晶圆测量系统的设计与有限元分析
发布时间：2021-11-13 17:58
本文设计了一种晶圆测量系统,主要由大理石基座、测量平台、大理石横梁、上测头机构、下测头机构和一对共焦位移传感器等部件组成;对测量平台、上、下测头支架等结构进行了有限元分析和校核,满足设计要求;并进行了样机重复精度测试,测得THK的重复精度±0.3μm、Warp的重复精度±0.2μm、Bow的重复精度±0.2μm、TTV的重复精度±0.5μm,重复精度完全达到实际测量要求。
【文章来源】：精密制造与自动化. 2020,(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
上测头支架结构图下测头
κ?幸档目焖俜⒄梗?偈估侗κ?庸ぜ凹?测技术的发展，以前蓝宝石晶圆检测翘曲度、厚度、厚度偏差等指标，是通过人工进行测量，效率低、精度差，已经完全不能满足大批量的生产需求；因此本文介绍一种晶圆检测系统。1测量系统原理共焦光谱测量技术被应用于表面轮廓与三维精细结构测量领域，因此，利用对射安装的共焦位移传感器，通过检测平台承载晶圆与标样自动扫描，实现晶圆等高精度的无损测量。晶圆测量系统主要由大理石基座、测量平台、大理石横梁、上测头机构、下测头机构和一对共焦位移传感器等部件组成，如图1所示。图1晶片测量系统结构图二维测量平台作为载片台，承载着标片和待测晶圆，对晶圆测点位置进行自动扫描，完成对晶圆厚度分布的测量。具体计算原理如式（1）、式（2）所示。12（1）34（2）式中1、2、3、4分别为标片和待测晶圆上下表面光谱共焦测量数据，和分别为标片和待测晶圆的厚度。2测量平台的设计与有限元分析2.1测量平台的结构设计测量平台主要由底座、滑座、晶片支架、晶片支板、直线电机、交叉滚珠导轨组成。为了减轻测量平台重量，测台的加工件采用LY12铝合金材料；测量平台有X、Y两个方向的自由度，最大行程分别为250mm、200mm；最大速度为300mm/s；直线电机直接驱动滑座、晶片支架、晶片支板，减少传动环节的误差，从而实现X、Y两个方向的高精度移动；每个方向都配置有高精度的光栅尺，通过反馈补偿确保测台的高精度定位精度。2.2测量平台的静力学分析1)有限元模型的建立在建模时对于孔、细小特征、螺母和螺栓等可以进行简化或者忽略。交叉滚柱导轨材料为合金钢，测量平台加工件材料均为LY12铝合
精密制造与自动化2020年第2期12表1所用材料属性材料名称弹性模量E/(GPa)泊松比u密度/(kgm3)合金钢2100.287.7×103LY12铝合金700.32.7×1037075航空铝720.332.83×1032)网格的划分网格的疏密程度决定了求解的精度和难度，选择适当的网格疏密程度，既能保证精度，又不会因为太密而导致计算量大费时。选择四面体，雅克比点位为4点，进行网格划分，如图2所示。图2测量平台的有限元模型3)边界条件的定义和载荷的加载测量平台通过底座上的四个螺栓固定于大理石基座上，载荷10N的力施加于晶片支板的三个支角上，由于是精密测量平台需要考虑自身重力的影响。测量平台有X、Y两个方向的自由度，当两轴分别移动到最大位移时，即是平台受力最恶劣的时刻。4)应力、变形结果利用有限元分析软件进行求解，查看计算结果，可以看到测量平台的应力和变形如图3所示。从图3（a）应力云图中可以看出，最大应力值位于晶片支架左侧，值为3.877MPa，远远小于LY12铝合金的屈服强度。从图3（b）变形云图中可以看出，测量平台的最大变形位于晶片支板前端支角处，最大变形量为0.005mm小于0.01mm（设计要求），从上面分析可以看出，测量平台的刚性很好，安全系数很高，达到设计预期。(a)测量平台应力云图(b)测量平台变形云图图3测量平台的变形、应力云图3测量平台的模态分析模态分析是利用有限元的方法将多自由度系统的自由振动分解为n个单自由简谐激励振动的叠加。简谐激励振动的运动方程为：δ(3)式中：=0cos为各节点简谐运动，0为各节点的阵型，为相位角，为该阵型的频率，为刚度矩阵，为阻尼矩阵，K为刚度矩?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的直线电机驱动二维定位平台的设计与仿真研究[J]. 曹卫锋. 数字技术与应用. 2012(06)
[2]基于双共焦传感器的薄膜厚度测量技术[J]. 杨蒙生,邢丕峰,高党忠,马小军,李朝阳. 原子能科学技术. 2010(S1)
[3]高精度直线电机驱动机构的设计与控制[J]. 张日升,李尚政,刘宏. 新技术新工艺. 2003(10)
本文编号：3493456
【文章来源】：精密制造与自动化. 2020,(02)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
上测头支架结构图下测头
κ?幸档目焖俜⒄梗?偈估侗κ?庸ぜ凹?测技术的发展，以前蓝宝石晶圆检测翘曲度、厚度、厚度偏差等指标，是通过人工进行测量，效率低、精度差，已经完全不能满足大批量的生产需求；因此本文介绍一种晶圆检测系统。1测量系统原理共焦光谱测量技术被应用于表面轮廓与三维精细结构测量领域，因此，利用对射安装的共焦位移传感器，通过检测平台承载晶圆与标样自动扫描，实现晶圆等高精度的无损测量。晶圆测量系统主要由大理石基座、测量平台、大理石横梁、上测头机构、下测头机构和一对共焦位移传感器等部件组成，如图1所示。图1晶片测量系统结构图二维测量平台作为载片台，承载着标片和待测晶圆，对晶圆测点位置进行自动扫描，完成对晶圆厚度分布的测量。具体计算原理如式（1）、式（2）所示。12（1）34（2）式中1、2、3、4分别为标片和待测晶圆上下表面光谱共焦测量数据，和分别为标片和待测晶圆的厚度。2测量平台的设计与有限元分析2.1测量平台的结构设计测量平台主要由底座、滑座、晶片支架、晶片支板、直线电机、交叉滚珠导轨组成。为了减轻测量平台重量，测台的加工件采用LY12铝合金材料；测量平台有X、Y两个方向的自由度，最大行程分别为250mm、200mm；最大速度为300mm/s；直线电机直接驱动滑座、晶片支架、晶片支板，减少传动环节的误差，从而实现X、Y两个方向的高精度移动；每个方向都配置有高精度的光栅尺，通过反馈补偿确保测台的高精度定位精度。2.2测量平台的静力学分析1)有限元模型的建立在建模时对于孔、细小特征、螺母和螺栓等可以进行简化或者忽略。交叉滚柱导轨材料为合金钢，测量平台加工件材料均为LY12铝合
精密制造与自动化2020年第2期12表1所用材料属性材料名称弹性模量E/(GPa)泊松比u密度/(kgm3)合金钢2100.287.7×103LY12铝合金700.32.7×1037075航空铝720.332.83×1032)网格的划分网格的疏密程度决定了求解的精度和难度，选择适当的网格疏密程度，既能保证精度，又不会因为太密而导致计算量大费时。选择四面体，雅克比点位为4点，进行网格划分，如图2所示。图2测量平台的有限元模型3)边界条件的定义和载荷的加载测量平台通过底座上的四个螺栓固定于大理石基座上，载荷10N的力施加于晶片支板的三个支角上，由于是精密测量平台需要考虑自身重力的影响。测量平台有X、Y两个方向的自由度，当两轴分别移动到最大位移时，即是平台受力最恶劣的时刻。4)应力、变形结果利用有限元分析软件进行求解，查看计算结果，可以看到测量平台的应力和变形如图3所示。从图3（a）应力云图中可以看出，最大应力值位于晶片支架左侧，值为3.877MPa，远远小于LY12铝合金的屈服强度。从图3（b）变形云图中可以看出，测量平台的最大变形位于晶片支板前端支角处，最大变形量为0.005mm小于0.01mm（设计要求），从上面分析可以看出，测量平台的刚性很好，安全系数很高，达到设计预期。(a)测量平台应力云图(b)测量平台变形云图图3测量平台的变形、应力云图3测量平台的模态分析模态分析是利用有限元的方法将多自由度系统的自由振动分解为n个单自由简谐激励振动的叠加。简谐激励振动的运动方程为：δ(3)式中：=0cos为各节点简谐运动，0为各节点的阵型，为相位角，为该阵型的频率，为刚度矩阵，为阻尼矩阵，K为刚度矩?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的直线电机驱动二维定位平台的设计与仿真研究[J]. 曹卫锋. 数字技术与应用. 2012(06)
[2]基于双共焦传感器的薄膜厚度测量技术[J]. 杨蒙生,邢丕峰,高党忠,马小军,李朝阳. 原子能科学技术. 2010(S1)
[3]高精度直线电机驱动机构的设计与控制[J]. 张日升,李尚政,刘宏. 新技术新工艺. 2003(10)
本文编号：3493456
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