Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистимеских
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”
Заявлено 30.111.1971 (№ 1640111/25-8) с арисоединением заявки №вЂ”
Приоритет
Опубликовано ОЗ.Х.1973. Бюллетень № 39
Дата опубликования описания 24.II.1974
Ч К G Olr 31/22
Саеата Ммннстров СССР а двлам изабрвтений и аткрытий
ЪДК 531.7(088.8) 1
I Ф
Автор изобретения
Н. И. Гусаков
Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
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 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. 6 — держатель зонда; на фиг. 7 — разрезы по A — А, 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 для перемещения острия зондов перпендикулярно и парал3О лельно осям вращения коромысел. Безлюф399799
3 товые опоры 8 коромысел выполнены в виде конических винтов с контргайками, вверну|ых 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.
11ри 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 — 035—
0,4 мм. При такои регулировке зазоров между упорами первым поднимается коромысло
6, вторым — коромысло 5, третьим —,коромысло 4 и четвертым — коромысло 7. 11ри 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 обеспечивае.| ся 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
65 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 по. ованной площадкой металлического уп на фторопластовую головку 18 поршня пара материалов имеет очень малыи . циент трения и обеспечивает плавнос| измерительного зонда как при опускании и при подъеме.
15 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 гид росистема. 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 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 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.
Безл|офтовая 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
399799 полость 36, заполненная часовы маслом.
При первоначальной сильной затяжке опоры с залитым в полость 36 часовым маслом IIB баббите отпечатывается полированная поверхность конуса. Зазор между конусом, опорой и баббитовой заливкой чстанавливается и
-фиксируется контргайкой 37.
Зонд 30 из сплава ВК-15М помещен в паз зондодержателя 38 и закреплен хомутом 39.
Зондодержатель 38 через подпружиненную 10 коническую втулку 40 прижат винтом 41 к площадке коромысла 42. Коническая втулка
40 и винт 41 служат осью вращения зонлодержателя 38. Сжатая пружина, помещенная в полость зондодержателя и в полость высту- 15 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- 20 вочного винта 44 устанавливается нужное положение острия зонд а в плоскости параллельной оси вращения коромысла. Коромысло 42 помещено в паз основания 46. Винт 47 является осью вращения коромысла 42 с закреп- 25 ленным на нем зонлодержателем. 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, З0 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- 35 та 48 зонд перемещается 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. 45
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 ос- 50 вобождают коромысла., при этом шток 25 уходит вниз и зонды получают свобочу чвпжения вниз.
Измевяем1..1й обоазе1 вводят пол зонлы, фиксим ют координаты измеряемой точки, освобожла1от р коHT1 По окончании раооты впащением рукоятки механического экспентрикового механ11зма 16 коромысла с зончами почнпхтаются в верхнее нерабочее положение. Предмет изобретения 1. Устройство чля изменения удельного сопротивления полупповолниковых материалов, устанав.чиваемых на ппелметно столе, зондами с системой полвоча их к пзмепяемому объекту. отлича1ощееся тем. что, с печью повьппения точности измеве11ий, каж.1ый зонл установлен в головке зонлолеожателя, укрепленного на своем приволимом от з амкнутой гидравлической системы копомысле, снабженном упорами, расположенными с опоелеленным зазором с аналогичными упорами, установленнь1ми на других коромыслах, причем величина зазора обеспечивает последовательность опускания зондов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения строго чозированного динамического улара зондов. замкнутая гид,равлическая система выполнена в виде сильфона с закрепленным в его верхней части пальцем, воспринимающим давление от рычага с огпаниченным холом, соелиненного через блок обратного клапана с игольчатым коническим лросселем, помещенным в коническое седло с зазором, обеспечивающим необходимую скорость опускания зонда, с рабочим цилиндром, выполненным в виде сильфона с подпружиненным пальцем, упирающимся в коромыс,чо. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с цель.о регулировки межзонловых расстояний, головка зонлолержателя вь1полнена полвижной относительно лвуx взаимно перпенчикучярных осей 11 снабжена пружинамп, выбирающими люфт. 399799 Ф2 A-A ° 0 Э 47 б Б /-/ Фиг. 7 Составитель В. Тупицына Техред Л. Грачева Корректоры: Л. Корбгод и 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, )К-35, Раушская наб., д. 4/5
