KR20090087943A

KR20090087943A - 워크 피스 표면의 정밀 연마 머시닝

Info

Publication number: KR20090087943A
Application number: KR1020097013725A
Authority: KR
Inventors: 마크 에이 스톡커
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-08-18
Also published as: EP2094440B1; US20080132148A1; CN101541475A; JP5469461B2; EP2094440A1; DE602007006051D1; WO2008066801A1; JP2010511520A; CN101541475B; US7831327B2

Abstract

연마 타입 표면 폴리싱 툴과 폴리싱되는 상기 워크 피스 표면 사이의 스페이싱은 상기 워크 피스 표면과 접촉하는 상기 연마 패드의 영역에 있어서의 변동이 이러한 접촉 영역에서의 크기 변동을 제거하고 표면 높이 변동을 생성하는 물질 제거에 있어서의 변동을 수반함으로써 보상되도록 다이내믹하게 제어된다.

물품 표면, 머시닝, 폴리싱, 폴리싱 툴, 워크 피스

Description

워크 피스 표면의 정밀 연마 머시닝 {PRECISION ABRASIVE MACHINING OF WORK PIECE SURFACES}

본 발명은 일반적으로 기계 제어에 관한 것으로, 보다 자세하게, 물품 표면의 정밀 머시닝(machining) 또는 피니싱(finishing)하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이는 반도체-온-절연체 구조의 반도체 층의 폴리싱(polishing)에 있어, 다른 사용법 중에서 어플리케이션을 찾는다.

본 발명은 특정 어플리케이션에 관해 개시될 것이다. 하지만, 다른 어플리케이션들이 개시되며, 또한 추가 어플리케이션은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백해질 것이다. 특정 어플리케이션은 본 발명을 소정의 그들로 제한하지 않고 설명의 편의를 위해 개시된다

최근, 반도체-온-절연체 구조에 가장 일반적으로 사용된 반도체 물질은 실리콘이며, 유리는 공통 절연체이다. 실리콘-온-절연체 기술은 고성능 박막 트랜지스터, 솔라셀, 및 능동형 매트릭스 디스플레이와 같은 디스플레이에 있어 점점 중요해지고 있다. 실리콘-온-절연체 웨이퍼는 절연 물질 상에 사실상 단일 크리스탈 실 리콘의 박막층(일반적으로 0.1-0.3 마이크론의 두께이나, 일부의 경우, 5 마이크론만큼의 두께임)으로 구성된다.

일단 상기 반도체-온-절연체 구조는 박막의 실리콘에 접합되며, 이는 전형적으로 상기 실리콘 상의 박막 트랜지스터(TFT) 회로의 형성을 용이하게 하기 위해, 사실상 균일한 두께를 갖는 층을 생성하도록 상기 실리콘층의 표면을 폴리싱하는 것이 필요하다.

특정 실시예와 같이, 실리콘-온-유리(SiOG) 기판은 상기 표면 필름을 얇게 하는 기계 공정을 필요로 한다. 이는 공통적으로 기계 가공되고 있는 구성요소보다 사실상 더 작은 폴리싱 접촉 구역을 갖는 툴에 의해 수행된 "확정적 폴리싱(deterministic polishing)", 마모 공정(abrading process)에 의해 수행된다. 이러한 유형의 공정은 전형적으로 오늘날 초정밀 광학 렌즈 폴리싱 기계가공의 사용에 의해 수행되며, 그에 대한 잘 공지된 원문은 2004년 9월 28일 빙햄(Bingham) 등에 의해 논의된 ABRADING MACHINE로 명칭된 미국 특허 제 6,796,877호에 개시된다. 이처럼, 기계 툴과 워크 피스 사이의 전형적인 정밀 이동은 상기 전체 표면의 기계가공을 달성하기 위해, 3차원 직각 좌표계에서 제공된다.

미국 특허 제 6,796,877호에 개시된 유형의 기계가공 툴은 본원에 보닛(bonnet)/패드(pad) 머신으로 불릴 수 있으며, 도 1에 개략적으로 도시된다. 상기 툴(10)은 일반적으로 원통형 바디(12)와 기결정된 압력으로 내부로 압축되는 워킹 헤드(wording head) 또는 보닛(14)을 갖는다. 예를 들면, 상기 보닛은 부분적으로 구형(spherical) 또는 구근(bulbous) 모양의 섬유 강화된 루버 다이어프 램(diaphragm)일 수 있다. 동작에 있어, 상기 패드(16)는 기계 가공 중인 구성요소의 표면에 적용되며, 상기 표면을 마모시키기 위해 회전축(A)에 대해 회전한다.

사용 전에, 상기 툴은 기계 가공될 워크 피스 표면에 대해 교정되어야 한다. 이를 실행하기 위해, 상기 패드(16)는 기결정된 패턴으로 많은 지점에서의 표면에 닿게 된다. 툴(10)은 세 개의 축을 따르는 정밀 이동을 제공하는 포지셔닝 메커니즘(19)이 제공되며, 상기 축상의 이동은 z-축 제어에 해당한다. 상기 교정을 수행함에 있어, 상기 패드(16)가 상기 표면상의 교정 지점 중 하나에 닿으면, 보닛(14)은 기결정된 힘이 툴(10)에 제공된 센서(18)에 의해 감지될 때까지 축상으로 이동된다. 이는 접촉 일관성을 보장한다. 교정 지점의 설정이 수행된 후, 툴 이동은 상기 보닛이 기계 가공될 표면의 의도된 폴리싱된 형태에 상응하는 평면 또는 다른 적당한 윤곽으로 남을 것을 보장하도록 제어될 수 있다. 게다가, 폴리싱될 표면에 대한 보닛(14)의 적절한 축상 스페이싱은 유지될 것이다. 이는 보통 상기 표면에 대해 상기 보닛의 압축을 일으키는, 상기 워크 피스의 표면을 지나 상기 보닛의 앞에 놓이게 될 간섭 스페이싱이다. 실제 기계가공 공정은 그 후 보닛(14)을 회전시킴과 동시에 기계 가공될 상기 워크 피스 표면에 대한 윤곽(예를 들면, 평면)을 EK라 그것을 기결정된 스캐닝 패턴으로 이동함으로써 수행된다. 다른 스캐닝 패턴이 이용가능하나, 가장 공통적인 패턴은 전통적인 테레비전 세트의 음극선관 상에 스캔되는 라인 패턴과 유사한, 일련의 빽빽히 이격된 평행선 또는 "래스터(raster)"이다.

SiOG 박막 공정을 위한 조건은 괘 엄격하다. 박막 두께는 약 ±8㎚의 정확성 으로 제어되도록 하는 것이 바람직할 것이다. 물질 제거는 상기 보닛의 스캔률과 사기 보닛 회전 속도에 거의 선형적으로 비례한다. 하지만, 폴리싱 스폿(polishing spot) 크기의 제곱, 또는 연마를 사실상 수행하는 패드 영역에 비례한다. 폴리싱 스폿 크기는 상기 보닛과 기계 가공중인 표면 사이의 힘의 양에 의해 제어되는 것으로, 폴리싱될 표면과의 간섭 접속에 기인한다. 모든 이러한 파라미터들은 잘 알게 되며, 현 폴리싱 가동은 그들을 면밀히 제어한다.

보닛(14)의 회전에 있어서의 편향은 물질 제거에 대한 충분한 효과를 갖는다는 것을 알았다. 그러한 편향은 보닛(14)을 회전시키고 방사상(편심의) 이동량을 측정함으로써 측정될 수 있는 것으로, 본원에 "방사상 에러 모션"으로 칭할 것이다. 패드 회전에 있어서의 소정의 편심률(eccentricity)은 높은 회전 속도에서 예상했던 것보다 더 많은 물질 제거와 낮은 회전 속도에서의 시간 가변 물질 제거되어, 상기 스폿 크기를 효과적으로 더 크게 할 것임을 알게 될 것이다. 거의 50 마이크론의 방사상 에러 모션은 총 필름 두께 허용보다 더 큰, 거의 15㎚의 필름 두께 변화성을 초래할 수 있음을 알았다. (예를 들면, 본래 위치에 다이어몬드 터닝 및/또는 컵 그라인딩에 의해) 기 보닛과 패드의 조합된 방사상 에러 모션을 최소화하기 위해 매번 노력이 이루어진다. 하지만, 이러한 방사상 에러 모션은 거의 30 마이크론 미만으로 감소될 수 있다.

따라서, 필요한 필름 두께 제어를 달성하기 위해, 보닛/패드 타입 기계로 결정적인 폴리싱을 수행할 때, 상기 보닛 스폿 크기는 보닛 오차 보정에 의해 달성될 수 있는 것보다 더욱 엄격한 허용치로 제어되어야 함은 분명하다.

본 발명에 따르면, 보닛/패드 타입 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 상대적 스페이싱은 상기 워크 피스 표면(본원에서 "스폿 크기"로도 불림)과 접촉하는 상기 마모 패드의 영역이 일정하게 남도록 다이내믹하게 제어되며, 이로써 스폿 크기 변동을 제거하며 물질 제거에 있어서의 변동을 동반하는 것으로, 표면 높이 변동을 생성한다. 스폿 크기 변동은 사기 패드의 방사상 에러 모션을 포함하는 다양한 소스에 기인한다. 상기 툴의 주어진 압력에 있어, 상기 스폿 크기는 상기 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 실제 축상의 위치와 관련하여 변할 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상기 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 힘이 감지되며, 스폿 크기에 있어서의 변화를 보상하기 위해 상기 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 축상 스페이싱은 힘 변동에 대한 역 감지로 제어된다.상기 제1 실시예에 따르면, 동적 실시간 제어가, 예를 들면, 서버 제어 서브 시스템을 사용함으로써 수행된다.

제2 실시예에 따르면, 스폿 크기에 영향을 주는 파라미터의 변동은 사용 전에 측정된다. 예를 들면, 상기 패드가 회전됨에 따라 상기 패드의 방사상 에러 모션이 측정 및 저장된다. 상기 저장된 정보를 사용하여, 동작 동안, 상기 패트가 회전함에 따라, 상기 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 거리에 있어서의 시간 변화 조절이 그 후 이루어진다. 그 거리 조절은 균일한 스폿 크기를 생성하여 방사상 에러 모션을 보상한다.

일반적으로, 상기 툴과 워크 피스 표면 사이의 거리는 상기 툴의 축상 이동에 의해 제어된다. 하지만, 제3 실시예에 따르면, 상기 워크 피스를 지지하는 워크 테이블은 그 자체가 상기 테이블 하에서 2차원 패턴으로 이격된 적어도 하나의, 선택적으로 다수의 액추에이터/위치 센서 페어를 갖는다. 상기 액추에이터는 스폿 크기 변동을 보상하기 위해 상기 툴과 워크 피스 사이의 거리를 변경하기 위한 테이블 높이를 조절하도록 제어된다. 이는 상기 툴과 상기 워크 피스 표면 사이의 스페이싱 조절뿐만 아니라, 직교성을 제어하기 위한 3차원에서의 워크 피스 표면의 기울기를 허용한다.

상술한 간단한 설명과 본 발명의 추가 목적, 특징 및 이점은 수반된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 특정 실시예의 상세 설명을 하는 것으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.

도 1은 보닛/패드 타입 연마용 폴리싱 툴을 도시하는 개략도.

도 2는 동적 서보 제어가 상기 툴과 워크 피스 표면 사이의 거리를 그들 사이의 힘과 관련하여 제공되는 본 발명에 따른 제1 실시예를 나타내는 개략적인 블록도.

도 3은 도 2의 서보 제어 서브 시스템(32)의 구조 및 동작 제어를 나타내는 기능 블록도.

도 4는 고속 동작을 달성하는 본 발명에 따른 제1 실시예의 변동을 나타내는 개략적인 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예를 나타내는 개략도.

도 6은 본 발명에 따른 제3 실시예를 나타내는 개략도.

도 7은 본 발명에 따라 스페이싱 제어가 달성되는 방법을 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예를 나타내는 개략적인 블록도이다. 자세하게, 제어 서브 시스템(32)와 결합하는 도 1에서와 같은 툴(10)이 개시되며, 이는 툴(10)과 워크 피스 표면 사이의 스페이싱을 그들 사이의 힘과 관련하여 제어한다.

상기 워크 피스는 실리콘-온-유리(SOG)와 같은 실리콘-온-절연체(SOI) 구조일 수 있다. 본원에 사용된 것처럼, "실리콘-온-절연체" 또는 "실리콘-온-유리"는 실리콘 또는 실리콘을 포함하는 것과 다른 반도체 물질을 포함하는 것처럼 더욱 폭넓게 구성될 수 있을 것이며, 유리가 아닌 절연 물질을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명을 실시하기 위한 다른 유용한 반도체 물질은 제한하는 것은 아니나 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘 카바이드(SiC), 게르마늄(Ge), 갈륨 비소(GaAs), GaP 및 InP를 포함한다. 또한, 예를 들면, 다른 절연체 물질이 본 발명을 실시하기 위해 제한하는 것은 아니나 다양한 잘 알려진 실리콘 및 세라믹을 포함하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 산업에, 예를 들면, 초정밀 렌즈 폴리싱 및 기타 표면 기계가공 기술에 대해 사실상 더 폭넓은 어플리케이션을 찾을 수 있다.

보닛/패드 타입 툴(10)을 사용할 때 상기 워크 피스의 폴리싱된 표면의 높이 변동을 초래하는 스폿 크기 변동의 적절한 소스에 대한 일부 논의가 있다. 상기 툴은 상기 보닛(14) 내부의 압력을 정밀하게 제어되도록 구성된다. 상기 보닛(14)이 상기 워크피스 표면에 대하여 압축될 때, 상기 패드(16)의 일부는 상기 표면에 대해 평평해지며, 회전시, 물질을 제거하기 위해 상기 워크 피스 표면에 연마되게 상호작용할 것이다. 이러한 평평화된 일부는 본원에서 "스폿 크기"로 칭해왔으며, 물질 제거는 상기 스폿 크기(이를 테면, 그 영역)의 제곱에 따라 변할 것이다. 상기 보닛(14)이 정확하게 제어된 내부 압력을 갖는 한, 상기 보닛(14)과 워크 피스 간의 힘은 상기 스폿 크기(영역) 및 내부 압력의 생성과 동일할 것이다. 상기 툴의 회전 동안 상기 스폿 크기가 변하면, 예를 들면, 방사상 에러 모션 때문에, 상기 툴의 회전 동안 효과적인 스폿 크기가 증가되며, 예상했던 것 보다 더 많은 물질 제거를 초래한다. 이는 또한 예상했던 것보다 더 큰 상기 툴과 워크 피스 간의 힘을 초래할 것이다.

본 실시예에 있어, 툴(10)의 포지셔닝 메커니즘(19)의 Z-축 제어는 도 2의 축(A)에 따라 바디(12)를 이동한다. 처음에, 상기 툴(10)은 상기 워크 피스 표면과 관련하여 위치되며, 그래서 그들 사이의 힘이 센서(18)에 의해 감지된 것처럼 바람직한 스폿 크기를 생성하는데 필요한 힘이 되도록 한다. 이러한 "기준 힘(reference force)"이 기준 힘 신호(34)의 형태로 저장되며, 그것은 제어 서브 시스템(32)로 입력으로서 인가된다. 동작 동안, 센서(18)는 바디(12)와 워크 피스 표면 사이의 힘을 감지하고, 그 힘을 나타내는 신호를 생성하는 것으로, 제어 서브 시스템(32)에 제2 입력으로서 인가된다. 제어 서브 시스템(32)은 그 후 센서(18)에 의해 감지된 힘 변동을 보상하기 위해 바디(12)와 상기 워크 피스 표면 사이의 거리를 조절하도록 포지셔닝 메커니즘(19)의 Z-축 제어를 동작시키는 제어 신호를 생성한다.

상기 센서(18)는 툴(10) 내부에 장착되는 로드 셀(load cell)일 수 있다. 하지만, 로드 셀은 다소 제한된 민감성을 갖는 힘 측정을 제공하기 위해 상대적 모션을 필요로 한다. 제1 실시예의 한 변동에 따르면, 신호를 생성하기 위해 매우 견고하고 전형적인 로드 셀보다 10배 더 적은 변위를 필요로 하는 압전기식 적층 힘 센서(piesoelectric stack force sensor)가 민감성에 있어서의 향상을 위해 센서(18) 대신 사용될 수 있다.

도 3은 제어 서브 시스템(32)의 구조와 동작을 나타내는 기능 블록도이다. 서브 시스템(32) 그 자체는 본원에 연산 증폭기(24)와 대역 필터(22)로 설계된다. 이는 설명의 편의를 위해 실행되었으며, 당 업계의 통상의 지식을 가지 자들은 이러한 유형의 서보 제어 시스템이 전형적으로 훨씬더 복잡하다는 것을 이해할 것이다. 힘 센서(18)의 출력 신호와 힘 기준 신호(34)가 증폭기(24)에 다르게 인가된다. 증폭기의 출력 신호는 상기 대역 필터(22)를 지나 통과하고, 그 후 포지셔닝 메커니즘(19)의 Z-축 제어에 인가된다.

동작에 있어, 상기 기계의 Z-축 제어는 기결정된 힘이 달성되도록 상기 워크 피스 표면과 접촉하여 상기 보닛(14)을 놓기 위한 일반적인 방식으로 동작된다. 그 힘은 의도된 스폿 크기를 달성하는데 필요한 임일 것이다. 그 지점에서, 상기 힘 센서(18)에 의해 생성된 신호값이 기준 신호(34)로 저장된다. 제어 서브 시스 템(32)의 동작은 그것이 상기 기준 신호(34)와 동일한 힘 센서(18) 신호를 만들기 위해 Z-축 모션을 야기할 출력 신호를 생성한다는 점에서 힘 연산 증폭기의 동작과 유사하다. 즉, 스폿 크기가 의도된 값으로부터 벗어나므로, Z-축 모션은 스폿 크기에 있어서의 변화를 상쇄시키기 위해 바디(12)와 상기 워크 피스 표면 간의 거리를 변경시킨다. 따라서, 바디(12)와 상기 워크 피스 표면 간의 거리의 동적 시간 변화 조절이 있다.

제어 서브 시스템(32)은 스폿 크기에 있어 많은 가능한 한 모든 변동을 보상한다. 이러한 변동 소스는 보닛 방사상 에러 모션, 보닛 외형 변형, 워크 피스에 있어서의 두께 및 평편도 변동, 및 기계 직교성 및 축 직선성 에러를 포함한다.

필터(22)는 제어 서브 시스템(32)의 설계 대역폭을 나타내며, 그것의 대역폭은 어플리케이션과 사용된 특정 기계에 좌우될 것이다. SiOG 기판상에 상기 표면층을 폴리싱하는데 사용된 보닛/패드 기계에 있어, 상기 보닛 회전 속도는 전형적으로 약 200rpm(3.3Hz)이다. 하지만, 상기 보닛(14)의 각 회전에 첨가된 10의 리플 에러 모션이 있을 수 있다. 이러한 모든 에러 모션을 수정하기 위해, 필터(32)의 대역폭은 33Hz를 초과하는 것이 필요할 것이다. 상기 보닛(14)이 그 최대 속도인 2,000rpm으로 회전된다면, 포든 리플 에러 모션을 위한 보상은 330Hz을 초과하는 대역폭을 필요로 할 것이다. 이는 Z-축 방향으로 고질량(high mass)을 갖는 전형적인 포지셔닝 메커니즘으로 달성되지 않을 수 있다.

고속회전에 의한 동작을 달성하기 위해, 제2 변형이 상기 제1 실시예에서 이루어진다. 도 4를 참조하면, 상기 변형은 툴(10')을 생성하기 위해 도 2의 툴(10) 로 이루어진다. 상기 변형은 약간의 축상 이동을 달성하기 위해 바디(12) 상에 선형 액추에이터(30)를 장착하는 것을 포함한다. 상기 액추에이터(30)는 고속 회전에 필요한 포지셔닝 대역폭을 달성하기 위해 매우 낮은 질량으로 되어 있다. 이 경우, 액추에이터(30)는 바디(12)용 스핀들(13) 상에 장착된 압전기식 액추에이터 스택이다. 축 방향에만 따르는 가요성 마운트(flexible mounts; 20)를 제공함으로써, 극히 낮은 질량 구조가 획득된다. 당업계에 통상의 지식을 가진 자들은 다른 유형의 선형 액추에이터, 예를 들면, 보이스 코일 또는 선형 모터가 상기 압전기식 크리스탈 스택 대신 사용될 수도 있음을 알 것이다. 변형된 툴(10')이 사용되고 있을지라도, 상기 제1 실시예의 이러한 변동의 동작은 도 2와 3에 도시된 것과 동일하다.

도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예의 공정을 나타내는 흐름도이다. 이 경우, 툴(10 또는 10')은 서버 제어 시스템을 사용하지 않고 스폿 크기 변동을 보상하도록 동작된다. 주기적으로(예를 들면, 매일) 포지셔닝 메커니즘(19)은 러닝 동작(learning operation)을 필요로 한다. 이는 기준 회전 방향에 대하 툴(10)을 설정하고 요구된 스폿 크기를 생성하기 위해 툴(10)과 워크 피스 사이의 힘을 설정하는 초기 단계를 포함한다. 상기 단계는 블록(50)으로 도시된다. 그 후, 바디(12)의 각방향(angular orientation)은 기결정된 양에 의해 축 A에 대해 상기 바디를 회전시킴으로써 증가된다(블록 52). 그 후, 상기 툴 대 워크 피스 스페이싱이 센서(19)에 의해 힘 감지가 일ㅇ어날 수 있는 소정의 변화를 제거하도록 조절되며(블록 54), 스페이싱에 있어서의 사기 변화가 저장된다(블록 56). 블록 58에서 수행된 테스트에 의해, 블록 52-56에서의 단계는 바디(12)가 축 A에 대해 완전히 360도 회전 을 완료할 때까지 반복되며 그 기준 방향으로 되돌아 온다. 그 후, 상기 워크 피스의 폴리싱이 시작되며, 스페이싱 변화의 연속은 보닛(14)의 시간 변화 회전 위치와 동조하여 메모리로부터 재생된다. 이러한 방식으로, 스폿 크기 변동은 상기 보닛의 각 회전 동안 보상된다. 일단 상기 포지셔닝 메커니즘(19)을 위한 상기 제어 프로세서는 훈련되고, 각 시간 신규 워크 피스가 폴리싱되도록 하면, 보닛(14)이 기준 위치에 있는 동안 툴(10)과 상기 워크 피스 간의 힘 최소한의 값이 되도록 포지셔닝 메커니즘(19)을 조절하는 것만이 필요하다. 그 후, 폴리싱이 수행될 수 있으며, 저장된 힘 연속은 스폿 크기 변동을 보상하기 위해 재생될 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 제3 실시예를 나타내는 개략도이다. 이 경우, 상기 워크 피스(W)는 상기 워크 피스(W)의 표면(S) 위에 위치되는 툴(10')을 갖는 테이블(T) 상에 지지된다. 동작에 있어, 툴(10)은 상기 표면(S)에 대해 스캔될 것이다. 이는 그 포지셔닝 시스템(19)(도 19 참조)을 사용하게 하는 상기 툴(10)을 병진 및/또는 상기 테이블(T)를 병진시킴으로써 달성될 수 있을 것이다. 상기 테이블(T) 아래, 센서(60)와 선형 액추에이터(62)를 각 포함하는 다수의 거리 센서/액추에이터 페어(P)가 제공된다. 이 실시예에서, 세 개의 이러한 페어(P)가 존재하며, 그들은 삼각 배열로 되어 있다. 상기 툴(10)은 통상적인 방식으로 상기 테이블을 직교화하는데 사용된다. 즉, 테이블(T)이 빈 채로, 상기 툴(10)은 상기 표면(S), 예를 들면 가장 왼쪽의 페어(P) 위에 위치되며, 그 표지셔닝 메커니즘(19)을 사용하여 툴(10)과 표면(S) 간의 거리는 센서(18)가 기규정된 힘을 감지할 때까지 조절된다. 이후, 툴(10)은 차례로 각 상기 페어(P) 위에 위치될 수 있으며, 각 액추에이 터(62)는 센서(18)가 다시 한번 요구된 힘을 측정할 때까지 상기 테이블(T)을 상승 또는 하강하도록 동작된다. 이러한 동작 끝에, 테이블(T)는 직교화된다. 즉, 툴(10)의 동작 평면은 테이블(T)의 평면과 평행하다. 이후, 상기 워크 피스(W)는 상기 테이블 위에 놓이며, 툴(10)은 상기 페어(P) 중 하나 위에 위치되며, 툴(10)과 표면(S) 간의 거리는 센서(18)가 요구된 스폿 크기에 상응하는 힘을 읽을 때까지 조절된다. 그 후, 폴리싱이 시작될 수 있다.

상기 제1 실시예(도 2)의 경우에서와 같이, 센서(18)에 의해 측정된 힘은 일정하게 모니터링되며, 표면(S)과 툴(10) 간의 거리는 이러한 힘의 변화를 보상하도록 조절된다. 하지만, 이 경우에, 페어(P)의 액추에이터(62)는 상기 간격 조절을 달성하도록 동작된다.

도 7의 개략도는 본 발명에 따라 어떻게 스페이싱 제어가 달성되는 지를 도시한다. 상기 힘이 요구된 스폿 크기를 달성하기 위해 본래 설정될 때, 그 힘에 상응하는 신호가 도 2에서처럼 기준 힘(34)으로 저장된다. 센서(18)는 상기 툴이 상기 표면(S) 위를 전진함에 따라 툴(10)과 표면(S) 간의 힘을 측정하고, 동시에 모든 액추에이터(62)가 도 2의 경우에서처럼 힘에 있어서의 소정의 변화를 보상하기 위해 툴(10)과 표면(S) 간의 스페이싱을 변화시키도록 조절된다. 하지만, 모든 액추에이터는 동시에 동작하므로, 테이블(T)의 직교성은 유지될 것이다. 따라서, 이 실시예에서, 툴(10)로 인한 스폿 크기를 보상할 뿐만 아니라, 테이블(T)의 직교성 메러로 인한 스폿 크기 변동도 보상한다.

제어 서브 시스템(32)은 도 2의 상응되게 넘버링된 서브 시스템과 사실상 동 일하며, 액추에이터(62)는 로드 셀, 압전기식 크리스탈 스택 액추에이터, 보이스 코일, 선형 모터 등일 수 있다. 센서(60)는 선형 트랜스듀서, 예를 들면, 캐패시턴스 게이지일 수 있다. 그들은 각 액추에이터가 정확히 동일한 양으로 테이블(T)을 이동한다는 것을 보장하도록 제공된다.

본 발명의 측정 실시예들이 도시 목적으로 개시되었으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자들은 수반된 청구항들에 의해 규정된 것처럼 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 추가, 변형, 및 대체가 가능 하다는 점을 이해할 것이다.

Claims

기계가공될 워크 피스 표면에 대해 이동되며, 연마층의 스폿이 상기 표면과 연마 접촉하여 유지되도록 상기 표면에 대해 가압되는 연마층을 위한 가축성 구근형 캐리어 뒤에 압축된 챔버를 포함하는 기계 툴에 있어, 상기 툴을 사용하는 동안 상기 스폿의 크기에 있어서의 변동을 보상하기 위한 방법은,

기결정된 크기의 스폿을 생성하도록 계산된 인가된 힘으로 상기 표면에 대해 툴을 압박하는 단계;

상기 툴의 동작 동안, 상기 툴과 상기 표면 사이의 실제 힘과 상기 인가된 힘을 비교하는 단계;

상기 실제 힘과 상기 인가된 힘 간의 소정 차이를 보상하기 위해 상기 두 힘이 동일하게 되도록 상기 툴과 상기 표면 간의 거리를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비교 단계는 상기 실제 힘과 상기 인가된 힘 간의 소정 차이를 보상하기 위해 상기 툴과 상기 표면 간의 거리를 변경하도록 하는 액추에이터를 위한 구동 신호를 생성하도록, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호에 결합되게 반응하는 서보메커니즘에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 툴 상에서 작용하고 그것을 상기 표면 쪽으로 멀리 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 워크 피스는 테이블 상에 지지되며, 상기 툴과 테이블은 상대적으로 이동가능하며, 상기 액추에이터는 상기 테이블 상에서 그것을 상기 툴 쪽으로 멀리 이동시키도록 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 2차원 패턴으로 배열된 다수의 액추에이터로 수행되되, 상기 액추에이터는 상기 툴에 대한 그 크기를 변경하지 않고 상기 테이블을 이동시키록 동작되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호들 중 하나는 힘 센서에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 힘 센서는 로드 셀 및 압전기식 트랜스듀서 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비교 및 조절 단계는 실제 동작이 시뮬레이트되는 동안 상기 툴의 예비 러닝 동작 동안 수행되며, 교정 신호는 거리 조절의 연속을 나타내며, 상기 교정 신호는 실제 동작 동안 액추에이터를 위한 구동 신호로 인가되어 상기 실제 힘과 상기 인가된 힘 간의 소정의 차이를 보상하기 위해 상기 액추에이터가 상기 툴과 상기 표면 간의 거리를 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 툴 상에 작용하며 상기 표면 쪽을 항해 멀리 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 워크 피스는 테이블 상에 지지되며, 상기 툴과 테이블은 상대적으로 이동가능하며, 상기 액추에이터는 상기 테이블 상에서 그것을 상기 툴 쪽으로 멀리 이동시키도록 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 2차원 패턴으로 배열된 다수의 액추에이터로 수행되되, 상기 액추에이터는 상기 툴에 대한 그 크기를 변경하기 않고 상기 테이블을 이동시키도록 동작되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호들 중 하나는 힘 센에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 힘 센서는 로드 셀 및 압전기식 트랜스듀서 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 툴은 동작 동안 축에 대해 회전되게 하며, 상기 러닝 동작은 상기 툴을 기준 방향으로부터 일련의 각 증가분으로 회전시키는 것을 포함하며, 각 증가 후에 상기 거리 조절이 이루어져 저장되며, 상기 교정 신호가 실제 동작 동안 회전 동안 동조되게 상기 툴에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
기계가공될 워크 피스 표면에 대해 이동되며, 연마층의 스폿이 상기 표면과 연마 접촉하여 유지되도록 상기 표면에 대해 가압되는 연마층을 위한 가축성 구근형 캐리어 뒤에 압축된 챔버를 포함하는 기계 툴로서, 상기 툴을 사용하는 동안 상기 스폿의 크기에 있어서의 변동을 보상하기 위한 장치는,

기결정된 크기의 스폿을 생성하기 위해 계산된 인가된 힘으로 상기 표면에 대해 상기 틀을 초기에 압박하는 액추에이터;

상기 툴과 상기 표면 간의 실제 힘과 동일한 힘을 나타내는 차 신호를 생성하기 위해 인가된 힘을 비교하기 위해 상기 툴의 동작 용안 작용하는 비교기; 및

상기 실제 힘과 상기 인가된 임 간의 소정 차를 상기 두 힘이 동일하게 되도록 보상하기 위해 상기 차 신호에 반응하고 상기 툴과 상기 표면 간이 거리를 조절하기 위해 상기 액추에이터 상에 작용하는 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제15항에 있어서, 상기 비교기와 드라이버는 상기 실제 힘과 상기 인가된 힘 간의 소정 차이를 보상하기 위해 상기 툴과 상기 표면 간의 거리를 변경하도록 하는 액추에이터를 위한 구동 신호를 생성하도록, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호들에 결합되게 반응하는 서보메커니즘의 일부인 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제16항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 툴 상에 작용하고 그것을 상기 표면 쪽으로 멀리 이동시키는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제16항에 있어서, 상기 워크 피스는 테이블 상에 지지되며, 상기 툴과 테이블은 상대적으로 이동가능하며, 상기 액추에이터는 상기 테이블 상에서 그것을 상기 툴 쪽으로 멀리 이동시키도록 작용하는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제18항에 있어서, 다수의 추가 액추에이터를 더 포함하되, 상기 액추에이터는 2차원 패턴으로 배열되며, 상기 툴에 대한 그 크기를 변경하지 않고 상기 테이블을 이동시키도록 동작되는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제16항에 있어서, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호 중 하나는 힘 센서에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제20항에 있어서, 상기 힘 센서는 로드 셀 및 압전기식 트랜스듀서 중 하나 인 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제15항에 있어서, 상기 비교기와 드라이버는 실제 동작이 시뮬레이트되는 동안 상기 툴의 예비 러닝 동작 동안 동작되며, 교정 신호는 저장되어 있는 거리 조절의 연속을 나타내며, 상기 교정 신호는 실제 동작 동안 액추에이터를 위한 구동 신호로 인가되어 상기 실제 힘과 상기 인가된 힘 간의 소정의 차이를 보상하기 위해 상기 액추에이터가 상기 툴과 상기 표면 간의 거리를 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제22항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 툴 상에서 작용하고 그것을 상기 표면 쪽으로 멀리 이동시키는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제22항에 있어서, 상기 워크 피스는 테이블 상에 지지되며, 상기 툴과 테이블은 상대적으로 이동가능하며, 상기 액추에이터는 상기 테이블 상에서 그것을 상기 툴 쪽으로 멀리 이동시키도록 작용하는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제24항에 있어서, 다수의 추가 액추에이터를 더 포함하되, 상기 액추에이터는 2차원 패턴으로 배열되며, 상기 툴에 대한 그 크기를 변경하지 않고 상기 테이블을 이동시키기 위해 동작되는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제22항에 있어서, 상기 인가된 힘과 상기 실제 힘을 나타내는 신호 중 하나는 힘 센서에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제26항에 있어서, 상기 힘 센서는 로드 셀 및 압전기식 트랜스듀서 중 하나인 것을 특징으로 하는 기계 툴.
제22항에 있어서, 상기 툴은 동작 동안 축에 대해 회전하고, 상기 툴은 상기 러닝 동작 동안 기준 방향으로부터 일련의 각 증가분으로 회전되게 하며, 상기 비교기는 교정 신호로 저장되는 각 증가 후에 일련의 거리 조절 신호를 생성하되, 상기 교정 신호가 실제 동작 동안 회전 동안 동조되게 상기 툴에 인가되는 것을 특징으로 하는 기계 툴.