KR102283204B1 - 소재의 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상측 정반의 회전축방향을 따라 연장한 실린더에 의해 상측 정반을 위쪽으로부터 상하이동이 가능하게 지지하는 상측 정반 지지기구와, 실린더의 길이방향 축에 대하여 주면이 직각이 되도록 이 실린더에 고정된 수평판과, 상측 정반이 고정위치까지 하강했을 때의 수평판의 표면의 높이위치를 측정하는 적어도 3개의 변위센서와, 변위센서에 의해 측정한 수평판의 표면의 높이위치로부터 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상측 정반의 회전축과 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 산출가능한 제어장치를 갖는 소재의 가공장치이다. 이에 의해, 소재의 가공 전에 소재의 유지의 이상을 단시간에 정밀하게 검출하여 소재나 가공장치의 파손을 방지할 수 있고, 소재의 가공 중에 실린더의 편심각을 검출하여 소재의 품질 악화를 억제할 수 있다.

Description

소재의 가공장치{WORKPIECE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 캐리어의 유지구멍에 소재를 삽입하여 유지하고 그 소재의 양면을 동시에 가공하는, 예를 들어 양면연마장치나 양면랩(lap)장치 등과 같은 소재의 가공장치에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등과 같은 박판 형상의 소재를 평면가공하는 경우에, 양면연마장치나 양면랩장치가 사용되고 있다. 예를 들어, 양면연마장치에는 발포우레탄이나 부직포로 이루어진 연마포를 부착한 상하 정반(定盤)의 사이에다, 외주부에 유성기어를 갖는 원반 형상의 캐리어를 배치한다. 소재를 이 캐리어의 유지구멍 내에 유지하고, 유성기어에 맞물리는 선기어(sun gear)와 내접기어(internal gear)를 상호 회전시킴으로써, 캐리어의 자전운동이나 선기어 주위의 공전운동을 발생시킨다. 이 캐리어의 자전 및 공전운동, 그리고 상하 정반의 회전에 의해, 소재와 상하 정반을 슬라이드이동시켜 소재의 상하면을 동시에 연마한다. 연마 중에는, 연마를 효율적으로 행하기 위하여 상측 정반에 마련된 복수의 구멍으로부터 연마슬러리를 공급한다.

상측 정반은 상하이동이 가능하며, 상승위치에서 캐리어를 배치하거나 캐리어에 소재를 유지한다. 소재가 유지된 후, 상측 정반이 하강함으로써 상하 정반에 소재와 캐리어를 끼운다. 소재의 유지는 작업자가 수작업으로 행하는 경우와, 자동의 취급(handling)장치를 사용하여 행하는 경우가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

상측 정반의 상하이동은 상측 정반을 위쪽으로부터 지지하는 상측 정반 지지기구에 의해 행한다. 상측 정반 지지기구는 상하이동이 가능한 샤프트를 갖는 실린더를 포함하고, 실린더의 샤프트가 접속부를 매개로 하여 상측 정반과 연결되어 있다. 이 접속부에는, 예를 들어 유니버설 조인트나 구면베어링이 이용된다. 이는, 연마하는 소재나 캐리어의 두께에 편차가 있는 경우, 연마 중에 상측 정반의 기울기에 자유도를 부여하고, 소재에다 하중을 확실히 전달하기 위해서이다.

일본 특허공개 2005-243996호 공보

캐리어에 유지한 소재가 캐리어의 유지구멍 내에 바르게 들어가 있지 않은 상태, 즉 소재의 유지에 이상이 있는 상태에서 소재의 연마를 행하면, 소재는 유지구멍으로부터 크게 튀어나와 소재가 파손된다. 이 경우, 캐리어로부터 튀어나온 소재가 파손될 뿐만 아니라, 연쇄적으로 다른 소재나 캐리어의 파손도 일으킬 가능성이 높다. 더 나아가, 장치의 기어, 연마포, 정반이 파손되는 경우도 있다.

결과적으로 소재의 파손에 의한 수율의 저하, 가공장치의 복구작업에 의한 생산성의 저하, 더 나아가 파손된 장치의 부품이나 연마포의 교환에 의한 비용 상승을 초래한다.

소재의 유지에 이상이 있게 되는 원인에는, 소재가 처음부터 유지구멍 내에 바르게 삽입되지 않은 경우나, 소재는 바르게 유지구멍 내에 삽입되었으나 연마 개시 전에, 예를 들어 정반의 회전에 의해 유지구멍으로부터 삐져나오는 경우가 있다. 이러한 유지의 이상은, 소재의 유지를 작업자의 수작업으로 행하는 경우에는, 단순한 작업 실수에 의해 발생하고, 또한 특허문헌 1과 같이 자동의 취급장치를 사용하여 행하는 경우에는, 고장 등으로 장치가 충분히 기능하지 않음으로써 발생하는 것으로 생각된다.

바르게 유지구멍 내에 삽입된 소재가 연마 개시 전에 유지구멍으로부터 삐져나오는 것은, 이하와 같은 이유로 생각된다.

하측 정반에 놓인 캐리어의 유지구멍에 고여 있는 물이나 슬러리에 의해, 소재가 부력을 얻어 삐져나오기 쉬워진다. 보다 구체적으로는, 일반적인 양면연마장치나 양면랩장치에서는, 1개의 캐리어로 소재를 1매 혹은 복수매 유지할 수 있고, 복수의 캐리어, 예를 들어 5매의 캐리어가 등간격, 즉 72°의 간격으로 장치에 설치되어 있는 경우가 많다. 소재를 캐리어에 유지할 때는, 복수의 캐리어 중 대상의 캐리어를 특정 소재의 투입위치로 내접기어와 선기어를 회전시킴으로써 이동시킨다. 이 특정한 투입위치에 배치된 캐리어에 대하여, 작업자가 수작업으로 소재를 유지시키거나, 혹은 자동의 취급장치가 소재를 유지시킨다. 이 특정한 투입위치에 있는 캐리어의 웨이퍼 유지가 종료된 후, 내접기어와 선기어를 72° 동일한 방향으로 회전시킴으로써, 다음에는 바로 옆의 캐리어를 소재의 투입위치로 이동시킨다(이 동작을 캐리어의 인덱스라 부를 수 있다). 이들 소재의 유지와 인덱스를 5회 반복함으로써, 5매의 모든 캐리어에 소재를 유지시킨다. 상기한 바와 같은, 소재가 부력을 얻어 삐져나오기 쉬운 조건하에서는, 인덱스와 같이 캐리어를 이동시키거나 회전시킬 때에 소재가 캐리어로부터 삐져나올 가능성이 있다.

예를 들어, 실리콘 웨이퍼 등과 같은 소재의 제조 프로세스에서는, 양면랩공정이나 양면연마공정이 소재의 두께나 평탄도를 가지런히 다듬는 중요한 역할을 담당하고 있다. 특히 평탄도에 대해서는, 반도체 소자의 미세화와 함께 그 요구가 더욱 엄격해지고 있어, 매년 중요도가 증가하고 있다.

양호한 평탄도를 얻거나, 혹은 평탄도를 더욱 개선하려면, 모든 소재에 균일하게 하중을 가할 필요가 있다. 이를 위해서는, 하측 정반을 수평한 상태로 조정하고, 그 위에 배치된 캐리어나 캐리어에 유지된 소재에 대하여 상측 정반을 평행한 상태로 유지하면서 회전시킬 필요가 있다. 이를 위해서는, 부품 정밀도나 조립 정밀도와 같은 기계 정밀도에 더하여, 상측 정반의 중심위치나 실린더의 심(芯)을 상측 정반의 회전축에 일치시키는 조정을 확실히 행할 필요가 있다.

그런데 실제 조업에서는, 상측 정반을 평행한 상태로 유지하면서 회전시키는 것을 저해하는 요인이 존재한다. 이 요인으로서, 이하에 나타낸 바와 같은, 상측 정반의 회전축으로부터 실린더의 심이 이탈하는 것이나, 기계 정밀도의 경시적인 열화를 들 수 있다.

상측 정반에는 후크가 부착되어 있고, 상측 정반이 가공을 행하는 위치로 하강했을 때에 이 후크가 센터 드럼에 마련된 홈에 삽입된다. 이에 따라, 센터 드럼이 회전함으로써 상측 정반이 회전할 수 있게 된다. 상측 정반은, 소재나 캐리어의 출입이나 연마포의 청소나 교환을 행할 때, 상기 가공위치로부터 상승한다. 이때, 후크는 센터 드럼의 홈으로부터 빠져나간다. 이와 같이 연속조업 중에는 후크의 홈으로의 삽입이 반복되게 된다. 이 동작과 연마시 등에서의 기계동작에 의해, 조정된 실린더의 심이 이탈할 가능성이 있다.

나아가, 연마 중에 소재나 캐리어가 파손된 경우에는, 장치의 다양한 개소에 큰 부하가 걸려 기계 정밀도를 열화시킬 가능성이 높다. 이와 같이, 실제 조업에서는 양호하게 조정된 기계 정밀도가 경시적으로 열화되는 것이 일반적이다.

특히, 유니버설 조인트나 구면베어링을 매개로 하여 상측 정반과 연결된 실린더를 갖는 가공장치에서, 실린더의 심의 이탈이나 장치의 기계 정밀도의 열화는, 상측 정반의 회전축과 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도(이하, 실린더의 편심각이라 부를 수 있다)가 커지는 현상으로 나타나는 경우가 많다.

그런데 이러한 기계 정밀도의 열화나 실린더의 심의 이탈은, 조업을 멈추지 않으면 검출하는 것이 어렵기 때문에, 생산성의 관점에서 이들의 재조정을 빈번하게 실시하는 것이 어렵다. 따라서, 이러한 경시적인 변화를 이유로 소재의 품질에 변동이 생겼을 때, 조기에 그 원인을 확인하고 대책을 취하는 것이 곤란하다.

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 소재의 가공 전에 소재의 유지의 이상을 단시간에 정밀하게 검출하여 소재나 가공장치의 파손을 방지할 수 있고, 소재의 가공 중에 실린더의 심의 이탈 등과 같은 장치의 이상을 검출하여 소재의 품질 악화를 억제할 수 있는 가공장치를 저비용으로 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 하측 정반 상에 배치한 캐리어의 유지구멍에 소재를 삽입하여 유지하고, 상측 정반을 고정위치까지 하강시켜 상기 소재를 유지한 상기 캐리어를 상기 상측 정반과 상기 하측 정반에 끼우고, 상기 상측 정반과 상기 하측 정반을 각각 회전축 주위로 회전시키면서 상기 소재의 양면을 동시에 가공하는 소재의 가공장치로서, 상기 상측 정반의 회전축방향을 따라 연장한 실린더에 의해 상기 상측 정반을 위쪽으로부터 상하이동이 가능하게 지지하는 상측 정반 지지기구와, 상기 실린더의 길이방향 축에 대하여 주면(主面)이 직각이 되도록 상기 실린더에 고정된 수평판과, 상기 상측 정반이 상기 고정위치까지 하강했을 때의 상기 수평판의 표면의 높이위치를 측정하는 적어도 3개의 변위센서와, 상기 변위센서에 의해 측정한 상기 수평판의 표면의 높이위치로부터 상기 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 산출가능한 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치가 제공된다.

이러한 소재의 가공장치에 의하면, 소재의 가공 전에, 산출한 상측 정반의 상대적인 높이위치와 실린더의 편심각에 기초하여, 소재의 유지의 이상을 단시간에 정밀하게 검출하는 것을 가능하게 함과 더불어, 소재의 가공 중에 실린더의 편심각, 즉 실린더의 심의 이탈 등과 같은 장치의 이상을 검출하여 소재의 품질 악화를 억제할 수 있게 한다. 게다가, 이것을, 기존의 장치에 간단한 기능을 추가하는 것만으로 저비용으로 실현할 수 있다.

상기 소재의 가공장치는, 양면연마장치 또는 양면랩장치로 할 수 있다.

이러한 것에 의하면, 특히 고평탄도가 요구되는 실리콘 웨이퍼 등과 같은 소재의 제조 프로세스에 바람직하게 적응할 수 있다.

상기 제어장치는, 상기 소재가 상기 캐리어의 유지구멍에 정상적으로 유지된 상태로 상기 상측 정반을 상기 고정위치까지 하강시켰을 때의 상기 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 기준값으로 하여 미리 기록해두는 기억매체를 갖는 것이 바람직하다.

이에 의하면, 기록한 기준값을 이용하여 소재의 유지의 이상이나 실린더의 심의 이탈 등과 같은 장치의 이상을 간단히 정밀하게 판단할 수 있다.

이에 더하여, 상기 제어장치는, 상기 상측 정반이 상기 고정위치까지 하강했을 때에 상기 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도의 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 해당 산출값과 상기 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에 소재유지이상으로 판정하는 것이 바람직하다.

이에 의하면, 소재의 유지의 이상을 자동으로 보다 단시간에 검출할 수 있다.

이에 더하여, 상기 제어장치는, 상기 소재의 가공 중에 상기 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도의 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 해당 산출값과 상기 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에 장치이상으로 판정하는 것이 바람직하다.

이에 의하면, 소재의 가공 중에 실린더의 편심각을 상시 자동으로 검출할 수 있다.

본 발명에 따른 소재의 가공장치는, 변위센서에 의해 측정한 수평판의 표면의 높이위치로부터 상측 정반의 상대적인 높이위치와, 상측 정반의 회전축과 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 제어장치에 의해 산출가능하기 때문에, 저비용으로 소재의 가공 전에 소재의 유지의 이상을 단시간에 정밀하게 검출하여 소재나 가공장치의 파손을 방지할 수 있고, 소재의 가공 중에 실린더의 심의 이탈 등과 같은 장치의 이상을 상시 검출하여 소재의 품질 악화를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 가공장치의 일례로서의 양면연마장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 양면연마장치의 상측 정반이 고정위치까지 하강했을 때의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 양면연마장치의 상측 정반이 상승했을 때의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 가공장치의 일례로서의 양면랩장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 양면연마장치에서, 실린더의 편심각을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 양면연마장치에서, 소재가 캐리어의 유지구멍으로부터 삐져나온 상태를 설명하는 개략도이다.
도 7은 실시예에서 웨이퍼의 유지이상을 검출했을 때의 상측 정반의 높이위치의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예에서 정의한 편심량과 심 이탈량을 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

상기한 바와 같은, 가공 개시 전에 소재의 유지의 이상의 검출과, 가공 중에 실린더의 심의 이탈의 검출 양쪽을 저비용으로 실현한다는 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자 등은 검토를 행하였다. 그 결과, 소재의 유지의 이상을 검출하기 위해서는, 상측 정반의 높이위치 및/또는 실린더의 편심각을 감시하면 좋고, 더욱이 실린더에 고정한 수평판의 표면의 높이위치를 측정하는 3개 이상의 변위센서를 설치하면, 소재의 가공 중에 상측 정반의 상대적인 높이위치와 실린더의 편심각 양쪽을 실시간으로 얻는 것이 저비용으로 가능해지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명에 따른 소재의 가공장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 가공장치는, 하측 정반 상에 배치한 캐리어의 유지구멍에, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등과 같은 박판 형상의 소재를 삽입하여 유지하고, 상측 정반을 고정위치까지 하강시켜 소재를 유지한 캐리어를 상측 정반과 하측 정반에 끼우고, 상하 정반을 각각 회전축 주위로 회전시키면서 소재의 양면을 동시에 가공하는 것으로, 예를 들어 양면연마장치, 양면랩장치를 들 수 있다. 여기서는, 양면연마장치를 예로 들어 도 1을 참조하면서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 양면연마장치(1)는, 상하에 서로 대향하여 설치된 상측 정반(2)과 하측 정반(3)을 구비하고 있으며, 각 정반(2, 3)에는 각각 연마포(4)가 부착되어 있다. 상측 정반(2)과 하측 정반(3) 간의 중심부에는 선기어(6)가, 주변부에는 내접기어(7)가 설치되어 있다. 캐리어(5)에는 소재(W)를 유지하기 위한 유지구멍(8)이 형성되어 있다. 양면연마 시에는, 캐리어(5)가 소재(W)를 유지구멍(8) 내에 유지한 상태로 상측 정반(2)과 하측 정반(3)의 사이에 배치된다.

작업자의 수작업에 의해 소재(W)를 캐리어(5)에 유지시킬 수도 있으나, 소재(W)를 캐리어(5)의 유지구멍(8)까지 반송하여 유지구멍(8)에 삽입하는 로봇 암을 설치하여도 좋다.

선기어(6) 및 내접기어(7)의 각 톱니부에는 캐리어(5)의 외주톱니가 맞물려 있고, 상측 정반(2) 및 하측 정반(3)이 도시하지 않은 구동원에 의해 회전되는 것에 수반하여, 캐리어(5)는 자전하면서 선기어(6)의 주위를 공전한다. 이때, 캐리어(5)의 유지구멍(8)에 유지된 소재(W)는 상하의 연마포(4)에 의해 양면이 동시에 연마된다. 소재의 연마 시에는, 도시하지 않은 노즐로부터 상측 정반(2)에 마련된 복수의 관통구멍을 매개로 하여 연마슬러리가 소재의 연마면에 공급된다.

상측 정반(2)은 상측 정반 지지기구(9)에 의해 위쪽으로부터 상하이동이 가능하게 지지된다. 상측 정반 지지기구(9)는 상측 정반(2)의 회전축방향을 따라 연장한 실린더(10)를 갖는다. 실린더(10)의 하단에는 상측 정반(2)의 회전축방향을 따라 아래로 연장된 샤프트(11)가 연결되고, 샤프트(11)의 하단은 접속부(12)와 연결되어 있다. 상측 정반 지지기구(9)는 이 접속부(12)를 매개로 하여 상측 정반(2)을 위쪽으로부터 지지하고 있다. 실린더(10)의 샤프트(11)의 상하이동에 의해 상측 정반(2)의 높이위치를 정확히 제어할 수 있다.

상측 정반(2)을 상측 정반 지지기구(9)에 의해 하강시키고, 소재(W)를 유지한 캐리어(5)를 상측 정반(2)과 하측 정반(3)에 끼움으로써, 캐리어(5)와 소재(W)에 연마하중을 가할 수 있다. 이때, 상측 정반(2)의 높이위치를 제어함으로써 소재(W)와 캐리어(5)에 가하는 연마하중을 조정할 수 있다. 원하는 연마하중이 얻어지는 상측 정반(2)의 높이위치를 고정위치로 하고, 연마 시에는 매회 항상 동일한 고정위치까지 상측 정반(2)을 하강시키도록 한다.

접속부(12)에는, 예를 들어 유니버설 조인트 혹은 구면베어링을 이용할 수 있다. 이에 따라, 연마하는 소재(W)나 캐리어의 두께에 편차가 있는 경우에도, 연마 중에 상측 정반의 기울기에 자유도를 부여하고 소재(W)에 하중을 확실히 전달할 수 있다. 도 2와 도 3은 접속부(12)에 유니버설 조인트를 이용한 예를 나타내고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상측 정반(2)이 고정위치까지 하강했을 때, 상측 정반(2)에 부착된 후크(17)가 센터 드럼(18)에 마련된 홈(19)에 삽입되어 결합한다. 이 상태일 때, 센터 드럼(18)의 회전구동력을 상측 정반(2)에 전달하여 상측 정반(2)을 회전시키는 것이 가능하게 된다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상측 정반(2)이 고정위치로부터 위쪽으로 이동되었을 때에는 후크(17)가 홈(19)으로부터 빠져나온 상태로 된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 실린더(10)에는 수평판(13)이 고정되어 있고, 수평판(13)의 주면이 실린더(10)의 길이방향 축에 대하여 직각으로 되어 있다. 수평판(13)의 위쪽에는 적어도 3개의 변위센서(14)가 설치되고, 이들 변위센서(14)에 의해, 상측 정반(2)이 상기한 고정위치까지 하강했을 때의, 즉 소재(W)를 캐리어(5)에 유지하고 나서 캐리어(5)를 상측 정반(2)과 하측 정반(3)에 끼웠을 때의, 그리고 소재의 가공 중의 수평판(13)의 표면의 높이위치를 측정할 수 있다.

변위센서(14)는, 특별히 한정되지 않으나 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 접속부(12)의 하부로부터 위쪽으로 연장된 암(29)의 선단에 유지되도록 하여 배치할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 실린더(10)의 편심각에 의해 변위센서(14)의 측정 정밀도가 영향을 받는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 상측 정반(2)의 상하이동에 수반하여 변위센서(14)도 상하이동하므로, 상측 정반(2)이 고정위치까지 하강했을 때의 변위센서(14)와 수평판(13)의 표면의 거리가 원하는 값이 되도록 암(29)의 길이를 조정한다.

도 2와 도 3에 나타낸 예에서는, 상기와 같이 실린더(10)의 본체 및 수평판(13)은 상하이동하지 않고 실린더(10)의 샤프트(11)가 상하이동함으로써 상측 정반(2)을 상하이동시킨다. 이 경우, 변위센서(14)는 접촉식 센서이어도 좋다. 구체적으로는, 상측 정반(2)이 고정위치까지 하강했을 때에 변위센서(14)의 하단이 수평판(13)의 표면에 정확히 접촉하도록 구성한다. 이때, 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치는, 측정한 수평판(13)의 표면의 높이위치와, 샤프트(11)를 실제로 하강시킨 거리에 기초하여 산출할 수 있다. 혹은, 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치로는, 측정한 수평판(13)의 표면의 높이위치를 이용할 수도 있다.

수평판(13)이 실린더(10)의 샤프트(11)와 함께 상하이동하는 구성인 경우에는, 변위센서(14)를 비접촉식 센서로 하여도 좋다.

또한, 3개 이상의 변위센서(14)로 측정한 3개 이상의 수평판(13)의 표면의 높이위치로부터, 상측 정반(2)의 회전축과 실린더(10)의 길이방향 축이 이루는 각도(실린더(10)의 편심각)를 산출할 수 있다.

본 발명의 가공장치는, 상측 정반(2)의 높이위치나 실린더(10)의 편심각을 직접 측정하는 것이 아니라, 3개 이상의 변위센서(14)로 측정한 수평판(13)의 표면의 높이위치로부터 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와 실린더(10)의 편심각 양쪽을 산출하는 것이 가능하며, 이들을 소재(W)의 가공 중에 감시하는 것이 가능해진다. 게다가, 이러한 가공장치는 간단한 구조로 저비용이며, 변위센서(14)는 접촉식이나 비접촉식 중 어느 타입에도 제한되지 않아 설계의 자유도가 높다.

상기한 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와 실린더(10)의 편심각의 산출은 제어장치(15)로 행할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제어장치(15)는 변위센서(14)의 각각에 접속되고, 측정된 수평판(13)의 표면의 높이위치를 변위센서(14)로부터 수신하며, 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와 실린더(10)의 편심각을 산출하여 작업자에게 제공할 수 있다.

변위센서(14)의 수는 3개이면 본 발명의 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능하지만, 측정 정밀도를 더욱 향상시키기 위하여 4개 이상의, 예를 들어 6개의 변위센서(14)를 설치하여도 좋다.

제어장치(15)는, 소재(W)가 캐리어(5)의 유지구멍(8)에 정상적으로 유지된 상태로 상측 정반(2)을 고정위치까지 하강시켰을 때의 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와 실린더(10)의 편심각을 각각 기준값으로 하여 미리 기록해 두는 기억매체(16)를 갖고 있다. 여기서, 실린더(10)의 편심각의 기준값의 기록은, 실제로 상측 정반(2)의 회전축과 실린더(10)의 길이방향 축이 일치하도록, 실린더(10)의 심이 충분히 조정된 후에 행하는 것이 바람직하다.

이들 기록된 각각의 기준값과 실제의 측정값을 비교함으로써, 소재유지이상이나 장치이상의 유무를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 양면연마장치에서 소재(W)가 캐리어(5)의 유지구멍(8)에 바르게 들어가 있지 않은 경우, 상측 정반(2)이 연마 개시 전에 고정위치까지 하강했을 때 상측 정반(2)은, 소재(W)가 캐리어(5)의 유지구멍(8)에 바르게 들어가 있는 경우에 비해 보다 높은 위치까지만 하강할 수 있다. 또한, 복수의 소재(W) 중 일부만 캐리어(5)의 유지구멍에 바르게 들어가 있지 않은 경우, 상측 정반(2)이 기울어짐으로써 실린더(10)의 편심각도 커지게 된다. 따라서, 기준값과 비교하여 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치가 보다 높거나, 혹은 실린더(10)의 편심각이 보다 큰지를 확인함으로써, 소재유지이상의 유무를 판단할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상측 정반(2)이 고정위치까지 하강했을 때에 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와, 실린더(10)의 편심각, 즉 도 5에 나타낸 바와 같이 상측 정반(2)의 회전축(A)과 실린더(10)의 길이방향 축(B)이 이루는 각도(θ) 중 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 그 산출값과 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에, 소재유지이상으로 판정한다. 또한, 소재(W)의 가공 중에 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치와 실린더(10)의 편심각(θ) 중 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 그 산출값과 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에, 장치이상으로 판정한다. 제어장치(15)에 의해 이들 산출과 판정을 자동으로 행할 수 있다.

이상을 판정할 때에 이용하는 임계값은, 예를 들어 실제로 이상이 발생했을 때에 측정한 상측 정반(2)의 상대적인 높이위치 및 실린더(10)의 편심각과 기준값의 차이에 기초하여 결정할 수 있다. 임계값을 초과한 경우에, 자동으로 알람을 발생시키는 프로그램을 제어장치(15)에 탑재함으로써, 자동 자기진단 기능을 실현할 수 있다.

또한, 도 5에 나타낸 각도(θ)는, 설명을 명확히 하기 위해 강조하여 표현하고 있으나, 실제로 각도(θ)는 근소하여 육안으로 그 변화를 파악할 수 없다.

상기에서는, 본 발명의 가공장치에 대하여 양면연마장치를 예로 들어 설명하였으나, 양면랩장치에 적응할 수도 있으며, 상기와 동일한 효과를 발휘하는 것으로 할 수가 있다.

도 4에 본 발명의 양면랩장치를 도시하고 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 양면랩장치(21)는 상하방향으로 서로 대향하여 설치된 상하 정반(22, 23; 랩정반)을 갖고 있다. 하측 정반(23)은 그 중심부의 상면에 선기어(25)를 갖고 있으며, 그 주변부에는 고리 형상의 내접기어(26)가 설치되어 있다. 또한, 소재(W)를 유지하는 캐리어(24)의 외주면에는 상기 선기어(25) 및 내접기어(26)와 맞물리는 기어부가 형성되고, 전체적으로 톱니바퀴구조를 이루고 있다.

캐리어(24)에는 복수개의 유지구멍(27)이 설치되어 있다. 래핑되는 소재(W)는 이 유지구멍(27)내에 삽입되어 유지된다. 캐리어(24)는 상하 정반(22, 23)의 사이에 끼워지고, 하측 정반(23)이 회전함으로써 유성기어운동, 즉 자전 및 공전한다. 이때, 노즐로부터 상측 정반(22)에 마련된 관통구멍(28)을 매개로 하여 소재(W)와 상하 정반(22, 23)의 사이에 슬러리를 공급하고, 소재(W)의 양면이 래핑된다.

상기 양면연마장치의 설명과 마찬가지로 양면랩장치(21)는, 상측 정반(22)을 위쪽으로부터 상하이동이 가능하게 지지하는 상측 정반 지지기구의 실린더(32)에 고정된 수평판(30)과, 수평판(30)의 표면의 높이위치를 측정하는 3개 이상의 변위센서(31)와, 변위센서(31)의 각각에 접속한 제어장치(15)를 갖고 있다. 도 4에서는 생략되어 있으나, 실린더(32)는 접속부를 매개로 하여 상측 정반(22)과 접속되어 있다. 제어장치(15)에 의해, 변위센서(31)로 측정한 수평판(30)의 표면의 높이위치로부터 상측 정반(22)의 상대적인 높이위치와 실린더(32)의 편심각을 산출할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 소재의 가공장치는, 상측 정반의 높이위치와 실린더의 기울기를 상시 모니터링할 수 있고, 소재의 유지의 이상에 의한 소재나 가공장치의 파손을 방지하거나, 상측 정반의 정적(靜的) 정확도를 파악함으로써 장치의 이상을 검출하여 소재의 품질의 악화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 소재, 연마포, 캐리어의 파손에 의한 재료·부품교환의 비용을 절감할 수 있고, 가공장치의 운전 정지시간을 삭감할 수 있다. 그 결과, 제조비용, 생산성을 대폭 개선할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 1에 나타낸 본 발명에 따른 소재의 가공장치(양면연마장치)를 이용하고, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼의 양면연마를 반복하여 행하였다. 양면연마장치는 1개의 유지구멍을 갖춘 캐리어를 합계 5매 갖고 있는 것으로 하였다. 이때, 연마 개시 전의 웨이퍼의 유지이상의 검출과, 연마 중에 장치 정밀도의 감시를 행하였다.

양면연마장치에는, 접촉식의 변위센서(키엔스(Keyence)제 GT-H10) 3개를 각각 균등한 거리를 유지하도록 하여 수평판의 위쪽에 설치하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 변위센서의 높이위치를, 상측 정반이 상승되어 있는 상태에서는 수평판의 표면에 접촉되지 않으나 상측 정반이 고정위치까지 하강한 상태에서는 수평판의 표면에 정확히 접촉하도록 조정하였다.

(유지이상의 검출)

상측 정반이 고정위치까지 하강했을 때에 상측 정반의 상대적인 높이위치와 실린더의 편심각을 자동으로 산출하고, 이들 산출값이 양쪽 모두 각각의 임계값을 초과한 경우에 유지이상으로 판단하고, 웨이퍼를 다시 바로잡아 유지하도록 요구하는 프로그램을 제어장치에 탑재하였다. 상측 정반의 상대적인 높이위치는 3개의 산출값의 평균값으로 하였다. 임계값은, 의도적으로 웨이퍼를 캐리어의 유지구멍으로부터 삐져나온 상태로 상측 정반을 고정위치까지 하강시키고자 했을 때의 상측 정반의 상대적인 높이위치에 기초하여 결정하였다. 종래는 1달에 수회 웨이퍼의 유지에 이상이 생겨 소재나 캐리어의 파손이 발생하였으나, 본 발명에 의해 모든 유지이상을 검출할 수 있었다. 도 7은, 웨이퍼의 유지에 이상이 발생했을 때 상측 정반의 높이위치의 산출값을 나타낸다.

(장치 정밀도의 감시)

연마 중에 실린더의 편심각을 산출하고, 산출한 실린더의 편심각으로부터 실린더의 길이방향 축이 연마면 상에서 어느 위치를 나타내는지를 산출하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 연마면 상에서 실린더의 축의 궤적의 최대폭(W)을 편심량, 상측 정반의 회전축과 궤적의 중심까지의 거리(d)를 심 이탈량으로 정의하였다. 도 8에 나타낸 x, y는, 도 5에 나타낸 x, y방향을 표시하고 있다. 편심량과 심 이탈량을 연마 중에 감시함으로써, 상측 정반의 거동과 심출 정밀도를 정량적으로 감시하는 것이 가능하게 되었다. 이에 따라, 웨이퍼의 품질 변동의 원인이 장치 정밀도에 있는지의 판단을 신속하게 행할 수 있었다. 편심량과 심 이탈량에 각각 관리값을 마련하고, 관리값을 초과한 경우에 장치 정밀도의 악화의 알람을 발생시키는 프로그램을 제어장치에 탑재하였다. 이 알람이 발생한 시점에 장치의 정밀도 조정을 실시하도록 한 결과, 웨이퍼의 평탄도(SFQRmax)를 3% 개선할 수 있었다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (7)

1. 하측 정반 상에 배치한 캐리어의 유지구멍에 소재를 삽입하여 유지하고, 상측 정반을 고정위치까지 하강시켜 상기 소재를 유지한 상기 캐리어를 상기 상측 정반과 상기 하측 정반에 끼우고, 상기 상측 정반과 상기 하측 정반을 각각 회전축 주위로 회전시키면서 상기 소재의 양면을 동시에 가공하는 소재의 가공장치로서,
   상기 상측 정반의 회전축방향을 따라 연장한 실린더에 의해 상기 상측 정반을 위쪽으로부터 상하이동이 가능하게 지지하는 상측 정반 지지기구와,
   상기 실린더의 길이방향 축에 대하여 주면이 직각이 되도록 상기 실린더에 고정된 수평판과,
   상기 상측 정반에 유지되고, 상기 상측 정반의 상하이동에 수반하여 상하이동하며, 상기 상측 정반이 상기 고정위치까지 하강했을 때의 상기 수평판의 표면과의 거리를 측정하는 적어도 3개의 변위센서와,
   상기 변위센서에 의해 측정한 상기 수평판의 표면과의 거리로부터, 상기 상측 정반의 상대적인 높이와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 산출가능한 제어장치
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소재의 가공장치는, 양면연마장치 또는 양면랩장치인 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 소재가 상기 캐리어의 유지구멍에 정상적으로 유지된 상태로 상기 상측 정반을 상기 고정위치까지 하강시켰을 때의 상기 상측 정반의 상대적인 높이와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도를 기준값으로 하여 미리 기록해두는 기억매체를 갖는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 상측 정반이 상기 고정위치까지 하강했을 때에 상기 상측 정반의 상대적인 높이와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도의 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 해당 산출값과 상기 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에 소재유지이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 소재의 가공 중에 상기 상측 정반의 상대적인 높이와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도의 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 해당 산출값과 상기 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에, 장치이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 소재의 가공 중에 상기 상측 정반의 상대적인 높이와, 상기 상측 정반의 회전축과 상기 실린더의 길이방향 축이 이루는 각도의 적어도 어느 한쪽을 산출하고, 해당 산출값과 상기 기준값의 차이가 임계값을 초과한 경우에, 장치이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 실린더는, 상기 수평판을 고정하는 실린더 본체와, 상기 상측 정반에 접속부를 매개로 하여 연결되어 상기 상측 정반이 상하이동 가능하게 하는 샤프트를 갖추며,
   상기 변위센서는, 상기 상측 정반과의 접속부보다도 상측 정반 쪽에서부터 연장하는 암에 의해 유지됨으로써, 상기 상측 정반에 유지되는 것을 특징으로 하는 소재의 가공장치.
   
   

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