KR20170087300A - 에지 그라인딩 장치 - Google Patents

에지 그라인딩 장치 Download PDF

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송기수
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Abstract

본 발명은 기판의 에지 연마시 불량률이 감소되고, 보다 더 효율적을 에지를 연마할 수 있도록 구조가 개선된 에지 그라인딩 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에지 그라인딩 장치는 기판의 에지를 연마하기 위한 에지 그라인딩 장치에 있어서, 상기 기판이 안착되며, 제1축을 회전축 방향으로 하여 회전가능하게 설치되는 척과, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제2축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 상부 경사면을 연마하는 제1연삭공구와, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축과 평행한 제3축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 외측면을 연마하는 제2연삭공구와, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제4축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 하부 경사면을 연마하는 제3연삭공구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에지 그라인딩 장치{Edge grinding apparatus}
본 발명은 기판의 가장자리를 연마하는데 이용되는 에지 그라인딩 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 기판의 가장자리 가공을 위한 휠의 가공 위치 및 그루브 형상에 변화를 주는 에지 그라인딩 장치에 관한 것이다.
반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 사파이어 기판은, 잉곳을 얇게 절단하는 슬라이싱 공정에 의해 기판 단위로 분리되며, 슬라이싱 공정이 완료된 후에는, 후속 공정에서 발생할 수 있는 기판 에지의 깨짐(broken) 등을 방지하기 위하여 에지 그라인딩 공정이 수행된다. 이러한 에지 그라인딩을 수행하는 장치에 관하여는 등록번호 10-1453666호(발명의 명칭 : 에지 그라인딩 장치) 등이 있다.
도 1은 종래의 에지 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 에지 그라인딩 장치(9)는 회전되는 스핀들(1)과, 상기 스핀들에 결합되는 그라인딩 휠(2)로 구성된다. 그라인딩 휠(2)은 원판 형상으로 형성되며, 스핀들(1)에 착탈 가능하게 결합된다. 그리고, 그라인딩 휠(2)의 측면에는 다이아몬드 입자와 금속 분말을 혼합하여 소결한 그라인딩 팁(3)이 일체로 결합된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 그라인딩 팁(3)에는 기판의 에지 형상에 대응되도록 그루브(Groove)가 형성되어 있다.
그런데, 사파이어 기판의 경도가 크기 때문에, 그라인딩 휠로 가공하는 기판의 가공매수가 증가함에 따라 그라인딩 팁(3)이 조금씩 연마되고, 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 그라인딩 팁(2)의 그루브(Groove) 형상이 초기 각진 형태(31)에서 둥근 곡선 형태(32)로 마모되게 된다. 그리고, 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 연마된 기판의 Bevel 부분(경사면)이 라운드 형태로 변화하게 된다.
이와 관련하여, 일반적인 기판 제조 사양 중 Edge 가공에 관한 사항은 Bevel 각도 및 Bevel 길이를 기준으로 하는데, 위와 같이 둥글고 불균일하게 가공된 Edge 형상은 허용되지 않기 때문에 기판 제조상의 불량률이 증가하게 되는 문제점을 유발한다.
등록번호 10-1453666호(발명의 명칭 : 에지 그라인딩 장치)
본 발명의 목적은 에지 연마시 불량률이 감소되고, 보다 더 효율적을 에지를 연마할 수 있도록 구조가 개선된 에지 그라인딩 장치를 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 연삭 공구의 연삭면의 위치를 유동적으로 변경이 가능하도록 하여 기판에 연삭 휠의 특정 부위의 마모가 없이 일정한 형태 및 균일한 bevel 각도를 갖는 형태로 에지를 연마하는 에지 그라인딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 에지 그라인딩 장치는 기판의 에지를 연마하기 위한 에지 그라인딩 장치에 있어서, 상기 기판이 안착되며, 제1축을 회전축 방향으로 하여 회전가능하게 설치되는 척과, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제2축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 상부 경사면을 연마하는 제1연삭공구와, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축과 평행한 제3축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 외측면을 연마하는 제2연삭공구와, 원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제4축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 하부 경사면을 연마하는 제3연삭공구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1연삭공구, 상기 제2연삭공구 및 상기 제3연삭공구 중 적어도 하나의 연삭공구는 그 회전축 방향을 따라 이동가능한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 적어도 하나의 연삭공구의 그라인딩 팁에 포함된 다이아몬드 입자는 그 연삭공구의 회전축 방향을 따라 서로 다른 크기를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 적어도 하나의 연삭공구는 그루브가 형성되지 않은 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기판 에지 가공 시 에지 Bevel 형상 및 각도의 불균일로 인하여 발생할 수 있는 형상 결함 불량률이 감소되며, 보다 효율적으로 기판 에지를 가공할 수 있다.
도 1은 종래의 에지 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 그라인딩 팁의 그루브 형상을 확대한 것으로, 그라인딩 팁이 마모되어 그루브 형상이 변형되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 에지 그라인딩 장치로 연마된 기판 에지의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 그라인딩 장치를 위에서 바라본 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 에지 그라인딩 장치를 측면에서 바라본 개략적인 구성도이다.
도 6은 그라인딩 팁에 포함된 다이아몬드 입자의 크기를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지 그라인딩 장치에 관하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 그라인딩 장치를 위에서 바라본 개략적인 구성도이며, 도 5는 도 4에 도시된 에지 그라인딩 장치를 측면에서 바라본 개략적인 구성도이며, 도 6은 그라인딩 팁에 포함된 다이아몬드 입자의 크기를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 에지 그라인딩 장치(100)는 척(chuck)과, 제1연삭공구(10)와, 제2연삭공구(20)와, 제3연삭공구(30)를 포함한다.
척은 특정 방향의 축을 중심으로 회전가능하게 설치되는데, 일반적으로 수직축(제1축(C1)에 해당함)을 중심으로 회전가능하게 설치된다. 척의 상면에는 기판(wafer, 40)이 안착되어 지지된다. 척은 상부에 안착된 기판(40)을 고정할 수 있도록 구성되는데, 예를 들어 진공척 또는 정전척 등의 형태로 구성될 수 있다. 참고로, 도 4 및 도 5에서 척은 도시되지 않았으나, 기판(40)의 하방에 배치되어 기판을 지지한다.
제1연삭공구(10)는 기판(40) 에지의 상부 경사면(Bevel)을 연마하기 위한 것이다. 제1연삭공구(10)는 원판 형상으로 형성되며, 그 외주면에는 그라인딩 팁이 마련되어 있다. 제1연삭공구(10)는 제2축(C2) 방향을 회전축으로 회전가능하게 설치되는데, 이때 제2축(C2)은 제1축(C1)과 소정의 각도로 경사지며, 이 경사진 각도가 Bevel 각도(경사면의 경사진 각도)와 직결된다. 제1연삭공구(10)는 회전하면서 기판(40)의 상부 모서리에 접촉하여 상부 경사면을 연마한다.
제2연삭공구(20)는 기판(40) 에지의 외측면을 연마하기 위한 것이다. 참고로, 외측면은 상부 경사면과 하부 경사면 사이에 배치되고, 제1축(C1) 방향과 평행하여 기판(40) 상면에 대하여 수직인 면을 의미한다. 제2연삭공구(20)는 원판 형상으로 형성되며, 그 외주면에는 그라인딩 팁이 마련되어 있다. 제2연삭공구(20)는 제3축(C3) 방향을 중심으로 회전가능하게 설치되는데, 이때 제3축(C3)은 제1축(C1)과 평행하다. 제2연삭공구(20)는 회전하면서 기판(40) 에지의 외측면을 연마한다.
제3연삭공구(30)는 기판(40) 에지의 하부 경사면(Bevel)을 연마하기 위한 것이다. 제3연삭공구(30)는 원판 형상으로 형성되며, 그 외주면에는 그라인딩 팁이 마련되어 있다. 제3연삭공구(30)는 제4축(C4) 방향을 중심으로 회전가능하게 설치되는데, 이때 제4축(C4)은 제1축(C1)과 소정의 각도로 경사지며, 이 경사진 각도가 Bevel 각도(경사면의 경사진 각도)와 직결된다. 제3연삭공구(30)는 회전하면서 기판(40)의 하부 모서리에 접촉하여 하부 경사면을 연마한다.
상기와 같이 구성된 에지 그라인딩 장치(100)에 있어서, 제1연삭공구(10)에 의해 기판(40) 에지의 상부 경사면이 연마되고, 제2연삭공구(20)에 의해 기판(40) 에지의 외측면이 연마되며, 제3연삭공구(30)에 의해 기판(40) 에지의 하부 경사면이 연마된다. 이때, 각 연삭공구의 그라인딩 팁은 종래와 같이 그루브 형상을 가지는 것이 아니라 평평(flat)한 형상을 가지며, 경사면의 경사 각도는 제2축(C2) 및 제4축(C4)의 기울어진 각도에 따라 결정된다.
종래의 경우에는, 그라인딩 팁에 그루브가 형성되어 있고, 이 그루브 형상이 마모에 의해 변경되었기 때문에 가공되는 기판 에지 형상의 불량률이 증가하였다. 하지만, 본 발명의 경우에는 그라인딩 팁에 그루브가 형성되어 있지 않기 때문에, 상기한 문제점을 방지할 수 있다.
연삭공구(10, 20, 30)는 원통 모양의 에지 그라인딩 휠이 바람직하다. 또한, 공구의 회전축을 수직으로 변경한 컵휠(cup wheel)도 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서, 연삭공구(10, 20, 30) 및 기판(40)의 가공 부하를 줄이기 위하여 기판(40)의 회전 방향과 연삭공구(10, 20, 30)의 회전 방향은 반대로 되는 다운 컷 방식이 적용된다.
연삭공구(10, 20, 30)는 직경 50 [mm] 내지 200 [mm] 크기를 갖도록 제작될 수 있다.
또한, 각각의 연삭공구(10, 20, 30)는 각각 다른 메쉬의 다이아몬드로 구성될 수도 있다. 이 경우, 기판(40) 가공면의 항삭, 중삭, 정삭 가공이 동시에 일어나는 것이 가능하다.
한편, 상기한 연삭공구에 마련된 그라인딩 팁은 다이아몬드 입자와 메탈 분말을 혼합하여 소결함으로써 제조된다. 이때, 제1연삭공구, 제2연삭공구 및 제3연삭공구 중 적어도 하나의 연삭공구의 그라인딩 팁은 그 회전축 방향을 따라 서로 다른 다이아몬드 입자 크기를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1연삭공구(10)의 그라인딩 팁을 상하 방향(즉, 회전축 방향에 해당함)으로 3개의 레이어(layer) 또는 영역(11 내지 13)으로 구분하고, 각 영역이 서로 다른 다이아몬드 입자 크기(예를 들어, Mesh1 : #400, Mesh2 : #800, Mesh3 : #1200)를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 화살표로 나타내진 바와 같이, 해당 연삭공구(10)는 그 회전축 방향을 따라 상하 이동가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 발명을 구성하면, 기판을 연마하는 과정 중 연삭공구를 그 회전축 방향으로 이동시키면, 기판과 접촉하는 그라인딩 팁의 영역이 변경되고, 이에 따라 기판을 연마하는 다이아몬드 입자 크기가 변경된다. 즉, 회전축의 상하 이동으로 각각 다른 거칠기의 가공면을 구성할 수가 있다. 따라서, 하나의 공구에서 기판을 다양한 방식(예를 들어, 황삭 -> 중삭 -> 정삭)으로 순차적으로 가공할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 실시예에서는 3개의 연삭공구를 사용하여 기판 에지를 가공하였으나, 도 7의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이 1개의 연삭공구(50)를 이동시켜가면서 기판 에지의 상부 경사면, 외측면 및 하부 경사면을 순차적으로 가공할 수도 있다. 이 경우에도, 연삭공구(50)의 크기, 그라인딩 팁, 회전 방향은 위에서 설명한 것과 같이 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100...에지 그라인딩 장치
10...제1연삭공구 20...제2연삭공구
30...제3연삭공구
C1...제1축 C2...제2축
C3...제3축 C4...제4축

Claims (4)

  1. 기판의 에지를 연마하기 위한 에지 그라인딩 장치에 있어서,
    상기 기판이 안착되며, 제1축을 회전축 방향으로 하여 회전가능하게 설치되는 척과,
    원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제2축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 상부 경사면을 연마하는 제1연삭공구와,
    원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축과 평행한 제3축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 외측면을 연마하는 제2연삭공구와,
    원판 형상으로 형성되며, 외주면에 그라인딩 팁이 마련되어 있으며, 상기 제1축에 대하여 경사진 제4축을 회전축 방향으로 회전가능하게 설치되며, 상기 기판 에지의 하부 경사면을 연마하는 제3연삭공구를 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 그라인딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1연삭공구, 상기 제2연삭공구 및 상기 제3연삭공구 중 적어도 하나의 연삭공구는 그 회전축 방향을 따라 이동가능한 것을 특징으로 하는 에지 그라인딩 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연삭공구의 그라인딩 팁에 포함된 다이아몬드 입자는 그 연삭공구의 회전축 방향을 따라 서로 다른 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 에지 그라인딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1연삭공구, 상기 제2연삭공구 및 상기 제3연삭공구 중 적어도 하나의 연삭공구는 그루브가 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 에지 그라인딩 장치.
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