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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Profilierungssystem
mit verteiltem Widerstand für
einen oder eine Vielzahl von Wafer-Prüfkörpern, die mit einer abgeschrägten Oberfläche und
einer Original-Oberfläche
präpariert
worden sind, die sich an einer Kante schneiden, mit den Merkmalen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Technik des verteilten Widerstandes ist für die Profilierung einer Vielzahl
von Silikonstrukturen bekannt. Bei dieser Technik wird eine Schnittfläche der
Struktur (üblicherweise
ein kleines Segment eines Wafers) durch Abschrägen eines Winkels zur Wafer-Oberfläche freigelegt.
Mit einem Paar von Kontaktpunkten wird der verteilte Widerstand
mittels regelmässigen
Intervallen entlang der freigelegten Oberfläche gemessen, um das verteilte
Widerstandsprofil zu erhalten. Experimentelle Details wurden in
standardisierten Testmethoden definiert: ASTM F672-88, Standardtestmethode
zur Messung von Widerstandsprofilen senkrecht zur Oberfläche eines
Silikon-Wafers, unter der Verwendung einer verteilten Widerstandsprobe;
ASTM F723-88, Standard-Anwendung zur Umrechnung zwischen Widerstandsgrösse und
Dotierdichte für
mit Boron dotiertes und mit Phosphor dotiertes Silikon; und ASTM
F674-02, Standard-Anwendung zur Vorbereitung von Silikon zu verteilten
Widerstandmessungen.
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Zur
Zeit werden Messungen für
Profilierungen mit verteiltem Wi derstand (SRP), durch erstes Läppen oder
Mahlen eines Musters eines Halbleiters mit einem bekannten kleinen
Winkel ausgeführt;
durch Montieren des Musters auf der Messvorrichtung, so dass die
Original-Oberfläche
und die geläppte
Oberfläche
in bekannten Positionen sind; durch Ausrichten des Musters mit manueller
Steuerung, während
durch ein Mikroskop geschaut wird, so dass die Position des Beginns
der abgeschrägten
(geläppten)
Oberfläche
in einer definierten Startposition ist, und so dass die Kante der
Abschrägung
senkrecht zur Mess-Richtung ist; durch manuelles Bewegen des Musters
auf eine fixe Distanz von der Ansichtsposition zu einer Messposition,
die an ein Paar von Punktkontakten (Proben) angrenzend ist; durch
Erstellen einer Serie von elektrischen Widerstandsmessungen in bestimmten
Inkrementen (typischerweise 1-5 μm
entfernt) die Abschrägung
hinunter; und durch Analysieren der Daten des Widerstandes entlang
der Abschrägung
gegenüber
der Distanz, um den Widerstand, Dotierdichte, Trägerkonzentration oder andere
wichtige Parameter als Funktion der Tiefe in einem Halbleitermaterial
zu messen.
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Vor
dem Ausführen
der Messungen wird die Form der Probenspitze durch Setzen der Spitze
auf eine Oberfläche,
die mit Diamantpartikeln beschichtet ist, und manuelles Bewegen
der Oberfläche,
um Material an der Probenspitze wegzuschleifen und um die Spitze
zu formen, vorbereitet.
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Letztendlich
wird vor der Ausführung
der Messungen das System kalibriert, dies durch Messen der Widerstandsgrösse eines
Musters vom Vollmaterial, welches durch das Muster hindurch eine
bekannte Widerstandsgrösse
hat und eine kürzlich
geschliffene Oberfläche
hat (um Oxidationen zu entfernen), und durch Wiederholen der Messung
von 10 oder mehr einzelnen Mustern, die den Bereich des Interesses
abdecken.
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Apparaturen
wurden entwickelt, um die Technik des verteilten Widerstandes mit
einem gewissen Automatisierungsgrad auszuführen: Vorschieben der Stufe
und des Musters unter den Punktkontakten (Proben), Anheben und Senken
der Proben und Aufzeichnen von Daten. Siehe beispielsweise U.S.
Patent Nr. 3,628,137, ausgegeben am 14. Dezember 1973 für Robert
G. Mazur, betitelt mit „Vorrichtung
zur automatisierten Bestimmung von verteiltem Widerstand, Widerstandsgrösse und
Verunreinigungskonzentration in Halbleiterkörpern". Dieses Patent offenbart einen inkrementellen
Vorschub des Musters, während
die Proben automatisch vom Muster weg angehoben werden.
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U.S.
5,644,245 offenbart eine Probenvorrichtung zur Inspektion von elektrischen
Eigenschaften eines mikroelektronischen Elementes. Besagte Vorrichtung
verwendet eine Kamera, um Proben mit Bezug zu einem zu testenden
Muster auszurichten und zeigt Bilder auf einem Monitor an. Es verwendet
eine Computereinheit, um eine x-y-z-θ Positionierungsstufe zur Positionierung
von besagten Mustern anzutreiben.
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Auch
mit der Automatisierung des Vorschiebens der Musterstufen und Datenaufzeichnung
der Messung des verteilten Widerstandes ist die Technik anfällig und
neigt zu variablen Resultaten. Mit anderen Worten, durch experimentelle
Variationen werden unterschiedliche Labortechniker nicht notwendigerweise
die gleichen Profile für
die gleichen Muster entwickeln.
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Es
ist ein Ziel, gemäss
der vorliegenden Erfindung, die verschiedene Handhabung der Muster
weiter zu automatisieren und Ausrichte-, Kalibrierungs-, und Probenspitzen-Konfigurations-Schritte weiter zu
automatisieren, um das Bedürfnis
für konstante
Anwesenheit eines Technikers zu eliminieren und die Reproduzierbarkeit
von diesen Schritten zu erhöhen.
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Darstellung der Erfindung
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Das
Ziel gemäss
dem oben genannten Stand der Technik wird gemäss der Erfindung für eine Vorrichtung
der genannten Art mit den Eigenschaften von Anspruch 1 oder Anspruch
2 erfüllt.
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Gemäss dieser
Erfindung wird, kurz gesagt, ein automatisches Profilierungssystem
mit verteiltem Widerstand für
ein oder eine Mehrzahl von Wafer-Mustern, welche mit einer abgeschrägten Oberfläche ausgestattet
sind, die eine Original-Oberfläche
an einer Kante schneidet, bereitgestellt. Das System umfasst eine
Widerstandsmesseinheit, die positive und negative Probenspitzen
und Mittel zur Messung des elektrischen Widerstandes dazwischen
umfasst, eine x-y-z-θ Positioniersstufe
zur Positionierung der Muster für
den Kontakt durch die Probenspitzen, ein Prüfkörper-Halter, der Mittel zum Montieren des
Halters auf der Positionierungsstufe in einer kinemtisch stabilen
Art und Weise hat, ein Mikroskop zur Ansicht des Muster, eine Videokamera und
eine Bildfangschaltung zur Digitalisierung des Mikroskopbildes,
und ein programmierter Computer und einen Computerbildschirm. Der
Computerbildschirm ist zur Darstellung des digitalisierten Mikroskopbildes und/oder
zur Darstellung von Bildern zur Steuerung des Systems vorgesehen.
Der Computer ist für
die Steuerung der x-y-z-θ Stufe,
der Probenspitzen und der Widerstandsmessungen programmiert.
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Gemäss einer
Lösung
umfasst das System Mittel für
die Markierung von zwei Punkten auf dem Bild, welches auf dem Computermonitor
dargestellt wird, auf der Kante zwischen der abgeschrägten Oberfläche und
der Original-Oberfläche,
um eine Referenzlinie und eine Richtung senkrecht dazu zu identifizieren,
um Messungen des verteilten Widerstandes zu erhalten. Der Computer
ist programmiert, um die x-y-z-θ Stufe
automatisch zu steuern, um das Mus ter zur richtigen Startposition
zur Profilierung des verteilten Widerstandes zu bewegen.
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Gemäss einer
zweiten Lösung
ist der Computer programmiert, um das digitalisierte Bild zu verarbeiten,
um die Kante zwischen der abgeschrägten Oberfläche und der Original-Oberfläche zu identifizieren,
um eine Referenzlinie und Richtung senkrecht dazu automatisch zu
identifizieren, um Messungen des verteilten Widerstandes zu erhalten.
Nachher wird die x-y-z-θ Stufe
automatisch zur korrekten Startposition bewegt.
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Vorzugsweise
umfasst das System einen Prüfkörper-Halter,
der in der Lage ist, eine Mehrzahl von Prüfkörpern auf der Positionierungsstufe
zu halten und der Computer ist programmiert, um, nachdem die Kante zwischen
der abgeschrägten
Oberfläche
und der Original-Oberfläche
für jedes
Muster identifiziert worden ist, automatisch zur Ausführung der
Messung des verteilten Widerstandes von jedem Muster zu schreiten,
eines nach dem andern.
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Gemäss einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung, erlaubt ein Halter für viele Prüfkörper einem Bediener die Konditionierung
einer Anzahl von Mustern (beispielsweise 6), die Anzeige der Kante des
abgeschrägten
Prüfkörpers und
die Anzahl von zu messenden Punkten und der Abstand zwischen den Punkten,
und dann, zu einem späteren
Zeitpunkt, die Ausführung
aller Messungen eine nach der anderen (welche jeweils 5-10 Minuten
dauern kann).
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
von dieser Erfindung erlaubt das Bildverarbeitungssystem dem Benutzer,
die Positionen, an welchen Messungen gemacht werden sollen, zu simulieren
(um Oberflächendefekte
zu verhindern). Das Bildverarbeitungssystem kann automatisch das
Bild fokussieren und automa tisch die abgeschrägte Kante finden. Mittel zur
präzisen
Messung des abgeschrägten
Winkels werden bereitgestellt.
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Vorzugsweise
umfasst das System einen Probenkonditionierungs-Halter zur Platzierung der Proben in
einer kinematisch stabilen Art und Weise nach dem Positionierungsschritt
und der Computer ist zur Steuerung der Probenkonditionierung durch
Manipulierung der x-y-z-θ Positionierungsstufe
programmiert.
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Vorzugsweise
umfasst das System einen Kalibrierungsaufsatz zur Befestigung auf
der Positionierungsstufe in einer kinematisch stabilen Art und Weise
und der Computer ist programmiert, um Messungen des verteilten Widerstandes
für eine
Mehrzahl von Standardprüfkörpern, die
auf dem Aufsatz montiert sind, auszuführen.
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Gemäss einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Computer programmiert, um die Positionierung auf einem zwei-dimensionalen
Positionsanzeiger zu erlauben, der senkrecht zur abgeschrägten Kante auf
dem Bild des Computermonitors dargestellt ist, um den Weg zu identifizieren, über welchen
sich die Probenspitze während
der automatischen Profilierung des verteilten Widerstandes bewegt,
und der Positionsanzeiger umfasst anpassbare Markierungen zur Anzeige
von Positionen, damit definiert werden kann, wo die Messungen gemacht
werden sollen.
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Es
ist ein Vorteil, dass gemäss
dieser Erfindung alle Bewegungen der Messvorrichtungen, inklusive Anheben
und Absenken der Proben und x-y-z-θ Positionierungen der Stufe
durch einen Computer gesteuert werden können. Es ist ein weiterer Vorteil,
dass der Computer bestimmte Prozessabläufe zur Bereitstellung der
Proben, Ausführen
der Messungen und so weiter in einer repetierbaren Art und Weise
speichern kann. Es ist ein weiterer Vorteil von dieser Erfindung,
dass das Bild der Prüfkörper, welches
durch die Videokamera aufgenommen wurde, im Computer gespeichert
werden kann und falls nötig
angezeigt werden kann. Es ist ein weiterer Vorteil von dieser Erfindung,
dass der Kalibrierungsaufsatz mehrere Prüfkörper aufnehmen kann und für Oberflächen von
all diesen Prüfkörpers simultan
ohne Entfernen derselben vom Aufsatz vorbereitet werden können. Es
ist ein weiterer Vorteil von dieser Erfindung, dass ein Probenkonditionierungsaufsatz
eine winklig geformte Oberfläche,
welche vollständig
um die Achse montiert werden kann, mehrere Oberflächen mit
unterschiedlichen Diamantdurchmessern, Lappen, um die Spitze zwischen
den Konditionierungsspitzen zu reinigen, und Probenqualifikationsmuster
hat, um die Leistung der Proben zu kontrollieren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und andere Ziele und Vorteile werden von der folgenden
detaillierten Beschreibung mit Bezug zu den Zeichnungen klar, in
welchen
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung gemäss der Erfindung
ist;
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2 ein Flussdiagramm ist, das die Verbindung
zwischen der verschiedenen Hardware- und Computerprogramm-Merkmalen
dieser Erfindung illustriert;
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3 eine
Draufsicht einer mehrfachen Musterfixierung gemäss der Erfindung ist;
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4 eine
Draufsicht eines Kalibrierungsaufsatzes gemäss der vorliegenden Erfindung
ist;
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5a eine
Draufsicht eines Proben-Konditionierungsaufsatzes ist;
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5b eine
Schnittansicht eines Probenschleifers ist, der auf den Proben-Konditionierungsaufsatz von 5a montiert
ist;
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5c ein
detaillierter Schnitt eines Gorey-Schneider Schlei fers ist, der
auf dem Proben-Konditionierungsaufsatz von 5a montiert
ist;
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6a und 6b Flussdiagramme
sind, die normale Messabläufe
illustrieren, die sowohl offline als auch durch programmierte Computer
implementiert sind;
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7a und 7b Flussdiagramme
sind, die normale Messabläufe,
die sowohl offline als auch durch programmierte Computer implementiert
sind, illustrieren; und
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8a und 8b Flussdiagramme
sind, die normale Messabläufe
illustrieren, die sowohl offline als auch durch programmierte Computer
implementiert sind.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
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Bezugnehmend
auf 1, wird ein Apparat zur Profilierung mit verteiltem
Widerstand gemäss
der vorliegenden Erfindung perspektivisch gezeigt. Die Maschine
erhebt sich von einer Basis 1. An dieser Basis 1 ist die
x-y-z-θ Stufe 2 befestigt,
die die individuell bedienbare y-Stufe 2y, x-Stufe 2x,
z-Stufe 2z und θ-Stufe 2θ umfasst,
die übereinander
montiert sind. Der Aufsatz 3 ist ruhend auf der θ-Stufe gezeigt.
Der Aufsatz kann ein Prüfkörper-Halter,
ein Kalibrierungsaufsatz oder ein Proben-Konditionierungsaufsatz, wie nachfolgend
erklärt,
sein. Die Art und Weise, in welche sich jede Stufe des Aufsatzes
bewegt, wird durch Teile gezeigt, die mit x, y, z und θ bezeichnet
sind.
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Ebenfalls
an dieser Basis 1 ist ein Probensockel 4 befestigt,
auf dessen Spitze der Probenmechanismus 5 zur Messung des
verteilten Widerstandes angeordnet ist. Weiterhin ist an der Basis 1 der
Mikroskopständer 6 befestigt,
an welchem ein metallurgisches Mikroskop 7 mit motorisierten
Objektivlinsen, Revolver 8 und Videokamera 9 befestigt
ist. Die x-y-z-θ Stufe 2 ermöglicht es,
dass ein abgeschrägter
Prüfkörper unter den
Proben platziert werden kann und schrittweise zu Messungen des verteilten
Wider standes bewegt werden kann. Das Mikroskop 7 und die
Videokamera 9 ermöglichen
die Erstellung der richtigen Orientierung des Prüfkörpers, insbesondere mit Bezug
zu der Kante zwischen der abgeschrägten Oberfläche und der Original-Oberfläche.
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In
der 1 nicht gezeigt sind die Motoren, welche die x-y-z-θ Stufe 2 antreiben.
Diese Motoren können
Schrittmotoren sein, welche durch einen Schrittmotorantrieb angetrieben
sind oder Servomotoren mit einem Servomotorantrieb. Für beide
Arten von Motoren kann Rückmeldung
benötigt
werden. Jede Stufe kann damit mit einem zugewiesenen Encoder ausgerüstet sein.
Falls Servomotoren verwendet werden, haben alle Achsen Encoder.
Falls Schrittmotore verwendet werden, haben die x-Achse und möglicherweise
die y-Achse Encoder. Die x-Achse wird einen linearen Encoder haben.
Die y-Achse wird einen Dreh-Encoder verwenden. Alle Encoder sind
zum Vierachsenregler 12 verbunden. Mechanische oder optische
Endschalter werden für die
x-, y- und z-Achsen bereitgestellt. Wenn ein Schalter betätigt wird,
schliesst der Schalter. Die Endschalter sind zum Vierachsenantrieb 12 verbunden.
Als ein Resultat wird Bewegung auf der bestimmten Achse gestoppt.
Die θ-Achsen
haben keine Endschalter. Die θ-Achsen
haben jedoch einen Heimschalter. Der Vierachsenantrieb 12 wird
die Eingaben von den Encodern, den Endschaltern, des Heimschalters
und die Befehle von einer Steuerung des tiefen Niveaus 13 (wird
beschrieben) verwenden, um den Aufsatz zu positionieren.
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Mit
Bezug zu 2, wird die gesamte Vorrichtung
illustriert. Die x-y-z-θ Positionsstufe 10 (Elemente 2x, 2y, 2z und 2θ in 1)
sind durch die Motoren 11x, 11y, 11z und 11θ mit
Encoderrückmeldung
in Antwort zu Befehlen vom Vierachsenantrieb 12 und der
Niedrigniveausteuerung 13 angetrieben. Bremsen 24x und 24y sind
angeordnet, um die Positionen des x-Motors und y-Motors zu stoppen
und zu halten.
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Die
Widerstandsmesseinheit 14 umfasst den Probenmechanismus 5 (siehe 1),
der durch die Probensteuerung (Matrixschalter) 15 in Antwort
zu Signalen der Niedrigniveausteuerung 13 und einem Widerstandsmessgerät mit einer
logarithmischen Ausgabeskala und einem digitalen Signalausgang angetrieben sind.
Proben können
zusammen gesteuert werden. Eine Alternative beinhaltet eine einzelne
Pneumatik-Steuerung für
zwei Probenblöcke.
Die Pneumatik für
Probensteuerung 18 hat folgende Komponenten. Ein Hubluftventil,
welches ermöglicht,
dass Luft in die Kammer einfliesst, um die Proben anzuheben. Nach
dem Einschalten des Stromes ist dieses Ventil normalerweise offen
und ein Auslassluftventil, welches offen ist, um Luft von der Kammer
auszulassen. Dies ist um sicherzustellen, dass die Proben ganz unten
sind. Dieses Ventil wird normalerweise nach dem Einschalten des
Stromes schliessen. Ein Austrittventil wird verwendet, um die Probe mittels
einer langsam gesteuerten Geschwindigkeit zu senken. Dieses Ventil
wird üblicherweise
nach dem Einschalten des Stromes schliessen. Ein Probenblockventil
wird geschlossen, wenn die Probenschutzblöcke an der Position sind. Öffnen des
Ventils wird die Blöcke
zurückziehen,
was die Steuerung der Proben erlaubt. Falls ein Pneumatikfehler
auftritt, springen die Blöcke
zurück
in Position, um die Proben zu schützen. Dieses Ventil wird normalerweise
schliessen, nachdem der Strom eingeschaltet ist.
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Das
Mikroskop 7 ist gesteuert, um in Antwort auf Signale der
Niedrigniveausteuerung 13 über eine digitale I/O Steuerung 25 zu
fokussieren. Der Motor zum Antrieb des motorisierten Revolvers 8 wird
durch fünf digitale
I/O Kanäle
der digitalen I/O Steuerung 25 gesteuert. Einer ist konfiguriert,
um den Motor anzuschalten und abzuschalten. Die anderen vier Kanäle sind
als Eingangsschalter konfiguriert. Drei dieser Schalter detektieren,
welche Position der motorisierte Revolver 8 aufweist. Nach
dem Ein schalten des Stromes, werden der Schalter und der motorisierte
Revolver 8 in der Off-Position sein. Ein Bildaufheller 26 wird
ebenfalls durch die digitale I/O Steuerung 25 gesteuert.
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Ein
Joystick 16 zur manuellen Steuerung der z- und θ-Stufen,
um den Prüfkörper in
das Sichtbild des Mikroskop 7 zu bringen, ist zur Niedrigniveausteuerung 13 verbunden.
Der Joystick 16 ist zur Niedrigniveausteuerung 13 über eine
serielle Schnittstelle 23 verbunden.
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Die
Niedrigniveausteuerung 13 benötigt lediglich einen Personal
Computer (PC) mit mittlerer Leistung. Diese Steuerung 13 ist
verantwortlich zur Steuerung der verschiedenen externen Vorrichtungen,
wie Motoren und Relais. Sie akzeptiert eine grosse Varietät von Eingangssignalen,
die für
Mess- und Antwort-Funktionen verwendet
werden. Das Betriebssystem kann beispielsweise MS-DOS Version 6.22
sein. Sie wird beispielsweise die folgenden Steuerungskarten beinhalten:
OMS PC-58E Vierachsenbewegungssteuerung; OPTO22 optische Fernsteuerung
zur Verbindung mit der Probeneinheit und dem motorisierten Objektivschaltkreis;
The National Instruments PCII-A GPIB Kommunikationskarte zur Kommunikation
mit der Datensammlungshardware der Probeneinheit; ein Soundblaster 16 PNP
Modell SB-2929 Spielkarte 23 zur Verbindung mit dem Joystick;
und eine Industriestandard-Hochqualitäts-Ethernetkarte mit der Hochniveausteuerung 17.
Die Niedrigniveausteuerung 13 nimmt Instruktionen von der
Hochniveausteuerung 17 entgegen.
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Die
Niedrigniveausteuerung 13 existiert primär, um die
Befehle der Hochniveausteuerung in physikalische Aktionen durch
die Systemhardware zu übersetzen.
Als ein Resultat werden die meisten Funktionen durch die Hochniveausteuerung 17 initiiert
und die Aufgabe der Niedrigniveausteuerung ist, diese auszuführen. Zu sätzlich wird
die Vorrichtung die Ausführung
von allen Funktionen über
die Konsole (Tastatur 19, Maus 20 und Bildschirm 21)
unterstützen,
um einfache Unterhaltsarbeiten zu erlauben. Während normaler Verwendung wird
die Niedrigniveausteuerung 13 über eine TCP/IP Schnittstelle
zur Hochniveausteuerung 17 gesteuert. Für Wartungs- und Fehlersuch-Zwecke
ist die Vorrichtung auch in der Lage, um über eine Konsole (nicht gezeigt
und normalerweise nicht vorhanden) gesteuert zu werden. Die folgende
Tabelle umfasst eine Liste von einigen der Hauptsoftware-Programmfunktionen,
die durch die Software der Niedrigniveausteuerung implementiert
sind.
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Tabelle
der Computersoftwarefunktionen des tiefen Niveaus
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Die
Aufnahme einer Messung (implementiert durch die Softwarefunktion
Ausführung
der Messungen) beinhaltet das Absetzen der Proben auf dem Muster
(beinhaltend Warten, bis die Proben auf dem Muster gesetzt sind),
Befehlen des Widerstandsmeters 18 zur Ausführung einer
Messung, Speichern des zurückkehrenden
Messwertes, Speichern der aktuellen Stufenposition und Senden des
Messwertes und Stufenposition zurück zum Initiator der Messung.
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Die
Hochniveausteuerung 17 muss einen Personal Computer mit
einer hohen Leistung umfassen, wie einer, der einen Pentium 166
MHZ Prozessor hat. Diese Hochniveausteuerung 17 ist verantwortlich,
um mit dem Benutzer, als auch mit allen Datenverarbeitungen und
Niedrigniveausteuerung des Systems verbunden zu sein. Die Hochniveausteuerung
hat eine Bildfangschaltung 22, welche verwendet wird, um
Bilder zu verarbeiten, die von der auf dem Mikroskop 7 montierten
Kamera, aufgenommen sind. Die Hochniveausteuerung 17 ist
mit vier Hochniveau-Computerprogrammapplikationen
ausgestattet, namentlich mit der Messapplikation; der Mikroskopapplikation;
der Analyseapplikation; und der Gatewayapplikation.
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Die
Computerprogrammapplikationen umfassen eine Vielzahl von Softwarefunktionen
oder Subroutinen, welche aufgerufen oder aufgeweckt werden, sofern
diese gebraucht werden, um die gesamte Aufgabe für jede Applikation auszuführen. Die
folgenden Tabellen identifizieren nützliche Softwarefunktionen,
die in den Mess- und
Mikroskopapplikationen verwendet werden.
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Tabelle
von wichtigen Mikroskopapplikations-Funktionen
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Tabelle von
wichtigen Messapplikations-Funktionen
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Die
Messapplikation ist verantwortlich für Muster- Lade/Entlade Operationen,
nicht beinhaltend Muster-Ausrichtung, wie Ausrichtung nach abgeschrägter Kante,
Fokussieren, etc.; Menusteuerung von Eingaben der Ursprungs-Musterinformation
vom Benutzer (Mustername, Rezept, etc.); Ausführung von normalen Messungen,
Generieren einer Mess-Datei zur Verwendung durch die Analyseapplikation;
Ausführung
von Kalibrierungs-Messungen; generieren/modifizieren der Kalibrierungs-Datei;
und Ausführung
von Probeneinstellungs-Operationen, beinhaltend Probenkonditionierung,
Probeneinstellung und Probeninformations-Eingabe. Die Messapplikation
agiert als die Front zum Software-System. Die Mikroskop- und Analyse-Applikationen
sind Folgegeräte
zur Mess applikation (obwohl diese, falls gewünscht, auch unabhängig betrieben
werden können).
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Die
Mikroskop-Applikation ist verantwortlich, für die Ausrichtung der Muster,
beinhaltend Fokussierung, Ausrichtung einer abgeschrägten Kante
und Proben-Lokalisierung; Prüfung
der Probenmarkierung, beinhaltend Messung zwischen zwei Punkten
auf dem Mikroskopbild; allgemeine Mikroskopsteuerung, beinhaltend
Objektivschaltung, Licht, Steuerungen, etc.; manuelle Stufenbewegung,
unterstützend
eine Maus- und Tastatur-Eingabe; und Steuerung der Bildfangschaltung.
Die Mikroskop-Applikation hängt
von der Mess-Applikation
ab, um Parameter bereitzustellen, welche die Schrittgrösse und
die Anzahl von Punkten, die ausgeführt werden müssen. Diese
Information wird verwendet, um eine graphische Überlagerung der projizierten
Proben-Markierungen auf der Bildfangschaltung darzustellen. Diese Überlagerung
erlaubt es dem Benutzer, zu sehen, wo ein Messvorgang ausgeführt wird,
dies macht es einfacher, Muster-Mängel zu verhindern.
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Die
Gateway-Applikation, welche normalerweise zum Benutzer transparent
ist und keine Benutzer-Schnittstelle hat, ist verantwortlich für die Weitergabe
von Informationen zwischen der Hochniveausteuerung 17 und
der Niedrigniveausteuerung 13 vorwärts und rückwärts und zur Weitergabe von
Informationen zwischen Applikationen. Die Analyse-Applikation ist
verantwortlich für
die Datenverarbeitung des Profils mit verteiltem Widerstand.
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Mit
Bezug zu 3 wird ein Aufsatz 30 für mehrere
Muster schematisch illustriert. Der Aufsatz beinhaltet eine Metallscheibe 31,
beispielsweise ungefähr
3½ Zoll
im Durchmesser mit einem kinematischen Aufsatz auf der Unterseite,
so dass er von der Positionierungsstufe schnell entfernt und ausgewechselt
werden kann. Der gezeigte Aufsatz 30 hält sechs Muster 33 auf
einer Muster- Halterung 32 mit
beispielsweise einem Durchmesser von 0.890 Zoll. Jedes Muster hat
seinen eigenen kinematischen Halter 32. Dies erlaubt es
dem Bedienungspersonal, die Aufgabe der Ausrichtung der Muster von
der Aufgabe der Ausführung
einer Messung zu trennen.
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Mit
Bezug zu 4 wird ein Kalibrierungs-Aufsatz 40 illustriert.
Dieser Aufsatz besteht aus einer Metallscheibe 41, beispielsweise
3½ Zoll
im Durchmesser mit einer kinematischen Halterung auf der Unterseite, so
dass diese in genau der gleichen Position auf der Stufe entfernt
und ausgewechselt werden kann. Die Scheibe hält 10 bis 20 individuelle Kalibrierungs-Muster 42 auf
Halterungen mit einem Durchmesser von ungefähr 3/8 Zoll. Die Muster-Halterungen
haben individuelle Höhen-Anpassungen,
so dass, sobald die Muster-Höhen
ausgerichtet sind, alle Muster ihre oberen Oberflächen zur
gleichen Zeit gelappt werden.
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Mit
Bezug zur 5a wird ein Proben-Konditionierungs-Aufsatz 50 illustriert.
Dieser Aufsatz beinhaltet eine Metallscheibe 51, beispielsweise
3½ Zoll
im Durchmesser, mit einer kinematischen Halterung. Vorrichtungen,
um die Probenspitze 52 mit einer Diamant-Vorrichtung zu
schärfen,
die Spitze zu reinigen und elektrische Qualifizierungen zu machen,
sind bereitgestellt. Ebenfalls auf dem Proben-Konditionierungs-Aufsatz 50 sind Qualifizierungsmuster 56 und
Reinigungskissen 57 angeordnet.
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5b illustriert
einen Proben-Former 53 zur Formung der Oberfläche. Die
Formung der Oberfläche wird
mit einem übertriebenen
Winkel, typischerweise 8°,
gezeigt. Die Probenspitze 52 ist im Zentrum positioniert
und die Platte rotiert, um die Probenspitze 52 zu formen.
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5c illustriert
einen Gorey-Schneider-Schleifer 54, der auf dem Proben-Konditionierungs-Aufsatz 50 montiert
ist. Absetzen der Probenspitze auf den Aufsatz 50 verursacht,
dass ein Kissen 55 mit abrasiver Verbindung auf einem Scharnier
gegenüber
der Probenspitze 52 wippt, demnach wird die Probenspitze
konfiguriert. Der Aufsatz 50 kann rotiert werden und der
Prozess kann wiederholt werden.
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6a und 6b sind
Flussdiagramme, die den normalen Messprozess illustrieren. Der normale Messprozess
gibt die Steuerung zwischen der Mess-Applikation, der Mikroskop-Applikation
hin und zurück, und
schlussendlich gibt er die Steuerung zur Analyse-Applikation.
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Die
Mess-Applikation ist der Eingangspunkt des Benutzers in das Software-System
des Profilierungs-Systems mit verteiltem Widerstand. Beim Starten
wird der Benutzer aufgefordert, ein Muster bei 60 zu laden.
Der Benutzer wird dann aufgefordert, Musterinformationen bei 61 einzugeben.
Nachdem die Muster-Information eingegeben wurde, wird die Mikroskop-Applikation
automatisch gestartet. Das Muster wird geladen und unter dem Mikroskop
bei 63 positioniert. Muster-Informationen, die bei 61 eingegeben
wurden, beinhalten beispielsweise Abschrägungswinkel und Schrittlänge, Messtiefe,
Probenladung, Probenabstand und Kontakt-Radius, Muster Endfertigung und Orientierung,
Messpolarität,
Nord-Proben ID, und Süd-Proben
ID.
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Vorzugsweise
wird das Muster beim Starten der Mikroskop-Applikation automatisch fokussiert und
die abgeschrägte
Kante wird automatisch gefunden und der Benutzer wird aufgefordert,
zu bestätigen,
dass die gefundene Kante effektiv die abgeschrägte Kante bei 63 ist.
Ansonsten werden Fokus und Ausrichtung der abgeschrägten Kanten
manuell ausgeführt.
Nach Bestätigung
wird die abgeschrägte
Kante senkrecht zur Messrichtung des Hubes ausge richtet. Der Benutzer
zieht dann einen Satz graphische Proben-Markierungen, die einem Musterbild überliegen,
zum Proben-Ort bei 64. Sobald der Benutzer zufrieden ist,
dass der Proben-Ort korrekt ist, wird die Steuerung zur Messapplikation 65 retourniert.
Die Messung des Widerstandes startet, sobald dem Benutzer Messresultate
gezeigt werden, wenn diese bei 65, 66 erhältlich sind.
Nachdem die Messung fertig ist, wird der Benutzer aufgefordert,
zu bestimmen, ob weitere Punkte ausgeführt werden sollen, die Muster
durch die Mikroskop-Applikation nochmals geprüft werden sollen, das Muster
entladen werden soll und die Messdatei gespeichert werden soll oder
irgendeine andere Operation 67.
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Nachdem
der Benutzer mit den Messdaten zufrieden ist, wird eine Mess-Datei
generiert und die Analyse-Applikation wird mit der Mess-Datei gestartet.
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In
der Analyse-Applikation wird die Mess-Datei manipuliert, um die
Widerstands-Daten mit Punkt-Bearbeitung und/oder Glättungs-Funktionen zu bereinigen.
Widerstandsgrösse
und Träger-Konzentrationsprofile werden
von den bereitgestellten Widerstands-Daten generiert. Die Mess-Datei
kann gespeichert werden oder der Benutzer wählt, dass ein Bericht generiert
wird, der Datenprofile und detaillierte Muster-Informationen zeigt.
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Mit
Bezug auf die 7a und 7b wird
der Kalibrierungs-Messprozess
gezeigt. Der Kalibrierungs-Messprozess gibt die Steuerung zwischen
der Messapplikation und der Mikroskop-Applikation hin und zurück. Beim
Start wird der Benutzer aufgefordert, ein neues Muster bei 71 und 72 zu
laden. Der Benutzer wählt
dann kein neues Muster zu laden, und schaltet in den Kalibrierungs-Modus.
Der Benutzer wählt
die Ausführung
einer neuen Kalibrierungs-Messung und gibt Kalibrierungs-Parameter 71 ein.
Eine Kalibrierungs-Messung ist ausgestaltet, um eine Kalibrie rungskurve
(Widerstand versus Widerstandsgrösse)
für einen
gegebenen Leitertyp, Orientierung, Oberflächen-Endverarbeitung, Schrittgrösse, Probenladung,
Probenabstand, Messpolarität
und Probenkontaktradius zu generieren. Der Kalibrierungsprozess
verwendet mehrere gleiche Muster mit bekannter Widerstandsgrösse und
misst deren Widerstand. Diese Datenpunkte werden dann verwendet,
um eine Widerstandsgrösse
zu interpolieren, gegebenenfalls ein Widerstandswert durch die Daten-Verarbeitungs-Funktionen gegeben
ist. Das System fordert dann, dass das erste Muster geladen wird
und lädt
es und leitet es zur Mikroskop-Applikation
bei 71 und 72 weiter. Die Mikroskop-Applikation
richtet das Muster 73 aus, und der Benutzer wählt den
Proben-Ort, wie
in einer normalen Messung. Nachher wird die Steuerung zur Mess-Applikation 74 zurückgegeben.
Messpunkte werden gestartet 75. Der durchschnittliche Widerstandswert
und die Referenz-Widerstandsgrösse werden
gespeichert. Der Benutzer wird aufgefordert, das nächste Kalibrierungsmuster
einzufügen
und/oder das nächste
Kalibrierungsmuster wird automatisch durch die Mikroskop-Applikation 75 an
den richtigen Ort gerückt.
Das Muster wird geladen und wie oben beschrieben verarbeitet und
der Prozess wird wiederholt, bis alle Muster in der Serie ausgeführt wurden.
Letztendlich wird eine Kalibrierungskurve generiert und in der Kalibrierungs-Datei
gespeichert.
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Mit
Bezug auf die 8a und 8b, wird
ein Flussdiagramm für
den Probenkonditionierungs-Prozess gezeigt. Der Proben-Konditionierungs-Prozess
gibt die Steuerung zwischen der Mess-Applikation und der Mikroskop-Applikation
hin und zurück.
Beim Start wird der Benutzer aufgefordert, ein neues Muster zu laden.
Der Benutzer wählt
kein neues Muster zu laden und schaltet in den Proben-Einstellmodus
um. Der Benutzer wählt
die Ausführung
einer Proben-Konditionierung auf einer Probe. Die Geschichts-Datei der Probe wird
geöffnet
und dem Benutzer wird erlaubt, entweder ein Konditionierungs-Werkzeug
zu verwenden oder Qualifikations-Mustermessungen auszuführen. So
oder so wird das passende Werkzeug/Muster geladen und die Steuerung
wird der Mikroskop-Applikation 81, 82 übergeben.
Das Muster wird ausgerichtet und der Benutzer wählt den Proben-Ort, wie in
einer normalen Messung zur Qualifizierung der Muster 84.
Falls ein Konditionierungs-Werkzeug ausgewählt wurde, positioniert der
Benutzer das Werkzeug wie benötigt
und die Steuerung wird zur Mess-Applikation
zurückgegeben.
Der ausgewählte
Lauf, Muster oder Werkzeug, wird ausgeführt und die Tests werden dem
Benutzer angezeigt und in der Proben-Geschichtsdatei 85 gespeichert.
Falls ein Qualifizierungs-Muster ausgeführt wurde, wird dem Benutzer
die Option gegeben, zur Mikroskop-Applikation umzuschalten, um die
Proben-Markierungen zu sehen.
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Im
normalen Mess-Prozess, dem Kalibrierungs-Messprozess oder dem Probenkonditionierungs-Prozess
wird das Mikroskop verwendet, um ein Bild über die mit dem Mikroskop verbundene
Kamera anzuzeigen, um das Bild dem System zur Verfügung zu
stellen. Die zwei Modi werden hier unterstützt. Der erste, wenn der Benutzer
das Okular verwendet, verlässt
sich auf die Ausführung
und Bestätigung
des Benutzers, dass die Ausrichtungs-Operationen fertig sind. Der
zweite, wenn ein Bild über
die Kamera dem System zur Verfügung gestellt
wird, vereinfacht den Ausrichtungs- und Bestätigungs-Prozess für den Benutzer
so weit wie möglich. Unter
normalen Bedingungen wird die Kamera verwendet. Für die Ausrichtung
des Musters muss das Muster auf einer angemessenen Höhe relativ
zu den Proben sein. Dies kann durch Fokussieren des Musters erreicht werden.
Die Feldtiefe des Fokus des Mikroskops ist klein genug, so dass
keine signifikanten Fehler eingeführt werden. Die abgeschrägte Kante
des Musters muss senkrecht zur Achse des Messhubes sein. Im Kamera-Modus
kann dies unterstützt
werden, durch entweder eine automatische Detektierung der abge schrägten Kante des
Systems, oder, falls dies nicht möglich ist, durch Verwendung
von graphischen Steuerungen, um die abgeschrägte Kante dem Benutzer zu zeigen.
Das Muster kann dann rotiert werden, bis die Ausrichtung der abgeschrägten Kante
passend ist. Der Benutzer muss in der Lage sein, die Distanz entlang
der Ebene des Musters zu messen.
