KR20220136342A - 수분 센서, 연마 디바이스 및 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

수분 센서, 연마 디바이스 및 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법 Download PDF

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KR20220136342A
KR20220136342A KR1020227020782A KR20227020782A KR20220136342A KR 20220136342 A KR20220136342 A KR 20220136342A KR 1020227020782 A KR1020227020782 A KR 1020227020782A KR 20227020782 A KR20227020782 A KR 20227020782A KR 20220136342 A KR20220136342 A KR 20220136342A
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투룬 일리오피스토
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Abstract

연마 패드(503)에 접촉하기 위한 접촉면(105), 및 서로 전기적으로 격리된 제 1, 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소(101, 102, 103)를 포함하는 수분 센서(100)로서, 전기 접촉 요소(101, 102, 103)는 접촉면(105)에서 노출되도록 수분 센서(100) 내에 배치된다. 또한, 이러한 수분 센서(100)를 사용하는 연마 디바이스 및 연마 패드(503) 내의 수분을 측정하기 위한 방법이 개시된다.

Description

수분 센서, 연마 디바이스 및 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법
본 발명은 수분 센서 및 첨부된 독립항의 전제부에 따라서 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수분 센서를 포함하는 연마 디바이스에 관한 것이다.
연마 서스펜션은 연마 결과를 향상시키고 연마 패드의 과열을 방지하기 위해서 시료의 연마 중에 통상적으로 사용된다. 연마 패드 내의 연마 서스펜션의 양, 즉 연마 패드의 수분 콘텐츠는 연마 프로세스에 큰 영향을 준다. 연마 패드의 습도가 너무 높으면, 시료 및 연마 패드 사이의 마찰이 너무 작아져서 시료가 아예 거의 연마되지 않을 수 있다. 반면에, 연마 패드의 습도가 너무 낮으면 시료 및 연마 패드의 증가된 마찰에 기인하여 시료가 크게 열화될 위험성이 있다.
이러한 내용을 고려하여, 연마 패드 내의 수분을 측정할 필요가 있다. 다양한 수분 센서들이 알려져 있지만, 이들 중 어느 것도 연마 패드 내의 수분을 용이하고 정확하게 측정하기에 적합하지 않다.
본 발명의 주된 목적은 앞서 제공된 종래 기술의 문제점을 감소시키거나 아예 제거하는 것이다.
본 발명의 목적은 수분 센서를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 연마 패드 내의 수분을 용이하고 정확하게 측정할 수 있게 하는 수분 센서를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 연마 프로세스 도중에 연마 패드의 수분이 측정될 수 있는 연마 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 연마 패드 내의 수분을 용이하고 정확하게 측정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
전술된 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에 따른 수분 센서 및 방법은 첨부된 독립항의 특징부에서 제시된 것에 의해서 특징지어진다. 본 발명의 바람직한 실시형태들이 종속항에 기술된다.
본 발명에 따른 수분 센서는 연마 패드에 접촉하기 위한 접촉면, 및 서로 전기적으로 격리된 제 1, 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소를 포함하고, 전기 접촉 요소는 접촉면에서 노출되도록 수분 센서 내에 배치된다.
본 발명의 따른 수분 센서는 시료를 연마하기 위해서 사용되는 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 측정을 위하여, 그 안의 접촉면 및 전기 접촉 요소가 연마 패드의 표면과 접촉하여 배치된다. 이러한 측정은 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변하는 물리량을 측정하는 것에 기반한다. 이러한 물리량은, 예를 들어 제 1 전기 접촉 요소 및 연마 패드가 부착된 연마 압반 사이의 커패시턴스, 즉 연마 패드의 마주보는 면들 사이의 커패시턴스이다. 이러한 물리량 중 다른 것은 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소가 연마 패드의 표면과 접촉할 때의 이들 사이의 (전기) 저항이다.
전기 접촉 요소가 연마 패드의 표면과 쉽게 접촉하며 배치될 수 있도록 평면형인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 접촉면은 원형이기도 한데, 이것은 수분 센서가 연마 패드의 표면 상에서 부드럽게 미끄러질 수 있게 보장한다. 평면형 및 원형 접촉면의 직경은, 예를 들어 10-50 mm 또는 15-25 mm일 수 있다. 수분 센서의 치수는, 예를 들어 연마 패드의 직경, 연마 패드의 재료, 연마 패드의 구조, 사용된 연마 서스펜션의 조성, 연마된 시료의 피쳐, 필요한 측정 정확도 및/또는 필요한 측정 범위에 의존할 수 있다. 연마 패드의 표면이 거칠거나 균일하지 않으면, 다소 볼록한 접촉면을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
전기 접촉 요소, 즉 전극은 연마 패드의 전기적 속성이 그것을 통하여 측정될 수 있는 전기 경로를 제공한다. 전기 접촉 요소는 그 외의 형상 및 크기를 가질 수 있다. 전기 접촉 요소는 전도성 재료로 제작되고, 이것은 바람직하게는 마모 및 부식에 대한 내성도 가진다. 전기 접촉 요소를 위해 바람직한 재료는, 예를 들어 강철 및 금-백금 합금이다. 전기 접촉 요소는 단락 회로를 방지하기 위해서 서로 전기적으로 격리된다.
수분 센서는 하우징을 포함할 수 있고, 그 안에 전기 접촉 요소들이 배치된다. 하우징은 마모 및 부식에 대한 내성이 있는 세라믹 또는 금속, 또는 다른 적절한 재료로 제작될 수 있다. 하우징은 전기 절연 재료, 예컨대 에폭시 수지로 충진될 수 있고, 또는 전기 절연이 내마모성 세라믹, 예컨대 CBN(cubic boron nitride) 또는 붕소 카바이드(B4C)로 형성될 수 있는데, 이들은 전기 접촉 요소들을 서로로부터 전기적으로 격리시킨다. 하우징은 중공 실린더일 수 있고, 그 하나의 단부는 접촉면으로서의 기능을 한다. 중공 실린더의 직경은, 예를 들어 10-50 mm 또는 15-25 mm일 수 있고, 중공 실린더의 높이는, 예를 들어 10-20 mm, 5-10 mm 또는 1-5 mm일 수 있다.
수분 센서는 와이어, 케이블 또는 탄소 브러시와 같은 전기 연결로써 측정 기구에 전기적으로 연결될 수 있다. 측정 기구는 제 1 전기 접촉 요소 및 연마 패드가 부착된 연마 압반 사이의 커패시턴스, 및/또는 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소가 연마 패드의 표면과 접촉할 때의 이들 사이의 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 커패시턴스 및 저항의 값은 연마 패드 내의 수분에 의존한다. 연마 패드의 습도가 높을수록, 커패시턴스는 커지고 저항은 작아진다.
본 발명의 따른 수분 센서의 장점은 연마 패드 내의 수분이 용이하고 정확하게 측정될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 제 1 전기 접촉 요소는 실린더이고, 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소는 제 1 전기 접촉 요소 주위에 동심 배치된 중공 실린더이다. 제 3 전기 접촉 요소는 제 2 전기 접촉 요소 주위에 배치된다. 전기 접촉 요소는 그들의 축들이 접촉면의 평면에 수직인 방식으로 수분 센서 내에 배치된다. 제 1 전기 접촉 요소는 둥근 막대로부터 일 섹션을 절삭함으로써 제작될 수 있다. 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소는 상이한 직경을 가지는 파이프로부터 섹션을 절삭함으로써 제작될 수 있다. 이러한 실시형태에 따른 수분 센서는 전기 접촉 요소가 전기 절연 재료, 예컨대 에폭시 수지 내에 임베딩되는 방식으로 제작될 수 있다. 경화된 재료는 전기 접촉 요소들을 서로로부터 전기적으로 격리시키고, 이것은 전기 접촉 요소에 대한 지지 구조체로서의 기능도 한다. 수분 센서는 하우징, 예컨대 중공 실린더를 포함할 수 있고, 그 안에 전기 접촉 요소가 배치된다. 이러한 실시형태의 수분 센서의 장점은 저렴하고 생산하기가 용이하다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 전기 접촉 요소의 직경은 50 mm 미만이고, 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소의 벽 두께는 10 mm 미만이다. 제 1 전기 접촉 요소의 직경은 바람직하게는 35 mm 미만이고, 더 바람직하게는 20 mm 미만이다. 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소의 벽 두께는 바람직하게는 5 mm 미만이고 더 바람직하게는 2 mm 미만이다. 이러한 수치를 사용하는 장점은 수분 센서가 양호한 측정 감도 및 정확도를 제공한다는 것이다. 전기 접촉 요소의 높이는, 예를 들어 5-20 mm일 수 있다. 수분 센서는 사용 중에 마모되고, 따라서 센서 높이를 증가시키면 동작 수명이 더 길어진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 전기 접촉 요소의 벽과 제 2 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 갭은 10 mm 미만이고, 상기 제 2 전기 접촉 요소의 외벽과 상기 제 3 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 갭은 10 mm 미만이다. 제 1 전기 접촉 요소의 벽 및 제 2 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 벽은 바람직하게는 5 mm 미만이고 더 바람직하게는 2 mm 미만이다. 제 2 전기 접촉 요소의 외벽 및 제 3 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 외벽은 바람직하게는 5 mm 미만이고 더 바람직하게는 2 mm 미만이다. 이러한 수치를 사용하는 장점은 수분 센서가 양호한 측정 감도를 제공한다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 전기 접촉 요소는 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소가 내부에 배치된 개구를 가지는 평판이다. 이러한 평판은, 평판의 일측이 접촉면에서 노출되고 평판의 평면이 접촉면의 평면과 평행한 방식으로 수분 센서 내에 배치된다. 평판은 원형일 수 있고 15-50 mm의 직경을 가질 수 있다. 평판 내의 개구는 원형일 수 있고 5-20 mm의 직경을 가질 수 있다. 평판의 두께는 5-20 mm일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소는 이들이 평판과 접촉하지 않고서 개구 내에 맞춤된다면 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소는, 예를 들어 실린더일 수 있다. 이러한 실시형태에 따른 수분 센서는 전기 접촉 요소가 전기 절연 재료, 예컨대 에폭시 수지 내에 임베딩되는 방식으로 제작될 수 있다. 경화된 재료는 전기 접촉 요소들을 서로로부터 전기적으로 격리시키고, 이것은 전기 접촉 요소에 대한 지지 구조체로서의 기능도 한다. 수분 센서는 하우징, 예컨대 중공 실린더를 포함할 수 있고, 그 안에 전기 접촉 요소가 배치된다. 이러한 실시형태의 수분 센서의 장점은 기계적으로 강성을 가지고 저렴하며 생산하기가 용이하다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 전기 접촉 요소, 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소는 롤을 형성하도록 포개져서 권취되는 금속 시트이고, 상기 금속 시트들 각각은 전기 절연성 시트들 사이에 배치된다. 바람직하게는, 롤은 에폭시 수지로 함침된다(impregnated). 경화된 에폭시 수지는 전기 접촉 요소들을 서로로부터 전기적으로 격리시키고, 이것은 전기 접촉 요소에 대한 지지 구조체로서의 기능도 한다. 롤은 롤의 일단부가 접촉면에서 노출되는 방식으로 수분 센서 내에 배치된다. 롤의 축은 접촉면의 평면에 수직이다. 금속 시트는, 예를 들어 알루미늄, 강철, 구리 또는 백금-금 합금으로 제작될 수 있다. 전기 절연성 시트는, 예를 들어 유리섬유, 섬유 또는 종이로 제작될 수 있다. 이러한 실시형태의 수분 센서의 장점은 생산하기가 용이하고 저렴하다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 금속 시트의 두께는 1 mm 미만이고, 전기 절연성 시트의 두께는 1 mm 미만이다. 바람직하게는, 금속 시트의 두께는 0.1 mm 미만이고, 전기 절연성 시트의 두께는 0.1 mm 미만이다. 이러한 수치를 사용하는 장점은 수분 센서가 양호한 측정 감도를 제공한다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 수분 센서는, 상기 롤 주위에 동심 배치된 중공 실린더인 제 4 전기 접촉 요소, 및 상기 제 4 전기 접촉 요소 주위에 동심 배치된 중공 실린더인 제 5 전기 접촉 요소를 포함하고, 상기 제 4 전기 접촉 요소 및 제 5 전기 접촉 요소는 서로 전기적으로 격리된다. 제 4 전기 접촉 요소 및 제 5 전기 접촉 요소가 연마 패드의 표면과 접촉할 때에 이들 사이의 저항을 측정하기 위하여 측정 기구가 사용될 수 있다. 제 4 및 제 5 전기 접촉 요소는 그들의 축들이 접촉면의 평면에 수직인 방식으로 수분 센서 내에 배치된다. 제 4 및 제 5 전기 접촉 요소는 상이한 직경을 가지는 파이프로부터 섹션을 절삭함으로써 제작될 수 있다. 제 4 및 제 5 전기 접촉 요소는 전기 절연 재료, 예컨대 에폭시 수지 내에 임베딩될 수 있다. 경화된 재료는 제 4 및 제 5 전기 접촉 요소를 서로로부터 전기적으로 격리시키고, 이것은 지지 구조체로서의 기능도 한다. 제 4 전기 접촉 요소 및 제 5 전기 접촉 요소의 벽 두께는 10 mm 미만이고, 바람직하게는 5 mm 미만이며, 더 바람직하게는 2 mm 미만일 수 있다. 제 4 전기 접촉 요소의 외벽 및 제 5 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 갭은 10 mm 미만, 바람직하게는 5 mm 미만, 및 더 바람직하게는 2 mm 미만일 수 있다. 이러한 실시형태에 따른 수분 센서의 장점은, 상이한 치수의 전기 접촉 요소들의 상이한 세트를 가지고 연마 패드의 저항 및 커패시턴스를 동시에 측정하는 것이 가능하다는 점이다. 그러면 사용자가 시료, 연마 패드 및 연마 서스펜션의 상이한 조합에 대해서 최선의 수분 모니터링 방법을 선택할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접촉면은 평면형이다. 평면형 접촉면의 장점은, 전기 접촉 요소를 연마 패드의 표면과 접촉하게 배치하는 것이 쉬워진다는 점이다.
본 발명은 연마 디바이스에도 관련된다. 본 발명에 따른 연마 디바이스는, 축 중심으로 회전가능한 연마 압반 platen), 및 시료를 연마하기 위하여 상기 연마 압반에 부착된 연마 패드, 본 발명에 따른 수분 센서 - 상기 수분 센서의 접촉면은 상기 연마 패드의 표면과 접촉하도록 배치됨 -, 및 제 1 전기 접촉 요소와 연마 압반 사이의 커패시턴스 및 제 2 전기 접촉 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 연마 디바이스를 포함한다.
본 발명의 따른 연마 디바이스는 고체 재료, 예컨대 자연물(예를 들어 바위, 광물질, 광석 또는 운석) 또는 인공물(예를 들어 금속, 콘크리트, 세라믹, 합성물 또는 반도체) 재료의 일부를 연마하기 위하여 사용될 수 있다. 연마될 시료는 시료 홀더에 의해서 누름힘에 맞닿도록 홀딩될 수 있다. 시료 홀더는 하나 이상의 시료를 연마 패드에 맞닿도록 홀딩하도록 구성될 수 있다. 시료 홀더는, 예를 들어 그 안에 시료가 클램핑에 의해서 고정되는 하나 이상의 인서트를 포함할 수 있다. 시료 홀더는, 조절가능한 누름힘으로 연마 패드에 맞닿게 시료를 누르는 연마 헤드에 부착될 수 있다.
연마 패드는 상이한 재료, 예컨대 직물 섬유(fibrous cloth)(예를 들어 천연 실크, 폴리에스테르 또는 아세테이트) 또는 합성된 비-섬유 재료(예를 들어 네오프렌, 폴리우레탄 또는 합성물)로 제작될 수 있다. 연마 패드는 바람직하게는 디스크형일 수 있고, 즉 이것은 평평한 원형 형상을 가진다. 연마 패드는 바람직하게는 다공성이어서, 연마 서스펜션을 흡수하는 것을 가능하게 한다. 연마 패드의 직경은, 예를 들어 500 mm 미만, 바람직하게는 200-400 mm일 수 있다. 연마 패드의 두께는, 예를 들어 5.0 mm 미만, 바람직하게는 0.5-3.5 mm일 수 있고, 특히 1.0-3.0 mm이다.
연마 패드는 회전가능한 연마 압반의 표면에, 바람직하게는 분리될 수 있도록 부착된다. 연마 압반이 회전될 때, 연마 패드는 그 표면에 맞닿게 배치된 시료를 연마한다. 연마 압반은 열전도성 및 내식성 재료, 예컨대 알루미늄, 청동 또는 스테인레스 강철, 또는 플라스틱, 폴리머 또는 합성물 재료로 제작될 수 있다. 연마 압반은, 측정 기구의 전기 접촉 요소(예를 들어 탄소 브러시)가 전기적으로 연결될 수 있는 전기 절연된 전기 접촉 요소(예를 들어 오스테나이트 스테인레스 강철로 제작되고 약 0.5 mm의 두께를 가지는 시트)를 그 표면 상에 포함할 수 있다. 연마 압반은 바람직하게는 디스크형이고 열전도성을 가진다. 연마 압반의 직경은, 예를 들어 500 mm 미만, 바람직하게는 200-400 mm일 수 있다. 바람직하게는, 연마 압반 및 연마 패드의 직경들은 본질적으로 동일하다. 연마 압반의 두께는 예를 들어 20-50 mm일 수 있다. 연마 압반의 최적 두께는 연마 압반의 직경 및 재료에 의존한다.
연마 디바이스는 연마 압반을 회전시키기 위한 액츄에이터, 예컨대 전기 모터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는 연마 압반을, 예를 들어 0-600 rpm의 회전 속도로 회전시키도록 구성될 수 있다. 액츄에이터에 의해 초래될 수 있는 간섭을 감소시키기 위해서, 연마 압반과 액츄에이터 사이에 전기 절연층을 추가하는 것이 유익할 수 있다.
연마 압반에 추가하여, 시료 홀더도 회전가능할 수 있다. 시료 홀더는 연마 압반의 회전 축에 평행한 축 중심으로 회전가능할 수 있다. 연마 디바이스는 시료 홀더를 회전시키기 위한 액츄에이터, 예컨대 전기 모터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는 시료 홀더를, 예를 들어 0-150 rpm의 회전 속도로 회전시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 따른 연마 디바이스에서, 수분 센서의 전기 접촉 요소는 연마 패드의 표면과 접촉되어 배치된다. 연마 패드 내의 수분은 제 1 전기 접촉 요소 및 연마 압반 사이의 커패시턴스 또는 제 2 전기 접촉 요소와 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정함으로써 결정된다. 커패시턴스 및 저항을 측정하기 위한 수단은, 전기 연결부, 예컨대 와이어, 케이블 또는 탄소 브러시에 의하여 수분 센서의 전기 접촉 요소 및 연마 압반에 전기적으로 연결된 측정 기구를 포함할 수 있다. 연마 압반은 전기 접촉 요소를 그 표면 상에 포함할 수 있고, 전기 접촉 요소에 측정 기구가 전기적으로 연결된다. 측정 기구는 제 1 전기 접촉 요소 및 연마 압반 사이의 커패시턴스(즉 연마 패드의 마주보는 면들 사이의 반대면) 및 제 2 전기 접촉 요소와 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정할 수 있다. 커패시턴스 및 저항의 값은 연마 패드 내의 수분에 의존한다. 연마 패드의 습도가 높을수록, 커패시턴스는 커지고 저항은 작아진다.
본 발명의 따른 연마 디바이스의 장점은 연마 패드 내의 수분이 연마 프로세스 도중에 용이하고 정확하게 측정될 수 있다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연마 디바이스는 상기 연마 패드 상의 복수 개의 위치들 사이에서 상기 수분 센서를 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 수분 센서를 이동시키기 위한 수단은 수분 센서를 연마 패드의 표면을 따라서 이동시키도록 구성된다. 수분 센서를 이동시키기 위한 수단은 암 연마 패드 위에 배치된 수단 및 수분 센서를 암을 따라서 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 암은 바람직하게는 직선형이고, 그 세로축은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은 중심으로부터 연마 패드의 주연부로 연장되는 방식으로 연마 패드 상에 배치되는 것이 바람직하다. 그러면, 수분 센서가 연마 압반이 회전될 때 연마 패드 상의 모든 가능한 위치로 이동될 수 있게 된다. 액츄에이터는 전기 모터일 수 있다. 수분 센서를 이동시키기 위한 수단은 연마 패드에 맞닿게 수분 센서를 홀딩하도록 구성된 시료 홀더일 수 있다. 시료 홀더는, 예를 들어 그 안에서 수분 센서가 자유롭게 이동할 수 있고 클램핑에 의해 고정된 인서트를 포함할 수 있다. 수분 센서는 원격 디바이스, 예컨대 측정 기구 및/또는 스프레이 노즐(들)을 제어하는 제어 유닛과 통신하기 위한 무선 송신기 또는 송수신기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연마 디바이스는 상기 연마 패드 상의 연마 서스펜션을 측정된 커패시턴스 또는 저항의 값에 기반하여 분배하기 위한 수단을 포함한다. 연마 서스펜션은 연마 동작을 향상시키고 연마 프로세스 도중에 과열을 방지한다. 연마 서스펜션은 연마 패드의 습도를 높이고, 냉각 및 윤활하기 위한 물 및/또는 다른 적절한 액체, 예컨대 알코올(예를 들어 에탄올, 글리콜 또는 이소프로필 알코올을 함유한다. 연마 서스펜션은 시료의 표면의 연마를 위한 연마재 입자, 예컨대 다이아몬드, 알루미늄 산화물 또는 콜로이달 실리카를 더 함유할 수 있다. 통상적으로, 연마 서스펜션(즉 슬러리 또는 유체)은 액체(들) 및 연마재(들)의 혼합물이다. 연마 서스펜션을 분배하기 위한 수단은, 예를 들어 연마 패드 상의 위치로 저항의 값이 제 1 임계 값보다 크면, 또는 상기 위치에서 커패시턴스의 값이 제 2 임계 값보다 작으면, 연마 서스펜션을 상기 위치로 분배하도록 구성될 수 있다.
연마 서스펜션을 분배하기 위한 수단은, 연마 패드 상에 배치되는 스프레이 노즐 및 스프레이 노즐을 연마 패드 상의 복수 개의 위치들 사이에서 이동하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단은 연마 패드 상에 배치된 암 및 스프레이 노즐을 암을 따라서 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 암은 바람직하게는 직선형이고, 그 세로축은 연마 패드의 평면에 평행하게 배치된다. 암은 중심으로부터 연마 패드의 주연부로 연장되는 방식으로 연마 패드 상에 배치되는 것이 바람직하다. 그러면, 연마 압반이 회전될 때 연마 패드 상의 모든 가능한 위치로 스프레이 노즐이 이동될 수 있게 된다. 액츄에이터는 전기 모터일 수 있다. 스프레이 노즐을 이동시키기 위한 수단은 스프레이 노즐이 부착되는 시료 홀더일 수 있다.
연마 서스펜션을 분배하기 위한 수단은 연마 서스펜션을 위한 컨테이너를 포함할 수 있다. 컨테이너는 탄성 호스에 의하여 스프레이 노즐에 연결될 수 있다.
연마 서스펜션을 분배하기 위한 수단은 스프레이 노즐 및 액츄에이터를 제어하기 위한 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 프로세서 및 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함할 수 있고, 메모리 및 컴퓨터 프로그램 코드는 프로세서에 의하여, 스프레이 노즐이 적절한 양의 연마 서스펜션을 연마 패드 상의 복수 개의 위치로 분배하게 한다. 각각의 위치로 분배될 연마 서스펜션의 양은 측정된 커패시턴스 또는 저항의 값에 기반하여 결정될 수 있다. 측정된 커패시턴스 또는 저항의 값은 분배될 연마 서스펜션의 양을 결정하기 위하여 미리 정의된 레퍼런스 값 또는 프로파일과 비교될 수 있다. 미리 정의된 레퍼런스 값 또는 프로파일은 연마 패드 내의 소망되는 수분 레벨에 대응한다. 연마 패드 상의 각각의 위치로 분배될 연마 서스펜션의 양은, 예를 들어 5 μl/cm2 미만, 2 μl/cm2 미만 또는 0.5-2 μl/cm2일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연마 디바이스는 수분 센서를 상기 연마 패드의 표면에 대해서 누르기 위한 압축 요소를 포함한다. 압축 요소는 적절한 누름힘으로써 센서가 누름힘에 접촉된 상태를 유지할 수 있게 한다. 압축 요소의 누름힘은 조절가능할 수 있다. 압축 요소는, 예를 들어 스프링일 수 있다. 압축 요소는 적절한 누름힘을 생성하는 데에 있어서 공기압, 중력, 또는 자기적 또는 전자기력을 활용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연마 디바이스는 연마 압반을 냉각시키기 위한 수단을 포함한다. 연마 압반은 연마 압반의 하단측에 물을 분사함으로써 냉각될 수 있다. 연마 디바이스는 냉각수의 미스트가 연마 패드 상으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 스플래시 가드(splash guard)를 포함할 수 있다. 스플래시 가드는, 예를 들어 플라스틱으로 제작될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연마 디바이스는 연마 서스펜션을 연마 패드로부터 기화시키기 위한 수단을 포함한다. 연마 서스펜션은 압축 공기의 스트림으로써 연마 패드 상의 소망되는 위치로 기화될 수 있다.
본 발명 연마 압반에 부착된 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법에도 관련된다. 본 발명의 따른 방법은, 본 발명에 따른 수분 센서의 접촉면을 상기 연마 패드의 표면과 접촉하게 배치하는 단계, 및 제 1 전기 접촉 요소와 연마 압반 사이의 커패시턴스 및/또는 제 2 전기 접촉 요소와 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 따른 방법의 장점은 연마 패드 내의 수분이 용이하고 정확하게 측정될 수 있다는 것이다.
본 명세서에서 제공되는 본 명세서에서 예시적인 실시형태는 첨부된 청구항의 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. "포함한다"는 동사는 본 명세서에서 인용되지 않은 특징의 존재를 배제하지 않는 열린 한정으로서 사용된다. 종속항에 진술되는 특징들은 그렇지 않다고 명백하게 진술되지 않는 한 자유롭게 서로 결합가능하다.
늘 별도로 언급되는 것은 아니라고 하더라도, 본 명세서에 제공된 예시적인 실시형태 및 그들의 장점은 적용가능한 부분에 의해서 본 발명의 따른 수분 센서, 연마 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다,
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다,
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다, 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연마 디바이스를 예시한다.
동일한 레퍼런스 부호가 상이한 실시형태 내의 동일하거나 유사한 컴포넌트에 대해서 사용된다.
도 1은 연마 패드(도 1에는 미도시) 내의 수분을 측정하기 위한 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다. 수분 센서(100)는 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)를 포함하는데, 이들은 수분 센서(100)의 접촉면(105)에서 노출되는 방식으로 원통형 하우징(104) 내에 배치된다. 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)는 서로로부터 전기적으로 격리되고 연마 패드의 전기 속성이 그를 통해서 측정될 수 있는 전기 경로를 제공한다. 측정하기 위하여, 접촉면(105) 및 그 안의 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)는 연마 패드의 표면과 접촉하도록 배치된다. 이러한 측정은 연마 패드 내의 수분의 함수로서 변하는 물리량을 측정하는 것에 기반한다.
수분 센서(100)는 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)를 측정 기구(도 1에는 미도시)에 전기적으로 연결시키기 위한 다선 케이블(106)을 포함한다. 측정 기구는 연마 패드의 표면과 접촉할 때에 전기 접촉 요소(101) 및 연마 패드가 부착된 연마 압반(도 1에는 미도시) 사이의 커패시턴스, 및/또는 전기 접촉 요소들(102 및 103) 사이의 저항을 측정하도록 구성될 수 있다.
도 1에서, 전기 접촉 요소(101)는 실린더이고, 전기 접촉 요소(102 및 103)는 중공 실린더이다. 전기 접촉 요소(102 및 103)는 전기 접촉 요소(101) 주위에 동심 배치된다. 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)는 그들의 축들이 접촉면(105)의 평면에 수직이 되도록 수분 센서(100) 내에 배치된다.
도 2는 연마 패드(도 2에는 미도시) 내의 수분을 측정하기 위한 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다. 도 2의 수분 센서는 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)가 다르다는 점에서 도 1의 수분 센서와 다르다. 도 2에서, 전기 접촉 요소(101)는 원형 평판이고, 이것은 전기 접촉 요소(102 및 103)가 그 안에 배치되는 원형 개구를 가진다. 전기 접촉 요소(101)는 원형 평판의 일측이 접촉면(105)에서 노출되고 원형 평판의 평면이 접촉면(105)의 평면과 평행하게 되는 방식으로 수분 센서(100) 내에 배치된다. 전기 접촉 요소(102 및 103)는 실린더이다.
도 3은 연마 패드(도 3에는 미도시) 내의 수분을 측정하기 위한 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다. 도 3의 수분 센서는 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)가 다르다는 점에서 도 1의 수분 센서와 다르다. 도 3에서, 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)는 롤을 형성하도록 포개져서 권취된 금속 시트이고, 금속 시트 각각은 전기 절연성 시트들(도 3에는 미도시) 사이에 배치된다. 롤은 롤의 일단부가 접촉면(105)에서 노출되는 방식으로 수분 센서(100) 내에 배치된다. 롤의 축은 접촉면(105)의 평면에 수직이다.
도 4는 연마 패드(도 4에는 미도시) 내의 수분을 측정하기 위한 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 수분 센서를 예시한다. 도 4의 수분 센서는, 수분 센서(100)가 두 개의 추가적 전기 접촉 요소(401 및 402)를 포함한다는 점에서 도 3의 수분 센서와 다르다. 전기 접촉 요소(401)는 중공 실린더이고 롤 주위에 동심 배치된다. 전기 접촉 요소(402)는 전기 접촉 요소(401) 주위에 동심 배치된 중공 실린더이다. 전기 접촉 요소(401 및 402)는 서로 전기적으로 격리된다. 측정 기구(도 4에는 미도시)는 전기 접촉 요소(401 및 402)가 연마 패드의 표면과 접촉할 때에 이들 사이의 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 전기 접촉 요소(401 및 402)는 그들의 축들이 접촉면(105)의 평면에 수직이 되도록 수분 센서(100) 내에 배치된다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연마 디바이스를 예시한다. 연마 디바이스는 액츄에이터(502)로써 축 중심으로 회전될 수 있는 연마 압반(501)을 포함한다. 연마 패드(503)는 연마 압반(501)에 부착된다. 연마 패드(503)는 시료 홀더(505)에 의하여 연마 패드(503)에 맞닿게 홀딩된 연마 시료(504)에 대해서 사용된다. 시료 홀더(505)는 연마 압반(501)의 회전 축에 평행한 축 중심으로, 액츄에이터(506)에 의해서 회전될 수 있다. 연마 압반(501) 및 시료 홀더(505)가 회전될 때에, 연마 패드(503)는 시료(504)를 연마한다.
연마 디바이스는 연마 패드(503) 내의 수분을 검출하기 위한, 도 1에 따른 수분 센서를 포함한다. 수분 센서(100)는 연마 패드(503)의 표면과 접촉하게 배치되는 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)를 포함한다. 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)는 다선 케이블(106)을 통해서 측정 기구(507)에 전기적으로 연결된다. 측정 기구(507)는 전기 접촉 요소들(102 및 103) 사이의 저항, 및 전기 접촉 요소(101) 및 연마 압반(501) 사이, 즉 연마 패드(503)의 마주보는 면들 사이의 커패시턴스를 측정할 수 있다. 전기 접촉 요소들(102 및 103) 사이의 저항, 및 전기 접촉 요소(101) 및 연마 압반(501) 사이의 커패시턴스는 연마 패드(503) 상의 측정 위치 내의 수분을 표시한다.
수분 센서(100)는 연마 패드(503) 상에 위치된 암(509)에 막대(508)에 의해서 부착된다. 암(509)은 중심으로부터 연마 패드(503)의 주위로 연장된다. 수분 센서(100)는 액츄에이터(510)에 의하여 암(509)을 따라서 이동될 수 있어서, 수분 센서(100)를 연마 패드(503) 상의 상이한 위치들 사이에서 이동할 수 있게 한다. 막대(508)에는 수분 센서(100)를 연마 패드(503)의 표면에 누르기 위한 스프링(511)이 제공된다. 스프링(511)은 전기 접촉 요소(101, 102 및 103)가 적절한 누름힘으로 연마 패드(503)의 표면과 접촉되게 유지할 수 있다.
연마 디바이스는 연마 서스펜션을 연마 패드(503) 상에 분배하기 위한 스프레이 노즐(512)을 포함한다. 스프레이 노즐(512)은 연마 패드(503) 위에 위치된 암(513)에 부착된다. 암(513)은 중심으로부터 연마 패드(503)의 주위로 연장된다. 스프레이 노즐(512)은 액츄에이터(514)에 의하여 암(513)을 따라서 이동될 수 있어서, 스프레이 노즐(512)을 연마 패드(503) 상의 상이한 위치들 사이에서 이동할 수 있게 한다.
연마 서스펜션은 컨테이너(515) 내에 저장되고, 그로부터 연마 서스펜션은 탄성 호스(516)를 통해서 스프레이 노즐(512)로 이송되어 연마 패드(503) 상에 분배된다. 연마 디바이스는 연마 서스펜션의 분배를 제어하기 위한 제어 유닛(517)을 포함한다. 제어 유닛(517)은 적절한 양의 연마 서스펜션을 연마 패드(503) 상의 소망되는 위치에 분배하도록 스프레이 노즐(512)을 제어한다. 각각의 위치로 분배될 연마 서스펜션의 양은 각각의 위치 상의 결정된 수분 또는 마찰에 기반하여 결정된다.
본 발명의 유리한 예시적 실시형태만이 도면에 기술된다. 본 발명이 앞서 제공된 예로 한정되지 않고, 본 발명이 지금부터 제공되는 청구항의 한정 내에서 변동할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 본 발명의 일부 가능한 실시형태들은 종속항에 기술되고, 이들은 이와 같은 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것으로 여겨지지 않는다.

Claims (14)

  1. 연마 패드와 접촉하기 위한 접촉면을 포함하는 수분 센서로서,
    서로 전기적으로 격리된 제 1, 제 2 및 제 3 전기 접촉 요소를 포함하고,
    상기 전기 접촉 요소들은 상기 접촉면에서 노출되도록 상기 수분 센서 내에 배치된, 수분 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접촉 요소는 실린더이고,
    상기 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소는 상기 제 1 전기 접촉 요소 주위에 동심 배치된 중공 실린더인, 수분 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접촉 요소의 직경은 50 mm 미만이고,
    상기 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소의 벽 두께는 10 mm 미만인, 수분 센서.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접촉 요소의 벽과 상기 제 2 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 갭은 10 mm 미만이고,
    상기 제 2 전기 접촉 요소의 외벽과 상기 제 3 전기 접촉 요소의 내벽 사이의 갭은 10 mm 미만인, 수분 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접촉 요소는, 상기 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소가 내부에 배치된 개구를 가지는 평판인, 수분 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접촉 요소, 제 2 전기 접촉 요소 및 제 3 전기 접촉 요소는 롤을 형성하도록 포개져서 권취된 금속 시트이고,
    상기 금속 시트들 각각은 전기 절연성 시트들 사이에 배치된, 수분 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 시트의 두께는 1 mm 미만이고,
    상기 전기 절연성 시트의 두께는 1 mm 미만인, 수분 센서.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 수분 센서는,
    상기 롤 주위에 동심 배치된 중공 실린더인 제 4 전기 접촉 요소, 및
    상기 제 4 전기 접촉 요소 주위에 동심 배치된 중공 실린더인 제 5 전기 접촉 요소를 포함하고,
    상기 제 4 전기 접촉 요소 및 제 5 전기 접촉 요소는 서로 전기적으로 격리된, 수분 센서.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉면은 평면형인, 수분 센서.
  10. 축 중심으로 회전가능한 연마 압반(polishing platen), 및 시료를 연마하기 위하여 상기 연마 압반에 부착된 연마 패드를 포함하는 연마 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 수분 센서 - 상기 수분 센서의 접촉면은 상기 연마 패드의 표면과 접촉하도록 배치됨 -, 및
    제 1 전기 접촉 요소와 연마 압반 사이의 커패시턴스 및 제 2 전기 접촉 요소와 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 연마 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마 디바이스는 상기 연마 패드 상의 복수 개의 위치들 사이에서 상기 수분 센서를 이동시키기 위한 수단을 포함하는, 연마 디바이스.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 연마 디바이스는 연마 서스펜션을 측정된 커패시턴스 또는 저항의 값에 기반하여 상기 연마 패드 상에 분배하기 위한 수단을 포함하는, 연마 디바이스.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 디바이스는 상기 수분 센서를 상기 연마 패드의 표면에 대해서 누르기 위한 압축 요소를 포함하는, 연마 디바이스.
  14. 연마 압반에 부착된 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 수분 센서의 접촉면을 상기 연마 패드의 표면과 접촉하게 배치하는 단계, 및
    제 1 전기 접촉 요소와 연마 압반 사이의 커패시턴스 및/또는 제 2 전기 접촉 요소와 제 3 전기 접촉 요소 사이의 저항을 측정하는 단계를 포함하는, 연마 패드 내의 수분을 측정하기 위한 방법.
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