Устройство для контроля геометрических параметров полупроводниковых пластин

,ЯО 110698 р С 01 В 7/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рудового Красного Знамеых металлов им,50-летия ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Ордена Тни завод чистСССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРН 807049, кл. С 01 В 7/28, 1978.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 3272624/ 18-28,кл. С 01 В 7/28, 1981 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, содержащее манипулятор, включающий установленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчиком перемещений и толкатель, предметный стол, рычаг операционных перемеще.ий, кинематическисвязанный 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,с целью повышения точности измеренийи расширения функциональных возможностей предметный стол выполненплоским и имеет центральное отверстие, соосное толкателю, толкательвыполнен с возможностью двухпозиционного перемещения, манипулятор снабжен датчиком положения толкателя,кинематически связанным с толкателем и подключенным к второму и четвертому входам электронного блока, микро- лифтом, кинематически связанным с рычагом операционных перемещений,датчиком касания, установленным на торце. .выходного элемента микролифта, устй 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 й наличия контактирования с измеряемой деталью, Подключенным к второму входу узла управления микролифтом и треЬиай тьему входу электронного блока, а измерительный стержень измерительной головки выполнен в виде гибкого щупа. ОЖИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля контактным методом легкодеформируемых (пластичных)полупроводниковых пластин произволь 5ной конфигурации,Известно устройство для контролядеталей сложной Формы, содержащее основание с.измерительными щупами, датчик.перемещения, счетчик, логическиеэлементы, сумматор, индикатор 1 3Недостатком устройства являютсязначительные усилия, прикладываемыек измеряемым деталям, что не позволяет измерять легкодеформируемые детали, например, полупроводниковыепластины.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля полупроводнико 20вых пластин, содержащее манипулятор,включающий устаноьленные оппозитно исоосно измерительную головку с датчи ком перемещений и толкатель, предметный стол рычаг операционных перемеЭ25щений, кинематически связанный с измерительной головкой,электронныйблок, первый вход которого подключенк датчику перемещений2 3Недостатком известного устройства30являются ограниченные Функциональныевозможности (контролируется толькоодин параметр), а также невозможностьконтроля полулроводниковых пластинпроизвольной конфигурации. Кроме того, при измерении полупроводниковых Лпластин, выполненных из легкодефорютруемьх полупроводниковых материалов(например, твердых растворов), происходит деформация поверхности пластин, Ов результате воздействия наконечниковподпружиненного измерительного стержня датчика перемещений и толкатепя(минимальное значение усилия равно4060 сН).Цель изобретения повышсние точчности измерений и расширение функциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для контроля геометрических параметров полупроводниковых 50пластин, содержащем манипулятор,включающий установленные оппозитно и соосно измерительную головку с датчикомперемещений и толкатель, предметныистоп, рычаг операционных перемещений, кинематически связанный с изме. -рительной головкой, электронный блок,первый вход которого подключен к датчику перемещений, предметный стол выполнен плоским и имеет центральное отверстие, соосное толкателю, толка- тель выполнен с возможностью двухпозиционногоперемещения, манипулятор снабжен датчиком положения толкателя, кинематически связанным с толкателеми подключенным к второму и четвертому входам электронного блока, микро- лифтом, 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 измерительный стержень измерительной головки выполнен в виде гибкогощупа.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 11 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 выходанаконечника толкателя 9, который установлен с возможностью перемещения в отверстии втулки 13 и снабжен микрометрическим83 3 11069 упорным винтом 14, взаимодействующим с траверсой 15.Толкатель 9 посредством подпружиненного коромысла 16 взаимодействуеттакже с поворотным анкером 17. Коро мысло 16, анкер 17 и пружина 18 составляют двухпозиционный привод перемещения толкателя 9. Поворот анкераа17 и рычага 6 может выполняться вручную или механизированным способом 1 Опри помощи, например электромагнитов. В зоне привода перемещениятолкателя 9 установлен, например, магнитоуправляемый датчик 19 положения толкателя, взаимодействующий с. 15 магнитом 20, закрепленным к рычагу, сидящему на одной оси с поворотныманкером 17.Наконечник толкателя в верхней позиции выступает над поверхностью предметного, стола 5 на фикси рованную величину сРЭлектронный блок 2 содержит электронный преобразователь 21, вход которого соединен с первым. входом электронного блока 2 и с выходом 25 датчика 8 перемещений, авьгход - 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 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 выход 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.Микролифт 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 измерительной5 1106головки 4 при касании щупом 12 измеряемой поверхности (исключена возможность повторного срабатывания из-завибраций щупа при контролируемой скорости), а также смягчает динамикусилового взаимодействия щупа 12 с поверхностью полупроводниковой пластины,В момент силового замыкания щупа 12с поверхностью полупроводниковой Опластины сигнал с выхода головки 4поступает на первый вход узла 38 управления, который подает команду реверса привода микролифта 7. Микролифтпосредством рычага 6 перемещает головку 4 в исходное положение, послечего привод микролифта автоматическивыключается. Сигнал с выхода головки4 поступает также на управляющий входузла 24 коммутации, который разрывает информационный канал между выходом электронного преобразователя 21и первым информационным входом узла25 памяти, исключая поступление в,соответствующую ячейку памяти приращения аналогового сигнала с выходаэлектронного преобразователя 21 врезультате инерционного перемещенияизмерительного стержня датчика 8 перемещений после выключения приводамикролифта 7.Далее рычаг анкера 17 поворачивают, освобождая от фиксации подпружиненный рычаг 16, толкатель 9 перемещается в крайнее верхнее положение,при котором его наконечник выступаетнад плоскостью предметного стола 5на фиксированную величину с. Приэтом с выхода датчика 19 положенияна управляющий вход узла 23 коммута"40ции поступает сигнал переключенияинформационных каналов, т,е. выходузла 22 коррекции через узел 24 коммутации соединяется с вторым информационным входом узла 25 памяти, Сиг 45нал с выхода датчика положения поступает также на вход анализатора 37,формирующего команду переключения,поступающую с первого выхода анализатора на первый управляющий вход узла25 памяти и обеспечивающую переключе 50ние второго управляющего входа узлапамяти на группу ячеек памяти результатов измерения толщин.Кратковременным нажатием на рычаг6 обеспечивают повторное замыканиерычага с датчиком 11 касания, сигналс его выхода поступает на первыйвход узла управления микролифтом,983 авключающего 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, формирукщий 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 коммутации, 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 вхопараметров 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 групп разбраковки отклонения от плоскостности верхнего рельефа, от клонения от параллельности и отклонения от плоскостности нижнего рельефа полупроводниковой пластины. На этом цикл измерения геометрическихорректор О.Тнг каз Патент", г.ужгород, ул,Проектна Филиал 3/27 Ти ВНИИПИ Госпо дела 3035, Моск аж 587арственного коииизобретений и ст