KR20220134521A - 시편을 연마하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시편(104, 204)을 연마하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 축선을 중심으로 회전가능한 연마 플래튼(101, 201), 연마 플래튼(101, 201)에 부착되는 연마 패드(103, 203), 연마 패드(103, 203)에 대해 시편(104, 204)을 유지하기 위한 시편 홀더(105, 205), 연마 패드(103, 203) 상의 복수의 위치에서 수분 또는 마찰을 나타내는 물리적 양을 측정하기 위한 수단(107, 110, 207, 212), 및 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 연마 패드(103, 203) 상의 복수의 위치에 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단(116, 119, 120, 121, 213, 215, 216, 217)을 포함한다. 본 발명은 또한 시편(104, 204)을 연마하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 첨부한 독립 청구항의 전제부에 따른 시편을 연마하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다양한 용도를 위해 암석, 금속조직학적 시편 및 기타 고체 재료의 시편을 연마하기 위한 다양한 연마 장치가 종래 기술에서 알려져 있다. 연마 장치는 최소한의 수작업으로 시편을 연마하는 것을 가능하게 한다.
예시적인 연마 장치는 회전가능한 연마 플래튼(polishing platen) 및 이 연마 플래튼의 표면에 부착되는 연마 패드를 포함한다. 이 연마 장치는 또한 연마 패드에 대하여 하나 이상의 시편을 유지하기 위한 시편 홀더를 포함한다. 연마 플래튼이 회전됨에 따라, 연마 패드는 시편(들)을 연마한다
연마 현탁액은, 전형적으로, 연마 프로세스 중에 연마 작용을 강화하고 과열을 방지하기 위해 연마 장치에서 사용된다. 연마 현탁액은 물 및/또는 연마 패드를 습윤, 냉각 및 윤활하기 위한 에탄올 또는 글리콜 등의 적절한 액체 및 시편의 표면을 연마하기 위한 다이아몬드, 알루미늄 산화물 또는 콜로이달 실리카 등의 연마 입자를 함유한다. 연마 장치는 연마 패드 상에 미리 정의된 속도로 연마 현탁액을 분배하기 위한 디스펜서(dispenser)를 포함할 수 있다. 디스펜서는, 예를 들면, 연마 패드 상에 일정한 시간 간격으로 특정 양의 연마 현탁액을 분배하도록 구성될 수 있다.
공지된 연마 장치와 관련된 문제는 연마 중에 연마 패드 내의 수분이 시간의 함수로서 그리고 연마 패드의 위치의 함수로서 상당히 변화할 수 있다는 것이다. 이는 연마 결과에 부정적인 영향을 준다. 연마 패드가 지나치게 습하면, 시편과 연마 패드 사이의 마찰이 적고, 이로 인해 연마의 효력이 없어지고 연마 시간은 늘어난다. 다른 한편, 연마 패드가 지나치게 건조하면, 시편과 연마 패드 사이의 마찰이 커져서 시편의 연마 실패의 우려가 있다.
본 발명의 주된 목적은 위에 제시된 종래 기술의 문제를 저감하거나 심지어 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은 시편을 연마하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 목적은 연마 프로세스 중에 연마 패드 내에 실질적으로 일정하고 균일한 수분 함량을 제공 및 유지할 수 있게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 균일하고 고품질의 연마 결과로 시편을 연마하는 것을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급한 목적을 실형하기 위해, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 첨부한 독립 청구항의 특징부에 제시된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리한 실시형태는 종속 청구항에 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 연마 장치를 예시하고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 연마 장치를 예시한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 연마 장치를 예시한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 연마 장치를 예시한다. 이 연마 장치는 액츄에이터(102)를 사용하여 축선을 중심으로 회전될 수 있는 연마 플래튼(101)을 포함한다. 액츄에이터(102)는 다양한 회전 속도로 연마 플래튼(101)을 회전시킬 수 있다. 연마 패드(103)가 연마 플래튼(101)에 부착되어 있다. 연마 패드(103)는 시편 홀더(105)를 사용하여 연마 패드(103)에 대해 유지되는 시편(104)을 연마하기 위해 사용된다. 시편 홀더(105)는 액츄에이터(106)를 사용하여 연마 플래튼(101)의 회전 축선에 평행한 축선을 중심으로 회전될 수 있다. 액츄에이터(106)는 다양한 회전 속도로 시편 홀더(105)를 회전시킬 수 있다. 연마 플래튼(101)과 시편 홀더(105)가 회전됨에 따라, 연마 패드(103)는 시편(104)을 연마한다.
이 연마 장치는 연마 패드(103) 내의 수분을 검출하기 위한 수분 센서(107)를 포함한다. 수분 센서(107)는 전기적 접촉 요소(108, 109)를 포함하며, 이들은 연마 패드의 표면(103)과 접촉하여 배치된다. 전기적 접촉 요소(108, 109)는 연마 패드(103)의 전기적 특성을 측정할 수 있는 전기적 경로를 제공한다. 전기적 접촉 요소(108, 109)는 전기적 접촉 요소(108, 109) 사이의 저항을 측정할 수 있는 측정 기기(110)에 전기적으로 접속된다. 전기적 접촉 요소(108, 109) 사이의 저항은 연마 패드(103)의 일 측정 위치에서의 수분을 나타낸다. 측정 기기(110)는 연마 플래튼(101)에 전기적으로 접속되고, 따라서 전기적 접촉 요소(108, 109) 중 하나와 연마 플래튼(101) 사이, 즉 연마 패드(103)의 양면 사이의 커패시턴스를 측정하는 것을 가능하게 한다. 전기적 접촉 요소(108 또는 109)와 연마 플래튼(101) 사이의 커패시턴스는 연마 패드(103) 상의 일 측정 위치에서의 수분을 나타낸다.
수분 센서(107)는 연마 패드(103) 위에 배치되는 암(112)에 로드(111)를 사용하여 부착된다. 암(112)은 연마 패드(103)의 중심으로부터 주변으로 연장한다. 수분 센서(107)는 액츄에이터(113)를 사용하여 암(112)을 따라 이동될 수 있고, 따라서 연마 패드(103) 상의 다양한 위치들 사이에서 수분 센서(107)를 이동시킬 수 있다. 로드(111)에는 수분 센서(107)를 연마 패드의 표면(103)에 대해 가압하기 위한 스프링(114)이 제공되어 있다. 스프링(114)에 의해 전기적 접촉 요소(108, 109)를 연마 패드의 표면(103)에 적절한 가압력으로 접촉 상태로 유지할 수 있다.
이 연마 장치는 수분 센서(107) 상에 작용하는 횡력을 검출하기 위한 힘 센서(115)를 포함한다. 힘 센서(115)는 로드(111)에 부착되고, 연마 패드의 표면(103) 상의 횡력, 즉 마찰을 결정할 수 있는 측정 기기(110)에 전기적으로 접속된다. 연마 패드의 표면(103) 상의 마찰은 연마 패드(103) 상의 일 측정 위치에서의 수분을 나타낸다.
이 연마 장치는 연마 패드(103) 상에 연마 현탁액을 분배하기 위한 스프레이 노즐(116)을 포함한다. 스프레이 노즐(116)은 연마 패드(103) 위에 배치되는 암(117)에 부착된다. 이 암(117)은 연마 패드(103)의 중심으로부터 주변으로 연장한다. 스프레이 노즐(116)은 액츄에이터(118)를 사용하여 암(117)을 따라 이동될 수 있고, 따라서 연마 패드(103) 위의 다양한 위치들 사이에서 스프레이 노즐(116)을 이동시킬 수 있다.
연마 현탁액은 용기(119) 내에 보관되고, 이곳으로부터 유연성 호스(120)를 통해 스프레이 노즐(116)로 이송되어 연마 패드(103) 상에 분배된다. 연마 장치는 연마 현탁액의 분배를 제어하기 위한 제어 유닛(121)을 포함한다. 제어 유닛(121)은 연마 패드(103) 상의 요구되는 위치에 적정량의 연마 현탁액을 분배하도록 스프레이 노즐(116)을 제어한다. 각각의 위치에 분배될 연마 현탁액의 양은 각각의 위치 상의 결정된 수분 또는 마찰에 기초하여 결정된다.
연마 장치는 전기적 접촉 요소(108)의 온도를 측정하기 위해 전기적 접촉 요소(108)에 부착되는 온도 센서(122) 및 연마 패드(103)의 온도를 무접촉식으로 측정하기 위해 암(112)에 부착되는 온도 센서(123)을 포함한다. 연마 장치는 또한 수분 센서(107)의 진동을 측정하기 위해 로드(111)에 부착되는 진동 센서(124)를 포함한다. 제어 유닛(121)은 측정된 온도 및/또는 진동에 기초하여 연마 플래튼(101) 및 시편 홀더(105)의 회전 속도를 제어할 수 있다.
연마 장치는 연마 플래튼(101)의 저면 상에 물을 분사하여 연마 플래튼(101)을 냉각시키기 위한 스프레이 노즐(125)을 포함한다. 연마 패드(103) 상으로 물 미스트가 누출되는 것을 방지하기 위해 스플래시 가드(splash guard; 126)가 사용된다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 연마 장치를 예시한다. 이 연마 장치는 액츄에이터(202)를 사용하여 축선을 중심으로 회전될 수 있는 연마 플래튼(201)을 포함한다. 액츄에이터(202)는 다양한 회전 속도로 연마 플래튼(201)을 회전시킬 수 있다. 연마 패드(203)가 연마 플래튼(201)에 부착되어 있다. 연마 패드(203)는 시편 홀더(205)를 사용하여 연마 패드(203)에 대해 유지되는 시편(204)을 연마하기 위해 사용된다. 시편 홀더(205)는 액츄에이터(206)를 사용하여 연마 플래튼(201)의 회전 축선에 평행한 축선을 중심으로 회전될 수 있다. 액츄에이터(206)는 다양한 회전 속도로 시편 홀더(205)를 회전시킬 수 있다. 연마 플래튼(201)과 시편 홀더(205)가 회전됨에 따라, 연마 패드(203)는 시편(204)을 연마한다.
이 연마 장치는 연마 패드(203) 내의 수분을 검출하기 위한 3 개의 수분 센서(207)를 포함한다. 수분 센서(207)는 서로 일정한 간격으로 배치되며, 연마 패드(203) 위에 배치되는 암(209)에 로드(208)를 사용하여 부착된다. 이 암(209)은 연마 패드(203)의 중심으로부터 주변으로 연장한다.
각각의 수분 센서(207)는 전기적 접촉 요소(210, 211)를 포함하며, 이들은 연마 패드의 표면(203)과 접촉하여 배치된다. 전기적 접촉 요소(210, 211)는 연마 패드(203)의 전기적 특성을 측정할 수 있는 전기적 경로를 제공한다. 전기적 접촉 요소(210, 211)는 전기적 접촉 요소(210, 211) 사이의 저항을 측정할 수 있는 측정 기기(212)에 전기적으로 접속된다. 전기적 접촉 요소(210, 211) 사이의 저항은 연마 패드(203)의 일 측정 위치에서의 수분을 나타낸다. 측정 기기(212)는 연마 플래튼(201)에 전기적으로 접속되고, 따라서 전기적 접촉 요소(210, 211) 중 하나와 연마 플래튼(201) 사이, 즉 연마 패드(203)의 양면 사이의 커패시턴스를 측정하는 것을 가능하게 한다. 전기적 접촉 요소(210 또는 211)와 연마 플래튼(201) 사이의 커패시턴스는 연마 패드(203) 상의 일 측정 위치에서의 수분을 나타낸다.
이 연마 장치는 연마 패드(203) 상에 연마 현탁액을 분배하기 위한 3 개의 스프레이 노즐(213)을 포함한다. 스프레이 노즐(213)은 연마 패드(203) 위에 배치되는 암(214)에 일정한 간격으로 부착된다. 이 암(214)은 연마 패드(203)의 중심으로부터 주변으로 연장한다.
연마 현탁액은 용기(215) 내에 보관되고, 이곳으로부터 유연성 호스(216)를 통해 스프레이 노즐(213)로 이송되어 연마 패드(203) 상에 분배된다. 연마 장치는 연마 현탁액의 분배를 제어하기 위한 제어 유닛(217)을 포함한다. 제어 유닛(217)은 연마 패드(203) 상의 요구되는 위치에 적정량의 연마 현탁액을 분배하도록 스프레이 노즐(213)을 제어한다. 각각의 위치에 분배될 연마 현탁액의 양은 결정된 수분에 기초하여 결정된다.
본 발명의 유리한 예시적인 실시형태만이 도면에 기술되어 있다. 본 발명이 위에 제시된 실시례에만 한정되지 않고 이하에 제시된 청구 범위 내에서 변화할 수 있다는 것이 당업자에게 명확하다. 본 발명의 일부의 가능한 실시형태는 종속 청구항에 기재되어 있고, 이것이 본 발명 자체의 보호 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
시편을 연마하기 위한 본 발명에 따른 장치는 축선을 중심으로 회전가능한 연마 플래튼, 연마 플래튼에 부착되는 연마 패드, 연마 패드에 대해 시편을 유지하기 위한 시편 홀더, 연마 패드 상의 복수의 위치에서 수분 또는 마찰을 나타내는 물리적 양을 측정하기 위한 수단, 및 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 연마 패드 상의 복수의 위치에 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 장치, 즉 연마 장치는 천연 재료(예를 들면, 암석, 광물, 광석 또는 운석 등) 또는 인공 재료(예를 들면, 금속, 콘크리트, 세라믹, 복합재, 또는 반도체) 등의 고체 재료의 시편(예를 들면, 물체)를 연마하기 위해 사용될 수 있다. 이 본문에서, 연마라는 용어는 연마 패드와 연마 현탁액을 사용하는 연마, 미세 연삭 및 연삭 프로세스를 의미한다.
연마될 시편은 시편 홀더를 사용하여 연마 패드의 표면에 대해 유지된다. 시편 홀더는 연마 패드에 대해 하나 이상의 시편을 유지하도록 구성될 수 있다. 시편 홀더를 사용하여 연마 패드에 대해 유지될 수 있는 시편의 수는, 예를 들면, 1, 2 내지 5, 6 내지 10, 또는 10을 초과할 수 있다. 시편 홀더는, 예를 들면, 하나 이상의 삽입체를 포함할 수 있고, 그 내부에서 시편은 자유롭게 이동될 수 있거나 클램핑에 의해 고정된다. 시편 홀더는 조정가능한 가압력으로 시편(들)을 연마 패드에 대해 가압하는 연마 헤드에 부착될 수 있다. 가압력은, 예를 들면, 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 조정될 수 있다.
연마 패드는 섬유성 포(예를 들면, 실제의 실크, 폴리에스터 또는 아세테이트) 또는 합성의 비섬유성 재료(예를 들면, 네오프렌, 폴리우레탄 또는 복합재) 등의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 연마 패드는, 바람직하게는, 디스크 형상 즉, 평탄한 원형을 갖는다. 연마 패드는, 바람직하게는, 연마 현탁액을 흡수할 수 있게 하는 다공질이다. 연마 패드의 직경은, 예를 들면, 500 mm 미만, 바람직하게는 200 - 400 mm일 수 있다. 연마 패드의 두께는, 예를 들면, 3 mm 미만, 바람직하게는 2 mm 미만, 더 바람직하게는 1 mm 미만일 수 있다.
연마 패드는 회전가능한 연마 플래튼의 표면에, 바람직하게는 착탈가능하게, 부착된다. 연마 플래튼이 회전됨에 따라, 연마 패드는 시편을 연마한다. 연마 플래튼은 알루미늄, 청동 또는 스테인리스강 등의 열전도성 및 내식성 재료, 또는 플라스틱, 폴리머 또는 복합재 재료로 제조될 수 있다. 연마 플래튼은 그 표면 상에 측정 기기의 전기적 접촉 요소(예를 들면, 카본 브러시)와 전기적으로 접속될 수 있는 전기 절연성 전기적 접촉 요소(예를 들면, 오스테나이트계 스테인리스강으로 제조되는 약 0.5 mm의 두께를 갖는 시트)를 포함할 수 있다. 연마 플래튼은, 바람직하게는, 디스크 형상이고 열전도성이다. 연마 플래튼의 직경은, 예를 들면, 500 mm 미만, 바람직하게는 200 - 400 mm일 수 있다. 바람직하게는, 연마 플래튼 및 연마 패드의 직경은 본질적으로 동일하다. 연마 플래튼의 두께는, 예를 들면, 20 - 50 mm일 수 있다. 연마 플래튼(101)의 최적의 두께는 연마 플래튼의 직경 및 재료에 의존한다.
연마 장치는 이 연마 플래튼을 회전시키기 위한 전기 모터 등의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는, 예를 들면, 0 - 600 rpm의 회전 속도로 연마 플래튼을 회전시키도록 구성될 수 있다. 액츄에이터는 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 연마 플래튼의 회전 속도를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마찰이 미리 정해진 임계값을 초과하거나 수분이 미리 정해진 임계값 미만으로 떨어지는 경우, 액츄에이터는 연마 플래튼의 회전 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 액츄에이터에 의해 유발되는 가능한 간섭을 줄이기 위해, 연마 플래튼과 액츄에이터 사이에 전기 절연층을 추가하는 것이 유익할 수 있다.
연마 플래튼 외에 시편 홀더도 회전될 수 있다. 시편 홀더는 연마 플래튼의 회전 축선에 평행한 축선을 중심으로 회전될 수 있다. 연마 장치는 시편 홀더를 회전시키기 위한 전기 모터 등의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는, 예를 들면, 0 - 150 rpm의 회전 속도로 시편 홀더를 회전시키도록 구성될 수 있다. 액츄에이터는 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 시편 홀더의 회전 속도를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마찰이 미리 정해진 임계값을 초과하거나 수분이 미리 정해진 임계값 미만으로 떨어지는 경우, 액츄에이터는 시편 홀더의 회전 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 연마 패드 상의 복수의 위치에서 수분 또는 마찰을 나타내는 물리적 양을 측정하고, 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 연마 패드 상의 복수의 위치에 연마 현탁액을 분배할 수 있다.
물리적 양을 측정하기 위한 수단은 하나 이상의 가동 센서, 또는 서로 미리 정해진 거리를 두고 배치되는 복수의 고정(비가동) 센서를 포함할 수 있다. 센서는 연마 패드 상의 (전기) 저항 또는 연마 패드의 양면 사이의 커패시턴스(즉, 연마 패드의 두께에 걸친 커패시턴스)를 측정할 수 있는 수분 센서일 수 있고, 이 둘 모두 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변화된다. 센서는 연마 패드의 표면 상의 마찰을 측정하도록 구성되는 힘 센서일 수도 있다. 마찰의 측정은 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 물체 상에 작용하는 횡력을 검출하는 것에 기초할 수 있다.
연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 하나 이상의 가동 스프레이 노즐, 또는 서로 미리 정해진 거리를 두고 배치되는 복수의 고정(비가동) 스프레이 노즐을 포함할 수 있다. 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 또한 연마 현탁액의 용기를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 하나의 연마 현탁액을 위한 또는 다양한 연마 현탁액들을 위한 복수의 용기를 포함할 수 있다. 용기(들)은 유연성 호스에 의해 스프레이 노즐에 접속될 수 있다.
연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 스프레이 노즐을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 프로세서, 및 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함할 수 있고, 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 프로세서와 함께 스프레이 노즐로 하여금 연마 패드 상의 복수의 위치에 적절한 양의 연마 현탁액을 분배하게 한다. 각각의 위치에 분배될 연마 현탁액의 양은 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 결정된다. 이 측정된 물리적 양의 값은 미리 정의된 기준값 또는 프로파일과 비교되어 분배될 연마 현탁액의 양을 결정할 수 있다. 미리 정의된 기준값 또는 프로파일은 연마 패드 내의 요구되는 수분 함량에 대응한다. 연마 패드 상의 각각의 위치에 분배될 연마 현탁액의 양은, 예를 들면, 5 μl/cm2 미만, 2 μl/cm2 미만 또는 0.5 - 2 μl/cm2일 수 있다.
연마 현탁액은 연마 작용을 강화시키고 연마 프로세스 중에 과열을 방지한다. 연마 현탁액은 연마 패드를 습윤, 냉각 및 윤활시키기 위한 물 및/또는 알코올(예를 들면, 에탄올, 글리콜 또는 이소프로필 알코올) 등의 기타 적절한 액체를 함유한다. 연마 현탁액은 시편의 표면의 연마를 위한 다이아몬드, 알루미늄 산화물 또는 콜로이달 실리카 등의 연마 입자를 함유할 수도 있다. 전형적으로, 연마 현탁액(즉, 슬러리 또는 유체)은 액체(들) 및 연마제(들)의 혼합물이다.
본 발명에 따른 장치의 장점은 연속 프로세스 중에 연마 패드 내에 실질적으로 일정하고 균일한 수분 함량을 제공 및 유지할 수 있다는 점이다. 본 발명에 따른 장치의 다른 장점은 시편의 균일하고 고품질의 연마 결과를 달성할 수 있게 한다는 점이다. 본 발명에 따른 장치의 또 다른 장점은 연속 프로세스에서 연마 현탁액의 소비를 최적화(최소화)할 수 있다는 점이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양은 연마 패드 상의 저항이고, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 연마 패드 상의 일 위치에서 저항의 값이 제 1 임계값보다 큰 경우에 연마 패드 상의 위치에 연마 현탁액을 분배하도록 구성된다. 연마 패드 상의 저항은 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변화한다. 연마 패드의 습윤이 크면 클수록 저항이 더 작아진다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양은 연마 패드의 양면 사이의 커패시턴스이고, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 연마 패드 상의 일 위치에서 커패시턴스의 값이 제 2 임계값보다 작은 경우에 연마 패드 상의 상기 위치에 연마 현탁액을 분배하도록 구성된다. 연마 패드의 양면 사이의 커패시턴스는 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변화한다. 연마 패드의 습윤이 크면 클수록 커패시턴스가 더 커진다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양은 연마 패드의 표면 상의 마찰이고, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 연마 패드 상의 일 위치에서 마찰의 값이 제 3 임계값보다 큰 경우에 연마 패드 상의 위치에 연마 현탁액을 분배하도록 구성된다. 연마 패드의 표면 상의 마찰은 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변화한다. 연마 패드의 습윤이 크면 클수록 마찰이 더 작아진다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 센서 및 연마 패드 상의 복수의 위치들 사이에서 센서를 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 센서를 이동시키기 위한 수단은 연마 패드의 표면을 따라 센서를 이동시키도록 구성된다. 센서는 연마 패드의 양면 사이에서 수직방향으로 연마 패드 상의 저항 및/또는 커패시턴스를 측정하는 수분 센서일 수 있다. 이 센서는, 대안적으로는, 연마 패드의 표면 상의 마찰을 측정하는 힘 센서일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 센서를 이동시키기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 암 및 암을 따라 센서를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함한다. 암은, 바람직하게는, 직선형이고, 그 길이방향 축선은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은, 바람직하게는, 연마 패드 위에서 연마 패드의 중심으로부터 주변으로 연장하는 방식으로 배치된다. 이로 인해, 연마 플래튼이 회전될 때, 연마 패드 상의 모든 가능한 위치로 센서가 이동될 수 있게 된다. 액츄에이터는 전기 모터일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 센서를 이동시키기 위한 수단은 연마 패드에 대해 센서를 유지하도록 구성되는 시편 홀더이다. 시편 홀더는, 예를 들면, 하나의 삽입체를 포함할 수 있고, 그 내부에서 센서는 자유롭게 이동될 수 있거나 클램핑에 의해 고정된다. 센서는 측정 기기 및/또는 스프레이 노즐(들)을 제어하는 제어 유닛 등의 원격 장치와 통신하기 위한 무선 송신기 또는 수신기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 센서의 어레이를 포함한다. 센서는 연마 패드 위에 배치되는 암에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 센서는 서로 미리 정해진 간격으로 암에 부착된다. 암은, 바람직하게는, 직선형이고, 그 길이방향 축선은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은, 바람직하게는, 연마 패드 위에서 연마 패드의 중심으로부터 주변으로 연장하는 방식으로 배치된다. 센서의 수는 연마 패드의 직경 및 필요한 측정 정확도에 의존하며, 예를 들면, 100 미만, 50 미만, 20 미만, 또는 6 - 12일 수 있다. 센서는 연마 패드 상의 저항 및/또는 연마 패드의 양면 사이의 커패시턴스를 측정하는 수분 센서일 수 있다. 센서는, 대안적으로는, 연마 패드의 표면 상의 마찰을 측정하는 힘 센서일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 센서는 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소를 포함하고, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소의 둘 사이의 저항을 측정하기 위한 수단을 포함한다. 전기적 접촉 요소, 즉, 전극은 연마 패드의 전기적 특성을 측정할 수 있는 전기적 경로를 제공한다. 전기적 접촉 요소는 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 전기적 접촉 요소는, 바람직하게는, 내마모성 및 내식성을 갖는 도전성 재료로 제조된다. 전기적 접촉 요소를 위한 바람직한 재료는, 예를 들면, 스테인리스강 및 공구강이다. 전기적 접촉 요소는 단락을 방지하기 위해 서로 전기적으로 분리되어 있다. 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소의 둘 사이의 저항을 측정하기 위한 수단은 와이어, 케이블 또는 카본 브러시 등의 전기적 접속부를 사용하여 센서의 2 개의 전기적 접촉 요소에 전기적으로 접속되는 측정 기기를 포함할 수 있다. 측정 기기는 이들 2 개의 전기적 접촉 요소 사이의 저항을 측정하도록 구성된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소 중 하나와 연마 플래튼 사이의 커패시턴스를 측정하기 위한 수단을 포함한다. 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소 중 하나와 연마 플래튼 사이의 커패시턴스를 측정하기 위한 수단은 와이어, 케이블 또는 카본 브러시 등의 전기적 접속부를 사용하여 전기적 접촉 요소 및 연마 플래튼에 전기적으로 접속되는 측정 기기를 포함할 수 있다. 측정 기기는 전기적 접촉 요소와 연마 플래튼 사이의 커패시턴스를 측정하도록 구성된다. 간섭을 줄이기 위해 측정 기기와 연마 플래튼 사이에 저항기가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 연마 패드의 표면에 대해 센서를 가압하기 위한 압축 요소를 포함한다. 압축 요소는 센서를 적절한 가압력으로 연마 패드의 표면과 접촉하여 유지할 수 있게 한다. 압축 요소의 가압력은 조정될 수 있다. 압축 요소는, 예를 들면, 스프링일 수 있다. 압축 요소는 적절한 가압력을 생성할 때 공기압, 중력, 또는 자기력 또는 전자기력을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 센서 상에 작용하는 횡력을 측정하기 위한 수단을 포함한다. 횡력을 측정하기 위한 수단은 센서에 부착되는 힘 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 무접촉식 수분 센서 및 연마 패드 상의 복수의 위치들 사이에서 이 무접촉식 수분 센서를 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 무접촉식 수분 센서는 연마 패드 내의 수분을 측정할 수 있다. 무접촉식 수분 센서는, 예를 들면, 광학 센서일 수 있다. 무접촉식 수분 센서를 이동시키기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 암 및 이 암을 따라 무접촉식 수분 센서를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 무접촉식 수분 센서의 어레이를 포함한다. 무접촉식 수분 센서는 연마 패드 내의 수분을 측정할 수 있다. 무접촉식 수분 센서는, 예를 들면, 광학 센서일 수 있다. 무접촉식 수분 센서는 연마 패드 위에 배치되는 암에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 무접촉식 수분 센서는 서로 미리 정해진 간격으로 암에 부착된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 무접촉식 수분 센서는 파장의 함수로서 연마 패드의 표면으로부터 반사되는 광의 강도를 측정하도록 구성되는 분광계이다. 반사되는 광의 강도는 연마 패드 내의 수분에 의존한다. 사용되는 연마 현탁액 및 연마 패드의 재료에 따라 특정 파장으로 반사되는 광의 강도는 연마 패드 내의 수분이 변화함에 따라 상당히 다르게 작용할 수 있다. 예를 들면, 연마 패드 내의 수분이 감소하면, 반사되는 광의 강도는 하나의 파장에서는 증가할 수 있고, 다른 파장에서는 감소할 수 있다. 분광계는 복수의 광학적 검출기를 포함할 수 있고, 이들 각각은 상이한 파장의 광을 검출하도록 조정된다. 분광계의 파장 범위는, 예를 들면, 400 - 700 nm, 300 - 1000 nm 또는 750 - 2500 nm일 수 있다. 바람직하게는, 분광계와 연마 패드의 표면 사이의 거리는 측정 중에 일정하게 유지된다. 연마 패드의 표면은 발광 다이오드(LED) 등의 하나 이상의 광원으로 조사될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 무접촉식 수분 센서는 폴리머 막이다. 폴리머 막의 저항은 수분에 의존한다. 연마 패드 내의 수분은 폴리머 막을 연마 패드의 표면에 근접하여 배치함으로써 측정될 수 있다. 저항을 측정하는 경우, 폴리머 막에는 2 개의 전기적 접촉 요소가 제공될 수 있다. 폴리머 막은, 바람직하게는, 유리 부재 등의 기판에 부착된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 이 장치는 센서 및/또는 연마 패드의 온도를 측정하기 위한 수단, 및 측정된 온도의 값에 기초하여 연마 플래튼 및/또는 시편 홀더의 회전 속도를 조정하기 위한 수단을 포함한다. 온도를 측정하기 위한 수단은 접촉식 및/또는 무접촉식 온도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 이 장치는 센서의 진동을 측정하기 위한 수단, 및 측정된 진동의 값에 기초하여 연마 플래튼 및/또는 시편 홀더의 회전 속도를 조정하기 위한 수단을 포함한다. 진동을 측정하기 위한 수단은 센서에 부착되는 진동 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 이 장치는 연마 플래튼을 냉각하기 위한 수단을 포함한다. 연마 플래튼은 연마 플래튼의 저면 상에 물을 분사함으로써 냉각될 수 있다. 이 장치는 연마 패드 상의 누출되는 냉각수의 미스트를 방지하기 위한 스플래시 가드를 포함할 수 있다. 스플래시 가드는, 예를 들면, 플라스틱으로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 스프레이 노즐 및 연마 패드 상의 복수의 위치들 사이에서 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 하나의 연마 현탁액 또는 다양한 연마 현탁액을 위한 하나 이상의 용기를 포함할 수 있다. 이 용기는, 예를 들면, 유연성 호스에 의해 스프레이 노즐에 접속될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 암 및 이 암을 따라 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함한다. 암은, 바람직하게는, 직선형이고, 그 길이방향 축선은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은, 바람직하게는, 연마 패드 위에서 연마 패드의 중심으로부터 주변으로 연장하는 방식으로 배치된다. 이로 인해, 연마 플래튼이 회전될 때, 연마 패드 상의 모든 가능한 위치로 스프레이 노즐이 이동될 수 있게 된다. 액츄에이터는 전기 모터일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단은 스프레이 노즐이 부착되는 시편 홀더이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 연마 패드 위에 배치되는 스프레이 노즐의 어레이를 포함한다. 스프레이 노즐은 암에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 스프레이 노즐은 서로 미리 정해진 간격으로 암에 부착된다. 암은, 바람직하게는, 직선형이고, 그 길이방향 축선은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은, 바람직하게는, 연마 패드 위에서 연마 패드의 중심으로부터 주변으로 연장하는 방식으로 배치된다. 스프레이 노즐의 수는 연마 패드의 직경에 의존하며, 예를 들면, 100 미만, 50 미만, 20 미만, 또는 6 - 12일 수 있다. 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 하나의 연마 현탁액 또는 다양한 연마 현탁액을 위한 하나 이상의 용기를 포함할 수 있다. 이 용기는, 예를 들면, 유연성 호스에 의해 스프레이 노즐에 접속될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 이 장치는 연마 패드로부터 연마 현탁액을 증발시키기 위한 수단을 포함한다. 연마 현탁액은 압축 공기의 흐름을 이용하여 연마 패드 상의 요구되는 위치까지 증발될 수 있다.
본 발명은 또한 시편을 연마하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 연마 플래튼에 부착되는 연마 패드에 대해 시편 홀더를 사용하여 시편을 유지하는 것, 축선을 중심으로 연마 플래튼을 회전시키는 것, 연마 패드 상의 복수의 위치에서 수분 또는 마찰을 나타내는 물리적 양을 측정하는 것, 및 측정된 물리적 양의 값에 기초하여 연마 현탁액을 연마 패드 상의 복수의 위치로 분배하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 연속 프로세스 중에 연마 패드 내에 실질적으로 일정하고 균일한 수분 함량을 제공 및 유지할 수 있다는 점이다. 본 발명에 따른 방법의 다른 장점은 시편의 균일하고 고품질의 연마 결과를 달성할 수 있게 한다는 점이다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 연속 프로세스 중에 더 적은 연마 현탁액을 소비할 수 있다는 점이다.
본 명세서에 제시된 본 발명의 예시적인 실시형태는 첨부된 청구항의 적용가능성에 제한을 부여하는 것으로 해석되지 않는다. "포함하다"는 동사는 본 명세서에서 인용되지 않은 특징의 존재를 배제하지 않는 개방형 제한으로서 사용된다. 종속 청구항에서 인용되는 특징은 특히 명기되지 않는 한 상호 자유롭게 조합될 수 있다.
본 명세서에 제시된 예시적인 실시형태 및 이들의 장점은 이것이 항상 별도로 언급되지는 않지만 적용가능한 부품에 의해 본 발명에 따른 장치 및 방법에 관련된다.
Claims (15)
- 시편을 연마하기 위한 장치로서,
- 축선을 중심으로 회전가능한 연마 플래튼(polishing platen),
- 상기 연마 플래튼에 부착되는 연마 패드, 및
- 상기 연마 패드에 대해 상기 시편을 유지하기 위한 시편 홀더를 포함하고,
상기 장치는:
- 상기 연마 패드 상의 복수의 위치에서 물리적 양을 측정하기 위한 수단 - 상기 물리적 양은 수분 또는 마찰을 나타냄 -, 및
- 측정된 상기 물리적 양의 값에 기초하여 상기 연마 패드 상의 복수의 위치에 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 물리적 양은 상기 연마 패드 상의 저항이고,
상기 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 상기 연마 패드 상의 일 위치에서 상기 저항의 값이 제 1 임계값보다 큰 경우에 상기 연마 패드 상의 상기 위치에 상기 연마 현탁액을 분배하도록 구성되는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 물리적 양은 상기 연마 패드의 양면 사이의 커패시턴스이고, 상기 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 상기 연마 패드 상의 일 위치에서 상기 커패시턴스의 값이 제 2 임계값보다 작은 경우에 상기 연마 패드 상의 상기 위치에 연마 현탁액을 분배하도록 구성되는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 물리적 양은 상기 연마 패드의 표면 상의 마찰이고, 상기 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 상기 연마 패드 상의 일 위치에서 상기 마찰의 값이 제 3 임계값보다 큰 경우에 상기 연마 패드 상의 상기 위치에 상기 연마 현탁액을 분배하도록 구성되는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 센서 및 상기 연마 패드 상의 복수의 위치들 사이에서 상기 센서를 이동시키기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 센서를 이동시키기 위한 수단은 상기 연마 패드 위에 배치되는 암 및 상기 암을 따라 상기 센서를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 센서의 어레이를 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 상기 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치되는 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소를 포함하고, 상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소의 둘 사이의 저항을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 적어도 2 개의 전기적 접촉 요소 중 하나와 상기 연마 플래튼 사이의 커패시턴스를 측정하기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 연마 패드의 표면에 대해 상기 센서를 가압하기 위한 압축 요소를 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 양을 측정하기 위한 수단은 상기 센서 상에 작용하는 횡력을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 상기 연마 패드 위에 배치되는 스프레이 노즐 및 상기 연마 패드 상의 복수의 위치들 사이에서 상기 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단을 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단은 상기 연마 패드 위에 배치되는 암 및 상기 암을 따라 상기 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는, 시편의 연마 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 현탁액을 분배하기 위한 수단은 상기 연마 패드 위에 배치되는 스프레이 노즐의 어레이를 포함하는, 시편의 연마 장치. - 시편을 연마하기 위한 방법으로서,
- 연마 플래튼에 부착되는 연마 패드에 대해 시편 홀더로 상기 시편을 유지하는 것, 및
- 축선을 중심으로 상기 연마 플래튼을 회전시키는 것을 포함하고,
상기 방법은:
- 상기 연마 패드 상의 복수의 위치에서 수분 또는 마찰을 나타내는 물리적 양을 측정하는 것, 및
- 측정된 상기 물리적 양의 값에 기초하여 상기 연마 패드 상의 복수의 위치에 연마 현탁액을 분배하는 것을 포함하는, 시편의 연마 방법.
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