本文設(shè)計(jì)了一種晶圓測(cè)量系統(tǒng),主要由大理石基座、測(cè)量平臺(tái)、大理石橫梁、上測(cè)頭機(jī)構(gòu)、下測(cè)頭機(jī)構(gòu)和一對(duì)共焦位移傳感器等部件組成;對(duì)測(cè)量平臺(tái)、上、下測(cè)頭支架等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析和校核,滿足設(shè)計(jì)要求;并進(jìn)行了樣機(jī)重復(fù)精度測(cè)試,測(cè)得THK的重復(fù)精度±0.3μm、Warp的重復(fù)精度±0.2μm、Bow的重復(fù)精度±0.2μm、TTV的重復(fù)精度±0.5μm,重復(fù)精度完全達(dá)到實(shí)際測(cè)量要求。 

【文章來源】：精密制造與自動(dòng)化. 2020,(02)

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

上測(cè)頭支架結(jié)構(gòu)圖下測(cè)頭

κ?幸檔目燜俜⒄梗?偈估侗κ?庸ぜ凹?測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以前藍(lán)寶石晶圓檢測(cè)翹曲度、厚度、厚度偏差等指標(biāo)，是通過人工進(jìn)行測(cè)量，效率低、精度差，已經(jīng)完全不能滿足大批量的生產(chǎn)需求；因此本文介紹一種晶圓檢測(cè)系統(tǒng)。1測(cè)量系統(tǒng)原理共焦光譜測(cè)量技術(shù)被應(yīng)用于表面輪廓與三維精細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)量領(lǐng)域，因此，利用對(duì)射安裝的共焦位移傳感器，通過檢測(cè)平臺(tái)承載晶圓與標(biāo)樣自動(dòng)掃描，實(shí)現(xiàn)晶圓等高精度的無損測(cè)量。晶圓測(cè)量系統(tǒng)主要由大理石基座、測(cè)量平臺(tái)、大理石橫梁、上測(cè)頭機(jī)構(gòu)、下測(cè)頭機(jī)構(gòu)和一對(duì)共焦位移傳感器等部件組成，如圖1所示。圖1晶片測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二維測(cè)量平臺(tái)作為載片臺(tái)，承載著標(biāo)片和待測(cè)晶圓，對(duì)晶圓測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行自動(dòng)掃描，完成對(duì)晶圓厚度分布的測(cè)量。具體計(jì)算原理如式（1）、式（2）所示。12（1）34（2）式中1、2、3、4分別為標(biāo)片和待測(cè)晶圓上下表面光譜共焦測(cè)量數(shù)據(jù)，和分別為標(biāo)片和待測(cè)晶圓的厚度。2測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)與有限元分析2.1測(cè)量平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)量平臺(tái)主要由底座、滑座、晶片支架、晶片支板、直線電機(jī)、交叉滾珠導(dǎo)軌組成。為了減輕測(cè)量平臺(tái)重量，測(cè)臺(tái)的加工件采用LY12鋁合金材料；測(cè)量平臺(tái)有X、Y兩個(gè)方向的自由度，最大行程分別為250mm、200mm；最大速度為300mm/s；直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滑座、晶片支架、晶片支板，減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，從而實(shí)現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向的高精度移動(dòng)；每個(gè)方向都配置有高精度的光柵尺，通過反饋補(bǔ)償確保測(cè)臺(tái)的高精度定位精度。2.2測(cè)量平臺(tái)的靜力學(xué)分析1)有限元模型的建立在建模時(shí)對(duì)于孔、細(xì)小特征、螺母和螺栓等可以進(jìn)行簡(jiǎn)化或者忽略。交叉滾柱導(dǎo)軌材料為合金鋼，測(cè)量平臺(tái)加工件材料均為L(zhǎng)Y12鋁合

精密制造與自動(dòng)化2020年第2期12表1所用材料屬性材料名稱彈性模量E/(GPa)泊松比u密度/(kgm3)合金鋼2100.287.7×103LY12鋁合金700.32.7×1037075航空鋁720.332.83×1032)網(wǎng)格的劃分網(wǎng)格的疏密程度決定了求解的精度和難度，選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格疏密程度，既能保證精度，又不會(huì)因?yàn)樘芏鴮?dǎo)致計(jì)算量大費(fèi)時(shí)。選擇四面體，雅克比點(diǎn)位為4點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖2所示。圖2測(cè)量平臺(tái)的有限元模型3)邊界條件的定義和載荷的加載測(cè)量平臺(tái)通過底座上的四個(gè)螺栓固定于大理石基座上，載荷10N的力施加于晶片支板的三個(gè)支角上，由于是精密測(cè)量平臺(tái)需要考慮自身重力的影響。測(cè)量平臺(tái)有X、Y兩個(gè)方向的自由度，當(dāng)兩軸分別移動(dòng)到最大位移時(shí)，即是平臺(tái)受力最惡劣的時(shí)刻。4)應(yīng)力、變形結(jié)果利用有限元分析軟件進(jìn)行求解，查看計(jì)算結(jié)果，可以看到測(cè)量平臺(tái)的應(yīng)力和變形如圖3所示。從圖3（a）應(yīng)力云圖中可以看出，最大應(yīng)力值位于晶片支架左側(cè)，值為3.877MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于LY12鋁合金的屈服強(qiáng)度。從圖3（b）變形云圖中可以看出，測(cè)量平臺(tái)的最大變形位于晶片支板前端支角處，最大變形量為0.005mm小于0.01mm（設(shè)計(jì)要求），從上面分析可以看出，測(cè)量平臺(tái)的剛性很好，安全系數(shù)很高，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。(a)測(cè)量平臺(tái)應(yīng)力云圖(b)測(cè)量平臺(tái)變形云圖圖3測(cè)量平臺(tái)的變形、應(yīng)力云圖3測(cè)量平臺(tái)的模態(tài)分析模態(tài)分析是利用有限元的方法將多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)分解為n個(gè)單自由簡(jiǎn)諧激勵(lì)振動(dòng)的疊加。簡(jiǎn)諧激勵(lì)振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為：δ(3)式中：=0cos為各節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，0為各節(jié)點(diǎn)的陣型，為相位角，為該陣型的頻率，為剛度矩陣，為阻尼矩陣，K為剛度矩?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ANSYS的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)與仿真研究[J]. 曹衛(wèi)鋒.  數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2012(06)
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本文編號(hào)：3493456