特許 6538566 ツール内ＥＳＤ事象監視方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6538566

(24)【登録日】2019年6月14日

(45)【発行日】2019年7月3日

(54)【発明の名称】ツール内ＥＳＤ事象監視方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/00 20060101AFI20190625BHJP

   G01R 35/00 20060101ALI20190625BHJP

【ＦＩ】

   G01R29/00 E

   G01R35/00 K

【請求項の数】21

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-550807(P2015-550807)

(86)(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公表番号】特表2016-502117(P2016-502117A)

(43)【公表日】2016年1月21日

(86)【国際出願番号】US2013078038

(87)【国際公開番号】WO2014106075

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年12月27日

(31)【優先権主張番号】61/747,199

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/140,860

(32)【優先日】2013年12月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591203428

【氏名又は名称】イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100171251

【弁理士】

【氏名又は名称】篠田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】ライル ディー．ネルセン

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン ビー．ヘイマン

(72)【発明者】

【氏名】マーク イー．ホグセット

【審査官】 永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５０７２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１６４７４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−４３９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１７３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８９２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２９／００

Ｇ０１Ｒ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象監視のための装置であって、
プロセスエリアに位置決めされた少なくとも１つのアンテナと、
前記少なくとも１つのアンテナに結合されたESD検出器と、
前記CDMESユニットに無線で結合された前記ESD検出器と、
前記CDMESユニットによって生成された種々の放電エネルギーについて較正された前記ESD検出器とを備え、
前記ESD検出器は、調節可能な閾値電圧レベルを前記少なくとも１つの前記アンテナによって受信されたESD放射パルスの信号振幅と比較し、
前記ESD検出器は、前記ESD放射パルスの信号振幅が前記調節可能な閾値電圧レベルを超える場合に、前記ESD放射パルスのパルス継続時間が、ESD事象の時間間隔の上下境界内にあるか否かを判定し、
前記ESD検出器は、前記ESD放射パルスの前記パルス継続時間が前記ESD事象の時間間隔の上下境界内にある場合に、有効なESDタイプの事象であるEMI（電磁妨害または電磁放出）を示す信号を生成する、帯電デバイスモデル事象シミュレーターユニットが組み込まれており、
前記プロセスエリアは、第１のプロセスエリアおよび第２のプロセスエリアを備え、
前記少なくとも１つのアンテナは、前記ESD検出器に結合された第１のアンテナと、前記ESD検出器に結合された第２のアンテナとを備え、
前記第１のアンテナは前記第１のプロセスエリアに位置決めされ、前記第２のアンテナは前記第２のプロセスエリアに位置決めされている静電気放電事象監視のための装置。

【請求項2】

前記プロセスエリアはツールプロセスエリアを含む請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記プロセスエリアは、ツールプロセスエリアの外部のエリアを含む請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記第１のプロセスエリアは前記第２のプロセスエリアから分離され、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはマルチチャネルを形成する請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはアンテナ応答感度が同様である請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはアンテナ応答感度が異なる請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記プロセスエリアは半導体チップを収容するように構成されたソケットを備える請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記プロセスエリアは複数の半導体チップを収容するように構成された複数のソケットを備える請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記プロセスエリアはウェハーを収容するように構成されたピンセットを備える請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記プロセスエリアはテストプローブによってアクセス可能な導電性トレースを備える請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記ESD検出器は、
放射パルス電磁信号を検出するように構成され、異なるパルス事象タイプを弁別するように構成され、かつCDM事象が、較正された閾値を越えている場合に、該CDM事象を登録するように構成された静電気放電検出器を備える請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記検出器は、調整可能なパルス事象閾値に基づいて異なるパルス事象タイプを弁別するように構成されている請求項１に記載の装置。

【請求項13】

前記検出器は、CDM事象の１または複数のシミュレーションに基づいて特定のデバイス耐電圧閾値について較正される請求項１に記載の装置。

【請求項14】

前記少なくとも１つのアンテナは、
前記検出器に結合されたマイクロアンテナを備え、
前記マイクロアンテナは、望ましくない信号発生源を排除するとともに、指定された範囲における最適な検出のためのアンテナ利得特性を備える請求項１に記載の装置。

【請求項15】

現場で校正するように構成され、かつ、崩壊するキャパシタを具備する帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象を監視するための方法であって、
種々の放電エネルギーについて静電気放電(ESD)検出器を校正することと、
少なくとも１つのアンテナと前記ESD検出器を通じて、前記複数の放電エネルギの１つの放電エネルギーを検出することと、
調節可能な閾値電圧レベルを前記少なくとも１つの前記アンテナによって受信されたESD放射パルスの信号振幅と比較することと、
前記ESD放射パルスの信号振幅が前記調節可能な閾値電圧レベルを超える場合に、前記ESD放射パルスのパルス継続時間が、ESD事象の時間間隔の上下境界内にあるか否かを判定することと、
前記ESD放射パルスの前記パルス継続時間が前記ESD事象の時間間隔の上下境界内にある場合に、有効なESDタイプの事象であるEMI（電磁妨害または電磁放出）を示す信号を生成することとを含む静電気放電事象監視のための方法。

【請求項16】

前記検出することは、
調整可能なパルス事象閾値に基づいて、異なるパルス事象タイプを弁別することを含む請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

望ましくない信号発生源を排除するとともに、指定された範囲における最適な検出のためのアンテナ利得特性を設定することを更に含む請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記ESD検出器は、
前記調節可能な閾値電圧レベルを超える前記ESD放射パルスの信号振幅に応答して、ESD事象の時間間隔上境界値に対応した継続時間のための第２の信号を出力する第１の回路と、
前記継続時間において前記第１の回路が前記第２の信号を出力する間、前記ESD放射パルスの信号振幅が、前記調節可能な閾値電圧レベルより低く戻った場合のみに、第３の信号を出力する第２の回路と、
を具備し、
前記第２の信号は、前記調節可能な閾値電圧レベルを超えるESD放射パルスの前記信号振幅を代表し、
前記第３の信号は、前記調節可能な閾値電圧レベルを超えるESD放射パルスを代表する
前記ESD放射パルスは前記時間間隔の上下境界内にある請求項１に記載の装置。

【請求項19】

前記第１のプロセスエリアは、半導体チップを収容するように構成されたソケットを有したツールプロセスエリアと、外部プロセスエリアとを具備し、
前記外部プロセスエリアは、前記ツールプロセスエリアの外部のエリアであり、該ツールプロセスエリアから所定の距離を以て離れており、
他のアンテナが外部プロセスエリア内に配置され、かつ、前記ESD検出器に結合されている請求項１に記載の装置。

【請求項20】

前記第１のプロセスエリアは、少なくとも１つの半導体チップを収容するように構成された少なくとも１つのソケットを備える請求項１に記載の装置。

【請求項21】

前記放電エネルギを検出することは放射パルス電磁信号を検出することを含み、
前記校正することは、異なるパルス事象タイプを弁別し、CDM事象が校正された閾値よりも高い場合に、帯電デバイスモデル(CDM)事象を登録することを含んで成る請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、包括的には、静電気放電(ESD)事象のツール内監視および特徴付けのための方法および装置、および／またはCDMES／ミニパルス装置および方法、および／または、他のタイプの帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)、検出器および方法に関する。本明細書において開示された少なくとも１つの方法および装置は、例えば、集積回路(IC)生産ツールおよび／または異なるプロセスにおけるリアルタイムESD事象監視を提供し、帯電デバイスモデル(CDM)の１または複数の方法を用いてESD関連ファイラー（ESD related filers）を防止することを援助する。ESD事象を監視する１つの方法およびモニターを較正するための２つの方法が、本明細書において開示される。

【0002】

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国仮出願第61/747,199号の優先権および利益を主張する。

【背景技術】

【0003】

本明細書において提供される背景の説明は、本開示の状況を一般的に提示することを目的としている。本出願に記名された発明者の成果は、その成果がこの背景セクションに記載されている限りにおいて、本開示に対する従来技術として明示的にも暗示的にも認められないとともに、それ以外に出願時において従来技術として適格とすることができない記載の態様も、本開示に対する従来技術として明示的にも暗示的にも認められない。

【0004】

CDM事象は、電子IC用の手動生産システムおよび自動生産システムにおいて生じる静電気放電を表す。生産ツールにおいて、ICは、幾つかの起こり得る方法の単なる例を挙げると、例えば、接触、摩擦および／または近くの電場からの誘導等の多くの方法によって電荷を得る場合がある。ICの導電性部分が、接地された機器の部分或いはより低い電位を有する部分と接触すると、蓄積されたIC電荷が自由に自発放電することができる。その結果、比較的高い放電電流（ESD事象）が、ICを破壊または損傷する場合がある（例えば、図１ａ、１ｂ参照）。

【0005】

ＩＣ構成要素の設計は、通常、ESD効果に対する保護用の特別な手段（または特定の構成要素）を組み込んでいる。半導体産業は、ICデバイスをテストするための幾つかの標準的な方法を開発してくるとともに、例えば、耐電圧振幅および耐電流振幅等のそれらのCDM ESD閾値パラメーターを規定してきた。適用可能な標準規格は、自動IC CDMテストのためのテスト装置要件も詳細化している。これらの方法およびデバイスは、IC設計段階、製品検定のための最終テストおよび損傷を受けたデバイスの障害解析の間に有用である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

然しながら、従来の技術は、以下で論述するような様々な制約および／または不備を欠点として有する。本発明の様々な実施形態による目標は、リアルタイムESD事象の監視並びにIC生産ツールおよび製造プロセスにおける較正のための方法および装置を提供することである。

【0007】

図１ａは、ツールまたは処理チャンバーにおける帯電(IC)デバイスCDM事象の一般的な放電モデル１００を示している。図１ａでは、ミニパルスESD検出器１０５（または別のタイプのESD検出器１０５）が、電磁波１４０をインターセプトし、ロボット配置エフェクター１１５（または別の好適なタイプのロボットアーム１１５）が、帯電デバイス１２５をテストソケット１３０内に配置する。テストソケット１３０は、通常、好適なテストベッド１３１、基部１３１、或いは、別の好適なプラットフォーム１３１上に配置されている。帯電デバイス１２５がテストソケット１３０に接近すると、放電（ESD）が発生し、アンテナ１３５（ミニパルス検出器１０５に結合されている）は、この放電事象の波１４０をインターセプトする。この例では、ESD事象は、電圧ポテンシャルがともに異なる２つの導電性部分１２５、１３０の間でスパークの形態で生じる放電１４１である。導電性部分１２５、１３０並びに他の半導体処理機器は、例えば、約２×２フィート、４×４フィート、或いは、他の寸法等の任意の好適なサイズを有することができるツールまたは処理チャンバー１３２内に存在することができる。

【0008】

従来の技術に関連した現在の問題は、ESD検出器を較正することが困難であることにある。この困難さは、例えば、放電事象自体の再現性を提供することが難題であることに起因している。プロセスポイント自体の材料および構成によって放射電場波形に課される条件に起因する他の困難さが存在する。従って、現在の技術は、その能力が制限され、少なくとも上記制約および不備を欠点として有する。本発明の実施の形態は、ESD検出器を較正する際の困難さを克服するためのシステムおよび方法を提供する。

【0009】

図１ｂは、放電が２つの導電性部分の間でスパークの形態で生じるCDM静電気事象の一般的な例示の電圧／電流波形のスクリーンショットを示している。上部の波形１８０は、本発明の一実施形態に従って以下で論述するようなCDMES（帯電デバイスモデル事象シミュレーター）によって生成された一例示の出力信号と同様の一例示の出力信号（電流パルス）である。下側の波形１８５は、入射伝播場に対する一例示のマイクロESD（マイクロESD）アンテナ１３５の応答である。

【0010】

図１ｂでは、上部の波形１８０は、本発明の一実施形態に従って以下で論述されるCDMESデバイスから生成および／またはシミュレーションすることもできるパルス信号と同様のパルス信号を示している。下部の波形１８５は、ミニパルス検出器１０５に結合されたアンテナ１３５によって検出される放射信号を示している。ミニパルス検出器１０５は、アンテナ１３５によってインターセプトされる信号を受信することが可能な電子回路を備える。この電子回路は、この信号が、以下で同様に論述するようなESD電圧閾値レベルおよびパルス継続時間閾値レベルに基づいて、対象となるESD事象であると判断した場合、この信号をESD事象１１０として分類する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の１つの実施の形態では、帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象監視のための装置が、第１のプロセスエリアに位置決めされた少なくとも１つのアンテナと、前記少なくとも１つのアンテナに結合されたESD検出器と、前記CDMESユニットに無線で結合された前記ESD検出器と、前記CDMESユニットによって生成された種々の放電エネルギーについて較正された前記ESD検出器とを備える。

【0012】

本発明の更に別の実施の形態では、帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象監視のための方法が、放電エネルギーを検出することと、種々の放電エネルギーについて静電検出器を較正することとを含む。

【0013】

上記の一般的な説明および以下の詳細な説明の双方は、例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。

【0014】

本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の１つ（幾つか）の実施形態を示し、この説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。

【0015】

本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図を参照して説明される。これらの図において、同様の参照符号は、別段の指定がない限り、様々な図の全体を通じて同様の部分を参照することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1a】ツールまたは処理チャンバーにおける帯電(IC)デバイスCDM事象の一般的な放電モデルの図である。

【図1b】放電が２つの導電性部分の間でスパークの形態で生じるCDM静電気事象の一般的な例示の電圧／電流波形の波形図のスクリーンショットである。

【図2】本発明の一実施形態による、外部のHVPS（高電圧電源）およびスコープを有する帯電デバイスモデル事象シミュレーターの全体像の図である。

【図3a】本発明の一実施形態による、CDMESがトリガーされたときに生成される一般的な電流パルスを表すCDMESパルス波形のブロック図である。

【図3b】本発明の一実施形態による、帯電デバイスモデル事象シミュレーターを備えるシステム（または装置）であって、ESD事象検出器のための較正方法も提供するように構成されたシステムの図である。

【図3c】本発明の別の実施形態によるシステム（または装置）の図である。

【図4a】本発明の様々な実施形態による一般的な複数アンテナESD検出アレイを示す図である。

【図4b】本発明の一実施形態によるマイクロESDアンテナ組立体を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるESD検出器（ミニパルス）のブロック図である。

【図6】本発明の一実施形態による、図７のESD検出器のESDモニター回路の概略図である。

【図7】本発明の１つの実施形態において外部から見たミニパルスESD検出器の全体像を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態によるミニパルスESD較正プロセスのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本明細書における説明では、本発明の実施形態の十分な理解を提供するために、構成要素、材料、部分、構造および／または方法の例等の多数の具体的な詳細が提供される。然しながら、当業者であれば、本発明の一実施形態は、これらの具体的な詳細のうちの１つまたは複数がなくても実施することができるし、他の装置、システム、方法、構成要素、材料、部分、構造等を用いて実施することもできることを認識するであろう。それ以外の場合には、よく知られた構成要素、材料、部分、構造、方法または動作は、本発明の実施形態の態様を不明瞭にしないように、詳細に図示も説明もされていない。加えて、図は、本質的に代表的なものであり、それらの形状は、いずれの要素の正確な形状も正確なサイズも示すことを意図しておらず、本発明の範囲を限定することを意図していない。

【0018】

当業者であれば、図面内の要素または部分が、別の要素「上に（on）」ある（または別の要素に「接続されている」または「結合されている」または「取り付けられている」）として言及されるとき、その要素または部分が、その別の要素の上に直接ある（またはその別の要素に直接取り付けられている）可能性もあるし、介在する要素が存在する場合もあることを理解するであろう。さらに、「内部」、「外部」、「上側」、「上」、「下側」、「真下」、「下」、「下方」、「上方」、「に向けて」および「から離れて」等の相対的な用語並びに同様の用語は、本明細書においては、或る要素の、別の要素に対する相対的な関係を記述するのに用いられる場合がある。これらの用語は、図に示す向きに加えてデバイスの異なる向きも包含することを意図していることが理解される。

【0019】

様々な要素、構成要素、部分、領域、層、チャンバーおよび／またはセクションを記述するのに、第１、第２等の用語が本明細書において用いられる場合があるが、これらの要素、構成要素、部分、領域、層、チャンバーおよび／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、或る要素、構成要素、部分、領域、層、チャンバーまたはセクションを別の要素、構成要素、部分、領域、層、チャンバーまたはセクションと区別するのに用いられているにすぎない。そのため、以下で論述する第１の要素、第１の構成要素、第１の部分、第１の領域、第１の層、第１のチャンバーまたは第１のセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、第２の構成要素、第２の部分、第２の領域、第２の層、第２のチャンバーまたは第２のセクションと呼ぶこともできる。

【0020】

加えて、図に示された要素は、本質的に概略であり、それらの形状は、デバイスの要素の正確な形状を示すことを意図しておらず、本発明の範囲を限定することを意図していない。さらに、本明細書において提示された本発明の実施形態の論述に基づくと、当業者であれば、図面内の構成要素の位置および／または構成は、異なるサイズ、異なる形状、異なる位置および／または異なる構成に変更することができることを認識するであろう。従って、図面に示された様々な構成要素は、図面に示されたとおりの構成と異なる他の位置に配置することができる。図面内の構成要素は、本発明の実施形態の機能を説明することを目的として、非限定的な例示の位置に示され、図面内のこれらの構成要素は、他の例示の位置に構成することができる。

【0021】

本発明の一実施形態による帯電デバイスモデル事象監視システム（または装置）は、一般に、半導体ツール処理チャンバーが、本質的には、周囲の金属エンクロージャ要素に起因して比較的高い電気雑音レベルを有するエコーチャンバーであることを考慮して開発された。

【0022】

実際面では、各ツールは、静電気放電事象によって引き起こされる内部電磁場放射を反射する際に固有の特性（例えば、EMIランドスケープ）を有する。CDM事象についての一般的なシナリオは、帯電ICデバイスが、異なる電位のツールまたはプロセス要素と接触したときに放電されるということである。誘電体ギャップ（通常は空気）を横切るこの放電は、異なる電位によって形成されたダイポールを崩壊させるか、或いは、帯電IC部分とツール部分との間に形成されたキャパシターを崩壊させる。本発明の一実施形態は、ESD事象モニターも提供する。このESD事象モニターは、本明細書において「ミニパルス」またはミニパルス検出器またはESD検出器とも呼ばれる。このモニターは、例えば、ワークステーション、電子機器生産ツール、プロセスおよびモバイルアプリケーション用の低コストの事象モニターである。その結果得られる放射パルス電磁波形（放射信号）は、例えば、ミニパルス検出器と、このミニパルス検出器に通信可能に結合されたアンテナとによって検出される。このパルス波形の検出された場の電圧レベルが、帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)機器を用いて較正された閾値を越えている場合、ミニパルス検出器は、重大なCDM事象を登録する。

【0023】

CDM事象は、例えば、電磁場の短い（通常、約４ナノ秒未満の）継続時間の変化によって特徴付けられ、高いスルーレートを有する誘導電圧（誘導電流）立ち上がり信号をアンテナに生成する。従って、ツール内ESD監視に関して、用いられる検出システムは、対象となるCDM信号をエコーチャンバー環境内の一般的なツール雑音と区別すべきである。

【0024】

本発明の様々な実施形態によれば、ESD検出器のための較正方法が提供される。例えば、当該技術分野で知られているCDMESデバイス等の好適な機器を用いて、CDM事象をシミュレーションすることができ、その場合、較正方法が、本発明の一実施形態に従って実行される。例えば、CDM事象の現場での監視は、実際のツール内でICデバイスが導電性ツール要素と接触するポイントにおける一群のスパークギャップ放電をシミュレーションすることによって容易になる。崩壊する帯電キャパシター放電は、所与のICデバイスについて事前に選択された電圧閾値におけるCDM事象をシミュレーションする。この手順が完了すると、ツールは、指定レベルにおけるIC CDM ESD事象検出用に較正されていると言うことができる。

【0025】

既知の、または今後開発される種々のタイプのCDMESデバイスを用いて、CDM事象をシミュレーションすることができ、本発明の一実施形態による較正方法が、CDM事象または種々の放電エネルギーをシミュレーションした後に実行される。

【0026】

CDMESは、幾つかの実施形態では、放電ギャップ内のオープン移動電極または水銀若しくはＲＦリレー若しくは高電圧ＲＦリレー、例えばリードリレーを有するデバイスとして構成されている。

【0027】

CDM事象のシミュレーションされた放電は、監視デバイス（ミニパルス）の受信アンテナにおいてインターセプトされて検出される信号を生成する。ミニパルスアンテナ（マイクロESDアンテナ）は、ミニパルスに結合され（図３ｂ参照）、ミニパルスが、ESD事象に起因する波形を受信することを可能にしている。CDMES放電電圧および／または予想されるCDM事象発生源に対するミニパルスアンテナの位置を変更することによって、ミニパルスを現場で較正することができる。

【0028】

従って、CDMESは、帯電デバイスがソケットに接近または接触しているときの放電発生と同様の既知の放射スパークを生成する帯電デバイスシミュレーターである。このCDMESは、ミニパルスを較正するのに用いられる。ＤＣ電源がCDMESに結合され、任意の好適な電源電圧値（例えば、１００Ｖ、２００Ｖ、５００Ｖまたは他の値）が、CDMES内に駆動される。ESD事象がシミュレーションされるとき、アンテナは、CDMESが生成した放電から波形を検出し、ミニパルスは、アンテナによって検出された波形を捕捉して処理する。CDMESが生成した放電に起因する波形の一例は、例えば、図１ｂに示されるように、また、以下でも論述されるように、オシロスコープにおいて観測される。

【0029】

較正プロットおよび既知の製品CDM障害閾値に基づくと、ESD閾値電圧レベルをミニパルス検出器用にセットアップ（または別の方法で構成）することができる。CDM事象がツール内の実際のIC放電事象の閾値レベルを越えている場合、ミニパルスからの出力アラーム信号が生成され、ツール制御システムに送信することができる。

【0030】

CDM事象シミュレーターは、CDM事象が発生するツールおよびプロセスの内部でESDモニター（検出器）を較正することを可能にするように設計されている。このシミュレーションデバイスは、生産デバイスが最も脆弱であるとともにESD監視センサーが配置されているポイントにおいて生成される種々の電圧振幅の較正されたCDM事象の生成を可能にする。この手法は、損傷を受け易いデバイスのための最高レベルの操作安全性を可能にする。

【0031】

CDM事象シミュレーター(CDMES)
ICデバイスは、通常、様々なデバイス入力接続部および出力接続部における放電をシミュレーションするように設計された形式的なテストベッドおよび機械における障害閾値について特徴付けられる。この情報は、デバイス製造およびシステム統合の全ての段階の間のリスクを評価するのに用いられる。本発明の一実施形態では、ESD事象監視デバイスおよび障害閾値情報をCDM事象シミュレーター(CDMES)とともに用いることによって方法が提供される。

【0032】

例えば、半導体、ディスクドライブ、ＦＰＤ、自動ICハンドリングおよび他の製造プロセスのホストにおける多くのアプリケーションが、直接放電（ICピンと接地導体との間の静電気放電）が発生する可能性があるロケーションにおいて損傷を受け易い製品を取り扱っている（一例として図１ａ、１ｂ参照）。

【0033】

監視するポイント（またはエリア）におけるCDM事象をシミュレーションすることは、実際の帯電デバイスの使用を試みるときに課題を提起してきた。この難題の一部分は、放電事象自体の再現性に関係している。他の難題は、プロセスポイント自体の材料および構成によって放射電場波形に課される条件に起因して存在する。CDM事象シミュレーターの２つのバージョンは、特徴付けられていないロケーション条件を考慮に入れたプロセスポイントにおける再現可能なCDM較正事象を提供する（CDM事象シミュレーターバージョン１の全体像は図２に示されている）。

【0034】

本明細書において論述されるシステムおよび方法（様々なCDMESおよびミニパルス検出器を有する）は、ツールまたは処理チャンバーにおいて用いることができ、また、ESD検出器を較正する目的で、較正されたCDMが放射（生成）および検出されるオープンワークベンチ、任意のテーブルトップ、実際の環境または他の任意の好適な環境においても用いることができることにも留意されたい。

【0035】

CDMESバージョン１：CDM事象を生成する機械的ギャップ
CDM事象シミュレーター(CDMES)の第１のバージョンは、機械的ギャップ制御を用いて、崩壊するキャパシター事象をシミュレーションし、帯電ICと、異なる電位にある対象物（ターゲット）または接地基準のいずれかとの間で発生する静電気放電をシミュレーションする。具体的には、この実施形態は、デバイスと接地との間の転送電流の高速単一ピークパルス波形によって特徴付けられる帯電デバイスモデル(CDM)放電タイプをモデル化する。CDMES電源回路は、高抵抗（例えば、約１００メガオーム以上まで）を組み込んで、ギャップ間の電圧が高くなる（約２５Ｖ〜約３０００Ｖの範囲）とともに、印加電流がこの範囲にわたって１０マイクロアンペア未満となるようにしている。

【0036】

静電気放電は、任意の帯電接触および一般的な接地接触について発生する（図１ａ、１ｂ参照）。従って、CDMESが電源電圧によって帯電しているとき、CDMESは、オシロスコープによって検出可能であるとともにオシロスコープにおいて再現されるパルス波形を生成するESD事象をシミュレーションすることになる。

【0037】

オシロスコープ上に再現されるようなCDMパルスは、電流パルス波形のグラフであり、全ての標準規格文書（IEC61000-4-2、ISO10605、JESD22-C101E）において参照されるこれまでのCDM波形に対応する。生成された波形は、形式的なデバイステスト機械（例えば、上記標準規格の文献参照）がデバイスESD感受性を評価するのに用いる入力CDMパルス波形にも対応する。

【0038】

図２は、外部のHVPS（高電圧電源）２０５およびスコープ２１０に電気的に結合された放電ヘッド２０２を有する帯電デバイスモデル事象シミュレーター２００の全体像である。

【0039】

図３ａは、CDMESがトリガーされたときに生成される放電電流パルスを表す一般的なCDMESパルス波形である。オシロスコープスクリーンショット３００のこの例では、例えば、HVPS２０５からの約１００Ｖの電圧放電は、CDMESをトリガーして、波形３１０の一般的な電流パルス３０５を生成する。この一般的な電流パルス３０５は、放電が２つの導電性部分の間でスパークの形態で生じる静電気事象を引き起こす。

【0040】

図３ｂは、帯電デバイスモデル事象シミュレーター３５２（またはCDMES３５２若しくはCDMESユニット３５２）を備えるシステム３５０（または装置３５０）の図であり、システム３５０は、本発明の一実施形態による、ESD事象検出器３５５のための較正方法も提供するように構成されている。従って、図３ｂは、ミニパルスESD事象検出器３５５のためのCDMES ESD較正を描写したものを示している。CDMES３５２によって実行されるESDシミュレーションおよびESD事象検出器３５５のための較正方法は、実際のツールまたは処理チャンバー３６２（現場）において行うことができる。一方、上述したように、CDMESの実施形態は、代わりに、ESD検出器を較正する目的で、較正されたCDMが生成および検出されるオープンワークベンチ、任意のテーブルトップ、実際の環境または他の任意の好適な環境において用いることができる。

【0041】

図２を参照して同様に論述されるように、CDMES３５２は、HVPS２０５およびスコープ２１０と結合されている（そして、これらとともに動作する）。CDMES３５２は、電圧をCDMES３５２に供給するための電源２０５に電気リンク２６６（例えば、ケーブル）を介して電気的に結合されている。CDMES３５２は、以下で更に論述されるように、CDMESデバイス３５２によって生成される出力信号（電流パルス）（図３ａにおける出力信号３１０参照）を検出および測定するオシロスコープ２１０にも電気リンク２６７（例えば、ケーブル）を介して電気的に結合されている。トリガーボタンが押下されると、CDMES３５２（CDMESユニット３５２）は、HVPS２０５からの電圧および内部のESD事象生成メカニズムを用いて、電流パルス事象を生成する。

【0042】

（CDMES３５２の）放電ヘッドは、HVPS２０５からの電圧によって帯電する。アンテナ３８２（ESD検出器３５５に結合されている）は、CDMES３５２内で生成された放電事象の放射３８０（または電磁波３８０）をインターセプトする。アンテナ３８２は、放射３８０における種々の放電エネルギーを検出するように構成されている。同様に上述したように、CDMES３５２および対応する要素（例えば、HVPS２０５、スコープ２１０およびESD検出器３５５）の使用によるESD事象のシミュレーションは、チャンバー３６２内で実行することもできるし、チャンバー３６２の外部で実行することもできる（すなわち、ESD検出器３５５を較正する目的で、較正されたCDMが生成および検出されるオープンワークベンチ、任意のテーブルトップ、実際の環境または他の任意の好適な環境において実行することもできる）。

【0043】

アンテナ３８２は、CDMES３５２の放射要素（放電ヘッド）の軸に沿っているとともに、この放射要素に対して垂直であるので、図３ｂのこの図面は、ＮＵＬＬ場の方向への放射３８０を示している。いずれの信号も反射に大きく起因している。CDMES３５２が、約９０度ＣＣＷに回転された場合、信号は大きな影響を受ける。

【0044】

CDMES３５２は、通常のデバイスハンドリングが行われるポイントで放電され、デバイスCDM放電事象をシミュレーションする。ESD検出器３５５（ミニパルス３５５）は、ツール制御システムにESD事象を通知するリレー出力を有する。

【0045】

ESD検出器３５５内のゲート検出入力は、ミニパルス３５５のESDトリガー閾値レベルをセットアップするのに利用することができるテストポイントである。ここで、ESDトリガー閾値レベルは、対象となるESD事象を区別するものである。

【0046】

ESD検出器３５５のリレー出力は、（ミニパルス３５５の）ミニパルスアラームステータスを監視するのに用いることができる。このリレー出力は、例えば、ミニパルス３５５からの可聴アラーム音響と同時に接地に引き込まれるオープンコレクタードライバーである。

【0047】

ミニパルス検出器３５５（図３ｂ）を較正するプロセスの間、様々な供給電圧値（例えば、約２０Ｖ、約１００Ｖ、約５００Ｖまたは他の値）およびCDMES３５２の崩壊するキャパシターによって、ユーザーは、所望のESD事象の強度をシミュレーションすることが可能になる。

【0048】

本明細書において本発明の一実施形態で開示されたCDM較正のこの方法は、以下のうちの１つまたは複数とすることができる複数の実現可能な利益を有する。
・ESDセンサーを、検査室での較正または粗い近似ルーチンを通じてだけでなく、それらのセンサーが用いられるツールおよびプロセス内で較正することが可能である。
・現場でのCDMシミュレーションが、センサー較正に影響を与える可変の条件を自動的に考慮する。
・高い繰り返し事象シミュレーションを容易にすることによって、ESDセンサーの有効性の統計的な検証が可能になる。
・ツール開発プロセスの間にデバイスハンドリングツールをCDM放電事象用に較正することが可能になる。
・適所でのESD検出器の定期的な較正が可能になり、検査室での較正に備えてツールまたはプロセスから検出器を取り外す必要性がなくなる。

【0049】

CDMESのこのバージョンの主な利点は、以下のうちの１つまたは複数を含む。
・より小さな放射アンテナによって、より制約されたツールスペースでの使用が可能になる。
・CDMがシミュレーションする事象は、CDMESの第１のバージョンの手動トリガーインターフェースの除去に起因して変動が少ない（すなわち、トリガーは、離散時間スイッチを用いて行われる）。

【0050】

ESD事象検出器
半導体、ディスクドライブ、ＦＰＤ、自動ICハンドリングおよび他の製造プロセスのホストにおける多くのアプリケーションが、直接監視／制御するのが困難なロケーションにおいてESDによる損傷を受け易い製品とともに動作する。加えて、これらの環境の多くは、それらの性質によって、ＨＶＤＣ供給源、電気モーターおよびアクチュエーターから広帯域通信(RF)ユニットに及ぶEMI雑音発生源で飽和している。製品ハンドリングに関係した特定のポイントにおいてESD事象を検出することは、困難なものになる可能性がある。

【0051】

新規なESD事象検出器の４つの主な特徴は、以下のとおりである。
１．パルススルーレートおよびナノ秒の範囲の継続時間によるESD検出の制御。「ミニパルス」検出器３５５（図３ｂ）は、異なるパルス事象タイプを弁別することができる。これによって、この検出器は、他のEMI（電磁妨害または電磁放出）パルスパケット信号（例えば、モーター、スイッチングデバイス、携帯電話、テレビ、WiFi、環境雑音等からの信号放電）から有効なESDタイプの事象を決定および選択することが可能になる。従って、ミニパルス検出器３５５は、ESDパルス事象が、選択されたパルス事象閾値内に収まるか否かを判断し、ミニパルス検出器３５５が、そのESDパルス事象が、機械モデルおよび人体モデルの代わりにCDM帯電デバイスモデルに含まれるか否かを判断することができるようにする。当業者に知られているように、帯電デバイスモデル、機械モデルおよび人体モデルにおけるESD事象は、抵抗因子、キャパシタンス因子およびシグネチャが異なる。ミニパルス検出器３５５の一実施形態は、CDMタイプのESD事象、HBMタイプのESD事象およびMMタイプのESD事象の間の相違を実際に示していないが、ミニパルス検出器３５５は、トリガー閾値を越えた信号振幅と、パルス事象が時間バッファー内に収まっている（すなわち、パルスとして適格である）か否かとに基づいてトリガーの有効性を判定する。

【0052】

２．調整可能な放電エネルギー閾値制御。距離に伴う電磁場減衰に起因して、多くのより広いエリアのESD事象は、局所的な事象振幅（例えば、１ボルト、１００ボルト、５００ボルトまたは他の値の閾値）に整合するように電圧感度閾値を調整することによってフィルタリング除去することができる。

【0053】

３．ここでは、本発明の一実施形態によるESD検出方法を論述する。ESD事象は電磁パルスを生成する。このパルスは、形式的には、発生源から外方に球状に放射する電磁放射フラックス密度として記述され、放射エネルギーは、波が発生源から進行して遠ざかるにつれて減少する。ミニパルス３５５は、この拡大する場を、誘導場結合を通じたダイポールアンテナとの相互作用によってサンプリングする。拡大する電場のエネルギーは、アンテナケーブル上に信号を生成するアンテナに結合する。ミニパルス検出器ユニット３５５は、ケーブル上の着信信号を復調し、様々な周波数をそれらの電力成分に分解する。ミニパルス３５５は、放射パルス過渡現象の組み合わさった電力（ワット）を測定して、その電力が、設定された検出閾値よりも大きいか否かを判断する。大きい場合、ミニパルス３５５は、対象となる事象をトリガーする。電力レベルが、検出用に設定された閾値よりも小さい場合、その事象は無視される。加えて、ミニパルス検出器３５５は、比較器回路（図５、６における比較器５０８参照）を用いてパルス継続時間の間の着信信号もサンプリングして、そのパルスがESD事象の可能性があるものとして適格であるか否かを判断する。パルス継続時間が、CDMおよび他のESD事象（HBMおよびMM）にとって一般的な時間間隔境界内にある場合、そのパルスは、検出器をトリガーする。この検出方法は、標準的な時間領域（周波数領域に対する）信号解析とは異なる。高速広帯域幅オシロスコープを用いて行うような時間領域測定は、通常、ピーク電圧レベルを抽出する。ミニパルス３５５は、ESD事象信号の電力を抽出するスペクトル解析器とより類似した動作を行う。この手法の主な利点は、検出ハードウェアの経済性にある。高速サンプリングの必要性（時間領域方法と同様）は決定的ではない。信号周波数にわたる放射パルス電力は、信号電力の非常に良好な１次近似を与え、異なるESD事象振幅間で比較を行うことを可能にする。

【0054】

４．「ミニパルス」のエネルギー閾値制御感度は、取得エリアを非常に小さくする微調節を可能にする。これは、検出されるESD事象を、決定的に重要なもののみ、および／または、ユーザーに関心のあるもののみに限定する重要な態様である。

【0055】

５．アンテナ構成。特定のプロセスポイントに対するESD事象検出における別の重要な因子は、アンテナ３８２（図３ｂ）の形態および配置である。アンテナ３８２の物理的な利得特性は、ESD信号取得を制御する際の重大な役割を果たす。特別に設計されたアンテナ（ミニパルス検出器３５５に結合されている）の方向性利得の特徴は、ユーザーに関心のある所与のESD事象についてミニパルス検出器３５５を較正するのに用いることができる。

【0056】

６．アンテナ性能および雑音不感性。マイクロESDアンテナ３８２（またはマイクロアンテナ３８２）は、静電気放電(ESD)事象検出用に特別に設計されたものである。それらの工学的に作り出された特性によって、ESD放射エネルギーを、発生源のロケーションについて指向性をもって検出するとともに、対象でない他の近くの事象を無視することが可能になる。

【0057】

従来の技術（米国特許第6,563,316号および米国特許出願公開第2009/0167313号）および他の利用可能なESD事象監視製品を上回る本発明の実施形態の具体的な改良点

【0058】

１．復調対数増幅器５０５（図５）が、検出されたESD信号からマルチ周波数増幅レベルを抽出する。これによって、「ミニパルス」３５５は、閾値制御のための信号レベルをより正確に弁別することが可能になる。従って、本発明の実施形態は、測定モードで動作して、信号レベルを弁別するための選択された閾値と整合した出力信号を生成する復調対数増幅器５０５を提供する。この技術は、市場における他の検出器製品によって用いられていない。

【0059】

２．この製品（「マイクロESD」アンテナ３８２）とともに用いられる特別に設計されたアンテナ３８２は、指定された範囲における最適な検出のための工学的に作り出された利得特性を用いるとともに、望ましくない信号発生源を排除する。このアンテナの物理次元および構成は、静電気放電（ESD）放射パルス過渡現象信号用に最適化された帯域幅である。市場における他の検出器は、不要な広帯域特性を有する標準的な多目的ＲＦアンテナを用いる。市場における検出器によるこの手法によって、ESDパルス過渡事象と他のEMI信号発生源との間の信号分離は、非常に問題の多いものとなる。

【0060】

３．特定のタイプのESD事象を検出する現場でのESDモニター較正のための方法が現在可能である。従って、本発明の実施形態は、特定のパルス事象を検出するとともに対象でない他の信号を排除するために、ツールおよびアプリケーション（または他の特定のエリア）内に配置することができる。これとは対照的に、現在のESD事象検出器は、一般に本発明の実施形態の上述した利点を伴うことなくESD事象を検出するように設計されている。

【0061】

図３ｃは、本発明の別の実施形態によるシステム（または装置）３８８の図である。システム３８８は、論述を明確にする目的で上面図に示されている。図３ａにおけるシステム３５０に関して同様に論述したように、システム３８８は、静電気放電(ESD)事象監視用に構成され、帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んでいる。

【0062】

本発明の一実施形態では、システム３８８は、プロセスエリア３８９ａに位置決めされた少なくとも１つのアンテナ３８２ａと、アンテナ３８２ａに結合されたESD検出器３５５とを備える。アンテナ３８２ａは、CDMESユニット３５２からの放射３８０を受信するように構成されているので、アンテナ３８２ａは、CDMESユニット３５２に無線で結合されている。ESD検出器３５５は、CDMESユニット３５２によって生成された種々の放電エネルギーについて較正される。

【0063】

プロセスエリア３８９ａは、例えば、ツールプロセスエリアとすることもできるし、ツールプロセスエリアの外部のエリアとすることもできる。

【0064】

本発明の別の実施形態では、プロセスエリア（エリア３８９として一般的に示される）は、第１のプロセスエリア３８９ａおよび第２のプロセスエリア３８９ｂを備える。第１のアンテナ３８２ａは、第１のプロセスエリア３８２ａに位置決めされ、第２のアンテナ３８２ｂは、第２のプロセスエリア３８９ｂに位置決めされている。

【0065】

本発明の一実施形態では、第１のアンテナ３８２ａは、ESD検出器３５５に結合され、第２のアンテナ３８２ｂも、ESD検出器３５５に結合されている。本発明の別の実施形態では、第２のアンテナ３８２ｂは、別のESD検出器３５６に結合され、ESD検出器３５５には結合されていない。

【0066】

通常、第１のプロセスエリア３８９ａは、距離３９１によって第２のプロセスエリア３８９ｂから分離され、第１のアンテナ３８２ａおよび第２のアンテナ３８２ｂは、マルチチャネルを形成する。距離３９１は調整可能である。

【0067】

１つの実施形態では、第１のアンテナ３８２ａおよび第２のアンテナ３８２ｂは、アンテナ応答感度を同様にすることができる。別の実施形態では、第１のアンテナ３８２ａおよび第２のアンテナ３８２ｂは、アンテナ応答感度が異なる。

【0068】

プロセスエリア３８９は、１または複数のプロセスエリアから数を変更することができる。従って、３つ以上のプロセスエリアがシステム３８８に含まれる場合がある。

【0069】

プロセスエリア３８９のうちの少なくとも１つは、半導体チップ１２５（図１ａ）を収容するように構成されたソケット３７３（図３ｂ）を備えることもできるし、複数の半導体チップを収容するように構成された複数のソケット３７３を備えることもできる。

【0070】

プロセスエリア３８９のうちの少なくとも１つは、参照符号３９６によって最もよく特定されるような別の実施形態では、ウェハー３９３を収容するように構成されたピンセット３９２を備えることができる。もちろん、ピンセット３９２は、別のタイプのウェハー処理ツール３９２とすることもできる。

【0071】

プロセスエリア３８９のうちの少なくとも１つ（またはウェハー３９３）は、参照符号３９７によって最もよく特定されるような一実施形態では、テストプローブ３９５によってアクセス可能な導電性トレース３９４を備えることができる。プロセスエリア３８９のうちの任意のものは、別の好適なタイプのエリアとすることができる。

【0072】

マイクロESDアンテナ
ESD放射パルス過渡現象を検出するのに用いられるアンテナは、これまで、非常に高い利得を有する標準的なアンテナとされてきた。これによって、ESD事象の検出がかなり容易になるのに対して、事象の出所を求めることが実質的に不可能になっていた。この弱点によって、従来のアンテナは、重要なプロセスの監視にほとんど用いられていなかった。

【0073】

アンテナに関係した挙動に関係する追加の背景情報を提供するために、以下の参考文献も引用する。

【0074】

１．T. J. Maloney「Easy Access to Pulsed Hertzian Dipole Fields Through Pole-Zero Treatment」（cover article, IEEE EMC Society Newsletter, Summer 2011, pp. 34-42）
２．T. J. Maloney「Antenna Response to CDM E-fields」（2012 EOS/ESD Symposium, Sept. 2012, pp.269-278）
３．T. J. Maloney「Pulsed Hertzian Dipole Radiation and Electrostatic discharge Events in Manufacturing」（2013 IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, Vol. 2, Quarter 3, pages 49-57）

【0075】

「マイクロESD」アンテナ３８２（例えば、図３ｂにおけるミニパルス検出器３５５に結合されたアンテナ３８２）は、ESD事象をそれらの発生源に極めて近接して検出することのみを目的として開発されたものである。マイクロESDアンテナ３８２は、図４ａに例示のアンテナ４０５、４１０、４１５、４２０および／または４２５で示されているように、設計されたマイクロストリップアンテナの様々なバージョンのものが実施されている。これらのアンテナは、優れたESD近接場放射パルス受信を有する一方で、工学的に作り出された指向性利得特性によって他の近接場および非近接場のパルスシグネチャを拒否する。これによって、局所化された対象となるESD事象を特定する際に、他のアンテナは動作しないのに対して、マイクロESDアンテナは良好に動作することが可能になる。

【0076】

加えて、このアンテナの設計された特性によって、飽和効果によるESD検出において共通に用いられる一般的なアンテナに当てはまらない非常に幅広い信号弁別範囲（１０Ｖ〜３０００Ｖ）が可能になる。減衰器とともに用いられると、非常に大きなESD事象を効果的に捕捉することができる。

【0077】

ESD事象は、好ましくは、それらの予想される発生源のできるだけ近くで監視されるべきである。アンテナ設置用の通常の監視距離は、例えば、約２．５４ｃｍ(１inch)から約１５ｃｍ（６inch）の範囲であるが、他の距離に対応することもできる。マイクロESDアンテナ３８２は、信号振幅削減および検出閾値設定に起因して発生源からの距離が大きくなるとともに効率が意図的に低下する。

【0078】

図４ａには、本発明の様々な実施形態による複数アンテナ構成が開示されている。ミニパルス３５５を複数の並存するアンテナとともに用いて、異なる場所におけるESD信号を同時にまたは別々に検出することができる。同じESD信号サンプリング方法が用いられ、唯一の相違は、複数のアンテナフィードポイント４３０である。これらのフィードポイント４３０は、ミニパルス検出器３５５に通信可能に結合されている。ライン伝播するESD過渡現象の性質およびアンテナケーブル配線の低い抵抗損に起因して、信号劣化は、検出および振幅弁別の目的には重要ではない。

【0079】

複数のアンテナは、ほぼいずれの構成でもダイポール構造のアレイとして展開することができる。図４ａには、５つのアンテナ４０５〜４２５が示されている。ただし、図４ａに構造化されたダイポールのアレイは、６つ以上のアンテナまたは４つ以下のアンテナを有することもできる。

【0080】

図４ｂは、本発明の一実施形態によるマイクロESDアンテナ組立体４５０を示す図である。組立体４５０は、ESD検出器３５５（図３ｂ）に取り外し可能に接続される電気リンク４６０（例えば、ケーブル４６０）に結合されたマイクロESDアンテナ４５５を備える。

【0081】

ミニパルス回路の説明
次に、図５のブロック図および図６の回路図を参照する。図５は、本発明の一実施形態によるESD検出器５００（ミニパルス５００）のブロック図である。図６は、本発明の一実施形態による図５のESD検出器６００内のESDモニター回路６００の概略図である。ミニパルス５００は、図３ｂには、ESD検出器３５５としても示されている（説明されている）。

【0082】

ミニパルス５００は、時間領域においてEMI事象を解析することと、或る特定の電磁エネルギーのパルス静電気放電を検出する閾値弁別とによる２次元アルゴリズムを用いる。監視されている対象物に対する特定のアンテナ構成およびアンテナ配置を用いることによって、ミニパルス５００は、対象となる特定の小さなエリア或いはより広いエリアカバレッジのためのESD事象検出を提供することができる。

【0083】

ESD事象信号５０１は、シールドケーブルに接続されて入力コネクター（例えば、入力SMAコネクター、Ｊ１）に取り付けられたアンテナ５０２によって検出される。信号５０１は、真のESD事象に特徴的である歪んだ周波数（＞１００ＭＨｚ）を通過させ、その範囲外の信号を拒絶するように調節された入力フィルター／積分器５０３（例えば、６次ハイパスフィルター）によって処理される。（フィルター／積分器５０３からの）フィルタリングされた信号５０１は、次に、対数増幅器５０５（Ｕ２）に渡される。この対数増幅器は、非常に高速の６段階復調対数アンプ（アナログデバイスAD8310）である。対数増幅器の出力信号５０６（Ｕ２の出力信号５０６）は、静止電圧（入力信号なし）が約２．５Ｖであるという点において反転される。この回路がフィルタリングした着信信号５０６は、電力、継続時間および振幅によって弁別される。

【0084】

入力ESD事象信号の強度が強いほど、対数増幅器の出力電圧５０６（Ｕ２の出力電圧５０６）は低くなる。通常、この信号５０６は、約２．５ボルトと約１．０ボルトとの間の範囲にある。出力電圧５０６（Ｕ２の出力電圧５０６）は、次に、超高速比較器５０８（Ｕ３）（アナログデバイスAD8561）を用いて、事前に設定されたＤＣ電圧５０７(TP_Comp507)と比較される。

【0085】

出力電圧５０６（Ｕ２の出力電圧５０６）は、約１．５ボルトの振れに圧縮されるので、TP_Comp507は、分離回路（図５におけるレベル設定ブロック５１０）によって生成され、容易に設定可能なアラームレベルが提供される。約２．０ボルトの最大TP_Comp電圧５０７は、Ｒ１２ポテンショメーターと、ＴＰ２において検査することができるQ4 NPN電圧発生源とによって設定される。約１．０ボルトの最小TP_Comp電力５０７は、ポテンショメーターＲ１０によって設定され、ＴＰ１において検査することができる。ポテンショメーターＲ１３は、その後、その機械的範囲全体にわたって調整されて、対数増幅器５０５の出力範囲に整合する約２．０ボルトと約１．０ボルトとの間のTP_Comp507を生成することができる。

【0086】

比較器（AD8561）５０８であるＵ３が、（「＋」または正の入力上の）TP_Comp507未満に下がる（「−」または負の入力上の）信号を検出した場合、ネガティブトゥルー状態が瞬間的に比較器５０８の出力上に生成される。このパルスは、次に、一対のワンショットマルチバイブレーターであるU4aまたはU4bに渡される。U4aは、オンにクロック制御され、Ｑ＝真となる（Ｊ入力は真であると仮定する）。U4aのワンショットがリセットするとき（R11*C13タイムアウトに起因して約250nSec）、U3の出力は単一の十分に高速のパルスであるので、U3の出力がハイ(high)を返した場合にのみ、第２のワンショットU4bは、Ｑ＝真に設定される。パルスが過度に長く、例えば、対象となるESD事象でないことを示す500nSecよりも長い場合、そのパルスは無視される。

【0087】

従って、パルスが、対象となるESD事象であると判断されただけで、U4bは、Ｑ＝真に設定される。アラーム状態は、例えば、可聴音、視覚的な赤色LEDおよびオープンコレクター出力が「ＯＮ」にトリガーされることによって示される。

【0088】

ミニパルス５００（図５）の以下のブロック図および概略は、その基本動作要素を示している。直接または同軸ケーブル若しくは３軸ケーブルを介してリモートに取り付けることができるアンテナ５０２は、EMI信号（例えば、信号５０１）を検出する。アンテナ５０２は、例えば、アンテナ３８２（図３ｂ）と同じタイプである。EMI信号は、対象となる周波数レンジにある信号のみを検出するように処理される。所望の信号は、非常に大きなダイナミックレンジを有するので、対数アンプ５０５は、使用可能な信号５０６を生成するように増幅を行う。次いで、信号５０６が高速比較器５０８に渡され、この比較器において、この信号は、所定の閾値電圧レベル５０７と比較される。次いで、この閾値５０７を越えている信号は弁別器５１２に渡され、この弁別器は、対象となるEMIパルスの時間定義を満たす信号を除く全ての信号を無視する。この弁別器／生成器５１２は、EMIパルスの傾斜を調べることによって、EMIパルスが有効な事象であるか否かを判断する。回路５１２は、トリガーされるとパルス５１４を生成する。このパルスは、EMI事象を聴覚的、視覚的（例えば、聴覚および／または視覚インジケーター５１５を介して）、および、オープンコレクター出力ドライバートランジスター５１６を通じてリモートに示すのに用いられる。アラーム出力ドライバー５１６は、所定の閾値電圧レベルを越えた事象が発生したことを示すために、出力事象発生信号をツールまたはコンピューターに送信する。

【0089】

図７は、本発明の１つの実施形態において外部から見たミニパルスESD検出器３５５の全体像を示している。ただし、ESD検出器３５５は、図７とは異なる別のタイプの構成を有することもできる。

【0090】

図８は、本発明の一実施形態によるESD検出器のための較正方法８００および実施態様のフローチャートである。方法８００におけるステップの順序は変更することができ、幾つかの特定のステップは、同時に実行することもできることに留意されたい。較正方法８００における８０１において、形式的な検査室デバイスCDMテストが、ランダムにサンプリングされた候補デバイスに対して実行される。８０２において、ESD事象の存在の有無を監視するための重要な製造プロセスポイント（例：テスター、ハンドラー）についての決定が行われる。８０３において、現場でのESD事象較正プロセスは、CDM事象シミュレーター(CDMES)を用いて行われる。現場でのESD事象較正プロセスの例は、図３ｂにおける装置３５０を参照して上記で説明している。８０４において、連続ESD監視プロトコルを、ミニパルスESD検出器を用いて開始し、品質コンプライアンスを保証することができる。

【0091】

ミニパルスESD検出器３５５が特定のデバイス耐電圧閾値について較正されるとき、この電圧閾値は、通常、そのデバイスの実際の電圧障害レベル未満の電圧レベルに設定される。例えば、デバイスが約２００ボルトの実際の電圧障害レベルを有する場合、電圧閾値は、例えば、その電圧障害レベルの約５０％、すなわち約１００ボルト等の、２００ボルト未満に設定される。この手法によって、デバイス内で発生する実際の損傷が防止される。従って、８０５において、許容印加電圧閾値は、テストされるデバイスタイプごとに決定される。

【0092】

８０８において、最小統計サンプルが、ロケーションごとのPASS/FAIL（合格／不合格） ESD事象検出の確認のために適用される。例えば、約２０個若しくは３０個のショットまたは他の数のショットが適用されて、正確な較正が取得される。

【0093】

８０６において、ESD検出器３５５（例えば、ミニパルス検出器）が、特定のデバイス耐電圧閾値について較正される。ブロック８０３、８０５、および／または８０８における手順が実行された後、次に、ブロック８０６における手順を実行することができることに留意されたい。

【0094】

８０７において、較正ショットの精度を確認するために、較正CDMES電流パルス波形が、オシロスコープの使用によって確認される。ただし、オシロスコープの使用は、較正プロセスにおけるこのステップの間、省略することもできる。

【0095】

以下の論述は、本発明の１つの実施形態における較正プロセスの上記シーケンスに関する追加の詳細を提供する。

【0096】

１．ミニパルスモニタ（ESD検出器３５５）のマイクロESDアンテナ３８２を、損傷を受け易いICデバイスが配置されるツール内のプロセスポイントの可能な限り近接したポイントに配置する。

【0097】

２．マイクロESDアンテナケーブルを、電力が供給されたミニパルスモニタ３５５に接続する。

【0098】

３．CDMES用のＤＣ電源電圧を、必要とされる閾値電圧レベル（通常、ICデバイス障害閾値の約５０％）に設定する。

【0099】

４．CDMESを、損傷を受け易いICデバイスの監視アプリケーション用に選ばれた指定プロセスポイントに位置決めする。

【0100】

５．ミニパルス３５５に必要とされるESD事象検出閾値に達するまで、ミニパルス検出閾値制御を調整しながら、CDMESをトリガーする。

【0101】

６．ICデバイス指定閾値電圧においてCDMES放電の最小統計グループ（例えば、１２〜２４）を生成して、ミニパルス検出器性能を検証する。

【0102】

７．CDMES DC電圧レベルの形態の成功した較正データと、統計サンプリンググループの間に成功したミニパルス検出の数と、デジタルマルチメーターを有するフロントパネルテストポイントを介したミニパルス閾値設定とを記録する。

【0103】

本発明の一実施形態による他のシステムは、他の形態を有することができ、他の方法または他の向きで配置される他の異なる構成要素を有することができることも理解される。

【0104】

上記で説明した実施形態および方法の他の変形および変更が、本明細書において論述した教示を考慮すると可能である。

【0105】

本発明の図示された実施形態の上記説明は、要約書に記載されたものを含めて、網羅的であることも、本発明を開示された正確な形態に限定することも意図していない。本発明の特定の実施形態および本発明の例が、本明細書において例示の目的で説明されているが、当業者が認識するように、様々な均等な変更が、本発明の範囲内で可能である。

【0106】

これらの変更は、上記の詳細な説明を考慮して本発明に対して行うことができる。添付の特許請求の範囲において用いられる用語は、本明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に本発明を限定するように解釈されるべきではない。それとは逆に、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。特許請求の範囲は請求項解釈の確立されたドクトリンに従って解釈されるべきである。
本発明は、以下の特徴を以って実施することができる。
［特徴１］
帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象監視のための装置であって、
プロセスエリアに位置決めされた少なくとも１つのアンテナと、
前記少なくとも１つのアンテナに結合されたESD検出器と、
前記CDMESユニットに無線で結合された前記ESD検出器と、
前記CDMESユニットによって生成された種々の放電エネルギーについて較正された前記ESD検出器とを備える、帯電デバイスモデル事象シミュレーターユニットを組み込んだ静電気放電事象監視のための装置。
［特徴２］
前記プロセスエリアはツールプロセスエリアを含む特徴１に記載の装置。
［特徴３］
前記プロセスエリアは、ツールプロセスエリアの外部のエリアを含む特徴１に記載の装置。
［特徴４］
前記プロセスエリアは、第１のプロセスエリアおよび第２のプロセスエリアを備え、
前記少なくとも１つのアンテナは、前記ESD検出器に結合された第１のアンテナと、前記ESD検出器に結合された第２のアンテナとを備え、
前記第１のアンテナは、前記第１のプロセスエリアに位置決めされ、前記第２のアンテナは、前記第２のプロセスエリアに位置決めされている特徴１に記載の装置。
［特徴５］
前記第１のプロセスエリアは前記第２のプロセスエリアから分離され、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはマルチチャネルを形成する特徴４に記載の装置。
［特徴６］
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはアンテナ応答感度が同様である特徴４に記載の装置。
［特徴７］
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナはアンテナ応答感度が異なる特徴４に記載の装置。
［特徴８］
前記プロセスエリアは半導体チップを収容するように構成されたソケットを備える特徴１に記載の装置。
［特徴９］
前記プロセスエリアは複数の半導体チップを収容するように構成された複数のソケットを備える特徴１に記載の装置。
［特徴１０］
前記プロセスエリアはウェハーを収容するように構成されたピンセットを備える特徴１に記載の装置。
［特徴１１］
前記プロセスエリアはテストプローブによってアクセス可能な導電性トレースを備える特徴１に記載の装置。
［特徴１２］
前記ESD検出器は、
放射パルス電磁信号を検出するように構成され、異なるパルス事象タイプを弁別するように構成され、かつCDM事象が、較正された閾値を越えている場合に、該CDM事象を登録するように構成された静電気放電検出器を備える特徴１に記載の装置。
［特徴１３］
前記検出器は、調整可能なパルス事象閾値に基づいて異なるパルス事象タイプを弁別するように構成されている特徴１に記載の装置。
［特徴１４］
前記検出器は、パルス継続時間のような時間領域においてEMI（電磁妨害）事象を解析することと、閾値弁別を行って或る特定の電磁エネルギーのパルス静電気放電を検出することとによる２次元アルゴリズムを用いるように構成されている特徴１に記載の装置。
［特徴１５］
前記検出器は、前記CDM事象の１または複数のシミュレーションに基づいて特定のデバイス耐電圧閾値について較正される特徴１に記載の装置。
［特徴１６］
前記少なくとも１つのアンテナは、
前記検出器に結合されたマイクロアンテナを備え、
前記マイクロアンテナは、望ましくない信号発生源を排除するとともに、指定された範囲における最適な検出のためのアンテナ利得特性を備える特徴１に記載の装置。
［特徴１７］
帯電デバイスモデル事象シミュレーター(CDMES)ユニットを組み込んだ静電気放電(ESD)事象監視のための方法であって、
放電エネルギーを検出することと、
種々の放電エネルギーについて静電検出器を較正することとを含む、帯電デバイスモデル事象シミュレーターユニットを組み込んだ静電気放電事象監視のための方法。
［特徴１８］
前記検出することは、
調整可能なパルス事象閾値に基づいて、異なるパルス事象タイプを弁別することを含む特徴１７に記載の方法。
［特徴１９］
前記検出することは、
パルス継続時間のような時間領域においてEMI（電磁妨害）事象を解析することと、閾値弁別を行って或る特定の電磁エネルギーのパルス静電気放電を検出することとによる２次元アルゴリズムを用いることを含む特徴１７に記載の方法。
［特徴２０］
望ましくない信号発生源を排除するとともに、指定された範囲における最適な検出のためのアンテナ利得特性を設定することを更に含む特徴１７に記載の方法。

【符号の説明】

【0107】

１００ 放電モデル
１０５ ミニパルス検出器
１１０ 事象
１１５ ロボット配置エフェクター
１２５ 半導体チップ
１３０ 導電性部分
１３１ プラットフォーム
１３２ 処理チャンバー
１３５ アンテナ
１４０ 電磁波
１４１ 放電
１８０ 波形
１８５ 波形
２００ 帯電デバイスモデル事象シミュレーター
２０２ 放電ヘッド
２０５ 高圧電源
２１０ オシロスコープ
２６６ 電気リンク
２６７ 電気リンク
３００ オシロスコープスクリーンショット
３０５ 電流パルス
３１０ 波形
３５０ 装置
３５２ 帯電デバイスモデル事象シミュレーター
３５５ ミニパルス検出器
３５６ 検出器
３６２ 処理チャンバー
３７３ ソケット
３８０ 放射
３８２ アンテナ
３８２ａ 第１のアンテナ
３８２ｂ 第２のアンテナ
３８８ システム
３８９ プロセスエリア
３８９ａ 第１のプロセスエリア
３８９ｂ 第２のプロセスエリア
３９２ ピンセット
３９３ ウェハー
３９４ 導電性トレース
３９５ テストプローブ
４０５ アンテナ
４１０ アンテナ
４１５ アンテナ
４２０ アンテナ
４２５ アンテナ
４３０ アンテナフィードポイント
４５０ アンテナ組立体
４５５ アンテナ
４６０ 電気リンク
５００ 検出器
５０１ 事象信号
５０２ アンテナ
５０３ 積分器
５０５ 対数増幅器
５０６ 出力電圧
５０７ 閾値電圧レベル
５０８ 高速比較器
５１２ 生成器
５１４ パルス
５１６ アラーム出力ドライバー
６００ 検出器
８００ 較正方法

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】