Vierpunkt-Sondenmessgerät für Schichtwiderstand

Eine Schicht aus leitfähigem Film hat keine Länge und keine Breite, die zählen. Sie hat einen Widerstand pro Quadrat, und genau diese Größe steuert eine Beschichtungslinie, eine Waferfertigung oder ein Photovoltaikprozess. Sie zu messen braucht vier Punkte auf der Oberfläche und nicht zwei Klemmen an den Enden.

Produktübersicht

Diese Geräte sind Tischmessgeräte für Schichtwiderstand, spezifischen Widerstand und Leitfähigkeit, mit einem einfachen Widerstandsmodus für massive Teile. Jedes treibt einen Strom durch die beiden äußeren Sonden eines Vierpunktkopfs in einer Reihe und liest die Spannung über den beiden inneren.

Vier Modelle decken den Bereich ab. Das Kompaktmodell liest 100 µΩ bis 100 kΩ auf einem 4,3-Zoll-Bildschirm. Die drei größeren reichen von 10 µΩ bis 1 MΩ, von 1 µΩ bis 20 kΩ und von 1 µΩ bis 100 MΩ, mit 7-Zoll-Bildschirmen und einem doppelten Messmodus, der Sondendrift und Randeffekte korrigiert. Die Genauigkeit des Schichtwiderstands ist getrennt von der Widerstandsgenauigkeit angegeben, mit 3 % oder 4 %, weil sie ebenso von der Geometrie wie von der Elektronik abhängt.

Alle vier nehmen dieselben Sondenköpfe und denselben Ständer auf, messen die Temperatur neben dem elektrischen Ergebnis und führen HANDLER, RS232, RS485 und USB-Host serienmäßig.

So arbeitet das Vierpunkt-Sondenmessgerät

Vier Sonden werden in einer Reihe und mit gleichem Abstand auf die Oberfläche gedrückt. Die beiden äußeren führen einen bekannten Strom; die beiden inneren messen die Spannung, die dieser Strom zwischen ihnen erzeugt. Weil die Spannungssonden nahezu keinen Strom ziehen, geht der Kontaktwiderstand unter diesen beiden Spitzen nicht in den Messwert ein - der Sondenwiderstand ebenso wenig.

Bei einer Schicht, die dünn gegen den Sondenabstand ist, ist der Schichtwiderstand proportional zur gemessenen Spannung geteilt durch den Strom, mit einer Konstanten aus der Geometrie. Das Gerät rechnet diese Konstante ein, sodass die Anzeige in Ohm pro Quadrat liest. Ist die Schicht nicht dünn gegen den Abstand oder die Probe klein, greift ein Korrekturfaktor - und dort verdienen sich der doppelte Messmodus und der richtige Sondenabstand ihren Platz.

Der spezifische Widerstand folgt aus dem Schichtwiderstand multipliziert mit der Dicke. Die Dicke wird vor dem Lauf eingegeben; deshalb kann das Gerät den spezifischen Widerstand direkt anzeigen, statt den Bediener nachträglich multiplizieren zu lassen. Die Leitfähigkeit ist ihr Kehrwert und wird in Siemens je Längeneinheit angezeigt.

Auswahl des passenden Vierpunkt-Sondenmessgeräts

Beginnen Sie mit dem Fenster des Schichtwiderstands. Beschichtetes Glas und dünne Metallfilme liegen bei wenigen Ohm pro Quadrat und passen zum niederohmigen Modell; Halbleiterschichten und schwach dotierte Filme liegen höher und brauchen das weite Modell; ein Labor, das beides sieht, braucht das weite und muss dessen gröbere Genauigkeit an den Extremen in Kauf nehmen.

Dann der Werkstoff, denn er legt den Sondenkopf fest. Wolframcarbid mit 1 mm für harte Wafer, Berylliumkupfer mit 2 mm für Metalle und Photovoltaikmodule, 4 mm für größere Proben und eine Spitze aus leitfähigem Gummi für Filme, die eine Nadel durchstechen würde. Der Kopf und nicht das Gerät entscheidet, ob die Probe die Messung übersteht.

Dann die Probengröße gegen den Sondenabstand. Ein kleiner Abschnitt im Verhältnis zum Abstand braucht eine Korrektur, und die Modelle mit doppeltem Messmodus leisten das besser. Eine Platte mit 200 mm braucht sie nicht.

Dann der Dickenbereich. Ein Wert für den spezifischen Widerstand ist nur so gut wie die eingegebene Dicke, und eine Probe, deren Dicke über die Fläche schwankt, liefert einen spezifischen Widerstand, der aus einem Grund schwankt, den das Gerät nicht sehen kann.

Zuletzt der Ausgang. Ein Labor braucht die Anzeige und den USB-Datensatz; eine Beschichtungslinie braucht den Handler oder die serielle Verbindung und einen Vergleicher mit Grenzen je Produkt.

Messgrenzen und Auswahlhinweise

Die Messung setzt eine homogene Schicht voraus. Eine Beschichtung mit einer widerstandsbehafteten Haut über einem leitfähigen Träger, oder ein Wafer mit Implantationsprofil, ist keine einzelne Schicht; der Vierpunkt-Messwert ist ein Mittel über das, was der Strompfad erfasst, gewichtet zur Oberfläche hin.

Der Sondendruck zählt. Zu wenig, und der Kontakt ist instabil; zu viel, und ein weicher Film wird durchstochen oder ein dünner Wafer bricht. Das Material nennt keinen Druckwert, und der richtige Druck hängt von Spitze und Probe ab; er ist deshalb am Werkstoff selbst zu ermitteln.

Der Messwert entsteht an der Oberfläche unter den Sonden. Eine Probe, die gerade angefasst, gereinigt oder beschichtet wurde, kann sich noch verändern; die Temperatur- und Feuchteanzeige macht das sichtbar, und die Temperaturkompensation korrigiert nur eine Zahl, nicht die Drift.

Randeffekte sind die größte Fehlerquelle bei kleinen Proben. Die Stromausbreitung nahe einer Kante senkt den scheinbaren Schichtwiderstand, und die Korrektur hängt vom Abstand der Sonde zur Kante ab. Eine Aufnahme, die die Sonden in wiederholbarem Abstand zur Kante platziert, ist mehr wert als ein besseres Gerät.

Schließlich ist dies kein Mapping-Gerät. Es misst dort, wo die Sonden liegen; ein Wafer oder eine Platte hat eine Verteilung, und deren Charakterisierung braucht einen Tisch, der die Probe zwischen den Messungen bewegt.