Brevet FR2588667A1 — publié le 19870417

APPAREIL DE MESURE DE LA RESISTIVITE D'UNE COUCHE MINCE - La présente invention a pour objet un appa- reil de mesure de la résistivité d'une couche mince. Elle trouve une application principale dans Le test électrique des couches minces entrant dans la fabrica- tion des circuits intégrés. Les appareils actuels de mesure de résistivi- té des couches minces sont basés sur un principe qui est illustré sur la figure 1. Ces appareils comprennent un bras 10 articulé autour d'un axe horizontal 12 et une tête de mesure 14 comportant quatre pointeaux 16 montés sur des ressorts 18. Les quatre pointeaux sont en contact électrique avec une plaquette 20 à tester. La somme des quatre forces de contact des quatre poin- teaux est égale à la force F qui est appliquée à l'ex- trémité du bras et qui peut être engendrée par un ressort taré. Les forces de contact des différents poin- teaux sont sensiblement Les mêmes, mais diffèrent tout de même du fait des incertitudes dimensionneltles du système et du relief de La plaquette à tester. Dans la pratique, les forces de contact appliquées sont supé- rieures à 5 grammes, parce qu'en dessous de cette va- leur, des disparités trop importantes apparaissent entre les forces réelles exercées par chacun des quatre pointeaux. Or il est reconnu qu'il serait préférable de construire des appareils de mesure de résistivité de couches minces à partir de forces de contact plus faibles, par exemple de 1 à 5g, afin de pouvoir mesurer la résistivité de couches très minces, par exemple de nm d'épaisseur. Dans ce cas, une force de contact trop élevée provoque Le perçage de La couche à mesurer, et une disparité ou imprécision de cette force provo- que, même sans perçage, des détériorations de La couche et des aberrations dans les mesures. L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un appareil qui assure une précision et une égalité des quatre forces de contact exercées sur la plaquette, même à très faible valeur. L'appareil de l'invention fonctionne correctement entre lg et 50g. A cette fin, l'invention prévoit l'utilisa- tion d'un bras articulé dont l'axe de rotation est monté sur une plaque support, elle-même articulée au- tour d'un second axe de rotation horizontal, un ressort liant le bras à la plaque support de bras. La plaque support de bras peut être mise en rotation par un organe moteur jusqu'à une butée réglable. La rotation de la plaque support de bras entraîne le bras en rota- tion jusqu'à ce que la tête de mesure vienne en appui sur la couche mince à mesurer. La rotation de la plaque support se poursuit jusqu'à la butée et provoque ainsi, de la part du ressort, une force appliquée au bras, force qui s'exerce sur la couche mince par l'intermé- diaire des pointeaux de la tête de mesure. De préférence, la tête de mesure comprend un palonnier apte à répartir la force qui s'exerce sur le bras de manière égale sur les quatre pointeaux. De toute façon, les caractéristiques de l'invention apparaTtront mieux à la lecture de la des- cription qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif. Cette descrip- tion se réfère b des dessins annexes sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, illustre un appareil de l'art antérieur, - la figure 2 illustre le principe de l'appa- reil selon l'invention et la figure 2a un palonnier, - la figure 3 illustre un mode particulier de réalisation de l'invention. L'appareil représenté sur la figure 2 com- prend un bras de mesure 30 articulé autour d'un axe 32. A une extrémité de ce bras se trouve une tête de mesure 34 formée d'un palonnier 36 et de quatre pointeaux 38. Le palonnier qui est de type classique est représenté plus en détail sur la figure 2a. La tête de mesure fait face à une table 40 qui supporte la couche 42 dont on veut mesurer la résistivité. l'autre extrémité du bras comporte un contrepoids 44. L'appareil comprend encore une plaque support 46 mobile en rotation autour d'un axe horizontal 48. L'axe de rotation 32 du bras est solidaire de cette plaque support. Par ailleurs, le bras est relié à la plaque par un ressort 50. En posi- tion de repos, le bras repose sur une butée 52. La plaque support 46 peut être actionnée en rotation par un moteur 53, jusqu'au contact avec une butée réglable 54. Enfin, l'appareil comprend un con- tact électrique 56 reliant la plaque support 46 au bras articulé 30. Ce contact est relié à un circuit 60 qui commande le moteur 53. Le fonctionnement de cet appareil est le sui- vant. En position de repos, Les divers organes sont dans la position illustrée sur la figure 2. Le bras repose sur sa butée 52. Pour mettre l'appareil en position de travail, le moteur 53 fait pivoter la pla- que 46 autour de son axe 48. Le bras articulé, qui est monté sur cette plaque, est entraîné lui aussi dans cette rotation. Il arrive un moment o les quatre poin- teaux 38 viennent en contact avec la couche mince 42. Dès lors, le bras est immobilisé et quitte la butée 52. La plaque 46 continue cependant à tourner autour de son axe, de sorte que le ressort 50 se bande et vient exercer une traction sur le bras 30. La plaque 46 vient enfin en contact-avec la butée 54. La force finalement appliquée au bras correspond à la tension du ressort 50 dans la position o les deux pièces 30 et 36 sont en butée. Par ailleurs, dès que le bras 30 quitte la butée 52, le contact 56 s'ouvre et indique au circuit 60 que les pointeaux sont venus en appui sur la couche 42 et que La mesure de résistivité peut commencer. Celle-ci consiste, de manière classique, à mesurer le rapport d'une tension appliquée, à un courant qui circule à travers la couche. Naturellement, le schéma de la figure 2 peut conduire à des modes de réalisation différents selon la structure réelle des divers organes représentés, les- quels n'apparaissent, sur cette figure, que de façon schématique et fonctionnelle. C'est ainsi que le ressort 50 n'est pas nécessairement un ressort du type à boudin, mais peut être constitué par une lame élasti- que. L'organe 56 n'est pas nécessairement du type à relais. Il peut s'agir d'un organe optoélectronique par exemple. La figure 3 illustre justement un mode parti- culier de réalisation de l'appareil de l'invention qui correspond à ces variantes. Sur cette figure, on re- trouve des éléments déjà représentés sur la figure 2 et qui portent, pour cette raison, les mêmes références. Il s'agit du bras 30, de l'axe 32, de la tête de mesure 34, du contrepoids 44, de la plaque support de bras 46 avec son axe 48, de la butée de bras 52, du moteur 53, de la butée de support de bras 54 et du contact 56. Dans ce mode de réalisation, la plaque support 46 se présen- te sous la forme d'un T articulé sur l'axe 48, lequel est solidaire d'une équerre support 60. Le ressort exerçant une traction sur le bras 32 est constitué par une lame élastique 62 dont l'extrémité supérieure est solidaire du bras et l'extrémité inférieure munie d'un galet à bille 64 en appui sur une came 66, cette der- nière étant solidaire de la plaque support 46. Cet en- 258866,? semble came-galet permet de régler la tension de la lame élastique en position de travail. Un détecteur analogique inductif 68, disposé en regard du galet, permet de mesurer cette tension. Par ailleurs, l'appa- reil comprend un amortisseur 70 (du genre "dashipot") et une butée de support de bras 72. Enfin, un ressort de rappel 74 permet de ra- mener le système à sa position de repos lorsque le vé- rin est inactif. L'organe moteur 53 est avantageusement un vérin actionné par une électrovanne commandée par un circuit électronique non représenté. Les axes de rotation 32 et 48 sont de préfé- rence à roulement à billes pour éviter le jeu et réduire les frottements. Le palonnier peut être égale- ment réalisé à l'aide de roulements à billes. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de la résistivité d'une couche mince, cet appareil comprenant un bras (30) articulé autour d'un axe de rotation horizontal (32), ce bras étant muni à une extrémité d'une tête de mesure (34) à plusieurs pointeaux et un moyen pour exercer une force sur ce bras pour appliquer les pointeaux sur la couche à mesurer, cet appareil étant caractérisé par le fait que l'axe de rotation (32) du bras (30) est monté sur une plaque support (46) elle-même articulée autour d'un second axe de rotation horizontal (48), un ressort (50) reliant le bras (32) à la plaque support (46), ladite plaque support de bras (46) pouvant être en ro- tation par un organe moteur (53) jusqu'à une butée ré- glable (54), la rotation de la plaque support de bras (46) entraînant le bras (30) en rotation jusqu'à ce que les pointeaux de la tête de mesure (34) viennent en appui sur La couche mince à mesurer, La rotation de la plaque support (46) se poursuivant jusqu'à la butée (54) et provoquant ainsi de la part du ressort (50) une force appliquée au bras, force qui s'exerce sur la cou- che mince par l'intermédiaire des pointeaux de la tête de mesure (34). 2. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la tête de mesure (34) comprend un palonnier (36) apte à répartir la force qui s'exerce sur le bras de manière égale sur les différents poin- teaux (38). 3. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'en position de repos, le bras (30) repose sur une butée (52) liée à la plaque support (46). 4. Appareil selon la revendication 3, carac- térisé par le fait qu'il comprend un contact électrique (56) reLié au bras (30) et indiquant si le bras est en appui sur sa butée (52) ou s'il a décollé de cette butée. 5. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le bras articulé (30) comporte un contrepoids (44) à l'extrémité opposée de la tête de mesure (32).