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Verwandte
Anmeldungen
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Diese
Patentanmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/609,852,
eingereicht am 13. September 2004.
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Urheberrechtsanmerkung
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© 2005 Electro
Scientific Industries, Inc. Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments
enthält Material,
das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Der Urheberrechtseigentümer hat
keinen Einwand gegen die Faksimilereproduktion des Patentdokuments
oder der Patentoffenbarung durch irgendjemanden, wie sie in der
Patentakte oder den Patentregistern des Patent- und Markenamts erscheint,
behält
sich jedoch ansonsten jegliche Urheberrechte vor. 37 CFR § 1.71(d).
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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft das Laserabgleichen und insbesondere das Lösen von
Fehlern, die durch thermoelektrische Potentiale verursacht werden,
die während
des Laserabgleichs von Widerständen
auftreten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Elektronikindustrie verwendet Lasersysteme, um Dick- oder Dünnschichtwiderstände auf
relativ gewünschte
Widerstandswerte abzugleichen. Ein Artikel von Albin et al. mit
dem Titel "Laser
Resistance Trimming from the Measurement Point of View", IEEE Transactions
on Parts, Hybrids and Packaging; Band PHP-8, Nr. 2, Juni 1972, beschreibt Messprobleme
und die Vorteile der Verwendung eines Festkörperlasers zum Abgleichen von
Dünnschichtwiderständen. Ein
Artikel von Swenson et al. mit dem Titel "Reducing Post Trim Drift of Thin Film Resistors
by Optimizing YAG Laser Output Characteristics", IEEE Transactions on Components, Hybrids, and
Manufacturing Technology; Dezember 1978, beschreibt die Verwendung
einer gaußartigen
Ausgabe eines grünen
(532 nm) Festkörperlasers
zum Abgleichen von Dünnschichtwiderständen, um
die durch Wärme
beeinflussten Zonen (HAZ) und die Drift nach dem Abgleich zu verringern.
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Das
US-Pat. Nrn. 5,569,398, 5,685,995 und 5,808.272 von Sun und Swenson
beschreiben die Verwendung von nicht-herkömmlichen Laserwellenlängen, wie
z.B. 1,3 Mikrometer, um Filme oder Bauelemente abzugleichen, um
eine Beschädigung
am Siliziumsubstrat zu vermeiden und/oder die Ausregelzeit während Abgleichsverfahren
mit passivem, funktionalem oder aktiviertem Laser zu verringern. Das
US-Pat. Nr. 6,534,743 von Swenson et al. beschreibt die Verwendung
eines gleichmäßigen Laserflecks
in einer im Allgemeinen abschmelzenden nicht-thermischen Wellenlänge, um
Mikrobrechen, HAZ und Verschiebungen des Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes (TCR) zu verringern.
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Einige
Widerstands-Abgleichsverfahren verwenden einen Messungs/Vorhersage-Abgleichsmessprozess,
der den Wert eines Widerstandes misst, wobei der Laser nicht schneidet,
und dann vorhersagt, wie viel zusätzlicher Laserabgleich durchgeführt werden
sollte, um einen gewünschten
Wert zu erreichen. Diese Vorhersage-Abgleichsprozedur kann nur einmal
während
eines Widerstandsabgleichsvorgangs durchgeführt werden oder mehrere Male
wiederholt werden und ist relativ langsam, da der Widerstand sich
stabilisieren werden lassen muss, um die erforderliche Messgenauigkeit
vorzusehen.
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Einige
Widerstandsabgleichsverfahren verwenden einen Nachführungs-Abgleichs- oder kontinuierlichen
Abgleichsprozess. Unter typischen Nachführungs-Abgleichs- oder kontinuierlichen
Abgleichsvorgängen
wird ein Strom oder eine Spannung an das getestete Widerstandsbauelement
(DUT) angelegt und der Widerstand wird überwacht, während der Widerstand abgeglichen
wird. Einige Nachführungs- oder
analoge Abgleichs- und Messprozesse messen den Wert eines Widerstandes nach
jedem Impuls. In diesen Verfahren wird die Laserimpulsgebung gestoppt,
sobald der Widerstand den gewünschten Wert
erreicht. Das Messungs/Vorhersage-Abgleichen kann genauer sein,
da mehr Zeit zur Verfügung steht,
um Messungen durchzuführen;
das Nachführungsabgleichen
ist jedoch typischerweise schneller, insbesondere wenn Messungsausregelverzögerungen
minimiert werden. Die Genauigkeit solcher Verfahren kann jedoch
begrenzt sein, wenn bestimmte vorübergehende Abweichungseffekte
nicht berücksichtigt
werden.
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Der
Laserabgleichsprozess erhöht
die Temperatur des Widerstandes. Diese hinzugefügte Wärme beeinflusst den gemessenen
Widerstand aufgrund des TCR des Widerstandes, laserinduzierter thermischer
elektromotorischer Kräfte
(EMFs) und Strömen,
wie z.B. jenen, die durch Seebeck- und Peltier-Effekte verursacht
werden. Feste Versätze
in der Messung können
typischerweise unter Verwendung von Messungen mit automatischer
Nullsetzung korrigiert werden. Versätze, die durch das eigentliche
Laserabgleichen verursacht werden, sind schwieriger zu korrigieren,
insbesondere für
niedrige Widerstandswerte. Diese Fehler sind schwieriger zu korrigieren,
da die vorübergehenden
Effekte, die durch Erwärmung
verursacht werden, in einem Nachführungsabgleichsprozess praktisch
nicht angegangen werden können.
Außerdem
werden die thermischen Effekte bei Widerständen mit niedrigem Wert im
Verhältnis
zu den zum Messen des Widerstandes über den Widerständen mit
niedrigem Wert verwendeten Spannungen größer. Diese Erwärmungseffekte
können
in Schaltungen mit hoher Verstärkung
oder kritischem Abgleich und in niederohmigen Widerständen, wie
z.B. Widerständen
mit Werten, die geringer als oder gleich 10 Ohm sind, besonders
signifikant sein. Niederohmige Widerstände werden häufig für Stromabtastanwendungen
und als Messnebenschlüsse
verwendet und können
Werte von weniger als oder gleich 0,1 Ohm aufweisen.
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Wenn
der ohmsche Wert der abgeglichenen Widerstände geringer wird, können induzierte
thermische (d.h. Thermoelement-)Spannungen im Vergleich zur ohmschen
Spannung des Widerstandes größer werden.
Thermische Spannungen, die zu mehreren Prozent der durch 0,2 Ampere
in einem Widerstand mit 0,1 Ohm entwickelten Spannung äquivalent
sind, wurden beobachtet.
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Zusammenfassung
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Hochgeschwindigkeitsabgleichen
von Widerständen
oder anderen elektrischen Bauteilen durch Lösen von Ungenauigkeiten, die
mit thermoelektrischen Effekten verbunden sind, die das Laserabgleichen
begleiten, zu erleichtern.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann die Bedeutung der Spannungsabweichungen aufgrund der Lasererwärmung bestimmt
werden, indem Spannungsmessungen vor und nach der Anwendung von Laserimpulsen,
die einen Laserabgleich simulieren, durchgeführt werden, während keine
Anregung angewendet wird. Wenn signifikante thermische Spannungen
bestehen, werden diese durch Wärme
induzierten Spannungen verwendet, um eine thermisch relativ neutrale
Schnittstelle am Widerstand zu bestimmen, wo die thermisch induzierte
Spannung minimiert ist oder nahe Null liegt, um den Vorgang des Abgleichs
auf Wert mit höheren
Geschwindigkeiten durchzuführen.
Alle Widerstände
mit derselben Konfiguration und denselben gewünschten Parametern in derselben
Reihe, Spalte, Platte oder Gruppe können an der thermisch relativ
neutralen Stelle auf den Wert abgeglichen werden, um eine relativ
hohe Genauigkeit in den endgültigen,
stationären,
gewünschten
Widerstandswerten der abgeglichenen Widerstände zu erreichen. Alternativ
kann die thermisch relativ neutrale Stelle jedes Widerstandes in
derselben Reihe, Spalte, Platte oder Gruppe unabhängig bestimmt
werden und die Bestimmungen und das Abgleichen können in einem einzigen Durchgang
durchgeführt
werden oder die Bestimmungen und das Abgleichen können in
separaten Durchgängen
durchgeführt
werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden der Strom und in einigen Fällen die Abgleichsspannung
auf einen Null- oder Bezugswert gesetzt. Dann können Spannungsmessungen vor
dem Impuls und nach dem Impuls jeweils unmittelbar vor und nach
jedem Laserimpuls während
eines Abgleichsvorgangs durchgeführt werden.
Der Spannungswert vor dem Impuls wird mit dem letzten oder nächsten Spannungswert
vor dem Impuls gemittelt, um einen Grundlinienspannungswert zu erhalten,
der dann vom Spannungswert nach dem Impuls subtrahiert werden kann,
um einen Spannungswert der thermischen Abweichung zu erhalten. Ein
Testwiderstandswert unter einem angelegten Strom kann auch vom Widerstand
nach jedem Laserimpuls genommen werden und mit einem gewünschten
Endwiderstandswert verglichen werden, der eingestellt wurde, um
den Spannungswert der thermischen Abweichung zu kompensieren. Wenn
der Testwiderstandswert innerhalb eines gewünschten Bereichs des eingestellten
gewünschten
Widerstandswerts liegt, wird das Laserabgleichen des Widerstandes
gestoppt und der Prozess wird am nächsten abzugleichenden Widerstand
wiederholt. Dieses Ausführungsbeispiel
erleichtert auch das Erhalten einer relativ hohen Genauigkeit in
den endgültigen,
stationären,
gewünschten
Widerstandswerten der abgeglichenen Widerstände.
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In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel können räumlich entfernte
Widerstände
in einer Reihe oder Spalte nacheinander abgeglichen werden, um Erwärmungseffekte
zu minimieren, die ansonsten die Widerstandswerte an benachbarten
oder nahe liegenden Widerständen
verzerren könnten.
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Zusätzliche
Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
einen allgemeinen Widerstand dar, die drei alternative Einstiche
in verschiedenen Bereichen am Widerstand zeigt.
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2A stellt
typische Sondenstellen dar, die zum Messen des Widerstandswerts
eines Widerstandes verwendet werden.
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2B stellt
Sondenstellen dar, die zum Messen einer thermoelektrischen Spannung,
die zu einem Widerstand gehört,
verwendet werden.
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2C stellt
alternative Sondenstellen dar, die zum Messen einer thermoelektrischen
Spannung, die zu einem Widerstand gehört, verwendet werden.
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2D stellt
einen Satz von allgemeinen Widerständen dar, die Einstiche in
verschiedenen Bereichen an den jeweiligen Widerständen zeigt.
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2E stellt
einen Satz von allgemeinen Widerständen in einer Spalte und eine
beispielhafte Reihenfolge, in der sie bearbeitet werden, dar.
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2F ist
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines beispielhaften Messsystemaufbaus.
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2G ist
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm einer beispielhaften Messsystem-Testroutine.
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3 ist
ein beispielhafter Graph der mittleren thermischen EMF als Funktion
der Laserabgleichsposition an einem Widerstand.
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4 ist
ein beispielhafter Graph der thermoelektrischen Spannung als Funktion
der Zeit in Reaktion auf Laserwärme,
die auf einen Widerstand in hohen und niedrigen Bereichen aufgebracht
wird.
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5 ist
ein beispielhafter Graph der thermoelektrischen Spannung als Funktion
der Zeit in Reaktion auf Laserwärme,
die auf einen Widerstand während
verschiedener Messzyklen aufgebracht wird.
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6 ist
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines beispielhaften Widerstandsabgleichsprozesses,
einschließlich
Testen und Messen.
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7 ist
ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Laserabgleichssystems,
das verwendet werden kann, um eine Laserausgabe, wie erforderlich,
um die hierin dargestellten verschiedenen Anwendungen durchzuführen, bereitzustellen.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
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Thermoelektrische Experimente
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1 stellt
drei alternative Einschnitte 10a, 10b und 10c dar,
die durch eine Folge von Laserimpulsflecken 12 in verschiedenen
Bereichen oder Stellen 18a, 18b und 18c (im
Allgemeinen Stellen 18) an einem Widerstandsmaterial (typischerweise
Paste oder Film) 14 durchgeführt werden, das zwischen zwei
leitenden Kontaktstellen 16a und 16b eines allgemeinen
Widerstandes 20 angeordnet ist. Mit Bezug auf 1 und 2A werden
die Widerstände 20a–20j typischerweise
so hergestellt, dass sie in Reihen 22 miteinander verbunden
sind. 2A stellt die Reihe 22 in
einer Spaltenorientierung dar. Messsonden 24 werden typischerweise
mit einer Nadelkarte (nicht dargestellt) verbunden und werden typischerweise
so angeordnet, dass sie die leitenden Kontaktstellen 16 oder
alternativen Testkontaktstellen (nicht dargestellt), die elektrische
Kontaktpunkte über
den Widerständen 20 vorsehen,
kontaktieren.
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Chipwiderstände werden
typischerweise auf Platten in Widerstandsnetzwerken von Reihen und/oder
Spalten ausgebildet. Die Widerstände
werden typischerweise in Spalten oder Reihen oder Gruppen von Spalten
oder Reihen abgeglichen, um den Durchsatz in einem einzelnen Abgleichsdurchgang
zu maximieren, insbesondere für
Abgleichskonfigurationen mit 2 Anschlüssen (2T).
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Niederohmige
Widerstandsmessungen werden häufig
mit vier Anschlüssen,
zwei Abtastzuleitungen zusätzlich
zu den zwei Kraft- oder Stromzuleitungen, durchgeführt. Die
zusätzlichen
Abtastzuleitungen werden an einem festen Punkt angebracht und führen keinen
großen
Strom, so dass sie eine Kelvin-Verbindung erleichtern, die den Spannungsabfallfehler
von den Stromzuleitungen beseitigt.
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Beim
Kelvin-Abgleichen kann jedoch die Platte um 90 Grad gedreht werden,
um einen Sondenkontakt aufzunehmen, um die Mess-Eingabe/Ausgabe-Fähigkeit
zu kompensieren. Ein 57-Widerstand (Spalte) 0603 würde beispielsweise
114 Sonden für
eine 2T-Messung erfordern und eine Kelvin-Messung in derselben Orientierung
würde 228 Sonden
erfordern. Durch Drehen der Platte um 90 Grad würde die Kelvin-Messung nur
78 Sonden erfordern.
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Das
Widerstandsabgleichen wird am häufigsten
als Spaltenprozess durchgeführt.
In einem Beispiel von reihenorientiertem Abgleichen werden Widerstände 20a in
benachbarten Reihen 22 nacheinander bearbeitet. In einem
Beispiel von spaltenorientiertem Abgleichen werden benachbarte Widerstände 20a, 20b und 20c usw.
in der Reihe 22 nacheinander bearbeitet. In einem beispielhaften
tatsächlichen
Vorgang zum Abgleichen auf Wert, nachdem ein anfänglicher Widerstandswert gemessen
werden kann, wird ein Sperrvergleicher überwacht, um den Abgleich zu
stoppen, wenn der gewünschte
Widerstandswert erreicht ist, typischerweise für irgendeinen gegebenen Zweig
des Abgleichsprofils.
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Ein
Doppeleinstich ist eine übliche
Art von Abgleichsprofil, bei dem ein erster Schnitt oder "Zweig" 10a an
einem Widerstand 20 hergestellt wird, um seinen Widerstandswert
innerhalb einen vorbestimmten Abgleichswert zu bringen, der unter
dem gewünschten
endgültigen
Widerstandswert liegt. Ein zweiter Schnitt oder Zweig 10c wird
dann am Widerstand 20 durchgeführt, um seinen Widerstandswert auf
einen endgültigen
Widerstandswert zu bringen, der hoffentlich innerhalb einer annehmbaren
Abweichung des gewünschten
Widerstandswerts liegt. Die Industriepraxis besteht darin, die zwei
Einstiche 10 so zu konstruieren, dass sie an entgegengesetzten Enden
des Widerstandsmaterials 14 liegen, so dass die Schnitte 10 so
symmetrisch und ästhetisch
ansprechend wie möglich
aussehen.
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2A stellt
auch typische oder normale Sondenpositionen dar, die zum Messen
eines Ohm-Widerstandswerts eines typischen Widerstandes 20f verwendet
werden. Insbesondere werden obere Kraft-(HF) und untere Kraft-(LF)Sonden 24f und 24g an
unmittelbaren entgegengesetzten Seiten des Widerstandes 20f angeordnet,
um Wege für
einen angelegten Strom oder eine angelegte Spannung zu schaffen,
und obere Abtast-(HS) und untere Abtast-(LS)Sonden 24b und 24j werden
auf entgegengesetzten Seiten des Widerstandes 20f angeordnet,
sind jedoch durch mehrere Widerstände 20 vom Widerstand 20f distal
getrennt. Die oberen Abtast-(HS) und unteren Abtast-(LS)Sonden 24b und 24j sehen
vom Widerstand 20f entfernte Messpunkte vor.
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2B stellt
HS- und LS-Sonden 24b und 24j dar, die auf entgegengesetzten
Seiten des Widerstandes 20f angeordnet sind, jedoch um
mehrere Widerstände 20 vom
Widerstand 20f distal getrennt sind, wie für eine Messung
einer thermoelektrischen Spannung, die zum Widerstand 20f gehört, mit "ferner Abtastung" verwendet.
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2C stellt
alternative HS- und LS-Sonden 24f und 24g dar,
die auf unmittelbaren entgegengesetzten Seiten des Widerstandes 20f angeordnet sind,
wie für
eine Messung einer thermoelektrischen Spannung, die zum Widerstand 20f gehört, mit "naher Abtastung" verwendet.
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Mit
Bezug auf 1, 2B und 2C wurden
in einem Experiment Widerstände 20 mit 0402-Größe und 0,1
Ohm, die in 55 Reihen mal 78 Spalten auf einem Substrat angeordnet
waren, einzeln mit einem Laser an drei oder mehr Abgleichsstellen 10a, 10b und 10c erwärmt, wie
in 1 gezeigt. Der Laserfleck wurde defokussiert,
um eine Intensität
unterhalb der Abgleichsschwelle des Widerstandsmaterials vorzusehen.
Andere Lasererwärmungsverfahren,
die Fachleuten bekannt sind, hätten
verwendet werden können,
um äquivalente
Ergebnisse bereitzustellen.
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Die
Spannung zwischen den HS- und LS-Sonden jedes Widerstandes 20 wurde
direkt vor der Wärmeaufbringung
und in etwa 300 Mikrosekunden, nachdem die Laserstrahlausbreitung
beendet wurde (oder in einem Zeitintervall, das ausreicht, damit
die signifikantesten vorübergehenden
nicht-thermischen oder elektrooptischen Effekte abnehmen), gemessen.
Der Bequemlichkeit halber wurde die Spannungsänderung als äquivalente
prozentuale Widerstandsänderung
ausgedrückt.
Nachdem der betreffende Widerstand 20 von der Lasererwärmung abgekühlt war,
wurde eine weitere Messung durchgeführt, um zu überprüfen, dass die Spannung zu dem
Wert zurückgekehrt
war, den sie vor der Erwärmung
hatte (nominal Null). Separate Versuche wurden mit Verbindungen
mit entweder ferner Abtastung oder naher Abtastung durchgeführt, die
verwendet wurden, um die thermoelektrischen Spannungen zu messen.
Keine Spannungen oder kein Strom wurde an die Widerstände 20 über die
Sonden 24 angelegt. Die gesammelten Daten gaben an, dass
die Schnitte 10b, die am nächsten zur mittleren Stelle 18b angeordnet
waren, die hinsichtlich der thermoelektrischen Spannung neutralsten
Stellen 18 an dem Widerstandsmaterial 14 bereitstellten.
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Vor
den Wärmeauswertungen
wurden auch Auswertungen durchgeführt, wobei der Laser abgeschaltet
war, wobei keine Wärme
auf die Widerstände 20 aufgebracht
wurde. Die Messungen bei Abwesenheit von Wärme zeigten das Rauschen im
System und dienten zum Testen der Messungsreproduzierbarkeit. Die
Rauschmessung wurde gemittelt und dann von den Messungen, die während des
Aufbringens von Laserimpulsen durchgeführt wurden, subtrahiert. Alternativ
konnte das Rauschen auf einer Widerstandsweisen Basis überwacht
und subtrahiert worden sein.
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In
einem weiteren Experiment wurden einzelne Abgleiche 10 nacheinander
in den Widerständen 20 in
Sätzen
wie z.B. einer oder mehreren Spalten mit einer Laserleistung und
Geschwindigkeit ähnlich
jenen, die typischerweise zum Widerstandsabgleichen verwendet werden,
durchgeführt.
Diese tatsächlichen
Abgleiche 10 wurden mit einem Sperrvergleicher oder einer
Laserabstandsgrenze überwacht, um
zu verhindern, dass Abgleiche die vollständige Breite des Widerstandsmaterials 14 überspannten, was
verursachen würde,
dass der Widerstand 20 falsch funktioniert.
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2D stellt
einen Satz von allgemeinen Widerständen 20a, 20b, 20c, 20d ... 20n dar,
die Einstiche in verschiedenen Bereichen an den jeweiligen Widerständen 20 zeigt.
Die jeweiligen Stellen 18 der ersten oder einzelnen Schnitte 10 wurden
in jeweils größeren Abständen vom
Kontakt 16a in jedem aufeinander folgenden abgeglichenen
Widerstand 20 hergestellt. Die Spannung zwischen den LS-
und HS-Sonden jedes Widerstandes 20 wurde direkt vor der
Abgleichsanwendung und in etwa 300 Mikrosekunden, nachdem die Laserstrahlausbreitung
beendet wurde, gemessen. Der Bequemlichkeit halber wurde die Spannungsänderung
als äquivalente
prozentuale Widerstandsänderung
ausgedrückt.
Nachdem der betreffende Widerstand 20 nach dem Laserabgleichen
abgekühlt
war, wurde eine weitere Messung durchgeführt, um zu überprüfen, dass die Spannung zu dem
Wert zurückgekehrt
war, den sie vor der Erwärmung
hatte (nominal Null). Separate Versuche wurden mit Verbindungen
mit entweder ferner Abtastung oder naher Abtastung durchgeführt, die
zum Messen der thermoelektrischen Spannungen verwendet wurden. Keine
Spannungen oder kein Strom wurde an die Widerstände 20 über die
Sonden 24 angelegt.
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3 zeigt
den durchschnittlichen Effekt der thermoelektrischen Spannungen
auf den Lasergrenzwert eines Nachführungs-(normalen, kontinuierlichen)Abgleichs
mit einer Laserenergie von 10 mJ als Funktion der Abgleichsposition
in Bezug auf die Mitte von Widerstandsmaterial 14 an 0402-Chip-R-Widerständen mit
0,1 Ohm. Die mittlere Steigung des Effekts war 0,017 % pro Mikrometeränderung
der Abgleichsposition. Die gemessenen maximalen und minimalen Steigungen
lagen innerhalb 8 % des Durchschnitts. Die Differenz der thermoelektrischen
Effekte war ungefähr
9 % zwischen den Messverfahren mit ferner Abtastung und naher Abtastung.
Diese relativ niedrige prozentuale Differenz führt zu einer Schlussfolgerung,
dass die thermoelektrischen Übergänge, die
die beobachteten Effekte verursachen, hauptsächlich in den Widerständen und nicht
in den Sonden-Kontaktstellen-Verbindungen liegen.
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4 zeigt
die Zeitreaktion der thermoelektrischen Spannung, die in einzelnen
Widerständen
erzeugt wird, in Reaktion auf Schnitte 10a und 10c mit einer
Laserenergie von 10 mJ an 0402-Chip-R-Widerständen mit 0,1 Ohm. Die Zeitkonstante
der Spannung beim Abkühlen
war ungefähr
eine Millisekunde. Wie aus der Welligkeit in der Spannung bestimmt werden
kann, war die Laserimpulsrate, wenn der Laser eingeschaltet war,
3,3 kHz.
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Mit
Bezug auf 1–4 zeigen
die in den thermoelektrischen Experimenten erhaltenen Daten deutlich,
dass sich die abgetasteten thermoelektrischen Spannungen in Abhängigkeit
von der Stelle 18 der Erwärmung am Widerstand 20 und
der Stelle der Abtastsonden 24 ändern. Die Erwärmung oder
das Schneiden auf verschiedenen Seiten der Mitte des Widerstandsmaterials 14 verursacht
thermoelektrische Spannungen mit entgegengesetzter Polarität. Ähnliche
Trends wurden für
eine Vielfalt von verschiedenen Widerstandsarten und -größen entdeckt. Folglich
wurde gefolgert, dass jeder Widerstand 20 eine hinsichtlich
der thermoelektrischen Spannung neutrale Stelle 18 am Widerstandsmaterial 14 besitzt,
wo ein Abgleich 10 durchgeführt werden könnte, um
Fehler der thermoelektrischen Spannung in den Widerstandswertermittlungen
zu minimieren, die beeinflussen, wie viel Abgleich an jedem Widerstand 20 durchgeführt wird.
Fachleute werden leider erkennen, dass jede Art, jede Gruppe und/oder
jeder einzelne Widerstand 20 eine hinsichtlich der thermoelektrischen
Spannung neutrale Stelle 18 besitzen kann, die von der
exakten Mitte des Widerstandsmaterials 14 abweicht.
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Angesichts
der vorangehenden Experimente kann eine optimale Stelle 18 zum
Durchführen
eines Abgleichs 10 an einem Widerstand 20 bestimmt
werden, die bestimmte TCR- und thermoelektrische Seebeck-Effekte
minimiert. Das Durchführen
oder Simulieren von Abgleichen 10 in einem Widerstand 20 über die
Länge des
Widerstands-DUT 20 kann den Betrag der thermoelektrischen
Spannung als Funktion der Abgleichsstelle 18 zeigen. Mit
dieser Information kann die optimale Stelle 18 zum Abgleichen
eines Widerstandes 20 oder einer Gruppe von Widerständen 20 bestimmt
werden, um die Effekte während
normaler Abgleichsprozeduren zu minimieren.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel bewegt
ein Werkstückpositionierungssystem
wie z.B. ein Repetiertisch oder andere Ausführungsbeispiele, wie später beschrieben,
ein Widerstandswerkstück 40 in
eine Position, in der die Testsonden 24 auf die Kontaktstellen 16 hinab
gelangen. Die Sonden 24 werden auf die Widerstände 20 abgesenkt
(d.h. mit diesen verbunden) und das Messsystem wird eingeschaltet
und initialisiert, wie im Prozessschritt 60 von 2F angegeben,
welche ein vereinfachtes Ablaufdiagramm des Messsystemaufbaus ist.
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Mit
Bezug auf 2F wird das Messsystem auf der
Basis des von einem Benutzer eingegebenen nominalen Widerstandswerts
kalibriert. Von dieser Kalibrierung weist die Messplatine die geeigneten Hardware-Einstellungen
und die geeignete Skaleneichung auf, die erforderlich sind, um einen
speziellen Widerstand 20 abzugleichen, wie im Prozessschritt 62 angegeben.
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Die
Anregung (Strom und/oder Spannung) durch das Widerstands-DUT 20 wird
auf eine Null gesetzt, so dass kein Strom durch den Widerstand 20 geleitet
wird, wie im Prozessschritt 66 gezeigt. Diese Einstellung
führt zu
einem Wert nahe null Volt (oder Grundlinienwert), da die erste Ausschalt-Messung
an einem nicht angeregten Widerstand 20 stattfindet, wie
im Prozessschritt 68 von 2G angegeben,
die ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der Messsystem-Testroutine
ist.
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Mit
Bezug auf 2F können folglich, wenn der Laser
den Widerstand 20 schneidet oder erwärmt, wie im Prozessschritt 78 angegeben,
die Abweichungen der thermoelektrischen Spannung, die der Lasererwärmung zugeschrieben
werden, bestimmt werden, indem die Differenz (Prozessschritt 86)
zwischen den Spannungsmessungen, die durchgeführt werden, direkt bevor der
Laser eingeschaltet wird (Prozessschritt 68), und unmittelbar
nachdem der Laser ausgeschaltet wird (Prozessschritt 84),
genommen wird. Nach einer kurzen Zeit kann eine weitere Messung
(zweite Ausschalt-Messung) durchgeführt werden, um festzustellen,
ob der Widerstand 20 zu seinem ursprünglichen Spannungswert, bevor
das Abgleichen begann, zurückgekehrt
ist, um sicherzustellen, dass der Widerstand 20 den Widerstands- und/oder
Spannungswert nicht signifikant geändert hat. Der Prozess wird
dann an verschiedenen Stellen 18 an denselben oder verschiedenen
Widerständen 20 wiederholt,
wie später
beschrieben und wie durch den Prozessschritt 88 und den
Rückkehrpfeil 92 angegeben.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
werden die Laserparameter wie z.B. Laserleistung vorzugsweise innerhalb
eines Prozessfensters festgelegt, das keine signifikante Entfernung
von Widerstandsmaterial 14 verursacht und/oder keine signifikante Änderung zwischen
dem stationären
Widerstandswert vor der Simulation und dem stationären Widerstandswert nach
der Simulation verursacht. Die Auswertung kann jedoch mit dem Laser
bei normalen Abgleichsparametern wie z.B. Leistung und Geschwindigkeit
durchgeführt
werden. Der Laser kann fokussiert werden oder nicht. Die Abgleichslängen werden vorzugsweise
so eingestellt, dass der getestete Widerstand 20 nicht
durch- oder aufgeschnitten wird. Die Abgleichslängen können so ausgelegt sein, dass sie
aufhören,
bevor eine Wärmesättigung
auftritt, und können
beispielsweise etwa ein Viertel oder bis zu eine Hälfte der
Breite des Widerstandsmaterials 14 sein.
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Die
durch Wärme
induzierte Spannung kann über
gewünschten
Stellen 18 auf der Oberfläche des Widerstandsmaterials 14 graphisch
dargestellt werden. Wie in den vorstehend erörterten Experimenten demonstriert,
können
in Abhängigkeit
von der physikalischen Stelle 18 des Abgleichs 10,
ob es in Richtung der Oberseite oder Unterseite oder links oder rechts
des Widerstandes 20 ist, in Abhängigkeit vom spalten- oder
reihenorientierten Abgleichen positive und negative Spannungsverschiebungen
vom ursprünglichen
Wert bestimmt werden. Eine Reihe von simulierten oder tatsächlichen
Abgleichen 10 mit verschiedenen Stellen 18 von
der Oberseite zur Unterseite können
folglich verwendet werden, um eine ausreichende Information der
thermischen Spannungsabweichung zu bestimmen, um eine thermisch relativ
neutrale Stelle 18 am Widerstand 20 aufzufinden,
wo ein Vorgang des Laserabgleichs auf Wert derart durchgeführt werden
kann, dass durch den Laser erzeugte thermische Effekte minimiert
werden.
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Diese
Stelleninformation kann dann verwendet werden, um die Stelle 18 eines
Abgleichs 10 eines einzelnen Zweigs oder die Stelle 18 eines
Abgleichs 10 eines zweiten oder zusätzlichen Zweigs eines mehrfachen
Einstichs oder eines anderen Abgleichprofils geeignet festzulegen.
Die Stelleninformation kann in gewisser Weise wie z.B. in einer CAD-Datei
gespeichert werden und direkt oder indirekt zur geeigneten Steuereinheit
oder Strahlabgabekomponente des Laserstrahl-Abgabe- und Werkstückpositionierungssystems
geliefert werden. Solche Strahlabgabekomponenten können umfassen, sind
jedoch nicht begrenzt auf Fehlerkorrekturkomponenten, schnelle Positionierungskomponenten
wie z.B. Galvanometer oder andere schnelle Lenkspiegel oder eine
oder mehrere AOM-Vorrichtungen.
Die gewünschte
Stelleninformation könnte
wie eine Fehlerkorrektur behandelt oder mit ursprünglichen
Strahlabgabedaten integriert werden.
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Alle
Widerstände 20 mit
derselben Konfiguration und denselben gewünschten Parametern in derselben
Reihe 22, Spalte, Platte oder Gruppe können an der festgelegten thermisch
relativ neutralen Stelle 18 auf Wert abgeglichen werden,
um eine relativ hohe Genauigkeit in den endgültigen, stationären, gewünschten
Widerstandswerten der abgeglichenen Widerstände 20 zu erreichen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
können
mehrere simulierte Abgleiche 10, wie z.B. 3 bis 50 simulierte
einzelne Abgleiche 10 vom Einstichtyp, über den Widerstand 20 hergestellt
werden, wie in 1 demonstriert. Ein Fachmann
wird erkennen, dass die simulierten Abgleiche 10 alternativ
Doppeleinstichprofile; L-, J- oder U-Schnittprofile oder ihre Variationen;
Serpentinenschnittprofile; Flächen-
oder Abtastschnittprofile; Oberflächenabtragprofile; oder eine beliebige
andere Art oder Kombination von Laserabgleichsprofilen sein können. In
einigen Ausführungsbeispielen
werden die simulierten Abgleiche 10 an einem einzelnen
Widerstand 20 durchgeführt.
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Die
simulierten Abgleiche 10 können jedoch an einem Satz gleicher
Widerstände 20 in
einer oder mehreren Reihen 22 oder Spalten durchgeführt werden,
wobei beispielsweise vielleicht die simulierten Abgleiche 10 an
verschiedenen Stellen 18 an jedem Widerstand 20 im
Satz durchgeführt
werden, wie z.B. in Bezug auf 2D demonstriert.
Jeder Widerstand 20 in einer Reihe 22 oder Spalte
kann beispielsweise mit demselben simulierten Abgleichprofil getestet werden,
jedoch an einer geringfügig
anderen Stelle 18, um die beste Stelle 18 für alle Widerstände 20 an der
Platte oder in der Gruppe zu bestimmen. Ein solcher Satz kann nacheinander
nicht benachbarte Widerstände 20 sein,
wie später
beschrieben. Zusätzliche
Widerstände 20 in
zusätzlichen
Sätzen
könnten auch ausgewertet
werden, wenn zusätzliche
verschiedene Stellen 18 zum Testen erwünscht sind.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann ein einzelner simulierter Linienabgleich von oben nach unten
oder Kontakt-Kontakt-Abgleich (vertikales Einstichprofil) verwendet
werden, um die bevorzugte Abgleichsstelle zu bestimmen. Ein solcher
beispielhafter simulierter Abgleichs- und Auswertungsprozess kann
nur an einem einzigen Widerstand 20 in einer Spalte, Platte
oder Gruppe von gleichen Widerständen 20 durchgeführt werden.
Alternativ kann ein solcher beispielhafter simulierter Abgleichs-
und Auswertungsprozess an jedem Widerstand 20, an einem
Widerstand 20 für
jede Spalte oder Platte oder an Widerständen 20 in geeigneten
Zeit- oder numerischen Intervallen durchgeführt werden. Wenn die Mehrheit
der Widerstände 20 unabhängig ausgewertet
werden soll, kann eine ganze Spalte oder Platte von Widerständen 20 zuerst
in einem Auswertungsdurchgang ausgewertet werden, bevor ein Abgleichsdurchgang
an allen Widerständen 20 in
der Spalte oder Platte durchgeführt
wird, so dass die Laserleistung und andere Parameter nicht zwischen
jedem Widerstand 20 umgeschaltet werden müssen. Fachleute
werden jedoch erkennen, dass ein gegebener Widerstand 20 ausgewertet
und bearbeitet werden könnte,
bevor der nachfolgende Widerstand 20 ausgewertet und bearbeitet
wird. Es ist vorhersehbar, dass eine oder mehrere Spaltenauswertungen das
schnellste Szenario zum unabhängigen
Auswerten jedes Widerstandes 20 bereitstellen können, um die
Anzahl von Sondenanordnungen zu minimieren. Wie vorstehend beschrieben,
können
die bevorzugten Abgleichstellen 18 mit Software oder Hardware gespeichert
werden.
-
Ein
Fachmann wird ferner erkennen, dass die Auswertungen der thermisch
neutralen Abgleichsstellen 18, ob an einzelnen oder mehreren
Widerständen,
in einer erschöpfenden
Weise durchgeführt
werden können,
indem eine vorbestimmte Anzahl von Stellen 18 an einem
oder einer mehrfachen vorbestimmten Anzahl von Widerständen 20 getestet werden.
Alternativ können
die Daten ausgewertet werden, wenn sie gesammelt werden, so dass
die Auswertungen beendet werden können, sobald eine thermisch
neutrale Stelle 18 innerhalb eines gewünschten Grades von Sicherheit
festgelegt ist. Wenn beispielsweise mehrere Stellen 18 an
einem einzelnen Widerstand 20 wie z.B. von oberen Stellen 18a zu
unteren Stellen 18c ausgewertet werden, kann die Auswertung
beendet werden, sobald eine ausreichende Anzahl von unteren Stellen 18c ausgewertet
wurden, um festzustellen, dass die thermisch neutrale Stelle 18 über ihnen
lag. Wenn mehrere Widerstände 20 an
verschiedenen Stellen 18, wie z.B. von den oberen Stellen 18a zu
den unteren Stellen 18c, ausgewertet werden, kann die Auswertung
von zusätzlichen
Widerständen 20 ebenso
beendet werden, sobald eine ausreichende Anzahl von unteren Stellen 18c an
verschiedenen Widerständen 20 ausgewertet
wurden, um festzustellen, dass die thermisch neutrale Stelle 18 über den
vorher ausgewerteten unteren Stellen 18c lag.
-
Wie
vorher erörtert,
können
simulierte Abgleiche auch mit abgeschaltetem Laser gemessen werden,
um Rauschen innerhalb des Messsystems zu überwachen und zu berücksichtigen.
Die Ausgabe des Messsystems kann eine zum Widerstand oder zum Leitwert
proportionale Spannung sein und Änderungen
dieser Spannung ist eine Rauschmessung. Wenn die Skalierung (d.h.
Verstärkung)
dieselbe wie normal ist, besitzt das Rauschergebnis dieselben Einheiten
wie normale Messungen. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise (im Vergleich
zum Beobachten der Änderung
der Widerstandsmesswerte) besteht darin, dass die Kompensation des
Widerstandswerts automatisch ist. Die Rauschwerte können einzeln
gesammelt und verwendet werden oder können gesammelt, gemittelt und
universell verwendet werden.
-
Mit
erneutem Bezug auf 2B und 2C können die
Messwerte auch durch die Positionen der Testzuleitungen (d.h. der
Messsonden 24 und Drähte,
die mit den Widerständen 20 verbinden)
beeinflusst werden. Die Sondenpositionen können daher eingestellt werden,
um Rauschen und Änderungen oder
Fehler, die sich aus vorübergehenden
thermischen Effekten ergeben, zu minimieren. In einigen Ausführungsbeispielen
des Chip-R-Abgleichens kann beispielsweise das reihenorientierte
Abgleichen mit den Widerständen 20 in
einer Reihe 22, die Ende an Ende verbunden sind, bevorzugt
sein, so dass die Abtastsondenverbindungen vom Widerstand 20,
der durch den Laser erwärmt
wird, weg bewegt werden können.
Die "oberen" Verbindungen können auch
am gleichen Ende wie z.B. dem "Oben"-Ende aller Widerstände 20 angeordnet
werden, so dass die thermoelektrischen Effekte in derselben Richtung
liegen und die durch die Lasererwärmung verursachten Versätze konsistenter
und korrigierbar sind. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die
oberen Verbindungen am "Unten"-Ende angeordnet werden könnten oder
die oberen Verbindungen von oben nach unten variieren könnten, insbesondere
wenn eine solche Variation für
die Verbesserung des Durchsatzes nützlich werden würde. Die
Sonden 24, die für
die Messung verwendet werden, können
auch auf derselben Seite der Nadelkarte liegen, um die Größe der Rauschaufnahmeschleife,
die durch die Zuleitungen hergestellt ist, zu minimieren.
-
Mit
erneutem Bezug auf 2A gleicht ein normaler Abgleichsvorgang
räumlich
aufeinander folgende Widerstände 20 wie
z.B. eine Reihe 22 von 55 Chip-R-Widerständen in einer Spaltenweise
ab. Wenn diese Widerstände 20 in
einer spaltenorientierten Reihe 22 verbunden sind, kann
die Wärme
vom Widerstand 20a, der einem Abgieichsvorgang unterzogen
wird, den nächsten
Widerstand 20b aufheizen und seine Testwerte ebenso beeinflussen.
Ebenso kann die Wärme
vom Widerstand 20b, der einem Abgleichsvorgang unterzogen
wird, den nächsten
Widerstand 20c aufheizen, und so weiter.
-
Um
zu vermeiden, dass Wärme
von einem Widerstand 20a die Messung des nachfolgenden
Widerstandes 20b infolge dessen, dass er zu nahe an diesem
oder seinen Sonden 24 liegt, beeinflusst, werden die Widerstände 20 in
Sätze gruppiert,
die die gleiche oder fast gleiche Anzahl von Widerständen 20 aufweisen
können.
Die Sätze
werden der Reihe nach abgeglichen, aber die in jedem Satz enthaltenen
Widerstände 20 liegen
an verschiedenen oder nicht benachbarten Stellen in der Spalte.
In einigen Ausführungsbeispielen
enthält
jeder Satz vorzugsweise Widerstände 20 nahe
der Oberseite, Mitte und Unterseite der Reihe 22 oder Spalte,
so dass beispielsweise der erste abzugleichende Widerstand 20 im
Satz nahe der Oberseite liegt, der zweite abzugleichende Widerstand 20 im
Satz nahe der Unterseite liegt und der dritte Widerstand nahe der
Mitte liegt. Der Prozess wiederholt sich dann mit dem ersten Widerstand 20 des
zweiten Satzes an der Oberseite und so weiter.
-
2E stellt
einen Satz von allgemeinen Widerständen 20a–20i dar,
die nacheinander in jeweiligen Positionen Ra–Ri in einer Spalte angeordnet sind.
Mit Bezug auf 2E könnte eine beispielhafte Bearbeitungsreihenfolge
für einen
solchen Satz von neun Widerständen 20 mit
der Bearbeitung des Widerstandes 20a in der Position Ra
beginnen. Dann könnte
der Widerstand 20d in der Position Rd als zweiter bearbeitet
werden, der Widerstand 20g in der Position Rg könnte als
dritter bearbeitet werden, der Widerstand 20b in der Position
Rb könnte
als vierter bearbeitet werden, der Widerstand 20e in der
Position Re könnte
als fünfter
bearbeitet werden, der Widerstand 20h in der Position Rh
könnte
als sechster bearbeitet werden, der Widerstand 20c in der
Position Rc könnte
als siebter bearbeitet werden, der Widerstand 20f in der
Position Rf könnte
als achter bearbeitet werden und der Widerstand 20i in
der Position Ri könnte
als neunter bearbeitet werden.
-
Fachleute
werden erkennen, dass die Anzahl von Sätzen oder die Anzahl von Widerständen 20 darin
in einer Weise festgelegt werden kann, die die Bearbeitungsgeschwindigkeit
innerhalb der Sichtfeldfähigkeiten
des Laserstrahlabgabe- und Materialpositionierungssystems oder der
Sichtfeldfähigkeiten von
irgendeiner seiner Komponenten maximiert. In einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
werden die Widerstände 20 in
fünf Sätze gruppiert,
so dass die Reihenfolge, in der die Widerstände 20 erwärmt oder
abgeglichen werden, 1, 34, 12, 45, 23, 2, 35, 13, 46, 24, 3, ...
ist, wobei die Widerstände 20 in
der spaltenorientierten Reihe 22 nacheinander 1, 2, 3 ...
positioniert sind.
-
Verschiedene
Abstände
oder Gruppierungen könnten
verwendet werden, um verschiedene Zahlen von Widerständen 20 in
einer Reihe 22 oder Spalte aufzunehmen. Fachleute werden
auch erkennen, dass das Abgleichen von nicht benachbarten Widerständen (oder
ein Folgesprungprozess oder 1, 4, 2, 5, 3 Prozess) auch für die reihenorientierte
Bearbeitung verwendet werden kann, oder wenn mehrere Reihen 22 oder
Spalten gleichzeitig bearbeitet werden. In einem spaltenorientierten
Prozess kann der Strahl beispielsweise nacheinander Widerstände 20 bearbeiten,
die innerhalb des Sichtfeldes des Positionierungs- und Abgabesystems
in verschiedenen Reihen 22 liegen können. Fachleute werden ferner erkennen,
dass der Abgleichsprozess nicht benachbarter Widerstände in Kombination
mit irgendeinem der anderen hierin offenbarten Verfahren verwendet werden
kann.
-
Widerstände 20 wurden
mit einer Standardabweichung von 0,2 % (gut genug für Widerstände mit
1 %) unter Verwendung der Abgleichsfolge- und Verbindungsverfahren,
die vorstehend beschrieben sind, abgeglichen. Diese speziellen Ergebnisse
wurden unter Verwendung von Doppeleinstichabgleichen erreicht, wobei
der zweite Einstich 10 an etwa der Stelle 18b an
den Widerständen 20 zentriert
war. Die Verwendung der exakten thermisch neutralen Stelle 18 könnte diese
Ergebnisse noch weiter verbessert haben. Ein weiteres Merkmal des
verwendeten Verbindungsverfahrens bestand darin, dass beide Abtastzuleitungen
der Voll-Kelvin-Verbindung auf derselben Seite der Nadelkarte lagen,
um induktiv gekoppeltes Rauschen zu minimieren.
-
Mit
erneutem Bezug auf 4 scheint das Lesen mit abgeschalteter
Anregung als Funktion der Zeit zu variieren, insbesondere wenn die
Erwärmung von
der thermisch neutralen Stelle 18 entfernt geschieht. Diese
Messvariation kann die Berechnung des abgeglichenen Widerstandswerts
beeinflussen und einen Fehler in diese einführen und schließlich die
Genauigkeit der endgültigen
Widerstandswerte verringern oder die Ausbeuten von Widerständen 20 mit
Widerstandswerten innerhalb vorbestimmter Bereiche verringern.
-
Herkömmliche
Messungen mit automatischer Nullsetzung besitzen zwei Stufen. Eine
Messung wird mit eingeschalteter Anregung durchgeführt und
eine andere Messung wird durchgeführt, direkt nachdem die Anregung
abgeschaltet wird. Diese Messungen werden dann bei einem Versuch,
irgendwelche Versätze,
die auf der Messplatine existieren, aufzuheben, voneinander subtrahiert.
Auf der Basis der in 4 gezeigten Feststellungen scheint
jedoch die Ablesung mit abgeschalteter Anregung als Funktion der
Zeit (und des Abstandes von der thermisch neutralen Stelle 18)
zu variieren, so dass die Messwerte mit der Zeit zunehmen oder abnehmen
könnten.
-
Um
diese Fehler und Abweichungen zu korrigieren, kann eine neue Prozedur,
die als Messung mit "ungeradem
Zyklus" und automatischer
Nullsetzung bezeichnet wird, implementiert werden. Bei der Messung
mit "ungeradem Zyklus" und automatischer Nullsetzung
werden drei Messwerte aufgenommen. Eine erste Messung wird mit ausgeschalteter
Anregung durchgeführt,
bevor ein Abgleich (oder Testabgleich) durchgeführt wird; eine zweite Messung
wird mit eingeschalteter Anregung (während des Abgleichs) durchgeführt; und
eine dritte Messung wird wieder mit ausgeschalteter Anregung (nach
dem Abgleich) durchgeführt.
Da das Zeitintervall zwischen jeder Messung bekannt ist, kann man
interpolieren, wo der Messwert mit der ausgeschalteten Anregung liegen
sollte, um eine Messung mit automatischer Nullsetzung genau zu ergeben,
d.h. welcher der Grundlinienwert zu der Zeit war, zu der die Messung mit
der eingeschalteten Anregung durchgeführt wurde.
-
In
einigen Ausführungsbeispielen
kann die dritte Messung in einem Zeitintervall durchgeführt werden,
das ausreicht, damit die signifikantesten vorübergehenden (thermischen und
nicht-thermischen) Effekte abnehmen. Wenn das thermische Testen durchgeführt wird,
wie vorher beschrieben, dann kann die Verzögerung vor der dritten Messung
genauer auf ein minimales Zeitintervall verkürzt werden, wie z.B. die Zeit,
die einem Punkt nahe Null im Graph von 4 zugeordnet
ist, und kann wahlweise ohne Bestätigung der vollständigen Ausregelung durchgeführt werden.
Wenn das Abgleichen an der thermisch neutralen Stelle 18 durchgeführt wird, dann
kann das Zeitintervall vor der dritten Messung auch noch weiter
minimiert werden.
-
5 demonstriert
ein Beispiel dieser Prozedur, in der diese Messungen als Funktion
der Zeit gleichmäßig beabstandet
sind, d.h. die zweite Messung wird am Mittelpunkt der Zeit zwischen
der ersten und der zweiten Messung durchgeführt. Wenn der Änderungsversatz
linear ist, stellt der Mittelwert der ersten und der dritten Messung
eine enge Näherung
dessen bereit, was der gemessene (Grundlinien-)Wert bei Abwesenheit
eines Anregungsimpulses zur Zeit der zweiten/"Ein"-Messung
wäre. Alternativ kann
dieser Grundlinienwert unter Verwendung einer Exponential- oder
irgendeiner anderen Funktion extrapoliert werden, um sich an die
Form des thermischen Versatzes anzupassen, wie z.B. in 4 zu sehen.
Die Zeitintervalle für
die Messungen variieren mit verschiedenen Laserparametern und verschiedenen
Arten, Materialien und Marken von Widerständen 20 ebenso wie
die Extrapolationsfunktionen.
-
Der
extrapolierte Grundlinienwert kann dann vom zweiten Messwert im
Messzyklus mit automatischer Nullsetzung subtrahiert werden, um
einen genaueren Wert für
die zweite oder "Ein"-Messung vorzusehen.
Eine solche Messprozedur mit ungeradem Zyklus und automatischer
Nullsetzung ermöglicht, dass
der Abgleichsprozess mit einer schnelleren Rate vor sich geht, da
Messungen mit der erforderlichen Genauigkeit nach einer kürzeren Verzögerung im
Anschluss an einen Laserimpuls durchgeführt werden können, d.h.
die herkömmliche
Ausregelzeit kann minimiert werden. Die extrapolierten Werte können auch
verwendet werden, um die Genauigkeit zu verbessern, wie z.B. zum
Einstellen des Werts der Grenzvergleicher.
-
6 ist
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines beispielhaften Widerstandsabgleichsprozesses,
einschließlich
Testen und Messen. Mit Bezug auf 6 wird in
einem allgemeinen Test- und Abgleichsprozess das Werkstück 40 zur
Sondenanordnung und/oder Strahlpositionierung ausgerichtet und die Sonden 24 werden
mit den Widerständen 20 in
Kontakt gebracht, wie durch den Prozessschritt 120 angegeben.
Wenn nicht vorher durchgeführt,
wird das Messsystem eingeschaltet und initialisiert, wie mit Bezug
auf 2F erörtert.
-
Wie
im Prozessschritt 122 angegeben, wird das Lasersystem 50,
wie später
in 7 beschrieben, eingestellt, um die gewünschte Laserausgabe zu
erzeugen, und das Testen wird durchgeführt, wie mit Bezug auf 2D und 2G erörtert. Die
Abgleichstests können
eine Betriebsart ohne Impuls zum Testen und Berücksichtigen von Systemrauschen
umfassen. Wenn mehrere Widerstände 20 getestet
werden, kann die Folgesprungprozedur, die mit Bezug auf 2E beschrieben
wurde, während
der Testprozedur verwendet werden.
-
Wie
im Prozessschritt 124 angegeben, wird das Lasersystem für Standard-Abgleichsdurchgangsparameter
eingestellt. Ein Abgleichsprofil wie z.B. ein Einstich 10 (oder
ein zweiter Einstich 10, wenn der Erwärmungstest tatsächliches
Abgleichen verwendete) wird an der (den) festgelegten thermisch
neutralen Stelle(n) 18 an einer Teilmenge von Widerständen 20,
wie z.B. einer Spalte oder Platte von Widerständen 20, durchgeführt. Die
mit Bezug auf 2E beschriebene Folgesprungprozedur
oder die automatische Messprozedur mit ungeradem Zyklus, wie mit
Bezug auf 5 beschrieben, können auch
verwendet werden.
-
Wie
im Prozessschritt 126 angegeben, werden die Abgleichsergebnisse
der Teilmenge von Widerständen 20 analysiert,
um festzustellen, ob ihre Widerstandswerte innerhalb der Toleranz
liegen. Wenn die Ergebnisse die Produktionsstandards nicht erfüllen, dann
werden die Widerstände 20,
wie im Prozessschritt 128 angegeben, einem anschließenden Abgleich
unterzogen, wie mit Bezug auf den Prozessschritt 124 beschrieben.
Wenn die Ergebnisse die Produktionsstandards erfüllen, werden die restlichen
Widerstände 20 auf
der Platte oder in der Gruppe abgeglichen, wie im Prozessschritt 128 angegeben.
-
Mit
Bezug auf 7 verwendet ein Ausführungsbeispiel
eines Lasersystems 50, das zum Widerstandsabgleich an einem
Werkstück 40 verwendet
wird, wie z.B. eines Wafers, der Reihen 22 und Spalten
von Dick- oder Dünnschichtwiderständen 20 enthält, einen
gütegeschalteten,
diodengepumpten (DP), Festkörper-(SS)
Ultraviolett-(UV)Laser 52. Beispielhafte laseraktive Festkörpermaterialien
umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Nd:YAG, Nd:YLF oder Nd:YVO4. Der Laser 52 kann harmonisch
erzeugte Laserimpulse oder eine Ausgabe 54 mit einer Wellenlänge wie
z.B. 355 nm (frequenzverdreifacht Nd:YAG), 266 nm (frequenzvervierfacht
Nd:YAG) oder 213 nm (frequenzverfünffacht Nd:YAG) mit hauptsächlich einem
räumlichen
TEM00-Modenprofil bereitstellen.
Fachleute werden erkennen, dass andere Wellenlängen und/oder ihre Oberwellen
von den anderen aufgelisteten laseraktiven Materialien erhältlich sind
und verwendet werden könnten,
sowie eine beliebige Laserwellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereich
zwischen etwa 0,2 und 12 Mikrometer.
-
Bevorzugte
YLF-Wellenlängen
umfassen 349 nm und 262 nm. Fachleute werden auch erkennen, dass
die meisten Laser 52 keine perfekt gaußartige Ausgabe 54 emittieren;
der Bequemlichkeit halber wird jedoch hierin gaußartig frei verwendet, um das
Strahlungsdichteprofil der Laserausgabe 54 zu beschreiben.
-
Laserhohlraumanordnungen,
die Oberwellenerzeugung und der Güteschaltbetrieb sind alle Fachleuten
gut bekannt. Details von beispielhaften Lasern 52 sind
in der internationalen Veröffentlichung Nr.
WO 99/40591 von Sun und Swenson beschrieben.
-
Obwohl
andere Festkörperlaser-Wellenlängen, wie
z.B. grün
(z.B. 532 nm) oder Infrarot (IR) (z.B. 1,06 μm oder 1,32 μm), verwendet werden könnten, kann
eine UV-Laserwellenlänge
für einige Abgleichsanwendungen
bevorzugt sein, da sie eine abtragende, relativ nicht-thermische
Art hat, die die Drift nach dem Abgleichen verringert. Eine UV-Laserwellenlänge stellt
auch von Natur aus eine kleinere Fleckgröße an der Oberfläche des
Werkstücks 40 bereit,
als durch eine IR- oder grüne
Laserwellenlänge bereitgestellt
wird, die dieselbe Tiefenschärfe
verwendet.
-
Die
Laserimpulse 54 können
durch eine Vielfalt von gut bekannten Optiken geleitet werden, einschließlich einer
Strahlaufweitungseinrichtung und/oder Aufwärtskollimatorlinsenkomponenten 56 und 58,
die entlang eines Strahlweges 64 angeordnet sind. Die Laserimpulse 54 können wahlweise
durch ein Formungs- und/oder
Abbildungssystem 70 gerichtet werden, um gleichmäßige Impulse
oder eine Ausgabe 72 zu erzeugen, die dann durch ein Strahlpositionierungssystem 74 gerichtet
wird, um die Ausgabe 72 durch eine Abtastlinse 80 auf
eine gewünschte
Laserzielposition 82 in der Bildebene auf dem Werkstück 40 zu
zielen. Die Laserausgabe 72 kann wahlweise abgeschnitten
(begrenzt), fokussiert und begrenzt, geformt oder geformt und begrenzt werden.
-
Das
Abbildungssystem 70 kann eine Blendenmaske 98 verwenden,
die zwischen einem optischen Element 90 und einer Sammel-
oder Kollimationslinse 112 und an oder nahe dem Brennpunkt
der Strahleinschnürung,
die durch das optische Element 90 erzeugt wird, angeordnet
wird. Eine solche Blendenmaske 98 kann wahlweise verwendet
werden, um irgendwelche unerwünschten
Seitenkeulen im Strahl zu blockieren, um ein Fleckprofil mit einer kreisförmigen oder
anderen Form zu präsentieren, die
anschließend
auf die Arbeitsoberfläche
abgebildet wird. Überdies
kann das Verändern
der Größe der Blende
die Kantenschärfe
des Fleckprofils steuern, um ein kleineres Intensitätsprofil
mit schärferer Kante
zu erzeugen, das verwendet werden kann, um die Ausrichtungsgenauigkeit
zu verbessern. Außerdem
kann die Form der Blende genau kreisförmig sein oder kann in rechteckig,
elliptisch oder andere nicht-kreisförmige Formen geändert werden,
die zum Widerstandsabgleichen vorteilhaft verwendet werden können.
-
Die
Maske 98 kann ein Material umfassen, das für die Verwendung
bei der Wellenlänge
der Laserausgabe 54 geeignet ist. Wenn die Laserausgabe 54 UV
ist, dann kann die Maske 98 beispielsweise ein UV reflektierendes
oder UV absorbierendes Material umfassen oder kann aus einem dielektrischen
Material wie z.B. Quarz mit UV-Klasse oder Saphir, der mit einer
mehrlagigen, stark UV reflektierenden Beschichtung oder einer anderen
gegen UV beständigen
Beschichtung überzogen
ist, bestehen. Die Blende der Maske 98 kann wahlweise an
ihrer Lichtaustrittseite nach außen konisch erweitert sein.
-
Das
optische Element 90 kann eine Fokussierungsoptik oder Strahlformungskomponenten
wie z.B. eine asphärische
Optik, eine binäre
Brechungsoptik, eine binäre
Ablenkungsoptik oder Beugungsoptik umfassen. Einige oder alle von
diesen können mit
oder ohne die Blendenmaske 98 verwendet werden. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst eine Strahlformungskomponente ein optisches Beugungselement
(DOE), das eine komplexe Strahlformung mit hohem Wirkungsgrad und
hoher Genauigkeit durchführen
kann. Die Strahlformungskomponente transformiert nicht nur das gaußartige
Strahlungsdichteprofil in ein fast gleichmäßiges Strahlungsdichteprofil, sondern
sie fokussiert auch die geformte Ausgabe 94 in eine bestimmbare
oder festgelegte Fleckgröße. Sowohl
das geformte Strahlungsdichteprofil 94b als auch die vorgeschriebene
Fleckgröße sind
so ausgelegt, dass sie in einem Entwurfsabstand Z0 stromabwärts vom
optischen Element 90 auftreten. Obwohl ein Einzel-Element-DOE bevorzugt
ist, werden Fachleute erkennen, dass das DOE mehrere separate Elemente
umfassen kann, wie z.B. die Phasenplatte und Transformationselemente,
die im US-Pat. Nr. 5,864,430 von Dickey et al. offenbart sind. Die
vorstehend erörterten
Formungs- und Abbildungsverfahren sind im Einzelnen im US-Patent
Nr. 6,791,060 von Dunsky et al. beschrieben, dessen relevante Teile
durch den Hinweis hierin aufgenommen werden.
-
Das
Strahlabgabe- und Materialpositionierungssystem 74 verwendet
vorzugsweise eine herkömmliche
Positionierungseinrichtung, die für Laserabgleichssysteme verwendet
werden. Ein solches Positionierungssystem 74 weist typischerweise
einen oder mehrere Tische auf, die das Werkstück 40 bewegen. Das
Positionierungssystem 74 kann zum Bewegen von Laserflecken
der geformten Ausgabe 118 in einer überlappenden Weise verwendet
werden, um Einschnitte 10 entlang gewünschter Abgleichwege auszubilden.
Bevorzugte Strahlpositionierungssysteme sind in Laserabgleichssystemen
des Modells 2300, Modells 4370, Modells 2370 oder Modells 2350 von
Electro Scientific Industries, Inc., die von Electro Scientific
Industries, Inc., in Portland, Oregon, kommerziell erhältlich sind,
zu finden. Andere Positionierungssysteme können im Austausch verwendet
werden und sind Laserfachleuten gut bekannt.
-
Ein
Beispiel eines bevorzugten Lasersystems 50, das viele der
vorstehend beschriebenen Systemkomponenten enthält, verwendet einen UV-Laser
(355 nm oder 266 nm) in einem Lasersystem des Modells 5200 oder
anderen in seiner Reihe, die von Electro Scientific Industries,
Inc., in Portland, Oregon, hergestellt wird. Fachleute werden jedoch erkennen,
dass eine beliebige andere Laserart, insbesondere, jedoch nicht
begrenzt auf jene mit einem gaußartigen
Strahlintensitätsprofil
(vor der Abbildung oder Formung, wie hierin offenbart), andere Wellenlängen, wie
z.B. IR, oder andere Strahlaufweitungsfaktoren verwendet werden
können.
-
Das
Strahlabgabe- und Materialpositionierungssystem 74 kann
auch eine oder mehrere AOM-Vorrichtungen 100 innerhalb
des Hohlraums oder außerhalb
des Hohlraums für
die Strahlpositionierung oder Leistungssteuerung durch Verfahren, die
in der US-Pat.-Anm. Nr. 11/138,662 beschrieben sind, die durch den
Hinweis hierin aufgenommen wird, verwenden. Insbesondere kann (können) die wahlweise(n)
AOM(s) 100 verwendet werden, um die Laserleistung während simulierter
Abgleiche zu verringern; um Einstellungen an der Strahlposition,
insbesondere in Bezug auf die bevorzugte Abgleichsstelle 18,
vorzunehmen; und um Laserimpulse zu blockieren, wenn es geeignet
ist.
-
Das
Lasersystem 50 ist in der Lage, eine Lasersystemausgabe 114 mit
bevorzugten Parametern von typischen Widerstandsabgleichsfenstern
zu erzeugen, die umfassen können:
eine Wellenlänge, vorzugsweise
zwischen etwa 180 nm und 400 nm oder bis zu 1,3 μm; mittlere Leistungsdichten,
die größer sind
als etwa 100 mW und vorzugsweise größer als 300 mW;
Fleckgrößendurchmesser
oder räumliche
Hauptachsen von etwa 5 μm
bis größer als
etwa 50 μm;
eine Wiederholungsrate von mehr als etwa 1 kHz, vorzugsweise größer als
etwa 5 kHz oder noch höher
als 50 kHz; zeitliche Impulsbreiten, die kürzer sind als etwa 100 ns,
vorzugsweise etwa 40 ns bis 90 ns oder kürzer oder vorzugsweise kürzer als
10 ns, 1 ns oder 25 ps oder vielleicht bis auf etwa 1000 Femtosekunden;
eine Abtastgeschwindigkeit von etwa 1 mm/s bis 200 mm/s oder schneller,
vorzugsweise etwa 10 mm/s bis 100 mm/s und am meisten bevorzugt
etwa 10 mm/s bis 50 mm/s; und eine Angriffsgröße von etwa 0,1 μm bis 20 μm, vorzugsweise
0,1 μm bis
10 μm und
am meisten bevorzugt 0,1 μm
bis 5 μm.
Die bevorzugten Parameter der Lasersystemausgabe 114 werden
in einem Versuch ausgewählt,
eine thermische oder andere unerwünschte Beschädigung an Substraten,
auf denen die Widerstände 20 getragen sind,
zu umgehen. Fachleute werden erkennen, dass diese Ausgangsimpulsparameter
voneinander abhängig
sind und durch die erforderliche Leistung vorgegeben werden.
-
Fachleute
werden auch erkennen, dass die Fleckfläche der Lasersystemausgabe 114 vorzugsweise
kreisförmig
oder quadratisch ist, aber andere einfache Formen wie z.B. Ellipsen
und Rechtecke nützlich
sein können,
und sogar komplexe Strahlformen mit der zweckmäßigen Auswahl der optischen Elemente 90,
die mit einer gewünschten
Blendenform in der Maske 98 zusammenwirken, möglich sind.
Bevorzugte Fleckflächen
für das
Laserabgleichen, insbesondere zum UV-Laserabgleichen, sind vorzugsweise kleiner
als etwa 40 μm
im Durchmesser, bevorzugter kleiner als etwa 20 μm im Durchmesser und am meisten
bevorzugt kleiner als etwa 15 μm
im Durchmesser. Fachleute werden erkennen, dass, da die Fleckgröße der UV-Laserausgabe
kleiner ist als die Fleckgröße der herkömmlichen
Laserabgleichsausgabe und da eine gleichmäßige Ausgabe 72 ermöglicht,
dass Einschnitte 10 gerade gleichmäßige Wände oder Kanten und folglich
eine kleinere HAZ aufweisen, die Widerstände 20 auf Toleranzen
abgeglichen werden können,
die enger sind als die Toleranzen, die für herkömmliche Einschnittabgleichsverfahren
möglich
sind.
-
Die
hierin offenbarten Abgleichsverfahren können für sowohl Dick- als auch Dünnschichtwiderstands-Bearbeitungsanwendungen,
einschließlich Abgleichen
mit teilweiser Tiefe, verwendet werden. In Bezug auf Dickschichtwiderstände, insbesondere Rutheniumoxid
auf Keramik, einschließlich
der 0402- und 0201-Chip-Widerstände mit
einer Rutheniumschicht-Höhe
oder -Dicke von weniger als etwa 200 μm, besteht das bevorzugte Abgleichskriterium
darin, das ganze Ruthenium innerhalb der Einschnitte 10 mit
einer minimalen Menge an Eindringung in das Keramiksubstrat zu entfernen.
Diese wünschenswerten Einschnitte 10 sind
derart sauber, dass das Keramikmaterial gleichmäßig freigelegt wird und der
Boden der Schnitte 10 "weiß" ist. Eine solche
Reinigung hat häufig
die absichtliche Eindringung in die Keramik mit einer Tiefe von
etwa 0,1 μm
bis 5 μm
und häufig
mindestens 1 μm
zur Folge. Die abgebildete geformte Ausgabe 118 kann diese
sauberen oder weißen
Einschnitte 10 bereitstellen, ohne signifikanten Mikrobruch
zu erzeugen. UV ist für
die Bearbeitung von Widerstandsmaterial über Keramik besonders bevorzugt;
andere Wellenlängen
können
jedoch verwendet werden.
-
Obwohl
eine UV-Wellenlänge
verwendet werden kann, kann eine IR-Wellenlänge, insbesondere mit etwa
1,32 μm,
eine bevorzugte Wellenlänge für die Verwendung eines
gleichmäßigen Flecks
zum Abgleichen von Materialien, wie z.B. Nickelchromid (NiCr), Siliziumchromid
(SiCr) oder Tantalnitrid (TaN), von Siliziumsubstraten, insbesondere
zum Abgleichen von aktiven oder elektrooptischen Bauelementen und
in Anwendungen, die funktionales Abgleichen beinhalten, sein.
-
Fachleute
werden erkennen, dass die hierin offenbarten Abgleichsverfahren
an einzelnen Widerständen,
Widerstandsmatrizes (einschließlich
jenen auf Keramikplatten), Spannungsreglern, Kondensatoren, Induktoren
oder einem beliebigen anderen Bauelement, das einen Abgleichsvorgang
erfordert, verwendet werden können.
Außerdem
können
die Abgleichsverfahren für
Oberflächenabtragungsabgleichen
oder andere Anwendungen verwendet werden, bei denen die abgebildete,
geformte Ausgabe 118 nicht in das Substrat eindringt, sowie
die Anwendungen, bei denen die Substrateindringung erwünscht ist.
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Das
Trennen von Fehlern, die durch thermische Spannungen verursacht
werden, ist sehr schwierig, wenn ein normaler Nachführungs-(d.h. analoger
oder kontinuierilcher)Abgleich durchgeführt wird. Der durch thermische
Spannungen verursachte Fehler kann leicht ausgewertet werden, indem
ein oder mehrere tatsächliche
oder simulierte Laserabgleiche während
zwei Nullstrommessungen durchgeführt
werden, wie vorher beschrieben. Die Ergebnisse des vorstehend beschriebenen
thermischen Testens können
verwendet werden, um die anschließende Abgleichanordnung zu
erleichtern. Die Sondenpositionierung, Abgleichsfolge, Widerstandsmessverfahren,
die hierin beschrieben sind, können
verwendet werden, um den Durchsatz und/oder die Ausbeute zu verbessern.
Die hierin beschriebenen verschiedenen Verfahren können auch
die Verwendung von Nachführungsabgleichen
mit höherer
Geschwindigkeit anstelle der Messungs-Vorhersage-Abgleiche mit niedrigerer
Geschwindigkeit erleichtern.
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Für Fachleute
wird es offensichtlich sein, dass viele Änderungen an den Einzelheiten
der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen
werden können,
ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.
Die folgenden Ansprüche
sind nur beispielhaft und sollten als Teil der Offenbarung betrachtet
werden.
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Zusammenfassung
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Thermoelektrische
Effekte, die während
des Laserabgleichs von Widerständen
(20) auftreten, werden gelöst, indem Spannungsmessungen
durchgeführt
werden. Die der Lasererwärmung
an einem Widerstand (20) während eines leistungsarmen
simulierten Abgleichs (10) zugeschriebene Spannung wird
verwendet, um eine thermisch relativ neutrale Stelle (18)
am Widerstand (20) zu ermitteln. Ein Vorgang des Abgleichs
auf Wert kann dann an allen gleichen Widerständen (20) durchgeführt werden.
Spannungsmessungen können
auch vor und nach jedem Impuls in einem Abgleichsvorgang durchgeführt werden,
um Informationen der thermischen Abweichung festzustellen, die verwendet
werden können,
um den gewünschten
Abgleichswert zu kompensieren, mit dem die Widerstandsmesswerte
verglichen werden. Räumlich
entfernte oder nicht benachbarte Widerstände (20) in einer
Reihe oder Spalte können
auch nacheinander abgeglichen werden, um Erwärmungseffekte zu minimieren,
die ansonsten die Widerstandswerte an benachbarten oder nahe liegenden Widerständen (20)
verzerren könnten.