KR19980041863A - 원자력 마이크로스코피를 사용하여 전기 파형을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

반복적인 테스트 패턴이 인가되는 IC 디바이스 내에서의 파형 샘플링은 a) 관심의 특징이 들어 있는 테스트 신호의 일부를 한정하는 단계 ; b) 테스트 신호 패턴의 일련이 연속적 반복하는 동안 상기 일부 사이에 소정의 지점에서 IC 디바이스의 표면에 인접한 AFM 디바이스에 샘플링 신호 (관심의 특징보다 실질적으로 더 짧은 지속 기간을 가짐)를 인가하는 단계 ; c) 상기 샘플링 신호의 인가시 AFM 디바이스에서 캔틸레버의 편향을 측정하는 단계 ; d) 측정된 캔틸레버의 편향으로부터 소정의 지점에서 전압을 결정하는 단계를 상기 단계들읕 통합 및 표시된 측정장치들과 관심의 부분내의 몇몇 지점들에서 적용될 수 있다.

Description

원자력 마이크로스코피를 사용하여 전기 파형을 측정하는 방법 및 장치

발명의 분야

본 발명은 IC 내의 주어진 위치에서 파형을 샘플링하도록 원자력 마이크로스코피(microscopy)를 사용하여 IC 디바이스에서 전기 파형으로 측정치가 이루어질 수 있는 기술을 제공한다.

발명의 배경

주기적인 전기 파형을 측정하기 위한 원자력 마이크로스코피의 사용은 앞서 미국 특허 제 5,381,101 및 제 5,488,305 호에서 제시되었다. 상기 '101 및 305'특허 (봉원에 참고로 반영됨)는 위와 같은 측정을 하는데 사용될 수 있는 시스템을 기술하고 있다. 이 시스템은 도 1에 도시되어 있으며 종래의 X-Y 스테이지(12)에 접속된 시스템 제어기(10) 및 캔틸레버 위치 검출 광학기기(14)를 포함한다. 제어기(10)는 X-Y 스테이지(12)에 위치 제어 정보를 제공할 수 있는 전용 컴퓨터 또는 마이크로프로세서를 사용하여 구현되는 것이 전형적이다. 스테이지(12)는 상업적으로 이용가능한 스캐닝 프로브 마이크로스코피의 캔틸레버된 팁(18)에 관련한 소기의 위치로 시험중 IC 샘플(DUT ; 16)을 번역한다. 팁(18)은 전계에 의해 팁(18)과 샘플(16) 사이에서 변위될 수 있는 캔틸레버(20)에 연결된다. 팁은 알루미늄과 같은 도전성 재료로 이루어질 수 있거나 또는 도전성 재료로 피복될 수 있다. 변형적으로, 팁(18)은 캔틸레버(20)와 일체식으로 형성될 수 있다. 검출 광학기기(22)는 샘플(16)의 표면에 관련한 팁(18)의 변위를 나타내는 검출 신호를 제공한다. 검출 광학기기(22)는 접속된 광학기기 빔으로 캔틸레버(20)를 조명하는 레이저 소스(24)를 포함한다. 이 빔의 일부는 캔틸레버에 의해 반사되고 종래의 위치 검출기(26)에 충돌한다. 그리고 나서 검출기(26)에 의해 발생된 결과적인 신호는 파형을 표시하는데 사용될 수 있다.

사용시, 반복 테스트 신호는 DUT에 인가되고 DUT의 표면에서 반복 주파수(f)를 지니는 주기적 전기 파형으로 나타난다. 펄스 발생기(28)는 샘플링 신호를 캔틸레버와 팁에 인가하는데 사용된다. 샘플링 신호는 차 주파수(△f)에 의해 반복 주파수(f)로부터 오프셋되는 주파수를 갖도록 선택되며, 이차 주파수는 캔틸레버의 기계적 응답 주파수 보다 낮도록 선택되는데, 예컨대 샘플링 신호는 f+△f의 주파수를 갖는다. 주기적 샘플 파형 및 샘플링 신호로 인한 팁과 DUT 사이의 캡의 양단 전압은 이 모드에서 기계적 혼합기로 작용하는 캔틸레버의 편향을 초래하며 캔틸레버의 편향을 검출하여 파형이 샘플링 및 표시되도록 한다.

도 2는 시영역으로 나타낸 상기 선행기술의 시스템의 동작에 관한 신호들을 보여준다. 샘플링 신호(Vp)는 f+△f의 주파수(주기 1/(f+△f))를 갖는다. 결과적으로, 샘플링 신호(Vp)는 주기적 파형(Vs)을 통해 점진적으로 샘플링 하며, 각 샘플링 지점에서의 팁 편향은 이 지점에서 주기적 파형으로 전압을 나타낸다. 이 편향은 시간 연장 파형(TE)으로서 오실로스코프상에 직접 표시된다.

선행기술의 방법이 구현하기에 비교적 쉽고 캔틸레버 변위가 오실로스코프상에 표시될 수 있는 시간 연장 파형을 직접 제공하는 반면, 이는, 임의 주파수의 신호가 샘플링되고 불량한 잡은 성능은 갖는 경우 각 지점에 기초한 신호를 평균화할 수 없기 때문에 비교적 불변적이다. 또한, 혼합 주파수의 사용은 완전한 파형을 샘플링하는 것이 가능하다는 것만을 의미한다. IC 테스트 패턴이 매우 긴 경우, 관심의 특징이 일어나는 파형의 일부만을 샘플링하는 것이 종종 바람직하다.

선행기술의 공정에 대한 변형은 1995년 스탠포드 대학의 Francis Ho에 의해 Applications of Scanning Force Microscopy for Voltage Measurements with High Spatial and Temporal Resolutions의 PhD 논문에서 기술되어 있다. 이 경우, 파형의 일부만이 샘플링된다. 샘플링 신호는 관심의 부분이 시작될 때까지 인가되지 않고 전과같이 동일한 방식으로 연속 반복적으로 상기 부분을 통해서 소인된다. 한 형태에서 단일 소인이 이행되고, 또다른 형태에서는 몇 개의 소인이 이행되며 결과들은 신호-잡음 비율을 향상시키도록 통합된다. AFM 측정에 사용 가능한 기타 다른 선행기술은 Golay 코드를 사용하여 샘플링하고 진공에서 샘프링한다.

본 발명의 목적은 원자력 마이크로스코피를 사용하여 파형 샘프링을 개선시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 선행기술인 파형 측정 시스템의 개략도.

도 2는 시영역(T)에서 파형, 샘플링 신호 및 팁(tip) 편향 크기(V)의 개요.

도 3은 본 발명에 따른 시스템의 개략도; 및

도 4는 본 발명에 따른 방법으로 시영역에서 파형과 샘플링 신호의 배치를 보여주는 도면.

본 발명의 한 실시태양은, 반복적인 테스트 패턴이 가해지는 IC 디바이스에서 파형을 샘플링하는 방법에 있어서, a) 관심의 특징이 들어 있는 테스트 신호의 일부를 한정하는 단계 ; b) 테스트 신호 패턴의 일련이 연속적 반복하는 동안 상기 일부 사이에 소정의 지점에서 IC 디바이스의 표면에 인접한 AFM 디바이스에 샘플링 신호 (관심의 특징보다 실질적으로 더 짧은 지속 기간을 가짐)를 인가하는 단계 ; c) 상기 샘플링 신호의 인가시 AFM 디바이스에서 캔틸레버의 편향을 측정하는 단계 ; d) 측정된 캔틸레버의 편향으로부터 소정의 지점에서 전압을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또다른 실시태양은, 반복적인 테스트 신호 패턴이 인가되는 IC 디바이스에서 파형을 측정하는 장치에 있어서, (a) IC 디바이스의 표면 부근에 위치 결정 가능한 캔틸레버를 포함하는 원자력 마이크로스코프(AFM) 디바이스 ; (b) 테스트 신호 패턴의 일련의 연속적 반복하는 동안 관심의 특징을 포함하는 테스트 신호의 소정 부분사이의 소정의 지점에서 샘플링 신호를 발생시키고 이를 AFM 디바이스에 인가하는 샘플링 신호 발생기로서, 상기 샘플링 신호는 관심의 특징보다 실질적으로 더 짧은 지속기간을 갖는 샘플링 신호 발생기 ; (c) 상기 샘플링 신호의 인가시 캔틸레버의 편향을 검출하는 캔틸레버 편향 센서 ; 및 (d) 상기 캔틸레버의 편향을 분석하고 그 지점에서 파형으로 전압을 결정하는 분석기를 포함하는 파형 측정 장치를 제공한다.

전형적인 장치에서, 테스트 신호 패턴의 총 길이를 자체적으로 어떤 구조를 포함하는 패턴에서 관심의 특징과 비교하여 비교적 길 것이다. 따라서 샘플링 신호가 관심의 특징보다 더 짧은 지속기간을 갖고 테스트 신호 패턴보다 상당히 짧은 가속기간을 갖는 것이 필수적이다. 예를 들면, 테스트 신호 패턴은 5㎲의 지속기간을 가질 수 있고, 관심의 특징은 100㎱의 윈도에 놓일 수 있으며 샘플링 신호는 1ns의 지속기간을 가질 수 있다. 테스트 신호 패턴의 시작으로부터 시간 지연을 적절히 사용함으로써, 샘플링 신호는 임의의 지점에서 인가될 수 있으며 패턴은 소정의 시간 간격 또는 다중화에 의해 심플링 신호에 인가된 시간 지연을 변화시켜 지속기간의 일부 동안에 샘플링 될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 시스템을 보여준다. DUT(100)는 (San Jose 시의 Schlumberger Technologies, Inc.로부터 입수가능한 ITS 9000 GX와 같은) 디바이스 테스터(120)에 연결된 테스트 헤드(110) 내에 배치된다. 테스터(120)는, DUT(120)는, DUT의 표면에서 파형(Vs)으로 나타나며 본 발명에 따라 측정되는 반복적인 테스트 신호 패턴을 DUT(100)에 제공한다. 테스트 헤드(110)는 캔틸레버 편향 센서를 포함하는 (Park Scientific Instruments에 의해 제작된 Autoprobe 마이크로스코프와 같은) 캔틸레버된 프로브 디바이스(140)와 함께 종래의 전자빔 테스터의 방식으로 챔버(130) 내에 배치되고, CCD 카메라(150)는 DUT(100) 및 프로브 디바이스(140)를 이미징할 수 있도록 줌 기능이 제공된 조악한 X-T 스테이지(160) 상에 장착된다. AFM 서브시스템(170)은 프로브 디바이스(140) 및 카메라(160)은 동작을 제어한다. 이 서브시스템은 AFM 제어 유닛(CU)과 인터페이스 접속된 컴퓨터 PC, 신호 처리 장치(SP) 및 시간축 장치(TB)를 포함한다. 이 서브시스템은 팬(P)과 줌(Z) 제어를 카메라(160)에 제공하고 카메라로부터 비디오 출력(V)을 수신한다. 시간축 장치(TB)는 테스터(120)로부터 트리거 신호(T) (예컨대, 각 패턴의 시작시 시기준 신호)를 수신하고 트리거 및 펄스 신호(Vp)를 프로브 디바이스(150)에 그리고 이 프로브 디바이스(150)로부터 캔틸레버 편향을 나타내는 신호 (결과적으로는 샘플 지점에서의 파형 전압(Vs))를 또한 수신하는 신호 처리 장치(SP)에 제공한다. 워크스테이션(WS)은 사용자가 시스템을 제어할 수 있도록 제공되고 측정치를 표시 및 분석한다. 적당한 워크스테이션의 한 실례는 유닉스 운영 체제를 이행하고 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 갖는 Sun Microsystems에 의해 제작된 것이다. 이 워크스테이션은 시각축 장치와 신호 처리장치로부터 Sbus를 통해 시간축 및 파형 데이타를 그리고 프레임 그래버(Frame grabber ; FG)를 통해 비디오를 표시할 수 있으며 이서넷 링크(Ethernet link ; EN)-컴퓨터를 통한 AFM 서브시스템의 사용자 레벨 제어 및 RS 232 시리얼 인터페이스를 통한 팬 및 줌 제어를 허용한다. 이 워크스테이션은 DUT의 설계와 관련한 CAD 데이타를 또한 제공 및 표시하여 DUT 내의 특정 트레이스상에서의 신뢰성 있는 파형측정을 할 수 있도록 프로브 디바이스(150)를 위치 결정하는데 도움을 줄 수 있다.

본 발명은, 주파수(f+△f)를 갖는 샘플링 신호를 인가하는 대신 짧은 지속기간의 샘플링 신호가 테스트 패턴의 시작으로부터 소정의 시간 지연시에 인가된다는 점에서 선행기술의 시스템과 구별된다. 따라서 샘플링 신호는 많은 반복을 거쳐 패턴내의 동일한 지점을 샘플링할 수 있으며, 패턴내의 관심의 특징에 대한 전체 영역을 샘플링하기 위해 시간 증가(△t)는 때때로 패턴내의 샘플링 신호의 위치를 변화시키도록 초래된다. 설정된 시간 증가는 관심의 특징을 통해 샘플링 신호를 점진적으로 보내기 위해 초래될 수 있다. 변형적으로, 이 시간 증가는 관심의 특징의 임의적 또는 비순차적 샘플링을 효과적으로 제공하기 위해 주어진 시간 오프셋에 대한 가변적인 임의의 배수일 수 있다. 이 방법은 표면 충전을 감소시키는 이점이 있음으로 이 결과로 인해 전압 측정에서 오차를 최소화한다. 파형 샘플링에 대한 이러한 방법은 전자빔 테스터를 사용하여 파형 샘플링에 적용되어 왔으며 미국 특허 출원 제 08/488,650 호(본원에 참고로 반영됨)에서 보다 상세하게 설명되어 있다. AFM을 사용하여 구현되는 경우, 에러를 해결하기 위해 캔틸레버가 측정간에 안정화되는 것이 필수적이다.

AFM 디바이스의 캔틸레버는 테스트에서 신호의 지속기간과 비교하여 비교적 긴 시간 응답을 갖는다. 캔틸레버의 시간 지연이 테스터의 응답에 지나치게 영향을 미치지 않게하기 위해, 시간 지연의 변환은 캔틸레버의 응답시간 보다 짧은 주기에서 이루어지지 않아야 한다.

따라서 각 시간 지연 동안, 몇 개의 샘플링 신호 측정을 하는 것이 정상적이다.

본 발명의 구션에 대한 특정 실시예는 도 4에서 개략적으로 도시되고 아래의 표에 주어져 있다.

주어진 시간 지연동안 각 지점의 10-100배를 샘플링함으로써 샘플링 신호가 테스트 신호 패턴의 반복 주파수와 동일한 주파수로 인가된다는 것을 이해할 것이다. 이는 선행기술의 혼합 주파수 방법과 대조된다.

내용 없음.

Claims (18)

1. 반복적인 테스트 패턴이 인가되는 IC 디바이스에서 파형을 샘플링하는 방법에 있어서,

   a) 관심의 특징이 들어 있는 테스트 신호의 일부를 한정하는 단계 ;

   b) 테스트 신호 패턴의 일련이 연속적 반복하는 동안 상기 일부 사이에 소정의 지점에서 IC 디바이스의 표면에 인접한 AFM 디바이스에 샘플링 신호 (관심의 특징보다 실질적으로 더 짧은 지속 기간을 가짐)를 인가하는 단계 ;

   c) 상기 샘플링 신호의 인가시 AFM 디바이스에서 캔틸레버의 편향을 측정하는 단계 ;

   d) 측정된 캔틸레버의 편향으로부터 소정의 지점에서 전압을 결정하는 단계

   를 포함하는 파형 샘플링 방법.
2. 제 1항에 있어서, 부가적인 일련의 반복중에 테스트 신호의 일부내의 기타 다른 소정의 지점들에 대하여 반복단계 b), c) 및 d)를 부가적으로 포함하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 지점들은 소정의 시간 간격에 의해 분리되는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 각각의 연속적인 일련의 반복에 대하여 상기 시간 간격 만큼 상기 지점을 전진시키는 단계를 포함하는 방법.
5. 제 3항에 있어서, 각각의 연속적인 일련의 반복에 대하여 상기 시간의 비연속적 배수 만큼 상기 지점을 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 각각의 연속은 테스트 신호의 약 10 내지 100번의 반복을 포함하는 방법.
7. 제 3항에 있어서, 상기 샘플링 신호는 1ns의 펄스폭을 지니며 상기 시간 간격은 200ps 인 방법.
8. 제 1항에 있어서, 각 지점에 대한 복수 전압 결정을 통합하여 결과적인 통합 전압을 표시하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
9. 반복적인 테스트 신호 패턴이 인가되는 IC 디바이스에서 파형을 측정하는 장치에 있어서,

   (a) IC 디바이스의 표면 부근에 위치 결정 가능한 캔틸레버를 포함하는 원자력 마이크로스코프(AFM) 디바이스 ;

   (b) 테스트 신호 패턴의 일련의 연속적 반복하는 동안 관심의 특징을 포함하는 테스트 신호의 소정 부분사이의 소정의 지점에서 샘플링 신호를 발생시키고 이를 AFM 디바이스에 인가하는 샘플링 신호 발생기로서, 상기 샘플링 신호는 관심의 특징보다 실질적으로 더 짧은 지속기간을 갖는 샘플링 신호 발생기 ;

   (c) 상기 샘플링 신호의 인가시 캔틸레버의 편향을 검출하는 캔틸레버 편향 센서 ; 및

   (d) 상기 캔틸레버의 편향을 분석하고 그 지점에서 파형으로 전압을 결정하는 분석기를 포함하는 파형 측정 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 샘플링 신호 발생기는 테스트 신호의 부가적인 일련의 반복동안 서로 다른 지점들에서 샘플링 신호를 인가하는 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 서로 다른 지점들은 소정의 시간 간격만큼 분리되는 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 샘플링 신호 발생기는 테스트 패턴의 연속적인 일련의 반복에 대하여 한 시간 간격만큼 상기 지점을 전진시키는 장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 샘플링 신호 발생기는 시간 간격의 비순차적 배수만큼 상기 지점을 변화시키는 장치.
14. 제 10항에 있어서, 상기 샘플링 신호 발생기는 각각의 연속에서 테스트 신호의 약 10 내지 100번의 반복에 대하여 샘플링 신호를 인가하는 장치.
15. 제 11항에 있어서, 상기 샘플링 신호는 약 1ns의 지속기간을 지니며 상기 시간 간격은 200ps인 장치.
16. 제 9항에 있어서, 테스트 신호 패턴의 시작시 신호를 검출하는 트리거 신호 검출기를 부가적으로 포함하는 장치.
17. 제 9항에 있어서, IC 디바이스상의 소정의 위치에서 AFM 디바이스를 위치 결정하도록 IC 디바이스와 AFM 디바이스를 함께 이미징하는 카메라를 부가적으로 포함하는 장치.
18. 제 9항에 있어서, 전압, 파형 및 신호 데이타를 표시하는 표시장치를 부가적으로 포함하는 장치.