CN103389052A - 一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置 - Google Patents

Abstract

一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，包括钢架底座；平台，所述的平台设在钢架底座上；支撑座，所述的支撑座设在平台上；横梁，所述的横梁设在支撑座上；轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴；所述的X轴设在横梁上；所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直；所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台；所述的旋转轴固定在Y轴动板上；晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上；接触式测长装置，所述的接触式测长装置固定在Z轴动板上；平面平晶，所述的平面平晶设在与X轴运动方向平行的横梁上。本发明结构简单、集成度高、功能全面，为晶圆形状参数测量提供了解决方案。

Description

一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置。

背景技术

为满足全球能源逐步扩大的需求，太阳能作为绿色能源被广泛加以利用，而晶圆作为太阳能电路板的关键元件，需求量和质量均在不断提高，晶圆一般由多层不同材料（第一层为多晶硅、第二层为粘合剂、第三层为玻璃、第四层为胶带）采用压合工艺制成，一般是从第一层到第四逐层压合，各层压合后平面度和压合后厚度需要严密监控，４层全部压合后成品晶圆的平面度和厚度也需要进行检测，只有符合晶圆压合质量要求的产品才能作为合格基材进入下一道工序进行加工，并最终确保晶圆成品符合客户要求。

传统晶圆的测量设备，从测量方式上分为接触式和非接触式两种：传统接触式测量设备，针对晶圆测量功能单一，不能在同一台设备上进行平面度和厚度的测量，另外，测量力难以精确控制，导致各点测量精度受到影响，甚至因测量力不均匀及无法控制导致测量过程中晶圆碎裂，而非接触式晶圆测量仪，由于采用激光照射方式进行测量，会因不同测量材料反光效应不同导致各层测量数据难以统一，尤其是针对玻璃层及成品后的高亮度表层测量，会由于材料透明或是表面高亮度影响测量精度，导致测量数据失真，难以准确判断测量数据的真实性，由于在测量过程中是由X轴带动测头左右运动，必然将轴系统运动误差引入最终的测量结果中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、集成度高、功能全面其测量精度高的立式晶圆形状测量装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，包括钢架底座；电控柜，所述的电控柜安装在钢架底座内部，电控柜装有电控系统；工控机，所述的工控机设在电控柜的侧面、钢架底座的内部；平台，所述的平台设在钢架底座上；支撑座，所述的支撑座设在平台上；横梁，所述的横梁设在支撑座上；轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴；所述的X轴设在横梁上；所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直；所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台；所述的旋转轴固定在Y轴动板上；晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上；接触式测长装置，所述的接触式测长装置固定在Z轴动板上；平面平晶，所述的平面平晶设在与X轴运动方向平行的横梁上。

作为优选，所述的接触式测长装置底板的上下分别安装有空气导轨，上、下空气导轨结构相同，其靠外侧分别安装有探针，而空气导轨的导芯与测长装置的下端板、上端板之间安装有精密弹簧，导芯的另一端分别安装有连接件，连接件上分别安装有激光尺，激光尺对应位置安装有激光位移传感器，激光位移传感器相对激光尺的安装精度通过激光位移传感器安装板来进行调节。

    作为优选，所述的空气导轨仅具有一维运动自由度。

    作为优选，所述的轴系全部通过伺服电机精确控制。

    作为优选，所述的晶圆承载台包括承载台安装座、转接板、调节螺钉、精密弹簧、吸气孔气管接头、直角定位块、吸附孔板和吸附槽板，所述的转接板设在承载台安装座的上表面，吸附槽板设在转接板的上方，吸附槽板与转接板通过调节螺钉连接在一起，吸附槽板与转接板之间设有精密弹簧，所述的吸附孔板设在吸附槽板的上表面，直角定位块通过定位销钉固定在吸附孔板的两条直角边上，所述转接板上有若干个圆孔，在吸附槽板对应转接板上圆孔的位置设有吸气孔气管接头。

本发明提供了一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，解决了以往接触式测量设备功能单一、测量力难以控制等问题，并在此基础上，通过利用接触式测长装置和平面平晶，对轴系运动误差进行补偿，进一步提高了测量精度，使对晶圆形状实现纳米级精度测量成为可能，且解决了以往非接触式测量仪面对透明材料和高亮度表面测量精度不准等问题，且结构简单、集成度高、功能全面，为晶圆平面度、厚度等形状参数测量提供了优化综合解决方案。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为接触式测长装置的结构示意图；

图3为圆晶承载台的结构示意图；

图4为圆晶承载台的结构示意图。

图中：1.工控机；2.钢架底座；3.花岗岩支撑座；4.Y轴动板；5. 晶圆；6.平面平晶；7.Z轴；8.花岗岩横梁；9.平面平晶固定座；10.X轴；11.接触式测长装置；12.晶圆承载台；13.旋转轴；14.Y轴；15. 花岗岩平台；16.电控柜；17.下测针；18.下空气导轨；19.下激光尺；20.下端板；21.下激光位移传感器；22.下激光位移传感器安装板；23.下连接件；24.下数据线接头；25.底板；26.上激光位移传感器安装板；27.上激光尺；28.上激光位移传感器；29.上数据线接头；30.上端板；31.上测针；32.上弹簧；33. 上空气导轨；34.上连接件；35.上进气接头；36.下进气接头；37.下弹簧；38.承载台安装座；39.转接板；40.调节螺钉；41.精密弹簧；42.气孔气管接头；43.锁紧螺钉；44.锁紧螺母；45.定位销钉；46.直角定位块；47.吸附孔板；48.吸附槽板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

 参见图1至图4所示，一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，包括钢架底座2；电控柜16，所述的电控柜16安装在钢架底座2内部，电控柜16装有电控系统；工控机1，所述的工控机1设在电控柜16的侧面、钢架底座2的内部；花岗岩平台15，所述的平台15设在钢架底座2上；花岗岩支撑座3，所述的支撑座3设在平台15上；花岗岩横梁8，所述的横梁8设在支撑座3上；轴系，所述的轴系包括X轴10、Y轴14、Z轴7和旋转轴13，所述的轴系全部通过伺服电机精确控制；所述的X轴10设在横梁8上；所述的Y轴14设在平台15上，与X轴10相互垂直；所述的Z轴7固定在X轴10动板上、与X轴10运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台15；所述的旋转轴13固定在Y轴动板4上；晶圆承载台12，所述的晶圆承载台12固定在旋转轴13上；接触式测长装置11，所述的接触式测长装置11固定在Z轴7动板上；平面平晶6，所述的平面平晶6通过平面平晶固定座9设在与X轴10运动方向平行的横梁8上。

所述的接触式测长装置底板12的上下分别安装有仅具有一维运动自由度的空气导轨，分别为上空气导轨33和下空气导轨18，上、下空气导轨结构相同，其靠外侧分别安装有上探针31和下探针17，而空气导轨的导芯与测长装置的下端板30、上端板20之间分别安装有下精密弹簧37和上精密弹簧32，导芯的另一端分别安装有下连接件23和上连接件34，连接件上分别安装有下激光尺19和上激光尺27，激光尺对应位置安装有下激光位移传感器21和上激光位移传感器28，激光位移传感器相对激光尺的安装精度分别通过下激光位移传感器安装板22和上激光位移传感器安装板26来进行调节。

    所述的晶圆承载台12包括承载台安装座38、转接板39、调节螺钉40、精密弹簧41、吸气孔气管接头42、直角定位块46、吸附孔板47和吸附槽板48，所述的转接板39设在承载台安装座38的上表面，吸附槽板48设在转接板39的上方，吸附槽板48与转接板39通过调节螺钉40连接在一起，吸附槽板48与转接板39之间设有精密弹簧41，所述的吸附孔板47设在吸附槽板48的上表面，直角定位块46通过定位销钉45固定在吸附孔板47的两条直角边上，所述转接板39上有若干个圆孔，在吸附槽板48对应转接板39上圆孔的位置设有吸气孔气管接头42。

测量时，晶圆承载台12将晶圆5固定住，而X轴10和Y轴14分别带动接触式测长装置11及晶圆5做直线运动，以实现对晶圆5表面进行扫描式测量，测量过程中，上探针31始终与平面平晶6接触，下探针17则始终与晶圆5表面保持接触，上探针31实时读取在X轴10运动过程中引入的运动误差，而下探针17读取测量到的晶圆12某点的相对高度位移值，两者的测量数据实时被测针后部对应的激光位移传感器读出，假设下探针17运动到被测物表面的B点，此时从上探针31对应的上激光位移传感器28读取的误差值为ΔX1，下探针对应的下激光位移传感器21读取的测量值为ΔX2，则实际该点测量值X1=ΔX2-ΔX1，进而实现对轴系精度的实时补偿，电控系统驱动轴系运动，确保测针扫描到被测物表面的各点，从而能得到被测物表面各点的测量值。

本发明提供了一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，解决了以往接触式测量设备功能单一、测量力难以控制等问题，并在此基础上，通过利用接触式测长装置和平面平晶，对轴系运动误差进行补偿，进一步提高了测量精度，使对晶圆形状实现纳米级精度测量成为可能，且解决了以往非接触式测量仪面对透明材料和高亮度表面测量精度不准等问题，且结构简单、集成度高、功能全面，为晶圆平面度、厚度等形状参数测量提供了优化综合解决方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种可补偿轴系误差的立式晶圆形状测量装置，其特征在于，包括：

钢架底座；

电控柜，所述的电控柜安装在钢架底座内部，电控柜装有电控系统；

工控机，所述的工控机设在电控柜的侧面、钢架底座的内部；

平台，所述的平台设在钢架底座上；

支撑座，所述的支撑座设在平台上；

横梁，所述的横梁设在支撑座上；

轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴；

所述的X轴设在横梁上；

所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直；

所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台；

所述的旋转轴固定在Y轴动板上；

晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上；

接触式测长装置，所述的接触式测长装置固定在Z轴动板上；

平面平晶，所述的平面平晶设在与X轴运动方向平行的横梁上。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的接触式测长装置底板的上下分别安装有空气导轨，上、下空气导轨结构相同，其靠外侧分别安装有探针，而空气导轨的导芯与测长装置的下端板、上端板之间安装有精密弹簧，导芯的另一端分别安装有连接件，连接件上分别安装有激光尺，激光尺对应位置安装有激光位移传感器，激光位移传感器相对激光尺的安装精度通过激光位移传感器安装板来进行调节。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述的空气导轨仅具有一维运动自由度。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的轴系全部通过伺服电机精确控制。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述的晶圆承载台包括承载台安装座、转接板、调节螺钉、精密弹簧、吸气孔气管接头、直角定位块、吸附孔板和吸附槽板，所述的转接板设在承载台安装座的上表面，吸附槽板设在转接板的上方，吸附槽板与转接板通过调节螺钉连接在一起，吸附槽板与转接板之间设有精密弹簧，所述的吸附孔板设在吸附槽板的上表面，直角定位块通过定位销钉固定在吸附孔板的两条直角边上，所述转接板上有若干个圆孔，在吸附槽板对应转接板上圆孔的位置设有吸气孔气管接头。

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