KR102679718B1 - 기판 표면 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 표면 가공 장치에 대한 것으로서, 상기 기판 표면 가공 장치는, 기판을 연삭하는 공간을 구획하는 연삭 챔버; 기판을 표면을 가공하는 연삭 휠 장착 유닛로서, 회전축을 중심으로 회전 운동할 수 있는 장착 플레이트; 상기 장착 플레이트의 회전 중심으로부터 소정의 반경에서 원주상에 배치되되 상서로 다른 표면조건으로 기판의 표면을 가공할 수 있는 복수의 표면 연삭 휠; 및 상기 장착 플레이트를 회전시키는 플레이트 회전 액튜에이터;를 포함하는, 연삭 휠 장착 유닛; 상기 장착 플레이트 상에 장착된 복수의 표면 연삭 휠 중 하나의 표면 연삭 휠에 선택적으로 연결되어 회전력을 전달하도록 되는 연삭 휠 회전 액튜에이터를 구비하는 연삭 휠 구동 유닛; 상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판을 지지하게 되는 기판 지지 유닛; 및 상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판의 표면의 높이를 측정하는 기판 표면 높이 측정 유닛;를 포함한다.

Description

기판 표면 가공 장치 {An Apparatus for Processing a Surface of a Substrate}
본 발명은 기판의 표면을 가공하는 장치에 대한 것으로서, 보다 자세하게는 반도체용 단결정 기판의 표면을 다양한 연삭 조건으로 선택하여 가공할 수 있는 기판 표면 가공 장치에 대한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN)은 넓은 에너지 밴드갭과 원자간의 큰 상호 결합력 그리고 높은 열전도성으로 인해 고온에서 구동이 가능한 광소자 및 고전력 소자로서 적합한 특성을 구비한다. 따라서, 질화갈륨 계열의 반도체 화합물은 광전자 소자를 제조하는 재료로 다양하게 이용되고 있으며, 구체적으로, 질화갈륨을 이용하여 제조된 light emitting diode(LED), laser diode(LD)와 같은 광학소자와 전력 변환, 전송 등과 같은 전력반도체 및 통신용 RF 디바이스와 같은 정보 통신분야 등 광범위한 분야에 응용되고 있다.
질화갈륨 기판은 시드기판의 부재와 경제적인 이유로 인하여, 질화갈륨과 같은 육방정계의 구조를 갖는 사파이어나 실리콘 카바이드(SiC) 등의 이종 기판을 사용하여 제조한다. 그러나, 질화갈륨과 사파이어는 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인하여, 사파이어 기판 상에 질화갈륨 기판을 형성하게 되면, 고밀도의 결정성 결함이 발생할 수가 있으며, 열팽창 계수차에 따라서 냉각과정중에 질화갈륨 기판에 휨이 발생한다. 또한, 질화갈륨 재료의 높은 강도 및 내화학성으로 인하여 질화갈륨 단결정을 활용한 기판 제조공정은 장시간의 기판 가공공정이 이루어지고, 또한 가공공정에서 발생된 표면 아래의 손상층이 잔류할 경우 가공공정을 통해서도 기판의 휨이 발생하여 이는 기판을 활용한 디바이스 제조시 상당한 문제를 초래한다.
종래에는 상술한 장시간의 기판 제조공정과 표면 아래의 손상층 최소화를 위하여, 가공 시에 사용되는 특정 연삭재 입자 사이즈를 하나 구비한 연삭 기구를 여러 개 구비하여 단계별로 입자 크기를 낮추면서 표면의 손상층을 제거하였다.
종래의 반도체 기판의 연삭 장치는 회전 원반과, 회전 원반의 상측 표면에 전체적으로 걸쳐 부착된 특정 연삭 입자 크기를 가진 하나의 표면 연삭 휠과, 회전 원반의 상방에 형성된 회전 홀더와, 회전 홀더에 고정된 기판 플레이트를 포함하고, 회전 홀더는 축에 의해 상하 운동 및 회전 운동을 하도록 구성된다.
종래의 반도체 기판의 연삭 장치에 의할 경우, 하나의 연삭 장치에 하나의 연삭 휠이 고정되어 설치되어 있어, 연삭 휠의 입자 사이즈를 달리하여 단계적으로 하려면, 연삭 장치를 여러 대를 구비하거나, 하나의 연삭 장치에 장착되는 하나의 연삭 휠을 일일이 교체하여 사용하는 문제점이 있었다.
또한, 개별 연삭 휠 별로 단계적으로 연삭 작업을 수행시에 연삭휠과 기판간의 표면 높이를 측정하는 작업이 번거롭고 부정확한 문제점도 있었다.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 서로 다른 연삭재의 입자 사이즈를 가지는 연삭 휠을 단계적으로 가공할 필요가 있는 경우, 하나의 가공 장치 내에서 다양한 연삭재 입자 사이즈를 가진 연삭 휠을 선택할 수 있게 하고, 연삭 휠을 단계에 맞게 변경시켜 가면서 기판을 가공할 수 있는 기판 가공 장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치는, 기판을 연삭하는 공간을 구획하는 연삭 챔버; 기판을 표면을 가공하는 연삭 휠을 장착 유닛로서, 회전축을 중심으로 회전 운동할 있는 장착 플레이트; 상기 장착 플레이트의 회전 중심으로부터 소정의 반경에서 원주상에 배치되되 서로 다른 표면조건으로 기판의 표면을 가공할 수 있는 복수의 표면 연삭 휠; 및 상기 장착 플레이트를 회전시키는 플레이트 회전 액튜에이터;를 포함하는, 연삭 휠 장착 유닛; 상기 장착 플레이트 상에 장착된 복수의 표면 연삭 휠 중 하나의 표면 연삭 휠에 선택적으로 연결되어 회전력을 전달하도록 되는 연삭 휠 회전 액튜에이터를 구비하는 연삭 휠 구동 유닛; 상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판을 지지하게 되는 기판 지지 유닛; 및 상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판의 표면의 높이를 측정하는 기판 표면 높이 측정 유닛;를 포함한다.
여기서, 상기 장착 플레이트 및 상기 표면 연삭 휠은 상기 연삭 챔버의 내부에 배치된다.
상기 플레이트 회전 액튜에이터 및 상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 챔버의 외부에 배치된다.
상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 표면 연삭 휠에 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터의 회전력을 전달하거나 회전력의 전달을 차단하는 클러치를 추가로 포함한다.
본 발명에 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치는 상기 클러치 및 복수의 표면 연삭 휠 중 선택된 표면 연삭 휠 사이에 충격을 완화하기 위한 충격 완화 부재를 추가로 포함한다.
복수의 상기 연삭 휠 중 각각의 연삭 휠은 상기 장착 플레이트의 회전 중심에 대하여 등각으로 배치된다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치는 상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터를 상기 장착 플레이트를 대하여 전후진 이송시키는 직선 운동 액튜에이터를 추가로 포함하다.
상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터의 단부에 상기 클러치에 대하여 소정의 거리에서 인력을 생성하는 자기력을 가할 수 있는 자석을 추가로 포함한다.
한편, 상기 기판 표면 높이 측정 유닛은, 선택된 표면 연삭 휠을 향하여 일측 단부를 중심으로 피벗되는 로드; 및 상기 로드의 타측 단부에 배치되어 상기 표면 연삭 휠에 대한 거리를 측정하는 제 1 센서와 상기 기판의 표면에 대한 거리를 측정하는 제 2 센서를 구비하는 센서 조립체;를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 센서는 선택된 상기 표면 연삭 휠을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득하며, 상기 제 2 센서는 상기 기판을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득하며, 상기 기판의 최대 돌출 높이는 상기 제 1 센서에서 측정한 높이 정보와 상기 제 2 센서에서 측정한 높이 정보값의 차이가 가장 작은 값으로 선택된다.
상기 기판 표면 높이 측정 유닛은 상기 기판에 대하여 표면 연삭 휠이 연삭을 수행하고 있는 동안에는 상기 연삭 챔버의 내부의 수납실에 수용된다.
상기 연삭 휠 회전 액튜에이터를 지지하는 연삭 휠 회전 액튜에이터 지지대는 L 자 형상으로 된다.
상기 플레이트 회전 액튜에이터는 표면 연삭 휠이 선택된 후에 연삭이 진행되는 동안에도 정지 상태를 유지하도록 전기적으로 여기되어 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치는 상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판에 윤활 액체를 공급하는 윤활 액체 공급 유닛을 추가로 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 서로 다른 연삭재 입자 사이즈를 가지는 연삭 휠을 단계적으로 가공할 필요가 있는 경우, 하나의 가공 장치 내에서 다양한 연삭재 입자 사이즈를 가진 연삭 휠을 선택할 수 있게 하고, 연삭 휠을 단계에 맞게 변경시켜 가면서 기판을 가공할 수 있는 기판 가공 장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 표면 연삭 휠이 교체되어 변화된 상태에서, 교체된 표면 연삭 휠과 피연삭체인 기판간의 거리를 간편하게 측정하여 연삭해야할 기판의 높이를 쉽게 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 선택된 특정 표면 연삭 휠에 동력을 전달하기 위하여 클러치 연결 작업시에 클러치에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있게 되고, 계속되는 클러치 연결의 반복 작업에서 장착 플레이트가 회전 중심으로부터 멀어지는 방향으로 휘어질 가능성을 감소시키게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 표면 연삭 휠을 회전시키는 액튜에이터를 연결시킬 때, 자기력의 힘으로 회전력 전달 축 연결 작업을 정확하고 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 기판 표면 가공 장치의 측면도이다.
도 3은 연삭 챔버에서 볼 때의 연삭 휠 장착 유닛에 대한 정면도이다.
도 4는 도 1의 기판 표면 높이 측정 유닛에 대한 부분 사시도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치의 일부 분해 사시도가 도시되고 있으며, 도 2는 도 1의 기판 표면 가공 장치의 측면에 대한 개략적인 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공장치(10)는 예를 들어 질화갈륨이 성장된 피가공체인 기판(S)을 연삭하는 공간을 구획하는 연삭 챔버(20)와 이러한 기판(S)의 표면을 연삭의 방법으로 가공하는 연삭 휠 장착 유닛(30)을 포함한다.
상기 연삭 휠 장착 유닛(30)은 회전축을 중심으로 회전 운동할 수 있는 장착 플레이트(32)와, 상기 장착 플레이트의 회전 중심으로부터 소정의 반경에서 원주상에 배치되되 서로 다른 표면조건(서로 다른 연삭재 입자 크기)으로 기판의 표면을 가공할 수 있는 복수의 표면 연삭 휠, 예시적으로 5개의 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e); 및 상기 장착 플레이트를 회전시키는 플레이트 회전 액튜에이터(36);를 포함한다.
상기 장착 플레이트(32)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 플레이트로 형성되며, 복수의 상기 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e)는 장착 플레이트의 회전축을 중심으로 동일한 반경 상에 배치된다.
상기 장착 플레이트(32)가 회전함에 따라, 장착 플레이트에 배치된 복수개, 예를 들어 5개의 연삭 휠 중 최하측에 배치되는 연삭 휠은 장착 플레이트를 어느 정도 회전시키는지에 따라 선택되게 된다. 연삭에 사용되도록 선택되는 특정 연삭 휠은 장착 플레이트에서 수직방향으로 최하측에 배치된 연삭 휠이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치(10)는 상기 장착 플레이트(32) 상에 장착된 복수의 표면 연삭 휠 중 하나의 표면 연삭 휠에 선택적으로 연결되어 회전력을 전달하도록 되는 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 구비하는 연삭 휠 구동 유닛(40)을 구비한다.
상기 연삭 휠 구동 유닛(40) 및 상기 플레이트 회전 액튜에이터(36)는 기판 표면 가공 장치(10)의 연마 챔버(20)에 인접하게 배치된 기본 프레임(12)의 상측에 위치한 유닛 프레임(14)에 설치된다. 상기 유닛 프레임(14)은 2층 구조로 되되, 1층에 해당하는 공간에는 연삭 휠 구동 유닛(40) 및 그 관련 구성요소들이 배치되고, 유닛 프레임(14)의 2층에 해당되는 공간에는 플레이트 회전 액튜에이터(36) 및 그 관련 구성요소들이 배치된다.
상기 연삭 휠 장착 유닛(30)의 장착 플레이트(32)는 유닛 프레임(14)의 2층 공간에 장착된 플레이트 회전 액튜에이터(36)에 회전가능하게 축 연결된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치(10)는 상기 연삭 챔버(20)의 내부에 배치되되 연삭 가공될 피가공체인 기판을 지지하게 되는 기판 지지 유닛(50)을 포함한다. 상기 기판 지지 유닛(50)은 기판(S)을 고정되게 지지하거나, 선택적으로 기판(S)이 회전하도록 지지할 수 있으며, 기판을 회전시키면서 지지하는 경우 기판을 회전시키는 별도의 액튜에이터를 내부에 구비한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치(10)는 상기 연삭 챔버(20) 내부에 배치되되 상기 기판(S)의 표면의 높이를 측정하는 기판 표면 높이 측정 유닛(60)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 표면 가공 장치(10)는 상기 기판 지지 유닛(50)에 지지된 기판에 윤활 액체를 공급하는 윤활 액체 공급 유닛(70)을 추가로 포함한다.
상기 연삭 챔버(20)는 실질적으로 6면체의 공간을 형성하되, 상기 장착 플레이트(32) 및 상기 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e)는 상기 연삭 챔버(20)의 내부에 배치된다.
한편, 상기 플레이트 회전 액튜에이터(36) 및 상기 연삭 휠 구동 유닛(40)은 상기 연삭 챔버(20)의 외부에 배치된다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 연삭 챔버(20)에는 외부에서 작업자가 진입할 수 있는 진입 윈도우 및 작업자가 내부의 연삭 작업을 관찰할 수 있도록 하는 관찰 윈도우를 포함한다. 상기 진입 윈도우와 관찰 윈도우는 일체로 될 수도 있고 별도의 구성요소로 될 수도 있다.
역시 도면에 도시하지는 않았지만, 기판 표면 가공을 위한 각종 작업 조건을 입력하거나 작업을 제어하는 제어 패널이 연삭 챔버(20)에 근접하게 설치될 수 있다. 상기 제어 패널은 상기 유닛 프레임 및 기본 프레임을 둘러싸서 커버하는 케이싱(미도시)에 설치될 수 있되, 작업자가 상기 관찰 윈도우를 보면서 작업 패널을 조작할 수 있도록 관찰 윈도우에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다.
장착 플레이트(32)에 배치된 예를 들어 5개의 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e) 중 연삭에 사용되는 것으로 선택되어 기판의 표면을 연삭하게 되는 표면 연삭 휠은 장착 플레이트(32)의 회전에 의해 장착 플레이트(32)의 수직방향 최하측에 위치된다(도 1, 도 2, 도 3에서는 표면 연삭 휠(34c)가 선택된 표면 표면 연삭 휠로 도시되고 있다). 선택된 표면 연삭 휠이 놓이는 위치는 연삭 챔버 내에서는 가공될 기판의 위치에 대응되는 위치로 되며, 연삭 챔버의 외부의 관점에서는 연삭 휠 회전 액튜에이터로부터 동력 전달 수단에 의해 동력을 전달받을 수 있는 대응되는 위치에 놓이게 된다.
다시 도 2를 참고하면, 상기 연삭 휠 구동 유닛(40)은 상기 표면 연삭 휠에 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)의 회전력을 전달하거나 회전력의 전달을 차단하는 클러치(44)를 추가로 포함한다.
따라서, 모든 연삭 휠마다 이를 구동하기 위한 액튜에이터가 배치되는 것이 아니라, 작업자에 의해 선택되거나, 소정의 프로세서에 의해 선택된 연삭 휠만이 상기 클러치(44)를 통하여 연삭 휠 구동 유닛(40)의 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)로부터 회전력을 전달받게 된다.
도 1 및 도 2에서는 5개의 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e) 중 표면 연삭 휠(34c)가 선택된 상황을 도시하고 있다.
각각의 표면 연삭 휠이 가지는 연삭 조건(연삭재의 입자 크기)은 인접하는 위치에 따라 순차적으로 변화하는 것이 바람직하다. 즉, 원주 방향으로 배치된 5개의 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e) 중 표면 연삭 휠(34a)의 연삭재의 입자 크기가 가장 작다면, 표면 연삭 휠(34b), 표면 연삭 휠(34c), 표면 연삭 휠(34d), 표면 연삭 휠(34e)로 갈수록 연삭재의 입자 크기가 순차적으로 커지도록 배열된다. 선택적으로 그 반대로 배열될 수도 있으며, 필요에 따라 임의의 배열 순서에 따라 배치될 수도 있다. 이러한 배열 구조를 통하여 기판에 순차적인 연삭 작업을 할 때, 전체 작업 시간에서 장착 플레이트(32)의 회전 시간을 감소시킬 수 있게 된다.
상기 클러치(44)는 면접촉의 마찰력에 의해 회전력을 전달하는 플레이트 타입 클러치이거나, 소정의 돌출부 또는 오목부가 있어서 상보적인 구성요소와 체결되어 회전력을 전달하는 포지티브 연결 타입 클러치일 수 있다. 본 발명의 클러치는 특정 유형의 클러치에 한정되는 것은 아니며, 회전력의 전달 및 차단을 할 수 있는 다양한 유형의 클러치가 모두 본 발명의 클러치에 포함된다.
한편, 본 발명의 기판 표면 가공 장치(10)의 연삭 휠 구동 유닛(40)은 상기 클러치(44) 및 복수의 표면 연삭 휠 중 선택된 표면 연삭 휠(도 1 및 도 2의 경우 예시적으로 표면 연삭 휠(34c)) 사이에 충격을 완화하기 위한 충격 완화 부재(46)를 구비한다. 상기 충격 완화 부재(46)는 표면 연삭 휠에 회전력을 전달하는 회전축의 축방향으로의 충격을 흡수하도록 된다. 상기 충격 완화 부재는 예를 들어, 탄성을 가지는 고무 또는 직물로 형성될 수 있다.
한편, 상기 연삭 휠 구동 유닛(40)은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 상기 장착 플레이트(32)를 대하여 전후진 이송시키는 직선 운동 액튜에이터(48)를 포함한다. 장착 플레이트(32) 상의 표면 연삭 휠 중 특정 연삭 휠이 선택되면(즉, 장착 플레이트의 회전이 멈추면), 상기 직선 운동 액튜에이터(48)는 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 장착 플레이트 방향으로 밀어주게 되고, 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)의 회전 구동면은 상기 클러치(44)에 체결되게 된다.
또한, 상기 연삭 휠 구동 유닛(40)은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)의 단부에 상기 클러치(44)에 대하여 소정의 거리에서 인력을 생성하는 자기력을 가할 수 있는 자석(49)을 포함한다. 따라서, 상기 직선 운동 액튜에이터(48)가 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 장착 플레이트 방향으로 밀어줄 때, 소정의 자기력이 작용하는 거리에서 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)는 자기력의 힘으로 클러치(44)에 연결되게 된다.
상기 직선 운동 액튜에이터(48)가 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 클러치(44)와 연결되도록 전진 이동시켜서 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)가 클러치(44)에 연결되면, 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)의 회전력이 선택된 표면 연삭 휠에 전달될 수 있게 된다.
특정 표면 연삭 휠에 의한 연삭 작업이 종료되면, 상기 직선 운동 액튜에이터(48)는 동작을 중지한 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 장착 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 당기게 되고, 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)는 특정 표면 연삭 휠과의 연결이 끊어지게 된다.
이후, 필요에 의해, 상기 플레이트 회전 액튜에이터(36)는 장착 플레이트(32)를 추가로 회전시켜서 다른 연삭 조건을 나타내는 표면 연삭 휠을 선택 위치로 오도록 하고, 앞서 설명드린 바와 같이, 직선 운동 액튜에이터(48)가 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 장착 플레이트 방향으로 밀어주어서 새롭게 선택된 표면 연삭 휠에 회전력을 전달할 수 있게 된다.
상기 플레이트 회전 액튜에이터(36)는 장착 플레이트를 회전시키는 정밀한 각도 해상력을 가진 스테핑 모터로 될 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 유형의 액튜에이터가 사용될 수 있다.
도 3은 연삭 챔버에서 볼 때의 연삭 휠 장착 유닛에 대한 정면도이다.
도 3을 참고하면, 복수의 상기 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e) 중 각각의 표면 연삭 휠은 상기 장착 플레이트(32)의 회전 중심(32c)에 대하여 등각으로 배치되어, 장착 플레이트의 회전시에 편심의 발생을 최대한 방지하며, 표면 연삭 휠의 선택을 변화시킬 때 소요되는 시간을 예측가능하고 일정하게 유지할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e)와 장착 플레이트(32)의 회전 중심(32c) 사이의 공간에는 연삭시에 표면 연삭 휠에 가해지는 윤활 액체의 튐을 방지하기 위한 가이드(35)가 표면 연삭 휠의 원형의 원주방향에 대응하여 형성된다.
도 4는 도 1의 기판 표면 높이 측정 유닛에 대한 부분 사시도이다.
도 1, 도 2, 및 도 4를 참고하면, 상기 기판 표면 높이 측정 유닛(60)은 선택된 표면 연삭 휠(34c)를 향하여 일측 단부(62a)를 중심으로 피벗되는 로드(62); 및 상기 로드의 타측 단부(62b)에 배치되어 상기 표면 연삭 휠의 표면을 향하여 변위되는 제 1 센서(64a)와 상기 기판의 표면을 향하여 변위되는 제 2 센서(64b)를 구비하는 센서 조립체(64)를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 센서(64a)는 선택된 상기 표면 연삭 휠을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득하며(예를 들어 표면 연삭 휠을 120도 간격으로 회전시키면서 3회 측정하거나 다양한 각도 간격으로 복수회 측정할 수 있으며, 시편의 직경방향으로 측정 지점을 달리하면서 복수회 측정할 수도 있다), 상기 제 2 센서(64b)는 상기 기판을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득한다(예를 들어 표면 연삭 휠의 회전에 동기화되어 기판을 120도 간격으로 회전시키면서 3회 측정).
상기 기판(S)의 최대 돌출 높이(연삭을 해야 하는 높이)는 상기 제 1 센서에서 측정한 높이 정보와 상기 제 2 센서에서 측정한 높이 정보값의 차이가 가장 작은 값(h)으로 선택된다.
이러한 기판 표면 높이 측정은 특정 표면 연삭 휠이 선택된 후에 회전하여 연삭을 하기 전에 수행된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판 표면 높이 측정 유닛(60)은 상기 기판에 대하여 표면 연삭 휠이 연삭을 수행하고 있는 동안에는 상기 연삭 챔버(20)의 내부의 수납실(22)에 수용되도록 된다.
상기 제 1 센서(64a) 및 상기 제 2 센서(64b)는 탐침이 신장되면서 피검출체에 접촉하는 방식으로 높이를 측정하는 센서일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광학적인 방식으로 길이를 측정하는 센서 등일 수 있다.
다시 도 1, 도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 기준 프레임(12) 상에 장착되되 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)를 지지하는 연삭 휠 회전 액튜에이터 지지대(43)는 L 자 형상으로 된다. 특히, 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터 지지대(43)는 클러치(44)와 결합되어 회전력을 전달하는 과정에서 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)가 클러치로부터 멀어지는 후퇴 방향으로 밀리게 하는 힘에 대하여 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터 지지대(43)의 세로 부재에 연결되는 가로 부재는 상기 세로 부재의 하부로부터 장착 플레이트(32)에서 멀어지는 방향으로 연장된다.
상기 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)는 상기 직선 운동 액튜에이터(48)의 직선 운동력에 따라 직선 운동을 할 수 있도록 하부에 가이드 로드, 또는 가이드 롤러를 구비할 수 있다.
한편, 상기 플레이트 회전 액튜에이터(36)는 특정 표면 연삭 휠이 선택된 후에 연삭이 진행되는 동안에도 정지 상태를 유지하도록 전기적으로 여기되어 있다. 즉, 플레이트 회전 액튜에이터(36)는 특정 표면 연삭 휠이 선택되어 연삭 휠 회전 액튜에이터(42)의 회전력으로 표면 연삭 휠이 회전하고 있는 상태에서 그 정렬 상태를 유지하기 위하여 정지된 상태가 유지되도록 하는 적극적인 전기적 제어를 받게 된다.
도 3을 다시 참고하면, 표면 연삭 휠(34a, 34b, 34c, 34d, 34e)는 전체적으로 디스크 형상으로 되며, 일측면의 테두리 원주면은 돌출된 연삭 휠 본체를 각각 구비한다. 각각의 상기 연삭 휠 본체는 그 반경방향 중심부에 형성된 패드 축에 연결되되, 각각의 패드 축은 고정 핀에 의해 클러치에 연결된다. 연삭 휠 본체는 본체 연결핀에 의해 패드 축과도 연결된다.
상기 연삭 휠 본체의 돌출된 원주면에는 소정의 각으로 경사지게 배치되되, 소정의 연삭재 입자의 크기를 가진 다수의 연삭재 돌기가 돌출되어 배치된다. 따라서, 상기 표면 연삭 휠가 회전하게 되면 연삭재 돌기가 기판의 표면을 소정의 연삭 품질로 연삭하게 된다.
이건 발명에서 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 이건 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이건 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양한 변형의 실시가 가능하며 이러한 변형은 이건 발명의 범위에 포함된다.
해석과 관련하여, 이건 발명은 이건 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있다.
개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 이건 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 차이점은 이건 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
자체적 의미가 특별히 이건 발명에서 정의되지 않은 용어의 경우 일반적인 의미로 넓게 해석되어야 하며, 균등적 범위의 다른 용어를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 표면 가공 장치 12: 기본 프레임
14: 유닛 프레임
20: 연삭 챔버 22: 수납실
30: 연삭 휠 장착 유닛 31: 회전축
32: 장착 플레이트
34a, 34b, 34c, 34d, 34e: 표면 연삭 휠
36: 플레이트 회전 액튜에이터
40: 연삭 휠 구동 유닛 42: 연삭 휠 회전 액튜에이터
42a: 연삭 휠 회전 액튜에이터의 단부
43: 연삭 휠 회전 액튜에이터 지지대
44: 클러치 46: 충격 완화 부재
48: 직선 운동 액튜에이터 49: 자석
50: 기판 지지 유닛
60: 기판 표면 높이 측정 유닛
62: 로드 64: 센서 조립체
64a: 제 1 센서 64b: 제 2 센서
70: 윤활 액체 공급 유닛 S: 기판

Claims (13)

  1. 기판 표면 가공 장치에 있어서, 상기 기판 표면 가공 장치는,
    기판을 연삭하는 공간을 구획하는 연삭 챔버;
    기판을 표면을 가공하는 연삭 휠 장착 유닛으로서, 상기 연삭 휠 장착 유닛은,
    회전축을 중심으로 회전 운동할 수 있는 장착 플레이트;
    상기 장착 플레이트의 회전 중심으로부터 소정의 반경에서 원주상에 배치되되 서로 다른 표면 연삭 조건을 구비하여 기판의 표면을 가공할 수 있는 복수의 표면 연삭 휠; 및
    상기 장착 플레이트를 회전시키는 플레이트 회전 액튜에이터;를 포함하는, 연삭 휠 장착 유닛;
    상기 장착 플레이트 상에 장착된 복수의 표면 연삭 휠 중 하나의 표면 연삭 휠에 선택적으로 연결되어 회전력을 전달하도록 되는 연삭 휠 회전 액튜에이터를 구비하는 연삭 휠 구동 유닛;
    상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판을 지지하게 되는 기판 지지 유닛; 및
    상기 연삭 챔버 내에 배치되되 상기 기판의 표면의 높이를 측정하는 기판 표면 높이 측정 유닛;를 포함하되,
    상기 기판 표면 높이 측정 유닛은,
    선택된 표면 연삭 휠을 향하여 일측 단부를 중심으로 피벗되는 로드; 및
    상기 로드의 타측 단부에 배치되어 상기 표면 연삭 휠의 표면에 대한 거리를 측정하는 제 1 센서와 상기 기판의 표면에 대한 거리를 측정하는 제 2 센서를 구비하는 센서 조립체;를 포함하며,
    상기 센서 조립체는 상기 표면 연삭 휠의 표면과 상기 기판의 표면 사이에 배치되도록 되며,
    상기 제 1 센서는 선택된 상기 표면 연삭 휠을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득하며,
    상기 제 2 센서는 상기 기판을 소정의 등각도 간격으로 회전시키면서 복수개의 지점에 대한 높이 정보를 획득하며,
    상기 기판의 최대 돌출 높이는 상기 제 1 센서에서 측정한 높이 정보와 상기 제 2 센서에서 측정한 높이 정보값의 차이가 가장 작은 값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착 플레이트 및 상기 표면 연삭 휠은 상기 연삭 챔버의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플레이트 회전 액튜에이터 및 상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 챔버의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 표면 연삭 휠에 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터의 회전력을 전달하거나 회전력의 전달을 차단하는 클러치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클러치 및 복수의 표면 연삭 휠 중 선택된 표면 연삭 휠 사이에 충격을 완화하기 위한 충격 완화 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 연삭 휠 중 각각의 연삭 휠은 상기 장착 플레이트의 회전 중심에 대하여 등각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터를 상기 장착 플레이트에 대하여 전후진 이송시키는 직선 운동 액튜에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연삭 휠 구동 유닛은 상기 연삭 휠 회전 액튜에이터의 단부에 클러치에 대하여 소정의 거리에서 인력을 생성하는 자기력을 가할 수 있는 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 표면 높이 측정 유닛은 상기 기판에 대하여 표면 연삭 휠이 연삭을 수행하고 있는 동안에는 상기 연삭 챔버의 내부의 수납실에 수용되도록 된 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 회전 액튜에이터는 표면 연삭 휠이 선택된 후에 연삭이 진행되는 동안에도 정지 상태를 유지하도록 전기적으로 여기되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판에 윤활 액체를 공급하는 윤활 액체 공급 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면 가공 장치.
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