KR20210019543A - 센서 프로브 조립체 - Google Patents

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KR20210019543A
KR20210019543A KR1020217001180A KR20217001180A KR20210019543A KR 20210019543 A KR20210019543 A KR 20210019543A KR 1020217001180 A KR1020217001180 A KR 1020217001180A KR 20217001180 A KR20217001180 A KR 20217001180A KR 20210019543 A KR20210019543 A KR 20210019543A
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sensor assembly
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스콧 조던
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피직 인스트루멘테 (페이) 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

센서 프로브 조립체는 프로브, 그리고 프로브에 결합한 센서 조립체를 포함한다. 센서 조립체는 프로브가 근접하는 표면 또는 접촉하는 표면의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 측정한다. 센서 조립체는 프로브의 중심축 주위에 대칭적으로 배치된다.

Description

센서 프로브 조립체
관련 기술에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 6월 20일 자로 출원된 미국 가출원 제62/687,376호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 프로브 조립체, 특히 프로브와 센서 조립체 모두를 갖는 거리 센서 프로브 조립체 또는 근접도 센서 프로브 조립체에 관한 것으로, 프로브는 기판으로 전자기 또는 재료량(electromagnetic or material quantities)을 방출하거나 기판으로부터 전자기 또는 재료량을 수용하고, 센서는 거리 또는 간격의 제어를 허용하거나 측정한다.
마이크로-제조 공정은 마이크로미터 스케일 및 그보다 작은 다양한 구성요소, 장치, 및 시스템의 소형화를 가능하게 한다. 이러한 공정은 예를 들어 집적 회로(IC), 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS) 및 다른 미세구조물을 제조하는 데 사용된다. 최근의 진전은, 공정에 동일한 칩상에 IC, MEMS 등이 함께 집적된 통합된 광학 컴포넌트, 장치 및 시스템의 제조가 포함되어 다양한 유용한 기능을 제공할 수 있다는 것이다.
이러한 장치의 제조는 일반적으로 웨이퍼 수준 제조 공정을 포함한다. 종종 많은 개별 장치가 하나의 기판상에서 함께 제조된 뒤, 가공의 종료를 향해서 분리된 장치(다이)로 개체화된다. 그런 다음 개별 장치/칩들이 시험되고 패키징된다.
집적 전자 회로(IC)의 제조에 있어, IC 시험의 일부는 다이의 분리 전에 웨이퍼 수준에서 수행할 수 있다. 이 웨이퍼 수준 광학 시험은 장치 및 광학 구성요소 결함의 조기 식별에 사용할 수 있다. 그러나 이러한 결함은 마이크로 내지 나노스코픽 스케일일 수 있기 때문에, 시험 장비(예를 들어, 웨이퍼 프로버)의 정확도는 필수적이다. 여기에는 웨이퍼의 표면에 대한 프로브의 위치가 포함되는데, 이는 프로브의 각도 배향을 조정하거나 최적화할 때의 기하학적 오프셋으로 인해 프로브 판독값이 부정확할 수도 있기 때문이다.
웨이퍼의 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서에, 이러한 프로브가 추가로 결합될 때, 이들 오프셋은 시험 결과에 더 부정적인 영향을 줄 수 있다. 특히, 프로브로부터 일정 거리 떨어져 시험 고정구에 통합된 근접도 센서 또는 거리 센서로 웨이퍼와 프로브 사이의 거리를 제어 또는 측정할 때, 임의의 각도 조정은, 센서에 비하여 프로브에 있어 상이한 거리 변화를 초래할 것이다. 센서에서 일정한 간격을 유지하려고 시도하면 프로브와 웨이퍼 사이의 충돌을 초래할 수 있다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예는, 무엇보다도, 각도 조정이 요구될 때 또는 표면이 파형 또는 웨지형이고 다양한 간격을 제공할 때, 기하학적 오프셋으로 인한 표면 측정의 부정확성을 최소화할 수 있는 센서 프로브 조립체를 제공한다. 하나의 예시적 실시예는 프로브 및 센서 조립체를 포함하는 센서 프로브 조립체를 제공한다. 센서 조립체는 프로브가 근접 또는 접촉하는 표면의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 측정하도록 구성된다. 센서 조립체는 프로브의 중심축 주위에 대칭적으로 배치된다.
개별 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 기능적으로 유사한 요소를 동일한 도면 부호로 나타낸 첨부 도면은, 아래의 상세한 설명과 함께 명세서에 통합되어 그 일부를 형성하고, 청구된 발명을 포함한 개념의 실시예를 추가적으로 예시하며, 이들 실시예의 다양한 원리와 장점을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 센서 프로브 조립체를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 센서 프로브 조립체의 다양한 위치를 도시한다.
도 3은 종래의 센서 프로브 조립체의 다양한 위치를 도시한다.
통상의 기술자는 도면의 요소가 단순명료함을 위해 도시되었으며, 반드시 실제 비율에 따라 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면의 몇몇 요소의 치수는 본 발명 실시예의 이해를 향상시키는 데에 도움이 되도록 다른 구성요소에 비해 과장되었을 수 있다.
장치 및 방법의 구성요소는 도면에서 통상의 기호로 적절하게 표현되었는데, 본 발명의 구성요소를 이해하는 것과 관련된 특정 세부 사항만을 도시하여, 본 명세서 설명의 이점을 갖는 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있는 세부 사항들로 인해 개시 내용이 불명료해지지 않도록 하였다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명은 그 적용에 있어 다음의 설명에 제시되거나 다음의 도면에 도시된 구성요소의 배열 및 구성의 세부 사항으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고, 다양한 방식으로 실행되거나 실시될 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 본 명세서에 제시된 예시적 시스템의 전부 또는 일부가 그 구성요소부 각각의 단일예와 함께 도시되어 있다. 일부 예는, 시스템의 모든 구성요소를 설명하거나 도시하지 않을 수 있다. 다른 예시적 실시예는 도시된 구성요소 각각을 더 많이 또는 더 적게 포함할 수도, 일부 구성요소를 결합할 수도, 또는 추가적 구성요소나 대안적 구성요소를 포함할 수도 있다.
도 1은 측정대상 물체(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)의 표면(100)과 센서 프로브 조립체(102)를 도시한다. 센서 프로브 조립체(102)는 프로브(104)와, 프로브(104)에 결합되는 센서 조립체(107)를 포함한다. 프로브(104)는 표면(100)과 상호 작용하도록 구성된 팁(105)을 포함한다. 프로브(104)는, 구성요소(106)와 같은 표면(100) 구성요소와 광학적으로 상호 작용하도록 구성된 광학 프로브/섬유 또는 섬유 배열일 수 있다. 예를 들어, 프로브(104)는 표면(100) 및/또는 구성요소(106)에 국소 레이저 광을 제공 및/또는 수신할 수 있다. 구성요소(106)는 예를 들어, 집적 회로 또는 다양한 다른 구성요소일 수 있다. 일부 실시예에서 프로브(104)는, 표면(100)의 하나 이상의 구성요소와 전기적으로 상호 작용하도록(광학적으로 상호 작용하는 것과 반대로) 구성될 수 있다. 프로브(104)는 원자력 프로브, 또는 그 밖의 표면이나 전자기나 다른 재료 특성의 프로브일 수 있다. 설명되는 바와 같은 "프로브"라는 용어는, 표면 부근에 또는 표면과 접촉하여 위치할 수 있고 표면과 상호 작용하는데 사용될 수 있는 임의의 장치를 지칭한다. 예를 들어, 프로브(104)는 표면에 대해 전자기파를 방출 및/또는 수용하거나 표면에 대해 물리적 재료(예를 들어, 액적, 재료의 연속 유동, 스퍼터링된 원자 등)를 방출 또는 수용하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로브(104)는 표면상에 재료를 분배하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 이 경우, 프로브(104)로부터 파형/비틀린/웨지형 표면이 설정된 거리를 유지해야 할 수 있고, 프로브(104)의 각운동이 요구될 수 있다. 특히, 프로브(104)는 적층 제조(3D 프린팅) 공정 또는 직접-기입 나노리소그래피 공정에서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로브(104)는 서로 근접하여 구성된 복수의 프로브들로 이루어진 배열(예를 들어, 섬유 배열)일 수 있다. 일부 실시예에서, 프로브(104)는 센서 조립체(107)와 별개인 센서의 일부일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로브 조립체(102)는, 예를 들어 전자 프로세서(도시되지 않음)와 같은 추가 구성요소를 포함하고 및/또는 추가의 구성요소에 통신 가능하게 결합된다. 일부 실시예에서, 프로브(104)는 조립체(102)의 교체 및/또는 치환 가능한 고정구 내에 유지되어, 프로브(104)의 용이한 교체 및 치환이 가능하다.
계속해서 도 1을 참조하면, 센서 조립체(107)는 표면(100)이나 표면(100) 구성요소[예를 들어, 구성요소(106)]의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 측정하고 및/또는 표면(100)까지의 거리를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(예를 들어, 전극)를 포함한다. 일부 실시예에서, 센서 조립체(107)는 표면(100)과 접촉하지 않고, 센서 조립체(107)의 면(108)(예를 들어, 하부면)을 통해 표면(100)까지의 거리 또는 표면(100)의 특성(들)을 측정하도록 구성된다. 센서 조립체(107)는, 표면(100)이나 표면(100) 구성요소의 물리적 특성 또는 전기적 특성 또는 거리에 대응하는 전자신호를 생성하며, 이를 조립체(102)의 전자 프로세서 및 관련 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소(도시되지 않음)에 전송하도록 추가적으로 구성될 수 있다. 물리적 특성 또는 전기적 특성은, 예를 들어 두께, 전도도, 자성, 유전율 또는 다른 재료 혹은 박막 특성이거나, 광학 특성 등일 수 있다. 센서 조립체(107)는 예를 들어, 단일 플레이트 정전용량형 변위 센서(single plate capacitive displacement sensor)일 수 있으며 표면(108)은 그 전극 판일 수 있다. 용도에 따라 다양한 유형의 센서를 구현할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서 조립체(107)는 와전류를 감지하도록 구성될 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 센서 조립체(107)는 프로브(104) 주위에 대칭적으로 배치되어 센서 조립체(107)와 프로브(104)가 동일한 중심축(109)(도 2)을 공유하도록 한다. 센서 조립체(107)는 프로브(104)를 완전히 둘러싸거나 프로브(104)를 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 조립체(107)의 센서는 프로브(104) 주위로 분할될 수 있다[즉, 센서 조립체(107)의 센서 각각은 프로브(104) 주위에 위치할 수 있다]. 일부 실시예에서, 센서 조립체(107)의 센서 각각은, 다른 종류의 센서이거나 다른 유형의 센서들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 조립체(107)는 단일 각도 축에 대해 대칭이다. 예를 들어, 조립체(102)가 축을 중심으로 단일 방향으로만 기울어질 것으로 예상될 때[예를 들어, 표면(100)에 대해 실질적으로 동일한 위치에 팁(105)을 유지하면서, 도 1에 도시된 바와 같이 X 방향을 따라 좌우로 조립체(102)를 기울일 때], 센서 조립체(107)는 2개의 등거리에 있는 센서를, 조립체의 각 측면에 포함할 수 있다(즉, 도 1에 도시된 바와 같이 X 방향을 따라 측정하면, 좌측 1개의 센서 및 우측 1개의 센서). 이러한 실시예들에서, 2개의 등거리 센서들 사이의 기하학적 오프셋은 감지된 데이터를 정규화하는 데 이용할 수 있다. 예를 들어, 센서들을 상이하게 분석하거나, 센서들을 상이한 주파수에서 작동한 후에 비교할 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 조립체(107)는 프로브(104) 주위를 완전히 둘러 대칭적으로 배치된다. 비록 센서 조립체(107)는 원통형으로 도시되어 있지만, 추가적 실시예에서, 다른 형상 및 구성의 센서가 구현될 수 있는데, 예를 들어 팔각형 프리즘 또는 육각형 프리즘으로 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
계속해서 도 1 및 2를 참조하면, 프로브(104) 및 센서 조립체(107)는 실시간으로 함께 작동한다. 프로브(104)는 센서 조립체(107)의(또는 그에 관하여) 중심 영역 내에 위치하는데, 이는 센서 조립체(107)[그리고, 일부 실시예에서는 프로브(104)]의 판독에 영향을 미치는 임의의 기하학적 오차를 줄이기 위한 것이다. 도시된 실시예에서, 센서 조립체(107)는 원통 형상이고, 중심 종축(109)을 포함한다. 프로브(104)는 중심축(109)을 따라 연장되고, 그리고 일부 실시예에서는 실질적으로 또는 전체적으로 센서 조립체(107)를 통해 연장된다.
일부 실시예에서, 조립체(102)는 표면(100)과 완전히 수직으로 관계되거나 상호 작용하지 않을 수 있다. 예를 들어 조립체(102)는 표면(100) 안팎의 기형(돌출, 틈새, 파형, 웨지 등)들 또는 단순히 조립체(102)가 적용되는 각도로 인해 일정 각도로 또는 기울어져 적용될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 동일한 중심축(109)(도2)을 공유하는 프로브(104) 및 센서 조립체(107)의 특정 배열로 인해서, 프로브(104) 및 센서 조립체(107)의 각각이 그 자체로 별개의 중심축을 갖는 조립체에 비해, 프로브(104)와 센서 조립체(107)에 의해 관찰되는 기하학적 오프셋이 최소화된다.
도 2는 일련의 위치(200A, 200B 및 200C)에 있는 조립체(102)를 도시한다. 프로브(104)와 센서 조립체(107)의 중심축이 거의 동일하기 때문에, 조립체(102)가 제1 각도(A)(위치 200B) 또는 제2 각도(B)(위치 200C)로 기울어지는 동안 프로브(104)의 팁(105)이 표면(100)에 적용될 때, 프로브(104) 및 센서 조립체(107) 양자가 경험하는 임의의 기하학적 오프셋은 대략 동일할 것이다.
추가적으로, 센서 조립체(107)[구체적으로, 센서 조립체(107)의 면(108)]는, 프로브(104)의 팁(105)이 표면(100)에 적용될 때, 일반적으로 표면(100)으로부터 평균 거리(D)만큼 떨어져 유지된다. 조립체가 기울어져 적용될 때에도[예를 들어, 위치(200B 및 200C)에 도시된 것과 같이], 표면(100)으로부터 프로브(104) 및 표면(108)의 교차부까지 직각으로 연장되는 것으로서 정의된 거리(D)는, 평균적으로 거의 동일하게 유지된다.
일부 실시예들에서, 중심축(109)은 조립체(102)의 중심이 아니라는 것을 이해해야 한다. 다시 말해서, 프로브(104) 및 센서 조립체(107) 모두가 위치하는 축(109)은, 예를 들어 조립체(102)를 둘러싸는 하우징(도시되지 않음)과 같은 조립체(102)의 다른 구성요소와 동일 중심축이 아닐 수 있다.
도 2와 대조적으로, 도 3은 일련의 위치(300A, 300B, 300C)에 있는 종래의 조립체(302)를 도시한다. 조립체(302)는 프로브(304) 및 센서 조립체(307)를 포함한다. 프로브(304)는 표면(301)과 결부되도록 구성된 팁(305)을 포함하는 반면, 센서 조립체(307)는 면(308)을 포함한다. 프로브(104) 및 센서 조립체(107)와 달리, 프로브(304) 및 센서 조립체(307)는 센서 조립체(307)의 중심축(310)이 프로브(304)의 중심축(311)으로부터 분리되도록 서로 거리를 두고 배치[도시된 실시예에서, 아암(309)을 통해서]된다. 프로브(304) 및 센서 조립체(307)는 각각 개별 중심축들(310, 311)상에 위치하기 때문에, 프로브(304)의 팁(305)이 표면(301)에 적용되는 동안 조립체(302)가 제1 각도(C)[위치(300B)] 또는 제2 각도(D)[위치(300C)]로 기울어질 때, 표면(301)에 관하여 센서 조립체(307)에 의해 경험되는 기하학적 오프셋은 프로브(304)에 의해 경험되는 것보다 상당히 크다.
추가적으로, 조립체(102)에서와 달리, 조립체(302)가 기울어져 적용될 때[예를 들어, 위치(300B 및 300C)에 도시된 바와 같이], 표면(301)으로부터 수직으로 연장되는 거리(D)가 상당히 증가하는데, 이는 일관적이지 못한 및/또는 정규화되지 않은, 데이터를 초래할 수 있다. 센서 조립체(107)에 의해 프로브(304)와 표면(301) 사이의 거리가 제어되는 경우에, 기하학적 오프셋으로 인한 결과적 차이는 충돌을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명은 무엇보다도 기하학적 오프셋으로 인한 표면 측정의 부정확성을 최소화하기 위한 센서 프로브 조립체(102)를 제공한다. 센서 프로브 조립체(102)는 예를 들어, 원하는 설정값을 유지하기 위한 서보 제어뿐 아니라 원자력 현미경과 스캔 프로브 프로필로메트리(scanned-probe profilometry)와 같은 스캔 프로브 계측 장치에 사용될 수 있으며, 이는 기판까지의 절대적 거리를 측정하기 위한 수단을 제공하는 것, 표면의 파형, 웨지 등의 존재 하에서 기판 또는 프로브 조립체의 횡 방향 이동 또는 각도 조정 중에 기판으로부터 보다 일정한 거리를 유지하는 것, 그리고 센서와 프로빙 장치 사이의 오프셋을 최소화하는 것으로써 가능하다.
비록 본 개시가 특정 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 수정과 변경은, 설명된 바와 같은 개시 내용의 하나 이상의 독립적 양태의 범위 및 사상 내에 존재한다.

Claims (9)

  1. 센서 프로브 조립체이며:
    프로브; 및
    상기 프로브에 결합하고, 상기 프로브가 근접하거나 접촉하는 표면의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 측정하도록 구성된 센서 조립체를 포함하고;
    상기 센서 조립체는 상기 프로브의 중심축 주위에 대칭적으로 배치되는, 센서 프로브 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 조립체는 하나보다 많은 센서를 포함하고, 상기 센서 조립체의 상기 센서는 상기 프로브의 상기 중심축을 중심으로 대칭적으로 배치되는, 센서 프로브 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 조립체는 상기 프로브를 둘러싸는 단일 원통형 센서를 포함하는, 센서 프로브 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 조립체는 하부면을 포함하고, 상기 하부면은 상기 접촉하는 표면의 상기 물리적 특성 또는 전기적 특성을 상기 표면에 대한 상기 센서 조립체의 접촉 없이 측정하도록 구성되는, 센서 프로브 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서 조립체는 단일 플레이트 정전용량형 변위 센서를 포함하고, 상기 표면은 전극 판인, 센서 프로브 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로브는 교체 가능한 고정구에 유지되는, 센서 프로브 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로브는, 전자기 또는 재료 방출의 방출기 또는 수용기인, 센서 프로브 조립체.
  8. 센서 프로브 조립체이며:
    프로브 배열; 및
    상기 프로브 배열에 결합하고, 상기 프로브 배열이 근접 또는 접촉하는 표면의 물리적 특성 또는 전기적 특성을 측정하도록 구성된 센서 조립체를 포함하고;
    상기 센서 조립체는 상기 프로브 배열의 중심축 주위에 대칭적으로 배치되는, 센서 프로브 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로브 배열은 프로브 섬유 배열을 포함하는, 센서 프로브 조립체.
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