Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

Союз Советских Социалистицеских РеспубликЗависимое от авт. свидетельства-Заявлено 30.111.1971 ( 1640111/25-8)с арисоединением заявки-ПриоритетОпубликовано ОЗ,Х.1973, Бюллетень39Дата опубликования описания 24.11.1974 Ч К б 01 г 31/22 Саевта Миииотров СССР оо делам изабрвтений и открытийУДК 531,7(088.8) Авторизобретения Н. И, Гусаков Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к измерительным устройствам, применяемым в полупроводниковой промышленности для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов,Известны четырехзондювые 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 каждыи 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. б - держатель зонда; на фиг. 7 - разрезы по А - А, Б - Б, В - В и1 - Г на фиг. б.На общем основании 1 укреплен столик 2для 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 по мощью которого устанавливается заданноедавление на острие зонда. На коромыслах смонтированы держатель зонда и безлюфтовые устройства 12, служащие для перемещения острия зондов перпендикулярно и паралзо лельно осям вращения коромысел. Безлюф 399799510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3товые опоры 8 коромысел выполнены в виде конических винтов с контргайками, ввернуых в стоику 13. Исполнительный гидравлическии блок, служащии для быстрого подъема и плавного опускания зондов на измеряемьш образец, состоит из узла игольчатого дросселя с обратным клапаном 14 и подъемного узла 15, механический эксцентриковый узел 16 служит для подъема зондов в верхнее положение, когда установка не работает.11 ри 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 Ь и 7, опирающимися соответственно на упоры 19 и 22, также заставляют коромысла 5 и 7 подниматься. Коромысло 4 опирается своим резьбовым упором 23 на упор 24, жестко связанный с коромыслом 5, в результате и коромысло 4 также поднимае- ся. Величину зазора при опущенных 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 такои регулировке зазоров между упорами первым поднимается коромысло 6, вторым - коромысло 5, третьим - ,коромысло 4 и четвертым - коромысло 7, 11 ри опускании коромысел 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 обеспечиваеся 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. Исполнительный блок укреплен на общем основании и состоит из узла игольчатого дросселя с обратным клапаном 14 и подъемного узла 15, соединенных между собой металлической трубкой.Гидросистема заполнена автомобильной тормозной жидкостью. Эта гидросмесь не меняет своей вязкости при колебаниях комнатной температуры, поэтому скорость опускания зонда остается постоянной.При нажатии на 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 сильфопа 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, па котором установлен измерительный зонд, опирается пол "ованной площадкой металлического уп на фторопластовую головку 18 поршняпара материалов имеет очень малыциент трения и обеспечивает плавносизмерительного зонда как при опускани.и при подъеме.Ь предложенном устройстве поршни гид системы выполнены из тонкостенных томп ковых сил ьфонов, 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. Скорость опускания пальца 17 продолжает оставаться постоянной, поэтому постепенно плавно увеличивается нагрузка на острие зонда. Площадь отпечатка зонда на измеряемом материале одинакова,Стабильность межзондового расстояния обеспечивается тем, что ось вращения коро. мысла 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 межзондового расстояния определяется малыми изменениями косинуса угла близкого к 90, что и обеспечивает постоянство межзондового расстояния в пределах класса точности устройства.Остальные 3 коромысла отличаются лишь 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.Безлофтовая 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, иполость 36, заполненная часовы 1 маслом. При первоначальной сильной затяжке опоры с залитым в полость 36 часовым маслом ца баббите отпечатывается полированная поверхность конуса. Зазор между конусом, опорой и баббитовой заливкой чстацавливается и -фиксируется контргайкой 37.Зонд 30 из сплава ВКЧ помещен в паз зондодержателя 38 и закреплен хомутом 39. Зондодержатель 38 через подпплкипенпую 10 коническую втулку 40 прижат винтом 41 к площадке коромысла 42. Коническая втулка 40 и винт 41 служат осью впащения зонлодержателя 38. Сжатая пружина, помещенная в полость зондодержателя и в полость высту па 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 юстиро вочного 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 закреп ленным на нем зондодержателем. Пружина, находяшаяся в теле коромысла 42, винтом 47 прижимает коромысло к стенке паза основания, Напряженная пружина, помещенная в полость основания 46 и полость коромысла 42, ЗО заставляет вращаться коромысло 42 с закрепленным на нем зондодержателем против часовой стрелки. Коромысло 42 верхней частью упирается в сферический колец юстировочного винта 48. Вращением юстировочного вин та 48 зонд перемешается и фиксируется перпендикулярно к оси вращения коромысла. На головках юстировочных винтов имеются шкалы для установки координат зондов.Для предотвращения самоотворачивания 40 винтов на них надеты пружины 49, 50. Четыре пружины зондодержателя и устройство для перемещения и фиксирования зондов создают напряженную конструкцию и устраняют люфты. 45На 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 ос вобождают коромысла., при этом шток 25 уходит вниз и зонды получают свобочу чвцжения вниз. Измен "емый обо азец вводят пол зонды, фиксим ют координаты измеряемой точки, освобожча 1 от ркоятк 26, когомьсча начинают движение вццз, и зонды касаются поверхности матерна ча последовательно по схеме, показанной ца фиг. 2. После замера удельного сопротивления нажимом ца рукоятку 26 поднимают зонды. Столик 3 пепемещают в неюжное положение весте с образцом 2 и фиксиру 1 от новое положение измеряемой точки, затем цикл повторяется.По окончании работы впагпецием рукоятки механического экспентрикового механизма 16 коромысла с зоцчами почнцма 1 отся в верхнее нерабочее положение.Предмет изобретения1. Устройство чля изменения удельного сопротивления полупповочниковых матевиалов, устанав,чиваемых ца ппедметцом столе, зондами с системой подвода цх к цзмепяемомч объекту, отличающееся тем, что, с печью повьппения точности измерений, каждый зонд установлен в головке зондолеожателя, укрепленного на своем приводимом от замкцутой гидравлической системы копомысле, снабженном упорами, расположенпымп с оппеделенным зазором с аналогичными упорами, установленньми на других коромыслах, причем величина зазора обеспечивает последовательность опускания зондов.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения строго позированного динамического удара зондов. замкнутая гид,- равлическая система выполнена в виде силь- фона с закрепленным в его верхней части пальцем, воспринимающим давлецие от рычага с огпаничецным 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 ковомыс,чо.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с цель.о регулировки межзоцдовых расстояний, головка зоцдодержателя выполнена подвижной относительно чвух взаимно перпенчикучярных осей и снабжена пружццамп, выбирающими люфт.399799 2 А-АОЕ 47 бБ Г- Г Фцг. 7 Составитель В. Тупицына Техред Л. Грачева Корректоры: Л. Корбгоди А, Николаева Редактор Т. Шагова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 222/16 Изд.42 Тираж 755 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 475