Brevet FR2250992A1 — publié le 19750606

L'invention concerne un dispositif permettant de déterminer une grandeur physique d'un corps semiconducteur, ce dispositif comportant des pointes palpeuses pouvant être mise en contact avec le corps semiconducteur, ces pointes palpeuses étant en liaison avec un circuit de mesure électrique. Un dispositif de ce genre peut notamment être utilisé pour mesurer la résistance par carré, la résistivité, la résistance de fuite, la concentration de dopage, l'épaisseur, etc., d'une couche semiconductrice. Pour déterminer la résistance par carré d'une couche semiconductrice, mesure qui est souvent effectuée, on réalise des mesures en quatre points. Âvec ces mesures en quatre points il peut se présenter des difficultés qui sont décrites en détail dans n Solid State Technology "; juin 1969, pages 68 à 70. Le dispositif de mesure à quatre points décrit dans cette publication ne satisfait pas encore dans les cas où des exigences très sévères sont posées tant à ltégard de la précision qu'à l'égard des faibles pertes de résistance de fuite, ainsi qu'à la faible usure des pointes palpeuses. L'invention a pour but de fournir un dispositif du genre envisagé ci-dessus qui satisfait à des exigences très sévères et avec lequel également des propriétés physiques de matériaux à forte résistance ohmiques et de minces couches épitaxiales peuvent être déterminées avec une très grande précision. Pour atteindre ce but les pointes palpeuses sont, suivant l'in vention, fixées à des bras qui comportent chacun un axe qui fait partie dlun palier pneumostatique, tandis qu'un mécanisme de mouvement est prévu pour les bras, qui fait effectuer aux pointes palpeuses un mouvement vers le corps semiconducteur et à partir de celui-ci.Les paliers pneumostatiques assurent une précision extrême de l'ajustage de sorte, qu'également, la position mutuelle des pointes palpeuses est déterminée avec une très grande précision . Etant donné que la résistance électrique des paliers pneumostatiques est infiniment grande il ne se produit pas de résistance de fvite de sorte que lé résultat de la mesure satisfait aux exigences les plus sévères. Be mécanisme de mouvement fait en sorte que les pointes palpeuses n'exercent qu'une faible pression contre le corps semiconducteur de sorte que le matériau semiconducteur n'est pas endommagé et que l'usure des pointes palpeuses est très faible. Dans une forme de réalisation préférée du dispositif conforme à l'invention les bras sont réalisés sous la forme de bras pivotants qui comportent chacun un axe de pivotement qui fait partie d'un palier pneumostatique. Cette forme de réalisation est avantageuse pour la stabilité mécanique du dispositif et elle offre une possibilité simple pour le déplacement des pointes palpeuses vers le corps semiconducteur et à partir de celui-ci. Dans une autre forme de réalisation le mécanisme de mouvement comporte un support qui est ajustable dans un mouvement de haut en bas à l'aide d'un organe d'entraînement; agissant sur lui tandis qu' il comporte un organe de palier pneumostatique qui freine le support à proximité de la fin de la course vers le basEL'organe d'entraînement assure un ajustage rapide jusqu'à ce que les pointes palpeuses se trouvent à proximité du corps semiconducteur tandis que l'organe de palier pneumostatique forme, en coopération avec la surface du corps semiconducteur, un coussin d'air de sorte que les pointes palpeuses atteignent le corps semiconducteur en douceur et que l'endommagement ou l'usure sont réduits. De préférence les bras reposent sur des organes de soutien qui sont fixés au support alors que les bras, par suite de l'attraction terrestre, suivent le mouvement des organes de support. L'ajustage des bras se fait dans ce cas en souplesse et la pression des pointes sur le corps semiconducteur peut être ajustée à volonté. Dans une autre forme de réalisation le support est fixé à des organes élastiques ayant la forme de lames élas- tiques qui assurent un mouvement du support parallèlement & lui- même. Les lames de ressort forment un dispositif de guidage fonctionnant avantageusement alors que l'organe d'entraînement est simple à réaliser. Le support peut essentiellement avoir la forme d'un fer à cheval et les bras des pointes palpeuses peuvent former entre eux un angle et être dirigés sensiblement à angle droit vers le support. Un agencement simple des bras est de ce fait possible tandis que la distance entre les pointes palpeuses peut être très faible. Dans une forme de réalisation avantageuse du point de vue constructif le support comporte une pièce en forme de pont qui dans 1a position de mesure est située an-dessus d'une table sur laquelle repose le corps semiconducteur alors que le palier pneumo statique pour le freinage de la course vers le bas du support est monté dans la pièce en forme de pont. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en plan du dispositif. la figure 2 est une vue latérale du dispositif alors que pour la -clarté on a supprimé quelques détails. La figure 3 montre à plus grande échelle un bras de support avec pointe palpeuse. La figure 4 représente un dispositif d'entrai- nement pour le support. La figuré 5 représente un support de plaque. Sur les figures 1 et 2 on a représenté comme exemple un dispositif de mesure à quatre points avec lequel par exemple on peut mesurer avec une très grande précision la résistance par carré d'une couche semiconductrice. Sur une embase 1 se trouvent des poutres verticales 2. Un support 3 comporte une partie en forme de fer à cheval 4 qui est fixé à l'aide de lames de ressort 5 sur les poutres 2.Il se trouve de part et d1autre du support deux lames de ressort 5 qui forment un dispositif de guidage pour le support 3 de sorte que celui-ci peut se déplacer principalement dans une position parallèle à 1 'embase 1 dans un mouvement de va-et-vient. Â la partie en forme de fer à cheval 4 est fixée une pièce en forme de pont 10 qui comporte un support semi-circulaire 7. Sur le support 7 se trouvent quatre supports 8 ( voir également la figure 3 ) auxquels est fixé un organe de soutien 9 de façon à pouvoir pivoter-à l'aide d'un boulon 10. les organes de support 9 sont chacun munis d'une tige Il sur laquelle repose un bras 12. Â l'aide d1un boulon 10 qui traverse une ouverture dans les organes due support et qui est-vissé dans le support 4, et un ressort 41 qui tend à repousser l'organe de soutien 9 vers le haut la position de la tige Il est ajustable. Aux extrémités dirigées l'une vers l'autre des bras 12 est fixée une pointe palpeuse 13. Les autres extrémités des bras 12 sont incorporées dans un corps de couplage 14 qui est relié à un axe de charnière 15. Les axes de charnière 15 se trouvent dans des manchons de palier 16 et sont renfermés axialement entre des couvercles 17. Dans les manchons de palier 16 se trouvent des canaux circulaires 18 qui débouchent dans des creux 19 répartis autowuS de la périphérie du manchon. Dans les couvercles 17 sont prévus des évidements 20 et 21. Â la fois dans les canaux 18 comme dans les évidements 20 et 21 est introduit un gaz sous pression, par exemple de l'air par l'intermédiaire de la pièce d'ådmission 22. Les manchons de palier 16 et les axes 15 forment des paliers radiaux pneumostatiquestandis que les couvercles 17 avec les ex trématés d'axe agissent comme paliers axiaux pneumo statiques. La précision de ces paliers à gaz statiques est comme on le sait très grande, de sorte que l'on peut obtenir un ajustage excessivement précis des bras 12 et également par conséquent des pointes palpeuses 13. D'autre part la résistance de friction est pratiquement nulle ce qui permet un déplacement léger des'bras 12. Entre les axes 15 dune part et les manchons de palier 16 et les couvercles 17 d'autre part se trouve toujours uuL entrefer de sorte que la résistance électrique est infiniment grande et que les pertes par fuite vers le circuit de mesure sont évitées. Sur le support 3 agit un organe d'entrntne- ment qui sert au déplacement du; support et par conséquent également des pointes palpeuses vers le haut et vers le bas. La forme de réalisation du dispositif d'entraînement n'est pas essentielle pour l'invention et un exemple en est représenté sur la figure 4. A la partie 4 du support 3 est fixé un boîtier 25 dans lequel se trouve un ressort 28 relativement lâche et qui est fermé à l'aide d'un couvercle 24. Une tige 26 traverse la partie 4 et une paroi du boîtier 28. A la partie inférieure, la tige comporte unepar- tie en forme de piston 27 contre laquelle repose le ressort 28. Â la partie supérieure la tige 26 présente un piston 29 qui est placé-dans un cylindre pneumatique, non représenté, et qui peut déplacer la tige 26 de haut en bas et de bas en haut. La pièce en forme de pont 6 comporte un alésage 35 qui reçoit un gaz par exemple de l'air sous pression par lçintermédiaire d'un organe de connexion 37. Le gaz s'écoule vers un évidement 36 qui est dirigé vers le corps semiconducteur 32 et se trouve au-dessus de celui-ci. Si le support 3 et par conséquent également la pièce en forme de pont 6 est déplacé vers la plaque semiconductrice 32 ( le déplacement vers le bas de la tige 26 de organe d'entraînement ) il se forme pour une distance suffisamment faible un coussin d'air entre la pièce en forme de pont et la plaque semiconductrice qui freine le mouvement que donne l'organe d'entraînement au support. La tige 26 peut se déplacer davantage, le support ne se déplace plus, seul le ressort 28 est tendu.Les bras 12 oui reposent sur les tiges Il des organes de support 9 suivent le mouvement du support par suite de leur propre poids. Eventuellement ce mouvement peut être aidé par des ressorts 25 qui ne doivent exercer qutune faible force. Une table 30 ( figure 5 ) comporte à sa partie supérieure des rainures 31 qui sont connectées à un système à vide non représenté. Sur la table 30 peut se trouver un corps semiconducteur par exemple une plaque semiconductrice 32 qui y est maintenue à l'aide du vide. Ta table 30 peut être déplacée suivant deux directions orthogonales de sorte que n'importe quelle poutre de la plaque semiconductrice 32 peut être amenée au-dessous des pointes palpeuses 13. Be dispositif représenté convient particulièrement bien pour mesurer des couches d'un corps semiconducteur à forte résistance ohmique ou des couches minces, par exemple élaborées épitaxialement. Les extrémités des pointes palpeuses 13 sont dans ce cas en général placées suivant une ligne droite et se trouvent à une certaine distance de la plaque. Dans l'exemple de réalisation représenté les bras 12 sont placés de telle façon que la distance entre les pointes lorsqu'elles appuient contre la plaque a une valeur désirée précise, par exemple 630 microns. Bes pointes palpeuses 13 sont reliées par l'intermédiaire des bras 12 à des conducteurs électriques. Un courant est transmis à travers les deux pointes palpeuses extérieures. La tension qui apparaît aux bornes des deux pointes intérieures est représentée par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure et est une indication pour la résistance par carré de la couche semiconductrice. Après ce qui est décrit ci-dessus le fonctionnement du dispositif n'a besoin que peu d'explication. À l'aide de l'organe d'entraînement le support 3 est déplacé vers le haut par rapport à l'embase I ( le piston 27 tire le support vers le haut ). Bes ressorts 5 remplissent la fonction de disposi tif de guidage. Lors de ce déplacement vers le haut les tiges Il des organes de soutien 9 entraînent les bras de pivotement 12 vers le haut alors que les bras de pivotement pivotent autour de leur axe de palier 15. La table 30 sur laquelle est maintenue la plaque semiconductrice 32 à l'aide du vide est alors amenée dans la position désirée au-dessous des pointes palpeuses 13. Lorsque cette position de la plaque semiconductrice est atteinte l'organe d'entraînement provoque un mouvement rapide vers le bas du support 3 ( le piston 29 est déplacé rapidement vers le bas ).Si d'autre part l'évidement 36 de la pièce en forme de pont 6 arrive à proximité de la plaque semiconductrice 32 le mouvement vers le bas du support est freiné par le coussin d'air qui se forme entre la pièce en forme de pont 6 et la plaque semiconductrice 32 ( la tige 26 de l'organe d'entraînement peut se déplacer davantage sous la pression du ressort 28 ). Les pointes palpeuses 13 qui suivent le mouvement des organes de support 6 n'arrivent par suite du freinage par le coussin d'air qu'avec une faible vitesse sur la plaque semiconductrice de sorte que lton empêche I'endom- magement de cette plaque et l'usure des pointes.Lorsque les pointes palpeuses reposent sur la plaque semiconductrice le support 3 se déplace encore un peu vers le bas de sorte que les bras pivotants 12 ne reposent plus sur les tiges Il des organes de support. Les pointes palpeuses reposent avec une pression ajustable sur la plaque semiconductrice, cette pression pouvant être égale à environ 40 g. Dans la position de mesure ainsi obtenue, du courant est lancé dans les pointes palpeuses extérieures. La tension qui apparaît sur les pointes palpeuses intérieures est représentée par un circuit de mesure électrique et est une indication de la résistance par carré de'la couche semiconductrice. Les paliers à air pneumostatiques des bras pivotants empêchent qu'il se produise des pertes de résistance électriques. Aussi bien de ce fait que par suite de la grande précision de l'ajustage des pointes-palpeuses on obtient un résultat de mesure très précis. La mesure peut successivement être réalisée en différents emplacements de la plaque semiconductrice de sorte que l'on obtientune bonne idée de la résistance sur toute la plaque semiconductrice. Comme on l'a déjà fait remarquer, d'autres mesures que celles à quatre points sont possibles. On peut éventuellement utiliser un nombre inférieur de bras pivotants, par exemple trois. Tout le dispositif peut au besoin être entouré par une cage métallique pour empêcher les perturbations électriques. Il est évident que le dispositif représenté n'est qu'un exemple de réalisation de l'invention et que dans le cadre de celle-ci d'autres solutions sont possibles. G'est ainsi qu'il n'est pas nécessaire que les bras 12 soient réalisés sous la forme de bras pivotants; ils peuvent fonctionner également comme bras coulissants alors que par exemple un axe placé verticalement est déplaçable dans un palier pneumostatique. Bes bras pivotants s'avèrent cependant plus avantageux du point de vue construction. D'autre part il n'est par exemple pas nécessaire que les bras pivotants soient répartis régulièrement sur un angle de 180 - d'autres agencements sont également possibles. I1 sera clair pour le spécialiste que d'autres modifications de construction sont également possibles. REVENDICATIONS: 1. Dispositif permettant de déterminer une grandeur physique d'un corps semiconducteur, ce dispositif comportant des pointes palpeuses pouvant être mises en contact avec le corps semiconducteur, ces pointes palpeuses étant en liaison avec un circuit de mesure électrique, ce dispositif étant caractérisé en ce que les pointes palpeuses sont fixées à des bras qui comportent chacun un axe qui fait partie d'un palier pneumostatique, tandis qu'un mécanisme de mouvement est prévu pour les bras, qui fait effectuer aux pointes palpeuses un mouvement vers le corps semiconducteur et à partir de celui-ci, 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras sont réalisés sous la forme de bras pivotants qui comportent chacun un axe de pivotement qui fait partie d'un palier pneumostatique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme de mouvement comporte un support qui est ajustable dans un mouvement de haut en bas à l'aide d'un organe d'entrainement agissant sur lui tandis qu'il comporte un organe de palier pneumostatique qui freine le support à proximité de la fin de la course vers le bas. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les bras reposent sur des organes de soutien qui sont fixés au support alors que les bras, par suite de l'attraction terrestre,: suivent le mouvement des organes de support. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le support est fixé à des organes élastiques ayant la forme de lames élastiques qui assurent un mouvement du support parallèlement à lui-meme. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le. support a essentiellement la forme d'un fer à cheval et les bras des pointes palpeuses peuvent former entre eux un angle et être dirigés sensiblement à angle droit vers le support 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le support comporte une pièce en forme de pont qui dans la position de mesure est située au-dessus d'une table sur laquelle repose le corps semiconducteur alors. que le palier pneumostatique pour le freinage de la course vers le bas du support. est monté dans la pièce en forme de pont.