 다음, 상기 정반 중에서 원하는 위치에 슬러리를 공급하면, 상기 연마툴 조절 베이스(141b)가 a 위치 또는 b 위치로 유격되면서 슬러리가 공급된 부분을 집중적으로 연마시키도록 제어할 수도 있다.
이때, 상기 연마툴(130)의 유동이 커질수록 진동이 커지기 때문에 재가공되는 정반의 평탄도를 관리하기 어려워질 수 있으며, 이를 고려하여 상기 연마툴 조절 베이스(141b)는 상기 연마툴이 수직 방향으로 5mm 이내로 미세하게 움직일 수 있도록 장착시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 평탄도가 확보된 정반의 특정 부분을 연마하기 위하여 연마툴(130)을 미세하게 유동 가능하도록 장착하기 위하여 상기와 같은 연마툴 조절 베이스(141b)가 사용되는 것이 바람직하다.
110 : 베이스 본체 120 : 베이스
130 : 연마툴 140 : 연마툴 구동부
141 : 연마툴 베이스 142 : 스핀들
143a,143b,143c : 가이드 144 : 에어 실린더
145 : 형상 감지부

Claims (12)

  1. 회전 가능하게 장착되는 베이스 본체;
    상기 베이스 본체 위에 탈착 가능하게 고정되고, 웨이퍼 연마용 정반이 올려지는 베이스;
    상기 베이스에 올려진 정반 위로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부;
    상기 베이스 본체 주변에 구비되고, 슬러리의 비산을 방지하는 슬러리 가이드부;
    상기 베이스에 올려진 정반을 연마시키는 연마툴; 및
    상기 연마툴을 회전 및 이동 가능하게 장착시키는 연마툴 구동부;를 포함하며,
    상기 베이스는, 웨이퍼 연마용 상정반을 하측에서 볼트 고정시키는 원판 형상의 상정반용 베이스와, 웨이퍼 연마용 하정반의 중심홀이 끼워지는 원통형 돌기부가 중심에 구비된 원판 형상의 하정반용 베이스 중 하나가 선택적으로 사용되는 연마용 정반 재가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 본체의 상면에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수개의 돌기가 구비되고,
    상기 베이스의 하면에 상기 돌기들과 맞물리는 복수개의 홈이 구비되는 연마용 정반 재가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부는,
    상기 정반의 가공 중에 순수와 연마제와 분산제가 혼합된 슬러리를 공급하고, 상기 정반의 가공 직후에 냉각수를 공급하는 연마용 정반 재가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마툴은 복수개의 홈이 하면에 구비된 원판 형상인 연마용 정반 재가공장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마툴은 구상흑연주철 재질로 구성된 연마용 정반 재가공장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마툴 구동부는,
    복수개의 체결구를 이용하여 상기 연마툴의 상면을 고정시키는 연마툴 베이스와,
    상기 연마툴 베이스의 상측에 구비되어 상기 연마툴 베이스를 회전시키는 스핀들을 포함하는 연마용 정반 재가공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마툴 구동부는,
    상기 스핀들을 수평 방향 또는 수직 방향으로 안내하는 직선 이동 가이드와,
    상기 스핀들을 수직 방향으로 승강시키는 에어 실린더를 더 포함하는 연마용 정반 재가공장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연마툴 베이스는 상기 연마툴의 상면과 밀착 접촉하도록 수평한 하면을 가지도록 구성된 연마용 정반 재가공장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 연마툴 베이스는 상기 연마툴의 상면과 유격 가능하게 접촉하도록 중심으로 갈수록 볼록하게 라운드진 하면을 가지도록 구성된 연마용 정반 재가공장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 연마툴 구동부는,
    상기 정반의 뒤틀림 또는 형상을 측정하는 형상 감지부를 더 포함하고,
    상기 형상 감지부에서 감지된 정반의 튀틀림 또는 형상에 따라 상기 연마툴 의 작동 또는 체결 정도를 제어하는 연마용 정반 재가공장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 형상 감지부는 상기 스핀들이 승강됨에 따라 상기 연마툴이 상기 정반의 상면 위치별로 접촉되는 높이를 측정하는 위치감지센서인 연마용 정반 재가공장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 체결구들은 상기 연마툴을 상기 연마툴 베이스에 수직 방향으로 5mm 이내로 유격 가능하도록 고정시키는 연마용 정반 재가공장치.
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