可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及接觸式表面輪廓儀測試技術領域，特別是一種可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀。
【背景技術】
[0002]現有的樣品接觸式表面輪廓儀包括支撐座，在支撐座上設有樣品臺。樣品臺與支撐座之間設有驅動樣品臺在平行于支撐座方向上移動的平移驅動機構。在樣品臺的上方設有通過支架支撐的探針架，探針設置在探針架上，探針架上設有驅動探針在垂直于樣品臺方向上的垂直驅動機構。測試時，被測工件置于樣品臺上，樣品臺及被測件在平移驅動機構的帶動下相對于支撐座移動，接觸式表面輪廓儀的探針在垂直驅動機構的驅動下以恒定接觸力劃過被測樣品表面，即可得到樣品的表面輪廓，進而獲得樣品形貌、表面粗糙度和應力等信息，廣泛應用于半導體加工、機械制造裝配、材料成型等領域。
[0003]測定不同溫度下樣品的應力值，可及時對樣品制做質量和適用性做出判斷，確定后續的加工工藝及步驟，例如在半導體加工中，硅片表面旋涂的光刻膠，其在不同溫度下的應力值，對最后成型的半導體器件性質有至關重要的影響，因此需要在工藝進行過程中連續測量其應力值。
[0004]現有的接觸式表面輪廓儀未配備可變溫的樣品臺，如要測量不同溫度下的樣品，則需另行購置熱臺，這導致產生了以下問題:1.接觸式表面輪廓儀為了保證其測量精度，樣品臺承重量普遍較小，而普通商業型熱臺的重量已經接近或超過其承重量，因此不適合進行配置；2.接觸式表面輪廓儀在測量時，樣品臺處于運動狀態，普通熱臺裝置無法保證樣品臺周圍的真空度，造成對樣品溫度控制精度低和功率浪費；3.購置成本高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種結構簡單、可進行溫度控制、在不同溫度且具有一定真空度的環境下測量樣品表面輪廓、測量精度高、易于操作的接觸式表面輪廓儀，克服現有技術的不足。
[0006]本發明的可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀，包括支撐座，在支撐座上設有樣品臺；樣品臺與支撐座之間設有驅動樣品臺在平行于支撐座方向上移動的平移驅動機構；在樣品臺的上方設有通過支架支撐的探針架，探針設置在探針架上，探針架上設有驅動探針在垂直于樣品臺方向上運動的機構；所述的樣品臺上設有基座，在基座內設有與溫控儀相接的加熱件；在加熱件的上方設有溫控板，溫控板上鑲嵌有與溫控儀相接的溫度傳感器，溫控板上有導線走線槽；在溫控板的上方有左殼體和右殼體，左殼體和右殼體剛好夾持在探針架的兩側，使溫控板上方形成封閉的內腔；所述的內腔通過泵管、閥門與真空泵相接；在左殼體和/或右殼體上設有攝像頭和進氣閥。
[0007]所述的基座為隔熱絕緣輕質的氧化物陶瓷材料；所述的加熱件為紅外線加熱管；所述的溫控板為高強度絕緣導熱材料，在溫控板上排列有通孔；所述的溫度傳感器為溫度熱電偶，該溫度熱電偶設置在溫控板的中心位置，溫度熱電偶與溫控板的上平面平齊。
[0008]所述的左殼體和右殼體相互對稱扣合，左殼體和右殼體的底邊與所述的支撐座相接，左殼體與右殼體的相接觸處、左殼體和右殼體與探針架相接觸處、左殼體和右殼體與支撐座相接觸處均設有密封墊或密封圈。
[0009]本發明具有以下顯著優點和有益效果:
1.本發明的可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀結構簡單，基座的材料為輕質材料，控溫板采用鏤空結構，左殼體和右殼體扣合后形成內腔并直接座落于支撐座上，整體控制了儀器組件在樣品臺上部分的重量，使樣品臺具有了更大的載重余量。
[0010]2.利用紅外線加熱的方式進行變溫，變溫范圍為25°C?200°C，熱效率高，樣品升溫速度快。
[0011]3.溫度熱電偶嵌于控溫板上，同樣品直接接觸，測得地即是樣品的實際溫度，提高了測溫精度；通過真空泵對內腔抽真空，降低了樣品熱損耗，進一步提高了控溫精度。
[0012]4.形成真空腔的殼體包括左殼體和右殼體，分別用來安裝攝像頭、進氣閥、泵管以及走線的孔均開在一側的殼體上，方便更換樣品及拆裝，且避免了對樣品臺運動的影響。
[0013]5.本發明易于操作，測量精度高，成本低，在不同溫度且具有一定真空度的環境下測量樣品表面輪廓。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明【具體實施方式】的結構示意圖；
圖2是圖1所不的左視不意圖；
圖3是圖1所示的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1、2、3所示:包括支撐座1，在支撐座I上設有樣品臺2 ;樣品臺2與支撐座I之間設有驅動樣品臺2在平行于支撐座I方向上移動的平移驅動機構。在樣品臺2的上方設有通過支架21支撐的探針架10，探針9設置在探針架10上，探針架10上設有驅動探針9在垂直于樣品臺2方向上運動的機構。
[0016]樣品臺2上設有基座3，基座3為隔熱絕緣輕質的氧化物陶瓷材料。在基座3內設有與溫控儀20相接的加熱件4，加熱件4為紅外線加熱管。
[0017]在加熱件4的上方設有溫控板5，溫控板5為高強度絕緣導熱材料，在溫控板5上排列有通孔6。溫控板5上鑲嵌有與溫控儀20相接的溫度傳感器7，溫度傳感器7為溫度熱電偶，該溫度熱電偶設置在溫控板5的中心位置，溫度熱電偶與溫控板5的上平面平齊，溫控板5上有導線走線槽8。
[0018]在溫控板5的上方有石英玻璃材料的左殼體11和右殼體12，左殼體11和右殼體12剛好夾持在探針架10的兩側，使溫控板5上方形成封閉的內腔22。內腔22通過泵管18、閥門17與真空泵19相接。泵管18上裝有真空計16。
[0019]在左殼體11和/或右殼體12上設有攝像頭14和進氣閥15。
[0020]分別用來安裝攝像頭14、進氣閥15、泵管18的孔以及走線孔23均開在同一個殼體即左殼體11或右殼體12上，可方便組裝和拆卸。
[0021]左殼體11和右殼體12相互對稱扣合，左殼體11和右殼體12的底邊與支撐座I相接，左殼體11與右殼體12的相接觸處、左殼體11和右殼體12與探針架10相接觸處、左殼體11和右殼體12與支撐座I相接觸處均設有密封墊或密封圈。溫度傳感器7和加熱件4與溫控儀20連接的導線貫穿基座3側面的通孔13和殼體側面的走線孔23。走線孔23和攝像頭14、進氣閥15、泵管18的安裝孔處均設有密封墊或密封圈，以保證抽真空時內腔22的真空度。
[0022]本發明的工作過程如下:
測量4英寸雙面拋光硅片上SU8光刻膠膜的應力值，測量溫度30°C?180°C，每隔30°C測I次，具體實驗按以下步驟進行:
1.接觸式表面輪廓儀開機，儀器初始化，將標準硅樣品放置于樣品臺2上測量其微納米溝道深度，同給定深度值做比較，進行儀器校準，校準完成后取下標準硅樣品；
2.將基座3、加熱件4、控溫板5、溫度傳感器7組成的整體置于樣品臺2上，把4英寸雙面拋光硅片放在控溫板5中央、溫度傳感器7上方的位置，移動樣品臺2調節探針9和硅片的相對位置，將左殼體11和右殼體12組合于支撐座I上，連接電路及真空泵19管路，密封好；
3.打開真空泵19抽內腔22的真空，待真空計16示數達到2Pa時，停止抽氣，關閉管路閥門17，等待3?4分鐘，真空計16示數不變，開始進行變溫測量，在控溫儀20上設置溫度30°C，待硅片達到30°C后，穩定2?3分鐘；
4.操縱探針9使其落于硅片上SU8光刻膠膜的表面，調節攝像頭14捕捉到探針尖和膠膜的接觸點，設定測量參數，開始測量，測量完成后將溫度設置到60°C，依次類推，逐個溫度完成膠膜表面輪廓的測量，在儀器軟件中依據膠膜輪廓計算出其在不同溫度下的應力值，決定硅片的后續加工工藝和步驟。全部測試結束后，打開進氣閥15，使空氣充入內腔22中，設置控溫儀20溫度到室溫，待溫度下降到室溫后，將儀器各組件恢復至初始狀態。
【主權項】
1.一種可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀，包括支撐座(I )，在支撐座(I)上設有樣品臺(2);樣品臺(2)與支撐座(I)之間設有驅動樣品臺(2)在平行于支撐座(I)方向上移動的平移驅動機構；在樣品臺(2)的上方設有通過支架(21)支撐的探針架(10)，探針(9)設置在探針架(10 )上，探針架(10 )上設有驅動探針(9 )在垂直于樣品臺(2 )方向上運動的機構； 其特征在于:所述的樣品臺(2)上設有基座(3)，在基座(3)內設有與溫控儀(20)相接的加熱件(4)； 在加熱件(4 )的上方設有溫控板(5 )，溫控板(5 )上鑲嵌有與溫控儀(20 )相接的溫度傳感器(7)，溫控板(5)上有導線走線槽(8); 在溫控板(5)的上方有左殼體(11)和右殼體(12)，左殼體(11)和右殼體(12)剛好夾持在探針架(10)的兩側，使溫控板(5)上方形成封閉的內腔(22); 所述的內腔(22)通過泵管(18)、閥門(17)與真空泵(19)相接; 在左殼體(11)和/或右殼體(12 )上設有攝像頭(14)和進氣閥(15 )。
2.根據權利要求1所述的可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀，其特征在于:所述的基座(3)為隔熱絕緣輕質的氧化物陶瓷材料；所述的加熱件(4)為紅外線加熱管；所述的溫控板(5)為高強度絕緣導熱材料，在溫控板(5)上排列有通孔(6);所述的溫度傳感器(7)為溫度熱電偶，該溫度熱電偶設置在溫控板(5)的中心位置，溫度熱電偶與溫控板(5)的上平面平齊。
3.根據權利要求1所述的可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀，其特征在于:所述的左殼體(11)和右殼體(12)相互對稱扣合，左殼體(11)和右殼體(12)的底邊與所述的支撐座(I)相接，左殼體(11)與右殼體(12)的相接觸處、左殼體(11)和右殼體(12)與探針架(10)相接觸處、左殼體(11)和右殼體(12)與支撐座(I)相接觸處均設有密封墊或密封圈。
【專利摘要】可實現樣品變溫的接觸式表面輪廓儀，在支撐座上設有樣品臺；樣品臺與支撐座之間有驅動樣品臺在平行于支撐座方向上移動的平移驅動機構；在樣品臺上方設有通過支架支撐的探針架，探針設在探針架上，探針架上設有驅動探針在垂直于樣品臺方向上運動的機構；樣品臺上設有基座，在基座內設有與溫控儀相接的加熱件；在加熱件的上方設有溫控板，溫控板上鑲嵌有與溫控儀相接的溫度傳感器；在溫控板的上方有左、右殼體，左、右殼體剛好夾持在探針架的兩側，使溫控板上方形成封閉內腔；內腔通過泵管、閥門與真空泵相接。結構簡單，可進行溫度控制，測量精度高，易于操作。
【IPC分類】H01L21-66, G01B11-24
【公開號】CN104655042
【申請號】CN201510023036
【發明人】陳莉, 李克洪, 劉軍山, 劉沖
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月16日