KR20120099340A

KR20120099340A - 인서트 캐리어 및 반도체 웨이퍼의 동시 양면 재료 제거 가공을 위한 방법

Info

Publication number: KR20120099340A
Application number: KR1020120007005A
Authority: KR
Inventors: 게오르그 피취; 미하엘 케르스탄
Original assignee: 실트로닉 아게
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR101375050B1; JP5309230B2; TWI490934B; CN102610510B; TW201232646A; SG182913A1; US20120190277A1; MY156911A; US8974267B2; DE102011003008B4; JP2012152891A; DE102011003008A1; CN102610510A

Abstract

본 발명은 래핑, 연삭 또는 연마 장치의 두 개의 가공 디스크 사이에서의 양면 가공을 위해 하나 또는 복수 개의 반도체 웨이퍼를 수용하기에 적합한 인서트 캐리어에 관한 것으로, 해당 인서트 캐리어는 제2 재료의 코팅이 각기 전체적으로 또는 부분적으로 코팅된 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 재료로 형성된 코어와, 반도체 웨이퍼를 수용하는 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 상기 코어에서 멀리 떨어진 상기 코팅의 해당 표면은 돌기와 오목부로 이루어진 구조를 가지며, 상기 구조의 돌기와 오목부의 상관 길이는 0.5mm 내지 25mm의 범위에 있고 상기 구조의 종횡비는 0.0004 내지 0.4의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 인서트 캐리어가 사용되는 반도체 웨이퍼의 동시 양면 재료 제거 가공 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

인서트 캐리어 및 반도체 웨이퍼의 동시 양면 재료 제거 가공을 위한 방법{INSERT CARRIER AND METHOD FOR THE SIMULTANEOUS DOUBLE-SIDE MATERIAL-REMOVING PROCESSING OF SEMICONDUCTOR WAFERS}

본 발명은 래핑, 연삭 또는 연마 장치의 두 개의 가공 디스크 사이에서의 양면 가공을 위해 하나 또는 복수 개의 반도체 웨이퍼를 수용하기에 적합한 인서트 캐리어에 관한 것이다. 상기 인서트 캐리어는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 재료로 이루어진 코어와 반도체 웨이퍼의 수용을 위한 적어도 하나의 구멍을 포함한다. 제1 표면과 제2 표면 각각은 제2 재료로 이루어진 코팅부를 가지며, 상기 코팅부는 제1 표면과 제2 표면을 완전히 또는 부분적으로 덮고 있다. 코어에서 멀리 떨어진 코팅부의 표면은 돌기와 오목부로 이루어진 구조를 가진다.

전자 공학, 마이크로 전자 공학 및 마이크로 전자 기계 공학은 실험 재료로서 국내외적인 평탄도(flatness), 단일면 기준(single-side-referenced)의 평탄도(나노 토폴로지), 조도(roughness) 및 청결도(cleanness)로 된 극한의 요건을 갖는 반도체 재료를 필요로 한다. 반도체 웨이퍼는 원소 반도체(실리콘, 게르마늄), 화합물 반도체(예, 알루미늄, 갈륨 또는 인듐 등과 같이 주기율표의 3 주족(main group)의 원소와 질소, 인 또는 비소와 같이 주기율표의 5 주족의 원소로 구성된 반도체), 또는 이들의 화합물(예, Si₁ _- _xGe_x, 0 < x <1)로 된 반도체 재료로 이루어진 웨이퍼이다.

종래 기술에 따르면, 반도체 웨이퍼는 통상 다음의 그룹으로 분류될 수 있는 다수의 일련의 공정 단계에 의해 제조된다:

(a) 통상 단결정의 반도체 봉을 제조하는 단계;

(b) 반도체 봉을 개별 웨이퍼로 슬라이스 절단하는 단계;

(c) 기계적 가공 단계;

(d) 화학적 처리 단계;

(e) 화학적 기계적 처리 단계;

(f) 적절한 경우, 층 구조체의 추가 형성 단계.

"행성 패드 연삭"(planetary pad grinding)("PPG", 행성 운동에 따른 패드 연삭)으로 명명되는 방법은 기계적 가공 단계의 그룹 중에서 특히 유리한 방법으로서 알려져 있다. 상기 방법은 예컨대 독일 특허 공개 제102007013058A1호에 기재되어 있으며, 이에 적합한 장치는 예컨대 독일 특허 공개 제19937784A1호에 기재되어 있다. PPG는 복수의 반도체 웨이퍼를 동시에 양면 연삭하기 위한 방법이고, 여기서 각각의 반도체 웨이퍼는 회전 장치에 의해 회전 구동되는 복수의 구동 디스크(인서트 캐리어) 중 하나의 컷아웃부 내에서 자유롭게 이동 가능하여 사이클로이드적 궤적으로 이동되도록 배치된다. 반도체 웨이퍼는 회전하는 두 개의 가공 디스크 사이에서 재료가 제거되는 방식으로 처리된다. 각각의 가공 디스크는 결합된 접착제를 함유하는 가공층을 포함한다. 가공층은 접착제에 의해, 자기적으로, 견고한 체결 방식(예, 호크 및 루프 패스너)으로, 또는 진공에 의해 가공 디스크 상에 고정되는 구조적 연삭 패드의 형태로 제공된다.

유사한 방법은 이른바 "평 호닝(flat honing)" 또는 "미세 연삭(fine grinding)"이다. 이 경우, PPG에 대해 전술된 구성의 복수의 반도체 웨이퍼가 회전 장치에 의해 두 개의 회전하는 대형의 가공 디스크 사이의 특징적인 사이클로이드 경로 상에 안내된다. 가공 디스크 내에는 연삭에 의해 재료 제거가 행해지도록 연마제 입자가 고정 결합된다. 평 호닝의 경우, 연마제 입자는 가공 디스크의 표면 내에 직접 결합되거나, 가공 디스크 상에 설치되는 이른바 "펠릿(pallet)"이라는 복수의 개별 연마체에 의해 가공 디스크의 국부적 피복의 형태로 존재할 수 있다(P. Beyer 등에 의한 Industrie Diamanten Rundschau IDR 39(2005년판) III, 202 페이지 참조).

PPG와 펠릿 연삭의 경우, 가공 디스크는 링 형상으로 구현되며, 구동 디스크를 위한 회전 장치는 가공 디스크의 회전축에 대해 동심으로 배열된 내부 및 외부 핀 휠로 이루어진다. 내부 및 외부 핀 휠은 행성 기어 구조의 선 기어 및 내부 기어를 형성하며, 그에 따라 구동 디스크는 상기 행성 기어 구조의 중심축을 중심으로 행성과 같은 특유의 회전으로 회전되므로, 이름하여 "구동 디스크"이다.

마지막으로, PPG 연삭과 유사한 추가의 방법은 예컨대 미국 특허 공개 제2009/0311863A1에 기재된 동시 양면 궤도 연삭이다. 궤도 연삭의 경우도, 반도체 웨이퍼가 인서트 캐리어의 수용 개구 내에 삽입되어, 회전하는 가공 디스크 사이에서 처리 중에 안내된다. 그러나, PPG 또는 펠릿 연삭에 대해, 궤도 연삭 장치는 오직 하나의 인서트 캐리어만을 가지고 있어서 그것으로 전체 가공 디스크를 커버한다. 가공 디스크는 링 형상으로 구현되지 않고 원 형상으로 구현된다. 인서트 캐리어는 가공 디스크 외측으로 그 원주 둘레로 배열되는 복수의 가이드 롤러에 의해 안내된다. 가이드 롤러의 회전 스핀들은 구동 스핀들에 편심되게 연결된다. 구동 스핀들의 회전에 의해, 가이드 롤러는 편심 운동을 수행하여 인서트 캐리어가 자이로스코프 이동 또는 궤도 이동되도록 한다. 따라서, 궤도 연삭의 경우, 인서트 캐리어는 자체의 중심축을 중심으로 회전되지 않음은 물론, 가공 디스크의 회전축 중심으로도 회전되지 않고 가공 디스크의 면적에 걸쳐 작은 원의 형태로 진동 운동을 행한다. 이러한 궤도 이동은 인서트 캐리어에 의해 안내되는 각각의 반도체 웨이퍼 아래에서 궤도 이동 중 계속적으로 완전하게 반도체 웨이퍼에 의해 쓸려지는 영역 내에 놓여지는 공간적으로 고정된 기준 시스템 내의 개별 영역이 항상 존재한다는 사실을 특징으로 한다.

독일 특허 공개 DE102007049811A1의 내용은 PPG 또는 펠릿 연삭의 실행을 위해서는 가공되는 반도체 웨이퍼의 최종 두께와 같거나 그보다 작은 두께를 갖는 구동 디스크를 사용하는 것을 조건으로 명시하고 있다. 이것은 동일한 이유로 궤도 연삭에도 적용된다. 따라서, 구동 디스크(PPG, 펠릿 연삭) 및 인서트 캐리어(궤도 연삭)는 예컨대, 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼를 가공시 통상 0.8 mm보다 작은 매우 얇은 두께를 가진다. 또한, 독일 특허 공개 DE102007049811A1의 내용은 구동 디스크와 인서트 캐리어가 가공 중에 작용하는 힘에 견디기 위해 충분한 강성을 가져야 하며, 가공 중 가공층과 접촉되는 표면이 특히 마모에 강해야 하며, 가공층이 무뎌지게 되지 않고 바람직하지 않게 빈번하고 복잡한 트리밍을 통해 재조정(재드레싱)될 필요가 없도록 가공층과는 상호 작용이 거의 없도록 하는 것을 조건으로 명시한다. 따라서, 독일 특허 공개 DE102007049811A1에 따르면, PPG 방법의 실행에 적합한 구동 디스크는 예를 들면, 고 강성의 제1 재료로 이루어지고 부분 또는 전체가 제2 재료로 코팅되며 반도체 웨이퍼의 수용을 위한 구멍을 적어도 하나 형성하고 있는 코어를 포함하는 것이 바람직하다. 독일 특허 공개 DE102007049811A1에 따르면, 제2 재료로서 쇼어 경도치 40A~80A의 경도를 갖는 열경화성 폴리우레탄을 사용하는 것이 바람직하다. 이 재료는 바람직하게 사용되는 연마 물질인 다이아몬드에 대한 마모에 특히 저항성이 있는 것으로 판명된 것이다.

이 경우, 내마모층은 스프레잉, 디핑(dipping), 플러딩(flooding), 스프레딩(spreading), 롤링 또는 블래이드 코팅에 의해 도포된다. 그러나, 종래 기술에서는 전방 및 후방 측면에 대한 코팅을 위한 공간에 대해 집중식으로 제1 재료가 삽입되는 사출 주형 내에서의 성형에 의한 코팅을 선호하였다. 대안적으로, 여분의 두께의 층으로 코팅 후 원하는 목표 두께로 다시 연마하는 방법도 알려져 있다.

독일 특허 공개 DE102007049811A1은 종래 기술에서 공지된 내마모층에 매우 큰 마찰력이 작용함을 설명한다. 상기 힘은 반도체 웨이퍼 상의 재료의 제거에 의해 가해지는 치핑력(chipping capacity)에 기인한 마찰력보다 훨씬 크다.

높은 마찰력에 기인하여, 구동 디스크의 강성 부여 코어는 구동 디스크가 여전히 충분하게 안정적이도록 매우 두꺼워야 한다. 결국, 구동 디스크의 코팅은 -최대 100㎛이지만 실제로는 그보다 훨씬 작은- 매우 작은 두께만이 남게 되며, 이는 사용 수명을 크게 제한하고 구동 디스크의 마모 부분에 고 비용이 소요됨을 의미한다.

더욱이, 높은 마찰력은 가공 중 반도체 웨이퍼가 가능한 한 원하는 것처럼 낮은 힘과 "자유 유동"의 방식으로 이동되지 않도록 하는 효과를 미친다. 결국, 반도체 웨이퍼에 특히 높은 평탄도를 제공하는 동시 양면 가공의 장점은 종래 기술에 공지된 구동 디스크를 사용하여 가공을 행한다면 부분적으로 소용이 없다.

독일 특허 공개 DE102007049811A1에 따르면, 얇은 층 두께에 따른 높은 마찰력은 인서트 캐리어의 코어 재료와 코팅 사이에 특히 불리한 박리력을 초래한다. 상기 마찰력은 상당 수준의 박리(delamination)에 의해 코팅이 먼저 벗겨지도록 한다. 반도체 웨이퍼와 통상은 구동 디스크의 파괴를 가져오는 층 박리를 억제하기 위해, 예컨대 국제 특허 공개 WO2008/064158A2는 구동 디스크의 코어 재료와 내마모 층 사이에 접착력 증가제(adhesion promoter)의 층을 추가로 사용하는 것을 기술하고 있다. 그러나, 이것도 과도하게 낮은 층 접착의 문제를 해결하지 못하여 종래 기술에 공지된 내마모 코딩된 구동 디스크가 PPG 방법과 관련 연삭 방법을 수행하기에 적합하지 않게 된다.

마지막으로, 독일 특허 공개 DE102007049811A1과 국제 특허 공개 WO2008/064158A1은 공히 코어 재료가 부분적으로만 내마모 층으로 코팅된 구동 디스크를 기술하고 있다. 그러나, 이들 문헌은 특히 층이 조기에 박리되기 쉬워서 마찬가지로 반도체 웨이퍼의 가공에 적합하지 않은 것으로 판명된다.

따라서, 본 발명은 PPG와 관련 연삭 방법에 사용되는 인서트 캐리어의 사용 기간을 연장하고, 동시에 인서트 캐리어와 반도체 웨이퍼의 파괴의 위험 없이 반도체 웨이퍼의 자유 유동 가공을 보장하는 목적을 기초로 한 것이다.

상기 목적은 래핑, 연삭 또는 연마 장치의 두 개의 가공 디스크 사이에서의 양면 가공을 위해 하나 또는 복수 개의 반도체 웨이퍼를 수용하기에 적합한 인서트 캐리어에 의해 달성된다. 해당 인서트 캐리어는 제2 재료의 코팅이 각기 전체적으로 또는 부분적으로 코팅된 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 재료로 형성된 코어와, 반도체 웨이퍼를 수용하는 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 상기 코어에서 멀리 떨어진 상기 코팅의 해당 표면은 돌기와 오목부로 이루어진 구조를 가지며, 상기 구조의 돌기와 오목부의 상관 길이는 0.5mm 내지 25mm의 범위에 있고 상기 구조의 종횡비는 0.0004 내지 0.4의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 인서트 캐리어의 회전에 따른 가공 방법(PPG 또는 펠릿 연삭 방법 또는 양면 래핑)의 경우와 인서트 캐리어가 회전되지 않는 가공 방법(궤도 연삭, 궤도 펠릿 연삭 또는 궤도 래핑)의 경우 모두에 적용될 수 있다. 따라서, 단순성을 위해 이하 "인서트 캐리어"라는 용어는 "구동 디스크"(회전형: PPG, 펠릿 연삭)와 "인서트 캐리어"(비회전형: 궤도 방법)에 대해 동의어로 사용된다. 이들 방법은 이전의 "종래 기술"의 부분에 추가로 설명되어 있다.

본 발명은 종래 기술에 사용 가능한 구동 디스크가 높은 마찰력을 가지거나 코팅의 부분들이 조기에 박리되는 경향이 있다는 점에 대한 고찰을 기초로 한다. 양자의 고찰점은 극히 바람직하지 않은 것으로, 예컨대 PPG 연삭의 수행을 더욱 어렵게 하거나 불가능하게 한다. 특히, 구동 디스크와 반도체 웨이퍼의 총 마찰력은 재료의 제거(치핑 능력, 치핑 마찰)만의 이유로 반도체 웨이퍼의 총 마찰력보다 훨씬 큰 것이 관찰된 바 있다.

종래 기술에 공지된 구동 디스크의 이러한 높은 마찰력은 구동 디스크에 과부하를 인가하고(구동 디스크의 굽힘 및 파괴) 구동 디스크와 반도체 웨이퍼가 일정하지 않고 재현 가능하지 않게 이동하는 것("고착 및 슬립(stick & slip)", 덜컹거림, 요동)도 관찰되어 있다. 결국, 반도체 웨이퍼에 작용하는 힘들은 서로 상쇄되지 않음을 알게 되었는데, 다시 말해 반도체 웨이퍼에 대한 바람직한 바의 큰 부하가 없는(힘이 상쇄되는) "자유 유동"의 가공은 종래 기술에 공지된 구동 디스크로는 수행될 수 없고 이 방법으로 가공되는 반도체 웨이퍼는 가공물이 클램핑 고정되는 부하가 상쇄되지 않는 방법으로부터 공지되는 것과 같은 구속력을 받게 됨을 알게 되었다.

또한, 종래 기술에 사용 가능한 구동 디스크의 높은 마찰력은 특히, 적절한 내마모 코팅이 높은 장력 작용(특히 박리력) 하에서의 가공 중에 전체적으로 또는 부분적으로 박리되므로, 내마모 코팅을 사용할 수 없도록 하는 것이 관찰되었다. 특히, 코팅의 전체 두께, 즉 가용 층과 접착 중간층 및 적절한 경우 존재하는 프라이머 층으로 이루어진 전체 층의 적층체가 서포트(구동 디스크의 코어)로부터 박리됨이 관찰되었다.

표면층의 박리 파편 또는 구동 디스크의 내마모 코팅의 박리 파편은 반도체 웨이퍼 표면과 가공 층 사이의 가공 갭 내로 통과된다. 가공 층(연삭 패드, 펠릿)의 고 경도로 인해, 층 파편에 의해 반도체 웨이퍼 상에 가해지는 점상의 부하는 가공 층의 탄성 변형에 의해 보상될 수 없으며, 따라서 반도체 웨이퍼는 즉시 파괴된다.

구체적으로, 본 발명은 특히, 가공 층 위로 미끄러질 때 층이 받는 마찰과 구동 디스크의 코팅의 엣지의 전체 길이에 따라 층의 조기 박리의 가능성이 커진다는 점에 대한 고찰을 기초로 한다.

본 발명자들은 제1 재료로 된 코어를 제2 재료로 코팅하고 그 표면에는 본 발명에 따라 돌기와 오목부가 형성된 코팅이 마모에 대한 저항성이 강할 뿐 아니라 미끄럼 마찰력도 작은 것을 인식하였다. 본 발명에 따른 인서트 캐리어의 구조를 이하 상세히 설명한다:

인서트 캐리어는 인서트 캐리어에 필요한 강성을 부여하는 제1 재료로 된 코어를 포함한다. 따라서, 제1 재료는 높은 강성을 가지는 것이 바람직하다. 제1 재료는 금속, 특히 강인 것이 바람직한데, 이는 강이 높은 탄성 계수(강성)를 가지기 때문이다. 경화강이 특히 바람직한데, 이는 경화강이 높은 경도와 인장 강도를 가지고 있어서 구동 디스크가 비교적 크게 휘더라도 소성 변형되지 않고 소망의 평탄도를 영구적으로 유지하기 때문이다. 이 경우, 로크웰 경도치(HRC)는 30~60인 것이 특히 바람직하다. 제1 재료로 된 코어는 두 개의 표면을 가지며, 그 중 제1 표면은 인서트 캐리어의 사용 중에 하나의 가공 층과 대면하고, 제2 표면은 양면 가공 장치의 다른 가공 층에 대면한다.

제2 재료는 높은 마모 저항을 가지는 것이 바람직하다. 폴리우레탄과 같은 플라스틱이 바람직하며; 60~95의 쇼어 경도치(A)를 갖는 열경화성 폴리우레탄이 특히 바람직하다.

제2 재료는 최대의 가능한 접착 강도를 갖도록, 즉 제1 재료로부터 제2 재료를 분리하는데 가능한 큰 힘이 필요하도록 제1 재료에 결합된다. 이 경우, 제1 재료와 제2 재료 사이의 계면에서의 접착력은 제2 재료 내에서의 결합력보다 훨씬 큰 것이 바람직하다. 접착력은 제1 재료가 계면을 따라 제2 재료에 결합되는 재료 부착력을 극복하기 위해 쓰여져야 할 힘을 말한다. 결합력은 재료의 분자 사이 또는 분자 내에서 지배적으로 작용하여 재료에 있어서 균일한 재료 결합을 야기하는 재료 결합력을 말한다. 따라서, 사용 중 불가피한 마찰에 따른 마모의 결과로 생기는 것과 같은 코팅의 재료의 손실은 계면을 따라 인서트 캐리어에 하지된(underlying) 제1 재료(코어)로부터 코팅 재료의 연속적 영역이 박리되는 것(접착 손실)이 아니라 코팅 재료 자체가-미시적으로 미량으로-제거되는 것(결합 손실)을 통해 일어나는 것이 바람직하다.

강력한 접착은 제2 재료에 대한 제1 재료의 고유의 접착 작용(반데르발스 힘), 제1 재료와 제2 재료 사이의 형상 결합 고정 결합[치부(toothing), 언더컷(undercut)] 또는 제1 재료와 제2 재료 사이에 추가로 접착 증진을 위한 제3 층을 적용하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

코어에서 멀리 떨어진 제2 재료의 해당 표면은 돌기와 오목부를 갖는 구조를 가진다. 돌기는 인서트 캐리어의 코어로부터 벗어난 방향을 향하고 반도체 웨이퍼의 래핑, 연삭 또는 연마를 위한 장치의 가공 디스크 중 하나와 접촉할 수 있는 표면을 가지는 높은 높이의 영역이다. 오목부는 낮은 높이의 영역으로서, 인서트 캐리어의 코어로부터 벗어난 방향을 향하는 오목부의 표면은 가공 디스크와 결합될 수 없다. 본 발명에 따르면, 돌기와 오목부는 이 경우 연속적인 층의 형태로 서로 항상 연결되어 있다.

코팅의 전체 영역 중 돌기에 의해 형성되는 영역 비율은 5~80%인 것이 바람직하다. 지시된 비율은 가공 디스크와 접촉되는 영역 비율과 관련된다. 이 영역 비율은 줄여서 비율 접촉 영역으로도 지칭된다.

구조화된 코팅의 종횡비(aspect ratio)와 통상적인 구조는 해당 구조가 본 발명에 따라 효과적이 되도록, 즉 마찰 감소가 얻어지고 어떤 코팅 재료도 인서트 캐리어로부터 박리되지 않도록 한정된 범위로부터 선택되어야 함을 알게 되었다.

따라서, 코팅이 제공되는 상기 구조(돌기 및 오목부)의 특징적인 측방향 길이는 본 발명에 따라 미끄럼 마찰의 감소가 얻어지도록 제한된 범위로부터 선택되어야 함을 알게 되었다. 이 경우, 코팅의 구조가 돌기의 분포와 범위 또는 오목부의 분포와 범위에 의해 설명되는 것의 여부는 실제 중요하지 않음이 분명하다. 특징적 길이는 예컨대, 상관 길이(correlation: λ)로서 특정될 수 있다. 상관 길이의 특정은 이것이 전체 코팅의 고유 특성을 구성하고 돌기와 오목부의 패턴에 대해 부분적으로 선택된 실시예의 세부적인 사항과는 무관하다는 장점을 제공한다. 상관 길이는 2차원적인 내부 상관(autocorrelation) 함수로부터 얻어진다.

j(

)=¹/ _A

c(

)

c(

-

)

여기서, j(

)=1/2인 경우 l = |

|가 참이므로,

돌기가

의 위치에 있으면 c

=1이고,

오목부가

의 위치에 있으면, c

= -1이다.

A는 이차원 적분이 미치는 코팅의 전체 영역을 지시하고, d

=dx?dy는 무한소 영역 요소를 지시한다.

따라서 내부 상관은 코팅의 요소, 즉 돌기 또는 오목부가 평균적으로 l = |

|의 거리에 있는 요소와 상관되는 가능성을 나타낸다. 이 가능성은 동일 요소가

의 위치와 동시에

-

의 위치에 있으면, 즉 돌기(1?1 = 1) 또는 오목부((-1)?(-1)　= 1) 각각의 경우, 1의 값(명확한 상관 관계)를 취하고; 분명히 다른 요소가

와

-

의 위치에 있으면, 즉 돌기가

에 위치되고 동시에 오목부가 -

의 위치에 있거나((+1)?(-1) = -1), 오목부가

에 위치되고 동시에 돌기가

-

의 위치에 있으면((-1)?(+1) = -1), 가능성의 값은 -1(반 상관 관계)이고; 마지막으로

와

=(x,y) 에 있는 요소가 평균적으로 비 상관 관계에 있으면(때로는 돌기 때로는 오목부; "+1"과 "-1"이 균일하게 분포된 경우의 합은 0), 가능성의 값은 0이다. 정의상, 항등식 c(0)=1은 항상 참이다. 모든

에 대한 적분과 적분이 실시되는 영역에 의한 나눔은 평균치로 얻어져서 j=j(

)는 실제 l = |

|의 거리에 있는 동일한 종류의 접촉 요소(encountering element)에 있어서 전체 코팅된 영역에 대해 평균된 가능성을 나타낸다.

상관 길이는 0.5~25mm가 바람직하고, 1~10mm가 특히 바람직하다.

구조의 측방향 길이 이외에, 구조의 종횡비도 상당한 중요성을 갖는다. 종횡비는 돌기 또는 오목부의 측방향 길이에 대한 돌기 또는 오목부 간의 높이 차의 비율을 나타낸다. 본 발명에 따른 종횡비를 계산하기 위해, 측방향 길이는 상기 정의된 구조의 상관 길이와 등식화된다. 과도하게 작은 종횡비의 경우에서처럼 과도하게 큰 종횡비의 경우 인서트 캐리어의 코팅과 가공 장치의 가공 층 사이의 마찰은 전혀 감소되지 않음이 관찰되었다.

코팅의 구성에 있어서 짧은 측방향 거리 내에서 예컨대, 각각 높이는 높지만 측방향 길이가 짧고 주변의 오목부의 연속적인 네트워크에 의해 서로 분리된 다수의 작은 돌기의 형태로 큰 높이 변화가 있으면, 큰 종횡비가 얻어진다. 이러한 돌기인 "핀"은 가공 중에 작용하는 측방향의 마찰력에 의해 크게 변형됨을 알 수 있었다. 이것은 돌기가 오목부의 주변 영역에 결합되는 위치인 돌기의 베이스에 특히 재료 응력을 야기한다. 코팅 재료는 거기에서 파열되고 돌기의 부분이 전체 코팅의 군으로부터 떨어져 나갈 수 있다. 이것은 전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼의 파괴 또는 손상을 야기할 수 있다.

반대로, 코팅의 구조가 예컨대, 연속적인 돌기의 네트워크로 둘러싸인 다수의 개별 오목부("일정 깊이의 구멍")의 형태로 존재하는 경우, 마찬가지로 큰 종횡비가 얻어진다. 이들 일정 깊이의 구멍과 같은 형태의 오목부는 반도체 웨이퍼의 재료 제거 가공 중에 생기는 마모 슬러리로 충전되어 막히게 되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 구조의 효과는 소용이 없게 된다.

이에 비해, 코팅이 예컨대, 돌기와 오목부 사이의 높이 차가 매우 작은 광폭의 오목부 또는 큰 돌기의 형태로 넓은 측방향 거리 내에서 높이 변화가 작은 경우, 작은 종횡비가 얻어진다. 과도하게 작은 종횡비의 경우에도 코팅은 하기에 설명되는 바와 같이 본 발명에 따라 작동되지 않는다.

적절히 구조화된 코팅은 코팅과 가공 층 사이에 위치된 공급 냉각 윤활제(PPG의 경우 바람직하게는 물)의 막 두께를 증가시킨다는 사실에 의해 인서트 캐리어의 코팅과 가공 장치의 가공 층 사이의 미끄럼 마찰은 결국 감소된다. 인서트 캐리어는 인서트 캐리어와 가공 층 사이의 상대 이동시 일종의 "수막 현상(aquaplaning)" 효과에 의해 부유 상태가 되며, 이에 따라 미끄럼 마찰이 감소된다. 이것은 분명히 오목부가 냉각 윤활제 공급분을 수용하고, 상대 이동으로 인해 냉각 윤활막의 전단 구배의 결과로써 가공 층 위로 인서트 캐리어가 미끄럼 이동되는 동안 윤활제를 다시 방출시키는 사실에 의해 설명된다. 방출된 냉각 윤활제는 돌기 위로의 유동 이송에 의해서만 오목부를 벗어날 수 있다. 오목부가 너무 작거나 너무 협소하고 돌기가 너무 크면, 냉각 윤활제가 포집된 양은 미끄럼 마찰 감소 효과가 얻어지도록 돌기 위로 막 두께를 증가시키기에는 충분하지 않다. 반대로, 오목부가 너무 크고 돌기가 너무 작으면, 충분치 않은 냉각 윤활제가 오목부의 저장소를 충전하도록 공급되어, 주변의 돌기에 있어 막 형성이 증가될 수 있게 충분한 냉각 윤활제가 얻어지도록 할 수 있다. 이 경우에도 두꺼운 막은 형성되지 않으며, 인서트 캐리어의 마찰 감소 "유동"도 생기지 않는다.

0.0004~0.4의 구조 종횡비가 적절한 것으로 판명된 바 있다. 0.004~0.1의 밤위가 바람직하다.

제2 재료는 제1 재료의 제1 및 제2 표면을 부분적으로 또는 전체적으로 덮는다. 바람직하게, 제1 재료의 두 개의 표면 각각은 정확히 하나의 제2 재료의 연속층을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 코팅은 복수 개의 비연속적 영역("섬")으로 이루어지지 않고 표면 당 단지 하나의 연속 영역으로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우, 해당 영역은 전체 영역을 둘러싸는 해당 영역의 엣지 라인이 단 하나만 존재하는 바로 그러한 경우에 "완전히 연속적인 것"으로 지칭된다.

제2 재료로 이루어진 코팅은 제1 재료에 대해 최고의 접착 강도를 가져서, 다시 말해 제2 재료의 제1 및 제2 표면 각각의 경우 코팅이 차지하는 주어진 면적의 영역에 있어 "영역"에 대한 "엣지"의 비율이 가능한 한 작은 바로 그러한 경우에 박리되지 않음을 알 수 있었다. 보다 명확하게, 이것은 주어진 면적의 영역에 있어 제1 재료의 제1 및 제2 표면의 코팅이 각각 차지하는 영역의 형태가 각각의 경우 상기 영역을 완전히 둘러싸는 바로 하나의 엣지 라인에 해당하는, 두 개의 코팅의 각각의 길이가 최소가 되도록 매 경우 선택되어야 함을 의미한다. 따라서, 이상적으로는 두 개의 코팅 각각은 매 경우 원형 라인으로 둘러싸인다.

이것은 부적절한 접착 강도를 가질 수 있는 코팅의 박리가 언제나 코팅의 엣지로부터, 다시 말해 매 경우 코팅이 차지하는 영역을 확실히 둘러싸는 라인으로부터 진행됨이 발견되었기 때문이다. 폐쇄 층의 중심으로부터의 층 박리는 실제 관찰되지 않았다. 그러므로, 코팅이 차지하는 영역을 한정하는 모든 엣지 라인의 합계가 가능한 한 작도록 그 형태가 선택되는 코팅에 특별한 우선도가 주어진다. 따라서, 코팅의 범위를 정하는 엣지는 추가의 돌출부와 오목부 없이 가능한 한 일정하게 만곡되게 형성된다.

제2 재료의 표면의 구조는 다양한 방식으로 얻어질 수 있다:

(a) 제1 재료는 제2 재료로 피복된 영역에서 일정한 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 제2 재료는 바람직한 표면 구조를 얻기 위해 일정하지 않은 두께를 가져야 한다.

(b) 다른 한편, 제1 재료는 제2 재료로 피복된 영역에서 일정치 않은 두께를 가질 수도 있다. 제2 재료는 형상 결합 고정 방식으로 제1 재료의 두께 프로파일을 따르는 일정한 두께를 가진다. 이 경우, 돌기와 오목부는 제1 재료의 두께 구조에 의해 미리 정해진다.

(c) 제1 및 제2 재료 모두가 일정치 않은 두께를 가지는 것도 가능한데, 이때 양측 재료의 두께 프로파일은 서로에 대해 상보적이지 않게 형성된다. 이 경우, 표면 구조는 제1 및 제2 재료의 두께 변동의 전체로부터 얻어진다.

제2 재료의 두께 변화((a)와 (c)의 경우)는 다음의 방법에 의해 얻어지는 것이 바람직하다: 제1 재료는 매 경우 제1 재료에 면하는 측면이 공동을 형성하는 두 개의 주형 절반부 사이에 중심 정렬되는 방식으로 배치된다. 상기 공동의 범위를 정하는 주형 절반부의 벽은 공동과 이에 연관되어 제2 재료로 형성되는 주형이 후속 단계에서 일정치 않은 폭으로 형성되도록 엠보싱, 연삭, 조각(engraving), 널링(knurling), 홈내기(grooving), 밀링, 터닝 가공(turning) 또는 에칭으로 형성된 구조를 가진다. 이후 공동은 동시에 제2 재료의 유동성 화학적 전구체로 충전된다(사출 성형). 전구체는 이후 예컨대, 가교 결합 또는 경화에 의해 제2 재료로 변환되고, 주형 절반부가 제거되면, 제2 재료로 코팅된 코어가 이 방식으로 분리된다.

마찬가지로, 제2 재료의 두께 변화는 다음의 방법에 의해 얻어지는 것도 바람직하다: 제1 재료는 스프레잉 방법이나 대안적으로 디핑(dipping), 플러딩(flooding), 스프레딩(spreading), 블래이드 코팅 또는 스크린 인쇄에 의해 제2 재료의 비경화된 화학적 전구체로 매우 균일하게 코팅되는데, 이때 전구체는 주입이 용이하게 희석된 상태이다. 이 경우, 양 측면은 동시에(디핑, 플러딩) 또는 연속적으로(스프레딩, 블래이드 코팅, 인쇄) 코팅될 수 있다. 코팅 후, 화학적 전구체가 표피로 덮히지만 완전히 경화되지는 않도록 용매가 기화(증발)되는 시간 동안 유지된다. 제2 재료로 선호되는 열경화성 폴리우레탄 중에서 특히 내마모성을 갖는 종류는 대체로 고온 가교 결합되는데, 다시 말해 적용되는 화학적 전구체는 상온에서는 어떤 경우도 완전히 경화되지 않는다. 이후 구동 디스크는 압력을 받고 열을 공급받는 상태로 내열 플라스틱으로 된 두 개의 플레이트 사이에서 프레싱된다. 상기 플레이트는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 실리콘 고무와 같은 자기 릴리스(self-releasing) 재료로 이루어진 것이 바람직하고; 대안적으로 구동 디스크에 면하는 플레이트의 표면은 사전에 릴리스 작용제(왁스, 실리콘)로 코팅될 수 있다. 구동 디스크에 면하는 플레이트의 표면은 연삭, 조각, 밀링 등에 의해 제2 재료의 구조에 제공되는 구성에 대해 상보적인 구조를 갖도록 제공된다. 가열이 수반되는 프레싱에 의해, 여전히 소성 변형 가능한 제2 재료의 화학적 전구체는 원하는 형태로 변환되고 그 형태로 경화된다. 성형 플레이트가 제거된 후, 제2 재료의 표면이 원하는 형태로 제공된다.

제1 재료의 두께 변화((b)와 (c)의 경우)는 재성형(엠보싱, 조각, 널링, 홈파기, 압축, 인발), 치핑 제거(연삭, 밀링, 터닝 가공), 투공(스탬핑, 드릴링, 연삭, 밀링) 또는 화학적 처리(에칭)에 의해 얻어질 수 있다.

제1 재료에 제2 재료를 적용하는 것은 (b)의 경우 예컨대, 몰딩 또는 스프레잉에 의해 일어난다. 몰딩의 경우, 상기 적용을 위해, 두 개의 주형 절반부에 있어서 두 개의 주형 절반부 사이에 클램핑 고정된 제2 재료의 (각각의 주형 절반부에 면하는) 표면의 높이 프로파일은 매 경우 정확하게 시뮬레이션되어서 매 경우 양 측면 상의 코팅 두께가 일정하게 되도록 하여야 한다. 스프레잉 도포에 의한 코팅부의 적용은 막 유동이 추가로 일어나지 않도록 막간에 기화 시간을 두고 매우 얇게 도포되는 복수 개의 개별 층으로 이루어진 양면 코팅을 적용하는 것을 포함한다. 이 경우, 개별 도포되는 각각의 막은 너무 얇아서 형상 엣지, 돌기 및 오목부에서 막은 표면 장력에 의해 수축될 수 없어서, 매우 일정한 두께를 가지면서 하지된 제1 재료의 형상 프로파일을 정확히 따르는 막 적층체가 전체적으로 형성된다.

반도체 웨이퍼를 수용하는 종래 기술에 공지된 구멍의 라이닝이 다음과 같이 제2 재료로 된 코팅에 결합될 수 있다: 라이닝은 제3 재료로 이루어질 수 있고, 제3 재료는 제1 재료 내의 구멍을 통해 제1 재료의 제1 표면으로부터 제1 재료의 제2 표면까지 연속적으로 연장된다. 바람직하게, 제3 재료는 반도체 웨이퍼를 수용하는 모든 구멍과 제1 재료 내의 모든 다른 구멍의 벽부 영역 모두를 완전히 피복한다.

제3 재료는 제2 재료와 동일하고 제2 재료에 연속적인 층을 형성하는 것이 역시 바람직한데, 해당 연속 층은 제1 재료의 제1 및 제2 표면과 모든 구멍의 벽부를 거의 완전하게 도포한다. 제3 재료와 동일한 제2 재료에 의한 완전한 코팅은 예컨대, 유동 가능한 제2 재료의 화학적 전구체가 코팅을 위해 제공되는 제1 재료의 전체 영역 주변으로 유동할 수 있게 하는 주형 부분 사이에서의 몰딩에 의해 한 번의 작업 동작으로 형성되거나, 또는 코팅을 위해 제공되는 모든 영역 "전반의" 스프레이 코팅에 의해 한 번의 스프레잉 동작으로 형성된다.

그러나, 구동 디스크의 경우(예컨대, PPG 방법의 경우), 외부 치부(toothing)와 이에 인접한 협소한 엣지 영역은 제2 및 제3 재료가 없는 상태로 존재한다. 코팅된 영역 내의 추가의 영역도 마찬가지로 제2 및 제3 재료가 없는 것이 바람직하지만, 제1 재료(인서트 캐리어의 코어) 상의 어떤 지점도 언제나 가공 장치의 가공 층에 접촉되지 않도록 제공된다. 가공 중, 인서트 캐리어는 그에 가해지는 힘(구동, 마찰) 때문에 예컨대, 수직 방향(비틀림, 구부러짐)으로 탄성 변형된다. 그러므로, 제2 및 제3 재료가 없는 영역은 인서트 캐리어가 이러한 탄성 변형의 경우에도 가공 층과 접촉되지 않도록 크기 및 위치에 따라 선택되어야 한다.

상기 변형은 특히, 예컨대 회전하는 구동 디스크에 도입되는 힘을 매개하는 외부 치부의 영역에서 심하다. 구동 디스크의 비코팅 영역과 접촉되지 않는 부분 코팅은 예컨대 다음과 같이 얻어질 수 있다:

회전하는 구동 디스크에 의한 가공 방법(PPG, 펠릿 연삭, 래핑, DSP)에서, 구동 디스크는 외부 치부의 소정 영역에서의 굽힘을 방지하기 위해 외부 치부의 해당 영역으로 특별히 안내되며, 상기 영역에서 구동 디스크는 가공 디스크의 양면에 의해 안내될 수 없다. 이것은 예컨대, 굽힘이 방지되도록 구동 디스크가 결합되는 홈을 갖는 롤링 장치의 핀 위에 특정의 핀 휠 슬리브를 사용하는 것에 의해 행해진다. 톱니 플랭크(flank)가 상기 홈 내로 삽입되는 영역에서 코팅의 마멸을 방지하기 위해, 추가로 적어도 홈 깊이에서 구동 디스크의 좁은 엣지 영역을 코팅되지 않게 남겨두는 것이 바람직하다. 구동 디스크는 외부 치부의 이뿌리 원(root circle)의 반경으로부터 측정시 0~2mm의 폭에 걸쳐 비 코팅 상태로 남겨지는 것이 바람직하다.

비회전식 인서트 캐리어에 의한 가공 방법(궤도 연삭, 궤도 연마)의 경우, 인서트 캐리어는 가공 디스크의 외경부 외측으로 안내되어 인서트 캐리어가 외부 영역에서 가공 층과 접촉되는 것을 구조적으로 방지하는 통상 안정적인 안내 링 내에서 외주를 따라 유지된다. 가공 중 효과를 발휘하는 구동력으로 인해 돌출 또는 만곡되는 것에 의해, 인서트 캐리어는 내부 영역에서만 가공 층에 접촉될 수 있다. 그러므로, 비회전식 인서트 캐리어의 경우, 중심 영역을 완전히 코팅 상태로 남겨두는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인서트 캐리어는 다양한 양면 가공 방법에 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 두 개의 회전하는 가공 디스크 사이에서 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법에 관한 것이기도 하다. 여기서, 반도체 웨이퍼는 인서트 캐리어의 구멍 내에 자유롭게 이동 가능한 방식으로 놓여 있고, 가공 디스크 사이에 형성된 가공 갭 내에서 압력 하에서 인서트 캐리어에 의해 이동되며, 제2 재료의 돌기는 가공 디스크 중 하나에 접촉되며, 제1 재료와 그리고 제2 재료의 오목부는 가공 디스크 중 하나에 접촉되지 않는다.

본 발명은 각각의 가공 디스크가 결합된 마모제를 포함하는 가공 층을 포함하는 방법에 사용되는 것이 바람직하다. 이 경우, 마모제를 포함하지 않는 냉각 윤활제가 가공 갭 내로 공급된다. 이러한 종류의 방법은 연삭 방법으로 지칭된다. 가공 층은 연속적이거나 개별 세그먼트로 이루어지고 바람직하게는 박리 이동에 의해 가공 디스크로부터 제거될 수 있는 패드, 필름 또는 연마체의 형태로 존재할 수 있다.

본 발명은 행성 운동에 의한 양면 가공 방법과 궤도 방법 모두에 사용될 수 있다.

궤도 방법의 경우, 가공 디스크는 원형이고 단 하나의 인서트 캐리어가 사용되는데, 인서트 캐리어는 전체 가공 디스크를 덮고, 가공 디스크의 외주에 배열된 편심 회전하는 가이드 롤러에 의해 구동되어, 각각의 반도체 웨이퍼 아래에 어떤 경우든 반도체 웨이퍼에 의해 완전히 덮이는 각각의 고정된 영역이 언제나 존재하도록 궤도 이동을 야기한다.

행성 운동에 의한 방법의 경우, 가공 디스크는 링형이다. 각각 적어도 하나의 컷아웃부를 갖는 적어도 세 개의 인서트 캐리어(이 경우 구동 디스크로도 지칭됨)가 사용된다. 인서트 캐리어 각각은 가공 디스크의 회전 축과 외부 치부에 대해 동심으로 배열된 내부 및 외부 핀 휠을 포함하는 롤링 장치에 의해 양면 가공 장치의 회전 축에 대해 고유의 회전으로 회전되도록 외부 치부를 갖는다.

도 1은 다른 회전 속도에 대한 주요 드라이브의 공전 토크를 나타낸다.
도 2는 PPG 가공 처리의 토크, 지지력 및 잔류 제거 두께를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따르지 않는 방법에 의한 PPG 가공 처리에 있어 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크의 비교예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의한 PPG 가공 처리에 있어 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크의 예를 나타낸다.
도 5는 구동 디스크의 코어(제1 재료)의 평면도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 코팅을 갖는 구동 디스크의 비교예의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 코팅을 갖는 구동 디스크의 예의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 코팅을 갖는 구동 디스크의 예의 평면도이다.
참조 기호의 리스트
1 상부 가공 디스크의 공전 토크
2 하부 가공 디스크의 공전 토크
3 내부 핀 휠의 공전 토크
4 외부 핀 휠의 공전 토크
5 상부 가공 디스크의 토크
6 하부 가공 디스크의 토크
7 내부 핀 휠의 토크
8 외부 핀 휠의 토크
9 상부 가공 디스크의 지지력
10 잔류 제거 두께
11 본 발명에 따르지 않는 비교예에 있어서 상부 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크
12 본 발명에 따르지 않는 비교예에 있어서 하부 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크
13 본 발명에 따른 예에 있어서 상부 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크
14 본 발명에 따른 예에 있어서 하부 가공 디스크의 힘과 관련된 순수 토크
20 인서트 캐리어(구동 디스크)의 코어(제1 재료)
21 반도체 웨이퍼의 수용 구멍
22 외부 치부
23 도브테일 치부
24 라이닝("인서트")
25 보상 구멍(냉각 윤활제 통로)
26 구동 디스크의 단면선
27 전체 영역 코팅(비교예)
28 비연속적 부분 영역 코팅
29 부분 영역의 비연속적 세그먼트 코팅
30 연속 코팅의 오목부
31 연속 코팅의 돌기
32 연속적 부분 영역 코팅이 없는 영역
33 전방 및 후방 측에 결합된 코팅
34 구멍("인서트")의 라이닝을 대체하는 전방 및 후방 측에 결합된 코팅
35 단면선을 통해 코팅된 구동 디스크(타입 1)
36 단면선을 통해 코팅된 구동 디스크(타입 2)
<dR/dt> 평균 제거 속도(시간에 대한 잔류 제거 두께의 평균화된 유도치)
F 상부 가공 디스크의 지지력(연삭력)
L 주요 드라이브의 정격 출력
M1 상부 가공 디스크의 토크
M2 하부 가공 디스크의 토크
M3 내부 핀 휠의 토크
M4 외부 핀 휠의 토크
M1₀ 상부 가공 디스크의 공전 토크
M2₀ 하부 가공 디스크의 공전 토크
M3₀ 내부 핀 휠의 공전 토크
M4₀ 외부 핀 휠의 공전 토크
<M*> 가공 디스크의 평균 순수 토크
M1* 상부 가공 디스크의 순수 토크
M2* 하부 가공 디스크의 순수 토크
n1 상부 가공 디스크의 회전 속도
n2 하부 가공 디스크의 회전 속도
n3 내부 핀 휠의 회전 속도
n4 외부 핀 휠의 회전 속도
PU 폴리우레탄
R 잔류 제거 두께
RIM 반응 사출 성형(주형 내에서의 경화 방식의 성형)
RPM 분당 회전수
T 시간
ΔΩ 평균 회전 속도에 대한 가공 디스크 회전 속도의 편차
σ₀ 공간적으로 고정된 기준 시스템에서 가공 장치의 중간점에 대한 구동 디스크 중간점의 회전 속도
ω₀ 공간적으로 고정된 기준 시스템에서 각각의 중간점에 대한 구동 디스크의 고유 회전의 회전 속도
Ω 회전하는 구동 디스크의 중간점에 대한 가공 디스크의 평균 회전 속도

실시예 및 비교예

형상, 구성 및 구조에 따라 다른 코팅에 대한 실험을 수행하여 종래 기술에 알려진 구동 디스크에 대한 문제점의 원인을 이해하고 그 해결책을 찾고자 하였다.

이 경우, 본 발명의 성립에 핵심적으로 판명된 것은 가공 층에 대한 구동 디스크의 이동 중에 생기는 마찰력의 정확한 측정이었다. 구동 디스크 응력에 관한 마찰은 가공 중의 습식 미끄럼 마찰이기 때문에, 이러한 마찰은 가공 중에 그리고 장치 드라이브의 실제 회전 속도(운동) 및 실제 지지력(연삭력, 연마 압력)에 의해 결정되어야 한다. 이러한 마찰은 또한 실제 연삭 조건 하에서 발생되는 마찰력이 가공 층(다이아몬드, 충전재)의 미끄럼 마찰과 반도체 웨이퍼의 가공 중 해제되는 반도체 재료의 입상 마모제에서의 롤링 마찰과의 조합에 의해 결정된다는 고찰로부터 분명해졌다. 이러한 마찰은 반도체 웨이퍼 재료를 동시에 제거하는 가공이 없이 실험실 장치 내에서 표현될 수 없다.

조사는 예컨대, 독일 특허 공개 DE19937784A1에 기술된 바와 같은 PPG 연삭 방법의 수행에 적합한 장치에 대해 이루어졌다. Peter Wolters GmbH 사의 AC-2000 형의 양면 가공 장치를 사용하였다. 이 장치는 1935mm의 외경과 563mm의 내경을 가지고 내부 및 외부 핀 휠을 갖는 두 개의 링형 가공 디스크를 포함한다. 드라이브의 정격 파워 출력(L)이 표 1에 지시된다.

내부 및 외부 핀 휠로부터 형성된 롤링 장치는 5개까지의 구동 디스크를 수용할 수 있다. 매 경우 5개의 구동 디스크가 실제 조사에 사용되었다. 구동 디스크는 내부 및 외부 핀 휠 내에 결합되는 외부 치부를 가진다. 외부 치부의 피치 원 직경은 720mm이다. 따라서, 구동 디스크는 300mm 직경의 반도체 웨이퍼 각각을 수용하는 3개까지의 구멍 또는 200mm 직경의 반도체 웨이퍼 각각을 수용하는 6개까지의 구멍 또는 450mm 직경의 반도체 위에퍼를 수용하는 오직 하나의 구멍을 구성하는 것이 가능한 유효 영역을 가진다. 조사를 위해, 300mm 직경의 반도체 웨이퍼 3개를 수용하기 위해 각각 3개의 구멍을 갖는 구동 디스크를 처음부터 끝까지 사용하였다.

도 5는 실험에 사용되는 구동 디스크를 도시한다. 상기 구동 디스크는 반도체 웨이퍼를 수용하는 구멍(21)과, 외부 치부(22)와, 반도체 웨이퍼가 구동 디스크의 코어를 형성하는 제1 재료(강)와 직접 접촉되는 것을 방지하는 라이닝(플라스틱 인서트)과 형상 결합 체결부를 형성하는 도브테일형 컷아웃부(23)와, 가공 중 두 개의 가공 디스크 사이에 형성된 가공 갭에 가해지는 냉각 윤활제의 통과 또는 교환을 위한 보충 구멍(25)을 포함한다. 조사를 위해, 추가의 첨가물이 없는 완전한 순수를 사용하여 28 ℓ/min의 항속 유동 속도로 반도체 웨이퍼의 가공 중 가공 갭으로 공급하였다(26은 사용되는 구동 디스크를 따른 단면선을 지시하는데, 해당 단면선을 따라서 하기에 추가로 설명되는 바와 같이 도 7은 구동 디스크의 예의 단면도를 나타내고 도 6은 구동 디스크의 비교예의 단면도를 나타낸다).

PPG 연삭 조건하에서의 마찰 측정을 위해, 구동 디스크는 3M 사의 "Trizact Diamond Tile" 타입의 677XAEL인 연삭 패드로 피복된다. 상기 연삭 패드는 고정 결합된 연마제로서 다이아몬드를 함유하고 있다. 각각의 일련의 실험을 위해, 연삭 패드는 매 경우 새롭게 정돈(레벨링)된 후 예컨대, T. Fletcher 등에 의한 Optifab 2005년도 판에 기술된 바와 같은 방법에 의해 마무리되어 모든 실험에 대해 동일한 시작 조건(절단의 예리함, 절단 능력)을 보장하였다.

PPG 가공 장치의 드라이브의 (측정에 사용되는) 회전 속도(RPM)가 표 1에 지시된다. 이 경우, "abs."는 드라이브(실험 시스템)의 절대 회전 속도를 지시하고, "rel."은 구동 디스크와 동반 이동되는 기준 시스템, 즉 가공 운동학의 특별히 보편적인 툴 불변의 설명을 제공하는 고유 시스템에서의 회전 속도를 지시한다. n1, n2, n3, n4는 공간적으로 고정된(설치-관련) 기준 시스템에서 상부 및 하부 가공 디스크와 내부 및 외부 핀 휠에 대핸 선택된 절대 회전 속도를 지시한다. Ω는 회전하는 구동 디스크의 중간점에 대한 가동 디스크의 (고유 시스템을 가져오는) 평균 회전 속도를 지시하고, ΔΩ은 평균 회전 속도에 대한 가공 디스크의 개별 회전 속도의 편차를 지시하고, ω₀는 공간적으로 고정된 기준 시스템에서 각각의 중간점에 대한 구동 디스크의 고유 회전의 회전 속도를 지시하고, σ₀는 공간적으로 고정된 기준 시스템에서 가공 장치의 중심에 대한 구동 디스크 중간점의 회전 속도를 지시한다. 각각의 기준 시스템에서 벡터[(n1, n2, n3, n4), (Ω, ΔΩ, ω₀, σ₀)]로 표현되고 매 경우 가공 중 이동 시퀀스(sequences)를 완전히 기술하고 있는 파라미터 세트 사이는 알고 있는 행성 기어 방정식을 나타내는 변환 행렬(transformation matrix)의 곱에 의해 변환을 행하는 것이 가능하다.

abs.			rel.			L
n1	-32	RPM	Ω	28.5	RPM	18	kW
n2	+25	RPM	ΔΩ	-0.12	RPM	18	kW
n3	+4	RPM	ω₀	-11.52	RPM	4.5	kW
n4	-6	RPM	σ₀	-3.38	RPM	6	kW

마찰은 실제 출력(관련 드라이브의 각각의 정격 파워 출력(L)에 대한 %비율, 표 1 참조; "%L"로 축약됨)인 모터 출력을 기초로 결정된다. 이를 위해, 우선 공전 파워와 가공 중 후속으로 결정되는 파워 출력으로부터 제거되어야 하는 다른 손실에 따른 공전 파워를 결정하는 것이 필요하다. 도 1은 대응하는 드라이브 회전 속도(n1, n2, n3, n4)의 함수로서 상승된 상부 가능 디스크를 가지고 삽입된 구동 디스크 및 반도체가 없는 상부(1) 가공 디스크와 하부(2) 가공 디스크 및 내부(3) 핀 휠과 외부(4) 핀 휠의 공전 파워(M1₀, M2₀, M3₀, M4₀)를 보여준다.

도 2는 시간(T)(시간 및 분, h:mm)에 대한 PPG 가공 처리 중 결정되는 동작의 특징적인 도면을 보여준다. 이 경우 도 2 (A)는 상부(5) 및 하부(6) 가공 디스크의 토크 또는 파워 출력(M1, M2)을 각각의 드라이브의 각각의 정격 출력(L)의 비율(%L)로 나타낸다. 도 2 (B)는 내부(7) 및 외부(8) 핀 휠의 토크(M3, M4)를 나타내며, 도 2 (C)는 상부 가공 디스크(9)의 지지력(F)(연삭력, 연마 압력)의 프로파일을 daN(decanewton)으로 나타내고 반도체 웨이퍼의 선택된 목표 두께에 대한 잔류 제거 두께(R)를 마이크로 미터(㎛)로 나타낸다. 주요한 하중 부여의 국면 중에 3X5=15의 300mm 직경의 반도체 웨이퍼의 경우 550 daN의 지지력은 5.2 kPa의 압력, 즉 0.052 bar의 압력에 대응한다. 가공 조건과 재료 제거는 하중 증강 및 가공 처리의 시작시의 드라이브의 회전 시작시로부터 하중 감소 및 가공 처리의 종료시의 드라이브의 회전의 정지시까지의 가공 처리의 총 지속 시간이 예로써 도 2에 나타낸 바와 같이 5~7분이 되도록 선택하였다. 해당 예에서는 이를 위해 90㎛의 재료가 제거되었다. 잔류 제거 두께(10)의 기울기는 약 17 ㎛/min의 주요 제거 단계 중의 평균 재료 제거율이 얻어진다.

실제 마찰 손실을 결정하기 위해, 도 1에 따라 결정되는 공전 토크는 도 2 (A)와 도 2 (B)에 예로써 나타낸 측정된 드라이브 토크(M1, M2 등)로부터 제외된다. 이것으로부터 실제 토크(M1*, M2* 등)가 얻어진다. 실제 토크는 가공 중 효과를 미치는 지지력(F)에 관련된다. 동일한 연삭 패드, 동일한 트리밍 조건 및 동일한 회전 속도(가공 층에 대한 가공물의 동일 경로 속도)로 주어지는 재료 제거율(재료 제거의 비율)은 지지력(F)에 비례하므로, 지지력 관련 순수 토크(M1*/F, M2*/F 등)는 가공 중 구동 디스크와 반도체 웨이퍼 전체가 경험하는 마찰의 직접적인 척도이다. 가공 디스크는 제거 능력에 주로 기여하므로, 상부 및 하부 가공 디스크의 힘 관련 순수 토크(M1*/F, M2*/F)는 실제 마찰 손실에 대한 충분한 근사치로 간주되었다.

비교예 1

비교예 1에서는 도 6 (A)에 나타낸 바와 같이 전체 영역에 대해 두께 균일하게 코팅된 구동 디스크를 사용하였다: 도 6 (A)는 반도체 웨이퍼를 수용하는 구멍(21)과, 외부 치부(22)와, 반도체 웨이퍼의 보호를 위해 수용 구멍에 라이닝되는 "인서트"(24)와, 냉각 윤활제의 통과를 위한 보충 구멍(25)과, 나머지 강제(steel) 코어(20)의 전체 영역 코팅(27)을 포함하는 구동 디스크를 보여준다.

도 3은 본 발명에 따르지 않는 구동 디스크에 대한 상부 및 하부 가공 디스크의 힘 관련 순수 토크(M1*/F, M2*/F)의 일시적 전개를 나타낸다. 시간은 "h:mm" 형식으로 시간 및 분으로 나타낸다. 순수 토크는 정격 파워 출력의 비율(%L)로 나타낸다. 구동 디스크는 고품위의 경화강으로 된 600㎛ 두께의 코어로 이루어지고, 양측면에 80A의 쇼어 경도치를 갖는 열경화성 폴리우레탄으로 된 100㎛ 두께의 코팅이 형성되어 있는 것이다. 강제 코어와 코팅은 매우 균일한 두께로 이루어져 있고 코팅은 전체 구동 디스크 외관을 피복하고 있는 것이다. 외부 치부만이 치부 첨단부로부터 이뿌리 원(root circle)까지 코팅되지 않은 상태로 되어 있다. 따라서 구동 디스크는 도 6 (A)에 나타낸 것과 대응한다.

해당 비교예 1에서, 폴리우레탄(PU) 코팅이 소정의 성형 방법에 의해 도포되어 있다. 이를 위해, 래핑에 의해 특히 파문이 없고 두께 균일성이 없이 가공되는 강제 코어는 주형의 두 개의 주형 절반부 사이에 중심 정렬된다. 두 개의 주형 절반부는 구동 디스크 코어를 향하는 내부 측면에 예정된 코팅에 대응하는 형태를 갖는 공동과 탕구 및 배기 통로를 포함한다. 주형은 코팅 재료(가교결합되지 않은 폴리우레탄)의 액상의 화학적 전구체로 충전된 후 주형 내에서 경화된다(반응 사출 성형: RIM). 경화 후, 주형 절반부를 제거하면 열경화성 PU로 코팅된 구동 디스크가 얻어진다.

밀링 및 연마 방법에 의한 높은 형상 정밀도로 인해, 구동 디스크의 총 두께의 변동은 800㎛에서 ±1.5㎛미만이었다. 코팅(쇼어 경도 80A)의 탄성도로 인해 전체 코팅은 가공 중 가공 층(연삭 패드)에 접촉되는 것으로 추정된다. 그러므로 코팅은 거의 100%의 비율 접촉 영역을 가진다.

힘 관련 순수 토크는 도 3에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 평탄한 구동 디스크(도 6 (A))의 비교예에서 평균적으로 약 0.135%L/daN이다. 종래 기술에서는 매우 평탄한 구동 디스크가 바람직한 것으로서 제공된다. 그 이유는 예컨대 독일 공보 DE10023002B4에 설명된다. 종래 기술에서, 기술적으로 가능하다면 최고의 가능한 거시적 평탄도는 물론 특히 작은 미시적 거칠기에도 우선 순위가 주어진다. 이것의 이유는 독일 공보 DE10250823B4에 설명된다.

실시예 1

실시예 1에서, 도 7 (A)에 도시된 바와 같이 전체 영역에 걸쳐 코팅된 구동 디스크를 사용하였다. 구동 디스크는 PPG 방법의 수행 중 연삭 장치의 가공 층에 접촉되는 돌기(31)와 가공 층에 접촉되지 않는 오목부(30)를 가진다. 돌기와 오목부는 본 발명에 따라 연속 영역을 형성한다. 전체 영역에 걸쳐 연속적인 이러한 코팅의 특징적 특성은 구동 디스크의 코어가 어떤 지점에서도 볼 수 없다는 것이다.

도 7 (A)에 도시된 전체 영역 코팅의 경우, 외부 치부의 치부 첨단부로부터 이뿌리 원까지의 외부 치부(22)의 영역만이 코팅 중에 마스킹에 의해 코팅 재료가 없이 유지된다. 이것은 특히 적절한 경우 치부 플랭크에 부착된 코팅 재료가 가공 장치의 내부 및 외부 핀 휠 사이에서 구동 디스크의 롤링 중에 높은 점 하중에 기인하여 박리됨을 발견하였기에 유익한 것으로 판명되었다. 이것은 즉각적으로 반도체 웨이퍼의 균열을 야기할 수 있다.

코팅은 매 경우 구동 디스크의 양측면에 오목부의 영역에서 약 20㎛이고 돌기의 영역에서 100㎛인 층 두께를 가진다. 비율 접촉 영역은 약 40%이였고, 돌기와 오목부의 평균 측방향 길이를 나타내는 상관 길이는 평균 30㎛의 깊이로 주어진 약 3mm였다. 따라서 종횡비는 약 0.01였다.

구동 디스크는 두 개의 주형 절반부 사이에서의 사출 성형(RIM)에 의해 비교예 1에서와 동일한 폴리우레탄(쇼어 경도 80A)으로 코팅되었다. PU 성형을 위해 제공된 주형 공동은 형태와 크기에 따라 비교예 1의 것과 동일하였다. 그러나, 비교예 1에 비해, 후에 연삭 장치의 가공 층에 접촉되는 성형 표면을 성형하는, 사출될 주형 공동의 (중심 정렬 코어로부터 어긋난 방향을 향하는) 벽은 조각법의 도움으로 구조화되었다. 이 경우, 거칠기 깊이는 연속적인 상태의 층 성형, 즉 후에 가공 층에 접촉되는 코팅의 모든 돌기가 구동 디스크의 코팅된 코어 재료를 볼 수 있는 무 코팅 영역을 만들지 않고 오목부에 의해 중단됨이 없이 연결되도록 선택되었다. 따라서 구동 디스크는 도 7 (A)에 도시된 것에 대응한다.

이와 달리, 비교예 1과 비교시 실험 절차에는 차이가 없었다.

도 4는 도 3과 유사하게 실시예 1에 따른 구동 디스크를 사용할 때 생기는 힘 관련 순수 토크(M1*/F, M2*/F)를 보여준다. 힘 관련 순수 토크는 실시예 1의 경우 평균 0.051 %L/daN에 불과하였다. 이 값은 매우 균일한 마찰 조건의 시간(도 4에서 약 1/2분~6 1/2분)에 대해 M1*/F와 M2*/F를 평균화하는 것에 의해 결정되었다. 이것은 내마모 층에 대한 구동 디스크의 적용 범위를 동일하게 하고 동일한 코팅 재료와 동일한 PPG 가공 조건(회전 속도, 힘, 냉각 윤활제, 처리의 시작 이전에 정리되는 연산 패드 등)으로 비교예 1에서 생성된 마찰의 40% 미만이다.

코팅은 극히 안정적인 것으로 판명되었고, 반복된 실험적 시도에도 가시적인 부분적 층 박리, 특히 반도체 웨이퍼의 파괴가 없었다.

실시예 2-3 및 비교예 2-4

표 2는 본 발명에 따른 실시예 2와 3과 본 발명에 따르지 않는 비교예 2, 3, 4의 결과를 보여준다. 실험은 실시예 1과 비교예 1의 조건과 동일한 조건하에서 달리 코팅된 구동 디스크에 대해 수행되었다. 모든 경우, 구동 디스크 코어는 도 5에 도시된 것에 대응하였다.

표 2의 경우, 양측의 가공 디스크에 대해 가공 중 얻어지는 평균 재료 제거율<dR/dt>(㎛/min)에 대한 평균 순수 마찰 토크<M*>(드라이브 정격 파워 출력의 비율(%L))가 결정되었다. 이것은, 실제 얻어진 제거율을 참조로 힘에 대한 절단 성능(일정한 경로 속도를 가짐)이 변동될 수 있으므로, 도 2 (A),(B) 및 도 3에 표시된 연삭력 관련 드라이브 토크(M*/F)보다 더 정확한 마찰의 척도이다. 힘 관련 절단 성능의 이러한 변동은 가공 층의 트리밍 정리에 의해 각각의 실험 전에 완전히 동일한 가공 층의 "절단 능력"을 형성하는 것이 가능하지 않은 경우 생길 수 있다.

제거율은 시간에 대한 미분에 의해 결정된 잔류 제거 두께로부터 계산된다. 잔류 제거 두께는 가공 디스크 사이의 거리로부터 결정된다. 이 방법에는 심각한 소음이 간접적으로 그리고 요구되는 마이크로미터의 정확도로 오버레이되므로, 이 측정의 시간 도함수는 모든 것을 더욱 변동시킨다. 그러므로, 제거율은 요구되는 정확도를 얻기 위해 전체 가공 처리 시도 시간에 걸쳐 평균화되어야 한다. 그러므로, 마찰의 특징적인 값(<M*>/<dR/dt>)의 경우, M*/F 파라미터에 대한 도 3 및 도 4에서와 같은 시간 분석된 처리 시도 기록은 유용하지 않고, 대신에 매 경우 실험 시도시마다 오직 하나의 (그러나 매우 정확한) 특징적인 값이 유효하게 존재한다. 이들은 표 2에서 실시예 2-3 및 비교예 2-4에 집계된다.

실시예	*<M>/<** dR / dt >	파괴?
실시예 2	1.50	무
실시예 3	1.60	무
비교예 2	2.45	무
비교예 3	2.03	무
비교예 4	1.45	유

실시예 1에서와 동일한 코팅 적용 범위를 갖는 구동 디스크를 실시예 2에 사용하였다. 이 코팅은 인쇄 새김이 없는 영역의 주형으로 성형(RIM)하는 것에 의해 형성되었다. 그러나, 오목부 위로 돌기의 높이가 증가되었고(약 70㎛) 돌기(약 5mm)와 오목부(약 4mm)는 높은 비율 접촉 영역(약 60%)과 큰 평균 크기로 선택되었다. 상관 길이는 본 실시예에서 약 4.7mm였다. 그러므로 코팅의 종횡비는 대략 0.015였다. 코팅은 다시 한번 도 7 (A)에 도시된 것에 대응한다.

실시예 3의 경우, 수동의 스프레잉 도포(스프레이 건을 사용하여 적절히 희석되고 가교결합되지 않은 PU 용액을 고압 스프레잉한 후 증발 및 경화)에 의해 열경화성 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 코팅을 형성하였다. 수동 스프레잉 도포는 통상 수동 도포 중의 불균일성과 엣지 형상 의존적 표면 장력("엣지 비드")을 통해 비교적 두꺼운 하나의 층 또는 단지 몇 개의 층의 형태로 수행되는 경우, 두께가 일정치 않은 층을 형성한다. 비율 접촉 영역은 대략 30%로 얻어졌다(비교예 1 및 실시예 1과 동일한 전체 코팅 형태 및 영역). 비율 접촉 영역은 가공 층과 접촉되는 표면 영역 상에 두드러지는 마모의 흔적을 측정하는 것에 의해 복수 번의 가공 처리 시도 후에 결정되었다. 그러나, 스프레잉 도포로 인해 돌기와 오목부의 평균 길이는 약 20~30mm의 상관 길이를 갖는 도 3 및 도 4의 실시예에서 보다 훨씬 길었다. 오목부에 대한 돌기의 평균 높이는 마이크로미터 스크류 게이지로 구동 디스크의 코팅의 영역의 여러 다른 지점에서의 샘플링 방식으로 측정하는 것에 의해 결정된 것처럼 10~20㎛였다. 그러므로 종횡비는 약 0.0006였다. 실시예 2에 대해 실시예 3의 비율 접촉 영역이 작음에도 불구하고, 돌기와 오목부의 크기가 크므로 다소 높은 마찰이 생긴다(냉각 윤활제 지지 필름의 파열). 대략 0.0006의 종횡비로써, 실시예 3의 코팅은 주변 범위에서 본 발명에 따라 여전히 낮은 마찰로부터 더 이상 본 발명에 따르지 않는 방식으로 높은 마찰로 천이가 일어나는 바람직한 범위(0.0004~0.4)의 한계에 이미 가깝기도 하다.

비교예 2에서는 높은 두께 균일도(코팅된 영역 중 약 90%의 비율 접촉 영역)로 전체 영역에 걸쳐 구조화되지 않은 형태로 코팅된 구동 디스크를 사용하였다. 그러므로, 구동 디스크는 도 6 (A)에 도시된 것에 대응한다. 비교예 1에 비해, 구동 디스크는 비교예 2에서 스프레잉 방법에 의해 코팅되었다. 이때, 다수의 개별적이고 매우 얇은 층을 도포하고 다음 층의 도포가 이루어지기 전에 증발 후 경화시키는 것으로 층을 형성함으로써 예컨대 표면 장력에 의한 층 유동이 없는 높은 두께 균일도의 층 스택을 형성하였다.

비교예 3에는 비교예 2에서와 동일한 PU 재료를 사용하였다. 그러나, 코팅(28)의 전체 면적이 감소되었고 코팅(28)이 추가적으로 네 개의 불연속 영역으로 분할되었다는 사실로부터 구동 디스크의 극히 작은 면적만이 코팅이 이루어졌다(도 6 (B)에 대응함). 총 접촉 면적이 작은 것에 기인하여 마찰은 비교예 2에 비해 다소 감소된다.

실시예 2 및 3과 비교예 2 및 3은 비율 접촉 영역 외에도, 특히 돌기와 오목부의 절대 크기와 그 종횡비가 최소한의 가능한 습식 미끄럼 마찰을 나타내는 구동 디스크의 표면에 대해 필수적임을 보여준다.

비교예 4에서는 구동 디스크가 도 6 (C)에 따라 부분적으로만 코팅이 이루어졌다. 도 6 (C)는 불연속적인 부분 영역 코팅(29)을 갖는 코어(20)를 보여준다. 부분 코팅은 예컨대 국제 특허 공개 WO 2008/064158 A1에 기술된 바와 같이 종래 기술에 따라 코팅 과정 중 복수 개의 영역을 마스킹한 후 마스킹을 제거하는 것에 의해 형성되었다. 이것은 복수 개의 불연속 개별 영역의 형태의 부분 코팅을 형성하였다. 실험은 이 방식으로 코팅된 구동 디스크로부터의 층 박리와 이 방식으로 가공된 반도체 웨이퍼의 파괴가 제1 가공 처리 시도 중에 이미 발생하였으므로 종료될 수 없었다.

층의 파손(박리)은 PU 유용 층과 적절한 경우 추가의 접착 증진을 위한 중간 및 프라이머 층으로 이루어진 층 또는 층 스택과 구동 디스크 코어 사이의 계면에서 일어나는 것이 바람직하다는 것이 관찰되었으므로, 박리는 많은 공격 지점을 제공하는 불연속 코팅 세그먼트의 전체로서 매우 긴 노출 엣지 라인에 의해 설명될 수 있다. 작은 비율 접촉 영역으로 코팅된 해당 비교예의 구동 디스크는 실시예 2의 구동 디스크의 값과 필적하는 제거율 관련 토크(<M*>/dR/dt>)를 가져오지만, 코팅의 불안정성과 이 방식으로 가공된 반도체 웨이퍼에 대한 일정한 손상에 기인하여 비교예 4에 따른 구동 디스크는 PPG 가공 방법의 실행에 적합하지 않다.

추가의 예시적 실시예

도 7은 본 발명에 다른 구동 디스크의 추가의 예시적인 실시예를 보여준다:

도 7 (A)는 실시예 1과 관련하여 이미 설명되었다.

도 7 (B)는 본 발명에 따라 연속적인 돌기(31)와 오목부(30)를 갖는 부분 영역 코팅의 구동 디스크를 보여준다. 부분 영역 코팅으로 인해, 구동 디스크의 코어(20)를 볼 수 있지만 해당 코어가 가공 층에 접촉될 수 없는 자유 상태의 영역(32)이 존재하는데, 이는 돌기(31)가 코어(20)를 가공 층으로부터 소정 거리에 유지시키기 때문이며, 자유 영역(32)은 구동 디스크 코어(20)가 작은 두께와 한정된 강성을 가짐에 따라 탄성적으로 존재하는 구동 디스크로 인해 가공 층까지 변형될 수 있다는 사실에 충분히 반할 만큼 작다. 돌기와 오목부 간의 관계에 기인하여 코팅의 엣지 라인은 짧으며, 본 발명에 따른 이러한 구동 디스크는 부분 박리 또는 반도체 웨이퍼의 파괴가 없는 매우 긴 수명의 층 접착성을 가진다.

도 7 (C)는 전체 영역에 걸쳐 연속적인 코팅의 구동 디스크를 보여주는데, 해당 코팅에서 전방 및 후방측 층은 추가로 연속적이며, 이는 이들 층이 반도체 웨이퍼를 수용하는 구멍(21)과 냉각 윤활제가 통과되는 보충 구멍(25)을 통해 안내되어 연결되기 때문이다. 이러한 "만능"의 코팅은 엣지 라인이 외부 치부의 치부 첨단과 이뿌리 원 사이의 코팅 생략 영역을 따라서만 존재하므로 특히 긴 수명의 층 접착성을 나타낸다.

구동 디스크의 구멍 둘레를 통해 코팅을 유도하고 전방 및 후방측 층과 연결하는 것은, 주어진 적절한 실시예에서, 완전히 코팅(34)(도 7 (C))에 의해 구동 디스크 코어(20)의 경질 재료와 반도체 웨이퍼의 접촉을 방지하는(예컨대, 엣지 영역에서의 재료의 깨짐과 같은 기계적 작용의 결과나 또는 반도체 재료의 금속 오염의 결과로 반도체 웨이퍼에 대한 손상을 방지하는) "인서트"(24)(예, 도 7 (B) 참조)를 대체하는 것을 가능케 한다. 이러한 구동 디스크는 특히 간단한 방식으로 구성되며 그에 따라 특히 경제적으로 생산될 수 있다.

마지막으로, 도 7 (D)는 전체 영역에 걸쳐 연속적이고 특히 낮은 비율의 접촉 영역(넓은 오목부(30)에 의해 서로 분리된 복수 개의 작은 돌기(31))을 갖는 코팅의 구동 디스크를 보여준다. 작은 비율의 접촉 영역에도 불구하고 코팅은 본 발명에 따라 연속적으로(분리된 부분 층 영역이 없음) 형성된다.

본 발명에 따른 추가의 실시예가 도 8에 도시된다:

도 8 (A)는 구동 디스크 코어(20), 반도체 웨이퍼를 수용하는 구멍(21), 외부 치부(22), 플라스틱 인서트(24)와 코어(20)의 형상 결합 연결을 위한 도브테일(23), 냉각 윤활제의 통과를 위한 보충 구멍(25) 및 연속적인 전체 영역 코팅으로서, 반도체 웨이퍼를 위한 가공 장치의 가공 층과 접촉하지 않는 오목부(30)와 가공 층과 접촉되는 돌기(31)를 갖는 전체 영역 코팅을 포함하는 구동 디스크의 평면도이다. 도시된 예시적인 실시예에서, 돌기는 8mm 직경의 원형 베이스 영역을 가지며, 육각형으로 배열된다. 인접하는 돌기 간의 최단 거리(오목부의 최소 폭)는 대략 3.4mm이고, 상관 길이는 5.2mm이다. 코팅된 표면의 비율 접촉 영역은 40%이다.

적어도 하나의 300mm 반도체 웨이퍼(대략 820㎛의 연삭 후의 반도체 웨이퍼의 두께)를 수용하기 위해 이러한 구동 디스크를 채용하는 경우, 구동 디스크의 전체 두께는 약 800㎛이다. 두께 중 적어도 600㎛는 충분한 강성을 갖도록 경화강으로 이루어진 코어에 할당되고, 그에 따라 측면 당 최대 100㎛의 두께가 코팅에 할당된다. 100㎛의 두께는 적절한 경우 10㎛가 선택적인 접착 중간층에 할당되고, 따라서 90~100㎛가 실제 유용한 층에 할당된다. 충분한 접착 강도와 파열 저항을 얻기 위해 층의 연속부는 적어도 10㎛의 두께를 가진다. 따라서, 오목부 위의 돌기의 높이는 결국 코팅의 측면 당 대략 70~80㎛가 할당된다. 그러므로, 도 8 (A)에 도시된 실시예에 따른 코팅의 종횡비는 대략 0.014이다. 지시된 층 두께에 따라 도 8은 특히 바람직한 범위의 종횡비(0.004~0.1)를 갖는 코팅의 예시적인 실시예를 나타낸다.

도 8 (B)는 도 8 (A)의 단면선(35)을 따른 코팅된 구동 디스크의 확대 단면도이다.

도 8 (C)는 전체 영역에 걸쳐서는 아니지만 본 발명에 따라 연속적인 코팅을 갖는 추가의 예시적인 실시예의 구동 디스크의 평면도이다. 구동 디스크 코어(20)의 모든 구멍[도브테일(23)과 인서트(24)를 갖는 반도체 웨이퍼용 수용 구멍(21)과 냉각 윤활제용 통과 구멍(25)] 둘레의 영역(32)은 코팅되지 않았다. 외부 치부(22)의 영역은 언제나 바람직한 바와 같이 마찬가지로 코팅 없이 존재한다. 돌기(31)는 2.7mm의 최단폭의 돌기를 갖는 연속하는 사각형 격자로서 존재한다. 오목부(30)는 약 6.2mm의 엣지 길이와 대략 40 mm²의 면적을 갖는 사각형 오목부로서 돌기(31)에 의해 완전히 둘러싸인 오목부이다. 상관 길이는 이 경우 대략 4.5mm이다. 코팅의 비율 접촉 영역은 50%를 조금 넘는다. 도 8 (A)에 대해 전술한 바와 같이 돌기와 오목부 사이가 동일한 층 두께 차이(대략 75㎛)로 주어지고 종횡비는 대략 0.017이다. 지시된 층 두께에 따라 도 8 (B)는 특히 바람직한 범위의 종횡비(0.004~0.1)의 코팅의 예시적인 실시예를 보여준다.

도 8 (D)는 도 8 (C)의 단면선(36)을 따른 코팅된 구동 디스크의 확대 단면도이다.

Claims

래핑, 연삭 또는 연마 장치의 두 개의 가공 디스크 사이에서의 양면 가공을 위해 하나 또는 복수 개의 반도체 웨이퍼를 수용하기에 적합한 인서트 캐리어로서,
제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 재료로 구성된 코어로서, 상기 제1 및 제2 재료에는 제2 재료로 구성된 코팅이 각각 피복되고, 상기 코팅은 제1 및 제2 표면을 전체적으로 또는 부분적으로 피복하는 것인 코어와, 반도체 웨이퍼를 수용하는 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 상기 코어에서 멀리 떨어진 상기 코팅의 해당 표면은 돌기와 오목부로 이루어진 구조를 가지며, 상기 구조의 돌기와 오목부의 상관 길이는 0.5mm 내지 25mm의 범위에 있고 상기 구조의 종횡비는 0.0004 내지 0.4의 범위에 있는 것인 인서트 캐리어.
제1항에 있어서, 상기 제1 재료는 금속이고 상기 제2 재료는 플라스틱인 것인 인서트 캐리어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅은 매 경우 단지 하나의 연속 층의 형태로 상기 코어의 제1 및 제2 표면을 완전히 또는 부분적으로 피복하는 것인 인서트 캐리어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅의 전체 면적에서 상기 돌기에 의해 구성되는 면적 비율은 5~80%인 것인 인서트 캐리어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조의 상기 돌기와 오목부의 상관 길이는 1~10mm의 범위에 있는 것인 인서트 캐리어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조의 종횡비는 0.004~0.1의 범위에 있는 것인 인서트 캐리어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어의 제1 표면으로부터 상기 코어 내의 적어도 하나의 구멍을 통해 상기 코어의 제2 표면까지 연속적인 형태로 연장되는 제3 재료를 포함하는 것인 인서트 캐리어.
제7항에 있어서, 상기 제3 재료는 상기 코어의 제1 표면으로부터 반도체 웨이퍼의 수용을 위한 모든 구멍을 통해 상기 코어의 제2 표면까지 연장되어, 상기 구멍의 벽 영역을 완전히 라이닝하는 것인 인서트 캐리어.
제8항에 있어서, 상기 제3 재료는 상기 제2 재료와 동일하고 제2 재료와 함께 연속층을 형성하는 것인 인서트 캐리어.
래핑, 연삭 또는 연마 장치의 두 개의 회전하는 가공 디스크 사이에서 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법으로서,
상기 반도체 웨이퍼는 인서트 캐리어의 구멍 내에 자유롭게 이동 가능한 방식으로 놓여 있고, 상기 가공 디스크 사이에 형성된 가공 갭 내에서 압력 하에서 인서트 캐리어에 의해 이동되며, 제1항에 따른 인서트 캐리어가 사용되며, 코팅의 돌기는 상기 가공 디스크 중 하나에 접촉되며, 코어와 상기 코팅의 오목부는 상기 가공 디스크에 접촉되지 않는 것인 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법.
제10항에 있어서, 각각의 가공 디스크는 결합된 연마제를 포함하는 가공 층을 포함하고, 연마제를 포함하지 않는 냉각 윤활제가 상기 가공 갭으로 공급되는 것인 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 가공 디스크는 원형이고, 단 하나의 인서트 캐리어가 사용되며, 상기 인서트 캐리어는 전체 가공 디스크를 덮고, 상기 가공 디스크의 외주에 배열된 편심 회전하는 가이드 롤러에 의해 구동되어, 각각의 반도체 웨이퍼 아래에 어떤 경우든 반도체 웨이퍼에 의해 완전히 덮이는 각각의 고정된 영역이 언제나 존재하도록 궤도 이동을 야기하는 것인 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 가공 디스크는 링형이고, 각각 적어도 하나의 반도체 웨이퍼 수용 구멍을 갖는 적어도 세 개의 인서트 캐리어가 사용되고, 상기 인서트 캐리어 각각은 가공 디스크의 회전 축과 외부 치부에 대해 동심으로 배열된 내부 및 외부 핀 휠을 포함하는 롤링 장치에 의해 상기 회전 축에 대해 고유의 회전으로 회전되도록 외부 치부를 가지는 것인 동시에 양면 재료 제거 가공하는 방법.