Устройство для измерения контактной разности потенциалов
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 измерителЬньм 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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (!9! (!!) (5!)5 Н 01 L 21/66
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
;;:; 3iQAi
„-„ .@чВЖ (;,: ..:"„ ф i iiKA
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 07.03.91. Бюл. В 9 (21) 4068768/25 (22) 20 ° 05.86 (72) А.Н.Седов и Ю.П.Воронцов (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
t!i t022078, кл. G 01 R 29/12, 1982, .
Авторское свидетельство СССР
У 776256, кл. G 01 R 29/12, t979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для массового контроля поверхности полупроводниковых пластик. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов нластин с широким диапазоном отклонений по толщине. Эта цель достигается путем введения в устройство преобразователя напряжение - перемещение, на вход кото. ° рого подается сигнал рассогласования датчика колебаний электромагнитного вибратора и источника опорного напряжения. Причем преобразователь напряжения в перемещение состоит иэ усилителя мощности и линейного электродвигателя, перемещающего по высоте вибратор в зависимости от толщины и рельефа исследуемой полупроводниковой пластины так, чтобы зазор между изме-. рительным зондом оставался постоянным. Датчик колебаний электромагнитного вибратора выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на подвижном элементе электромагнитного вибратора, Сохранение постоянным зазора между измери- @ тельным зондом и поверхностью пластины обеспечивает независимость измеряемой .контактной разности потенциа- С, лов от величины этого эаэора, а то, что зазор устанавливается автомати- Я чески, увеличивает производительность измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
13Г>23
ИзобреtF H«e относится к полупроводников<и< технике и может быть использовано для массового контроля поверхности полупроводниковых
5 пластин.
Цель изобретения — расширение эксплуатационных воэможностей устройства эа счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов пластин с ши.роким диапазоном отклонений по толщине.
На чертеже приведена блок-схема чредлагаемого устройства.
Устройство для измерения контакт,ной разности потенциалов содержит генераторы низкой 1 и высокой 2 частот, электромагнитный вибратор 3, измерительный зонд 4, металлический стол 2р
5 для размещения исследуемой пластины б, усилитель 7, фильтры низкой 8 и высокой 9 частот, синхронный !О и амплитудный 11 детекторы, интегратор
12, компаратор 13, источник 14 опор- 25 ного напряжения, усилитель 15 постоянного тока, индикатор 16, измерительный прибор 17, преобразователь 18 напряжения в перемещение и датчик 19 колебаний электромагнитного вибрато- Зр ра 3. Измерительный зонд 4 через диэлектрик 20 жестко связан с подвижным элементом электромагнитного вибратора 3, который (подвижный элемент) выполнен в виде катушки 2 1, жестко закрепленной на мембранах 22. Преобразователь 18 напряжения в перемещение, в свою очередь, состоит из последовательно соединенных усилителя 23 мощности и линейного электродвигателя 4р
24, установленного на общем основании 25 с электромагнитным вибратором 3.
Выход генератора 1 низкой частоты соединен с катушкой 21 электромагнит- 45 ного вибратора 3 и с первым входом синхронного детектора 10. Выход генератора 2 высокой частоты соединен с измерительным зондом 4, выходом интегратора 12 и входом измерительного 5р 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 1О, выход которого подключен к
á3 2
BxojJ i HI< Te г11атора 1 2 . В» 16 и усилителя мощности 23 преобразователя 18 напряжения в перемещение. Выход усилителя 23 мощности подключен к линейному электродвигателяю 24, который установлен на общем основании 25 с электромагнитным вибратором 3. Датчик 19 электромагнитного вибратора 3 выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на подвижном элементе электромагнитного вибратора 3. Устройство работает следующим образом. Иссдедуемую полупроводниковую пластину б 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 б. Переменное напряжение, прямо пропорциональное контактной разности потенциалов и амплитуде колебаний зонда и обратно пропорциональное расстоянию между зондом 4 и пластиной 6, поступает через стол 5 на вход широкополосного усилителя 7. Одновременно на вход усилителя 7 поступает высокочастотный сигнал, прошедший с генератора 2 высокой частоты через зонд 4 и емкость эонд— пластина. Этот сигнал прямо пропор" ционален величине этой емкости, а . следовательно, обратно пропорционален расстоянию между зондом 4 и пластиной б. С выхода широкополосного усилителя 7 исследуемый сигнал поступает на 62363 40 Формула 3 13 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 потенциалов, 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 компаратора 13,, на второй вход которого поступает опорный (эталонный) сигнал с выхода регулируемого источника 14 опорного напряжения. Величина опорного сигнала обратно пропорциональна расстоянию между зондом 4 и пластиной б. В компараторе 13 осуществляется сравнение 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 (5 постоянного тока этот сигнал подается на входы индикатора 16 и усилителя 23 мощности преобразбвателя 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 электро1 двигатель. 24 обеспечивает перемещение основания 25, а следовательно, установленного на нем электромагнитного вибратора 3 и связанного с ним измерительного зонда 4 в ту или другую сторону (вверх или вниэ) на величину, определяемую знаком и величиной сигнала рассогласования, формируемого на выходе усилителя 15 постоянного тока. Т.е. при увеличении расстояния между измерительным зондом 4 и исследуемой, пластиной б устройство отрабатывает описанным образом сигнал раэбаланса так, что измерительный зонд 4 опускается до заданного расстояния зонд — пластина. При этом сигнал раэбаланса на выходе усилителя 15 постоянного тока становится равным нулю, в результате чего прекращается перемещение основания 25 и, следовательно, вибратора 3 с измерительным зондом 4. Аналогичным образом при отклонении расстояния зондпластина 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 поднимается и производится смена пластин б. Таким образом, устройство обеспечивает перемещение электромагнитного вибратора 3 во всем диапазоне сигналов раэбаланса без изменения частоты его механического резонанса, что повышает точность измерения контактной разности потенциалов пластин и исклю чает необходимость перестройки устройства при смене пластин. Это позволяет использовать устройство в автоматических линиях для контроля параметров пластин в условиях массового производства. изобретения 1. Устройство для измерения контактной разности потенциалов, содер жащее генераторы низкой и высокой частот, электромагнитный вибратор, измерительный зонд, связанный с подвижным элементом электромагнитного вибратора, металлический стол для размещения измеряемой пластины, усилитель, фильтры низкой и высокой частот, синхронный и амплитудный детекторы, интегратор, компаратор, источник опорного напряжения, усилитель постоянного тока, индикатор и измери тельный прибор причем выход генера) тора низкой частоты соединен с первым входом синхронного детектора и электромагнитным вибратором, измерительный зонд размещен над поверх5 13 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, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей устройства эа счет повышения точности и производительности измерения контактной разности потенциалов пластин с широким диапазоном отклонений по толщине, в него введен преобразователь напряжения в перемещение, а 62363 6 электромагнитный вибратор снабжен датчиком колебаний, при этом преобра-, зователь напряжения в перемещение 5 своим входом соединен с выходом усилителя постоянного тока и имеет механическую связь с электромагнитным вибратором, а датчик колебаний соединен с входом генератора йизкой час1О тотые 2; Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь напряжения в перемещение выполнен 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 ич а ю щ е е с я тем, что датчик колебаний электромагнитного вибрато25 ра выполнен в виде дополнительной катушки индуктивности, установленной на подвижном элементе электромагнитного вибратора. 1362363 Составитель Л.Смирнов Редактор Т.Иванова Техред JI.ÎëåéHHK Корректор А.Зимокосов Заказ 1058 Тираж 366 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4
