Изучение принципа работы установки "Зонд-5А" и её использования для контроля электрических параметров интегральных микросхем

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ  ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРИЕМОЧНОГО КОНТРОЛЯ ИМС.

Цель работы: изучение принципа работы установки "Зонд-5А" и её использования для контроля  электрических параметров интегральных микросхем.

.    

I.  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ  К РАБОТЕ

Содержание работы: уяснить поставленную задачу, ознакомиться с принципом работы установки "Зонд-5А", разработать программу проведения контроля  электрических параметров интегральной микросхемы, осуществить настройку шага перемещения стола установки "Зонд-5А" и выполнить контроль предложенной ИМС

  Основные сведения из теории

Контрольно-измерительные операции. Производство интегральных микросхем (ИМС) является сложным, прецизионным, многокомпонентным процессом, состоящим из огромного количества различных технологических операций. Количество и качество продукции, получаемой после каждой технологической операции, находятся в прямой зависимости от степени охвата контролем и управлением физико-химических процессов, участвующих в производстве ИМС.      

Трудоемкость контрольно-измерительных операций достигает 40-50% от общей трудоемкости изготовления ИМС, и становится очевидным, что уровень качества и объем производства ИМС во многом определяется уровнем развития средств измерения и контроля в микроэлектронике.

Применительно к производству ИМС контроль — это проверка соответствия параметров технологических процессов, которые определяют качество готовой продукции (ИМС), а также структур, кристаллов техническим требованиям. В зависимости от стадий жизни ИМС (произведено, хранение, эксплуатация) различают производственный контроль (контроль производственного процесса и его результатов на стадии изготовления ИМС) и эксплуатационный контроль (контроль на стадии эксплуатации ИМС).

Производственный контроль включает в себя:

- контроль технологических процессов (технологических сред, режимов, параметров процессов, в том числе входной контроль исходных материалов, используемых в производственном процессе);

- операционный контроль продукции или процесса во время выполнения или после завершения определенной операции;

- приемочный контроль готовой продукции (так называемый финишный контроль).

Принимая во внимание, что интегральные микросхемы являются массовой продукцией (тиражность некоторых серий ИМС достигает десятков и сотен миллионов штук в год), очевидно, что операции контроля их параметров должны осуществляться с высоким быстродействием, что возможно только в случае использования автоматических средств контроля.

Из многочисленных контрольно-измерительных операций значительная их часть выполняется оператором визуально, с помощью микроскопа, что, безусловно, приводит к субъективности полученной оценки результата контроля при весьма низкой производительности труда.

Задача финишного контроля - проведение испытаний изготовленных ИМС на их соответствие  требованиям как по электрическим, так и по эксплуатационным параметрам. Все виды испытаний ИМС можно подразделить на механические, климатические, электрические, испытания на герметичность, на безотказность и
долговечность (электротермотренировка).

Из всех операций финишного контроля ИМС наиболее сложной с научной и технической точки зрения является контроль их электрических параметров. Проблема контроля цифровых ИМС заключается в, необходимости проведения огромного количества контрольных тестов, которое неимоверно возрастает с повышением
степени интеграции БИС. В настоящее время практически невозможно проверить большие интегральные схемы оперативных запоминающих устройств (БИС ОЗУ) и микропроцессоров (БИС МП) во всех возможных режимах их работы. В связи с этим ведутся активные поиски методов эффективного контроля цифровых БИС,
в частности методов стохастического контроля, обеспечивающих достаточно высокую достоверность контроля за приемлемый отрезок времени контроля.

Другой проблемой контроля цифровых БИС является контроль их динамических параметров, так как в этом случае возникает необходимость измерения малых  временных отрезков (доли наносекунды) при большой тактовой частоте (десятки мегагерц).
Контроль таких величин создает большие схемотехнические и конструктивные трудности.

Трудность контроля аналоговых ИМС заключается в необходимости совмещения высокоточных измерений аналоговых величин с одновременным высоким быстродействием (при контроле динамических параметров).

Информационно-измерительные системы (ИИС) предназначены для автоматического получения количественной информации непосредственно от изучаемого объекта путем процедур измерения  и контроля, обработки этой информации и выдачи ее в виде совокупности чисел, графиков и т. д. В ИИС объединяются технические средства, начиная от средств контроля и кончая устройствами выдачи информации, а также программное обеспечение, необходимое для управления работой собственно системы и позволяющее решать в ИИС измерительные и вычислительные задачи.

В настоящее время ИИС - это в основном  информационно-вычислительные комплексы, в которых осуществляется полный замкнутый цикл обращения информации - от получения измерительной информации об объекте до ее обработки, принятия соответствующих решений и выдачи команд управления на объект без участия оператора. В состав таких систем входят универсальные или специализированные ЭВМ. Их применение позволяет обрабатывать огромные массивы измерительной информации.

Улучшение многих характеристик ИСС было достигнуто благодаря использованию больших интегральных микросхем, микропроцессоров, микропроцессорных наборов, включая запоминающие устройства (ЗУ) большой емкости и микроЭВМ, появлению измерительных устройств с высокими метрологическими характеристиками.

 В микроэлектронике ИИС необходимы для контроля параметров технологических процессов, межоперационного и финишного контроля готовой продукции, для контроля и управления параметрами технологических сред и микроклимата, а также для входного контроля изделий микроэлектроники у потребителя.

Информация о значениях физических величин объекта воспринимается измерительными преобразователями (ИП). Выходные электрические сигналы с ИП через коммутатор поочередно поступают на устройство аналоговой обработки
сигналов, где производится первичная обработка и усиление измерительного сигнала. Далее сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию при помощи АЦП. Все элементы системы, стоящие в измерительном канале: измерительные преобразователи, АЦП, коммутаторы и т. д. образуют так называемые устройства согласования с объектом. Информационный цифровой сигнал подвергается ряду операций обработки, характерных для простых систем сбора информации   (усреднение, сравнение, вычитание постоянных составляющих, накопление и хранение информации и др.). Эти операции выполняются устройством цифровой обработки,    в качестве    которого может  использоваться  микропроцессор    или    микроЭВМ. В этом случае МП  (микроЭВМ)    осуществляет    автоматическое задание длительности такта  измерения  каждого  параметра, управление с помощью коммутатора  последовательностью опроса ИП, управление регистрирующим    устройством.