Устройство для измерения контактной разности потенциалов Советский патент 1991 года по МПК H01L21/66 

Изобретрнне счтносится к полупроводниковой технике н может быть ис- попьзонаио для массового контроля поверхности полупроводниковых пластин.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов пластин с ши- роким диапазоном отклонений по толщине о

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения контакт- ной разности потенциалов содержит генераторы низкой 1 и высокой 2 частот, электромагнитный вибратор 3, изме- рительньи зонд 4, металлический стол 5 для размещения исследуемой пластины 6, усилитель 7, фильтры низкой 8 и высокой 9 частот, синхронный 10 и амплитудный 11 детекторы, интегратор 12, компаратор 13, источник 14 опорного напряжения, усилитель 15 постоянного тока, индикатор 16, измерительный прибор 17, преобразователь 18 напряжения в перемещение и датчик 19 колебаний электромагнитного вибратора 3. Измерительный зонд 4 через диэлектрик 20 жестко связан с подвижным элементом электромагнитного вибратора 3, который (подвижный элемент) выполнен в виде катушки 21, жестко закрепленной на мембранах 22. Преобразователь 18 напряжения в перемещение в свою очередь, состоит из последовательно соединенных усилителя 23 мощности и линейного электродвигателя 24, установленного на общем основании 25 с электромагнитным вибратором 3. I

Выход генератора 1 низкой частоты

соединен с катушкой 21 электромагнит-- 45 лебаний зонда и обратно пропорцио- ного вибратора 3 и с первым входом нальное расстоянию между зондом 4 и синхронного детектора 10. Выход Гене- пластиной 6, поступает через стол 5

на вход широкополосного усилителя 7.

Одновременно на вход усилителя 7

50

ратора 2 высокой частоты соединен с измерительным зондом 4, выходом интегратора 12 и входом измерительного прибора 17. Измерительный зонд 4 расположен над поверхностью металлического стола 5 для размещения исследуемой пластины 6, соединенного с входом усилителя 7, выход которого соединен с входами фильтров 8 и 9« Выход фильтра 8 низкой частоты соединен с вторым входом синхронного детектора 10, выход которого подключен к

55

поступает высокочастотньй сигнал, прошедший с генератора 2 высокой частоты через зонд 4 и емкость зонд - пластина. Этот сигнал прямо пропорционален величине этой емкости, а следовательно, обратно пропорционален расстоянию меяаду зондом 4 и плас тиной 6.

С выхода широкополосного усилителя 7 исследуемый сигнал поступает на

входу интегратора 12, Выход фильтра 9 высокой частоты соединен с входом амплитудного детектора 11, выход которого подключен к первому входу компа- , ратора 13, связанного своим вторым

входом с источником 14 опорного напряжения , а выходом - с входом усилителя 15 постоянного тока, выход которого соединен с входами индикатора 16 и усилителя мощности 23 преобразователя 18 напряжения в перемещение. Выход усилителя 23 мощности подключен к линейному электродвигателяю 24,

которьм установлен на общем основании 25 с электромагнитньм вибратором 3. Датчик 19 электромагнитного вибратора 3 выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на подвижном элементе электромагнитного вибратора 3.

Устройство работает следующим об- .

разом. I

Иссдедуемую полупроводниковую

пластину 6 размещают на металлическом столе 5. Запуск устройства осуществляется подачей питающих, напряжений в узлы и блоки устройства посредством нажатия кнопки Пуск (на чер-

теже не.показана). При этом генераторы 1 и 2 формируют гармонические сигналы, частоты которых равны 1 и 400 кГц соответственно. Генератор 1 низкой частоты возбуждает колебания

подвижного элемента электромагнитного вибратора 3, а следовательно, и жестко связанного с ним через диэлектрик 20 измерительного зонда 4. Колеблющийся зонд 4 с помощью механизма Привода (на чертеже не показан) подводится к поверхности измеряемой пластины 6. Переменное напряжение, прямо пропорциональное контактной разности потенциалов и амплитуде ко

поступает высокочастотньй сигнал, прошедший с генератора 2 высокой частоты через зонд 4 и емкость зонд - пластина. Этот сигнал прямо пропорционален величине этой емкости, а следовательно, обратно пропорционален расстоянию меяаду зондом 4 и пластиной 6.

С выхода широкополосного усилителя 7 исследуемый сигнал поступает на

фильтр 8 низких частот, с выхода которого низкочастотная составляющая сигнала после синхронного детектирования в детекторе 10 и интегрирования интегратором 12 подается на измерительный зонд 4, компенсируя контактную разность потенциалов. Постоянное компенсирующее напряжение, равное измеряемой контактной разности потен- IQ равным нулю, в результате чего прения между измерительным зондом 4 и исследуемой .пластиной 6 устройство отрабатывает описанным образом сигна разбаланса так, что измерительный зонд А опускается до заданного расстояния зонд - пластина. При этом сигнал разбаланса на выходе усилителя 15 постоянного тока становится

циалов, регистрируется измерительным прибором 17. Кроме того, сигнал с выхода широкополосного усилителя 7 поступает также на фильтр высоких частот 9, с выхода которого высокочастотная составляющая сигнала после детектирования амплитудным детектором 11 подается на первый вход компарата- ра 13,. на второй вход которого поступает опорный (эталонньм) сигнал с вы- 2о хода регулируемого источника 14 опорного напряжения. Величина опорного сигнала обратно пропорциональна расстоянию между зондом 4 и пластиной 6.

кращается перемещение основания 25 и, следовательно, вибратора 3 с измерительным зондом 4. Аналогичным образом при отклонении расстояния зонд - 15 пластина от заданной величины в сто- рону уменьшения воздействие сигнала разбаланса на узлы преобразователя 18 напряжения в перемещение приводит к поднятию зонда 4 и восстановлению заданного расстояния между зондом 4 и пластиной 6,

По окончании процесса измерения, результат которого регистрируется измерительным прибором 17, зонд 4 подВ компараторе 13 осуществляется срав- 25 нимается и производится смена пласнение указанных сигналов. При равенстве их сигнал на выходе компаратора 13, а следовательно,- и на выходе усилителя 15 постоянного тока равен нулю. При отклонении расстояния меж- ду измерительным зондом 4 и поверхностью исследуемой пластины 6 от заданного значения происходит.изменение величины высокочастотного сигнала, проходящего с выхода генератора 2 высокой частоты через емкость зонд - пластина, в результате чего на выходе компаратора 13 появляется разностный сигнал (сигнал разбаланса). Усиленный посредством усилителя 15 постоянного тока этот сигнал подается на входы индикатора 16 и усилителя 23 мощности преобразователя 18 напряжения В- перемещение. Усиленный посредством усилителя 23 мощности сиг- . нал поступает на линейный электродвигатель 24 преобразователя 18 напряжения в перемещение. Под действием этого сигнала линейный электро- . двигатель. 24 обеспечивает перемещение основания 25, а следовательно, установленного на нем электромагнитного вибратора 3 и связанного с ним измерительного зонда 4 в ту или друтин 6.

Таким образом, устройство обеспечивает перемещение электромагнитного вибратора 3 во всем диапазоне сигна- 30 лов разбаланса без изменения частоты его механического резонанса, что повышает точность измерения контактной разности потенциалов пластин и исклк - чает необходимость перестройки устройства при смене пластин. Это позволяет использовать устройство в автоматических линиях для контроля параметров пластин в условиях массового производства.

35

40

Ф о

рмула изобретения

1. Устройство для измерения контактной разности потенциалов, содержащее генераторы низкой и высокой

45 частот, электромагнитный вибратор, измерительный зонд, связанный с подвижным элементом электромагнитного вибратора, металлический стол для размещения измеряемой пластины, уси-

50 литель, фильтры низкой и высокой частот, синхронный и амплитудный детекторы, интегратор, компаратор, источник опорного напряжения, усилитель постоянного тока, индикатор и измери гую сторону (вверх или вниз) на вели- 55 тельный прибор причем выход генера- чину, определяемую знаком и величиной тора низкой частоты соединен с пер- сигнапа рассогласования, формируемо- вым входом синхронного детектора и го на выходе усилителя 15 постоянно- электромагнитным вибратором, измери- го тока. Т.е. при увеличении расстоя- тельный зонд размещен над поверхравным нулю, в результате чего прения между измерительным зондом 4 и исследуемой .пластиной 6 устройство отрабатывает описанным образом сигнал разбаланса так, что измерительный зонд А опускается до заданного расстояния зонд - пластина. При этом сигнал разбаланса на выходе усилителя 15 постоянного тока становится

Ф о

ностью металлического стола, соединенного с входом усилителя, выход которого соединен с входами фильтров низкой и высокой частот, выход фильтра низкой частоты соединен с вторым входом синхронного детектора, соединенного своим выходом с входом интегратора, выход которого соединен с измерительным прибором и зондом, связанным с выходом генератора высокой частоты, выход фильтра высокой частоты соединен с входом амплитудного детектора, выход которого .соединен с первым входом компаратора, связанного своим вторым входом с источником опорного напряжения, а выходом - с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом индикатора, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей устройства за счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов плас тин с широким диапазоном отклонений по толщине, в него введен преобразователь напряжения в перемещение, а

электромагнитный вибратор ссаОжеи датчиком колебаний, при этом преобра зователь напряжения в перемещение своим входом соединен с выходом усилителя постоянного тока и имеет механическую связь с электромагнитным вибратором, а датчик колебаний соединен с входом генератора йизкой частоты.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что преобразователь напряжения в перемещение вы- полнен в виде последовательно соединенных усилителя мощности и линейного электродвигателя, причем вход усилителя мощности является входом преобразователя, а электродвигатель установлен на общем основании с электромагнитным вибратором. .

3,Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что датчик колебаний электромагнитного вибратора выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на -подвижном элементе электромагнитного вибратора.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для массового контроля поверхности полупроводниковых пластин. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства Sa счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов пластин с широким диапазоном отклонений по толщине. Эта цель достигается путем . введения в устройство преобразователя напряжение - перемещение, на вход которого подается сигнал рассогласования датчика колебаний электромагнитного вибратора и источника опорного напряжения. Причем преобразователь напряжения в перемещение состоит из усилителя мощности и линейного электродвигателя, перемещающего по высоте вибратор в зависимости от толщины и рельефа исследуемой полупроводниковой пластины так, чтобы зазор между изме- рителЬньм зондом оставался постоянным. Датчик колебаний электромагнитного вибратора выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на подвижном элементе электромагнитного вибратора. Сохранение постоянным зазора между измерительным зондом и поверхностью пластины обеспечивает независимость изме- . ряемой контактной разности потенциалов от величины этого зазора, а то, что зазор устанавливается автоматически, увеличивает производительность измерений. 2 з.п, ф-лы, 1 ил.