Устройство для контроля геометрических параметров полупроводниковых пластин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, содержащее манипулятор , включающий установленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчиком перемещений и толкатель , предметный стол, рычаг операционных перемеще:1Ий, кинематически связанный с измерительной головкой, электронный блок, первый вход которого подключен к датчику перемещений, отличающееся тем, что. с целью повьшения точности измерений и расширения функциональных возможностей предметный стол выполнен плоским и имеет центральное отверстие , соосное толкателю, толкатель выполнен с возможностью двухпозиционного перемещения, манипулятор снабжен датчиком положения толкателя, кинематически связанным с толкателем и подключенным к второму и четвертому входам электронного блока, микролифтом , кинематически связанным с рычагом операционных перемещений,датчиком касания, установленным на торце, .выходного элемента микролифта, устройство , снабжено узлом управления микролифтом, первый вход которого (Л подключен к датчику касания и пятому входу электронного блока, выход - к с приводу микролифта, измерительная головка выполнена с сигнализатором наличия контактирования с измеряемой деталью, подключенным к второму входу узла управления микролифтом и третьему входу электронного блока, а измерительный стержень измерительной СГ) головки выполнен в виде гибкого щупа. х 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 В 7/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф (21) 3504194/18-28 (22) 13.09.82 (46) 07.08.84. Бюл. ¹ 29 (72) А.П.Оксанич, А.Л.Анистратенко, В.К.Кирилюк, В.К.Ергаков и А.М.Раскевич (71) Ордена Трудового Красного Знамени завод чистых металлов им.50-летия

СССР (53) 621.317 ° 39:531.717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 807049, кл. С 01 В 7/28, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3272624/18-28, кл. G 01 В 7/28, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, содержащее манипулятор, включающий установленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчиком перемещений и толкатель, предметный стол, рычаг операционных перемеще.mA, кинематически связанный с измерительной головкой, электронный блок, первый вход которого подключен к датчику перемещений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, „,Я0„„1106983 А с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей предметный стол выполнен плоским и имеет центральное отверстие, соосное толкателю, толкатель выполнен с возможностью двухпозиционного перемещения, манипулятор снабжен датчиком положения толкателя, кинематически связанным с толкателем и подключенным к второму и четвертому входам электронного блока, микролифтом, кинематически связанным с рычагом операционных перемещений,датчиком касания, установленным на торце. .выходного элемента микролифта, устФ роиство, снабжено узлом управления Е микролифтом, первый вход которого подключен к датчику касания и пятому входу электронного блока, выход — к приводу микролифта, измерительная головка выполнена с сигнализатором Я наличия контактирования с измеряемой деталью, Подключенным к второму входу узла управления микролифтом и тре иаи тьему входу электронного блока, а измерительный стержень измерительной головки выполнен в виде гибкого щупа. ©

1106983 а

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля контактным методом легкодеформируемых (пластичных) полупроводниковых пластин произволь5 ной конфигурации.

Известно устройство для контроля деталей сложной формы, содержащее основание с.измерительными щупами, датчик.перемещения, счетчик, логические элементы, сумматор, индикатор $1 ).

Недостатком устройства являются значительные усилия, прикладываемые к измеряемым деталям, что не позволяет измерять легкодеформируемые детали, например, полупроводниковые пластины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля полупроводнико20 вых пластин, содержащее манипулятор, включающий устаноьленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчи-ком перемещений и толкатель, предметный стол рычаг операционных перемеЭ

25 щений, кинематически связанный с измерительной головкой, электронный блок, первый вход которого подключен к датчику перемещений (2 3.

Недостатком известного устройства

30 являются ограниченные функциональные возможности (контролируется только один параметр), а также невозможность контроля полупроводниковых пластин произвольной конфигурации. Кроме того, при измерении полупроводниковых пластин, выполненных из легкодеформируемь|х полупроводниковых материалов (например, твердых растворов), происходит деформация поверхности пластин

-,4Q в результате воздействия наконечников. подпружиненного измерительного стержня датчика перемещений и толкателя (минимальное значение усилия равно

40...60 сН).

Цель изобретения — повьннение 7 Оч— ч- 45 ности измерений и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля геометрических параметров полупроводниковых5б пластин, содержащем манипулятор,включающий установленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчиком перемещений и толкатель, предметныи стоп, рычаг операционных перемеще- 55 ний> кинематически связанный с измерительной головкой, электронный блок, первьп вход которого подключен к датчику перемещений, предметный стол выполнен плоским и имеет центральное отверстие, соосное толкателю, толкатель выполнен с возможностью двухпозиционного перемещения, манипулятор снабжен датчиком положения толкателя, кинематически связанным с толкателем и подключенным к второму и четвертому входам электронного блока, микролифтом, кинематически связанным с рычагом операционных перемещений, датчиком касания, установленным на торце выходного элемента микролифта, устройство снабжено узлом управления микролифтом, первый вход которого подключен к датчику касания и пятому входу электронного блока, выход — к приводу микролифта, измерительная головка выполнена с сигнализатором наличия кочтактирования с измеряемой деталью, подключенным к второму входу узла управления микролифтом и третьему входу электронного блока, а измеритеяьный стержень измерительной головки выполнен в виде гибкого щупа.

На фиг ° 1 представлена структурная схема устройства; на фиг;2 — манипулятор, общий вид.

Устройство содержит манипулятор 1, электронный блок 2 {фиг.1). В свою очередь манипулятор (фиг.1. и 2) включает основание 3, измерительную головку 4, предметный стол 5, рычаг 6 операционных перемещений и микролифт

7. Измерительная головка 4 связана с датчиком 8 перемещений, оппозитно и соосно измерительной головке 4 усО тановлен толкатель 9, с датчиком 8 связан механизм 10 настройки положения датчика перемещений. Микролифт 7 в выключенном состоянии выполняет роль ограничителя исходного положения рычага 6 операционных перемещений.

На торце выходного элемента микролифта 7 установлен датчик 1! касания.

Измерительная головка имеет измерительный стержень 12, выполненный в

-виде гибкого щупа. Щуп 12 выполняет роль сигнализатора.наличия контактирования с измеряемой пластиной. Нако— нечники щупа и толкателя выполнены сферическими. Предметный стол 5 выполнен плоским и имеет центральное отверстие для выхода наконечника толкателя 9, который установлен с возможностью перемещения в отверстии втулки 13 и снабжен микрометрическим

50

3 11069 упорным винтом 14, взаимодействующим с траверсой 15.

Толкатель 9 посредством подпружиненного коромысла 16 взаимодействует также с поворотным анкером 17. Коромысло 16, анкер 17 и пружина t8 cocl тавляют двухпозиционный привод перемещения толкателя 9. Поворот анкера

° а

17 и рычага 6 может выполняться вручную или механизированным способом 10 при помощи, например,. электромагнитов. В зоне привода перемещения толкателя 9 установлен, например, магнитоуправляемый датчик 19 положения толкателя, взаимодействующий с. 15 магнитом 20, закрепленным к рычагу, сидящему на одной оси с поворотным анкером 17.Наконечник толкателя в верхней позиции выступает над поверхностью предметного, стола 5 на фикси- 20 рованную величину с"

Электронный блок 2 содержит электронный ггреобразователь 21, вход которого соединен с первым. входом электронного блока 2 и с выходом 25 датчика 8 перемещений, а выход — с первым входом узла 22 коррекции и через первый канал узлов 23 и 24 коммутации — с первым информационным входом узла 25 памяти, второй вход 30 узла 22 коррекции соединен с выходом задатчика 26 аналогового сигнала фиксированной величины с, а выход узла 22 коррекции через второй канал узлов 23.и 24 коммутации соединен с вторым информационным входом узла

25 памяти и через формирователь 27 команды разбраковки с входом сигнализатора 28 результата контроля толщины полупроводниковой пластины.

Выходы узла 25 памяти соединены с соответствующими входами сумматора

29, а выходы сумматора через узел 30 коммутации каналов вывода информации и формирователи 31 — 33 соединены соот- 45 ветственно с входами сигнализаторов

34-36 результата контроля отклонения от плоскостности верхнего рельефа, отклонения от параллельности и отклонения от плоскостности нижнего рельефа полупроводниковой пластины.

Управляющий вход узла 23 коммутации соединен с выходом датчика 19, вторым и четвертым входами электронного бло. ка 2 и первым входом анализатора 37.

Управляющий вход узла 24 коммутации соединен с выходом измерительной головки 4, третьим входом электронного блока 2 и первым входом узла 38 управления микролифтом. Второй вход узла 38 управления микролифтом соединен с выходом датчика 11 касания, вторым входом анализатора 37 и пятым входом электронного блока 2, а выход — с входом привода микролифта 7.

Первый и второй вьгходы анализатора

37 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами узла

25 памяти, .а третий — с управляющим .входом узла 30 коммутации.

Узел 25 памяти включает группу ячеек памяти результатов измерения отклонения рельефа и группу ячеек. памяти результатов измерения толщин, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии манипулятора

1 толкатель 9 находится в позиции, при которой его наконечник — ниже плоскости предметного стола 5 (фиг.1 и 2). В результате взаимодействия с магнитом 20 датчик 19 положения подает на управляющий вход узла 23 комму- тации сигнал включения первого информационного канала, т.е. соединяет вьгход электронного преобразователя

21 через узел 24 коммутации с первым информационным входом узла 25 памяти.

Поворотом рычага 6 измерительную головку приподнимают и в образовавшийся зазор между щупом 12 и поверхностью предметного стола 5 вводят измеряемую полупроводниковую пластину.

При возврате в исходное положение рычаг 6 под действием пружины прижимается к торцу микролифта-и щуп .12 зависает над полупроводниковой пластиной с минимальным зазором, который устанавливают с учетам разнотолщинности пластин. В момент силового замыкания рычага 6 сигнал с датчика 11 ка-, сания поступает на второй вход узла

38 управления микролифтом и второй вход анализатора 37.. Анализатор формирует сигнал включения первой ячейки группы отклонений рельефа узла памяти. Одновременно с .выхода узла

38 управления подается сигнал включения привода микролифта 7.

Иикролифт 7 посредством рычага б обеспечивает плавное и стабильное по скорости перемещения измерительной головки и соответственно измерительного стержня датчика 8 перемещений. Это обеспечивает снижение дина" мической погрешности датчика 8 неремещений и повьшгение точности формирования сигнала с выхода измерительной

5 1106 головки 4 при касании щупом 12 измеряемой поверхности (исключена возможность повторного срабатывания из-за вибраций щупа при контролируемой скорости), а также смягчает динамику силового взаимодействия щупа 12 с поверхностью полупроводниковой пластины.

В момент силового замыкания щупа 12 с поверхностью полупроводниковой !О пластины сигнал с выхода головки 4 поступает на первый вход узла 38 управления, который подает команду реверса привода микролифта 7. Микролифт посредством рычага 6 перемещает головку 4 в исходное положение, после чего привод микролифта автоматически выключается. Сигнал с выхода головки

4 поступает также на управляющий вход узла 24 коммутации, который разрывает информационный канал между выходом электронного преобразователя 21 и первым информационным входом узла

25 памяти, исключая поступление в ,соответствующую ячейку памяти приращения аналогового сигнала с выхода электронного преобразователя 21 в результате инерционного перемещения измерительного стержня датчика 8 перемещений после выключения привода микролифта 7.

Далее рычаг анкера f7 поворачивают, освобождая от фиксации подпружиненный рычаг 16, толкатель 9 перемещается в крайнее верхнее положение, при котором его наконечник выступает над плоскостью предметного стола 5 на фиксированную величину d". При этом с выхода датчика 19 положения на управляющий вход узла 23 коммута40 ции поступает сигнал переключения информационных каналов, т.е. выход узла 22 коррекции через узел 24 коммутации соединяется с вторым информационным входом узла 25 памяти. Сиг45 нал с выхода датчика положения поступает также на вход анализатора 37, формирующего команду переключения, поступающую с первого выхода анализатора на первый управляющий вход узла

25 памяти и обеспечивающую переключе50 ние второго управляющего входа узла памяти на группу ячеек памяти результатов измерения толщин.

Кратковременным нажатием на рычаг

6 обеспечивают повторное замыкание рычага с датчиком 11 касания, сигнал с его выхода поступает на первый вход узла управления микролифтом, 983 ь включающего привод микролифта 7, и на первый вход анализатора 37, формирующего сигнал включения первой ячейки памяти группы результатов измерения толщин узла 25 памяти. Аналоговый сигнал с выхода электронного преобразователя 21 через узел 22 коррекции, формирующий аналоговый сигнал с учетом фиксированной величины К, значение которой поступает на вход узла коррекции с выхода задатчика 26 и второй ийформационный канал узлов

23 и 24 коммутации, поступает на первую ячейку памяти группы результатов измерения толщины узла 25 памяти и на вход формирователя 27 команды разбраковки полупроводниковых пластин по толщине. В момент касания щупом

12 поверхности пластины сигнал с выхода измерительной головки поступает на управляющий вход узла 24 коммута— ции, который разрывает информационный канал между выходом узла 22 коррекции и вторым информационным входом узла

25 памяти, а микролифт 7 возвращает головку в исходное положение. На этом цикл измерений в первой точке завершается, рычаг анкера 17 поворачивают, опуская толкатель 9 в исходное положение, полупроводниковую пластину перемещают в следующую позицию и цикл измерений повторяют. В процессе каждого последующего измерения анализатор 37 по сигналу с выхода датчика

11 касания обеспечивает формирование команды переключения соответствующих ячеек памяти каждой из групп узла

25 памяти. С выхода ячеек памяти каждой из групп аналоговые сигналы поступают на вход сумматора 29. Сумматор выделяет максимальное и минимальное значения результатов измерения отклонений верхнего рельефа, толщины и разности между результатами измерения в каждой точке, т.е. значение отклонений нижнего рельефа, а разность максимального и минимального значений составляет, соответственно, отклонение от плоскостности верхнего рельефа, отклонение от параллельности и отклонение от плоскостности нижнего рельефа полупроводниковой пластины. После заполнения всех ячеек каждой из групп узла 25 памяти анализатор 27 подает сигнал включения соответствующих каналов вывода информации на управляющий вход узла

30 коммутации, соединяющий выходы сумматора 29 с соответствующими вхо- параметров полупроводниковой пластины завершается.

При необходимости при помощи показывающих приборов (например, цифровых вольтметров) можно индицировать цифровое значение результатов измерения в каждой точке и по каждому параметру.

7 1106983 дами формирователей 31-33. Команды разбраковки с формирователей 31-33 поступают на вход сигнализаторов 34-

36 r.рупп разбраковки отклонения от плоскостности верхнего рельефа, от- 5 клонения от параллельности и отклонения от плоскостности нижнего рельефа полупроводниковой пластины. На этом цикл измерения геометрических

1106983

/У 16

Фиг. Я

Ю 30

Заказ 5743/27 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и сткрь:тий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Составитель Ю.Петраковскии

Редактор Е.Папп Техред С.Мигунова Корректор О.Тигор