KR101116984B1

KR101116984B1 - 측정헤드용 위치조정장치 및 비접촉형 저항률 측정장치

Info

Publication number: KR101116984B1
Application number: KR1020040088924A
Authority: KR
Inventors: 미치아키 호소가와
Original assignee: 나프손 카부시키가이샤
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2012-03-14
Also published as: CN100424510C; CN1614427A; TW200521453A; KR20050043650A; JP2005140564A; JP4117353B2; TWI327647B

Abstract

측정헤드를 검사시료의 표면에 정확하게 주사시켜, 검사시료의 파손을 방지한다.

측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 조정하는 헤드위치 조정수단(12)과, 측정헤드(16)에 일체적으로 형성되고, 검사시료(17)의 표면과 평행하게 설치되어 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 간접적으로 나타내는 투명 기준판(13)과, 검사광을 출사시키는 것과 함께 기준판(13)에서의 반사광과 검사시료(17)에서의 반사광을 입사시켜 이들을 비교하여 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 감시하는 헤드간극 감시수단(14)과, 헤드간극 감시수단(14)에서의 검출값에 기초하여 헤드위치 조정수단(12)을 구동시켜 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 설정값으로 조정하는 제어수단(15)을 구비했다. 헤드간극 감시수단(14)은 반사광의 입사위치를 검출하는 리니어 이미지 센서를 구비한다.

측정헤드, 저항률, 헤드간극, 위치조정장치, 측정장치

Description

측정헤드용 위치조정장치 및 비접촉형 저항률 측정장치{Position adjusting device for measuring head and non-contact type resistivity measuring device}

도 1은 본 발명에 따른 측정헤드용 위치조정장치를 나타내는 주요 확대도이다.

도 2는 종래의 비접촉형 저항률 측정장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치의 원리를 설명하는 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치의 시트 저항과 고주파 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치를 나타내는 정면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치를 나타내는 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치의 개폐문의 개폐상태를 나타내는 측면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치의 측정헤드 주사수단을 나타내는 측면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치의 측정헤드 주사수단을 나타내는 사시도이다.

도 10은 본 발명의 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.

부호의 설명

11 ---- 측정헤드용 위치조정장치 12 ---- 헤드위치 조정수단

13 ---- 기준판 14 ---- 헤드간극 감시수단

15 ---- 제어수단 16 ---- 측정헤드

17 ---- 검사시료

31 ---- 비접촉형 저항률 측정장치 32 ---- 지지대부

33 ---- 측정헤드 주사수단 36 ---- 바구니 형상체

37 ---- 개폐문 38 ---- 하측 롤러

39 ---- 상측 롤러 40 ---- 배면 지지부

43 ---- 종주사부

44 ---- 측정헤드용 위치조정장치 45 ---- 측정헤드

46 ---- 바구니 형상체 47 ---- 볼스크류

48 ---- 구동 모터 49 ---- 슬라이더

52 ---- 헤드위치 조정수단 53 ---- 기준판

54 ---- 헤드간극 감시수단 55 ---- 제어수단

57 ---- 지지판 58 ---- 가이드 레일

59 ---- 슬라이드판 60 ---- 너트부

61 ---- 볼스크류 62 ---- 구동 모터

본 발명은, 측정헤드를 검사시료의 표면에 정확하게 주사(走査)시킬 수 있는 측정헤드용 위치조정장치 및 기판 표면에 설치된 회로 등의 저항률을 비접촉 상태에서 측정할 수 있는 비접촉형 저항률 측정장치에 관한 것이다.

비접촉형 저항률 측정장치로서는, 일본특개 평01-92666이 알려져 있다. 이 비접촉형 저항률 측정장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, C자형으로 형성되어 그 양단부를 반도체 웨이퍼(1)의 양측면을 향하여 설치된 코어(2)와, 이 코어(2)를 여자(勵磁)시키는 여자 코일(3)과, 코어(2)의 일측 단부에 설치된 검출용 코일(4)과, 전류 발생 장치(5)와, 연산기(6)로 구성된다. 이 구성에 의해, C자형 코어(2)의 양단부 사이에 반도체 웨이퍼(1)가 통과하여 저항률이 측정된다. 이때, 코어(2)의 양단부는 반도체 웨이퍼(1)의 표면과 약간의 틈을 유지한 상태에서 반도체 웨이퍼(1)의 표면을 따라 정확하게 주사된다.

그러나 상기 종래기술의 비접촉형 저항률 측정장치의 경우는, 검사시료의 대형화에 대응하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

검사시료가 반도체 웨이퍼(1)와 같은 소형 시료인 경우는, 상기 코어(2)도 소형이면 되기 때문에, 이 코어(2)에 검사시료를 삽입하여, 코어(2)의 양단부와 검사시료와의 간극을 정확하게 유지하는 것은 용이하다. 그러나 검사시료가 대형이면, 코어(2)도 크게할 필요가 있다. 더욱이, 이 큰 코어(2)를 이동시켜 검사시료의 표면을 주사(走査)시킬 필요가 있다. 이 경우, 코어(2)의 대형화에 수반하여, 그 양단부의 간극을 정확하게 유지하는 것이 어렵게 된다. 더욱이, 검사시료 중 C자형의 코어(2)에 삽입되는 부분에서는, 검사시료를 직접적으로 지지할 수 없기 때문에, 검사시료를 지지하는 간극이 넓게 되고, 검사시료가 휘어지는 문제가 발생하게 된다.

이와 같이, 검사시료의 대형화에 수반하여, 코어(2) 양단부의 정확한 간극 유지가 어렵게 되고, 검사시료도 쉽게 휘어지기 때문에, 코어(2)의 양단부를 검사시료의 표면과 약간의 틈을 유지하여 주사하는 것이 어렵게 된다. 그 결과, 약간의 어긋남과 휘어짐에 의해, 코어(2)의 양단부가 검사시료의 표면에 접촉하고, 검사시료의 표면을 파손할 염려가 있다는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 점에 비추어, 측정헤드와 시료의 표면과의 사이를 설정값으로 정확하게 유지하여 주사시킬 수 있는 측정헤드용 위치조정장치 및 비접촉형 저항률 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 제1의 발명에 따른 측정헤드용 위치조정장치는, 검사시료의 표면을 약간의 틈을 둔 상태에서 주사되는 측정헤드의 상기 검사시료의 표면과의 간극을 조정하는 헤드위치 조정수단과, 상기 측정헤드에 일체로 형성되고, 상기 검사시료의 표면과 평행하게 설치되어 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 간접적으로 나타내는 투명 기준판과, 이 기준판을 통하여 상기 검사시료의 표면에 검사광을 출사시키는 것과 함께 상기 기준판에서의 반사광과 검사 시료에서의 반사광을 입사시켜 이들을 비교하여 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 감시하는 헤드간극 감시수단과, 이 헤드간극 감시수단에서의 검출값에 기초하여 상기 헤드위치 조정수단을 구동시켜 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 설정값으로 조정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 헤드간극 감시수단이 검사광을 출사하면, 이 검사광은 기준판과 검사시료의 표면에서 반사되어, 헤드간극 감시수단에 입사한다. 검사광이 비스듬하게 경사지어 출사되면, 기준판에서의 반사광과 검사시료에서의 반사광은 어긋나기 때문에, 이 간극의 변화를 감시하는 것으로, 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극의 변화를 감시할 수 있다. 제어수단은 기준판에서의 반사광과 검사시료에서의 반사광과의 간극의 변화에 기초하여 헤드위치 제어수단을 구동시키고, 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극을 설정값으로 조정한다.

제2의 발명에 따른 비접촉형 저항률 측정장치는, 측정헤드를 검사시료의 일측 표면에 약간의 틈을 유지한 상태에서 주사시켜 저항률을 측정하는 비접촉형 저항률 측정장치에 있어서, 검사시료를 지지하는 지지대부와, 이 지지대부에 지지된 상기 검사시료의 일측 표면에 접촉하지 않도록 걸쳐 설치되고, 상기 측정헤드를 상기 검사시료의 표면에 약간의 틈을 유지한 상태에서 지지하여 이동시키는 측정헤드 주사수단을 구비하고, 이 측정헤드 주사수단에 제1의 발명에 따른 측정헤드용 위치조정장치를 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 측정헤드 주사수단이 측정헤드를 검사시료의 표면을 따라 이동시키고, 비접촉 상태에서 저항률을 측정한다. 이때, 측정헤드는, 제1의 발명에 따른 측정헤드용 위치조정장치에 의해, 검사시료의 표면과의 간극이 정확하게 유지되어 지지된다. 더욱이, 이상(異常)이 발생한 경우는 측정헤드를 검사시료의 표면으로부터 떼어내어 검사시료의 파손을 방지한다.

발명을 실시하기 위한 바람직한 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 측정헤드용 위치조정장치 및 비접촉형 저항률 측정장치를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.

[측정헤드용 위치조정장치]

본 발명의 측정헤드용 위치조정장치는, 측정헤드를 검사시료의 표면에 대해 설정 위치로 조정하기 위한 장치이다. 저항률 측정 등을 위해, 측정헤드를 검사시료의 평탄면에 대해, 약간의 틈을 유지한 상태에서 주사시키는 경우에, 평탄면과 측정헤드의 틈을 설정값으로 조정하여 유지하기 위한 장치이다. 이 측정헤드용 위치조정장치를 도 1에 기초하여 설명한다.

측정헤드용 위치조정장치(11)는 헤드위치 조정수단(12)과, 기준판(13)과, 헤드간극 감시수단(14)과, 제어수단(15)으로 구성된다.

헤드위치 조정수단(12)은 측정헤드(16)의 검사시료(17)의 표면에 대한 위치(측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극)를 조정하기 위한 장치이다. 이 헤드위치 조정수단(12)은 설치된 검사시료(17)에 대해 수직 방향으로 설치된다. 구체적으로는, 헤드위치 조정수단(12)은 검사시료(17)의 표면에 대해 수직 방향으로 왕복적으로 움직이는 볼스크류(Ball screw)와 슬라이더나 리니어 모터 등의 구동장치를 구비하여 구성된다. 헤드위치 조정수단(12)에 의해, 측정헤드(16)가 검사시료 (17)의 표면에 대해 ㎛ 단위로 간극을 조정할 수 있게 된다.

헤드위치 조정수단(12)에는, 측정헤드(16), 기준판(13) 및 헤드간극 감시수단(14)이 일체적으로 설치된다. 이에 의해, 헤드위치 조정수단(12)은 측정헤드(16)가 검사시료(17)의 표면을 약간의 틈을 둔 상태에서 주사될 때에, 측정헤드(16)를 기준판(13) 및 헤드간극 감시수단(14)과 함께 이동시키고, 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 조정하게 된다.

기준판(13)은 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 간접적으로 나타내기 위한 부재이다. 기준판(13)은 측정헤드(16)에 일체적으로 형성되고, 검사시료(17)의 표면과는 평행하게 설치된다. 기준판(13)이 그 하측면과 측정헤드(16)의 하단이 정합하는 위치에 설치된 경우는, 기준판(13)과 검사시료(17)의 표면과의 간극은 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극과 일치한다. 기준판(13)이 그 하측면을 측정헤드(16)의 하단으로부터 어긋난 위치에 설치된 경우는, 그 어긋난 양을 기준판(13)과 검사시료(17)의 표면과의 간극으로부터 제하는 것으로, 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 산출할 수 있다. 기준판(13)의 설치 위치를 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극으로 일치시키거나 또는 어긋나게 하여도 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극이 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 간접적으로 나타낼 수 있다.

기준판(13)은 투명 판재로 구성되고, 헤드간극 감시수단(14)으로부터의 검사광의 일부가 반사하고, 나머지가 투과하게 된다. 기준판(13)의 두께는 측정헤드(16) 등의 크기에 따라 설정되는데, 적어도 기준판(13)의 열팽창, 수축을 검출할 수 있는 정도의 두께로 설정된다. 즉, 헤드간극 감시수단(14)이 기준판(13)의 표면과 이면으로부터의 2개의 반사광의 입사위치간극의 어긋남(열팽창, 수축에 의한 어긋남)을 식별할 수 있는 정도의 두께로 설정된다.

헤드간극 감시수단(14)은 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극의 어긋남을 감시하기 위한 장치이다. 이 헤드간극 감시수단(14)은 헤드위치 조정수단(12)에 기준판(13) 및 검사시료(17)에 면한 상태에서 설치된다. 헤드간극 감시수단(14)은 간섭성 광(coherent light)을 발생하는 광원(미도시)과, 리니어 이미지 센서(미도시)를 구비한다. 광원은 기준판(13) 및 검사시료(17)에 면하여 설치되고, 이 광원으로부터의 간섭성 광이 경사지게 출사되도록 설정된다. 이 경사진 간섭성 광이 기준판(13) 및 검사시료(17)로 경사지게 반사하는 것으로, 기준판(13)의 표리면(表裏面) 및 검사시료(17)의 표리면에서 각각 반사한 4개의 반사광이 리니어 이미지 센서에, 각각 어긋난 위치로 입사하게 된다. 간섭성 광의 경사 각도는 출사하는 반사광의 변동폭과, 헤드간극 감시수단(14)의 크기를 가미하여 설정된다. 즉, 약간의 크기 변화를 검출하는 경우는 반사광의 변동폭이 작기 때문에, 간섭성 광의 경사 각도를 가능한 범위에서 수평으로 근접시켜, 반사광의 변동폭을 크게 한다.

리니어 이미지 센서(Linear Image Sensor)는 반사광의 입사위치에 첨부된 직사각형의 광감지 센서이다. 이 리니어 이미지 센서는 입사한 반사광의 위치를 그 좌표 위치를 특정한 점으로 하여 검출하고, 복수의 입사광의 입사 위치의 간극을 ㎛ 단위로 식별할 수 있는 기능을 구비한다. 리니어 이미지 센서는 기준판(13) 및 검사시료(17)에 면하여 설치된다.

리니어 이미지 센서로 복수의 입사광의 입사 위치를 비교하여 그 간극을 검출하고, 그 간극의 어긋남을 감시하는 것으로, 각 광의 반사 위치의 어긋남을 알 수 있다. 2개의 광이 기준판(13)의 이면에서의 반사광과 검사시료(17)의 표면에서의 반사광인 경우, 직접적으로는 기준판(13)의 이면과 검사시료(17)의 표면과의 간극, 간접적으로는 측정헤드(16)와 검사시료(17)와의 간극에서 어긋남을 알 수 있다. 또한, 이 간극을 설정값(측정헤드(16)와 검사시료(17)를 기준이 되는 간극에 둔 경우의 각 반사광의 입사 위치의 간극)과 비교하면, 검사시료(17)의 휘어짐 등에 의한 측정헤드(16)와 검사시료(17)와의 간극의 변동을 알 수 있다. 이 변동폭이 허용범위를 넘어 접근하면, 제어수단(15)은 이 상태를 이상(異常) 상태로 판단한다. 더욱이, 간극의 변동은 없지만, 2개의 광이 일정 간극을 유지한 상태에서 입사 위치가 불안정하게 변동하는 것과 같은 경우는 헤드간극 감시수단(14)과 기준판(13) 및 검사시료(17)와의 사이에 가스 등이 칩입하여, 그 공간의 굴절률이 변화한 것으로 판단되기 때문에, 이 불안정하게 변동하는 경우도 제어수단(15)은 이상 상태로 판단한다. 또한 기준판(13)에서의 반사광이 입사하지 않은 경우는 광원의 고장 등에 의해, 검사광이 출사되지 않는 것으로 판단되어, 제어수단(15)은 이상 상태로 판단한다. 그 외, 다양한 검사상태에 의해 생길 수 있는, 측정헤드(16)가 검사시료(17)와 접촉할 가능성이 있는 상태를 이상 상태로 판단한다.

2개의 광이 기준판(13) 표리면에서의 반사광인 경우는 기준판(13)의 두께 및 그 열팽창, 수축에 의한 변화를 알 수 있다. 기준판(13)의 열팽창, 수축은 각종 기기의 이상 과열이나 화재 등에 의해, 주위의 기온이 극단적으로 변화한 경우 등에서 일어난다. 이 기준판(13)의 열팽창, 수축의 변동폭이 허용범위를 초과하면, 제어수단(15)은 이상 상태로 판단한다. 더욱이, 간극의 변동은 없지만, 2개의 광이 일정 간극을 유지한 상태에서 입사위치가 불안정하게 변동하는 경우는 상술한 바와 같이, 가스 등이 침입하여, 그 부분의 굴절률이 변화한 상태인 것으로 판단되기 때문에, 이 불안정하게 변동하는 경우도, 제어수단(15)은 이상 상태로 판단한다. 또한, 기준판(13)에 반사광이 입사하지 않은 경우는 상술한 바와 같이, 광원의 고장인 것으로 판단되어, 제어수단(15)은 이상 상태로 판단한다. 그 외의 경우도 동일하다.

제어수단(15)은 헤드간극 감시수단(14)에서의 검출값에 기초하여, 헤드위치 조정수단(12)을 제어하기 위한 장치이다. 이 제어수단(15)은 헤드위치 조정수단(12)과 헤드간극 감시수단(14)에 각각 접속하여 설치된다. 제어수단(15)은 헤드간극 감시수단(14)과 함께, 헤드위치 조정수단(12)에 설치해도 좋고, 다른 부분에 설치해도 좋다.

제어수단(15)은 메모리나 연산처리부 등(모두 미도시)을 구비한다. 메모리에는 헤드간극 감시수단(14)의 리니어 이미지 센서의 위치(정상 상태에서의 기준판(13)의 표리면으로부터의 반사광의 입사위치 및 검사시료(17)의 표리면으로부터의 반사광의 입사위치)가 설정값으로서 미리 기록된다.

연산처리부는 메모리에 미리 기록된 각 반사광의 입사위치와, 실제 반사광의 입사위치를 비교하여, 어긋남 등의 상태를 판단한다. 즉, 연산처리부는 헤드간극 감시수단(14)에서의 검출값인 리니어 이미지 센서의 반사광 입사위치와, 메모리에 미리 기록된 각 반사광의 입사위치를 비교하여, 어긋난 경우는 그 어긋남을 해소하도록, 헤드위치 조정수단(12)을 구동시킨다. 구체적으로는, 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극이 설정값보다도 넓은 경우에는 헤드위치 조정수단(12)을 구동시켜, 그 간극이 좁아지도록 제어하고, 좁은 경우는 헤드위치 조정수단(12)을 구동시켜, 그 간극이 넓어지도록 제어한다. 이때, 헤드위치 조정수단(12)에서의 1회의 구동에 의한 측정헤드(16) 등의 이동량은 약간의 양으로 설정되고, 새로운 검출값과 설정값을 비교하고, 헤드위치 조정수단(12)의 구동을 수회 반복하여, 측정헤드(16)와 검사시료(17)의 표면과의 간극을 설정값으로 조정한다.

또한, 연산처리부는 상술한 이상 상태의 감시도 실시한다. 즉, 이상 변동량, 반사광의 유무 또는 불안정한 변동 등의 상기 이상 상태도 동시에 감시한다. 측정헤드(16)와 검사시료와(17)의 간극의 변동폭이 미리 설정된 허용범위를 초과하면, 이상 상태로 판단하여, 헤드위치 조정수단(12)을 제어하여 측정헤드(16)를 검사시료(17)의 표면으로부터 떼어내고, 서로 접촉하는 것을 방지한다. 반사광이 입사하지 않는 경우나, 불안정하게 변동하는 경우 등의 이상 상태일 때도 동일하게, 헤드위치 조정수단(12)을 구동하여 측정헤드(16)를 검사시료(17)의 표면으로부터 떼어내어, 서로 접촉하는 것을 방지한다.

또한, 측정헤드(16)로서는 각종의 것이 있다. 평탄면 상에 형성된 회로의 저항률을 측정하는 것에 한정되지 않고, 평탄면 형상의 검사면을 약간의 틈을 둔 상태에서 주사시킬 필요가 있는 검사라면, 측정헤드(16)를 이용할 수 있다.

이상과 같이 구성된 측정헤드용 위치조정장치(11)는 다음과 같이 동작한다.

측정헤드용 위치조정장치(11)의 측정헤드(16)가 검사시료(17)의 표면에 주사될 때, 헤드간극 감시수단(14)의 광원으로부터 검사광이 기준판(13) 및 검사시료(17)에 조사된다. 그리고 검사광은 기준판(13)의 표면에서 제1반사광, 이면에서 제2반사광, 검사시료(17)의 표면에서 제3반사광, 이면에서 제4반사광으로 반사하고, 리니어 이미지 센서(Linear Image Sensor)에 입사한다.

이 반사광 중 주로 제1～제3반사광을 기초로하여, 상술한 각종 이상 상태를 감시한다. 제어수단(15)은 제2반사광과 제3반사광과의 간극의 변화를 감시하고, 이 간극이 기준값과 비교하여 허용범위를 초과하여 접근하는 경우는, 헤드위치 조정수단(12)을 제어하여 측정헤드(16)를 검사시료(17)로부터 떼어낸다. 이때, 제어수단(15)은 측정헤드(16)를 검사시료(17)로부터 약간 떼어내게 하고, 제2반사광과 제3반사광과의 간극과 기준값을 비교한다. 이에 의해, 허용범위 내라면 작업을 종료하고, 아직 허용범위를 초과하고 있으면, 허용범위 내로 될 때까지 상기 동작을 반복한다. 제2반사광과 제3반사광과의 간극이 허용범위를 초과하여 떨어져 있는 경우도 동일하다. 또한, 제4반사광은 검사시료(17)의 두께를 검사할 때에 이용한다.

이에 의해, 검사시료(17)에 대해, 측정헤드(16)를 설정 간극을 두어 정확하게 주사(走査)시킬 수 있게 된다.

또한, 제어수단(15)이 상기 이상 상태라고 판단한 경우는, 헤드위치 조정수단(12)을 제어하여 측정헤드(16)를 검사시료(17)로부터 떼어낸다. 이 경우는 측정헤드(16)를 검사시료(17)로부터 미리 설정된 충분한 간극까지 즉시 떼어내어 대기상태로 한다. 이에 의해, 측정헤드(16)가 검사시료(17)에 접촉하여 검사시료(17)가 파손되는 것을 방지한다.

[비접촉형 저항률 측정장치]

다음으로, 상기 구성의 측정헤드용 위치조정장치(11)를 이용한 비접촉형 저항률 측정장치에 대해서 설명한다.

비접촉형 저항률 측정장치는 전자(電磁)유도작용에 의해, 검사시료의 회로표면에 발생하는 와전류(eddy current)를 이용하여, 저항률을 측정하는 장치이다. 이 비접촉형 저항률 측정장치에 의한 저항률 측정의 원리를 이하에 설명한다.

코일에 고주파의 전압을 걸면, 이 코일로부터 고주파 주기로 변화하는 자장이 발생한다. 이 자장 중에 시료를 두면, 그 시료의 표면에 와전류가 발생한다. 와전류는 시간적으로 변화하는 자장 중에 놓여진 도체의 내부에 전자(電磁)유도에 의해 생기는 소용돌이 형상의 전류이다. 전류가 자속 방향으로 수직한 면 내를 소용돌이 형상으로 흘러 줄열(Joule's heat)을 발생시키고, 전자(電磁)에너지의 열손실이 일어난다. 이 전자(電磁)유도작용을 이용하는 것에 의해, 반도체 재료, 메탈 박막 등의 검사시료의 저항률/시트 저항을 비접촉으로 측정하는 것이 가능하다. 이 원리를 이용하여, 비접촉형 저항률 측정장치가 구성된다.

이 비접촉형 저항률 측정장치는 도 3에 도시되는 바와 같이, 주로, 검사하는 시료(21)를 끼우도록 서로 대향하여 설치되어 내부에 코일을 구비한 측정헤드(22, 23)와, 이 측정헤드(22, 23)에 고주파로 변화하는 전압을 거는 고주파 발진기(24)와, 측정헤드(22, 23)의 사이에 설치된 콘덴서(25)를 구비하여 구성된다.

이 구성에 의해, 고주파 발진기(24)로 측정헤드(22, 23)에 고주파의 전압을 걸면, 상술한 바와 같이, 시료(21)의 표면에 와전류가 발생하여 줄열이 발생하고, 전자(電磁)에너지의 열손실이 일어난다.

고주파 발진기(24)에 의해 측정헤드(22, 23)에 수 MHz의 고주파를 가하는 것에 의해, 각 측정헤드(22, 23)의 갭(gap)에 고주파로 변화하는 자장이 생긴다. 따라서, 이 2개의 측정헤드(22, 23)의 갭에 도전성의 시료(21)를 넣으면, 고주파 유도결합에 의해 도전성의 시료(21)에 와전류가 발생한다. 발생한 와전류는 줄열로 되어 손실된다. 즉, 고주파 전력의 일부가 시료(21) 내에서, 줄열로의 변환이라는 형태를 취하여 흡수된다. 그리고, 시료(21) 내에서의 고주파 전력의 흡수와 도전률(저항률의 역수) 및 시료의 형상(두께)은, 정적 상관(Positive Correration)을 갖고 있기 때문에, 이것을 이용하는 것에 의해, 시료(21)에 비접촉한 상태에서 저항률/시트 저항을 측정할 수 있다.

상기 회로에서 소비되는 고주파 전력은,

Ｐ＝Ｅ ×Ｉ＝Ｅ（Ｉe＋Ｉo）-----（１）

단,

Ｐ＝고주파 전력

Ｅ＝고주파 전압

Ｉ＝고주파 전류

Ｉo＝시료가 없을 때의 고주파 전류

Ｉe＝시료를 넣는 것에 의해 증가한 고주파 전류

시료를 갭에 넣는 것에 의해 증가하는 고주파 전력은,

Ｐe＝Ｅ ×Ｉe　---- (2)

시료의 도전률＝σ 시료의 두께＝ｔ 코일의 결합계수＝Ｋ로 하면,

Ｐe＝Ｅ ×Ｉe＝Ｋ ×Ｅ²×σ ×ｔ　---- (３）

상기 식에 의해

Ｉe＝Ｋ ×Ｅ ×σ ×ｔ＝Ｋ ×Ｅ ×（ｔ／ρ） ----（４）

따라서, 저항률은,

ρ＝Ｋ ×（Ｅ／Ｉe） ×ｔ　　（Ω-ｃｍ） ----（５）

저항률(ρ)와 시트 저항(ρs)과의 관계는,

ρs＝ρ／ｔ＝Ｋ ×（Ｅ／Ｉe）　（Ω／sq）　----（６）

시료와 코일 사이의 고주파 결합계수가 일정하게 유지된 상태에서, 고주파 전압(E)을 일정하게 유지하도록 제어하는 것에 의해, 시트 저항(ρs)과 고주파 전류(Ｉe)는 역비례의 관계가 된다. 따라서, 미리 시트 저항이 기존인 표준시료를 사용하여 시트 저항과 고주파 전류와의 관계를 도 4의 그래프와 같이 작성한다.

이 그래프를 참조하여, 시료(21)를 각 측정헤드(22, 23)의 갭에 넣는 것에 의해 증가한 고주파 전류를 검출 측정하는 것에 의해, 미지의 시료의 시트 저항을 구할 수 있다.

또한, 구해진 시트 저항에 시료의 두께(㎝ 단위)를 곱하는 것에 의해, 저항률을 산출할 수 있다.

ρ＝ρs ×ｔ　　（Ω-ｃｍ） ----（７）

이상의 원리에 기초하여, 비접촉형 저항률 측정장치를 구성한다. 또한, 여기에서는 각 측정헤드(22, 23)를 한개로 하고, 한개의 측정헤드를 시료(21)의 일측 표면에만 약간의 틈을 유지한 상태에서 주사시키는 것으로, 저항률을 측정하는 구성을 취한다.

본 실시예의 비접촉형 저항률 측정장치(31)는 도 5～7에 도시된 바와 같이 구성된다. 이 비접촉형 저항률 측정장치(31)는 주로, 지지대부(32)와, 측정헤드 주사수단(33)으로 구성된다.

지지대부(32)는 예를 들면, 2m ×2m 정도의 대형 유리기판으로 이루어진 검사시료(35)를 지지하기 위한 장치이다. 이 지지대부(32)는 주로, 바구니 형상체(36)와, 개폐문(37)과, 하측 롤러(38)와, 상측 롤러(39)와, 배면 지지부(40)로 구성된다.

바구니 형상체(36)는 지지대부(32)의 외곽을 구성하는 부재이다. 개폐문(37)은 바구니 형상체(36)의 전면을 개폐하는 문이다.

하측 롤러(38)는 검사시료(35)의 하단부를 지지하기 위한 부재이다. 하측 롤러(38)는 바구니 형상체(36)의 하부에, 수평 방향으로 일렬로 다수 설치된다. 각 하측 롤러(38)는 구동장치(미도시)에 접속되고, 모든 하측 롤러(38)가 동일 회전방향으로 회전하여, 검사시료(35)를 수평방향(도 5 중의 좌우방향)으로 이동시키게 된다. 상측 롤러(39)는 검사시료(35)의 상단부를 지지하여 수평방향으로 이동시키기 위한 부재이다. 상측 롤러(39)는 자유롭게 회전할 수 있게 되어 있으며, 하측 롤러(38)의 구동에 의해 검사시료(35)가 이동하는 때에, 검사시료(35)의 상단부를 지지하게 된다.

배면(背面) 지지부(40)는 검사시료(35)를 그 배면으로부터 지지하기 위한 부재이다. 배면지지부(40)의 표면은 평탄면 형상으로 형성되어 경면 처리되어 마무리되는 것과 함께, 복수의 공기 분출 구멍(미도시)이 설치된다. 그리고, 이 공기 분출 구멍으로부터 공기를 내뿜는 것으로, 배면 지지부(40)의 표면과 검사시료(35)의 이면과의 사이에 공기층을 형성하여, 배면 지지부(40)가 검사시료(35)를 공기층을 통하여 지지하게 된다. 배면 지지부(40)는 바구니 형상체(36)의 좌우방향 전체길이에 걸쳐서 설치된다, 더욱이, 배면 지지부(40)는 상하로 3개 설치된다. 각 배면 지지부(40)는 검사시료(35)를 휘어짐 없는 상태로 지지할 수 있는 위치에 설치된다. 여기서는, 각 배면 지지부(40)를 상하로 기울게 하여 설치한다.

바구니 형상체(36)의 좌우에는 검사시료(35)의 반입(搬入)장치(미도시)와 반출(搬出)장치(미도시)가 각각 설치된다. 검사시료(35)는 반입장치로 하측 롤러(38)와 상측 롤러(39)의 사이에 반입되고, 저항률의 측정 종료 후에는 반출장치로 외부에 반출된다.

측정헤드 주사수단(33)은 후술할 측정헤드(45)를 검사시료(35)의 표면에 주사시키기 위한 장치이다. 측정헤드(45)와 검사시료(35)의 표면과의 틈은 200～300㎛ 정도로 유지된다. 이 측정헤드 주사수단(33)은 종방향으로 설치되어 지지대부(32)에 지지된다. 이에 의해, 측정헤드 주사수단(33)은 검사시료(35)의 일측의 표면에 접촉하지 않도록 걸쳐져 설치되고, 측정헤드(45)가 검사시료(35)의 표면에 약간의 틈을 유지한 상태에서 지지하여 이동시키게 된다.

측정헤드 주사수단(33)은 구체적으로는, 도 8, 9에 도시된 바와 같이 구성된다. 또한, 도 9에 있어서는, 알기 쉽도록 하기 위해, 전체 길이를 단축하여 기재하고 있다. 실제로는 바구니 형상체(46) 및 볼스크류(Ball Screw)(47)가 길게 형성되어, 도 5와 같이 된다.

측정헤드 주사수단(33)은 종주사부(43)와, 측정헤드용 위치조정장치(44)와, 측정헤드(45)로 구성된다.

종주사부(43)는 측정헤드용 위치조정장치(44)를 지지하여 상하 방향으로 주사시키기 위한 장치이다. 이 종주사부(43)는 주로, 바구니 형상체(46)와, 볼스크류(47)와, 구동 모터(48)와, 슬라이더(49)로 구성된다. 바구니 형상체(46)는 볼스크류(47), 슬라이더(49) 등을 내부에 수납하기 위한 부재이다. 바구니 형상체(46)는 종주사부(43)의 전체 길이에 걸쳐서 형성된다. 볼스크류(47)는 슬라이더(49)를 축방향으로 정확하게 이동시키기 위한 봉이다. 볼스크류(47)의 외주면에는 나선 형상의 홈이 새겨져 있다. 슬라이더(49)는 볼스크류(47)에 끼워넣어지고, 볼스크류(47)의 회전에 의해 축방향으로 정확하게 이동되게 된다. 볼스크류(47)는 바구니 형상체(46) 내에 그 전체 길이에 걸쳐서 설치되고, 바구니 형상체(46) 내의 양단부로 회전 가능하게 지지된다.

구동 모터(48)는 바구니 형상체(46)의 일단부에 설치되고, 볼스크류(47)와 연결된다. 이 구동 모터(48)에 의해 볼스크류(47)가 설정 각도만큼, 또는 설정 회전속도로 회전구동된다. 바구니 형상체(46) 내에는 볼스크류(47)와 병렬하여 가이드 레일(50)이 설치되어, 슬라이더(49)를 지지한다. 이 가이드 레일(50)로 지지된 슬라이더(49)는 볼스크류(47)의 회전에 따라 회전하는 것을 가이드 레일(50)로 억제하고, 볼스크류(47)의 축방향으로 부드럽게 슬라이드하게 된다.

슬라이더(49)는 내부에 나선 형상의 홈(미도시)이 설치되고, 그 홈과 볼스크류(47)의 외주의 홈과의 사이에 다수의 볼(미도시)이 설치된다. 이에 의해, 볼스크류(47)의 회전이 다수의 볼을 통하여, 슬라이더(49)의 폭방향의 정확한 이동으로 변환되게 된다. 슬라이더(49)에는 측정헤드용 위치조정장치(44)가 일체적으로 설치된다.

측정헤드용 위치조정장치(44)로서는, 상술한 측정헤드용 위치조정장치(11)를 이용한다. 또한 측정헤드용 위치조정장치(11)에서는 구체적인 구성에 대해서 상세하게 설명하지 않았기 때문에, 다시 구체적인 구성을 자세하게 설명한다.

측정헤드용 위치조정장치(44)는 헤드위치 조정수단(52)과, 기준판(53)과, 헤드간극 감시수단(54)과, 제어수단(55)으로 구성된다. 또한, 이들의 기능은 상술한 대로이다.

헤드위치 조정수단(52)은 주로, 지지판(57)과, 가이드 레일(57)과, 슬라이드판(59)과, 너트부(60)와, 볼스크류(61)와, 구동 모터(62)로 구성된다.

지지판(57)은 가이드 레일(58), 슬라이드판(59) 등을 지지하기 위한 판재이다. 이 지지판(57)은 종주사부(43)의 슬라이더(49)에 일체적으로 설치된다.

가이드 레일(58)은 슬라이드판(59)을 슬라이드 가능하게 지지하기 위한 부재이다. 이 가이드 레일(58)은 검사시료(35)의 표면에 대하여 수직방향으로 설치되고, 슬라이드판(59)을 검사시료(35)의 표면에 대하여 수직방향으로 슬라이드 가능 하게 지지한다.

슬라이드판(59)은 측정헤드(45) 등을 지지하여 검사시료(35)의 표면에 대하여 수직방향으로 슬라이드하기 위한 부재이다. 너트부(60)는 볼스크류(61)에 끼워넣어지고, 볼스크류(61)가 회전하는 것으로, 수직방향으로 슬라이드하게 된다. 볼스크류(61)는 지지판(57)에 회전 가능하게 지지되고, 회전하는 것으로, 너트부(60)를 통하여 측정헤드(45) 등을 수직방향으로 슬라이드시킨다. 구동모터(62)는 지지판(57)에 설치되고, 볼스크류(61)와 연결되어 이 볼스크류(61)를 회전시킨다.

기준판(53)은 기준판(13)과 동일하게, 측정헤드(45)의 하단부 부근에 설치된다. 헤드간극 감시수단(54)은 기준판(53)의 상측에 면하여 설치된다. 제어수단(55)은 측정헤드(45)의 상측 부분에 넣어진다.

측정헤드(45)는 상기 측정헤드(22, 23)를 일체적으로 조합하여 구성한다.

이상과 같이 구성된 비접촉형 저항률 측정장치는 다음과 같이 동작한다.

우선, 검사시료(35)가 지지대부(32) 내에 반입된다. 반입된 검사시료(35)는 하측 롤러(38)와 상측 롤러(39)와 배면 지지부(40)로 지지되고, 반송된다.

검사시료(35)가 설정 위치까지 반송되면, 측정헤드 주사수단(33)이 작동하여, 저항률의 측정이 실시된다.

측정헤드 주사수단(33)에서는, 종주사부(43)로 측정헤드용 위치조정장치(44)가 종방향으로 왕복으로 움직이게 되고, 측정헤드(45)가 검사시료(35)를 종방향으로 주사한다. 종주사부(43)가 측정헤드용 위치조정장치(44)를 상하로 왕복적으로 움직이게 하여, 측정헤드(45)로 특정 영역을 측정한 후에는, 지지대부(32)의 하측 롤러(38)로 검사시료(35)가 옆으로 약간 이동되고, 재차, 종주사부(43)가 측정헤드용 위치조정장치(44)를 상하로 왕복적으로 움직이게 하여 다음 영역을 측정한다. 이것을 반복하여, 검사시료(35)의 전면의 저항률을 측정한다.

이때, 측정헤드용 위치조정장치(44)에서는 상기 측정헤드용 위치조정장치(11)와 동일하게 기능하고, 측정헤드(45)와 검사시료(35)의 표면과의 간극을 정확하게 유지하여 지지된다. 더욱이, 이상(異常)이 발생한 경우는, 즉시 측정헤드(45)를 검사시료(35)의 표면으로부터 떼어내어, 측정헤드(45)가 검사시료(35)의 표면에 접촉하는 것을 방지한다. 이에 의해, 검사시료의 파손을 방지한다.

또한, 상기 실시형태에서는, 측정헤드용 위치조정장치(44)의 구동수단으로서 너트부(60)와 볼스크류(61)를 이용했지만, 압전소자(壓電素子)를 이용하여도 좋다. 예를 들면, 도 10에 도시된 것과 같이, 링크 기구를 이용하여, 압전소자의 약간의 변동을 증폭(增幅)하고, 측정헤드(45)를 검사시료(35)의 표면에 대하여 이동시켜도 좋다. 도 10에 있어서는, 지주(74)가 고정되고, 이 지주(74)에 2개의 연결봉(72, 73)이 회전 가능하게 설치된다. 연결봉(72, 73)의 일단부에는 측정헤드(45) 등이 일체적으로 지지된다. 연결봉(72, 73)의 타단부에는 카운터 웨이트(Counter Weight)(71)가 설치된다. 그리고 연결봉(72, 73)의 중간 위치 근방(지주(74)의 측정헤드(45) 측)에 압전소자(75)가 설치된다. 또한, 연결봉(72, 73)은 모두 회전 가능하게 설치된다. 이에 의해, 압전소자(75)가 변화하면, 지주(74)에 지지된 연결봉(72, 73)에 의해, 측정헤드(45) 등이 이동된다. 압전소자(75)의 변화률은 작기 때문에, 지주(74)의 축을 회전 가능하게 지지하는 위치로부터 압전소자(75)의 지지 위치까지의 거리와, 지주(74)의 축을 회전 가능하게 지지하는 위치로부터 측정헤드(45) 등의 축을 회전 가능하게 지지하는 위치까지의 거리와의 비율을 조정하여, 측정헤드(45)의 변동량에 맞춘다. 이것에 의해서도, 상기 실시형태와 동일한 작용, 효과를 가져올 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 검사시료(35)로서 평판 형상의 유리기판을 예로 설명했지만, 측정헤드용 위치조정장치(11, 44)가 평탄면 형상의 부분이라면, 측정헤드(16, 45)를 정확하게 위치 조정할 수 있기 때문에, 검사시료는 평판 형상에 한정되지 않고, 검사면이 평탄면 형상이라면 전체 형상이 평판 형상의 것이라도 본 발명을 적용할 수 있다.

측정헤드(45)에서는 저항률을 측정하는 센서로 구성했는데, 다른 용도의 검사에 이용하는 것도 좋다. 검사 대상면에 대해 약간의 틈을 유지하면서 주사시킬 필요가 있는 검사라면 본원발명을 적용할 수 있다.

헤드간극 감시수단(14)은 반사광의 입사위치를 검출하는 리니어 이미지 센서를 구비했지만, 다른 구성의 수광소자를 구비하여도 좋다. 또한, 간섭 등을 이용하는 경우는, 검사광을 수직으로 출사시켜도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 측정헤드 주사수단(33)에, 측정헤드(45)를 상하로 주사시키는 기능을 갖게 했지만, 측정헤드 주사수단(33) 그 자체를 좌우를 이동시키게 하는 기능을 갖게 하여도 좋다. 이에 의해, 측정헤드(45)를 상하로 주사시키면서, 측정헤드 주사수단(33)이 좌우로 이동하여 검사시료(35)의 전면을 주사할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 박판수납용기에 의하면, 다음과 같은 효과를 가져올 수 있다.

(1) 헤드간극 감시수단으로 출사하는 검사광을 기준판과 검사시료의 표면에서 반사시키고, 헤드간극 감시수단으로 반사광을 검출하기 때문에, 각 반사광의 차이로부터, 측정헤드를 검사시료의 표면과의 간극의 변화를 감시할 수 있다. 이 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극의 변화에 기초하여, 제어수단으로 헤드위치 조정수단을 구동하여, 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극을 설정값으로 조정할 수 있다. 그 결과, 검사시료에 휘어짐 등이 있는 경우에도, 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극을 설정값으로 조정하여, 측정헤드를 검사시료의 표면을 따라 정확하게 주사시킬 수 있다.

(2) 리니어 이미지 센서로, 기준판에서의 반사광의 입사위치와 검사시료에서의 반사광의 입사위치와의 간극을 검출하고, 제어수단으로 그 검출값과 설정간극과의 어긋남을 해소하도록, 헤드위치 조정수단을 구동시켜 측정헤드와 검사시료의 표면과의 간극을 조정하기 때문에, 측정헤드를 검사시료의 표면을 따라 정확하게 주사시킬 수 있다.

(3) 기준판에서의 반사광에 이상이 생긴 경우는, 제어수단이 헤드위치 조정수단을 구동시켜 측정헤드를 검사시료의 표면으로부터 떼어내기 때문에, 검사시료의 파손을 방지할 수 있다.

(4) 기준판의 표면에서의 반사광과 이면에서의 반사광에 이상이 생긴 경우 는, 헤드위치 조정수단을 구동시켜 측정헤드를 검사시료의 표면으로부터 떼어내기 때문에, 검사시료의 파손을 방지할 수 있다.

(5) 비접촉형 저항률 측정장치에 본 발명의 측정헤드용 위치조정장치를 설치했기 때문에, 검사시료의 표면과의 간극을 정확하게 유지한 상태에서 주사할 수 있음과 동시에, 이상이 발생한 경우는 측정헤드를 검사시료의 표면으로부터 떼어내어 검사시료의 파손을 확실하게 방지할 수 있다.

Claims

검사시료의 표면을 약간의 틈을 둔 상태에서 주사하는 측정헤드의 상기 검사시료의 표면과의 간극을 조정하는 헤드위치 조정수단과,

상기 측정헤드에 일체적으로 형성되고, 상기 검사시료의 표면과 평행하게 설치되어 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 간접적으로 나타내는 투명 기준판과,

이 기준판을 통하여 상기 검사시료의 표면에 검사광을 출사시키는 것과 동시에 상기 기준판에서의 반사광과 검사시료에서의 반사광을 입사시켜 이들을 비교하여 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 감시하는 헤드간극 감시수단과,

이 헤드간극 감시수단에서의 검출값에 기초하여 상기 헤드위치 조정수단을 구동시켜 상기 측정헤드와 상기 검사시료의 표면과의 간극을 설정값으로 조정하는 제어수단을 구비하며,

상기 제어수단이, 상기 헤드간극 감시수단을 통하여 상기 기준판 및 검사시료에서의 반사광을 상시 감시하고, 상기 각 반사광의 감시에 의해, 상기 측정헤드가 상기 검사시료의 표면에 허용범위를 넘어 접근한 경우나 상기 기준판의 표면에서의 반사광에 이상이 있는 경우에, 상기 헤드위치 조정수단을 구동시켜서 상기 측정헤드를 상기 검사시료의 표면으로부터 약간 떼어내는 것을 특징으로 하는 측정헤드용 위치조정장치.
제1항에 있어서, 상기 헤드간극 감시수단은, 상기 반사광의 입사위치를 검출하는 리니어 이미지 센서(Linear image sensor)를 구비하고,

상기 리니어 이미지 센서는, 상기 기준판에서의 반사광의 입사위치와, 상기 검사시료에서의 반사광의 입사위치와의 간극을 검출하는 것을 특징으로 하는 측정헤드용 위치조정장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제어수단은 상기 헤드간극 감시수단을 통하여 상기 기준판의 표면에서의 반사광과 이면에서의 반사광을 상시 감시하고, 이 기준판의 표리면에서의 2개의 반사광에 이상이 생긴 경우에는, 상기 헤드위치 조정수단을 구동시켜 상기 측정헤드를 상기 검사시료의 표면으로부터 약간 떼어내는 것을 특징으로 하는 측정헤드용 위치조정장치.
측정헤드를 검사시료의 일측의 표면에서 약간의 틈을 유지한 상태에서 주사시켜 저항률을 측정하는 비접촉형 저항률 측정장치에 있어서,

검사시료를 지지하는 지지대부와,

이 지지대부에 지지된 상기 검사시료의 일측의 표면에 접촉하지 않도록 걸쳐 설치되고, 상기 측정헤드를 상기 검사시료의 표면에 약간의 틈을 유지한 상태로 지지하여 이동시키는 측정헤드 주사수단을 구비하고,

상기 측정헤드 주사수단에, 제1항, 제2항, 또는 제4항 중 어느 한 항의 측정헤드용 위치조정장치를 설치한 것을 특징으로 하는 비접촉형 저항률 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 제어수단은 상기 헤드간극 감시수단을 통하여 상기 기준판의 표면에서의 반사광과 이면에서의 반사광을 상시 감시하고, 이 기준판의 표리면에서의 2개의 반사광에 이상이 생긴 경우에는, 상기 헤드위치 조정수단을 구동시켜 상기 측정헤드를 상기 검사시료의 표면으로부터 약간 떼어내는 것을 특징으로 하는 측정헤드용 위치조정장치.