KR20010040144A - 전하측정장치 - Google Patents

Abstract

정전하측정장치는, 전도판, 전압원, 전도판을 전압원 또는 접지전위에 연결하는 제1스위치, 전도판에 배치되며 시료소자가 놓여지는 절연체박막, 전도판과 평행하게 배치된 전도성 접지판, 절연체재료를 통해 접지판에 고정되어 시료소자의 표면으로부터 시료소자에 유도된 정전하를 픽업하는 전도성 탐침, 접지판에 연결된 제1전극을 갖고 정전하의 량을 나타내는 쿨롱미터, 및 탐침을 쿨롱미터의 제2전극 또는 접지판에 연결하는 제2스위치를 포함한다.

Description

전하측정장치{Apparatus for measuring electric charge}

본 발명은 정전하를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체장치에 생긴 정전하를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

반도체장치는, 통상, 복수개의 반도체장치들을 실리콘(Si) 또는 갈륨비소(gallium arsenide, GaAs)로 된 기판 상에 형성하며, 기판을 다이싱(dicing)공정에 의해 개개의 반도체장치들(각각은 '다이' 라고 칭함)로 톱질하거나 기계화하며, 다이를 패키지에 탑재하고 다이 상에 형성된 전극들을 금전선들을 사용하여 외부리드들에 연결하고, 최종적으로 패키지를 예를 들어 수지로 밀봉하여 제조절차를 완료함으로써 제조된다.

반도체장치들에서 불량들은, 반도체장치들을 기판 상에 형성하는 공정들에서의 실패들, 예를 들면, 설계된 치수의 패턴을 형성하는 포토리소그래피의 실패, 및 상부배선층 및 하부배선층을 연결하도록 절연층을 통해 관통되는 접촉홀의 관통실패로 인해 생기게 되었다.

최근, 반도체장치의 치수를 줄이려는 경향이 반도체장치의 정전기로 인한 열화된 내성(immunity)을 초래하였다. 그 결과, 전술한 바와 같은 결점이 있는 공정들에 기인한 불량들 이외에 정전기에 기인한 불량들이 증가되어 왔다.

본 발명가들은 불량들의 근원을 추적하기 위해 정전하를 측정하기 위한 장치를 일본특허공보 제2908240호에서 개시하였다.

그 측정장치는 이하 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 인용문헌에서 설명된 장치의 개략도이다. 알려진 유전상수의 유전체물질(4)이 금속막대(14)를 둘러싼다. 접지된 금속판(15)은 유전체물질(4)을 덮는다.

측정하려는 대상 및 유전체물질(4) 간에 배열된 배선은, 상대위치가 바뀌지 않도록 유전체물질(4)에 대하여 위치고정되어, 측정된 값들이 배선의 변형으로 인해 변화되지 않도록 방지한다. 금속판(15)이 외부전자파로부터 금속막대(14)를 차폐하므로, 정전하의 측정이 전자기유도로부터 보호된다. 또, 유전체물질(4)은 측정하려는 전하가 전도되는 경로를 따라 분포된 용량을 이루도록 구성된다. 유전체물질(4)의 이 구성은 분포된 커패시터가 측정하려는 대상의 가까이에서부터 연속적으로 지연되면서 충전되게 하여, 대상(1)의 고전압이 순간적으로 전압계(5)에 인가되는 것이 방지된다. 이런 식으로, 측정하려는 정전하가 전압계(5)를 통해 접지로 누설되는 것이 방지된다.

도 2는 전술한 측정장치가 LSI의 제조공정에 적용되는 예를 나타낸다.

이 예에서, 도 2a에 보여진 것처럼, LSI(16)가 비스듬한 금속레일(17)상에서 미끄러져 위에서 아래로 이동될 때, 움직임마찰에 기인하여 리드단자에 발생되었던 정전하가 측정되었다.

그런 운반시스템은 LSI를 제조하는 공정단계에서 종종 채용되어 왔다. 측정은 다음 두 절차들인 예비절차 및 측정절차에 의해 수행된다. 예비절차는, 도 1에 보여진 것처럼, 측정장치의 가장 바깥쪽에 배치된 금속판(15)을 접지전위에 연결하며; 내부금속막대(14)의 상단 및 접지전위 간에 전압계(5)를 연결하고; 금속막대(14), 금속판(15) 및 유전체물질(4)로 구성된 커패시터를 금속막대(14) 및 금속판(15)을 단락시켜서 충분히 방전시킴으로써 수행된다.

다음, 측정절차가, 도 2b의 전개확대도에 보여진 것처럼, 금속막대(14)의 뾰족한 하단을 금속레인(17) 위를 미끄러져 내려가는 LSI(16)의 리드단자(18)와 접촉시키며; 전압계(5)로 나타낸 값을 관측하고, 식 Q=CV로부터 움직임마찰에 기인한 전하를 산출함으로써 수행된다.

최근, 반도체집적회로들(DRAM, 프로세서 및 CCD) 및 하드디스크에서 자기데이타를 읽어내는 MR헤드(magneto-resistive head)와 같은 반도체장치를 소형화하려는 경향이 급격히 진전되었다.

반도체장치들의 소형화는, 반도체장치가 제조되고 조립되어 실제로 사용되는 동안 반도체장치에 발생된 정전하에 높은 자화율(susceptibility)을 수반한다. 이 때문에, 장치를 전하에 기인한 문제들로부터 보호하기 위하여 반도체장치에 생긴 정전하를 측정하기 위한 기법을 긴급히 개선할 필요가 있다.

쿨롱미터를 채용하는 종래의 측정장치가 측정하게 되는 시료 상에 외부로부터 충전된 정전하의 측정에 유용하였던 반면, 반도체장치 내에 유도된 정전하를 측정하는 것은 어려웠다.

그러나, 정전하가 제품에 유도되는 제조라인에는 많은 공정단계들, 예를 들면, 노즐에 의한 흡착단계 및 반도체장치를 기판에 탑재하는 단계가 있다. 종래의 측정장치는 외부, 예를 들면, 대전된 인체로부터 제품상에 충전된 전하를 측정할 수 없으므로, 부닥치는 문제는 아마도 제품 내에 유도된 전하에 의해 야기되는 제품결함의 근원을 추적할 수 없다는 것이었다. 그 결과, 제조라인에서 충전된 정전하로부터 발생하는 불량들을 제거하는 것이 불가능하였다.

전술한 문제점의 배경은, 1997년 이후 첨단기술들에서, 전자장치 뿐 아니라 고저장밀도의 하드디스크, 고선명의 화상을 현시하기 위한 액정디스플레이 및 플라즈마디스플레이와 같은 제품들은 정전하에 의한 문제들을 겪었고, 그런 문제들은 제조라인 뿐 아니라 조립라인에서 매우 흔히 발생한다는 데 있다.

예를 들면, 대규모 집적회로의 배선규칙은 지금 0.25㎛ 이하로 감소되고 있고, 2000년에는 아마 0.18㎛에 도달할 것이다. 또, 화상CCD의 각 화소의 면적은 화상의 세밀화를 향상시키기 위해 소형화되어 왔다.

한편, 하드디스크의 저장밀도가 5∼15 GBit/inchi²만큼 높이 상승되었고, 이는 읽기 및/또는 쓰기를 위한 소형화된 헤드를 실현가능하게 하였다.

액정디스플레이(LCD)의 분야에서도, 해상도의 향상은 디스플레이화소의 소형화를 통해 진전되었다. 디지털방송이 본격화되고 하이비젼TV가 가까운 미래에 보급되면, 플라즈마디스플레이와 같은 화상디스플레이의 화소들은 정전하에 대한 자화율(susceptibleness)을 수반하면서 소형화하게 될 것이다.

소형화된 반도체장치에 영향을 미치는 정전기의 최소량은 전술한 종래의 측정장치의 범위 내에 속하지 않는다. 그러므로, 측정장치의 개선이 요구된다.

일본, 미국 및 유럽에서 뿐 아니라 제조거점들이 옮겨간 동남아시아에서, 제조라인들 및 시장들에서의 정전기로 인해 발생되는 문제들이 급속히 연속하여 발생하여 왔다. 그러므로, 이 문제들을 해결하는 것이 조속히 요구된다. 이 때문에, 정전하의 측정에 개선된 정밀성 및 단순화를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 종래의 방법이 외부로부터 충전된 정전하만을 측정할 수 있음에 반하여, 시험시료 내에서 유도된 정전하를 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 구체적으로는 정전하를 유도하는 근원을 추적함으로써 제조라인에 유도된 정전하로 인한 문제들을 제거하기 위한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 정전하의 유도가 일어나기 쉬운 노즐에 의한 흡착과 같은 공정단계에 관계가 있다.

도 1은 종래의 정전하측정장치의 개략도;

도 2는 종래의 측정장치가 LSI의 제조공정에 적용되는 예를 나타내고;

도 3은 본 발명에 따른 필드유도된(field-induced) 전하미터의 개략도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전도판 2 : 검류계

3 : 표면접지판 4 : 절연막

5 : 절연체박막 7 : 탐침

8 : 시료소자 10 : 전압원

14 : 쿨롱미터 S1, S2 : 스위치

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 정전하측정장치는, 전도판; 전압원; 전도판을 전압원 또는 접지전위에 연결하는 제1스위치; 전도판에 배치되어 시료소자가 놓여지는 절연체박막; 전도판과 평행하게 배치된 전도성 접지판; 절연체재료를 통해 접지판에 고정되어 시료소자의 표면으로부터 시료소자에 유도된 정전하를 픽업하는 전도성 탐침; 접지판에 연결된 제1전극을 갖고 정전하의 량을 나타내는 쿨롱미터; 및 탐침을 쿨롱미터의 제2전극 또는 접지판에 연결하는 제2스위치를 포함한다.

이런 식으로, 본 발명의 장치는, 종래의 장치가 외부로부터 충전된 정전하만을 측정할 수 있는 반면에, 시험시료 내에 유도된 정전하를 측정할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

그러므로, 본 발명은, 불량들을 제거하기 위해 불량들을 파악할 수 있게 하면서, 제조라인의 정전하에서 비롯하는 불량들에 관한 모든 요인들을 측정할 수 있게 한다.

본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 본 발명의 바람직한 실시예의 예를 도시하는 첨부한 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

이제 도 3을 참조하여 필드유도된 전하미터의 실시예를 설명할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 필드유도된 전하미터의 개략도이다. 이 전하미터에는 금속과 같은 전도성재료의 전도판(1); 전도판(1) 상에 탑재된 절연막(4); 시료를 보호하기 위한 절연박막(5)으로 이루어진 플랫폼, 전도판(1)에 실질적으로 평행하게 배치되며 금속과 같은 전도성재료로 된 표면접지판(3); 표면접지판(3)에 절연체를 개재하여 고정된 탐침(7); 한 전극이 표면접지판(3)에 연결된 쿨롱미터(14); 쿨롱미터(14)의 다른 전극에 연결된 제1접촉, 표면접지판(3)에 연결된 제2접촉 및 탐침(7)에 연결된 공통단자를 갖는 스위치(S2); 표면접지판(3) 및 접지전위 간에 연결된 검류계(2); 레지스터(300MΩ, 9)를 통해 전도판(1)에 연결되는 공통단자 및 접지전위에 연결된 제1접촉을 갖는 스위치(S1); 및 스위치(S1)의 제2접촉 및 접지전위간에 연결된 전압원(10)이 제공된다.

동작시, 시료소자(8)가 플랫폼상에 탑재된다. 시료소자가 반도체장치일 때, 측정은 탐침(7)을 시료소자상에 직접 배치함으로써 수행된다.

전하는, 시료소자(8)를 전도판(1)상에 위치시키고, 표면접지판(3)을 접지하고 전도판(1)을 전압원(10)에 연결함으로써 표면접지판(3) 및 전도판(1)간에 배치된 시료소자(8)내에 유도될 수 있다.

표면접지판(3)이 제공되지 않는다면, 외부로부터 시료소자에 충전된 전하는 측정될 수 있는 반면에, 마찰 등에 의해 시료에 유도된 전하는 측정할 수 없다는 것에 유의해야 한다.

그러나, 본 발명의 특징들 및 이점들이 전술한 상세한 설명에서 설명되었지만, 개시는 단지 예시하기 위한 것이며, 변화들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 부분들의 형상, 크기 및 배열로 만들어질 수 있다는 것이 이해될 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 장치는 외부로부터 충전된 전하만을 측정할 수 있었지만, 본 발명에 따른 전하측정장치는 시료에서 유도되는 정전하도 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 정전하를 유도하는 근원을 추적함으로써 제조라인에 유도된 정전하로 인한 문제들을 충분히 제거할 수 있다.

Claims (1)

1. 전도판;

   전압원;

   상기 전도판을 상기 전압원 또는 접지전위에 연결하는 제1스위치;

   상기 전도판상에 배치되며 시료소자가 놓여지는 절연체박막;

   상기 전도판과 평행하게 배치된 전도성 접지판;

   절연체재료를 통해 상기 접지판에 고정되어, 상기 시료소자의 표면으로부터 상기 시료소자에 유도된 정전하를 픽업하는 전도성 탐침;

   상기 접지판에 연결된 제1전극을 갖고 상기 정전하의 량을 나타내는 쿨롱미터; 및

   상기 탐침을 상기 쿨롱미터의 제2전극 또는 상기 접지판에 연결하는 제2스위치를 포함하는 정전하측정장치.