KR19980071050A - 피가공물 홀딩 장치 및 이를 구비한 연마 장치 - Google Patents

Abstract

피가공물 홀딩 장치는 상부링의 구조적 강도 또는 관통 구멍의 가공에 필요한 공간의 손상 없이도 혹은 피가공물과 연마 공구 상의 연마포 사이에 밀착 접촉이 이루어지도록 하는 동안 맞물림 핀을 박아넣지 않고도 안정된 연마처리가 가능하게 한다. 상기 장치는 전방면에 피가공물을 유지시키는 홀더판과, 이 홀더판의 후방면에 형성된 오목부를 커버판의 전방면에 형성된 돌출부와 맞물리게 함으로써 홀더판의 후방면에 부착되는 커버판을 포함하는 상부링 부재를 포함한다. 커버판의 후방면과 구동축의 단부 사이에는 곡면 베어링 유닛이 제공되어 연마 공구에 대한 상부링 부재의 운동을 인가하는 동안 구동축과 상부링 부재를 결합시킨다. 상기 곡면 베어링 유닛의 적어도 일부분은 오목부 내에 배치된다.

Description

피가공물 홀딩 장치 및 이를 구비한 연마 장치

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 피가공물 상에 평평한 경면을 만들기 위한 연마 장치에 사용되는 피가공물 홀딩 장치에 관한 것이다.

최근에는 집적 회로의 밀도가 현저히 증가하여 라인 간 간격이 줄어들고 있으며, 특히 0.5㎛ 미만의 라인 간격에 관련되어 광학적 식각법을 이용하는 경우에는 스테퍼 장치의 집속면(focusing plane)이 대단히 평평하게 되도록 하기 위해 초점깊이가 낮게 된다. 따라서 반도체 웨이퍼 상의 표면을 매우 평평하게 하는 것이 요구되며, 이를 위한 한 방법으로는 연마 장치를 이용하여 표면을 평탄화 시키는 것을 들 수 있다.

도 5는 상부면 상에 연마포(131)가 장착되어 있는 턴테이블과 웨이퍼(W)를 유지시키고 이를 턴테이블(132) 위로 가압하는 상부링(133)을 갖는 종래 연마 장치를 도시한다. 연마 작업은 표면 상의 물질을 화학적으로 뿐만 아니라 기계적으로 제거하기 위해 공급 노즐(134)로부터 연마포 상에 연마액(Q)을 공급하는 동안 턴테이블(132)과 상부링 부재(100)를 독립적으로 회전시킴으로써 수행된다.

예를 들어 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일본국 공개 특허 공보 H6-198561에는 상부링 부재(100)가 구동축(주축)(102)을 통해 가압 장치와 구동 장치에 결합되는 것이 개시된다. 플랜지부(104)가 구동축(102)의 하단부에 제공되어 측면으로 연장하고, 반경방향으로 연장하는 다수의 구동핀(106)이 플랜지부(104)의 측면에 제공된다. 상부링 부재(100)의 상부면에는 수직으로 연장하며 대응하는 개수만큼의 맞물림 핀(108)이 구비되어, 구동축(102)의 회전이 구동핀(106)으로 하여금 맞물림 핀(108)과 맞물리게 하여 구동축(102)으로부터 상부링 부재(100)로 구동력을 전달한다.

또한, 구동축(102)의 바닥 단부와 상부링 부재(100)의 상부면 상에는 각각 구형 내부면을 갖는 공동(110)(112)이 제공되어, 내마모 볼(114)을 위치시켜 구형 베어링 장치(116)를 형성할 수 있도록 한다. 상기 구형 베어링 장치(116)는 턴테이블이 구동축(102)에 대하여 기울어지더라도 상부링 부재(100)가 그 기울어진 것을 따라갈 수 있도록 하여 피가공물과 턴테이블 사이의 밀착접촉을 유지할 수 있게 한다.

상기와 같은 구조의 연마 장치는, 상부링과 턴테이블이 회전되는 동안 소정의 가압력으로 상부링 부재(100)를 통해 턴테이블 상으로 피가공물(W)을 가압함으로써 피가공물(W)의 연마처리를 수행하여 평면경 연마처리된 표면을 생성한다.

구동축(102)의 중앙부에는 관통구멍(118)이 제공되고, 이 관통구멍(118)의 상부는 유체공급장치 또는 흡입장치와 같은 외부장치에 연결되고, 이 관통구멍(118)의 바닥부는 튜브(120)의 일단부에 연결되어 연마될 피가공물(W)과 상부링 부재(100) 사이의 공간 영역과 연통된다. 외부장치와 연마 장치 사이의 유체 흐름을 제어하거나, 상부링 부재(100) 상에서 진공을 이용하여 반도체 웨이퍼(W)를 유지시키는 작업, 또는 연마 동작 동안 고압유체를 제공함으로써 턴테이블 상으로 반도체 웨이퍼(W)를 가압하는 것과 같은 다양한 동작이 튜브(120)를 통해 수행된다.

상기와 같은 종래 연마 장치에서는, 구동축(102)의 가압력이 구동축(102)과 상부링 부재(100) 사이에 제공된 구형 베어링(116)을 통해 전달되도록 설계되었기 때문에, 턴테이블 표면에 대해 반도체 웨이퍼(W)를 밀착하여 접촉시킬 수 있다. 그러나 이와 동시에, 반도체 웨이퍼(W)와 턴테이블 상의 연마포 사이에는 마찰력이 작용하기 때문에, 상부링 부재(100)는 구형 베어링(116) 둘레로 구조체를 회전시키는 회전 모멘트를 갖게되어, 연마 조건에 따라서는 안정된 연마 작업이 수행될 수 없게 된다.

상기 회전 모멘트는 베어링(116)의 중심과 웨이퍼(W)의 연마 표면 사이의 반경방향 거리에 비례하므로, 예를 들어 상부링 부재(100)를 더 얇게 만들어 회전 모멘트를 감소시킴으로써 연마처리가 좀 더 안정되게 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 장치는 강성이 저하됨에 따라 상부링 부재(100)가 뒤틀릴 수도 있다는 문제점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 튜브와 상부링 부재(100)의 내부 공간 사이에 연결 구멍(122)을 제작하기 위한 공간 및 상부링 부재(100) 상으로 구동핀(108)을 박아넣기 위한 공간이 줄어듬에 따라 다른 문제점이 발생하게 되고, 결과적으로 제조작업을 어렵게 하거나 상부링 부재의 구조적 강도를 감소시키는 등의 문제점이 발생 된다.

또한, 종래 연마 장치에서는 구동축(102)에 의한 가압력이 구형 베어링(116)을 통해 전달되기 때문에, 웨이퍼(W)가 턴테이블 표면에 대하여 밀착하여 가압될 수 있다. 그러나, 이러한 구성이 이들을 기울이는데 있어 높은 정도의 자유도를 제공하지만, 상부링측 상의 하나의 구동핀 만이 구동축측 상의 하나의 맞물림 핀과 맞물리기 때문에, 어떤 이유에 의해서 상부링의 회전이 불안정하게 된다면 2개의 핀 사이의 접촉이 어긋나게 되고 회전력의 전달이 불안정하게 되어 상부링의 불안정한 회전을 초래하게 된다.

더욱이, 종래 연마 장치는 중앙부에 관통 구멍(118)을 갖는 금속 구동축(102)을 갖는다. 관통 구멍(118)의 내부면 안에 핀 구멍이 있게 되면, 관통 구멍(118)의 표면 상에 내부식용 코팅을 적용하더라도 녹의 형성을 방지할 만한 충분한 피복을 제공하지 못하게 된다. 이러한 경우, 관통 구멍(118)을 통해 상부링 부재(100)와 웨이퍼(W) 사이의 공간을 거쳐 웨이퍼를 향하는 순수(pure water)는 녹성분으로 오염되어, 웨이퍼 제품의 품질을 저하시키게 된다.

본 발명의 제1목적은 상부링의 구조적 강도를 손상시키지 않고도, 혹은 관통 구멍을 가공하는데 또는 턴테이블 상의 연마포에 대한 피가공물의 밀착 접촉이 이루어지도록 하는 동안 맞물림 핀을 박아넣는데 필요한 공간의 손상 없이도 안정된 연마처리의 수행을 가능하게 하는 피가공물 홀딩장치를 제공하는 것이다.

이 제1목적은: 전방면 상에 피가공물을 유지시키는 홀더판과, 이 홀더판의 후방면 상에 형성된 오목부를 커버판의 전방면 상에 형성된 돌출부와 맞물리게 함으로써 상기 홀더판의 후방면에 부착되는 커버판을 포함하는 상부링 부재; 상기 상부링 부재로 가압력을 전달하도록 하는 동안 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및 상기 커버판의 후방면과 상기 구동축의 단부 사이에 제공되어, 상기 연마 공구의 연마 표면에 대하여 상기 상부링 부재가 기울어져 움직이는 동안 상기 구동축과 상기 상부링 부재를 결합시키는 곡면 베어링 유닛을 포함하여, 상기 곡면 베어링 유닛의 적어도 일부분이 상기 오목부 내에 배치되는 피가공물 홀딩장치에 의해 달성된다.

본 발명의 연마 장치에서, 상기 곡면 베어링 유닛은, 커버판측 상에 오목부를 갖게 하고 베어링 유닛의 적어도 일부분을 오목부 내에 배치하여 상부링 부재를 보다 얇게 함으로써 턴테이블에 좀 더 가깝게 배치된다. 따라서, 피가공물 상의 턴테이블에 의해 가해지는 회전 모멘트가 감소되어 피가공물의 자세가 안정된다. 더욱이, 홀더판의 오목부와 커버판 상의 돌출부가 서로 끼워져 상부링의 강성이 손상되지 않는다. 또한 본 발명의 피가공물 홀딩장치는, 상부링 부재 내에 다른 부품과 유동 구멍을 만드는데 필요한 재료 요건의 유지 및 연마포와 피가공물 사이의 밀착 접촉 등과 같은 중요한 요소를 손상시키지 않고도 안정한 피가공물의 연마 처리를 수행하는 것을 가능하게 한다. 곡면 베어링 유닛은, 일반적으로 구형 베어링 유닛이지만, 조건에 따라 다른 적합한 베어링 형태도 채용될 수 있다.

상기 연마 장치에서, 또 다른 함몰된 영역이 커버판의 후방면 상에 형성될 수 있고, 또 다른 돌출된 영역이 구동축의 바닥 단부 상에 형성되어 함몰된 영역 안으로 삽입될 수 있어, 곡면 베어링 유닛이 함몰된 영역과 돌출된 영역 사이에 포함되게 된다. 이러한 구성은 중앙 영역의 두께를 감소시키므로, 안정화 효과를 더욱 향상시키게 된다.

본 발명의 제2목적은 상부링 부재와 구동축 사이의 기울기 운동의 자유도를 유지하면서도, 구동축으로부터 상부링 부재로 구동력을 신뢰할 수 있게 전달함으로서 안정된 연마처리를 가능하게 한다.

본 발명의 제2목적은, 피가공물을 유지시키기 위한 상부링 부재; 곡면 베어링 유닛에 의한 상부링 부재의 기울기를 자유롭게 하도록 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및 구동축의 바닥 단부와 상부링 부재 사이에 배치되어 구동축으로부터 상부링 부재로 회전력을 전달하는 힘 전달 기구를 포함하며, 상기 힘 전달 기구는 구동축측으로부터 소정 방향으로 연장하는 구동 부재와, 구동축이 회전될 때 상부링 부재측으로부터 구동 부재와 맞물리는 맞물림 위치로 연장하는 종동부재를 포함하고, 구동 부재와 종동 부재 중 적어도 하나는 구동축에 대한 상부링 부재의 상대적인 원주 이동을 제한하도록 원주 방향으로 양측으로부터 다른 부재와 접촉하도록 배열되는 것을 피가공물 홀딩 장치에 의해 달성된다.

이러한 구성은 구동 부재와 종동 부재 사이의 접촉을 떨어뜨리지 않고도 구동축으로부터 상부링 부재로 회전력을 신뢰할 수 있게 전달한다. 구동 부재와 종동 부재의 크기, 형상 및 방위 등이 다양하게 변경될 수 있지만, 일반적으로 핀 형상이 사용된다. 상기 구조체의 재료는 약간의 탄성 변형에 의해 기울기 이동을 자유롭게 하면서도 신뢰할 수 있는 힘 전달을 가능하게 하도록 충분한 강성을 갖는 것이 바람직하다.

상기 부재들은 교차하는 방식으로 맞물리는 것이 바람직하다. 일반적으로, 구동 부재는 반경방향 외부로 연장하고, 종동 부재는 상부링의 상단면으로부터 위로 연장한다. 구동 및 종동 부재는 한 세트로 충분하지만, 이들 둘 혹은 그 이상의 부재 세트가 원주 둘레에 균등하게 분포되어 전달의 안정성을 향상시킬 수도 있다.

구동 부재 및 종동 부재는 각각의 리지선(ridge line)과 한 점에서 접촉할 수 있다. 이러한 경우, 기울기 운동의 자유도는 보다 향상될 수 있으며, 특히 구동축의 수직방향으로의 기울어짐 및 원주방향 이동을 포함하는 비틀기가 어느 정도 수용된다.

구동부재 및 종동 부재는 탄성 쿠션 부재를 통해 접촉할 수도 있다. 이러한 경우, 기울기 움직임의 자유도는 유지되며 진동 역시 쿠션부재의 탄성 변형에 의해 흡수될 수 있어, 상부링 부재의 피가공물 홀딩 능력을 안정시킨다.

하나의 부재가 다른 부재의 내부에 형성된 구멍 안에 느슨하게 끼워져 구멍 안에 박힐 수 있다. 이러한 동안, 이러한 부재는 장치의 외부로 연장하지 않아 간섭을 일으키지 않고, 다른 부재의 위치선정 및 구조가 단순화되어, 연마 장치의 제작비를 저감시킬 수 있게 된다.

본 발명의 제3목적은 피가공물의 오염을 방지하기 위해 내부를 통해 세정액이 운송될 수 있게 하는 피가공물 홀딩 장치를 제공하는 것이다.

이 제3목적은, 피가공물을 유지시키는 상부링 부재; 곡면 베어링 유닛에 의한 상부링 부재의 자유로운 기울기가 가능하도록 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및 구동축의 단부와 상기 상부링 사이에 배치되어 구동축으로부터 상부링 부재로 회전력을 전달하는 힘 전달 기구를 포함하며, 구동축의 중심 영역에 관통 구멍이 형성되고, 유체관의 일단부가 유체 공급원을 포함하는 외부 장치와 연통하고 유체관의 다른 단부가 상부링 부재와 피가공물 사이에 형성되는 공간과 연통하는 방식으로 유체관이 관통 구멍 안으로 삽입되는 피가공물 홀딩 장치에 의해 달성된다.

상기 피가공물 홀딩 장치에 의하면, 관통 구멍이 구동축의 중앙부를 관통하여 제공되고, 도한 구동축과는 다른 재료로 만들어지는 적당한 재료로 만들어진 유체관이 관통 구멍 안에 제공되고, 순수가 유체관을 통해 상부링과 피가공물 또는 기판 사이의 공간으로 운송되어 녹이 물 속에 혼합되는 것이 방지되고, 피가공물의 오염이 방지되므로, 연마처리의 물리적 정밀도 뿐만 아니라 화학적 순도의 품질도 향상된다.

상기 장치에서, 유체관은 내부식성 재료 및 가요성 재료로 만들어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 연마 장치의 제1실시예를 도시하는 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 장치의 상부 단면을 도시하는 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 장치의 주요부를 도시하는 평면도,

도 4는 도 1에 도시된 실시예의 사시도,

도 5는 종래의 연마 장치의 개략 단면도,

도 6은 종래 연마 장치의 상부링을 도시하는 단면도,

도 7은 도 6에 도시된 장치의 평면도.

연마 장치에 사용되는 피가공물 홀딩 장치의 바람직한 실시예가 도 1 내지 도 4를 참조하여 다음에 설명된다. 피가공물 홀딩 장치는 전체적으로 디스크형의 상부링 부재(10), 이 상부링 부재(10)를 지지하고 이 상부링 부재(10)로 회전력과 가압력을 전달하는 구동축(12), 및 구동축(12)에 대한 기울기 운동을 수용하는 방식으로 구동축(12)을 상부링 부재(10)로 결합시키는 유니버셜 조인트(14)를 포함한다. 다음의 설명에서, 피가공물에 인접한 하부면이 전방면이고 피가공물로부터 떨어진 상부면이 후방면이라는 방식으로 다양한 성분의 수평 표면이 첨부된다. 따라서 상부 및 하부면은 후방 및 전방면에 각각 대응한다.

상기 각 부분은 다음에 상세히 설명된다.

상기 실시예에서, 상부링 부재(10)는 흡입력에 의해 반도체 웨이퍼와 같은 피가공물을 유지시키는 일반적으로 디스크형의 홀더판(16)과, 이 홀더판(16)의 상부측에 공간(S)을 형성하도록 이 홀더판(16)에 고정되는 일반적으로 디스크형의 커버판(18), 및 상기 커버판(18)을 덮고 이를 홀더판(16)에 고정시키는 중공 디스크형의 고정판(20)을 포함한다. 안내링(22)은 홀더판(16)의 하측 외부에 부착되어, 홀더판이 웨이퍼를 자체의 하측면 상에 유지시킬 때 피가공물의 외주를 둘러싼다.

오목부(24)가 홀더판(16)의 상부면(피가공물을 유지시키는 전방면에 대하여 후방면)에 형성되고 계단면(26)이 홀더판(16)의 외주 둘레에 형성된다. 한편, 오목부(24) 내에 끼워지는 돌출부(28)가 커버판(18)의 전방면의 중앙 영역 내에 형성되고, 상기 계단면에 볼트로 고정되는 얇은 플랜지부(30)가 커버판(18)의 둘레부 근처에 제공된다. 커버판(18)의 상부(후방)면은 자체 둘레를 둘러싸는 링형의 어깨부(34)와 중앙의 함몰된 영역(32)을 갖고, 고정판(20)을 부착시키는 계단면(36) 안에는 고정판(20)을 부착하기 위한 외측 영역이 만들어진다.

홀더판(16)의 오목부(24)의 깊이는 커버판(18) 내의 돌출부의 높이 보다 크게 만들어지므로, 오목부(24)와 돌출부(28) 사이에 소정 두께의 공간(S)이 형성된다. 홀더판(16)은 판(16)을 관통하여 수직으로 형성된 다수의 유동구멍(38)을 갖고, 이들은 커버판(18)과 홀더판(16) 사이에 형성된 공간(S)에 의해 고정판(20) 내의 유동 구멍(40)과 연통된다. 유동 구멍(38)은 홀더판(16)의 전방면 상에 유지되는 피가공물의 후방면과 연통된다. 상기 공간(S)은 다음에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 내부의 후방측 압력은 유지시키며 배출장치에 연결될 때 흡입력을 발생시키고, 또한 압력 유체원에 연결될 때 가압력을 발생시킨다.

구동축(12)은 자유롭게 회전되고 수직으로 이동가능하도록 연마 장치에 고정되는 상부링 헤드부(42)에 의해 지지되고, 풀리 벨트 장치(44)를 통해 구동원(감속 기어가 있는 모터, 도시되지 않음)의 출력축에 결합된다. 상기 수직 이동은 상부링 헤드부(42)와 구동축 홀더(46) 사이에 배치된 상부링 실린더(48) 내의 피스톤 로드(48a)의 작용에 의해 발생된다(도 2 참조). 상세하게는, 상부링 실린더(48)의 주요 본체는 구동축 홀더(46)의 어깨부에 고정되고, 피스톤 로드(48a)의 선단은 상부링 헤드부(42)의 하부면에 고정된다.

상기 구동축(12)은 중공 부재로 형성되고, 그 중앙부에 형성된 관통 구멍(50)이 회전 조인트(52)를 통해 외부 압력원 장치(54)와 연통된다. 테프론 또는 폴리프로필렌과 같은 합성 수지로 만들어진 내부식성 유체관(56)이 관통 구멍(50)의 내부에 삽입된다. 유체관(56)의 상단부는 회전 조인트(52)에 연결되고, 바닥 단부는 고정판(20) 내의 유체 구멍(40)에 연결되는 개별적인 관(56a, 56b)으로 분할된다. 전술한 설계에 의하면, 압력 유체가 회전 조인트(52)를 통해 관통 구멍(50)의 상단부로 공급되므로 구동축(12)의 측면측 상에 수평 구멍을 제공할 필요가 없어져, 단순한 구성과 저렴한 생산비를 얻을 수 있다.

상기 실시예에서, 외부 압력원 장치에는 배출 장치(58), 가압된 공기원(60) 및 순수 공급원(62)이 제공되고, 이들 각각은 선택 밸브(64a, 64b, 64c), 회전 조인트(52), 운송관(56, 56a, 56b)을 통하여 홀더판(16) 내의 유동 구멍(38)으로 선택적으로 연결될 수 있다. 연마액 공급 노즐(도시되지 않음)이 턴테이블 위에 배치되어, 턴테이블 상의 연마포의 표면에 연마액이 공급될 수 있게 한다.

외측으로 연장하는 플랜지부(66)를 갖는 구동판(68)이 구동축(12)의 바닥 단부에 고정된다. 상부링 부재(10)의 커버판(18) 및 상기 구동판(68) 사이에 유니버셜 조인트(14)가 제공되어, 구동판(68)과 상부링 부재를 기울일 수 있도록 지지하고 그곳으로 가압력을 전달할 수 있게 한다. 상기 유니버셜 조인트(14)는 구형 베어링 기구(70) 및 상부링 부재(10)로 구동축(12)의 회전력을 전달하는 회전 전달 기구(72)를 갖는다.

상기 구형 베어링 기구(70)가 먼저 설명된다. 구동판(68)의 후방면의 중앙에는, 하부면이 매끄러운 구형 표면을 만드는 방식으로 형성된 돌출된 영역(76)이 있고, 이 돌출된 영역(76)의 중앙에는, 세라믹과 같은 고강도 재료로 만들어진 베어링 볼(78)을 자유롭게 미끄러질 수 있도록 유지시키는 구형 공동(80)이 있다. 커버판(18)의 상부면의 중앙에 있는 함몰된 영역(32)은 구동판(68)의 돌출된 영역(76)을 수용하기에 충분한 폭과 깊이를 갖고, 함몰된 영역(32)의 중앙에는 베어링 볼(78)을 함유하도록 구형 공동(80)을 짝지우는 구형 공동(82)이 있다. 베어링 볼(78)의 바닥 단부는 홀더판(16)의 오목영역(24) 내부, 즉 계단면(26)의 높이의 아래에 배치된다.

상부링을 얇게 만들기 위해 커버판(18) 내의 돌출된 영역(76)과 홀더판 내에 함몰된 영역(24)을 형성함으로써, 그리고 홀더판(16)의 오목부 내에 구형 베어링 유닛의 적어도 일부를 배치함으로써, 구형 베어링 유닛을 턴테이블에 가깝게 가져갈 수 있게 된다. 베어링 볼(78)의 중앙과 홀더판(16)의 전방면 사이의 거리(L)는 26mm 이하가 되도록 설계된다.

도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 커버판(18)의 함몰된 영역(32) 둘레에 돌출한 어깨부(34)에는, 구동판(68)의 플랜지부(66) 내의 대응하는 위치에 제공된 각각의 구멍(88, 90)에 삽입되는 동일한 각으로 배치된 몇 개의 핀(84, 86)(본 실시예에서는 6개)이 제공된다. 상기 핀(84, 86)은 상부링 부재(10)를 매다는 현수핀(84)과 상부링 부재(10)로 토크를 전달하는 종동핀(86)으로 번갈아 위치되도록 배분된다. 상기 현수핀(84)은 구동판(68)의 상부면에 외부로 돌출되고, 스프링(94)은 그 탄성력으로 상부링 부재(10)에 의해 가해진 하중(의 일부)을 지지하도록 스프링(94)이 핀의 상단부에 배치된 정지판(92)과 구동판(68) 사이에 배치된다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 2개의 평행한 구동핀(98)이 종동핀(86)의 양 원주측 상의 구동판(68)의 구멍(90) 내에 수평으로 박혀있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 미세한 구멍(99)이 플랜지부(66)의 측면에서 구동판(68)의 플랜지부(66) 상에 배치된 구멍(90) 안으로 개방하는 방식으로 제공되고, 구동핀(98)이 상기 미세한 구멍(99) 내에 삽입되어 고정된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 종동핀(86)에는 고무와 같은 탄성 재료로 만들어진 쿠션(96)이 원주 둘레에 제공되고, 각각의 쿠션(96)은 그 원주 상에 쿠션 커버(97)를 갖는다. 상기 구동핀(98)은 쿠션 커버(97)의 외주와 접촉한다. 따라서 회전 전달 기구(72)는 구동핀(98)과 종동핀(86)을 포함하므로 구동축(12)으로부터 상부링 부재(10)로 확실하고도 매끄럽게 토크를 전달한다.

다음으로, 상기와 같은 구조를 갖는 연마 장치의 동작이 설명된다.

외부 압력원 장치(54)의 배출 장치(58)를 회전 조인트(52)에 연결함으로써, 피가공물은 홀더판(16) 내의 유동 구멍(38)에서 흡입에 의해 홀더판(16)의 하측면 상에 유지되고, 홀더판(16)을 회전시키도록 구동축(12)에 구동력이 가해진다. 이 경우에, 유체관(56)이 테프론 또는 폴리프로필렌으로 만들어지기 때문에, 배출 응력에 의해 파손되지 않도록 하는 충분한 강도를 갖게 된다.

도 2를 참조하여, 상부링 실린더(48)는 이 상부링 실린더(48) 내로 피스톤 로드(48a)를 잡아 당기도록 작동되고, 상부링 헤드(42)가 연마 장치 프레임에 고정되기 때문에, 상부링 실린더(48)는 구동축 홀더(46)와 함께 하강된다. 피가공물이 턴테이블에 먼저 접촉하도록 만들어지고, 다음으로, 턴테이블에 대하여 더욱 가압된다. 피스톤 로드(48a)에 의해 가해지는 인력이 구동축(12), 베어링 볼(78), 커버판(18)의 플랜지부 및 홀더판(16)을 통해 가압력 형태로 피가공물로 전달된다. 따라서 상기 피가공물은 주어진 압력으로 턴테이블 상의 연마포 상으로 가압된다. 한편, 상부링 부재(10)가 하강하기 시작할 때, 턴테이블의 회전은 이미 시작되고 연마액이 공급 노즐을 통해 턴테이블 상의 연마포 위로 공급된다. 피가공물의 연마될 표면(바닥면)은 연마 공정이 개시되도록 연마액이 있는 상태에서 연마된다.

상기 연마 동작에서, 구동축(12)으로부터의 가압력이 구동축(12)과 상부링 부재(10) 사이에 제공된 구형 베어링(70)을 통해 전달되기 때문에, 턴테이블의 연마포 표면에 대한 구동축(12)이 수직 정렬이 손상될 때 조차도, 예를 들어, 홀더판(16)이 피가공물이 연마포 표면과 밀착 접촉을 유지할 수 있도록 베어링 볼에 있는 중심 둘레로 기울어질 수 있다.

또한, 오목부(24)와 돌출부(28)가 홀더판(16)과 커버판(18)과 각각 대향하는 방식으로 서로 정합되기 때문에, 홀더판(16)의 중앙 영역의 두께가 감소된다. 또한, 구형 베어링 구조의 일부가 오목부(24) 내에 존재하기 때문에, 구형 베어링(70)의 중심과 피가공물 표면 사이의 거리가 단축된다. 따라서, 구형 베어링(70)에 대한 회전 모멘트가 감소되어 피가공물의 자세가 안정된다. 결과적으로, 상부링 부재(10) 내의 연마액을 공급하는 공간을 보장하고 피가공물을 턴테이블 상의 연마포와 밀착 접촉을 유지시키는 것과 같은 필수 연마 요건이 유지되는 동안 홀더판의 강성이 손상되지 않고도 안정된 연마가 수행된다.

더욱이, 베어링 볼(78)이 커버판(18) 내의 함몰된 영역(32)과 피가공물의 안정된 정렬을 향상시키는 구동축의 바닥 단부에 제공된 돌출된 영역(76) 사이에 제공되기 때문에 구형 베어링(70)의 중앙과 피가공물 표면 사이의 거리가 단축된다. 더욱이, 상부링 부재(10)의 둘레부가 어깨부(34)와 계단부(36)를 제공하는 충분한 두께가 주어지기 때문에, 연결 구멍(40)을 제작하고 종동핀(86)을 박아넣는데 요구되는 공간 또는 강성을 손상시키지 않게 된다.

피가공물 홀더 장치의 상기와 같은 설계에서, 홀더판(16)이 기울어지더라도, 종동핀(86)과 구동핀(98)이 수직방향으로 상대적으로 이동가능하므로 구동축(12)의 회전 토크는 서로의 접촉점을 단순하게 재배치함으로써 홀더판(16)으로 신뢰할 수 있게 전달된다. 또한, 종동핀(86)과 구동핀(98)이 서로 직각으로 한 점에서 접촉하기 때문에, 마찰이 적어지고 기울기의 자유도가 유지된다.

상기 실시예에서, 종동핀(86)이 고무와 같은 탄성 쿠션(96)에 의해 둘러싸여 구동축과 상부링 사이의 진동을 흡수한다. 더욱이, 쿠션(96)의 외면이 튜브형 쿠션 커버(97)로 덮이고, 구동핀(98)이 양 둘레측에서 쿠션커버(97)와 접촉하게 된다. 따라서, 종동핀(86)과 구동핀(68)은 탄성 접촉이 유지되는 동안 서로에 대하여 수직으로 자유롭게 이동할 수 있게 된다.

또한, 구동판(68)의 돌출된 영역(76)의 바닥 단부면이 큰 곡률 반경으로 구형 표면(플랭크)(74)으로 형성되므로, 커버판(18)의 상단면으로부터의 분리거리가 중앙으로부터 원주를 향하여 점차적으로 증가하고, 따라서, 구형 공동(82)이 충분히 크게 만들어지더라도, 곡면(74)과 함몰된 영역(32) 사이에 기계적인 간섭이 없게 되어, 가압력이 구동축(12)으로부터 베어링 볼(78)로 신뢰할 수 있게 전달된다.

피가공물에 연마포를 용이하게 접촉시키는 것을 보장하기 위해서는, 유체관(56)이 공기 압력원(60)으로 스위치될 수 있어 압축된 공기가 유동 구멍(38)과 공간(S)을 통해 피가공물의 후방면으로 공급될 수 있다.

연마 동작이 완료되었을 때, 구동축(12)은 상승되고, 구동축(12)과 통합된 구동판(68)이 또한 상승되고, 커버판(18)과 상부링 부재(10)가 스프링(94)과 현가핀(84)에 의해 대략 수평으로 지지된다. 이러한 상태에서, 상부링 부재(10)는 턴테이블로부터 떨어져 수축되고, 상부링 부재(10)로부터 피가공물의 유지/분리에 필요한 압력원 장치(54)를 작동함으로써 상부링 부재(10)와 약간의 외부장치 사이에서 피가공물을 다루게 된다.

외부 압력원장치(54)의 배출장치(58)를 회전 조인트(52)에 연결함으로써, 피가공물이 홀더판(16)의 하부면 상에 유지되고, 외부 압력원 장치(54)의 순수 공급원(62)을 회전 조인트(52)에 연결함으로써, 유체관(56), 공간(S) 및 홀더판(16) 내의 유동구멍(38)을 통해 순수가 흐르게 되어 홀더판(16)으로부터 피가공물을 분리하도록 피가공물의 후방면을 밀게된다.

상기 실시예에서, 홀더장치는 커버판(18) 내의 플랜지부(30)로부터 홀더판(16) 내의 계단면(26)으로 가압력이 전달되도록 설계되기 때문에, 피가공물의 전체 면 상의 홀더판(16)으로 균일한 압력이 전달될 수 있고, 베어링 볼(78)을 거쳐 홀더판(16)의 중앙을 통해 압력이 가해지는 종래 장치와 비교하여, 홀더판(16)의 원주 둘레로 힘이 배분되기 때문에 홀더판(16)의 편심량을 감소시키게 된다.

상기와 같은 연마 장치에서, 유체관(56)이 내부식성 재료로 만들어지므로, 관통 구멍을 통해 물 또는 공기가 공급되어도, 내부에 녹이 형성되지 않게 된다. 따라서 오염이 방지되고, 연마 정밀도 뿐만 아니라 연마 처리된 피가공물의 최종 품질이 향상될 수 있게 된다.

또한, 상기 실시예에서, 구동축(12)으로부터 홀더판(16)으로 회전 토크를 전달하는 구동부 및 종동부가 핀접촉에 근거하므로, 상기와 같은 설계 제한이 필요 없게 된다. 판 형태와 다른 구형 형태와 같은 다른 가능한 설계가 또한 적용 가능하다. 또한 본 실시예에서는 종동핀(86)에 맞물리는 구동핀(98)이 병렬로 배치되지만, 병렬이 아니어도 되고, 2개의 핀으로 제한되지도 않는다. 역설적으로, 예를 들어, 구동핀 판(68)의 측면으로부터 돌출되고 몇 개의 핀이 구동핀을 유지시키도록 종동판(18)의 상부면 상에 제공되기도 한다. 또한, 본 실시예에서, 구동축(12)은 분리되어 고정된 구동판(68)을 구비하지만, 구동판(68)은 구동축(12)과 통합되어 형성될 수도 있다.

본 발명에 따르는 홀딩 장치를 구비한 연마 장치에 의하면, 상부링의 구조적 강도를 손상시키지 않고도, 혹은 관통 구멍을 가공하는데 또는 턴테이블 상의 연마포에 대한 피가공물의 밀착 접촉이 이루어지도록 하는 동안 맞물림 핀을 박아넣는데 필요한 공간의 손상 없이도 안정된 연마처리의 수행을 가능하게 하고, 상부링 부재와 구동축 사이의 기울기 운동의 자유도를 유지하면서도, 구동축으로부터 상부링 부재로 구동력을 신뢰할 수 있게 전달함으로서 안정된 연마처리를 가능하고 또한, 녹 등에 의한 피가공물의 오염이 방지되어, 연마처리의 물리적 정밀도 뿐만 아니라 화학적 순도의 품질도 향상될 수 있는 피가공물 홀딩 장치를 구비한 연마 장치를 제공하게 된다.

Claims (26)

1. 연마 공구에 사용하기 위한 피가공물 홀딩장치에 있어서,

   전방면 상의 상기 피가공물을 유지시키는 홀더판과 이 홀더판의 후방면 상에 형성된 오목부를 커버판의 전방면 상에 형성된 돌출부와 맞물리게 함으로써 상기 홀더판의 후방면에 부착되는 커버판을 포함하는 상부링 부재;

   상기 상부링 부재로 가압력을 전달하도록 하는 동안 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

   상기 연마 공구의 연마 표면에 대하여 상기 상부링 부재가 기울기 운동을 하게 하는 동안 상기 구동축과 상기 상부링 부재를 결합시키도록 상기 커버판의 후방면과 상기 구동축의 단부 사이에 제공되는 곡면 베어링 유닛을 포함하여,

   상기 곡면 베어링 유닛의 적어도 일부분은 상기 오목부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 전달 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 곡면 베어링 유닛은 구형 베어링 유닛인 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 구형 베어링 유닛은 고강도 재료로 만들어진 베어링 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 구동축의 일부와 상기 커버판의 후방면 중 적어도 하나에는 플랭크가 구비된 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
6. 제 1항에 있어서,

   함몰된 영역이 상기 곡면 베어링 유닛을 수용하도록 상기 커버판의 후방면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
7. 피가공물 홀딩 장치에 있어서,

   피가공물을 유지시키는 상부링 부재;

   곡면 베어링 유닛에 의해 상기 상부링 부재를 기울일 수 있도록 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

   상부링 부재와 상기 구동축 사이에 배치되어 상기 구동축으로부터 상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 힘 전달 기구를 포함하여,

   상기 힘 전달 기구는 구동축으로부터 소정 방향으로 연장하는 구동부재, 및 상기 구동축이 회전될 때 상기 구동 부재와 맞물리도록 상부링 부재로부터 맞물림 위치로 연장하는 종동 부재를 포함하고,

   상기 구동 부재와 상기 종동 부재 중 적어도 하나는 상기 구동축에 대한 상기 상부링 부재의 상기 원주 이동을 제한하도록 다른 부재가 양측으로부터 원주 방향으로 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 구동 부재와 상기 종동 부재는 각각의 리지선과 한 점에서 접촉하는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 구동 부재와 상기 종동 부재는 탄성 쿠션 매체를 통해 접촉하는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 하나의 부재가 다른 부재의 내부에 느슨하게 끼워지도록 구비된 구멍 안에 박혀있는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩장치.
11. 피가공물 홀딩 장치에 있어서,

    피가공물을 유지시키는 상부링 부재;

    곡면 베어링 유닛에 의해 상기 상부링 부재를 기울일 수 있도록 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

    상기 상부링 부재와 상기 구동축 사이에 배치되어 상기 구동축으로부터 상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 힘 전달 기구를 포함하여,

    관통구멍이 상기 구동축의 중심 영역에 형성되고, 유체관의 일단부가 유체 공급원을 포함하는 외부 장치와 연통하고, 상기 유체관의 대향 단부가 상부링 부재와 상기 피가공물 사이에 형성된 공간과 연통하는 방식으로 유체관이 상기 관통 구멍 안으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 유체관은 내부식성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩 장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 유체관은 가요성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 피가공물 홀딩 장치.
14. 피가공물 홀딩 장치와 연마 공구를 포함하는 피가공물 상에 평면경 표면을 발생시키는 연마 장치에 있어서,

    상기 피가공물 홀딩 장치는,

    전방면 상의 상기 피가공물을 유지시키는 홀더판과, 상기 홀더판의 후방면 상에 형성된 오목부가 상기 커버판의 전방면 상에 형성된 돌출부와 맞물리게 함으로써 상기 홀더판의 후방면에 부착되는 커버판을 포함하는 상기 연마 공구를 향하여 마주하는 상부링 부재;

    상기 상부링 부재로 가압력을 전달하도록 하는 동안 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

    상기 연마 공구의 연마 표면에 대하여 상기 상부링 부재가 기울기 운동을 하도록 하는 동안 상기 구동축과 상기 상부링 부재를 결합시키도록 상기 커버판의 후방면과 상기 구동축의 단부 사이에 제공되는 곡면 베어링 유닛을 포함하여,

    상기 곡면 베어링 유닛의 적어도 일부분은 상기 오목부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 전달 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 곡면 베어링 유닛은 구형 베어링 유닛인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 구형 베어링 유닛은 고강도 재료로 만들어진 베어링 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
18. 제 14항에 있어서,

    상기 구동축의 단부와 상기 커버판의 후방면 중 적어도 하나에는 플랭크가 구비된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
19. 제 14항에 있어서,

    함몰된 영역이 상기 곡면 베어링 유닛을 수용하도록 상기 커버판의 후방면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
20. 피가공물 홀딩 장치와 연마 공구를 포함하는 피가공물 상에 평면경 표면을 발생시키는 연마 장치에 있어서,

    상기 피가공물 홀딩 장치는,

    피가공물을 유지시키는 상기 연마 공구를 향하여 마주하는 상부링 부재;

    곡면 베어링 유닛에 의해 상기 상부링 부재의 기울기가 가능하도록 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

    상기 구동축으로부터 상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 상기 상부링 부재와 상기 구동축 사이에 배치되는 힘 전달기구를 포함하여,

    상기 힘 전달 기구는 구동축으로부터 소정 방향으로 연장하는 구동 부재와, 상기 구동축이 회전될 때 상부링 부재로부터 상기 구동부재와 맞물리게 하는 구동 위치로 연장하는 구동된 부재를 포함하여,

    상기 구동 부재와 상기 구동된 부재 중 적어도 하나는 상기 구동축에 대한 상기 상부링 부재의 상기 원주 이동을 제한하도록 원주 방향의 양측으로부터 다른 부재에 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 구동 부재와 상기 구동된 부재는 한 지점에서 접촉하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 구동 부재와 상기 구동된 부재는 탄성 쿠션 매체를 통해 접촉하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
23. 제 20항에 있어서,

    상기 한 부재는 다른 부재의 내부에 느슨하게 끼워져 구비된 구멍 안에 박혀있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
24. 피가공물 홀딩 장치와 연마 공구를 포함하는 피가공물 상에 평면경 표면을 발생시키는 연마 장치에 있어서,

    상기 피가공물 홀딩 장치는,

    피가공물을 유지시키는 상기 연마 공구를 향하여 마주하는 상부링 부재;

    곡면 베어링 유닛에 의해 상기 상부링 부재의 기울기가 가능하도록 상기 상부링 부재를 지지하는 구동축; 및

    상기 상부링 부재와 상기 구동축 사이에 배치되어 상기 구동축으로부터 상기 상부링 부재로 회전력을 전달하는 힘 전달기구를 포함하여,

    상기 구동축의 중앙부에는 관통구멍이 형성되고,

    관통구멍이 상기 구동축의 중심 영역에 형성되고, 유체관의 일단부가 유체 공급원을 포함하는 외부 장치와 연통하고, 상기 유체관의 대향 단부가 상부링 부재와 상기 피가공물 사이에 형성된 공간과 연통하는 방식으로 유체관이 상기 관통 구멍 안으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 유체관은 내부식성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
26. 제 24항에 있어서,

    상기 유체관은 가요성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 연마 장치.