WO2013055082A1 - 4 포인트 프로브 - Google Patents

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Definitions

  • Four point probes are called by various names such as 4-point probe, 4 probe head, 4PP, FPP, 4 probe.
  • FIG. 2 is a view showing a connection structure of the probe and the wire according to the prior art.
  • FIG. 3 is an exploded view showing the configuration of a four point probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the connection of the probe and the elastic element of the four-point probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing a connection between the elastic element and the substrate according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브(Four Point Probe)는 하나 이상의 탐침; 상기 하나 이상의 탐침에 각각 압입(pressing in)되는 탄성소자; 및 상기 하나 이상의 탄성소자와 물리적으로 연결되는 하나 이상의 메인 홀(main hole) 및 상기 하나 이상의 메인 홀과 각각 전기적으로 연결되는 하나 이상의 서브 홀(sub hole)을 포함하는 기판을 포함한다.

Description

4 포인트 프로브
본 발명은 4 포인트 프로브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 납땜이 불가능한 텅스텐카바이드로 구현되는 탐침을 직접적인 납땜을 하지 않고 탄성소자 및 기판을 통해 전선과 연결함으로써, 4개의 탐침이 각각 개별적으로 텐션(tension)을 유지함과 동시에 각 탐침간의 거리를 최소화하여 표면저항 측정의 정확도를 최대화할 수 있는 4 포인트 프로브에 관한 것이다.
표면저항은 보통 단위 ohm/sq로 표시된다. 표면저항값은 웨이퍼(Wafer), LCD, 태양전지, 연료전지, OLED 등 박막증착 후 박막의 전도성을 검사하기 위하여 사용된다. 일반적인 선저항은 두개의 프로브(probe)로 임의의 거리에 대한 저항을 측정하지만, 표면저항의 경우에는 동일한 간격의 4개 탐침으로 측정한다. 이 때 사용되는 프로브가 4 포인트 프로브(point probe)이고, 보통 탐침은 1mm 간격으로 일렬 구성된 프로브를 사용하며, 4개의 탐침으로 전류와 전압을 통해 저항을 검출한 후, 표면저항 단위인 ohm/sq로 계산하기 위해 보정계수(C.F)를 적용한다.
표면저항값을 계산하기 위해서는 저항값(ohm)에 보정계수를 적용하여야 한다. 보정계수는 샘플 사이즈(Sample size)와 박막의 두께 그리고 측정시 온도까지 3가지 계수를 이용하여 산출될 수 있다. 샘플 사이즈(Sample size)계수는 40mm이상의 직경의 샘플일 경우 4.532이고, 박막두께계수는 박막두께가 약400um이하일 때 1이며, 온도는 Sample의 온도계수에 따라 약간의 변화가 있지만 약23°C일 때 1에 수렴한다.
4 포인트 프로브(Four point probe)는 4-point probe, 4 probe head, 4PP, FPP, 4탐침 등으로 여러가지 이름으로 불리우고 있다. 탐침이 4개가 달린 표면저항 측정용으로 사용하는 프로브를 일컫는 말이다. 보통은 1mm간격이며 일렬(Linear type)로 탐침을 정렬시킨 것을 이용한다. 이외에는 탐침을 정방형으로 나열시킨 스퀘어 타입(Squre type)의 홀 프로브(Hall probe)와 고온까지 견딜 수 있도록 특수제작된 고온용 프로브가 있다.
4 포인트 프로브(Four point probe)는 물질의 표면에 존재하는 표면저항을 가장 정확하게 측정하기 위해 사용하는 도구이다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 탐침(1), 제2 탐침(2), 제3 탐침(3), 및 제4 탐침(4)의 4개의 탐침으로 구성될 수 있다.제1 탐침(1), 제2 탐침(2), 제3 탐침(3), 및 제4 탐침(4)은 표면저항을 측정하고자 하는 물질(100)에 접촉될 수 있다. 제1 탐침(1) 및 제4 탐침(4)에 전류를 인가하고 제2 탐침(2) 및 제3 탐침(3)을 통해 전압을 측정한 후, 상기 측정한 전압 값에 보정계수(C.F)를 대입하여 표면저항을 측정할 수 있다.
반도체 웨이퍼 등 미세하게 형성된 패턴의 특정 지점에 대한 표면저항을 측정하기 위해서는 4 탐침의 핀간 거리가 아주 작을수록 미세한 부분의 표면저항을 측정할 수 있다. 4 탐침의 단순한 배열 접촉만으로는 정확한 측정값을 얻을 수 없기에, 4 탐침의 거리를 최소화하기 위한 노력이 지속되고 있다.
정확한 표면저항 값을 측정하기 위해서는 4 탐침이 각각 개별적으로 동작하면서 병행하여 개별적으로 텐션(tension)을 유지하는 구조이어야만, 전류를 인가하고 전압을 검출하는데 외부적인 접촉저항을 최소화시켜 오차가 없는 실제의 값을 측정할 수 있다. 즉, 4 포인트 프로브에 있어 중요한 점은, 4 탐침의 전류와 전압을 최대한 접촉 저항 없이 검출할 수 있도록 하고, 4 탐침이 물체의 표면과 접촉할 때 4개의 탐침이 동일한 힘으로 접촉되도록 하며, 4 탐침 간격을 최소화하는 것이다.
종래기술에 따른 일반적인 4 탐침의 재질은 텅스텐카바이드로 이 소재의 특징은 납땜이 되지 않는다는 것이다. 따라서, 탐침과 전류 전압단을 직접적으로 남땜하여 탐침에 전류를 인가하여 전압을 측정할 수 없다. 종래기술에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이, 탐침(210)의 상단에 압입 납땜용 링(211)을 강제 압입하고, 압입 납땜용 링(211)에 납땜을 하여 압입 납땜용 링(211)과 전선(213)을 연결하고 있다.
종래기술에서는 이러한 링의 강제 압입 방법을 통해 와이어 텐션 스프링(wire tension spring)(220)의 동작에 따라 물체(200)에 접촉된 탐침(210)에 전류를 인가하여 물체(200)의 표면저항을 측정하는 방법을 사용하고 있다. 이와 같이 종래기술에 따르면 탐침(210)과 전선(213)을 압입 납땜용 링(211)을 통해 서로 납땜을 하여 연결함으로써, 별도의 매개체가 삽입되는 구성으로 인하여 정확한 표면저항의 측정이 불가하고 제조공정의 낭비를 초래하고 있다.
이에, 납땜이 불가능한 텡스텐카바이드로 구현되는 탐침과 전선의 연결을 보다 간단하면서도 보다 효율적으로 구현할 수 있는 4 포인트 프로브(4 point probe)의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 납땜이 불가능한 텅스텐카바이드로 구현되는 탐침을 직접적인 납땜을 하지 않고 탄성소자 및 기판을 통해 전선과 연결함으로써, 4개의 탐침이 각각 개별적으로 텐션(tension)을 유지함과 동시에 각 탐침간의 거리를 최소화하여 표면저항 측정의 정확도를 최대화할 수 있는 4 포인트 프로브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브(Four Point Probe)는 하나 이상의 탐침; 상기 하나 이상의 탐침에 각각 압입(pressing in)되는 탄성소자; 및 상기 하나 이상의 탄성소자와 물리적으로 연결되는 하나 이상의 메인 홀(main hole) 및 상기 하나 이상의 메인 홀과 각각 전기적으로 연결되는 하나 이상의 서브 홀(sub hole)을 포함하는 기판을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브(Four Point Probe)에 있어서, 상기 기판의 상기 하나 이상의 메인 홀은 서로 절연상태를 유지하고, 상기 하나 이상의 서브 홀은 각각 전선과 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브(Four Point Probe)에 있어서, 상기 탐침은 텅스텐카바이드 소재이고, 상기 탄성소자는 전도성 코일압축 스프링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 4 포인트 프로브에 따르면, 4개의 탐침이 각각의 탄성소자와 기판을 통해 전선과 연결됨으로써 각각 개별적인 텐션(tension)을 유지하여 외부 접촉저항을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 4 포인트 프로브에 따르면, 각각의 전선이 회로 기판을 통해 각 탐침과 간접적으로 연결됨으로써 각 탐침 간의 거리를 물리적으로 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 4 포인트 프로브의 4개 탐침과 물체의 접촉에 따른 표면저항 측정의 원리를 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 탐침과 전선의 연결구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브의 구성을 도시한 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브의 탐침 및 탄성소자의 연결을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄성소자 및 기판 간의 연결을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브의 구성을 도시한 분해도이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 4 포인트 프로브는 하나 이상의 탐침(311), 하나 이상의 탄성소자(312), 기판(313), 하나 이상의 전선(314), 전선 파이프(315), 소켓(316), 실린더 부재(317), 및 체결 링(318)을 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 하나 이상의 탐침(311),하나 이상의 탄성소자(312), 및 하나 이상의 전선(314)은 각각 4개의 탐침(311), 4개의 탄성소자(312), 및 4개의 전선(313)으로 구현될 수 있다.
탐침(311)은 각각 텅스텐카바이드 소재의 핀으로 구현되고, 탄성소자(312)는 각각 코일압축 스프링으로 구현될 수 있다. 상기 코일압축 스프링은 전도성 물질로 구현될 수 있다. 탄성소자(312)는 각각 탐침(311)에 압입(press in)될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 4 포인트 프로브의 탐침 및 탄성소자의 연결을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 탄성소자(420)는 각각 탐침(410)에 압입(press in)될 수 있다. 즉, 탄성소자(420)로 구현되는 코일압축 스프링이 일정한 압력으로 탐침에 밀착되어 압입됨으로써, 납땜이 불가능한 텅스텐카바이드 소재로 구현되는 탐침과(410)과 탄성소자(420)가 물리적 및 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 탄성소자(312)는 기판(313)에 각각 연결될 수 있다. 탄성소자(312)는 기판과의 전기적 연결을 통해 기판(313)의 각 메인 홀에 납땜될 수 있다. 또한, 탄성소자(312)는 기판(313)의 메인 홀에 납땜되지 않고 메인 홀과의 물리적인 연결, 예를 들어 고리 연결 등을 통해 전기적으로 기판(313)과 연결될 수도 있다. 기판(313)의 구조에 대해서는 도 5를 참조하여 추후 상세히 설명한다.
기판(313)의 제1 면은 탄성소자(312)와 연결되고, 제2 면은 하나 이상의 전선(314)과 각각 연결될 수 있다. 기판(313)은 상기 제1 면과 상기 제2 면 간의 전기적 연결을 통해 각각의 탄성소자(312) 및 전선(314) 간의 전기적 연결을 중계할 수 있다.하나 이상의 전선(314)은 전선 파이프(315)에 삽입되어 외부 전원과 연결될 수 있다. 탐침(311), 탄성소자(312), 기판(313)은 소켓(316)에 삽입될 수 있다. 이 때 소켓(316)의 상단면에는 4개의 탐침(311)의 일부가 각각 외부로 돌출되도록 하는 4개의 홀이 구비될 수 있다.
탐침(311)이 삽입된 소켓(316)은 실린더 부재(317)에 삽입되고, 실린더 부재(317)는 체결 링(318)과 체결될 수 있다. 이에, 실린더 부재(317)와 체결 링(318) 간의 체결을 통해 탐침(311), 탄성소자(312), 기판(313), 전선(314), 전선 파이프(315), 소켓(316)은 실린더 부재(317)의 내부로 삽입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄성소자 및 기판 간의 연결을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기판(500)은 하나 이상의 탄성소자(511, 512, 513, 514)와 전기적으로 연결되는 하나 이상의 메인 홀(541, 542, 543, 544)을 포함하는 탄성소자 연결부(540)와, 전선과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 서브 홀(521, 522, 531, 532)를 포함하는 전선 연결부(520, 530)를 포함한다.
제1 메인 홀(541)에는 제1 탄성소자(511)가 연결될 수 있고, 제2 메인 홀(542)에는 제2 탄성소자(512)가 연결될 수 있으며, 제3 메인 홀(543)에는 제3 탄성소자(513)가 연결될 수 있고, 제4 메인 홀(544)에는 제4 탄성소자(514)가 연결될 수 있다.
상기 각 탄성소자는 상기 각 메인 홀과 납땜을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 각 탄성소자는 상기 각 메인 홀과 고리 연결 등의 물리적인 연결을 통해 전기적으로 연결될 수도 있다. 상기 각 탄성소자와 상기 각 메인 홀과의 전기적인 연결은 당업자의 판단에 따라 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
제1 메인 홀(541), 제2 메인 홀(542), 제3 메인 홀(543), 및 제4 메인 홀(544)은 서로 각각 절연상태를 유지하도록 구현될 수 있다. 이에, 기판(500)은 절연물질로 구현될 수 있다.
제1 메인 홀(541)은 제1 서브 홀(531)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 메인 홀(541)과 제1 서브 홀(531)은 절연물질인 기판(500) 상에서 전도성 물질을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 메인 홀(542)은 제2 서브 홀(521)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 메인 홀(543)은 제3 서브 홀(532)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 메인 홀(544)은 제4 서브 홀(522)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 서브 홀(531)은 제1 전선과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 서브 홀(521)은 제2 전선과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 서브 홀(532)은 제3 전선과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 서브 홀(522)은 제4 전선과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 각 메인 홀과 각 서브 홀 간의 전기적 연결을 통해 제1 탄성소자(511) 내지 제4 탄성소자(514)와 제1 전선 내지 제4 전선은 각각 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 제1 전선 내지 제4 전선은 제1 탄성소자(511) 내지 제4 탄성소자(514)를 통해 제1 탐침 내지 제4 탐침과 전기적으로 연결될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 하나 이상의 탐침;
    상기 하나 이상의 탐침에 각각 압입(pressing in)되는 탄성소자; 및
    상기 하나 이상의 탄성소자와 전기적으로 연결되는 하나 이상의 메인 홀(main hole) 및 상기 하나 이상의 메인 홀과 각각 전기적으로 연결되는 하나 이상의 서브 홀(sub hole)을 포함하는 기판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 4 포인트 프로브(Four Point Probe).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상기 하나 이상의 메인 홀은 서로 절연상태를 유지하고, 상기 하나 이상의 서브 홀은 각각 전선과 연결되는 것을 특징으로 하는 4 포인트 프로브(Four Point Probe).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탐침은 텅스텐카바이드 소재이고, 상기 탄성소자는 전도성 코일압축 스프링인 것을 특징으로 하는 4 포인트 프로브(Four Point Probe).
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