PL211120B1 - Uchwyt pomiarowy do cienkich płytek - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211120 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 376828 ^{(51) Int.Cl.}

H01L 21/00 (2006.01) H01L 21/68 (2006.01) H01L 21/687 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 30.08.2005 (54)

Uchwyt pomiarowy do cienkich płytek

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 05.03.2007 BUP 05/07	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT OPTYKI STOSOWANEJ, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2012 WUP 04/12	(72) Twórca(y) wynalazku: DARIUSZ LITWIN, Warszawa, PL JACEK GALAS, Łomianki, PL TOMASZ KOZŁOWSKI, Warszawa, PL STEFAN SITAREK, Grójec, PL

PL 211 120 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uchwyt pomiarowy do cienkich płytek o grubości mniejszej niż

100 μm, w szczególności płytek krzemowych.

Płytki krzemowe są stosowane jako podkład do nanoszenia warstw epitaksjalnych oraz do wytwarzania elementów elektronicznych. Muszą one spełniać wysokie wymagania pod względem czystości oraz gładkości powierzchni. Mimo, że płytki krzemowe powszechnie kojarzy się z przemysłem elektronicznym to istnieją również ich zupełnie nietypowe zastosowania. Komercyjna dostępność płytek krzemowych o średnicy 50 mm i grubości 50 μm skłoniła twórców mikroskopu helowego do zastosowania takiej płytki jako zwierciadła ogniskującego wiązkę neutralnych atomów helu.

Istnieje duże podobieństwo pomiędzy mikroskopem helowym a skaningowym mikroskopem elektronowym, z tą różnicą, że obraz próbki jest tworzony przez sygnał mierzony spektrometrem masowym. Poprzeczna rozdzielczość mikroskopu helowego zależy od średnicy ogniska wiązki helowej, która z kolei wynika z właściwości elementu skupiającego. Wspomniana płytka krzemowa dynamicznie ukształtowana przez odpowiednio dobrane pole elektryczne może być doskonałym zwierciadłem jednak pod warunkiem, że jej własności (wariancja grubości i falistość) mieści się w ściśle określonych tolerancjach. Dokładne pomiary tych parametrów na obszarze całej płytki wymagają odpowiedniego uchwytu, tak zaprojektowanego aby nie był on dodatkowym źródłem błędów kształtu.

Znane jest urządzenie do pomiaru grubości płytek krzemowych z publikacji na konferencji, na temat „Kosmiczny system teleskopowy do wykrywania promieniowania UV i Gamma , temat publikacji „Odbiciowe siatki na cienkich foliach w zastosowaniu do konstelacji - x. Ponadto znane są sposoby pomiaru grubości płytek krzemowych z norm amerykańskich [5,6,7,], dotyczą one jednak płytek o grubości większej niż 100 μm, co wynika z założenia, że ugięcie płytki ustawionej poziomo na trzech podporach (zwykle kulkach) rozstawionych na obwodzie co 120° spowodowane siłą grawitacji jest pomijalne. W przypadku płytki o grubości mniejszej od 100 μm założenie powyższe nie jest prawdziwe i konieczne staje się pionowe ustawienie badanej płytki. Uchwyt taki został zaproponowany przy okazji badania jakości powierzchni cienkich płytek krzemowych użytych do budowy odbiciowego spektrometru siatkowego (Reflection Grating Spectrometer). W uchwycie tym jednak jedna strona płytki przylegała do nieruchomych kulek tworzących w ten sposób pierścień bazowy. Płytka musiała układać się względem tego pierścienia i wszystkie pary kulek znajdowały się w jednej płaszczyźnie. W rezultacie pierścień ten wprowadzał dodatkowe naprężenia i wymuszał do pewnego stopnia kształt płytki (przynajmniej w jej zewnętrznej części). W związku z tym mierzony kształt płytki nie był kształtem oryginalnym. Jednocześnie sprawdzanie dużej ilości płytek było bardzo uciążliwe ze względu na skomplikowany sposób wkładania i niebezpieczeństwo łatwego uszkodzenia, (zarysowania) wypolerowanej powierzchni. Wkładanie płytek następowało w pozycji pionowej po lekkim odgięciu dociskających płytek. Jednoczesne odchylenie tych trzech kulek było dla operatora dość kłopotliwe.

Ze względu na małą grubość płytki mierzonej w stosunku do jego średnicy, uchwyt musi zapewnić takie położenie płytki, aby nie ulegała ona odkształceniom pod wpływem własnego ciężaru. Siła unieruchamiająca płytkę musi być znikoma, a płytka nie może być naprężona. Uchwyt musi mieć zabezpieczenie awaryjne na wypadek niepożądanego przemieszczenia się płytki, np. pod wpływem bodźców zewnętrznych. Uchwyt powinien zapewniać łatwość umieszczania w nim i wyjmowania z niego płytki oraz powinien być szybko i jednoznacznie unieruchamiany w gnieździe.

Istotą rozwiązania jest uchwyt pomiarowy do cienkich płytek w szczególności krzemowych, złożony z dwóch pierścieni, w których na obwodzie, dokładnie naprzeciw siebie, osadzone są precyzyjne trzy pary kulek dociskanych płaskimi sprężynami o identycznej charakterystyce. Pierścienie, z których jeden jest stały a drugi odłączany umieszczone są na wsporniku w pozycji pionowej. W pierścieniu stałym na obwodzie symetrycznie umieszczonych jest sześć zderzaków o identycznej precyzyjnie ustalonej wysokości, oraz trzy stożkowe kołki, zapewniające precyzyjne złożenie pierścieni oraz dwa zameczki do blokowania złożonych pierścieni.

Zderzaki ustalają siłę nacisku sprężyn oraz tworzą gniazdo dla płytki mierzonej. Płytka mierzona ustawiona jest w uchwycie w pozycji pionowej celem uniknięcia deformacji kształtu spowodowanej grawitacją, unika się wpływu ugięcia grawitacyjnego, a tym samym umożliwia to pomiar cienkich płytek o grubości mniejszej niż 100 nm.

Uchwyt zapewnia swobodny dostęp głowic pomiarowych z obu stron płytki, co umożliwia jednoczesny pomiar zarówno kształtu (falistości) obu powierzchni płytki jak i wariancji jej grubości.

PL 211 120 B1

Położenie płytki ustalają dwa zestawy kulek, po trzy kulki z każdej strony płytki. Kulki znajdują się dokładnie naprzeciw siebie i są dociskane do płytki za pomocą identycznych płaskich sprężyn, ukośnie usytuowanych, umożliwiając zmniejszenie średnic pierścieni. Dzięki takiej konfiguracji siła wynikowa wywierana przez kulki na płytkę stanowi różnicę sił z jaką działają odpowiadające sobie sprężyny. Siła wynikowa jest tak dobrana aby siła tarcia wynikająca z działania sprężyn równoważyła siłę grawitacji. Umieszczenie płytki pomiędzy parami odpowiadających sobie kulek dociskanych przez sprężyny nie wprowadza dodatkowych naprężeń i dzięki czemu nie zmienia się kształt płytki. Każda para kulek ustawia się w płaszczyźnie wynikającej z kształtu płytki niezależnie od pozostałych par. Możliwa jest więc sytuacja, w której każda para kulek znajduje się w innej płaszczyźnie.

Wielkość ugięcia sprężyn jest zdefiniowana sześcioma zderzakami o identycznej wysokości umieszczonymi w pierścieniu stałym. Obwiednia wewnętrzna zarysu tych zderzaków tworzy okrąg o średnicy odpowiadającej średnicy płytki tworząc rodzaj gniazda pozycjonującego płytkę i zabezpieczającego przed jego pionowym przypadkowym przemieszczeniem.

Konstrukcja uchwytu zapewnia zarówno powtarzalny sposób umieszczenia w nim płytki mierzonej jak i samego uchwytu na stanowisku pomiarowym. Obie te cechy pozwalają na wielokrotne przeprowadzenie pomiarów tej samej płytki przy jej identycznej orientacji względem głowic pomiarowych.

Uchwyt umożliwia jednoczesny pomiar falistości oraz wariancji grubości cienkich płytek o grubości poniżej 100 μm w szczególności płytek krzemowych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonaniu na rysunku, którego fig. 1 przedstawia uchwyt pomiarowy w widoku z boku, fig. 2 - uchwyt w widoku z przodu, fig. 3 - przekrój A-A obrazujący sposób ustalania położenia płytki przez jedną z trzech par kulek, fig. 4 - przekrój odchylanego zameczka pierścieni, fig. 5 - widok jednego z sześciu zderzaków, fig. 6 - przekrój pokazujący jeden z kołków stożkowych, oraz fig. 7 - uchwyt pomiarowy w widoku z przodu, po zdjęciu pierścienia odłączanego.

Uchwyt według wynalazku składa się z pierścienia stałego 1 i pierścienia odłączalnego 2 umieszczonych pionowo na wsporniku 3. W każdym z pierścieni wykonane są po trzy otwory, w których znajdują się precyzyjne szafirowe kulki 4 dociskane sprężynkami 5 osadzone ukośnie co gwarantuje zmniejszenie średnicy pierścieni 1 i 2. Sprężynki 5 odznaczają się identycznymi charakterystykami siła vs ugięcie. Siła docisku sprężyn jest tak dobrana, że wynikająca z niej siła tarcia pomiędzy kulkami a płytką mierzoną jest nieco większa od ciężaru płytki. Wielkość ugięcia sprężyn jest zdefiniowana sześcioma zderzakami 6 o identycznej wysokości, umieszczonymi w pierścieniu 1. Obwiednia wewnętrzna zarysu tych zderzaków tworzy okrąg o średnicy odpowiadającej średnicy płytki tworząc rodzaj gniazda pozycjonującego płytkę i zabezpieczającego przed jej pionowym przemieszczeniem. Pierścienie 1 i 2 są pozycjonowane względem siebie za pomocą trzech stożkowych kołków 7, gwarantujących położenie kulek dociskających 4 vis a vis. Po umieszczeniu płytki w gnieździe i zamknięciu jej pierścieniem 2, pierścienie 1 i 2 są połączone dwoma zameczkami odchylanymi 8.

Uchwyt ze wspornikiem 3 jest jednoznacznie pozycjonowany w przyrządzie pomiarowym w znany sposób.

Położenie mierzonej płytki w uchwycie ustalają pary kulek 4, osadzonych po trzy kulki 4 w każdym pierścieniu 1 i 2. Kulki 4 znajdują się dokładnie naprzeciw siebie i są dociskane do płytki mierzonej za pomocą identycznych płaskich sprężyn 5, przykręconych do pierścieni 1 i 2, od zewnętrznej strony każdego pierścienia. Na wewnętrznej powierzchni pierścienia stałego 1, osadzonych jest i rozmieszczonych symetrycznie sześć zderzaków 6, o identycznej wysokości, ustalając siłę nacisku sprężyn 5. Obwiednia wewnętrzna zarysu tych zderzaków 6 tworzy okrąg o średnicy odpowiadającej średnicy płytki mierzonej, tworząc rodzaj gniazda pozycjonującego płytkę i zabezpieczającego przed jej pionowym przypadkowym przemieszczeniem.

Wkładanie płytki może być przeprowadzone po wyjęciu uchwytu ze stanowiska pomiarowego i ułożeniu go w pozycji horyzontalnej, co zabezpiecza płytkę mierzoną przed przypadkowym wypadnięciem w trakcie wkładania. Włożenie płytki do uchwytu następuje po zluzowaniu i odchyleniu zaczepów 8 oraz zdjęciu odłączalnego pierścienia 2. Podczas pomiaru płytka mierzona znajduje się pomiędzy dwoma pierścieniami 1 i 2 uchwytu, co zabezpiecza przed jej przypadkowym uszkodzeniem lub zarysowaniem.

PL 211 120 B1

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uchwyt pomiarowy do cienkich płytek umieszczonych na pierścieniu bazowym i blokowanych parami kulek dociskowych, znamienny tym, że składa się z dwu pierścieni (1) i (2) umieszczonych pionowo na wsporniku (3), w których na obwodzie w otworach osadzone są trzy pary kulek (4), usytuowanych dokładnie naprzeciw siebie, kulki (4) dociskane są płaskimi sprężynami (5) o identycznej charakterystyce, ponadto w pierścieniu (1) na obwodzie symetrycznie osadzonych jest sześć zderzaków (6) o identycznej precyzyjnie ustalonej wysokości, definiującej wartość siły dociskającej sprężyn (5) oraz tworzących gniazdo osadcze dla mierzonej płytki.
2. 2. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wspornik (3) z osadzonymi w nim pierścieniami (1) i (2) stanowi gniazdo osadcze w przyrządzie pomiarowym.
3. 3. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień (1) jest na stałe związany ze wspornikiem (3) a pierścień (2) jest odłączany.
4. 4. Uchwyt według zastrz. 1, znamienny tym, że w stałym pierścieniu (1) osadzone są na obwodzie, trzy stożkowe kołki (7), pozycjonujące te pierścienie (1) i (2), przy montażu, oraz w dwa zameczki (8) do blokowania złożonych pierścieni (1) i (2).