Средства измерений Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 67 УДК 621. 382. 088 (088) ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЗОНДОВЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ НА ПЛАСТИНЕ Минченко В.А., Ковальчук Г.Ф., Школык С.Б. ГНПО «ПЛАНАР», г. Минск, Республика Беларусь Предложены принципы построения и структурные схемы зондовых систем для анали- тического и межоперационного измерения и контроля быстродействующих микро- и наносистем на пластине в наносекундном диапазоне. Определены источники искажений широкополосных сигналов и погрешностей зондовых систем контроля, а также пере- ходные характеристики широкополосных контактирующих устройств для контроля больших интегральных схем (БИС) в наносекундном диапазоне с помощью рефлекто- метрической установки с пикосекундным временным разрешением. Представлены осо- бенности и определены погрешности прецизионных позиционеров на линейных шаговых двигателях и магнитовоздушной подушке для точного позиционирования зондов на кон- тактные площадки БИС при автоматическом зондировании полупроводниковых пла- стин. (E-mail: shkolyksb@kbtem.by) Ключевые слова: зондовый контроль, полупроводниковая пластина. Введение Зондовый контроль (ЗК) является основ- ным методом контроля статических и динами- ческих параметров БИС на пластине и кри- сталле перед монтажом их в корпус. Зондовые системы контроля (ЗСК) осуществляют анали- тический контроль с контактированием специ- альными зондами элементов размером (0,3–0,5) мкм внутри микросхемы или межоперацион- ный контроль БИС и сверхбольших интеграль- ных схем (СБИС) на пластине и характеризу- ются, с одной стороны, погрешностью позици- онирования зондов с контактными площадками микросхем, с другой – погрешностью измери- тельной части ЗСК. Существующие зондовые установки имеют координатные системы, вы- полненные на шаговых двигателях вращения типа ШД-5Д, ШДР-721. Измерительная часть имеет контактирующие устройства (КУ) с от- дельно настраиваемыми зондами, коммутиру- ющие матрицы, несогласованные по импедансу с измерительным трактом, согласующие устройства недостаточной широкополосности для передачи импульсов наносекундного диа- пазона. Такие установки не обеспечивают требу- емую точность позиционирования, имеют значи- тельную (до 20 %) погрешность измерения параметров быстродействия и не обеспечивают контроль многовыводных (260 выводов) БИС. Целью работы является разработка мето- дов зондового контроля, принципов построе- ния и структурных схем ЗСК, обеспечиваю- щих автоматический аналитический и межо- перационный контроль на пластинах диамет- ром 150, 200 мм с требуемой погрешностью измерений всей номенклатуры ИС, БИС, СБИС, а также разработка новых принципов построения и структур позиционеров по коор- динатам Х, Y, Z, на линейных шаговых двига- телях (ЛШД) и магнитовоздушной подушке, обеспечивающих погрешность позиционирова- ния (2–3) мкм и перемещение контролируе- мого изделия без дополнительных кинематиче- ских звеньев (муфт, редукторов, пары винт- гайка и др.). Последнее гарантирует точное по- падание зондов на контактные площадки при автоматизированном зондировании пластин. Разработанные ЗСК являются полностью авто- матизированными (зондовые автоматы) систе- мами зондирования полупроводниковых пла- стин. ЗСК имеют новое построение измери- тельных каналов на полосковых ВЧ линиях, обеспечивающих подвод испытательного сиг- Средства измерений 68 Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 нала и снятие выходного сигнала наносекунд- ного диапазона БИС с минимально допусти- мыми искажениями. До настоящего времени в СНГ не было систем автоматического зондирова- ния полупроводниковых пластин (существовали ручные и полуавтоматические). В связи с перехо- дом мировой технологии на пластины размером 300 мм ужесточатся требования к точности изме- рительных и координатных систем и величине погрешности измерительной части ЗСК, а повы- шение частотного диапазона вплоть до СВЧ при- ведет к уменьшению размеров контактных пло- щадок микросхем с 80–100 мкм до 20–50 мкм, что усложнит разработку ЗСК. Ниже приведены принципы построения и конструктивные решения, позволившие значи- тельно улучшить технические характеристики ЗСК. Сочетание электронно-механического ус- тройства, включающего прецизионный привод на ЛШД и средства технического зрения, слу- жащие для автоматического совмещения, за- грузки и выгрузки полупроводниковых пла- стин, вместе с визуальным оптическим кана- лом, а также зондовой измерительной частью (включает измеритель, коммутирующие, кон- тактирующие и согласующие устройства) пред- ставляет сложную структуру, решающую за- дачу автоматизации контроля операций, вклю- чая разбраковку по группам годности и марки- ровку бракованных кристаллов. Ввиду сложности ЗСК и необходимости решения комплекса научно-технических про- блем в статье рассматриваются лишь концепту- альные принципы проектирования ЗСК. Пред- ставлены пути решения научно-технических проблем автоматизированного зондового кон- троля на кристалле и пластине быстродейству- ющих БИС. Прецизионные четырехкоординатные (Х, Y, Z, φ) высокоскоростные позиционеры на магнитовоздушной подушке и линейных шаговых двигателях. Теоретические ас- пекты, конструкции, погрешности Структурная схема автоматической ЗСК включает следующие разработанные специаль- ные подсистемы, в частности: подсистемы по- зиционирования по координатам Х, Y, Z, ; автоматического обхода пластин по программе и диагностирования основных устройств, за- грузки-выгрузки и автоматической ориентации пластин; подсистемы определения края пла- стины, контакта с ней и инициирования зондо- вого сопротивления (перед измерением) уль- тразвуковыми колебаниями (частотой порядка 50 кГц) за счет снятия пленок и загрязнений с контактных площадок БИС; корректировки раз- нотолщинности полупроводниковых пластин и разновысотности зондов, стабилизации переход- ного сопротивления за счет нормированного натяга зондов, измерения, контроля и классифи- кации ИС. Позиционер с указанной выше точно- стью перемещает изделие в заданную зону коор- динатного стола и автоматически совмещает зон- ды с контактными площадками ИС (БИС). Ниже рассмотрены конструктивные осо- бенности, результаты аналитических и экспе- риментальных исследований электропривода на ЛШД. Индуктор позиционера выполнен из элек- тротехнической стали в виде П-образных маг- нитопроводов, на каждом из которых располо- жено по одной обмотке управления. Статор представляет собой плиту из магнитомягкого материала и имеет зубцовую структуру (зубцо- вые деления статора и индуктора равны). Зуб- цы двух полюсов индукторов в пределах одно- го магнитопровода сдвинуты по отношению к зубцам статора на 1/2 зубцового деления маг- нитопровода по отношению к другому, зубцы вторых пар полюсов сдвинуты на 1/4 зубцового деления. Синхронизирующая сила перемещает индуктор в такое положение, чтобы против зубцов статора находились зубцы индуктора т.е. на 1/4 зубцового деления. Линейный шаг ЛШД и скорость перемещения определяется зубцовым делением (период), частотой f пе- реключения фазы, числом тактов k схемы управления и числом фаз m: ,/ kΧ V = f / m. (1) Особенностью такой конструкции является возможность перемещения индуктора по любой траектории в плоскостях Х, Y, реализуемая при помощи аэростатических опор, обеспечивающих практически отсутствие трения при зазоре ≈20∙ 610 м (давление воздуха 6∙ 510 Па). Пред- метный стол ЗСК, на который устанавливается контролируемая пластина, осуществляет пере- мещение по оси Z с помощью ЛШД (для про- граммного регулирования усилия прижатия зонда к контактной площадке БИС с целью получения необходимого переходного сопротивления Средства измерений Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 69 Rп = 0,1–0,5 Ом). Ниже аналитическими и экспе- риментальными методами определены составля- ющие погрешности координатных систем на ЛШД, обеспечивающие точное попадание зондов на контактные площадки БИС. В общем виде суммарная погрешность привода: , 1 1 22 1 2 ЛШД l K m kk m OSS tk i ,1,1 222222 ТФТППЦВИВЗМХOS (2) где S – систематическая погрешность привода на ЛШД (состоит из погрешностей нарезки зуб- цовых структур статора 1S , индуктора 2S и 3S – электронного деления частоты импульсов управления ЛШД); OS – неисключенные состав- ляющие систематической погрешности: МХ – из-за отклонения стандартных магнитных харак- теристик материала индуктора; ВЗ – из-за от- клонения воздушного зазора ЛШД от номи- нального значения; ВИ – из-за технологических отклонений витков индуктора и его сопротивле- ния; ЦП – циклическая погрешность ЛШД; ТП – из-за разброса температуры в пределах 6,5 °С по полю 150 150 мм статора; ТФ – из-за от- клонения тока в фазе ЛШД от номинального значения; ( ) – случайные составляющие по- грешности привода на ЛШД; k – коэффициент, зависящий от соотношения случайной и не- исключенной систематической погрешности (Р = 0,95; k = 1,1); t – коэффициент Стьюдента; – среднее квадратическое отклонение. Статическая погрешность отработки шага (в процентах от значения шага) определена по формуле: ,2)( (3) где + Δα, – Δα – наибольшая (по абсолютной ве- личине) положительная и отрицательная разница между измеренной и расчетной величиной шага; – номинальный шаг ЛШД. Разработаны мето- ды повышения точности позиционирования: ме- тод калиброванных управляющих токов фаз ЛШД путем формирования координатной сетки токов высокого разрешения и разработки соот- ветствующего алгоритма; метод алгоритмиче- ской коррекции погрешности позиционирования привода с учетом индуктивности обмоток, насы- щения магнитопроводов, несинусоидальности магнитного сопротивления ЛШД. Экспериментально с помощью лазерно- интерферометрической системы (ЛИС) уста- новлено, что суммарная погрешность позици- онирования привода на ЛШД (по координатам Х, Y, Z, ) на поле 150 150 мм составляет ( 5–6) мкм без использования обратной связи и (2–3) мкм с использованием обратной связи в системе, что достаточно при зондовом кон- троле ИС (БИС). С помощью ЛИС и специаль- ных методик получены характеристики позици- онеров на ЛШД: зависимость тягового усилия от скорости движения; статическое синхронизиру- ющее тяговое усилие (сила) привода ЛШД в за- висимости от значения тока в фазе; погрешности позиционирования и отработки шага. Классификация зондовых систем, определе- ние источников искажений сигналов и по- грешностей в измерительных каналах зон- довых систем контроля Наряду с разработкой позиционеров, весьма актуально создание измерительной части, так как именно от нее зависит погреш- ность зондового контроля (время измерения параметров измерителем значительно больше времени позиционирования полупроводнико- ковых пластин). Измеряемые с помощью ЗСК параметры быстродействия являются функ- цией двух переменных: Тк = (Хк, Yк), Тк = Т(U1 ) – T(U 2 ), (4) где Хк – параметры комплекса внешних усло- вий, задающих режим функционирования БИС; Yк – параметры внутренней структуры БИС; Т(U 1 ), Т(U 2 ) – отсчеты времени и уровни испытательных и выходных сигналов. Широкополосные ЗСК разделяются на следующие типы: 1) ЗСК совмещенного межоперационного измерения и контроля динамических и статиче- ских параметров БИС среднего быстродействия (в диапазоне 10–50 нс), а также проверки на функционирование; 2) ЗСК для межоперационного измерения и контроля быстродействующих (более 5 нс) и Средства измерений 70 Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 сверхбыстродействующих ИС и БИС (в диа- пазоне 0,5–5 нс); 3) СВЧ, аналитические и специальные ЗСК: контроль в камерах тепла, холода, при криогенных температурах. Из-за отступления переходной характери- стики (ПХ) каждого узла от идеальной, необхо- димо, чтобы время установления канала Ту бы- ло существенно меньше измеряемых вре- менных интервалов Ти, т.е. Ту << Ти, что труд- но выполнимо в наносекундном диапазоне (БИС имеют быстродействие приблизительно 0,5–20 нс). Поэтому достаточно выполнения соотношения Ту < (2–3) Ти (широкополосность ЗСК: f = 0,35 / fгр = 700 ÷ 1000 МГц). Широкополосные каналы ЗСК требуют учета паразитной задержки по цепям линий связи к входам и выходам (контактным пло- щадкам) контролируемых БИС. Полная за- держка сигнала Тз (Тз – задержка в -ом узле) и измеряемый временной интервал Ти: Тз = n Тз 1 ; Тх = Ти – (Тзвх – Тзвых), (5) где Тх – фактическая временная задержка БИС; задержка во входных Тзвх и выходных Тзвых зондовых цепях учитывается как неисключен- ная систематическая составляющая погрешно- сти измерения и определяется при аттестации зондовых каналов с помощью эталонных ВЧ кабелей. При этом ПХ каналов ЗСК H(t) равны [1]: H(t) = erfc(Z) = 1 – Ф(Z), (6) где Ф(Z) = 2/ dхe 2 – функция Лапласа; Z = 2 2l /4 fгр Т; (fгр – граничная частота; Т – текущее время; – коэффициент затухания). Время нарастания ПХ широкополосных контактирующих устройств КУ: на полоско- вых, ленточных и копланарных линиях длиной l соответственно равно 0,5; 0,65; 0,25 нс. Источниками искажений широкополосных сигналов в ЗСК являются: паразитные LC-па- раметры (источников сигналов, линий пере- дачи, коммутирующих и контактирующих устройств), наводки, отражения от дискретных и распределенных неоднородностей. Предел допускаемой основной погрешности OP изме- рения быстродействия БИС включает система- тическую S , неисключенную систематиче- скую OS и случайную l ( ) погрешности: ОР = 1 S + k 1 22 1 k kk m OS t , OS =1,4 НУФВИЗКНККУ 222222 , (7) где S –  -я систематическая составляющая ЗСК ( S = МЗ = 0,35 нс – погрешность меры задержки); OS – неисключенная систематиче- ская погрешность и ее составляющие: КУ , НК – из-за влияния параметров зондового КУ и ко- нечного времени нарастания ПХ измерительных каналов; ЗК – из-за задержки испытательных и выходных сигналов в измерительных каналах; И – вносимая измерителем динамических па- раметров; МВ – из-за влияния параметров фор- мирователя испытательных воздействий; НУ – из-за нестабильности измерительных и согласу- ющих устройств; k – коэффициент, зависящий от соотношения случайной и неисключенной систематической погрешностей. В таблице представлены параметры ЗСК и ниже приведены их структурные схемы. Особенности структурных схем зондовых систем контроля Зондовые системы аналитического контроля изделий микро- и наноэлектроники Новый уровень изделий микро- и нано- электроники и переход в нанометровый (до 180–250 нм) диапазон проектирования новых изделий, тенденции повышения плотности межсоединений в микросхемах требуют совер- шенствования аналитических ЗСК. При разра- ботке новых изделий микро- и наноэлектро- ники необходимо обнаружение дефектов и проникновение во внутренние точки изделий, а также контроль прохождения сигналов внутри проектируемого изделия. Такие установки дают возможность осуществлять раннюю диагно- стику конструкторско-технологических дефек- Средства измерений Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 71 тов, повышающую надежность, и измерять электрофизические параметры проектируемых ИС (БИС). Аналитические ЗСК имеют прецизионный позиционер по координатам Х, Y, Z, , c помо- щью которого зонд специальной коаксиальной или полосковой конструкции (с малыми разме- рами острой контактирующей части) наводится на контролируемую линию шириной десятые доли микрометра, и при необходимости реза- ком отсоединяется часть изделия, после чего анализируется работа этой части микросхемы. Таблица Измеряемые параметры Зондовый ана- литический (диагностиче- ский) контроль изделий мик- роэлектроники и оптоэлектро- ники: УСТАНОВКИ ЭМ-6040, ЭМ-6050, ЭМ-6070А Зондовый кон- троль статиче- ских парамет- ров, функцио- нирования, параметров быстродей- ствия БИС УСТАНОВКИ ЭМ-690, ЭМ-690Р, ЭМ-6190, ЭМ-6290, ЭМ-6520 Зондовый температур- ный (тепло – холод) кон- троль УСТАНОВКИ ЭМ-6010, ЭМ-6020 Зондовый кон- троль функци- онирования параметров, быстродей- ствующих БИС и СБИС УСТАНОВКИ ЭМ-680Д, (ЭМ-647Д1), ЭМ-690Р, ЭМ-6190, ЭМ-6290, ЭМ-6520 Специальные ЗКУ -контроля параметров быстродей- ствующих и сверх- быстродей- ствующих ИС (БИС) УСТАНОВКИ Специальные Емкость зон- да относи- тельно кор- пуса Сз-к, пФ ТУ /Факт. 3,0/1,3 3,0/1,3 2,0/1,2 1,0/0,8–0,9 0,2–0,3/0,2–0,3 Емкость между зонда- ми Сз-з, пФ ТУ/Факт. 2,0/1,4 2,0/1,5 1,5/1,4 1,0/0,7–0,9 0,2–0,4/0,2–0,3 Индуктив- ность зонда и зондовых це- пей L, нГ ТУ/Факт. 150/100 150/100 150/100 100/80 5–15/5–15 Переходное сопротивле- ние R, Ом ТУ/Факт. 0,5/0,1–0,2 0,5/0,1–0,2 0,5/0,1–0,2 0,5/0,1–0,2 0,5/0,1–0,2 Сопротивле- ние изоляции зондовых це- пей, Ом ТУ/Факт. 310 12 /310 12 2–1012/2–1012 2–1012/2–1012 1,5–1012/1,5-1012 1–1012/1–1012 Число зон- дов (изм. ка- налов) до 24 (с раз- множ. до 48) 72 (спец. УКФ до 260) 72 (спец. УКФ до 260) до 260 (спец. УКФ до 520) до 260 (от чис- ла выводов БИС) Средства измерений 72 Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 Зондовые системы для совмещенного статико- динамического и функционального контроля изделий микро- и наноэлектроники среднего быстродействия Так как операция зондового контроля предполагает получение механического кон- такта зондов КУ с площадкой контролируемой БИС, то неизбежно повреждается (допустимый предел – до 20 % площади) часть контактной площадки микросхемы. Для повышения произ- водительности контроля и уменьшения повре- ждения контактных площадок целесообразно при контроле ИС (БИС) среднего быстродей- ствия совместить динамический и статический контроль за одно контактирование, что услож- няет конструкцию ЗСК и увеличивает погреш- ность измерения. Структурная схема и основ- ные узлы ЗСК для совмещенного контроля ИС (БИС) на пластине представлена на рисунке 1. Особенностью данной ЗСК является нали- чие между КУ и блоком коммутации переход- ного многоконтактного программируемого устройства, устанавливаемого на испытатель- ные платы подключения и служащего для пе- рехода от одного типа контролируемой БИС к другому, и входных измерительных цепей в виде подводящих испытательные сигналы к зонду линии передачи и отводящих их в ком- мутатор нагрузки (подсоединение зондов осу- ществляется к точке соединения линий переда- чи). Кроме того, к выходным измерительным цепям (статических и динамических измери- тельных цепей) подключаются эквивалент нагрузки и широкополосное согласующее устройство: активный или строб-пробник. Рисунок 1 – Структурная схема зондовой широкополосной системы для совмещенного контроля динамических и статических параметров ИС (БИС) на пластине: 1,2 – измеритель динамических и статических параметров ИС (БИС); 3, 16 – входное и выходное согласующие устройства; 4, 17 – ВЧ-коммутатор входов и выходов ИС (БИС); 5 – устройство управления коммутацией и измерением; 6 – коммутатор ВЧ-нагрузок и смещения; 7 – коммутатор НЧ-сигналов и питания; 8, 18 – НЧ-входной и выходной коммутаторы; 9, 10 – ВЧ-линии передачи; 11- переходное многоконтактное устройство; 12 – зондовое КУ; 13- контролируемая ИС (БИС); 14 – испыта- тельная плата; 15 - эквивалент нагрузки; 19 – позиционер по координатам X, Y, Z, φ; 20 – ВЧ-соединительная плата сдвоенных (падающих и отводящих сигналы ИС и БИС) коаксиальных кабелей; 21 – блок разъемных со- единений типа СР Средства измерений Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 73 Во входных измерительных цепях такой ЗСК подача питания и смещения ИС (БИС) осуществляется через коммутатор нагрузки и смещения, а подача испытательных импульс- ных сигналов производится от генератора через ВЧ коммутатор и линии передачи 9, 10. При использовании широкополосных кон- тактирующих устройств (со сдвоенными лини- ями передачи) подача широкополосных сигна- лов осуществляется по согласованной коакси- альной или полосковой линии вплоть до кон- тактной площадки ИС (БИС). В выходных из- мерительных цепях при измерении статических параметров используется соединение Кельвина, а при контроле динамических параметров (БИС) выходные импульсные сигналы пода- ются через коммутатор на широкополосные выходные согласующие устройства. Зондовая система контроля параметров быстро- и сверхбыстродействующих изделий микро- и наноэлектроники В системах контроля динамических пара- метров быстро- и сверхбыстродействующих ИС (БИС) на пластине устанавливается на каж- дый зонд КУ универсальная миниплата (в мик- роэлектронном исполнении), имеющая измери- тельные, согласующие и коммутирующие цепи и обеспечивающая весь процесс измерения и контроля ИС (БИС). Упрощенная структурная схема ЗСК представлена на рисунке 2. Система с измерительными зондами уве- личивает широкополосность каналов ЗСК за счет размещения части коммутирующих, изме- рительных и согласующих цепей непосред- ственно в зонде контактирующего устройства. Это сокращает длину измерительных линий связи и уменьшает паразитные L, C – пара- метры и соответственно погрешность измере- ния быстродействующих микросхем. Элементы платы, размещенные в зонде, создают емкост- ную нагрузку 3–5 пФ, что ухудшает широко- полосность и увеличивает погрешность изме- рения при контроле сверхбыстродействующих БИС. Требования к нагрузкам 9 ЗСК при кон- троле быстродействующих высокоомных (ТТЛ, ТТЛШ, МОП) и низкоомных 50-омных (ЭСЛ) БИС по входам и выходам противоречивы. Для удовлетворения условий контроля всех типов ИС длина линий связи, на которой размещены нагрузки, должна быть минимальной. Эффек- тивными методами построения ЗСК являются метод формирователей и метод «обтекания» контактных площадок ИС (БИС) испытатель- ными сигналами. В первом случае формирова- тели, расположенные непосредственно у кон- тактных площадок и управляемые от блока коммутации, формируют сигналы с фронтами 1–5 нс; во втором случае испытательные сиг- налы (по линиям связи 5, 6) подводятся к кон- тактной площадке БИС и одновременно отво- дятся в коммутатор нагрузки 9, где размещена согласованная нагрузка. В обоих случаях обес- печивается подача и коммутация испытатель- ных широкополосных сигналов на контактную площадку контролируемой ИС (БИС) с мини- мальными искажениями формы и выбросом на ПХ не более 3–4 %. Для контроля сверхбыстродействующих ИС (БИС) используются сдвоенные полосковые ли- нии, встроенные во входные КУ, а в выходные КУ встраиваются в микроэлектронном исполне- нии ВЧ-согласующие устройства (С = 2–4 пФ), t = 0,25–0,5 нс, размещенные вместе с эквивален- том нагрузки в зондах КУ [2]. Температурный зондовый контроль инте- гральных структур на пластине В мировой практике зондового контроля используются методы специального зондового контроля при повышенной температуре с по- мощью термостолов в температурном диапа- зоне 30–130 °С (погрешность задания темпера- туры 2 °С) и пониженной температуре в криогенных зондовых установках при разра- ботке и исследовании параметров специальных быстродействующих изделий микроэлектро- ники на пластине [3]. Разработанные зондовые установки используют микрокамеры и большие камеры тепла и холода при функциональном контроле и измерении статических параметров. Установки температурного зондового контроля ЭМ-6010, ЭМ-6020 эксплуатируются в Респуб- лике Беларусь, СНГ, КНР, Корее. Экспериментальное определение переход- ных характеристик широкополосных кон- тактирующих устройств Проведение на пластине контроля на функционирование и в особенности измерение параметров современных быстродействующих БИС ТТЛ- и ЭСЛ-типа с длительностью фронта и среза сигналов соответственно 5–15 нс и Средства измерений 74 Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 0,5–5 нс с погрешностью (5–10) % представ- ляет сложную техническую задачу. Основным узлом ЗСК, воспринимающим информацию о ВЧ-параметрах измеряемых микросхем, явля- ется зондовое контактирующее устройство. Контроль динамических параметров и функци- ональный контроль на пластине может прово- диться универсальными КУ (УК-1, УК-2), вно- сящими существенную погрешность в измере- ние быстродействующих БИС, однако они мо- гут использоваться для контроля ИС среднего быстродействия. УКФ с числом зондов до 260 используются для контроля быстродействую- щих БИС. Широкополосные КУ имеют ПХ 0,2– 0,4 нс и определены с помощью рефлектомет- рической установки пикосекундного диапазона, состоящей из стробоскопического осцилло- графа (полоса частот 10 ГГц), генератора пико- секундных импульсов И1-12 (50 пс; 70 пс; 100 пс) и согласующих устройств [1]. Рисунок 2 – Структурная схема зондовой широкополосной системы для контроля динамических пара- метров быстродействующих и сверхбыстродействующих ИС (БИС) на пластине и кристалле: 1 – ге- нератор испытательных сигналов; 2, 3 – ВЧ и НЧ коммутаторы; 4, 15 – входное и выходное согласу- ющие устройства; 5, 6 – входные полосковые линии; 7, 8 – основная и дополнительная разъемные ли- нии; 9 – коммутатор нагрузок, питания и смещения; 10 – зонды; 11 – контролируемая ИС; 12 – выход- ные измерительные цепи; 13, 14, 17, 18, 19 – полосковые линии (выходные и калибровки); 16 – экви- валент нагрузки (16а – низкоомный, 16б – высокоомный); 20 – коммутатор нагрузки сигналов калиб- ровки; 21, 22 – ВЧ и НЧ коммутаторы сигналов калибровки; 23 – устройство управления коммутаци- ей и измерением; 24 – измеритель динамических параметров ИС Средства измерений Приборы и методы измерений, № 2 (5), 2012 75 Заключение Предложенные принципы построения ав- томатических ЗСК (защищенных авторскими свидетельствами и патентами) и их исследова- ния позволили создать зондовые системы для аналитического и межоперационного контроля всей номенклатуры ИС (БИС). Разработанные для ЗСК контактирующие устройства (в том числе до 260 зондов) позволяют осуществлять контроль ИС (БИС) на кристалле в наносе- кундном диапазоне: до 1 нс – с погрешностью (5–10) %, в диапазоне 0,3–1 нс – до 20 %. Разработанные впервые в СНГ прецизион- ные позиционеры на ЛШД (по координатам Х, Y, Z, ) и магнитовоздушной подушке обеспечивают погрешность позиционирования (2–3) мкм на поле 150 150 мм. Время нарас- тания ПХ широкополосных КУ, измеренное с помощью рефлектометрической установки пи- косекундного диапазона, составило 0,25–0,4 нс, что позволяет проводить контроль сверхбыст- родействующих БИС. Работа выполнена в рамках НТП Союзного государства «Нанотехнология-СГ». Список использованных источников 1. Минченко, В.А. Измерение переходной харак- теристики и задержки широкополосных кон- тактирующих устройств для контроля пара- метров интегральных микросхем на пластине / В.А. Минченко. – Электронная техника. – Сер. 8. – 1992. – Вып. 5 (122). – С. 83–86. 2. Минченко, В.А. Увеличение широкополосно- сти контактирующих устройств для контроля БИС на пластине / В.А. Минченко, А.В. Ярош, В.С. Кононов. – Электронная промышлен- ность. – 1991. – № 10. – С. 58–59. 3. Котани. Конструкция и характеристики зондо- вой установки для низкотемпературных испы- таний интегральных структур / Котани. – При- боры для научных исследований. – 1986. – № 1. Minchenko V.A., Kovalchuk G.F., Shkolyk S.B Design principles and block schemes of the probe automatic inspection systems for micro- and nanoelectronics on a wafer In this work we suggested the principles of design and block schemes of probe systems for analytical and interoperation measurement and inspection of high-speed micro- and nano on - a chip systems in the nano- second range. The sources of wideband signals distortion and errors of probe inspection systems for large integrated circuits inspection as well as transient response of high speed contacting probes are considered with the OTDR device with picosecond resolution. The features and defined errors of precision positioners for linear stepper motors and magnetic air motors for precise positioning of the probes on the pads with au- tomatic sensing of LSI wafer are discussed. Key words: probe testing, semiconductor wafer. Поступила в редакцию 09.01.2012.