Устройство для контроля контактирования в зондовых установках Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для зондовых измерений кристаллов интегральных схем на пластине.

Известно устройство для контроля контактирования зонда с контактной площадкой, при этом точность контактнирования гарантируется расположением в плоскости .контактирования горизонтальных осей качания измерительных зондов 1,

Однако это расположение приводит к резкому увеличению зависимости состояния контактирования от различного вида вибраций, действующих на зонды в вертикальной плоскости, особенно в низкочастотной области спектра, уменьшая надежность контактирования , Кроме того, достоверную информацию о состоянии контактирования в этом случае можно получить только по отпечаткам зондов, т.е, после воздействия зондов на металлическую поверхность контактных площадок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля .контактирования в ЗОНДОВЫХ установках, содержащее блок индикации, первые входы которо г подключены к нормально

разомкнутым контактам двухпозиционных коммутаторов, нормально замкнутые контакты которых соединены с блоком измерений, а подвиж.ные контакты соединены с соответствующими зондами 2 ,

Однако работа такого устройства зависит от типа измеряемой интегральной схемы, что связано с имеющим10ся различной величины эквивалентным сопротивлением в цепи, образованной от каждого контактирующего зонда через внутренние элементы интегральной схемы до общей шины, кроме

15 того, устройство не обеспечивает

точного и надежного контроля контактирования.

Цель изобретения - повышение на2Q дежности и точности контроля контактирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве дпя контроля контактирования в зондовых установках, содержащем блок индикации, пер25вые входы которого подключены к замыкающим .контактам двухпозиционных коммутаторов, раз иыкакжцие контакты которых соединены с блоком измерений, а подвижные контакты соединены с

30

соответствующими зондами, каждый зонд выполнен в виде внутреннего металлического со сферической рабочей поверхностью, разделительного диэлек рического и внешнего металлических слоев, при этом поверхность, образо ванная торцами разделительного диэлектрического и внешнего металлического слоев, расположена перпен|дикулярно оси зонда и удалена от вершины сферической рабочей части зонда на расстояние .(Z() толщина металлического слоя контактной площадки ; расстояние от вершины сфе рической рабочей части зон да до поверхности, образованной торцами разделитель ного диэлектрического и внешнего металлического слоев; R-,,.- параметр шероховатости -контактной площадки; R. ,- параметр шероховатости сферической рабочей части зонда, а вторые входы бло ка индикации соединены с внешними металлическими слоями зондов. На фиг. 1 изображена схема устройства для контроля контактирования в зондовых установках; на фиг. 2 узел 1 на фиг. 1, . Устройство содержит зонды 1-5, каждый из которых выполнен трехслойным, а именно: внутренний металлический 6 со сферической рабочей частью 7, разделительный диэлектрический 8, внешний тонкий металлический 9, блок 10 индикации, блок из мерения со схемой внешних элементов 11 измеряемой интегральной cxeivbi 12, у которой имеются одинаковые кон тактные площадки 13 - 17 с металлическим слоем толщиной у каждой h, одинаковые двухпозиционные коммутаторы 18 - 22, каждый из которых име ет соединения нормально разомкнутым контактом - с соответствующим входом блока индикации контактирования, нор мально замкнутым контактом - со схемой внешних элементов, подвияшым контактом - с внутренним основным металлическим слоем соответствующего зонда. Торцы разделительного диэлектрического и внешнего тонкого ме таллического слоев образуют рабочую поверхность 23, лежащую в плоскости 24, которая перпендикулярна главной оси 25 каждого зонда. Плоскость рабо чей поверхности удалена от вершины сферической рабочей части в каждом зонле на расстояние, равное разности между толщиной слоя металла контактной площадки h и суммой высот микро неровностей на поверхностях сферической рабочей части зонда и контакт ной площадки интегральной схемы. Внешний тонкий металлический слой от соответствующего зонда образует соединение с соответствующим входом индикатора контактирования. . Находясь в исходном состоянии над интегральной схемой, каждый из зондов своим внутренним основным ме- ; таллическим слоем 6 соединен со схемой внешних элементов 11 через нормально замкнутый контакт одного из двухпозиционных коммутаторов, гшн этом все цепи контроля контактирования отключены нормально разомкнутыми контактами. Когда измеряемая интегральная схема 12 своими коитактными площадками подведена под зоны, подвижные контакты двухпозиционных коммутаторов переключают, замыкая цепь блока 10 индикации, с целью проверки наличия паразитного замыкания между внутренним металлическим слоем 6 и внешним тонким металлическим слоем 9.Если паразитного замыкания нет, то блок 10 индикации фиксирует отсутствие тока в цепи. После этого поднимают координатный стол, и зонды входят в контакт с контактными площадками интегральной схемы при определенной силе давления зондов на контактные площадки. Слой металла каждой контактной площадки замыкает между собой внутренний металлический слой б, который соединен через нормально разомкнутый контакт соответствующего двухпозиционного коммутатора с соответствующим входом блока 10 индикации и внешний тонкий металлический слой 9, который образует соединение с соответствукицим входом блока 10 индикации контактирования. Внутренний металлический слой 6 данного зонда имеет контакт с металлическим слоем соответствующей контактной площадки по поверхности сферической рабочей части 7 и с внешним тонким металлическим слоем 9 по рабочей поверхности 23. Рабочую поверхность 23 образуют торцы разделительного диэлектрического слоя 8 и внешнего тонкого металлического слоя 9. Эта поверхность лежит в плоскости 24, которая перпендикулярна главной оси 25 зонда. Плоскость 24 отстоит от вершины сферической рабочей части в зондах на расстоянии, равном разности между толщиной h слоя металла каждой контактной площадки и суммой высот микронеровностей на поверх-; ностях сферической- рабочей части 7 и контактной площадки интегральной схемы 12. (z(i)«z(.)). где h - толщина металлического слоя h - расстояние от веришны зонда до дополнительной рабочей поверхности j R,/ ,- параметр шероховатости КГЦ Н-.д.- параметр шероховатости сферической рабочей части зонда. RZ(I) z(2) характеризует глубину погружения в слой контактной площадки. Зонды под Действием внешней силы проникают в металлический слой контактных плсмцадок на всю ее глубину |с целью получения минимально возмож ной величины переходного сопротивле ния, которое зависит от площади крн такта. Если в процессе контактирова ния по какой-либо причине отсутствует контакт по поверхности сферической рабочей части 7, то он одновременно будет отсутствовать и по дополнительной рабочей поверхности 23, так как все три слоя между собой у кг1ждого зонда являются единой жестко связанной системой, в режиме измерения параметров интегрально схемы 12 схема внешних элементов 11 соединена с внутренним основным металлическим слоем 6 через нормально замкнутый контакт соответствугацего двухпозиционного коммутатора. В режиме контроляконтактирования схема внешних элементов 11 отключается переключением подвижных контактов двух позиционных коммутаторов, при этом образуется замкнутая цепь - внутренний основной металлический слой б, соответствующий двухпозиционный коммутатор с замкнутым нормально разомк нутым контактом, блок индикации контактирования по соответствующему входу, внешний тонкий металлический слой.9, слой металла данной контактной площадки. Если нет электрического контакта в цепи какого-либо зонда между этим зондом и соответствующей контактной площадкой, то ток в цепи блока индикации отсутствует, если контакт не нарушен, то блок индикации контактирования фиксирует наличие тока. Очередность подключения блока индикации во всех режимах может быть любой. Каждый из зондов имеет расположенные один под другим три слоя. Внутренний слой б представляет собой относительно тонкий стержень, который может быть сделан из вольфрама или его сплавов, или других твердых металлов для обеспечения долговечности и износоустойчивости. Образование в зоне контактирования рабочей поверхности (с1ми слоев разделительного диэлектрического и внешнего тонкого металлического позволит исключить неоднозначность при контроле контактирования, позволит увеличить точность информации о состоянии контакта у тех измеряемых интегральных схем, у которых имеется технологический бр&к - разрыв металлизированной дорожки непосредственно около контактной площадки. Кроме того, увеличивается надежность контроля контактирования, так как электрическая цепь блока индиксщии гальванически не связана с внутренними элементё№1и интегральной cxeitu. формула изобретения Устройство для контроля контактирования в зонДовых установках, содержащее блок индикации, первые входы которого подключены к замыкающим контактам двухпозиционных коммутаторов, размыкающие контакты которых соединены с блоком измерений, а подвижные контакты соединены с соответствующими зонд11ми, о -т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и точности контроля контактирования, каждый зонд выполнен в виде внутреннего металлического со сферической рабочей поверхностью, разделительного диэлектрического и внешнего металлических слоев, при этом поверхность, образованная торцами разделительного диэлектрического и внешнего металлического .слоев, расположена перпендикулярно- оси зонда и удалена от вершины сферической рабочей части, зонда, на расстояние ) где t - толщина металлического слоя контактной площадки i li - расстояние от вершины сферической рабочей части зонда до поверхности, образованной торцами раздтелительного диэлектрического и внешнего металлического слоев j R , . - napeuvieTp шероховатости контактной площадки j R,- Параметр шероховатости сферической рабочей части зонда, а вторые входы блока индикации соединены с внешними металлическими слоями зондов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 489165, кл. Н 04 Ц -21/66, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 472346, кл. Н 05 К 13/06, 23.06.72.