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高精度晶圆测量仪器的运动控制与检测系统的研究与实现

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高精度晶圆测量仪器的运动控制与检测系统的研究与实现

作者：王成真华东师范大学

学位级别：硕士

长期以来,我国在晶圆制造与检测领域处于相对落后的地位。随着如物联网、5G等高新产业的迅速的发展,对芯片的需求越来越旺盛,芯片产能不足的问题进一步放大了我国在该领域落后的状态。在晶圆应力检测设备领域,国外相关企业起步早、技术... 详细信息

长期以来,我国在晶圆制造与检测领域处于相对落后的地位。随着如物联网、5G等高新产业的迅速的发展,对芯片的需求越来越旺盛,芯片产能不足的问题进一步放大了我国在该领域落后的状态。在晶圆应力检测设备领域,国外相关企业起步早、技术强,与我们拉开了较大的差距。此外因中美贸易影响,薄膜应力测量仪的进口也变得困难重重,导致我国许多公司无仪器可用。最后,国产晶圆薄膜应力仪的研发处于较低的水平,在应力测量的精确度和重复性上难以望进口设备的项背。目前对薄膜应力仪仪改进的方法,主要分为三类:（1）改变测量仪器的机械结构或者光路结构。主要方案包括增加激光束、改垂直测量为水平测量、增加旋转托盘等。这些方案的机械结构相对复杂,反而会增加测量结果的不稳定性,使得测量过程不可控、可靠。（2）利用薄膜的光学特性,通过应力双折射法、X射线衍射法对薄膜应力仪重新进行设计。基于该方案的仪器可以进一步提升测量精度和稳定性,但成本相对较高,开发周期长、后期维护比较困难。（3）对传统薄膜应力仪进行软硬件双重升级,对硬件更新换代,对软件优化算法,并对测量流程重新设计。这类方案成本低,见效快,性能提升显著,后期维护简单。本文结合第三类改进方案,选择更为先进的电子元器件等结构模块,优化算法发挥硬件性能,从软件层面进一步降低甚至消除因为硬件本身噪声和机械平台因震动,提出误差补偿公式,弥补平台固有误差对测量结果造成的失准,提升测定结果的稳定性、重复性、精确性。首先,在运动元件模块选用更为精密、稳定的步进电机,在数据采样模块选用分辨率更高、杂散光消除率更高的一维位敏传感器。其次,通过梯形加减速算法优化对运动元件的控制,保证其运动精准、平滑。然后为位敏传感器重新设计运放电路,提升采样精度。最后,提出误差补偿算法对测量结果进行整定。本文的主要贡献和创新点如下:（1）设计并实现了对薄膜应力仪运动元件的精稳控制。针对传统薄膜应力仪运动元件失步或震动等问题,本文重新选型高精度步进电机,通过加减速算法优化步进电机控制,有效减弱了测量过程中的对采样结果的干扰。（2）设计并实现了对薄膜应力仪中位敏传感器的高保真采样。本文根据高分辨率位敏传感器和测量需求重新进行运放电路设计,自定义放大倍数和手动调零。进一步确保传感器数据获取的精确度。（3）提出误差补偿公式。本文对晶圆镀膜前后光片的平均拟合曲率半径相对于理论值的分析,对比两者之间的误差规律提出误差补偿公式,并给出求解补偿系数的方法和实际应用中的校准流程。误差补偿公式有效提升了测量结果的准确性和重复性,补偿系数求解方法有效提高了工作效率,在需要校准时免于反复测试调整。（4）实现了所有基于基片形变法的测量曲率半径或应力的光片材料的统一。除了主要应用于对镀膜前后晶圆的曲率半径、弯曲度和应力检测,亦适用于任何可反射激光的各种刚性材料基体非镀膜表面的曲率半径测试、弯曲度检测,亦适用于任何可反射激光的各种刚性材料基体镀膜表面的曲率半径测试、弯曲度检测及其薄膜残余盈利测试,如钛合金基片、抛光不锈钢基片等。本文的研究成果已经申请了两项国家发明专利（专利号分别是202111154932.8和202110612472.2）和两篇软件著作权。本文实现的薄膜应力原型已经交由合作企业进行产品化、商品化升级。在双方共同努力下,已与数家半导体公司达成了意向订单,下一步的目标则是致力于本薄膜应力仪的全面成果转化和商业推广。

关键词：晶圆检测应力电机控制算法补偿

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超高水充填材料基本性能试验研究

煤炭学报 2011年第7期36卷 1087-1092页

作者：丁玉冯光明王成真中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿业学院江苏徐州221116

为克服常用充填材料在我国建筑物下压煤充填开采应用中存在的不足,分析并试验了不同水体积超高水材料的基本性能,包括抗压强度、体积应变、凝结时间、流变性、显微结构及其稳定性。结果表明:超高水材料具有早强快硬、两主料(A或B)单浆... 详细信息

为克服常用充填材料在我国建筑物下压煤充填开采应用中存在的不足,分析并试验了不同水体积超高水材料的基本性能,包括抗压强度、体积应变、凝结时间、流变性、显微结构及其稳定性。结果表明:超高水材料具有早强快硬、两主料(A或B)单浆流动性好、初凝时间可调等特点,生成的固结体不收缩,体积应变小,在三向受力状态下有良好的不可压缩性,而在干燥的空气中以及高温环境下容易失稳。结合矿井煤层开采后采空区潮湿、低温、封闭的环境可知,超高水材料是一种性能良好的采空区充填材料。

关键词：超高水材料力学特性流变性稳定性充填开采

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超高水材料采空区充填方法研究

煤炭学报 2010年第12期35卷 1963-1968页

作者：冯光明孙春东王成真周振中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008 冀中能源集团有限责任公司邯郸矿业集团河北邯郸056000

为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技术。该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优缺点及适用条件进行了分析。结果表明:在井下潮湿、低温、... 详细信息

为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技术。该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优缺点及适用条件进行了分析。结果表明:在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种理想的采空区充填材料;该材料及相应的充填开采方法是未来采空区充填开采技术的发展方向之一。

关键词：超高水材料充填开采方法开放式袋式混合式分段阻隔式

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村庄下厚煤层开采方法研究

煤炭科学技术 2016年第1期44卷 114-119页

作者：王成真山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司生产技术处山西晋城048006

针对我国村庄下厚煤层压煤量巨大的问题,提出进行分层充填开采、覆岩离层及垮落带断裂带注浆充填开采和村庄搬迁新模式开采,以解放村庄下厚煤层。在技术条件可行的前提下,对比分析了不同煤层厚度及不同村庄人口密度时3种开采方法的经济... 详细信息

针对我国村庄下厚煤层压煤量巨大的问题,提出进行分层充填开采、覆岩离层及垮落带断裂带注浆充填开采和村庄搬迁新模式开采,以解放村庄下厚煤层。在技术条件可行的前提下,对比分析了不同煤层厚度及不同村庄人口密度时3种开采方法的经济效益。结果表明:3种开采方法的经济利润随煤厚的增加均呈增长趋势,随村庄人口密度的增长均呈下降趋势,分层充填开采的利润增长或下降幅度最小,村庄搬迁方法的利润增长或下降幅度最大。村庄搬迁方法受2种因素的影响巨大,煤层越厚越有利于实施村庄搬迁方法,村庄人口越稀少,村庄搬迁的利润就越高。最后,总结了村庄下厚煤层开采方法选择时应遵循的原则。

关键词：村庄下厚煤层分层充填开采注浆充填村庄搬迁新模式人口密度

煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用

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煤矿开采 2013年第5期18卷 28-31,37页

作者：车永军王成真杜利宏晋城煤业集团晋圣矿业投资有限责任公司山西晋城048000 晋城煤业集团生产技术处山西晋城048006

为解决传统人工手动排水系统在矿井排水过程中排水能力小、自动化程度低、操作过程繁琐、管理复杂、应急能力差等问题,研究并设计了矿井中央水泵房自动化排水系统。该系统通过各类传感器收集水仓水位信息、水泵及配套设备工况信息后,经... 详细信息

为解决传统人工手动排水系统在矿井排水过程中排水能力小、自动化程度低、操作过程繁琐、管理复杂、应急能力差等问题,研究并设计了矿井中央水泵房自动化排水系统。该系统通过各类传感器收集水仓水位信息、水泵及配套设备工况信息后,经过逻辑运算,按照一定的方式自动发出指令控制水泵组系统开启或者停止,从而实现矿井自动化排水。同时,系统可根据需要进行手动操作排水、半自动化排水和全自动化排水,并可由地面上位机进行远程控制,且能有效避开矿井用电高峰期。某矿中央水泵房自动化排水系统的应用证明,该系统具有排水能力大、自动化程度高、操作简单、应急能力强、电耗低、易于管理等显著优点,是矿井排水系统自动化发展的重要方向之一。

关键词：中央水泵房排水系统自动化控制水位传感器

隐伏正断层错动引发上覆土体破裂过程的三维数值模拟

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地震学报 2019年第1期41卷 124-137页

作者：齐剑峰赵心怡王成真郝文拯河北省水资源可持续利用与开发重点实验室中国石家庄050031 河北地质大学勘查技术与工程学院中国石家庄050031

通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的... 详细信息

通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的分析得到以下结论:(1)在断层错动过程中,下盘一侧受断层错动影响的上覆土体的应力状态经压剪→纯剪→拉剪逐渐变化,而上盘一侧上覆土体的应力状态变化较为复杂,经压剪→纯剪→拉剪→纯剪→压剪重复变化;(2)在断层均匀错动过程中,断层下盘一侧土体的破裂率先出现在地表拉剪区内,随错动量的增大,破裂带向两侧、向深部扩展;同时,下盘一侧土体的底部产生破坏,并斜向上扩展,逐渐与顶部破裂相连;(3)在断层倾斜错动过程中,地表破裂出现的位置和上覆土体的厚度有关。对于厚度较大的土体,正断层倾斜错动能够在地表形成与断层走向有一定夹角、且与断层长度相比长度很短的地表破裂或地裂缝,而数值模拟可对正断层错动导致的地表破裂的模式加以补充,为研究地裂缝的形成机理和分布形式提供依据。

关键词：破裂上覆土体应力状态塑性变形正断层数值模拟

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超高水材料袋式充填开采研究

采矿与安全工程学报 2011年第4期28卷 602-607,613页

作者：冯光明王成真李凤凯贾凯军中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 晋城煤业集团生产技术处山西晋城048006 冀中能源集团陶一煤矿河北邯郸056000

为了解放建筑物下压煤问题,采用新型的超高水材料作为采空区充填物,水体积和水灰比分别可达97%和11∶1.结合超高水材料的基本性能,提出进行采空区袋式充填开采.该技术将超高水材料混合浆液充入预先在采空区架设好的充填袋内,凝固后的充... 详细信息

为了解放建筑物下压煤问题,采用新型的超高水材料作为采空区充填物,水体积和水灰比分别可达97%和11∶1.结合超高水材料的基本性能,提出进行采空区袋式充填开采.该技术将超高水材料混合浆液充入预先在采空区架设好的充填袋内,凝固后的充填体控制上覆岩层活动,以达到有效减缓地面沉降的目的.该技术在陶一煤矿充填试验面的成功运用说明:在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种性能良好的采空区充填材料;超高水材料袋式充填开采技术是解放建筑物下压煤的一种先进的煤矿绿色开采方法,具有充填工艺简单,初期投资低,机械化程度高,实际应用与操作方便,对煤矿地质条件及采煤工艺适应性强等显著优点.

关键词：超高水材料袋式充填岩层活动地表变形

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超高水材料液压支架后挂袋充填技术

煤矿安全 2011年第2期42卷 57-60页

作者：连小林冯光明王成真周振中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008

超高水材料是一种新型绿色环保的材料,以该材料为基础的充填开采技术能够很好的解决建筑物下压煤的问题。介绍了超高水材料液压架后挂包充填开采技术实施过程,以陶一煤矿充2工作面为例介绍了相关的采煤工艺与充填工艺,并对影响充填效果... 详细信息

超高水材料是一种新型绿色环保的材料,以该材料为基础的充填开采技术能够很好的解决建筑物下压煤的问题。介绍了超高水材料液压架后挂包充填开采技术实施过程,以陶一煤矿充2工作面为例介绍了相关的采煤工艺与充填工艺,并对影响充填效果的因素进行了分析。工程实践表明:超高水材料充填工作面矿压显现不明显,凝结后的充填体可以有效的控制采空区顶板,限制地表下沉。

关键词：超高水材料充填开采综采机械化工作面充填体

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井下复杂地段排水管道设计方案及选择研究

煤炭工程 2012年第12期44卷 13-15,18页

作者：王建胜王成真赵彦斌山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司王台铺煤矿山西晋城048006 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司生产技术处山西晋城048006

在王台铺煤矿排水系统改造过程中,需要从+695m水平水泵房管子道口至+695m直排井之间铺设排水管路,该段区域巷道布置复杂,支护方式原始,施工难度较大。为解决这一难题,结合该区域的实际情况及现有的技术方法,共设计了三种方案,即巷道顶... 详细信息

在王台铺煤矿排水系统改造过程中,需要从+695m水平水泵房管子道口至+695m直排井之间铺设排水管路,该段区域巷道布置复杂,支护方式原始,施工难度较大。为解决这一难题,结合该区域的实际情况及现有的技术方法,共设计了三种方案,即巷道顶部铺设管路、施工安装通道铺设管路和施工大直径斜孔铺设管路。运用价值工程理论对三种方案的价值系数进行了分析计算,结果表明:施工大直径斜孔铺设管路方案价值系数最大,排水管路施工工程量小,影响范围小,经济与技术优势明显,为三种方案的最佳方案。

关键词：排水系统管道大直径斜孔价值工程