УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1973 года по МПК H01L21/66 

1

Изобретение относится к измерительным устройствам, применяемым в полупроводниковой промышленности для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов.

Известны четырехзондовые измерительные установки, снабженные столиком для перемещения измеряемого образца в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с отсчетным устройством для регистрации координат измеряемых точек на образце и эксцентриковым подъемным устройством для подъема и опускания измерительной головки.

Описываемое устройство отличается от известных тем, что каждый зонд установлен в головке зондодержателя, укрепленного на своем приводимом от замкнутой гидравлической системы коромысле, снабженном упорами, расположенными с определенным зазором с аналогичными упорами, установленными на других коромыслах, причем величина зазора обеспечивает последовательность опускания зондов. Замкнутая гидравлическая система выполнена в виде сильфона с закрепленным в его верхней части пальцем, воспринимающим давление от рычага с ограниченным ходом, соединенного через блок обратного клапана с игольчатым коническим дросселем, помещенным в коническое седло с зазором, обеспечивающим необходимую скорость опускания зонда, с рабочим цилиндром, выполненным в виде сильфона с подпружиненным пальцем, упирающимся в коромысло. Головка зондодержателя выполнена подвижной относительно двух взаимно перпендикулярных осей и снабжена пружинами, выбирающими люфт.

На фиг. 1 показано описываемое устройство, вид сверху; на фиг. 2 приведена кинематическая схема последовательного подъема и опускания коромысел с зондами; на фиг. 3 - гидравлическая система; на фиг. 4 - коромысло; на фиг. 5 - безлюфтовая опора коромысла; на фиг. 6 - держатель зонда; на

фиг. 7 - разрезы по А-А, Б-Б, Б-В и I-Г на фиг. 6.

На общем основании 1 укреплен столик 2 для перемещения измеряемого образца 3 с отсчетным устройством для регистрации координат измеряемых точек. Коромысла 4-7 качаются в безлюфтовых опорах 8. На оси вращения 9 каждого коромысла жестко закреплены штоки 10 со шкалой в граммах, по штоку перемещается груз-противовес 11, с помощью которого устанавливается заданное давление на острие зонда. На коромыслах смонтированы держатель зонда и безлюфтовые устройства 12, служащие дшя перемещения острия зондов перпендикулярно и параллельно осям вращения коромысел. Безлюфтовые опоры 8 коромысел выполнены в виде конических винтов с контргайками, ввернутых в стойку 13. Исполнительный гидравлический блок, служащий для быстрого подъема и плавного опускания зондов на измеряемым образец, состоит из узла игольчатого дросселя с обратным клапаном 14 и подъемного узла 15. vlexaничecкий эксцентриковый узел 1б служит для подъема зондов в верхнее положение, когда установка не работает. При движении вверх палец 17 гидросистемы фторопластовой головкой 18 поднимает упор 19, жестко связанный с коромыслом 6. Коромысло 6 также начинает подниматься. Резьбовые упоры 20 и 21, жестко связанные с коромыслами t и 7, онирающимися соответственно на упоры 19 и 22, также заставляют коромысла Ь и 7 подниматься. Коромысло 4 опирается своим резьбовым упором 23 на упор 24, жестко связанный с коромыслом 5, в результате и коромысло 4 также поднимается. Величину зазора при опущеппых на измеряемый образец зондах между упорами 19 и 20, а также 23 и 24 устанавливают 0,1 - 0,15 мм, между упорами 21 и 22 - 0,35- 0,4 мм. При такон регулировке зазоров между упорами первым поднимается коромысло 6, вторым - коромысло 5, третьим - .коромысло 4 и четвертым - коромысло 7. При опускании коро.мысел с зондами все происходит в обратном порядке. Толкатель 25 связан рычагом с эксцентриковым механическим узлом 16 и служит для подъема зондов в верхнее нерабочее положение. В резьбовые упоры 20, 21 и 23 на рабочих концах запрессованы сферические фторопластовые наконечники, а рабочие поверхности опор 19, 22 и 24 отполированы - этим обеспечивается плавность хода коромысел с зондами при подъеме и опускании зондов. Гидравлическая система состоит из двух раздельных блоков: управляющего и исполнительного, соединенных гибким эластичным шлангом. Управляющий блок смонтирован на отдельном основании. Иснолпительный блок укреплен на общем основании и состоит из узла игольчатого дросселя с обратным клананом 14 и подъемного узла 15, соединенных между собой металлической трубкой. Гидросистема заполнена автомобильной тормозпой жидкостью. Эта гидросмесь не меняет своей вязкости при колебаниях комнатной температуры, поэтому скорость опускания зонда остается постоянной. При нажатии па рукоятку 26 гидросмесь, находящаяся в сильфоне 27, вытесняется по гибкому шлангу через шариковый клапан 28 в сильфон 29. В результате палец 17 с фторопластовой головкой 18 быстро поднимается, нажимая на упор 19, и поднимает коромысло 6 с зондом 30. После освобождения рукоятки 26 гидросмесь из сильфона 29 начинает перетекать обратно в сильфон 27, под действием сжатой с усилием в 1 кг пружины 31, через конический дроссель 32. Изменяя величину зазора в дросселе иглой 33, можно изменять в большом диапазоне скорость опускания пальца 17, а следовательно, и величину динамического удара измерительного зонда 30. Коромысло 6, на котором установлен измерительный зонд, опирается по.т -ованнои площадкой металлического yni фторопластовую головку 18 порщнй пара материалов имеет очень малы циент трения и обеспечивает плавнос1 измерительного зонда как при опускани. и при подъеме. b предложенном устройстве порщни гид. системы выполнены из тонкостенных томи ковых сильфонов. В такой гидросистеме . сильфонами вибраций не возникает, узкие каналы гидросистемы также способствуют гашению колебаний. Дроссельная игла имеет резиновое уплотнение 34, в результате получается закрытая гидросистема. Постоянная нагрузка на зонд твердым весом и постоянная скорость опускания поршня гидросистемы при подходе зонда к поверхности измеряемого образца, обеспечивают воспроизводимый динамический удар зонда. Давление на острие зонда возрастает постепенно, так как после касания острием зонда поверхности измеряемого материала палец 17 продолжает еще некоторое время движение вниз, и упор 19 перестает касаться головки поршня 18. Скоростъ опускания пальца 17 продолжает оставаться постоянной, поэтому постепенно плавно увеличивается нагрузка на острие зонда. Площадь отпечатка зонда па измеряемом материале одинакова, Стабильность межзондового расстояния обеспечивается тем, что ось вращения коромысла и поверхность измеряемого образца лежат в одной плоскости, параллельной плоскости основания 1 (для образцов толщиной 200 мкм), что соответствует средней толщине измеряемых образцов. Варьирование толщиной образца в сторону больших или меньших величин (100-300 мкм в подавляющем большинстве случаев) приводит к параллельному сдвигу поверхности образца 3 по отношению к плоскости основания 1. При этом изменение межзопдового расстояния определяется малыми изменениями косинуса угла близкого к 90°, что и обеспечивает постоянство межзопдового расстояния в пределах класса точности устройства. Остальные 3 коромысла отличаются лищь расположением упоров. Толкатель 25 механического эксцентрикового узла 16 поднимает в верхнее нерабочее положение только коромысло 6. Остальные коромысла 4, 5 и 7 поднимаются в верхнее положение по описанной выше схеме. Безлюфтовая опора 8 изготовлена из углеродистой легированной стали, рабочий конец ее выполнен в виде конуса. В торцовой части оси 9 вращения имеется баббитовая заливка 35, в которой выполнена коническая расточка, соответствующая углу конуса опоры 8, и

полость 36, заполненная часовы маслом. При первоначальной сильной затяжке опоры с залитым в полость 36 часовым маслом па баббите отпечатывается полированная поверхность конуса. Зазор между КОНУСОМ, опорой и баббитовой заливкой устанавливается и -фиксируется контргайкой 37.

Зонд 30 из сплава BK-lS.Vl помещен в паз зондодержателя 38 и закреплен хомутом 39. Зондодержатель 38 через подпоужиненную коническую втулку 40 прижат винтом 41 к площадке коромысла 42. Коническая втулка 40 и винт 41 служат осью вращения зоняодержателя 38. Сжатая пружина, помещенная в полость зондодержателя и в полость выступа 43 коромысла 42, стремится повернуть Зондодержатель 38 по часовой стрелке.

Юстировочный винт 44 в теле зондодержателя сферическим концом упирается в выступ 45 коромысла 42. Вращением юстировочпого винта 44 устанавливается нужное положение острия зонда в плоскости параллельной оси вращения коромысла. Коромысло 42 помещено в паз основания 46. Винт 47 является осью вращения коромысла 42 с закрепленным на нем зондодержателем. Пружина, находящаяся в теле коромысла 42, винтом 47 прижимает коромысло к стенке паза основания. Напряженная пружина, помещенная в полость основания 46 и полость коромысла 42, заставляет вращаться коромысло 42 с закрепленным на нем зопдодержателем против часовой стрелки. Коромысло 42 верхней частью упирается в сферический конец юстировочного винта 48. Вращением юстировочного винта 48 зонд перемещается и фиксируется перпендикулярно к оси вращения коромысла. На головках юстировочных винтов имеются шкалы для установки координат зондов.

Для предотвращения самоотворачивания винтов на них надеты пружины 49, 50. Четыре пружины зондодержателя и устройство для перемещения и фиксирования зондов создают напряженную конструкцию и устраняют люфты.

На столик 2 помещают измеряемый образец 3, нажимом рукоятки 26 гидросистемы приводится в действие гидросистема (14 и 15), все коромысла оказываются поднятыми. Рукояткой эксцентрикового механизма 16 освобождают коромысла, при этом шток 25 уходит вниз и зонды получают свободу движения вниз.

Измеряемый обоазеи вводят под зонды, фиксируют координаты измеряемой точки, освобождают рукоятку 26, копомысла начинают движение вниз, и зонды касаются поверхности материала последовательно по схеме, показанной на фиг. 2. После замера удельного сопротивления нажимом на рукоятку 26 поднимают зонды. Столик 3 перемептают в нужное положение в тecтe с образцом 2

и фиксируют новое положение измеряемой точки, затем цикл повторяется.

По окончании работы вращением рукоятки механического эксцентрикового механизма 16 коромысла с зондами поднимаются в верхнее нерабочее положение.

Предмет изобретения

1, Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, устанавливаемых па пpeдмeтнo столе, зондами с системой подвода их к измеряемому объекту, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений, каждый зонд установлен в головке зондодеожателя, укрепленного на своем приводимом от замкнутой гидравлической системы коромысле, снабженном упорами, расположенными с определенным зазором с аналогичными упорами, установленными на других коромыслах, причем величина зазора обеспечивает последовате,пьность опускания зондов.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения строго дозированного

динамического удара зондов, замкнутая гидравлическая система выполнена в виде сильфона с закрепленным в его верхней части пальцем, воспринимающим давление от рычага с ограниченным ходом, соединенного через блок обратного клапана с игольчатым коническим дросселем, помещенным в коническое седло с зазором, обеспечивающим необходимую скорость опускания зопда, с рабочим цилиндром, выполненным в виде сильфона с подпружиненным пальцем, упирающимся в коромысло.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью регулировки межзондовых расстояний, го,1овка зондодержателя выполнена подвижной относительно двух взаимно перпендикулярных осей и снабжена пружинами, выбирающими люфт.

vnT 23

(рцг-Н

S fy8

9S

T

as.Q

J

2

f