KR20130121983A - 나노기계 테스트 시스템 - Google Patents

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아르핏 드위베디
루카스 폴 케러넌
마이클 데이비드 오클런드
로저 슈미츠
오덴 리 워런
크리스토퍼 데이비드 영
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Abstract

자동화 테스트 시스템은 기계적 테스트 기기로 마이크로(수 마이크론) 또는 더 작은 스케일에서 샘플의 인라인(inline) 생산 테스트를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 일 예에서, 상기 시스템은 기기의 프로브를 연결 및 연결 해제하기 위한 프로브 변경 어셈블리를 포함한다. 프로브 변경 어셈블리는 프로브 매거진 내의 복수의 프로브 중 하나를 파지하고 프로브 중 하나를 기기 프로브 리셉터클과 연결하도록 구성된 프로브 변경 유닛을 포함한다. 액추에이터는 프로브 변경 유닛과 연결되고, 액추에이터는 프로브 변경 유닛을 이동시켜 프로브 매거진 및 기기 프로브 리셉터클과 정렬시키도록 구성된다. 다른 예에서, 자동화 테스트 시스템은 샘플 테스트 위치를 기기와 정렬시키기 위한 다중 자유도 스테이지를 포함한다. 스테이지는 샘플 스테이지 및 병진 액추에이터와 회전 액추에이터를 포함하는 스테이지 액추에이터 어셈블리를 포함한다.

Description

나노기계 테스트 시스템{NANOMECHANICAL TESTING SYSTEM}
관련 출원
본 출원은 2011년 2월 10일에 출원된 미국 가출원 제61/441,511호 및 2011년 10월 25일에 출원된 미국 가출원 제61/551,394호에 대해 우선권을 주장한 국제 출원이며, 상기 문헌의 내용은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여된 수여 번호 DE-SC0002722하의 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대한 일정 권리는 갖는다.
본 출원은 나노 스케일 및 마이크론 스케일 재료 시험에 관한 것이다.
저작권 고지
본 특허 문서의 개시된 내용의 일부분은 저작권 보호 대상이 되는 자료를 포함한다. 저작권자는, 특허 문서 또는 특허 발명이 PTO(Patent and Trademark Office) 파일 또는 기록에 나타나므로 제3자에 의한 특허 문서 또는 특허 발명의 복사에 이의가 없으나, 그렇지 않은 경우 모든 저작권을 보유한다. 이하의 고지는, 이하에서 설명된 바와 같이, 그리고 본 문서의 일부를 형성하는 도면에서 설명되는 바와 같이 소프트웨어 및 데이터에 적용된다(Copyright Hysitron, Inc. All Rights Reserved).
나노기계 테스트 기기는 전세계에서 정량적인 기계적 및 마찰 측정을 위한 R&D 시설에 사용된다. 나노압입은, 예를 들어, 작은 힘과 높은 분해능 변위 센서를 이용하여 샘플의 기계적 특정, 예컨대 탄성률(elastic modulus) 및 경도(hardness)를 정량적으로 측정하기 위한 방법이다. 일반적으로, 나노압입에 적용되는 힘은 10mN보다 작고, 일반적인 변위 범위는 10μm보다 짧으며, 노이즈 레벨은 일반적으로 1nm rms 보다 양호하다. 힘 및 변위 데이터가 샘플의 기계적 특성의 판단, 그리고 상기 특성이 특정 제품 또는 어플리케이션에 대한 허용 가능한 성능 한계 내에 있는지를 판단하는데 사용된다.
몇 가지 예에서, 잘 알려진 형상을 갖는 프로브가, 프로브 위치와 적용된 프로브/샘플 접촉력은 계속하여 측정하면서, 미리 정해진 방식으로 재료 내로 가압되고, 그로부터 제거된다. 나노기계 특성은, 테스트 동안, 프로브가 재료에 가하는, 적용된 힘 및 프로브의 상대적인 변위의 제어 또는 측정 중 하나 이상을 수행하기 위한 하나 이상의 액추에이터 및 센서를 채택한다. 센서 및 액추에이터는, 마찰 측정을 위한 2-3차원 공간에서 표준 계측 깊이 감지 압입(standard instrumented depth sensing indentation)의 경우에서와 같이, 일 예에서, 단일 축을 따라 적용된다. 프로브 기반 나노기계 테스트 기술은 기계적 특성, 예컨대, 경도, 모듈러스, 파괴 인성(fracture toughness) 및 예컨대, 내긁힘성/내손상성, 마찰 계수 측정 및 계면 접착성 평가와 같은 마찰 특성을 판단하는데 사용된다.
나노기계 테스트 기기에서의 중요한 기술적 진보가 나노미터 길이 스케일에 대한 공정 및 구조체를 제어하는 능력에 의해 요구되고 고감도 힘 및 변위 액추에이터/센서의 발전을 요구하여 왔다. 액추에이터/센서 및 제어 전자 기술의 조합된 진보에 기인하여, 나노기계 테스트 시스템이 힘을 수 나노-뉴튼(nN) 내로 제어 및 측정할 수 있고, 변위를 수 옹스트롬(Å) 내로 제한 및 측정할 수 있다. 이들 발전은 반도체 및 데이터 저장 산업에서 사용되는 박막; 나노-복합 고분자, 세라믹, 금속;을 포함하여, 매우 작은 크기의 재료와 나노입자, 나노와이어, 나노기둥 및 나노튜브를 포함하는 나노구조의 정량적인 나노기계 특성을 허용하였다.
본 발명의 일 태양에 따라 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 위해 구성된 기기와 샘플을 정렬하기 위한 다중 자유도 스테이지를 포함하는 테스트 시스템이 제공된다. 이러한 테스트 시스템은, 컬럼 베이스 및 컬럼 베이스로부터 연장하는 기기 암을 포함하는 기기 컬럼; 기기 암과 연결된 기기; 및 샘플 스테이지 및 적어도 하나의 병진 액추에이터 및 회전 액추에이터를 포함하는 스테이지 액추에이터 어셈블리를 포함하는 다중 자유도 샘플 스테이지 어셈블리를 포함하고, 스테이지 액추에이터 어셈블리는, 병진 액추에이터 및 회전 액추에이터 중 적어도 하나의 구동을 통하여 기기와 샘플 스테이지 사이의 실질적으로 모든 위치를 기기와 선택적으로 정렬시키도록 구성된다.
도면은 반드시 축척대로 되어 있는 것은 아니며, 전체 도면을 통해 동일한 도면 부호는 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 상이한 첨자를 가지는 동일한 도면 부호는 유사한 구성요소의 다른 예를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시예를 한정하기 위한 것이 아니라, 예시적으로 설명하기 위한 것이다.
도 1은 자동화 테스트 어셈블리의 일 예의 사시도이다.
도 2는 샘플 처리 모듈 및 복수의 저장 모듈의 일 예의 분해도이다.
도 3a는 내부에 저장하기 위한 복수의 샘플을 포함하는, 도 2에 도시된 저장 모듈의 분해도이다.
도 3b는 샘플 처리 모듈과 자동화 테스트 장치에 사용하기 위한 다수의 샘플을 포함하는 저장 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 4a는 복수의 방향에서 도 2의 샘플 처리 모듈 내의 샘플을 갖는 로봇 처리 시스템의 일 예의 평면도이다.
도 4b는 도 2의 샘플 처리 모듈에 사용하기 위한 프리 얼라이너의 일 예의 사시도이다.
도 5는 자동화 테스트 장치로 하나 이상의 복수의 샘플 또는 샘플 상의 복수의 테스트 위치를 기계적으로 테스트하기 위한 자동화 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6a는 자동화 테스트 시스템의 일 예의 사시도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 자동화 테스트 시스템의 상세한 사시도이다.
도 7a는 기계적 테스트 기기 및 기기 스테이지와 연결된 광학 기기의 사시도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된, 기기 팁을 포함하는 기계적 테스트 시시 및 광학 기기의 다른 사시도이다.
도 7c는 트랜스듀서 조립체의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 저 하중 및 고 하중 기계적 테스트 기기 및 광학 기기와 연결된 기기 스테이지의 사시도이다.
도 9는 캔틸레버식 기기 컬럼 및 샘플 스테이지 표면과 X, Y, 세타 자유도 스테이지 액추에이터 어셈블리를 포함하는 샘플 스테이지의 일 예의 사시도이다.
도 10a는 샘플 스테이지 표면에 대하여 상승된 복수의 엘리베이션 핀을 갖는 샘플 스테이지 표면의 일 예의 사시도이다.
도 10b는 샘플 스테이지 표면에 대하여 실질적으로 동일 평면에 있는 복수의 엘리베이션 핀을 갖는, 도 10a의 샘플 스테이지 표면의 사시도이다.
도 11a는 팁 변경 어셈블리를 포함하는 자동화 테스트 시스템의 상세한 사시도이다.
도 11b는 팁 매거진 및 스테이지 리셉터클 플랜지를 포함하는 팁 변경 어셈블리의 사시도이다.
도 12a는 팁 변경 유닛의 일 예의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 팁 변경 유닛의 단면도이다.
도 13은 팁 변경 유닛 내의 회전 클리치의 일 예를 나타내기 위하여 파선의 드라이브 캡을 갖는 팁 변경 유닛의 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 회전 클리치의 구성요소를 나타내는 팁 변경 유닛의 단면도이다.
도 15는 회전 클러치의 폴의 일 예의 상세한 사시도이다.
도 16은 팁 변경 유닛과 연결된 기기 팁의 식별 또는 교정 데이터 중 하나 이상의 보기를 용이하게 하기 위한, 미러 암과 연결된 미러를 포함하는 도 12a에 도시된 팁 변경 유닛의 사시도이다.
도 17은 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서의 공간 압입 진단을 수행하는 자동화 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 18은 기계적 테스트 기기의 기기 팁의 팁 진단을 수행하는 자동화 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 19는 기계적 테스트 기기의 기기 팁의 팁 교정을 수행하는 자동화 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 20은 기계적 테스트 기기에 기기 팁을 설치하는 자동화 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 21a는 병진 스테이지 및 회전 스테이지로 배치된 자동화 테스트 시스템의 샘플 스테이지의 일 예의 개략도이다.
도 21b는 병진 스테이지로 배치된 자동화 테스트 시스템의 샘플 스테이지의 다른 예의 개략도이다.
도 22a는 병진 스테이지 및 샘플 스테이지의 제한된 기기 커버리지를 포함하는 테스트 시스템의 일 예의 평면도이다.
도 22b는 병진 스테이지 및 향상된 전체 시스템 풋프린트를 포함하는 테스트 시스템의 다른 예의 평면도이다.
도 22c는 병진 스테이지 및 향상된 전체 시스템 풋프린트를 포함하는 테스트 시스템의 또 다른 예의 평면도이다.
도 23은 병진 스테이지 및 회전 스테이지와 최소화된 풋프린트 및 최소한의 캔틸레버식 기기 컬럼 길이를 포함하는 도 6a에 도시된 테스트 시스템의 평면도이다.
도 24는 도 6a에 도시된 샘플 스테이지와 함께 사용하기 위한 병진 스테이지의 일 예의 사시도이다.
도 25는 도 6a에 도시된 샘플 스테이지와 함께 사용하기 위한 회전 스테이지의 일 예의 부분적 단면 사시도이다.
도 26a는 스테이지 좌표계를 포함하는 도 6a에 도시된 샘플 스테이지의 일 예의 개략도이다.
도 26b는 샘플 좌표계 및 제1 기준 마크 및 제2 기준 마크를 포함하는 샘플의 일 예의 개략도이다.
도 26c는 샘플과 샘플 스테이지 사이의 병진 및 회전 오정렬이 과장된, 도 26a에 도시된 샘플 스테이지와 연결된 도 26b에 도시된 샘플의 개략도이다.
도 27a는 테스트 시스템의 적어도 두 개의 기기 사이의 기기 오프셋을 판단하는 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 27b는 샘플 스테이지, 초기화 샘플 및 기기 사이에 기기 오프셋을 갖는 광학 테스트 기기 및 기계적 테스트 기기의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 28a는 테스트 시스템의 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 28b는 샘플 스테이지 및 초기화 샘플 상의 복수의 마킹 위치 각각에 마크를 갖는 초기화 샘플의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 29a는 샘플 스테이지 상의 샘플의 병진 디스큐잉 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 29b는 샘플 스테이지와 연결된 샘플 및 병진 디스큐잉 원의 경계를 형성하는 복수의 검출된 위치와 상기 원의 중심인 제1 기준점의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 30a는 샘플 스테이지 상의 샘플의 회전 디스큐잉 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 30b는 제1 기준점에 대한 제2 기준 각도 오프셋에서 제2 기준점을 갖는 샘플의 일 예를 나타내는 상세한 개략도이다.
도 31a는 기기를 샘플의 하나 이상의 테스트 사이트 위치와 정렬하는 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 31b는 기기를 샘플의 좌표계에 기초한 샘플의 하나 이상의 테스트 사이트 위치와 정렬하는 방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.
이하의 상세한 설명에서, 이 명세서의 일부를 형성하고 본 발명의 특정 실시예가 어떻게 실시되는지를 예시에 의해 나타내는, 첨부된 도면이 참조된다. 이와 관련하여, 방향 용어, 예컨대, "위(top)", "아래(bottom)", "앞(front)", "뒤(back)", "선행(leading)", "후행(trailing)" 등은 설명되는 도면의 방향과 관련하여 사용된다. 본 장치의 실시예의 구성요소가 다수의 상이한 방향으로 배치될 수 있으므로, 방향 용어는 예시의 목적을 위하여 사용되는 것이고 제한하려는 것이 아니다. 이들 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명의 태양을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되고, 다른 실시예가 사용될 수 있으며 구조적 변경이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 이루어질 것임이 이해될 것이다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한하는 의미로 이해되어서는 안 되며 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그들의 균등물에 의해 정해진다.
개요
본 명세서에서 설명되는 시스템은 이전의 장치의 능력을 넘어서는 일련의 능력을 제공한다. 본 명세서에서 설명되는 자동화 테스트 어셈블리(100)와 그 구성요소들이 개요에서 참조된다. 단일의 측정에 대해 시간 및 노동 집약적인 샘플의 리로딩 및 대응하는 재배치 없이 다수의 샘플의 다수의 측정이 수행된다. 하나 이상의 샘플의 빠른 측정으로 높은 샘플 처리량이 이하 설명되는 시스템에 의해 달성된다. 하나 이상의 샘플(202)(예컨대, 10개, 100개, 1000개 또는 더 많은 샘플)의 샘플 처리, 배치, 테스트 및 감시가 시스템에 의해 수행되지만, 시스템은 적응적으로, 하나 이상의 샘플 준비, 테스트 루틴 실행, 기기 구성 및 교정(calibration), 필요에 따른 기기의 선택적 작동(테스트, 테이터 확인, 기기 교정 등), 기기 구성, 테스트 위치 식별, 측정 실행 및 데이터 분석할 수 있다. 시스템(100)이 다수의 샘플의 테스트 및 측정을 행하도록 구성되기 때문에, 예를 들어, 개별 샘플의 개별 처리(기기 및 샘플의), 배치 및 테스트로부터의 기술자 오류(technician error)가 실질적으로 방지된다.
반면, 다른 시스템들은 개개의 개별 샘플을 적절히 준비하고, 시스템을 교정하고, 적합한 테스트 루틴을 설정하고 측정을 실행하기 위한 실질적인 기술적 능력을 갖는 기술자에 의한 노동 및 시간 집약적 노력을 요구한다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 시스템은, 서브 마이크론 스케일(즉, 마이크론 스케일; 하나 이상의 마이크론 및 그 이하, 예컨대, 나노 스케일)그 이하,에서 이루어지는 측정의 왜곡 및 부정확성을 야기하는 환경 조건 내에서 복수의 샘플의 신속하고 정확하며 일관된 테스트를 보장한다. 시스템은 자동화 테스트 시스템(600)을 격리시키고, 이에 따라 음향, 공기 흐름, 온도 변화, 진동 외란 등을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 외란(disturbance)의 영향을 최소화한다. 상기 시스템을 이용한 테스트 및 측정은 이러한 외부 환경에 존재하는 내재하는 제어할 수 없는 방해를 갖고 수행되어, 인-라인(in-line) 및 니어-라인(near-line) 나노기계 테스트를 가능하게 한다. 달리 말하면, 본 명세서에서 설명되는 시스템(100)은 생산 환경에서 사용되도록 구성되고, 그에 따라 마이크론 스케일, 서브 마이크론 스케일 및 나노 스케일에서 기계적 특성을 신속하고 정확하게 테스트 및 측정할 수 있다. 생산 환경과 관련하여 샘플의 원격 및 개별 테스트가 이에 따라 방지된다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 시스템은 생산 환경에서의 대량의 샘플의 테스트 및 측정을 용이하게 하고, 동시에 재료 오염, 재료 파손 및 시스템 정지 시간(downtime)을 최소화한다.
상기 장치는 마이크로기계 및 나노기계 테스트 기기(612)를 이용하여 일련의 재료 샘플(202, 310)(예컨대, 복수의 10, 100, 1000 또는 그 이상)을 테스트하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 장치 및 방법은: 복수의 재료 샘플(202)을 자동화 테스트 시스템의 마이크로 및/또는 나노기계 테스트 기기(612)에 전달하는 과정; 복수의 재료 샘플(202) 중 적어도 하나를 실질적으로 공지의 팁 구조를 갖는 적어도 하나의 프로브(probe)에 대하여 실질적으로 미리 결정된 위치에 배치하는 과정을 포함한다. 일 예에서, 시스템(100)은 그 자체로는 샘플을 미리 결정된 위치가 아니라 샘플(202)을 샘플 스테이지(614)에 배치하고, 이후 자동화 공정을 통해, 테스트 과정; 배치된 샘플(202)의 표면에 대하여 법선 방향(예컨대, 샘플 표면에 대해 실질적으로 수직일 수 있는 Z축/방향) 및/또는 횡 방향(예컨대, 실질적으로 샘플 표면의 면내(in-plane) 방향, 아니면 일반적으로 알려진 바와 같이 X축/방향 및 Y축/방향) 중 하나 이상에 프로브(702)로 힘을 적용하는 과정; 프로브(702)와 배치된 샘플 사이의 상호작용에 관하여 데이터를 수집하는 과정; 샘플(202)로부터 프로브(702)를 분리하고 이어서 다음 샘플의 로딩 및 테스트 전에 장치가 (예컨대, 로봇 처리 시스템(200)에 의하여) 테스트된 재료 샘플(202)을 언로딩하는 과정을 위하여, 샘플(202)을 운반하는 스테이지(614)를 기계적 테스트 기기(612)의 프로브(702)에 전달하도록 구성된다.
이들 시스템 및 방법의 하나 이상의 예에 의해 테스트될 수 있는 재료
이하의 설명에서 나노기계 테스트를 받을 여러 가지 재료가 "재료" 또는 "샘플"로 언급된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, "재료" 또는 "샘플"이라는 용어는 나노기계적으로 테스트될 수 있는 매우 다양한 물질들을 광범위하게 포함한다. 이들 재료는 거의 모든 구성요소이고, 세라믹, 금속, 중합체, 목재, 생물학적 재료(예컨대, 적혈구, 연골, 뼈), 액체, 점성 물질(viscous material), MEMS 장치 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 테스트되는 재료가 거의 무제한이지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 자동화 나노기계 테스트 시스템의 중요하고 필요한 측면은 테스트되는 실제 재료와 무관하게 비교적 균일한(uniform) 것이라는 점을 인식할 것이다. 단지 예시적인 목적을 위해서, 이하의 시스템(100) 및 방법은 테스트되는 재료가 웨이퍼 상에 증착된 반도체 재료인 시스템의 일 예를 설명할 것이다. 본 명세서의 개시는 반도체 웨이퍼 및 재료 외의 기타 샘플 및 샘플 재료의 테스트를 광범위하게 포함하도록 의도된다. 이 명세서 전반에 걸쳐, 반도체 웨이퍼(또는 하나의 다른 재료)를 "샘플"로서 언급할 수 있으며, 이는 "재료" 또는 "재료들"로 총칭되는 샘플들의 큰 세트 내의 하나의 샘플을 나타낸다. 예를 들어, 광범위하게 말하면, 나노기계 테스트 기기(612)는 재료들(예컨대, 반도체)에 대한 테스트를 행하지만, 그들 재료들의 개개의 "샘플"이 기기 내에 로딩되고 테스트된다.
테스트될 재료를 저장하기에 적합한 저장 모듈
재료가 나노기계 테스트 기기(예컨대, 자동화 테스트 시스템(600))에 전달되고, 나노기계 테스트 기기로부터 제거된다. 복수의 장치 중 하나 이상은 재료를 전달 및/또는 제거하도록 구성된다. 이하에서 더 설명되는 일 예는 테스트하기 전에 재료를 적절한 컨테이너(container) 또는 저장 모듈(storage module)(104)에 저장한다. 저장 모듈의 유형은 테스트되는 재료의 속성에 따라 결정된다. 재료 처리 장치의 다른 예는, 테스트하기 전에, 컨베이어 벨트 유형의 장치, 로봇 조립체 등과 같은 자동화 수단을 이용하여 재료 샘플을 나노압입(nanoindentation) 장치에 순차적으로 전달한다. 다른 옵션(option) 또한 고려된다.
저장 모듈( Storage Module )
저장 모듈에 대한 하나의 옵션은 재료 저장 모듈("SM")이며, 다수의 유사한 재료가 그 재료의 나노기계 테스트 이전에 배열 및 저장된다. 저장 모듈의 특정 유형은 샘플의 크기, 테스트 순서에서 테스트되는 샘플의 수와 같은, 인자(factor)의 수에 따라 결정된다.
작은 샘플: 예를 들어, 어떤 MEMS 장치(즉, Microelectromechanical Systems) 또는 다수의 액체 샘플의 경우와 같이, 테스트될 샘플이 비교적 작은 경우, 재료 저장 모듈은 선택적으로 비교적 작고, 테스트 샘플을 연속적으로 배치 및 제거하기 위하여 테스트 챔버를 개방할 필요 없이 테스트 인클로저(enclosure) 내에 전부 수용된다. 이러한 저장 모듈의 예는 일련의 샘플 웰(sample well)(예컨대, 2:3 직사각 매트릭스에 배열된 6, 12, 24, 96, 384, 1536 샘플 웰)을 갖는, 도 3b에 도시된 샘플 모듈(308)과 같은, 마이크로플레이트(microplate)를 포함한다. 저장 모듈의 다른 예는 팔레트(pallet)를 포함하는데, 예를 들어, MEMS 장치 또는 다른 작은 샘플들의 어레이가 이러한 팔레트 상에 배치되거나 고정된다.
큰 샘플: 다수의 샘플이 테스트 인클로저(108)의 영역 내에 손쉽게 장착되지 않는 경우, 나노기계 테스트 시스템(100)은, 일 예에서, 인클로저 외부의 테스트 샘플을 포함하기 위한 저장 모듈(104)을 채용한다. 몇몇 예에서, 외부 재료 저장 모듈(104)은 창고로서의 역할을 하고 테스트를 위하여 인클로저 내에 개별 로딩하기 위한 다수의 더 작은 재료 저장 모듈(예컨대, 팔레트화 MEMS 장치, 전술한 마이크로플레이트 등)을 포함한다. 다른 실시예에서, 반도체 산업에서, 저장 모듈은 복수의 샘플(302)(도 3a 참조)과 같은, 13, 25 또는 다른 수의 개별 웨이퍼를 저장 및 이송하는 FOUP(Front Open Unified Pod)이다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 쉽게 인정하는 바와 같이, FOUP는 저장 모듈의 일 예이다. FOUP가 아닌 많은 다른 저장 모듈이 존재하지만, 관련 산업 및 보관되는 특정 물질에 따라 다른 이름 또는 약어로 불릴 수 있다.
전달 메커니즘( Delivery Mechanism )
다른 실시예에서, 테스트되는 샘플은 테스트 이전에 재료 저장 시스템에 이송 및 저장되지 않고, 대신에 컨베이어 벨트와 같은 기계 장치를 통해 가까운 테스트 사이트로 순차적으로 전달된다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 이러한 전달 장치들이 많은 형태(컨베이어 벨트가 하나의 형태가 될 수 있음)를 취할 수 있음을 인식할 것이지만, 본 출원인은 전달 장치를 총칭하여 "전달 메커니즘"이라고 칭할 것이다.
전달 메커니즘의 일 실시예에서, 전달 메커니즘 또는 저장 모듈에 대하여 개별 재료의 물리적인 위치가 공지되거나 미리 결정된다. 처리 시스템(이하에서 설명됨)은, 나노기계 테스트를 위한 샘플의 배치 이전에, 샘플을 결합하기 위하여, 이송된 테스트될 재료의 위치를 확인할 수 있다. 저장 모듈, 예컨대, 저장 모듈(104)은 균일하고 미리 결정된 배열(예컨대, FOUP에)로 재료를 보관할 것이다(예컨대, FOUP에). 또는, 처리 시스템은, 처리 시스템이 테스트 이전에 각각의 개별 샘플을 배치 및 결합할 수 있는 것과 같은 방법으로 저장 모듈 내의 또는 전달 메커니즘 상의 재료와 상호작용할 수 있을 것이다.
일 예에서, 개별 샘플 간의 간격이 균일한데, 예를 들어, 복수의 샘플(302 또는 310)이 균일한 방식으로 배열된다. 특정 실시예에서, 각 재료의 간격이 실질적으로 균일하지 않은 경우, 처리 시스템이 재료와 상호작용하기 전에 재료의 위치를 확실히 식별하기 위하여 감지 장치가 채용된다. 이러한 감지 장치는 패턴 및 셩항 인식 센서, 음향 센서, 열 감지 센서, 촉각 센서, RF 센서, 전기적 콘택 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
적용되는 실제 수단과는 관계없이, 일 예에서 처리 시스템(예컨대, 도 2에 도시된 로봇 처리 시스템(200))이 상기 샘플(202)을 해제 가능하게 그리고 선택적으로 결합(예컨대, 샘플을 픽업(pick up), 샘플을 재배치, 샘플을 이동시키는 등)하여 샘플을 나노기계 테스트 기기에 전달할 수 있는 그러한 방식으로, 재료가 저장되고 및/또는 재료가 나노기계 테스트 기기(예컨대, 자동화 테스트 시스템(600)의 기기(612))에 또는 기기에 근접하게 전달된다. 다른 예에서, 처리 시스템의 개입 없이, 재료가 자동적으로 나노기계 테스트 시스템(600)에 전달된다. 처리 시스템의 태양이 이하에 더욱 상세하게 설명된다.
처리 시스템( Handling System )
다수의 형태를 가질 수 있는 처리 시스템은 다수의 샘플(202)(재료)을 연속적으로 연결하고 상기 재료를 저장 모듈(104) 또는 전달 메커니즘(예컨대, 슈트(chute), 빈(bin), 벨트 컨베이어 등)으로부터 이동시키는 것을 담당한다. 일 실시예에서, 도 2에 도시된 로봇 처리 시스템(200)과 같은 처리 시스템은 재료를 결합하고 나노기계 테스트 기기 내에 위치한, 도 6a, 6b에 도시된 바와 같은 기계적 테스트 스테이지(614)와 같은 지지 구조체(예컨대, 웨이퍼 척) 상에 그 재료를 기계로 배치한다. 처리 시스템은 테스트되는 재료 각각에 대해 적절한, 많은 형태를 가질 수 있다. 장치를 설명하기 위한 목적으로, 처리 시스템의 일 예(이 경우에서는 EFEM)가 일 실시예에 사용된다.
재료를 이송하기 위하여, 저장 캐리어(carrier)(예컨대, FOUP와 같은, 모듈(104))와 시스템(600)(이하 설명됨)의 나노기계 테스트 기기(612) 사이에 EMEF이 채용된다. 실시예에서, EFEM이 예컨대, 300mm 웨이퍼 샘플(202)과 같은 재료를 언로딩하고, 테스트, 이미징(imaging), 또는 다른 분석을 위해 그 웨이퍼를 나노기계 테스트 기기(예컨대, 자동화 테스트 시스템(600)의 기기(612))에 전달하며, 그 다음 상기의 공정 또는 테스트가 완료되면 재료를 저장 모듈(104)과 같은 그것의 캐리어로 리턴하도록 구성된다. EFEM이 재료를 처리하기 위한 시스템 및 장치의 예지만, 본 출원인은 재료를 처리하기 위한 임의의 시스템을 처리 시스템이라고 칭할 것이다. 기타 산업에서 EFEM이 아닌 처리 시스템의 예가 둘 이상의 시스템/공정 사이의 "갭(gap)을 메우는" 중간 메커니즘 역할을 하는 전용 로봇 시스템을 포함한다. 다양한 구성을 갖는 이러한 처리 시스템이 약학 및 생명공학, 반도체, 나노-기술, 광기전 태양 전지(photovoltaics solar cell), 연료 전지, 데이터 저장장치, 광전자공학, 그리고 LCD/LED 산업을 포함하는(예시일뿐 이에 제한되지 않음) 많은 산업에 채용된다.
오프너( Opener )
재료 샘플이 재료 저장 모듈(104)에 포함되는 경우, 처리 시스템은, 일 예에서, 오프너로 모듈 내에 저장된 액세스 가능한 샘플 또는 재료를 렌더링하도록 구성된다. 반도체 산업에서, FOUP(FOUP는 재료 저장 모듈의 일 예임)에 저장된 웨이퍼가 웨이퍼 조작과, 몇몇 경우에는 웨이퍼 재배치 장치(이하 참조)의 조작을 위한 로봇 수단을 채용한 EFEM(Equipment Front End Module)(도 1의 샘플 처리 모듈(106))에 부착된 FOUP 오프너에 전달된다.
예시적인 시스템에서, EFEM은 200mm 웨이퍼 및 300mm 웨이퍼를 나노기계 테스트 기기에 삽입하고 상기 기기로부터 인출하도록 구성된다. 보다 상세하게, EFEM의 앞면은 13 웨이퍼 및 25 웨이퍼 FOUP를 위한 하나 이상의 FOUP 오프너(카세트)를 포함할 것이다. 예를 들어, 도 1의 샘플 처리 모듈은 저장 모듈(104)(도 2 참조)의 개방을 수용 및 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 저장 모듈 로딩 선반(rack)(204)을 포함한다. 다른 실시예에서, 로봇 암(robotic arm)은 카세트, 프리-얼라이너(pre-aligner), 그리고 나노기계 테스트 기기 간의 이동 기능을 제공한다. 예를 들어, 도 2에 도시된, 로봇 처리 시스템(200)은 일 예에서 도 4a에 도시된 바와 같이 관절 암(articulating arm)(402) 및 하나 이상의 처리 포크(fork)(404)를 포함한다. 로봇 암 외의 샘플 이동 수단이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 사용될 수 있다(예컨대, 기계적 연결 조립체(mechanical linkage assemblies), 진공 조립체, 정전형 액추에이터(electrostatic actuator), 자기 액추에이터(magnetic actuator), 고압 가스 제트(high pressure gas jet) 등).
프리 -얼라이너( Pre - aligner )
어떤 시스템에서, 처리 시스템(예컨대, EFEM)이, 나노기계 테스트 기기 내의 배치 이전에 원하는 방향에(예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같은 샘플 스테이지(614) 상에) 웨이퍼와 같은 샘플(202)을 배치하는 데 약 ±0.05°의 정확도를 갖는 프리-얼라이너(412)(도 4a, 4b)를 포함한다. 다른 실시예에서, 샘플 배치 및 재배치는 예를 들어, 회전 및 병진 운동 중 하나 이상이 가능한 스테이지 또는 웨이퍼 척(614)에 의해 나노기계 테스트 기기 내에서 처리된다.
이오나이저( Ionizer )
실시예에서, EFEM 유닛은 또한 이오나이저 및 +1 파스칼(Pa) 환경 모듈(FFU)을 포함한다.
나노기계 테스트 기기( Nanomechanical Testing Instrument : NTI )
시스템(100) 및 이를 이용한 방법은 나노기계 테스트 기기를 포함한다. 하나의 나노기계 테스트 기기는 Hysitron TI950 TriboIndenter를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. TI950과 같은 나노기계 테스트 기기는 컴퓨터, 소프트웨어 및 자동화 나노기계 테스트를 행하기 위한 제어기 수단을 갖도록 구성된다. 다른 실시예에서, 그리고 이하에서 설명되는 바와 같이, NTI는 다수의 나노기계 특성화 기술을 지원할 수 있는 자동화된, 고 처리량(high throughput) 기기이고 도 1에 도시된 제어 스테이션(110)과 같은 제어 모듈에 연결되며, 매우 많은 샘플의 정밀한, 피드백-제어 나노기계 테스트를 가능하게 한다. 테스트될 샘플의 속성에 따라, 복수의 다양한 NTI가 자동화 테스트 어셈블리(100)로 활용될 수 있다. 이러한 하나의 예가 이하에서 설명된다.
마이크론-스케일 및 나노-스케일 테스트를 위한 자동화 기계적 테스트 장치
자동화 테스트 시스템(600)은 테스트 프로브(702)를 갖는 기계적 테스트 기기(612)를 포함한다(도 6a, 6b, 7a-7c 참조). 자동화 테스트 시스템(600)은 압입, 스크래칭 및 인장(tension), 압축(compression), 골절(fracture), 마찰 테스트 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 기타 테스트 작동 중 하나 이상에 대해 구성된다.
트랜스듀서 조립체(700)와 같은 액추에이터/센서는 법선 방향, 횡 방향 및 원호형 방향의 임의의 조합에 대해 구성된 하나 이상의 테스트 헤드(testin head)(예컨대, 프로브 또는 팁(702))로 법선 방향, 횡 방향 및 원호형 방향 중 하나 이상으로 힘과 변위를 제공하도록 구성된다.
스테이지 액추에이터 조립체(618)를 포함하는 샘플 스테이지(614) 또는 기기 스테이지(608)의 하나 이상을 포함하는 병진 운동 스테이징(translation staging)은, 일 예에서, 재료에 대한 XYZ 병진 운동 및/또는 테스트 헤드 병진 운동의 임의의 조합에 대해 구성된다. 다른 예에서, 샘플 스테이지(614)는, 예를 들면 X축, Y축, 그리고 회전 배치(예컨대, 세타(theta) 배치)로 테스트 헤드, 예컨대 프로브(702)에 대한 샘플(202)의 재료 배치를 위해 구성된다.
자동화 테스트 시스템(600)은 도 1에 도시된, 샘플 처리 모듈(106)과 같은, 자동화 재료 처리 시스템으로부터 샘플을 수신하도록 구성된다. 자동화 테스트 시스템(600)은 샘플(202)을 스테이징에 부착 또는 고정하기 위한 고정 메커니즘을 더 포함한다. 일 예에서, 진공 포트(vacuum port)(632)가 샘플(202)을 스테이징에 부착한다.
자동화 테스트 시스템(100)은, 일 예에서, 테스트 장치의 다양한 하드웨어 구성요소를 기계적으로 연결하는 지지 프레임을 포함한다. 예를 들면, 지지 프레임은 자동화 테스트 인클로저(108)을 포함한다. 다른 예에서, 지지 프레임은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 화강암 베이스(granite base)(602) 및 시스템 지지 테이블(604)을 포함한다. 몇몇 예에서, 지지 프레임은 테스트 장치(자동화 테스트 시스템(600))를 도 1에 도시된 샘플 처리 모듈(106)과 같은 자동화 재료 처리 시스템에 기계적으로 연결한다.
다른 예에서, 자동화 테스트 시스템(600)은 광학, 적외선, 그리고 샘플의 관찰을 위한 기타 관찰 기술 중 하나 이상을 이용하여 관찰 컬럼(observation column)과 같은 광학 컬럼을 포함한다. 광학 컬럼은 도 6a에 도시된 광학 기기(610)와 같은 광학 기기를 포함한다. 광학 기기(610)는 테스트 배치 위치를 보도록 구성된다. 다른 예에서, 광학 기기(610)는 테스트 사이트의 자동 인식, 샘플의 회전 및 병진 디스큐잉(deskewing)을 위해 머신 비전(machin vision)을 제공한다.
또 다른 예에서, 자동화 테스트 어셈블리(100)는 진동 방지 시스템을 포함한다.
자동화 테스트 어셈블리(100)는 도 1에 도시된 제어 스테이션(110)을 더 포함하는데, 제어 스테이션(100)은 제어 소프트웨어, 메모리, 하드와이어드 제어, 사용자 인터페이스 등을 포함하며, 테스트 사이트의 선택, 힘-변위 데이터 획득, 데이터 분석, 자동화 시스템 교정 루틴 및 자동화 팁 형상 확인 루틴 중 하나 이상을 위해 구성된된다.
제어 스테이션(110)과 같은 제어 시스템은 주변 기기뿐 아니라 자동화 테스트 어셈블리(100)의 구성요소들과, 예컨대 상기 장치로부터 상향 또는 하향 생산 장치와 같은, 어셈블리(100)와 관계있는 시스템 간의 통신을 조정한다.
상술한 설명은 시스템에 사용하기 위한 옵션을 포함하는 이러한 시스템의 예이다. 본 명세서에서 설명된 시스템의 범위를 벗어나지 않는 다수의 다른 구성이 가능하다. 몇 가지 구성은 앞서 설명한 특징부를 모두 포함하거나 일부분을 포함하고, 몇몇 예는 열거된 특징부에 부가하여 다른 특징부를 포함한다.
다음은 시스템의 실시예를 구현하기 위한 단계의 시퀀스이며, 재료 처리 시스템(예컨대, 샘플 처리 모듈(106))과 NTI(예컨대, 자동화 테스트 시스템(600)을 포함하는 자동화 테스트 인클로저(108)) 사이의 상호작용이 설명되고 웨이퍼는 테스트되는 재료를 포함한다. 상기 시스템은 스테이징 시스템과 테스트하기 전에 웨이퍼를 고정시키기 위한 웨이퍼 척(예컨대, 스테이지(614))으로 구성된다. 구현을 위한 예시적인 단계는 다음의 하나 이상을 포함한다:
i) 샘플(202)이 처리 시스템(예컨대, 로봇 처리 시스템(200))에 의해 결합된다;
ii) 이미 상승되지 않았으면, 엘리베이션 핀(634)(도 10a, 10b 참조)이 상승된다;
iii) 인클로저 도어가 열려서(이미 열려있지 않으면) NTI(자동화 테스트 인클로저(108))의 내부로 액세스가 허용된다;
iv) 처리 시스템(200)이 도어를 통해 NTI의 챔버 내부로 웨이퍼(202)를 이송한다;
v) 웨이퍼(202)가 상승된 핀(634)에 배치되고 해제된다;
vi) 처리 시스템(200)이 챔버로부터 인출하고 인클로저 도어가 닫힌다;
vii) 진공(예컨대, 진공 포트(632)에서)이 제공되고 핀(634)이 하강하며 진공이 웨이퍼(202)를 고정시킨다;
viii) 나노기계 테스트 및/또는 이미징 시퀀스 및/또는 데이터 획득이 자동화 테스트 시스템(600)으로 수행된다;
ix) 진공이 진공 포트(632)에서 해제된다;
x) 핀(634)이 상승된다;
xi) 인클로저(108) 도어가 열린다;
xii) 재료 처리 시스템(200)이 NTI로부터 샘플을 회수하고, 샘플을 미리 결정된 위치, 예를 들어 샘플 저장 모듈(104)에 배치한다;
xiii) 샘플이 처리 시스템에 의해 결합되는 단계 i)로 되돌아가고 단계들이 반복되거나 다른 순열(permutation)로 수행된다.
쉽게 인식되는 바와 같이, 다수의 이들 단계는, 본 명세서에서 설명된 예시적인 장치 및 방법을 벗어남이 없이, 동시에 또는 위에 나타낸 특정 시퀀스 외의 시퀀스로 행해질 수 있다. 예를 들어, 하나의 옵션에서, 단계 i, ii 및 iii은 다른 순서로 수행되거나 동시에 수행된다. 또한, 이들 단계 중 몇몇은 하위 단계를 포함한다. 예를 들어, 시스템이 나노기계 테스트 및/또는 이미징 및/또는 데이터 획득을 행하는 단계 viii는 다양한 예에서의 기기의 특정 구성에 따라 많은 것(일 예에서, 거의 무한대의 순열)을 포함한다.
이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 시스템은 스테이징 시스템과 감쇠 기술(damping technology)을 선택적으로 포함한다. 상기 시스템은 또한 다음의 기능의 하나 이상을 포함한다.
스테이징 시스템( Staging system )
NTI의 특정 속성과 관계없이, 시스템은 샘플 스테이지(614) 또는 웨이퍼 척과 같은 지지 구조체(support structure)로 구성되는데, 나노압입 테스트, 스크래치 또는 마모 테스트 등과 같은 테스트를 하기 전과 테스트하는 동안 샘플이 지지 구조체 상에 위치하고 고정된다. 다양한 스테이지가 상기 시스템에 의해 채용되고, 이들 중 몇몇은 테스트될 재료의 속성에 특정된다.
실시예에서, 재료/샘플이 처리 시스템(예컨대, 로봇 처리 시스템(200))에 의해 결합되면, 나노기계 테스트(나노기계 테스트 시스템, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 마이크로-스케일에서도 테스트하도록 구성됨) 이전에, 테스트 재료는 자동적으로 샘플 스테이지 또는 웨이퍼 척과 같은 지지 구조체("SS") 상에 배치된다. 일 예에서, 샘플 스테이지(614)와 같은 지지 구조체는 NTI 하우징 내에 위치하고 나노기계 테스트 동안 재료를 일시적으로 고정시키는데 사용된다.
예로써, 장치가 반도체 산업에서 활용되는 경우, 나노기계 테스트 기기는 웨이퍼를 EFEM으로부터 받아들일 수 있을 정도로 충분히 긴 이동을 갖는 X-Y 스테이징 시스템, X-Y-세타 스테이징 시스템 등을 포함한다. 예를 들어, X-Y 차원에서 실질적인 이동을 할 수 없는 고정된 프로브를 활용하여 웨이퍼가 나노압입 테스트를 받는 경우, 웨이퍼를 받치고 있는 샘플 스테이지가 이동하도록 구성되고, 따라서 상기 프로브가 인간의 개입 없이 300mm 웨이퍼의 모든 영역을 테스트할 수 있도록 압입 프로브에 관해 웨이퍼를 이동시킨다. 실시예들은 작은 인코더 분해능(encoder resolution)을 갖는 고속 X-Y 스테이지 또는 X-Y-세타 스테이지를 포함한다.
진동 완화( Vibration Mitigation )
나노기계 테스트는 매우 작은 스케일에서 행해지기 때문에, 음향 노이즈, 기계적 진동, 전기적 및 자기적 간섭 및 기류가, 측정되는 양보다 큰 불필요한 외란을 도입함으로써 테스트 결과에 영향을 준다. 이러한 외란은 보통 총칭하여 "노이즈(noise)"라고 불린다. 이러한 노이즈의 원인은 여러 가지이다. 상기 원인과 관계없이, 임의의 노이즈가 테스트 데이터에 상당한 영향을 줄 수 있으므로, 최소화되어야 한다. 본 명세서에서 설명된 상기 장치 및 방법은 심지어 복수의 샘플의 큰-스케일 테스트를 용이하게 하는 생산 및 제조 환경에서도 노이즈를 최소화한다.
기기 하우징( Instrument Housing )
일 실시예에서, NTI(예컨대, 자동화 테스트 시스템(600))는 외부 외란에 대해 기기 하우징 또는 자동화 테스트 인클로저(108)와 같은 물리적 수동형 장벽(passive barrier)에 의해 둘러싸인다. 실시예의 변형예에서, 하우징 구조가 활성 테스트 동안 기기(예컨대, 기계적 테스트 기기(612)), 스테이징 시스템, 그리고 테스트 샘플을 둘러싸지만, 재료 처리 시스템, 샘플 전달 메커니즘 및 임의의 오프너 또는 샘플 프리-얼라인먼트 장비는 제외한다. 다른 예에서, 저장 모듈, 처리 시스템, 전달 메커니즘, 그리고 기타 장비가 기기 하우징 내에 둘러싸여도 실질적인 감쇠(damping)를 달성한다. 이들 장치가 활성화되지 않더라도 그 자체로 어떤 레벨에서 노이즈를 방사하는 경향이 있으므로, 이러한 장비는 다른 예에서 물리적인 기기 하우징의 외부에 위치한다.
하우징 그 자체는 유리섬유(fiberglass) 인클로저 및 음향 감쇠층, 열적 절연 재료를 갖는 인클로저를 포함하여, 제한 없이, 다양한 재료로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 인클로저 그 자체의 물리적 형상은 노이즈 완화, 공기역학적 특성을 갖는다. 일 예에서, 감쇠 하우징은 감쇠 코어를 포함하는 유리섬유로 구성된 하우징을 포함한다. 상기 기기는 내부에 위치한다. 다른 실시예에서, 하우징은 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 구성되고, 음향 감쇠 재료, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 자동화 테스트 인클로저(108)와 더 결합된다.
진동 방지( Anti - vibrational )
실시예에서, 상기 시스템은 능동형 및 수동형 방안을 포함하여 추가의 진동 방지 방안을 포함한다. 이러한 수동형 감쇠는, 스프링, 유지되는 기압, 충격 흡수 장치, 또는 고무, 기타 엘라스토머(elastomers) 또는 서스펜션 메커니즘(suspension mechanisms)과 같은 높은 감쇠 특성을 갖는 재료와 같은 "플로팅(floating)" 메커니즘을 포함한다. 이들 모두는 단독으로 또는 다른 메커니즘과 결합하여 사용되는 수동형 진동 방지 기술이다. 다른 감쇠 방안은 내부에 인클로저를 보관하는 상기 기기를 큰 암석 덩어리, 예컨대 화강암과 같은 재료의 블록에 부착하는 것이다. 일 실시예에서, 재료는, 그 질량으로 인하여 연결되는 기기(612)(예컨대, 나노압입기(nanoindenter), AFM(atomic force microscope), SPM(scanning probe microscope), 광학 현미경 등)로 전달될 수 있는 진동을 감쇠하는, 무거운 화강암 아치형 구조의 형태 또는 캔틸레버식 기기 컬럼(606) 및 베이스(602)(도 6a 참조)를 갖는다.
진동 및 노이즈 완화가 자동화된 환경에서의 나노기계 테스트에 대해 중요하므로, 상기 시스템은 다른 예에서 하나 이상의 능동형 진동 방지 메커니즘 또한 포함한다. 어떤 능동형 방법은 진동을 감지하고 정반대의 이상(out of phase) 감쇠력(damping force)을 생성함으로써 능동적으로 진동을 상쇄(예컨대, 반대 주파수(counter frequency)로 진동)하는 압전(piezo) 능동 요소를 포함함으로써 달성된다. 예에서, 이러한 압전 능동 요소는 공장 환경에서 바닥을 통해 전달되는 진동으로부터 상기 기기, 샘플 스테이지 및 샘플을 부분적으로 격리시키기 위하여 NTI 아래(예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 시스템 지지 테이블(604) 또는 화강암 베이스(602) 아래)에 위치한다. 다른 예에서, 압전 능동 요소는 기기 하우징 내부, 예를 들어 앞서 언급한 화강암 구조체 아래에 채용된다. 또 다른 예에서, 감쇠 시스템 기반 보이스 코일이 자동화 테스트 시스템(100)에 포함된다.
웨이퍼 척( Wafer Chuck )
웨이퍼 테스트에 관련된 일 구성에서, 고체 스테인리스 스틸 조각으로 구성된 수정된 200mm 및 300mm 웨이퍼 척(예컨대, 샘플 스테이지(614))이 포함된다. 일 변형예에서, 척은 또한 공지의 물리적 특성을 갖고 팁 영역 함수 교정(tip area function calibration)을 위해 활용되는 수정 샘플(quartz sample)(예컨대, 진단 샘플(1106))을 포함하는 연장부(extension)를 포함하며, 나노압입 팁은 수정에 하나 이상의 압입을 행하고 힘 및 변위 데이터가 분석된다. 다른 실시예에서, 알루미늄 또는 다른 적절한 재료의 샘플이 팁-광학 오프셋(offset)을 교정하는 데 유사하게 이용된다.
일 예에서, 웨이퍼 척은 회전하며, 이는 기기 신뢰성 문제를 생성할 수 있다. 선택적으로, 이러한 회전 기능은 본 명세서에서 설명된 웨이퍼 척에 포함되지 않는다. 다른 예에서, 샘플 스테이지는 병진 및 회전 스테이지를 포함한다. 또한, 실시예에서 척은 완드 슬롯(wand slot)을 포함하지 않는다.
다른 실시예에서, 자동화 기기는, 웨이퍼를 진공 척으로 상승시키고 웨이퍼를 진공 척으로부터 하강시키는 자동 "리프트 핀"(일반적으로 셋 이상)뿐 아니라 진공 펌프로부터의 흡입(suction)을 제어하기 위한, 컴퓨터 제어 온/오프 스위치를 포함한다.
Z-축
NTI는 예컨대 샘플에 관해 z-축에서의 압입 프로브의 이동을 수용한다. 예시적인 시스템에서, 상기 기기의 z-축은 두 개의 개별 테스트 헤드까지 수용한다. 이는 몇 가지 이유를 위해 설계된 것인데, 상기 이유는 A) 스크래치 및 압입이 모두 중요한 어플리케이션-두 개의 팁이 요구됨, B) 스크래치 어플리케이션 또는 압입 어플리케이션(즉, 동일한 이중(dual) 헤드가 사용됨)에서, 하나의 팁이 손상되어도 테스트가 계속될 수 있음, 그리고 C) 데이터 획득의 두 배 이상 증가를 위해 두 개의 트랜스듀서가 동시에 실행될 가능성을 포함한다. 몇몇 구성에서 제어 컴퓨터(예컨대, 제어 스테이션(110))가 두 개의 제어기(예컨대, Hysitron Performech 제어기) 사이에서 스위치되도록 요구될 수 있음을 주목한다. 일 예에서 제어기 중 하나 또는 모두가 제어 스테이션(110)으로부터의 명령과 협력하고 이에 따라 행동하는 DSP를 포함한다. 제어기는 하나 이상의 기계적 테스트 기기(예컨대, 기계적 트랜스듀서와 마찰 트랜스듀서 중 하나 이상을 포함하는 기기(610))와 통신한다.
재료 특정 구성요소
상기 시스템의 특정 실시예가 정압(positive pressure)(또는 부압(negative pressure)) 미세환경(microenvironment)을 생성하도록 구성되는 것이 인식된다. 또한, 일 예에서, 상기 기기는 이오나이저 및/또는 여과 시스템(filtration system), ESD-방지 인클로저, 개방/폐쇄 로드 도어(앞서 언급함)를 포함한다.
자동 팁 변경 메커니즘( Auto Tip Change Mechanism )
일 실시예에서, NTI는 A) 압입 및 스크래치 테스트 사이에서 진행하는 경우(z-축이 단일의 테스트 헤드만을 수용할 수 있는 경우), 그리고 B) 테스트 결과가 미리 정해진 허용 레벨을 벗어나고 '자동 팁 확인' 소프트웨어 루틴이 팁이 손상되었다고 식별하는 경우에 자동으로 팁을 변경하는 프로브 변경 어셈블리(1100)와 같은 메커니즘을 포함한다.
하나의 메커니즘은 다수의 팁을 보유하는 유성 기어 세트(a planetary set of gear)를 사용한다. 팁이 허용가능한 파라미터 내에서 더 이상 작동하지 않는다고 판단되면, 상기 시스템은 몇몇 실시예에서 트랜스듀서에 고정된 스레드 포스트(threaded post)에 고정되는 팁의 연결을 해제하고 교체 팁 또는 상이한 원하는 형상의 팁을 선택하여 그 팁을 스레드 포스트에 고정시킬 것이다. 트랜스듀서의 민감도와 교체 팁 고정 시 초과 토크(excess torque) 적용의 위험성으로 인하여, 실시예는 팁을 안전하게 설치 및 제거하기 위하여 알려진 회전수를 제공하고, 팁 변경 메커니즘은 허용되는 토크 양을 제한하도록 구성된다. 선택적으로, 교체 팁은 스냅 핏(snap fit), 간섭 핏(interference fit), 마찰 핏(friction fit) 등과 같은, 회전 없이 상기 팁을 상기 기기에 고정시키는 기계적 인터피팅(interfitting)에 의해 유지된다.
속도 향상( Speed Enhancement )-신속하게 샘플 표면 찾기
대부분의 나노압입 시스템에서, 테스트 시간의 상당 부분이 프로브로 샘플에 천천히 접근하는 것을 수반하므로 테스트가 천천히 행해진다. 테스트가 마이크로-스케일 및 나노-스케일 레벨에서 수행되고 프로브가 고정된 트랜스듀서의 주어진 민감도 때문에, 팁이 테스트될 샘플에 "충돌"하지 않는 것이 매우 중요하다. 팁이 샘플에 충돌하면 트랜스듀서 및/또는 팁이 파괴되어 상기 기기를 작동할 수 없게 만들 수 있다.
본 명세서에서 설명된 시스템의 실시예에서, 샘플에 대한 팁의 매크로(macro) 접근은 인간의 조작에 의해서는 용이하지 않다. 사이클 시간을 감소시키기 위하여, 일 실시예는 프로브 아래로 약간의 거리만큼 연장하는 센서를 포함하여, "신속한 접근" 모드에서 압입 팁이 샘플과 충돌하기 전에 센서가 샘플에 접촉한다. 샘플에 대한 센서의 접촉은 상기 시스템이 센서를 인출하고 나머지 거리에 대해 팁(예컨대, 프로브(702))을 천천히 움직이게 하도록 작동시켜 팁 또는 트랜스듀서(예컨대, 커패시터 어셈블리(710)를 포함하는 트랜스듀서 어셈블리(700))의 손상 없이 팁을 샘플과의 접촉에 제공한다.
다른 예에서, 본 명세서에서 설명된 시스템에는, 팁이 신속하게 갭(gap)의 대부분을 좁히도록 하는, 레이저 삼각법 센서(laser triangulation sensor), 커패시턴스 센서, 광섬유 기반 간섭계(interferometer)와 같은 하나 이상의 센서가 장착된다. 일 실시예에서, 팁은 샘플 표면의 1 마이크론 내로 신속하게 이동하고 테스트가 공중에서 시작되어 변위 오프셋이 자동으로 수정된다.
지원 구성요소( Supporting Components )
NTI(예컨대, 자동화 테스트 어셈블리(100))의 구성요소는, 제어 스테이션(110)의 일 예에서 알 수 있는, 다양한 전자 장치, 컴퓨터, SPM-타입 제어기와 같은 제어기(예컨대, 주사형 터널링 현미경(scanning tunneling microscopy) 타입 제어기를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 주사형 프로브 현미경 타입 제어기), 비디오 디스플레이 모니터 등을 이용한다.
소프트웨어
다중 사용자 레벨 소프트웨어( Multi - User Level Software )
일 구성에서, 상기 시스템을 작동하는 소프트웨어(예컨대, the Hysitron's TriboScan Professional software)는 관리자(모든 기능), 엔지니어(제한된 기능), 그리고 오퍼레이터(operator)(더 제한된 기능)와 같은, 둘 이상의 사용자 레벨을 갖도록 구성된다. 일 실시예에서, 관리자 또는 엔지니어 레벨에 의해 테스트 프로토콜이 설정되면, 이들 정해진 사용자 레벨은 GUI(graphic user interface)에 누름-버튼 타입 테스트 기능을 제공한다. 실시예는 오퍼레이터가, 수행될 테스트 타입(예컨대, 압입/스크래치), 미리 정해진 로드/스크래치 함수(load/scratch function) 및 테스트 위치를 특정하는 사용자 인터페이스를 쉽게 탐색하도록 구성된다. 예를 들면 제어 스테이션(110)의 터치 스크린을 이용하여 단일 스크린(탭)에서 각각의 설정이 이상적으로 선택된다.
머신 비전/패턴 인식( Machine Vision / Pattern Recognition )
처리 시스템에 의해 프리-얼라이너가 채용되어 있더라도, 테스트 이전에, 샘플(웨이퍼와 같은)의 방향을 보다 구체적으로 맞추는 것이 이로울 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 웨이퍼 방향을 미세하게 조정하기 위하여, 머신 비전이 웨이퍼 정렬을 디스큐잉하는데 포함된다. 이는 패턴 기판의 작은 개별 영역을 테스트하는 데 도움이 되거나, 또는 웨이퍼의 특정 영역에의 결함의 도입을 제한한다. 일 예에서, 디스큐잉 기능 알고리즘은 작동 소프트웨어에서 구현된다. 일 실시예에서, 이러한 머신 비전 기능은 샘플의 특정 영역을 자동으로 식별할 뿐 아니라 개별 샘플/테스트 조각을 식별하고 목록을 만들며(x-y 좌표를 기록) 그들의 크기를 측정하도록 구성된다.
테스트가 불규칙한 표면 특징부를 갖는 재료 또는 샘플에 대해 수행되는 다른 실시예에서, NTI 소프트웨어는 샘플 표면의 일부분을 이미징하고(예를 들어, SPM, AFM, 광학 현미경, 광학 기기(610) 등을 이용하여), 그 다음 상기 장치가 특정 파라미터 내에 있는 패턴을 갖는 구조를 자동으로 인식할 수 있도록 하는 패턴 인식 소프트웨어를 그 이미지에 적용한다. 예를 들어, 사용자가 MEMS 디바이스로 구성된 샘플에 대해 압입 테스트를 수행하고자 하는 경우, 그리고 사용자가 상기 MEMS 디바이스의 특정의 특징부를 테스트하는 것을 원하는 경우, 그러한 특징부들이 패턴 인식 소프트웨어에 의해 식별되고, 허용 가능한 테스트 사이트의 위치가 산출되어, 그 특징부가 프로브 아래로 자동으로 이동되어 원하는 테스트 프로토콜이 적용된다.
자동화 팁 영역 함수-교정( Automated Tip Area Function - Calibration )
선택적인 웨이퍼 척의 논의에서 앞서 언급된 바와 같이, 실시예는 압입 팁을 융합된 수정 샘플의 사용되지 않는(압입되지 않은) 부분 또는 다른 적절한 팁 교정 재료(예컨대, 진단 샘플(1106)) 위에 배치하고, 압입을 행하거나 및/또는 사용자가 정의한 수의 압입을 수행하여 자동으로 영역 함수를 산출하고 본 명세서에서 설명된 바와 같이 팁이 변경되거나 교정이 다시 필요할 때까지 이러한 팁 영역 함수(TAF 또는 프로브 영역 함수(PAF))를 이용하는 자동화 소프트웨어 함수를 포함한다.
자동화 팁 영역 함수-압입( Automated Tip Area Function - Indentation )
선택적인 웨이퍼 척의 논의에서 앞서 언급된 바와 같이, 실시예는 예를 들면 TAF가 여전히 정확한 사용자-정의 구간(미리 선택된 일수 또는 테스트 작동(예컨대, 압입) 수 후에)에서 주기적으로 체크하는 제어 스테이션(110) 또는 트랜스듀서 어셈블리(700)의 전자 장치와 통합된 자동화 소프트웨어 함수를 포함한다.
다른 실시예에서, 특정 이벤트 발생(special occurrence)(예를 들어 비정형 또는 예상치 않은 테스트 데이터, 예컨대 힘 및 변위 데이터의 존재)은 자동화 TAF를 시작하여 팁이 특정된 허용 가능한 파라미터 내에서 계속해서 작동할 수 있는지를 판단한다. 예를 들어, 압입 팁은 그들이 압입할 샘플보다 일반적으로 더 딱딱하다. 그럼에도, 팁(심지어 다이아몬드 팁)은 마모된다. 일련의 샘플이 테스트되고 그들 테스트의 결과가 특정 파라미터 내에 있는 데이터를 얻을 것으로 예상되며 그들 파라미터를 벗어난 데이터가 획득된 경우, 그 데이터는 비정상적인 재료 또는 반도체 산업의 경우에 손상된 웨이퍼의 생성을 야기하는 생산-라인 문제의 결과일 수 있다. 그러나, 웨이퍼 그 자체가 정상적이면, 비정상적인 데이터가 팁의 과도한 마모에 기인한 것일 수 있으며, 팁의 변경이 요구된다. TAF를 확인하는 것은(예컨대, 진단을 행하는 것) 비정상적인 데이터의 원인으로서 팁 고장을 잠재적으로 배제할 수 있다. 따라서, 샘플의 재료 특성이 사용자가 정의한 사양 범위를 벗어나면, TAF는 공정이 허용 불가능한 코팅(웨이퍼, 재료 등)을 생산한다는 신호를 보내고 생산 라인을 종료(shut-down)한다는 메시지를 보내기 전에 즉시 체크된다. 이러한 방식의 생산 라인의 종료(TAF를 체크한 후)는 그 생산 라인이 표준 이하의 제품을 생산하는 때를 신속하게 확인함으로써 상당한 비용을 절약할 수 있다.
자동화 팁 형상 확인-스크래치( Automated Tip Shape Validation - Scratch )
TAF 교정 및 TAF 압입과 유사하게, 상기 시스템은 스크래치 프로브의 곡률 반경을 산출하기 위한 자동화 소프트웨어 함수를 포함할 것이다. 잘 알려진 특성의 재료를 이용하여, 헤르츠 핏(Hertzian fit)으로부터 곡률 반경의 산출과 함께 저-부하(low load) 압입이 수행된다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 소비자가 허용 가능한 반경의 범위를 입력할 수 있도록 구성된다. 또한, 측정이 허용 가능한 레벨을 벗어나는 스크래치 결과를 제공하면, 상기 기기는 라인 종료 신호를 보내기 전에 곡률 반경을 체크할 것이다.
자동화 시스템 교정( Automated System Calibrations )
일 예에서, 소프트웨어는 하나 이상의 주기적인 z-축 공기 교정(예컨대, 공간 교정) 또는 팁-광학 오프셋 교정(예컨대, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, H-패턴 교정)을 자동으로 수행하는 능력을 제공한다.
자동화 데이터 분석( Automated Data Analysis )
각각의 압입 테스트 동안 및 그 후에 소프트웨어(예컨대, 트랜스듀서 전자 장치(708), 제어 스테이션(110) 등의 하나 이상에 통합된)는 기계적 테스트 기기(610)로 측정된 힘-변위 데이터를 분석하여 경도(hardness) 및 모듈러스(modulus)를 출력한다(표준 Oliver 및 Pharr 분석).
선택적인 실시예에서, 데이터(예컨대, 경도 및 모듈러스 데이터)는 특정 샘플 또는 특정 샘플 세트와 관련된다. 예로서 반도체 산업 시스템을 사용하여, 상기 시스템은 테스트 데이터를 특정 웨이퍼 번호와 관련시킴으로써, 일련의 웨이퍼가 테스트되는 경우 웨이퍼가 예를 들어 이후의 검사 또는 추가 처리를 위하여 이후에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 샘플 그 자체에 바 코드 또는 번호와 같은 고유 번호가 할당된다. 다른 실시예에서, 샘플 그 자체는 표시되지 않는 대신 추가의 조사를 위해 지정된 샘플에 대응하는 FOUP 내의 특정 위치와 같은 재료 저장 모듈 내의 알려진 위치에 포함된다.
상기 시스템이 스크래치 테스트를 행하도록 구성되는 경우, 일 예에서, 소프트웨어는 스크래치 분석이 자동으로 수행되어 중요한 로드 이벤트를 자동으로 식별하는 것을 명령한다. 이는 측정된 파라미터(정상 변위, 횡력(lateral force), 마찰)의 도함수를 검토하여 급격한 변화를 식별함으로써 성취된다. 실시예에서, 넓은 범위의 주요 로드(critical load) '특징(signature)' 때문에, 사용자는 주요 로드 독출을 작동시키는 민감도 파라미터를 정의할 것이다. 다른 실시예에서, n번째 이벤트만 기록되는 경우 많은 이벤트(특정 다층 필름의 경우에서와 같이)가 있을 수 있다.
집합 데이터 저장 및 분석( Aggregate data storage and analysis )
하나의 선택적인 실시예에서, 프로그램과 같은 스프레드시트(spreadsheet)가 하나 이상의 테스트의 결과에 사용되고, NTI 컴퓨터, 예컨대 제어 스테이션(110)과 원격 서버 위치에 저장된다. 다수의 다른 전자 저장 옵션이 가능하다.
다른 선택적인 실시예에서, 테스트 데이터 세트가 모아지고 그 다음 상기 데이터의 집합이 다른 데이터의 집합 또는 특정 샘플에 대한 특정 테스트로부터의 데이터와 비교된다. 제한하지 않는 예시로서, 2012년 1월에 테스트된 100 웨이퍼 세트의 경도 및 모듈러스 데이터가 2012년 2월에 테스트된 100 웨이퍼 세트의 경도 및 모듈러스 데이터와 비교됨으로써, A) 그들이 실질적으로 동일한지, B) 임의의 비교를 통해 획득된 데이터들이 원인 불명의 편차를 포함하는지를 판단할 수 있다. 이력 데이터를 저장하고 시간의 흐름에 따른 상대적인 변화를 조사하는데 사용될 수 있는 방식으로 그 데이터를 모음으로써, 시스템(100)은 사용자가 표준 이하의 재료, 제조 공정의 잠재적인 고장, 인간의 오류, 일군의 표준 이하의 원료(raw material), 생산 방법 또는 장비의 유리한 또는 불리한 변화, 작업자 이동의 상대적 성능 및 정확도 등의 오류를 더 쉽게 확인할 수 있도록 할 것이다. 따라서, 특정 샘플에 관련된 데이터가 공정에 대해 유용한 동안, 관리된 집합 데이터는 강력한 도구이고, 특히 본 발명의 시스템에 의해 수집된 다른 집합 데이터와 다른 시스템에 의해 수집되고 시스템(100)으로부터 수집된 데이터와 함께 리뷰된 데이터와 비교할 때 그러하다.
재료 처리 시스템 핸드셰이크( Material Handling System Handshake )
재료 처리 시스템을 적용하는 실시예를 포함하는 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은, 예를 들어, 기기 인클로저가 열리고 기기의 내부로 액세스가 허용되는 경우, 웨이퍼와 같은 샘플을 NTI 내로 로딩하는 경우, 그리고 테스트가 종료되면 샘플(예컨대, 하나 이상의 웨이퍼)을 언로딩하는 경우에 재료 처리 시스템(예컨대, EFEM 로봇 처리 시스템(200))과 NTI 간의 통신이 설정될 수 있도록 하는 소프트웨어로 구성된다. 다른 실시예에서, 제어 스테이션(110)은 어떤 웨이퍼가 테스트되고 있는지, 웨이퍼가 어디로부터 획득되는지, 그리고 테스트 후에 웨이퍼가 어디에 보관되는지를 기록하는 소프트웨어 명령 등을 포함한다.
최소 감쇠 요건을 충족하는 시스템에 기초한 동적 테스트( Dynamic Testing Based on System Meeting Minimum Damping Requirements )
상이한 종류의 테스트는 외란에 대한 상이한 공차(tolerance)를 갖는다. 예를 들어, 고-부하(high-load) 압입 테스트는 저-부하(low-load) 압입 테스트보다 더 높은 레벨의 진동 또는 다른 외란을 견딘다. 따라서, 나노기계 테스트 동안의 모든 상당한 레벨의 진동이 바람직하지 않지만, 외란 레벨이 생산(예컨대, 제조) 설정에서조차 허용 가능한 파라미터 내에서 유지되는 한 테스트는 진행하고 허용 가능한 정확한 결과를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 기기의 작동에 부정적인 영향을 주는 외란을 검출하는 하나 이상의 센서를 갖춘다. 외란이 최대 임계치(예컨대, 수행되는 테스트 시나리오에 따라 사용자에 의해 각 테스트에 대해 자동으로 적용되는 상이한 임계치로 선택적으로 결정됨)를 초과하는 경우, 자동화 테스트 어셈블리(100)는 자동으로 테스트를 종료, 정지 및/또는 중단하도록 적응된다. 시스템(100)은 이후 상기 외란 또는 다른 조건이 허용 가능한 한도 이내가 되면 테스트를 재개한다. 센서는 트랜스듀서, 가속도계 등을 포함한, 이에 제한되지는 않는다. 유사하게, 테스트를 위해 특수 환경이 요구되는 경우, 예를 들어, 온도 제어 환경의 상태, 진공 레벨, 환경 문제(예컨대, 입자상 물질(particulate matter)의 존재 또는 부재, 진동, 습기 등)를 모니터링하기 위하여 매우 다양한 센서가 적용될 수 있다. 조건이 허용 가능한 파라미터를 벗어나는 경우, 상기 시스템은 테스트의 중단, 테스트 정지, 조명탑의 활성화, 오류 보고서 생성 등의 동작을 시작한다.
동적 테스트( Dynamic Testing )
몇 가지 실시예에서, NTI(예컨대, 자동화 테스트 어셈블리(100))는 다수의 테스트 헤드와 압입기 팁, 이미징 디바이스 및 테스트 모듈로 구성된다. 많은 실시예에서, 사용자가 다수의 샘플에 걸쳐 하나의 테스트를 실행하겠지만, 본 시스템은 다양한 테스트를 실행하고 이들 테스트로부터 획득된 데이터에 따라 추가 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 사용자가 MEMS 디바이스 또는 광기전 디바이스에 대해 일련의 테스트를 실행하고 나노압입 테스트 또는 스크래치 테스트로부터 획득된 데이터가 특정 파라미터를 갖는 데이터를 산출하는 경우, 상기 시스템은 표준 테스트 루틴으로 되돌아가기 전에 그 샘플에 대해 자동으로 그리고 적응적으로 추가 테스트를 행하도록 구성될 수 있다. 일 예로서, MEMS 디바이스에 대한 경도 측정이 예상치 않은 결과라고 생각되는 것을 산출한 경우, 상기 시스템은 X-Y 스테이지 또는 X-Y-세타 스테이지를 이용하여 샘플을 자동으로 재배치하고 테스트 사이트의 AFM 이미지 또는 이후의 분석을 위한 광학 이미지를 획득하기 위하여 그 샘플 및/또는 그 샘플 상의 테스트 사이트를 다시 위치시키도록 구성된다. 다른 예에서, 시스템(100)은 그 샘플에 대해 추가 압입 테스트, 스크래치 테스트, 마모 테스트, 모듈러스 매핑(modulus mapping)과 같은 추가적인 일련의 테스트를 실행하거나 직교 테스트 기술을 수행한다. 또는, 비정상적인 테스트 결과의 존재 또는 심지어 일련의 비정상적인 테스트 결과는 예를 들어, 후속 샘플들에 대한 테스트를 재개하기 전에 팁 진단(예컨대 진단 샘플(1106)과 같은 알루미늄 또는 수정 블록에 대해) 팁 교체, 또는 대체 형상을 갖는 팁으로 테스트를 작동시킬 수 있다.
모듈러스 매핑( Modulus Mapping )
모듈러스 매핑은 테스트 기기의 인시츄(in-situ) 이미징으로 나노스케일의 동적 기계적 분석에 의해 제공되는 점탄성(viscoelastic) 특성의 정량적인 측정을 포함하여 나노기계 테스트에서 전례없는 기능을 산출한다. 이러한 도구는 단일의 SPM 스캔으로부터 표면의 모듈러스 맵을 제공하여 영역을 특성화하기 위한 수천의 압입에 대한 필요성을 제거한다. 금속 산화물 필름은 전자, 마모 및 부식 분야에서 그들의 관련성에 기인하여 광범위하게 연구되어 왔다. 금속/산화물 인터페이스는 마이크로전자공학, 금속/세라믹 복합재료(composite), 광기전 디바이스, 전기화학 전지(electrochemical cells) 및 가스 센서에의 접촉(contact)을 포함하여 기술적으로 중요한 다양한 어플리케이션에서 매우 중요하다. 이들 필름의 기계적 특정의 판단은 실제 환경에서 견뎌내기 위한 층(layer)의 능력을 예측하기 위하여 필요하다.
이러한 필름의 두께가 수 나노미터에서 수 마이크론의 범위일 수 있으므로, 특정 사이트의 기계적 특성의 특성화는 어려울 수 있다. 모듈러스 매핑은 나노DMA™ 및 SPM 이미징의 측면을 모두 이용하여 금속/산화물 인터페이스의 형상(topographical) 및 기계적 데이터의 시각화를 가능하게 하는 나노스케일 맵을 생성한다.
샘플 단면의 초기 형상 데이터는 (예를 들어) 금속 및 산화물 필름 간의 인터페이스의 시각화를 가능하게 한다.
필름의 증가된 복잡한 모듈러스는 층이 고 마모(high wear) 어플리케이션을 갖는 금속에 대해 중요한, 금속 표면에 대해 보호 경계의 역할을 하기에 적합하다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법은, 일 예에서, 앞서 언급한 바와 같은 샘플의 배치 및 정렬, 그리고 샘플의 표면의 기계적 특성의 나노기계 테스트를 통하여 하나 이상의 샘플을 모듈러스 매핑하도록 구성된다.
자동화 테스트 어셈블리( Automated Testing Assembly )
도 1은 자동화 테스트 어셈블리(100)의 하나의 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 자동화 테스트 어셈블리(100)는 이 예에서 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)는 하나 이상의 저장 모듈(104) 및 자동화 테스트 인클로저(108)와 연결된 샘플 처리 모듈(106)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 스테이션(110)은 자동화 테스트 인클로저(108)와 연결된다. 또 다른 예에서, 자동화 테스트 어셈블리(100)는 자동화 테스트 어셈블리(100)의 다른 구성요소들에 대하여 원격으로 위치하는 제어 스테이션(110)을 포함하는데, 예를 들면, 원격 위치 등에 제어실 내에 위치할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)가 저장 모듈(104)을 포함하는 것으로 도시된다. 도 1에 도시된 예에서, 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)는 샘플 처리 모듈(106)에 연결된 복수의 저장 모듈(104)을 포함한다. 일 예에서, 저장 모듈(104)은 복수의 반도체 웨이퍼를 내부에 포함하기 위한 크기와 형상의 FOUP(front open unit pods)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 샘플 처리 모듈(106) 내로 로딩되는 경우, 복수의 저장 모듈(104)은 처리 모듈(106)에 의한 액세스를 위하여 반도체 웨이퍼와 같은 복수의 샘플을 제공하고 본 명세서에서 설명된 바와 같은 기계적 테스트를 위해 자동화 테스트 인클로저(108) 내에 샘플의 대응하는 로딩을 제공한다.
다른 예에서, 샘플 처리 모듈(106)은 저장 모듈(104) 내의 샘플을 조작하고 기계적 테스트를 위하여 자동화 테스트 인클로저(108) 내에 샘플을 배치하도록 구성된 EFEM(equipment front end module)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
앞서 설명된 바와 같이 제어 스테이션(110)은, 일 예에서, 자동화 테스트 어셈블리(100)의 자동화 테스트 인클로저(108)와 연결된다. 선택적으로, 또한 앞서 설명된 바와 같이, 제어 스테이션(110)은 자동화 테스트 어셈블리(100)의 다른 구성요소에 대하여 멀리 떨어져 있다. 제어 스테이션(110)은, 일 예에서, 일련의 제어기, 사용자 인터페이스, 사용자의 모니터링, 제어, 테스트 파라미터 관찰, 진단 특성 및 자동화 테스트 어셈블리(100)에 대한 시나리오 테스트를 지원하도록 구성된 모니터, 프린터 등과 같은 출력 디바이스를 포함한다. 또 다른 예에서, 제어 스테이션(110)은 사용자가 샘플 저장 모듈(104) 내에 포함된 샘플에 대한 다양한 테스트 시나리오를 개발 및 구현하는 것을 지원하도록 구성된다.
이제 도 2를 참조하면, 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)가 분해도로 도시된다. 도시된 바와 같이, 복수의 저장 모듈(104)이 샘플 처리 모듈(106)로부터 이격되어 배치된다. 샘플 처리 모듈(106)은 저장 모듈(104)(예컨대, FOUP)을 그 위에 수용하기 위한 크기와 형상의 저장 모듈 로딩 선반(204)을 포함한다. 샘플 처리 모듈(106)은 샘플 처리 모듈(106)의 외부에서 적어도 부분적으로 나타나는 로봇 처리 시스템(200)을 갖는 것으로 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 처리 시스템(200)은, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 기계적 테스트를 위해 자동화 테스트 인클로저(108) 내에 배치하기 위하여, 그 위에 나타난 반도체 웨이퍼와 같은 샘플(202)을 포함한다.
도 3a 및 3b는 자동화 테스트 어셈블리, 예컨대 도 1에 도시된 어셈블리(100)로 테스트하기 위하여 복수의 샘플을 내부에 포함하기 위한 크기와 형상의 저장 모듈의 상이한 예를 나타낸다. 도 3a를 먼저 참조하면, 도 1 및 2에서 앞서 도시된 저장 모듈(104)은 저장 모듈 케이스(300)의 외부에 배치된 복수의 샘플(302)을 갖는 열린 구조로 제공된다. 일 예에서, 샘플(202), 예컨대 반도체 웨이퍼는 복수의 샘플(302)로부터 이격되어 배치되는 것으로 도시된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 다른 예에서, 복수의 샘플(302)이 스택 구조로 배열되고 그 후에 저장 및 도 2에 도시된 로봇 처리 시스템(200)에 의한 최종적인 회수를 위해 저장 모듈 케이스(300) 내에 배치된다. 또 다른 예에서, 저장 모듈 케이스(300)는 특히 도 2에 도시된 저장 모듈 로딩 선반(204)에 맞게 또는 저장 모듈 로딩 선반(204) 내에 맞게 설계된다. 저장 모듈 케이스(300)는, 일 예에서, 샘플 처리 모듈(106)에 의해 열리도록 구성된 포트를 포함하여, 그 안의 복수의 샘플(302)에 대한 로봇 처리 시스템(200)의 액세스를 제공한다.
도 3b는 샘플 모듈(308)의 다른 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 샘플 모듈(308)은 그 위에 복수의 샘플(310)을 포함하기 위한 크기와 형상의 샘플 모듈 트레이(312)를 포함한다. 일 예에서, 복수의 샘플(310)은 생물학적 샘플, 재료 샘플 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 각가의 샘플(310)은 샘플 모둘(312) 상에 지정된 방향으로 배치된다. 예를 들면, 샘플 모듈 트레이(312)는 내부에 샘플(310)을 수용하기 위한 크기와 형상의 복수의 리세스(recess), 리지(ridge), 컵(cup), 파티션(partition) 등을 포함하고 도 2에 도시된 로봇 처리 시스템(200)과 같은 처리 시스템에 의한 용이한 액세스를 위하여 샘플을 샘플 모듈 트레이(312) 상에 구성(organize)한다. 일 예에서, 샘플(310)은 2:3의 샘플 비로 배열되고, 예를 들어, 도 3b에 도시된 예에서 샘플(310)은 8:12의 구성으로 배열된다.
도 4a는 위에서 바라본 샘플 처리 모듈(106)의 일 예를 나타낸다. 샘플 처리 모듈(106)은 앞서 설명되고 도 2에 도시된 로봇 처리 시스템(200)을 포함한다. 로봇 처리 시스템(200)은 별개의 두 방향에서 나타난다. 제1 저장 위치 방향(408)이, 예를 들어, 저장 모듈(104)에 대응하는 저장 모듈 로딩 선반(204)에서 샘플(202)과 연결된 로봇 처리 시스템(200)과 함께 도 4a에 도시된다. 스테이지, 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 자동화 테스트 시스템의 스테이지 상에 배치하기 위한 구성에서 로봇 처리 시스템(200)이 로딩 위치(loaded position)(410)에서 샘플(202)과 함께 도시된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 로봇 처리 시스템(200)은 로봇 베이스(400), 로봇 베이스(400)로부터 연장하는 관절 암(402)을 포함한다. 또한, 도시된 예에서, 관절 암(402)은 도 4a에 도시된 바와 같이 하나 이상의 샘플(202)을 결합, 리프팅(lift) 및 조작하기 위한 크기와 형상의 하나 이상의 처리 포크(404)를 포함한다. 관절 암(402)은 샘플 처리 모듈(106) 내에서 이동하기 위한 크기와 형상을 가지므로, 액세스 윈도우(406)를 통해 관절 암(402)을 조작함으로써 샘플(202)을 로딩 위치(410)에 용이하게 배치한다. 유사하게, 로봇 처리 시스템(200)의 관절 암(402)은 자동화 테스트 시스템으로부터 샘플(202)을 회수하고, 샘플(202)을 저장 모듈(408), 예를 들어 저장 모듈(104)(예컨대, FOUP) 에 재배치하도록 구성된다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 저장 모듈(104) 및 샘플 처리 모듈(106)을 포함하는 샘플 저장 처리 어셈블리(102)와 도 1에 도시된 자동화 테스트 인클로저(108) 내의 자동화 테스트 시스템은 저장 모듈(104) 내에 포함된 복수의 샘플에 대한 복수의 샘플 위치를 효율적이고 신속하게 테스트하도록 제공된다. 자동화 테스트 어셈블리(100)는 자동으로 그리고 최소한의 사용 또는 상호작용으로 샘플(202)로 복수의 테스트 시나리오를 수행하고 따라서 샘플(202)의 재료의 기계적 파라미터에 대한 측정 및 대응하는 데이터를 기계적으로 생성하도록 구성된다.
다시 도 4a를 참조하면, 일 예에서, 샘플 처리 모듈(106)은 도 4a에 도시된 바와 같이 프리-얼라이너(412)를 포함한다. 일 예에서, 프리-얼라이너(412)는 자동화 테스트 어셈블리(100), 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 자동화 테스트 시스템 내에 최종 배치를 위해 샘플, 예컨대 샘플(202)(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 사전-정렬한다. 다시 말해서, 프리-얼라이너(412)가 도 4a에 도시된 저장 위치(408)와 로딩 위치(410) 사이의 중간 위치에 배치된다. 예를 들어, 프리-얼라이너(412)는 별개의 베이(bay)에 배치되거나 또는 샘플 처리 모듈(106)의 인클로저 내에 배치된다. 프리-얼라이너(412)는 처리 포크(404)의 인출 후에 샘플(202)과 결합되어 자동화 테스트 인클로저(108) 내의 로딩 위치(410)에 샘플(202)의 정렬된 또는 실질적으로 정렬된 배치를 위하여 샘플(202)을 실질적으로 사전정렬한다.
이제 도 4b를 참조하면, 프리-얼라이너(412)의 일 예가 제공된다. 도시된 예에서, 프리-얼라이너(412)는 예를 들어 프리-얼라이너 스테이지(414)의 중심 부분으로부터 멀어지도록 연장하는 복수의 풋(foot)(416)을 포함하는 프리-얼라이너 스테이지(414)를 포함한다. 일 예에서, 프리-얼라이너 스테이지(414)는 풋(416)으로 샘플(202)과 같은 샘플을 연결하고 파지하도록 작동한다. 프리-얼라이너 스테이지(414)는 그 후에 프리-얼라이너 스테이지(414) 상의 (예컨대, 하나 이상의) 샘플(202)을 정렬 센서(418)에 대하여 회전 또는 병진시키도록 구성된다. 일 예에서, 정렬 센서(418)는 샘플(202)에서 하나 이상의 인덱싱 특징, 예를 들어, 샘플(202)의 노치(notch)를 검출하도록 구성된다. 노치(202)의 인덱싱은 자동화 테스트 인클로저(108) 내에 포함된 자동화 테스트 시스템에 대하여 샘플(202)의 사전정렬을 가능하게 한다. 달리 말하면, 프리-얼라이너(412)가 자동화 테스트 인클로저(108) 내에 포함된 자동화 테스트 시스템의 샘플 스테이지 상의 원하는 방향에서 예를 들어 노치와 같은 인덱싱 특징부로 샘플(202)의 정확한 배치를 위하여 샘플(202)을 사전정렬한다.
사전정렬 후에, 처리 포크(404)를 포함하는 관절 암(402)은 프리-얼라이너(402)로부터 샘플(202)을 회수하고, 사전정렬된 샘플을 도 4a에 도시된 로딩 위치에 배치한다. 이러한 방향에서, 관절 암은, 테스트 시스템 스테이지와 샘플(202) 사이의 크지 않은 오정렬(misalignment)만을 가지면서 프리-얼라이너에 의해 원하는 바대로 배치된 인덱싱 특징부, 예컨대 노치를 갖는, 스테이지 위에 사전정렬된 웨이퍼를 해제한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 자동화 테스트 어셈블리(100)는 그 후에 병진 및 회전 디스큐잉 중 하나 이상을 수행하여 기계적 테스트 기기에 의한 테스트를 위하여 인덱싱 특징부와 관련하여 테스트 위치의 정확한 배치를 보장한다. 자동화 테스트 어셈블리(100)의 테스트 시스템은 이후 샘플 스테이지(614)를 이용하여 원하는 테스트 위치가 자동화 테스트 시스템의 기계적 테스트 기기(612)(또는 광학 기기(610)) 아래에 배치되도록 샘플을 배치한다.
자동화 테스트 어셈블리를 이용한 자동화 테스트 방법의 개요
도 5는 방법(500)의 일 예를 나타낸다. 방법(500)은 앞서 도 1에 도시된 자동화 테스트 어셈블리(100)로 실행되어 복수의 샘플 또는 샘플 상의 복수의 테스트 위치 중 하나 이상을 기계적으로 테스트한다. 방법(500)을 설명함에 있어, 편의를 위해 번호가 매겨진 참조를 포함하여 본 명세서에서 이전에 설명된 특징부와 요소들이 참조된다. 방법(500)의 설명 내에 제공되는 번호가 매겨진 요소들은 제한하려는 의도가 아니다. 대신 번호가 매겨진 참조는 편의를 위해 제공되며, 본 명세서에서 설명된 임의의 유사한 특징들뿐 아니라 그들의 등가물을 포함한다. 502에서, 방법(500)은 도 1에서 제공된 구성으로 실질적으로 나타나는 자동화 테스트 어셈블리(100)로 시작한다. 달리 말하면, 샘플 저장 및 처리 어셈블리(102)가 내부에 하나 이상의 샘플(202)을 포함하는 하나 이상의 저장 모듈(104)에 연결된다. 샘플 저장 및 처리 시스템(102)의 샘플 처리 모듈(106)은 내부에 자동화 테스트 시스템을 포함하는 자동화 테스트 인클로저(108)와 연결된다. 제어 스테이션(110)은 자동화 테스트 인클로저(108)과 또한 연결된다. 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이, 일 예에서, 제어 스테이션(110)은 원격으로, 예를 들어, 원격 작업 사이트 등의 제어실 내에 위치하며 자동화 테스트 인클로저(108)와 연결된다.
504에서, 로봇 암은 저장 모듈(104) 중 하나로부터 샘플을 자동으로 회수한다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 처리 포크(404)를 포함하는 관절 암(402)이 저장 모듈(104)로부터 샘플을 회수한다. 506에서, 로봇 처리 시스템(200)의 관절 암(402)은 도 4a에 도시된 바와 같이 샘플을 선택적인 프리-얼라이너 모듈(412) 상에 배치한다. 508에서, 로봇 처리 시스템(200), 예를 들어, 관절 암(402) 및 처리 포크(404)는 자동화 테스트 어셈블리(100)의 스테이지(예를 들어, 도 6a 및 6b에 도시되고 이하에서 설명되는 샘플 스테이지(614))에 샘플(202)을 배치한다.
다른 예에서, 방법(500)은 510에서 샘플(202) 방향을 샘플 스테이지 및 자동화 테스트 시스템과 관련하여 디스큐잉하는 패턴 인식 알고리즘 수행을 더 포함한다. 예를 들어, 일 예에서, 샘플(202)은 샘플 스테이지 및 도 1에 도시된 자동화 테스트 인클로저(108)의 기계적 테스트 기기와 실질적으로 정렬된 구성으로 배치된다. 약간의 오정렬이 샘플(202)과 기기 또는 샘플 스테이지 사이에 발생한다. 패턴 인식 알고리즘은 샘플의 방향을 샘플 스테이지 및 기계적 테스트 기기 중 하나 이상과 관련하여 디스큐잉하여 기계적 테스트 기기와 관련하여 샘플(202)의 테스트 위치의 정확한 배치를 보장한다. 선택적으로, 512에서 예를 들어, 기계적 테스트 기기에 인접한 자동화 테스트 시스템과 연결된 주사형 프로브 현미경(또는 광학 기기(610))과 같은 보조 기기가 샘플을 이미징하여 샘플(202)의 표면 영역 위의 테스트 위치를 확인한다.
514에서, 기계적 테스트 기기, 예를 들어, 프로브가 예컨대, 반도체 웨이퍼 상의 하나 이상의 원하는 테스트 위치 위에 배치되고, 기계적 테스트 기기의 프로브가 패턴 인식 디스큐잉 작동을 통한 위치의 인덱싱에 따라 그리고 샘플(202)의 인덱싱 특징부(노치)의 위치와 관련하여 샘플의 넷 이상의 별개의 위치 위에 배치된다. 516에서, 기계적 테스트 기기는 샘플(202)의 기계적 측정을 획득하도록 작동하는데, 예를 들어, 테스트 위치의 하나 이상에서의 기계적 테스트로 샘플(202)의 하나 이상의 기계적 파라미터 측정을 생성한다.
518에서, 측정 및 측정으로부터 생성된 파타미터 중 하나 이상이 예를 들어, 도 1에 도시된 제어 스테이션(110)에 디스플레이된다. 다른 예에서, 518에서, 측정 및 생성된 기계적 파라미터를 포함하는 결과가 제어 스테이션(110)에 의해 저장되거나 예컨대 외부 네트워크 메모리 위치에 저장하도록 제어 스테이션(110)이 명령한다. 520에서, 기계적 테스트 기기는 샘플(202)로부터 해제되어 자동화 테스트 인클로저(108)로부터 샘플(202)의 인출과 샘플의 저장 모듈(104) 내의 배치를 가능하게 한다. 522에서, 로봇 처리 시스템(200)은 샘플(202)을 결합하고 저장 모듈(104) 중 어느 하나의 내의 도 4a에 도시된 로딩 위치(410)로부터 도 4a에 도시된 저장 위치(408)로 샘플을 재배치한다.
자동화 테스트 시스템
이제 도 6a 및 6b를 참조하면, 예를 들어, 도 1에 도시된 자동화 테스트 어셈블리(100) 내에 배치하기 위한 자동화 테스트 시스템(600)의 일 예가 제공된다. 도시된 바와 같이, 자동화 테스트 시스템(600)은 시스템 지지 테이블(604) 상에 배치된 화강암 베이스(602)를 포함한다. 일 예에서, 시스템 지지 테이블(604)은 화강암 베이스(602) 아래에 프레임워크(framework)를 제공한다. 예를 들어, 시스템 지지 테이블(604)은 화강암 베이스(602) 아래에 놓임으로써, 예를 들어, 자동화 테스트 어셈블리(100) 내에서 전체 자동화 테스트 시스템(600)에 대해 작은 풋프린트(footprint)를 제공한다. 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 부분적으로 샘플 스테이지 표면(616) 위에서 화강암 베이스(602)로부터 연장한다. 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 컬럼 베이스(605) 및 캔틸레버식 암(cantilevered arm)(607)을 포함한다. 일 예에서, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 샘플 스테이지 표면(616)에 대하여 복수의 기기를 수용 및 배치하기 위한 크기와 형상의 하나 이상의 기기 스테이지(608)를 포함한다. 예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 두 개의 기기 스테이지(608)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 기기 스테이지(608) 중 하나는 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)를 포함한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이 다른 예에서, 기기 스테이지(608) 중 하나 이상은 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)를 포함하는 복수의 기기를 포함한다. 다른 예에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 기기 스테이지(608) 중 하나 이상은 광학 기기(610), 기계적 테스트 기기(612) 및 다른 기계적 테스트 기기, 예컨대 기계적 테스트 기기(612)에 비하여 높은 힘 부하에서 압입, 스크래치 등을 제공하도록 구성된 고 부하 기계적 테스트 기기를 포함하는 복수의 기기를 포함한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 기계적 테스트 기기(612)는 마이크론 (예컨대, 하나 이상의 마이크론) 스케일 또는 나노 스케일에서 샘플 스테이지 표면(616) 상에 배치된 샘플에 대해 기계적 테스트를 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 기계적 테스트 기기(612)는 샘플 스테이지 표면(616) 상에 배치된 샘플에 압입, 스크래치 등 중의 하나 이상을 제공하도록 구성된다. 선택적으로, 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610) 중 하나 또는 모두는 프로브, Berkovich 형상 팁을 갖는 프로브, 현미경, 전자총, 이미저(imager), 원자간력현미경(atomic force microscopes), 매니퓰레이터(manipulator) 또는 샘플의 물리적 또는 기계적 특정을 확인하도록 구성된 다른 기기를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 6a를 다시 참조하면, 샘플 스테이지(614)가 샘플 스테이지 표면(616)을 포함하여 도시된다. 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(614) 아래에 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)가 제공된다. 일 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 복수의 축을 따라 또는 축 주위로 샘플 스테이지(614)를 이동시키도록 구성된다. 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 샘플 스테이지 표면(616)을 x축 및 y축 중 하나 이상에서 이동시키도록 구성된다. 또 다른 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 샘플 스테이지 표면(616)을 예를 들어 z축 주위로 회전 이동시키도록 구성된다(예컨대, 스테이지 액추에이터 어셈블리가 회전 또는 세타 이동을 제공하도록 구성됨). 예를 들면 도 6a에 도시된 바와 같이, 일 예에서 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 기계적 테스트 기기(612) 및 기기 스테이지(608)와 연결된 광학 기기(610) 아래의 샘플 스테이지 표면(616)에 실질적으로 임의의 테스트 위치의 배치를 용이하게 하기 위하여 샘플 스테이지 표면(616)을 다양한 방향으로 작동시키는 별개의 액추에이터를 각각 포함하는 복수의 스테이지를 포함한다. 예를 들어, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 일 예에서 X 스테이지(620)를 포함한다. X 스테이지(620)는 도 6a에 도시된 자동화 테스트 시스템(600)의 도면에 대하여 왼쪽에서 오른쪽 방향으로의 샘플 스테이지 표면(616)의 이동을 용이하게 한다. 다른 예에서 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 X 스테이지(620)와 연결된 Y 스테이지(622)를 포함한다. X 스테이지와는 대조적으로, Y 스테이지(622)는 X 스테이지(620)의 x 축에 실질적으로 직교하는 방향으로의 샘플 스테이지 표면(616)의 이동을 제공한다. 예를 들어, Y 스테이지(622)는 샘플 스테이지 표면(616)을 도 6a에 도시된 도면의 페이지 안으로 그리고 밖으로 이동시키도록 구성된다. 또 다른 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622) 중 하나 이상과 연결된 회전 스테이지(624)와 같은 회전 액추에이터를 포함한다. 일 예에서, 회전 스테이지(624)는 샘플 스테이지 표면(616)의 전체 회전 이동(rotational movement), 예컨대, 360°전체를 통해 회전 이동을 제공한다. 다른 예에서, 회전 스테이지(624)는 0에서 270까지 또는 0에서 180까지 또는 0에서 90까지 등의 이동 범위와 같이, 더 작은 각도의 회전 이동을 제공한다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 예컨대, X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)와 같은 다수의 액추에이터의 제공은 샘플 스테이지 표면(616) 및 기기 스테이지(608)와 연결된 복수의 기기(예컨대, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)) 아래의 샘플 스테이지 표면(616) 위에 놓이는 샘플(예컨대, 샘플 스테이지(614)) 상의 실질적으로 임의의 위치의 배치를 용이하게 한다.
자동화 테스트 시스템(600)을 포함하는 자동화 테스트 어셈블리의 각 구성요소는 시스템에 적합한 테스트 방법에 따라 다양한 재료로 구성된다. 예를 들어, 세라믹, 강철(steel)(도구 및 스테인리스스틸), 알루미늄, 기타 금속, 복합재료, 폴리머 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 재료가 기계적 기기(612) 및 광학 기기(610), 샘플 스테이지(614) 중 하나 이상에서 사용된다. 상기 기기, 스테이지 등의 구성요소(예컨대, 프로브 팁, 샤프트, 하우징 등) 중 하나 이상은 인바(invar), 수정, 다이아몬드, 사파이어 및 고 강도, 낮은 열팽창 계수 및 낮은 열 전도도 중 하나 이상을 포함하는 예측 가능한 기계적 특성을 갖는 기타 유사한 재료와 같은 합금을 포함할 수 있다.
기기 스테이지(608), 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)는 자동화 테스트 시스템(600)에 비하여 제한된 풋프린트를 갖는다. 예를 들어, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)를 샘플 스테이지 표면(616)의 실질적으로 제한된 일부분 위에 배치한다. 일 예에서, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 풋프린트는 샘플 스테이지 표면(616)의 전체 풋프린트에 대해 실질적으로 최소이다. X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)를 포함하는 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 샘플 스테이지 표면(616)의 이동, 예컨대 샘플 스테이지 표면(616) 상의 임의의 위치를 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 각각의 아래의 위치로 이동시키는 것을 용이하게 한다. 달리 말하면, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 제한된 캔틸레버에 따라 실질적으로 작은 풋프린트에서 유지되고, 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플(예컨대, 반도체 웨이퍼, 기타 샘플 등)은 회전, 병진하여 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 아래에 샘플의 실질적으로 임의의 테스트 위치를 배치한다. 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 따라서 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)에 대해 딱딱한 고체 지지체를 제공하여 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)에 의해 테스트되는 샘플의 기계적 파라미터의 신뢰성있고 정확한 측정을 제공한다. 달리 말하면, 샘플 스테이지(614)의 구성요소로서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)가 테스트를 위해 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 아래에 임의의 테스트 위치를 실질적으로 이동시키도록 구성되는 샘플 스테이지 표면(616)을 사용함으로써 캔틸레버식 기기 컬럼(606)에 대향하는 큰 아치형의 지지체의 사용이 실질적으로 방지된다. 자동화 테스트 시스템(600)은 따라서, 최소한의 풋프린트를 가지며, 예를 들어 반도체 생산 시설 내의 다른 구성요소들 사이에서 공장 현장에 용이하게 맞춰질 수 있다.
도 6b는 앞서 도 6a에 도시된 자동화 테스트 시스템(600)의 상세한 도면이다. 도시된 바와 같이, 기기 스테이지(608)이 캔틸레버식 기기 컬럼(606) 상에 제공된다. 일 예에서, 기기 스테이지(608)는 대응하는 기기 액추에이터(626)과 함께 제공된다. 일 예에서, 기기 액추에이터(626)는 샘플 스테이지 표면(616)과 그 위에 배치된 샘플에 대하여 z 축과 같은 축을 따라 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)와 같은 기기의 이동을 제공한다. 일 예에서, 기기 액추에이터(626)는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)에 대하여 기기 스테이지(608)의 일부분을 이동시키도록 구성된 하나 이상의 스크루 드라이브(screw drive)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일 예에서, 기기 액추에이터(626)는 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플에 대하여 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 그로스 배치(gross positioning)를 제공한다. 선택적으로 기기 액추에이터(626)는 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 이동 및 배치의 X, Y 및 Z 축 중 하나 이상을 제공하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다(예컨대, 스테이지(614) 등에 수직하거나 평행함).
또 다른 예에서, 기기 액추에이터(626)는 예컨대, 기계적 테스트 기기(612) 내의 트랜스듀서와 협력하여 작동한다. 예를 들어, 기기 액추에이터(626)는 기계적 테스트 기기(612)의 기기 프로브에 대해 압입력 또는 스크래치력을 제공한다. 기계적 테스트 기기(612) 내의 트랜스듀서는 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플에 대하여 프로브의 힘, 압입 깊이 등을 측정하는 데에 전적으로 의존한다. 선택적으로, 기기 액추에이터(626)는 그 위에 연결된 기기에 대해 병진 이동(예컨대, x, y 및 z축을 따라 이동)의 다수의 각도를 제공한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 샘플 스테이지 표면(616)을 갖는 스테이지 리셉터클 플랜지(stage receptacle flange)(630)를 포함한다. 선택적으로, 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 샘플 스테이지 표면(616)에 통합된다(그리고 샘플 스테이지 표면(616)을 참조하는 경우 일 예에서 기기와 상기 표면의 정렬은 플랜지(630)와 기기의 정렬을 포함함). 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 샘플 스테이지 표면(616)의 주변(perimeter)의 일부분을 따라 연장한다. 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 적어도 하나의 스테이지 리셉터클(628)을 포함한다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 일 예에서, 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 복수의 스테이지 리셉터클(628)을 포함한다. 스테이지 리셉터클(628)은 진단 및 프로브의 교정, 변경 및 기계적 테스트 기기(612) 내의 기기 프로브의 설치를 자동화하도록 구성된 진단 샘플, 프로브 변경 유닛 등의 하나 이상을 수용하기 위한 크기와 형상을 갖는다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지 표면(616)은 복수의 진공 포트(632)를 포함한다. 진공 포트(632)는 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플 위치 아래에 진공을 제공하도록 구성된다. 도 6b에 도시된 예에서, 진공 포트(632)는 샘플 스테이지 표면(616) 내에 동심원을 형성한다. 진공 포트(632)는 따라서 상이한 크기를 갖는 복수의 샘플을 샘플 스테이지 표면(616) 상에 유지할 수 있다. 또 다른 예에서, 진공 포트(632)는 예를 들어, 핀 홀(pin hole)과 같은 복수의 오리피스(orifice)에 의해 샘플 프테이지 표면(616)에 형성된다. 이러한 예에서, 진공 포트(632)는 용이하게 진공을 제공할 수 있고 따라서 불규칙한 형상(예컨대, 원형이 아닌 형상, 가늘게 긴 형상 등)을 갖는 샘플을 샘플 스테이지 표면(616) 상에 유지할 수 있다. 또 다른 예에서, 샘플 스테이지(614)는 샘플 스테이지 표면(616) 주위에 배치된 복수의 엘리베이션 핀(634)을 포함한다. 엘리베이션 핀(634)은 샘플 스테이지 표면(616) 위에 배치된 반도체 웨이퍼와 같은 샘플에 대해 상승된 지지 베이스를 제공하도록 작동한다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼가 샘플 스테이지(614) 위에 배치되면, 샘플을 배치된 대로 유지하기 위하여 가늘고 긴 부재(elongate member)가 샘플 아래에 배치될 수 있다. 복수의 엘리베이션 핀(634)은 샘플 스테이지 표면(616) 위에 샘플을 배치하도록 하지만 샘플 스테이지 표면(616)과 샘플 사이에 로봇 암과 같은 요소의 삽입을 가능하게 한다. 샘플을 샘플 스테이지 표면(616), 예를 들어 상승된 엘리베이션 핀(634)에 배치한 후에, 로봇 암이 제거되고 엘리베이션 핀(634)이 하강하여 샘플이 샘플 스테이지 표면(616) 상에 놓이도록 한다. 이후, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)가 기계적 테스트 기기(612)에 대하여 원하는 대로 샘플을 배치하도록, 예를 들어 샘플의 복수의 지정된 테스트 위치 위에 기기를 배치하도록 작동하는 동안 진공 포트(632)는 샘플을 샘플 스테이지 표면(616) 위에 유지되도록 작동된다.
기계적 테스트 기기( Mechanical Testing Instrument )
도 7a 및 7b는 기기 스테이지(608)와 연결된 기계적 테스트 기기(612)의 일 예를 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서, 기계적 테스트 기기(612)는 동일한 기기 스테이지(608)에 연결된 광학 기기(610)에 인접하게 배치된다. 다른 예에서, 기계적 테스트 기기(612)에 대하여 광학 기기(610)의 위치가 고정된다. 예를 들어, 테스트 위치가 광학 테스트 기기(610)로 확인되는 경우, 광학 기기(610)와 기기 프로브(702) 간의 고정된 특정 거리(예컨대, 기기 오프셋)는 샘플 스테이지 표면(616) 및 기계적 테스트 기기 아래에 테스트 위치를 용이하게 배치하도록 한다.
도 7a 및 7b를 다시 참조하면, 기계적 테스트 기기(612)는, 일 예에서, 기기 프로브(702)에 인접하게 배치된 트랜스듀서 어셈블리(700)를 포함한다. 다른 예에서, 기계적 테스트 기기는 액추에이터(704)를 포함한다. 예를 들어, 액추에이터(704)는 기기 프로브(702)를 x-축, y-축 및 z-축과 같은 하나 이상의 축을 따라 이동시키도록 구성된 압전 액추에이터를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 액추에이터(704)는 기기 스테이지(608) 및 스테이지 액추에이터 어셈블리(618) 중 하나 이상과 협력하여 필요에 따라 기계적 테스트 기기(612)를 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플 위에 배치한다. 일 예에서, 액추에이터(704)는 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플에 대하여 기기 프로브(702)의 그로스 배치를 제공한다. 트랜스듀서 어셈블리(700)는 다른 예에서 기기 프로브(702)가 샘플 스테이지 표면(616) 상의 샘플과 결합되는 동안 스크래치와 압입을 포함하는 테스트 방식(scheme)에서 기기 프로브(702)를 작동시키는 데 필요한 이동과 힘을 제공한다. 선택적으로, 액추에이터(704)는 기기 프로브(702) 및 트랜스듀서 어셈블리(700)와 협력하여 작동한다. 예를 들어, 액추에이터(704)는 기기 프로브(702)에 대해 압입력 또는 스크래치력을 제공하고 트랜스듀서 어셈블리(700)는 기기 프로브(702)의 이동 및 프로브에 가해지는 힘의 측정 및 감지를 제공한다. 액추에이터(704)는 작동하는 힘, 변위 등을 제공하는 반면, 기기 프로브(702) 및 트랜스듀서 어셈블리(700)는 따라서 수동 또는 실질적으로 수동 구성에서 작동한다. 선택적으로, 기기 프로브(702)는 테스트 방식 및 테스트되는 샘플에 따라 특정된 형상 및 재료를 갖는 팁(예컨대, Berkovich 형상 팁, 원뿔 형상 팁, 다이아몬드 팁, 수정 팁, 복합재료 팁, 합금 팁, 도핑된 팁 등)을 포함하는 하나 이상의 기기 특징부를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
도 7a를 다시 참조하면, 일 예에서, 액추에이터 전자 장치(706)가 액추에이터(704)의 일 단부(end)에 제공된다. 일 예에서, 액추에이터 전자 장치(706)는 액추에이터(704)를 작동하도록 구성된 제어기, 회로 기판, 메모리, 배선 등을 포함한다. 다른 예에서, 트랜스듀서 전자 장치(708)가 트랜스듀서 어셈블리(700)와 인접하여 또는 원격으로 배치된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 전자 장치(708)는 트랜스듀서 어셈블리(700)의 외부에 배치되지만, 트랜스듀서 어셈블리와 전기적 통신을 한다. 도 7b를 참조하면, 복수의 트랜스듀서 전자 장치(708)가 트랜스듀서 어셈블리(700)의 양측에 배치된다. 일 예에서, 트랜스듀서 전자 장치(708)는 트랜스듀서 어셈블리(700)를 위한 제어 모듈, 측정 모듈 및 작동 모듈을 포함한다. 다른 예에서, 배선 등은 액추에이터(704) 및 액추에이터 전자 장치 영역(706)을 통해 공급되어 기계적 테스트 기기(612)와 도 1에 도시된 제어 스테이션(110)과 같은 제어기의 전기적 연결을 제공한다. 유사한 방식으로 광학 기기(610)의 전자 장치가 유사하게 제어 스테이션(110)과 전기적으로 연결된다. 또 다른 예에서, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)는 IR, 무선, 블루투스 및 관련된 무선 시스템 중 하나 이상을 통해 제어 스테이션과 각각 연결된다.
이제 도 7c를 참조하면, 도 7a 및 7b에 도시된 트랜스듀서 어셈블리(700)의 개략적인 일 예가 제공된다. 도 7c에 도시된 트랜스듀서 어셈블리(700)는 센터 플레이트(center plate)(712) 주위에 배치된 대향하는 플레이트(714)를 포함하는 커패시터 어셈블리(710)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 도면에서 센터 플레이트(712)가 대향하는 플레이트(714)에 대하여 이동 가능하다. 예를 들어, 센터 플레이트(712)는 하나 이상의 스프링 지지체(715)로 커패시터 어셈블리(710)의 나머지 부분과 연결된다. 대향하는 플레이트(714)의 양단에 전압을 적용하면 센터 플레이트(712)가 작동하여 압입(예컨대, z-축을 따라) 또는 병진(예컨대, x-축 및 y-축)을 위해 기기 프로브(702)를 이동시킨다. 유사하게, 대향하는 플레이트(714)에 대하여 센터 플레이트(712)의 이동이 커패시턴스 변화, 대향하는 플레이트(714) 양단의 전압 변화 등에 따라 측정 가능하다. 커패시턴스 변화 및 전압 변화의 측정은 기기 프로브(702)의 위치의 변화와 용이하게 관련된다. 이러한 측정으로부터 기기 프로브(702)의 이동뿐 아니라 기기 프로브(702)에 가해지는 힘 또한 정확하게 판단된다.
이제 기기 프로브(702)를 참조하면, 기기 프로브(702)는 프로브 베이스(718)와 연결된 프로브 표면(716)을 포함한다. 일 예에서, 프로브 베이스(718)는 스레드 홀(threaded hole)과 같은 프로브 연결 특징부(720)를 포함한다. 센터 플레이트(712)는, 일 예에서, 프로브 베이스(718)를 수용하기 위한 크기와 형상의 프로브 리셉터클(722)을 포함한다. 일 예에서, 프로브 리셉터클(722)은 프로브 베이스(728)의 프로브 연결 특징부(720)와 연결하기 위한 크기와 형성의 스레드 프로젝션(threaded projection)을 포함한다. 예를 들어, 프로브 베이스(718)의 회전으로 프로브 연결 특징부(720)는 프로브 리셉터클(722)의 긴 프로젝션을 수용하고 이에 결합되어 기기 프로브(702)를 커패시터 어셈블리(710)의 센터 플레이트(712)에 확실하게 고정시킨다.
일 예에서, 커패시터 어셈블리(710)는 정전기 방식으로 작동하여 센터 플레이트(712)를 대향하는 플레이트(714)에 대하여 이동시킨다. 예를 들어, 대향하는 플레이트(714)는 예를 들어, 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 샘플 스테이지 표면(616)에 연결된 샘플에 대하여 기기 프로브(702)의 압입 또는 스크래치 이동 중 하나 이상을 제공하는 센터 플레이트(712)에 정전기력을 제공한다.
몇몇 예에서 이미 설명한 바와 같이, 액추에이터(704) 또는 기기 액추에이터(608)와 같은 액추에이터는 샘플에 대하여 기기 프로브(702)로 스크래치 이동, 압입 이동 등을 포함하는 이동을 제공한다. 커패시터 어셈블리(710)는 이러한 수동 또는 실질적으로 수동 방식에 사용되어 대향하는 플레이트(714)에 대하여 기기 프로브(702)의 이동을 측정한다(예컨대, 센터 플레이트(712)의 이동에 의함). 예를 들어, 수동 모드에서, 센터 플레이트(712)는 대향하는 플레이트(714) 사이에서 스프링 지지체(715)로 유지된다. 액추에이터(626 또는 704)가 예컨대, 기기 프로브(702)를 압입하거나 기기 프로브(702)를 샘플을 통해 또는 샘플에 스크래치하면서 기기 프로브(702)를 이동시키는 동안, 대향하는 플레이트(714)에 대한 센터 플레이트(712)의 디플렉션(deflection)이 측정되어 기기 프로브(702)의 이동뿐 아니라 기기 프로브에 가해지는 힘을 판단한다.
또 다른 예에서, 센터 플레이트(712)는 정전기력으로 대향하는 플레이트(714)에 대하여 실질적으로 고정된 위치에서 유지된다. 이러한 예에서, 액추에이터(704, 626) 중 하나 이상은 예를 들어, 샘플로 또는 샘플을 따라 기기 프로브(702)를 압입 또는 스크래치하도록 기기 프로브(702)를 이동시키도록 작동되고, 샘플에 적용되는 힘에 대응하여 기기 프로브(702)에 가해지는 힘을 판단하기 위하여 센터 플레이트(712)를 대향하는 플레이트(714)에 대하여 제 위치에 유지하기 위해 요구되는 전압이 측정된다. 액추에이터(704 또는 626)의 이동이, 그렇지 않으면 기기 프로브(702)가 대향하는 플레이트(714)에 대하여 고정적으로 유지되는 경우(예컨대, 기기 프로브(702)가 센터 플레이트(712)와 연결되는 경우)에 대응하여 기기 프로브(702)의 이동을 측정하는 데 사용된다.
도 8은 기기 스테이지(800)의 다른 예를 나타낸다. 도시된 예에서, 기기 스테이지(800)는 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)를 포함하는 복수의 기기를 포함한다. 도 8에 도시된 예에서, 기기 스테이지(800)는 고 부하 기계적 테스트 기기(802)를 더 포함한다. 고 부하 기계적 테스트 기기(802)는 고 부하 기계적 테스트 기기(802)와 이동 가능하게 연결된 고 부하 기기 프로브(804)를 포함한다. 몇몇 예에서, 고 부하 기계적 테스트 기기(802)는 더 견고한 커패시터 어셈블리(710) 및 샘플 스테이지 표면(616) 상에 배치된 샘플에 더 큰 힘의 적용을 용이하게 하는 고 부하 기기 프로브(804)를 포함한다. 기계적 테스트 기기(612)와 함께 고 부하 기계적 테스트 기기(802)는 따라서 기기 스테이지(800) 상의 기기의 변경 요구 없이 샘플 스테이지 표면(616) 상에 있는 샘플에 대해 작동 가능한 힘 등의 전체 스위트(full suite)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 고 부하 기계적 테스트 기기(802)는 저 부하 기계적 테스트 기기(612)에 의해 제공되는 힘(예컨대, 10 μN까지)에 비하여 더 큰 힘(예컨대, 약 10N까지 또는 그 이상)을 제공하도록 구성된다. 광학 기기(610)에 대하여 기계적 테스트 기기(612)와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 일 예에서, 고 부하 기계적 테스트 기기(802), 예를 들어 그것의 고 부하 기기 프로브(804)는 광학 기기(610)에 대하여 설정된 특정 위치를 갖는다. 고 부하 기기 프로브(804)와 광학 기기(610) 사이에 설정된 거리(예컨대, 기기 오프셋)를 제공함으로써, 고 부하 기계적 테스트 기기(802)가 광학 기기(610)로 관찰되는 테스트 사이트 위치에 정확하고 정밀하게 배치된다.
캔틸레버식 기기 컬럼 및 이를 이용하기 위한 병진 및 회전 스테이지
도 9는 도 6a 및 6b에서 앞서 도시되고 설명된 자동화 테스트 시스템(600)의 측면 사시도를 나타낸다. 도 9에 도시된 도면은 캔틸레버식 기기 컬럼(606)과 연결된 경우 샘플 스테이지 표면(616)을 포함하는 샘플 스테이지(614)에 대한 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 상대적인 위치를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 캔틸레버식 기기 컬럼은 샘플 스테이지 표면(616)의 맨 위의 기기-컬럼 길이(902)에 기기(610, 612)를 배치한다. 샘플 스테이지 표면(616)은 기기-컬럼 길이(902)보다 실질적으로 더 긴 스테이지 표면 길이(900)를 갖는다. 샘플 스테이지 표면(616)을 포함하는 샘플 스테이지(614)는 본 명세서에서 앞서 설명된 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)로 샘플 스테이지 표면(616) 상의 각 위치에 대해 액세스를 제공하도록 이동된다. 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 샘플 스테이지 표면(616)을 배치하도록 구성된 복수의 스테이지, 예컨대, X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)를 포함하며, 샘플 스테이지 표면(616) 상의 실질적으로 임의의 위치와 스테이지 리셉터클 플랜지(630) 상의 임의의 스테이지 리셉터클(628)이 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)와 같은 기기 중 하나 이상의 아래에 배치될 수 있도록 샘플 스테이지 표면(616)이 배치된다.
일 예에서, 기기(610, 612)는 도 9에 파선으로 도시된 기기 풋프린트(906)와 같은 제한된 풋프린트를 갖는다. 예를 들어, 광학 기기 및 기계적 기기와 같은 기기(610, 612)는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)에 의해 제공되는 그들의 캔틸레버식 위치에 따라 샘플 스테이지 표면(616)의 영역(예컨대, 기기 풋프린트) 위에 놓이도록 구성된다. 달리 말하면, 도 9에 도시된 제한된 기기-컬럼 길이(902)가 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 위치를 도 9에 도시된 기기 풋프린트(906)로 제한한다. 캔틸레버식 기기 컬럼(606)에 따라 제한되는 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)의 위치는 기계적 테스트 기기(612)에 대해 견고하게 구조적으로 지지되는 베이스를 제공함으로써 기계적 테스트 기기(612)에 의한 압입, 스크래치, 스크래치 및 압입력, 압입 깊이의 측정을 포함하는 작동 동안 기계적 테스트 기기(612)의 기계적 노이즈를 실질적으로 최소화한다. 도시된 바와 같이, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 제한된 기기-컬럼 길이(902)를 제공하여 샘플 스테이지 표면(616) 위로 연장하는 캔틸레버식 기기 컬럼의 임의의 디플렉션을 최소화한다.
샘플 스테이지 표면(616)을 갖는 샘플 스테이지(614)와 함께 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 광학 기기(610) 또는 기계적 테스트 기기(612) 중 어느 하나의 아래에 샘플 스테이지 표면(616) 상의 실질적으로 임의의 위치를 배치하는 데 요구되는 샘플 스테이지 표면(616)에 유연성(flexibility)을 제공한다. 또한, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)(예컨대, z-축 주위의 회전 또는 세타 회전과 x-축 및 y-축을 따른 병진을 위해 구성됨)는 복수의 스테이지 리셉터클(628) 및 스테이지 리셉터클 플랜지(630)를 기계적 테스트 기기(612) 아래에 배치하도록 구성된다. 즉, 예를 들어, X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)를 갖는 샘플 스테이지 표면(616)의 회전과 X 및 Y 병진 중 하나 이상의 조합으로 샘플 스테이지 표면(616) 상의 실질적으로 임의의 위치가 도 9에 도시된 제한된 기기 풋프린트(906) 내에 배치되도록 구성된다. 이러한 구성을 갖는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은, 그렇지 않은 경우에 필요한 예컨대, 도 9에 도시된 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 대향하는 측에 배치되는 아치(arch)와 같은 대응하는 이중화된 컬럼(duplicated column)의 필요 없이, 샘플 스테이지 표면(616)의 맨 위의 기기에 대해 비교적 짧은 캔틸레버식 연장부를 제공한다. 아치를 제공하기 위하여 도 9에 도시된 컬럼(606)과 같은 제2의 컬럼을 제공하는 것은 자동화 테스트 시스템(600)의 전체 풋프린트를 매우 증가시킬 것이고 따라서 도 1에 도시된 자동화 테스트 어셈블리(100)의 대응하는 풋프린트도 증가시킬 것이다. 반면, 도 9에 도시된 자동화 테스트 시스템(600)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 X, Y 및 회전 이동 중 하나 이상을 위하여 구성된 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)와 함께 사용되는 소형의 캔틸레버식 기기 컬럼(606)에 의해 제공되는 작은 풋프린트를 갖는다.
일 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)의 X 스테이지(620)는 Y 스테이지(622)의 이동 범위에 비하여 더 큰 이동 범위를 갖도록 구성된다. 달리 말하면, 샘플 스테이지(614)는, 예를 들어 도 9에 도시된 페이지의 왼쪽 및 오른쪽으로의 샘플 스테이지(614)의 횡 방향 이동(예컨대, y 축을 따라 이동)에 대향하여 더 큰 정도로 도 9에 도시된 페이지의 안으로 그리고 밖으로 이동하도록 구성된다. 샘플 스테이지 표면(616)의 이동을 X스테이지(620)의 x 축을 따라 큰 정도로 제한함으로써 x 축에 대해 가로놓이는 방향(예컨대, Y 스테이지(622)의 y 축을 따라)의 풋프린트가 실질적으로 최소화된다. 자동화 테스트 시스템(600)의 대응하는 풋프린트는 따라서 더 최소화되어 샘플 스테이지 표면(616)의 도 9에 도시된 페이지의 왼쪽 또는 오른쪽으로의 병진을 실질적으로 제한한다. 자동화 테스트 시스템은, 그렇지 않은 경우에 필요한 더 큰 인클로저의 필요 없이, Y 스테이지(622)의 y 축을 따라 광범위하게 이동하도록 구성된(예컨대, X 스테이지 병진 범위와 유사한 정도로) 샘플 스테이지(614)와 함께 도 1에 도시된 자동화 테스트 어셈블리(100) 내에 완전히 포함된다.
일 예에서, 회전 스테이지(세타 스테이지)(624)는 더 큰 움직임 범위를 갖는 Y 스테이지에 의해 연직으로 배치된 샘플 스테이지 표면(616) 상의 임의의 위치를 실질적으로 이동시키는 데 필요한 추가의 유연성을 제공한다. 즉, 회전 스테이지(624)는 Y 스테이지(622)를 위한 큰 병진 범위에 대한 필요를 최소화하는 액추에이터 스테이지 어셈블리(618)에 추가의 자유도(degree of freedom)를 제공한다.
샘플 스테이지 표면( SAMPLE STAGE SURFACE )
도 10a 및 10b는 도 6a 및 6b에서 앞서 설명되고 도시된 샘플 스테이지 표면(616)의 일 예를 나타낸다. 예를 들어, 샘플 스테이지 표면(616)은 도 10a 및 10b의 동심 링(concentric ring)에 도시된 복수의 진공 포트(632)를 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 예를 들어 진공 포트(632)에 의한 유지 이전에 샘플 스테이지 표면(616) 상에 배치된 샘플에 대해 지지 표면을 제공하기 위한 크기와 형상을 갖는 복수의 엘리베이션 핀(634)을 더 포함한다. 즉, 엘리베이션 핀(634)은 샘플에 대해 상승된 받침 표면(resting surface)을 제공하여 샘플 스테이지 표면(616)을 따라 샘플을 고정하기 전에 샘플 스테이지 표면(616)과 샘플 사이에 로봇 암과 같은 처리 오브젝트(handling object)의 삽입을 가능하게 한다. 도 10a에 도시된 상승된 핀은 로봇 암과 같은 처리 특징부가 샘플을 배치하고 그 후에 샘플의 위치 또는 샘플 스테이지 표면(616)에 대한 외란 없이 샘플 스테이지 표면(616)과 샘플 사이로부터 이동하도록 한다. 로봇 암과 같은 처리 특징부의 해제 및 제거 후에, 엘리베이션 핀(634)은 도 10b에 도시된 바와 같이 하강하고 복수의 진공 포트(632)가 샘플을 샘플 스테이지(614)에 고정시키도록 작동되어 스테이지(614)와 샘플 사이의 상대적인 이동 없이 도 6a 및 6b에 도시된 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)와 같은 기기에 대하여 하나 이상의 테스트 위치의 배치를 가능하게 한다.
프로브 변경 어셈블리( PROBE CHANGE ASSEMBLY )
도 11a 및 11b는 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 자동화 테스트 시스템(600)의 일부분을 나타낸다. 도 11a 및 11b에서 프로브 변경 어셈블리(1100)의 구성요소가 제공된다. 프로브 변경 어셈블리(1100)는 일 예에서 샘플 스테이지(614)의 스테이지 리셉터클 플랜지(630)를 따라 스테이지 리셉터클(628) 내에 배치된 복수의 프로브 변경 유닛(1102)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 프로브 변경 유닛(1102)은 일 예에서 프로브(702)와 연결된 프로브 변경 도구(1104)를 포함한다. 각각의 프로브(702)(예컨대, 특정 형상, 재료 등을 갖는 기기 팁)는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)과 연결된 기계적 테스트 기기(612)와의 연결을 준비하기 위해 노출된 프로브 베이스(718)를 갖는 프로브 변경 도구(1104) 내에 배치된다.
다른 예에서, 프로브 변경 어셈블리(1100)는 자동화 테스트 시스템(600)의 일부분과 연결된 프로브 매거진(probe magazine)(1108)을 더 포함한다. 일 예에서, 프로브 매거진(1108)은 도 11a 및 11b에 도시된 바와 같이 캔틸레버식 기기 컬럼(606)과 연결된다. 다른 예에서, 그리고 도 11a 및 11b에 도시된 바와 같이, 프로브 매거진은 기기 스테이지(608)과 연결되고 따라서 적어도 z-축을 따라(예컨대, 수직으로) 이동 가능하다. 프로브 매거진(1108)은 다른 예에서, 자동화 테스트 시스템(600) 내 또는 위의, 도 11a 및 11b에 도시된 복수의 프로브 변경 도구(1104)에 의해 복수의 프로브(702)에 대한 액세스가 제공되는 어디든지 배치된다. 예를 들어, 기계적 테스트 기기(612)와의 교환을 위해 필요한 프로브 매거진(1108)으로부터 프로브(702)를 쉽게 연결 및 연결 해제하기 위하여 복수의 프로브 변경 도구(1104)가 프로브 매거진(1108)에 대해 액세스하는 경우, 프로브 매거진(1108)은 캔틸레버식 기기 컬럼의 측면에 대해 위치에서 캔틸레버식 기기 컬럼(606)으로부터 분리되어 배치된다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 복수의 프로브 변경 유닛(1102)이 스테이지 리셉터클 플랜지(630)를 따라 제공된다. 일 예에서, 프로브 변경 도구(1104)는 실질적으로 동일하고 따라서 프로브 매거진(1108) 내에 배치된 임의의 프로브(702)와 연결할 수 있다. 다른 예에서, 프로브 변경 유닛(1102)은 예를 들어, 상이한 직경, 단면 형성 등을 갖는 상이한 프로브 변경 도구(1104)를 포함한다. 이러한 예에서, 프로브 변경 도구(1104)는 프로브 매거진(1108) 내에 저장되거나 자동화 테스트 시스템(600)의 작동 이전에 프로브 변경 도구(1104) 내에 배치된 상이한 프로브(702)와 결합하기 위한 크기와 형상을 갖는다. 예를 들어, 일 예에서, 프로브 변경 유닛(1102) 중 하나 이상은 중 부하(heavy load) 프로브와의 연결을 위한 크기와 형상을 갖는 프로브 변경 도구(1104)를 포함한다. 다른 예에서, 프로브 변경 유닛(1102) 중 하나 이상은 중 부하 도구와는 달리, 다른 프로브 변경 유닛(1102)에 사용된 중 부하 프로브에 비하여 작은 힘에서 작동하도록 구성된 표준 프로브와의 연결을 위한 크기와 형상을 갖는다.
다른 예에서, 스테이지 리셉터클 플랜지(630)의 각각의 스테이지 리셉터클(628)은 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)을 작동하도록 구성된 소프트웨어 제어 시스템에 대해 인덱싱된다. 스테이지 리셉터클(628)의 인덱싱은 기계적 테스트 기기(612) 및 프로브 매거진(1108)에 대하여 스테이지 리셉터클(628) 내에서 연결되는 프로브 변경 유닛(1102)의 정확하고 신뢰성 있는 배치를 가능하게 한다. 달리 말하면, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)에 대한 제어 시스템은 스테이지 리셉터클(628)의 인덱싱된 위치로 구성되어, 원하는 경우 프로브 변경 유닛(1102) 중 하나 이상을 기계적 테스트 기기(612)와의 정렬 내로 또는 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)과 선택적으로 연결 및 연결 해제하기 위하여 프로브 매거진(1108) 상의 여러 가지 포트로 이동시킨다. 예를 들어, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 프로브 변경 유닛(1102)을 프로브 매거진(1108) 내에 저장된 프로브(702) 중 하나 이상과의 정렬로 이동시키고, 프로브(702) 중 하나와 연결하고, 프로브 매거진(1108)으로부터 프로브(702)를 연결 해제하도록 구성된다. 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 그 후에, 프로브 변경 유닛(1102)과 그것에 설치된 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)와 정렬시키기 위하여 샘플 스테이지(614)의 병진 및 회전 중 하나 이상의 조합을 통해 이동하도록 구성된다. 프로브 변경 유닛(1102)은 예를 들어 기계적 테스트 기기(612)(예컨대, 그 위에 매거진(1108)을 포함하는 기기 스테이지(608)) 또는 샘플 스테이지(614) 중 하나 이상의 상승과 뒤이은 프로브 변경 유닛(1102)에 의한 프로브(702)의 회전을 통해 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)와 연결하도록 구성된다.
선택적으로, 프로브 변경 유닛(1102)은 기계적 테스트 기기(612)로부터 사용된 프로브를 제거하고 기계적 테스트 기기(612) 내에 프로브(702)의 설치를 시작한다. 이러한 예에서, 프로브 변경 유닛(1102)은 기계적 테스트 기기(612)와 정렬되고 프로브 변경 도구(1104)는 기계적 테스트 기기(612)와 연결된 프로브(702)를 결합하고 그 후에 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)와의 연결을 벗어나도록 프로브(702)를 회전시킨다. 일 예에서, 프로브 변경 도구(1104)는 이후 예를 들어 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)에 의해 (병진 및 회전 중 하나 이상의 조합을 통해) 이동되어 프로브 변경 유닛(1102)을 프로브 매거진(1108) 내의 하나 이상의 오리피스와 정렬시킨다. 프로브 변경 유닛(1102)이 상승되거나 프로브 매거진(1108)이 하강하여(예를 들어, 프로브 매거진(1108)이 기기 스테이지(608)와 연결되는 경우) 그 위에 사용된 프로브(702)를 갖는 프로브 변경 유닛(1102)과의 결합을 연결한다. 프로브 변경 유닛(1102)은 사용된 프로브(702)를 프로브 매거진(1108)의 오리피스에 배치하고 그 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)으로부터 연결 해제한다. 프로브 변경 유닛(1102)은 다음으로 기계적 테스트 기기(612) 내의 설치를 위해 프로브 매거진(1108)으로부터 새로운 프로브(702)를 자유롭게 수신할 수 있다.
다른 예에서, 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 스테이지 리셉터클(628) 중 하나 이상에 배치된 하나 이상의 진단 샘플(1106)을 포함한다. 일 예에서, 진단 샘플(1106)은 잘 알려지고 예측 가능한 탄성 계수, 경도 등과 같은 기계적 특성을 갖는 수정 및 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 프로브 변경 유닛(1102)과 같이, 스테이지 리셉터클(628) 내에 진단 샘플(1106)을 갖는 것은 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)에 의한 샘플의 정확한 배치를 위해 진단 샘플(1106)의 인덱싱을 가능하게 한다. 예를 들어, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 제어 소프트웨어를 통해, 진단 샘플을 기계적 테스트기기(612)와 정렬하도록 샘플 스테이지(614)의 병진 및 회전 중 하나 이상을 통해 용이하게 이동시킬 수 있다. 기계적 테스트 기기(612)는 기계적 테스트 기기(612)와 연결된 프로브(702)의 기능을 체크(예컨대, 프로브 마모 체크, 프로브 영역 함수의 재평가 등)하도록 작동된다.
또 다른 예에서, 프로브 매거진(1108)은 프로브 변경 유닛(1102)에 대하여 프로브 매거진(1108)을 상승 또는 하강하도록 구성된 프로브 액추에이터를 포함하여 하나 이상의 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)의 프로브 변경 도구(1104)와 결합하도록 이동시키고, 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102) 등과 연결 또는 그로부터 연결 해제한다.
회전 클러치( Rotary Clutch )
도 12a 및 12b는 도 11a 및 11b에서 앞서 도시되고 설명된 프로브 변경 유닛(1102)의 일 예를 나타낸다. 예를 들어 도 11a에 도시된 바와 같이, 프로브 변경 유닛(1102)은 내부에 스텝 모터와 같은 모터(1202)를 유지하기 위한 크기와 형상을 갖는 프로브 변경 유닛 하우징(1200)을 포함한다. 도시된 예에서, 모터(1202)는 예를 들어 프로브 변경 도구(1104)에 대해 시계 방향 및 반시계 방향 회전 중 하나 이상을 제공하도록 구성된다. 프로브 변경 유닛 하우징(1200)은 프로브 변경 유닛 하우징을 통해 연장하여 모터(1202)와 전기적으로 연결되는 배선 인터페이스(1204)를 더 포함한다. 도 12a를 참조하면, 구동 캡(drive cap)(1206)이 프로브 변경 도구(1104)와 결합되는 것으로 도시된다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 구동 캡(1206)은 일 예에서 프로브 변경 도구(1104) 내에 배치된 프로브(702)의 대응하는 회전에 대해 프로브 변경 도구(1104)에 회전력을 제공하도록 구성된 전달 수단이다.
도 12a에 도시된 다른 예에서, 프로브 변경 유닛(1102)은 프로브 변경 도구(1104)를 통해 연장하여 액세스 포트(1212)를 향하는 미러(mirror)(1208)를 포함한다. 일 예에서 액세스 포트(1212)는 프로브(702) 상에 제공된 프로브 데이터(1214)에 대한 액세스(예컨대, 직접적인 가시선(direct visible line))를 제공한다. 다른 예에서, 프로브 데이터는 RFID, 텍스트, 바코드 등의 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, 프로브 데이트(1214)는 프로브 식별 데이터, 예컨대 프로브(702)에 대한 프로브 영역 함수 등과 같은 교정 데이터 중 하나 이상을 포함한다. 또한, 도 12a에 도시된 예에서, 미러(1208)는 프로브 변경 유닛 하우징(1200)에 대하여 캔틸레버된 미러 암(1210)에 의해 배치된다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 미러 암(1210)은 구동 캡(1206) 주위에 위로 연장되도록 배치됨으로써, 예를 들어, 프로브(702)의 설치 또는 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)와 연결 해제하는 중에 구동 캡의 회전 동안 미러(1208) 또는 미러 암(1210)과 구동 캡(1206)과의 결합을 실질적으로 방지한다. 도 6a 및 6b에서 설명되고 도시된 광학 기기(610)로 위에서 바라볼 때 미러가 프로브 데이터(1214)에 대한 시계(visibility)를 제공하도록, 미러 암(1210)이 미러(1208)를 향한다. 다른 예에서, 미러(1208) 및 미러 암(1210)은, 광학 기기(610) 또는 도 11a, 11b 및 12에서 설명되고 도시된 프로브 변경 어셈블리(1100) 중 하나 이상과 연결된 예컨대 RFID 센서, 바코드 센서, 텍스트 리더(text reader) 등과 같은 기타 감지 기기에 더하여 재배치되거나 포함된다.
이제 도 12b를 참조하면, 앞서 설명된 바와 같이 프로브 변경 유닛(1102)이 도 11a 및 11b에 도시된 프로브 변경 어셈블리(1100)의 일부분이다. 예를 들어, 프로브 변경 유닛(1102)은 하나 이상의 프로브(702)를 회전시키거나 프로브 매거진(1108) 및 기계적 테스트 기기(612)와 연결하도록 구성된다. 도 12b를 참조하면, 프로브 변경 유닛(1102)이 단면도로 도시되고 프로브 변경 유닛(1102)은 앞서 설명된 바와 같이 프로브 변경 유닛 하우징(1200) 내에 배치된 모터(1202)를 포함한다. 구동 샤프트(1216)가 모터로부터 구동 캡(1206) 내로 연장한다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(1216)는 스핀들(1218)과 결합되고 스핀들은 구동 캡(1206)과 회전 가능하게 연결된다.
이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 일 예에서, 회전 클러치 또는 슬립 인터페이스(slip interface)는 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 제공되어 프로브(702)와 기계적 테스트 기기(612)에 대하여 하나의 방향, 예컨대 연결 해제 방향에서의 로킹 회전 결합(locking rotary engagement)을 보장하고, 예를 들어 회전 설치 방향에서의 프로브(702)와 기계적 테스트 기기(612)의 슬리핑(slipping) 회전 결합을 가능하게 한다.
도 12b를 다시 참조하면, 단면도에 도시된 바와 같이, 프로브 변경 유닛(1102)은 구동 캡(1206)의 일부분과 스핀들(1218) 사이에 삽입된 베어링(1220)을 더 포함한다. 일 예에서, 베어링(1220)은 그 사이에 볼 베어링이 삽입된 내부 베어링 링(1219)과 외부 베어링 링(1221)을 포함하는 회전 베어링이다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 예컨대, 기계적 테스트 기기(612) 내에서 프로브(702)의 과토크(over-torquing)를 방지하기 위하여 예를 들어, 스핀들과 구동 캡 사이의 슬리핑 결합을 원하는 경우, 베어링(1220)은 구동 캡(1206)에 대한 스핀들(1218)의 회전을 용이하게 한다. 대신에, 베어링(1220)은 이하에서 설명되는 회전 클러치를 통하여 회전력이 스핀들(1218)로부터 구동 캡(1206)으로 전적으로 전달되도록 한다.
다른 예에서, 프로브 변경 유닛(1202)은 구동 캡(1206)의 하나 이상의 일부분과 베어링(1220) 사이에 연결된 슬리핑 인터페이스 특징부(1222)를 포함한다. 일 예에서, 슬리핑 인터페이스 특징부(1222)는 구동 캡(1206)과 베어링(1220) 사이의 토크(torque)의 전달을 선택적으로 허용하는 웨이브 와셔(wave washer)를 포함한다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 도구 인터페이스(1226)가 구동 캡(1206)과 프로브 변경 유닛(1104) 사이에 제공된다. 일 예에서, 도구 인터페이스(1226)는 구동 캡(1206)과 프로브 변경 유닛(1104) 간의 하나 이상의 대응하는 비원형 컨투어(contour) 또는 그들 사이의 간섭 핏(interference fit)을 포함한다. 도구 인터페이스(1226)에서의 비원형 간섭 핏은 구동 캡(1206)의 회전을 통해 구동 캡(1206)으로부터 프로브 변경 유닛(1104)으로의 회전력의 신뢰성 있는 전달을 보장한다. 다른 예에서, 프로브(702)가 프로브 변경 도구와 연결되는 경우 프로브 인터페이스(1224)가 프로브 변경 도구(1104)와 프로브(702) 사이에 제공된다. 예를 들어, 도구 인터페이스(1226)에서와 같이, 프로브 인터페이스(1224)는 프로브(702)의 설치 및 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612) 또는 프로브 매거진(1108)로부터 연결 해제하는 동안 프로브 변경 도구(1104)의 회전 이동이 프로브(702)로 전달되는 것을 보장하도록 구성된 비원형 인터페이스를 포함한다.
도 13은 가상선(phantom lines)으로 제공되는 구동 캡(1206)과 프로브 변경 유닛(1102)를 나타낸다. 구동 캡(1206)은, 예를 들어 구동 캡(1206)과 스핀들(1218)을 따라 회전 클러치(1300)의 구성요소를 드러내기 위하여 가상선으로 제공된다. 회전 클러치(1300)는 일 예에서 스핀들(1218)과 이동 가능하게 연결된 하나 이상의 폴(pawl)(1302)을 포함한다. 다른 예에서, 회전 클러치(1300)는 구동 캡(1206)의 내면을 따라 배치된 하나 이상의 폴 수용부(pawl receiver)(1306)를 더 포함한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 회전 클러치(1300)는 프로브 설치 회전 방향과 같은 제1 방향에서 슬리핑 결합을 제공하고 프로브 연결 해제 회전 방향에서 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 로킹 논-슬리핑(non-slipping) 결합을 제공한다.
도 13을 다시 참조하면, 폴(1302)은 스핀들(1218)에 형성된 폴 하우징(1304) 내에 유지된다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 폴 하우징(1304)은, 내부에 폴(1302)의 수용을 용이하게 하고 적어도 폴(1302)이 폴 수용부(1306) 내에 수용될 때까지 회전 설치 방향에서, 그리고 연결 해제 회전 방향의 적어도 일부분에서 구동 캡(1206)에 대한 스핀들(1218)의 회전을 더 용이하게 하기 위하여, 폴(1302)에 대해 실질적으로 대응하는 형상을 갖는다. 도 13에 또한 도시된 바와 같이, 편향 요소(biasing element)(1308)가 스핀들(1218) 주위에 배치된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 일 예에서, 편향 요소(1308)는 폴(1302)의 일부분(예컨대, 하나 이상의 폴(1302)을 포함하여)과 결합되어 폴(1302)의 일부분을 스핀들(1218)에 대해 외측으로 편향시킨다. 스핀들(1218)로부터 외측으로의 폴(1302)의 일부분의 편향은 폴의 그 부분을 편향시켜 폴 수용부(1306)와 결합하게 한다. 연결 해제 회전 방향에서 외측으로의 폴(1302)의 편향은 폴을 폴 수용부(130) 내로 편향시키고 구동 캡(1206)과의 로킹 회전 결합에 폴(1302)을 결합하여 스핀들(1218)이 연결 해제 방향으로 회전하는 동안 구동 캡(1206)에 대해 스핀들(1218)의 슬리핑을 실질적으로 방지한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 프로브 변경 유닛(1102)은 횡 방향으로 단면도를 만들어 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 배치된 폴(1302)을 포함하는 회전 클러치(1300)을 드러낸다. 도 14에 도시된 구성에서, 스핀들(1218)이 구동 캡(1206)과의 선택적인 슬리핑 결합로 구성되는 반면, 폴(1302)은 폴 하우징(1304) 내에 실질적으로 수용된다. 예를 들어 스핀들(1218)이 예를 들어 모터(1202)와 연결된 구동 샤프트(1216)에 의해 제공되는 회전으로 반시계 방향(즉, 아래에서 위를 바라볼 때에는 시계 방향)으로 회전할 때, 폴(1302)은 외측으로 편향되어 구동 캡(1206)의 내면과 결합한다. 스핀들(1218)이 반시계 방향으로 이동할 때 스핀들(1218)의 외면뿐 아니라 폴(1302)이 구동 캡(1206)의 내면과 결합되어 구동 캡(1206)에 대해 회전 이동을 제공하고 대응하는 회전 이동을 도 11a 및 11b에 도시된 프로브 변경 도구(1104)에 대해 제공한다. 프로브 변경 도구(1104)와 연결된 프로브(702)는 따라서 선택적으로 회전한다. 일 예에서 프로브 변경 도구(1104)가 프로브 변경 도구(1104)와 연결된 프로브(702)와 함께 반시계 방향으로 회전하는 경우 프로브(702)가 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 수용되고 기계적 테스트 기기(612)와 연결되는 그러한 시간까지 토크가 프로브(702)에 대해 제공된다. 프로브(702)가 기계적 테스트 기기(612)와 연결되면 기계적 테스트 기기(612)의 인터페이스 특징부와 프로브(702)의 프로브 베이스(1718) 사이에 역 토크(counter torque)가 제공된다. 그에 대응하여 역 토크가 구동 캡(1206)으로 전달된다. 폴(1302)이 구동 캡(1206)과 선택적으로 결합되고 그렇지 않으면 도 4에 도시된 반시계 방향 회전 때문에 로킹 결합이 되지 않으므로, 역 토크를 수신함에 있어 구동 캡(1206)은 스핀들(1218)에 대하여 슬라이딩하여(slide) 기계적 테스트 기기(612) 내에 프로브(702)의 과토크를 실질적으로 방지할 것이다. 기계적 테스트 기기(612) 내의 트랜스듀서는 따라서 모터(1202)로부터의 프로브(702)의 과-회전에 의해 손상되지 않고 실질적으로 보존된다.
반면, 기계적 테스트 기기(612)로부터의 프로브(702)의 연결 해제를 원하는 경우 스핀들(1218)은 도 14에 도시된 바와 같이 시계 방향과 같은 반대 방향으로 회전한다. 시계 방향(즉, 아래에서 위를 바라볼 때 반시계 방향)으로 회전하는 동안 폴(1302)은 예를 들어 편향 요소(1308)에 의해 계속하여 외측으로 편향된다. 스핀들(1218)이 회전하면 그에 대응하여 기계적 테스트 기기(612)와 연결된 프로브(702)의 역 토크가 프로브 변경 도구(1104) 및 구동 캡(1206)을 통해 전달된다. 역 토크는 폴(1302)이 하나 이상의 폴 수용부(1306)에 도달할 때까지 구동 캡(1206)이 스핀들(1218)에 대하여 슬리핑한다. 폴(1302)이 외측으로 편향되기 때문에 폴(1302)이 하나 이상의 폴 수용부(1306)에 수용되고 구동 캡(1206)과 스핀들(1218) 사이에 로킹 회전 결합을 제공한다. 모터(1202)는 따라서 구동 샤프트(1216), 스핀들(1218) 및 구동 캡(1206)을 통해 프로브 변경 도구(1104)로 연결 해제 토크(decoupling torque)를 제공할 수 있다. 프로브(702)로 전달된 토크는 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)로부터 쉽게 연결 해제할 수 있다. 프로브(702)가 기계적 테스트 기기(612)로부터 연결 해제되기 때문에, 프로브(702)가 트랜스듀서에 대해 대신 회전하고 기계적 테스트 기기(612)로부터 연결 해제되면 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 간의 로킹 결합은 트랜스듀서를 손상시키지 않는다.
설명된 바와 같이, 회전 클러치(1300)는 따라서 프로브 연결 해제 회전 방향에서 프로브 변경 도구(1104)와 스핀들(1218) 사이에 로킹 회전 결합을 제공하고 프로브 설치 회전 방향에서 프로브 변경 도구(1104)와 스핀들(1218) 사이에 선택된 슬리핑 결합을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 폴(1302)의 구동 캡(1206)과의 선택적인 결합을 통해 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 선택된 슬리핑 결합과 토크 전달이 달성된다. 반면, 하나 이상의 폴(1302)과 하나 이상의 폴 수용부(1306) 사이의 로킹 회전 결합은 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 슬리핑 없이 로킹 회전 결합을 제공함으로써 예를 들어 기계적 테스트 기기(612)(또는 프로브 매거진(1108))로부터의 프로브(702)의 신뢰성 있는 연결 해제를 보장한다.
도 15는 도 11a에서 앞서 설명되고 도시된 프로브 변경 유닛(1102)의 스핀들(1218)의 상세한 사시도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 폴(1302)과 폴 하우징(1304)를 더 드러내기 위하여 구동 캡(1206)이 제거된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 복수의 폴(1302)이 그들 사이로 연장하여 삽입되는 폴 보스(pawl boss)(1500)와 함께 제공된다. 일 예에서, 폴 보스(1500)는 편향 요소 그루브(groove)(1502)을 가로질러 연장한다. 앞서 설명된 바와 같이, 프로브 변경 유닛(1102)은 스핀들(1218) 주위로 연장하는 편향 요소(1308)를 포함한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 편향 요소(1308)는 편향 요소 그루브(1502) 내에 수용되고 폴 보스(1500) 위에 가로놓인다. 편향 요소(1308)는 일 예에서 폴 보스(1500)에 대해 내측으로 투사하는 편향력(biasing force)을 제공하기 위한 크기와 형상을 갖는 탄성 밴드를 포함한다. 다른 예에서, 편향 요소(1308)는 내측으로 향하는 편향력을 제공하기 위한 크기와 형상의 스프링 와이어, 탄성 요소 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 편향 요소(1308)와 폴 보스(1500)의 결합은 폴(1302)의 헤드(head)(1504)를 상대적으로 더 큰 헤드 그루브(1508)로 내측으로 편향시킨다. 헤드(1504)의 내측으로의 이동(예컨대, 헤드 그루브(1508) 내에 꼭 맞게 수용됨)은 폴과 피봇 포인트(1501)의 결합을 통해 각각의 폴(1302)의 테일(tail)(1506)을 외측으로 편향(예컨대, 회전)시킨다. 테일(1506)은 따라서 편향되어(예컨대, 스핀들의 내면을 따라 또는 하나의 폴 수용부(1306) 내) 스핀들(1218)과 결합한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 폴(1302)은 스핀들(1218) 내에 형성된 폴 하우징(1304)의 일부분으로서 형성된 더 큰 헤드 그루브(1508)에 수용되는 헤드(1504)를 더 포함한다. 다른 예에서, 테일 그루브(1510)는 폴 하우징(1304) 내에 더 제공되어 그곳에 테일(1506)을 수용한다. 앞서 설명된 바와 같이, 스핀들(1218)이 예를 들어 구동 캡(1206)과 스핀들(1218) 사이의 선택적 슬리핑 결합에서 프로브 설치 회전 방향으로 구동 캡(1206)과 회전하는 동안 폴 하우징(1304)은 내부에 폴(1302)의 수용을 가능하게 한다. 반면, 스핀들(1218)이 프로브 연결 해제 회전 방향으로 회전하여 상술한 바와 같이 폴(1302)이 스핀들(1218)과 구동 캡(1206) 사이에 로킹 결합을 제공하는 것을 보장하는 경우, 편향 요소(1308)는 폴 수용부(1306) 내에 테일(1506)을 수용하기 위해 적어도 테일(1506)을 스핀들(1218)로부터 외측으로(예컨대, 피봇 포인트(1501)에서의 피봇팅을 위해 폴 보스(1500) 및 헤드(1504)의 내측 편향을 통해) 편향시킨다.
프로브로부터 프로브 압입 또는 교정 데이터 독출
도 16은 프로브(702) 상에 제공되는 액세스 포트(1212) 및 프로브 데이터(1214)를 향하는 미러(1208)를 갖는 프로브 변경 유닛(1102)의 일 예를 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서 미러(1208)는 예를 들어 광학 기기(610)를 통해 프로브 데이터(1214)에 대한 자동화 테스트 시스템(600)의 액세스를 제공하기 위한 하나의 수단이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 이미지 라인(1600)이 프로브 데이터(1214)로부터 미러(1208)로 연장한다. 예를 들어 도 16에 도시된 프로브 데이터(1214)의 반대로 반사된 이미지 라인(1602)은, 광학 기기(610)가 미러(1208)와 정렬된 경우 예컨대 광학 기기(610)를 향하여 위쪽으로 연장한다.
앞서 설명된 바와 같이, 다른 예에서, 스테이지 리셉터클(628)은 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)에 의한 배치를 준비하기 위해 인덱싱된다. 또 다른 예에서, 미러(1208)는 또한 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)를 위해 인덱싱된다(예컨대, 스테이지 리셉터클(628)에 대해). 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 따라서 하나 이상의 프로브 변경 유닛(1102)을 위한 하나 이상의 미러(1208)를 포함하여 샘플 스테이지(614)를 광학 기기(610)과 정렬하여 배치하도록 제어된다. 미러(1208)를 광학 기기(610)와 정렬시킴으로써 광학 기기(610)가 액세스 포트(1212)를 통해 보이는, 프로브(702)를 따라 공급되는 프로브 데이터(1214)를 관찰할 수 있다. 다른 예에서, 광학 기기(610), RFID 리더, 바코드 리더 등과 같은 다른 기기는 예컨대 프로브(702)에 대해 수직하는 다른 각도로 지향하고 프로브(702) 상의 다른 위치에 배치된 프로브 데이터(1214)를 향하여 미러(1208)에 대한 필요성을 제거한다. 예를 들어, 광학 기기(610) 또는 RFID 리더, 바코드 리더 등은 프로브(702)에 대해 수직으로 배치되어 프로브 데이터(1214)에 대해 직접적인 액세스를 제공한다. RFID 리더를 갖는 다른 예에서, RFID 리더와 미러(1208)의 정렬은 불필요하다. 대신, RFID 리더는 프로브(702)와 근접하게 제공되어 RFID 칩을 활성화시켜서 그로부터 정보를 독출한다.
기계적 테스트 기기에 대한 트랜스듀서 응답을 자동으로 검사하는 방법
도 17은 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일(예컨대, 마이크론 스케일 이하)에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기에서 트랜스듀서 응답을 자동으로 검사하는 방법(1700)의 일 예를 나타낸다. 방법(1700)을 설명함에 있어, 본 명세서에서 앞서 설명된 특징부와 함수가 참조된다. 참조 번호가 제공되는 경우 그 번호는 예시적인 것이고 제한을 위한 것이 아니다. 예를 들어, 방법(1700)에서 인용된 구조 및 특징부와 본 명세서에서 설명된 다른 방법은 참조된 특징부, 본 명세서에서 설명된 다른 유사한 특징부 및 그들의 등가물을 포함한다. 1702에서, 방법(1700)은 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계를 포함한다. 트랜스듀서(700)는 일 예에서, 도 7a에 도시된 트랜스듀서 어셈블리(700)와 도 7c에 도시된 대응하는 커패시터 어셈블리(710)를 포함한다. 일 예에서, 트랜스듀서 어셈블리는 도 7c에 도시된 프로브(702)와 같은 기기 프로브와 연결된다. 커패시터 어셈블리(710)와 같은 트랜스듀서는 프로브(702)를 이동시키고 기기 프로브 이동을 측정하며 예를 들어 커패시터 어셈블리(710)의 대향하는 플레이트(714)에 대한 센터 플레이트(712)의 이동을 통해 기기 프로브(702)에 적용되는 힘을 측정하도록 구성된다.
1704에서, 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되면 공간 압입 작동이 트랜스듀서 어셈블리(700)와 같은 트랜스듀서로 행해진다. 일 예에서, 공간 압입 작동은 1706에서 기기 프로브(702)가 공간 압입 동안 표면과 결합하지 않을 위치로 기기 프로브(702)를 이동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기기 스테이지(608)가 샘플 스테이지(614)에 대해 기계적 테스트 기기(612)를 이동시키도록 작동되어 샘플 스테이지 표면(616)과 결합이 가능한 범위 밖으로 기계적 테스트 기기를 상승시킨다. 다른 예에서, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 기계적 테스트 기기(612)에 대하여 가로 방향으로 샘플 스테이지 표면(616)을 이동시키도록 작동되어 샘플 스테이지 표면(616)을 기계적 테스트 기기와 정렬되지 않도록 실질적으로 이동시킨다.
1708에서, 특정 전압이 트랜스듀서, 예를 들어 대향하는 플레이트(714) 양단에 적용된다. 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 대향하는 플레이트(714) 양단에 특정 전압을 적용하면 대향하는 플레이트(714)와 센터 플레이트(712) 사이에 정전기력이 생성되어 대향하는 플레이트(714)에 대하여 센터 플레이트(712)를 디플렉팅하거나 또는 이동시킨다. 1710에서, 기기 프로브(702)(예컨대, 센터 플레이트(712))의 이동이 측정된다. 1712에서, 측정된 이동이 특정 전압에 대한 특정 이동 임계치를 벗어나면 트랜스듀서 어셈블리(700)가 하나 이상의 교정 또는 서비스를 필요로 하는지가 판단된다. 예를 들어, 특정 전압이 프로브(702)(예컨대, 커패시터 어셈블리(710)의 센터 플레이트(712))의 예측된 이동과 짝을 이루고(pair) 프로브(702)의 측정된 이동이 프로브(702)에 대한 이동 범위의 특정된 또는 예측된 임계치를 벗어나는 경우, 교정 또는 서비스 중 하나 이상이 트랜스듀서 어셈블리(700)에 대한 수행을 위해 표시된다.
방빕(1700)에 대한 몇 가지 옵션이 뒤따른다. 일 예에서, 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 트랜스듀서 작동(예컨대, 압입, 스크래치 등)의 수를 카운트하는 단계와 그 다음 트랜스듀서 작동의 수가 트랜스듀서 작동 카운트 임계치보다 큰 지를 판단하는 단계를 포함한다. 일 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치는, 고려되는 샘플 및 프로브의 기계적 특성에 대한 지식과 경험에서 부분적으로 생성된, 경험적으로 개발된 임계치 수에 대응한다. 예를 들어, 일 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치는 100 압입, 1000 압입 또는 그와 유사한 것 중 하나 이상이다. 앞서 설명된 바와 같이, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치, 예를 들어 제공된 하나 이상의 수는, 테스트되는 재료, 프로브의 재료, 적용되는 힘, 압입 깊이, 스크래치, 길이 등에 따라 위 또는 아래로 조정된다. 다른 예에서, 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 특정된 정확도 범위에 따라 조정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 샘플의 기계적 파라미터의 측정이 예측된 정확도 범위 내인 것을 원하는 경우, 기계적 파라미터의 측정이 상기 특정된 범위를 벗어나면 트랜스듀서 작동 카운트 임계치 또는 트랜스듀서 작동 임계치는 달성된 것으로 간주되고 공간 압입이 다시 행해진다.
또 다른 예에서, 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는 지를 판단하는 단계는 트랜스듀서가 정상적인 작동력 범위를 벗어나는 힘을 측정하면 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되었다고 판단하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일 예에서, 트랜스듀서 어셈블리(700)는 프로브(702)에 대략 밀리뉴턴(mN)의 힘을 제공하도록 구성된다. 커패시터 어셈블리(710)에 가해지는 힘이 이러한 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어, 1뉴턴보다 큰 힘이 트랜스듀서에 적용되는 경우(예컨대, 1파운드 이상에 대응하여 또는 대략 1파운드), 트랜스듀서 작동 임계치가 충족되어 사용자 또는 기계의 일부에 의한 프로브(702)의 가능한 타격을 나타내고 오퍼레이터에 의한 프로브(702)와 센터 플레이트(712)의 의도하지 않은 상호작용에 의해 커패시터 어셈블리(710)가 손상되지 않았음을 보장하기 위하여 공간 압입 작동의 수행을 필요로 한다. 제어 스테이션(110) 또는 다른 유사한 제어 시스템은, 본 명세서에서 설명된 각각의 임계치 판단 단계 및 함수로, 관련 측정값(예컨대, 파라미터, 카운트 등)을 각각의 임계치와 비교하고 이에 따라 임계치가 충족되었는지를 판단하도록 구성된 비교기, 프로세서, 회로 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
자동화 테스트 시스템에 사용하기 위한 기계적 테스트 기기의 프로브 검사
도 18은 도 6a 및 6b에 도시된 테스트 기기(612)와 같은, 기계적 테스트 기기와 연결된 기기 프로브(702)를 자동을 검사하는 방법(1800)의 일 예를 나타낸다. 일 예에서, 기계적 테스트 기기(612)는 마이크론 스케일 또는 그 이하(예컨대, 나노스케일)에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된다. 방법(1700)으로 설명된 바와 같이, 방법(1800)의 설명에 있어서, 본 명세서에서 앞서 설명된 특징부 및 요소가 그들에 대한 참조 번호를 포함하여 참조된다. 참조 번호는 예시적인 것일 뿐 제한하고자 하는 것은 아니다. 예를 들어, 방법(1800)에서 설명되는 특징부 및 요소는 참조된 요소, 기타 유사한 특징부 및 그들의 등가물을 포함한다. 1802에서, 방법(1800)은 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계를 포함한다. 기기 프로브(702)는 도 7c에 도시된 커패시터 어셈블리(712)와 같은 트랜스듀서와 연결된다. 트랜스듀서 어셈블리(700)는 기기 프로브(702)를 이동기키고, 기기 프로브 압입 깊이를 측정하며, 트랜스듀서(700)를 통해 기기 프로브에 적용되는 힘을 측정하도록 구성된다. 1804에서, 기기 프로브 사용 임계치가 달성되면 프로브 체크 작동이 행해진다.
일 예에서, 프로브 체크 작동은 1806에서 기기 프로브(702)를 도 11a에 도시된 하나 이상의 진단 샘플(1106)과 같은 진단 샘플과 정렬시키는 단계를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 1808에서, 기기 프로브(702)가 진단 샘플(1106)로 압입된다. 1810에서, 압입 깊이, 압입력 또는 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 트랜스듀서(700)로 측정된다.
1812에서, 방법(1800)은 측정된 압입 깊이, 측정된 압입력 또는 측정된 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 압입 임계치 범위, 압입력 임계치 범위 또는 진단 샘플의 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 각각 벗어나면 기기 프로브(702)가 교정 또는 교체 중 하나 이상을 필요로 하는지를 판단하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 자동화 테스트 시스템, 오퍼레이터 등은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 임계치 범위를 특정한다. 트랜스듀서로 측정된 압입 깊이, 측정된 압입력 또는 측정된 샘플 기계적 파라미터가 이러한 임계치 범위를 벗어나는 경우, 교정 또는 프로브(702)의 교체 중 하나 이상이 표시된다.
방법(1800)에 대한 몇 가지 옵션이 뒤따른다. 일 예에서, 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 트랜스듀서(700)와 같은 트랜스듀서 작동 트랜스듀서 작동의 수를 카운트하는 단계를 포함한다. 방법(1800)은 트랜스듀서 작동의 수가 트랜스듀서 작동 카운트 임계치보다 큰 지를 판단하는 단계를 더 포함한다. 방법(1700)과 유사한 방식으로, 일 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치는, 테스트되는 재료, 프로브 재료, 적용되는 힘, 압입 깊이 등에 따라 판단된다. 일 예에서, 자동화 테스트 시스템에 대해 원하는 신뢰성에 따라 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 위로 또는 아래로 조정하기 위하여 경험적인 또는 경험 베이스 기준이 오퍼레이터에 의해 사용된다. 설명된 바와 같이, 일 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치는, 본 명세서에 설명된 바와 같이 프로브 체크 작동이 요구되기 전에, 10, 100, 1000, 또는 그 이상의 트랜스듀서 작동을 포함한다.
다른 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 테스트되는 재료, 기기 프로브, 트랜스듀서를 통해 프로브에 적용되는 힘 중 하나 이상에 따라 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 조정하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 특정 정확도 범위에 따라 위로 또는 아래로 조정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 샘플에 대해 측정된 기계적 파라미터가 특정 범위 내에 있기를 원하는 경우, 범위를 벗어나는 파라미터의 측정값은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 프로브 체크 작동의 수행을 작동시킨다.
다른 예에서, 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는 기기 프로브 압입 깊이, 트랜스듀서를 통해 기기 프로브에 적용되는 힘 또는 샘플의 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상을 측정하는 단계와 이후 기기 프로브 압입 깊이, 기기 프로브에 적용되는 힘 또는 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 특정 압입 깊이 임계치 범위, 특정 힘 임계치 범위 또는 샘플의 특정 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위 중 하나 이상을 벗어나면(진단 샘플(1106)과는 달리) 기기 프로브 사용 임계치가 충족된 것으로 판단하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 압입 깊이, 압입력 또는 측정된 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 하나 이상의 임계치 범위를 벗어나는 경우 프로브 체크 작동이 작동될 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 충족되지 않지만 압입력, 압입 깊이 또는 측정된 샘플 기계적 파라미터가 특정 샘플에 대한 예측된 임계치 범위를 벗어나면, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 여전히 충족되지 않더라도 프로브 체크 작동이 행해진다.
일 예에서, 기기 프로브, 예를 들어, 기계적 테스트 기기(610)와 연결된 프로브(702)를 진단 샘플(1106)과 정렬시키는 단계는 진단 샘플(1106)을 기기 프로브(702) 아래로 이동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 진단 샘플(1106)을 기기 프로브(702) 아래로 이동시키는 단계는 샘플 스테이지 표면(616)(예컨대, 샘플 스테이지)을 병진시키는 단계 및 회전시키는 단계 중 하나 이상을 포함하며, 샘플 스테이지 표면은 하나 이상의 진단 샘플(1106)을 보관하는 스테이지 리셉터클 플랜지(630)를 포함한다. 일 예에서, 진단 샘플(1106)을 이동시키는 단계는 샘플 스테이지 표면(616)을 X-축 및 Y-축을 따라 병진시키는 단계를 포함한다. 일 예에서, x 축 병진 범위는 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)와 같은 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)로 이용 가능한 Y-축 병진 범위보다 크다. 또 다른 예에서, 진단 샘플을 이동시키는 단계는 도 6a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 회전 스테이지(624)로, 샘플 스테이지(614)를 z 축 주위로 회전시키는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 진단 샘플(1106)을 기기 프로브 아래로(예컨대, 기기 프로브(702)와의 정렬로) 이동시키는 단계는, 기기 프로브(702)가 제1 샘플 위치와 정렬되는 경우 제1 샘플 위치(예컨대, 플랜지(630)에 대향하는 샘플 스테이지 표면 상의)로부터, 기기 프로브(702)가 예컨대, 스테이지 리셉터클 플랜지(630) 상의 진단 샘플(1106)과 정렬되는 경우 제2 진단 위치로, 샘플 스테이지(614)를 병진시키는 단계 및 회전시키는 단계의 조합을 포함한다. 제어 스테이션(110) 또는 다른 유사한 제어 시스템은, 본 명세서에서 설명된 각각의 임계치 판단 단계 및 함수로, 관련 측정값(예컨대, 파라미터, 카운트 등)을 각각의 임계치와 비교하고 이에 따라 임계치가 충족되었는지를 판단하도록 구성된 비교기, 프로세서, 회로 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
프로브 교정 방법
또 다른 예에서, 측정된 압입 깊이, 측정된 압입력 또는 측정된 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 압입 임계치 깊이 범위, 압입력 임계치 범위 또는 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 각각 벗어나면 프로브 교정이 행해진다. 일 예에서, 프로브 교정 방법은 도 19에 도시된 방법(1900)을 포함한다. 1902에서, 진단 샘플(1106)에 대해 기기 프로브(702)로 복수의 압입이 수행된다. 복수의 압입 각각은 압입 깊이 또는 압입력 중 하나의 특정 어레이(예컨대, 예측된 값)에 따라 행해지며, 각각의 압입 깊이, 압입력은 상이하다. 1904에서, 압입깊이 또는 압입력의 특정 어레이에 따라 각 압입의 압입력 또는 압입 깊이 중 하나 이상이 측정된다. 1906에서, 측정된 압입력 또는 측정된 압입 깊이는 각각 특정 어레이의 대응하는 예측된 압입 깊이 또는 압입력과 관련된다.
1908에서, 특정 어레이의 압입 깊이 또는 압입력과 관련된 압입력 또는 압입 깊이 간의 관계에 따라 프로브 영역 함수가 기기 프로브(702)에 대해 산출된다. 달리 말하면, 특정 어레이의 대응하는 예측된 압입 깊이 또는 압입력과 관련된 측정된 압입력 또는 측정된 압입 깊이가 프로브(702)에 대한 프로브 영역 함수를 생성하는데 사용된다(예컨대, 예를 들어 사용된 프로브(702)에 사용된 프로브가 자동화 테스트 시스템(600)에서 사용될 때 정확하고 신뢰성 있는 결과를 제공한다는 것을 보장하기 위하여 사용된 프로브(702)와 함께 사용하기 위한 재교정(recalibration) 함수를 제공하는데 사용됨).
일 예에서, 1910에서, 제어 스테이션(110) 내에 사용된 함수는 자동화 테스트 어셈블리(100)를 작동하도록 구성된다. 자동화 테스트 시스템(600)의 제어 함수는 일 예에서 예컨대 방법(1900)으로 생성된 프로브(702)에 대한 프로브 영역 함수로 교정됨으로써, 기계적 테스트 기기(610)로 획득된 측정값에 기초하여 샘플에 대한 모듈러스 및 경도값 중 하나 이상의 정확한 판단을 보장한다. 예를 들어, 새로운 프로브(702) 또는 사용된 프로브(702)로 도 19에 도시된 방법(1900)이 수행됨으로써, 고려되는 샘플의 경도 및 모듈러스의 신뢰성 있고 정확한 측정을 보장하기 위하여 소프트웨어 및 제어 시스템에 대한 프로브 영역 함수에 대응하여 교정 함수를 제공할 수 있다.
또 다른 예에서, 기기의 프로브 영역 함수의 교정 후에 프로브 체크 작동(1800)이 다시 행해진다. 방법(1800)은 측정된 압입 깊이, 측정된 압입력 또는 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 대응하는 압입 깊이 임계치 범위, 압입력 임계치 범위 또는 진단 샘플(1106)의 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 여전히 벗어나면 기기 프로브(702)가 교체를 필요로 하는지를 판단하는 단계를 포함한다. 즉, 프로브 영역 함수를 생성하기 위하여 프로브 교정 작동을 행한 후에, 방법(1800)에서 설명되고 도시된 프로브 체크 작동이 다시 행해진다. 진단 샘플(1106)에 대해 프로브(702)로 측정된 값들이 임계치 범위를 벗어나면, 일 예에서, 프로브(702)는 사용할 수 없는 것으로 고려되고 이후 교체를 위해 특정되며 프로브(702)는 본 명세서에서 설명된 설치 방법에 따라 교체될 때까지 사용되지 않는다.
기기 프로브 설치 방법
도 20은 도 7a 및 7b에서 앞서 도시된 트랜스듀서 어셈블리(700)와 같은 트랜스듀서에 기기 프로브(702)와 같은 기기 프로브를 설치하는 방법(2000)의 일 예를 나타낸다. 일 예에서, 프로브(702)는 마이크론 스케일 또는 그 이하, 예를 들어 하나 이상의 마이크론에서 나노 스케일에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기(612)와 연결된다. 앞서 설명된 방법에서와 같이, 방법(2000)은 본 명세서에서 앞서 설명된 특징부 및 요소와 그에 대한 참조 번호에 대한 참조를 포함한다. 참조 번호는 예시적인 것일 뿐 제한하려는 의도는 아니다. 예를 들어, 참조 번호와 함께 제공된 특징부 또는 요소는 인용된 요소와 모든 유사한 요소 및 그들의 등가물을 포함한다. 2002에서, 방법(2000)은 프로브 변경 유닛(1102)과 연결된 기기 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)의 프로브 리셉터클(722)과 정렬시키는 단계를 포함한다. 2004에서, 기기 프로브(702) 또는 프로브 리셉터클(722) 중 하나 이상은 이동되어 다른 프로브 리셉터클 또는 기기 프로브와 결합한다. 예를 들어, 기기 프로브(702) 또는 프로브 리셉터클(722) 중 하나 이상은 z 축을 따라 이동되어 다른 프로브 리셉터클 또는 기기 프로브와 결합한다. 2006에서, 기기 프로브(702)는 예를 들어, 기계적 연결 특징부의 상대적인 회전 연결에 의해 프로브 리셉터클(722)과 연결된다. 2008에서, 프로브 변경 유닛(1102)은 기계적 테스트 기기(612)와 연결된 프로브(702)를 남겨 두고 기기 프로브(702)로부터 해제된다.
방법(2000)에 대한 몇 가지 옵션이 뒤따른다. 일 예에서, 기기 프로브(702)와 프로브 리셉터클(722)의 정렬은 프로브 변경 유닛(1102)의 X 축 및 Y 축 병진 중 하나 이상을 포함한다. 다른 예에서, 기기 프로브(702)와 프로브 리셉터클(722)의 정렬은 프로브 변경 유닛(1102)을 Z 축 주위로 회전시키는 것을 포함하며, 예를 들어, Z 축은 프로브 변경 유닛(1102)의 중심 축과 일치하고 프로브 변경 도구(1104)는 프로브 변경 유닛(1102)과 연결된다. 또 다른 예에서, 기기 프로브(702)와 프로브 리셉터클(722)의 정렬은 X 축 및 Y 축으로 병진 및 Z 축(예컨대, 스티이지(614)의 회전의 중심) 주위로 회전하도록 구성된 다중 자유도 스테이지(614)를 작동시키는 단계를 포함한다. 다중 자유도 스테이지(614)는 샘플 스테이지 표면(616), 샘플 스테이지 표면(616)과 연결된 스테이지 리셉터클 플랜지(630) 및 하나 이상의 스테이지 리셉터클(628)을 포함한다. 스테이지 리셉터클 플랜지(630)와 하나 이상의 스테이지 리셉터클(628) 각각은 프로브 변경 유닛(1102)를 보관하기 위한 크기와 형상을 갖는다. 다른 예에서, 하나 이상의 스테이지 리셉터클(628)을 포함하는 스테이지 리셉터클 플랜지(630)는 복수의 프로브 변경 유닛(1102)와 연결하기 위한 크기와 형상을 갖는다. 선택적으로, 기기 프로브(702) 또는 프로브 리셉터클(722) 중 하나 이상을 이동시켜 다른 프로브 리셉터클 또는 기기 프로브와 결합하는 단계는 프로브 리셉터클을 기계적 테스트 기기와 연결된 기기 스테이지, 예컨대 기기 스테이지(608)로 Z 축을 따라 병진시키는 단계를 포함한다. 다른 예에서, 샘플 스테이지(614)는 기계적 테스트 기기(612)에 대하여 프로브 변경 유닛(1102) 및 샘플 스테이지를 상승시키도록 구성된 Z 액추에이터를 포함한다.
다른 예에서, 방법(2000)은 기기 프로브(702)와 기계적 테스트 기기(612)의 연결을 위해 다른 특징부 및 단계를 포함한다. 일 예에서, 기기 프로브(702)를 프로브 리셉터클(722)과 연결하는 단계는 기기 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 회전시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 프로브(702)는, 프로브 리셉터클(722)의 대응하는, 예컨대 프로브 연결 특징부(720)와 같은(도 7c 참조), 특징부와 연결하도록 구성된, 예컨대 스레드와 같은, 하나 이상의 기계적 인터페이스 특징부를 갖는 프로브 베이스(718)를 포함한다. 다른 예에서, 기기 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 회전시키는 단계는 프로브 설치 회전 방향으로 프로브 변경 도구(1104)를 회전시키는 단계를 포함한다. 프로브 변경 도구(1104)는, 프로브 변경 도구(1104)와 스핀들(1218) 간의 선택적인 슬리핑 결합을 제공하는 회전 클러치(1300)를 갖는 스핀들(1218)과 연결된다.
또 다른 예에서, 프로브(702)를 프로브 리셉터클(722)과 연결하는 단계는 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 프로브 연결 해제 회전 방향으로 초기 회전시키는 단계와 기계적 테스트 기기(612)의 트랜스듀서(700)에 가해지는 힘을 측정하는 단계를 포함한다. 트랜스듀서(700)에 가해지는 측정된 힘이 스레드 인터페이스 힘 임계치(thread interface force threshold) 아래로 감소하는 경우 프로브 연결 해제 회전 방향에서의 프로브(702)의 회전이 저지된다. 예를 들어, 기기 프로브(702)가 프로브 연결 해제 회전 방향으로(예컨대, 스레드에 반대로) 회전하고 프로브(702)의 스레드가 프로브 리셉터클(722) 또는 프로브 연결 특징부(720) 중 하나 이상의 대응하는 스레드 위로 올라감에 따라 프로브 리셉터클(722) 또는 프로브 연결 특징부(720) 중 하나의 스레드는 위로 이동하고 이에 대응하여 센터 플레이트(712)를 디플렉팅하고 대향하는 플레이트(704)에 대한 센터 플레이트(712)의 측정 가능한 디플렉션을 생성한다. 프로브(702) 상의 스레드의 단부가 프로브 리셉터클(722) 또는 프로브 연결 특징부(720) 상의 스레드의 단부(예컨대, 스레드의 에이펙스(apex))를 지나가면(pass over) 프로브 스레드는 해제되고 센터 플레이트(712)는 아래로 이동하여, 예를 들어, 프로브(702) 상의 스레드가 프로브 리셉터클(722) 또는 프로브 연결 특징부(720) 상의 스레드 사이의 갭에 있게 된다. 센터 플레이트의 아래쪽 디플렉션은 스레드 인터페이스 힘 임계치(측정된 힘의 감소에 대응하는 임계치)를 충족시키고, 따라서 시스템에 프로브 스레드가 아래쪽으로 이동하였고 지금은 프로브 리셉터클의 스레드 사이에 안정적으로 배치되어 있음을 경보한다. 프로브 리셉터클(722) 또는 프로브 연결 특징부(720) 중 하나 이상의 스레드 사이에 인터페이스된 프로브(702)의 스레드로 교차 스레딩(cross threading)의 위험이 최소화되고 연결 해제 회전 방향에서의 프로브의 회전이 이후 저지된다.
인터페이스된 스레드를 갖는 기기 프로브(702)는 프로브 설치 회전 방향으로 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 회전하여 프로브(702)를 프로브 리셉터클(722)과 연결하고 이에 따라 프로브(702)를 기계적 테스트 기기(612)와 연결한다. 또 다른 예에서, 기기 프로브(702)와 프로브 리셉터클(722)의 연결은 도 12a 및 12b에 도시된 모터(1202)와 같은 스텝 모터(step motor)의 스텝을 카운트하는 단계와 예를 들어, 프로브(702)가 기계적 테스트 기기(612)와 적절히 연결되었다고 경험적으로 간주되는 프로브(702)의 회전 수에 대응하는 스텝 카운트 임계치가 달성되면 스텝 모터의 작동을 저지하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 방법(2000)은 기기 프로브(702)와 프로브 리셉터클(722)과의 연결을 체크하는 단계를 포함한다. 일 예에서, 기기 프로브와 프로브 리셉터클 사이의 연결을 체크하는 단계는 기기 프로브(702)가 기계적 테스트 기기와 연결된 후에 기계적 테스트 기기(612)의 트랜스듀서 어셈블리(700)와 같은 트랜스듀서 상의 힘을 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 프로브 변경 유닛(1102)을 프로브(702)로부터 연결 해제한 후에 트랜스듀서가 프로브(702)의 특정 무게에 따라 디플렉팅되는 경우, 트랜스듀서가 기기 프로브 무게에 대응하는 힘을 측정하면 기기 프로브(702)는 프로브 리셉터클과 연결된 것으로 간주된다. 기기 프로브 무게의 측정은 프로브(702)가 프로브 리셉터클(722)과 적절히 연결되었다는 것을 확신하는 측정을 제공한다.
다른 예에서, 방법(2000)은 기기 프로브(702)와 도 11a 및 11b에서 앞서 도시된 프로브 변경 어셈블리(1100)의 프로브 변경 유닛(1102)을 장착하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일 예에서, 프로브 변경 유닛(1102)에 기기 프로브(702)를 장착하는 단계는 프로브 변경 유닛(1102)을 프로브 매거진 (1108) 내의 기기 프로브(702)와 정렬시키는 단계를 포함한다. 프로브 변경 유닛(1102)은 이동되어 기기 프로브와 결합한다. 예를 들어, 일 예에서, 프로브 매거진(1108)은 z 액추에이터를 포함하거나 또는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 기기 스테이지(608)와 연결됨으로써 기기 프로브(702)가 프로브 변경 유닛(1102), 예컨대, 프로브 변경 도구(1104)와 결합하도록 기기 프로브(702)를 하강시킨다. 또 다른 예에서, z 액추에이터는 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)와 함께 제공되어 샘플 스테이지(614)를 상승시키고 이에 따라 프로브 변경 유닛(1102)의 프로브 변경 도구(1104)를 기기 매거진(1108)에 제공된 기기 프로브(702)와 결합시킨다.
다른 예에서, 방법(2000)은 기기 프로브(702)를 프로브 리셉터클과 연결하기 전에 앞서 설치된 프로브(702)를 프로브 리셉터클(722)로부터 연결 해제하는 단계를 포함한다. 달리 말하면, 일 예에서, 기계적 테스트 기기(612)에 새로운 프로브를 설치하기 전에 기계적 테스트 기기(612)와 연결된 기존의 또는 사용된 프로브가 프로브 변경 어셈블리(1100)의 프로브 변경 유닛(1102)에 의해 기계적 테스트 기기(612)로부터 연결 해제된다. 일 예에서, 프로브 리셉터클(722) 상에 앞서 설치된 프로브를 연결 해제하는 단계는 프로브 변경 유닛(1102)을 앞서 설치된 프로브(702)와 정렬시키는 단계를 포함한다. 앞서 설치된 프로브(702)를 연결 해제하는 단계는 앞서 설치된 프로브(702)를 프로브 변경 유닛(1102)과 연결하는 단계를 더 포함한다. 앞서 설치된 프로브(702)는 이후 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 기계적 테스트 기기(612)의 프로브 리셉터클로부터 연결 해제된다. 일 예에서, 앞서 설치된 프로브는, 기계적 테스트 기기(612)의 프로브 리셉터클(722)로부터 연결 해제된 후에 프로브 매거진 내에 로딩된다.
또 다른 예에서, 앞서 설치된 프로브(702)를 프로브 리셉터클(722)로부터 연결 해제하는 단계는 앞서 설치된 프로브를 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 회전시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 앞서 설치된 프로브를 프로브 변경 유닛(1102)과 함께 회전시키는 것은 프로브 변경 도구(1104)를 프로브 연결 해제 회전 방향으로 회전시키는 것을 포함한다. 프로브 변경 도구(1104)는 프로브 변경 도구와 스핀들 사이에 로킹 회전 결합을 제공하는 회전 클러치(1300)를 갖는 스핀들(1218)과 연결된다.
다른 예에서, 방법(2000)은 기기 프로브(702)로부터 식별 데이터(1214) 또는 교정 데이터(1214) 중 하나 이상을 독출하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일 예에서, 미러(1208)와 같은 미러가 광학 기기(610)과 정렬된다. 미러(1208)는 기기 프로브 상의 하나 이상의 식별 또는 교정 데이터(1214)를 향하고 예를 들어, 프로브 변경 도구(1104)의 액세스 포트(1214)를 통해 볼 수 있다. 방법은 광학 기기(610)를 향한 미러(1208)의 반사에 의해 식별 데이터 또는 교정 데이터(1214) 중 하나 이상을 독출하는 단계를 더 포함한다. 다른 예에서, 방법(2000)은 기계적 테스트 기기(612), 또는 제어기 또는 예를 들어 (기계적 테스트 기기(612)를 작동시키는) 제어 스테이션(110)의 측정 함수를 프로브(702)로부터 독출된 교정 데이터에 따라 교정 또는 제어하는 단계 중 하나 이상을 포함한다.
자동화 테스트 시스템의 최소 풋프린트 및 캔틸레버식 암
도 21a는 도 6a 및 9에 도시된, X, Y 및 회전 스테이지(620, 622, 624)를 갖는 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)와 연결된 샘플 스테이지(614)의 전체 풋프린트를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 네 개의 테스트 위치(T1-T4)가 샘플 스테이지 표면(616)의 대향하는 주변 가장자리와 중심 근처에 제공된다. 각각의 T1-T4가 기계적 테스트 기기(612) 아래에 선택적으로 배치되는 경우 스테이지의 위치에 대응하는 샘플 스테이지(614)의 외곽선이 도시된다. 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)의 X 병진 및 회전의 조합으로 각각의 테스트 위치(T1-T4)가 제1 풋프린트(2100)(예컨대, 샘플 스테이지 풋프린트) 내에 용이하게 배치된다. 일 예에서, 제1 풋프린트(2100)는, 샘플 스테이지(614)가 y-축을 따라 이동되지 않거나 또는 최소로 이동되는 경우(예컨대, 기기(610, 612) 사이의 오정렬에 대해), 샘플 스테이지 길이(900)(도 9 참조)와 실질적으로 유사한 제1 치수(dimension)(2101)를 갖는다. 즉, 제1 치수(2101)는 샘플 스테이지 길이(900)보다 선택적으로 약간 더 크다. 선택적으로, y-축은 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 캔틸레버식 암(607)과 실질적으로 평행하다. 다른 예에서, 제1 풋프린트(2100)는 x-축(예컨대, 캔틸레버식 암(607)에 선택적으로 직교하는 축)을 따르는 샘플 스테이지(614)의 병진 범위와 실질적으로 유사한 제2 치수(2103)를 갖는다. 달리 말하면, X 병진과 회전의 조합으로(예컨대, 스테이지(620) 및 스테이지(624)를 통해) 제1 풋프린트(2100)가 최소화된다(예컨대, 감소된 Y 병진으로 또는 Y 병진 없이). 자동화 테스트 시스템(600) 풋프린트는 제1 풋프린트(2100) 및 컬럼 풋프린트, 예컨대 컬럼 베이스(605)의 둘레를 포함한다.
도 21에 또한 도시된 바와 같이, 회전 스테이지(624)의 추가로 인한, 샘플 스테이지(614)의 Y-축을 따르는 제한된(선택적으로 존재하지 않는) 병진에 따라 캔틸레버식 기기 컬럼 길이(902)가 최소화됨으로써 스테이지(614)에 대한 향상된 배치 유연성이 제공된다. 예를 들어, 큰 캔틸레버에 의한, 캔틸레버식 기기 컬럼의 디플렉션, 노이즈 등이 이에 따라 최소화되어 기계적 테스트 기기(612)에 의한 신뢰성 있고 정확한 테스트를 보장한다.
반면, 도 21b는 횡 방향 스테이지를 포함하는 샘플 스테이지(2102)의 전체 풋프린트(2104)를 나타낸다. 샘플 스테이지(614)(병진 스테이지 및 회전 스테이지를 포함함)의 풋프린트(2100)에 비하여, 풋프린트(2104)가 더 크다. 샘플 스테이지(2102)를 포함하는 테스트 시스템의 전체 풋프린트는 따라서, 더 크게 되어 스테이지 상의 샘플의 모든 위치가 기계적 테스트 기기(2106)로 테스트될 수 있음을 보장한다. 더 큰 풋프린트 및 시스템은 이에 대응하여 공장 현장에 더 큰 공간을 추정하고 추가의 노동력과 그러한 시스템에 대한 공간을 만들기 위하여 기존의 생산 라인의 재작업을 필요로 할 수 있다. 또는, 샘플 스테이지(2102)는 제한된 병진 범위를 갖고 이에 대응하여 기계적 테스트 기기(2106)가 샘플 스테이지(2102)와 연결된 샘플에 대해 테스트할 수 있는 위치를 제한하는 스테이지를 포함한다.
추가로, 샘플 스테이지(2102)의 풋프린트(2104)는, 캔틸레버식 기기 암(2108)이, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)(도 21a 및 도 9에 도시됨)의 캔틸레버식 기기 컬럼 길이(902)에 비하여 더 긴 캔틸레버식 기기 컬럼 길이(2110)를 갖는 것을 필요로 한다. 증가된 캔틸레버식 기기 컬럼 길이(2110)는 디플렉션 및 노이즈에 대한 기계적 테스트 기기(2106)의 민감도를 증가시킨다. 또는, 캔틸레버식 기기 암(2108)은 더 길에 만들어져서 기계적 테스트 기기(2106)를 구조적으로 더 양호하게 지지한다. 암(2108)의 크기의 증가는 시스템의 풋프린트(2104)를 증가시키고, 시스템은 대응하여 공장 현장에 더 많은 공간을 추정한다.
도 22a-22c는 X 및 Y 병진을 통해 이동하도록 구성된 스테이지를 포함하는 시스템(2200, 2202, 2204)의 세 개의 별개의 예를 나타낸다. 도 22a를 참조하면, 샘플 스테이지(2206)을 포함하는 시스템(2200)은 샘플 스테이지(2206)를 이동시키도록 구성된 X 및 Y 스테이지를 포함하여, 도 22a에 도시된 기계적 테스트 기기(2207)과 같은 기계적 테스트 기기가 샘플 스테이지(2206)를 가로질러 배치된 샘플의 적어도 1/3을 액세스할 수 있도록 한다. 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(2206) 둘레는 약 300밀리미터의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼와 같은 샘플 둘레에 밀접하게 대응한다. 시스템(2200)에 대한 풋프린트는 대략 X 치수(2208) 및 Y 치수(2210)에 의해 도시된다. 일 예에서, X 치수(2208)는 약 27인치로 측정되고, Y 치수는 약 21인치로 측정된다.
이제 도 22b를 참조하면, 시스템(2202)의 다른 예가 도시된다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 시스템(2202)은 300밀리미터의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼와 같은 샘플에 대응하는 샘플 스테이지(2212) 상의 실질적으로 임의의 위치에 기계적 테스트 기기(2213)에 대하여 샘플 스테이지(2212)의 배치를 허용하도록 구성된 확장된 풋프린트를 포함한다. 이러한 예에서, 확장된 풋프린트를 갖는 시스템(2202)의 X 치수(2214) 및 Y 치수(2216)가 시스템(2200)의 X 치수 및 Y 치수보다 더 커짐으로써, 기계적 테스트 기기(2213)와 정렬하는 샘플 스테이지(2212) 상의 모든 위치의 전체 배치를 보장하는데 필요한 추가 공간을 차지한다. 예에서 도시된 바와 같이, X 치수(2214)는 약 45인치이고, Y 치수(2216)는 약 31인치이다. X 치수(2214) 및 Y 치수(2216)는 각각 도 21a에 도시된 시스템(2200)의 대응하는 X 치수(2208) 및 Y 치수(2210)보다 더 크다. 화강암 베이스의 폭은, 기계적 테스트 기기와 정렬한 모든 샘플 위치의 배치를 여전히 허용하면서도 정확하게 테스트하기 위해, 브리지가 충분히 높은 고유 주파수(natural frequency)와 강도(stiffness)를 갖도록 두껍고 견고해야 하는 극한 정도까지, 브리지(bridge)(예컨대, 기계적 테스트 기기(2213)에 인접하게 아래에 놓인 사각형 오브젝트와 위에 놓인 사각형 오브젝트)의 길이를 규정한다.
테스트 시스템(2204)의 다른 예가 도 22c에 도시된다. 앞의 예에서와 같이, 샘플 스테이지(2218)는 기계적 테스트 기기(2224, 2226)의 모두와 정렬하는 샘플 스테이지(2218)의 하나 이상의 테스트 위치를 배치하기 위하여 X 및 Y 병진에 따라 이동하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 기계적 테스트 기기에 의한 테스트를 위해 샘플 상의 모든 위치가 이용 가능하도록, 샘플 스테이지(2218), 예를 들어, 그 위에 배치된 300밀리미터의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼와 같은 샘플이 기계적 테스트 기기(2224, 2226)에 대해 배치 가능한 것을 보장하기 위하여, 시스템(2204)의 풋프린트가 앞서 설명된 시스템(2200, 2202)에 대한 풋프린트보다 더 크다. 예를 들어, 시스템(2204)은 약 41인치로 측정되는 X 치수(2220)와 약 48인치로 측정되는 Y 치수(2222)를 갖는다. 시스템(2204)의 전체 풋프린트는 따라서 시스템(2200, 2202)의 전체 풋프린트보다 크다. 시스템(2202)에서와 같이, 화강암 베이스의 폭은, 샘플 상의 실질적으로 모든 위치에 대해 기기 액세스와 동시에 정확한 테스트를 허용하기 위해, 브리지가 충분히 높은 고유 주파수와 강도를 갖도록 두껍고 견고해야 하는 극한 정도까지, 시스템(2204)의 브리지(예컨대, 기계적 테스트 기기(2213)에 인접하게 아래에 놓인 사각형 오브젝트와 위에 놓인 사각형 오브젝트)의 길이를 규정한다.
이제 도 23을 참조하면, 예를 들어 도 6a 및 9에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 앞서 설명된 자동화 테스트 시스템(600)이 평면도로 도시된다. 도시된 바와 같이, 자동화 테스트 시스템(600)은 화강암 베이스(602) 및 샘플 스테이지(614) 위로 연장하는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)은 샘플 스테이지(614)의 일부분 위로 연장한다. 앞서 설명된 바와 같이, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 샘플 스테이지(614)의 병진 및 회전 액추에이션(actuation)을 조합하여, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 아래에 샘플 스테이지(614) 상의 실질적으로 임의의 위치를 배치한다. 도 23에서 앞서 설명되고 도시된 바와 같이, 회전 및 병진 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)는 자동화 테스트 시스템(600)의 전체 풋프린트를 최소화한다. 예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 테스트 기기(610)에 의해 완전히 액세스 가능하다. 달리 말하면, 샘플 스테이지 표면(616) 상의 실질적으로 모든 위치가 기기(610, 612)와 정렬된다. 도 22a-22c에서 앞서 도시된 임의의 시스템(2202, 2204)에 비하여 최소의 풋프린트를 나타내지만, 샘플 스테이지(614)는 기기에 의해 완전히 액세스 가능하다. 도 23에 도시된 바와 같이, 일 예에서, 자동화 테스트 시스템(600)은 X 치수(2300) 및 Y 치수(2302)에 의해 적어도 부분적으로 정해진 풋프린트를 갖는다. 일 예에서, X 치수(2300)는 약 32인치이고, Y 치수(2302)는 약 25인치이다. 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)를 갖는 자동화 테스트 시스템(600)은 따라서 도 22b, 22c에 도시된 테스트 시스템(2202, 2204) 보다 작은 풋프린트를 갖는다. 도 23에 도시된 자동화 테스트 시스템(600)의 전체 풋프린트는 도 22a에 도시된 테스트 시스템(2200)보다 조금 더 크다. 그러나, 도 23에 도시된 자동화 테스트 시스템(600)은 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 테스트 기기(610)로 샘플 스테이지(614) 상의 실질적으로 모든 위치(본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 진단 샘플, 프로브 변경 유닛을 포함하여)에 대해 완전히 액세스 가능하다. 반면, 시스템(2200)은 더 작은 풋프린트를 갖지만, 스테이지(2206)의 전체 표면 영역의 약 1/3에 대해서만 액세스가 가능하다. 샘플 스테이지(614) 및 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)를 포함하는 자동화 테스트 시스템(600)은 따라서 다른 많은 테스트 시스템보다 작은 전체 풋프린트를 나타내지만, 동시에 예를 들어, 샘플 스테이지(614) 상에 배치된 직경이 300밀리미터인 반도체 웨이퍼와 같은 큰 샘플을 포함하여 샘플 스테이지(614) 상의 실질적으로 모든 위치에 대해 완전한 액세스를 제공한다.
또한, 앞서 설명된 바와 같이, 조합된 병진 및 회전 기능을 갖는 스테이지 액추에이터 어셈블리(618)의 제공은 기기 컬럼(606)의 전체 캔틸레버식 길이를 최소화하여, 이에 따라 기계적 테스트 기기(612)의 배치 및 작동을 위한 딱딱한 지지 어셈블리를 제공한다. 기계적 테스트 기기(612)에 가해지는 디플렉션 및 노이즈는 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 최소 캔틸레버식 길이에 따라 최소화된다. 예를 들어, X 스테이지(620) 병진의 범위는 웨이퍼의 절반(예컨대, 150밀리미터)과 광학 기기 및 압입 위치 간의 가장 먼 거리의 합에 달할 정도로만 길면 된다. Y 스테이지(622) 병진의 범위는 설계 및 어셈블리 편차(예컨대, 약 5, 10 또는 20밀리미터 등)에 기인한 광학 기기(610)와 기계적 테스트 기기(612) 사이의 Y 축 오정렬을 커버(cover)할 정도로만 길면 된다. 달리 말하면, Y 스테이지(622) 병진의 범위, 스테이지의 최북단 에지(edge)가 y 축을 따라 위로 이동할 수 있는 최대값과 스테이지의 최남단 에지가 y 축을 따라 아래로 이동할 수 있는 최대값은, 제1 풋프린트(2100)(예컨대, 샘플 스테이지 풋프린트)의 제1 치수(2101)와 동일 공간을 차지한다. 유사하게, X 스테이지(620) 병진의 범위, 스테이지의 최동단 에지가 x 축을 따라 우측으로 이동할 수 있는 최대값과 스테이지의 최서단 에지가 x 축을 따라 좌측으로 이동할 수 있는 최대값은, 제1 풋프린트(2100)의 제2 치수(2103)와 동일 공간을 차지한다. 이러한 예에서, X 스테이지(620) 병진의 범위가 Y 스테이지(622) 병진의 범위보다 크다.
X 스테이지(620)가, 기기(610, 612)가 스테이지 중심 가까이(예컨대, 샘플 중심 가까이) 정렬되는 위치로부터 기기가 스테이지의 에지와(예컨대, 샘플의 에지와 가까이) 정렬되는 위치로 샘플 스테이지(614)를 병진시킬 수 있으므로, 회전 스테이지(624)(예컨대, 세타 스테이지)의 회전이, 그렇지 않으면 X 스테이지(620) 병진으로 이용 가능하지 않은, 샘플의 모든 부분에 대한 기기의 액세스 및 풀 커버리지(full coverage)를 제공한다. X 스테이지(620)와 함께 회전 스테이지(624)는 따라서 자동화 테스트 시스템(600)이, 샘플 상의 모든 위치에 대한 액세스를 용이하게 하는 움직임의 전체 범위를 갖는 이중 병진 액추에이터를 필요로 하는 머신 풋프린트의 추가 없이, 전체 표면(예컨대, 풋프린트(2100)를 갖는)에 도달할 수 있도록 한다. 예를 들어 회전 액추에이터 없이 이중 병진 액추에이터를 갖는 시스템으로 전체 웨이퍼를 스트래들(straddle)하기 위하여 대규모 화강암 브리지를 사용하는 대신, 캔틸레버식 기기 컬럼(606)(병진(기본적으로 x 축에 제한된) 및 회전 스테이지와 함께)이 최소 암 길이(902)를 갖고 샘플(202)의 절반 위에만 도달해야 한다.
X, Y, 회전( 세타 ) 디스큐잉 /배치
병진 및 회전 스테이지
도 24는 병진 스테이지(2400)의 일 예를 나타낸다. 일 예에서, 병진 스테이지(2400)는 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622) 중 하나 이상으로 사용된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 병진 스테이지(2400)는 스테이지 베이스(2402) 및 스테이지 베이스(2402)와 이동 가능하게 연결된 스테이지 캐리지(carriage)(2404)를 포함한다. 회전 움직임을 제공하도록 구성된 스테퍼 모터(stepper motor)(2406)와 같은, 모터가 스테이지 베이스 또는 스테이지 캐리지(2404) 중 하나 이상과 연결된다. 모터(2406)는 스테이지 베이스(2402) 및 스테이지 캐리지(2404) 중 하나 이상을 따라 연장하는 리드 스크루(lead screw)(2408)와 연결된다. 리드 스크루(2408)는 스테이지 베이스(2402) 및 스테이지 캐리지(2404) 중 하나 이상과 연결된 너트 어셈블리(nut assembly)(2410)와 결합된다. 도 24에 도시된 예에서, 너트 어셈블리(2410)는 스테이지 캐리지(2404)와 관련되고, 모터(2406) 및 리드 스크루(2408)는 스테이지 베이스(2402)와 연결된다. 모터(2406)의 회전은 리드 스크루(2408)를 돌리고(turn) 차례로 너트 어셈블리(2410)를 리드 스크루(2408)를 따라 이동시킨다. 리드 스크루(2408)를 따르는 너트 어셈블리(2410)의 이동은 대응하여 스테이지 베이스(2402)에 대하여 스테이지 캐리지(2404)를 이동시킨다.
일 예에서, 베어링(2414)이 스테이지 베이스(2402)와 스테이지 캐리지(2404) 사이에 연결된다. 다른 예에서, 베어링(2414)은 롤러, 볼, 니들 베어링 및 유사한 것 중 하나 이상을 포함한다. 도 24에 도시된 예에서, 베어링(2414)은 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)을 포함한다. 일 예에서, 크로스 롤러 베어링(2414)은 각각 서로에 대해 가로 놓이는 대향하는 롤러(예컨대, 교차된 롤러)를 포함하여, 베어링의 롤링 표면과 스테이지 베이스(2402) 및 스테이지 캐리지(2404) 각각의 대응하는 정사각 또는 직사각 형상의 채널 사이에 면대면 접촉을 제공한다.
다른 예에서, 병진 스테이지(2400)는 스테이지 베이스(2402)에 대한 스테이지 캐리지(2404)의 이동을 측정 및 모니터링하도록 구성된, 광학 인코더(2412)와 같은 인코더를 포함한다. 일 예에서, 인코더(2412)는 병진 스테이지(2400)(예컨대, 스테이지 베이스(2402) 또는 스테이지 캐리지(2404)의 이동을 약 0.1 마이크론 단위로 측정하도록 구성된 인코딩 분해능을 갖는 선형 인코더를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)를 논의하는 경우, 각각의 스테이지(620, 622)와 관련된 스테이지 베이스(2402)에 대한 스테이지 캐리지(2404) 중 하나 이상의 이동이 참조된다. 병진 스테이지(2400)가 X 스테이지 및 Y 스테이지라고 칭해지는 경우, 관련 스테이지의 스테이지 베이스(2402) 또는 스테이지 캐리지(2404) 중 하나 이상은 X 축 및 Y 축 중 하나를 따라 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, X 스테이지(620)는 페이지에 대하여 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하도록 구성된, 도 24에 도시된 스테이지 캐리지(2404)를 포함한다. 다른 예에서, Y 스테이지(622)는 페이지의 안으로 또는 밖으로, 예를 들어 캔틸레버식 기기 컬럼(606)을 향하여 또는 그로부터 멀어지게 이동하도록 구성된 스테이지 캐리지(2404)(도 24에 또한 도시됨)를 포함한다.
본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서, Y 축과 관련된 병진 스테이지(2400)(예컨대, Y 스테이지(622))는 X 스테이지(620)에 비하여 더 작은 병진 이동 범위를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 샘플 스테이지(614)의 주된 병진 이동은 도 6b에 도시된 바와 같이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 X 스테이지(620)에 의해 행해진다. 샘플 스테이지(614)의 Y 병진은, 예를 들어 리드 스크루(2408)와 너트 어셈블리(2410) 사이에 제공되는 최소 움직임 범위에 따라, 최소화된다. 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서, Y 스테이지(622)는, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 사이의 Y 치수에서의 오정렬을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 특정 테스트 시스템을 필요로 하는 테스트에 따라, 최소의 또는 존재하지 않는 병진 범위를 제공한다. 예를 들어, Y 스테이지(622)는, 도 6b에 도시된 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 사이의 예측된 Y 방향의 오정렬에 대응하여 제한된 움직임 범위, 예를 들어, 5, 10, 20 밀리미터 등에서 이동하도록 구성된다. 달리 말하면, Y 스테이지(622)는 샘플 스테이지(614)의 전체 풋프린트에 대해 최소한의 증가를 제공한다. 즉, 샘플 스테이지(614)는 Y 축을 따라 샘플 스테이지(614)의 샘플 스테이지 길이와 실질적으로 유사하거나 동일한 풋프린트를 갖는다(예컨대, 그 길이와 기기 오정렬을 보상하기 위한 최소한의 병진 범위의 합). 예를 들어, 일 예에서, 테스트 시스템이 Y 스테이지(622)를 포함하지 않는 경우, 샘플 스테이지(614) 및 Y 치수의 풋프린트는 샘플 스테이지(614)의 길이(예컨대, 그것의 직경, 폭, 길이 등)와 실질적으로 동일하다.
도 25는 스테이지의 다른 예를 나타낸다. 도 25에 도시된 예에서, 스테이지(2500)는 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 회전 스테이지(624)와 같은 회전 스테이지이다. 일 예에서, 회전 스테이지(2500)는 테스트 시스템의 나머지에 대하여 샘플 스테이지(614)(도 6a, 6b)와 연결된 샘플에 대한 세타 이동과 같은 이동(예컨대, 스테이지의 중심을 통해 연장하는 Z 축 주위로 회전 이동)을 제공한다. 예를 들어, 회전 스테이지(2500)는 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)에 대하여 샘플의 회전을 제공한다. 회전 스테이지(2500)는 도시된 바와 같이 스테이지 베이스(2502) 및 스테이지 베이스(2502)와 회전 가능하게 연결된 스테이지 캐리지(2504)를 포함한다. 일 예에서, 고정적 베어링(static bearing), 볼 베어링 등과 같은 회전 베어링(rotary bearing)(2506)이 스테이지 베이스(2502)와 스테이지 캐리지(2504) 사이에 배치된다. 스테퍼 모터(2508)와 같은 모터가 스테이지 베이스(2502) 및 스테이지 캐리지(2504) 중 하나 이상과 연결된다. 도 25에 도시된 예에서, 모터(2508)는 스테이지 베이스(2502)와 연결된다. 모터(2508)는 스테이지 캐리지(2504)에 인접하게 연장하는 웜 기어(worm gear)(2510)를 회전시키도록 구성된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 스테이지 캐리지(2504)는 스테이지 캐리지(2504)와 연결된 링 기어(ring gear)(2512)를 포함한다. 모터(2508)의 작동을 통한 웜 기어(2510)의 회전은 대응하여 링 기어(2512)를 회전시키고 이에 따라 스테이지 베이스(2502)에 대하여 스테이지 캐리지(2504)를 회전시킨다.
일 예에서, 회전 스테이지(2500)는 스테이지 캐리지(2504)에 인접한, 광학 인코더와 같은 회전 인코더(rotary encoder)(2514)를 포함한다. 회전 인코더(2514)는 스테이지 베이스(2502)에 대한 스테이지 캐리지(2504)의 회전을 측정 및 모니터링하도록 구성된다. 다른 예에서, 회전 인코더는 대략 0.000028582도 정도의 분해능을 갖는다.
또 다른 예에서, 회전 스테이지(2500)는 다목적 리세스(utility recess)(2516)를 포함한다. 일 예에서, 다목적 리세스(2516)는 스테이지 캐리지(2504)의 중심과 실질적으로 일치한다. 다목적 리세스(2516)는 내부에 리프트 핀 액추에이터(lift pin actuator)를 수용하기 위한 크기와 형상을 갖는다. 일 예에서, 리프트 핀 액추에이터는 도 10a 및 10b에 도시된 리프트 핀(634)의 하나 이상을 작동시키도록 구성된다.
본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 일 예에서, 회전 스테이지(2500)는 샘플 스테이지(614)와 그 위에 연결된 샘플에 회전을 제공함으로써, 샘플 스테이지(614)와 대응하는 테스트 시스템의 전체 풋프린트를 더욱 최소화하기 위하여 하나 이상의 축에서의 병진을 실질적으로 최소화한다. 예를 들어, 회전 스테이지(2500)는 병진 스테이지(2400)(예컨대, 작은 또는 최소의 Y 스테이지 병진 범위에 비하여 더 큰 병진 범위를 갖는 X 스테이지)와 협력하여, X 스테이지(620)의 병진과 회전 스테이지(624)의 회전에 따라 샘플 스테이지(614)의 전체 풋프린트를 실질적으로 제한한다. 달리 말하면, 회전 스테이지(624)에 의한 회전 및 X 스테이지(620)의 병진을 통해, 예를 들어, Y 스테이지(622)에 의한, Y 축을 따른 최소한의 병진 또는 Y 축을 따른 병진 없이, 샘플 스테이지(614) 상의 모든 또는 거의 모든 위치가 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)에 의해 완전히 액세스 가능하다. 적어도 하나의 축에서의 병진, 예를 들어, Y 축을 따르는 병진의 최소화는, 샘플 스테이지(614)의 실질적으로 모든 위치를 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612) 중 하나 이상의 아래에 배치하도록 작동되는 경우, 샘플 스테이지(614)의 전체 풋프린트를 최소화한다.
좌표계( Coordinate Systems ) 및 샘플과 스테이지 사이의 오정렬 조정
도 26a-26c는 샘플 스테이지(614) 및 샘플 스테이지(614)와 연결되도록 구성된 샘플(2610)을 나타낸다. 도 26a를 참조하면, 샘플 스테이지(614)가 샘플 스테이지 표면(616)을 포함하여 도시된다. 예에서, 샘플 스테이지(614)는 스테이지(614)의 회전의 중심과 같은 스테이지 중심(2606)에 중심이 맞춰진 스테이지 좌표계(2600)를 포함한다. 스테이지 좌표계(2600)는 스테이지 X 축(2602) 및 스테이지 Y 축(2604)을 포함한다. 스테이지 좌표계(2600)는 스테이지(614)에 대하여 고정된다. 달리 말하면, 예를 들어, 도 25에 도시된 회전 스테이지(2500)을 통한 스테이지(614)의 회전으로, 스테이지 좌표계(2600)가 샘플 스테이지(614)와 함께 이동한다. 또한, 각각의 스테이지(620, 622, 624)는 그 자신의 각각의 X, Y 및 Z 축을 따라 이동한다(회전 스테이지 액추에이터의 경우, 액추에이터가 Z 축 주위를 회전함). 스테이지의 각각의 X, Y 및 Z 축은 각각의 스테이지와 결합된 좌표계의 다른 예이다(예컨대, 이들 축은 스테이지에 대하여 고정적(static)임).
이제 도 26b를 참조하면, 샘플(2610)의 일 예가 스테이지(614)에 대하여 정렬되지 않은 구성으로 도시된다. 즉, 대응하는 샘플 X 축(2614) 및 샘플 Y 축(2616)을 포함하는 샘플 좌표계(2612)가 도 26a에 도시된 스테이지 좌표계(2600)에 대하여 회전된다. 샘플(2610)은 샘플(2610)에 대하여 고정된 샘플 좌표계(2612)를 포함한다. 즉, X 축(2614) 및 Y 축(2616)을 포함하는 샘플 좌표계(2612)는, 예를 들어 샘플 중심(2622) 주위로 회전하는 방식으로, 샘플(2610)의 이동과 함께 이동한다.
샘플 스테이지(614)와 샘플(2610)의 중심 및 샘플 또는 샘플 스테이지의 다른 방향 특징부를 설명하는 경우, 하나 이상의 기준점(reference points)이 참조된다. 기준점을 설명하는 경우, 점들은 본 명세서에서 설명된 특징부에 필수적으로 제한되지는 않으며, 예를 들어, 도 26a 및 26b에 도시된 바와 같이 기준점은 이하에서 설명되는 샘플 방향 특징부(2618)뿐 아니라 스테이지 중심(2606) 및 샘플 중심(2622)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 대신에, 기준점은 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610) 중 하나 이상을 따라 임의의 위치에 있는 것으로 대략 간주되고, 기준점에 기초한 산출을 포함하여 본 명세서에서 설명된 방법은 샘플 스테이지(614)에 대하여 샘플 상의 하나의 위치를 지향하는데 필요한 바와 같이 대응하여 조정된다. 예를 들어, 샘플(2610) 또는 샘플 스테이지(614)는 하나 이상의 비원형 형상을 포함하거나 샘플 중심 또는 샘플 스테이지 중심을 포함하거나 포함하지 않는 하나 이상의 기준점 세트를 가질 수 있다.
다시 도 26b를 참조하면, 샘플(2610)(예를 들어, 반도체 웨이퍼)은 샘플 중심(2622)에 대하여 배치 및 테스트 위치의 인덱싱을 용이하게 하는 방향 마커(orientation marker)를 제공하는 샘플 방향 특징부(제1 기준점 또는 샘플 중심(2622)에 대한 제2 기준점)를 포함하여, 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610) 중 하나 이상과 일치하게 테스트 위치를 배치한다. 도 26b에 도시된 바와 같이, 샘플 방향 특징부(2618)는 샘플(2610)의 둘레에 형성된 노치를 포함한다. 일 예에서, 샘플 방향 특징부(2618)는 샘플 X 축(2614)과 일치하거나 정렬된다. 도시된 바와 같이, 샘플 X 축(2614)은 샘플 방향 특징부(2618) 및 샘플 중심(2622)(예컨대, 각각 제2 기준점 및 제1 기준점) 모두를 통해 연장한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 샘플 중심(2622) 및 샘플 방향 특징부(2618)(또는 대응하는 제1 기준점 및 제2 기준점)는 샘플 스테이지(614)에 대하여 샘플(2610)의 정렬 또는 오정렬을 판단하는데 사용되고, 따라서 샘플(2610) 주위에 도시된 테스트 위치(2620)(예컨대, T1-T4)와 같은 테스트 위치의 정확하고 정밀한 배치를 용이하게 한다.
도 27c는 샘플 스테이지(614)에 연결된 샘플(2610)의 일 예를, 그 위에 놓인 좌표계(2600, 2612)와 함께 나타낸다. 도시된 바와 같이, 샘플(2610)이 정렬되지 않음으로써(도시의 목적으로 과장됨) 각각의 좌표계(2600, 2612)와 중심(2606, 2622)과 같은 기준점, 그리고 샘플 방향 특징부(2618)와 관계를 나타낸다. 이들 기준점 각각의 거리 및 방향의 검출, 인덱싱 및 측정을 통해, 샘플(2610)이 스테이지(614)로부터 정렬되지 않은 경우라도, 각각의 테스트 위치(2620)의 정확한 배치가 샘플 스테이지(614)의 이동을 통해 보장된다.
기기 오프셋 판단
도 27a는 기기 오프셋, 예를 들어, 도 6a 및 6b에 도시된 광학 기기(610)와 같은 다른 기기에 대한 기계적 테스트 기기(612)의 오프셋 또는 횡방향 변위(lateral displacement)를 판단하는 방법(2700)의 일 예를 나타낸다. 2702에서, 도 26b 및 26c에 도시된 샘플(2610)과 같은 샘플이 도 27b에 도시된 마킹(marking)(2710)과 같은 마크(mark)로 샘플(2610) 상의 제1 오프셋 마킹 위치(offset marking location)에 마킹된다. 예를 들어, 마킹(2710)은 기계적 테스트 기기(612)에 의해 제공된다. 도 27b에 도시된 바와 같이, 기계적 테스트 기기(612)는 마킹(2710)과 정렬된다(기계적 테스트 기기(612)가 샘플(2610) 상에 마킹(2710)을 형성했으므로). 선택적으로, 기기 오프셋 판단에 사용된 샘플(2610)은 테스트 시스템(600)의 초기화를 위해(예컨대, 하나 이상의 기기 오프셋 또는 회전 중심 판단) 샘플 스테이지와 연결된 초기화 샘플(예컨대, 알루미늄 등)이다.
2704에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)이 병진되고 샘플 상의 제1 오프셋 마킹 위치에서의 마킹(2710)은 샘플 스테이지(614)와 함께 이동되어 광학 기기(610)와 정렬된다. 예를 들어, 마킹(2710) 및 그 위에 샘플(2610)을 포함하는 샘플 스테이지(614)가, 도 6a 및 6b에서 앞서 도시되고 설명된 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)에 의한 X 병진 및 Y 병진 중 하나 이상을 통해 병진된다.
2706에서, 마킹(2710)의 기계적 테스트 기기(612)와의 앞선 정렬 위치로부터 마킹(2710)을 광학 기기(610)와 정렬시키는 위치로의 샘플 스테이지(614)의 병진이 측정된다. 결과적인 기기 오프셋은 측정된 병진과 동일하다. 일 예에서, 샘플 스테이지의 병진은 도 24에 도시된 병진 스테이지(2400)의 스테이지 캐리지(2404)의 하나 이상의 위치 변경에 따라 측정된다. 앞서 설명된 바와 같이, 병진 스테이지(2400)는 일 예에서 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622) 각각에 대해 사용된다. 스테이지 캐리지(2404)의 이동은 각각의 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)와 관련된 하나 이상의 인코더(2412)로 측정된다. 인코더(2412)의 높은 분해능으로 인하여, 방법(2700)으로 측정된 기기 오프셋은 0.1 마이크론에 근접한 또는 더 나은 분해능을 갖는 정확한 기기 오프셋을 제공하도록 구성된다.
도 27b는, 방법(2700)과 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 기기 오프셋(2722)을 판단하도록 구성된 자동화 테스트 시스템(600)의 개략적인 일 예를 나타낸다. 도 27b에 도시된 예에서, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)는, 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 바와 같이, 기기 스테이지(608)과 연결된다. 기계적 테스트 기기(612)의 프로브(702)는 예컨대 마킹(2710)으로 마킹된 샘플(2610)을 갖는다. 일 예에서, 마킹(2710)은 샘플(2610)에 제공된 추가의 압입, 마킹 등과 같은 식별 통지자(2712)를 포함한다. 중심에 또는 용이하게 인식 가능한 마킹(2710)의 위치에 위치 포커스(2714)가 제공된다. 예를 들어, 도 27b에 도시된 예에서, 위치 포커스(2714)는 식별 통지자(2712)의 "H" 패턴의 중심에서의 단일의 압입이다. 다른 예에서, 위치 포커스(2714)는 마킹(2710)의 상이한 부분, 예컨대, 통지기의 아웃라이어(outlier) 부분 또는 식별 통지자(2712)의 지점에 존재한다. 앞서 설명된 바와 같이, 샘플(2610)에 대한 마킹(2710)의 제공 후에, 그 위에 샘플(2610)을 포함하는 샘플 스테이지(614)가 병진하여 마킹(2710)을 광학 테스트 기기(610), 예컨대 광학 기기(610)의 광학 작업 영역(2716)과 정렬시킨다. 광학 작업 영역(2716)의 일 예는 광학 기기(610)의 초점을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
도 27b에 도시된 바와 같이, 일 예에서 기기 오프셋(2722)은 X 기기 오프셋(2718) 및 Y 기기 오프셋(2720)의 합성(comosite)이다. 도 27b에 도시된 바와 같이, 기기 오프셋 합성(2722)을 갖는 예에서, 방법(2700)과 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 각각의 스테이지 액추에이터(620, 622)에 의해 측정이 수행된다. 예를 들어, X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)와 관련된 각각의 병진 스테이지(2400)는 각각의 스테이지의 병진을 측정하는 인코더(2412)를 포함하고, 따라서 각각의 X 기기 오프셋(2718) 및 Y 기기 오프셋(2720)을 판단할 수 있다. 다른 예에서, 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610)는 하나의 축, 예컨대 X 축 또는 Y 축을 따라 실질적으로 정렬된다. 그러한 환경에서, 기기 오프셋(2722)은 X 기기 오프셋(2718) 및 Y 기기 오프셋(2720) 중 하나와 동일하다.
작동에서, 마킹(2710)을 제공한 후에, 샘플 스테이지(614)가 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 작동된다. 일 예에서, 광학 기기(610)는 마킹(2710)을 확인 및 식별하고 위치 포커스(2714)에 광학 작업 영역(2716)을 포커싱하기 위하여 수동으로 작동됨으로써 기기 오프셋 합성(2722)을 정확하고 정밀하게 판단한다. 다른 예에서, 자동화 테스트 시스템(600)은 광학 기기(610)와 작동하도록 구성된 패턴 인식 소프트웨어를 포함함으로써, 위치 포커스(2714)를 배치하기 위하여 마킹(2710)을 검색 및 인식하고 나아가 마킹(2710)을 분석한다(예컨대, 패턴 인식 소프트웨어에 의해). 이러한 자동화된 작동으로, 기계젝 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610)를 포함하는 기기 스테이지(608)는 오퍼레이터 입력 없이 방법(2700)과 같은 자동화된 기기 오프셋 판단을 수행할 수 있다.
회전 스테이지 중심 판단
도 28a에 도시된 방법(2800)은 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 샘플 스테이지(614)와 같은, 스테이지의 회전의 중심을 판단하는 방법의 일 예이다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 스테이지의 중심의 판단은 샘플 상의 테스트 위치(2620)를 정확하게 배치하는 것을 도와주며, 샘플은 샘플 스테이지(614)를 따라 연결된다. 달리 말하면, 도 26에 도시된 스테이지 중심(2606)과 같은 스테이지 중심이 샘플 스테이지(614)에 대하여 각각의 테스트 위치를 측정하기 위한 기준점을 제공하고, 이에 따라 샘플(2610) 상의 하나 이상의 테스트 위치(2620)에 대하여 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610) 중 하나 이상을 정확하게 배치하도록 한다. 2802에서, 도 26b 및 26c에서 앞서 도시된 샘플(2610)과 같은 샘플이 예를 들어, 마킹(2710)(예컨대, 샘플의 변형(deformation), 압입, 연마(abrasion), 스크래치, 관찰 가능한 마크 등)에 의해 복수의 위치에 마킹된다. 도 27b와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 마킹(2710)은 일 예에서 식별 통지자(2712) 및 위치 포커스(2714)를 포함한다.
복수의 위치에서 샘플에 마킹하는 단계(단계 2802)는 일 예에서 기계적 테스트 기기(612)로 복수의 위치 중 제1 위치에서 샘플(2610)에 마킹하는 단계를 포함한다. 도 6a 및 6b에서 앞서 설명되고 도시된 바와 같이, 기계적 테스트 기기(612)는 샘플(2610)에 마킹하기 위한 크기와 형상의 프로브 팁(702)을 포함한다. 일 예에서, 샘플(2610)은 샘플 스테이지(614) 상의 배치를 위한 크기와 형상의 초기화 샘플이지만, 그렇지 않으면 샘플의 기계적 특성의 측정을 위해 필요하지 않다. 달리 말하면, 이러한 예에서, 샘플(2610)은 기본적으로 자동화 테스트 시스템(00)을 초기화하는데 사용된다. 예를 들어, 초기화 샘플은 스테이지 중심(2606) 및 예컨대, 샘플 스테이지(614)의 정확한 병진 및 회전과 하나 이상의 테스트 위치(2620)를 기기(610, 612)와 정렬시키는데 필요한 기준점과 같은, 다른 기준점을 찾는데 사용된다.
도 28b에 또한 도시된 바와 같이, 복수의 위치에서 샘플에 마킹하는 단계는 2806에서 샘플 스테이지 및 샘플(2610)을 특정된 각도로 회전시키는 단계를 포함하고, 샘플 스테이지 및 샘플은 예컨대 자동화 테스트 시스템의 베이스(예컨대, 화강암 베이스 또는 테스트 시스템, 인클로저 등의 하나 이상)와 같은 베이스에 대하여 병진적으로(translationally) 고정된다. 일 예에서, 도 28b에 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 각각의 마킹(2710) 사이에서 약 120도 회전한다. 또 다른 예에서 샘플 스테이지(614)는 0도에서 360도 사이의 임의의 각도를 회전한다. 이하 설명되는 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 이들 특정된 양을 회전하도록 구성되는데, 도 28b에 도시된 바와 같이 원 둘레(circle perimeter)(2822)를 형성하기 위하여, 예컨대, 스테이지 중심 원(2820)과 같은, 원이 각각의 마킹(2710) 위에, 예를 들어, 위치 포커스 중심(2714)에, 놓일 것이기 때문이다. 셋 이상의 마킹(2710)의 제공은 스테이지 중심 원(2820)이 스테이지 중심(2606) 주위로 연장하는 것을 보장하고, 따라서 스테이지 중심(2606)을 판단하는데 유용하다. 달리 말하면, 스테이지 중심 원(2820)의 관찰 및 수학적 분석 중 하나 이상을 통해, 스테이지 중심(2606)이 샘플 스테이지(614)의 회전의 중심에 정확하고 신뢰성 있게 배치된다. 선택적으로, 회전에 대한 특정 각도는 하나 이상의 가변 또는 임의의 각도를 포함한다. 예를 들어, 스테이지(614)가 병진적으로 고정이 유지되는 경우, 스테이지(614)의 회전을 통한 상이한 각도에서의 세 개의 마킹(2710)의 제공은 스테이지 중심 원(2820)을 오버레이(overlay)하기 위한 충분한 점을 제공할 것이다.
도 28a에 또한 도시된 바와 같이, 2810에서 샘플(2610)에 마킹하는 단계는 샘플 스테이지와 샘플의 반복된 회전에 따라(앞서 설명된 단계 2806 참조) 복수의 위치 중 적어도 제2 및 제3 위치에서 반복된다. 달리 말하면, 샘플 스테이지(614) 및 그 위에 제공된 초기화 샘플(2610)의 회전으로, 복수의 마킹(2710)이 스테이지 중심 원(2820)의 오버레이를 위하여 샘플(2610)에 제공된다. 2812에서, 샘플 스테이지(614)의 회전의 중심은, 마킹(2710)과 같은 복수의 위치와 일치하는 둘레(2822)를 갖는 예컨대, 스테이지 중심 원(2820)과 같은, 원으로부터 판단된다. 샘플 스테이지(614)의 회전의 중심은 스테이지 중심 원(2820)의 중심과 일치한다. 즉, 샘플 스테이지(614)가 그 위에 기계적 테스트 기기(612)를 포함하는 기기 스테이지(608)에 대하여만 회전하도록 제한함으로써, 샘플(2610)에 복수의 마킹(2710)을 제공하는 것은 스테이지 중심 원(2820)에 의해 오버레이되는 경우 복수의 마킹이 스테이지 중심(2602)을 판단하는 것을 보장한다.
이제 도 28을 참조하면, 도 28a에서 설명된 스테이지(614)의 회전의 중심을 판단하기 위한 초기화 방법(2800)의 개략적인 예가 제공된다. 예를 들어, 샘플(2610), 예컨대 초기화 샘플(2610)이 샘플 스테이지(614)와 연결된다. 일 예에서 도시된 바와 같이, 초기화 샘플(2610)은 샘플 스테이지(614)의 둘레에 대하여 정렬되지 않는다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 샘플(2610)은, 제1 샘플 오프셋(2824) 및 제2 샘플 오프셋(2826)에 따라 스테이지 중심(2606)에 대하여 오프셋된다. 도 28b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제1 샘플 오프셋(2824)이 제2 샘플 오프셋(2826)보다 크고, 이에 따라 샘플(2610)이 샘플 스테이지(614) 상의 샘플의 초기 위치에서 샘플 스테이지(614)에 대하여 병진된다(오프셋된다). 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 방법(2800)은, 샘플(2610)이 샘플 스테이지(614)에 대하여 정렬되지 않더라도 샘플 스테이지(614)의 회전의 중심에 대응하여 스테이지 중심(2606)을 판단하도록 구성된다.
기계적 테스트 기기(612)를 움직이는 샘플 스테이지(614)에 대하여 고정적 방향에 유지함으로써, 움직이는 샘플 스테이지(614)의 회전은, 도 28b에 도시된 바와 같이 샘플(2610)에 마킹된 각각의 마킹(2710)이 원 내의 스테이지 중심(2606) 주위에 배치되는 것을 보장한다. 앞서 설명된 바와 같이, 원 둘레(2822)를 포함하는 스테이지 중심 원(2820)의 오버레이는 스테이지 중심(2606)의 준비된 판단을 가능하게 한다.
초기화 샘플(2610)을 사용함으로써, 샘플은 기계적 테스트 기기(612)에 의한 마킹을 위한 표면을 제공하여(공백(blank)의 방식으로), 그렇지 않은 경우 발생할 수 있는 샘플 스테이지(614)의 표면의 훼손 없이, 샘플(2610)의 마킹을 가능하게 한다. 마킹(2710)으로 샘플(2610)을 마킹한 후에, 일 예에서 광학 기기(610)가 각각의 마킹(2710), 예를 들어, 위치 포커스(2714)를 식별하고 다른 마킹(2710)과 관련하여 상기 포커스의 위치에 대하여 각각의 상기 포커스를 인덱싱하는데 사용된다. 마킹(2710)의 인덱싱은 스테이지 중심 원(2820)의 준비된 오버레이를 가능하게 한다.
일 예에서, 도 28b에 도시된 방법(2800)은 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)(예컨대, 초기화 샘플)을 복수의 위치, 예를 들어, 도 28b에 도시된 마킹(2710) 사이에서 병진시키는 단계를 포함한다. 각각의 마킹(2710)은 광학 기기(610)와 같은 광학 기기로 복수의 위치에서 관찰된다. 선택적으로, 마킹(2710)은 기계적 테스트 기기(612)에 의해 생성된 압입(indent)이다. 다른 예에서, 마킹(2710)은 샘플(2610)에 형성된 스크래치, 연마, 스캘럽 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
각각의 마킹(2710)이 광학 기기(610)에 의해 관찰되므로, 마킹(2710)이 복수의 위치에서 인덱싱된다. 예를 들어, 복수의 마킹(2710) 및 그들의 샘플(2610) 상의(그리고 스테이지(614)에 대한) 위치가 자동화 테스트 어셈블리(100)의 도 1에 도시된 제어 스테이션(110) 내에 인덱싱되고 기록된다(예컨대, 메모리 디바이스, 판독가능 매체, 디스크 등). 방법(2800)은 다른 예에서 샘플(2610) 주위의 복수의 위치에 인덱싱된 각각의 마킹(2710)과 일치하는 둘레(2822)를 갖는 스테이지 중심 원(2820)을 형성함으로써 샘플 스테이지의 회전의 중심(예컨대, 중심(2606))을 판단하는 단계를 더 포함한다. 샘플 스테이지(614)의 회전의 중심은 스테이지 중심 원(2820)의 중심과 일치한다. 일 예에서, 자동화 테스트 어셈블리(100)의 제어 스테이션(110)에 포함된 소프트웨어와 같은 소프트웨어는 스테이지 중심 원(2820)을 마킹(2710)에 따라 오버레이고, 스테이지 중심 원(2820)의 수학적 분석을 통해 오버레이된 스테이지 중심 원(2820)으로부터 스테이지 중심(2606)을 판단하도록 구성된다.
샘플의 병진 디스큐잉( Translational Deskewing of the Sample )
도 29a는, 도 26c에 도시된 바와 같이 샘플 스테이지(614) 상에 배치된 샘플(2610)과 같은 샘플의 병진 디스큐잉 방법(2900)의 일 예를 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 몇몇 예에서, 샘플(2610)은 실질적으로 정렬되지만 완전히 정렬되지는 않은 방향으로 샘플 스테이지(614) 상에 배치된다. 예를 들어, 샘플 스테이지(614)와 샘플(2610)의 중심 중 하나가 다른 중심에 대하여 오프셋된다. 유사하게, 샘플 좌표계(2612)의 방향을 포함하여, 샘플(2610) 상의 테스트 위치의 방향이, 스테이지 좌표계, 예컨대, 도 26a에 도시된 스테이지 좌표계(2600)에 대하여 기울어지거나 병진 및 회전된다. 병진 디스큐잉 및 회전 디스큐잉을 포함하는, 이하의 디스큐잉 방법은, 샘플 스테이지(614)의 샘플 좌표계(2612)에 대한 샘플(2610)의 상대적인 방향을 판단함으로써, 예를 들어 테스트 위치, 예컨대, 도 26b에 도시된 테스트 위치(2620)를 포함하는, 샘플(2610)의 신뢰성 있고 정확한 배치를 가능하게 하여 자동화 테스트 시스템(600)의 기기들, 예컨대, 광학 및 기계적 테스트 기기(610. 612)의 하나 이상의 작업 영역과 정렬 또는 일치시킨다.
2902에서, 광학 기기(610)는 적어도 제1 병진 축, 예를 들어, 스테이지 X 축(2602) 또는 스테이지 Y 축(2604)을 따라 샘플 스테이지 기준점, 예컨대, 스테이지 중심(2606)과 정렬된다. 방법(2900)과 관련하여, 단계 2902는 선택적이다. 스테이지 중심(2606)이 본 명세서에서 샘플 스테이지 기준점으로 사용되었다 하더라도, 다른 예에서, 상이한 샘플 스테이지 기준점, 예컨대 샘플 스테이지(614)의 미리 결정된 일부분이 사용될 수 있다. 즉, 다른 예, 예를 들어, 원, 직사각형, 정사각형 등의 상이한 형상을 갖는 샘플 스테이지(614)를 갖는 예에서, 스테이지 중심(2606)이 아닌 다른 샘플 스테이지 기준점을 사용하는 것이 수학적 목적을 위해 더 편리할 수 있다. 작은 수정(예컨대, 본 명세서에서 설명된 단계들에 대해, 대응하는 수학적 분석 등)으로, 본 명세서에서 설명된 방법이, 샘플(2610) 상의 테스트 위치가 자동화 테스트 시스템(600)의 기기들에 대하여 정확하게 배치되는 것을 보장하기 위하여, 샘플 스테이지 기준점 및 샘플의 제1 및 제2 기준점에 완전히 적용 가능하다.
2904에서, 복수의 원형 에지 위치 중 하나의 원형 에지 위치가 샘플 에지, 예컨대 도 29b에 도시된 샘플(2610) 상의 샘플 에지(2922)를 따라 감지된다.
일 예에서, 원형 에지 위치를 감지하는 단계는 스테이지(614) 및 샘플 에지(2922)를 광학 기기(610)를 향하여 병진시키는 단계를 포함한다. 일 예에서 앞서 설명된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 자동화 테스트 시스템(600) 내에서, 예를 들어, 광학 기기(610) 및 기계적 테스트 기기(612)에 대한 병진 및 회전에 의하여 이동 가능하다.
2908에서, 광학 기기(610)가 샘플 에지(2922)를 가로지르는 동안, 원형 에지 위치, 예컨대 도 29b에 도시된 샘플 에지 위치(2924)가 광학 기기(610)에 의해 검출된다. 예를 들어, 자동화 테스트 어셈블리(100)의 제어 스테이션(110)은 광학 기기(610)를 작동시키고 샘플의 에지가 광학 기기(610) 아래를 지나가는 동안 샘플(2610)의 에지를 검출하도록 구성된 패턴 인식 또는 에지 인식 소프트웨어를 포함한다. 2910에서, 원형 에지 위치는 샘플 스테이지 기준점, 예컨대, 도 28b에서 앞서 도시된 스테이지 중심(2606)(또는 임의의 다른 기준점)에 대하여 인덱싱되고, 선택적으로 본 명세서에서 설명된 방법(2800)으로 판단된다. 2912에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)은, 예를 들어 특정 각도만큼 회전하여, 도 29b에 도시된 다른 샘플 에지 위치(2924)의 관찰 및 검출을 용이하게 한다.
2914에서, 샘플 에지(2922)를 따라 원형 에지 위치, 예컨대 샘플 에지 위치(2924)를 감지하는 것은 단계 2912에 도시된 바와 같은 각각의 회전 후에 반복된다. 샘플 에지 위치(2924)의 감지는, 적어도 셋 이상의 원형 에지 위치(2924)가 샘플 에지(2922)를 따라 상이한 위치로부터 인덱싱될 때까지 반복된다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 샘플 스테이지(614)는 특정 각도 회전한다. 일 예에서, 특정 각도는 설정된 또는 가변하는 각도, 예컨대, 120도, 90도, 30도 등 중 하나 이상을 포함한다. 다른 예에서, 특정 각도는 설정된 각도가 아니다. 대신에, 샘플(2610)의 샘플 에지(2922)를 따라 셋 이상의 샘플 에지 위치(2924)가 검출되고, 이하에서 설명되는 바와 같이, 셋 이상의 원형 에지 위치 각각과 일치하는 둘레를 갖는 원을 가로 놓는 것은, 샘플(2610)의 제1 기준점, 예컨대, 도 29b에 도시된 샘플 중심(2622)을 판단하는, 인덱싱된 에지 위치(2924)를 갖는 원을 형성할 것이다. 달리 말하면, 샘플 스테이지(614)가 병진적으로 고정된 방향으로 유지되고(에지 검출을 위한 병진과는 별개의 문제임) 회전만 하는 한, 샘플 에지(2922)를 따른 셋 이상의 에지 위치(2924)의 검출 및 인덱싱은 샘플 에지 위치(2924) 위에 놓일 가상의 원을 위한 충분한 수의 점을 생성하고, 이에 따라 샘플 에지 위치(2924) 위에 가로 놓이고 샘플 에지(2922)와 일치하는 원의 수학적 분석을 통한 샘플 중심(2622)의 용이한 판단을 가능하게 한다.
2916에서, 샘플(2610)의 중심은 원, 예컨대 샘플(2610)의 일부분 또는 전체 둘레 주위에 이격되어 배치된 셋 이상의 원형 에지 위치(2924)와 일치하는 둘레를 갖는 가상 원으로부터 판단된다. 예를 들어, 샘플(2622)의 중심은 가상 원(또는 셋 이상의 에지 위치(2924))의 수학적 분석을 통해 판단된다.
일 예에서, 방법(2900)은 몇 가지 옵션을 포함한다. 일 예에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플 에지(2922)를 광학 기기(610)을 향하여 병진시키는 단계는, 예를 들어, 샘플 스테이지(614) 및 샘플 에지(2922)를 제1 병진 축과는 상이한 제2 병진 축을 따라 광학 기기를 향하여 병진시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 2902에서 설명된 바와 같이, 광학 기기는 적어도 제1 병진 축, 예를 들어 도 26a에 도시된 스테이지 중심(2606)을 통해 연장하는 스테이지 Y 축(2604)과 정렬된다. 본 명세서에서 설명된 예에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플 에지(2922)는 다음으로 제2 병진 축, 예컨대, 도 26a에 또한 도시된 스테이지 X 축(2602)을 따라 병진된다. 샘플 스테이지(614)를 제1 위치로부터 제1 병진 축, 예컨대, 스테이지 Y 축(2604)을 따라, 그리고 스테이지 X 축(2602)을 따라 병진시키는 것은, 단일의 축을 따르는 샘플 스테이지(614)의 병진에 의하여 하나 이상의 샘플 에지 위치(2924)를 용이하게 감지 및 인덱싱하게 한다. 달리 말하면, 샘플 에지(2922)를 향한 병진이 단일의 병진 축을 따라 발생하고, 예를 들어 스테이지 좌표계(2600)의 원점(스테이지 Y 축(2604)의 영점)과 일치하는 미리 결정된 점에 대하여 단일 축을 따라 병진의 용이한 판단이 가능하게 하므로, 둘 이상의 축, 예컨대, X 축 및 Y 축을 따른 제1 위치로부터의 병진이 요구되지 않는다.
도 29b에 도시된 바와 같이, 샘플(2610)은 샘플 스테이지(614)에 대하여 오프셋되고 정렬되지 않는다. 실제로, 샘플(2610)은 샘플 스테이지(614)와 더욱 근접하게 정렬될 것이고, 예를 들어, 샘플(2610)의 둘레가 샘플 스테이지(614)의 둘레와 실질적으로 동일한 공간을 차지하거나 그에 정렬될 것이다. 즉, 샘플(2610) 및 샘플 스테이지(614) 각각의 중심은 근접하게 정렬되고 따라서 그 둘 사이에 최소한의 오프셋이 있거나 또는 오프셋이 존재하지 않을 것이다. 샘플 스테이지(614) 상의 샘플(2610)의 정밀한 배치 본 명세서에서 설명된 공정, 예컨대, 샘플 스테이지(614)에 대한 샘플(2610)의 병진 디스큐잉을 자세히 설명하는 방법(2900)은 자동화 테스트 시스템(600)의 스테이지 좌표계(2600)(그리고 X 및 Y 스테이지(620, 622)의 축들)에 따라 샘플(2610)의 복수의 테스트 위치(2620)를 정확하게 배치하는 것이 요구될 것이다.
더욱이, 도 29b에 도시된 개략도는 샘플 스테이지(614) 주위의, 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 다수의 샘플 에지 위치(2924)와 일치하는, 다양한 위치에서 복수의 광학 기기(610)를 나타낸다. 복수의 광학 기기(610)는 독자의 편의를 위해 제공된다. 그러나, 실제로는, 샘플 스테이지(614)가 도 29b에 도시된 바와 같이 이동하고 광학 기기(610)는 도 29b의 실선으로 도시된 바와 같이 실질적으로 고정될 것이다. 파선으로 도시된 광학 기기(610)는 따라서 샘플 에지 위치(2924) 및 검출된 에지 위치에 대한 광학 기기(610)의 상대적인 위치를 나타내기 위하여 제공된다. 달리 말하면, 본 명세서에서 설명된 병진 디스큐잉을 위한 방법(2900)의 작동 및 수행 동안, 샘플(2610) 주위의 샘플 에지 위치(2924)는 사실상 실선으로 도시된 광학 기기(610) 아래에 배치된다.
앞서 설명된 바와 같이, 도 29a에 도시되고 도 29b에 도시된 개략도에 나타나는 방법(2900)은 제1 기준점, 예컨대 샘플(2610)의 샘플 중심(2622)을 판단하는데 사용된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 샘플 중심(2622)은, 샘플 스테이지(614), 예컨대 스테이지 중심(2606)에 대한 샘플(2610)의 병진 위치를 판단하는데 스테이지 중심(2606)과 함께 사용된다. 도 26c를 참조하면, 샘플(2610)의 위치, 예를 들어 스테이지 중심(2606)에 대한 샘플 중심(2622)의 위치는, 도 26c에 도시된 "r"이다. 예를 들어, 샘플 중심(2622)은 도 26c에 도시된 φ측정에 대응하는 반경과 각 방향(angular orientation)(예컨대, 제1 기준 각도 오프셋(reference angular offset))를 갖는다. 달리 말하면, 샘플 중심(2622)은 샘플(2610)의 제1 기준점이고 스테이지 중심(2606)을 포함하는 스테이지 좌표계(2600)에 대해 각 위치(angular position) 및 방사 위치(radial position)를 갖는다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 샘플(2510)이 샘플 스테이지(614)에 대하여 정렬되지 않은 경우에도 복수의 테스트 위치(2620)와 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 테스트 기기(610)의 정렬을 보장하기 위하여, 스테이지 중심(2606)에 대한 이러한 제1 기준점 위치는 도 26b에 도시된 테스트 위치(2620)의 위치를 이동시키는데 사용되어 샘플 스테이지(614)가 이에 대응하여 회전 및 병진 이동할 것이다.
샘플의 회전 디스큐잉( Rotational Deskewing Of The Sample )
도 30a는 샘플 스테이지(614)에 대한 샘플, 예컨대 샘플(2610)의 회전 디스큐잉 방법(3000)의 일 예를 나타낸다. 적어도 몇 가지 예에서 앞서 설명된 바와 같이, 샘플(2610)은 샘플 스테이지(614) 상에 배치되고, 샘플(2610)을 샘플 스테이지(614)와 완벽하게 정렬시키려는 노력에도 불구하고, 샘플과 샘플 스테이지 사이에 약간의 오정렬이 발생할 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 회전 디스큐잉 방법(3000)은 앞서 설명된 병진 디스큐잉 방법(2900)과 협력하여, 자동화 테스트 시스템, 예를 들어, X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)의 작동을 통하여 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612) 중 하나 이상과 정렬하여 테스트 위치를 정확하게 배치하기 위한 샘플 스테이지(614)의 좌표계에 대한 도 26b에 도시된 복수의 테스트 위치(2620)의 정확한 배치를 위하여 샘플 스테이지(614)에 대하여 샘플(2610)을 인덱싱 및 지향하게 한다.
3002에서, 광학 기기(610)는 제1 기준점과 일치하는 제1 병진 축과 정렬된다. 예를 들어, 광학 기기(610)는 병진 축, 예컨대 샘플 중심(2622)를 통하여 연장하고 도 26a에 도시된 스테이지 Y 축과 실질적으로 평행한 Y축과 정렬된다. 단계 3002는 방법(3000)과 관련하여 선택적이다. 예를 들어, 광학 기기(610)는 방법(3000)의 처음에 Y 또는 X 축 중 하나 이상과 정렬되지 않는다. 3004에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)은 광학 기기(610)에 대하여 제2 병진 축을 따라 샘플의 에지, 예컨대 샘플 에지(2922) 근처의 위치로 병진한다. 또한 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)가 병진하여 샘플 방향 특징부(2618)(예컨대, 제2 기준점)가 광학 기기(610)의 작업 영역에 실질적으로 근접하게 배치된다. 즉, 광학 기기(610)가 샘플 방향 특징부(2618) 근처의 샘플의 일부분, 예를 들어 샘플(2610)의 일부분과 정렬된다. 광학 기기(610)는 샘플 방향 특징부(2618)의 여러 부분의 용이한 검출을 가능하게 하는 방향으로 배치된다.
3006에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)은, 예를 들어 회전의 중심(2606)(예컨대, 스테이지 중심(2606)) 주위로 회전한다. 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)의 회전은, 광학 기기(610)가 샘플 방향 특징부(2618) 근처에 배치되는 경우, 샘플 방향 특징부(2618)의 여러 부분의 용이한 검사를 가능하게 한다. 예를 들어, 샘플 방향 특징부(2618)는 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)를 포함한다. 일 예에서, 샘플 방향 특징부(2618)는 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)를 포함하고, 각각의 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)는 상호 구별 및 식별되도록 구성된다. 3008에서, 샘플 방향 특징부(2618)(샘플의 제2 기준점)는 광학 기기로 검출된다. 샘플 방향 특징부는 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)의 회전에 따라 제1 기준점(예컨대, 샘플 중심(2622) 및 스테이지 X 축(2602)에 대해 평행한 X 축)에 대하여 제2 기준 각도 오프셋을 갖는다.
선택적으로, 샘플 기준점(2618)은 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)를 포함한다. 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)는 광학 기기(610)로 검출된다. 제1 특징부(3020)는 제1 각도(3024)를 갖고 및 제2 특징부(3022)는 제1 각도(3024)와는 상이한 제2 각도(3026)를 갖는다. 예를 들어, 도 30b 에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)는 샘플 중심(2622) 및 샘플 중심(2622)을 통해 연장하는(그리고 도 26a의 스테이지 X 축(2602)에 평행한) 전치된(transposed) 스테이지 X 축(3028)에 대하여 대응하는 제1 각도(3024) 및 제2 각도(3026)를 갖는다. 일 예에서, 제1 각도(3024) 및 제2 각도(3026)는 따라서 샘플 스테이지(614)의 좌표계에 따라 샘플 중심(2622)에 대한 샘플 방향 특징부(2618)의 각도를 제공한다.
선택적으로, 제1 각도(3024) 및 제2 각도(3026)는 평균화되고, 제1 각도 및 제2 각도의 평균은 제2 기준 각도 오프셋이다. 일 예에서, 제2 기준 각도 오프셋은 샘플 중심(2622)에 대한, 그리고 이에 대응하여 샘플 스테이지(614)에 대한 샘플(2610)의 방향(orientation)을 나타낸다. 도 26b에 도시된 바와 같이, 각각의 테스트 위치(2620)는 샘플 중심(2606) 및 샘플 좌표계(2612)에 대하여 지향된다. 샘플 중심(2622)에 대하여 샘플 방향 특징부(2618)의 방향을 판단함으로써, 샘플(2610)의 방향이 판단되어, 샘플 스테이지(614)에 대한 샘플(2610)의 오정렬에도 불구하고 테스트 위치(2620)와 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)의 정렬을 위하여 샘플 스테이지(614)와 그 위의 샘플(2610)의 용이한 배치를 가능하게 한다.
이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스테이지 중심(2606), 샘플 중심(2622)(샘플의 제1 기준점) 및 제2 방향 특징부(2618)(샘플 스테이지(614)에 대하여 샘플(2610)의 제2 기준 각도 오프셋을 나타내는 제2 기준점)의 판단은, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612) 중 하나 이상의 수학적 분석을 통해 테스트 위치(2620)의 용이한 배치 및 정렬을 가능하게 한다. 달리 말하면, 도 26c에 도시된 특징들과 함께, 예를 들어 샘플 중심(2622) 에 대한 스테이지 중심(2606)의 위치 및 방향, 그리고 샘플 중심(2622)에 대한 샘플 방향 특징부(2618)의 방향에 대응하는 r, φ 및 α 값들과 함께, 샘플(2610) 상의 실질적으로 임의의 위치가, 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)에 대하여 정확하고 정밀하게 용이하게 배치될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 방법(3000)은 선택적으로 제2 기준점, 예컨대 샘플 방향 특징부(2610)의 제1 특징부(3020) 및 제2 특징부(3022)를 예를 들어 광학 기기(610)로 검출하는 단계를 포함한다. 제2 특징부(3022)는 다른 예에서 제1 특징부(3020)로부터 특정 각도만큼 이격된다. 예를 들어, 제2 특징부(3022)는 제1 특징부(3020)에 인접하고, 제1 특징부(3020)로부터 알려진 값의 각도로 오프셋된다. 제2 특징부(3022)가 특정 양만큼 오프셋되기 때문에, 일 예에서, 제1 각도 및 제2 각도의 평균화는, 예를 들어 제1 특징부(3020)에 대한 제2 특징부(3022)의 특정 각도 위치와 함께 광학 기기(610)에 의한 검출을 통해 제1 특징부(3020)에 대해 판단된 측정을 사용하여, 샘플 방향 특징부(2618)의 제2 기준 각도 오프셋(예컨대, 제1 특징부(3020)의 각도와 제2 특징부(3022)에 대한 알려진 양으로 조정된 동일한 각도의 평균)을 판단한다.
도 30b에 도시된 예에서, 제2 기준 각도 오프셋(3030)은 제1 각도(3024) 및 제2 각도(3026) 사이에서 연장하는 이등분된 선으로 도시된다(즉, 제2 기준 각도 오프셋(3030)은 제1 각도(3024)와 제2 각도(3026)의 평균임). 또 다른 예에서, 도 30b에 도시된 샘플 방향 특징부(2618)는 예를 들어 마킹된 점이고 광학 기기(610)에 의해 쉽게 인식 가능하다. 예를 들어, 제2 방향 특징부(2618)는 일 예에서, 도 27b에 도시된 마킹(2710)과 유사하다. 예를 들어, 마킹(2710)은 식별 통지자(2712)를 포함하여 마킹이 용이하게 인식되도록 하고 또한 위치 포커스(2714)를 포함하여, 그것이 샘플 중심(2622)과 관련되는 동안 샘플 방향 특징부(2618)에 대한 정확한 위치를 제공한다. 이러한 예에서, 샘플 중심(2622)에 대한 샘플 방향 특징부(2618)의 방향을 판단하기 위하여, 샘플 중심(2622)에 대하여 위치 포커스(2714)로부터의 단일의 각도가 필요하다. 이러한 예에서, 도 30a에 도시된 방법(3000)은 샘플 스테이지(614)를 회전시키는 단계를 포함하고, 이에 따라 샘플 방향 특징부(2618)가 광학 기기(610)와 정렬된다. 이 예에서, 본 명세서의 일 예에서 설명된 바와 같이 다수의 각도를 측정하는 대신 단일의 각도가 측정된다.
기기와 하나 이상의 테스트 위치의 정렬
도 31a를 참조하면, 하나 이상의 테스트 위치를 기기와 정렬시키는 방법(3100)이 제공된다. 3102에서, 샘플, 예컨대 샘플(2610)이 샘플 스테이지, 예컨대 테스트 시스템(600)의 샘플 스테이지(614) 상에 연결된다. 샘플(2610)은, 샘플(2610) 상에 이격되어 배치되는 하나 이상의 테스트 위치(2620)를 포함한다. 일 예에서, 테스트 시스템(600)은, 샘플 스테이지(614) 상의 샘플의 테스트 또는 관찰 중 하나 이상을 위해 구성된 기기, 예컨대, 광학 기기(610) 또는 기계적 테스트 기기(612)를 포함한다. 다른 예에서, 테스트 시스템(600)은 도 6a 및 6b에 제공된 테스트 시스템(600)에 대해 도시된 특징들을 포함한다.
3104에서, 테스트 위치, 예컨대 도 26b, 26c에 도시된 하나 이상의 테스트 위치(2620)가 기기, 예컨대, 기계적 테스트 기기(612) 또는 광학 기기(610)와 정렬된다. 일 예에서, 테스트 위치를 정렬시키는 단계는, 3106에서, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610) 상에 배치된 테스트 위치(2620)를 기기의 작업 영역, 예컨대 프로브 팁(702) 또는 광학 기기(610)의 광학 작업 영역(2716)과의 정렬을 향하여 회전시키는 단계를 포함한다. 다른 예에서, 하나 이상의 테스트 위치(2620)를 기기와 정렬시키는 단계는, 3108에서, 샘플 스테이지(614) 및 테스트 위치(2620)를 테스트 기기의 작업 영역(다시, 예를 들어, 광학 작업 영역(2716) 또는 프로브 팁(702))과의 정렬을 향하여 병진시키는 단계를 포함한다.
3110에서, 테스트 위치(2620)는 기기(610, 612) 중 하나 이상으로 테스트된다. 예를 들어, 기계적 테스트 기기(612)의 예에서, 기계적 테스트 기기(612)는 테스트 위치(2620)에서 압입, 스크래치, 연마, 디라미네이트(delaminate) 또는 복수의 기계적 테스트 작동 중 임의의 하나를 제공하도록 구성된다. 다른 예에서, 광학 기기(610)는 테스트 위치(2620)에서 샘플(2610)의 여러 가지 특징부를 관찰 및 검출(가시광 검출, 전자 스캐닝 또는 전송, 다른 광 파장으로 관찰 등을 통하여)하도록 구성된 광학 기기, 현미경, 스캐너 등 중의 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
방법(3100)에 대한 몇 가지 옵션이 뒤따른다. 일 예에서, 테스트는 기기, 예컨대, 기계적 또는 광학 테스트 기기(612, 610) 중 하나 이상에 의한 마이크론 또는 그 이하의 스케일에서 기계적 테스트 또는 관할 중 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, 기계적 테스트 기기(612)는 마이크론(예컨대, 다수의 마이크론 스케일까지) 스케일에서 샘플(2610)에 대해 압입, 변형 또는 기타 마킹을 제공하도록 구성된다. 다른 예에서, 기계적 테스트 기기(612)는 마이크론 스케일 이하, 예를 들어 나노 스케일에서 압입을 제공하도록 구성된다. 또 다른 예에서, 광학 테스트 기기(610)는 마이크론(예컨대, 복수의 마이크론 스케일까지) 스케일 및 나노 스케일에서 샘플(2610)의 기계적 특성 또는 특징을 관찰하도록 유사하게 구성된다.
또 다른 예에서, 방법(3100)은 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 샘플 스테이지를 병진시키는 단계를 포함한다. 하나의 옵션에서, 샘플 스테이지를 병진시키는 단계는 X 축, 예컨대 X 스테이지(620)에 의해 제공되는 X 축을 따라 샘플 스테이지(614)를 병진시키는 단계를 포함한다. 다른 예에서, 다른 축, 예컨대, Y 축, 예를 들어, 샘플 스테이지를 병진시키는 단계는, 도 6a 및 6b에서 앞서 도시된 Y 스테이지(622)의 이동 방향과 정렬된 축을 따르는 샘플 스테이지(614)의 병진을 제한하는 단계를 포함한다. 일 예에서, Y 스테이지(622)의 Y 축은 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 캔틸레버식 기기 암(607)에 대해 실질적으로 평행하다.
다른 예에서, Y 축을 따르는 샘플 스테이지(614)의 제한된 병진은 예를 들어, 본 명세서에서 앞서 설명되고 예를 들어 도 27b에 도시되며 도 27a에 도시된 방법(2700)에 의하여 판단되는 기기 오프셋에 따라 기기와 다른 기기 사이의 Y 축을 따라 샘플 스테이지를 병진시키는 단계를 포함한다. 즉, Y 스테이지(622)는 도 27b에 도시된 기기 오프셋 합성(2722)에 따라 실질적으로 제한되는 방식으로 샘플 스테이지(614)를 이동시키도록 구성된다. 샘플 스테이지(614)는 따라서 Y 축을 따른 샘플 스테이지(614)의 길이 또는 폭과 실질적으로 유사한 샘플 스테이지 풋프린트를 제공한다. 즉, Y 축을 따르는 샘플 스테이지 풋프린트는 기기 오프셋에 따라, 샘플 스테이지의 치수, 예컨대, 길이보다 단지 조금 더 길다.
또 다른 예에서, 하나 이상의 테스트 위치의 테스트 위치(2620)를 기기와 정렬시키는 단계는, 테스트 위치가 Y 축에 대하여 본래 영(zero)이 아닌 Y 위치를 갖는 경우, X 축, 예를 들어, X 스테이지(620)의 X 축과 일치하도록 샘플 스테이지(614) 및 테스트 위치(2620)를 회전시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 26a를 참조하면, 스테이지 X 축(2602)은 도 6a 및 6b에서 앞서 도시되고 설명된 X 스테이지(620)의 이동 축과 실질적으로 정렬된다. 일 예에서, 본래의 위치에 있는 테스트 위치, 예컨대 테스트 위치(2620) 중 하나의 테스트 위치가 스테이지 X 축(2602)와 정렬하지 않는 경우, 스테이지(614)는 회전하여 테스트 위치(2620)를 X 스테이지(620)의 X 축(선형 이동 축)과 일치하도록 배치한다.
테스트 위치(2620)를 X 스테이지(620)의 X 축(X 스테이지(620)의 선형 이동 축)과 일치하도록 이동시킴으로써, 예를 들어 Y 스테이지(622)의 Y 축(Y 스테이지(622)의 선형 이동 축)을 따르는 Y 병진은 이에 따라 실질적으로 최소화되거나 완전히 제거된다. 대신에, 예를 들어, X 스테이지(620)에 의한 병진은, 테스트 위치(2620)를 기기, 예컨대 기계적 및 광학 테스트 기기(612, 610) 중 하나 이상과 일치 또는 정렬하도록 이동시키는데 사용된다.
또 다른 예에서, 테스트 위치를 기기와 정렬시키는 단계는 샘플(2610) 및 샘플 스테이지(614)를, 기기를 샘플 스테이지의 실질적으로 전체 표면 영역과 선택적으로 정렬시키도록 구성된 복수의 방향에서, 기기에 대하여, 샘플 스테이지의 가장 바깥쪽의 둘레 표면에 의해 제한된 샘플 스테이지 풋프린트(2100)(도 21a 참조) 내에서 병진 및 회전시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 21a에 도시된 바와 같이, 광학 기기(610)가 제1 풋프린트(2100)(예컨대, 샘플 스테이지 풋프린트(2100))의 중심에 제공된다. 도시된 바와 같이, 샘플 스테이지 풋프린트 또는 제1 풋프린트(2100)는, X 축(X 스테이지(620)의 선형 이동 축)을 따르는 샘플 스테이지(614)의 병진 및 회전 스테이지(624)에 의한 샘플 스테이지의 회전에 따라, 샘플 스테이지(614)의 가장 바깥쪽의 둘레 표면에 의해 제한된다. 도시된 바와 같이, 제1 풋프린트(2100)의 Y 구성요소(2101)는 샘플 스테이지(614)의 X 병진 및 회전의 조합을 통해 실질적으로 최소화된다. 달리 말하면, 도 21a에 도시된 각각의 목적 위치(예를 들어, 스테이지의 가장 바깥쪽 부분과 가장 안쪽 부분)가, 도 21a에 도시된 제1 풋프린트(2100) 내에서 하나 이상의 방향으로 이동하는 스테이지(614)에 의해, 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)와 정렬하여 배치 가능하다. 선택적으로, 샘플 스테이지 풋프린트(2100)는 샘플 스테이지 풋프린트(2100) 및 컬럼 베이스(605)(도 9에 도시됨)에 의해 제한되는 컬럼 풋프린트를 포함하는 테스트 시스템 풋프린트 내에 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 컬럼 베이스(605)는 기기(610, 612)와 연결된 캔틸레버식 기기 컬럼(606)의 일부분이다.
테스트 위치 좌표에 기반한 샘플의 변환( Transformation of Sample Based Testing Location Coordinates )
본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 샘플(2610)의 제1 기준점 및 제2 기준점, 예를 들어, 샘플 중심(2622) 및 샘플 방향 특징부(2618)의 위치 및 방향이 스테이지 기준 특징부(샘플 스테이지 기준점, 예컨대, 스테이지 중심(2606)과 함께 사용되어, 복수의 테스트 위치(2620) 중 하나 이상을 하나 이상의 기기, 예컨대, 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)와 일치 또는 정렬하도록 정확하게 배치한다. 예를 들어 도 26c에 도시된 바와 같이, 서로에 대한 이들 특징부 각각의 방향은 예를 들어 변수 r, φ 및 α로 나타난 위치 좌표를 제공하고, 여기서 r은 스테이지 중심(2606)으로부터의 샘플 중심(2622)의 반경이고, φ는 스테이지 X 축(2602) 및 스테이지 중심(2606)에 대한 샘플 중심(2622)의 각도이며, α는 샘플 방향 특징부(2618), 예를 들어, 도 30b에 도시된 제2 기준 각도 오프셋(3030)의 각도이다. 이들 값은 각각 일 예에서 자동화 테스트 세스팀(600)의 X, Y 및 회전 스테이지(620, 622, 624)에 의한 배치를 위하여 스테이지 좌표계(2600)에 따라 테스트 위치(2620)의 위치를 수학적으로 판단하는데 사용된다. 달리 말하면, 이들 값은 샘플(2620)과 샘플 스테이지(614) 사이의 오정렬에도 불구하고 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)에 대한 각각의 테스트 위치(2620)의 정확한 배치를 용이하게 한다.
예를 들어, 도 31b를 참조하면, 하나 이상의 테수트 위치의 테스트 위치(2620)를 기기(예컨대, 기기(610, 612) 중 하나 이상)와 정렬하는 방법(3120)의 일 예는 원점, 예컨대, 샘플(2610)의 샘플 중심(2622)에 대하여 테스트 위치(2620)에 대한 제1 X 좌표 및 제1 Y 좌표를 판단하는 단계를 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 샘플 좌표계(2612)는 일 예에서 도 26b에 도시된 바와 같이 샘플 중심(2622)에 중심이 맞춰 지거나 샘플 중심(2622)에 원점을 갖는다. 3124에서, 도 26c에 T1에 대한 좌표에 의해 도시된 바와 같이, 테스트 위치(2620)(예컨대, T1)의 제1 X 좌표 및 제1 Y 좌표는 각각 샘플 스테이지(614)와 연결된 회전 스테이지 및 적어도 하나의 병진 스테이지에 대해 각도 값 ΘT1 및 병진 값 RT1으로 변환된다.
3126에서 판단된 회전 값 및 병진 값에 의해 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610) 상의 테스트 위치(2620)가 회전된다. 일 예에서, 테스트 위치(2620)는 각도 값 ΘT1에 따라 회전하여 병진 축, 예컨대, X 스테이지(620)의 X 축과 일치한다(예를 들어, 테스트 위치는 스테이지의 선형 이동 축에 평행한 선 상에 있음). 3128에서, 샘플 스테이지(614) 및 테스트 위치(2620)는 앞서 설명된 병진 축에 평행한 병진 값 RT1에 따라 병진한다. 즉, 테스트 위치는 스테이지, 예컨대 X 스테이지(620)의 병진 축에 평행한 선을 따라 병진 값 RT1으로 병진한다.
다른 예에서, 방법(3120)은 샘플 스테이지(614)를 병진 스테이지, 예컨대 X 스테이지(620)의 이동 축에 평행한 병진 축을 따라 먼저 병진시키는 단계를 포함한다. 이후 샘플 스테이지(614)는 회전하여 테스트 위치(2620)가 X 스테이지 병진축과 일치하도록 한다.
다른 예에서, 방법(3120)은 샘플 스테이지(614) 및 각각의 하나 이상의 테스트 위치(2620)(예컨대, T1-T4)를 각각 병진 스테이지, 예컨대 X 스테이지(620)의 병진 축과 일치하도록 회전시키는 단계를 포함한다. 달리 말하면, 복수의 테스트 위치는 X 스테이지(620)의 선형 이동 축에 평행한 선을 따라 개별적으로 배치된다. 또 다른 예에서, 샘플 스테이지(614) 및 각각의 하나 이상의 테스트 위치를 각각의 각도 값 ΘT1 - T4로 회전시켜 병진 스테이지의 병진 축과 각각 일치시키는 단계는 테스트 위치(2620)를 기기(610, 612)의 작업 영역(초점 또는 프로브 팁)과 정렬된 또는 일치하는, 그리고 병진 스테이지(620, 622) 중 하나의 이동 축에 평행한 병진 축과 일치하도록 이동시키는 단계를 포함한다. 테스트 위치를 작업 영역을 통해 연장하는 단일의 병진 축과 정렬하도록 회전시킴으로써, 예컨대, X 스테이지(620)에 의한 병진 이동은 테스트 위치(2620)를 기기(610, 612)와 일치하도록 이동시킬 수 있다.
병진 축과 일치한 테스트 위치(2620)(예컨대, 병진 축에 평행한 선 상의)는 R 값, 예컨대, RT1 - T4로 병진되어 테스트 위치(2620)를 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612)의 작업 영역(예컨대, 도 27b에 도시된 영역(2716) 또는 프로브 팁(702))과 정렬 또는 일치하도록 이동시킨다. 테스트 절차에 대해 이로운, 병진 축과 일치하도록 하는 샘플 스테이지(614) 및 테스트 위치(2620)의 회전은 제1 병진 축과는 상이한 제2 병진 축(예컨대, Y 스테이지(622)의 Y 축)을 따르는 병진을 실질적으로 제거한다. 예를 들어, 스테이지(2602, 2604) 및 샘플 X 축(2614) 및 샘플 Y 축(2616)로부터 이격되어 배치된 테스트 위치(2620)가 X 스테이지(620)의 병진 축(예컨대, 선형 이동 축)을 따라 배치됨으로써, 샘플 스테이지(614) 및 샘플(2610)의 테스트 위치(2620)의 예를 들어 다른 병진 축, 예컨대, Y 스테이지(622)의 축을 따르는 병진을 실질적으로 제거한다. 선택적으로, 스테이지(614)는 첫째로 각각의 테스트 위치(2620)의 RT1 - T4에 따라 병진하고, 그 후에 각각의 위치의 ΘT1 - T4에 따라 회전한다.
샘플 스테이지 기준점(2606)(일 예에서, 스테이지(614)의 중심)뿐 아니라 샘플(2610)의 제1 기준점(2622) 및 제2 기준점(2618)의 좌표 및 상대적인 위치를 판단하고 그 다음 대응하는 값들(r, φ, α 등)을 이용하여 하나 이상의 테스트 위치(2620)에 대한 병진 좌표 및 회전 좌표를 판단하는 예견적 예(prophetic example)가 이하에서 제공된다. 예견적 예는 본 명세서에서 설명되고 도면에 도시된 방법에 따라 행해진다. 예견적 예는 일련의 단계로 제공된다. 예견적 예의 많은 단계가 재구성 또는 수정될 수 있고 여전히 본 명세서에서 설명된 방법 및 장치의 보호 범위 내에 있다는 것이 명백하다. 샘플 스테이지 형상, 특정 기준점(즉, 비 중심 점) 등의 수정이 단계들 및 본 명세서에서 사용된 대응하는 수학적 분석을 수정할 것이고, 이러한 수정은 완전히 본 발명의 범위 내에 있다.
머신 설정/초기화( Machine Setup / Initialization )
1. X 스테이지(620), Y 스테이지(622), Z1-제1 기기 스테이지(608), Z2-제 기기 스테이지(608) 및 세타 스테이지(624)를 제 위치에 둔다(home).
2. 광학 팁(tip to optics) 교정을 수행한다 - 이 절차는 머신이 샘플 상에 마크를 생성하고 오퍼레이터에 의해 보일 수 있도록 마크를 광학 장치 아래에 정밀하게 이동시키도록 한다.
a. 샘플(예를 들어, 초기화 샘플), 예컨대 폴리카보네이트를 스테이지(614)에 부착한다. 선택적으로 스테이지 리셉터클 플랜지(630) 상의 스테이지 리셉터클(628)에서 진단 샘플(1106) 중 하나가 사용될 수 있다.
b. GUI(예컨대, 제어 스테이션(110)를 사용하여 X, Y, 세타 및 Z1 스테이지를 이동시키고 이에 따라 샘플이 광학 기기(610) 아래에 위치하며 광학 장치가 샘플에 포커싱된다.
c. 이하를 포함하여 광학 팁 교정을 위해 H-패턴(또는 교정을 돕기 위한 다른 유사한 패턴) 마킹(2710)을 수행한다:
i. 자동화 테스트 시스템(600)이 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)를 팁과 광학 장치(예컨대, 기계적 테스트 기기(612) 및 광학 기기(610)) 사이의 공칭 오프셋 거리로 이동시킬 것이고, 따라서 팁(702)이 광학 장치로 보일 수 있는 동일한 샘플 위치에 대략 위치할 것이다. 세타 스테이지(624)는 고정적이다(static).
ii. GUI 제어 스테이션(110)이 오퍼레이터에게 팁(702)이 약 1mm의 샘플 높이 내에 있을 때까지 수동으로 Z1 스테이지(608)를 아래로 이동시키라고 명령할 것이다.
iii. GUI 제어 스테이션(110)이, 샘플과의 접촉을 검출할 때까지, Z1 스테이지(608)를 천천히(예컨대, 초기 접근 보다 더 느린 속도로) 아래로 계속하여 이동시킬 것이다.
iv. 기계적 테스트 기기(612)가 마킹(2710)을 형성하기 위하여 H 형상의 일련의 7 압입을 수행할 것이다.
v. 자동화 테스트 시스템(600)이 X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 Z1 스테이지(608)을 원래의 광학 위치로 복귀시킬 것이다.
vi. GUI 제어 스테이션(110)이 오퍼레이터에게 H 패턴 마킹(2710)의 중심(예컨대, 위치 포커스(2714))이 카메라의 레티클(reticle)과 정렬될 때까지 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)를 이동시키라고 명령할 것이다. 선택적으로, 패턴 인식 소프트웨어가 위치 포커스(2714)를 찾기 위하여 유사한 방식으로 광학 기기(610)에 명령 및 광학 기기(610)를 제어한다.
vii. 자동화 테스트 시스템(600)이 팁과 광학 위치 사이의 정확한 X, Y 및 Z1 변위(예컨대, 기계적 테스트 기기(612)와 광학 기기(610) 사이의 기기 오프셋 합성(2722))를 산출 및 기록할 것이다.
3. 회전 중심 교정을 수행한다 - 이 절차는 샘플(2610) 상의 테스트 위치(2620)와 하나 이상의 기기의 정확한 정렬을 달성하는데 도움을 준다. 이 절차는 스테이지(614)의 회전 중심을 약 1 마이크론의 공차 내에 위치시킨다.
a. 예컨대 폴리카보네이트 초기화 샘플 또는 다른 재료와 같은 샘플을 스테이지(614)의 회전 중심(예컨대, 회전 스테이지(624)에 의해 제공되는 회전 축)을 커버하는 스테이지(614) 상에 장착한다.
b. GUI 제어 스테이션(110)을 사용하여 X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 Z1 스테이지(608)를 수동으로 이동시켜서 샘플에 포커싱된 광학 기기 아래에 스테이지(614)의 회전 중심을 대략 배치한다.
c. 제어 스테이션(110)으로 회전 중심 위치 교정을 시행한다.
i. 자동화 테스트 시스템(600)이 앞서 판단된 광학 팁 오프셋으로 X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 Z1 스테이지(608)를 이동시켜 기계적 테스트 기기(612)를 광학 기기(610)에 의해 포커싱된 위치에 이동시킨다.
ii. 자동화 테스트 시스템(600)이 그 위치에서 마킹(2710)(예컨대, H 패턴의 7 압입)으로 샘플에 마킹한다.
iii. 회전 스테이지(624)가 샘플 스테이지(614)를 120도 회전시키고 기계적 테스트 기기(612)가 다른 마킹(2710)(예컨대, 다른 H 패턴)을 제공한다. X 스테이지(620)와 Y 스테이지(622)는 고정적이다.
iv. 회전 스테이지(624)가 샘플 스테이지(614)를 120도(전체 240도) 회전시키고 제3 마킹(2710)을 제공한다.
v. X 스테이지(620), Y 스테이지(622), 세타 스테이지(624) 및 Z1 스테이지(608)가 그들의 원래 위치로 복귀하여 제1 마킹(2710)이 광학 기기(610) 아래에 배치되고 포커싱된다. 제1 마킹(2710)이 광학 기기(610)의 레티클 아래에 중심이 맞춰진다.
vi. GUI 제어 스테이션(110)이 X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)를 수동으로 작동시킴으로써 사용자가 다른 두 개의 마킹(2710)(예컨대, H 패턴 압입)을 위치시키도록 한다. 회전 스테이지(624)는 고정적이다. 선택적으로, 제어 스테이션(110)이 마킹(2710)을 검출 및 인덱싱하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 포함하거나 각각의 마킹(2710)이, 그들이 샘플 상에 마킹되는 동안 인덱싱된다.
vii. 각각의 마킹(2710)의 위치 포커스(2714)가 광학 기기(610)의 카메라 레티클과 정렬될 때까지 사용자(또는 소프트웨어 제어 알고리즘)가 스테이지(620, 622)를 이동시킨다. 자동화 테스트 시스템(600)이 각각의 H 패턴의 중심의 X 스테이지 좌표 및 Y 스테이지 좌표, X0, Y0; X120, Y120; X240, Y240를 기록(예컨대, 인덱킹)할 것이다. 선택적으로, 제어 스테이션(110)이 마킹(2710)을 검출 및 인덱싱하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 포함하거나 각각의 마킹(2710)이, 그들이 샘플 상에 마킹되는 동안 인덱싱된다.
viii. 자동화 테스트 시스템(600)이 마킹(2710)에 대응하는 X 좌표 및 Y 좌표의 세 개의 세트에 원(예컨대, 스테이지 중심 원(2820))을 맞춘다. 맞춰진 원의 중심은 샘플 스테이지(614)의 회전 중심(2606)에 대한 X-Y 스테이지 좌표이다. 회전 중심 좌표는 (Xcenter, Ycenter)이다. 이하의 분석은 마킹(2710)의 좌표로부터 회전 중심(2606)을 판단하기 위한 수학 방정식의 일 예를 제공한다. "r"은 스테이지 중심 원(2820)의 반경이다.
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디스큐잉( Deskewing )
1. 로봇 처리 시스템(200)이 샘플(2610)을 저장 모듈(104)로부터 빼낸다.
a. 샘플(2610)이 처리 포크(404) 상에 대략 중심이 맞춰진다.
b. 샘플(2610)이 알려진 방향으로 그것의 샘플 방향 특징부(2618)(예컨대, 노치)로 대략 지향된다.
2. 로봇 처리 시스템(200)이 샘플(2610)을 샘플 스테이지(614) 상에 로딩한다. 엘리베이션 핀(634)이 샘플(2610)을 샘플 스테이지 표면(616) 상에 하강시킨다. 선택적으로, 진공 포트(632)가 샘플 스테이지(614)에 샘플(2610)을 진공 연결한다.
3. 샘플의 제1 기준점을 판단하기 위한 절차를 시행한다(병진 디스큐잉) - 이 절차는 자동화 테스트 시스템(600)에 대해 샘플(2610)을 약 1마이크론의 선형 공차 내로 위치시킨다. 샘플(2610)의 제1 기준점, 예컨대 중심(2622)을 찾는 것은 자동화 테스트 사이트 위치의 정확도를 향상시킨다.
a. Y 스테이지(622)가 이동하고 따라서 스테이지(614)의 회전의 중심의 Y 좌표가 광학 기기의 레티클(예컨대, 광학 작업 영역(2716))의 Y 위치와 정렬된다.
b. 선택적으로, Z1 스테이지(608)가 샘플(2610) 상에 광학 기기(610)를 포커싱하기 위하여 이동한다.
c. 회전 스테이지(624)가 웨이퍼 방향 특징부(2618)(예컨대, 노치 또는 플랫(flat))의 광학 기기 작업 영역(2716) 내의 배치를 방지하는 샘플(2610) 상의 위치를 포함하여, 약 120도씩 이격되어 있는 세 개의 상이한 위치로 이동한다.
d. 각각의 세 개의 상이한 회전 위치(예컨대, 0도, 120도 및 240도)에서, 광학 기기(610)가 샘플(2610)에 포커싱되는 위치에서 시작하여, 결국 샘플(2610)을 광학 작업 영역(2716) 밖으로 이동시킬 방향으로 X 스테이지(620)가 이동한다.
e. 각각의 세 개의 회전 위치에서, 에지 검출 비전 알고리즘(예컨대, 제어 스테이션(110)에 제공됨)은 샘플(2610)의 에지(2922)가 샘플 에지 위치(2924)에 대응하여 광학 기기(610)와 일렬로 배치되는 경우의 X 스테이지(620)의 정확한 병진 값을 기록한다.
f. 샘플 에지의 이들 세 개의 병진 및 회전 좌표(예를 들어 0도, 120도, 240의 X 및 세타 측정)가 스테이지(614)의 회전 중심(2606)에 대하여 샘플(2610)의 중심(2622)의 r, φ 위치를 산출하는데 사용된다. 도 26c 및 29b를 참조하라. φ값은 스테이지 회전 중심(2606)에 대한 샘플 중심의 제1 기준 각도 오프셋이다.
4. 샘플의 제1 기준점을 판단하기 위한 절차(회전 디스큐잉)을 시행한다 - 이 절차는 샘플 스테이지(614)에 대한 샘플 방향 특징부(2618)의 방향을 판단한다(샘플 중심(2622)에 의하여). 이 절차는 샘플(2610) 방향을 약 0.001도의 공차 내로 판단한다.
a. X 스테이지(620), Y 스테이지(622) 및 회전 스테이지(624)는 광학 기기 작업 영역(2716)을 샘플(2610)의 샘플 에지(2922)에 가깝고 샘플 방향 특징부(2618)의 근처의 위치(예컨대, 세타 각도) 상에 포커싱하도록 이동한다.
b. Y 스테이지(622)가 샘플(2610)의 중심(2622)을 광학 기기(610)와 정렬하여 배치하도록 작동된다.
Y샘플 중심 = Y중심 + r * sin(φ+ 세타)
c. X 스테이지(620)는 샘플(2610)의 중심(2622)을 샘플 의 샘플 에지(2922)와 딱 맞게 배치하도록 작동된다. 일 예에서, 샘플(2610)은 150mm 반경의 반도체 웨이퍼이다.
X샘플 중심 = X중심 + 149 + r * cos(φ+ 세타)
d. 회전 스테이지(624)는 샘플(2610)을 회전시키도록 작동된다. 샘플 방향 특징부(2618)의 두 개의 특징부(3020, 3022)(예컨대, 노치 또는 플랫의 에지)의 각도를 검출하기 위하여 에지 검출 비전 알고리즘이 광학 기기(610)와 함께 사용된다.
e. 두 각도, 예를 들어, 세타1 및 세타2의 평균은 웨이퍼의 실제 원점에 대한 α값(예컨대, 제2 기준 각도 오프셋)이다.
자동화 테스트 사이트 위치( Automated Test Site Location )
1. 하나 이상의 테스트 위치(2620)의 좌표가 샘플 좌표계(2612)(예를 들어 도 26b에 도시된 T1-T4에 대한 X 좌표 및 Y 좌표를 포함하는 xw, yw)에 따라 입력된다(예컨대, 명령으로부터 독출, 손으로 키 입력 등). 선택적으로, 좌표가 제어 스테이션(110)에 입력된다. 다른 예에서, 그러한 유형의 샘플(예컨대, 300mm의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼)에 대한 모든 테스트 위치가 제어 스테이션(110)의 측정 레시피(measurement recipe)에 저장될 것이다.
2. 제어 스테이션(110) 또는 자동화 테스트 시스템(600) 중 하나 이상은 광학 기기(610) 또는 기계적 테스트 기기(612)를 각각의 테스트 위치(2620) 상에 배치하는데 필요한 샘플 좌표계(2612)에 기초한 샘플 좌표로부터 스테이지 좌표(X, Y, Θ)를 미리 결정된 r, φ 및 α 값을 통합하는 아래의 방정식에 따라 산출한다.
Θ = ATAN2(yw,xw) + α
Θ 값은 회전 스테이지(624)로 샘플(2610)을 회전시키는데 사용되고, 따라서 원하는 테스트 위치(2620)가 광학 중심의 Y 위치와 일렬로 배치된다. 즉, 테스트 위치가 샘플의 중심을 통하고 Θ 회전 후의 Y 스테이지(622)의 Y 병진 축에 평행한 선 상에 놓여진다.
X = X중심 + r * cos(Θ + φ) + xw * cos(α + Θ) - yw * sin(α + Θ)
X 값은 X 스테이지(620)로 샘플(2610)을 병진시키는데 사용되고, 따라서 원하는 테스트 위치(2620)가 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612) 중 어느 하나와 정렬된다.
Y = Y중심 + r * sin(Θ + φ)
Y 값은 Y 스테이지(622)로 샘플(2610)을 선택적으로 병진시키는데 사용되고, 따라서 원하는 테스트 위치(2620)가 광학 및 기계적 테스트 기기(610, 612) 중 어느 하나와 정렬된다. Y 값에 따른 병진은 일 예에서 선택적이다. 예를 들어, 광학 기기(610)와 기계적 테스트 기기(612) 사이에 Y 스테이지(622)의 Y 축을 따라 오정렬이 있는 경우, Y 값은 이러한 오정렬을 정정하고 테스트 위치를 기기와 정렬하여 배치한다.
3. X, Y 및 Θ 좌표는, 원하는 테스트 위치(2620)를 광학 기기, X 스테이지(620) 및 Y 스테이지(622)와 정렬하여 배치하는데 사용되고, 광학 팁 교정 오프셋(예컨대, X 기기 오프셋(2718) 및 Y 기기 오프셋(2720) 중 하나 이상을 포함하는 기기 오프셋 합성(2722))에 따라 원하는 테스트 위치(2620)를 이동시켜 기계적 테스트 기기(610)(예컨대, 프로브(702)의 위치)와 정렬하도록 작동된다.
위의 예와 본 명세서에서 설명된 x-y-세타(회전) 배치(x, y 배치와는 반대로)는 캔틸레버식 기기 컬럼 상의 최소한의 캔틸레버링을 가능하게 한다. 달리 말하면, 회전 배치와 x, y 배치의 조합을 통하여 300mm 웨이퍼의 모든 부분이, 웨이퍼의 반경(예컨대, 150mm)을 가로질러 기계적 테스트 기기를 배치하도록 구성된 암을 갖는 기계적 테스트 기기 아래에 배치 가능하다. X-Y 만의 시스템은 큰 질량과 풋프린트, 그리고 몇몇 경우에 자동화 테스트 시스템(100)의 주파수와 협력 불가능하지만 브리지의 질량에 의해 좌우되는 고유 주파수를 갖는, 적어도 300mm의 캔틸레버 또는 브리지 구조를 필요로 한다.
더욱이, x-y-세타 스테이지는 Y 스테이지보다 더 큰 이용 가능한 병진 범위를 갖는 X 스테이지를 포함한다. 이것은 X 스테이지가 광학 장치 및 2 트랜스듀서 헤드(추가 150mm) 아래에서 적어도 웨이퍼의 반경(150mm)을 이동하기에 충분한 이동 거리를 가질 수 있도록 한다. Y 이동 거리는 광학 장치와 트랜스듀서 헤드 사이의 Y 위치의 작은 차이를 충족하기에 충분히 길다(수 밀리미터).
샘플 스테이지(614)의 x-y-세타 배치는 따라서, 대응하여 기기 컬럼(606)의 캔틸레버식 암의 길이를 최소화한다. 짧은 캔틸레버식 암을 갖는 시스템(예컨대, 도 6a에 도시된 캔틸레버식 기기 컬럼(606))은 따라서 기계 노이즈에 대해 더 잘 견딜 수 있다(디플렉션이 발생하기 쉬운 넓은 암 없이 높은 강도를 가짐). 캔틸레버의 디플렉션은 캔틸레버 길이의 세제곱만큼 증가하고, 따라서 캔틸레버 길이를 반으로 감소시키면 동일한 빔 단면적 및 로딩에 대해 디플렉션은 1/8만큼 감소한다.
짧은 암과 소폭으로 이동하는 스테이지를 갖는 시스템(600)의 풋프린트(도 6a 참조)가 최소화된다. 즉, 소형 x-y-세타 스테이지 시스템(614)과 함께 소형 캔틸레버식 암(606)이 작은 인클로저(예컨대, 자동화 테스트 인클로저(108)) 내에 잘 맞고 공장 현장에 더 작은 공간을 추정한다. 대응하는 지지 레그(leg) 및 x-y 스테이지 어셈블리(그리고 대응하는 확대된 풋프린트)를 갖는, 샘플 스테이지의 양측으로 연장하는 종래의 지지 구조체, 예컨대 브리지 또는 아치 어셈블리는 필요하지 않다.
결론
본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법은, 생산시 직접적으로 또는 거의 직접적으로 다수의 테스트 위치를 갖는 다수의 샘플을 테스트하는 신속하고 정확한 방법을 제공한다. 각각의 시스템 및 방법은 본 명세서에서 제공된 기능 및 이점 중 하나 이상을 더 제공한다. 예를 들어, 시스템은, 샘플 테스트 사이에 최소의 시스템 비가동시간(downtime)으로 일련의 샘플에 대한 마이크로기계 또는 나노기계 테스트를 행하기 위한 질서 정연하고 효율적인 공정을 제공한다. 또한, 시스템 및 방법은 테스트되는 재료에 대한 더 많고 더 정확한 통계적 샘플 데이터를 획득하는 고 처리량 테스트를 용이하게 한다.
또한, 본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법은, 샘플이 생산으로부터 즉시 취해지거나 또는 생산 중에 있는 경우에도 정확한 테스트 데이터를 달성하기 위하여, 마이크로기계 및 나노기계 테스트의 실행 이전 및 이후에 재료 샘플의 표면 오염을 최소화하는 시스템을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법은, 재료 샘플 및 나노기계 테스트 시스템 구성요소의 손상 또는 파손을 최소화하기 위하여, 재료 샘플을 나노기계 테스트 기기로 및 나노기계 테스트 기기 밖으로 정밀하게 이동시키고 제어한다.
더욱이, 상기 시스템 및 방법은 상대적으로 다량의 재료 샘플의 테스트와 관련한 평균 비용, 사전 테스트 비용을 상당히 감소시키고 수율 손실을 감소시킨다. 또한, 상기 시스템 및 방법은 예를 들어, 오퍼레이트 상호작용을 통해서 측정 오류를 감소시킨다. 오퍼레이터 상호작용을 감소시킴으로써 노동 비용이 감소되고, 더 작은 클린 룸(clean room) 환경을 유지하기 위한 비용과 노동의 제거를 포함하여, 시설이 효율적으로 사용된다. 예를 들어, 좌표계 및 샘플 스테이지 상에 배치된 각각의 샘플의 분석을 통한 자동화 테스트 시스템의 기기에 대한 샘플의 인덱싱은, 기기에 대하여 하나 이상의 테스트 위치(예컨대, 이종 샘플(heterogeneous sample)의 특정 테스트 위치)의 정확하고 정밀한 배치를 가능하게 한다. 또한, 프로브 변경 어셈블리(또는 어셈블리들), 진단 샘플, 프로브 분석 방법, 프로브의 특정에 따른 자동화 테스트 시스템의 교정 등의 제공은 오퍼레이터 상호작용을 최소화하고 시스템 비가동시간을 감소시킨다.
본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 테스트된 샘플에 대한 퀄리지 제어 데이터를 수집, 관리 및 모니터링하고 재료 샘플 데이터의 장기간 추적(long-term tracking)을 가능하게 하여, 실시간 생산 라인 문제점을 실시간으로 식별하고 이 데이터를 장기간 재료 및/또는 디바이스 성능과 연관시키는데 재료 샘플 데이터를활용한다.
또한, 다른 예에서, 상기 시스템 및 방법은, 마이크로기계 및 나노기계 테스트를 행하기 전에 재료 표면 상의 테스트 위치를 자동으로 식별하여 관심 영역의 정확한 테스트 데이터를 달성한다.
도면 및 본 명세서의 설명에 나타난 비제한적인 예는 임의의 치환 또는 조합으로 조합될 수 있다. 즉, 임의의 일 예(도면, 구절 등)에 나타난 특징부는본 명세서에서 따로 설명된 다른 예 또는 다른 특징과 조합 가능하다. 또한, 독립항이든 종속항이든 여러 청구항에서 발견되는 특징은, 그들 자신에 의해서 또는 본 명세서에 설명된 청구된 그리고 청구되지 않은 다른 특징과 함께, 다른 예, 청구항 등과 조합될 수 있다. 또한, 상기 방법의 설명에서 번호가 붙여진 요소에 대한 임의 참조는 설명된 번호가 붙여진 요소를 제한하려는 의도가 아니다. 대신, 번호가 붙여진 요소는 단지 예시적인 목적으로 제공된다. 번호가 붙여진 요소는 본 명세서에서 설명된 모든 유사한 요소 및 그들의 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.
다양한 개시 및 예
예 1은 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위해 구성된 기기와 샘플을 정렬하기 위한 다중 자유도 스테이지를 포함하는 테스트 시스템을 포함할 수 있고, 상기 테스트 시스템은 컬럼 베이스 및 상기 컬럼 베이스로부터 연장하는 기기 암을 포함하는 기기 컬럼; 상기 기기 암과 연결된 기기; 및 샘플 스테이지 및 적어도 하나의 병진 액추에이터 및 회전 액추에이터를 포함하는 스테이지 액추에이터 어셈블리를 포함하는 다중 자유도 샘플 스테이지 어셈블리를 포함하고, 상기 스테이지 액추에이터 어셈블리는, 상기 병진 액추에이터 및 상기 회전 액추에이터 중 적어도 하나의 구동을 통하여 상기 기기와 상기 샘플 스테이지 사이의 실질적으로 모든 위치를 상기 기기와 선택적으로 정렬시키도록 구성된다.
예 2는 예 1의 특징을 포함하거나 예 1의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 암은, 캔틸레버식이고, 상기 컬럼 베이스로부터 상기 샘플 스테이지의 샘플 스테이지 길이 이하로 연장하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 3은 예 1 또는 2의 특징을 포함하거나 예 1 또는 2의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지는, 상기 적어도 하나의 병진 액추에이터 및 상기 회전 액추에이터에 의해 제공되는 병진 및 회전의 범위에 기초한 샘플 스테이지 풋프린트를 포함하고, 상기 샘플 스테이지 풋프린트의 적어도 제1 치수(dimension)는 샘플 스테이지 길이와 실질적으로 유사한 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 4는 예 1-3의 특징을 포함하거나 예 1-3의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 테스트 시스템의 테스트 시스템 풋프린트는, 상기 샘플 스테이지 풋프린트; 및 상기 컬럼 베이스에 제한되는 상기 기기 컬럼의 컬럼 풋프린트를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 5는 예 1-4의 특징을 포함하거나 예 1-4의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 적어도 하나의 병진 액추에이터는, X-스테이지 액추에이터 및 Y-스테이지 액추에이터를 포함하고, 상기 X-스테이지 액추에이터 및 Y-스테이지 액추에이터는 각각, 상기 샘플 스테이지를 X 축 및 Y 축을 따라 병진시키도록 구성되며, 상기 샘플 스테이지의 Y-축 병진 범위는 상기 샘플 스테이지 풋프린트의 상기 제1 치수와 동일한 공간을 차지하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 6은 예 1-5의 특징을 포함하거나 예 1-5의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지의 X-축 병진 범위는, 상기 샘플 스테이지 풋프린트의 제2 치수와 동일한 공간을 차지하고, 상기 X 축 병진 범위는 상기 Y 축 병진 범위보다 큰 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 7은 예 1-6의 특징을 포함하거나 예 1-6의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기는, 샘플 스테이지 풋프린트보다 작은 기기 풋프린트를 포함하고, 상기 스테이지 액추에이터 어셈블리는, 상기 샘플 스테이지의 실질적으로 모든 위치를 상기 기기 풋프린트와 선택적으로 정렬시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 8은 예 1-7의 특징을 포함하거나 예 1-7의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기를 상기 샘플 스테이지에 대하여 직각으로 이동시키도록 구성된 기기 액추에이터를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 9는 예 1-8의 특징을 포함하거나 예 1-8의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 적어도 하나의 병진 액추에이터는, X-스테이지 액추에이터 및 Y-스테이지 액추에이터를 포함하고, 상기 X-스테이지 액추에이터 및 Y-스테이지 액추에이터는 각각, X 축 및 Y 축을 따라 상기 샘플 스테이지를 병진시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 10은 예 1-9의 특징을 포함하거나 예 1-9의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 기기로 하나 이상의 테스트 위치를 선택적으로 정렬 및 테스트하는 방법을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 방법은, 테스트 시스템의 샘플 스테이지 상의 샘플을 연결하는 단계로서, 상기 샘플은 상기 샘플 상에 이격되어 위치하는 하나 이상의 테스트 위치를 포함하고, 상기 테스트 시스템은 상기 샘플의 테스트 또는 관찰 중 하나 이상을 위해 구성된 기기 및 상기 샘플 스테이지를 포함하는, 상기 단계; 상기 하나 이상의 테스트 위치의 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계; 및 상기 기기로 상기 하나 이상의 테스트 위치의 테스트 위치를 테스트하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지 및 상기 테스트 위치를 상기 기기의 작업 영역과의 정렬을 향하여 회전시키는 단계; 및 상기 샘플 스테이지 및 상기 테스트 위치를 상기 테스트 기기의 작업 영역과의 정렬을 향하여 병진시키는 단계를 포함한다.
예 11은 예 1-10의 특징을 포함하거나 예 1-10의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 테스트는, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 상기 기기에 의한 기계적 테스트 또는 관찰 중 하나 이상을 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 12는 예 1-11의 특징을 포함하거나 예 1-11의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지를 병진시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지를 X 축을 따라 병진시키는 단계; 및 상기 기기와 연결된 캔틸레버식 기기 암에 실질적으로 평행한 Y 축을 따르는 상기 샘플 스테이지의 병진을 제한하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 13은 예 1-12의 특징을 포함하거나 예 1-12의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 Y 축을 따르는 상기 샘플 스테이지의 병진을 제한하는 단계는, 상기 기기와 다른 기기 사이에서 상기 Y 축을 따라 상기 샘플 스테이지를 병진시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 14는 예 1-13의 특징을 포함하거나 예 1-13의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 상기 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지를 회전시키는 단계, 및 상기 테스트 위치가 상기 Y 축에 대하여 원래 영이 아닌 Y 위치를 갖는 경우 상기 테스트 위치를 상기 X 축과 일치하도록 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 15는 예 1-14의 특징을 포함하거나 예 1-14의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 상기 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을, 상기 샘플 스테이지의 가장 바깥쪽의 둘레 표면에 의해 제한되는 샘플 스테이지 풋프린트 내에서, 상기 기기에 대하여, 상기 기기를 상기 샘플 스테이지의 실질적으로 전체 표면 영역과 선택적으로 정렬시키도록 구성된 복수의 방향에서 병진 및 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 16은 예 1-15의 특징을 포함하거나 예 1-15의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 상기 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 상기 샘플 스테이지 풋프린트 내에서 병진 및 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지 풋프린트는, 상기 샘플 스테이지 풋프린트 및 상기 기기와 연결된 캔틸레버식 기기 컬럼의 컬럼 베이스에 의해 제한되는 컬럼 풋프린트를 포함하는 테스트 시스템 풋프린트 내에 있는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 17은 예 1-16의 특징을 포함하거나 예 1-16의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 상기 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플의 샘플 좌표계의 원점에 대하여 상기 테스트 위치에 대한 제1 X 좌표 및 제1 Y 좌표를 판단하는 단계; 및 상기 제1 X 좌표 및 제1 Y 좌표를 회전 스테이지 및 상기 샘플 스테이지와 연결된 적어도 하나의 병진 스테이지 각각에 대한 각도 값과 병진 값으로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지 및 상기 테스트 위치를 회전시키는 단계는, 상기 병진 스테이지의 병진 축과의 일치하도록 상기 테스트 위치를 상기 각도 값으로 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 샘플 스테이지 및 상기 테스트 위치를 병진시키는 단계는, 상기 테스트 위치를 상기 병진 값으로 상기 병진 축에 평행하게 병진시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 18은 예 1-17의 특징을 포함하거나 예 1-17의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 하나 이상의 테스트 위치의 상기 테스트 위치를 상기 기기와 정렬시키는 단계는, 상기 샘플 좌표계의 X 축 및 Y 축 중 적어도 하나를 상기 기기와 정렬시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 19는 예 1-18의 특징을 포함하거나 예 1-18의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 샘플 스테이지 및 각각의 상기 하나 이상의 테스트 위치를, 각각 상기 병진 스테이지의 상기 병진 축과 일치하도록, 각각의 각도 값으로 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지를 회전시키는 단계는, 하나 이상의 테스트 위치가 복수의 테스트 위치를 포함하는 경우, 상기 복수의 테스트 위치의 상이한 Y 좌표로 인하여 상기 병진 축과는 상이한 제2 병진 축을 따르는 병진을 제거하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 20은 예 1-19의 특징을 포함하거나 예 1-19의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 하나 이상의 테스트 위치를 갖는 상기 샘플을 인덱싱 및 디스큐잉하는 단계를 포함하고, 상기 인덱싱 및 디스큐잉하는 단계는, 상기 샘플 스테이지에 대하여 상기 샘플의 위치 및 방향을 인덱싱하는 단계로서, 상기 샘플은 제1 기준점 및 제2 기준점을 포함하고 상기 샘플 스테이지는 샘플 스테이지 기준점을 포함하는, 상기 단계를 포함하며, 상기 인덱싱하는 단계는, 상기 샘플 스테이지 기준점에 대하여 상기 제1 기준점의 제1 기준 위치를 판단하는 단계; 및 상기 제1 기준점에 대하여 상기 제2 기준점의 제2 기준 각도 오프셋을 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 21은 예 1-20의 특징을 포함하거나 예 1-20의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지 기준점에 대하여 상기 제1 기준점의 상기 제1 기준 위치를 판단하는 단계는, 상기 샘플 스테이지 기준점으로부터 상기 제1 기준점의 반경을 판단하는 단계; 및 상기 샘플 스테이지 기준점에 대하여 상기 제1 기준점의 제1 기준 각도 오프셋을 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 22는 예 1-21의 특징을 포함하거나 예 1-21의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 샘플의 상기 제1 기준점을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 제1 기준점은 상기 샘플의 중심이며, 상기 샘플은 원형이고, 상기 샘플의 상기 제1 기준점을 판단하는 단계는, 샘플 에지의 복수의 원형 에지 위치의 원형 에지 위치를 감지하는 단계; 셋 이상의 원형 에지 위치가 인덱싱될 때까지 각각의 회전 후에 상기 원형 에지 위치의 감지를 반복하는 단계; 및 상기 셋 이상의 원형 에지 위치와 일치하는 둘레를 갖는 원으로부터 상기 샘플의 중심을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 샘플 에지의 복수의 원형 에지 위치의 원형 에지 위치를 감지하는 단계는, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 에지를 광학 기기를 향하여 병진시키는 단계; 상기 광학 기기가 상기 샘플 에지를 가로지르는 동안 상기 광학 기기로 상기 원형 에지 위치를 검출하는 단계; 상기 샘플 스테이지 기준점에 대하여 상기 원형 에지 위치를 인덱싱하는 단계; 및 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 특정 각도로 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 23은 예 1-22의 특징을 포함하거나 예 1-22의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 적어도 제1 병진 축을 따라 광학 기기를 상기 샘플 스테이지 기준점과 정렬시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 24는 예 1-23의 특징을 포함하거나 예 1-23의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 상기 광학 기기를 향하여 병진시키는 단계는, 상기 제1 병진 축과는 상이한 제2 병진 축을 따라 상기 샘플 스테이지를 병진시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 25는 예 1-24의 특징을 포함하거나 예 1-24의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 제1 기준점에 대하여 상기 제2 기준점의 상기 제2 기준 각도 오프셋을 판단하는 단계는, 상기 샘플과 정렬된 상기 광학 기기에 대하여 제1 병진 축을 따라 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을, 상기 샘플의 에지와 상기 제2 기준점에 근접한 위치로 병진시키는 단계; 상기 샘플 스테이지를 회전시키는 단계; 및 상기 광학 기기로 상기 제2 기준점을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 제2 기준점은, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플의 회전에 따라 상기 제1 기준점에 대하여 제2 기준 각도 오프셋을 갖는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 26은 예 1-25의 특징을 포함하거나 예 1-25의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 광학 기기를, 상기 제1 기준점과 일치하고 상기 제1 병진 축에 직각인 제2 병진 축과 정렬시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 27은 예 1-26의 특징을 포함하거나 예 1-26의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 제2 기준점을 검출하는 단계는, 상기 제2 기준점의 제1 부분 및 제2 부분을 검출하는 단계를 포함하고, 각각의 상기 제1 부분 및 제2 부분은 제1 각도 및 제2 각도를 각각 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 28은 예 1-27의 특징을 포함하거나 예 1-27의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 제2 기준점을 검출하는 단계는, 상기 제1 각도 및 제2 각도를 평균화하는 단계를 포함하고, 상기 제1 각도 및 제2 각도의 평균은, 상기 제2 기준 각도 오프셋인 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 29는 예 1-28의 특징을 포함하거나 예 1-28의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 광학 기기와 상기 기기 사이의 기기 오프셋을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 광학 기기와 상기 기기 사이의 기기 오프셋을 판단하는 단계는, 상기 기기로 상기 샘플 상의 제1 오프셋 마킹 위치에서 상기 샘플에 마크(mark)로 마킹하는 단계로서, 상기 기기는 상기 마크와 정렬하는, 상기 단계; 상기 샘플 스테이지 및 상기 마크를, 상기 광학 기기와 정렬하도록 상기 샘플의 상기 제1 오프셋 마킹 위치에서 병진시키는 단계; 및 상기 마크와 상기 기기의 정렬로부터 상기 마크와 상기 광학 기기의 정렬로의 상기 샘플 스테이지의 병진을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 기기 오프셋은, 측정된 상기 병진과 동일한 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 30은 예 1-29의 특징을 포함하거나 예 1-29의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 단계는, 복수의 위치에서 상기 샘플에 마킹하는 단계; 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플의 반복되는 회전에 따라 상기 복수의 위치의 제2 위치 및 제3 위치에서 상기 샘플의 마킹을 반복하는 단계; 및 상기 복수의 위치와 일치하는 둘레를 갖는 원으로부터 상기 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 단계로서, 상기 회전 중심은 상기 원의 중심과 일치하는, 상기 단계를 포함하며, 상기 복수의 위치에서 상기 샘플에 마킹하는 단계는, 상기 기기로 상기 복수의 위치의 제1 위치에서 상기 샘플에 마킹하는 단계; 및 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 특정 각도로 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플은 베이스에 대하여 병진적으로 고정적인 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 31은 예 1-30의 특징을 포함하거나 예 1-30의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 복수의 위치 사이에서 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 병진시키는 단계; 광학 기기로 상기 복수의 위치에서의 각각의 상기 마크를 관찰하는 단계로서, 상기 마크는 압입인, 상기 단계; 및 상기 복수의 위치에서의 상기 마크를 인덱싱하는 단계를 포함하고, 상기 샘플의 회전 중심을 판단하는 단계는, 상기 복수의 위치에서의 인덱싱된 각각의 마크와 일치하는 둘레를 갖는 원을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 회전 중심은, 상기 원의 중심과 일치하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 32는 예 1-31의 특징을 포함하거나 예 1-31의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기와 연결된 기기 프로브를 자동으로 검사하는 방법을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 방법은, 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계로서, 상기 기기 프로브는 트랜스듀서와 연결되고, 상기 트랜스듀서는, 상기 기기 프로브를 이동시키고 기기 프로브 압입 깊이를 측정하며 상기 트랜스듀서를 통해 상기 기기 프로브에 적용되는 힘을 측정하도록 구성된, 상기 단계; 및 상기 기기 프로브 사용 임계치가 달성되면 프로브 체크 작동을 행하는 단계를 포함하고, 상기 프로브 체크 작동은, 상기 기기 프로브를 진단 샘플과 정렬시키는 과정; 상기 기기 프로브를 상기 진단 샘플로 압입하는 과정; 상기 트랜스듀서로 압입 깊이, 압입력 또는 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상을 측정하는 과정; 및 측정된 압입 깊이, 측정된 압입력 또는 샘플 기계적 파라미터가 압입 임계치 범위, 압입력 임계치 범위 또는 상기 진단 샘플의 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 각각 벗어나면, 상기 기기 프로브가 교정 또는 교체를 필요로 하는지를 판단하는 과정을 포함한다.
예 33은 예 1-32의 특징을 포함하거나 예 1-32의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 트랜스듀서 작동의 수를 카운트하는 단계; 및 상기 트랜스듀서 작동의 수가 트랜스듀서 작동 카운트 임계치보다 큰지를 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 34는 예 1-33의 특징을 포함하거나 예 1-33의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 상기 기기 프로브로 테스트되는 재료 및 상기 트랜스듀서를 통해 상기 프로브에 적용되는 힘 중 하나 이상에 따라 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 조정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 35는 예 1-34의 특징을 포함하거나 예 1-34의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 트랜스듀서 작동 카운트 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 특정 정확도 범위에 따라 상기 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 조정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 36은 예 1-35의 특징을 포함하거나 예 1-35의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브 사용 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 기기 프로브 압입 깊이, 상기 트랜스듀서를 통해 상기 기기 프로브에 적용되는 힘 또는 상기 샘플의 상기 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상을 측정하는 단계; 및 상기 기기 프로브 압입 깊이, 상기 트랜스듀서를 통해 상기 기기 프로브에 적용되는 힘 또는 상기 샘플의 상기 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 특정 압입 깊이 임계치 범위, 특정 힘 임계치 범위 또는 상기 샘플의 특정 샘플 기계적 파라미터 범위 중 하나 이상을 벗어나면, 상기 기기 프로브 사용 임계치가 충족된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 37은 예 1-36의 특징을 포함하거나 예 1-36의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 진단 샘플과 정렬시키는 단계는, 상기 진단 샘플을 상기 기기 프로브 아래로 이동시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 38은 예 1-37의 특징을 포함하거나 예 1-37의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 진단 샘플을 상기 기기 프로브 아래로 이동시키는 단계는, 샘플 스테이지 표면을 병진시키는 단계 및 회전시키는 단계 중 하나 이상을 포함하고, 상기 샘플 스테이지 표면은, 하나 이상의 진단 샘플을 보관하는 스테이지 리셉터클 플랜지를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 39는 예 1-38의 특징을 포함하거나 예 1-38의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 진단 샘플을 상기 기기 프로브 아래로 이동시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지 표면을 X-축 및 Y-축을 따라 병진시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 40은 예 1-39의 특징을 포함하거나 예 1-39의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 진단 샘플을 상기 기기 프로브 아래로 이동시키는 단계는, 상기 샘플 스테이지 표면을 Z-축 주위로 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 41은 예 1-40의 특징을 포함하거나 예 1-40의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 진단 샘플을 상기 기기 프로브 아래로 이동시키는 단계는, 상기 기기 프로브가 제1 샘플 위치와 정렬되는 경우 상기 제1 샘플 위치로부터, 상기 기기 프로브가 상기 진단 샘플과 정렬되는 경우 제2 샘플 위치로, 샘플 스테이지 표면을 병진시키는 단계 및 회전시키는 단계의 조합을 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 42는 예 1-41의 특징을 포함하거나 예 1-41의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 측정된 압입 깊이, 상기 측정된 압입력 또는 상기 샘플 기계적 파라미터 중 하나 이상이 각각 상기 압입 임계치 범위, 상기 압입력 임계치 범위 또는 상기 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 벗어나면, 프로브 교정을 행하는 단계를 포함하고, 상기 프로브 교정은, 상기 진단 샘플에 대하여 상기 기기 프로브로 하나 이상의 압입을 수행하는 과정으로서, 상기 하나 이상의 압입은 각각 압입 깊이 또는 압입력 중 하나의 특정 어레이에 따라 행해지고 각각의 압입 깊이 및 압입력은 상이한, 상기 과정; 압입 깊이 또는 압입력의 특정 어레이에 따라 상기 하나 이상의 압입 각각의 압입력 또는 압입 깊이 중 하나를 측정하는 과정; 각각의 측정된 압입력 또는 측정된 압입 깊이를 상기 특정 어레이의 대응하는 압입 깊이 또는 압입력과 관련시키는 과정; 상기 특정 어레이의 압입 깊이 또는 압입력과 관련된 압입력 또는 압입 깊이 사이의 관계에 따라 상기 기기 프로브에 대한 프로브 영역 함수를 산출하는 과정; 및 상기 프로브 영역 함수에 따라 샘플에 대한 모듈러스 및 경도 값 중 하나 이상을 생성하기 위한 함수를 교정하는 과정을 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 43은 예 1-42의 특징을 포함하거나 예 1-42의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 영역 함수의 산출 이후 상기 프로브 체크 작동을 행하는 단계; 및 상기 측정된 압입 깊이, 상기 측정된 압입력 또는 상기 샘플 기계적 파라미터가 각각 상기 압입 임계치 범위, 상기 압입력 임계치 범위 또는 상기 진단 샘플의 상기 샘플 기계적 파라미터 임계치 범위를 벗어나면, 상기 기기 프로브가 교체를 필요로 하는지를 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 44는 예 1-43의 특징을 포함하거나 예 1-43의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서 응답을 자동으로 검사하는 방법을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 방법은, 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계로서, 트랜스듀서는 기기 프로브와 연결되고, 상기 트랜스듀서는 상기 기기 프로브를 이동시키고 상기 기기 프로브 이동을 측정하며 상기 트랜스듀서를 통해 상기 기기 프로브에 적용되는 힘을 측정하도록 구성되는, 상기 단계; 및 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되면, 상기 트랜스듀서로 공간 압입 작동을 행하는 단계를 포함하고, 상기 공간 압입 작동은, 공간 압입 동안에 상기 기기 프로브가 표면과 결합하지 않을 위치로 상기 기기 프로브를 이동시키는 과정; 상기 트랜스듀서에 특정 전압을 적용하는 과정; 상기 특정 전압의 적용으로 인한 상기 기기 프로브의 이동을 측정하는 과정; 및 상기 기기 프로브의 이동이 상기 특정 전압에 대한 특정 이동 임계치를 벗어나면, 상기 트랜스듀서가 교정 또는 서비스 중 하나 이상을 필요로 하는지를 판단하는 과정을 포함한다.
예 45는 예 1-44의 특징을 포함하거나 예 1-44의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 트랜스듀서 작동의 수를 카운트하는 단계; 및 상기 트랜스듀서 작동의 수가 트랜스듀서 작동 카운트 임계치보다 큰지를 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 46은 예 1-45의 특징을 포함하거나 예 1-45의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 상기 기기 프로브로 테스트되는 재료 및 상기 트랜스듀서를 통해 상기 프로브에 적용되는 힘 중 하나 이상에 따라 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 조정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 47은 예 1-46의 특징을 포함하거나 예 1-46의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 특정 정확도 범위에 따라 상기 트랜스듀서 작동 카운트 임계치를 조정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 48은 예 1-47의 특징을 포함하거나 예 1-47의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는지를 판단하는 단계는, 상기 트랜스듀서가 정상 작동 힘 범위를 벗어나는 힘을 측정하면, 상기 트랜스듀서 작동 임계치가 달성되는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 49는 예 1-48의 특징을 포함하거나 예 1-48의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 위해 구성된 기계적 테스트 기기의 프로브를 연결 및 연결 해제하기 위한 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 프로브 변경 어셈블리는, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위해 구성된, 복수의 프로브를 보관하는 프로브 매거진; 상기 프로브 매거진 내에 보관된 상기 복수의 프로브 중 하나를 파지하고, 상기 복수의 프로브 중 하나를 기계적 테스트 기기의 프로브 리셉터클과 연결하며, 상기 복수의 프로브 중 하나를 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하도록 구성된, 적어도 하나의 프로브 변경 유닛; 및 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛과 연결된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는, 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 이동시키고 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 상기 프로브 매거진 및 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키도록 구성되는, 프로브 변경 어셈블리를 포함한다.
예 50은 예 1-49의 특징을 포함하거나 예 1-49의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 트랜스듀서; 및 상기 트랜스듀서와 연결되고, 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나와 연결하도록 구성된 프로브 리셉터클을 포함하는 기계적 테스트 기기를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 51은 예 1-50의 특징을 포함하거나 예 1-50의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 액추에이터는, 다중 자유도 스테이지를 포함하고, 상기 다중 자유도 스테이지는, X-축을 따라 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 선형으로 이동시키도록 구성된 X-스테이지; 및 Y-축을 따라 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 선형으로 이동시키도록 구성된 Y-스테이지를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 52는 예 1-51의 특징을 포함하거나 예 1-51의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 액추에이터는, 상기 X-스테이지 및 상기 Y-스테이지 중 적어도 하나와 연결된 세타 스테이지를 포함하고, 상기 세타 스테이지는, Z-축 주위로 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 회전시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 53은 예 1-52의 특징을 포함하거나 예 1-52의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 액추에이터는, 다중 자유도 스테이지를 포함하고, 상기 다중 자유도 스테이지는, 샘플 스테이지 표면; 상기 샘플 스테이지 표면과 연결된 스테이지 리셉터클 플랜지; 및 하나 이상의 스테이지 리셉터클을 포함하고, 상기 하나 이상의 스테이지 리셉터클 각각은, 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 보관하기 위한 크기와 형상을 갖는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 54는 예 1-53의 특징을 포함하거나 예 1-53의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템은, 상기 액추에이터와 연결된 적어도 하나의 진단 샘플을 포함하고, 상기 액추에이터는, 상기 적어도 하나의 진단 샘플을 이동시키고 상기 적어도 하나의 진단 샘플을 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 55는 예 1-54의 특징을 포함하거나 예 1-54의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛은, 미러 암; 및 상기 미러 암과 연결된 미러를 포함하고, 상기 미러는, 상기 프로브가 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛에 의해 파지되는 경우, 상기 복수의 프로브 중 하나에 대한 식별 정보 및 교정 정보 중 하나 이상을 향하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 56은 예 1-55의 특징을 포함하거나 예 1-55의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템은, 베이스와 연결된 광학 기기를 포함하고, 상기 액추에이터는, 상기 미러를 이동시키고 상기 미러를 상기 광학 기기와 정렬시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 57은 예 1-56의 특징을 포함하거나 예 1-56의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 베이스는, 상기 액추에이터 위로 연장하는 캔틸레버식 기기 컬럼을 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 58은 예 1-57의 특징을 포함하거나 예 1-57의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛은, 연결 해제된, 상기 복수의 프로브 중 하나를 상기 프로브 매거진과 연결하도록 구성되는(즉, 연결 해제된, 상기 복수의 프로브 중 하나를 상기 프로브 매거진에 재배치함) 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 59는 예 1-58의 특징을 포함하거나 예 1-58의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트에 사용된 기기 프로브를 변경하기 위한 프로브 변경 유닛을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 프로브 변경 유닛은, 모터; 상기 모터와 연결된 구동 샤프트; 상기 구동 샤프트와 연결된 스핀들; 상기 스핀들과 연결된 회전 클러치 어셈블리; 및 상기 스핀들과 연결된 프로브 변경 도구를 포함하고, 상기 회전 클러치는, 프로브 연결 해제 회전 방향에서 상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 로킹 회전 결합과, 프로브 설치 회전 방향에서 상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 선택적 슬리핑 결합을 제공하도록 구성되며, 상기 프로브 변경 도구는, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위하여 구성된 기기 프로브와 회전 가능하지 않게 연결하기 위한 크기와 형상을 갖는다.
예 60은 예 1-59의 특징을 포함하거나 예 1-59의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 변경 유닛은, 상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 삽입된 구동 캡을 포함하고, 상기 구동 캡은, 상기 프로브 변경 도구와 결합되고 상기 스핀들과 회전 가능하게 연결되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 61은 예 1-60의 특징을 포함하거나 예 1-60의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 회전 클러치는, 상기 스핀들과 힌지식으로 연결되는 폴 헤드 및 폴 테일을 포함하는 적어도 하나의 폴; 및 상기 스핀들로부터 멀어지도록 상기 폴 테일을 편향시키도록 구성된 편향 요소를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 62는 예 1-61의 특징을 포함하거나 예 1-61의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 구동 캡은, 상기 스핀들이 상기 프로브 연결 해제 회전 방향에서 회전하는 경우 상기 폴 테일을 수용하기 위한 크기와 형상을 갖는 적어도 하나의 폴 수용부; 및 상기 구동 캡을 따라 연장하는 슬리핑 결합 표면을 포함하고, 상기 프로브 설치 회전 방향에서, 슬리핑 결합 표면 및 상기 적어도 하나의 폴이 협력하여 토크 임계치에서 또는 토크 임계치 이하에서 상기 구동 캡 및 상기 프로브 변경 도구를 상기 스핀들과 고정적으로 고정하고 상기 토크 임계치 이상에서 상기 구동 캡 및 상기 프로브 변경 도구를 상기 스핀들에 대하여 회전 가능하게 연결하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 63은 예 1-62의 특징을 포함하거나 예 1-62의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 편향 요소는, 상기 스핀들의 편향 요소 하우징 내에 수용된 탄성 밴드인 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 64는 예 1-63의 특징을 포함하거나 예 1-63의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 적어도 하나의 폴은, 제1 폴, 제2 폴 및 상기 제1 폴과 상기 제2 폴 사이에서 연장하는 폴 보스를 포함하고, 상기 폴 보스는, 상기 편향 요소와 결합하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 65는 예 1-64의 특징을 포함하거나 예 1-64의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 구동 캡과, 상기 스핀들과 연결된 회전 베어링 사이에 슬리핑 인터페이스를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 66은 예 1-65의 특징을 포함하거나 예 1-65의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 슬리핑 인터페이스는, 웨이브 와셔를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 67은 예 1-66의 특징을 포함하거나 예 1-66의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 미러 암; 및 기기 프로브가 상기 프로브 변경 도구와 연결되는 경우 상기 기기 프로브에 대한 식별 정보 및 교정 정보 중 하나 이상을 향하는 미러를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 68은 예 1-67의 특징을 포함하거나 예 1-67의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 변경 도구는, 액세스 포트를 포함하고, 상기 기기 프로브가 상기 프로브 변경 도구와 연결되는 경우 상기 식별 정보 및 교정 정보 중 하나 이상이 상기 액세스 포트를 통하여 보이는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 69는 예 1-68의 특징을 포함하거나 예 1-68의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 프로브 변경 유닛은, 베이스와 연결된 광학 기기를 포함하고, 액추에이터는, 상기 미러를 이동시키고 상기 미러를 상기 광학 기기와 정렬시키도록 구성되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 70은 예 1-69의 특징을 포함하거나 예 1-69의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기로 기기 프로브를 초기화하는 방법을 선택적으로 포함할 수 있고, 상기 방법은, 프로브 변경 유닛과 연결된 기기 프로브를 상기 기계적 테스트 기기의 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계; 상기 기기 프로브 또는 상기 프로브 리셉터클 중 하나 이상을, 상기 프로브 리셉터클 또는 상기 기기 프로브 중 다른 하나와 결합하도록 이동시키는 단계; 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계; 및 상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛으로부터 해제하는 단계를 포함한다.
예 71은 예 1-70의 특징을 포함하거나 예 1-70의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계는, 상기 프로브 변경 유닛의 X-축 병진 및 Y-축 병진 중 하나 이상을 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 72는 예 1-71의 특징을 포함하거나 예 1-71의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계는, Z-축 주위로 상기 프로브 변경 유닛을 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 73은 예 1-72의 특징을 포함하거나 예 1-72의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계는, 상기 X-축 및 Y-축에서 병진시키고 Z-축 주위로 회전시키도록 구성된 다중 자유도 스테이지를 구동시키는 단계를 포함하고, 상기 다중 자유도 스테이지는, 샘플 스테이지 표면; 상기 샘플 스테이지 표면과 연결된 스테이지 리셉터클 플랜지; 및 상기 스테이지 리셉터클 플랜지 내의 하나 이상의 스테이지 리셉터클을 포함하고, 상기 하나 이상의 스테이지 리셉터클은, 상기 프로브 변경 유닛을 보관하기 위한 크기와 형상을 갖는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 74는 예 1-73의 특징을 포함하거나 예 1-73의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브 또는 상기 프로브 리셉터클 중 하나 이상을, 상기 프로브 리셉터클 또는 상기 기기 프로브 중 다른 하나와 결합하도록 이동시키는 단계는, 상기 기계적 테스트 기기와 연결된 기기 스테이지로 상기 프로브 리셉터클을 Z-축을 따라 병진시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 75는 예 1-74의 특징을 포함하거나 예 1-74의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계는, 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 76은 예 1-75의 특징을 포함하거나 예 1-75의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 회전시키는 단계는, 프로브 설치 회전 방향으로 프로브 변경 도구를 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 프로브 변경 도구는, 상기 프로브 변경 도구와 스핀들 사이에 선택적 슬리핑 결합을 제공하는 회전 클러치를 갖는 상기 스핀들과 연결되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 77은 예 1-76의 특징을 포함하거나 예 1-76의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계는, 프로브 연결 해제 회전 방향으로 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 초기에 회전시키는 단계; 상기 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서에 가해지는 힘을 측정하는 단계; 측정된 상기 트랜스듀서에 가해지는 힘이 스레드 인터페이스 힘 임계치 아래로 감소하는 경우 상기 프로브 연결 해제 회전 방향에서의 상기 프로브의 회전을 저지하는 단계; 및 상기 프로브 연결 해제 회전 방향에서의 상기 프로브의 회전을 저지한 후에 프로브 설치 회전 방향으로 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 78은 예 1-77의 특징을 포함하거나 예 1-77의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계는, 상기 프로브 변경 유닛의 스텝 모터의 스텝을 카운트하는 단계; 및 스텝 카운트 임계치가 달성되면 상기 스텝 모터의 작동을 저지하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 79는 예 1-78의 특징을 포함하거나 예 1-78의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 기기 프로브와 상기 프로브 리셉터클의 연결을 체크하는 단계를 포함하고, 상기 기기 프로브와 상기 프로브 리셉터클의 연결을 체크하는 단계는, 상기 기기 프로브의 연결 후에 상기 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서 상의 힘을 측정하는 단계; 및 상기 트랜스듀서가 기기 프로브 무게에 대응하는 힘을 측정하면 상기 기기 프로브가 상기 프로브 리셉터클과 연결된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 80은 예 1-79의 특징을 포함하거나 예 1-79의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛 내에 장착하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 81은 예 1-80의 특징을 포함하거나 예 1-80의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛 내에 장착하는 단계는, 상기 프로브 변경 유닛을 프로브 매거진 내의 상기 기기 프로브와 정렬시키는 단계; 상기 기기 프로브 또는 상기 프로브 변경 유닛 중 하나 이상을, 상기 프로브 변경 유닛 또는 상기 기기 프로브 중 다른 하나와 결합하도록 이동시키는 단계; 및 상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 연결하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 82는 예 1-81의 특징을 포함하거나 예 1-81의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하기 전에 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 83은 예 1-82의 특징을 포함하거나 예 1-82의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계는, 상기 프로브 변경 유닛을 상기 앞서 설치된 프로브와 정렬시키는 단계; 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 연결하는 단계; 및 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 84는 예 1-83의 특징을 포함하거나 예 1-83의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 앞서 설치된 프로브를 프로브 매거진 내에 로딩(load)하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 85는 예 1-84의 특징을 포함하거나 예 1-84의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계는, 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 함께 회전시키는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 86은 예 1-85의 특징을 포함하거나 예 1-85의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 함께 회전시키는 단계는, 프로브 연결 해제 회전 방향으로 프로브 변경 도구를 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 프로브 변경 도구는, 상기 프로브 변경 도구와 스핀들 사이에 로킹 회전 결합을 제공하는 회전 클러치를 갖는 상기 스핀들과 연결되는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 87은 예 1-86의 특징을 포함하거나 예 1-86의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브로부터 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 88은 예 1-87의 특징을 포함하거나 예 1-87의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기 프로브로부터 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계는, 미러를 광학 기기와 정렬시키는 단계로서, 상기 미러는, 상기 기기 프로브에 대한 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 향하는, 상기 단계; 및 상기 광학 기기를 향한 상기 미러의 반사에 의하여 상기 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 89는 예 1-88의 특징을 포함하거나 예 1-88의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 독출된 상기 교정 데이터에 따라 상기 기계적 테스트 기기 또는 제어기 또는 상기 기계적 데이터를 위한 측정 함수 중 하나 이상을 교정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 90은 예 1-89의 특징을 포함하거나 예 1-89의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 테스트 시스템을 초기화하는 방법을 선택적으로 포함할 수 있고, 샘플 스테이지와 연결된 샘플을 기기와 정렬하도록 배치하는 단계로서, 상기 샘플 스테이지는, 베이스에 대하여 병진 이동 및 회전 이동하도록 구성된, 상기 단계; 상기 기기로 적어도 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서 상기 샘플에 마크로 변형 가능하게 마킹하는 단계; 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서의 상기 샘플의 각각의 마크 사이의 특정 각도로 상기 샘플을 회전시키는 단계로서, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플은, 상기 베이스에 대하여 병진적으로 고정되는, 상기 단계; 및 적어도 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서의 적어도 마크와 일치하는 둘레를 갖는 원으로부터 상기 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 회전 중심이 상기 원의 중심과 일치한다.
예 91은 예 1-90의 특징을 포함하거나 예 1-90의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플을 적어도 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치 사이에서 병진시키는 단계로서, 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플은, 회전적으로 고정적인, 상기 단계; 광학 기기로 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서 각각의 마크를 관찰하는 단계; 및 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서의 상기 마크를 인덱싱하는 단계를 포함하고, 상기 샘플 스테이지의 회전 중심을 판단하는 단계는, 인덱싱된 상기 마크와 일치하는 둘레를 갖는 원으로부터 회전 중심을 판단하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 92는 예 1-91의 특징을 포함하거나 예 1-91의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 회전 중심에서 상기 샘플 스테이지의 중심 좌표를 정하는 단계를 포함하는 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 93은 예 1-92의 특징을 포함하거나 예 1-92의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 샘플 스테이지와 연결된 샘플을 기기와 정렬하도록 배치하는 단계는, 상기 제1 마킹 위치에 상기 샘플 및 상기 샘플 스테이지를 광학 기기와 정렬하도록 배치하는 단계; 및 상기 샘플 및 상기 샘플 스테이지를 기기 오프셋에 따라 병진시켜서 상기 제1 마킹 위치를 상기 기계적 테스트 위치와 정렬시키는 단계를 포함하고, 상기 샘플 및 상기 샘플 스테이지는, 상기 베이스에 대하여 회전적으로 고정적인 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 94는 예 1-93의 특징을 포함하거나 예 1-93의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 방법은, 광학 기기와 상기 기기 사이의 기기 오프셋을 판단하는 단계를 포함하고, 상기 광학 기기와 상기 기기 사이의 기기 오프셋을 판단하는 단계는, 상기 기기로 상기 샘플 상의 제1 오프셋 마킹 위치에서 상기 샘플에 오프셋 마킹으로 변형 가능하게 마킹하는 단계; 상기 샘플 스테이지 및 상기 제1 오프셋 마킹 위치에서의 상기 마킹을 상기 광학 기기와 정렬하도록 병진시키는 단계; 및 상기 마킹의 상기 기기와의 정렬로부터, 상기 마킹의 상기 광학 기기와의 정렬로의, 상기 샘플 스테이지의 병진을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 기기는, 상기 제1 오프셋 마킹 위치에서 상기 오프셋 마킹과 정렬하고, 상기 기기 오프셋은, 측정된 병진과 동일한 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 95는 예 1-94의 특징을 포함하거나 예 1-94의 특징과 선택적으로 결합됨으로써, 상기 기기로 적어도 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치에서 상기 샘플에 마크로 변형 가능하게 마킹하는 단계는, 상기 제1 마킹 위치, 제2 마킹 위치 및 제3 마킹 위치 중 적어도 하나에서 특정 패턴을 상기 샘플에 마킹하는 단계를 포함하고, 상기 특정 패턴은, 식별 통지자(identification notifier); 및 내부에 상기 마킹을 포함하는 위치 포커스(location focus)를 포함하며, 상기 식별 통지자는, 상기 위치 포커스보다 큰 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
이와 같은 비제한적인 실시예들은 각각 어떤 조합이나 치환에도 조합될 수 있다.
상기한 구체적인 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은 본원 발명이 실시될 특정 실시형태를 예시로서 보여주고 있다. 이 실시형태는 여기에서 "실시예"로도 지칭된다. 이러한 실시예는 도시되거나 설명된 것에 추가하여 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 발명자는 또한 도시되거나 설명된 이들 구성요소만이 제공되는 실시예도 상정하였다. 더욱이, 본 발명의 발명자는 또한 본 명세서에 도시되거나 설명된 특정한 실시예(또는 이들의 하나 이상의 특징)에 대하여 또는 다른 실시예(또는 이들의 하나 이상의 특징)에 대하여, 도시되거나 설명된 이들 구성요소(또는 이들의 하나 이상의 특징)의 어떠한 조합 또는 치환을 이용하는 실시예도 상정하였다.
본 명세서와 이와 같이 참조로 원용된 문헌 간에 일치하지 않는 사용법이 있을 경우에, 본 명세서에서의 사용법이 우선한다.
본 명세서에서, "일" 또는 "하나의"라는 표현은, 특허 문헌에서 흔히 쓰이는 바와 같이, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현의 용법과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하도록 사용된다. 본 명세서에서는, 특별한 지시가 없는 이상 "A 또는 B"가 "A이나 B가 아닌", "B이나 A가 아닌" 및 "A 및 B"를 포함하도록, "또는"이라는 표현은 독점적이지 않은 것을 언급하도록 사용된다. 첨부된 청구범위에서, "포함하다(including)" 및 "~인(in which)"이라는 표현은 "구비하다(comprising)" 및 "~인, ~이고(wherein)"의 공통 등가물로 사용된다. 또한, 이하의 청구범위에서, "포함하다" 및 "구비하다"라는 표현은 개방형(open-eneded)인데, 즉, 청구항에서 이 표현 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 장치, 물품, 또는 프로세스 또한 여전히 그 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구범위에서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 표현은 단순히 표지로서 사용되며, 그러한 대상에 대한 수적 요건을 강제하려는 의도는 아니다.
본 명세서에서 설명된 방법 실시예는 적어도 부분적으로는 기기 또는 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시예는 전자 장치를 상기한 실시예에서 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 구성하도록 동작할 수 있는 명령어로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 기기 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 구현예는, 마이크로코드, 어셈블리 랭귀지 코드, 하이어 레벨 랭귀지 코드(higher-level language code) 등과 같은 코드를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 코드는 실행 동안 또는 다른 시간에서와 같이 하나 이상의 휘발성 또는 비휘발성의 접근이 용이한 컴퓨터 판독 가능 매체에 접근이 용이하게 저장될 수 있다. 이들 접근이 용이한 컴퓨터 판독 가능 매체는 하드 디스크, 이동 가능 자기 디스크, 이동 가능 광디스크(예컨대, CD 및 DVD), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM) 등을 포함할 수 있으며, 이들로만 한정되지는 않는다.
상기 설명은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 예(또는 이러한 실시예의 하나 이상의 태양)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 통상의 기술자가 상술한 설명을 검토함으로써 다른 실시예가 이용될 수 있다. 요약서는 독자가 기술적 개시의 본질을 빠르게 확인할 수 있도록 하기 위하여, 37 C.F.R. §1.72(b)에 따라 제공된다. 요약서는 그것이 청구항의 범위나 의미를 해석하거나 제한하기 위해 사용되는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 부분에서는, 여러 특징이 함께 그룹화되어 개시를 간략화할 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에서도 필수적이지 않음을 의도하는 것으로 해석되어야 한다. 오히려, 발명의 청구 대상은 특정한 공개 실시예의 모든 특징보다 작게 두어도 좋다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 의하여 상세한 설명에 포함되는 것이고, 각각의 청구항은 그 자체가 개별적인 실시예를 나타낸다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께 청구항으로 나타낸 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위해 구성된 기계적 테스트 기기(mechanical testing instrument)의 프로브를 연결 및 연결 해제하기 위한 프로브 변경 어셈블리(probe changing assembly)를 포함하는 테스트 시스템으로서,
    상기 프로브 변경 어셈블리는,
    마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위해 구성된 복수의 프로브를 보관하는 프로브 매거진(probe magazine);
    상기 프로브 매거진 내에 보관된 상기 복수의 프로브 중 하나를 파지하고(grasp), 상기 복수의 프로브 중 하나를 기계적 테스트 기기의 프로브 리셉터클(probe receptacle)과 연결하며, 상기 복수의 프로브 중 하나를 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하도록 구성된, 적어도 하나의 프로브 변경 유닛(probe change unit); 및
    상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛과 연결된 액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는,
    상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 이동시키고 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 상기 프로브 매거진 및 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키도록 구성되는, 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    다중 자유도 스테이지(multiple degree of freedom stage)를 포함하고,
    상기 다중 자유도 스테이지는,
    X-축을 따라 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 선형으로(linearly) 이동시키도록 구성된 X-스테이지; 및
    Y-축을 따라 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 선형으로 이동시키도록 구성된 Y-스테이지를 포함하며,
    상기 다중 자유도 스테이지는,
    상기 X-스테이지 및 상기 Y-스테이지 중 적어도 하나와 연결되고, Z-축 주위로 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 회전시키도록 구성된 세타 스테이지(theta stage)를 선택적으로 포함하는, 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터는,
    다중 자유도 스테이지를 포함하고,
    상기 다중 자유도 스테이지는,
    샘플 스테이지 표면;
    상기 샘플 스테이지 표면과 연결된 스테이지 리셉터클 플랜지; 및
    하나 이상의 스테이지 리셉터클을 포함하고,
    각각의 상기 하나 이상의 스테이지 리셉터클은
    상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛을 보관하기 위한 크기와 형상을 갖는, 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛은,
    미러 암(mirror arm); 및
    상기 미러 암과 연결된 미러를 포함하고,
    상기 미러는,
    상기 프로브가 상기 적어도 하나의 프로브 변경 유닛에 의해 파지되는(grasp) 경우, 상기 복수의 프로브 중 하나에 대한 식별 정보 및 교정(calibration) 정보 중 하나 이상을 향하며,
    상기 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템은,
    베이스와 연결된 광학 기기를 포함하고,
    상기 액추에이터는,
    상기 미러를 이동시키고 상기 미러를 상기 광학 기기와 정렬시키도록 구성되는, 프로브 변경 어셈블리를 포함하는 테스트 시스템.
  5. 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트에 사용되는 기기 프로브를 변경하기 위한 프로브 변경 유닛으로서,
    모터;
    상기 모터와 연결된 구동 샤프트(drive shaft);
    상기 구동 샤프트와 연결된 스핀들(spindle);
    상기 스핀들과 연결된 회전 클러치 어셈블리(rotary clutch assembly); 및
    상기 스핀들과 연결된 프로브 변경 도구(probe changing tool)를 포함하고,
    상기 회전 클러치는,
    프로브 연결 해제 회전 방향(probe decoupling rotational direction)에서 상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 로킹 회전 결합(locking rotary engagement)을 제공하고, 프로브 설치 회전 방향(probe installing rotational direction)에서 상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 선택적 슬리핑 결합(selective slipping engagement)을 제공하도록 구성되며,
    상기 선택적 슬리핑 결합은,
    상기 스핀들의 상기 프로브 변경 도구와의 결합 및 프로브 설치를 위한, 상기 스핀들로부터 상기 프로브 변경 도구로의 회전의 전송(transmission); 및
    프로브 설치 후에 상기 프로브 변경 도구를 따르는 상기 스핀들의 슬라이딩(sliding)을 포함하고,
    상기 프로브 변경 도구는,
    마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서의 기계적 테스트를 위하여 구성된 기기 프로브를 회전 가능하지 않게 연결하기 위한 크기와 형상을 갖는, 프로브 변경 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로브 변경 유닛은,
    상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 삽입되고, 상기 프로브 변경 도구와 결합하며 상기 스핀들과 회전 가능하게 연결되는 구동 캡(drive cap)을 포함하고,
    상기 회전 클러치는,
    상기 스핀들과 힌지식으로(hingedly) 연결되는 폴 헤드(pawl head) 및 폴 테일(pawl tail)을 포함하는 적어도 하나의 폴(pawl); 및
    상기 스핀들로부터 멀어지도록 상기 폴 테일을 편향시키도록 구성된 편향 요소(biasing element)를 포함하며,
    상기 구동 캡은,
    상기 스핀들이 상기 프로브 연결 해제 회전 방향으로 회전하는 경우 상기 폴 테일을 수용하기 위한 크기와 형상을 갖는 적어도 하나의 폴 수용부; 및
    상기 구동 캡을 따라 연장하는 슬리핑 결합 표면을 포함하고,
    상기 프로브 설치 회전 방향에서, 상기 슬리핑 결합 표면 및 상기 적어도 하나의 폴이 협력하여, 토크 임계치(torque threshold)에서 또는 상기 토크 임계치 이하에서 상기 구동 캡 및 상기 프로브 변경 도구를 상기 스핀들과 고정적으로 고정하고 상기 토크 임계치 이상에서 상기 구동 캡 및 상기 프로브 변경 도구를 상기 스핀들에 대하여 회전 가능하게 연결하는, 프로브 변경 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프로브 변경 유닛은,
    상기 구동 캡과, 상기 스핀들과 연결된 회전 베어링(rotational bearing) 사이에 슬리핑 인터페이스(slipping interface)를 포함하고,
    상기 구동 캡은,
    상기 프로브 변경 도구와 상기 스핀들 사이에 삽입되고, 상기 프로브 변경 도구와 결합하며 상기 스핀들과 회전 가능하게 연결되는, 프로브 변경 유닛.
  8. 마이크론 스케일 또는 더 작은 스케일에서 기계적 테스트를 수행하도록 구성된 기계적 테스트 기기로 기기 프로브를 초기화하는 방법으로서,
    프로브 변경 유닛과 연결된 기기 프로브를 상기 기계적 테스트 기기의 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계;
    상기 기기 프로브 또는 상기 프로브 리셉터클 중 하나 이상을, 상기 프로브 리셉터클 또는 상기 기기 프로브 중 다른 하나와 결합하도록 이동시키는 단계;
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계; 및
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛으로부터 해제하는 단계를 포함하고,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계는,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛의 프로브 변경 도구와 함께 프로브 설치 회전 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며,
    상기 프로브 변경 도구는,
    상기 프로브 변경 도구와 스핀들 사이에 슬리핑 결합을 제공하는 회전 클러치를 갖는 상기 스핀들과 연결되고,
    상기 슬리핑 결합은,
    상기 스핀들의 상기 프로브 변경 도구와의 결합 및 프로브 설치를 위한, 상기 스핀들로부터 상기 프로브 변경 도구로의 회전의 전송; 및
    프로브 설치 후에 상기 프로브 변경 도구를 따르는 상기 스핀들의 슬라이딩을 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계는,
    상기 프로브 변경 유닛의 X-축 병진 및 Y-축 병진 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 정렬시키는 단계는,
    Z-축 주위로 상기 프로브 변경 유닛을 회전시키는 단계를 선택적으로 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하는 단계는,
    프로브 연결 해제 회전 방향으로 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 초기(initially) 회전시키는 단계;
    상기 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서에 가해지는 힘을 측정하는 단계;
    측정된 상기 트랜스듀서에 가해지는 힘이 스레드 인터페이스 힘 임계치(thread interface force threshold) 아래로 감소하는 경우 상기 프로브 연결 해제 회전 방향에서의 상기 프로브의 회전을 저지하는 단계; 및
    상기 프로브 연결 해제 회전 방향에서의 상기 프로브의 회전을 저지한 후에 프로브 설치 회전 방향으로 상기 프로브 변경 유닛과 함께 상기 기기 프로브를 회전시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 기기 프로브와 상기 프로브 리셉터클의 연결을 체크하는 단계를 포함하고,
    상기 기기 프로브와 상기 프로브 리셉터클의 연결을 체크하는 단계는,
    상기 기기 프로브의 연결 후에 상기 기계적 테스트 기기의 트랜스듀서에 대한 힘을 측정하는 단계; 및
    상기 트랜스듀서가 기기 프로브 무게에 대응하는 힘을 측정하면 상기 기기 프로브가 상기 프로브 리셉터클과 연결된 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛 내에 장착하는 단계를 포함하고,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛 내에 장착하는 단계는,
    상기 프로브 변경 유닛을 프로브 매거진 내의 상기 기기 프로브와 정렬시키는 단계;
    상기 기기 프로브 또는 상기 프로브 변경 유닛 중 하나 이상을, 상기 프로브 변경 유닛 또는 상기 기기 프로브 중 다른 하나와 결합하도록 이동시키는 단계; 및
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 기기 프로브를 상기 프로브 리셉터클과 연결하기 전에, 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계를 포함하고,
    상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계는,
    상기 프로브 변경 유닛을 상기 앞서 설치된 프로브와 정렬시키는 단계;
    상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 변경 유닛과 연결하는 단계; 및
    상기 앞서 설치된 프로브를 상기 기계적 테스트 기기의 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계를 포함하며,
    상기 앞서 설치된 프로브를 상기 프로브 리셉터클로부터 연결 해제하는 단계는,
    상기 앞서 설치된 프로브를 프로브 매거진 내에 로딩(load)하는 단계를 선택적으로 포함하는, 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기기 프로브로부터 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기기 프로브로부터 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계는,
    미러를 광학 기기와 정렬시키는 단계로서, 상기 미러는 상기 기기 프로브에 대한 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 향하는, 상기 단계; 및
    상기 광학 기기를 향한 상기 미러의 반사에 의하여 상기 식별 데이터 또는 교정 데이터 중 하나 이상을 독출하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은,
    독출된 상기 교정 데이터에 따라 상기 기계적 테스트 기기 또는 제어기 또는 상기 기계적 데이터를 위한 측정 함수(measurement functions) 중 하나 이상을 교정하는 단계를 포함하는, 방법.
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