[發明專利]一種完全消除重力影響的薄基片變形測量裝置

有效

• 申請號: 202010465671.0
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111457856B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 劉海軍;周靜;韓江;夏鏈;田曉青;盧磊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及一種完全消除重力影響的薄基片變形測量裝置，屬于薄基片變形測量技術領域。包括二維運動平臺、控制機構和負壓機構；二維運動平臺上設有重液槽和激光三角位移傳感器；激光三角位移傳感器的激光發射窗口和接收窗口正下方設有彎折玻璃；重液槽內設有重液和負壓機構的三個球鉸式負壓吸嘴。用于薄基片變形測量時，被測薄基片的密度和重液的密度相等；被測薄基片由三個球鉸式負壓吸嘴吸附，完全浸沒于重液中，被測薄基片的重力與重液的浮力完全相等，被測薄基片的重力不對自身的實際變形有影響，通過激光三角位移傳感器掃描測量即可得到被測薄基片的實際變形。本發明不需要額外利用有限元軟件仿真計算，測量成本顯著降低。

技術領域

本發明屬于薄基片變形測量技術領域，具體涉及一種薄基片變形的測量裝置。

背景技術

薄基片為力學中的薄板，一般呈圓形、矩形或其它形狀，其厚度尺寸遠小于平面尺寸，厚度與平面尺寸的比值通常小于五分之一 。因此，薄基片的剛性差，在外力作用下極易產生變形。薄基片在半導體行業中應用廣泛，如單晶硅片、碳化硅基片等。薄基片在加工過程中會產生損傷，表面微觀組織發生變化，引入殘余應力，使薄基片產生彎曲變形。薄基片變形數據可以用于優化加工工藝，是評價薄基片加工工藝質量的重要基礎。

由于薄基片屬于板殼結構，剛性差，變形測量過程中極易受到支撐方式和外界環境，如振動、氣流和重力等的影響，其中薄基片重力嚴重影響薄基片變形的測量結果。因此，設計適用于薄基片變形的測量裝置是準確獲得變形數據的基礎。

在目前的薄基片變形測量裝置中，薄基片放置于三個確定位置的支撐球上，利用有限元分析仿真計算重力附加變形，從總變形減去計算的重力附加變形，得出薄基片自身實際變形。但是當硅片發生分叉時，兩者不具有疊加關系，該方法不再適用，且計算繁瑣。或將被測物體部分浸入液體中，被測面在空氣中，下表面在液體中。但此方法要求物體被測表面在空氣中，無法測量變形量大于厚度的薄基片，且會引入表面張力附加變形。或將薄基片浸沒于密度小于基片的液體中，三點圓錐銷支撐，透明平板消除液面擾動，借助于液體浮力克服部分重力影響。此種方法仍然存在重力影響，且位移傳感器測量存在折射誤差。這些實驗裝置中，重力變形始終會對變形測量結果產生影響，需要進行大量分離重力附加變形的計算。

發明內容

為了實現無須借助有限元仿真軟件，直接測量得到任意大變形量的薄基片的真實變形，本發明提供一種完全消除重力影響的薄基片變形測量裝置。

一種完全消除重力影響的薄基片變形測量裝置包括二維運動平臺8和控制機構，二維運動平臺8的工作臺面上設有重液槽3，重液槽3內設有用于測量的重液4，二維運動平臺8的橫梁上通過安裝板2設有激光三角位移傳感器1，所述激光三角位移傳感器1的下端面對著下方的重液槽3；所述控制機構包括電腦和主控制器。

所述安裝板2上的下部固定設有彎折玻璃5，所述激光三角位移傳感器1的激光發射窗口和接收窗口正對著下方的彎折玻璃5；所述彎折玻璃5由兩塊平板玻璃連接組成，兩塊玻璃長度相等，彎折玻璃5的一側玻璃與入射光束相垂直，另一側玻璃與反射光束相垂直；彎折玻璃5上表面在重液4的液面之上，彎折玻璃5下表面在重液4中；

還包括負壓機構，負壓機構包括三個球鉸式負壓吸嘴7和負壓控制機構；

所述三個球鉸式負壓吸嘴7均布設于重液槽3內底部，三個球鉸式負壓吸嘴7的進氣口分別通過軟氣管9連接著負壓控制機構的工作口，三個球鉸式負壓吸嘴7的吸嘴向上；

被測薄基片的密度和重液4的密度相等；

用于薄基片變形測量時，釋放氣源18，啟動真空發生器10，被測薄基片由三個球鉸式負壓吸嘴7吸附，完全浸沒于重液4中，被測薄基片的重力與重液4的浮力完全相等，被測薄基片的重力不對自身的實際變形有影響，通過激光三角位移傳感器1掃描測量即可得到被測薄基片的實際變形。

進一步限定的技術方案如下：