Устройство для контроля полупроводниковых структур

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к установкам зондового контроля структур микроэлектроники. Сущность изобретения: устройство для контроля полупроводниковых структур содержит микроскоп, привод, зондовую головку, предметный столик и криостат. Криостат выполнен в виде сообщающихся между собой двух теплоизолированных камер, в первой из которых расположен нагреватель, а во второй - зондовая головка. Вторая камера состоит из колпака, жестко закрепленного на тубусодержателе микроскопа, и основания, содержащего канал для отвода газа, отверстие для сопряжения предметного столика с приводом и подпружиненное уплотнительное кольцо. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к установкам зондового контроля структур микроэлектроники и может быть использовано для подключения контактных площадок полупроводниковых пластин к измерительной аппаратуре.

Известно устройство для измерения параметров полупроводников, содержащее столик, нагреватель, встроенный внутри столика, кольцо с измерительным зондом [1].

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано только для измерений при температурах выше комнатной.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для контроля полупроводниковых структур, содержащее зондовую головку, оптическую систему, предметный столик, механизм совмещения и криостат, выполненный в виде сообщающихся между собой теплоизолированных камер, в первой из которых размещен нагреватель, а во второй - зондовая головка [2].

Недостатком данного устройства является низкая производительность, вызванная неудобством установки и съема образца полупроводниковой пластины, медленной установкой требуемой температуры из-за необходимости нагрева или охлаждения всего столика, обладающего значительной тепловой инерцией, а также медленной скоростью перехода от контроля одной полупроводниковой структуры пластины к другой из-за необходимости перемещения оптической системы в горизонтальной плоскости.

Целью изобретения является повышение производительности устройства.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 (фиксаторы положения крышки устройства).

Устройство для контроля полупроводниковых структур (см. фиг. 1) содержит основание устройства 1, на котором установлены микроскоп 2, система позиционирования 3 и криостат, выполненный в виде соединенных между собой теплоизолирующим трубопроводом 4 теплоизолированных камер 5 и 6. В камере 5 расположен нагреватель 7, а в камере 6, состоящей из основания термокамеры 8 и крышки 9, расположены контролируемый образец полупроводниковой пластины 10, зондовая головка 11 в виде зондовой карты и предметный столик 12, выполненный из теплоизоляционного материала. В основании 8 выполнены канал 13, служащий для отвода газа из термокамеры 6 и отверстие 14 для сопряжения предметного столика 12 с системой позиционирования 3. Предметный столик 12 плотно подогнан к основанию 8 термокамеры 6 и кинематически сопряжен с системой позиционирования 3, которая позволяет перемещать предметный столик 12 с образцом 10 в двух взаимно перпендикулярных направлениях и поворачивать вокруг вертикальной оси. Основание 8 термокамеры 6 имеет кольцевой паз для стыковки с крышкой 9. Для обеспечения герметичности камеры 6 в кольцевом пазу установлено подпружиненное уплотнительное кольцо 15.

Крышка 9, внутри которой прикреплена зондовая головка 11, жестко закреплена на тубусодержателе 16 микроскопа 2. На крышке 9 имеется выступ 17 (см. фиг. 2), а в основании 8 установлен один неподвижный фиксатор 18 положения крышки, а два подвижных фиксатора 19 и 20 положения крышки закреплены на стойке 21.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии тубус микроскопа 2 с крышкой 9 и зондовой головкой 11 поднят фиксатор 19 отведен в сторону. На предметный столик 12 укладывают контролируемый образец полупроводниковой пластины 10. После установки образца тубус микроскопа 2 вместе с крышкой 9 опускают до касания выступом 17 крышки фиксатора 20. При этом край крышки 9 приходит в соприкосновение с уплотнительным кольцом 15 основания 8, герметизируя объем термокамеры 6. Микроскоп 2 наводится на резкость изображения образца 10. Перемещением и поворотом столика 12 контролируемый образец 10 перемещают в горизонтальной плоскости для настройки на требуемую полупроводниковую структуру. Затем поворотом отводят фиксатор 20 и опускают крышку 9 до касания выступом 17 фиксатора 18. Это перемещение крышки 9 возможно за счет свободного хода подпружиненного кольца 15. При этом происходит контактирование зондовой головки 11 с контактными площадками выбранной полупроводниковой структуры.

Для создания температуры ниже комнатной газообразный криоагент, полученный, например, испарением жидкого азота, под действием избыточного давления поступает в термокамеру 5, в которой нагревается с помощью нагревателя 7 до требуемой температуры.

Далее по трубопроводу 4 газообразный криоагент поступает в термокамеру 6, обтекает контролируемый образец, производит его охлаждение и через канал 13 в основании 8 входит из термокамеры 6. Таким образом, в устройстве реализуется метод принудительного обдува струей газа с заданной температурой, который обеспечивает быстрое охлаждение образца и простоту варьирования температуры охлаждаемого объекта.

При непрерывной подаче криоагента воздух из термокамеры 6 вытесняется быстрее, чем объектив микроскопа 2, зондовая головка 11 и образец 10 успевают охладиться до температуры ниже точки росы. Это предотвращает обмерзание объектива, зондовой головки и образца.

При достижении требуемой температуры производят контроль полупроводниковой структуры.

Для перехода к контролю другой полупроводниковой структуры пластины подвижный фиксатор 19 устанавливают над выступом 17 крышки 9 и поднимают крышку до касания выступом 17 фиксатора 19, разъединения термокамеры 6 при этом не происходит за счет свободного хода подпружиненного кольца 15.

Перемещением столика 12 подводят контактные площадки полупроводниковой структуры под зондовую головку 11 и опускают крышку 9.

Для создания температуры выше комнатной обдув образца осуществляют потоком сжатого воздуха, нагретого с помощью нагревателя 7 до нужной температуры. Работа устройства в этом случае полностью аналогична работе устройства в режиме низких температур.

Использование устройства для контроля полупроводниковых структур обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества: 1. Сокращение времени установки температурного режима.

2. Быстрый переход от контроля одной полупроводниковой структуры пластины к другой.

3. Свободный доступ к столику для установки и съема контролируемой полупроводниковой пластины.

Все это сокращает время проведения подготовительных операций при контроле полупроводниковых структур, что позволяет повысить производительность устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР, содержащее основание, на котором размещены система позиционирования и криостат, состоящий из вспомогательной камеры для подготовки газовой среды и рабочей камеры, соединенных посредством трубопровода, причем вспомогательная камера содержит штуцер для подачи хладагента и нагреватель, а рабочая камера представляет собой корпус, закрытый съемной крышкой с жестко закрепленной на ней оптической системой, внутри которого размещены предметный столик и зондовая головка, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, крышка установлена на корпусе герметично, в днище корпуса выполнено отверстие для сопряжения предметного столика с системой позиционирования, в боковой стенке корпуса выполнено отверстие для отвода газообразного хладагента, в качестве оптической системы использован микроскоп, а зондовая головка жестко закреплена соосно с тубусодержателем микроскопа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2