TWI816563B - 用於測量晶棒直徑的裝置和方法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種用於測量晶棒直徑的裝置和方法，該裝置包括：用於保持晶棒的保持構件；佈置成與晶棒間隔開並構造成能夠沿第一方向移動的移動構件；沿第二方向間隔開設置在移動構件上並設置成能夠在測量中以在第二方向上對準的方式與移動構件一起移動並且配置成用於在其沿第一方向的移動中感測其從初始位置沿第一方向移動的第一距離以及其在第三方向上距晶棒的表面的第二距離的至少三個二維位移感測器；和配置成用於根據第一距離和第二距離以及二維位移感測器在第二方向上的間隔距離來獲得晶棒在其不同長度位置處的直徑的處理單元。
Description
本發明屬於晶棒測量技術領域，具體地，關於用於測量晶棒直徑的裝置和方法。
在半導體領域，單晶棒在拉制結束後，需要對其直徑進行測量，通過測得的直徑來控制後續拉制過程中的長晶參數，以便更好地控制晶棒的品質。
目前，採用人工方式測量晶棒直徑。在該過程中，操作工首先測量出晶棒的長度，並在該長度的固定位置進行標記，之後，通過遊標卡尺得出固定位置處的直徑，進而得出整根晶棒在其不同長度位置處的直徑。然而，該過程會耗費較多人力，且由於個體測量基準的差異，導致所測得的資料的準確性及穩定性均較低；而且晶棒在剛冷卻結束後仍有一定余溫，人為接觸時存在燙傷風險。
本部分提供了本發明的總體概要，而不是對本發明的全部範圍或所有特徵的全面公開。
本發明的一個目的在於提供一種能夠節省人力並能進行快速測量的用於測量晶棒直徑的裝置。
本發明的另一目的在於提供一種測量基準一致、測量準確性和穩定性高的用於測量晶棒直徑的裝置。
本發明的又一目的在於提供一種能夠進行非接觸式測量的用於測量晶棒直徑的裝置。
為了實現上述目的中的一個或多個，根據本發明的一方面，提供了一種用於測量晶棒直徑的裝置，包括：
保持構件，其構造成用於保持待測量的晶棒；
移動構件，其佈置成與晶棒間隔開並構造成能夠沿與晶棒的軸向方向平行的第一方向移動；
至少三個二維位移感測器，該至少三個二維位移感測器以沿與第一方向垂直的第二方向間隔開的方式設置在移動構件上並設置成能夠在測量中以在第二方向上對準的方式與移動構件一起移動，二維位移感測器配置成用於在其沿第一方向的移動中感測其從初始位置沿第一方向移動的第一距離以及其在與第一方向和第二方向垂直的第三方向上距晶棒的表面的第二距離；以及
處理單元，其配置成用於根據由該至少三個二維位移感測器測得的第一距離和第二距離以及該至少三個二維位移感測器在第二方向上的間隔距離來獲得晶棒在其不同長度位置處的直徑。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，保持構件可以為支承構件，支承構件包括至少四個支承件，該至少四個支承件彼此間隔開以通過其上表面形成用於支承晶棒的、橫截面為大致V形的支承表面。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，移動構件可以包括至少三個移動件，其中，每個移動件上安置有該至少三個二維位移感測器中的一個二維位移感測器，並且該至少三個移動件分別佈置於在該至少四個支承件中的每相鄰兩個支承件之間形成的各個間隙中。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，每個移動件均可以包括沿第一方向延伸的導軌和設置在導軌上並能沿導軌滑動的滑動件，並且二維位移感測器設置在相應的移動件的滑動件上。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，用於測量晶棒的直徑的裝置包括三個二維位移感測器。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，移動構件在第一方向上能夠移動的長度可以大於晶棒的長度。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，當移動構件沿第一方向移動超出晶棒時，二維位移感測器停止進行感測。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，還包括控制單元，控制單元配置成用於控制移動構件在第一方向上的移動。
在上述用於測量晶棒直徑的裝置中，二維位移感測器對第二距離的感測能夠通過使移動構件間斷移動來間隔進行，其中，對第二距離進行感測的間隔的距離通過由控制單元控制移動構件在第一方向上每次移動的距離來確定。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於測量晶棒直徑的方法，其利用根據上述段落中的任一個所述之用於測量晶棒直徑的裝置來進行，該方法包括：
由二維位移感測器獲取第一距離和第二距離；
由處理單元根據第一距離和第二距離以及該至少三個二維位移感測器在第二方向上的間隔距離模擬出晶棒在其不同長度位置處的輪廓；以及
由處理單元根據晶棒在其不同長度位置處的輪廓計算出對應的晶棒直徑。
根據本發明，通過設置可沿第一方向移動的至少三個二維位移感測器並通過利用三點定圓法來獲得晶棒在其不同長度位置處的直徑，使得能夠節省人力並能進行快速測量，並確保了測量基準的一致，實現了測量過程的自動化，縮短了測量的時間，並使每次測量的基準一致，從而提高了測量的準確性和穩定性，而且由於測量是自動進行的且是非接觸式的，避免了與晶棒的人為接觸，從而避免了對晶棒表面的汙染和被燙傷的風險。
通過以下結合附圖對本發明的示例性實施方式的詳細說明，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將更加清楚。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發明實施例中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明實施例中的具體含義。
下面參照附圖、借助於示例性實施方式對本發明進行詳細描述。要注意的是，對本發明的以下詳細描述僅僅是出於說明目的，而絕不是對本發明的限制。此外，在各個附圖中採用相同的附圖標記來表示相同的部件。
如之前所提到的，目前採用人工方式來測量晶棒的直徑。具體而言，首先由操作工測量出晶棒的長度，並在該長度的固定位置進行標記，之後，由操作工利用遊標卡尺測量出晶棒在各個固定位置處的直徑。但是，該測量過程要依靠人工進行，會耗費較多人力；而且由於個體差異原因導致的測量基準不同，測量的準確性和穩定性均會受到影響；另外，晶棒在剛冷卻結束後仍有一定余溫，人為接觸時也會存在燙傷風險。
為了解決上述問題，本發明提出了一種用於測量晶棒直徑的裝置，其通過測量相對於晶棒的軸向方向在同一水平直線上的三個位置距晶棒表面的距離來定位晶棒表面上的三個對應點的相對位置，並基於這三個對應點的相對位置利用三點定圓法計算出晶棒的直徑。
通過這種方式，實現了測量過程的自動化，縮短了測量的時間，並使每次測量的基準一致，從而提高了測量的準確性和穩定性，而且由於測量是自動進行的且是非接觸式的，避免了與晶棒的人為接觸，從而避免了對晶棒表面的汙染和被燙傷的風險。
下面結合圖1和圖2，對根據本發明的實施方式的用於測量晶棒直徑的裝置進行詳細描述。
根據本發明的實施方式的用於測量晶棒直徑的裝置1包括：
保持構件11，其構造成用於保持待測量的晶棒2；
移動構件12，其佈置成與晶棒2間隔開並構造成能夠沿與晶棒2的軸向方向平行的第一方向x移動；
三個二維位移感測器13，該三個二維位移感測器以沿與第一方向x垂直的第二方向y間隔開的方式設置在移動構件12上並設置成能夠在測量中以在第二方向y上對準的方式與移動構件12一起移動，二維位移感測器13配置成用於在其沿第一方向x的移動中感測其從初始位置沿第一方向x移動的第一距離以及其在與第一方向x和第二方向y垂直的第三方向z上距晶棒2的表面的第二距離；以及
處理單元（未示出），其配置成用於根據由該三個二維位移感測器13測得的第一距離和第二距離以及該三個二維位移感測器13在第二方向y上的間隔距離來獲得晶棒2在其不同長度位置處的直徑。
如圖1中所示，保持構件11為構造成用於支承晶棒2的支承構件。
可以設想的是，保持構件11也可以為能夠保持晶棒2的其他形式的構件，例如，可以是從晶棒2的兩側保持晶棒2的構件，或者可以是將晶棒2以懸吊方式保持的構件等等。
參照圖1，該支承構件包括四個支承件11a、支承件11b、支承件11c、支承件11d，這四個支承件11a、支承件11b、支承件11c、支承件11d彼此間隔開以通過其上表面形成用於支承晶棒的、橫截面為大致V形的支承表面。
具體而言，這四個支承件中的位於兩側的兩個支承件11a、支承件11d在豎向方向上的長度或說高度大於位於中間的兩個支承件11b、支承件11c在豎向方向上的長度或高度，並且這四個支承件各自的上表面遵循與其接觸的晶棒的表面輪廓，由此通過這四個支承件的上表面形成大致V形的支承表面。
通過這種支承方式，可以確保晶棒2能夠被穩固地支承在支承構件上，而不會在晶棒直徑的測量過程中發生移動，從而也確保了測量的準確性。
該支承構件還可以包括基座，上述四個支承件可以以上述彼此間隔開的方式設置在該基座上。
在本發明的實施方式中，移動構件12佈置成與晶棒2間隔開，以便設置在其上的二維位移感測器能夠對其距晶棒表面的距離進行感測，從而利用三點定圓法計算對應的晶棒直徑。
參照圖1，移動構件12包括三個移動件121，其中，每個移動件上安置有三個二維位移感測器13中的一個二維位移感測器。也就是說，移動件的數目與二維位移感測器的數目相同，並且每個移動件上均安置有一個二維位移感測器。
三個移動件121分別佈置於在四個支承件11a、支承件11b、支承件11c、支承件11d中的每相鄰兩個支承件之間形成的各個間隙中。例如，可以在圖1中清楚地觀察到的，三個移動件121分別佈置於在支承件11a與支承件11b之間形成的間隙中、在支承件11b與支承件11c之間形成的間隙中、以及在支承件11c與支承件11d之間形成的間隙中。
通過將移動件佈置在各個間隙中，各個移動件被允許在相應的間隙中沿與晶棒2的軸向方向平行的第一方向x移動，由此，設置在各個移動件上的相應的二維位移感測器能夠實現對其從初始位置沿第一方向x移動的第一距離的感測；而且由於通過上述間隙會使晶棒2的表面的對應區域暴露出來，二維位移感測器也能夠實現對其在第三方向z上距晶棒2的表面的第二距離的感測。
可以設想的是，移動構件12也可以是一體構件，只要確保設置在該一體構件上的二維位移感測器能夠實現對第一距離和第二距離的感測即可。例如，在保持構件11從晶棒2的左右兩側保持晶棒2的情況下，移動構件12可以是佈置在晶棒2的下方的一體構件，此時，顯然，移動構件12可以沿第一方向x自由移動，並且設置在移動構件12上的二維位移感測器可以實現對第一距離和第二距離的感測。
在本發明的實施方式中，如圖1中所示，每個移動件121均包括沿第一方向x延伸的導軌121a和設置在導軌121a上並能沿該導軌滑動的滑動件121b，並且二維位移感測器13設置在相應的移動件121的滑動件121b上。
具體地，如圖1中所示，滑動件121b可以呈倒U形，該倒U形的滑動件121b具有用於在其上例如固定地承載二維位移感測器13的上部承載台和從上部承載台向下延伸的大致平行的兩個滑動部。導軌121a呈平行的兩條凹槽的形式，以接納對應的滑動件121b的能夠在其中滑動的兩個滑動部。可以觀察到的是，所有三個導軌121a可以均形成在支承構件的基座上，然而，可以設想的是，這三個導軌121a中的每一個也可以獨立地設置在一個額外的基座上。
可以設想的是，移動件還可以採用其他形式，例如，移動件可以構造成滾動形式，也可以構造成傳送帶形式等，只要其可以沿第一方向x移動並可在其上設置二維位移感測器即可。
可以設想的是，移動構件12在第一方向x上能夠移動的長度可以大於晶棒2的長度。例如，對於包括導軌121a和滑動件121b的移動件121而言，導軌的長度可以大於晶棒的長度，以使滑動件在第一方向上能夠移動的長度大於晶棒的長度。由此，可以確保能夠在晶棒的整個長度上對晶棒的直徑進行測量。
當移動構件12沿第一方向x移動超出晶棒時，也就是說，此時設置在移動構件12上的二維位移感測器已感測不到其在協力廠商向z上距晶棒2的距離，會出現空檢測，則二維位移感測器可以停止進行感測。由此，避免將無用的感測資訊傳遞給處理單元。
參照圖3，由於三點定圓法必須保證這三點處於同一平面中且是離散的，因此，與這三點對應的三個測量位置必須是間隔開的且處於相對於晶棒軸向方向的同一水平直線上。由此，在本發明的實施方式中，三個二維位移感測器13以沿與第一方向x垂直的第二方向y間隔開的方式設置在移動構件12上，並且在測量中，三個二維位移感測器13始終保持在第二方向y上是對準的。
在這種情況下，隨著移動構件12在第一方向x上的移動，二維位移感測器13可以對其在協力廠商向z上距晶棒2的表面的第二距離進行持續地感測，由於二維位移感測器13還可以對其從初始位置沿第一方向x移動的第一距離進行感測，因此用於測量晶棒直徑的裝置1不僅可以測量出晶棒2的長度，或更準確地說，晶棒2的被測量的部分的長度，更重要的是，可以根據所測得的不斷變化的第一距離獲得在晶棒2的不同長度位置處的第二距離。
可以理解的是，第一距離是隨移動構件12因此二維位移感測器13移動而測得的多個數值，並且類似地，第二距離是隨移動構件12因此二維位移感測器13移動而測得的每組三個數值的多組數值。另外，可以理解的是，不同長度位置指的是晶棒2的在其長度方向即軸向方向上的不同位置。
基於測得的在晶棒2的不同長度位置處的第二距離以及三個二維位移感測器13在第二方向y上的間隔距離，處理單元可以定位出在晶棒2的各個長度位置處的三個點（即晶棒2在各個長度位置處的橫截面輪廓上的三個點）的相對位置，進一步地，通過這三個點的相對位置，可以利用三點定圓法繪製出各個長度位置處的圓，並進而計算出對應的直徑。
可以設想的是，可以定位更多點來繪製對應位置的圓以計算對應的直徑。通過定位出更多點來繪製的圓會更加準確地反映晶棒在該對應長度位置處的真實直徑，從而提高測量的準確性。
可以理解的是，可以設置多於三個例如N個二維位移感測器來定位上述更多點，相應地，可以設置對應N個移動件和N+1個支承件。
在本發明的實施方式中，用於測量晶棒直徑的裝置1還可以包括控制單元（未示出），該控制單元配置成用於控制移動構件12在第一方向x上的移動。
可以設想的是，二維位移感測器13在測量時在第二方向y上的對準可以通過由控制單元控制例如移動構件12的三個移動件121在初始位置時移動成在第二方向y上對準並在開始移動時沿第一方向x同步移動來實現。
可以設想的是，二維位移感測器13對第二距離的感測能夠通過使移動構件12間斷移動來間隔進行，其中，對第二距離進行感測的間隔的距離通過由控制單元控制移動構件12在第一方向x上每次移動的距離來確定。
具體地，控制單元可以控制移動構件12以間斷方式移動以將設置在其上的二維位移感測器帶至與間斷點對應的多個位置處，由此使二維位移感測器對第二距離的感測能夠間隔進行。
此外，移動構件12在第一方向x上每次移動的距離可以通過控制單元來控制，例如，控制單元可設置有顯示輸入單元，可直接向該顯示輸入單元輸入該每次移動的距離或說感測間隔距離，比如10mm，首先，在例如可以通過手動移動滑動件來定位的初始位置即“0位”處進行測量，測量完成後，滑動件沿第一方向x移動至10mm處並進行測量，測量完成後，滑動件繼續沿第一方向x移動至下一個10mm處，以此類推，完成檢測。
由此，可以根據需要例如通過手動輸入來通過控制單元控制感測間隔距離，從而提高了測量的靈活性。
可以設想的是，該感測間隔距離可以是相同的，也可以是不同的，並且顯示輸入單元可以顯示該感測間隔距離，還可以設想的是，該顯示輸入單元可以顯示由二維位移感測器感測到的第一距離和第二距離、以及由處理單元繪製的圓和計算出的對應的晶棒直徑。
此外，可以設想的是，初始位置的定位還可以通過由控制單元控制移動構件的初始移動位置來實現。
另外，可以想到的是，當移動構件12以間斷方式移動時，有可能發生其直接移動超出晶棒尾端而出現空檢測從而無法對晶棒尾端進行測量的情況。在這種情況下，可以將移動構件12手動移動至晶棒尾端，以便對該部位的晶棒直徑進行測量。
參照圖4，其示出了利用根據本發明的實施方式的用於測量晶棒直徑的裝置進行的用於測量晶棒直徑的方法，該方法包括：
S401：由二維位移感測器獲取第一距離和第二距離；
S042：由處理單元根據第一距離和第二距離以及三個二維位移感測器在第二方向上的間隔距離模擬出晶棒在其不同長度位置處的輪廓；以及
S043：由處理單元根據晶棒在其不同長度位置處的輪廓計算出對應的晶棒直徑。
在獲得晶棒的相關直徑資訊後，可以將其回饋給工程師來對後續拉制過程中的長晶參數進行調節，從而更好地控制晶棒的品質。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
1:用於測量晶棒直徑的裝置
2:晶棒
11:保持構件
11a:支承件
11b:支承件
11c:支承件
11d:支承件
12:移動構件
13:二維位移感測器
121:移動件
121a:導軌
121b:滑動件
S401-S403:步驟
圖1以正視圖示意性地示出了根據本發明的實施方式的用於測量晶棒直徑的裝置的正視圖；
圖2以側視圖示意性地示出了圖1中所示的用於測量晶棒直徑的裝置的二維位移感測器的感測過程，其中，為清楚起見，省略了支承構件；
圖3示意性地示出了在本發明的實施方式中使用的三點定圓法；以及
圖4為示出了根據本發明的實施方式的用於測量晶棒直徑的方法的流程圖。
1:用於測量晶棒直徑的裝置
2:晶棒
11:保持構件
11a:支承件
11b:支承件
11c:支承件
11d:支承件
12:移動構件
13:二維位移感測器
121:移動件
121a:導軌
121b:滑動件
Claims (9)
- 一種用於測量晶棒直徑的裝置，包括：保持構件，其構造成用於保持待測量的晶棒；移動構件，其佈置成與該晶棒間隔開並構造成能夠沿與該晶棒的軸向方向平行的第一方向移動；至少三個二維位移感測器，該至少三個二維位移感測器以沿與該第一方向垂直的第二方向間隔開的方式設置在該移動構件上並設置成能夠在測量中以在該第二方向上對準的方式與該移動構件一起移動，該二維位移感測器配置成用於在其沿該第一方向的移動中感測其從初始位置沿該第一方向移動的第一距離以及其在與該第一方向和該第二方向垂直的第三方向上距該晶棒的表面的第二距離；以及處理單元，其配置成用於根據由該至少三個二維位移感測器測得的該第一距離和該第二距離以及該至少三個二維位移感測器在該第二方向上的間隔距離來獲得該晶棒在其不同長度位置處的直徑；其中，該保持構件為支承構件，該支承構件包括至少四個支承件，該至少四個支承件彼此間隔開以通過其上表面形成用於支承該晶棒的、橫截面為大致V形的支承表面。
- 如請求項1所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，該移動構件包括至少三個移動件，其中，每個移動件上安置有該至少三個二維位移感測器中的一個二維位移感測器，並且該至少三個移動件分別 佈置於在該至少四個支承件中的每相鄰兩個支承件之間形成的各個間隙中。
- 如請求項2所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，每個移動件均包括沿該第一方向延伸的導軌和設置在該導軌上並能沿該導軌滑動的滑動件，並且該二維位移感測器設置在相應的該移動件的該滑動件上。
- 如請求項1至3中任一項所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，該用於測量晶棒的直徑的裝置包括三個該二維位移感測器。
- 如請求項1至3中任一項所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，該移動構件在該第一方向上能夠移動的長度大於該晶棒的長度。
- 如請求項5所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，當該移動構件沿該第一方向移動超出該晶棒時，該二維位移感測器停止進行該感測。
- 如請求項1至3中任一項所述之用於測量晶棒直徑的裝置，還包括控制單元，該控制單元配置成用於控制該移動構件在該第一方向上的移動。
- 如請求項7所述之用於測量晶棒直徑的裝置，其中，該二維位移感測器對該第二距離的該感測能夠通過使該移動構件間斷移動來間隔進行，其中，對該第二距離進行該感測的該間隔的距離通過由該控制單元控制該移動構件在該第一方向上每次移動的距離來確定。
- 一種用於測量晶棒直徑的方法，其利用根據如請求項1至8中任一 項所述之用於測量晶棒直徑的裝置來進行，該用於測量晶棒直徑的方法包括：由該二維位移感測器獲取該第一距離和該第二距離；由該處理單元根據該第一距離和該第二距離以及該至少三個二維位移感測器在該第二方向上的間隔距離模擬出該晶棒在其不同長度位置處的輪廓；以及由該處理單元根據該晶棒在其不同長度位置處的輪廓計算出對應的晶棒直徑。
Applications Claiming Priority (2)
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