KR102482687B1 - 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템 - Google Patents

스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템은 상면에 연마 패드(171)가 배치된 정반(170)의 일측에 회전 가능하게 설치된 본체(110), 일측이 상기 본체(110)의 상부에 회전 가능하게 설치된 스윙 암(120), 상기 스윙 암(120)의 타측 하부에 회전 및 직진 운동이 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(130), 상기 스윙 암(120)의 전면 하부에 설치되고, 전면에는 가이드부(141)가 함몰 형성된 이송부(140), 상기 가이드부(141)의 일단에서 타단까지 이동 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 센서부(150), 상기 컨디셔너(130)의 상부에 구비되어, 상기 컨디셔너(130)를 중력 방향으로 가압하는 가압부(155), 상기 가압부(155)의 일측에 설치되어, 상기 가압부(155)에 의해 상기 컨디셔너(130)에 가해지는 실제 압력값을 측정하는 압력 센서(156), 상기 연마 패드(171)의 상면에 설치되어, 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐값을 측정하는 처짐 측정 센서(157) 및 상기 처짐 측정 센서(157)에 의해 측정된 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터를 이용하여 상기 가압부(155)의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈(160)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템{Pad profile measurement system integrated with swing arm}
본 발명은 부산산업과학혁신원(BISTEP)의 부산광역시 대학혁신연구단지조성사업의 지원에 의해 발생한 성과물로써, 전면에 가이드부가 형성된 이송부가 스윙 암의 전면 하부에 설치되고, 상기 가이드부에 연마 패드의 두께 프로파일을 측정하기 위한 센서부가 장착된 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템에 관한 것이다.
CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학 기계적 연마) 공정은 반도체 생산에 필수적인 공정으로 슬러리에 포함된 연마액에 의해 화학적으로 반응된 웨이퍼의 표면을 압력 및 상대 속도를 통해 연마 입자로 제거하여 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 공정을 의미한다.
도 1은 CMP 장치에 장착되는 기존의 스윙 암 컨디셔닝 시스템(5)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 기존의 스윙 암 컨디셔닝 시스템(5)은 정반(60)의 일측에 회전 가능하게 설치된 본체(10), 상기 본체(10)의 상부에 회전 가능하게 설치된 스윙 암(20) 및 상기 스윙 암(20)의 타측 하부에 회전 및 직진 운동이 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(61)를 일정한 압력으로 가압하며 컨디셔닝하는 컨디셔너(30)를 포함하여 구성된다.
도 2는 기존의 패드 프로파일 측정 시스템(40)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 기존의 패드 프로파일 측정 시스템(40)에서는 상기 연마 패드(61)의 상부에 이송부(45)가 별도로 구비되고, 상기 이송부(45)의 전면에는 가이드부(46)가 상기 이송부(45)의 길이 방향으로 길게 함몰 형성된다. 그리고, 센서부(50)는 상기 가이드부(46)를 따라, 상기 가이드부(46)의 일단에서 타단까지 이동하며, 상기 연마 패드(61)의 두께 프로파일을 측정한다. 구체적으로, 상기 센서부(50)는 상기 연마 패드(61)의 일단에서 상기 연마 패드(61)의 중심을 통과하여 상기 연마 패드(61)의 타단까지 일직선으로 이동하며, 상기 연마 패드(61)의 두께 프로파일을 측정한다.
그러나, 기존의 스윙 암 컨디셔닝 시스템(5)에서는 상기 스윙 암 컨디셔닝 시스템(5)의 내부 공간이 협소하여, 상기 연마 패드(61)의 두께 프로파일을 측정할 수 있는 패드 프로파일 측정 시스템(40)을 장착하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 기존의 스윙 암(20) 컨디셔닝 시스템(5)에서 상기 연마 패드(61)를 컨디셔닝한 이후, 상기 연마 패드(61)의 두께 프로파일을 측정하기 위해서는, 상기 연마 패드(61)의 상부에 배치된 스윙 암(20)을 상기 연마 패드(61)의 외측으로 이동시켜야 하므로, 두께 프로파일의 측정 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
KR 101005043 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전면에 가이드부가 형성된 이송부가 스윙 암의 전면 하부에 설치되고, 상기 가이드부에 연마 패드의 두께 프로파일을 측정하기 위한 센서부가 장착된 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 스윙 암의 처짐 데이터를 이용하여 컨디셔너의 상부에 설치된 가압부의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈이 장착된 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템은 상면에 연마 패드(171)가 배치된 정반(170)의 일측에 회전 가능하게 설치된 본체(110), 일측이 상기 본체(110)의 상부에 회전 가능하게 설치된 스윙 암(120), 상기 스윙 암(120)의 타측 하부에 회전 및 직진 운동이 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(130), 상기 스윙 암(120)의 전면 하부에 설치되고, 전면에는 가이드부(141)가 함몰 형성된 이송부(140), 상기 가이드부(141)의 일단에서 타단까지 이동 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 센서부(150), 상기 컨디셔너(130)의 상부에 구비되어, 상기 컨디셔너(130)를 중력 방향으로 가압하는 가압부(155), 상기 가압부(155)의 일측에 설치되어, 상기 가압부(155)에 의해 상기 컨디셔너(130)에 가해지는 실제 압력값을 측정하는 압력 센서(156), 상기 연마 패드(171)의 상면에 설치되어, 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐값을 측정하는 처짐 측정 센서(157) 및 상기 처짐 측정 센서(157)에 의해 측정된 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터를 이용하여 상기 가압부(155)의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈(160)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부(150)의 상부에는 상기 가이드부(141)를 따라 이동하는 가이드 블록(151)이 돌출 형성되고, 상기 가이드 블록(151)의 하부에는 상기 연마 패드(171) 상면과 접촉하며, 상기 연마 패드(171)의 가장자리에서 중심까지 일직선으로 이동함으로써 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 감지부(152)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨트롤 모듈(160)은 상기 압력 센서(156), 처짐 측정 센서(157) 및 가압부(155)와 통신하기 위한 통신부(161), 상기 통신부(161)에 의해 전송된 상기 가압부(155)의 실제 압력 데이터 및 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터가 저장되는 저장부(162) 및 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터 및 기준 처짐 데이터를 비교하여, 상기 가압부(155)의 실제 압력 데이터를 증가시킨 압력 보정 데이터를 생성하는 제어부(163)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(163)는 상기 압력 보정 데이터를 상기 통신부(161)를 통해 상기 가압부(155)로 전송하여, 상기 가압부(155)가 상기 압력 보정 데이터를 상기 컨디셔너(130)에 가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부(150)는 상기 가압부(155)가 상기 압력 보정 데이터를 상기 컨디셔너(130)에 가한 이후, 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템에서는 전면에 가이드부가 형성된 이송부가 스윙 암의 전면 하부에 설치되고, 상기 가이드부에 연마 패드의 두께 프로파일을 측정하기 위한 센서부가 장착되어, 상기 스윙 암에 의한 컨디셔닝 수행 전/후에 상기 연마 패드의 두께 프로파일을 신속하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템에서는 상기 스윙 암의 처짐 데이터를 이용하여 컨디셔너의 상부에 설치된 가압부의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈이 장착되어, 상기 스윙 암의 처짐으로 인해 연마 패드의 두께 프로파일에 대한 측정 오차가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 CMP 장치에 장착되는 기존의 스윙 암 컨디셔닝 시스템의 구성도이다.
도 2는 기존의 패드 프로파일 측정 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템의 평면도이다.
도 5는 연마 패드의 두께 프로파일에 대한 센서부의 측정 시작 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 연마 패드의 두께 프로파일에 대한 센서부의 측정 종료 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템에서 컨트롤 모듈의 구성도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)의 평면도이다.
도 5는 연마 패드(171)의 두께 프로파일에 대한 센서부(150)의 측정 시작 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 연마 패드(171)의 두께 프로파일에 대한 센서부(150)의 측정 종료 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)에서 컨트롤 모듈(160)의 구성도이다.
도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)은 본체(110), 스윙 암(120), 컨디셔너(130), 이송부(140), 센서부(150), 가압부(155)(미도시), 압력 센서(156)(미도시), 처짐 측정 센서(157)(미도시) 및 컨트롤 모듈(160)을 포함하여 구성된다.
먼저, 본체(110)는 연마 패드(171)가 배치된 정반(170)의 일측에 회전 가능하게 설치된다.
그리고, 스윙 암(120)은 일측이 본체(110)의 상부에 회전 가능하게 설치되어, 본체(110)의 회전력에 의해 본체(110)의 중심축을 기준으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전한다.
그리고, 컨디셔너(130)는 스윙 암(120)의 타측 하부에 회전 및 직진 운동이 가능하게 설치되어, 연마 공정이 완료된 연마 패드(171)의 상면을 컨디셔닝한다.
그리고, 이송부(140)는 스윙 암(120)의 전면 하부에 좌우 방향으로 길게 설치되고, 이송부(140)의 전면에는 가이드부(141)가 이송부(140)의 길이 방향으로 길게 함몰 형성된다.
그리고, 센서부(150)는 가이드부(141)의 일단에서 타단까지 이동 가능하게 설치되어, 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정한다. 이때, 센서부(150)의 구동 방식에는 모터 및 피니언 기어에 의한 랙 기어의 구동 또는 모터 및 구동 기어에 의한 벨트의 구동 등이 적용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 센서부(150)의 상부에는 가이드부(141)를 따라 이동하는 가이드 블록(151)이 돌출 형성되고, 가이드 블록(151)의 하부에는 연마 패드(171) 상면과 접촉하며, 연마 패드(171) 상면의 가장자리에서 중심까지 일직선으로 이동함으로써 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 감지부(152)가 돌출 형성된다. 이때, 감지부(152)는 접촉식 센서 또는 비접촉식 센서로 형성된다.
그리고, 가압부(155)는 컨디셔너(130)의 상부에 구비되어, 컨디셔너(130)를 중력 방향으로 가압한다. 이때, 가압부(155)는 공압 실린더, 유압 실린더 또는 스프링으로 형성된다.
그리고, 압력 센서(156)는 가압부(155)의 일측에 설치되어, 가압부(155)에 의해 컨디셔너(130)에 가해지는 실제 압력값을 측정한다.
그리고, 처짐 측정 센서(157)는 연마 패드(171)의 상면에 설치되어, 스윙 암(120) 타측의 처짐을 측정한다. 이때, 처짐 측정 센서(157)는 스트레이트 엣지(Straight Edge) 등으로 형성된다.
이때, 처짐 측정 센서(157)를 이용하여 스윙 암(120)의 처짐을 측정하는 이유는 다음과 같다. 스윙 암(120)은 일측이 본체(110)에 의해 지지되고, 타측이 자유단의 형태인 외팔보의 형상으로 형성되어, 스윙 암(120)의 타측에서는 처짐이 발생하게 된다. 이로 인해, 센서부(150)의 감지부(152) 하단이 연마 패드(171)의 상면에 균일하게 접촉되지 않아, 연마 패드(171)의 두께 프로파일에 대해 측정 오차가 발생할 수 있다.
이때, 가압부(155)에 의해 컨디셔너(130)에 가해지는 중력 방향의 압력을 증가시키면, 작용 반작용의 법칙에 의해 연마 패드(171)로부터 컨디셔너(130)로 가해지는 중력 반대 방향의 가압력이 발생하게 되어, 스윙 암(120)의 처짐이 발생하지 않도록 조절할 수 있다.
그리고, 컨트롤 모듈(160)은 처짐 측정 센서(157)에 의해 측정된 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터를 이용하여 가압부(155)의 실제 압력값을 조절한다. 도 7을 참조하면, 컨트롤 모듈(160)은 통신부(161), 저장부(162), 제어부(163) 및 디스플레이부(164)를 포함하여 구성된다.
먼저, 통신부(161)는 컨트롤 모듈(160)이 압력 센서(156), 처짐 측정 센서(157) 및 가압부(155)와 서로 통신하기 위한 역할을 한다. 구체적으로, 통신부(161)는 압력 센서(156) 및 처짐 측정 센서(157)에 의해 각각 측정된 가압부(155)의 실제 압력 데이터 및 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터를 저장부(162)로 전송한다. 그리고, 통신부(161)는 제어부(163)에 의해 생성된 압력 보정 데이터를 가압부(155)로 전송한다.
그리고, 저장부(162)에는 통신부(161)에 의해 전송된 가압부(155)의 실제 압력 데이터 및 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터가 저장된다.
그리고, 제어부(163)는 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터 및 스윙 암(120)의 기준 처짐 데이터를 비교하여, 가압부(155)의 실제 압력 데이터를 증가시킨 압력 보정 데이터를 생성한다. 이때, 스윙 암(120)의 기준 처짐 데이터는 제어부(163)에 의해 사전에 설정되어, 저장부(162)에 저장된다.
그리고, 제어부(163)는 압력 보정 데이터를 통신부(161)를 통해 가압부(155)로 전송하여, 가압부(155)가 압력 보정 데이터를 컨디셔너(130)에 가하도록 제어한다. 이를 통해, 제어부(163)는 가압부(155)에 의해 컨디셔너(130)에 가해지는 중력 방향의 압력값을 증가시킴으로써, 스윙 암(120)의 처짐이 발생하지 않도록 조절할 수 있다.
한편, 센서부(150)는 가압부(155)가 압력 보정 데이터를 컨디셔너(130)에 가한 이후, 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정한다. 이를 통해, 가압부(155)는 스윙 암(120)의 처짐으로 인해 연마 패드(171)의 두께 프로파일에 대한 측정 오차가 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
센서부(150)는 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정한 후, 측정 시작 위치로 복귀한다. 이를 통해, 센서부(150)의 감지부(152)의 하단이 연마 패드(171)의 상면에 덮여 있는 연마액에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 디스플레이부(164)는 가압부(155)의 실제 압력 데이터, 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터 및 제어부(163)에 의해 생성된 압력 보정 데이터 등을 디스플레이한다. 이를 통해, 작업자는 가압부(155)의 실제 압력 데이터, 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터 및 제어부(163)에 의해 생성된 압력 보정 데이터 등을 확인할 수 있다.
본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)에서는 전면에 가이드부(141)가 형성된 이송부(140)가 스윙 암(120)의 전면 하부에 설치되고, 상기 가이드부(141)에 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하기 위한 센서부(150)가 장착되어, 상기 스윙 암(120)에 의한 컨디셔닝 수행 전/후에 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 신속하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)에서는 상기 스윙 암(120)의 처짐 데이터를 이용하여 컨디셔너(130)의 상부에 설치된 가압부(155)의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈(160)이 장착되어, 상기 스윙 암(120)의 처짐으로 인해 연마 패드(171)의 두께 프로파일에 대한 측정 오차가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은 본 발명에 의한 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템(100)을 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구범위를 기준으로 하되, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시예에도 미친다 할 것이다.
5: 기존의 스윙 암 컨디셔닝 시스템
10: 본체 20: 스윙 암
30: 컨디셔너
40: 기존의 패드 프로파일 측정 시스템
45: 이송부 46: 가이드부
50: 센서부 60: 정반
61: 연마 패드
100: 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템
110: 본체 120: 스윙 암
130: 컨디셔너 140: 이송부
141: 가이드부 150: 센서부
151: 가이드 블록 152: 감지부
155: 가압부 156: 압력 센서
157: 처짐 측정 센서 160: 컨트롤 모듈
161: 통신부 162: 저장부
163: 제어부 164: 디스플레이부
170: 정반 171: 연마 패드

Claims (5)

  1. 상면에 연마 패드(171)가 배치된 정반(170)의 일측에 회전 가능하게 설치된 본체(110);
    일측이 상기 본체(110)의 상부에 회전 가능하게 설치된 스윙 암(120);
    상기 스윙 암(120)의 타측 하부에 회전 및 직진 운동이 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)를 컨디셔닝하는 컨디셔너(130);
    상기 스윙 암(120)의 전면 하부에 설치되고, 전면에는 가이드부(141)가 함몰 형성된 이송부(140);
    상기 가이드부(141)의 일단에서 타단까지 이동 가능하게 설치되어, 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 센서부(150);
    상기 컨디셔너(130)의 상부에 구비되어, 상기 컨디셔너(130)를 중력 방향으로 가압하는 가압부(155);
    상기 가압부(155)의 일측에 설치되어, 상기 가압부(155)에 의해 상기 컨디셔너(130)에 가해지는 실제 압력값을 측정하는 압력 센서(156);
    상기 연마 패드(171)의 상면에 설치되어, 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐값을 측정하는 처짐 측정 센서(157); 및
    상기 처짐 측정 센서(157)에 의해 측정된 상기 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터를 이용하여 상기 가압부(155)의 실제 압력값을 조절하는 컨트롤 모듈(160);을 포함하고,
    상기 센서부(150)의 상부에는
    상기 가이드부(141)를 따라 이동하는 가이드 블록(151)이 돌출 형성되고,
    상기 가이드 블록(151)의 하부에는
    상기 연마 패드(171) 상면과 접촉하며, 상기 연마 패드(171)의 가장자리에서 중심까지 일직선으로 이동함으로써 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 감지부(152)가 돌출 형성되고,
    상기 컨트롤 모듈(160)은
    상기 압력 센서(156), 처짐 측정 센서(157) 및 가압부(155)와 통신하기 위한 통신부(161);
    상기 통신부(161)에 의해 전송된 상기 가압부(155)의 실제 압력 데이터 및 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터가 저장되는 저장부(162); 및
    상기 스윙 암(120)의 실제 처짐 데이터 및 기준 처짐 데이터를 비교하여, 상기 가압부(155)의 실제 압력 데이터를 증가시킨 압력 보정 데이터를 생성하는 제어부(163);를 포함하고,
    상기 제어부(163)는
    상기 압력 보정 데이터를 상기 통신부(161)를 통해 상기 가압부(155)로 전송하여, 상기 가압부(155)가 상기 압력 보정 데이터를 상기 컨디셔너(130)에 가하도록 제어하고,
    상기 센서부(150)는
    상기 가압부(155)가 상기 압력 보정 데이터를 상기 컨디셔너(130)에 가한 이후, 상기 연마 패드(171)의 두께 프로파일을 측정하는 것을 특징으로 하는 스윙 암과 통합된 패드 프로파일 측정 시스템.
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