CN203259419U - 用于衬底强度测试的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于衬底强度测试的装置，其设置用于对平坦的易破碎的衬底进行强度测试，其包括用于衬底的安置面和加载设备，其中所述加载设备包括用于对衬底进行无接触加载的机构。

Description

用于衬底强度测试的装置

技术领域

本实用新型涉及处理例如为太阳能电池和半导体晶圆的、平坦的、盘形的和易破碎的衬底的领域。特别地，本实用新型涉及一种用于强度测试的装置，借助于此能够在执行后续的工艺步骤之前对这种衬底进行易破碎性检验。 

背景技术

大量的电子产品以所谓的半导体衬底为基础，其以下简称为衬底或晶圆。这些平坦的、盘形的衬底从整个晶棒中分离并且接下来以180μm的典型厚度或更小的薄板的形式存在。甚至最小心谨慎的制造方法也不能始终完全避免通常薄的、由硬质材料制成的、进而易碎裂的衬底的损坏。这种损坏能够在后续的工艺步骤中导致衬底破碎。直接在制造衬底之后由于及早分拣所述衬底而使由这种破碎引起的经济损失降低，而如果相应的产品处于其即将完成之前，那么所述经济损失激增。 

因此期望的是，在有破碎危险的衬底在进一步的工艺步骤期间真正破碎之前，尽可能早地对所述衬底进行识别和分拣。 

用于强度测试的简单的方法基于将预设的（测试）力施加到衬底上。在此基于，有破碎危险的衬底由于负载而破碎，反之，没有破碎危险的衬底经受得住负载，进而适合于继续处理。对此，典型的、机械作用的装置用作测试机构，所述机械作用的装置例如借助于测试针将预设的力逐点地施加到衬底上。 

然而，这种解决方案的缺点为，机械接触自身能够导致通常极其易划伤的衬底的损坏。此外特别的是，在大批量生产方法的情况下，必须极其快地进行这种测试。因此，机械力的作用通常需要暂时地停住衬底，因为在测试机构和衬底之间相对运动最小的情况下，已经在衬底表面上形成划伤。相应地，该方法不适用于总是要频繁相遇的连续式设备（联机设备）。测试滚轮的应用也不能够在极其接触灵敏的表面中完全地避 免所述问题。 

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种装置，借助所述装置克服现有技术的缺点。特别地，本实用新型应避免衬底的机械损坏并且同时在没有由于衬底的可能的停顿所引起的时间损耗的情况下允许可靠地确定易破碎性。“确定”在此主要指简单地、定性地测试，特定衬底是否经受得住预设的负载，但是也能够延伸到定量地进行确定。 

所述目的通过一种根据用于对平坦的易破碎的衬底进行强度测试的装置来实现。其他优选的实施形式包含在本文以及附图中。 

本实用新型公开一种用于对平坦的、盘形的和易破碎的衬底进行强度测试的装置。所述装置包括安置面以及加载设备，在所述安置面上能够安置衬底，借助于所述加载设备能够对衬底施加负载，其中加载设备包括用于对衬底进行无接触加载的机构。 

根据本实用新型，安置面用作为处于负载下的衬底的支座。在此，必要条件是，安置面设置为使得衬底在负载时能够充分地变形。在最简单的情况下，这通过将衬底安置在安置面上来实现，所述安置面覆盖衬底面积（表面或下侧）的例如仅为5%的、优选为小于3%的、并且尤其优选1%和2%之间的小部分，并且在此空出尽可能大的连续区域。所述区域尤其优选相对于衬底的面中点对称地设置。这尤其当由多个、也不连续的单个面组成的安置面时也适用。术语“安置面”在此不限制于水平地“安置”衬底；因此，所述安置面通常也能够称作“支承面”。 

除优选水平地定向安置面之外，当衬底也相应地定向时，所述安置面也能够不同地、例如竖直地定向。此外，除优选的对称设置之外，不对称地设置安置面也是可能的；例如，用于强度测试的衬底仅能够只在一个棱边处夹紧，以便因此优选在对置的棱边的区域中施加负载。因此，由于杆特别长，也最大限度地并且相应更容易地检测到几何形状变化。 

安置面的有利的实施形式是竖直地或者水平地延伸的销以及支承梁、皮带、带、绳或保持架，其中衬底支撑在所述销的尖部或侧面上。在此，尽可能刚性的安置面是优选的；然而也能够考虑，安置面自身是 柔性的，使得当所述安置面覆盖与上述面区域相比更大的面区域时，所述安置面自身允许衬底的变形，或者甚至整面地支撑衬底。 

加载设备用于将在位置、方向和大小方面预设的负荷施加到衬底上。根据本实用新型，加载设备包括一个或多个用于对衬底进行无接触加载的机构。术语“无接触”在此指“无机械接触”，也就是没有通过尖部、压力垫块等进行接触。通过应用以无接触的方式作用的加载设备确保，衬底表面没有由于负载而受到机械损坏。在限定的部位处并且以限定的大小进行加载，使得仅过于易破碎的衬底真正地破碎或者显示出不允许的几何形状变化。 

根据一个优选的实施形式，用于对衬底进行无接触加载的机构选自由液体喷嘴和气体喷嘴组成的组中，其中液体喷嘴是尤其优选的。因为从相应的流出口（喷嘴）中流出的并且作用到衬底上的液态或气态的流体根据以上限定没有建立与衬底的机械接触，所以当忽略随着后续破碎出现的对无缺陷的衬底而言也过强的负载时，所述衬底也不会受到机械损坏。 

因此，尤其优选地用流体对衬底进行加载。只要流体的密度是已知的，就能够通过准确地调节体积流量以及射束位置在大小、位置和方向方面精确地对负载进行预选。 

对于密度为ρ的流体的情况而言，由冲量得出的力为F=ρAv²，所述流体具有射束横截面A并且以速度v碰撞到衬底上。对于质量为m的下落的流体柱的情况而言，还添加流体的根据G=mg确定的重力G，其中g是重力加速度。由于保留在衬底上的流体的量很小（在0.5mm厚的液膜的情况下，液体的质量大约为12克），所述流体的重量值（流体的静负载）在液体的情况下也是可忽略的。因此，理论上能够以足够的精度来确定在衬底上出现的负载。 

优选地，用于对衬底进行无接触加载的机构是产生自由射束的机构。这意味着，产生的射束能够穿过例如尤其为环境空气的气体环境而射出到衬底的表面上并且没有例如定向到封闭的腔室中，因此在所述腔室中建立压力，所述压力然后相应于腔室开口而大面积地作用到衬底上。 

清楚的是，液体喷嘴和/或气体喷嘴能够单个地或多个地存在。通过多个喷嘴能够相应地分配或改变负载。通过顺序地触发设置在沿着运输方向延伸的直线上的多个喷嘴，在连续地继续运输的衬底中，也能够大约与所述衬底位置固定地保持负载，而不必须移动喷嘴本身。 

能够连续地或间隙性地进行衬底的加载。 

在连续负载的情况下，流体在没有中断的情况下从至少一个流出口（喷嘴）中流出。只要衬底与液体射束或气体射束相遇，所述衬底就受到限定的负载。在此，负载的位置沿着在纵向方向上延伸的直线前移。如果这是不期望的，那么必须在负载期间短暂地停住衬底。 

在间歇性负载的情况下，流体仅短暂地、例如以短脉冲撞到衬底上。因此，产生具有特定频率的振动的负载。只要脉冲频率与衬底的自振频率相一致，所述衬底就能够处于谐振中，这在流体的少量的流量的情况下就引起尤其集中的机械负载。通过脉冲频率的变化和衬底的相应反应（振幅，相位特性曲线）的测定，同样也能够推出所述衬底的易破碎性。 

此外，清楚的是，喷嘴不仅能够设置在衬底之上，也能够设置在衬底之下。例如，通过（多个）喷嘴交替地在一侧上和另一侧上运行，而能够以该方式尤其有效地实现衬底的振动激励。 

清楚的是，连续的和间歇性的负载能够对衬底产生影响。 

根据一个尤其优选的实施形式，安置面同时是运输设备的一部分，借助于所述运输设备能够将衬底运输到负载位置。然后，通过优选水平延伸的生产线的一部分或一个模块来提供安置面。 

运输设备自身用于各个衬底的输送和输出。尤其优选地，运输设备通过两个平行以及水平延伸的、由弹性材料制成的绳形成，所述绳的平行间距优选为100mm，并且所述绳优选具有5mm的直径。两条绳以相同的速度沿运输方向移动，其中速度优选位于每秒200mm至每秒600mm的范围内，并且尤其优选为每秒400mm。然而，显然地，例如为滚轮或辊的其他的运输设备也是合适的，或者运输能够借助于单独的支承框等来进行。无论如何，有利的是，运输设备允许破碎的衬底落下。 

此外，优选的是，加载设备和优选地包括安置面的运输设备能够同 时运行。这意味着，在尤其优选地连续运输安置在安置面上的衬底期间，能够在没有停住衬底的情况下，对所述衬底同时进行负载。相应地，避免了衬底及其处理的停顿时间，并且由于对衬底无接触地加载，不必担心不易破碎的衬底的机械损坏。在此，优选水平地进行运输，这意味着，将衬底平坦平放地输送给根据本实用新型的装置。清楚的是，原则上，根据本实用新型的教导也能够用在竖直定位衬底的情况中，其中因此气体射束或液体射束的定向优选地基本上是水平的。 

尤其在负载期间同时发生运输的情况下，根据另一个实施形式的、根据本实用新型的装置包括使用于无接触加载的机构随动的设备。随动在此与对衬底进行加载的位置有关。以该方式，用于无接触加载的机构能够将精确的且长期的负载施加到衬底上，同时连续地继续运输所述衬底。因此能够避免停顿时间，提高这种装配的设备的产量。用于随动的设备能够在动力学上与运输设备的运动耦联，或者随动与运输设备无关地、例如借助于电机来进行。虽然对于机械负载的情况也能够考虑这种随动；然而，在此，最小的速度差（滑差）导致机械损坏，相反地，在根据本实用新型的无接触加载的情况下没有导致机械损坏。 

根据一个替选的实施形式，通过枢转喷嘴来使用于无接触加载的机构随动，使得下述点对于确定的时间段而言没有改变：负载在所述点处作用于衬底。然而，清楚的是，在该情况下，负载的方向不能够是恒定的，并且也必须适应于体积流量，以便补偿改变的间距和与其伴随的负载值变化。 

根据另一实施形式，根据本实用新型的装置包括用于确定衬底的负载和/或衬底的通过所述负载引起的几何形状变化的设备。 

特别地，在其中运输机构沿负载的方向不易弯曲地构成的情况下，有利的是，也能够测定衬底的由于负载引起的几何形状变化。负载的准确控制是重要的，以便衬底没有超载到使得所述衬底在正常的易破碎性的情况下也破碎。因此有利的是，除了了解流体的体积流量和从中得出的理论负载之外，也至少以抽样形式来测定实际上出现的负载。 

此外可能的是，尽管受到负载而衬底没有破碎，但是然而已经具有使得可能成为随后的破碎的轻微损坏。这种“隐藏的”易破碎性能够经 由确定由限定的负载引起的几何形状变化（例如最大的/中心的挠度），或者通过在振动特性中的上述变化来识别。另一优点是，能够总体上减小负载。因此，尽管较少衬底破碎，这也在识别之后致使更加容易地控制所述衬底；但是尽管如此也识别出全部有破碎危险的衬底。 

因此，有利的是，不仅根据流体的已知体积流量以及其射束直径和密度来计算衬底的理论负载，而且也测量实际的负载。因此，根据本实用新型的装置的尤其有利的实施形式包括用于测量作用到运输机构上的负载的设备，所述负载与衬底的重力一起直接与通过流体施加的负载相关。这种用于测量的设备例如能够以运输机构的克服弹簧作用的下沉为基础。参考上述实施方式以计算相应的数值。 

对此尤其能够使用光学工作的系统，例如照相机系统或简单的光栅。只要衬底的几何形状和材料是已知的，就能够在已知负载的情况下通过确定几何形状变化来说明衬底是否在正常范围内变形，或者例如是否由于损坏而具有不允许地高的变形。由此，得出另一个优点，能够在所述衬底没有实际破碎的情况下确定衬底的易破碎性。因此，能够整块移走有破碎危险的衬底，并且必要时供应给其他的/另外的应用。 

负载的确定也能够时间延迟地通过测量晶圆来进行，所述测量晶圆循环地通过该设备并且测定由加载设备产生的负载。 

优选地，根据本实用新型的装置还具有用于接收和/或分拣衬底的设备。特别对于有破碎危险的衬底由于负载而真正破碎的情况而言，在用作为用于接收的设备的器皿或容器中接收碎块是期望的。 

此外优选地，在衬底破碎或超过最大允许的几何形状变化的情况下进行衬底的分拣。所述步骤用于也将有破碎危险的衬底实际地从已被加载的进而已测试的大量衬底中挑出。所述分拣能够优选直接根据对破碎危险的识别来进行，但是也能够考虑的是，实际地或合逻辑地“标记”有破碎危险的衬底，使得在所述衬底随后被分拣出来之前，所述衬底仍部分地通过生产线。标记也能够用于将这种衬底可控地输送给其他应用，其中破碎危险不太重要或者不重要。特别地，这在还未破碎的、但是被识别成易破碎的衬底的情况下是有利的。 

对于识别尤其有破碎危险的、然而还未破碎的衬底的情况而言，能 够将所述衬底主动地从彼此跟随的衬底流中分拣出来是期望的。例如运输平面中的活门、机械夹具或喷嘴能够用作为这种用于分拣的设备。所述设备能够经由由用于识别增加的易破碎性的单元生成的信号来触发。所述单元又以上述方式测量易破碎性，将其与之前保存的理论值进行比较，并且必要时触发上述用于分拣和/或接收衬底的设备。 

如所述，本实用新型以有利的方式克服了现有技术的缺点。特别地，本实用新型在确定衬底的易破碎性时避免了机械损坏并且同时在没有由于衬底的短暂停顿引起时间损耗的情况下可靠地确定所述易破碎性。 

附图说明

图1示意地示出根据本实用新型的装置的主要部件的立体视图。 

图2示意地示出根据本实用新型在衬底上的负载作用的正视图。 

具体实施方式

在图1中以立体视图示出衬底1。所述衬底平放在构成为两个平行的圆绳的运输设备5上，沿运输方向7驱动所述运输设备5。两根圆绳同时形成根据本实用新型的安置面。如能够轻易看出的是，当前由两个单个面组成的所述面仅覆盖衬底面积的一小部分。在此，两个单个面相对于衬底1的面中点对称地设置并且使尽可能大的相关联的区域是空的。所述区域当前为圆绳间的整个中央条带。负载2由竖直的箭头表示。所述箭头构成为自由射束，使得对衬底1的准确限定的点施加负载，而没有对衬底1的例如未限定的或者大的区域施加负载，当负载通过压力加载的腔室（没有示出）来施加上时是这种情况。对于衬底1在负载期间不应停顿的情况而言，能够使加载设备（没有单独示出）随动（同样也没有示出）。替选地，例如能够通过倾斜由加载设备包围的用于无接触加载的机构（也没有示出）来使加载设备随动，使得所述加载设备总是作用在相同的点上、例如在衬底1的上侧的中心上，其中然而负载2的方向改变。 

图2示出衬底1的正视图，因此运输方向垂直于图平面。负载2竖直地从上作用。所述负载2通过运输设备5的两根圆绳被吸收。圆绳必须提供相应的反作用力3或适于所述反作用力的吸收。在图中，所述反 作用力分成两个分量3A、3B。负载2和/或反作用力3能够通过用于测量作用于运输设备5上的负载的合适的设备（设备没有示出）来确定，使得除理论负载之外，还已知实际作用的负载2。 

此外，图2示出用于确定由负载2引起的几何形状变化的优选的尺寸。在未负载的情况下，衬底1是平坦的。优选的尺寸相当于衬底1的最大的、典型地在中心的挠度4。只要所述尺寸超出预设值（最大允许的挠度4’），就能够认为是高破碎危险的；衬底1随后被分拣出来（没有示出）。对于衬底1破碎的情况而言，在所述衬底之下设置用于接收的设备6，所述设备能够接收衬底1的碎块。 

附图标记列表 

1    衬底 

2    负载 

3    反作用力 

3A   第一分量 

3B   第二分量 

4    挠度 

4’  最大允许的挠度 

5    运输设备 

6    用于接收的设备 

7    运输方向 。

Claims (13)

1.用于衬底强度测试的装置（1），其设置用于对平坦的易破碎的衬底进行强度测试，包括加载设备和用于所述衬底（1）的安置面，其中所述加载设备包括用于对所述衬底（1）进行无接触加载的机构。 

2.根据权利要求1所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述安置面设置成水平的和/或所述衬底（1）在两侧被夹紧或安放。 

3.根据权利要求1所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述安置面设置成竖直的和/或所述衬底（1）在单侧被安放和/或夹紧。 

4.根据权利要求1至3之一所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述用于对所述衬底（1）进行无接触加载的机构是液体喷嘴或包括液体喷嘴。 

5.根据权利要求1至3之一所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述用于对所述衬底（1）进行无接触加载的机构是气体喷嘴或包括气体喷嘴。 

6.根据权利要求4所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述用于对所述衬底（1）进行无接触加载的机构是产生自由射束的机构。 

7.根据权利要求5所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述用于对所述衬底（1）进行无接触加载的机构是产生自由射束的机构。 

8.根据权利要求4所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述液体喷嘴单个地或多个地设置在所述衬底（1）之上和/或之下。 

9.根据权利要求5所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述气体喷嘴单个地或多个地设置在所述衬底（1）之上和/或之下。 

10.根据权利要求1至3之一所述的用于衬底强度测试的装置，其中所述安置面同时是运输设备（5）的一部分，借助于所述运输设备（5）能够运输所述衬底（1）。 

11.根据权利要求10所述的用于衬底强度测试的装置，还包括用于使所述用于无接触加载的机构随动的设备。 

12.根据权利要求1至3之一所述的用于衬底强度测试的装置，还包括用于确定所述衬底（1）的负载和/或所述衬底（1）的由所述负载引起的几何形状变化的设备。 

13.根据权利要求1至3之一所述的用于衬底强度测试的装置，还包括用于接收和/或分拣所述衬底（1）的设备（6）。 

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