CN202885938U - 基于电子天平的硅片自动计片装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电子天平的硅片自动计片装置，包括电子天平，所述电子天平包括输入及显示面板，电子天平内设有内部信号处理装置，输入及显示面板上设有数值输入装置、硅片厚度选择及显示装置、硅片规格选择装置，硅片尺寸选择装置，计量结果显示装置，计量结果显示装置上设有“重量”显示面板、“片数”显示面板，内部信号处理装置根据数值输入装置、硅片厚度选择及显示装置、硅片规格选择装置及硅片尺寸选择装置的输入进行处理并在“重量”显示面板及“片数”显示面板上显示硅片重量及片数计量结果。本实用新型基于一般的电子天平进行开发，能够高效实现硅片点片计数，具有方便、实用、廉价的优点。

Description

基于电子天平的硅片自动计片装置

技术领域

本实用新型属于集成电路支撑行业半导体硅片加工制造领域特别涉及一种基于电子天平的硅片自动计片装置，适用于半导体硅片称重计数。

背景技术

半导体硅片制造行业属于集成电路支撑行业，一直以来，都是作为重点支持产业和战略新兴产业，而半导体硅片的片数统计，长期以来均由人工点片合计完成，人工点片不可避免的会产生数据错误，在半导体行业这个生产上极度严谨的领域，片数错误极大影响产品形象；也为生产数据追溯产生不利影响；此外，人工点片还会增加硅片表面擦伤，增加检验损耗。

光伏行业是近年来快速发展的行业，其重点基底材料-太阳能电池硅片因涉及生产线流转等，各环节均需要合计片数，最早的片数统计也是采用人工点片完成。目前也出现了基于光电原理的点片机，利用图像处理手段进行片数统计。但是这类产品由于技术实现较难，开发成本高等因素，均有价格较高，普及难度大。

同时，半导体硅片属于均为圆形，边缘曲率较大，光学焦距难以调整，边缘图像较难采集或是有效图像像素点少，图像对焦困难或有效图像不足，无法实现计数。此外，对于半导体硅片而言，因导电类型、晶体晶向等规格不同时会有不同的参考面区别，有时也根据客户需进行参考面加工。目前常规的加工主要由圆片，单参考面，双参考面；按照尺寸有3寸、4寸、5寸、6寸、8寸、12寸；不同尺寸的硅片对参考面的位置和长度都有明确规定，一致性强。对于有参考面的硅片而言，光电式点片机无法实现边缘图像对焦，无法进行片数计算，此外，在实际生产中还会存在不对称倒角的硅片，这种情况下，硅片边缘形状非对称，光电式点片机更加无法实现点片。因此目前为止，还没有正式的光电式点片机应用到半导体硅片制造行业，生产上仍然采用传统人工点片。

对于硅片加工而言，由于产品要求较高，一般生产加工过程中产品均有较为一致的厚度和一致的直径尺寸，同时为了测试硅片电阻率，需要将硅片的厚度先进行分档，一般为5微米一档，即保证厚度一致才可进行电阻率测试，这样就保证了硅片厚度一致性，同时由于硅片形状和直径尺寸均具有良好的一致性。

在实际生产环节中，尤其是出货检验环节，片数的核对是至关重要的，传统人工点片无法满足现有生产对产品品质的高要求，光电式点片机在半导体硅片制造业应用有着无法避免地天生缺陷。如何实现方便、实用、廉价的点片装置和方法是困扰硅片点片计数的主要问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于电子天平的硅片自动计片装置，高效实现硅片点片计数，具有方便、实用、廉价的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于电子天平的硅片自动计片装置，包括电子天平，所述电子天平包括输入及显示面板，电子天平内设有内部信号处理装置，其特征在于：所述输入及显示面板上设有数值输入装置、硅片厚度选择及显示装置、硅片规格选择装置，硅片尺寸选择装置，计量结果显示装置，所述计量结果显示装置上设有“重量”显示面板、“片数”显示面板，所述内部信号处理装置根据数值输入装置、硅片厚度选择及显示装置、硅片规格选择装置及硅片尺寸选择装置的输入进行处理并在“重量”显示面板及“片数”显示面板上显示硅片重量及片数计量结果。

作为优选，所述计量结果显示装置上还设有“累计片数”显示面板及“累计次数”显示面板。

作为优选，所述硅片厚度选择及显示装置设有“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键，并且对应“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键分别设有显示面板。

作为优选，所述硅片规格选择装置包括“圆片”按键、“单参考面”按键、

“双参考面”按键及“方片”按键，

作为优选，所述硅片尺寸选择装置包括“3寸”按键、“4寸”按键、“5寸”按键、“6寸”按键。

作为优选，所述内部信号处理装置包括称重装置，硅片面积计算装置、硅片体积计算装置、硅片片数计算装置，硅片面积计算装置根据硅片尺寸及规格计算出硅片面积，硅片体积计算装置根据硅片面积及硅片厚度计算出单个硅片的重量，片数计算装置根据称重装置计算获得的硅片总重及单个硅片的重量计算出硅片片数并最终在“重量”显示面板及“片数”显示面板上显示硅片重量及片数计量结果。

作为优选，所述内部信号处理装置还设有单次最大计数计算装置，该单次最大计数计算装置根据选择的硅片厚度计算出单次最大计数值并判断是否超过该单次最大计数值。

作为优选，所述内部信号处理装置还包括了一个累计片数统计装置，该累计片数统计装置记录单次计数值并相加最后将结果在计量结果显示装置上显示，所述输入及显示面板上设有“累计”按键及“停止累计”按键用于单次计数及累计计数之间的切换。

本实用新型基于一般的电子天平进行开发，主要利用重量与密度之间固有物理特性实现片数计算，能够高效实现硅片点片计数，具有方便、实用、廉价的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型外部结构示意图；

图2为本实用新型内部结构示意图；

图3为输入及显示面板示意图；

图4为本实用新型计数原理示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，为本实用新型的具体实施例，首先，本实用新型具有一般天平的结构，包括载台1、天平结构8、传感器9、底盘16、蓄电池7、开关2、电源输入口3、内部信号处理装置10、输入及显示面板5、水平仪6、水平调整脚4。

与现有天平结构不同的是，首先，所述输入及显示面板5上设有数值输入装置13、硅片厚度选择及显示装置14、硅片规格选择装置17，硅片尺寸选择装置15，计量结果显示装置11。

其中，数值输入装置13与常规天平的数值输入面板相同，其用于输入厚度数值。

硅片厚度选择及显示装置14设有“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键，并且对应“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键分别设有显示面板。选择“厚度上线”按键和“厚度下线”按键，并在数值输入装置13中输入对应厚度值即可为内部信号处理装置10提供厚度参数，并通过内部信号处理装置10得到单次最大数，并在“单次最大数”按键对应显示面板上显示。

硅片规格选择装置17包扩“圆片”按键、“单参考面”按键、“双参考面”按键及“方片”按键。硅片尺寸选择装置15包括“3寸”按键、“4寸”按键、

“5寸”按键、“6寸”按键。选择硅片的规格和硅片的尺寸即可为内部信号处理装置提供面积计算参数。

计量结果显示装置11设有“重量”显示面板、“片数”显示面板、“累计片数”显示面板及“累计次数”显示面板。所述输入及显示面板5在计量结果显示装置11下方设有功能键区12，所述功能键区12设有去皮”、“累计”及“停止累计”按键。

所述内部信号处理装置10包括称重装置，硅片面积计算装置、硅片体积计算装置、硅片片数计算装置，硅片面积计算装置根据硅片尺寸及规格计算出硅片面积，硅片体积计算装置根据硅片面积及硅片厚度计算出单个硅片的重量，片数计算装置根据称重装置计算获得的硅片总重及单个硅片的重量计算出硅片片数并在计量结果显示装置上显示。

所述内部信号处理装置10还设有单次最大计数计算装置，该单次最大计数计算装置根据选择的硅片厚度计算出单次最大计数值并判断是否超过改单次最大计数值。首先，该单次最大计数值可以在“单次最大数”按键对应显示面板上显示，其次，如果超过改单次最大计数值，“单次最大数”按键对应显示面板会显示“超出”或者其他报警提示，提示减少称重片数。

所述内部信号处理装置10还包括了一个累计片数统计装置，该累计片数统计装置记录单次计数值并相加最后将结果在“累计片数”显示面板上显示。“累计”及“停止累计”按键用于单次计数及累计计数之间的切换。

首先，在硅片厚度选择及显示装置14、硅片规格选择装置17，硅片尺寸选择装置15上对需要称重的硅片做出选择，其次，所述内部信号处理装置依靠称重装置、硅片面积计算装置、硅片体积计算装置、硅片片数计算装置进行处理并计算出硅片片数最后在“片数”显示面板上显示。

如果选择所述输入及显示面板5的“累计”按键，则所述累计片数统计装置工作，可以进行多次称重计数，所述累计片数统计装置记录单次计数值并相加最后将结果在“片数”显示面板上显示，如果选择“停止累计”按键，则所述累计片数统计装置停止工作。

本实用新型的原理主要是基于单晶硅密度与重量转化的固有特性。一般硅片都有制定的形状，如圆片、方片、单参考面、双参考面等。硅片可以看做是规则圆柱体，即，只要知道硅片厚度，直径尺寸，形状，即可通过重量转化得到硅片的数量。公式如下：

nρν=nρsh=m

n=m/ρsh（其中n为硅片片数，ρ为单晶硅密度s为硅片面积，h为硅片厚度，m为称重重量。）

从上公式可以看出，只要硅片直径尺寸和厚度具有较好一致性就可以进行称重进行片数转化。

本实用新型计数原理如下：

1、设计了硅片厚度档位输入界面，并可计算单次最大计数量。硅片厚度5微米一档，首先在软件中设置不同厚度硅片的一次计量上下线，防止测试误差导致的片数不准确，即称重时，同一档厚度硅片的上下线重量小于单片硅片重量。假设某档位硅片处于h1～h2之间（h2-h1=5且h1<h2），单次称量该规格的片数最大数为n，则n＜h1/(h2-h1)=h1/5（n为整数）。如295-300微米厚度档的单次最大计数为58pcs每次。

2、具有直径尺寸输入、规格、面积计算功能。可通过直径尺寸输入、规格选择计算得到硅片面积s，电子天平得到重量为m。计数原理m/ρsh1＜n＜m/ρsh2，n＜h1/5（n为整数），同时满足以上条件得到计数n。

3、片数统计功能，在软件中设计了片数统计功能，具有单次计数，累计计数，直接称重功能。如果单次片数超过量程，则显示“超出量程”提示，提醒减少单次称重计数片数，第一次称重计数为n1，第二次为n2，第三次为n3。累计计片数n=n1+n2+n3。同时具有清零功能，可以重新累计。

本实用新型的电子天平具有交流电源输入口，可直接接220v交流电源使用；另外，本实用新型的电子天平配备了蓄电池作为离线电源，保证使用过程中装置转移和使用的方便性。

本实用新型装置还具备称重显示功能，可单独作为称重使用，增加设备功能的多样性。

实施实例1

本实用新型实际使用步骤：(以285-290，3寸圆形硅片，211pcs等待确认。根据原理，单次最大计数n=56。)

1.打开装置开关，将盛放硅片的篮子放在天平上。

2.待显示稳定，点击去皮。

3.将校验砝码放置在篮子上，确认重量显示与砝码标识一致。

4.输入硅片厚度285-290，并选择“3寸”，“圆片”。

5.将待计数硅片分批次放入篮子，并点击“累计”。

6.如果一次放入片子过多，则会显示“超出”，并不计入累计片数。

7.重复5-6步骤即可得到最终总片数。分别得到“超出”、“56”，“55”，“超出”，“55”，“45”。

8.“累计片数”显示211pcs；“累计次数”显示4次。

9.按“停止累计”，即可停止累计。

实施实例2

出货检验，N14，295-300微米，501pcs，圆片，每50pcs间隔1pcs滤纸，其中有1刀硅片为51pcs，终检片数全检使用本实用新型装置，终检要求500pcs/盒，50pcs/刀。

检验情况如下：

测试次数	重量（g）	片数(pcs)	情况
				1	272.5	50	正常
2	273.3	50	正常
				3	272.8	50	正常
4	277.5	51	异常
				5	273.1	50	正常
6	272.6	50	正常
				7	272.5	50	正常
8	273.3	50	正常
				9	273.4	50	正常
10	272.8	50	正常

实施实例3

5寸单参考面，非对称倒角硅片，厚度525-530微米。片数未知，使用本实用新型装置及方法进行片数计算。

1．输入厚度上下线，得到单次最大计数值n=104pcs。

2．选择尺寸“5寸”、“单参考面”、并按“累计”计数。

3．分多次计数，分别为“52”、“46”、“68”、“42”、“45”共计253pcs。

4．采用人工数片方式核对，为253pcs，与数片装置结果一致。

Claims (5)

1.基于电子天平的硅片自动计片装置，包括电子天平，所述电子天平包括输入及显示面板（5），电子天平内设有内部信号处理装置（10），其特征在于：所述输入及显示面板（5）上设有数值输入装置（13）、硅片厚度选择及显示装置（14）、硅片规格选择装置（17），硅片尺寸选择装置（15），计量结果显示装置（11），所述计量结果显示装置（11）上设有“重量”显示面板、“片数”显示面板，所述内部信号处理装置根据数值输入装置（13）、硅片厚度选择及显示装置（14）、硅片规格选择装置（17）及硅片尺寸选择装置（15）的输入进行处理并在“重量”显示面板及“片数”显示面板上显示硅片重量及片数计量结果。 

2.根据权利要求1所述的硅片自动计片装置，其特征在于：所述计量结果显示装置（11）上还设有“累计片数”显示面板及“累计次数”显示面板。 

3.根据权利要求2所述的硅片自动计片装置，其特征在于：所述硅片厚度选择及显示装置设有“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键，并且对应“厚度上线”按键、“厚度下线”按键、“单次最大数”按键分别设有显示面板。 

4.根据权利要求3所述的硅片自动计片装置，其特征在于：所述硅片规格选择装置包括“圆片”按键、“单参考面”按键、“双参考面”按键及“方片”按键。 

5.根据权利要求4所述的硅片自动计片装置，其特征在于：所述硅片尺寸选择装置包括“3寸”按键、“4寸”按键、“5寸”按键、“6寸”按键。 

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