DE3616217A1 - Widerstandsabgleich-vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsabgleich-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Um Widerstände in Dickschicht- oder Dünnschichttechnik ab­ zugleichen, wird nach dem Stand der Technik ein Abgleich­ lasersystem verwendet. Bei diesem Abgleichsystem werden die Widerstände, die zunächst in ihrem Wert unter dem Sollwert liegen, mit einzelnen Meßspitzen kontaktiert. Der Laser­ strahl schneidet dann so lange in den Widerstand, bis der Sollwert erreicht ist.

Bei diesem Abgleichsystem ist es ein Nachteil, daß für alle Widerstände, die in einem Arbeitsdurchlauf abgeglichen wer­ den sollen, pro Widerstand ein bis zwei Meßspitzen erfor­ derlich sind. Die Gesamtzahl S der Meßspitzen hängt von der Zahl W der Widerstände ab und beträgt im günstigsten Fall S=W+1 und im ungünstigsten Fall S=2 · W. Die Meßspitzen müssen alle von Hand genau auf die entsprechenden Kontakt­ flächen der Schaltung positioniert werden. Zum Wechsel des Substrates müssen sie angehoben bzw. das Substrat abgesenkt werden. Man kann auch einen Adapterring bzw. eine Schablone zur Positionierung der Meßspitzen verwenden.

Aber die Positionierung der Meßspitzen in einem Adapterring ist ein sehr arbeitsaufwendiger Vorgang, da jede einzelne Meßspitze mit geringer lateraler und vertikaler Toleranz am Adapterring befestigt werden muß. Außerdem muß darauf ge­ achtet werden, daß keine Meßspitze oder Meßspitzenhalterung einen der Widerstände abschattet, da dann der Abgleichschnitt des Laserstrahls unterbrochen würde.

Gerade die letztgenannte Bedingung führt dazu, daß es äußerst sehwierig ist, mehr als etwa 20 eng beieinander liegende Widerstände in einem Arbeitsgang abzugleichen. Bei niedrigen Widerstandswerten ist zur Elimination der Meßleitungswiderstände eine Vierpunktmessung erforderlich, so daß sich die Zahl der Meßspitzen noch verdoppelt.

Die Herstellung eines Adapterringes ist für jeden neuen Schaltungstyp erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der oben genannten Art anzugeben, mit der es möglich ist, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und die Rüstzeit erheblich zu verkürzen, so daß insbesondere Kleinserien in bedeutend kürzerer Zeit verarbeitet werden können.

Die Aufgabe wird gelöst wie im Kennzeichen des Anspruch 1 oder des nebengeordneten Anspruch 2 beschrieben. Die Unter­ ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von zwei Ausführungs­ beispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Vor­ schlag A mit frei verstellbarem Tisch.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Vor­ schlag B mit feststehendem Tisch.

Fig. 3 zeigt die Kontaktierung eines Widerstandes der in x-Richtung angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt die Kontaktierung eines Widerstandes der in y-Richtung angeordnet ist.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Vor­ schlag C mit nur einer beweglichen Meßspitze, bei der die feste Meßspitze am ortsfesten Träger 5 be­ festigt ist.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Vor­ schlag C, bei der die feste Meßspitze am Laserkopf 8′ befestigt ist.

Der Grundgedanke, der der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu­ grunde liegt, ist nicht mehr für jeden abzugleichenden Wi­ derstand separate Meßspitzen zu verwenden, sondern nur noch 2 Meßspitzen bzw. bei Vierpunktmessung 2 Doppelmeßspitzen, die beweglich sind, so daß sie die vorprogrammierten Kon­ taktflächen-Positionen auf der Schaltung anfahren können. Zur Realisierung dieses Grundgedankens werden drei Aus­ führungsbeispiele beschrieben.

Beispiel A:

Die beiden X-Y-Tische bzw. X-Y-Z-Tische (1) und (2) der Meßspitzen (3) und (4) sind ortsfest auf einem Träger (5) befestigt. Sie brauchen nur einen geringen Verstellbereich zu haben, der in der Größenordnung eines abzugleichenden Widerstandes liegt. Das Substrat (6) wird auf einem X-Y- Tisch (7) geführt dessen Verfahrbereich die Größe der gan­ zen Schaltung umfaßt. Der Laserkopf (8) wird mit X-Y-Moto­ ren (9) oder der Laserstrahl (10) über Galvanometerspiegel bewegt. Der Verfahrbereich des Laserkopfes bzw. des Laser­ strahls bei Verwendung von Galvanometerspiegeln braucht nur in der Größenordnung eines Widerstandes zu sein. Das Kontaktieren kann entsprechend durch Absenken der Meßspit­ zen oder Anheben des Substrates geschehen.

Der Arbeitsablauf beim Abgleich ist wie folgt:

Der X-Y-Tisch (7) mit der Substrathalterung führt den abzu­ gleichenden Widerstand (11) in den Bereich der Meßspitzen (3) und (4) und des Laserstrahls (10). Gleichzeitig fahren die Meßspitzen zu den Positionen, die die Kontaktflächen (12) und (13) nach der Positionierung des Substrates er­ reicht haben werden.

Die Meßspitzen werden abgesenkt bzw. der Substrattisch wird angehoben bis Kontakt mit den Meßspitzen besteht. Dies wird elektrisch über die Meßbrücke geprüft.

Der Laserstrahl führt durch Bewegung des Laserkopfes (8) oder über die Galvanometerspiegel den Abgleich durch.

Beispiel B:

Das Substrat liegt während des Abgleichs ortsfest und wird nur beim Substratwechsel bewegt. Die Verstelltische (1′) und (2′) der beiden Meßspitzen (3′) und (4′) bzw. der Dop­ pelmeßspitzen bei 4-Punktmessung werden gemeinsam mit dem Laserkopf (8′) bewegt. Für diese gemeinsame Bewegung ist ein großer Verfahrweg vorgesehen, damit das ganze Substrat überstrichen werden kann. Der Laserstrahl (10′) wird zum Abgleich über zwei Galvanometerspiegel (14′) und (15′) re­ lativ zum Laserkopf mit kleinem Verfahrbereich bewegt, die Meßspitzen und das Substrat bleiben dabei in Ruhe. Das Kon­ taktieren geschieht wie im Vorschlag A entweder durch Anhe­ ben des Substrates oder durch Absenken der Meßspitzen. Arbeitsablauf beim Abgleichvorgang nach Beispiel B:

Der Laserkopf (8′) bewegt sich gemeinsam mit den Koordina­ tentischen (1′) und (2′) der Meßspitzen zum abzugleichen­ den Widerstand. Der Antrieb geschieht über die Motoren (9′x) und (9′y).

Gleichzeitig bewegen sich die Meßspitzen (3′) und (4′) mit Hilfe ihrer Koordinatentische (1′) und (2′) zu den Positio­ nen der Kontaktflächen (12′) und (13′). Die Meßspitzen wer­ den abgesenkt bzw. das Substrat wird angehoben bis Kontakt zwischen Meßspitzen und Kontaktflächen besteht. Der Laserstrahl (10) führt über die Galvanometerspiegel (14′) und (15′) den Abgleich durch.

Beispiel C:

Die Zahl der Koordinatentische läßt sich um zwei verringern, wenn man nicht, wie oben vorgeschlagen, zwei bewegliche Meß­ spitzen (3) und (4) bzw. (3′) und (4′) verwendet, sondern eine feste Meßspitze (30) bzw. (30′) und eine bewegliche Meßspitze (4) bzw. (4′). Die feste Meßspitze (30) ist in der Ausführung nach Anspruch 1 auf dem ortsfesten Träger (5) befestigt. In der Ausführung nach Anspruch 2 ist die feste Meßspitze (30′) starr mit dem verfahrbaren Laserkopf (8′) verbunden. Um die Kontaktierung der festen Meßspitze (30) bzw. (30′) mit den Kontaktstellen (12) bzw. (12′) auf dem Substrat zu erreichen, wird nun nicht wie in Beispiel A oder B vorgeschlagen, die Meßspitze (30) bzw. (30′) ver­ fahren, sondern in der Ausführung nach Anspruch 2 der La­ serkopf 8′.

Das Verfahren der anderen Kontaktfläche (13) bzw. (13′) ge­ schieht wie bisher über den Kreuztisch (2) bzw. (2′) der anderen Meßspitze. Auch der Abgleichschnitt wird wie bis­ her durch Bewegung des Laserkopfes (Anspruch 1) oder der Galvanometerspiegel (Anspruch 2) durchgeführt. Die Flexi­ bilität des Systems ist nach diesem Vorschlag in keiner Weise beeinträchtigt.

Obwohl bei den genannten Vorschlägen A, B und C mehr Auf­ wand in die Ausrüstung des Abgleichsystems mit Verstell­ elementen gesteckt werden muß als bei herkömmlichen Ab­ gleichsystemen, erzielt man insbesondere bei mittleren und kleinen Stückzahlen pro Schaltungstyp und bei häufigem Schaltungswechsel und Layoutänderungen, wie sie bei der Entwicklungsunterstützung üblich sind, Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Abgleichssystem.

Beim herkömmlichen System müssen entweder bei sehr kleinen Stückzahlen die Meßspitzen von Hand justriert werden oder es muß für jede Schaltung eine Adapterkarte hergestellt werden.

Die Geschwindigkeit nach dem vorgeschlagenen Verfahren dürf­ te nicht geringer sein, als beim herkömmlichen Abgleichver­ fahren. Beim vorgeschlagenen Verfahren müssen zwar beim Wechsel von einem Widerstand zum anderen 4 anstatt 2 Moto­ ren bewegt werden. Die Bewegung der Meßspitzen kann aber gleichzeitig mit der Bewegung des Substrates (Beispiel A) oder des Laserkopfes (Beispiel B) erfolgen, so daß kein zu­ sätzlicher Zeitverlust entsteht. Auf einen bei der herkömm­ lichen Vorrichtung notwendigen Meßstellenumschalter kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verzichtet werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ge­ genüber dem herkömmlichen liegt in der größeren Kontaktsi­ cherheit von nur 2 (bzw. 4 bei Vierpunktmessung) Kontakt­ spitzen gegenüber über 40 oder mehr.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darüberhi­ naus die Möglichkeit, die Meßspitzen bis auf Kontakt mit den Meßflächen (12) und (13) abzusenken und die Absenkbe­ wegung nach einer definierten Wegstrecke nach Erreichen des Kontaktes durch den Rechner zu stoppen. Auf diese Wei­ se ist es möglich, unabhängig von der Ermüdung und Abnut­ zung der Meßspitzen stets mit dem gleichen Anpreßdruck zu kontaktieren.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich noch ein Problem lösen, das mit der Kontaktierung direkt nichts zu tun hat. Beim Strukturieren eines Substrates mit einer Schaltung kommt es gelegentlich vor, daß die Lage der Schal­ tung bezüglich zu den Substratkanten Toleranzen aufweist. Beim Anschlag der Substratkanten in der Halterung des Ab­ gleichlasers erhält man hierdurch Dejustierungen des Laser­ strahl zur Schaltung, die bei kleinen Widerstandsgeometrien kritisch sein können. Mit den beweglichen Meßspitzen läßt sich die Lage der Leiterbahnkanten abtasten und mit den so ermittelten Dejustierungen an einem Referenzpunkt bei Trans­ lationsfehlern oder an zwei Referenzpunkten bei Translati­ ons- und Rotationsfehlern lassen sich die gespeicherten Koordinaten entsprechend transformieren. Diese Korrektur muß nur einmal vor Beginn des Abgleichs einer Schaltung durchgeführt werden und kann automatisch geschehen. Eine ähnliche Korrekturmöglichkeit ist bei herkömmlichen Adap­ tersystemen über Meßspitzen nicht möglich, sie könnte nur über ein Bildauswertesystem erfolgen.

Die größere Anzahl von Koordinatendaten, die dem Abgleich­ system nach der vorgeschlagenen Art übermittelt werden muß, ist nur ein geringer Nachteil, da Layoutentwürfe heutzutage überwiegend mit Rechnerunterstützung durchgeführt werden (CAD- oder CAE-Verfahren). Bei der rechnerunterstützten Konstruktion sind aber alle Koordinatendaten, die für das vorgeschlagene Abgleichverfahren benötigt werden, schon vorhanden. Sie müssen nur noch auf einen mit dem Rechner des Abgleichsystems kompatiblen Datenträger übertragen wer­ den.

Mit der Abgleichvorrichtung lassen sich nicht nur Wider­ standswerte auf einen vorgegebenen Sollwert abgleichen. Beim sogenannten Funktionsabgleich kann eine Schaltungs­ funktion, die von einem Widerstandswert oder von einer Leiterbahngeometrie abhängt, durch Abtragen von Wider­ stands- oder Leiterbahnmaterial auf einen vorgegebenen Soll­ wert abgeglichen werden.

Hierbei wird nicht der Widerstandswert, sondern die Schal­ tungsfunktion direkt gemessen. Bei HF-Schaltungen sind hier­ für Meßspitzen in HF-Ausführung erforderlich. Da im erfin­ dungsgemäßen Abgleichsystem keine Meßstellenumschaltrelais notwendig sind, ist dieses System für den Funktionsabgleich besonders gut geeignet.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß durch die vorgeschla­ gene Abgleichvorrichtung die kosten- und arbeitsintensiven Feinarbeiten beim Zusammenlöten eines Adapters und die Ju­ stierarbeit von Einzelmeßspitzen durch zunkünftig immer kostengünstiger werdende Rechneraktivitäten ersetzt werden. Dabei wird ein Höchstmaß an Flexibilität bei gleicher Ar­ beitsgeschwindigkeit und wesentlich verringerter Rüstzeit erreicht. Zusätzlich ergibt sich noch eine größere Kontakt­ sicherheit und die Möglichkeit, auf einfache Weise eine automatische Korrektur von Dejustierungen durchzuführen, sowie auf einfache Weise einen Funktionsabgleich einer Schaltung durchzuführen.

Claims (7)

1. Widerstandsabgleich-Vorrichtung für Widerstände in Dick- oder Dünnschichttechnik, bei der mit Hilfe von Meßspit­ zen jeder Widerstand kontaktiert, gemessen und mit Hil­ fe eines Laserstrahls das Widerstandsmaterial so weit abgetragen wird bis der gewünschte Widerstandswert er­ reicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Meß­ spitzen oder 2 Doppelmeßspitzen bei Vierpunktmessung (3,4) vorhanden sind, daß diese Meßspitzen einzeln min­ destens im geometrischen Bereich aller eventuell auf­ tretenden Widerstandsgrößen frei verstellbar (1,2) sind, daß das Substrat (6) auf dem die Widerstände (11) ange­ bracht sind, auf einem von der Verstellbarkeit der Meß­ spitzen unabhängig frei verstellbaren Tisch (7) (xyz) festspannbar ist und daß eine Laseranordnung oberhalb der Meßspitzen vorhanden ist und einen Laserstrahl (10) horizontal zum Tisch (6) unabhängig von der Verstell­ barkeit der Meßspitzen (3,4) und des Tisches (6) frei bewegbar macht (Fig. 1).

2. Widerstandsabgleich-Vorrichtung für Widerstände in Dick- oder Dünnschichttechnik, bei der mit Hilfe von Meßspit­ zen jeder Widerstand kontaktiert, gemessen und mit Hil­ fe eines Laserstrahls das Widerstandsmaterial so weit abgetragen wird bis der gewünschte Widerstandswert er­ reicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Meß­ spitzen oder 2 Doppelmeßspitzen bei Vierpunktmessung (3′, 4′) vorhanden sind, daß diese Meßspitzen einzeln mindestens in dem geometrischen Bereich aller eventu­ ell auftretenden Widerstandsgrößen frei verstellbar sind, daß diese beiden Meßspitzen (3′, 4′) mit ihren Verstelleinrichtungen starr mit einer Laseranordnung (8′) verbunden ist, daß mit Hilfe dieser Laseranord­ nung (8′) ein Laserstrahl (10′) in der horizontalen Ebene frei bewegbar ist, daß das Substrat (6′) auf dem die Widerstände (11′) angebracht sind, auf einem fest fixierten Tisch (7′) festspannbar ist. (Fig. 3).

3. Widerstandsabgleich-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorhanden ist, die die Bewegungen der Meßspitzen (3, 4), des Ti­ sches (7) und der Laseranordnung (8) bzw. des Laser­ strahls (10) je nach Bedarfsfall frei programmierbar und dann automatisch (z.B. mit Hilfe von Stellmotoren) ablaufen läßt oder die aus der Konstruktion des Sub­ strates (6) schon vorhandene Daten erkenn- und verar­ beitbar macht, so daß auch dann die oben genannten Be­ wegungen automatisch ablaufen können.

4. Widerstandsabgleich-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleich von Translations- und Rotationstoleranzen der Schaltung bezüglich den Sub­ stratkanten durch elektrisches Abtasten von zusätzlich angebrachtem Referenzleiterbahnen durch die Meßspitzen automatisch ausführbar ist.

5. Widerstandsabgleich-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorhanden ist, mit der der Abgleichvorgang auf einem Bildschirm überwachbar ist.

6. Widerstandsabgleich-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Absenkbe­ wegung der Meßspitzen nach der Kontaktaufnahme nach ei­ ner definierten Wegstrecke durch den Computer gestoppt wird, so daß ein ganz bestimmter gewünschter Anpreßdruck garantiert ist.

7. Widerstandsableich-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Meßspitze oder ei­ ne Doppelmeßspitze beweglich ist, daß die andere Meß­ spitze bzw. Doppelmeßspitze entweder fest mit dem orts­ festen Träger (5) oder fest mit dem beweglichen Laser­ kopf (8′) verbunden ist.