KR101759875B1 - 웨이퍼 연마장치의 스캔장치 및 스캔시스템 - Google Patents

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Abstract

스캔장치의 일 실시예는, 가이드프레임; 상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부; 일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷; 상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부; 및 상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부를 포함할 수 있다.

Description

웨이퍼 연마장치의 스캔장치 및 스캔시스템{Scan apparatus and scan system of wafer polishing device}
실시예는, 웨이퍼 연마장치의 스캔장치 및 스캔시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 반도체의 고집적화로 단위 면적 당 정보의 처리 및 저장 용량이 증가하게 되었고, 이는 반도체 웨이퍼의 대(大) 직경화와 회로선 폭의 미세화 및 배선의 다층화를 요구하게 되었다. 반도체 웨이퍼 위에 다층의 배선을 형성하기 위해서는 각층마다 배선을 형성한 후 평탄화 공정을 거쳐야 한다.
웨이퍼의 평탄화 공정의 하나로, 웨이퍼 연마공정이 있다. 웨이퍼 연마공정은 웨이퍼의 상하면을 연마패드로 연마하는 공정이다.
그러나, 웨이퍼 연마공정이 계속적, 반복적으로 진행될수록 연마패드의 마모, 성능저하 등이 발생할 수 있다. 연마패드의 마모, 성능저하 등이 발생하면 웨이퍼는 연마공정 중 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 연마패드를 주기적으로 다듬거나 교체할 필요가 있는데, 연마패드를 다듬거나 교체할지 여부는 연마패드의 표면상태를 먼저 파악해야 알 수 있다. 따라서, 연마패드의 표면상태를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.
따라서, 실시예는, 연마패드의 표면상태를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 웨이퍼 연마장치의 스캔장치 및 스캔시스템에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
스캔장치의 일 실시예는, 가이드프레임; 상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부; 일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷; 상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부; 및 상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부를 포함할 수 있다.
상기 가이드프레임은, 그 길이방향으로 형성되는 함몰부와, 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트를 구비하고, 상기 이동부는, 상기 함몰부에 삽입되도록 형성되는 돌출부와, 상기 돌출부 내부에 배치되고 전력이 인가되는 코일을 구비하는 것일 수 있다.
상기 마그네트는 상기 가이드프레임의 길이방향으로 배치되고, N극과 S극이 교대로 배치되는 것일 수 있다.
상기 코일은 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트와 상하방향으로 대향되도록 배치되는 것일 수 있다.
상기 가이드프레임은, 상부 및 하부에 웨이퍼 연마장치의 상정반 및 하정반이 이격되어 배치되는 것일 수 있다.
스캔장치의 일 실시예는, 상기 상정반의 하면에 제1연마패드가 부착되고, 상기 하정반의 상면에는 제2연마패드가 부착되는 것일 수 있다.
상기 센싱부는, 상기 상정반 및 하정반에 부착되는 상기 제1연마패드 및 상기 제2연마패드의 평탄도(waveness) 또는 표면조도(surface roughness)를 센싱하는 것일 수 있다.
상기 센싱부는 레이저센서로 구비되는 것일 수 있다.
상기 센싱부는, 상측 부위에 구비되고, 상기 제1연마패드로 레이저를 조사하는 제1센서; 및 하측 부위에 구비되고, 상기 제2연마패드로 레이저를 조사하는 제2센서를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1센서 및 상기 제2센서는 레이저를 조사하는 렌즈부가 각각 구비되는 것일 수 있다.
상기 제1센서 및 상기 제2센서는, 편광판 및 쿼터파장판(quarter wave plate)을 구비하는 것일 수 있다.
상기 상정반 및 하정반은 디스크 형상으로 구비되고 상기 상정반의 하면과 상기 하정반의 상면은 서로 대향되도록 배치되며, 상기 가이드프레임은 그 길이방향이 상기 상정반 및 하정반의 원호방향으로 배치되는 것일 수 있다.
상기 상정반 및 하정반은 상기 가이드프레임에 대하여 회전 가능하도록 구비되는 것일 수 있다.
스캔장치의 일 실시예는, 상기 지지부에 결합하고, 상기 가이드프레임의 상하방향 높이를 조절하는 제1조절레버를 더 포함하는 것일 수 있다.
스캔장치의 일 실시예는, 상기 브라킷에 구비되고, 상기 센싱부의 상하방향 높이를 조절하는 제2조절레버를 더 포함하는 것일 수 있다.
스캔장치의 일 실시예는, 상기 브라킷에 구비되고, 상기 센싱부의 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 축을 중심으로 회전하는 각도를 조절하는 제3조절레버를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 브라킷은, 상부가 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 측방향으로 절곡되는 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부에는 상기 이동부 또는 상기 센싱부에 전력을 인가하기 위한 외부전원이 연결되는 커넥터가 구비되는 것일 수 있다.
스캔장치의 다른 실시예는, 길이방향으로 형성되는 함몰부와, 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트를 구비하는 가이드프레임; 상기 함몰부에 삽입되도록 형성되는 돌출부와, 상기 돌출부 내부에 배치되고, 전력이 인가되는 코일을 구비하고, 상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부; 일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷; 상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부; 및 상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부를 포함할 수 있다.
스캔시스템의 일 실시예는, 가이드프레임; 상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부; 일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷; 상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부; 상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부; 상기 이동부 및 상기 센싱부와 전기적으로 연결되는 제어유닛; 및 상기 제어유닛에 전력을 공급하는 외부전원을 포함할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 이동부를 작동시키는 구동드라이버; 상기 구동드라이버의 동작을 제어하는 모션컨트롤러; 및 상기 모션컨트롤러를 제어하고, 상기 센싱부를 작동시키며, 상기 센싱부로부터 측정된 데이터를 전송받는 메인제어부를 포함하는 것일 수 있다.
실시예에서, 상기 센싱부는 제1연마패드와 제2연마패드의 표면상태를 동시에 센싱할 수 있으므로 연마장치의 스캔속도를 높이고, 스캔작업 시간을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 센싱부가 쿼터파장판을 사용하여 원편광이 된 레이저를 제1연마패드 또는 제2연마패드에 조사하면, 측정되는 데이터는 노이즈가 현저하게 줄어들 수 있으므로, 스캔장치는 제1연마패드 및 제2연마패드의 표면상태를 보다 정확히 파악할 수 있다.
또한, 상기 스캔장치 및 스캔시스템은 비접촉식으로 연마장치를 스캔할 수 있으므로, 접촉식에 비해 진동, 마찰이 발생하지 않으므로 연마장치의 표면상태에 대한 정확한 데이터를 수집할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스캔장치의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 4의 A부분을 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 3의 Z-Z부분을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 B부분을 나타낸 확대도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 스캔장치에 구비되는 편광판 및 쿼터파장판(quarter wave plate)을 통과하는 광의 특성변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 쿼터파장판이 구비되지 않은 스캔장치의 경우 스캔되는 데이터신호의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 쿼터파장판이 구비되는 스캔장치의 경우 스캔되는 데이터신호의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 스캔시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다. 또한, 도면에서는 직교 좌표계(x, y, z)를 사용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 정면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 스캔장치를 나타낸 평면도이다. 상기 스캔장치는 웨이퍼 연마장치를 스캔하는 역할을 할 수 있다. 웨이퍼 연마장치에 대해 먼저 설명한다.
웨이퍼 연마장치는 상정반(10), 제1연마패드(11), 하정반(20), 제2연마패드(21)를 포함할 수 있다. 상정반(10)과 하정반(20)은 구동장치(미도시)에 의해 회전가능하도록 구비될 수 있다. 제1연마패드(11)는 상기 상정반(10)의 하면에 부착될 수 있고, 제2연마패드(21)는 상기 하정반(20)의 상면에 부착될 수 있다.
제1연마패드(11)와 제2연마패드(21) 사이에는 웨이퍼(미도시)가 배치되고, 상기 상정반(10)과 하정반(20)의 높이를 조절하여 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)가 각각 상기 웨이퍼의 상면과 하면에 접촉되도록 한 후, 상정반(10)과 하정반(20)을 회전시켜 상기 웨이퍼의 표면을 연마할 수 있다.
상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)는 연마용 부직포 등의 재질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)가 계속적, 반복적으로 웨이퍼를 연마할 경우, 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)는 마모 등이 발생할 수 있고, 이에 따라 연마성능이 저하될 수 있다.
따라서, 실시예의 스캔장치는 비접촉식으로 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 표면상태를 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 스캔장치는, 예를 들어, 상기 제1연마패드(11) 및 상기 제2연마패드(21)의 평탄도(waveness) 또는 표면조도(surface roughness)를 스캔하여, 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 표면상태를 측정할 수 있다.
측정된 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 표면상태가 연마장치의 성능을 저하시키거나, 웨이퍼를 손상시키는 등의 정도인 경우, 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21) 표면의 이물질을 제거하고 다듬기 위한 드레싱(dressing) 작업을 할 수 있다. 또한, 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)가 극심하게 마모된 경우 또는 마모의 정도가 일정 기준치를 넘어설 경우, 이들을 교체할 수도 있다.
따라서, 실시예의 스캔장치는 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 드레싱 작업 또는 교체여부를 결정하기 위해, 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 표면상태를 정확히 파악할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
스캔장치는 상하방향으로 대향되어 구비되는 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21) 사이에 배치되어 상기 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)를 스캔할 수 있다. 이때, 스캔장치는 가이드프레임(100), 이동부(200), 브라킷(300), 센싱부(400), 케이블(510)베이어(500)(cableveyor), 지지부(600)를 포함할 수 있다.
가이드프레임(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부에 웨이퍼 연마장치의 상정반(10) 및 하정반(20)이 이격되어 배치될 수 있고, 또한 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)와 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 가이드프레임(100)의 양단에는 작업자가 스캔장치를 이동시키는 경우, 작업을 용이하게 하기위해 손잡이(H)가 형성될 수도 있다.
이동부(200)는 상기 가이드프레임(100)의 길이방향을 따라 이동할 수 있도록 상기 가이드프레임(100)에 결합할 수 있다. 상기 이동부(200)는 도 4, 도 5 등을 참조하여 하기에 구체적으로 설명한다.
브라킷(300)은 일측이 상기 이동부(200)에 결합하고, 그 타측에는 센싱부(400)가 결합할 수 있다. 즉, 브라킷(300)은 센싱부(400)를 이동부(200)에 결합시켜, 센싱부(400)가 상기 이동부(200)를 따라 가이드프레임(100)의 길이방향을 따라 이동할 수 있도록 한다.
상기 절곡부(310)는 브라킷(300)의 상부가 상기 가이드프레임(100)의 길이방향과 수직한 측방향으로 절곡되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 절곡부(310)에는 커넥터(320)가 구비될 수 있다. 상기 커넥터(320)는 상기 이동부(200) 또는 상기 센싱부(400)에 전력을 인가하기 위한 외부전원(900)이 연결될 수 있다.
따라서, 커넥터(320)는 일단이 케이블(510)에 연결되고, 타단이 제어유닛(800) 및 상기 제어유닛(800)과 연결되는 외부전원(900)과 연결될 수 있다. 이때, 상기 타단은 소켓구조로 구비될 수도 있다.
이는 스캔장치의 이동을 용이하게 하기 위해, 상기 제어유닛(800)과 커넥터(320)를 연결하는 와이어를 상기 커넥터(320)로부터 용이하게 탈착시킬 수 있도록 하는 것이 적절하기 때문이다.
센싱부(400)는 상기 브라킷(300)의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임(100)의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체 즉, 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면상태를 센싱하는 역할을 할 수 있다.
이때, 상기 센싱부(400)는 브라킷(300)에 의해 이동부(200)에 결합하여 상기 이동부(200)와 함께 가이드프레임(100)의 길이방향을 따라 이동하면서 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면상태를 센싱할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 센싱부(400)는 상기 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있는데, 이를 위해 제1센서(410) 및 제2센서(420)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센싱부(400)는, 예를 들어, 레이저센서로 구비될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1센서(410)는 센싱부(400)의 상측 부위에 구비되고, 상기 제1연마패드(11)로 레이저를 조사하여 상기 제1연마패드(11)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있다. 상기 제2센서(420)는 센싱부(400)의 하측 부위에 구비되고, 상기 제2연마패드(21)로 레이저를 조사하여 상기 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있다.
케이블(510)베이어(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가이드프레임(100)의 길이방향으로 배치될 수 있고, 케이블(510)과 컨베이어(520)를 포함할 수 있다. 상기 케이블(510)은 전력이 필요한 센싱부(400), 이동부(200)와 외부전원(900)을 연결하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 케이블(510)을 통해 센싱부(400)에서 측정된 데이터가 메인제어부(830)로 전송될 수 있다.
상기 케이블(510)은 유연한 재질로 형성될 수 있고, 일단은 상기 센싱부(400) 및 이동부(200)와 연결될 수 있고, 타단은 커넥터(320)와 연결될 수 있다.
컨베이어(520)는 상기 가이드프레임(100)의 길이방향으로 배치되는 상기 케이블(510)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 케이블(510)의 일측이 상기 컨베이어(520)에 결합할 수 있다.
상기 이동부(200)와 센싱부(400)가 가이드프레임(100)의 길이방향으로 이동하는 경우, 유연한 재질로 형성되는 상기 케이블(510)은 상기 이동부(200) 및 센싱부(400)의 이동에 따라 그 형상이 변형될 수 있다.
즉, 상기 케이블(510)은 구부러지거나 또는 반대로 펴질 수 있다. 이때, 상기 컨베이어(520)는 케이블(510)이 구부러지거나 펴지는 과정에서 뒤엉키거나 하측방향으로 늘어지지 않도록 지지하는 역할을 할 수 있다.
지지부(600)는 상기 가이드프레임(100)의 양측에 결합하고 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 상기 가이드프레임(100)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 지지부(600)의 하부는 바닥면(40) 또는 지지대(30)에 놓일 수 있다.
스캔장치를 사용하여 연마장치를 스캔하는 경우, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가이드프레임(100)은 그 길이방향이 상기 상정반(10) 및 하정반(20)의 원호방향으로 배치될 수 있다.
이때, 상기 상정반(10) 및 하정반(20)은 디스크 형상으로 구비되고 상기 상정반(10)의 하면과 상기 하정반(20)의 상면은 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 상정반(10) 및 하정반(20)은 상기 가이드프레임(100)에 대하여 회전 가능하도록 구비되어, 각각 그 중심을 축으로 회전할 수 있다.
따라서, 가이드프레임(100)은 길이방향이 상기 상정반(10) 및 하정반(20)의 원호방향으로 배치되고, 센싱부(400)는 가이드프레임(100)의 길이방향을 따라 이동하면서 상정반(10) 및 하정반(20)에 부착되는 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있다.
따라서, 실시예에서, 상기 센싱부(400)는 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 표면상태를 동시에 센싱할 수 있으므로 연마장치의 스캔속도를 높이고, 스캔작업 시간을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
상기 상정반(10) 및 하정반(20)의 어느 특정 원호부분의 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱한 후 상기 상정반(10) 및 하정반(20)을 회전시켜, 상정반(10) 및 하정반(20)의 다른 원호부분의 제1연마패드(11)와 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 계속 센싱할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 스캔장치의 일부를 나타낸 개략도이다. 도 5는 도 4의 A부분을 나타낸 평면도이다. 상기 가이드프레임(100)은 함몰부(110)와 마그네트(120)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 이동부(200)는 돌출부(210)와 코일(220)을 구비할 수 있다.
함몰부(110)는 가이드프레임(100)의 길이방향으로 형성되고, 상기 이동부(200)는 상기 함몰부(110)에 의해 가이드되면서 가이드프레임(100)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 마그네트(120)는 상기 함몰부(110)의 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
돌출부(210)는 상기 함몰부(110)에 삽입되도록 형성되고, 상기 함몰부(110)에 의해 가이드될 수 있다. 코일(220)은 상기 돌출부(210)의 내부에 배치되고, 케이블(510)과 연결되어 전력이 인가될 수 있다. 이때, 상기 코일(220)에는 직류전류가 인가될 수 있다.
상기 코일(220)과 마그네트(120)는 일종의 리니어모터(linear motor)를 형성할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 코일(220)은 상기 함몰부(110)의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트(120)와 상하방향으로 대향되도록 배치될 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 마그네트(120)는 상기 가이드프레임(100)의 길이방향으로 배치되고, N극과 S극이 교대로 배치될 수 있다.
이러한 구조로 인해 코일(220)에 전력이 인가되면, 마그네트(120)와 코일(220)의 전자기적 상호작용에 의해 이동부(200)는 가이드프레임(100)의 길이방향으로 이동할 수 있다.
즉, 코일(220)에 직류전류가 인가되어 코일(220) 및 그 주위에 발생하는 자속(magnetic flux)과, 마그네트(120)에 의해 발생하는 자속의 상호작용에 의해 추력(thrust)이 발생하고, 이러한 추력에 의해 상기 돌출부(210)를 포함하는 이동부(200)는 가이드프레임(100)의 길이방향을 따라 이동할 수 있다.
상기 이동부(200)가 이동함에 따라, 상기 이동부(200)에 결합하는 브라킷(300)과 센싱부(400)도 가이드프레임(100)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 이때, 상기 코일(220)에 인가되는 직류전류의 방향을 바꾸어 상기 이동부(200)의 이동방향을 바꿀 수 있다.
한편, 실시예에서 코일(220)은 스프링 형상으로 구비되었으나, 마그네트(120)와 전자기적 상호작용에 의하여 추력을 발생시킬 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로 구비되어도 무방하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1센서(410) 및 상기 제2센서(420)는 레이저를 조사하는 렌즈부(L)가 각각 구비될 수 있다. 제1센서(410)에 구비되는 렌즈부(L)는 상측방향으로 레이저를 조사하여, 상기 센싱부(400)가 제1연마패드(11)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있도록 한다.
또한, 제2센서(420)에 구비되는 렌즈부(L)는 하측방향으로 레이저를 조사하여, 상기 센싱부(400)가 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도를 센싱할 수 있도록 한다.
도 6은 도 3의 Z-Z부분을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 B부분을 나타낸 확대도이다. 도 6과 도 4의 브라킷(300)은 그 형상에 있어서 다소 차이가 있으나, 도 4에서 발명의 명확한 설명을 위해 브라킷(300)을 간략히 도시하였음을 밝혀둔다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가이드프레임(100)의 대략적인 위치 및 높이 조절을 위해 지지대(30)를 사용할 수도 있다. 즉, 스캔장치는 바닥면(40)에 놓일 수도 있으나, 상기 바닥면(40)에 별도의 지지대(30)를 놓고 상기 지지대(30) 상면에 스캔장치의 지지부(600)를 놓아, 가이드프레임(100)의 대략적인 위치 및 높이를 조절할 수도 있다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예의 스캔장치는, 제1조절레버(610), 제2조절레버(330) 및 제3조절레버(340)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1조절레버(610)는 상기 지지부(600)에 결합하고, 상기 가이드프레임(100)의 상하방향 높이를 조절하는 역할을 할 수 있다. 이때, 제1조절레버(610)는 한 쌍의 상기 지지부(600)에 각각 결합할 수 있다.
제1조절레버(610)를 회전시켜 상기 가이드프레임(100)이 상기 지지부(600)에 대하여 상하방향으로 즉, 도 6에서 y축을 따라 이동할 수 있도록 함으로써, 상기 제1조절레버(610)는 상기 가이드프레임(100)의 상하방향 높이를 조절할 수 있다.
한편, 상기 제1조절레버(610)는 상기 지지부(600) 각각에 한 쌍으로 구비되므로, 각각의 상기 제1조절레버(610)를 적절히 조절하여 상기 가이드프레임(100)의 상정반(10) 및 하정반(20)에 대한 기울기를 조절할 수도 있다. 즉, 상기 한 쌍의 제1조절레버(610)를 적절히 조절하여, 가이드프레임(100)이 도 6에서 z축과 평행하거나 z축에 대하여 경사지게 배치되도록 할 수 있다.
제2조절레버(330)는 상기 브라킷(300)에 구비되고, 상기 센싱부(400)의 상하방향 높이를 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 제2조절레버(330)를 회전시키면 상기 센싱부(400)는 상기 브라킷(300)에 대하여 상하방향으로 즉, 도 6에서 y축을 따라 이동할 수 있다.
이때, 상기 제2조절레버(330)는 상기 센싱부(400)를 상하방향으로 미세하게 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 제2조절부를 조절하여 상기 센싱부(400)의 렌즈부(L)들이 각각 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면과 이격되는 거리를 최적화할 수 있다.
제3조절레버(340)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 브라킷(300)에 구비되고, 상기 센싱부(400)가 상기 가이드프레임(100)의 길이방향과 수직한 축을 중심으로 회전하는 각도를 조절하는 역할을 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3조절레버(340)는 상기 가이드프레임(100)의 길이방향과 평행한 z축에 수직한 x축과 평행한 축을 중심으로 상기 센싱부(400)가 회전하는 각도를 조절할 수 있다.
상기 제3조절레버(340)는 상하방향 즉, y축을 따라 이동할 수 있다. 그러므로, 제3조절레버(340)를 상하방향으로 이동시키면, 상기 센싱부(400)는 x축과 평행한 축을 중심으로 미세하게 회전할 수 있다.
따라서, 상기 제3조절부를 조절하여 상기 센싱부(400)를 회전시킴으로써, 센싱부(400)의 렌즈부(L)들이 각각 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면과 이격되는 거리를 최적화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1조절레버(610)를 통해 가이드프레임(100)의 높이 또는 기울기를 조절하고, 상기 제2조절레버(330)를 통해 상기 센싱부(400)의 상하방향 높이를 미세하게 조절하며, 상기 제3조절레버(340)를 통해 상기 센싱부(400)의 회전각도를 조절함으로써, 센싱부(400)의 렌즈부(L)들이 각각 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면과 이격되는 거리를 조절할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 스캔장치에 구비되는 편광판(P1) 및 쿼터파장판(P2)(quarter wave plate)을 통과하는 광의 특성변화를 설명하기 위한 도면이다.
상기 센싱부(400) 즉, 상기 제1센서(410) 및 상기 제2센서(420)는 편광판(P1) 및 쿼터파장판(P2)을 구비할 수 있다. 이때, 편광판(P1) 및 쿼터파장판(P2)은 상기 제1센서(410) 및 상기 제2센서(420) 내부에 구비될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(L), 편광판(P1) 및 쿼터파장판(P2)은 레이저가 조사되는 광축방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 레이저발생장치(미도시)로부터 조사되는 레이저는 편광판(P1), 쿼터파장판(P2) 및 렌즈부(L)를 순차적으로 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 레이저발생장치로부터 조사되는 레이저가 상기 편광판(P1)까지 도달하는 S1구간에서는 상기 레이저는 편광되지 않지만, 상기 레이저가 상기 편광판(P1)을 통과하여 쿼터파장판(P2)까지 도달하는 S1구간에서는 상기 레이저가 선편광된다.
상기 레이저가 쿼터파장판(P2)을 통과한 후에는 원편광이 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 원평광은 레이저의 진행방향을 축으로 스파이럴(spiral) 진행경로를 가진다.
이러한 구조에 따라 상기 레이저발생장치로부터 조사되는 레이저는 원편광이 되어 렌즈부(L)를 투과하여 상기 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)로 조사될 수 있다. 센싱부(400)가 원편광 레이저를 사용하는 이유는 측정하는 데이터 즉, 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도에 관한 데이터에서 발생하는 노이즈를 줄이기 위함이다.
도 9는 쿼터파장판(P2)이 구비되지 않은 스캔장치의 경우 스캔되는 데이터신호의 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 10은 쿼터파장판(P2)이 구비되는 스캔장치의 경우 스캔되는 데이터신호의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
그래프의 우측에 표시되는 수치는 신호 대 노이즈 비(signal to noise ratio, SNR)을 의미하고, 단위는 %이다. 이때, SNR이 넓은 수치범위에 걸쳐 기록된 것은 정확성이 떨어지는 데이터 즉, 노이즈(N)이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 센싱부(400)에 쿼터파장판(P2)이 구비되지 않아 선편광 레이저를 제1연마패드(11) 또는 제2연마패드(21)에 조사하는 경우, 센싱부(400)가 수신하는 데이터신호에는 노이즈(N)가 대량으로 발생할 수 있다.
그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 센싱부(400)에 쿼터파장판(P2)이 구비되어 원편광 레이저를 제1연마패드(11) 또는 제2연마패드(21)에 조사하는 경우, 센싱부(400)가 수신하는 데이터신호에는 도 9의 결과와 비교하여 노이즈(N)가 현저히 줄어드는 것을 알 수 있다.
따라서, 쿼터파장판(P2)을 사용하여 원편광이 된 레이저를 제1연마패드(11) 또는 제2연마패드(21)에 조사하는 경우, 측정되는 데이터는 노이즈(N)가 현저하게 줄어들 수 있으므로, 스캔장치는 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 표면상태를 보다 정확히 파악할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 스캔시스템을 설명하기 위한 도면이다. 스캔시스템은 스캔장치, 제어유닛(800) 및 외부전원(900)을 포함할 수 있다. 스캔장치는, 상기한 바와 같이, 이동부(200), 브라킷(300), 센싱부(400), 지지부(600) 등을 포함할 수 있고, 이들에 대한 구체적인 구조는 전술한 바와 같다. 외부전원(900)은 상기 제어유닛(800)에 연결되어 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어유닛(800)은 상기 외부전원(900) 및 스캔장치와 연결될 수 있다. 특히, 제어유닛(800)은 상기 스캔장치에서 능동적으로 작동하는 이동부(200) 및 센싱부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제어유닛(800)은 상기 외부전원(900)으로부터 전력을 공급받아 상기 이동부(200) 및 센싱부(400)에 다시 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어유닛(800)은 이동부(200)의 동작을 제어할 수 있으며, 상기 센싱부(400)의 동작을 제어하고 그로부터 측정된 데이터를 전송받을 수 있다. 상기 제어유닛(800)은 구동드라이버(810), 모션컨트롤러(820) 및 메인제어부(830)를 포함할 수 있다.
구동드라이버(810)는 상기 이동부(200)에 전력을 공급하여 상기 이동부(200)를 작동시킬 수 있다. 이때, 상기 구동드라이버(810)는 상기 이동부(200)에 직류전류를 공급할 수 있다. 상기 이동부(200)는 직류전류에 의해 구동되기 때문이다. 따라서, 필요한 경우 상기 제어유닛(800)에는 교류전류를 직류전류로 변환하는 정류기 등의 장치가 구비될 수도 있다.
모션컨트롤러(820)는 상기 구동드라이버(810)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 모션컨트롤러(820)는 상기 구동드라이버(810)에 신호를 전송하여 구동드라이버(810)로 하여금 상기 이동부(200)의 이동, 정지, 이동방향, 이동속도 등을 조절할 수 있도록 한다.
메인제어부(830)는 상기 모션컨트롤러(820)를 제어할 수 있다. 따라서, 구동부의 동작은 메인제어부(830)로부터 최초로 동작신호가 전송되고, 상기 동작신호는 모션컨트롤러(820) 및 구동드라이버(810)를 거쳐 최종적으로 구동부에 전달될 수 있다.
또한, 메인제어부(830)는 상기 센싱부(400)를 작동시키며, 상기 센싱부(400)로부터 측정된 데이터 즉, 제1연마패드(11) 및 제2연마패드(21)의 평탄도 또는 표면조도에 대한 데이터를 전송받을 수 있다. 메인제어부(830)는 상기 데이터를 기록하거나, 사용자가 볼 수 있도록 수치 또는 영상 등으로 나타낼 수도 있다.
실시예에서, 상기 스캔장치 및 스캔시스템은 비접촉식으로 연마장치를 스캔할 수 있으므로, 접촉식에 비해 진동, 마찰이 발생하지 않으므로 연마장치의 표면상태에 대한 정확한 데이터를 수집할 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
100: 가이드프레임
110: 함몰부
120: 마그네트
200: 이동부
210: 돌출부
220: 코일
300: 브라킷
310: 절곡부
320: 커넥터
330: 제2조절레버
340: 제3조절레버
400: 센싱부
410: 제1센서
420: 제2센서

Claims (20)

  1. 가이드프레임;
    상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부;
    일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷;
    상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부;
    상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부; 및
    상기 지지부에 결합하고, 상기 가이드프레임의 상하방향 높이를 조절하는 제1조절레버
    를 포함하는 스캔장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드프레임은, 그 길이방향으로 형성되는 함몰부와, 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트를 구비하고,
    상기 이동부는, 상기 함몰부에 삽입되도록 형성되는 돌출부와, 상기 돌출부 내부에 배치되고 전력이 인가되는 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 가이드프레임의 길이방향으로 배치되고, N극과 S극이 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코일은 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트와 상하방향으로 대향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드프레임은,
    상부 및 하부에 웨이퍼 연마장치의 상정반 및 하정반이 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상정반의 하면에 제1연마패드가 부착되고, 상기 하정반의 상면에는 제2연마패드가 부착되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 상정반 및 하정반에 부착되는 상기 제1연마패드 및 상기 제2연마패드의 평탄도(waveness) 또는 표면조도(surface roughness)를 센싱하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센싱부는 레이저센서로 구비되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상측 부위에 구비되고, 상기 제1연마패드로 레이저를 조사하는 제1센서; 및
    하측 부위에 구비되고, 상기 제2연마패드로 레이저를 조사하는 제2센서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1센서 및 상기 제2센서는 레이저를 조사하는 렌즈부가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1센서 및 상기 제2센서는,
    편광판 및 쿼터파장판(quarter wave plate)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 상정반 및 하정반은 디스크 형상으로 구비되고 상기 상정반의 하면과 상기 하정반의 상면은 서로 대향되도록 배치되며, 상기 가이드프레임은 그 길이방향이 상기 상정반 및 하정반의 원호방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상정반 및 하정반은 상기 가이드프레임에 대하여 회전 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 브라킷에 구비되고, 상기 센싱부의 상하방향 높이를 조절하는 제2조절레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 브라킷에 구비되고, 상기 센싱부의 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 축을 중심으로 회전하는 각도를 조절하는 제3조절레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 브라킷은,
    상부가 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 측방향으로 절곡되는 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부에는 상기 이동부 또는 상기 센싱부에 전력을 인가하기 위한 외부전원이 연결되는 커넥터가 구비되는 것을 특징으로 하는 스캔장치.
  18. 길이방향으로 형성되는 함몰부와, 상기 함몰부의 상부 및 하부에 배치되는 마그네트를 구비하는 가이드프레임;
    상기 함몰부에 삽입되도록 형성되는 돌출부와, 상기 돌출부 내부에 배치되고, 전력이 인가되는 코일을 구비하고, 상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부;
    일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷;
    상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부; 및
    상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부
    를 포함하는 스캔장치.
  19. 가이드프레임;
    상기 가이드프레임의 길이방향을 따라 이동하는 이동부;
    일측이 상기 이동부에 결합하는 브라킷;
    상기 브라킷의 타측에 결합하고, 상기 가이드프레임의 길이방향과 수직한 상하방향으로 배치되는 대상체의 표면상태를 센싱하는 센싱부;
    상기 가이드프레임의 양측에 결합하고, 한 쌍으로 구비되는 지지부;
    상기 지지부에 결합하고, 상기 가이드프레임의 상하방향 높이를 조절하는 제1조절레버;
    상기 이동부 및 상기 센싱부와 전기적으로 연결되는 제어유닛; 및
    상기 제어유닛에 전력을 공급하는 외부전원
    을 포함하는 스캔시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 이동부를 작동시키는 구동드라이버;
    상기 구동드라이버의 동작을 제어하는 모션컨트롤러; 및
    상기 모션컨트롤러를 제어하고, 상기 센싱부를 작동시키며, 상기 센싱부로부터 측정된 데이터를 전송받는 메인제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔시스템.
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