PL92010B2 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do bezstykowego przeprowadzania pomiarów plytek pólprzewodnikowych, zwlaszcza ich grubosci i stanu struktury.W technologii pewnych rodzajów przyrzadów pólprzewodnikowych stosuje sie materialy typu ANI BV na przyklad arsenek galu GaAs, antymonek indu InSb, arsenek indu InAs i tym podobne materialy pólprzewodnikowe ze wzgledu na ich cenne wlasciwosci miedzy innymi duza ruchliwosc nosników ladunku.Poniewaz materialy te sa kruche, zachodzi potrzeba zachowywania specjalnych srodków ostroznosci przy obróbce mechanicznej i pomiarach ich rozmiarów geometrycznych. < Przy korzystaniu z materialu w postaci cienkich plytek, zazwyczaj plytki masywniejsze od wymaganych, nakleja sie na podloze nosne, najczesciej izolacyjne, korzystnie z materialu ceramicznego, a dopiero pózniej scienia sie mechanicznie do potrzebnej grubosci. W czasie tego procesu zachodzi koniecznosc oceny grubosci plytki oraz jej stanu struktury, gdyz pekniecia, nadlubania i glebokie zarysowania powierzchni dyskwalifikuja material w ksztalcie cienkiej plytki do dalszych procesów technologicznych.Trudnosc okreslenia grubosci cienkiej plytki naklejonej na podloze wynika z tego, ze w procesie klejenia klej po docisnieciu plytki do podloza najczesciej wycieka spod niej na podloze. Uzycie suwmiarki, czujnika zebatego, mikromierza i tym podobnych przyrzadów dla pomiaru plytki z podlozem oraz samego podloza i okreslenie z tych wartosci grubosci plytki jest utrudnione i obarczone duzym bledem. Ponadto powstale w wyniku obróbki mechanicznej pekniecia plytki naklejonej na podloze moga byc czesto nie stwierdzone nawet przy obserwacji plytki pod powiekszeniem, przewaznie przy pomocy mikroskopu, a zostaja dopiero wykryte po wykonaniu gotowego elementu. W przypadku uzycia w konstrukcjach samonosnych plytek grubych czesto pekaja one juz pod naciskiem trzpienia czujnika przy pomiarze grubosci, wykonywanego zazwyczaj za pomoca powszechnie do tego celu uzywanego czujnika zebatego lub tez po scinieciu mikromierzem, suwmiarka i tym podobnymi przyrzadami.Znane sa rozwiazania, umozliwiajace bezstykowe badanie rezystywnosci plytek z wykorzystaniem czujnika2 92 010 indukcyjnego, na przyklad wedlug wzorów uzytkowych nr 20 901 i 21 517. Wykorzystuja one zjawisko pradów wirowych przez uzycie czujnika indukcyjnego, jednakze mozna je stosowac jedynie do pomiarów plytek o srednicach znacznie wiekszych od rozmiarów poprzecznych szczeliny z uwagi na duza niejednorodnosc pola magnetycznego w szczelinie. Ponadto sposób wedlug podanych wzorów wymaga znanej juz grubosci plytki oraz dwóch pomiarów z miernika dobroci cewek. Sposób ten jest czasochlonny, waskoza kresowy; obarczony przez to znacznymi bledami.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad bezstykowego badania rezystywnosci i rozszerzenie zakresu tego badania na grubosc i stan struktury plytek przez opracowanie funkcjonalnego sposobu opartego na jednym tylko pomiarze i porównaniu go z odpowiednim wzorcem, a takze opracowanie konstrukcji urzadzenia z odpowiednim czujnikiem indukcyjnym, zapewniajacym calkowite pograzenie plytki pólprzewodnikowej w jednorodnym szybkozmiennym polu magnetycznym. Gel ten zostal osiagniety przez sposób wedlug wynalazku polegajacy na tym, ze mierzy sie przy pomocy przyrzadu mierniczego, korzystnie mostka admitancyjnego wielkiej czestotliwosci, rezystancje wniesiona do czujnika indukcyjnego przez badana plytke pólprzewodnikowa naklejona na podloze izolacyjne nosne, która wprowadza sie w szybkozmienne pole magnetyczne szczeliny roboczej tego czujnika.Istota sposobu wedlug wynalazku jest to, ze te wniesiona rezystancje porównuje sie z rezystancja wniesiona do powyzszego czujnika indukcyjnego przez wzorcowa plytke pólprzewodnikowa o tych samych wymiarach i z tego samego rodzaju materialu pólprzewodnikowego jak badana plytka pólprzewodnikowa. - Róznica tych wniesionych do czujnika indukcyjnego rezystancji wskazuje na wady ukryte w postaci pekniec i rys glebokich w badanej plytce pólprzewodnikowej. Analogicznie dokonuje sie pomiaru rezystancji tym przyrzadem mierniczym wprowadzonej do czujnika tego przez samonosna badana plytke pólprzewodnikowa o nieznanej jej grubosci przy duzej czestotliwosci szybkozmiennego pola magnetycznego w szczelinie roboczej wyzej wzmiankowanego czujnika indukcyjnego i wówczas porównuje sie odpowiednio te rezystancje wniesiona z wykresem przedstawiajacym rezystancje wniesione do tego czujnika przez samonosne wzorcowe plytki pólprzewodnikowe o roznych okreslonych grubosciach, ale jednakowych ich dlugosciach i szerokosciach i zbudowanych z tego samego materialu pólprzewodnikowego jak badana plytka pólprzewodnikowa. Z tego wykresu odczytuje sie grubosc tej samej badanej plytki pólprzewodnikowej.Dla dokonywania pomiarów tym sposobem sluzy rozwiazanie konstrukcyjne urzadzenia wedlug wynalazku, które sklada sie z ustawionego na jednej plaszczyznie poziomej znanego przyrzadu mierniczego korzystnie mostka admitancyjnego wielkiej czestotliwosci polaczonego elektrycznie przewodami przy pomocy jego zacisków pomiarowych z usytuowanym na tej samej plaszczyznie poziomej czujnikiem indukcyjnym. Ten ostatni posiada nawiniete na jego rdzen toroidalny odpowiednie uzwojenie. Sam rdzen zbudowany z wlasciwego materialu jest umocowany w srodku tego czujnika. Czujnik ma z jednej strony szczeline robocza o wymiarach przestrzennych wiekszych od analogicznych wymiarów przestrzennych badanej plytki pólprzewodnikowej dla pelnego jej umieszczenia w tej szczelinie. Jest to bardzo istotna cecha konstrukcyjna urzadzenia.Urzadzenie wedlug wynalazku daje duza czulosc umozliwiajaca okreslenie zmian grubosci wynoszacych 10jum w zakresie grubosci 300—600/im i latwo wykrywa pekniecia i glebokie rysy badanych plytek pólprzewodnikowych. Do pomiarów uzywa sie czujnika indukcyjnego, wchodzacego w sklad tego urzadzenia, który mozna latwo wykonac.Do wspólpracy z czujnikiem indukcyjnym moze byc zastosowany mostek wysokiej czestotliwosci, miernik dobroci cewek oraz inne przyrzady pomiarowe jak generator sygnalu pobudzajacego i miliwoltomierz, pozwalajace okreslic zmiane sygnalu na zaciskach, wywolana wprowadzeniem w szczeline rdzenia tego czujnika badana plytke pólprzewodnikowa.Urzadzenie wedlug wynalazku zostanie blizej objasnione na przykladzie wykonania przedstawionym na rysunku, którego fig. 1 • pokazuje schemat ideowy urzadzenia, fig. 2 — zaleznosc wniesionej rezystancji przez badane plytki pólprzewodnikowe o róznej grubosci, przy zastosowaniu dobranego czujnika indukcyjnego.Urzadzenie to sklada sie z czujnika indukcyjnego 1, polaczonego przewodami elektrycznymi 9 ze znanym przyrzadem mierniczym 2, korzystnie mostkiem admitancyjnym wielkiej czestotliwosci, pozwalajacym okreslic na zaciskach pomiarowych 7 zmiane-admitancji czujnika indukcyjnego 1, wywolana wprowadzeniem w jego szczeline robocza 4 rdzenia toroidalnego 6 plytki badanej pólprzewodnikowej 5, przykladowo z antymonku indowego InSb. Konstrukcja czujnika jest oparta na rdzeniu toroidalnym 6 z materialu, na przyklad z ferroksydu korzystnie o przekroju poprzecznym prostokatnym i o wymiarach wiekszych od wymiarów plytek badanych pólprzewodnikowych 5 dla umieszczenia w szczelinie roboczej 4 tego rdzenia calej plytki badanej pólprzewodnikowej 5. Plytka badana 5 znajduje sie wówczas w jednorodnym szybkozmiennym polu magnetycznym. Liczba zwojów i rodzaj zuzytego przewodu na uzwojenie 3 oraz wartosc przenikalnosci magnetycznej materialu rdzenia 6 sa dobierane w zaleznosci od czestotliwosci pracy czujnika 1, która jest uzalezniona z kolei od rozeznanych wstepnie rezystywnosci i grubosci plytek badanych pólprzewodnikowych 5.92010 3 W szczeline robocza 4 rdzenia teroidalnego 6 czujnika indukcyjnego 1 kladzie sie plytke badana pólprzewodnikowa 5 przykladowo z antymonku indowego InSb i odczytuje sie przy pomocy przyrzadu mierniczego 2 wartosc wspólna dla samonosnej plytki badanej pólprzewodnikowej 5 i tego czujnika.Dla uzyskania parametrów elektrycznych, to jest rezystancji i pojemnosci samej tylko tej plytki badanej wyjmuje sie ja ze szczeliny roboczej 4 rdzenia toroidalnego 6 i ponownie dokonuje sie pomiaru parametrów czujnika indukcyjnego 1 przy pomocy przyrzadu mierniczego 2. Te ostatnie wyniki pomiaru odejmuje sie odpowiednio od wartosci parametrów wspólnych dla plytki badanej czujnika indukcyjnego 1, w wyniku czego otrzymuje sie parametry elektryczne to jest rezystancje i pojemnosc samej plytki badanej pólprzewodnikowej 5.Przy pomiarze plytek badanych pólprzewodnikowych 5 nie wystepuja praktycznie zmiany susceptancji, reaktancji dobranego czujnika indukcyjnego 1, po wprowadzeniu w jego szczeline robocza 4 plytki badanej pólprzewodnikowej 5. Informacje o grubosci i strukturze tych plytek badanych niesie wiec w sobie zmiana konduktancji, rezystancji czujnika indukcyjnego 1. Przykladowo na fig. 2 rysunku pokazano zaleznosc wniesionej przez plytki badane pólprzewodnikowe 5 do dobranego czujnika indukcyjnego 1 rezystancji R od grubosci d plytek badanych pólprzewodnikowych 5, otrzymanej z pomiarów plytek z antymonku indowego InSb o jednakowej stalej rezystywnosci równej 6 m£2 cm i jednakowych wymiarach lecz róznych grubosciach d przy stalej czestotliwosci f równej 3,5 MHz, uzywanej w czasie pomiaru. ¦ W przypadku kiedy rozeznana wstepnie grubosc d plytki badanej pólprzewodnikowej 5 cienkiej naklejonej na ceramiczne podloze nosne sugeruje wprowadzenie do dobranego czujnika indukcyjnego 1 danej rezystancji R' a okreslona z pomiaru wartosc rezystancji R odbiega znacznie od wartosci R\ to róznica ta jest wynikiem wadliwego stanu struktury (np. ukryte pekniecie). Na przyklad dla rozeznanej wstepnie plytki badanej pólprzewodnikowej 5 jej grubosc d równa sie 0,4 mm a zmierzona wartosc wniesionej rezystancji R równa sie na przyklad 0,8 £2 zamiast wynikajacej z wykresu dla tej grubosci wartosci rezystancji R równej 2,8 fil. Wynik pomiaru plytki wadliwej zilustrowany jest kwadracikiem A na fig. 2 rysunku.W przypadku kiedy badana plytka pólprzewodnikowa 5 samonosna o nieznanej grubosci wnosi do dobranego czujnika indukcyjnego 1 okreslona z pomiaru wartosc rezystancji R, wówczas odczytuje sie z wykresu przedstawionego na fig. 2 rysunku odpowiadajaca tej wartosci rezystancji R nieznana grubosc d badanej plytki pólprzewodnikowej 5. « Zaleznosci podobne do przedstawionych na fig. 2 rysunku otrzymuje sie równiez dla innych materialów pólprzewodnikowych, na przyklad krzemu.Czulosc urzadzenia wedlug wynalazku okresla nachylenie stycznej do krzywej, pokazanej na fig. 2 rysunku. Uzyta czestotliwosc 3,5 MHz jest odpowiednia dla materialów pólprzewodnikowych o rezystancji równajacej sie okolo 6 m 12 cm i grubosciach okolo 0,2 mm do 0,8 mm. W przypadku badania plytek pólprzewodnikowych o wiekszych rezystywnosciach nalezy uzyc wyzsza czestotliwosc pomiaru, w przypadku zas pomiaru plytek pólprzewodnikowych o mniejszych rezystywnosciach nalezy wybrac mniejsza czestotliwosc pomiaru. « PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób bezstykowego przeprowadzania pomiarów plytek pólprzewodnikowych, zwlaszcza ich grubosci i stanu struktury, szczególnie naklejonych na podloze izolacyjne nosne oraz grubych badanych plytek pólprzewodnikowych samonosnych, z uzyciem przyrzadu mierniczego korzystnie mostka admitancyjnego wielkiej czestotliwosci, znamienny tym, ze po zmierzeniu przez przyrzad mierniczy (2) rezystancji wniesionej do czujnika indukcyjnego (1) przez badana plytke pólprzewodnikowa (5) wprowadzona wszybkozmienne pole magnetyczne szczeliny roboczej (4) tego czujnika porównuje sie te rezystancje z rezystancja wniesiona do tego czujnika indukcyjnego przez wzorcowa plytke pólprzewodnikowa o tych samych wymiarach i z tego samego rodzaju materialu pólprzewodnikowego jak badana plytka pólprzewodnikowa (5), przy czym róznica tych wniesionych do czujnika indukcyjnego (1) rezystancji jest wskaznikiem wad ukrytych badanej plytki pólprzewodnikowej (5), a takze po zmierzeniu rezystancji przyrzadem mierniczym (2) wprowadzonej do czujnika indukcyjnego (1) samonosnej badanej plytki pólprzewodnikowej (5) o badanej grubosci przy danej czestotliwosci szybkozmiennego pola magnetycznego w szczelinie roboczej (4) czujnika indukcyjnego (1) porównuje sie te rezystancje wniesiona z wykresem przedstawiajacym rezystancje wniesione do tego czujnika indukcyjnego (1) przez samonosne wzorcowe plytki pólprzewodnikowe o róznych okreslonych ich grubosciach, ale jednakowych dlugosciach i szerokosciach i z tego samego materialu pólprzewodnikowego zbudowanych jak samonosna badana plytka pólprzewodnikowa (5) i z wykresu odczytuje sie grubosc samonosnej badanej plytki pólprzewodnikowej (5).
2. 2. Urzadzenie do bezstykowego przeprowadzania pomiarów plytek pólprzewodnikowych, zwlaszcza ich grubosci i stanu struktury, znamienne tym, ze sklada sie z ustawionego na wspólnej plaszczyznie4 92 010 poziomej przyrzadu mierniczego (2) polaczonego elektrycznie przewodami (9) przez zacisk, pomiarowe (7) z usytuowanym na tej samej plaszczyznie poziomej czujnikiem indukcyjnym (1) z uzwojeniem (3) nawinietym na umocowany w srodku czujnika rdzen toroidalny (6) majacy przelotowa szczeline robocza (4) o wymiarach przestrzennych wiekszych od analogicznych wymiarów przestrzennych badanej plytki pólprzewodnikowej (5), w której umieszczona jest ta plytka. X A A / f ^\^ i IX \ W Jrrnrrl i In./ ^-^-— , Y \i ± f n j « / V U' y \f s\ Fiy.i fi' 6.0 5,0 i* 15 10 U to os 0.0 R —- —h l"1 r — "7 h'~j—1" "t^ lj^ ...... " f'B,5MHj*cona. f nA JU *0 r7j42flffl*tf w* — - d i—^ Oj W Ofi o,i mm Fig. Z Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 10 zl PL