KR20100122447A - 전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치 - Google Patents

전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치 Download PDF

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Abstract

정측 병렬 회로의 부극성측 및 부측 병렬 회로의 정극성측이 공통 전위점에 접속된다. 정측 병렬 회로 및 부측 병렬 회로는 각각 병렬로 연결된 1차측 전력 공급 장치 및 바이패스 커패시터를 가진다. 직렬 회로의 한 단부는 정측 병렬 회로의 정극성측에 접속되어 있고 다른 단부는 부측 병렬 회로의 부극성측에 접속되어 있다. 제3 스위치의 한 단부는 직렬 회로의 제1 스위치와 제2 스위치 사이의 접속점에 접속되어 있고 다른 단부는 공통 전위점에 접속되어 있다. 부하의 한 단부는 제1 스위치, 제2 스위치, 및 제3 스위치 사이의 접속점에 인덕터를 통해 접속되어 있고, 다른 단부는 공통 전위점에 접속되어 있다. 스위치 제어 회로는 각각의 스위치를 선택적으로 구동하도록 구성되어 있다.

Description

전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치{POWER SUPPLY AND SEMICONDUCTOR TEST DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치에 관한 것이며, 특히 4 상한 구동(four-quadrant operation)을 수행할 수 있는 전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치에 관한 것이다.
도 2는 공통 강압 동기 정류 변환기(common step-down synchronous rectifying converter)의 일례를 나타내는 회로도이며, 전환 동작 및 인덕터의 에너지 충/방전을 활용하는 DC-DC 변환기의 일례를 나타내고 있다.
도 2에서, 전압 안정화를 위해 사용되는 바이패스 커패시터(2)가 1차측 전원 공급 장치(primary-side power supply)(1)에 병렬로 접속되어 있다. 또한, 이 병렬 회로의 부극성측(negative polarity side)에는 공통 전위점(common potential point)이 접속되어 있는 반면, 이 병렬 회로의 정극성측(positive polarity side)에는, 제1 스위치(3) 및 제2 스위치(4)로 이루어지는 직렬 회로를 통해 공통 전위점이 연결되어 있으며, 이 제1 스위치(3) 및 제2 스위치(4)는 각각 MOSFET 등으로 만들어진다.
부하(6)의 한 단부에는, 직렬로 연결되어 있는 제1 스위치(3)와 제2 스위치(4) 간의 접속점이 인덕터(5)를 통해 접속되어 있는 반면, 부하(6)의 다른 단부에는 공통 전위점이 접속되어 있다.
인덕터(5)와 부하(6) 간의 접속점에는 스위치 제어 회로(7)가 접속되어 있다. 스위치 제어 회로(7)는 제1 스위치(3)와 제2 스위치(4)를 교대로 개폐하는 구동 펄스 신호를 발생시킨다. 이 구동 펄스 신호의 펄스 폭은 부하(6)의 단부에서의 전압을 감지하고 이 전압이 부하(6)의 단부에서 일정하게 유지되도록 제어된다.
도 2에 도시된 바와 같이 구성된 강압 동기 정류 변환기에서는, 시리즈 레귤레이터와는 달리, 레귤레이터 자체에서 발생되는 전압 강하로 인한 전력 손실이 발생하지 않는다. 그러므로 이 강압 동기 정류 변환기는 효율이 높은 전원 공급 장치로서 폭넓게 사용되고 있다.
특허 문헌 1에는, 도 2에서의 것과 유사한 강압 동기 정류 변환기가 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] JP-A-10-191624
그렇지만, 이러한 강압 동기 정류 변환기는 정극성의 출력 전압만을 출력할 수 있다. 이 정류 변환기는 정극성/부극성 및 이 양극성의 전류 방향을 이용하여 전압의 발생을 다룰 수 있다. 그러므로 예를 들어, 반도체 검사 장치로 웨이퍼를 검사할 때, 이 강압 동기 정류 변환기를 파라메트릭 측정 유닛(PMU: parametric measurement unit) 전원 공급 장치에 적용하기가 곤란하다. 이것은 DC 전압이 트랜지스터, 저항 등에 인가될 때 전류가 흐르게 되는 정도를 나타내는 기본 특성을 측정하기 위해, 횡좌표는 전압을 나타내고 종좌표는 전류를 나타내는 평면 상에서 4 상한 구동을 수행하도록 파라메트릭 측정 유닛(PMU) 전원 공급 장치가 요구되기 때문이다.
본 발명의 예시적 실시예는 4 상한 구동을 수행할 수 있고 효율이 높은 전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치는,
부극성측(negative polarity side)이 공통 전위점(common potential point)에 접속되어 있고, 병렬로 접속되어 있는 1차측 전원 공급 장치(primary-side power) 및 바이패스 커패시터(by-pass capacitor)를 가지는 정측 병렬 회로(positive-side parallel circuit);
정극성측(positive polarity side)이 공통 전위점(common potential point)에 접속되어 있고, 전압 안정화를 위해 사용되는 1차측 전원 공급 장치 및 바이패스 커패시터를 가지는 부측 병렬 회로(negative-side parallel circuit);
제1 스위치 및 제2 스위치를 가지며, 상기 정측 병렬 회로의 정극성측에 한 단부가 접속되어 있고, 부측 병렬 회로의 부극성측에 다른 단부가 접속되어 있는 직렬 회로;
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 접속점에 한 단부가 접속되어 있고 상기 공통 전위점에 다른 단부가 접속되어 있는 제3 스위치;
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 접속점과 제3 스위치 사이의 접속점에 인덕터를 통해 한 단부가 접속되어 있고, 상기 공통 전위점에 다른 단부가 접속되어 있는 부하; 및
상기 인덕터와 상기 부하 사이의 접속점에서 신호를 감지하여 각각의 스위치를 선택적으로 구동하도록 구성되어 있는 스위치 제어 회로
를 포함한다.
전원 공급 장치는,
상기 정측 병렬 회로와 병렬로 접속되어 있는 제1 부하; 및
상기 부측 병렬 회로와 병렬로 접속되어 있는 제2 부하
를 더 포함한다.
전원 공급 장치에서, 상기 제1 부하 및 상기 제2 부하는, 전력을 고레벨 전력 공급 장치로 돌려주는 전력 재생성 회로이다.
전원 공급 장치에서, 상기 정측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치 및 상기 부측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치는 재생성된 전력을 흡수하는 재충전 가능 전지이다.
전원 공급 장치에서, 상기 정측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치 및 상기 부측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치는 전력을 고레벨 전력 공급 장치로 돌려주는 전력 재생성 회로로서 기능한다.
반도체 검사 장치는, DPS(Device Power Supply) 또는 PMU(Parametric Measurement Unit)용의 전원 공급 장치 중 적어도 하나로서 사용되는 전원 공급 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전원 공급 장치 자체가 모든 사분원에서 전력 소모가 적고 효율이 높은 전원 공급 장치 및 이 전원 공급 장치를 사용하는 반도체 검사 장치를 구현하는 것이 가능하다.
다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구의 범위 및 도면으로부터 분명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 2는 공통 강압 동기 정류 변환기의 일례를 나타내는 회로도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 회로도이다. 도 1에서, 정측(positive side) 상에는, 1차측 전원 공급 장치(11) 및 전압 안정화를 위해 사용되는 바이패스 커패시터(12)가 제공되고, 이 1차측 전원 공급 장치(11) 및 바이패스 커패시터(12)는 병렬로 접속되어 있고, 이 병렬 회로의 부극성측에는 공통 전위점이 접속되어 있다. 부측(negative side) 상에는, 1차측 전원 공급 장치(13) 및 전압 안정화를 위해 사용되는 바이패스 커패시터(14)가 제공되고, 이 1차측 전원 공급 장치(13) 및 바이패스 커패시터(14)는 병렬로 접속되어 있고, 이 부측 상의 이 병렬 회로의 부극성측에는 공통 전위점이 접속되어 있다. 정측 상의 병렬 회로의 정극성측은 제1 스위치(15)와 제2 스위치(16)로 이루어지는 직렬 회로를 통해 부측 상의 병렬 회로의 부극성측에 접속되어 있고, 이 제1 스위치(15) 및 제2 스위치(16)는 MOSFET 등으로 만들어진다.
제1 스위치(15)와 제2 스위치(16) 간의 접속점은 직렬로 연결되어 있고 제3 스위치(17)를 통해 공통 전위점에 접속되어 있다. 또한, 부하(19)의 한 단부는 제1 스위치(15)와 제2 스위치(16) 간의 접속점에 접속되어 있고, 부하(19)의 다른 단부는 공통 전위점에 접속되어 있다.
인덕터(18)와 부하(19) 간의 접속점은 스위치 제어 회로(20)에 접속되어 있다. 스위치 제어 회로(20)는 제1 스위치(15), 제2 스위치(16) 및 제3 스위치(17)를 각각의 동작 모드에 따라 구동하여 선택적으로 개폐시키는 구동 펄스 신호를 발생시킨다. 이 경우, 이들 구동 펄스 신호의 펄스 폭은 부하(19)의 단부에서의 전압 또는 전류를 감지하고 부하(19)의 단부에서의 전압 또는 전류가 일정하게 유지하도록 제어된다.
부하(21)는 정측 상의 병렬 회로에 병렬로 접속되어 있고, 부하(22)는 부측 상의 병렬 회로에 병렬로 접속되어 있다.
예를 들어, 부하(19)로서 피시험 장치(device under test)의 단자에 정전압(positive voltage)이 제공될 때 취해진 동작에 대해 이하에 설명한다. 스위치 제어 회로(20)는 제1 스위치(15) 및 제3 스위치(17)를 교대로 개폐시키는 주기 펄스를 발생시킨다. 이때, 제2 스위치(16)는 개방 상태를 유지하고 있다. 스위치 제어 회로(20)는 부하(19)로서 피시험 장치에서의 전압이 미리 정해진 전압에서 유지되도록 출력 펄스의 폭을 제어한다. 이 동작은 도 2에서 설명된 동기 정류 변환기의 동작과 유사하다.
다음, 부하(19)가 전지(battery) 등일 때, 에너지를 방출하도록 취해진 동작에 대해 이하에 설명한다. 여기서, 부하(19)는 정전압을 발생시키는 전지이고, 미리 정해진 전류가 부하(19)로부터 나올 때 취해진 동작을 상정한다. 이 경우 전류의 방향은 도 1에서의 파선 화살표 A 또는 B로 표시된 바와 같이 주어지는 것으로 가정한다.
스위치 제어 회로(20)는, 제1 스위치 및 제3 스위치(17)를 교대로 개폐시키도록 인가되는 스위칭 펄스의 폭을, 부하(19)로부터의 전류의 양이 일정하게 유지되도록 제어한다. 제1 스위치(15) 및 제2 스위치(16)는 개방 상태에 있고, 제3 스위치(17)가 폐쇄 상태에 있을 때, 전류는 부하(19)로부터 인덕터(18) 및 제3 스위치(17)를 통해 접지로 제공된 다음 파선 화살표 B로 표시된 바와 같이 부하(19)로 되돌아온다. 이때, 부하(19)로부터 방출되는 에너지가 인덕터(180에 축적된다.
제2 스위치(16) 및 제3 스위치(17)가 개방 상태에 있고 제1 스위치(15)가 폐쇄 상태에 있을 때, 전류는 부하(19)로부터 인덕터(18) 및 제1 스위치(15)를 통해 정측 상의 1차측 전원 공급 장치(11)에 제공된다. 이때, 부하(19) 및 인덕터(18)로부터 방출되는 에너지는 1차측 전원 공급 장치(11) 상의 재생성 동작(regenerating action)에 의해 복구된다. 이 재생성된 에너지가 부하(21)에 의해 소모된다.
전술한 바와 같은 정전압에서의 동작은 마찬가지로 부전압에서의 동작에도 적용된다. 즉, 부전압의 경우에, 제2 스위치(16) 및 제3 스위치(17)는 교대로 동작을 취하고, 부하(22)는 부측 상의 1차측 전원 공급 장치(13) 측 상에서 재생성된 에너지를 소모한다.
또한, 대량의 전류가 0 V 근방에서 전압에 공급되어야만 할 때, 스위치 제어 회로(20)는 제1 스위치(15), 제2 스위치(16), 및 제3 스위치(17)로 이루어지는 3개의 스위치 또는 제1 스위치(15) 및 제2 스위치(16)로 이루어지는 2개의 스위치를 교대로 폐쇄 상태로 되게 하는 스위칭 동작을 수행한다. 이 경우, 제1 스위치(15), 제2 스위치(16), 및 제3 스위치(17)로 이루어지는 3개의 스위치가 개폐될 때, 이 3개의 스위치는 관통 전류의 흐름을 방지하여, 2개 이상의 스위치가 동시에 폐쇄 상태로 되지 않도록 제어한다.
위의 동작 설명으로부터 분명한 바와 같이, 횡좌표는 전압을 나타내고 종좌표는 전류를 나타내는 평면 상에서 4 상한 구동이 실현될 수 있다.
정측 및 부측 모두에서의 1차측 전원 공급 장치(11, 13)와, 제1 스위치(15), 제2 스위치(16), 및 제3 스위치(17)로 이루어지는 3개의 스위치와의 조합을 이용하여 스위칭 동작이 수행된다. 그 결과, 측정용으로 사용하기 위한 전원 공급 장치와는 독립적인 4 상한 구동을 수행할 수 있는 전원 공급 장치를 실현할 수 있으며, 이 전원 공급 장치 자체는 모든 4분원에서의 동작이 전력 소모가 적을 뿐만 아니라, 효율이 높다.
또한, 부하(21, 22)는 단순히 부하로서 사용될 뿐만 아니라 전력 재생성 회로로도 사용되며, 이러한 구성은 그 재생성된 전력이 시스템 전력 공급 장치 또는 라인 전력 공급 장치로 되돌아오는 구성이다. 그러므로 전원 공급 장치의 전체적인 전력 소모가 감소될 수 있다.
여기서, 부하(21, 22)는 전력이 고레벨 전원 공급 장치로 되돌아오는 전력 재생성 회로로도 형성될 수 있다. 이 경우, 부하(21, 22)는 집적회로로 형성될 수 있다.
또한, 정측 및 부측 모두에서의 1차측 전원 공급 장치(11, 13) 자체는 재생성된 전력 등을 흡수하는 소위 재충전 가능 전지와 같은 형태로 형성될 수 있다. 또한, 1차측 전원 공급 장치(11, 13)는 전력이 고레벨 전원 공급 장치로 되돌아오는 전력 재생성 회로로도 사용될 수 있다.
또한, 스위치 제어 회로(20)는, 출력 펄스의 폭을 제어하는 것이 아닌 펄스 파형이 발생할 때 주파수에서의 전압 또는 전류를 제어하는 시스템에서의 회로를 형성할 수 있다.
또한, MOSFET가 사용될 때, 제3 스위치(17)는 정극 및 부극의 전압에 응답하도록 직렬 접속된 2개의 MOSFET로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 4 상한 동작을 수행할 수 있고 효율이 높은 전원 공급 장치가 실현되어 다양한 환경에서 사용하기 위한 전원 공급 장치에 적합하다. 반도체 검사 장치, 특히 DPS(Device Power Supply) 또는 PMU(Parametric Measurement Unit)용의 전원 공급 장치를 본 발명의 전원 공급 장치로 구성할 수 있다. 그 결과, 반도체 검사 장치 전반에 걸쳐 전력 소모를 상당히 개선할 수 있을 것이다.
제한된 수의 실시예와 관련해서 본 발명을 설명하였으나, 본 발명에 대해 해박한 지식이 있는 당업자라면 여기에 개시된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 실시예를 생각해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (6)

  1. 전원 공급 장치에 있어서,
    부극성측(negative polarity side)이 공통 전위점(common potential point)에 접속되어 있고, 병렬로 접속되어 있는 1차측 전원 공급 장치(primary-side power) 및 바이패스 커패시터(by-pass capacitor)를 가지는 정측 병렬 회로(positive-side parallel circuit);
    정극성측(positive polarity side)이 공통 전위점(common potential point)에 접속되어 있고, 전압 안정화를 위해 사용되고 병렬로 접속되어 있는 1차측 전원 공급 장치 및 바이패스 커패시터를 가지는 부측 병렬 회로(negative-side parallel circuit);
    제1 스위치 및 제2 스위치를 가지며, 상기 정측 병렬 회로의 정극성측에 한 단부가 접속되어 있고, 부측 병렬 회로의 부극성측에 다른 단부가 접속되어 있는 직렬 회로;
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 접속점에 한 단부가 접속되어 있고 상기 공통 전위점에 다른 단부가 접속되어 있는 제3 스위치;
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이의 접속점과 제3 스위치 사이의 접속점에 인덕터를 통해 한 단부가 접속되어 있고, 상기 공통 전위점에 다른 단부가 접속되어 있는 부하; 및
    상기 인덕터와 상기 부하 사이의 접속점에서 신호를 감지하여 각각의 스위치를 선택적으로 구동하도록 구성되어 있는 스위치 제어 회로
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정측 병렬 회로와 병렬로 접속되어 있는 제1 부하; 및
    상기 부측 병렬 회로와 병렬로 접속되어 있는 제2 부하
    를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부하 및 상기 제2 부하는, 전력을 고레벨 전력 공급 장치로 돌려주는 전력 재생성 회로인, 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치 및 상기 부측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치는 재생성된 전력을 흡수하는 재충전 가능 전지인, 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치 및 상기 부측 병렬 회로의 상기 1차측 전력 공급 장치는 전력을 고레벨 전력 공급 장치로 돌려주는 전력 재생성 회로로서 기능하는, 전원 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 개시된 바와 같은 전원 공급 장치가, DPS(Device Power Supply) 또는 PMU(Parametric Measurement Unit)용의 전원 공급 장치 중 적어도 하나로서 사용되는, 반도체 검사 장치.
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