CN108535578A - 一种用于元器件电离辐照测试的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于元器件电离辐照测试的装置，包括射线源、准直单元、支架、载物台和屏蔽外壳；所述射线源和所述准直单元与所述支架通过能够相对于所述载物台进行X、Y和Z轴方向移动的移动构件连接在一起；所述载物台用于放置被进行电离辐照测试的元器件，工作时所述移动构件带动所述射线源和准直单元移动到设定位置，使得所述射线源通过所述准直单元发出的均匀射线光斑照射到所述元器件上，所述支架包括龙门支架；所述装置还包括设置在所述载物台上、围绕所述元器件放置位置的、仅在其顶部留有供所述均匀射线光斑通过的屏蔽盒。实施本发明的一种用于元器件电离辐照测试的装置，具有以下有益效果：其测量数据较为准确、安全性能较高。

Description

一种用于元器件电离辐照测试的装置

技术领域

本发明涉及工业测试设备，更具体地说，涉及一种用于元器件电离辐照测试的装置。

背景技术

电离总剂量效应是辐射环境作用于电子元器件产生的累积辐射效应，可造成元器件的永久损伤，不同于单粒子效应，无法通过断电、系统复位、备份等措施消除，因此电离总剂量效应一直是电子元器件抗辐射能力的一个标志。对于元器件(包括晶圆)而言，由于该指标并不需要随生产进行测试，也就是并不需要每个批次的产品均进行检测，因此在多数情况下，都是在产品设计定型时由设计或验收单位通过搭建的实验环境或设备进行测试。这种方法或设备虽然也在一定程度上能够得到测试数据，但是由于每次进行测试的单位、人员或设备可能不同，得到数据的一致性和重复性较差，无法实现数据的追溯，同时，这样的测试手段也使得对于射线剂量的控制较为困难；而且由于没有专用的设备，其安全性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测量结果并不准确、安全性较差的缺陷，提供一种测量结果准确、安全线较高的一种用于元器件电离辐照测试的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于元器件电离辐照测试的装置，包括射线源、准直单元、支架、载物台和屏蔽外壳；所述射线源、准直单元、支架和载物台均设置在所述屏蔽外壳内，所述射线源和准直单元装配在一起，并安装在支架上，所述射线源和所述准直单元与所述支架通过能够相对于所述载物台进行X、Y和Z轴方向移动的移动构件连接在一起；所述载物台用于放置被进行电离辐照测试的元器件，工作时所述移动构件带动所述射线源和准直单元移动到设定位置，使得所述射线源通过所述准直单元发出的均匀射线光斑照射到所述元器件上，所述支架包括龙门支架；所述装置还包括设置在所述载物台上、围绕所述元器件放置位置的、仅在其顶部留有供所述均匀射线光斑通过的屏蔽盒。

更进一步地，所述屏蔽盒包括由设定厚度的铅构成的底板、侧边和上边沿；所述底板为具有设定厚度的圆环状，其中部空出位置用于容置放置在所述载物台上的元器件；所述侧边为其侧壁具有设定厚度的中空的圆柱状，其放置在所述底板上，所述上边沿同样为具有设定厚度的圆环状，其放置在所述侧壁的顶部；所述底板、侧边和上边沿通过多个设置在不同位置的紧固螺钉连接为一体。

更进一步地，还包括设置在所述载物台上的、位于所述屏蔽盒内设定位置的用于测试所述射线源发送到所述屏蔽盒内，射线剂量并通过线缆将得到的数值传输到所述屏蔽外壳之外的计量测试单元。

更进一步地，所述计量测试单元包括安装在靠近所述载物台放置所述元器件位置的空气电离室。

更进一步地，还包括安装在所述龙门支架上、具有单独的移动结构、利用光学方式确认所述计量测试单元位置的电子显微镜。

更进一步地，所述屏蔽外壳包括屏蔽柜门，所述屏蔽柜门打开时露出所述在载物台和安装在所述载物台上的龙门支架；所述装置还包括设置在所述准直单元上的光闸；所述光闸在所述屏蔽柜门打开时封闭由所述射线源到所述准直单元的射线通道，使得所述射线不能外泄。

更进一步地，还包括设置在所述准直单元和被测试元器件之间的射线通道上、用于吸收该通道上的射线以调节输出射线剂量强度的吸收单元。

更进一步地，所述吸收单元包括至少一个具有设定射线衰减值的铝板。

更进一步地，所述屏蔽外壳上设置有多个供信号或电源线缆进出的开孔，所述开孔处采用插板和多层高纯度钽箔缠绕设定长度的方式进行屏蔽。

更进一步地，所述元器件包括晶圆。

实施本发明的一种用于元器件电离辐照测试的装置，具有以下有益效果：由于设置有载物台和支架，射线源及其准直单元安装在上述支架上，并可以在支架上移动到载物台上放置元器件区域的上方，因此在输出射线源和其准直单元的射线剂量不变的情况下，能够准确地定位射线位置，从而使得每次测试的数据，特别是射线剂量，能够较为一致；同时，设置在载物台上的屏蔽盒、与屏蔽外壳的屏蔽柜门联动的光闸，使得其安全性能得到大幅度的提高。因此，其测量数据较为准确、安全性能较高。

附图说明

图1是本发明一种用于元器件电离辐照测试的装置实施例中该装置的结构示意图；

图2是所述实施例中龙门支架、射线源和计量测试单元的位置关系示意图；

图3是所述实施例中屏蔽盒剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1和图2所示，在本发明的一种用于元器件电离辐照测试的装置实施例中，该装置包括射线源1、准直单元2、支架3、载物台4和屏蔽外壳5；所述射线源1、准直单元2、支架3和载物台4均设置在所述屏蔽外壳5内，所述射线源1和准直单元2装配在一起，并安装在支架3上，所述射线源和支架3之间通过能够相对于所述载物台进行X、Y和Z轴方向的移动的机构31连接在一起；所述载物台3用于放置被进行电离辐照测试的元器件，工作时设置在所述支架3上的所述射线源1和准直单元2移动到设定位置，使得所述射线源1通过所述准直单元2发出的均匀射线光斑照射到所述元器件上；所述支架包括龙门支架；所述装置还包括设置在所述载物台3上、围绕所述元器件放置位置的、仅在其顶部留有供所述均匀射线光斑通过的屏蔽盒9(请参见图3)。如图3所示，在本实施例中，所述屏蔽盒9包括由设定厚度的铅构成的底板91、侧边92和上边沿93；所述底板91为具有设定厚度的圆环状，其中部空出位置用于容置放置在所述载物台上的元器件；所述侧边92为其侧壁具有设定厚度的中空的圆柱状，其一端放置在所述底板91上；所述上边沿93同样为具有设定厚度的圆环状，其放置在所述侧壁92的顶部；也就是说，上述侧壁92的一端放置在所述底板91上，其另一端与所述上边沿93连接，91所述底板、侧边92和上边沿93通过多个设置在不同位置的紧固螺钉94连接为一体。其中，上述紧固螺钉94可以通过一个铅板后将上述部件连接，连接后也可以对该螺钉所在的位置进行铅封，保证屏蔽效果。在本实施例中，屏蔽盒9设置为上述形状不仅仅是为了屏蔽，在屏蔽的基础上，还可以和衰减板或衰减器配合，为后续的测试环境的改进，例如，测试环境温度的控制等等打下基础，使得其可以实施。

请参见图2，在本实施例中，该装置还包括设置在所述载物台3上的、位于所述屏蔽盒9内设定位置的用于测试所述射线源1通过准直单元2发送到所述屏蔽盒9内射线剂量并通过线缆将得到的数值传输到所述屏蔽外壳5之外的计量测试单元8。该计量测试单元8包括安装在靠近所述载物台3放置所述元器件位置的空气电离室。此外，在本实施例中，该装置还包括安装在所述龙门支架上、具有单独的移动结构(即上述移动的机构31或类似上述移动的机构31但独立安装在支架3上的机构)、利用光学方式确认所述计量测试单元位置的电子显微镜7。

在本实施例中，计量测试单元8(在本实施例中，该计量测试单元8实际上是特殊类型的传感器，其得到的数据需要传输并进行处理)的设置是为了在线取得或检测工作时屏蔽盒9内的射线计量，这一措施使得操作者能够在测试时或测试前对射线剂量进行标定，对射线源1的当前状态进行判断，能够较大地提高测试数据的准确性。但是对于定量测量来讲，上述计量测试单元8在屏蔽盒9中相对于上述射线源1具有不同位置时或者当射线源1放置的位置不同时，其检测到的射线计量值可能是不同的，这会给测量或不同批次的测量得到的数据带来一定的误差。为了避免这种误差的出现，在本实施例中，需要使得每次测量或实验时，首先使得上述显微镜7对准上述计量测试单元8，得到此时显微镜7的X轴坐标值和Y轴坐标值，然后将射线源1移动到该坐标值上，即可在不同的测试之间实现射线源1位置的相对固定，进而使得上述被测试元器件受到的辐照计量大致相同，从而实现多次测试之间的测试数据的统一，便于在一段时间之后或多次测试之后对测试数据进行分析。

在本实施例中，如图1所述，所述屏蔽外壳5包括屏蔽柜门51，所述屏蔽柜门51打开时露出所述在载物台4和安装在所述载物台4上的龙门支架；同时，该装置还包括设置在所述准直单元2上的光闸6；具体来讲，在本实施例中，上述光闸6设置在上述射线源1到准直单元2的出光通道上，能够在上述屏蔽柜门51打开或关闭时移动，封闭或让开上述射线源1的出光通道，也就是说，所述光闸6在所述屏蔽柜门51打开时封闭所述射线源1和准直单元2之间的射线通道，使得所述射线被限制在射线源1内，不能外泄。

在本实施例中，上述准直单元2中包括准直器和限束板(图中未示出)，能够调节上述射线源1发出的射线的路径和光斑大小；同时，该装置还包括设置在所述准直单元2和被测试元器件之间的射线通道上、用于吸收该通道上的射线以调节输出射线剂量强度的吸收单元(图中未示出)。所述吸收单元包括至少一个具有设定射线衰减值的铝板。在本实施例中，上述准直器、限束板和吸收单元都是可以根据需要进行调节或选择的，这些部件的存在，使得射线源1发出的、达到被测试元器件的射线的路径、照射面积以及剂量强度都能够得到调节。

在本实施例中，该装置也不仅仅是包括上述部件，还包括其他部件，例如电源、显示模块、控制模块等等。这些模块也没有设置在上述屏蔽外壳5内，而是设设置在屏蔽外壳5的外部，并通过线缆与屏蔽外壳5内部的部件连接，，此外，计量单元8测量得到的数据也需要传输到屏蔽外壳5外进行处理和显示因此，所述屏蔽外壳5上设置有多个供信号或电源线缆进出的开孔，所述开孔处采用插板和多层高纯度钽箔缠绕设定长度的方式进行屏蔽。

此外，在本实施例中，上述进行元器件包括晶圆，也可以是封装好的集成电路或其他元器件。

在本实施例中，总体上来看，在该装置中涉及射线源的系统包括X射线管、水冷系统、高压单元以及电离室剂量率在线检测装置(处理计量测试单元取得的数据的测量部件)、相关连接线缆、光闸、衰减片(吸收单元)、准直器等附件。而半导体辐照探针台包括探针台(载物台)主体、电动显微镜系统、可移动式龙门支架、屏蔽盒、探针座、探针、线缆等。该装置主要提供半导体材料和集成电路等实验器件的量测。该装置还包括一个监视控制单元，该单元包含系统主体软件、主控制台、防护系统等。该监视控制单元包含远端控制台，远程控制台包括监控台、人体工程学升降椅、多块屏幕、远程计算机、键盘鼠标手柄等；通过系统主体软件对整个抗辐照电路测试系统进行操作控制。

工作时，X射线管固定在探针台可移动式龙门支架上，X射线管出光口置于辐照样品侧上方约10cm的地方，高压单元通过相关连接线缆连接X射线管，向X射线管提供高压激励信号，X射线由铍窗出射，在X射线窗与样品架之间，设置光闸、衰减片和准直器。其中光闸窗口与屏蔽外壳铅门联动，铅门打开光闸自动关闭。通过设计、安装不同尺寸大小的准直器，可得到不同的X射线辐照光斑的直径。上述水冷系统进行X射线管的循环冷却，保证X射线管的稳定工作。

在本实施例中的一些情况下，X射线管出光口置于辐照样品侧上方约10cm的地方，X射线由铍窗出射，在X射线窗与测试样品架之间，设置准直器和屏蔽装置使X射线辐照光斑的不小于1cm×1cm，测试样品受到X射线剂量率范围涵盖0.1krad(Si)/min至60krad(Si)/min。在探针台平台(载物台)特定位置固定空气电离室，通过设置，将X射线移动至电离室上方工作，可在线检测剂量率的大小。在准直器与光闸间设置有滤波片支架，根据实验对剂量率的要求选择不同厚度的滤波片，滤波片原则上采用铝(Al)材料制作，使用前经过标定的标准吸收片。

在本实施例中，载物台主体、显微镜、X射线管位于屏蔽外壳内部，而空气压缩机、真空泵、X射线电源、水冷机等位于屏蔽盒外部。屏蔽外壳的6个方向均进行X射线屏蔽，最大剂量率X射线测试时屏蔽外壳外X射线强度与环境本底无差别(平均差异小于0.1uSv/h，峰值差异小于0.2uSv/h)。屏蔽外壳具有联动装置，屏蔽外壳打开时X射线辐照设备不工作。屏蔽盒两侧和后侧均有开孔，供测试仪器等线缆穿过。后侧开孔根据探针台控制器等线缆尺寸确定，X射线屏蔽方式采用不短于50cm长多层(不少于3层)0.5mm厚高纯钽箔覆盖缠绕方式，两侧开孔供仪器线缆进入，直径10cm，采用插板和钽箔覆盖缠绕方式屏蔽。

上述半导体辐照探针台(即载物台)置于屏蔽盒中，电动显微镜系统和X射线管均固定在可移动式龙门支架上，进行扎针和晶圆观察时，探针台移动显微镜至样品台位置，X射线管位于待命位置，进行常规探针台操作；进行X射线辐照时，探针台移动显微镜至待命位置，移动X射线管至样品台上显微镜聚焦X-Y位置，Z方向保持预先设置高度。为了确保准确性及重复性，均采用含有丝杆的高精度步进电机和编码器，通过编程进行远程参数读取和控制。

此外，载物台上还设置有屏蔽盒，用于对测试的样品进行屏蔽，屏蔽盒由底板、侧边和上沿三个模块构成，防止X射线泄露。

值得一提的是，在本实施例中，还可以在上述载物台上按照测试的需要设置对应的探针座、探针、线缆和测试仪表，以便于对载物台上的测试样品的电性能进行测试，可以实现在辐照条件下测试样品的IV\CV或RF参数等等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，包括射线源、准直单元、支架、载物台和屏蔽外壳；所述射线源、准直单元、支架和载物台均设置在所述屏蔽外壳内，所述射线源和准直单元装配在一起，并安装在支架上，所述射线源和所述准直单元与所述支架通过能够相对于所述载物台进行X、Y和Z轴方向移动的移动构件连接在一起；所述载物台用于放置被进行电离辐照测试的元器件，工作时所述移动构件带动所述射线源和准直单元移动到设定位置，使得所述射线源通过所述准直单元发出的均匀射线光斑照射到所述元器件上，所述支架包括龙门支架；所述装置还包括设置在所述载物台上、围绕所述元器件放置位置的、仅在其顶部留有供所述均匀射线光斑通过的屏蔽盒。

2.根据权利要求1所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述屏蔽盒包括由设定厚度的铅构成的底板、侧边和上边沿；所述底板为具有设定厚度的圆环状，其中部空出位置用于容置放置在所述载物台上的元器件；所述侧边为其侧壁具有设定厚度的中空的圆柱状，其放置在所述底板上，所述上边沿同样为具有设定厚度的圆环状，其放置在所述侧壁的顶部；所述底板、侧边和上边沿通过多个设置在不同位置的紧固螺钉连接为一体。

3.根据权利要求2所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，还包括设置在所述载物台上的、位于所述屏蔽盒内设定位置的用于测试所述射线源发送到所述屏蔽盒内，射线剂量并通过线缆将得到的数值传输到所述屏蔽外壳之外的计量测试单元。

4.根据权利要求3所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述计量测试单元包括安装在靠近所述载物台放置所述元器件位置的空气电离室。

5.根据权利要求4所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，还包括安装在所述龙门支架上、具有单独的移动结构、利用光学方式确认所述计量测试单元位置的电子显微镜。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述屏蔽外壳包括屏蔽柜门，所述屏蔽柜门打开时露出所述载物台和安装在所述载物台上的龙门支架；所述装置还包括设置在所述准直单元上的光闸；所述光闸在所述屏蔽柜门打开时封闭由所述射线源到所述准直单元的射线通道，使得所述射线不能外泄。

7.根据权利要求6所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，还包括设置在所述准直单元和被测试元器件之间的射线通道上、用于吸收该通道上的射线以调节输出射线剂量强度的吸收单元。

8.根据权利要求7所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述吸收单元包括至少一个具有设定射线衰减值的铝板。

9.根据权利要求8所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述屏蔽外壳上设置有多个供信号或电源线缆进出的开孔，所述开孔处采用插板和多层高纯度钽箔缠绕设定长度的方式进行屏蔽。

10.根据权利要求9所述的用于元器件电离辐照测试的装置，其特征在于，所述元器件包括晶圆。