KR19990077545A - 양두연삭장치및양두연마장치 - Google Patents

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Abstract

편향(偏向,deflection)의 정밀도를 상향시키고 피칭(pitching)오차를 적게하여 위치결정 정밀도를 높임과 동시에, 가공반력에 대한 강성(剛性)을 확보할 수 있는 양두연삭장치 및 양두연마장치이다. 주축(13)을 지지·이동시키기 위한 안내면(14a)(14b)(14c)이 다수개 형성되어, 그 복수의 안내면(14a)(14b)(14c)에 의해 합성된 구동포인트가 주축(13)의 중심과 일치하고 있는 양두연삭장치 또는 양두연마장치이다. 안내면의 개수는 3개인 것이 가공물의 반입·반출의 방해가 되지 않기 때문에 바람직하다.

Description

양두연삭장치 및 양두연마장치{DOUBLE SIDE GRINDING APPARATUS AND DOUBLE SIDE POLISHING APPARATUS}
본 발명은 양단면의 평면도 및 평행도를 필요로 하는 가공물에 대하여, 그 양단면을 동시에 연삭하기에 적합한 양두연삭장치 또는 그 양단면을 동시에 연마하기에 적합한 연마장치에 관한 것이다.
반도체 실리콘웨이퍼, 광학부품, CD, MD 등에 적용되는 가공물에 있어서는, 그 표면의 평면도나 평행도가 절실히 요구되고, 해를 거듭할수록 엄격해지고 있다. 종래부터 양단면의 평면도 및 평행도를 필요로 하는 가공물의 양단면을 동시에 고효율적으로 연삭하여 완성할 수 있는 장치로서 양두연삭장치가 알려져 있다. 이 양두연삭장치로 가공되는 가공물의 완성정밀도는 평면도, 평행도 모두 일반적으로 수㎛ 정도이다.
도 1은 종래의 횡형 양두연삭장치의 일예의 정면도, 도 2는 그 측면도를 나타낸다. 도 1 및 도 2의 양두연삭장치는 단면에 평탄한 연삭 동작면을 갖는 컵형 연삭휠(1a)(1b)의 개방측을 2개 서로 마주보게 하여 가공물(2)의 양측에 동시에 접촉 가능하도록 이동하며 연삭 동작을 할 수 있도록 배치한 양두연삭장치이다.
도 1 및 도 2의 양두연삭장치는, 주축모터에 의해 주축에 상대적 회전운동이 부여되고, 회전중심축이 동일하고, 대향(對向)하는 2개의 주축(3a)(3b)의 각각의 선단에는 컵형 연삭휠(1a)(1b)이 탈착(脫着) 가능하게 설치되고, 각각의 컵형 연삭휠(1a)(1b)의 연삭 동작면은 마주 향하고 있다. 주축(3a)(3b)의 각각은 슬라이드(slide) 내지는 롤링(rolling)가이드(4)에 의해 구속되어 있다. 이 가이드(4)는 베드(8)상에 고정되며, 양두연삭장치가 횡형인 것에서는 통상 주축(3a)(3b)의 하부에 위치하며, 주축(3a)(3b)의 회전중심축에 평행으로 2개가 배치되어 있다.
주축(3a)(3b)의 회전력은 주축(3a)(3b)의 상부에 배치된 주축모터(5)에 의해 전동(傳動)벨트를 통하여 전동된다. 또한, 도 1에서는 횡형의 양두연삭장치를 나타내고 있는데, 종형(縱型)의 양두연삭장치에서도 종방향으로 바뀌어져 나열된 유사구조로 되어 있다.
상기 종래의 양두연삭장치에서는 주축을 회전시키기 위해서 구름 베어링(rolling bearing)이 사용되고 있다. 이러한 주축의 회전 정밀도를 확보하기 위하여 앵귤러 콘택트 볼 베어링(angular contact ball bearing)을 마주 향하게 배치하여 예압을 가하거나 또 강성(剛性)을 확보하기 위해 원뿔 롤러 베어링(tapered roller bearing)을 사용하기도 하나, 그들 수단에 의해서도 정밀도에서 1㎛, 강성에서는 20㎏f/㎛가 통상적인 한계이다.
또한, 상기 종래의 양두연삭장치에서는, 가이드에는 감쇠성(減衰性)을 고려하여 슬라이드 안내면이 많이 사용되나, 1㎛ 이하의 위치결정 정밀도로 미소(微小)하게 운동시키는 경우, 이러한 가이드에서는 스틱슬립(stick slip)이 일어나고, 이것이 연삭가공면에 있어서의 피칭오차의 원인이 되고 있다.
또한, 거기에 더하여 상기 종래의 양두연삭장치에서는 도 2에 나타낸 바와 같이 컵형 연삭휠(1a)(1b)의 연삭 작동면에서의 가공포인트(7)와 가이드(4), 또 구동되는 부분의 중심으로서의 운동중심(6)과의 거리가 떨어져 있고, 주축(3a)(3b)의 지름이 커질수록 이들의 거리가 벌어지는 경항이 있으며, 가공물이 대형화될수록 더욱더 이러한 경향은 증대한다. 그러나 가공포인트(7)와 가이드(4)면이나 운동중심(6)과의 거리가 길어지면 강성의 확보가 곤란해짐과 동시에, 아베(Abbe)의 오차에 의한 계측오차 등이 발생하는 문제가 있다.
한편, 최근에는 예를 들어, 광학부품의 유리나 반도체 실리콘웨이퍼 등에 있어서, 가공면의 완성정밀도의 요구가 해를 거듭할수록 엄격해지고 있음과 동시에, 실리콘웨이퍼 등의 가공물이 대형화됨에 따라 연삭장치도 대형화되지 않을 수 없다. 양두연삭장치를 사용한 연삭방식에 의한 가공물의 완성정밀도에 대해 평탄도에서 서브마이크론(submicron), 표면조도(surface roughness)에서 십수㎚을 달성하기 위해서는, 10∼100㎚의 위치결정 정밀도에 맞추어서 가공시의 반력에 대한 충분한 강성을 가질 필요가 있다.
그래서 본 발명은 상기 문제점을 해소 내지는 억제할 수 있는 양두연삭장치를 제공하고, 상세하게는 정밀도를 상향시키고, 피칭오차를 적게 하며, 위치결정 정밀도를 높임과 동시에, 가공반력에 대한 강성을 확보할 수 있는 양두연삭장치 및 양두연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 횡형(橫型) 양두연삭장치의 일예(一例)의 정면도,
도 2는 종래의 횡형 양두연삭장치의 일예의 측면도,
도 3은 본 발명의 양두연삭장치의 일예의 사시도,
도 4는 본 발명의 양두연삭장치의 일예의 측면도,
도 5는 본 발명의 양두연삭장치의 다른 모양.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1a,1b,11a,11b : 컵형 연삭휠 2,12 : 가공물
3a,3b,13 : 주축 4 : 가이드
5a,5b : 주축모터 6 : 운동중심
7 : 가공포인트 8,17 : 베드(토대)
14a,14b,14c,14d : 안내면 15 : 쌔들(saddle)
16 : 주축대 18 : 안내면 부재
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치는 2개의 대향하는 주축에 장착한 연삭휠 또는 연마포(polishing cloth)의 가공 동작면을 가공물의 양단면에 접촉시키고, 그 주축의 회전에 의해 가공물의 표리(表裏)면을 동시에 연삭 또는 연마하기 위한 장치이며, 그 주축을 지지·이동시키기 위한 안내 지지기구가 다수개 형성되고, 그 다수개의 안내 지지기구의 안내면에 의해 합성된 구동부재의 중심으로서의 운동중심이 상기 주축의 중심과 거의 일치 내지는 완전히 일치하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 모든 안내면에 의해 합성된 운동중심이 상기 주축의 중심과 거의 일치 또는 일치하고 있기 때문에 양두연삭장치 또는 양두연마장치의 가공작동포인트에 근접한 것으로 된다.
따라서, 주축에 의해 가공물을 연삭가공했을 때의 가공반력 중에서 주축의 굽힘성분을 작게 할 수 있게 되어 가공반력에 대한 강성을 확보하기 쉽게 된다.
본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치에 있어서, 상기 안내면의 갯수는 3개 이상인 것이 안내면에 의한 운동중심을 주축의 중심과 일치시키기 위해 필요하며, 안내면을 갖는 안내면 부재가 가공물의 반입·반출의 방해가 되지 않도록 하기 위해서는 안내면은 3개가 가장 바람직하다.
양두연삭장치 또는 양두연마장치를 횡형으로 하여 안내면을 3개 사용한 경우에는 안내면 및 그 지지기구의 배치는 다음과 같은 조합이 바람직하다. 제 1의 조합은 주축의 하측의 수평면상에 배치한 2개의 안내면과 주축의 상측에 배치한 1개의 안내면으로 구성되는 조합이다. 제 2의 조합은 주축의 상측의 수평면상에 배치한 2개의 안내면과 주축의 하측에 배치한 1개의 안내면으로 구성되는 조합이다. 어떤 경우도 3개의 안내면 및 그 지지기구는 3각형 또는 정삼각형으로 배치하고, 그 기하학적인 중심위치에 주축을 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 되는 본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치는 횡형으로 한정되지 않고, 종형에서도 마찬가지로 다수개의 안내면의 배치를 적용할 수 있다.
본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치에 있어서의 다수개의 안내면은 베드나 기둥(column) 등과 일체로 형성된 적어도 하나의 안내면 부재로 형성해도 좋다.
본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치에 배치되는 다수개의 안내면 부재의 안내기구는 종류가 다른 것이 포함되어도 좋다. 특히, 횡형 양두연삭장치 또는 횡형 양두연마장치에 적용하는 경우에는 주축의 상측에 배치한 안내면의 안내기구는 정압(靜壓) 안내기구인 것이 바람직하고, 또 주축의 상측과 하측에 배치하는 안내면의 종류를 정압 안내기구와 슬라이드 안내기구로 나누어서 조합하는 것도 가능하다.
본 발명의 양두연삭장치의 한 예를 사시도로서 도 3에, 측면도로서 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4의 양두연삭장치에 있어서, 주축(13)의 단면에 평탄한 연삭 동작면을 가지는 컵형 연삭휠(11a)(11b)의 개방측을 2개 마주보게 하여 가공물(12)의 양측에 대하여 동시에 접촉 가능하도록 이동하며 연삭 동작을 할 수 있도록 하는 2개의 주축(13)이 대향하여 배치되어 있다. 주축(13)은 쌔들(15,saddle)에 의해 일체로 고정되어 주축대(16)를 구성하고 있다.
미끄러져 움직일 수 있는 2개의 안내면(14a)(14b)이 동일 수평면상과 주축대(16)의 하면(下面)에 적합하도록 베드(17)에 고정되어 있고, 각각의 안내면(14a)(14b)의 안내기구는 V자형의 슬라이드 안내기구로 되어 있다. 주축대(16)의 상면(上面)은 안내면 상측의 안내면(14c)에 적합하도록 형성되어 있고, 도 4에는 정압 안내기구의 안내면(14c)이 나타나 있다. 이렇게 미끄러져 움직일 수 있는 2개의 안내면(14a)(14b)과, 안내면(14c)은 삼각형 또는 정삼각형으로 구성되고, 그 기하학적인 중심위치에 주축이 설치되어 있다.
하측의 안내면(14a)(14b)은 슬라이드 안내기구이므로 감쇠성이 확보된다. 또 상측의 안내면(14c)은 정압 안내기구이므로 하측의 안내면(14a)(14b)에 의해 발생한 피칭오차를 최소로 억제할 수 있다. 이렇게 피칭오차를 억제할 수 있는 점으로, 모든 안내면에 의해 합성된 운동중심을 본 발명에서는 주축중심에 위치하도록 설정하고 있다. 주축(13)의 절단방향의 구동원으로서는 실린더 또는 리니어 모터(linear motor) 등을 사용할 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 것에서는 안내면은 3개 설치되고 2개가 주축대 하면, 1개가 주축대 상면에 맞닿아 설치되어 있으나, 상측에 정압 안내기구의 안내면을 2개, 하측에 슬라이드 안내기구의 안내면을 1개 설치해도 좋다.
도 5에 본 발명의 횡형의 양두연삭장치의 또다른 것을 나타낸다. 도 5에 나타나는 것과 같이, 다수의 안내면을 가지는 하나의 안내면 부재(18)를 사용해도 좋고, 상측에 정압 안내기구의 2개의 안내면(14c)(14d)을 설치해도 좋다.
가공물의 반입·반출에 방해가 되지 않도록 하기 위해서는 안내면은 3개가 바람직하나, 이 점을 극복할 수 있다면 안내면 부재(18)의 총개수를 4개 이상으로 해도 좋다.
본 발명의 양두연삭장치의 주축의 회전기구에 정압 베어링을 사용할 수 있다. 이 경우, 정압 매체는 기름 또는 물이 적용될 수 있고, 구름 베어링으로는 얻어질 수 없는 정밀도와 강성을 확보할 수 있게 된다. 예를 들면 구름 베어링으로는 정밀도의 편향이 1㎛ 정도이나, 정압 베어링으로는 0.01∼0.1㎛가 달성된다.
상기의 것은 양두연삭장치에 대하여 설명하고 있으나, 주축의 선단에 장착한 가공 작동부재를 연마용으로 바꾸어 장치하면 마찬가지로 양두연마장치로서 사용할 수 있다.
양두연삭장치 또는 양두연마장치에 있어서의 주축을 지지·이동시키기 위한 다수개 또는 3개의 안내면에 의해 운동중심을 주축의 중심위치와 거의 일치시키거나 또는 일치시키고 있으므로, 가공물을 연삭가공했을 때의 가공반력 중에서 주축의 굽힘성분을 작게 할 수 있게 되어 가공반력에 대한 강성을 확보하기 쉽게 된다.
주축에 사용되는 베어링으로 정압 베어링을 사용할 경우에는, 강성을 확보할 수 있음과 동시에, 정밀도를 마이크론레벨에서 서브마이크론레벨로 끌어 올릴 수 있게 된다.
안내면의 안내기구로서 슬라이드 안내기구와 정압 안내기구의 다수의 안내면을 조합하여 배치한 경우에는, 피칭오차를 적게할 수 있다.
상기의 요건을 구비하는 경우에는 본 발명의 양두연삭장치 또는 양두연마장치는 10∼100㎚레벨로 위치결정이 가능하게 됨과 동시에, 가공반력에 대하여 충분한 강성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. 2개의 대향하는 주축에 장착한 연삭휠 또는 연마포(polishing cloth)의 가공동작면을 가공물의 양단면에 접촉시켜서 그 주축의 회전에 의하여 가공물의 표리면을 동시에 연삭 또는 연마하기 위한 장치이며, 그 주축을 지지·이동시키기 위한 안내 지지기구가 다수개 형성되고, 그 다수개의 안내 지지기구의 안내면에 의해 합성된 구동부재의 중심으로서의 운동중심이 상기 주축의 중심과 거의 일치 내지는 완전히 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 양두연삭·연마장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안내 지지기구가 3개인 양두연삭·연마장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주축보다 하측의 수평면상에 2개의 평행 안내 지지기구를 배치하고, 주축보다 상측에 1개의 안내 지지기구를 상기 안내 지지기구와 평행하게 배치한 양두연삭·연마장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 주축보다 하측의 수평면상에 1개의 안내 지지기구를 배치하고, 주축보다 상측에 2개의 평행한 안내 지지기구를 상기 안내 지지기구와 평행하게 배치한 양두연삭·연마장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안내 지지기구가 4개인 양두연삭·연마장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 안내 지지기구중 주축의 상측에 배치되는 안내 지지기구가 정압 안내이며, 또한 주축의 하측에 배치된 안내 지지기구가 슬라이드 안내인 양두연삭·연마장치.
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