KR101198902B1 - 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은연마 작업시 스핀들샤프트와 캡쉴드의 접촉에 의해 발생되는 사고를 방지할 수 있는 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛은 모터의 동력을 전달받아 회전하고, 일측 단부에는 직경이 커지는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트와; 내부에 상기 스핀들샤프트가 관통하여 구비되는 하우징과; 상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드와; 상기 하우징에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 센싱모듈을 포함한다.

Description

스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법{Spindle unit, Polishing apparatus and method using the same}
본 발명은 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마 작업시 스핀들샤프트와 캡쉴드의 접촉에 의해 발생되는 사고를 방지할 수 있는 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스가 형성되는 기판, 예를 들면 실리콘 잉곳으로부터 잘라낸 반도체 웨이퍼는, 그 표면이 디바이스의 미세화에 따라 고정밀도 또한 무결함 표면이 되도록 경면 연마될 필요가 있다. 그리고 이러한 반도체 웨이퍼나 표면에 디바이스가 형성된 웨이퍼(이하, 이들을 단순히 웨이퍼라 한다)도 포함시켜, 정밀한 연마 정밀도가 요구되는 피연마재 표면의 연마에는, 평탄화의 정도가 높은 화학적 기계적 연마법(Chemical Mechanical Polishing; CMP법)이 이용된다. 웨이퍼 이외의 피연마재, 예를 들면 하드 디스크 기판이나 액정 기판 등의 연마에 있어서도 표면을 고정밀도로 평탄화할 것이 요구된다.
CMP법이란, SiO2를 이용한 알칼리성 슬러리나 CeO2를 이용한 중성 슬러리, 혹은 Al2O3을 이용한 산성 슬러리를 이용한 슬러리 등을 이용하여 화학적?기계적으로 피연마재의 표면을 연마하여, 평탄화하는 방법이다.
CMP 법을 이용하여 웨이퍼의 표면을 연마하는 장치로서는, 예를 들면 연마장치는 웨이퍼가 안착되는 지지수단과, 상기 지지수단에 대향 배치되고, 연마부재가 장착되고 회전되면서 웨이퍼를 연마시키는 스핀들 어셈블리와; 상기 스핀들 어셈블리를 회전시키는 구동수단을 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 스핀들 어셈블리를 보여주는 개략적인 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이 종래의 스핀들 어셈블리는 웨이퍼를 연마시키는 연마부재가 장착되는 헤드부(11)가 형성되는 스핀들샤프트(10)와; 상기 스핀들샤프트(10)를 둘러싸서 지지하는 하우징(20)과; 상기 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11)와 하우징(20) 사이에 설치되는 캡쉴드(30)를 포함한다. 이때 상기 스핀들샤프트(10)와 하우징(20) 사이에는 복수의 베어링(40)이 개재된다.
상기 캡쉴드(30)는 가능한 상기 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11)에 근접 배치되어 연마 작업시 사용되는 증류수나 연마 작업시 발생되는 슬러리가 스핀들샤프트(10)와 하우징(20) 사이로 유입되는 것을 방지한다. 이렇게 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11) 사이는 근접 거리를 유지하여야 하지만 연마장치의 사용시간이 증가됨에 따라 베어링(40)에 유격이 발생되고, 이에 따라 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11) 사이의 갭(gap)(G1)이 점차 좁아지다 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11)가 접촉되는 현상이 발생된다. 그러면 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11)가 마찰되면서 파티클이 발생하고, 이 파티클이 웨이퍼에 스크래치를 유발시키는 단점이 있었다.
종래에는 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11) 사이의 갭이 상당히 좁아 갭의 변화를 실시간으로 감지할 수 있는 수단이 없어서 웨이퍼의 손상을 초래하거나 주기적으로 캡쉴드(30)와 스핀들샤프트(10)의 헤드부(11)의 갭(G1)을 조정하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시형태는 연마 작업의 안정성을 향상시켜 웨이퍼의 손상을 미연에 방지할 수 있는 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법을 제공한다.
또한, 장비의 보수 시점을 정확히 예측하여 장비의 유지 보수를 용이하게 실시할 수 있는 스핀들 유닛 및 이를 이용한 연마장치와 연마방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛은 모터의 동력을 전달받아 회전하고, 일측 단부에는 직경이 커지는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트와; 내부에 상기 스핀들샤프트가 관통하여 구비되는 하우징과; 상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드와; 상기 하우징에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 센싱모듈을 포함한다.
상기 스핀들샤프트의 헤드부는 상기 하우징 및 캡쉴드와 대향되는 대향면이 형성되고, 상기 대향면에는 상기 캡쉴드와 근접되는 하부 근접부가 형성되며, 상기 캡쉴드에는 상기 하부 근접부와 대향되는 상부 근접부가 형성되고, 상기 센싱모듈은 상기 캡쉴드의 상부 근접부를 관통하여 상기 스핀들샤프트의 하부 근접부에 대향 배치되는 것을 특징으로 한다.,
상기 센싱모듈은 거리 측정 센서 또는 터치 센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 터치 센서는 센싱부위가 상기 캡쉴드의 하부 근접부보다 상기 스핀들샤프트의 상부 근접부 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연마장치는 피처리체의 일면을 연마하는 연마장치로서, 상기 피처리체가 안착되는 지지수단과; 상기 지지수단에 대향 배치되고, 피처리체를 연마시키는 연마부재가 장착되는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트가 구비되고, 상기 스핀들샤프트를 둘러싸서 지지하는 하우징이 구비되며, 상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드가 구비되는 스핀들 어셈블리와; 상기 하우징에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 적어도 하나 이상의 센싱모듈과; 상기 스핀들샤프트를 회전시키는 구동수단과; 상기 센싱모듈에서 감지되는 신호를 표시하면서 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함한다.
상기 스핀들 어셈블리에서 상기 스핀들샤프트는 상기 구동수단의 동력을 전달받아 회전되고, 상기 스핀들샤프트의 헤드부는 상기 하우징 및 캡쉴드와 대향되는 대향면이 형성되고, 상기 대향면에는 상기 캡쉴드와 근접되는 하부 근접부가 형성되며, 상기 캡쉴드에는 상기 하부 근접부와 대향되는 상부 근접부가 형성되고, 상기 센싱모듈은 상기 캡쉴드의 상부 근접부를 관통하여 상기 스핀들샤프트의 하부 근접부에 대향 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 센싱모듈은 거리 측정 센서 또는 터치 센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 제어수단은 상기 센싱모듈에서 감지되는 신호가 표시되는 디스플레이창과 알람 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 센싱모듈에서 감지되는 신호에 의해 상기 구동수단의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연마방법은 스핀들샤프트의 헤드부와 캡쉴드 사이의 갭에 대한 최소값(설정값)을 설정하는 단계와; 스핀들샤프트의 헤드부와 캡쉴드 사이의 갭을 측정하여 계측값을 구하는 단계와; 상기 계측값과 설정값을 비교하여 연마 작업의 실시 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
연마 작업의 실시 여부를 판단하는 단계하는 단계에서, 상기 계측값이 설정값 보다 같거나 작다면 연마 장비를 보수하거나 교체하고, 상기 계측값이 설정값 크다면 연마를 실시하는 것을 특징으로 한다.
캡쉴드보다 스핀들샤프트의 헤드부에 근접배치되는 터치 센서를 구비하여 상기 터치 센서가 스핀들샤프트의 헤드부에 접촉되는 것이 감지되면 연마 작업을 중단시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 스핀들 어셈블리를 구성하는 캡쉴드와 스핀들샤프트의 헤드부 사이의 갭을 실시간으로 감지하는 센싱모듈을 구성함에 따라, 캡쉴드와 스핀들샤프트의 헤드부 사이의 갭을 감시하고 작업 수행 여부를 판단하여, 연마 작업의 안정성을 향상시켜 웨이퍼의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센싱모듈을 스핀들 어셈블리에 구성함에 따라 장비의 보수 시점을 정확히 예측하여 장비의 손상을 방지하면서, 장비의 가동효율을 향상시킬 수 있으며, 장비의 유지 보수를 용이하게 실시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 스핀들 어셈블리를 보여주는 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛을 보여주는 일부 개구 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛을 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛의 요부를 보여주는 저면 사시도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연마장치를 개략적으로 보여주는 구성도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연마장치를 작동시키는 작동 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛을 보여주는 일부 개구 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛을 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스핀들 유닛의 요부를 보여주는 저면 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연마장치를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
먼저, 본 발명에서 설명되는 연마장치는 반도체 디바이스 제조용 웨이퍼를 연마하는 장치를 예로 하여 설명하도록 한다. 물론 본 발명에 따른 연마장치는 이에 한정되지 않고, 웨이퍼 이외의 피연마재, 예를 들면 하드 디스크 기판이나 액정 기판 등을 연마하는 장치일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 연마장치는 베이스 테이블(100)과; 상기 베이스 테이블(100)에 구비되어 웨이퍼가 안착되는 지지수단(200)과; 상기 지지수단(200)에 대향 배치되고, 웨이퍼를 연마시키는 스핀들 어셈블리(300)와; 상기 스핀들 어셈블리(300)에 설치되어 상기 스핀들 어셈블리(300)를 구성하는 캡쉴드(330)와 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311) 사이 이격거리를 감지하는 적어도 하나 이상의 센싱모듈(400)과; 상기 스핀들샤프트(310)를 회전시키는 구동수단(500)과; 상기 센싱모듈(400)에서 감지되는 신호를 표시하면서 상기 구동수단(500)의 동작을 제어하는 제어수단(600)을 포함한다.
베이스 테이블(100)은 상기 지지수단(200), 스핀들 어셈블리(300), 구동수단(500) 및 제어수단(600)을 포함하는 각종 구성물들이 설치되는 수단이다.
지지수단(200)은 연마 대상물인 웨이퍼가 안착되어 고정되는 수단으로서, 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 고정시킬 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어 웨이퍼가 안착되는 지지플레이트(210)가 구비되고, 상기 지지플레이트(210)의 둘레에는 연마 작업시 사용되는 증류수 및 연마재가 외부로 유출되는 것을 방지하는 돌출부(220)가 울타리 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지플레이트(210)에는 웨이퍼를 지지플레이트(210)의 상면에 고정시키는 다양한 방식의 고정수단(미도시)이 구비될 수 있다.
스핀들 어셈블리(300)는 상기 지지수단(200)에 대향 배치되어 상기 구동수단(500)의 동력에 의해 회전됨에 의해 지지수단에 고정된 웨이퍼의 표면을 연마시키는 수단으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 구동수단(500)의 동력을 전달받아 회전하고, 일측에는 직경이 커지는 헤드부(311)가 형성되는 스핀들샤프트(310)와; 내부에 상기 스핀들샤프트(310)가 관통하여 구비되는 하우징(320)과; 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)에 근접되도록 상기 하우징(320)에서 연장설치되는 캡쉴드(330)를 포함한다.
상기 스핀들샤프트(310)는 구동수단(500)에 연결되어 회전되는 수단으로서, 전체적으로 원형 봉의 형상을 갖는다. 이때 상기 스핀들샤프트(310)의 일측 단부에는 몸체의 다른 영역보다 상대적으로 직경이 커지는 헤드부(311)가 형성되고, 타측 단부에는 상기 구동수단(500)이 연결되는 폴리부(313)가 형성된다.
상기 헤드부(311)는 연마부재(미도시)가 장착되는 영역으로, 전체적인 형상은 절두된 원형뿔의 형상을 갖는다. 이렇게 상기 헤드부(311)는 몸체의 다른 영역보다 직경이 크기 때문에 상기 하우징(320) 및 캡쉴드(330)와 대향되는 대향면이 형성되고, 상기 대향면은 중심에서 가장자리 방향으로 경사진 형상을 갖도록 복수의 단을 형성한다. 상기 대향면의 복수의 단은 스핀들샤프트(310)의 길이방향에 수직되는 방향으로 평탄하게 형성되거나 몸체의 중심에서 가장자리 방향으로 경사지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 대향면의 복수의 단 중 적어도 어느 하나는 상기 캡쉴드(330)와 근접되는데, 이를 하부 근접부(330a)라고 정의한다. 상기 하부 근접부(330a)는 헤드부(311)와 캡쉴드(330)가 근접되는 영역을 제공한다
그리고, 상기 헤드부(311)에는 연마 작업시 증류수 및 슬러리가 작업시 외부로 유출되는 것을 방지하도록 지지수단(200)의 상부를 돔(dome)형상으로 덮는 커버(350)가 장착될 수 있다.
상기 폴리부(313)는 상기 구동수단(500)이 연결되는 영역으로, 후술되는 구동수단(500)의 벨트(540)가 연결된다. 상기 폴리부(313)의 형상은 특정 형상으로 한정되지 않고, 구동수단(500)의 벨트(540)에 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 평벨트용 벨트 폴리(belt pulley)의 형상을 갖는다.
그리고, 상기 스핀들샤프트(310)의 중심에는 길이방향으로 관통부가 형성되어 연마 작업시 필요할 수 있는 압력(예를 들어 공압)을 제공할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지 않았지만 상기 스핀들샤프트(310)의 몸체에는 연마재가 외부로부터 공급되어 헤드부(311)의 단부를 통하여 분사되는 연마재 공급부가 형성될 수 있다.
상기 하우징(320)은 상기 스핀들샤프트(310)의 회전이 원활하게 이루어지도록 외부를 커버하면서 지지하는 수단으로서, 상기 하우징(320)은 상기 베이스 테이블(100)에 설치된다. 이때 상기 하우징(320)과 스핀들샤프트(310)의 계면에는 복수의 베어링(340)이 설치되어 하우징(320) 내부에서 스핀들샤프트(310)가 원활하게 회전되도록 한다. 그리고 상기 하우징(320)에는 후술되는 센싱모듈(400)이 설치되도록 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)에 형성된 하부 근접부(330a)를 향하는 설치공(321)이 적어도 하나 이상 형성된다. 상기 설치공(321)은 하부 근접부(330a)를 향하도록 형성된다면 어떠한 형상을 가져도 무방하다. 예를 들어 본 실시예에서는 스핀들샤프트(310)의 길이방향으로 하우징(320)을 관통하는 형상으로 형성하였다.
캡쉴드(330)는 상기 하우징(320)과 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311) 사이에 배치되어 연마 작업시 사용되는 증류수 및 연마 작업시 발생되는 슬러리가 스핀들샤프트(310)와 하우징(320) 사이로 인입되는 것을 방지하는 수단으로서, 상기 하우징(320)에서 연장설치되어 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)에 근접 배치된다.
상기 캡쉴드(330) 중 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)와 대향되는 영역은 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)에 형성되는 복수의 단 형상에 대응되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 물론 캡쉴드(330)의 형상은 이에 한정되지 않고, 증류수 및 슬러리가 스핀들샤프트(310)와 하우징(320) 사이로 유입되는 것을 방지할 수 있는 형상으로 다양하게 변경되어 구현될 수 있다. 다만, 적어도 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311) 중 하부 근접부(330a)과 대향되는 영역은 상기 하부 근접부(330a)에 대응되는 형상으로 평탄하게 형성되는데, 이를 상부 근접부(311a)라고 정의한다.
상기 상부 근접부(311a)와 하부 근접부(330a) 사이의 갭(G2)은 가능한 근접되는 것이 바람직하나, 연마장치의 효율성, 증류수/슬러리의 유입 방지 및 스핀들샤프트(310)와 캡쉴드(330)의 접촉 가능성 등을 고려하여 0.85±0.05mm를 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 상부 근접부(311a)와 하부 근접부(330a) 사이의 갭(G2)을 최상의 거리로 유지하기 위하여 이를 실시간으로 감지하는 센싱모듈(400)을 설치한다.
상기 센싱모듈(400)은 상기 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)와 캡쉴드(330) 사이의 간격, 보다 상세하게는 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 거리를 감지하는 수단으로서, 상기 하우징(320)에 형성된 설치공(321)에 설치되고, 그 선단이 상기 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a)를 관통하여 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)에 대향 배치된다.
상기 센싱모듈(400)은 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)을 감지할 수 있는 다양한 센싱수단으로 구현될 수 있다. 예를 들어 도 4를 참조하면, 본 실시예에서는 거리 측정 센서(420)와 터치 센서(430)를 함께 사용하였다. 이때 상기 거리 측정 센서(420)와 터치 센서(430)를 하우징(320)의 설치공(321)에 고정시키기 위하여 상기 거리 측정 센서(420)와 터치 센서(430)를 일체로 고정하는 설치블럭(410)을 구비하고, 상기 설치블럭(410)을 상기 하우징(320)의 설치공(321)에 설치하였다.
상기 거리 측정 센서(420)는 실시간으로 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)을 계측하는 수단으로서, 0 ~ 4mm 거리를 0.01mm 단위로 계측한다.
그리고, 상기 터치 센서(430)는 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)에 접촉되면 신호를 발생하는 수단으로서, 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a)가 접촉되는 것을 방지하기 위하여 센싱부위가 상기 캡쉴드(330)의 하부 근접부(330a)보다 상기 헤드부(311)의 상부 근접부(311a) 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다.
한편, 구동수단(500)은 상기 스핀들샤프트(310)를 회전시키는 수단으로서, 상기 스핀들샤프트(310)를 회전시킬 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어 본 실시예에서는 전기에 의해 작동하는 모터를 사용하였다.
상기 구동수단(500)은 상기 모터(510)와, 상기 모터(510)의 구동축(520)에 설치되는 구동폴리(530)와, 상기 구동폴리(530)에 연결되는 벨트(540)를 포함한다. 상기 벨트(540)는 상기 스핀들샤프트(310)의 폴리부(313)에 연결되어 상기 모터(510)의 회전에 의해 회전되어 스핀들샤프트(310)를 일체로 회전시킨다. 상기 모터(510)에는 감속기가 연결될 수 있다.
제어수단(600)은 상기 센싱모듈(400)에서 감지되는 신호를 표시하면서 상기 구동수단(500)의 동작을 제어하는 수단으로서, 상기 센싱모듈(400)에서 감지되는 신호가 표시되는 디스플레이창(610a)과 알람(610b)이 구비되고, 상기 센싱모듈(400)에서 감지되는 신호에 의해 상기 구동수단(500)의 동작을 제어하는 컨트롤러(620)를 포함한다.
상기 디스플레이창(610a)은 상기 거리 측정 센서(420)에서 계측되는 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)을 실시간으로 표시하여 작업자가 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 간격을 인지할 수 있도록 한다.
상기 알람(610b)은 상기 터치 센서(430)가 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)에 접촉되면 이를 실시간으로 경고하여 작업자가 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a)가 접촉되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
상기 컨트롤러(620)는 거리 측정 센서(420) 및 터치 센서(430)에서 감지되는 신호에 의해 상기 구동수단(500)의 동작을 제어하는 수단으로서, 연마 작업 시작 전 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)에 대한 최소값이 설정된다. 그래서 연마 작업시 거리 측정 센서(420)에서 실시간으로 계측되는 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)의 값이 설정된 최소값보다 작아지면 구동수단(500)의 작동을 멈추게 한다. 또한, 연마 작업시 터치 센서(430)가 상기 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)에 접촉되었다는 신호가 감지되면 구동수단(500)의 작동을 멈추게 한다.
상기와 같이 구성되는 연마장치를 이용한 연마 방법의 작업순서 및 연마장치의 작동순서를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연마장치를 작동시키는 작동 순서도이다.
연마 작업을 시작하기 전에 컨트롤러(620)에 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드의 상부 근접부 사이의 갭(G2)에 대한 최소값을 설정한다(설정값:X1). 그리고, 거리 측정 센서(420)에 의해 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 갭(G2)을 계측한다(계측값:X2). 이때 계측값(X2)이 설정값(X1) 보다 같거나 작다면 캡쉴드(330)의 위치를 조정하거나 교체한다.
만약 계측값(X2)이 설정값(X1) 보다 크다면 웨이퍼를 지지플레이트(210)에 안착시키고, 스핀들샤프트(310)를 회전시킨다. 이때 스핀들샤프트(310)의 헤드부(311)에 장착된 연마부재는 웨이퍼의 연마면에 접촉되면서 회전되고, 연마부재와 웨이퍼 사이에는 연마재가 혼합된 증류수가 공급된다.
이렇게 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안에도 실시간으로 거리 측정 센서(420)에서는 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 거리를 계측하고, 그 계측값(X2)을 실시간으로 제어수단(600)에 제공하여 디스플레이창(610a)을 통하여 표시한다. 이에 따라 작업자는 실시간으로 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 거리를 확인하면서 안전한 연마 작업을 실시할 수 있는 것이다.
그리고, 연마 작업 중 계측값(X2)이 설정값(X1) 보다 같거나 작은 것이 확인되면 컨트롤러(620)에 의해서 구동수단의 작동이 멈추게 되고, 작업자는 이를 확인한 후 캡쉴드(330)의 위치를 조정하거나 교체한다.
만약, 거리 측정 센서(420)의 오작동에 의해 실시간으로 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)와 캡쉴드(330)의 상부 근접부(311a) 사이의 거리가 계측되지 않더라도 터치 센서(430)에 의해 헤드부(311)와 캡쉴드(330)가 접촉되기 전에 근접되는 것을 확인할 수 있다. 연마 작업 중 터치 센서(430)와 헤드부(311)의 하부 근접부(330a)가 접촉되었다는 신호가 감지되면, 알람(610b)이 작동하면서 컨트롤러(620)에 의해서 구동수단(500)의 작동이 멈추게 된다. 그러면, 작업자는 이를 확인한 후 캡쉴드(330)의 위치를 조정하거나 교체한다.
이와 같이 연마 작업시 거리 측정 센서(420)와 터치 센서(430)의 상호 보완 작용에 의해 헤드부(311)와 캡쉴드(330)가 접촉되는 것을 방지하여 헤드부(311) 및 캡쉴드(330)의 손상을 방지할 수 있고, 또한 헤드부(311)와 캡쉴드(330)의 마찰에 의해 발생되는 슬러리의 발생을 원천 봉쇄하여 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
100: 베이스 테이블 200: 지지수단
210: 지지플레이트 220: 돌출부
300: 스핀들 어셈블리 310: 스핀들 샤프트
311: 헤드부 311a: 하부 근접부
313: 폴리부 320: 하우징
321: 설치공 330: 캡쉴드
330a: 상부 근접부 340: 베어링
350: 커버 400: 센싱모듈
410: 설치블럭 420: 거리 측정 센서
430: 터치 센서 500: 구동수단
510: 모터 520: 구동축
530: 구동폴리 540: 벨트
600: 제어수단 610a:디스플레이창
610b: 알람 620: 컨트롤러

Claims (11)

  1. 모터의 동력을 전달받아 회전하고, 일측 단부에는 상기 일측 단부로부터 타측으로 직경이 커지는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트와;
    내부에 상기 스핀들샤프트가 관통하여 구비되는 하우징과;
    상기 스핀들샤프트의 상기 헤드부를 향하도록 상기 하우징에 형성된 설치공과;
    상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드와;
    상기 하우징의 상기 설치공 내에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 센싱모듈을 포함하는 스핀들 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스핀들샤프트의 헤드부는 상기 하우징 및 캡쉴드와 대향되는 대향면이 형성되고, 상기 대향면에는 상기 캡쉴드와 근접되는 하부 근접부가 형성되며,
    상기 캡쉴드에는 상기 하부 근접부와 대향되는 상부 근접부가 형성되고,
    상기 센싱모듈은 상기 캡쉴드의 상부 근접부를 관통하여 상기 스핀들샤프트의 하부 근접부에 대향 배치되어 상기 하부 근접부와 상부 근접부 사이의 이격거리를 감지하는 스핀들 유닛.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 센싱모듈은 거리 측정 센서 또는 터치 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 스핀들 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 터치 센서는 센싱부위가 상기 캡쉴드의 하부 근접부보다 상기 스핀들샤프트의 상부 근접부 방향으로 돌출되어 있는 스핀들 유닛.
  5. 피처리체의 일면을 연마하는 연마장치로서,
    상기 피처리체가 안착되는 지지수단과;
    상기 지지수단에 대향 배치되고, 피처리체를 연마시키는 연마부재가 장착되는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트가 구비되고, 상기 스핀들샤프트를 둘러싸서 지지하는 하우징이 구비되며, 상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드가 구비되고, 상기 스핀들샤프트의 상기 헤드부를 향하도록 상기 하우징에 형성된 설치공을 구비하는 스핀들 어셈블리와;
    상기 하우징의 상기 설치공 내에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 적어도 하나 이상의 센싱모듈과;
    상기 스핀들샤프트를 회전시키는 구동수단과;
    상기 센싱모듈에서 감지되는 신호를 표시하면서 상기 구동수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하는 연마장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스핀들 어셈블리에서
    상기 스핀들샤프트는 상기 구동수단의 동력을 전달받아 회전되고, 상기 스핀들샤프트의 헤드부는 상기 하우징 및 캡쉴드와 대향되는 대향면이 형성되고, 상기 대향면에는 상기 캡쉴드와 근접되는 하부 근접부가 형성되며,
    상기 캡쉴드에는 상기 하부 근접부와 대향되는 상부 근접부가 형성되고,
    상기 센싱모듈은 상기 캡쉴드의 상부 근접부를 관통하여 상기 스핀들샤프트의 하부 근접부에 대향 배치되어 상기 하부 근접부와 상부 근접부 사이의 이격거리를 감지하는 연마장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 센싱모듈은 거리 측정 센서 또는 터치 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연마장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 센싱모듈에서 감지되는 신호가 표시되는 디스플레이창과 알람 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 센싱모듈에서 감지되는 신호에 의해 상기 구동수단의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 연마장치.
  9. 일측 단부에 상기 일측 단부로부터 타측으로 직경이 커지는 헤드부가 형성되는 스핀들샤프트와, 내부에 상기 스핀들샤프트가 관통하여 구비되는 하우징과, 상기 스핀들샤프트의 상기 헤드부를 향하도록 상기 하우징에 형성된 설치공과, 상기 스핀들샤프트의 헤드부에 근접되도록 상기 하우징에서 연장설치되는 캡쉴드와, 상기 하우징의 상기 설치공 내에 설치되어 상기 캡쉴드와 상기 스핀들샤프트의 헤드부 사이 이격거리를 감지하는 센싱모듈을 포함하는 스핀들 유닛를 이용한 연마 방법으로서,
    상기 스핀들샤프트의 헤드부와 상기 캡쉴드 사이의 갭에 대한 최소값(설정값)을 설정하는 단계와;
    상기 스핀들샤프트의 헤드부와 상기 캡쉴드 사이의 갭을 측정하여 계측값을 구하는 단계와;
    상기 계측값과 설정값을 비교하여 연마 작업의 실시 여부를 판단하는 단계를 포함하는 연마방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    연마 작업의 실시 여부를 판단하는 단계하는 단계에서,
    상기 계측값이 설정값 보다 같거나 작다면 연마 장비를 보수하거나 교체하고,
    상기 계측값이 설정값 보다 크다면 연마를 실시하는 연마방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    캡쉴드보다 스핀들샤프트의 헤드부에 근접배치되는 터치 센서를 구비하여 상기 터치 센서가 스핀들샤프트의 헤드부에 접촉되는 것이 감지되면 연마 작업을 중단시키는 단계를 더 포함하는 연마방법.
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