Оборудование для испытаний и измерений

Установки ЭМ-6010, ЭМ-6010-1, ЭМ-6020 и ЭМ-6020-1 имеют одина­ковую конструкцию и состоят из стола и следующих устройств: пози­ционирования, контактирующего и визуального наблюдения, а также шкафа электрооборудования.

Устройство позиционирования предназначено для автоматической транспортировки, ориентации и совмещения контактных площадок структур полупроводниковых пластин с зондами контактирующего устройства и состоит из механизмов загрузки и ориентации, координатного стола, блоков пневмооборудования и управления, а так­же пульта оператора. Механизм загрузки служит рррдля перемещения полупроводниковых пластин из подающей кассеты на диск предметного столика и далее в приемную кассету. Подлежащая контролю полупроводниковая пласти­на подается струей воздуха из подающей кассеты на пневмодорожку и перемещается по ней на предметный столик, плоскость которого должна быть расположена на одной высоте с рабочей плоскостью пневмодорожки или на 0,1 - 0,3 мм ниже ее. Датчик, установленный на пневмодорожке, следит за наличием на ней пластины, а фотодатчик, расположен­ный на предметном столике, обеспечивает его исходное положение по двум координатам и углу. После выполнения контактирования пластина перемещается с пред­метного столика воздухом по пневмодорожке в приемную кассету. Рабочие плоскости предметного столика и пневмодорожки в этом случае должны быть расположены так же, как при загрузке. Пневмодорожка представляет собой плиту с расположенными под углом 45° отверсти­ями, через которые подается воздух. Полупроводниковая пластина, попав на пневмодорожку, как бы всплывает на воздушной подушке и перемещается вдоль нее воздушным потоком. При работе установки подающая и приемная кассеты перемещаются на шаг по вертикали после поступления очередной пластины. Перемеще­ние осуществляется винтовой парой, шестеренчатым редуктором и шаго­вым электродвигателем, т.е. приводом, аналогичным приводу подачи кассет в автоматах нанесения и проявления фоторезиста. Ключи управ­ления механизма загрузки служат для согласования сигналов датчиков с логическими устройствами. Механизм ориентации служит для установки полупроводниковой пластины в определенное положение относительно ее базового среза и имеет два ролика: ведущий, получающий привод от электродвигателя, и ведомый, не имеющий привода, но вращаемый при ориентировании полупроводниковой пластины трением о нее. Когда полупроводниковая пластина струями воздуха прижимается к обоим роликам, она начинает вращаться против часовой стрелки до тех пор, пока ее базовый срез не установится на опорную поверхность планки механизма ориентации. Ведущий ролик при этом не касается поверхности пластины, поэтому она больше не поворачивается, а считается предварительно сориентиро­ванной, и датчик подает сигнал в систему управления о наличии пластины на предметном столике.

Координатный стол предназначен для точных перемещений полупро­водниковых пластин по трем координатам и углу и состоит из привода, предметного столика и нагревателя. Привод представляет собой линейный шаговый электродвигатель (ЛШД), статором которого является чугунная плита с обрамлением. В плиту вклеена ферромагнитная пластина с нарезанными по координа­там X и Y канавками, заполненными компаундом. Индуктором (рото­ром) шагового электродвигателя является система постоянных магни­тов и электромагнитов, соединенных общим корпусом, на котором крепятся предметный стол, электрические коммутационные устрой­ства и элементы пневмосистемы. Для ориентирования индуктора отно­сительно канавок статора служат специальные регулировочные винты. Взаимодействие индуктора со статором осуществляется магнитным потоком, создаваемым при возбуждении катушки электромагнита. В результате индуктор перемещается по плите статора. В рабочем поло­жении между плитой статора и индуктором пневмосистемой создается воздушная подушка, снижающая силы трения. Управляют ЛШД, не имеющим никаких передаточных звеньев, спе­циальные датчики линейных перемещений, состоящие из периодической миры и фотоэлектрической анализирующей головки. Линейный шаго­вый электродвигатель перемещает координатный стол только по коор­динатам Х и У. Предметный столик служит для фиксирования полупроводниковой пластины вакуумом и перемещения ее по вертикали и горизонтали на определенный угол. Для окончательной ориентации, выполняемой ви­зуально под микроскопом, полупроводниковая пластина взвешивается над поверхностью предметного столика воздушным потоком, подава­емым из пневмосистемы. Нижнее положение предметного столика контролируется датчиком исходного положения, состоящим из фотодатчика и заслонки. Предва­рительная (грубая) регулировка нижнего положения предметного сто­лика выполняется изменением высоты фотодатчика, а окончательная (точная) - поворотом эксцентрика, расположенного в заслонке. При правильной регулировке в момент срабатывания зазор между упорами, ограничивающими ход предметного столика по вертикали, должен быть 0,3-0,5 мм. На предметном столике крепится нагреватель, верхняя плоскость которого относительно корпуса установок ЭМ-6020 и ЭМ-6020-1 должна иметь электрическую емкость не более 50 пФ, а в установках ЭМ-6010 и ЭМ-6010-1 – не более 1000 пФ. Сопротивление изоляции при одном отключенном выводе нагревателя должно быть не менее 5*10¹⁰ Ом.

Блок пневмооборудования служит для управления подачей сжатого воздуха и создания вакуума, необходимых для работы механизмов загрузки и ориентации, привода и предметного столика установки. Этот блок смонтирован на раме, на которой установлены реле, регуля­торы давления, манометры, электропневматические клапаны, дроссели и другие элементы пневмовакуумной системы. Установка имеет авто­номный блок подготовки воздуха. Проходя через фильтры грубой и тон­кой очистки, воздух приобретает необходимую чистоту. Оба блока соединены между собой пневморазъемами. Блок управления представляет собой устройство, предназначенное для выполнения логических функций по формированию цифровых сигналов, поступающих на исполнительные механизмы установки. Пулы оператора служит для размещения органов управления, зву­ковой сигнализации и световой индикации и выполнен в виде панели, на которой находятся кнопки, счетчики, индикаторы, динамик, переклю­чатели координат и платы-ключи управления.

Контактирующее устройство зондовых установок ЭМ-6010:

1 - вилка, 2 - кабель, 3 - осветитель, 4, 15 - маркирующий и зондовый наконеч­ники, 5, 16 - коммутирующее и контактирующее устройства, 6, 7 - эксцентрики, 8 - винт, 9 - кольцо, 10 - стойка, 11 - манипулятор, 12 - экран, 13 - зонд-дат­чик, 14 - баллон

Контактирующее устройство служит для электрической связи контактных площадок структур полупроводнико­вой пластины с измерителем и состоит из кольца 9 с пазами для установ­ки манипуляторов 11 с зондовыми 15 и маркирующими 4 наконечниками, зондов-датчиков 13, осветителя 3 и устройств коммутации.

В установках ЭМ-6020 и ЭМ-6020-1 для защиты элементов контактирующего устройства от повышенной температуры служит экран, укрепленный к кольцу 9 через стойки 10, в котором имеется трубка {отверстиями для их обдува (охлаждения) сжатым газом. Все манипуляторы с зондовыми наконечниками являются унифицированными элементами контактирующего устройства и служат для создания электрического контакта с контактными площадками структур при усилии 0,07—0,01 Н. Электрическая емкость зондов относительно корпуса должна быть не более 3 пФ, а сопротивление изоляции - не менее 10¹¹ Ом.

В контактирующем устройстве предусмотрена индивидуальная настройка каждого зонда на контактные площадки структур, выполняемая по трем координатам: вдоль оси элемента контактирующего устройства — вращением эксцентрика 7; перпендикулярно оси в горизонтальной плоскости — вращением эксцентрика 6; по высоте — вин­том 8.

Зонды-датчики служат для определения краев (формы) полупро­водниковой пластины и предотвращают контактирование за ее предела­ми, а также обеспечивают одинаковые усилия контактирования на всех структурах полупроводниковых пластин. Установка рассчитана на рабо­ту не менее чем с двумя зондами-датчиками. Исполнение четырех зон­дов-датчиков расширяет возможности зондовых установок и позволяет контролировать полупроводниковые пластины любой формы. Наличие зондов-датчиков 13 предупреждает повреждение зондов 15, снижает их износ и исключает попадание маркировочной краски на поверхность предметного столика.

Зондовый маркирующий наконечник 4 служит для нанесения краски на бракованные структуры, устанавливается с помощью кронштейна на манипулятор и состоит из баллона для краски, корпуса, катушки и якоря со стержнем. При подаче импульса напряжения на катушку якорь втягивается в нее, выталкивает стержнем определенный объем краски на бракованную структуру и отходит в исходное положение.

Устройство визуального наблюдения (стереомикроскоп) предназначен для контроля точности совмещения контактных площадок структур микросхем с зондами установки. Механизмом подъема стереомикроскоп может перемещаться для получения необхо­димой резкости изображения контактируемой микросхемы и смещаться в сторону, когда необходимость в визуальном наблюдении не требуется. Установка ЭМ-6010-1 оснащена оптической головкой ОГ-1, которая вы­полняет те же функции, что и стереомикроскоп, и, кроме того, с ее по­мощью проецируют оптическую (тестовую) миру на плоскость контро­лируемой микросхемы.

Шкаф электрооборудования размещен на тележке, снабжен поворотным устройством и служит для электропитания уста­новки и управления координатным столом по сигналам, подаваемым из блока логики. Рассмотрим, как работает зондовая установка, пользуясь рисунком, на котором ее отдельные элементы для наглядности разнесены.