Das Bild zeigt einen Probentisch-Aufsatz (ein "Modul") für die elektrische Halbleiteruntersuchung. Vier motorisierte Prober-Arme sind so auf Kreuztischen montiert, daß der zur Verfügung stehende Freiraum in der Probenkammer der "FEI 200" FIB ausreicht.
Neu auf dem Markt erschienene, winzige Antriebsmotoren ermöglichten die extrem flache Bauweise dieses Instrumentes. In der einfachen Version ist die Positioniergenauigkeit 1 µm unter Sichtkontrolle, wenn Feinbewegungs-Piezos eingebaut sind verfeinert sich diese Präzision auf unter 10 nm.

Kurzbeschreibung

Drei Motoren treiben jeden der vier Manipulator-Kreuztische mit den daran befestigten Nadeln in X, Y, und Z. Das Ganze wird von einer kleinen Pultsteuerung aus bedient. Der Weg der Nadeln beträgt 20 mm x 20 mm horizontal und 5 mm in Z. Vor dem Evakuieren der Probenkammer wird der Nadelarm mit dem Halter von Hand vorpositioniert. Das Aufsetzen geschieht per Piezo-Feinbewegung, die allen mechanischen Z-Führungen weit überlegen ist. Die Proben-Rotation und Z-Bewegung des Standardtisches bleiben voll funktionstüchtig, sie bleiben unabhängig vom Modul. Damit kann die Probe sich frei drehen, und in Z den Nadeln "entgegenfahren".

Das Modul auf dem REM-Probentisch

Das Prober-Modul ist paßgenau für die Basis des FEI 200 FIB Kreuztisches gefertigt. Das gesamte Modul wird vom REM-Probentisch in X und Y mitgefahren, darum können die Nadeln während der Suche nach neuen Stellen auf der Proben-oberfläche aufgesetzt verharren. Winzige Schrauben klemmen die Probernadeln in konischen Haltern unter 45° oder im rechten Winkel zum Halterarm.

Trotz besonders starker Abschirmung sind die vier Signalkabel sehr flexibel. Ein Vakuum-Durchführungsflansch mit hochfrequenz-kompatiblen Steckern ist im Lieferumfang enthalten.

Steuerungen

Eine digitale Pultsteuerung treibt die winzigen Motoren der Kreuztische an. Das Potentiometer für die Motorgeschwindigkeit reicht von 1.5 mm/sec bis herunter zu etwa 0,2 µm pro Sekunde. Der "Panic"-Knopf hebt alle Nadeln per Piezo von der Probe ab, wenn er gedrückt wird. Zur Kontrolle dient ein "Kommunikations-Fenster". Hinter dem REM steht eine größere Steuerung, die die Befehle von der hier abgebildeten kleinen Pultsteuerung empfängt.

Bewegungsbereich der Miniaturisierten Kreuztische

Die Nadeln können über einen Bereich von 20 mm x 20 mm x 5 mm verfahren werden, Feinbewegung von 10 µm in allen drei Richtungen wird über Piezoelemente angetrieben.

Die Entwicklung der ganzen "Mailbox Prober"-Serie wurde erst nach der Fertigstellung der miniaturisierten XYZ-Kreuztische möglich (s. Bild rechts). Vorgänger dieser Kreuztische waren 65 mm hoch , die neu entwickelten sind nur noch 20 mm hoch.

Damit wurde auch die Entwicklung von ganzen Prober-Modulen möglich, die durch die Schleuse geschoben werden (daher der Name "Mailbox Prober"). Beachten Sie den Fühler links im Bild. Er tastet die Bewegungsgrenzen in XY ab. Auch für Z ist ein Taster im Inneren montiert. Feinstes Aufsetzen wird durch einen Piezo-Aktuator gesteuert, der von einem Gleichstrom-Signal angetrieben wird.

Dieses Bewegungsprinzip ist jeder feinmechanischen Antrieb um Größenordnungen überlegen. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß beim Auf- und Abfahren keinerlei seitliche Hysterese auftritt. Die vertikale "Grob-Bewegung" ist motorisiert, und kann extrem langsam eingestellt werden. Viele Anwender berichten, daß sie die Piezo-Bewegung recht selten nutzen, weil die motorisierte Fahrt bereits ausreichend fein ist.

Im Controller ist ein "Panic"-Knopf, der alle vier Nadeln anhebt. Dabei sind die Piezos im entspannten Zustand kurz geschlossen. Im Falle daß der Strom aussetzt, bewegen sich die vier Nadeln von der Probe weg und stechen nicht in die Probe ein.

Kleine Klammern halten Waferstückchen fest, es können aber auch Halter für gepackte ICs befestigt werden. Vor dem Einschleusen können die Proberarme vorab eingestellt (grob zentriert) werden.

Das "Trockendock" - eine Basis für alle Arbeiten an Luft

Das "Trockendock" ist eine Kopie der Befestigung im REM – es erleichtert alle Arbeiten an Luft, z. B. Bestücken und Justieren. So kann das Modul außerhalb der Probenkammer die gleichen Arbeiten ausführen wie unter Vakuum. Damit ist das Arbeiten unter einigen verschiedenen Lichtmikroskopen ohne Veränderung möglich.

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Einige Cryotische können mit (ggf. abnehmbaren) Prober-Aufsätzen kombiniert werden. Viele Varianten der Prober-Module mit mehr als zwei Nadeln und piezogetriebenen Manipulatoren XY(Z)-"Hoch-Präzisions-Prober" mit 10 nm-Positionierauflösung.