一种单晶材料的抗弯曲强度机械测量装置制造方法及图纸

该装置是针对各向异性的晶体材料需进行抗弯曲强度测量而提出来的．该装置包括一个特殊设计的样品架，一套由下而上连续加载测力机构和位移传感器．它可以通过调节样品架上２４个螺钉位置，使单晶片与样品架呈多点式接触，以适应（１００）、（１１１）等晶向材料的抗弯曲强度测量．测量不用切割样品，并能用于φ３３φ１２５毫米各种圆片材料的直接测量．该装置是半导体器件工艺过程中，控制投片质量的理想检测工具．（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于利用机械应力研究固体材料强度的测量装置。(国际专利分类为G01N3／OO)。已有技术状况在半导体器件生产过程中，由于单晶片的弯曲变形而造成成品率下降的情况，随着硅片直径的增大而日趋严重。人们迫切希望在投料之前，预先了解硅片等单晶材料的抗弯曲强度，以便减少不必要的损失。目前生产上使用的硅单晶是一种各向异性材料。在集中力作用下，不同晶向的硅片有不同的力的分布。即使是相同晶向的硅片，其力的分布也会因支点的变化而异。直到提出本技术为止，现有的晶体材料抗弯曲强度测试方法都是借助于材料力学中各向同性材料的测试方法。如日本学者Miyazaki在《SEMICON－DUCTOR SILICON》P.223～230。(1980年版)杂志上介绍的就是采用条状样品(如附图1)。三点简支。中心自上而下施加直线状集中力。图1所示的装置有以下四点局限性1.只能适用于各向同性的材料。而目前生产中使用的多数是各向异性材料。2.在取样方式上，要从原始的大圆片单晶上截取条状样品。切割后的单晶截面会造成平滑或不平滑的沿晶向分开的解理面。形成如图2所示的ABCD平行四边形。Miyazaki所要求的ABCD应为矩形。若再进行研磨加工，又会引进新的机械损伤与位错源，影响测量精度。3.采用砝码加载，不能形成连续性载荷测量。4.由图1所示需配置一套激光扫描与计算机控制系统，既不经济使用又不方便。本技术的目的在于针对上述测试装置的局限性，提出一种能直接测量各向异性的原始单晶大圆片的抗弯曲强度的机械装置。重点改进取样方式和对样品加载受力的方向。并通过一套简便的加载机构，在测量中可同时获得单晶片所承受的载荷量及相应的硅片中心点的位移量。如图3所示本技术在外观上看，为一个带三个脚的金属圆筒〔6〕。由样品架、测力传感器、加载机构三部分组成。其中〔1〕为一个内壁有螺纹的金属圆环。一个带有外螺纹的内卡圈〔2〕施放在其内，这样〔1〕与〔2〕可将样品圆片夹在中间。样品架〔1〕上等距离地开有24个螺纹孔。另外调节样品支点的螺钉〔16〕通过螺纹孔以调节不同支点的位置。使硅单晶片与样品架的接触呈三点式、四点式、多点式或圆周式。以适应测量和研究各种各向异性的或各向同性的单晶材料需要。样品架〔1〕通过螺钉固定在圆筒上盖〔4〕上。图3所示的中部为一个测力传感器机构。它包括传感器扁环〔7〕″T″型上导向器〔5〕，上加载丝杆〔3〕。″T″型下导向器〔9〕。下加载丝杆〔8〕等部件。传感器〔7〕选用具有弹性的合金材料做成，如Cr40合金材料，弹簧钢，合金铝等。图5所示传感器〔7〕的两端呈薄壁圆环。环的内壁半径R11＝11毫米，外壁半径R12＝12毫米。两环圆心间距为56毫米扁环的上侧中央有一个螺纹孔M5。扁环下侧中央呈凹球面。半径R＝25MM。扁环〔5〕两端的圆环中心各开一个直径不大于4毫米的小孔，在小孔的内、外侧，孔的附近各粘贴一片箔式电阻应变片〔15〕，并将四片电阻应变片连结成桥路结构(如图4所示)。其接线从圆筒壁〔6〕一侧内引出。传感器横向长度一般不应小于被测圆片直径的三分之一以上参考尺寸可适用于φ75－100毫米的圆片单晶材料。加载测力机构是通过传感器对待测样品在中心连续加载压力的机构。它包括图3下部的加载齿轮〔12〕。当加载齿轮〔12〕向上旋进时下加载丝杆〔8〕的上端的凸球面。与测力传感器〔7〕下侧中央的凹球面正好相吻合。丝杆〔8〕的外螺纹与加载齿轮〔12〕的内螺纹构成差分结构。下导向器〔9〕与下加载丝杆〔8〕之间实现同心配合。为保证加载齿轮在转动时缓慢、正确地控制加载丝杆〔8〕的上下直线运动。在〔9〕的内侧，〔8〕的外侧各开一个相等宽度和深度的凹槽。在凹槽内嵌入一根铜丝。圆柱形的上加载杆〔6〕其上端是一锥体。顶端呈球面，使此杆〔6〕与样品呈点接触，下部为一个螺栓，与测力传感器〔7〕上侧的螺纹孔相连接。需要注意的是，对于任何结构的金属传感器，均应在完成加工后对其先进行″力——应变″曲线的标定工作。绘出各只具体金属测力传感器的″应变——力″曲线，以便测量时查对。使用技术的实施例是按上面所述的测量装置，在样品架〔1〕内装入硅片，并固定在上盖〔4〕上，然后转动加载齿轮〔12〕，使丝杆〔8〕带动扁环形测力传感器〔7〕和丝杆〔3〕向上运动，使加载杆〔3〕的球面端接触到硅片下表面。硅片脱离内卡圈〔2〕，并顶住样品架〔1〕内部的下沿或顶住支点螺纹〔16〕的球面端。调节千分表〔17〕使之刚好接触到硅片中心，并置零。调节电阻应变仪的零点及灵敏度系数。然后缓慢转动加载齿轮〔12〕。当单晶片受力后，即可以从电阻应变仪上读出测力传感器〔7〕应变量。从已标定好的″应变——力″曲线上可查到相应的力的大小。从千分表上可读出单晶样品中心位移量。如果一个扁环或测力传感器的″应变——力″曲线方程为P＝2.06×10－2σkg在测量中从电阻式应变仪上读得应变量为σ＝97με，则从″应变——力″曲线上可知此时硅片受到的作用力为2kg。上述对该技术装置的操作说明并非构成对技术的保护限制，只是作为一种最佳实施方案。如对其作其它的变换也是可能的。例如，扁环形测力传感器〔7〕可用开孔的悬臂梁式传感器来代替也可以得到相同的效果。加载齿轮〔12〕可以通过单板机控制步进马达来带动加载丝杆〔8〕作上下运动。测量硅片中心位移量可以不用千分表而用其它位移传感器。如光栅式位移传感器来代替，都能收到同样效果。采用该测试装置可以不受单晶材料是否各向同性或异性的限制也不用担心样品材料因切割而带来的其它机械损伤。随着目前微电子工业的发展，硅单晶材料的直径已达到φ125MM。若能在投片之前就能预检一下材料的抗弯曲强度。抽样检验各道工艺中硅片抗弯曲强度的变化情况。这对于改进器件工艺，提高各类半导体器件和大规模集成电路的合格率，无疑将会带来更多的经济效益。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶材料抗弯曲强度机械测量装置，由样品架、加载测力机构、带有一只千分表的测位移传感器和电阻式应变测试仪组成。本实用新型特征在于：样品架由可以放置各种直径单晶圆片的圆形样品架〔１〕，固定样品的内卡圈〔２〕组成。测力加载机构由一只加载齿轮〔１２〕加载丝杆〔８〕与其配套的“Ｔ”型下导向器〔９〕组成。测力传感器由扁环形合金材料传感器〔７〕，“Ｔ”型上导向器〔５〕，上加载机构〔３〕组成。

【技术特征摘要】
1.一种单晶材料抗弯曲强度机械测量装置，由样品架、加载测力机构、带有一只千分表的测位移传感器和电阻式应变测试仪组成。本实用新型特征在于样品架由可以放置各种直径单晶圆片的圆形样品架[1]。固定样品的内卡圈[2]组成。测力加载机构由一只加载齿轮[12]加载丝杆[8]与其配套的“T”型下导向器[9]组成。测力传感器由扁环形合金材料传感器[7]，“T”型上导向器[5]，上加载机构[3]组成。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于其下加载丝杆〔8〕的外壁和下导向器〔9〕的内壁各开有一条相等宽度与相同深度的。可以嵌入一根铜丝的凹槽。3.如权利要求1所述装置，其特征在于环形样品架〔1〕上支撑圆形样片的圆周上等距离地开有24个螺纹孔。每个孔都配有一个下端为圆锥体的支点螺纹〔16〕。4.如权利要求1所述的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾孝义，宗祥福，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]