Рис. 10.5. Зондодержатель

клин к ползуну 8. Верхнее положение столика контролируется бесконтактным датчиком.

Держатель головок (рис. 10.4) предназначен для установки зондовых и маркирующих головок, а также размещения розеток 2 и 9 для подсоединения зондодержателей и зондодержателей-дат-чиков и представляет собой два кольца 10 и 11, соединенных с рычагом 1, который может поворачиваться вокруг оси 3 и фиксироваться в трех положениях с помощью стержня 5 и пластин 4. В верхнем положении держателя устанавливают измеряемые подложки на предметный столик и размещают зондо-держатели и маркирующие головки, в среднем - очищающие зонды, а нижнее положение - рабочее. Эти положения держатель головок занимает при воздействии на рычаг 8. Ручкой 7 можно одновременно перемещать зондодержатель и маркирующие головки по высоте, а по лимбу 6 отсчитывают вертикальное перемещение.

Зондодержатель (рис. 10.5) служит для крепления инструмента (зонда) и выполнения с помощью собственного манипулятора наладочного совмещения его с контактной площадкой на полупроводниковой подложке. Крепится зондодержатель к кольцу 10 (рис. 10.4) винтом 4 (рис. 10.5), а зонд 17 фиксируется в держателе 15 пружиной 1. Рычаг 9 крепится к ползуну 12. манипулятора пластиной 8, используемой как шарнир. Движение зонда 17 вниз ограничено упором 16, закрепленным на планке 13. Манипулятор зондодержателя представляет собой шарнирный механизм с осью 10, ползуном 12 и шарниром 7. Ползун прижимается к корпусу 3 пружиной 11 и фиксируется винтом 5. Точная настройка зонда по высоте выполняется вращением винта 6, вызывающего при этом упругую деформацию корпуса 3. Плавная регулировка силы прижима зонда к контактной площадке производится вращением винта 2, изменяющего длину 254

Рис. 10.6. Маркирующая головка

пружины 14. При замене зонда необходимо ослабить винт 18.

Зондодержатель-датчик отличается от зондодержателя тем, что имеет упор 16 и контактную группу. При работе автомата предметный столик с подложкой приподнимается вверх и при касании зондом подложки размыкается цепь контактной группы. Если подложки нет на предметном столике или она разбракована, контакты остаются замкнутыми и через определенное время на пульт управления поступает сигнал об окончании разбраковки.

Зонд представляет собой иглу из твердого сплава Т5К10, острый конец которой заточен в форме сферы с радиусом 0,025 мм.

Маркирующая головка (рис. 10.6), которой наносят краску на бракованные структуры, по конструкции во многом напоминает зондодержатель, но отличается от него наличием бачка 1 и плунжера 2 с рычажно-электромагнитным приводом. Бачок крепится к держателю 5, соединенному с ползуном 15 винтами и пружиной 17. Плунжер, закрепленный винтом в корпусе, приводится в возвратно-поступательное движение электромагнитом 10. При включении электромагнита якорь 11 притягивается к сердечнику 9 и через стержень 12 поворачивает относительно оси 13 рычаг 14 со стойкой 16 и держателем 3.

Ход плунжера регулируется вращением гаек 18 и перемещением электромагнита 10 относительно корпуса 7 и фиксируется винтом 8. При регулировке необходимо обеспечить соосность плунжера 2 с бачком 1, для чего следует выставить держатель 3 относительно стойки 16 и зафиксировать гайкой 4. Нормальный зазор между электромагнитом и сердечником должен быть установлен в пределах 0,1 ... 0,3 мм, а плунжер должен выступать из капилляра бачка на 0,5 . .. 1 мм (устанавливают вращением винта 19). При работе автомата плунжер 2 не должен касаться подложки. Размер маркировочного пятна краски регулируется

положением бачка 1 и плунжера 2 с помощью винтов 6 и 19.

Автомат Зонд-А1 является универсальным устройством, и при соответствующей наладке на нем можно разбраковывать диодные, транзисторные и интегральные структуры. При работе предметный столик с подложкой автоматически поднимается до соприкосновения с зондами. В этот момент измеряемый параметр сравнивается с заданным и, если он соответствует требуемому, предметный столик опускается и перемещается на очередной заданный шаг. Если измеренный параметр не соответствует заданному, маркирующая головка получает команду и бракованная структура автоматически заливается краской.

Зондовая установка ЭМ-680 предназначена для совмещенного контроля ИС по статическим параметрам и на функционирование. Загрузка, предварительная ориентация и выгрузка подложек на операции контроля производятся автоматически. Алгоритм работы установки построен так, что разнотолщинность и прогиб подложек не влияют на контактное усилие зондов, благодаря чему исключается прокол контактных площадок и исчезает брак по вине установки.

Электронная часть выполнена на новейшей элементной базе отечественного производства. Применение развернутого линейного 4-координатного шагового привода позволило увеличить скорость перемещения координатного стола и повысить производительность установки.

Поверхностное сопротивление тонких диффузионных слоев измеряют 4-зондовым методом. Однако применение этого метода для контроля тонких слоев требует периодической калибровки установки. Одним из неразрушающих способов определения электрофизических свойств тонких диффузионных слоев является способ, основанный на использовании спектральной зависимости отраженного электромагнитного излучения в области плазменного резонанса носителей заряда.

Необходимость контроля толщины (от нескольких сотен до десятков тысяч нанометров) применяемых в микроэлектронике диэлектрических пленок создает определенные трудности при изготовлении универсального контрольно-измерительного оборудования. Требованиям современного крупносерийного производства наиболее полно отвечают бесконтактные неразрушающие методы измерения, основанные на поляризации и интерференции оптического излучения при его взаимодействии с исследуемым образцом.

Широкое применение при контроле толщины тонких диэлектрических слоев нашли эллипсометрические методы. Разработаны высокопроизводительные автоматические эллипсометры, обеспечивающие в течение 0,05 с измерение толщины и показателя преломления диэлектрических пленок. 256

В процессе производства ИС возникает необходимость в создании надежных омических контактов к полупроводниковым слоям. При этом важное значение имеет правильный выбор методики измерения и контроля качества получаемых контактов металл - полупроводник. Измеряются электрические, оптические и механические параметры контакта. Одним из основных факторов, влияющих на надежность ИС, является адгезия тонкопленочных элементов микросхем к подложке. Степень адгезионной связи пленок оценивают, измеряя силу сцепления металлической пленки с подложкой и определяя величину прогиба подложки в момент начала отслаивания.

Отказы ИС, связанные с технологией их производства, наиболее часто происходят из-за сравнительно низкого качества микросварных и паяных соединений. В связи с этим возникает необходимость в разработке методов контроля параметров данных соединений, а также в создании на их основе методов автоматического управления процессами сборки ИС.

Методы контроля и управления процессами микросварки и пайки (ультразвуковой, термокомпрессионной, контактной) делятся на несколько групп: по электрическим, акустическим, тепловым характеристикам соединения, а также по характеристикам установок для микросварки и пайки.

10.2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИС

Испытания ИС проводятся для выявления дефектных и потенциально ненадежных приборов, а также для подтверждения способности годных приборов функционировать в условиях воздействия окружающей среды, механических нагрузок.

Оборудование для механических испытаний. Стандартом установлены следующие виды механических испытаний ИС:

на отсутствие внутри корпуса частиц, способных вызвать нарушение работы прибора, например короткое замыкание выводов ИС;

на отсутствие кратковременных коротких замыканий и обрывов в цепях электродов приборов;

на устойчивость к воздействию ударных и вибрационных нагрузок;

на устойчивость к воздействию линейного ускорения.

Оборудование для механических испытаний включает устройство для создания различного вида нагрузок (вибрационных, ударных, линейных), узел закрепления приборов, а также устройство для подключения приборов и создания требуемого электрического режима. При выявлении коротких замыканий и обрывов используется соответствующая регистрирующая аппаратура.

Для создания ударных нагрузок на испытуемые приборы 17-6281 257

применяется стенд СУ-1 (рис. 10.7). Привод стенда включает электродвигатель 10, который через ременную передачу 9 и зубчатые передачи 1 и 7 вращает кулачок 6. Кулачок через ролик 5 поднимает стол 4 в крайнее верхнее положение, после чего стол падает вниз на упоры 2, перемещаясь на штоках 3. Зубчатые шестерни 1 и 7 получают смазку за счет разбрызгивания масла из ванны 8 при вращении кулачка 6. Приборы закрепляются на столе 4 в кассетах, при необходимости они могут подключаться к системе электропитания. Число ударов в единицу времени регулируется в диапазоне 10 ... 100 мин-1 изменением числа оборотов электродвигателя постоянного тока 10. Ударная нагрузка изменяется подбором сменных прокладок на упорах 2.

Вибрационный стенд ВС-68 (рис. 10.8) позволяет создавать вибрационные нагрузки с частотой 10 ... 80 Гц и амплитудой колебаний 0,1 ... 0,5 мм. Имея грузоподъемность до 15 кг, стенд обеспечивает линейные вибрационные ускорения в пределах 0,49 ... 246 м/с2 (0,05 ... 25 g). Кассеты с приборами закрепляются на рабочем столе 1, связанном через шток 2, шайбу 3, амортизационную пружину 4 и сферическую шайбу 5 с вибратором 6. Для создания вибраций электродвигатель И через ременную передачу 10 и пару зубчатых колес 9 вращает валы 7 и 8. Закрепленные на валах подвижные 13 и неподвиж-258

ные 12 секторы вращаются с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях. Подвижные секторы размещаются ассимметрично относительно неподвижных, поэтому при их вращении вертикальные составляющие неуравновешенных инерционных сил суммируются, приводя к вертикальным перемещением вибратора 6 и стола 1. Амплитуду колебаний регулируют перемещением подвижных секторов относительно неподвижных, частота колебаний регулируется изменением частоты вращения электродвигателя.

При необходимости испытаний ИС при повышенных частотах вибрации (500 ... 1000 Гц) используют электродинамические вибрационные стенды. В таких стендах стол с приборами получает вибрации от сердечника, помещенного в переменное электромагнитное поле.

Испытания на отсутствие кратковременных обрывов и коротких замыканий проводятся соответственно на ударных и вибрационных стендах. Приборы подключаются к индикаторным устройствам, регистрирующим импульсные сигналы в случае кратковременных коротких замыканий или обрывов.

При испытаниях ИС на устойчивость к воздействию линейных ускорений, проводимых на центрифугах, проверяется способность приборов выполнять свои функции при инерционных нагрузках. Контролируются также прочность присоединения кристалла прибора к корпусу и выводов к контактным площадкам, качество герметизации прибора.

Приборы считаются выдержавшими механические испытания, если у них не было обнаружено нарушений контактов, коротких замыканий и обрывов в цепях электродов, а также их электрические параметры не вышли за пределы, установленные техническими условиями.

Оборудование для климатических испытаний. Климатическое испытательное оборудование предназначено для проведения испытаний ИС на тепло-, холодо- и влагоустойчивость, на устойчивость к циклическому воздействию температур, пониженного и повышенного давления, морского тумана, на грибоустойчи-вость.

Для испытаний на устойчивость к воздействию климатических факторов применяется специализированное и универсальное оборудование различной степени автоматизации.

Рассмотрим на примере установок для испытаний на влагоустойчивость и на циклическое воздействие температур особенности оборудования для климатических испытаний ИС.

Камера тепла и влаги КТВ-0,16-155, предназначенная для испытаний на влагоустойчивость, показана на рис. 10.9. Автоматические системы регулируют влажность в пределах (50 ... ... 100) ±3% и температуру в диапазоне 298 ... 428 К (25 ... ... 155°С) с погрешностью ±(2 ... 5)К. Нагрев воздуха и его 17* 259