KR20120023531A - 양면 연마 장치의 가공층을 트리밍하는 트리밍 방법 및 트리밍 장치 - Google Patents

양면 연마 장치의 가공층을 트리밍하는 트리밍 방법 및 트리밍 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법 및 장치로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하는 것인 가공층의 트리밍 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법을 향상시키기 위한 복수 개의 조치가 구현된다.
트리밍 본체는 트리밍 디스크 상에서 폭이 정해진 링 형상 영역 내에 배치된다. 트리밍 디스크의 외측 치형부는 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능하다. 그라인딩 장치에 있는 모든 구동부의 회전 방향은 트리밍 또는 드레싱 동안에 2회 이상 변경된다. 2개의 가공층의 사전에 측정된 형상 프로파일에 따라, 하부 가공층과 상부 가공층으로부터 재료 제거량은 서로 독립적으로 변할 수 있다.

Description

양면 연마 장치의 가공층을 트리밍하는 트리밍 방법 및 트리밍 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRIMMING THE WORKING LAYERS OF A DOUBLE-SIDE GRINDING APPARATUS}
본 발명은, 연마재(abrasive)가 결합되어 있고, 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치의 상부 가공 디스크 및 하부 가공 디스크의 서로 마주보는 면들 상에 도포되는 2개의 가공층을 트리밍하는 트리밍 방법 및 장치에 관한 것이다.
전자장치, 마이크로 전자장치 및 마이크로 전자기계는 시작 재료로서 반도체 웨이퍼를 필요로 하며, 이 반도체 웨이퍼는 전체적인 평탄도 및 국부적인 평탄도와, 단면 기준 평탄도(나노토폴로지)와, 조도(粗度) 그리고 청결성에 관하여 형성되는 엄격한 요건을 갖는다. 반도체 웨이퍼는, 원소 반도체(실리콘, 게르마늄), (예컨대 알루미늄, 갈륨, 또는 인듐과 같은 주기율표의 주요 3족 원소 또는 질소, 인, 비소와 같은 주기율표의 주요 5족 원소로 이루어진) 화합물 반도체, 또는 이들의 화합물(예컨대, Si1 - xGex, 0 < x < 1 )과 같은 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼이다.
종래 기술에 따르면, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 아래의 그룹으로 분류될 수 있는 다수의 연속적인 처리 단계에 의해 제작될 수 있다.
(a) 통상적으로 단결정 반도체 로드(rod)를 제작하는 단계;
(b) 단결정 반도체 로드를 개별 웨이퍼로 슬라이싱하는 단계;
(c) 기계적 처리 단계;
(d) 화학적 처리 단계;
(e) 화학 기계적 처리 단계; 및
(f) 적절하다면 층 구조의 추가 제작 단계.
"PPG(Planetary Pad Grinding)"라고 칭하는 방법이 기계적 처리 단계들로 이루어진 그룹 중 특히 유익한 것으로 알려져 있다. 상기 방법은 예컨대 DE102007013058A1에 설명되어 있으며, 이 방법에 적합한 장치는 예컨대 DE19937784A1에 설명되어 있다. PPG는, 각각의 반도체 웨이퍼가 롤링 장치에 의해 회전하게 되는 복수 개의 캐리어 중 하나에 있는 절결부에 자유롭게 이동 가능하도록 놓이고, 이에 의해 사이클로이드 궤적으로 이동되는 것인, 복수 개의 반도체 웨이퍼의 양면 동시 그라인딩을 위한 방법이다. 반도체 웨이퍼는 2개의 회전하는 가공 디스크 사이에서 재료 제거 방식으로 처리된다. 각각의 가공 디스크는 연마재가 결합되어 있는 가공층을 포함한다.
가공층은 구조화된 연마재 패드 형태로 제공되는데, 이러한 구조화된 연마재 패드는 접착제에 의해, 자석에 의해, 포지티브 로킹(positive locking) 방식(예컨대, 후크 및 루프 파스너)으로, 또는 진공에 의해 가공층 상에 고정된다. 후면 상에서 자기 접착되도록 구성되는 용이하게 교환 가능한 연마재 패드 형태의 적절한 가공층이 예컨대 US5958794에 설명되어 있다. 연마재 패드에 사용되는 연마재는 다이아몬드인 것이 바람직하다.
유사한 방법은 소위 "플랫 호닝(flat honing)" 또는 "정밀 그라인딩"이다. 이 경우에, PPG에 관하여 전술한 구성의 복수 개의 반도체 웨이퍼가 2개의 대형 회전 가공 디스크 사이에서 고유한 사이클로이드 경로로 안내된다. 연마재 입자는 가공 디스크에 결합되어 고정되며, 이에 따라 재료 제거는 그라인딩에 의해 실시된다. 플랫 호닝의 경우에, 연마재 입자는 가공 디스크의 표면 상에 직접 결합될 수도 있고, 또는 가공 디스크에 장착되는 소위 "펠릿(pellet)"이라고 하는 다수의 개별 연마재 보디에 의해 가공 디스크의 영역을 커버하는 형태로 마련될 수도 있다(P. Beyer 등 저, Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005년) III, 제202면).
설명된 그라인딩 방법의 경우에 시간이 경과함에 따라, 가공층의 형상은 일정한 마모, 결합 기재로부터 잔여 입자가 떨어져나오는 것 및 새로운 입자가 노출되는 것으로 인해 변한다. 마모는 가공 디스크 전반에 걸쳐 반경 방향으로 불균일하게 진행되는 것으로 알려져 있다. 시간이 지날수록, 가공층은 이러한 방식으로 트로프(trough) 형상의 반경 방향 프로파일을 형성하고, 이에 따라 처리된 반도체 웨이퍼의 결과적인 형상은 마모가 진행될수록 그 악화되는 정도가 증가한다.
또한, 그라인딩 툴의 재료와 처리할 공작물의 재료에 따라, 그라인딩 툴의 절삭 능력은 시간이 지날수록 감소될 수 있다. 추가로, 일반적으로 새로운 그라인딩 툴을 처음으로 사용하기 전에, 결합 기재의 표면을 제거하고, 이 결합 기재에 매립된 연마재 입자가 드러나게 하는 것에 의해 드레싱(dressing)하는 것이 필수적이다.
이에 따라, 종래 기술은 새로운 그라인딩 툴 또는 사용된 그라인딩 툴을 트리밍하는 것을 포함한다. 트리밍 동안에, 적절한 트리밍 툴은 압력을 받는 상태로 트리밍 대상 툴에 대해 이동되고, 이에 따라 가공 디스크 또는 가공층으로부터의 재료 제거가 일어난다. "트리밍"이라는 용어는 그라인딩 툴의 타겟 형상의 재확립["트루잉(truing)"] 및 그라인딩 툴의 드레싱, 즉 그라인딩 툴의 절삭 능력의 재확립 모두를 의미하는 것으로 이해된다.
P. Beyer 등이 저술한 Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005년) III, 제202면과 DE102006032455A1에는, 트리밍 링과, 캐리어와 같은 그라인딩 장치에 삽입 가능하고 상기 그라인딩 장치의 구동부에 의해 가공 디스크에 대해 이동 가능한 외측 치형부를 포함하는 트리밍 장치가 개시되어 있다.
P. Beyer 등이 저술한 Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005년) III, 제202면에 설명되어 있는 트리밍 링은, 재료 제거 작용을 갖고 세라믹 결합되는 연마재인 다이아몬드를 포함하는 가공층을 지지한다. 상기 트리밍 링은 단지 P. Beyer 등의 저서에 의해 설명된, 소위 펠릿이라고 하는 다수의 소결(유리형) 금속 결합 또는 합성 수지 결합 연마재 보디로 이루어진 가공층을 드레싱하는 데에만 적절하다. 그러나, P. Beyer 등의 저서에 개시되어 있는 트리밍 장치 및 연마재 패드를 트리밍하기 위해 상기 저서에 명시된 방법의 사용시에, 명시된 트리밍 링은 연마재 패드가 마모되도록 하고, 주목할만한 드레싱 효과를 달성하지 않는다. 게다가, 상기 저서에 명시된 드레싱 장치는 정해진 타겟 형상의 가공층을 형성하는 데에는 부적절한 것으로 입증되었다.
2003년 9월 3M Technical Application Bulletin에 의한 "3MTM TrizactTM Diamond Tile 677XA Pad Conditioning Procedure Rev. A"에는, 원형 연마재 박막이 강제 디스크에 점착되어 있는 결합 연마재 함유 가공층의 초기 드레싱(브레이크인)을 위한 방법이 명시되어 있다. 강제 디스크는 치형 형상이며, 그라인딩 장치의 내측 핀 휠 및 외측 핀 휠 상에서 롤링한다. 가공층으로부터의 재료 제거는 소정 압력 하에서 물을 첨가하는 상태에서의 강제 디스크와 가공층 간의 상대 이동에 의해 달성된다. 이 방법은 실제적으로, 후속하여 무뎌진 가공층을 드레싱하는 데, 또는 그 표면 상에 연마재가 아직 노출되지 않았고, 이에 따라 아직 절삭 효과를 나타내지 않는 새롭게 적용되는 가공층에 제1 절삭 효과를 제공하기 위해 초기 드레싱을 제공하는 데 적절하다. 접착제 결합에 의해 도포되는 연마재 박막이 통상적으로 단일 사용 이내에 마모되고, 이것은 드레싱 결과가 변하는 매우 불안정한 드레싱 처리를 초래하기 때문에, 상기 방법은 매우 비실용적이다. 명시된 연마재 필름은 정해진 타켓 형상, 바람직하게는 2개의 가공층의 면 평행 표면을 형성하는 가공층의 트리밍을 달성하는 데 있어서 부적절한 것으로 입증되었다.
DE102006032455A1는 트리밍이 주로 자유 입자를 사용하여 실시되는 것이 유익하다는 것을 교시한다. 상기 독일 특허에 개시되어 있는 트리밍 링은 일정한 마모의 결과로서 연마재를 계속해서 방출하며, 상기 연마재는 궁극적으로 마모층으로부터의 필수적인 재료 제거를 제공한다. 그러나, 목표로 하는 드레싱과, 특히 목표로 하는, 정해진 타켓 형상의 가공층의 제작은 이러한 타입의 트리밍 링을 사용하여서는 불가능하다.
인용된 종래 기술의 전술한 특별한 단점뿐만 아니라, 아래의 문제들도 일반적으로 종래 기술에 따른 트리밍 동안에 발생한다.
트리밍은 드레싱된 가공층의 그라인딩 거동에 관한 방향 의존성을 초래한다. 예컨대, 가공층으로서 사용되는 일부 연마재 패드는 이미 제작에 종속되는 방식으로 바람직한 방향성을 갖는다는 것이 관찰되었다. 바람직한 방향성의 형성은 또한 트리밍의 사용의 결과로서, 그리고 트리밍 자체의 결과로서 일어난다. 본 명세서에서, 바람직한 방향성은, 동일한 압력과, 구동부의 동일한 회전 속도 및 회전 속도비["운동학(kinematics)"]와, 가공 디스크들 사이의 가공 갭의 동일한 형상, 그리고 동일한 냉각 윤활을 갖는 연마재 패드가, 각 경우에 부호가 정확히 반대이지만, 동일한 회전 속도비와 동일한 압력의 회전 속도들과, 동일한 갭 형상 및 냉각 윤활에 의한 작동의 경우보다 일방향에서의 보다 높은 재료 제거율을 달성한다는 것을 의미하는 것으로 이해해야만 한다. 그라인딩 거동의 방향 의존성은, 단지 매우 제한된 회전 속도 조합만이 그라인딩 장치의 구동부를 위해 사용될 수 있다는 효과를 갖는다.
추가로, 단지 일방향으로의 작동 중에, 반도체 웨이퍼를 위한 얇은 캐리어는 단지 일방향으로 롤링하여, 방향 전환되어 작동하는 동안의 보다 균일한 하중에 비해 마모가 불균일하고, 이에 따라 마모가 보다 급속하다. 이것은 고가의 캐리어의 유효 수명을 줄이고, 상기 방법을 비경제적으로 되도록 한다.
가공층도 역시 단지 일방향으로의 그라인딩 작업 동안에 그 특성이 계속해서 변한다. 그라인딩 장치의 구동부의 회전 방향을 패스(pass)마다 또는 적어도 패스 블럭(pass block)마다 교대로 전환하는 작업은 이것을 상쇄하고, 이에 따라 보다 균일한 공정 조건을 허용한다.
그러나, 가공층이 바람직한 방향성을 가지면, 공작물의 두께, 형상, 제거율 및 표면 조도가 계속해서 변하고, 열입력이 계속해서 변함으로써, 바람직하게는 균일한 처리 과정에 관한 규정에 관한 매우 엄격한 요건이 형성되며, 더욱이 가공층이 상이하게 마모되고, 종종 트리밍 또는 드레싱되어야만 하며, 이것은 상기 방법의 경제적 실행 가능성에 악영향을 미치는 추가의 공정 중단을 필요로 하기 때문에, 구동 방향이 교호하는 작업은 불가능하다.
이러한 제한은, 특별히 요구가 많은 어플리케이션을 위한 높은 평탄도의 반도체 웨이퍼를 제작하는 데 부적절한 가공층의 형상 및 절삭 거동을 일정하게 유지하는, 이와 다른 유익한 PPG 방법과 종래 기술에 공지되어 있는 조치를 형성한다.
가공층이, 예컨대 반도체 웨이퍼와 같은 공작물을 그라인딩하는 데 사용될 때, 상부 가공층과 하부 가공층은 상이한 양의 마모를 겪을 수 있다. 기지의 트리밍 방법에서는 이러한 상이한 마모를 고려하는 것이 불가능하며, 이러한 이유로 트리밍 동안에 가공층들 중 하나로부터 일반적으로 필요 이상의 재료가 제거된다. 이러한 불필요한 재료 제거는, 가공층을 필요 이상으로 빈번하게 교환해야만 하는 효과를 갖는다.
그라인딩 장비에 있는 롤링 장치의 치형 링 또는 핀 휠은, 통상적으로 처리되는 공작물의 두께와 동등한 낮은 높이를 갖고, 또한 단지 작은 범위로 높이 조정 가능하다. 그 결과, 트리밍 장치가 대응하는 크기의 높이를 갖도록 하는 소망하는 두께의 트리밍 본체를 사용하는 것이 불가능하다. 이것은, 트리밍 장치 또는 적어도 트리밍 본체를 빈번히 교환해야만 하는 효과를 갖는다.
결과적으로, 본 발명은 아래의 목적에 주안점을 두었다.
제1 목적은 트리밍 동안에 가공층의 바람직한 방향성의 형성을 회피하고, 이미 존재하는 임의의 바람직한 방향성을 신뢰성 있게 제거하는 것이었다.
제2 목적은 트리밍, 가공층, 이에 따라 가공 갭에 의해 달성 가능한 평탄도를 향상시키는 것이었다.
제3 목적은, 트리밍 동안에 2개의 가공층으로부터 단지 필요한 만큼의 재료만을 제거하도록, 트리밍 동안에 상부 가공층과 하부 가공층의 불균일한 마모를 고려하는 것이었다.
제4 목적은 트리밍 툴을 보다 오래 사용하는 것을 가능하게 하는 것이었다.
상기 제1 목적은, 연마재가 결합되어 있고, 외측 치형부를 갖는 하나 이상의 캐리어에 의한 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 캐리어는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받는 상태로 가공층에 대하여 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 가공층들 사이에 형성되는 가공 갭 사이에 비결합 연마재가 추가되며, 가공 갭 내에서 공작물이 내부에 삽입되지 않은 캐리어가 이동되고, 이에 의해 가공층으로부터의 재료 제거가 실시되는 것인 가공층 트리밍 방법에 의해 달성된다.
이와 유사하게, 상기 제1 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 제2 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 그라인딩 장치에 있는 모든 구동부의 회전 방향은 트리밍 동안에 2회 이상 변하는 것인 제2 가공층 트리밍 방법에 의해 달성된다.
제2 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 제3 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적의 80 % 이상은 트리밍 디스크 상의 링 형상 영역 내에 배치되고, 상기 링 형상 영역의 폭은 트리밍 디스크의 직경의 1 % 내지 25 %이며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적은 링 형상 영역의 총 면적의 20 % 내지 90 %를 차지하는 것인 제3 가공층 트리밍 방법에 의해 달성된다.
이와 유사하게, 상기 제2 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하며, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 트리밍 장치로서, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적의 80 % 이상은 트리밍 디스크 상의 링 형상 영역 내에 배치되고, 상기 링 형상 영역의 폭은 트리밍 디스크의 직경의 1 % 내지 25 %이며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적은 링 형상의 영역의 총 면적의 20 % 내지 90 %를 차지하는 것인 트리밍 장치에 의해 달성된다.
상기 제3 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 제4 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 우선 2개의 가공층의 반경 방향 형상 프로파일을 측정하고, 이로부터 평탄면을 재확립하기 위해 2개의 가공층 각각에 대해 요구되는 최소 재료 제거량을 결정하며, 그 후 트리밍 처리를 실시하고, 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 제거율의 비가 최소 재료 제거량의 비에 상응하도록 트리밍 동안의 냉각 윤활제의 유량과, 또한 하부 가공 디스크에 대해 상부 가공 디스크를 가압하는 압력을 적절히 선택함으로써 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 제거율을 설정하는 것인 제4 가공층 트리밍 방법에 의해 달성된다.
상기 제4 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 제5 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 외측 치형부는 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능한 것인 제5 가공층 트리밍 방법에 의해 달성된다.
이와 마찬가지로, 상기 제4 목적은, 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하고, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물이 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 트리밍 장치로서, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층의 재료 제거를 실시할 수 있으며, 외측 치형부는 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능한 것인 트리밍 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법은, 특히 연마재 패드를 트리밍하는 데 적합하다. "연마재 패드"라는 표현은 장치의 설명에 관하여 아래에서 추가로 정의된다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 트리밍 장치에서는 비교적 두꺼운 트리밍 본체를 사용하는 것과, 이와 동시에 트리밍 본체의 높이 전부를 사용하는 것이 가능해지며, 따라서 본 발명에 따른 트리밍 장치는 종래 기술에 따른 것에 비해, 현저히 적은 회수로 새로운 트리밍 본체로 교환되거나 새로운 트리밍 본체가 장착된다는 개선점을 갖는다.
아래에서는, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1a는 비교예로서, 모든 구동부의 회전 방향이 패스마다 교호하는 그라인딩 처리 패스로 본 발명에 따르지 않은 트리밍 이후에 얻은 반도체 웨이퍼로부터의 재료 제거율을 보여주는 도면.
도 1b는, 모든 구동부의 회전 방향이 패스마다 교호하는 그라인딩 처리 패스로 본 발명에 따른 제2 방법에 따른 트리밍 이후에 얻은 반도체 웨이퍼로부터의 재료 제거율을 보여주는 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 제3 방법에 의한 가공층의 트리밍 이후의 가공 갭의 폭의 반경 방향 프로파일을 보여주는 도면.
도 2b는 비교예로서, 본 발명을 따르지 않은 방법에 의한 가공층의 트리밍 이후의 가공 갭의 폭의 반경 방향 프로파일을 보여주는 도면.
도 3a는 본 발명에 따른 제5 방법을 실시하는 데 적합한 트리밍 장치의 요소를 보여주는 도면.
도 3b는 본 발명에 따른 제5 방법을 실시하는 데 적합한 완전한 트리밍 장치를 보여주는 도면.
도 3c는 본 발명에 따른 제5 방법을 실시하는 데 적합하고, 두꺼운 트리밍 본체를 포함하는 다른 트리밍 장치를 보여주는 도면.
도 3d는 마모된 얇은 트리밍 본체를 구비하는, 도 3c에 예시된 트리밍 장치를 보여주는 도면.
도 4a는 본 발명에 따른 제3 방법을 실시하는 데 적합하고, 트리밍 본체가 하나의 피치원 상에 배치되는 트리밍 장치의 실시예를 보여주는 도면.
도 4b는 본 발명에 따른 제3 방법을 실시하는 데 적합하고, 트리밍 본체가 복수 개의 피치원 상에 배치되는 트리밍 장치의 실시예를 보여주는 도면.
도 4c는 본 발명에 따른 제3 방법을 실시하는 데 적합하고, 트리밍 본체가 긴 구조로 성형된 트리밍 장치의 실시예를 보여주는 도면.
도 4d는 본 발명에 따른 제3 방법을 실시하는 데 적합하고, 상이한 형상을 갖는 트리밍 본체가 복수 개의 피치원 상에 배치되는 트리밍 장치의 실시예를 보여주는 도면.
도 5는, 가공층이 본 발명에 따른 방법에 의해 트리밍될 수 있는 그라인딩 장치를 보여주는 도면.
사용되는 장치에 관한 설명
도 5에는, 그 가공층이 본 발명에 따른 방법에 의해 트리밍될 수 있는, 종래 기술에 따른 그라인딩 장치의 필수 요소가 도시되어 있다. 상기 도면에는, 예컨대 DE19937784A1에 개시된 것과 같은, 반도체 웨이퍼와 같은 디스크 형상 공작물을 처리하는 2개 디스크를 포함하는 장비의 간단한 개략도가 사시도로 도시되어 있다. 이러한 타입의 장치는 상부 가공 디스크(51)와 하부 가공 디스크(52)를 구비하며, 이들 가공 디스크는 공선(共線) 회전축(53)을 갖고, 가공 디스크들의 가공면들이 서로에 대해 실질적으로 면 평행하게 배치된다. 종래 기술에 따르면, 가공 디스크(51, 52)들은 회주철, 주조 스테인리스강, 세라믹, 복합재 등으로 형성된다. 가공면은 코팅되지 않거나, 예컨대 스테인리스강 또는 세라믹 등으로 형성된 코팅이 마련된다. 상부 가공 디스크는, 냉각 윤활제(예컨대, 물)를 가공 갭(55)에 공급할 수 있는 다수의 구멍(54)을 포함한다. 상기 장치에는 캐리어(56)용의 롤링 장치가 마련된다. 롤링 장치는 내측 구동 링(57)과 외측 구동 링(58)으로 이루어진다. 캐리어(56) 각각은, 처리 대상 공작물(59), 예컨대 반도체 웨이퍼를 수용할 수 있는 하나 이상의 절결부를 구비한다. 롤링 장치는 예컨대, 인볼류트 기어 장치 또는 다른 통상의 타입의 기어 장치와 같은 핀 기어 장치로서 구현될 수 있다. 상부 가공 디스크(51) 및 하부 가공 디스크(52)와, 내측 구동 링(57) 및 외측 구동 링(58)은 실질적으로 동일한 축(53)을 중심으로 소정 회전 속도(no, nu, ni 및 na)로 구동된다. 이 경우에, "실질적으로"라는 용어는 모든 구동부의 중심축에 대한 각각의 구동부의 회전축의 오프셋이 가공 디스크의 직경의 천분의 1 미만에 달하고, 회전축들의 서로에 대한 틸팅이 2° 미만에 달한다는 것을 의미한다. 상부 가공 디스크(51)의 카르단 서스펜션(cardanic suspension)은 회전축의 임의의 잔여 틸팅을 보상하고, 이에 따라 서로 대향하는 가공 디스크의 가공면들이 방위각으로 동일하게 분포된 힘에 의해, 서로에 대해 비틀리게 이동하는 일 없이 이동될 수 있다.
각각의 가공 디스크(51, 52)는 그 가공면 상에 가공층(60, 61)을 지지한다. 가공층은 바람직하게는 연마재 패드이다.
"연마재 패드"라는 용어는 이하에서는,
- 가공 디스크로부터 멀어지는 방향을 향하고, 매끄럽거나 구조화된 필름, 직물, 펠트, 편물 또는 개별 요소의 형태이며, 연마재가 결합되어 있고, 하나의 연마재 입자층보다 큰 유효 두께를 가지며, 하나 이상의 부분이 처리 대상 공작물과 직접 접촉하고, 이에 의해 재료 제거를 일으키는, 연속적이거나 단속적인 폐쇄형 유효층;
- 매끄럽거나 구조화된 필름, 직물, 편물 또는 펠트 형태이고, 상기 유효층을 지지하며 유효층의 요소 모두를 연결하여 연속적인 유닛을 형성하는 중앙 폐쇄형 또는 적어도 연속적인 지지층; 및
- 가공 디스크를 향하고, 상기 유효층의 유효 수명 기간 또는 사용자에 의해 결정되는 보다 짧은 기간에 걸쳐, 예컨대 진공(시일된 장착층)에 의해, 자기적으로(장착층이 강자성층을 포함함), 후크 앤 루프 파스너(장착층과 가공 디스크가 "후크"와 "루프"를 포함함)에 의해, 접작체 결합(장착층에 자기 접착층 또는 활성화 접착층) 등에 의해 그라인딩 장치의 가공 디스크와의 힘 로킹 또는 포지티브 로킹 복합 조립체를 형성하는 연속적이거나 단속적인 폐쇄형 장착층을 포함하는 3개 이상의 층으로 이루어진 가공층을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 연마재 패드는 탄성이 있고, 박리 이동에 의해 가공 디스크로부터 분리될 수 있다. 연마재 패드는, 특히 매우 큰 가공 디스크를 커버할 때, 커버 대상 가공 디스크 영역의 무간극 쪽매붙임(parquetting)을 형성하도록 개별적으로 제거 또는 장착 가능한 최대 8개의 세그먼트로 세분될 수 있다.
적절한 연마재 패드가, 예컨대 US5958794에 설명되어 있다. 연마재 패드는 바람직하게는 규칙적인 소형 유닛 형태로 구조화된다. 바람직하게는, 이러한 유닛은 규칙적으로 배열된 "아일랜드"(균일하게 융기된 영역) 및 "트렌치"(오목한 영역)으로 이루어진다. 이 경우, 아일랜드는 공작물과 맞물리게 되고, 이에 따라 재료 제거를 초래한다. 트랜치는 냉각 윤활제를 공급하고, 결과적인 그라인딩 슬러리를 빼낸다. 아일랜드와 트렌치의 절대적인 크기와 이들의 면적비(가공층의 지지 영역 비율)는 가공층의 재료 제거 기능에 대한 결정적인 특징을 구성한다. 바람직하게 사용되는 하나의 연마재 패드(3M사로부터의 TrizactTM Diamond Tile 677XA 또는 677XAEL)의 아일랜드들은 에지 길이가 수 밀리미터인, 예컨대 정사각형 형상을 갖고, 폭이 대략 1 밀리미터인 트렌치에 의해 분리되며, 이에 따라 50 % 내지 60 %의 지지 영역 비율을 초래한다.
연마재 패드에 사용되는 연마재는 다이아몬드인 것이 바람직하다. 그러나, 다른 경질 물질, 예컨대 입방정계 질화붕소(Cubic Boron Nitride; CBN), 탄화붕소(B4C), 탄화규소(SiC, "카보런덤"), 산화알루미늄(Al2O3, "코런덤"), 산화지르코늄(ZrO2), 이산화규소(SiO2, "석영"), 산화세륨(CeO2) 및 많은 다른 물질도 마찬가지로 적합하다.
그러나, 연마재 입자는 또한 가공 디스크의 표면 상에 직접 결합될 수도 있고, 또는 가공 디스크에 장착되는 소위 "펠릿"이라고 하는 다수의 개별 그라인딩 보디에 의해 가공 디스크의 영역을 커버하는 형태로 마련될 수도 있다.
상부 가공 디스크(51) 상에 고정된 가공층(60)과 하부 가공 디스크(52) 상에 고정된 가공층(61) 사이에 형성되고, 내부에서 반도체 웨이퍼가 처리되는 가공 갭은 도 1에서 도면 부호 55로 나타낸다.
본 발명에 따른 제1 방법의 설명
본 발명에 따른 제1 방법에서, 비결합 연마재("래핑 입자"라고도 함)가, 가공층들 사이에 형성되고 내부에서 캐리어가 이동하는 가공 갭에 첨가되며, 이에 따라 가공층으로부터의 재료 제거가 실시된다. 바람직하게는, 액체, 예컨대 물이 추가로 첨가된다. 이 경우, 어떠한 공작물도 캐리어에 삽입되지 않는다.
구체적으로, 가공층은 절삭 능력이 손실되었을 시에, 이와 달리 그라인딩 처리 동안에는 반도체 웨이퍼를 지탱하는 캐리어가 그라인딩 장치에 남아 있고, 소정 비결합 래핑 입자와, 적절하다면 소정 액체가 첨가되며, 그 후 캐리어가 롤링 장치에 의해 소정 압력을 받아 가공층에 대해 사이클로이드 경로로 이동되는 절차에 의해 간단한 방식으로 다시 드레싱될 수 있다는 것이 확인되었다. 이것은, 특히 캐리어가 가공층과 접촉하게 하는 표면의 적어도 일부가 탄성재로 이루어졌을 때 매우 잘 기능한다.
PPG법에 바람직하게 사용되는 캐리어가 DE102007013058A1에 설명되어 있다. 캐리어는, 예컨대 소정 하중 하에서의 롤링 이동 동안에 필요한 안정성을 형성하는 강제 코어와, 보다 연성이지만 매우 튼튼한 내마모성 재료, 예컨대 폴리우레탄으로 이루어진 코팅층으로 이루어지며, 상기 코팅층은 처리 중에 작용하는, 연마재 패드에 결합된 연마재 입자의 마찰력, 절삭력, 전단력 및 박리력에 의해 유발되는 마모에 대한 마모 방지부를 형성한다. 이제, 캐리어와 가공층 사이의 갭에 도입되는 비결합 래핑 입자는 부분적으로 그리고 임시로 캐리어의 탄성 코팅에 결합된다는 것이 확인되었다. 그 결과, 캐리어는 가공층 전반에 걸쳐 래핑 입자를 유입시키고, 이 래핑 입자를 다시 균일하게 방출하며, 이에 따라 가공층으로부터의 재료 제거는 이렇게 반고체(semisolid) 형상으로 유입되는 래핑 입자를 포함하는 캐리어와 가공층 사이의 상대 이동에 의해 유발된다.
래핑 또는 양면 연마로부터 알려진 경질의 비탄성면을 구비하는 캐리어에 대한 연구는, 비결합 래핑 입자가 (전술한 바와 같은) 사용되는 연마재 패드의 큰 에지 길이와 소량의 아일랜드로 인해 캐리어의 매끄러운 면에서 즉시 떨어지고, 아무런 영향 없이 트렌치를 통해 빠져나온다는 것을 보여주었다. 연마재 패드와 맞물리게 되는 단지 표면의 적어도 하나의 부분이 연성의 컴플라이언트(compliant) 재료로 이루어지는 캐리어의 사용은, 공작물과 맞물리게 되는 연마재 패드에 있는 아일랜드의 표면 위에서 래핑 입자를 안내하고, 이에 의해 가공층으로부터의 재료 제거를 유발하기 위한 래핑 입자에 대한 충분한 "구동 효과"를 갖는다.
이러한 드레싱을 개시하기 직전에만 래핑 입자를 첨가하는 것으로도 충분하다는 것이 관찰되었다. 래핑 입자는 캐리어의 연성 내마모성 층으로 인해, 가공층의 드레싱을 위해, 가공층들 사이에 형성되는 가공 갭에 충분히 오래 동안 남아 있는다는 것이 확인되었다. 그 결과, 그라인딩 장치의 상부 가공 디스크에 있는 냉각 윤활제 공급물은 래핑 입자를 포함하지 않는 상태로 유지되고, 이러한 방식으로 가공층이 드레싱된 후에 그라인딩 장치는 용이하게 퍼지될 수 있고, 그라인딩 장치에 남아 있는 래핑 입자 또는 냉각 윤활제 공급물로부터 비제어 방식으로 퍼지됨으로서 방출되는 래핑 입자 잔여물로 인해 반도체 웨이퍼에 원치 않는 스크래치를 형성하는 일 없이 다음 패스에서 반도체 웨이퍼를 처리하기 위해 즉시 재사용될 수 있다.
캐리어 표면의 설명된 부분의 경도는 바람직하게는 50 쇼어 A 내지 90 쇼어 D이다. 매우 바람직하게는, 상기 경도는 60 쇼어 A 내지 95 쇼어 A이다. 사용되는 래핑 입자는 바람직하게는, 반도체 웨이퍼로부터의 재료 제거를 일으키는 가공층의 연마재 입자의 크기 정도의 평균 입자 크기를 갖는다. 3M사로부터의 연마재 패드 TrizactTM Diamond Tile 677XA 또는 677XAEL는 사양에 따라 1 내지 12 ㎛의 입자 크기를 갖는다. 본 발명에 따른 제1 방법을 실시하기 위해 사용되는 것이 바람직한 래핑 입자는 2 내지 15 ㎛의 입자 크기를 갖는다. 적절한 래핑 입자는, 산화알루미늄(코런덤), 탄화규소, 질화붕소, 입방정계 질화붕소, 탄화붕소, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어진다.
이러한 드레싱은 가공층으로부터 매우 적은 양의 재료 제거를 일으키는 것으로 확인되었다. 이것은 가공층을 순수하게 드레싱하는 데 있어서 유익한데, 그 이유는 우선 가공층의 형상이 결과적으로 변하지 않고, 다음으로 또한 바람직하게는 다이아몬드를 포함하는 고가의 가공층으로부터 불필요하게 많은 양의 재료가 제거되지 않기 때문이다. 소량의 재료 제거에도 불구하고, 드레싱 효과는 양호한 것으로 입증되었다. 구체적으로는, 이러한 방식으로 드레싱된 연마재 패드는 바람직한 방향성이 전혀 남아 있지 않거나, 바람직한 방향성이 매우 적게만 남아 있으며, 즉 2개의 회전 방향으로의 반도체 웨이퍼의 후속하는 그라인딩 처리에서 동일하거나 실질적으로 동일한 반도체 재료의 제거율을 달성하였다. 이 방법은 드레싱에 매우 적합한 것으로 입증되었다. 형상에 있어서의 변경("트루잉(truing)")은 이 수단에 의해서는 실시될 수 없다. 이것에 대해, 가공층은 너무 강성이다.
마지막으로, 캐리어와 비결합 래핑 입자를 이용한 드레싱 동안에, 캐리어의 코팅은, 캐리어를 반도체 웨이퍼의 그라인딩 처리 중에 안내 케이지로서 사용하는 경우보다 많이 마모되었다. 그 결과, 초기에 너무 두껍거나 불균일한 캐리어의 코팅은, 예컨대 이러한 이유로 치수면에서 정확하지 않은 불량품으로서 폐기되었을 반도체 웨이퍼에 대한 다수의 패스를 실시할 필요 없이 박육화되거나 레벨링(leveling)될 수 있었다. (래핑 입자를 첨가하지 않고 소정 압력을 받는 상태로 가공층들 사이에서의 이동에 의한 불균일하게 코팅된 캐리어의 그라인딩 또는 레벨링에 의한 직접 박육화는 일어나지 않으며, 이에 의해 가공층은 매우 급속하게 무뎌지고, 재료 제거가 더 이상 일어나지 않음)
본 발명에 따른 제2 방법의 설명
본 발명에 따른 제2 방법에서, 가공층은, 연마재가 결합된 트리밍 본체를 구비하고 트리밍 동안에 연마재를 방출하는 트리밍 장치를 사용하여 트리밍된다. 트리밍은 그라인딩 장치에 있는 구동부 모두(상부 가공 디스크 및 하부 가공 디스크와 외측 구동 링 및 내측 구동 링)의 방향의 반복 전환, 즉 2회 이상의 전환에 의해 일어난다.
본 발명은, 많은 가공층의 제거 거동이 이들 가공층의 이전 사용에 의해 영향을 받는다는 관찰을 기초로 한다. 가공층은 그 그라인딩 거동에 관하여, 정확히 말하자면 선행하는 트리밍의 방향에 관하여, 그리고 선행하는 그라인딩 작업 방향에 관하여, 예처리에 관한 다소 매우 확연한 "메모리"를 갖는 것으로 관찰되었다. 더 정확히 말하자면, 일부 가공층은 제작에 좌우되는 방식으로 바람직한 방향성을 갖는다.
본 발명에 이르는 조사와 관련하여, 특히 최종 트리밍 처리의 방향이 가공층의 그라인딩 거동의 바람직한 방향성에 중대한 영향을 미치는 것으로 드러났다. 또한, 바람직한 방향으로의 작업 동안의 재료 제거율과 바람직한 방향과 정반대되는 방향으로의 작업 동안의 재료 제거율의 차이가 더욱더 커질수록, 트리밍을 일으키는 재료 제거는 보다 오래 동안 일어나고, 보다 많은 양이라는 것이 확인되었다. 이와 마찬가지로, 이러한 방식으로 정량화된 바람직한 방향성의 징후가 보다 클수록, 가공층은 보다 오래 동안 일방향으로 이전에 사용되었고, 이러한 사용에 수반되는 관련 패드의 마모량은 보다 많다는 것이 확인되었다.
모든 구동부의 2회 이상의 방향 전환으로 인해, 일방향으로 실시되는 부분적인 단계마다의 제료 제거와, 이에 따른 바람직한 방향성의 징후는 감소된다.
바람직하게는, 트리밍 처리, 즉 방향 전환시마다의 각각의 후속하는 부분적인 단계 동안에, 항상 선행하는 부분적인 단계에서보다 적은 양의 재료가 가공층으로부터 제거된다. 이것은, 상기 부분적인 단계의 지속 시간을 줄이는 것에 의해, 크리밍 동안의 압력을 줄이는 것에 의해, 또는 통과 속도를 줄이는 것(부분적인 트리밍 처리 동안의 단축된 궤적의 길이)에 의해 달성될 수 있다.
매우 바람직하게는, 최종 부분적인 단계 동안에, 가공층의 두께가 가공층에 결합된 연마재 입자의 평균 직경 미만으로 줄어들도록, 부분적인 단계는 점진적으로 단축된다.
매우 바람직하게는, 최종 부분적인 단계 동안의 가공층 각각으로부터의 재료 제거는 가공층에 결합된 연마재 입자의 평균 입자 크기의 10 % 내지 100 %이다. 이에 따라, 100 %는 대체로 가공층에 있는 정확히 하나의 "입자층"에 해당한다. 평균 입자 크기의 10 % 미만으로의 마지막 제거의 추가의 감소는, 추가의 장점을 제공하지 않거나 또는 임의의 가능한 장점이 시간 소비가 증가된다는 단점을 더 이상 정당화하지 않는다는 것이 확인되었다. 이와 마찬가지로, 하나보다 많은 입자층의 재료 제거는 종종 바람직한 방향성을 여전히 남긴다는 것이 확인되었다.
가공층의 입자 분포와 입자 혼합물이 정확히 알려져 있지 않으면, 평균 입자 크기는 간단한 방식으로 결정될 수 있다. 이를 위해, 기계적으로(분쇄에 의해), 화학적으로(결합 기재와 필러의 용해 또는 분리) 혹은 열적으로(용융에 의한 분리), 또는 이들 방법의 조합에 의해 결합 기재로부터 입자를 추출하고, 이 입자를 견본 슬라이드에 박층으로 도포하여, 현미경 사진을 찍는다. 그 후, 형상 스텐실 세트를 이용하여 현미경 사진에서 파악할 수 있는 입자 크기를 계산한다. 입자 크기 분포에 관한 결과적인 히스토그램으로부터 평균 입자 크기와 정규화된 표준 입자 크기 분포로부터의 임의의 편차를 즉각 판독할 수 있다. 본 발명에 따른 트리밍 방법을 실시하기 위한 임의의 이벤트에 있어서, 상술한 간단한 방식으로 간단한 실험 수단을 이용하여 입자 크기가 결정될 수 있는 정확도라면 충분하다.
본 발명에 따른 제2 발명의 효과는 예와 비교예(도 1)에 기초하여 아래에서 설명된다. 이 경우, 동일한 연마재 패드를 한번은 본 발명에 따라, 그리고 한번은 본 발명을 따르지 않은 방식(비교예)으로 트리밍하였다.
예에서, 트리밍 동안에 모든 구동부의 방향은 수차례 전환되었으며, 즉 총 8회의 트리밍 패스가 실시되었다. 이 경우에, 1회 걸러의 트리밍 패스마다 재료 제거가 추가로 감소되었다. 예에서, 이러한 점진적인 제거 감소는 개별 트리밍 패스의 기간을 최초 1분에서 마지막 5초까지 반복적으로 단축함으로써 실시되었다. 압력과 회전 속도는 모든 개별 트리밍 패스 동안에 동일하게 유지되었다. 초기에, 이 경우에 패드 두께 측정에 의해 결정된 가공층은 10 ㎛까지 제거되며, 마지막 패스에서 제거는 측정 한계(1 ㎛) 미만이었다.
비교예에서, 연마재 패드는 예에 대해 설명한 것과 동일한 방식으로 트리밍 되었지만 구동부의 방향 전환은 없었다.
이어서, 본 발명에 따라 트리밍된 연마재 패드와 본 발명에 따르지 않은 방식으로 트리밍된 연마재 패드 각각을 15회의 연속적인 그라인딩 패스를 위해 사용하였다. 방위(100)를 갖고 직경이 300 mm인 15개의 와이어 쏘잉된(wire-sawn) 단결정 실리콘 웨이퍼를 각각의 그라인딩 패스 동안에 처리하였다. 5개의 캐리어 각각에 3개의 실리콘 웨이퍼가 마련된다. 도 1에서, y축 상에는 이 경우에 얻은 재료 제거율(MRP)(단위; ㎛/min)이 도시되어 있다. x축 상에는 연속적으로 실시되는 PPG 그라인딩 패스가 시간(T) 단위로 표시되어 있다. 이에 따라, 각각의 데이터 포인트는 PPG 패스에 해당한다. 하나의 그라인딩 패스에서 다음 패스까지, 그라인딩 장치의 모든 구동부(상부 가공 디스크 및 하부 가공 디스크와, 캐리어를 위한 롤링 장치의 내측 구동 링 및 외측 구동 링)의 회전 방향은 각 경우에 정확하게 역전되었다(모든 회전 속도에 대한 부호 변경). 이에 따라, 색칠되지 않은 심볼(1, 3a) 모두는 구동부의 동일한 회전 속도 구성에 해당하고, 색칠한 심볼(2, 3b)은 각 경우에 정확히 회전 방향이 역전된 구성에 해당한다. 회전 방향의 전환을 제외하고, 예와 비교예의 그라인딩 패스 모두를 동일한 방식으로 실시하였다. 예와 비교예는 연마재 패드를 사용하기 전에 연마재 패드를 트리밍하는 전술한 방식에 있어서만 다르다.
도 1b는 연마재 패드가 본 발명에 따라 트리밍된 예의 결과를 보여준다. 얻어진 제거율을 실제적으로 2개의 회전 방향에 대해서 동일한 것이 자명하다. 양자 모두 트리밍에 좌우되거나 연마재 패드 제작에 좌우되는 하나의 회전 방향 또는 다른 회전 방향의 임의의 "바람직한 방향성"을 파악하는 것은 불가능하다.
도 1a는 연마재 패드가 본 발명에 따르지 않은 방식으로 트리밍된 비교예의 결과를 보여준다. 연마재 패드의 현저한 바람직한 방향성을 명확하게 확인할 수 있다. 모든 구동부의 일방향에서의 제거율(2) 모두는 대응하는 모든 구동부의 반대 방향으로의 제거율(1)보다 훨씬 높다. 일방향에서의 제거율과 반대 방향에서의 제거율의 차는 [낮은 제거율(1)에 대해] 최대 대략 100 %이다.
이러한 타입의 PPG 과정은 매우 불안정하다. PPG 장치는 일반적으로 처리 동안에 반도체 웨이퍼의 순간 두께를 측정하는 장치를 구비하며, 이 장치는 타겟 두께에 도달했을 시에 처리를 종료한다(종료점 스위치오프). 종료점 스위치오프는, 예컨대 가공 디스크들 중 하나의 표면에 포함되는 와전류 센서에 의해 실현되며, 와전류 센서는 상기 표면과 다른 가공 디스크의 표면 사이의 거리를 측정한다. 적절한 센서의 예로서, 구성 및 측정 방법이 DE3213252A1에 설명되어 있다.
구동부의 필수적인 지속(가공 디스크의 제동)으로 인해, 타겟 두께를 달성한 후에도, 급속히 줄어든 가공 압력으로, 회피할 수 없는 반도체 웨이퍼의 "후속 그라인딩"이 불가피하게 일어난다. 이에 따라, 처리가 실제적으로 종결된 후에 반도체 웨이퍼의 두께는 측정 장치에 의해 측정된 최종 두께보다 다소 얇다. 다른 방향으로의 작동과 비교하여 그라인딩 장치의 작동 중의 상이한 제거율(도 1a에서의 심볼 2 및 1 각각)로 인해, 상기 후속 그라인딩은 본 발명에 따르지 않은 이 비교예에서의 2개의 방향에 대해서 매우 상이하다. 상이한 처리 패스로부터의 반도체 웨이퍼는 이에 따라 상이한 실제 최종 두께를 갖는다. 반도체 웨이퍼의 형상(면 평행성)은 하나의 패스에서 다음 패스까지 현저히 변하는데, 그 이유는 열입력(그라인딩 작업, 기계 가공 작업)이 상이한 제거율로 인해 변하기 때문이다. 이로 인해, 결과적인 반도체 웨이퍼가, 요구가 많은 어플리케이션에 부적절해지는 불안정한 과정이 초래된다.
모든 구동부의 방향이 반복해서 전환되는 본 발명에 따라 트리밍 처리가 실시될 때, 도 1b로부터 명백히 자명한 바와 같이, 이때 상기 문제는 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 제3 방법과, 이 제3 방법을 위해 사용되는 장치에 관한 설명
트리밍 본체를 포함하는 트리밍 장치가 본 발명에 따른 제3 방법에서 사용된다. 트리밍 본체는 트리밍 디스크 상에서 링 형상 영역에 적어도 주로 배치되며, 상기 링 형상 영역의 폭은 트리밍 디스크의 피치원 직경의 1 % 내지 25 %, 바람직하게는 3.5 % 내지 14 %이다. 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적의 80 % 이상, 바람직하게는 90 % 이상은 상기 링 형상 영역 내에 배치된다. 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적은 링 형상 영역의 총 면적 중 20 % 내지 90%, 바람직하게는 40 % 내지 80 %에 상응한다.
명시된 치수 수치의 선택은, 본 발명에 적합한 트리밍 장치의 치수 결정에 관한 실험 과정에 있어서의 아래의 고려 사항 및 관찰에 기인한다.
우선, 트리밍 디스크 상에 함께 설치되는 하나 또는 복수 개의 트리밍 본체는, 그라인딩 장치의 핀 휠들 사이에서의 트리밍 장치의 롤링 이동 과정에서, 재료 제거와, 이에 따라 가공층의 전체 사용 영역의 트리밍을 실시하기 위해, 그라인딩 중에 공작물과 접촉하게 되는 가공층의 전체 링 형상 영역에 걸쳐 스위핑(sweeping)해야만 한다. 이것은 트리밍 본체에 의해 커버되는 링 형상 영역의 바람직한 외경을 정한다.
두번째로, 정해진 타겟 형상 - 여기에서는 바람직하게는 서로에 대해 공작물이 맞물리게 되는 가공층들의 표면의 가능한 최대 면 평행도 - 으로 가공층을 트리밍하는 것은, 단지 트리밍 본체와 함께 링 형상 영역이 최대로 앞서 명시한 폭을 갖는 경우에만 달성될 수 있는 것으로 조사되었다. 그라인딩 본체가 본 발명에 따라 마련되는 것보다 트리밍 디스크의 중심으로 더 나아가고, 특히 트리밍 디스크의 이용 가능한 면적을, 트리밍 본체가 실질적으로 균일하게 분포되도록 완전히 커버하는 구성의 경우, 가공층의 양호한 면 평행성을 얻는 것은 불가능하였다.
이 경우, 복수 개의 트리밍 본체가 명시된 치수 내에 설치된다고 가정하면, 트리밍 본체는 실질적으로 명시된 링 폭 내에 배치되는 것, 즉 개별 트리밍 본체가 또한 더욱 내부를 향해 설치 가능한 것만으로도 충분하다는 것이 확인되었다. 그러나, 명시된 링 폭 외측에 개별 트리밍 본체를 배치하는 것은 장점을 제공하지 않으며, 오히려 개수가 증가된 트리밍 본체를 더욱 내부를 향해 배치하는 것에 의해 보다 불량한 트리밍 효과가 얻어지는 것으로 확인되었다. 이어서, 상기 방법이 여전히 기능하지만 그 결과는 보다 불량하며, 이러한 이유로 명시된 링 형상 영역에서의 독점적인 배치가 바람직하다.
특히, 하나 또는 복수 개의 트리밍 본체가, 그 면적의 일부에 의해 또는 완전히 가공 디스크와 접촉하게 되는 트리밍 장치의 트리밍 본체의 총 면적의 최대 20 %만큼이 설명된 링 형상 영역 외부에 배치될 수 있고, 이때 정해진 타겟 형상을 형성하도록 가공층을 트리밍하는 데 있어서 어떠한 단점도 관찰되지 않는 것으로 확인되었다. 트리밍 본체 면적의 최대 10 %를 링 형상 영역 외측에 배치하는 구성의 트리밍 결과는, 본 발명에 따라 트리밍 본체가 완전히 링 형상 영역 내에 배치되는 구성의 트리밍 결과와 구분이 안 된다. 트리밍 본체 면적의 10 % 내지 20 %가 링 형상 영역 외측에 놓이면, 트리밍 결과가, 트리밍 본체가 완전히 링 형상 영역 내에 배치되는 경우의 트리밍 결과와 구별되지만, 본 발명에 따라 뚜렷한 가공층의 타겟 형상을 여전히 달성할 수 있으며, 이러한 이유로 이러한 타입의 구성 역시 본 발명에 따른 것이다. 그러나, 20 %가 넘는 트리밍 본체의 면적이 요구되는 링 형상 영역 외측에 놓이면, 본 발명에 따른 뚜렷한 가공층의 타겟 형상을 더 이상 달성할 수 없으며, 이러한 이유로 이러한 타입의 구성은 더 이상 본 발명에 따른 것이 아니다.
"링 형상 영역 내에 놓인다"라는 표현은, 해당 트리밍 본체가 링 형상 영역의 구역 상에 배치된다는 것을 의미한다는 것을 명확히 해야만 한다. 더욱 트리밍 디스크의 중심을 향한 트리밍 본체의 위치는 여기에서는 "링 형상 영역의 외측"으로 일컫는다.
도 4에는 본 발명에 따른 제3 방법을 실시하는 데 사용되는 장치가 예시되어 있다. 도 4a에는, 치형부("외측 치형부")(10)가 트리밍 디스크의 원주에 설치된 트리밍 디스크(9) 상의 트리밍 본체(8)를 포함하고, PPG 그라인딩 장치의 롤링 장치에 대응하는, 본 발명에 따른 트리밍 장치가 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 예에서는, 트리밍 본체(8)가 트리밍 디스크(9) 둘레에서 피치원(17) 상에 동심으로 균일하게 배치된다, 트리밍 본체의 링 형상 배치의 폭은 내측 엔벨로프 곡선(18b)과 외측 엔벨로프 곡선(18a) 사이의 링 폭으로 설명된다. 도시된 예에서, 링의 폭은 트리밍 본체(9)의 직경과 정확히 동일한데, 그 이유는 모든 트리밍 본체가 피치원(17) 상에 배치되기 때문이다. 도 4b에는, 동일한 트리밍 본체(8)가 2개의 피치원(17, 19) 상에 배치된, 본 발명에 따른 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 트리밍 본체(8)의 링 형상 배치의 폭, 즉 내측 엔벨로프 곡선(18b)과 외측 엔벨로프 곡선(18a) 사이의 링 폭은 이 도면에서는 개별 트리밍 본체(8)의 직경보다 크다. 본 발명에 따른 제2 방법을 실시하기 위한 트리밍 본체(8)의 형상은 제한되지 않는다. 도 4c에는, 예컨대 (피치원 상에서의 예시적인 구성에서) 단면이 직사각형인 트리밍 본체(8)가 도시되어 있고, 도 4d에는 (2개의 피치원 상에서의 예시적인 구성에서) 삼각형, 사각형, 육각형 및 팔각형 트리밍 본체(8)가 도시되어 있다.
단면이 원형 또는 링 형상인 트리밍 본체(8), 즉 원통형 또는 중공 실린더 형상의 트리밍 본체가 바람직하다. 이러한 트리밍 본체는 매우 재현 가능하고, 소결 과정 동안의 수축을 용이하게 예측할 수 있도록 제작될 수 있고, 이에 따라 치수면에서 정확한 것으로 확인되었다. 이것은 특히, 트리밍 본체의 마모 후에, 트리밍 본체의 잔여물을 트리밍 디스크로부터 제거하고, 트리밍 툴을 교체한 후에도 전체 트리밍 처리가 변하지 않은 상태로 유지되도록 바람직하게는 동일한 치수 및 특성을 갖는 새로운 트리밍 본체로 교체할 때에 바람직하다. 또한, 트리밍 본체에 결합된 연마재 입자의 효과적인 활용을 위해서, (재료 제거 입자가 방출되는) 면적 컨텐트 대 (입자가 트리밍 본체와 가공층 사이의 접촉 구역을 떠나고, 이에 따라 비효율적으로 되는) 트리밍 본체의 에지 길이의 최대비가 바람직한 것으로 확인되었다. 이것은 바람직하게는 원통형 형상인 트리밍 본체를 초래한다. 중공 원통 형상(동심 구멍을 갖는 원통)도 마찬가지로 여전히 이러한 요건에 대략적으로 부합한다. 중앙의 구멍(20)(도 3)은, 트리밍 본체(8)를 트리밍 디스크(9) 상에 고정 - 이것은 예컨대 접착 결합, 구멍(20)과 대응하는 트리밍 디스크(9)의 구멍을 통과하는 센터링 핀에 의해 이루어짐 - 할 때, 트리밍 본체(8)가 고정 과정 중에 슬립하는 것을 방지하기 위해 사용되는 것이 유익할 수 있다.
추가로, 원통형 또는 중공 원통형 트리밍 본체는 단지 굴곡된 에지를 갖고 예시한 모서리는 갖지 않는다. 구체적으로, 모서리를 갖는 트리밍 본체, 즉 단면이 특히 삼각형을 제외한 다각형인 트리밍 본체는 몇몇 경우에 모서리에서, 비교적 큰 트리밍 본체 재료 피스(piece)의 스포올링이 증가되는 경항을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는, 이에 의해 가공층이 손상되고, 예컨대 US5958794에서 "타일형" 연마재 패드로서 설명되는 것과 같은 구조화된 가공층의 사용의 경우에 전체 "타일"이 인열될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 그러나, 다각형 베이스 면적을 갖는 트리밍 본체, 구체적으로 6개 이상의 모서리를 갖고, 이 모서리가 항상 90°의 큰 각을 갖는, 즉 바람직하게는 정다각형인 트리밍 본체는 이와 마찬가지로 효율적으로 사용될 수 있다.
예컨대, P. Beyer 등이 저술한 Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005년) III, 제20면에 설명되어 있는 것과 같은, 거의 폐쇄형 환형을 형성하는 환형 세그먼트로 트리밍 디스크 상의 링 형상 영역을 커버하는 것은 유익하지 않다. 이때, 트리밍 처리 동안에 트리밍 본체에 인가되는 힘은 과도하게 넓은 면적에 걸쳐 분포되고, 이에 따라 너무 적은 연마재가 방출되며, 낮은 지지력에 의해 소망하는 트리밍 효과가 달성되지 않는 것으로 확인되었다. 지지력은 또한 넓은 면적에 걸친 분포를 보상하도록 임의로 증가될 수 없다. 구체적으로, 일반적으로 (예컨대, 합성 수지 결합으로 인해 또는 연성 필러로 인해) 항시 소정 탄성을 갖는 가공층은 이때 과도한 정도로 탄성 변형되고, 양호한 평탄도를 달성할 수 없는 것으로 확인되었다. 더욱이, 단지 소량의 물을 첨가한 트리밍이 바람직하다. 이것은, 트리밍 본체로부터 입자를 방출하기 위해 바람직한 마찰력을 유발한다. 과도하게 높은 압력으로 인해 상기 마찰력이 과도하게 높아지면, 장치의 구동부는 과부하를 받을 수도 있고, 트리밍 장치 상에서의 가공층의 "점착 및 슬립"에 의해 심각한 래틀링(rattling)이 일어난다. 몇몇 경우에, 마찰력이 너무 크고 불규칙해져서, 이 경우에 트리밍 본체가 트리밍 디스크로부터 떨어져나간다. 이러한 방식으로는 소망하는 평탄도를 생성할 수 없다. 불리하게도 대형인, 연결된 트리밍 본체들의 이러한 작용은 과도한 크기의 접촉 면적으로 인해 건식 작동 중에 증대된다.
이와 마찬가지로, 너무 적은 개수의 매우 작은 트리밍 본체를 선택하는 것도 바람직하지 않은 것으로 확인되었다. 이 경우에, 적어도 카르단식으로 장착된 고상 상부 가공 디스크의 흔들림 없는 이동을 보장하기 위해 필요한 낮은 지지력에서도, 고압이 소수의 트리밍 본체에 분배되어, 너무 많은 입자가 방출된다. 명백한 경제적 단점과 함께, 이것은 트리밍 본체와 가공층 사이에 자유 입자로 이루어진 과도하게 두꺼운 필름이 생성되는 것에 있어서 불리한 것으로 입증되었다. 그 결과, 일정한 마모로 인해 항시 재형성되고, 롤링 시스템(유성 기어 장치)의 운동학 특성으로 인해 자기 레벨링되는, 트리밍 본체의 매우 평평한 면은 더 이상 가공층에 직접 매핑될 수 없다. 과도하게 두꺼운 입자 필름으로 인해, 가공층들은 서로에 대해 소망하는 높은 평행도에 이르지 않는다.
이에 따라, 20 % 내지 90 %의 충전도가 바람직하다. 충전도는, 트리밍 처리 동안에 가공층과 접촉하는 트리밍 디스크에 적용되는 트리밍 본체의 총 면적 대 내부에 트리밍 본체가 배치되는 환형 면적의 비를 의미하는 것으로 이해해야만 한다. 40% 내지 80 %의 충전도가 매우 바람직하다.
바람직하게는, 트리밍 처리 동안에 그 트리밍 본체가 상부 가공층과 맞물리게 되는 트리밍 디스크의 측면의 충전도는 트리밍 처리 동안에 그 트리밍 본체가 하부 가공 디스크와 맞물리게 되는 트리밍 디스크의 측면의 충전도와 정확히 동일하다. 매우 바람직하게는, 이것은 상부 가공층 및 하부 가공층에 대해 형상과 면적 면에서 각기 동일한 트리밍 본체들이 직접 상하로 배치되는 경우이다. 중공 원통형 트리밍 본체를 사용하는 바람직한 경우에, 이때 트리밍 본체들은 장착 동안에 각 경우에 동일한 센터링 핀에 의해 트리밍 디스크에 있는 대응하는 구멍을 통해 동시에 고정된다.
설명된 트리밍 디스크 상의 트리밍 본체의 배치는 것은 또한, 특히 본 발명에 따른 제2 방법, 제4 방법 및 제5 방법에 관련된 어플리케이션에 적합하다.
바람직하게는, 트리밍 본체와 함께 링 형상 영역은 트리밍 디스크 상에 동심으로 배치된다. 특히, 트리밍 본체들 중 하나 이상이 각 경우에, 그 면역의 일부가 일시적으로, 그라인딩 장치에서 처리되는 공작물에 의해 스위핑되는 가공층의 영역의 내측 에지 및 외측 에지를 넘어 연장되는 것을 보장하는 구성이 바람직하다.
공작물의 그라인딩 처리 동안에 가공층의 마모로 인해, 가공층에서 반도체 웨이퍼에 의해 스위핑되는 영역 내에 트로프형 만입부("주행 트랙")가 형성되는 것으로 확인되었다. 이로 인해, 가공층이 더 이상 평평하지 않기 때문에, 가공층의 마모가 증가할수록, 반도체 웨이퍼는 점점 평평하지 않은 볼록한 형상을 취하며, 이는 바람직하지 않고, 가공층의 트리밍을 필요로 한다. 평평한 반도체 웨이퍼를 얻기 위한 전제 조건인 가공층의 충분한 평탄도는, 트리밍 동안에 치형부(10)를 구비하는 트리밍 디스크(9) 상의 트리밍 본체(8)(도 3 및 도 4)가 이전에 반도체 웨이퍼에 의해 스위핑된 영역을 넘어 연장되는 영역 위로 스위핑하는 경우에만 달성될 수 있다. 이것은 단지, 트리밍의 결과로서, 마모로 인한 가공층의 트로프형 만입부가 제거되고, 후속하는 처리 중에 반도체 웨이퍼에 의해 스위핑되는 영역을 넘어 돌출하는 평탄한 영역이 또한 형성되며, 그 결과 반도체 웨이퍼가 다시 매우 평평한 반도체 웨이퍼를 얻기 위한 전제 조건인 평평한 가공층을 "마주하는" 경우이다.
DE102007013058A1에는, 가공층이 유리하게는 이미, 반도체 웨이퍼가 때로 그 영역의 일부가 소정량만큼 가공층의 에지를 넘어 연장되도록 치수가 정해지는 것이 개시되어 있다. 이때, 가공층이 마모된 경우에 트로프형 만입부가 형성될 수 없다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 그러한 "배제부"의 경우에도 역시, 가공층은 반경 방향으로 불균일하게 마모되며(DE102006032455A1), 이에 따라 그 평탄도가, 요구가 많은 어플리케이션에 적합한 반도체 웨이퍼를 얻기 위해서 가공층은 정기적으로 트리밍되어야만 한다. 이 경우에도 역시, 트리밍 장치의 트리밍 본체는 그 면적의 일부가 바람직하게는 처리 동안에 반도체 웨이퍼에 의해 스위핑되는 영역의 에지를 넘고, 이에 따라 가공층의 에지를 넘어 일시적으로 패스해야만 한다.
본 발명의 방법을 실시하는 데 있어서, 가공층들의 서로에 대한 소망하는 평행도를 얻고, 실질적으로 평평한 상기 가공층들의 형상을 얻기 위해서는 2가지 다른 조치가 유익한 것으로 입증되었다.
첫번째로, 상부에 트리밍 본체가 배치되는 트리밍 디스크는 충분한 강성과 치수 안정성을 가져야만 한다. 트리밍 처리 동안에, 특히 초기에 가공층의 형상이 평평하지 않을 때, 하중을 받아 변형되고, 이에 따라 계속해서 임의의 비평탄성에 대해 부분적으로 조정되는 트리밍 디스크는, 가공층을 소망하는 정해진 타겟 형상으로 트리밍하는 데에는 유익하지 않다. 두께가 6 내지 10 mm인 판금으로 이루어진 트리밍 디스크가 충분히 강성이고 치수적으로 안정한 것을 입증되었다. 무게로 인해, 이 경우에는 트리밍 디스크가 링 형상으로 구현되는 것이 바람직하며, 다시 말해서 트리밍 본체가 적용되는 부분만이 마련되며, 경량 금속(예컨대, 알루미늄) 또는 합성 플라스틱(예컨대, 탄소 섬유 보강 에폭시)가 재료로서 선택된다. 가공층을 구비하는 2개의 가공 디스크 사이에서 그라인딩 장치의 내측 핀 휠과 외측 핀 휠 사이에서 트리밍 장치를 롤링시키고, 트리밍 디스크의 외측 원주에 고정되는 치형부는 바람직하게는 내구성(연마)을 이유로 고급 강으로 형성된다.
두번째로, 소망하는 정해진 타겟 형상으로의 가공층의 트리밍은 특히 트리밍 장치의 표면 자체가 이미 높은 면 평행도를 갖고 있을 때 성공적인 것으로 확인되었다. 이것은 당초, 트리밍 본체가 트리밍 디스크 상에 장착된 후의 경우가 아닌데, 그 이유는 바람직하게 트리밍 디스크를 이루는 판금이 두께 변동 및 기복을 갖고, 더욱이 트리밍 본체를 제작하기 위한 소결 과정으로 인해 트리밍 본체가 개별 형상 및 두께 변동을 갖기 때문이다. 다행히도, 유성 기어 장치 운동학에서는 본질적으로 유성(트리밍 장치)과 가공 디스크의 상대 이동시에, 양자의 마찰 파트너가 마모되면 - 입자의 방출로 인하여 트리밍 장치가 마모되고, 연마로 인하여 가공층이 마모됨 - , 마찰 파트너의 경우에 면 평행 형상이 정확히 확립된다. 그러나, 이것은 특히 롤링 장치에서의 각각의 트리밍 장치의 배치 순서가 상기 "트리밍 장치의 트리밍" 동안에 다양하게 변할 때 적용되는 것으로 확인되었는데, 그 이유는 이와 달리 카르단식으로 현수된 상부 가공 디스크는 항시, 비틀림 이동에 의한 각각의 트리밍 장치의 평균 두께에 있어서의 가능한 초기 차이를 따르고, 모든 트리밍 장치의 소망하는 동일한 두께가 형성될 수 없기 때문이다.
실제로, 이 경우의 방법은, 제작으로 인해 두께가 동일하지 않은 트리밍 본체가 새롭게 장착되는 트리밍 장치 세트가, 가공층을 지탱하는 교환할 사용된 가공 디스크들 사이에서 수분 동안 소정 압력 하에서 물이 첨가되는 상태로 서로에 대해 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 그라인딩 장치의 내측 핀 휠과 외측 핀 휠에 의해 형성된 롤링 장치에서의 트리밍 장치들의 배치 순서는 변한다. 각각 서로에 대해 90°각도로 배치된 4개의 트리밍 장치의 사용이 실용적인 것으로 입증되었다. 이 경우에는 각각 서로 대향하고 각각 인접한 트리밍 장치들을 번갈아 쌍으로 교환하는 것이 특히 편리하다. 추가로, 트리밍 장치의 구성이 이를 허락한다면, 바람직하게는 쌍으로 교체되는 2개의 트리밍 장치 중 각각의 하나의 트리밍 장치가 선회될 수 있는 것이 바람직하다. (또한 선회 후에, 트리밍 장치의 외측 치형부는 롤링 장치와 맞물려야만 하고, 의도된 대로 이동 가능해야만 함은 물론이다.) 이러한 방법의 결과로서, 설명된 과정을 수차례 반복한 후에 개별 장치들의 면 평행 형상과 이와 동시에 모든 트리밍 장치의 동일한 두께가 확립된다.
본 발명에 따른 제3 방법에 관하여 구현된 방책은, 가공 갭이, 반도체 웨이퍼와 맞물리게 되는 가공층의 표면에 대하여 정확히 면 평행 방식으로 트리밍된다는 효과를 갖는다.
종래 기술에는, 가공 디스크들 사이에 형성되고, 처리 동안에 내부에서 반도체 웨이퍼가 이동하는 가공 갭의 프로파일을 측정할 수 있고, 가공 디스크의 형상을 조정할 수 있으며, 이에 따라 가공 갭의 소망하는 반경 방향 타겟 형상을 설정할 수 있는 방법 및 장치가 설명되어 있다. 예컨대, US2006/0040589A1에는, 상호 대향하는 표면에서 상이한 반경 방향 위치에 무접촉 거리 측정 센서가 통합되는 2개의 링 형상 가공 디스크를 포함하고, 2개의 가공 디스크들 사이에 형성되는 갭의 반경 방향 프로파일 및 폭을 측정하는 것을 가능하게 하는 장치가 설명되어 있다.
가공 디스크는 일반적으로, 주강(鑄鋼)으로 이루어지며, 무접촉 거리 측정 센서는 "강 대 강" 거리를 측정한다. 적절한 무접촉 측정 센서는, 예컨대 와전류 측정 원리에 기초하여 유도식으로 구현될 수 있다. US2006/0040589A1에 설명되어 있는 장치는 또한 목표로 하는 방식으로 가공 디스크들 중 어느 하나의 형상을 변경할 수 있다. 이것은, 예컨대 가공 디스크에 있는 상이하게 온도 조정되는 2개의 적층된 냉각 라비린스(labyrinth)에 의해 열적으로 가능하다("바이메탈 효과"). DE102007013058A1에는, 처리 동안에 영향을 주는 변형력에도 불구하고 가공 갭을 실질적으로 일정하게 유지할 수 있는 방법이 설명되어 있다. 그러나, 종래 기술은, 전술한 측정 가능성 및 조정 가능성에 관하여, 면 평행 반도체 웨이퍼를 제작할 수 있도록 전체적으로 균일한 갭 프로파일을 형성하는 것이 가능하도록 가공 갭의 균일한 기본 형상을 얻을 수 있는 방법은 개시되어 있지 않다.
구체적으로, 종래 기술에 공지되어 있는 방법은, 단지 매우 제한되고 장파 조정 가능성만을 허용하며, 결과적인 형상은 소수의 지지 지점(측정 지점)에서만 탐지되며, 이에 따라 단지 평균 갭 게이프(gape)와 최적의 경우에는 갭의 곡률도 또한 설정될 수 있는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 실제 갭 두께가 예컨대 다항식, 즉 d = d0 + d1?r + d2?r2 + d3?r3 + …[r = 반경, d0 = 평균 갭 거리, d1 = 갭 구배(갭 게이프, 웨지 형상), d2 = 갭 곡률]으로 표현되면, 실제 갭 두께[d = d(r)]의 1차 및 최대 2차의 변경만이 가능하다. 이러한 방식으로는, 단파 반경 방향 길이 범위에서 갭 프로파일을 정밀 세팅하는 것이 불가능하다. 그러나, 단파 범위(갭의 다항식의 높은 차수)에서의 형상 트리밍도 마찬가지로 필요한 것으로 더 확인되었다.
이로 인해, 본 발명은, 이 경우에 가공 디스크의 형상이 평면 방식으로 정확히 트리밍될 필요가 전혀 없고, 오히려 가공 디스크 상에 적용되는 가공층이 서로에 대하여 면 평행 방식으로 트리밍되는 것으로 충분하다는 관찰에 기초한다. 평평한 표면을 형성하기 위한 가공층의 트리밍은, 트리밍 이후의 가공층의 두께 프로파일이 이상적인 평면으로부터의 아래에 놓여 있는 가공 디스크 표면의 편차를 정확히 보완하도록 하는 방식으로 가공층으로부터 재료를 제거함으로써 본 발명에 따른 제3 방법으로 실시된다. 이에 따라, 본 발명에 따라 트리밍되는 임의의 가공층은 아래에 놓여 있는 가공 디스크의 남아 있는 비평탄성을 보상한다. 종래 기술에 설명되어 있는 측정 방법은 가공층들 사이("패드 대 패드")의 실제 갭 프로파일이 아니라, 단지 가공 디스크들 사이("강 대 강")의 갭 프로파일만을 측정하기 때문에, - 대응하는 교정에 의한 - 후속하는 반도체 웨이퍼의 그라인딩 중에 실제 갭 프로파일 묘사인 "패드 대 패드"에 대신에 갭 프로파일 측정인 "강 대 강"을 사용하기 위해서는 트리밍에 의해 형성되는 가공층의 두께 프로파일을 측정해야만 한다.
이것은, 우선 서로에 대한 가공 디스크들의 표면의 정확한 반경 방향 프로파일과, 또한 절대 기준선에 대한 하나 이상의 가공 디스크의 정확한 반경 방향 프로파일을 측정함으로써 행해진다. 이러한 목적으로, 가공층이 장착되지 않은 2개의 가공 디스크를 서로를 향해 이동시켜, 예컨대 링 형상의 상부 가공 디스크의 가상의 균일한 120°세그먼트들의 면적 중심(area centroid)에 배치된 3개의 게이지 블럭(gage block)만큼의 특정 거리를 유지하도록 한다. 상부 가공 디스크는 소정 압력에 의해 게이지 블럭에 대해, 그리고 이에 따라 하부 가공 디스크에 대해 지지되는데, 상기 소정 압력은 너무 낮아서 압력의 인가에 의한 제한된 변형은 여전히 가능한 한 작지만, 상기 소정 압력은 여전히 적어도, 상부 가공 디스크의 카르단식 서스펜션의 마찰력을 극복하고, 상부 가공 디스크가 게이지 블럭 전체에 실질적으로 동일한 힘으로 지지될만큼 충분히 높다. 이어서, 게이지 블럭에 의해 대략적으로 정해지는 갭 거리의 반경 방향 갭 프로파일은 다이얼 게이지를 사용하여 정확하게 측정된다. 그 후에, 정밀 자(precision ruler)가 하부 가공 디스크의 반경에 대칭으로 설치된 2개의 게이지 블럭 상의 그 베셀점(Bessel point)에 배치되고, 하부 가공 디스크와 정밀 자 사이의 거리의 반경 방향 프로파일이 다이얼 게이지를 사용하여 측정된다. 후자의 측정은 하부 가공 디스크의 절대적인 형상 프로파일을 직접 생성하고, 전자의 측정과 후자의 측정의 차이는 상부 가공 디스크의 절대적인 형상 프로파일을 생성한다.
그 후, 가공층(연마재 패드)이 장착되고, 본 발명에 따른 제3 방법에 의해 가능한 최고의 면 평행도로 트리밍된다. 이것은, 트리밍된 가공 디스크들이 서로를 향해 게이지 블럭 상으로 이동하는 것 - 이때 게이지 블럭은 패드 대 패드의 측정 거리를 결정함 - 에 의해 확인되고, 반경 방향 갭 프로파일은 다이얼 게이지에 의해 측정된다. 그 후, 정밀 자가 게이지 블럭에 의해 하부 가공층에 배치되고, 정밀 자에 대한 하부 가공층의 반경 방향 형상 프로파일이 측정된다. 전자의 측정은 가공층들 사이의 갭의 폭의 반경 방향 프로파일을 생성하고, 후자의 측정은 하부 가공층의 절대 평탄도와, 차이가 형성된 후에는 또한 상부 가공층의 절대 평탄도를 생성한다.
또한, 매우 면 평행한 반도체 웨이퍼를 얻기 위해서는, 가공 디스크의 외경이 2000 mm이고 링 폭이 650 mm로 꽤 큰 경우에 가공층들 사이의 거리가 링 형상 가공층의 전체 링 폭에 대해 ± 3 ㎛ 이하로 벗어나는 것이 허용되지만, 기준 직선에 대한 2개의 가공층 중 하나의 웨지 형상 및 곡률은 함께, 700 mm인 전체 링 폭에 대해 최대 100 ㎛인 것이 허용되지만, 이와 마찬가지로 보다 높은 차수의 형상 편차는 함께 ±3 ㎛ 미만이어야만 하는 것으로 확인되었다. 이에 따라, 서로에 대한 가공층들의 평행도가 양호하고, 높은 차수의 형상 편차가 존재하지 않는 한, 가공층은 웨지 형상이고 소정 정도로 굴곡되는 것이 허용된다.
도 2a는 본 발명의 제3 방법에 의해 가공층을 트리밍한 후에 링 형상의 가공 디스크 상의 링 형상의 가공층의 외경(OD)에서 내경(ID)까지의 링 폭의 반경(R)에 대한 가공층들 사이에 형성된 가공 갭의 상대적인 두께 프로파일을 보여준다. 사용되는 그라인딩 장치의 가공층의 링 폭은 654 mm이다. (가공 갭의 처음 및 마지막 5 mm는 갭 다이얼 게이지의 지지 구역 및 측정 구역의 크기로 인해 측정될 수 없다.) 도시된 본 발명에 따른 예에서, 갭의 상대 두께 프로파일(ΔGAP)은 단지 -0.8 ㎛(기준 심볼을 사용한 측정 지점 4) 내지 +0.8 ㎛(측정 지점 5)만큼만 변한다. 도 2b는 비교예로서, 본 발명에 따른 것이 아니라 종래 기술에 따른 방법에 의해 트리밍된 갭 프로파일을 보여준다. 갭 프로파일은 소명하는 면 평행 프로파일(ΔGAP = 0)로부터 -10 ㎛(측정 지점 6) 내지 +7 ㎛(측정 지점 7)만큼 변한다.
도 3b에 도시된 실시예의 4개의 트리밍 장치를 제시된 예(도 2a)에서 사용하였다. 각각의 트리밍 장치는, 정면과 후면 각각에, 직경이 70 mm이고 직경이 10 mm인 구멍을 가지며 초기 높이가 25 mm이고 접착제에 의해 직경이 604 mm인 피치원에 결합되는 24개의 중공 원통형 트리밍 본체를 구비하는 트리밍 디스크(9)와, 그라인딩 장치의 내측 핀 휠과 외측 핀 휠로 구성된 롤링 장치와 맞물리는 외측 치형부(10)로 이루어진다. 지지 구역의 비율, 즉 이에 따라 트리밍 본체에 의해 커버되는 트리밍 본체 구성으로 이루어진 폭이 70 mm인 링의 구역 비율은 따라서 대략 68 %이고, 롤링 이동 중에 트리밍 본체는 링 형상 가공층의 외측 에지와 내측 에지를 10 mm 만큼 지나서 대칭으로 통과한다. 가공 디스크는 10 mm 두께의 알루미늄으로 구성되는데, 다시 말해서 매우 강성이다. 접착 결합 이후에 초기에 불균일한 높이를 갖는 트리밍 본체는, 우선 교환되기로 예정된 오래 되고 거의 완전히 마모된 가공층 상에서 트리밍 장치가 소정 압력 하에서 물을 첨가하여 비교적 오래 동안 작동함으로써 균일한 두께를 갖게 되고, 그 결과 두께와 면 평행도에 있어서 매우 정확하게 동일한 트리밍 장치가 이용 가능하다. 이 경우, 트리밍 장치는 우선 각 경우에 수분후에 쌍으로(1을 3으로, 2를 4로; 그 후 1을 2로 3을 4로) 교환되며, 추가로 선회된다. (후자의 경우, 도 3b의 외측 치형부는 트리밍 장치의 선회 후에 그라인딩 장치의 핀 휠과 다시 맞물릴 수 있도록 하기 위해 트리밍 디스크의 정면에서 후면으로 장착되어야만 한다. 이것은 복잡하며, 단지 새로운 트리밍 본체를 장착한 후에 트리밍 장치의 기본적인 트리밍 동안에만 필요하다.)
가공층은 그라인딩 장치의 내측 핀 휠 및 외측 핀 휠과 상부 가공 디스크 및 하부 가공 디스크의 교호하는 구동 방향을 이용하여 복수 회의 트리밍 사이클에 의해 트리밍되었다. 이 경우, 상부, 하부, 내측, 외측 드라이브의 회전 속도는 +9.7; -6.3; +6.4; +0.9 RPM(분당 회전수)였으며, 역전시에는 이에 대응하여 -9.7; +6.3; -6.4; -0.9 RPM이었다(그라인딩 장치 위에서 본 모든 구동부에 있어서, "+" = 시계 방향, "-" = 반시계 방향임). 이 경우, 상부 가공 디스크는 트리밍 본체와 가공층 사이의 대략 2.7 kPa의 압력에 상응하는 1 kN의 힘으로 지지된다. 트리밍 시간은 4 × 1 min이었으며, 트리밍 동안에 0.5 내지 1 l/min의 물이 계속해서 가공 갭에 추가되었다. 4개의 트리밍 장치는 1회 쌍으로 교환되었다. 트리밍 장치는 균일하게 90°도로 롤링 장치에 삽입되었다.
도 2b에 나타낸 바와 같은 가공 갭 두께의 반경 방향 프로파일을 형성하는 본 발명을 따르지 않은 트리밍의 비교예에서는, 각각의 면 상에 직경이 70 mm이고 직경이 10 mm인 구멍을 갖는 61개의 트리밍 본체가 트리밍 디스크의 전체 구역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 배치된 트리밍 장치가 사용되었다. 이에 따라 개개의 트리밍 본체는 본 발명에 따른 예와 동일한 치수를 가졌다. 본 발명에 다른 예와 동일한 방식으로, 24개의 트리밍 본체가 직경이 604 mm인 피치원 상에 장착되었지만, 추가로 18개의 트리밍 본체가 직경이 455 mm인 피치원 상에 장착되었고, 12개의 트리밍 본체가 직경이 305 mm인 피치원 상에 장착되었으며, 6개의 트리밍 본체가 직경이 155 mm인 피치원 상에 장착되었고, 하나의 트리밍 본체가 중앙에 장착되었다. 모든 트리밍 본체는 각각의 피치원 상에 균일하게 배치되었으며, 이로 인해 전반적으로 전체 원형 구역이 실제적으로 균일하게, 즉 각각의 트리밍 본체와 이웃하는 트리밍 본체 사이의 거리에 있어서의 변화가 작은 상태(7 내지 11 mm)로 커버되게 되었다. 지탱력은 2.5 kN를 약간 넘어 증가되었으며, 이에 따라 본 발명에 따라 실시된 트리밍의 경우(도 2a)와 동일한 1 kPa의 압력이 형성되었다. 본 발명에 따른 트리밍 예의 경우에서와 같은 회전 속도와 쌍별 교환(pairwise exchange) 및 단독 선회가 일어났으며, 동일한 트리밍 지속 기간이 선택되었다.
본 발명에 따른 제4 방법의 설명
본 발명의 제4 방법에서는, 우선 2개의 가공층의 반경 방향 형상 프로파일이 측정되고, 이로부터 2개의 가공층 각각에 대해 평평한 면을 재확립하기 위해 요구되는 최소의 재료 제거량이 결정된다. 그 후, (예컨대 본 발명에 따른 제3 또는 제5 방법에 관하여 설명된 것과 같은) 하나 이상의 트리밍 장치에 의해 트리밍 처리가 실시된다. 이 경우, 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 제거율은 냉각 윤활제의 유량과, 또한 상부 가공층으로부의 제거율과 하부 가공층으로부터의 제거율이 최소 재료 제거비에 상응하도록 트리밍 동안 상부 가공 디스크를 하부 가공 디스크에 대해 가압하는 압력을 적절히 선택함으로써 설정된다.
바람직하게는, 이 경우에 각각의 가공층은, 가공층이 특히 내측부에서부터 외측부를 향해 "웨지 형상"이 되지 않도록 하기 위해 재료가 평균적으로 반경 방향으로 균일하게 제거되도록 하는 방식으로 트리밍된다. 상기 균일한 마모의 결과로서, 가공층의 가능한 최장 전체 서비스 수명이 가능해지고, 가공층들의 표면 사이의 가공 갭은 복수 회의 상기 트리밍 사이클 이후에도 상기 가공 디스크들 사이의 갭과 실질적으로 평행하고 작동하며, 이에 따라 일정한 위치 조건 및 이에 따른 작동 조건이 형성된다.
통상 주강으로 제작되는 가공 디스크는, 각 경우에 혼자서(고정 드레싱 장치) 그리고 서로에 대해(양면 래핑) 제조업자에 의한 그라인딩 장치의 조립 후에 본래대로 트리밍되고, 각 경우에 통상의 래핑 반경 방향 비평탄성 및 통상의 드레싱 반경 방향 비평탄성을 갖는다. 후자는 본 발명에 따른 제3 방법에 관하여 전술한 바와 같이 선택된 온도에서 사전의 상부 가공 디스크의 유압판 형상 조정의 상이한 압력에 대하여 상대적인 방식(게이지 블럭)으로 그리고 절대적인 방식(자)으로 결정되며, 이어서 장치에 대해 고유한 피쳐로서 변하지 않는 상태로 유지된다. 가공층이 장착되고, 그 반경 방향 두께 파일이 측정된다. 이러한 목적으로, 가공층에는 하나 이상의 반경 상에 복수 개의 구멍이 마련되며, 이 구멍을 통해 아래에 놓이는 가공 디스크가 두께 프로브에 의해 감지될 수 있다. 이에 따라, 가공층의 결과적인 반경 방향 두께 프로파일과 가공층의 기지의 형상 프로파일로부터 각각의 가공층의 형상 프로파일을 절대적인 방식으로, 그리고 서로에 대한 2개의 가공층의 형상 프로파일을 결정하는 것이 가능하다. 이러한 가공층 측정에 따라, 2개의 가공 디스크의 온도와 상부 가공 디스크의 형상 조정 유압은, 가공층들 사이에 형성되는 가공 갭의 코스가 가능한 한 면 평행하도록 하는 방식으로 설정된다. 이 경우, 평행도는 평탄도보다 우위에 있다. 평탄도는 결국 단지 가공층의 트리밍에 의해 확립되도록 되어 있다.
새로운 가공층을 장착하고 난 후, 이 새로운 가공층은 기초적 트리밍 처리되어야만 하는데, 그 이유는 제작 과정으로 인해 새로운 가공층이 평평하지 않고, 아직 표면에 연마재가 노출되어 있지 않기 때문이다. 이 경우, 최상위 플라스틱층이 제거된다. 3M사로부터의 PPG abrasive pad TrizactTM Diamond Tile 677XA의 경우, 연마재를 노출시키기 위해(절삭 특성의 생성) 대략 50 ㎛의 재료가 제거되어야만 하고, 추가로 가공 디스크 형상의 비평탄성을 보완하기 위해 초기에 50 내지 100 ㎛의 재료가 제거되어야만 한다. 가공 디스크의 비평탄성을 보완하기 위한 마지막으로 언급한 최소 제거량의 정확한 값은, 가공 디스크를 초기에 기초적 트리밍 처리하는 정확도에 좌우되며, 이에 따라 그라인딩 장치의 견본마다 각각 상이하다. 그 후, 절차상 통상적인 온도 및 유압을 통한 가공 갭의 형상 추적 방책에도 불구하고, 얻어진 반도체 웨이퍼가, 가공층의 서로에 대한 가능한 최고의 면 평행도의 우수한 설정에도 불구하고 3회의 연속된 패스에 대해서 미리 정해진 한계를 초과할 때까지, 즉 TTV > 3 ㎛일 때까지, 이러한 방식으로 트리밍된 가공층이 그라인딩을 위해 사용된다. 마모에 의해 유발된 두께의 감소와 가공층의 형상의 변화는 설명된 바와 같은 두께 측정에 의해 결정된다. 2개의 가공층 각각에 대해 이러한 방식으로 측정된 두께 프로파일과 사전에 면 평행 방식으로 트리밍된 기준 프로파일의 차이는 각각의 가공층에 대해서 평균 두께 감소(평균 마모) 및 형상 편차(반경 방향 마모 프로파일)를 나타낸다. 그 후, 2개의 가공층 각각으로부터 제거된 재료의 양이 정확히, 마모 이후의 형상이 면 평행 트리밍 이후의 형상가 차이가 나는 만큼의 양이 되도록 본 발명에 따른 제4 방법에 따른 트리밍이 실시된다.
트리밍 처리 동안에는, 한편으로는 정확히 딱 충분한 냉각을 제공하고, 가공층 상에서의 트리밍 본체의 균일한 슬라이딩 또는 러빙("점착 및 슬립"이 없음, 끼익하는 소리가 없음)을 지원하지만, 다른 한편으로는 또한 트리밍 본체들이 제거 효과를 유발하기에 충분히 많은 연마재를 방출하도록 트리밍 본체와 가공층 사이에 높은 마찰을 제공하기 위해 가능한 한 적은 양의 단지 소량의 체적 유량이 냉각 윤활제(예컨대, 물)가 일반적으로 가공 갭에 추가된다. 외경이 대략 2000 mm이고, 링 폭이 650 mm로 꽤 큰 링 형상 가공 디스크에 의한 반도체 웨이퍼의 PPG 처리를 위한 장치의 예에 있어서, 트리밍 처리 동안에 0.3 내지 3 l/min의 체적 유량의 물이 가공 갭에 공급되는 것이 최적인 것으로 입증되었다. 또한, 물의 유량과, 또한 트리밍 처리 이전에 다공성 트리밍 본체에 물을 공급하는(다공성 트리밍 본체가 물로 포화되도록 하는 것을 가능하게 하는) 강도의 통합적인 변경은, 트리밍 처리 동안 물의 첨가가 증가되는 것으로 인해 하부 가공층에 대한 트리밍 본체의 마찰력이 줄어들 수 있고, 이에 상응하여 상부 가공층에 대한 하부 가공층의 재료 제거량도 줄어들 수 있다는 것을 보여주었다. 공급되는 물이 중력에 의해 하부 가공 디스크 상에 축적되었기 때문에, 이때 부분적인 "부동"[수상 수키 효과(aquaplaning effect)]가 달성될 수 있음은 자명하였다.
트리밍 효과는 트리밍 본체가 가공층 위에서 안내되는 경로 속도에 의해, 그리고 트리밍 본체와 가공층 간의 압력에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 트리밍 본체가 보다 빨리 이동하고 트리밍 본체가 이동할 때의 압력이 보다 클수록, 트리밍 동안에 일어나는 가공층으로부터의 재료 제거량은 보다 많다. 이에 따라, 소망하는 재료 제거량은 높은 압력(그리고 높은 경로 속도)에서의 짧은 트리밍 처리에 의해, 또는 이에 상응하는 낮은 압력(그리고 적절하다면 느린 경로 속도)에서의 보다 긴 트리밍 처리에 의해 달성될 수 있다. 이때, 트리밍 장치의 고유한 무게는 훨씬 낮은 트리밍 압력에서 점점 중요해지는 것으로 확인되었다. 이에 따라, 트리밍 압력이 감소된 경우에 상부 가공층에 인가되는 힘은 하부 가공층에 인가되는 힘보다 훨씬 큰 범위로 감소된다. 이러한 상황은 이에 상응하도록 재료 제거에 적용 가능하다. 따라서, 트리밍 압력을 줄임으로써, 상부 가공층으로부터의 재료 제거를 하부 가공층으로부터의 재료 제거에 비해 훨씬 큰 범위로 줄이는 것이 가능하다.
또한, 냉각 윤활제를 추가로 첨가하거나 트리밍 압력을 줄인 트리밍에 의해, 넓은 제한 내에서 비대칭인, 정확히 말하자면 목표로 하는 방식으로 상부 가공층에 비해 하부 가공층으로부터 재료가 덜 제거되거나(냉각 윤활제의 추가) 또는 목표로 하는 방식으로 상부 가공층에 비해 하부 가공층으로부터 더 많은 재료가 제거되도록(압력 감소), 2개의 가공층으로부터의 재료 제거가 얻어질 수 있는 것으로 확인되었다. 마모된 가공층의 형상 프로파일의 측정 결과에 따라, 2개의 가공층으로부터의 재료 제거가 정확히 동일해지도록 냉각 윤활제의 추가 및 트리밍 압력도 역시 정확하게 선택될 수 있다.
냉각 윤활제(예컨대, 물)를 추가로 첨가함으로써 얻을 수 있는 제거 비대칭은 하부 트리밍 본체와 하부 가공 디스크 사이에 형성될 수 있는 수막의 두께에 의해 결정된다. 트리밍 본체의 가공 구역이 넓을수록, 수막은 더욱더 두껍고, 이에 따라 하부 가공층으로부터의 재료 제거는 더욱더 적다. 이와 마찬가지로, 전술한 아일랜드와 하부 가공층의 지지 면적 비율(아일랜드의 면적 대 연마재 패드의 총 면적의 비)이 클수록, 하부 가공층으로부터의 재료 제거는 더욱더 작다. 실제로, 냉각 윤활제를 추가함으로써, 최대 3 : 1의 상부 가공층의 제거율 대 하부 가공층의 제거율의 비가 달성되었다.
트리밍 장치의 무게력(weight force)을 활용함으로써 얻을 수 있는, 하부 가공층에 대한 상부 가공층의 비대칭 재료 제거율의 실제적인 한계는 단지, 그 카르단식 장착부에서의 마찰력을 극복하고 이에 따라 항시 트리밍 장치 상에서 고정식으로 지탱하기 위해 상부 가공 디스크를 가압해야만 하는 최소 지탱력에 의해서만 주어진다. 이러한 힘이 하사식(下射式)이면, 상부 가공 디스크는 비틀리거나 또는 "댄싱(dancing)"(부분적으로 리프팅됨)하며, 평평한 가공층을 얻을 수 없다. 실제로, 최대 1 : 3의 하부 가공층의 제거율에 대한 상부 가공층의 제거율의 비를 달성할 수 있다.
예를 들어 설명한 그라인딩 장치의 경우에는, 1 내지 20 kPa의 압력이, 상부 가공층과 하부 가공층의 제거율이 실질적으로 동일한 트리밍을 위한 적절한 압력인 것으로 입증되었으며, 2 내지 12 kPa의 압력이 특히 바람직하다. 예를 들어 설명한 그라인딩 장치의 경우에, 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 실질적으로 동일한 재료 제거를 위해 가공 갭에 공급되는 냉각 윤활제의 바람직한 체적 유량은 0.2 내지 5 l/min이며, 0.5 내지 2 l/min의 체적 유량이 매우 바람직하다. 체적 유량과 압력에 대해 언급한 범위에서, 모든 조합이 대칭 재료 제거를 얻는 데 적합한 것은 아니다. 이에 따라, 이미 발생한 중력 효과(트리밍 장치의 고유한 무게)와 슬라이딩 효과(대량의 냉각 윤활제의 경우의 부동)가 서로에 대해 보완되기 위해서는, 특정 범위의 상단에서의 냉각 윤활제의 체적 유량은 바람직한 특정 범위의 하단에서의 트리밍 압력에 대해 선택되어야만 하며, 그 반대도 이루어진다.
설명한 그라인딩 장치에서의 트리밍 동안에 상부 가공층에 비해 줄어든 하부 가공층의 재료 제거율을 얻기 위해서는, 트리밍 장치의 고유한 무게 효과를 이용하여 부동 효과를 다시 없애는 데 4 kPa 이상의 압력에서 2 내지 10 l/min의 냉각 윤활제의 체적 유량이 적합한 것으로 입증되었다. 반대로, 상부 가공층에 비해 증가된 하부 가공층의 재료 제거율은, 예를 들어 설명한 처리 장치에서의 트리밍 동안의 압력이, 4 l/min 미만의 냉각 윤활제의 체적 유량에서 4 kP 미만인 경우에 얻어질 수 있다.
예컨대 DE19937784A1에 설명되어 있는 것과 같은, 본 발명에 따른 방법을 실시하는 데 적합한 그라인딩 장치가 모든 실시예에 대해서 사용되었다. 가공 디스크의 외경은 1935 mm였고, 링 폭은 686 mm였다. 가공층은, 외경이 1903 mm이고 링 폭이 대략 654 mm로, 가공 디스크보다 약간 작도록 선택되었다. 트리밍 압력은 상부 가공 디스크의 인가 하중에 의해 설정된다. 본 발명에 따른 제3 방법에 관하여 예시적인 실시예로서 설명한 바와 같은 4개의 트리밍 장치가 트리밍 처리 중에 사용되었으며, 이에 따라 이 경우에도 역시 링 형상 가공층의 외측 에지 및 내측 에지를 10 mm 만큼 넘어간 트리밍 본체의 일시적인 배제부가 형성되었다.
트리밍 동안의 압력 및 체적 유량에 대해서 전술한 범위를 선택함으로써, 하부 가공층에 대한 상부 가공층의 재료 제거율의 비를 대략 0.3 내지 3 사이에서 변경하는 것이 가능하였다. 이 경우, 가공층은 내부에 결합된 연마재(다이아몬드)의 평균 입자 크기가 2 내지 6 ㎛이고, 트리밍 본체의 재료는 입자 크기가 대략 5 내지 15 ㎛인 다공성의 고급 코런덤 핑크였다.
본 발명에 따른 제5 방법과, 이 제5 방법을 위해 사용되는 장치에 관한 설명
외측 치형부가 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능한 트리밍 장치가 본 발명에 따른 제5 방법에서 사용된다.
종래 기술에 따르면, 롤링 장치, 즉 PPG를 실시하는 데 적합한 장치의 내측 구동 링과 외측 구동 링은 구조적인 이유로 높이 조정 불가능하거나, 또는 약간의 정도로만 높이 조정 가능하다. 이는 롤링 장치를 형성하는 치형 링 또는 핀 휠의 힘들고 유극 없는 정확한 안내에 관한 필요성에 기인한다. 외측 치형부를 구비하는 트리밍 툴이 롤링 장치와 확실하게 맞물릴 수 있도록 하기 위해서는, 종래 기술에 따르면 상기 트리밍 툴이 매우 얇아야만 하거나, 일측부를 향해 돌출하는 치형부("트리밍 포트")를 비대칭으로 지지해야만 한다. 이로 인해, 트리밍 툴이 변형될 수 있기 때문에 이러한 방식으로 트리밍된 가공층의 평탄도가 불충분해진다.
더욱이, 적어도 하부 가공 디스크와 맞물리게 되는 트리밍 본체의 경우, 높이가 작은 트리밍 본체만을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 트리밍 본체들은 마모되기 때문에, 빈번히 교환되어야만 하거나, 또는 마모후에 심지어 트리밍 장치 전체가 폐기되어야만 한다. 이로 인해, 소비 비용이 높아지고, 셋업 시간이 긴 트리밍 조건이 빈번히 변하며, 이에 따라 공정 조건이 재현 불가능해진다. 트리밍 본체와 치형부를 지탱하는 트리밍 디스크는 충분히 두껍게 형성될 수 있고, 이에 따라 유리하게는, 이 트리밍 디스크가 여전히 그라인딩 장치의 내측 핀 휠과 외측 핀 휠에 있는 핀의 적어도 일부가 트리밍 장치의 치형부의 적어도 일부분에 맞물리는 것을 보장하는 한, 강성이지만, 이때에도 역시 하부 가공층과 맞물리는 트리밍 본체가 매우 얇아야만 한다 - 그라인딩 방법의 경제적 실행 가능성 및 공정 안정성에 관하여 설명한 단점을 가짐 - 는 단점이 남아 있다. 트리밍 툴이 비대칭 "트리밍 포트"로서 구현되는 경우에도, 마찬가지로 두께가 얇은 트리밍 본체만을 사용하는 것이 가능하거나, 또는 치형부를 넘어 돌출하는 보다 두꺼운 본체 중 적은 부분, 즉 롤링 장치의 높이(핀 또는 치형부 높이)와 트리밍 툴의 치형부가 롤링 장치에 맞물리는 깊이의 차이의 나머지 부분만을 사용하는 것이 가능하다.
도 3에는 본 발명에 따른 제5 방법을 위해 사용되는 트리밍 본체의 다양한 실시예가 예시되어 있다. 필수 요소 모두를 볼 수 있도록 하기 위해, 도 3에 도시되 트리밍 장치는 뒤집힌 상태로 예시되어 있으며, 다시 말해서 도 3의 상부에 있는 트리밍 본체는 하부 가공층을 트리밍하고, 저부에 있는 부분적으로 보이지 않는 트리밍 본체는 상부 가공층을 트리밍한다. (본 발명에 따른 방법을 실시하는 데 적합한 그라인딩 장치의 내측 핀 휠과 외측 핀 휠은 일반적으로 하부 가공 디스크 레벨에서 내측 원주와 외측 원주 상에 배치되지만, 상부 가공 디스크에 대해서는 추가의 아웃레이를 갖고 장점이 없는 구성이 또한 원칙적으로 가능할 수 있다.)
도 3a에는, 트리밍 본체(8)가 배치되는 트리밍 디스크(9)가 도시되어 있다. [트리밍 디스크(9)는 또한 원형 방식으로 구현될 수도 있지만, 이것은 무게에 관한 이유로 바람직하지 않다.] 트리밍 본체(8)는 접착제 결합, 나사 결합 - 도 3a에는 나사 결합 또는 접착제 결합의 경우에서의 센터링에 적절한 구멍(20)을 갖는 트리밍 본체가 도시되어 있음 - 에 의해 트리밍 디스크(9) 상에 고정될 수 있다. 도 3b에는 트리밍 디스크(9)와, 트리밍 본체(8) 및 외측 치형부(10)를 포함하는, 본 발명에 따른 완전한 트리밍 장치가 도시되어 있다. 외측 치형부(10)는 트리밍 디스크(9)와 별개이다. 외측 치형부와 트리밍 디스크 양자는 대응하는 외측 치형부의 구멍(11a)과 트리밍 디스크의 구멍(11b)에 의해 서로에 대해 나사 결합되는 것이 바람직하다. 결합 나사는 명확성을 기하기 위해 도시되어 있지 않다. 나사와 스페이서(슬리브)의 상이한 길이로 인해, 치형부와 트리밍 디스크 사이의 거리를 원하는 대로 조정하는 것이 가능하다. 트리밍을 위한 사용 중에 트리밍 본체(8)가 마모되고 높이가 손실되면, 이에 따라 나사 결합부는 트리밍 본체(8)가 단지 각 경우에 치형부를 넘어 돌출하도록 항시 재조정될 수 있다. 그 결과, 이러한 타입의 트리밍 장치는 또한 높이 조정 불가능하거나 약간만 높이 조정 가능한 롤링 장치 또는 짧은 핀 또는 치형부를 갖는 롤링 장치를 구비하는 그라인딩 장치의 경우에도 사용될 수 있으며, 본 발명에 따르면 이는 트리밍 본체의 마모 과정 중에 외측 치형부가 결코 가공층과 접촉하지 않는 것을 보장한다. 외측 치형부는 금속 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 강 또는 고급강으로 구성되는 것이 매우 바람직하며, 이에 따라 바람직하게는 가공층에서 연마재로서 사용되는 다이아몬드와 강 사이의 접촉이 회피된다. 그 이유는, 철 금속과의 접촉과 철 금속에 의한 연마로 인해 다이아몬드가 무뎌지고, 그 결과 그라인드 방법이 실시될 수 없거나, 또는 단지 상당한 추가의 경비(빈번한 가공층의 재드레싱)를 들여서 불량한 결과(재드레싱을 위한 빈번한 단속으로 인한 공정 불안정성)로 실시될 수 있는 것(DE102007049811A1)으로 알려져 있기 때문이다.
도 3c에는, 트리밍 본체(8)가 트리밍 디스크(9)에 접착제에 의해 결합되거나 또는 트리밍 디스크(9)에 포함된 견부(12) 상에 나사 결합되는 바람직한 일실시예가 도시되어 있다. 그 결과, 외측 치형부(10)는, 그 상부 에지들이 동일한 높이로 배치되도록 하는 방식으로 트리밍 디스크(9)로 하강할 수 있다. 그 결과, 트리밍 본체(8)는 트리밍 디스크와의 접착 결합부 또는 나사 결합부까지 완전히 사용될 수 있다. 도 3c에는 여전히 큰 유효 높이(15)를 갖는 트리밍 본체(8)가 도시되어 있고, 도 3d에는 거의 완전히 마모된 후의, 치형 링(10)이 트리밍 디스크(9)로 하강된 경우의 트리밍 본체[남아 있는 유효 높이(16)가 작음]가 도시되어 있다.
이에 따라, 본 발명은 비교적 두꺼운 트리밍 본체를 사용하는 것과, 이와 동시에 트리밍 본체의 높이 전부를 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 트리밍 장치는 종래 기술에 따른 것에 비해, 현저히 적은 회수로 새로운 트리밍 본체로 교환되거나 새로운 트리밍 본체가 장착되어야만 한다.
본 발명에 따른 제2 방법 내지 제5 방법에 대한 바람직한 실시예
본 발명에 따른 제2 방법 내지 제5 방법을 실시하는 데 적합한 트리밍 본체는 그라인딩 재료에 대한 다양한 제조업자들로부터 입수 가능하다. 예컨대 (입방정계) 질화붕소(Cubic Boron Nitride; CBN), 탄화붕소(B4C), 탄화규소(SiC, "카보런덤"), 산화알루미늄(Al2O3, "코런덤"), 산화지르코늄(ZrO2), 이산화규소(SiO2, "석영"), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 혼합물 등과 같은, 그라인딩 용도로 종래 기술에 공지되어 있는 경질 물질이 사용될 수 있다. 이들 재료는 일반적으로 연마재 본체를 형성하도록 압축되거나, 소결되거나, 금속, 유리 또는 플라스틱 결합되며, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 트리밍 본체로서 사용될 수 있다. 입자 유형 및 입자 혼합, 입자 크기 및 입자 크기 분포뿐만 아니라, 이러한 연마재 본체는 결합 타입, 결합 경도, 다공도, 필러 등에 의해 특징 지워진다. 제2 방법 내지 제5 방법을 위해 본 발명에 필수적인 것은, 냉각 윤활제(예컨대, 물)를 첨가하고 소정 압력 하에서 가공층에 대해 이동할 시에 트리밍 본체에 결합된 재료의 목표로 하는 방출이다. 트리밍 본체로서 사용되는 연마재 본체의 전술한 특성은 일반적으로 연마재 제조업자에 의해 상세하게 소통되지 않으며, 전술한 특성이 소통되면, 이러한 파라메터들이 측정되는 정확한 측정 조건에 관한 소통의 결여로 인해 상이한 연마재 본체들, 특히 상이한 제조업자들 간의 비교가 종종 불가능하다. 특히, 결정적으로, 본 발명에 필수적인 입자의 방출을 결정하는 결합 강도는 제조업자마다 상이하며, 제조업자의 고유한 내부 파라메터에 의해 표시된다.
이에 따라, 실제로 채택되는 최상의 절차는, 우선 하나 이상의 제조업자로부터의 다양한 상업용의 종래의 연마재 본체를 트리밍 본체로서의 적합성에 관하여 테스트하는 것이며, 이 경우 제조업자에 의해 정해진 입자 크기 및 결합 강도는 초기에 지침값(guide value)으로서만 간주된다. 연마재 본체가 너무 연질인 것으로 입증되면, 제조업자의 내부 명명법에서 보다 경질인 것으로 나타낸 연마재 본체가 사용된다. 상기 연마재 본체가 너무 경질인 것으로 입중되면, 이에 대응하여 보다 연질인 연마재 본체가 사용된다. 가공층으로부터의 제료 제거율이 너무 높고, 가공층이 그라인딩 사용의 소수 회의 패스 이후보다 트리밍 직후에 훨씬 더 거친 표면을 가지면, 자기 드레싱 평형이 확립되었을 때, 제조업자로부터의 정보에 따라 보다 미세한 입자가 선택되고, 불충분한 재료 제거 및 가공층에 대한 드레싱 효과의 부재의 경우에는, 이에 대응하여 보다 굵은 입자가 선택된다. 이것은, 강도, 입자 크기 등에 관한 폭넓은 범위의 양호한 이용 가능성으로 인해, 항시 용이하게 소수의 시험 전반에 걸쳐 가능하다. 예컨대, 예시적인 실시예에서 사용된 트리밍 본체는 단지 한명의 제조업자로부터의 상이한 연마재들을 이용한 단지 4회의 실험 후에만 확인되었으며, 그 결과 설명한 실험적 선택법은 실현 가능한 것으로 입증되었다.
초기에, 임의의 트리밍 본체는 이것이 바람직하든 바람직하지 않든 간에 그 고유한 방출 재료에 의해 다른 재료에 대한 제거 효과를 갖다. 그러나, 본 발명에 따르면 이것은 본 명세서에서 설명된 방법에 있어서 정확히 트리밍 처리 동안에 방출 입자층이 트리밍 본체와 가공층 사이에 배치되는 한에서 일어나며, 방출 입자층의 두께는 평균적으로 방출 입자의 평균 크기의 직경의 절반 또는 직경의 열배이다. 구체적으로, 입자가 방출되는 속도가 매우 느리면, 단지 부적절한 트리밍 효과가 생성된다(매우 느리고 비경제적). 입자가 방출되는 속도가 매우 빠르고, 이에 따라 대략 평균 입자 직경의 10배보다 두꺼운 층이 형성되면, 설명한 바와 같은 매우 면 평행한 방식으로 사전 트리밍하는 트리밍 장치는 더 이상 가공층에 대한 충분한 성형 효과(기준 평탄도의 "카피")를 가질 수 없고, 오히려 느슨한 트리밍 입자로 이루어진 두꺼운 한정되지 않은 필름에 의해 "손상되며", 가공층으로부터의 재료 제거에 대한 허용 가능한 높은 능력을 갖는 경우에는 본 발명에 따른 면 평행한 가공층 형상을 얻는 것이 불가능하다.
본 발명에 따른 2개 이상의 방법을 조합하는 것이 매우 유익함은 말할 것도 없다. 특히, 본 발명에 따른 제3 방법 및 제5 방법에 사용되는 트리밍 장치늬 특정인 아무런 문제 없이 서로 조합될 수 있다. 유리하게는, 제3 방법 또는 제5 방법에 사용되는 트리밍 장치의 특징을 갖는 트리밍 장치도 마찬가지로 본 발명에 따른 제2 방법 및 제4 방법에 사용된다. 매우 바람직하게는, 본 발명에 따른 제3 방법 및 제5 방법에 사용되는 트리밍 장치의 특징을 갖는 트리밍 장치는 본 발명에 따른 제2 방법 및 제4 방법에 사용된다. 본 발명에 따른 제2 방법 및 제4 방법도 또한 유리하게 조합될 수 있다.
1 : 본 발명을 따르지 않은 트리밍 이후의 낮은 재료 제거율
2 : 본 발명을 따르지 않은 트리밍 이후의 높은 재료 제거율
3a : 본 발명을 따른 트리밍 이후의 하나의 회전 방향으로의 처리 동안에 달성된 재료 제거율
3b : 본 발명을 따른 트리밍 이후의 반대 회전 방향으로의 처리 동안에 달성된 재료 제거율
4 : 본 발명에 따른 트리밍 이후의 국부적인 작은 가공 갭의 폭
5 : 본 발명에 따른 트리밍 이후의 국부적인 큰 가공 갭의 폭
6 : 본 발명을 따르지 않은 트리밍 이후의 국부적인 작은 가공 갭의 폭
7 : 본 발명을 따르지 않은 트리밍 이후의 국부적인 큰 가공 갭의 폭
8 : 트리밍 본체
9 : 트리밍 디스크
10 : 외측 치형부
11a : 외측 치형부의 구멍
11b : 트리밍 디스크의 구멍
12 : 외측 치형부를 하강시키기 위한 트리밍 디스크의 견부
15 : 유효 높이가 많이 남아 있는 트리밍 본체
16 : 유효 높이가 적게 남아 있는 트리밍 본체
17 : 트리밍 디스크 상의 트리밍 본체의 배치의 피치원
18a : 내부에서 트리밍 본체가 트리밍 디스크 상에 배치되는 링 형상 영역의 외경
18b : 내부에서 트리밍 본체가 트리밍 디스크 상에 배치되는 링 형상 영역의 내경
19 : 트리밍 디스크 상의 트리밍 본체의 배치의 다른 피치원
20 : 트리밍 본체의 고정 또는 센터링 구멍
51 : 상부 가공 디스크
52 : 하부 가공 디스크
53 : 회전축
54 : 냉각 윤활제 공급용 구멍
55 : 가공 갭
56 : 캐리어
57 : 내측 안내 링
58 : 외측 안내 링
59 : 공작물
60 : 상부 가공층
61 : 하부 가공층

Claims (19)

  1. 연마재(abrasive)가 결합되어 있고, 외측 치형부를 갖는 하나 이상의 캐리어에 의한 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 캐리어는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받는 상태로 가공층에 대하여 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 가공층들 사이에 형성되는 가공 갭 사이에 비결합 연마재가 추가되며, 가공 갭 내에서 공작물이 내부에 삽입되지 않은 캐리어가 이동되고, 이에 의해 가공층으로부터의 재료 제거가 실시되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  2. 제1항에 있어서, 비결합 래핑 입자가 트리밍을 시작하기 직전에 가공 갭에 추가되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 갭에 액체가 추가로 공급되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가공층과 접촉하게 되는 하나 이상의 캐리어의 표면의 적어도 일부는 탄성 재료로 이루어지는 것인 가공층 트리밍 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 캐리어는 코팅을 갖고, 이 코팅의 두께는 코팅으로부터의 재료 제거에 의한 가공층의 드레싱(dressing) 동안에 감소되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  6. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 그라인딩 장치에 있는 모든 구동부의 회전 방향은 트리밍 동안에 2회 이상 변하는 것인 가공층 트리밍 방법.
  7. 제6항에 있어서, 회전 방향에 있어서의 2회의 변경 사이에 얻어지는 가공층으로부터의 재료 제거량은 회전 방향에 있어서의 각각의 변화에 있어서 감소되는 것을 특징으로 하는 가공층 트리밍 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 회전 방향에 있어서의 마지막 변경과 트리밍의 종료 사이의 2개의 가공층 각각으로부터의 재료 제거량은 가공층에 결합된 연마재 입자의 평균 입자 크기의 10 % 내지 100 %인 것인 가공층 트리밍 방법.
  9. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하며, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 트리밍 장치로서, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적의 80 % 이상은 트리밍 디스크 상의 링 형상 영역 내에 배치되고, 상기 링 형상 영역의 폭은 트리밍 디스크의 직경의 1 % 내지 25 %이며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적은 링 형상 영역의 총 면적의 20 % 내지 90 %를 차지하는 것인 트리밍 장치.
  10. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적의 80 % 이상은 트리밍 디스크 상의 링 형상 영역 내에 배치되고, 상기 링 형상 영역의 폭은 트리밍 디스크의 직경의 1 % 내지 25 %이며, 가공층과 접촉하게 되는 트리밍 본체의 면적은 링 형상 영역의 총 면적의 20 % 내지 90 %를 차지하는 것인 가공층 트리밍 방법.
  11. 제10항에 있어서, 하나 이상의 트리밍 본체는 이 트리밍 본체의 구역의 적어도 일부에 의해 일시적으로, 그라인딩 장치에서 가공되는 공작물에 의해 스위핑(sweeping)되는 가공층의 링 형상 영역의 내측 에지를 넘어 연장되며, 하나 이상의 트리밍 본체는 이 트리밍 본체의 구역의 적어도 일부에 의해 일시적으로, 그라인딩 장치에서 가공되는 공작물에 의해 스위핑되는 가공층의 링 형상 영역의 외측 에지를 넘어 연장되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 링 형상 영역의 외측 에지는, 그라인딩 장치에서 가공되는 공작물에 의해 스위핑되는 가공층의 링 형상 영역의 내측 에지 및 외측 에지를 넘어 연장되는 것인 가공층 트리밍 방법.
  13. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 우선 2개의 가공층의 반경 방향 형상 프로파일을 측정하고, 이로부터 평탄면을 재확립하기 위해 2개의 가공층 각각에 대해 요구되는 최소 재료 제거량을 결정하며, 그 후 트리밍 처리를 실시하고, 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 제거율의 비가 최소 재료 제거량의 비에 상응하도록 트리밍 동안의 냉각 윤활제의 유량과, 또한 하부 가공 디스크에 대해 상부 가공 디스크를 가압하는 압력을 적절히 선택함으로써 상부 가공층과 하부 가공층으로부터의 제거율을 설정하는 것인 가공층 트리밍 방법.
  14. 제13항에 있어서, 냉각 윤활제의 유량의 증가는 상부 가공 디스크에 비해 하부 가공층으로부터의 제거율을 줄이고, 냉각 윤활제의 유량의 감소는 상부 가공 디스크에 비해 하부 가공층으로부터의 제거율을 증가시키는 것인 가공층 트리밍 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 트리밍 동안에 상부 가공 디스크를 하부 가공 디스크에 대해 가압하는 압력의 감소는 하부 가공 디스크에 비해 상부 가공 디스크로부터의 제거율을 줄이고, 트리밍 동안에 상부 가공 디스크를 하부 가공 디스크에 대해 가압하는 압력의 증가는 하부 가공 디스크에 비해 상부 가공 디스크로부터의 제거율을 증가시키는 것인 가공층 트리밍 방법.
  16. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하고, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 트리밍 장치로서, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층의 재료 제거를 실시할 수 있으며, 외측 치형부는 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능한 것인 트리밍 장치.
  17. 트리밍 디스크, 복수 개의 트리밍 본체 및 외측 치형부를 포함하는 하나 이상의 트리밍 장치를 사용하여, 연마재가 결합되어 있고 평평한 공작물의 양면 동시 처리를 위한 그라인딩 장치에 있는 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크의 서로 대향하는 면 상에 적용되는 2개의 가공층을 트리밍하는 방법으로서, 하나 이상의 트리밍 장치는 롤링 장치와 외측 치형부에 의해, 소정 압력을 받고 연마 작용을 하는 물질을 포함하지 않는 냉각 윤활제가 첨가되는 상태로 가공층에 대해 사이클로이드 경로를 형성하도록 회전하는 가공 디스크들 사이에서 이동되며, 트리밍 본체는 가공층과 접촉할 시에 연마재 물질을 방출하고, 이에 따라 비결합 입자에 의한 가공층으로부터의 재료 제거를 실시하며, 외측 치형부는 트리밍 디스크에 대해 높이 조정 가능한 것인 가공층 트리밍 방법.
  18. 제17항에 있어서, 트리밍 디스크에는 외측 치형부를 수용하는 절결부가 마련되고, 이에 따라 트리밍 본체는, 트리밍 디스크의 일부 또는 외측 치형부가 가공층과 맞물리게 되는 일 없이 완전히 마모될 수 있는 것인 가공층 트리밍 방법.
  19. 제1항, 제6항, 제10항, 제13항 또는 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 가공층은 탄성이 있으며, 박리 동작에 의해 각각의 가공 디스크로부터 탈착될 수 있고, 적어도 3개의 아래의 층, 즉
    - 가공층으로부터 멀어지는 방향을 향하고, 연마재가 결합되어 있으며, 하나보다 많은 연마재 입자층의 유효 두께를 갖는 유효층,
    - 상기 유효층을 지지하고, 연속적인 유닛을 형성하도록 유효층의 모든 요소를 연결하는 중앙 연속 지지층, 및
    - 가공 디스크를 향하고, 상기 유효층의 유효 수명의 기간에 걸쳐 가공 디스크와 힘 로킹(force-locking) 또는 포지티브 로킹(positively locking) 복합 조립체를 형성하는 장착층
    을 포함하는 것인 가공층 트리밍 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180087275A (ko) * 2015-12-11 2018-08-01 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 웨이퍼의 양면연마방법
CN113770902A (zh) * 2021-09-06 2021-12-10 江西赣绿木业有限公司 一种生态板的整形装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013202488B4 (de) * 2013-02-15 2015-01-22 Siltronic Ag Verfahren zum Abrichten von Poliertüchern zur gleichzeitig beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben
DE102013206613B4 (de) 2013-04-12 2018-03-08 Siltronic Ag Verfahren zum Polieren von Halbleiterscheiben mittels gleichzeitiger beidseitiger Politur
US9609920B2 (en) * 2013-09-06 2017-04-04 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Process for modifying a hook profile of a fastening component and a fastening component having hooks with a modified profile
DE102014220888B4 (de) * 2014-10-15 2019-02-14 Siltronic Ag Vorrichtung und Verfahren zum doppelseitigen Polieren von scheibenförmigen Werkstücken
DE102015220090B4 (de) * 2015-01-14 2021-02-18 Siltronic Ag Verfahren zum Abrichten von Poliertüchern
CN106312818A (zh) * 2016-09-23 2017-01-11 江苏吉星新材料有限公司 一种研磨用陶瓷盘的修整方法
CN110744424A (zh) * 2019-10-21 2020-02-04 王挺 一种晶圆加工用切面抛光机
CN111976068A (zh) * 2020-07-06 2020-11-24 湖州骏才科技有限公司 一种膜材料加工用多功能降温修整装置
CN111906694A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 蚌埠中光电科技有限公司 一种玻璃研磨垫的在线修整装置
CN112192445A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 西安奕斯伟硅片技术有限公司 用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法
WO2023055649A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-06 Entegris, Inc. Double-sided pad conditioner
CN113997201B (zh) * 2021-11-11 2022-07-22 深圳市前海科创石墨烯新技术研究院 一种新型抛光垫修整盘组装方法及制造工具
CN114536220B (zh) * 2022-04-26 2022-07-15 华海清科股份有限公司 用于化学机械抛光的修整装置、方法及化学机械抛光系统
CN116749080B (zh) * 2023-08-18 2023-11-14 浙江求是半导体设备有限公司 修整方法
CN116922223B (zh) * 2023-09-15 2023-11-24 江苏京成机械制造有限公司 一种具有收集灰尘功能的铸件生产用修整设备

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52103799A (en) * 1976-02-26 1977-08-31 Chikanobu Ichikawa Device for correcting lapping machine
JPS57168109A (en) 1981-04-10 1982-10-16 Shinetsu Eng Kk Device for measuring thickness of work piece in lapping plate
JPH03251363A (ja) * 1990-03-01 1991-11-08 Tdk Corp ラップ加工方法および両面ラップ盤
JP3251363B2 (ja) 1992-02-17 2002-01-28 株式会社小松製作所 タッチスクリーン表示装置
US5958794A (en) 1995-09-22 1999-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of modifying an exposed surface of a semiconductor wafer
JPH1110530A (ja) 1997-06-25 1999-01-19 Shin Etsu Handotai Co Ltd 両面研磨用キャリア
US6022266A (en) * 1998-10-09 2000-02-08 International Business Machines Corporation In-situ pad conditioning process for CMP
US6142859A (en) * 1998-10-21 2000-11-07 Always Sunshine Limited Polishing apparatus
JP2000153458A (ja) 1998-11-17 2000-06-06 Speedfam-Ipec Co Ltd 両面加工機における砥石定盤の面出し方法及び装置
DE19937784B4 (de) 1999-08-10 2006-02-16 Peter Wolters Werkzeugmaschinen Gmbh Zweischeiben-Feinschleifmaschine
US6206765B1 (en) * 1999-08-16 2001-03-27 Komag, Incorporated Non-rotational dresser for grinding stones
JP2001179600A (ja) 1999-12-20 2001-07-03 Speedfam Co Ltd ドレッサ
US6752687B2 (en) * 2001-04-30 2004-06-22 International Business Machines Corporation Method of polishing disks
JP4982037B2 (ja) * 2004-05-27 2012-07-25 信越半導体株式会社 研磨布用ドレッシングプレート及び研磨布のドレッシング方法並びにワークの研磨方法
DE102004040429B4 (de) 2004-08-20 2009-12-17 Peter Wolters Gmbh Doppelseiten-Poliermaschine
JP2007069323A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Shinano Denki Seiren Kk 定盤表面調整用砥石及び表面調整方法
JP2007118146A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Speedfam Co Ltd 定盤のパッド貼着面用ドレッサ及びパッド貼着面のドレッシング方法
DE102006032455A1 (de) 2006-07-13 2008-04-10 Siltronic Ag Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben sowie Halbleierscheibe mit hervorragender Ebenheit
JP4904960B2 (ja) * 2006-07-18 2012-03-28 信越半導体株式会社 両面研磨装置用キャリア及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法
WO2008064158A2 (en) * 2006-11-21 2008-05-29 3M Innovative Properties Company Lapping carrier and method
JP5305698B2 (ja) 2007-03-09 2013-10-02 Ｈｏｙａ株式会社 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法、磁気ディスク製造方法および磁気ディスク用ガラス基板
DE102007013058B4 (de) 2007-03-19 2024-01-11 Lapmaster Wolters Gmbh Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben
DE102007056628B4 (de) 2007-03-19 2019-03-14 Siltronic Ag Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben
DE102007049811B4 (de) 2007-10-17 2016-07-28 Peter Wolters Gmbh Läuferscheibe, Verfahren zur Beschichtung einer Läuferscheibe sowie Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben
CN201235498Y (zh) * 2008-07-30 2009-05-13 常州松晶电子有限公司 晶片双面研磨机
DE102009038942B4 (de) * 2008-10-22 2022-06-23 Peter Wolters Gmbh Vorrichtung zur beidseitigen Bearbeitung von flachen Werkstücken sowie Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung mehrerer Halbleiterscheiben
JP2010194704A (ja) * 2009-01-27 2010-09-09 Shinano Denki Seiren Kk 定盤修正用砥石、定盤修正用研磨装置及び研磨定盤の修正方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180087275A (ko) * 2015-12-11 2018-08-01 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 웨이퍼의 양면연마방법
CN113770902A (zh) * 2021-09-06 2021-12-10 江西赣绿木业有限公司 一种生态板的整形装置

Also Published As

Publication number Publication date
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CN102343551B (zh) 2015-06-03
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US20140170942A1 (en) 2014-06-19
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US20120028546A1 (en) 2012-02-02

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