Brevet FR2548348A1 — publié le 19850104

La présente invention a pour objet un dispositif pour la mesure du diamètre et de la longueur des méplats d'une plaque circulaire, applicable en particulier aux plaquettes de silicium utilisées en électronique. Ces plaquettes de silicium sont généralement des éléments monocristallins et l'on prévoit au moins un méplat afin d'en. indiquer. l'orientation cristallographique. Dans certains cas, on prévoit plusieurs méplats, par exemple deux à 900 l'un de l'autre, pour faciliter le positionnement de ces plaquettes dans une équerre. A l'heure actuelle, la mesure des diamètres et de la longueur des méplats de ces plaquettes s'effectue soit au pied à coulisse, soit à l'aide d'un comparateur optique, mais ces deux méthodes présentent des inconvénients importants. Dans le cas du pied à coulisse, la qualité de la mesure dépend de la façon dont on dispose la plaquette entre les deux becs,-de la force appliquée sur le bec mobile et enfin de la qualité de lecture des graduations, c'est-à-dire de l'opérateur.D'autre part, la manipulation de ces plaques généralement très minces (épaisseur inférieure à 1 mm) induit des risques importants de détérioration ou de casse. Enfin, la fiabilité de la mesure est discutable, compte tenu des éléments ci-dessus. L'utilisation d'un comparateur optique (méthode retenue pour la normalisation internationale) permet une meilleure fiabilité, mais cette méthode exige un appareillage coûteux et d'emploi peu pratique. En effet, la plaquette doit être installée sur un support plan de manière à ce qu'un bord soit en coincidence avec une ligne de référence et il faut faire tourner la plaque jusqu'à ce que le méplat à mesurer soit parallèle à une ligne mobile de mesure. Cette opération est délicate et si on veut effectuer d'autres mesures sur la même plaquette, il faut recommencer le positionnement, en général manuel, avec tous les risques d'erreur qu'il comporte. De plus1 les extrémités du méplat peuvent être plus ou moins arrondies, ce qui augmente les risques d'erreur sur la mesure de la longueur réelle du méplat. La présente invention a justement pour but d'éliminer ces inconvénients grace à un dispositif qui permet un positionnement facile de la plaquette et une mesure de diamètre et de longueur de méplat simple et fiable. Selon la principale caractéristique du dispositif objet de l'invention, celui-ci comprend : - une plaque support, - un comparateur monté sur ladite plaque support, - un galet fixe, dont l'axe est fixe par rapport à la plaque support, et disposé de telle sorte que les points de la plaque à mesurer en contact avec ce ga let fixe et avec le palpeur du comparateur soient diamétralement opposés, - un galet mobile équipé de moyens de déplacement lui permettant de se déplacer par rapport à la plaque support sensiblement suivant un diamètre de la plaque à mesurer, et - un système d'entrainement en rotation de la plaque à mesurer. Dans un mode de réalisation préféré, le système d'entraînement est monté sur un bras à ressort afin que la force d'appui de la plaque soit suffiaan- te pour permettre son entraînement. Selon une autre caractéristique du dispositif objet de l'invention, le comparateur est équipé d'un vernier permettant de lire directement la longueur du méplat en fonction du diamètre apparent mesuré. L'expression "diamètre apparent" désigne le diamètre perpendiculaire au méplat et aboutissant donc au milieu de celui-ci comme cela sera expliqué plus en détail ci-dessous dans la suite du présent texte. Dans certains cas, et en particulier si la plaque à mesurer comporte deux méplats opposés, il est utile de prévoir un deuxième galet mobile pouvant se déplacer suivant un diamètre de la plaque à mesurer et disposé, par rapport au premier, de l'autre côté de la ligne reliant les points de contact de la plaque à mesurer avec le palpeur du comparateur et le galet fixe. Selon une autre caractéristique du dispos i- tif de mesure objet de l'invention, l'extrémité du palpeur du comparateur en contact avec la plaque à mesurer comprend un roulement à billes monté sur un support afin d'éliminer les frottements lorsqu'on met la plaque en rotation. Enfin, selon une dernière caractéristique de ce dispositif, le palpeur du comparateur peut être équipé d'une butée pouvant venir en contact avec une extrémité du bras afin que l'éloignement du palpeur de la plaque provoque en même temps l'éloignement du système d'entraînement. L'invention apparattra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de dessus du dispositif objet de l'invention, et - la figure 2 est une vue de côté du dispositif représenté à la figure 1. On voit sur la figure 1 que le dispositif comporte essentiellement une plaque support 2 horizontale sur laquelle est monté un comparateur 4 équipé d'un palpeur 6. Le dispositif comporte en outre un galet fixe 8 et un galet mobile 10 ainsi qu'un système d'entraînement 12 de la plaque à mesurer 14 qui sera décrit en détail ci-dessous. Le palpeur 6 du comparateur 4 comporte à son extrémité en contact avec la plaque 14 un roulement à billes 7 monté dans un logement 9.Le galet fixe 8 est en fait mobile en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la plaque 14, mais cet axe est fixe par rapport à la plaque support 2 et c'est dans ce sens que l'expression galet fixe" sera utilisée dans la suite de cette description. B'em- placement du galet fixe 8 par rapport-à la plaque 2 est tel que le point de contact de ce galet avec la plaque soit diamétralement opposé au point de contact de cette plaque avec le roulement à billes 7 monté à l'extrémi- té du palpeur 6 du comparateur 4.Le galet mobile 10 est également mobile en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la pièce 14r mais il est monté sur un support 11 qui peut se déplacer à laide d'une vis 13, le déplacement s'effectuant sensiblement suivant un diamètre de la pièce 14. Eventuellementt on peut prévoir un deuxième galet mobile 10a, représenté schématiquement en traits mixtes sur la figure, disposé du côté opposé au premier galet mobile 10 par rapport au diamètre joignant les points de contact de la piece 14 avec le gilet fixe & et le palpeur 6 du comparateur : le rôle de ce deuxième galet mobile- sera expliqué plus en détail ci-après. Le système d'entraînement, également visible sur la figure 2, est constitué par un galet 16 monté sur un bras 18. Ce dernier est constamment sollicité dans le sens de la flèche F1 par un ressort en spirale 20, de sorte que le galet 16 appuie la plaque 14 sur les galets 8 et 10 avec une force constante quels que soient le diamètre et l'orientation de la plaque 14, et même si le méplat 26 de cette dernière est en contact avec l'un ou l'autre des galets 8, 10, 16. L'extrémité 21 du bras 18 opposée au ressort 20 peut venir au con tact d'une butée 22 ménagée dans le boîtier 9 servant au logement du roulement à billes 7. Un levier 24 permet d'éloigner le palpeur 6 de la pièce 14 lorsqu'on veut retirer celle-ci une fois les mesures terminées. Lorsqu'on fait pivoter le levier 24 dans le sens de la flèche F2, du fait que l'extrémité 21 du bras 18 est en appui sur le boîtier 9, ceci a pour effet de faire pivoter légèrement le bras 18 dans le sens opposé à celui de la flèche F1 et donc d'éloigner le galet 16 de la plaque 14. I1 est à remarquer qu'en position de travail, l'extrémité 21 du bras 18 n'est pas en contact avec la butée 22, mais reste à quelques millimètres de celle-ci car, s'il y a contact, on risque d'introduire des erreurs de mesure. C'est seulement lorsqu'on éloigne le comparateur de quelques millimètres de sa position de travail que le boîtier 9 provoque une légère rotation du bras 18. Pour éviter que la pièce 14 ne tombe une fois que le système d'entraînement 12 a été éloigné de sa position de travail1 on a prévu sur les galets fixe 8 et mobile 10 ainsi que sur le galet 16 une partie en forme de tronc de cone qui retient la plaque- en attendant qu'on l'enlève. Les parties en forme de tronc de cône 15, 17 et 19 des galets 8, 10 et 16 sont visibles sur la figure 2. On voit également sur cette figure que le galet 16 du système d'entraînement 12 a une autre partie de forme tronconique 23, mais cette dernière sert uniquement à faciliter sa mise en rotation à la main à l'aide du bouton moleté 25. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant d'autres moyens pour la mise en rotation du galet 16. On voit encore que le positionnement de la plaque 14 est constant grâce à des gorges telles que 25 prévues sur les galets 8 et 10 et à une dépouille 27 ménagée sur le galet d'entrainement 16. On va maintenant décrire le déroulement d'une mesure à l'aide du dispositif objet de l'invention. On commence par éloigner le palpeur 6 et le système d'entraînement 12 de leur position de travail en manoeuvrant le levier 24 dans le sens de la flèche F2 et on dépose la plaquette 14 sur les parties coniques des galets 8, 10 et 16. Le levier 24 est ensuite relâché, ce qui a pour effet de ramener le bras 18 dans sa position normale de travail et de placer automatiquement la pièce 14 en position de mesure sur les galets et le système d'entraînement, cette position de mesure étant celle représentée à la figure 2. On fait tourner le galet 16 à l'aide du bouton moleté 25 afin de mettre la pièce 14 dans une position telle que le ou les méplats qu'elle comporte ne soient en contact ni avec le roulement à billes 7 du palpeur, ni avec les galets 8, 10 ou 16.Le centrage de la plaquette est obtenu en déplaçant le galet mobile 10 à l'aide de la vis 13 jusqu'à ce qu'on obtienne la valeur maximale du diamètre sur le cadran du comparateur : à ce moment-là, les points de contact de la pièce 14 avec le roulement à billes 7 d'une part et le galet fixe 8 d'autre part sont diamétralement opposés. Lorsqu'on a pu ainsi mesurer le diamètre nominal de la plaque 14, on la fait tourner en manoeuvrant à nouveau le galet d'entraine- ment 16 jusqu'à ce que le méplat 26 vienne en contact avec le roulement à billes 7. C'est lorsque le comparateur indique la valeur minimale du diamètre apparent que le méplat est rigoureusement perpendiculaire au diamètre reliant les points de contact de la pièce 14 avec le galet fixe et le palpeur.La longueur > du méplat est liée au diamètre D de la plaque et au diamètre apparent D1 mesuré par le comparateur par la relation mathématique suivante La mesure de la longueur du méplat se fait de la manière suivante : on mesure d'abord le diamètre nominal de la plaquette comme indiqué ci-dessus. On tourne ensuite le vernier équipant le cadran du comparateur de manière à ce que l'index "diamètre nominal" soit en face du diamètre indiqué par le comparateur. Le vernier a été réalisé à partir de l'index de référence du diamètre nominal et de la relation ci-dessus.- On tourne ensuite la pièce 14 pour amener le méplat en face du palpeur 6 du comparateur jusqu'à ce que l'indication soit minimale. On lit ainsi la valeur D1 du diamètre apparent, et, en face de l'aiguille, on lit sur la graduation correspondante la longueur du méplat.Par exemple, dans le cas d'une plaquette de trois pouces de diamètre, on mesure un diamètre nominal de 76,08 mm, puis après rotation de la plaquette, on mesure le diamètre apparent qui est de 75,69 mm, c1est-à-dire une longueur de méplat de Il mm. I1 est à remarquer que le procédé de mesure ci-dessus n'est pas utilisable s'il y a deux méplats diamétralement opposés. Dans ce cas, pour pouvoir faire la mesure malgré- tout, on prévoit un deuxième galet mobile lOa (figure 1) semblable au premier 10 et placé dans une position à peu près symétrique de celui-ci par rapport à la ligne joignant le palpeur 6 du comparateur au galet fixe 8. Ceci empêche que le méplat opposé au méplat à mesurer 26 ne repose contre le galet 8 : seules les parties courbes de la pièce 14 reposent contre les galets et le diamètre apparent est mesuré comme si la partie opposée au méplat 26 était une partie circulaire.Une fois les mesures terminées, on éloigne le comparateur à l'aide du levier 24, ce qui a pour effet d'éloigner le bras 18 et donc le système d'entraînement 12 et la plaque peut être enlevée comme indiqué cidessus, On comprend d'après ce qui précède que le dispositif objet de l'invention ne peut s'appliquer que pour un seul diamètre nominal (+ 1 mm) des plaques 14. Cependant, ceci n'est pas un inconvénient dans la mesure où ces appareils sont simples à fabriquer et donc peu couteux, et on peut prévoir autant d'appareils que de diametres nominaux de plaques à mesurer. On peut encore, bien entendu, prévoir d'adapter un tel dispositif pour plusieurs diamètres nominaux en élolgnant plus ou moins les galets tels que 8 et 10 ainsi que le dispositif d'entralnement 12 et le bras 18 si la plaque support 2 est suffisamment vaste. Le dispositif objet de l'invention presente des avantages particulièrement intéressants dont le premier est de permettre une mesure précise et surtout fiable des caractéristiques dimensionnelles des plaques circulaires utilisables en particulier dans l'industrie électronique. De plus, on évite les risques de détérioration et de contamination qu'entraîne la manipulation des plaquettes puisqu'il nty a pas lieu d'en toucher les faces. Enfin, le coût d'un tel appareil est nettement inférieur à celui d'un comparateur optique du commerce, m8me si on le prévoit utilisable pour plusieurs diamètres nominaux de plaquettes. On peut galet ment envisager de coupler cet appareil à des machines automatiques de production, de le piloter directement par un mini-ordinateur qui assure à la fois le traitement des résultats et un tri automatique des plaquettes en fonction des normes en vigueur. De plus, le traitement des résultats permet de fournir des indications sur la forme des arrondis existant aux extrémités d'un méplat ainsi qu'une mesure précise de l'épaisseur de la plaquette si celle-ci est préalablement pesée. Enfin, si l'on a décrit une application à la mesure du diamètre de plaquettes de silicium utilisées dans l'industrie électronique, on peut envisager d'autres applications et le dispositif objet de l'invention s'applique à la mesure de toutes pièces circulaires comportant ou non des méplats. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de diamètre et de longueur de méplat sur une plaque circulaire (14), caractérisé en ce qu'il comprend - une plaque support (2), - un comparateur (4) monté sur ladite plaque sup port (2), - un galet fixe (8) dont l'axe est fixe par rapport à la plaque support (2) et disposé de telle sorte que les points de la plaque à mesurer (14) en contact avec ce galet fixe (8) et avec le palpeur (6) du comparateur (4) soient diamétralement opposés, - un galet mobile (10) équipé de moyens de déplacement (11, 13) lui permettant de se déplacer par rapport à la plaque support (2) sensiblement suivant un diamè tre de la plaque à mesurer (14), et - un système (12) d'entraînement en rotation de la pla que à mesurer (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système d'entraînement (12) est monté sur un bras à ressort afin que la force d'appui de la plaque à mesurer (14) sur les galets (8, 10) permette son entraînement. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le comparateur (4) est équipé d'un vernier permettant de lire directement la longueur du méplat (26) en fonction du diamètre apparent mesuré. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième galet mobile (l0a) pouvant se déplacer suivant un diamètre de la plaque à mesurer (14) et disposé, par rapport au premier, de l'autre côté de la ligne reliant les points de contact de la plaque à mesurer (14) avec le palpeur (6) du comparateur 14) et le galet fixe {8). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité du palpeur (6) du comparateur (4) en contact avec la plaque à mesurer (14) comprend un roulement à billes (7) monté dans un logement (9) afin d'éliminer les flotte- ments lorsqu'on met la plaque 6. Dispositif selon la revendication 2, Ca- ractérisé en ce que le palpeur (6) du comparateur (4) est équipé d'une butée (21) pouvant venir en contact avec une extrémité (21) du bras (18), afin que l'éloignement du palpeur (6) de la plaque (14) provoque en même temps l'éloignement du système d'entraîne- ment (12).