专利名称：太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能等级半导体晶片的测试领域，尤其涉及一种通过自动发送晶片、传送晶片，快速无接触式测量、分选，自动收片等流程完成太阳能等级半导体晶片的厚度、总厚度偏差以及弯曲翘曲度的测量与分选的太阳能晶片全自动无接触式多功能测量与分选系统。
背景技术：
太阳能等级晶片的厚度、厚度偏差、弯曲翘曲度、体电阻率以及表面缺陷等多种参数都需要经过测量筛选以达到应用的标准，例如太阳能级硅片制造企业需要在整个工艺流程中的不同环节特别对产品硅片的厚度、厚度偏差、体电阻率以及表面缺陷等参数分别进行测试与监控，以保证最终出厂的硅片产品满足太阳能电池工业或者客户的技术要求。 而目前国内市场上，尽管有几种设备可以分别单独测试这些参数，然而没有任何一种测试设备能够集可靠性、多功能、灵活性、高产能和高性价比等优点于一身，以满足光伏产业日益增长的竞争需求。具体来说，传统的测试方式需要用多种不同的测试仪器分别测试太阳能级晶片的不同参数。比如，太阳能级硅片厚度的测试一般需要厚度测试工具完成厚度的测试，然后用塞尺工具完成弯曲度参数的测试，这种传统方式需要至少两个步骤来完成，数据的记录与匹配也同样消耗时间，数据的准确性无法得到有效保障，同时，硅片的破损率、碎片率也会明显提高，这些都大大影响了生产效率。在硅片的等级分选中，还需通过人工把晶片分类，造成了硅片破损、费工费力、生产效率低下等问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能晶片全自动无接触式多功能测量与分选系统，以实现高效率自动测量太阳能晶片的各项参数，并根据测量的厚度、总厚度偏差、弯曲翘曲度等参数对晶片进行自动分类。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其中，包括控制中心，配有系统数据库；主传送模块，包括依次连接的第一步进电机，传送带滑轮组和贯穿于整个系统的主传送带，带动晶片从一个位置到另一个位置直至完成所有的测量工作；晶片定位模块，与所述主传送模块连接，包含四个压缩空气触发的限位器，分别位于晶片的四边位置，实现对每片晶片测量前的中心定位功能；晶片测量模块，与所述主传送模块连接，包括三组相互间隔的探头传感器，其中， 第一探头传感器组位于晶片中心位置上下表面，用以测量晶片中心位置上下表面与上下探头表面之间的距离，第二探头传感器组和第三探头传感器组用以测量晶片两侧边缘上下表面与上下探头表面之间的距离，分别位于晶片两侧边缘的上下表面；以及，[0011]晶片收发模块，包括晶片送片机构和晶片收片机构，所述晶片送片机构和所述晶片收片机构均包括至少一组承载有片盒的自动升降装置，所述晶片送片机构将晶片从所述片盒中按顺序逐一传送到所述系统的主传送带上，所述晶片收片机构按照预设的类别与等级将所述主传送带上完成测量的晶片收入相应的片盒中。上述太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其中，所述第二探头传感器组和第三传感器组被固定在同一根精密同步丝杠上，由第二步进电机驱动，实现不同尺寸晶片测量时边缘距离的自动调整。上述太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其中，所述第一、第二、 第三探头传感器组分别包括两个光学传感器和一个位移式传感器。上述太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其中，所述晶片送片机构的自动升降装置上承载125mm规格或者156mm规格的太阳能晶片盒。上述太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其中，所述晶片收片机构均配备有7段式计数器。本实用新型太阳能晶片全自动无接触式多功能测量与分选系统由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可以通过自动传输晶片，无接触式测量厚度，总厚度偏差，弯曲翘曲度，最终把晶片按类别自动分选到对应的片蓝，同时还可灵活添加其它测量功能。本实用新型通过运用自动化和无接触式测量方式，对晶片的损伤大大降低、测量精度大大提
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图1是本实用新型申请设备的结构示意图；图2是本实用新型申请设备的晶片测量模块结构示意图；图3是本实用新型申请设备厚度计算方式示意图；图4是本实用新型申请设备厚度探头线式采集示意图；图5是本实用新型申请设备测量模块采集数据实例流程图；图6是本实用新型申请设备运行实例流程图；图7a是本实用新型申请设备180微米晶片厚度测量结果曲线图；图7b是本实用新型申请设备230微米晶片厚度测量结果曲线图；图7c是本实用新型申请设备358微米晶片厚度测量结果曲线图；图8是本实用新型申请设备厚度线性对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。本实用新型太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统概况请参看图1 中的110视图，110视图所示的结构适用于太阳能晶片的厚度、TTV、弯曲翘曲度等参数的测量，并根据测量结果对太阳能晶片的厚度、TTV、弯曲翘曲度等参数进行分选。太阳能晶片用正方形表述为晶片10，通常，晶片10是一片很薄的、接近正方形的高质量半导体材料(例如硅、锗等半导体材料)，晶片10的上、下表面近似于平行，并具备近乎相等的边长，符合相关工业标准。在某些情况下，四个角上的弧长可因不同的应用需求而各异。根据图1所示，110视图系统一般包含控制中心800、1个或多个晶片送片机构(上料装置)200、晶片定位模块201、晶片测量模块202、主传送模块300以及2个或多个晶片收片机构305A-B，晶片送片机构200和晶片收片机构305A-B组成晶片收发模块，控制中心800包含中央控制系统807和系统数据库801，203为备用模块，所有上述功能模块通过内部局域网络连接，并由中央控制系统807实施控制。中央控制系统807由一台计算机执行，用以运行应用软件平台。110系统基于分布式控制构架，系统中各功能模块都拥有各自的子控制系统，执行独立运作，并全部接入系统内部局域网216内，每个功能模块的所有控制指令与数据信息通过系统内部局域网216，并搭载TCP/IP通讯协议实现快速传输。晶片送片机构200配合晶片盒12，可以将片盒12中的晶片10按照顺序逐一传输到主传送带208A-B上，系统主传送带 208A-B经由主传送模块300控制，依次将晶片从一个功能模块传输到另一个功能模块。晶片定位模块201包含四个压缩空气触发的限位器301a-d，分别位于晶片10的四边位置，以主传送带208A-B为横向和纵向参考，对晶片10执行对中心操作，晶片10的中心定位操作可以有效确保晶片10经过下一个测量模块202后测量数据的重复性。晶片测量模块202 配备有三组成对的探头传感器，用以执行对晶片三个不同位置的线式测量，每组探头动态测量传感器表面与晶片上下表面之间的距离，这些测得的数据随后被发送到中央控制系统 807。中央控制系统807接收到来自测量模块202的表面距离测量数据后，会依此计算出晶片厚度、TTV、弯曲翘曲度等参数。根据上述计算出的各参数数值，并通过对比在中央控制系统807中预先设置好的各种分选范围依据，实现对晶片的等级分类，最后根据等级分类结果，主传送带300将晶片移动到相应的晶片收片机构305A-B中。如图2所示，晶片测量模块202包括一根由第二步进电机101驱动的直线丝杠 102，第二探头传感器组103与第三探头传感器组107装备在上面，第一探头传感器组109 为固定装配方式，探头传感器组103、107与109同位于一条垂直于运动方向的直线上。第一探头传感器组109位于晶片10中心位置，第二探头传感器组103位于靠近晶片10上边缘的位置，第三探头传感器组107位于靠近晶片10另一边，即下边缘的位置。由于探头组 103与107—同装配在直线驱动系统102上，因此这两组探头可以实现在垂直方向上的同步反向运动。第二探头传感器组103包含光学传感器103a、位移式探头传感器10 和光学传感器103c，它们被分别装配在同一条水平线上。同样地，第三探头传感器组107包含光学传感器107a、位移式探头传感器107b和光学传感器107c ；第一探头传感器组109包含光学传感器109a、位移式探头传感器109b和光学传感器109c。在测量过程中，主传送带208A-B 将晶片10传输并经过测量模块202，系统将采集到贯穿整个晶片的所有距离数据信息。如图4所示，当晶片10被主传送带以R方向运动时，探头传感器l(X3b、107b、109b 在运动方向上对不同的数据点距离信号进行周期性采集，一般每组探头将得到多于40个测试点的测量数据以运算线式扫描的各项数据。位移式探头传感器的精度与准确度决定了被测量的太阳能晶片的厚度与弯曲翘曲度数据的精度与准确度。控制中心800是一台普通的台式电脑，或者大型计算机、笔记本电脑、分布式网络计算机或其它适合的角色，并与网络部件216进行通讯，包含一个专门用以执行控制软件的中央处理器，控制软件可以由诸如Visual C等多种适合的编程平台进行开发。控制中心 800同时包含数据存储以及输入、输出接口等其它各项配置，经由局域网设备216，并利用TCP/IP传输协议与其它所有功能模块进行联网。通常，系统的通讯信息由指令和数据流组成，充分运用标准的TCP/IP传输协议以及一整套完善的、自定义的通讯总线系统，使得110 系统具备良好的可扩展性，允许用户在任何必要的情况下，进行增加其它的功能模块。在图1中，主传送模块300包含第一步进电机310，传送带滑轮组311，以及主传送带208A-B，主传送模块300传输晶片10贯穿整个系统。主传送带208A-B支持不同尺寸的太阳能晶片，例如125mm χ 125mm、156mm χ 156mm等规格，可以以不同速度、不同加速度、 不同减速度以及不同距离等方式运行。太阳能晶片10通常被存置于某种存储部件中，例如便携式片盒12，正如业界所熟知，一定数量的晶片被一片片地放置于片盒12相互平行的片槽中。晶片发送装置200自动下降，直到感应到晶片10，随后，晶片10被传输到主传送带 208A-B上，并由主传送带208A-B传输，逐一经过后续各功能模块。晶片收片机构305A-B各包含一个晶片收纳装置(收片蓝)306A-B，在晶片接收过程中，位于主传送带208A-B上的晶片10被升降手臂抬起，升降手臂上的0型皮带将晶片10运送到收片蓝306A-B中。如图6和图1所示，当系统正常运转开始时，在第601步中，相关的设置菜单803 被载入到中央控制系统807中，设置菜单803包含一些具体的配置，例如需要测量的参数、 晶片的尺寸、分选设置以及收片台编号等信息，如804列表中所示。当设置菜单803通过确认后，系统将开始运转并进入流程602。在第603步中，操作员将一盒通常装满25片晶片的片盒12放置在晶片送片机构200上，晶片送片机构200上可以放置125mm和156mm两种规格的太阳能晶片盒。在604步中，当晶片送片机构200感应到片盒12时，即开始自动向下移动，当传感器感应到片盒12中的晶片10时，即停止向下运动。该晶片10随即被抽出片盒12并放置于主传送带208A-B上。完成上述出片动作后，晶片送片机构200即向控制中心800发送动作完成指令，中央控制系统807随后保持跟踪位于主传送带208A-B上的晶片 10，并同时向主传送控制系统300发送指令将该晶片传送到下一个位置。在第605步中，主传送带208A-B将晶片10移动一个步长，完成对晶片10移动一个步长的动作后，主传送控制系统300向主控制系统807发送移动完成指令。当收到传送控制系统的完成移动指令后， 主控制系统807随即向所有功能模块发送广播指令，令相应的功能模块对晶片执行各自的操作。在第606步中，晶片定位模块201通过驱动四个限位器301a-d，对晶片10执行一次定位操作，该定位操作可以使晶片10被定位于相对于主传送带208A-B的横向和纵向中心， 晶片定位操作对于后续测量模块测量参数的一致性意义重大。当晶片定位模块201完成定位操作后，会向控制系统807发送定位完成指令。当收到晶片定位模块201发送的定位完成指令后，控制系统807即指示主传送控制系统300将晶片10向右移动到下一个工位。在第607步中，晶片10被传送并通过晶片测量模块202。在第608步中，探头的距离数据被系统采集。暂时跳转到图5所示，在第502步中，系统将检测缓存空间是否足够，如果缓存空间已满，系统不会采集任何数据，而直接跳转至512，等待主控制系统807要求发送数据指令。如果缓存空间未满，则继续执行到503，以检查光学传感器103 c并确定晶片是否到位。如果确认晶片10到位，则继续执行504，在该步中，系统将采集晶片表面与探头传感器表面距离的电压信号。在第505步中，采集到的电压信号被储存在缓存器中。在第506步中，系统将检查光学传感器109 c并确定晶片是否到位。如果晶片10判断到位则继续到 507步，系统将采集晶片表面与探头传感器表面距离的电压信号。在第508步中，采集到的
6电压信号被储存在缓存器中。到第509步时，系统将检查光学传感器107 c并确定晶片是否到位。如果晶片10判断到位则继续到510步，系统将采集晶片表面与探头传感器表面距离的电压信号。在第511步中，采集到的电压信号被储存在缓存器中。到了第512步，系统检测主控制系统807是否要求发送数据。如果没有检测到主控制系统807要求发送数据的信号，则程序跳回到502步。如果检测到主控制系统807要求发送数据的信号，则继续执行 513步，并利用TCP/IP通讯协议，通过系统内部局域网216发送数据。当数据完成发送后， 继续执行514步，以清空现有缓存并回到第502步。回到图6，在第609步中，厚度参数将按照如下公式进行计算(参照图3)厚度 =D - (A+B)，其中D代表校准后的两探头间距，A代表上探头表面至晶片上表面的距离，B代表下探头表面至晶片下表面的距离。通过对所有测试点厚度值的计算，可以得到总厚度偏差(TTV)的数据。弯曲翘曲度数据经由公式(B-A)/2进行运算，它反应了被测晶片形貌的变化程度。通过上述运算得到的上述厚度、TTV和弯曲翘曲度数据即依据晶片10的确切位置，被存储于系统数据库801中。当厚度、TTV、弯曲翘曲度数据运算完成后，系统将依据预先设置好的分选要求确定晶片等级。通常情况下，系统操作员会预先设置好不同范围的厚度、TTV以及弯曲翘曲度的要求，并以每组满足所有范围要求的晶片划分为一个等级。在图6中，仅示范了第一和第二等级的范围要求，而实际操作中，操作员可以指定多种范围的多种等级设置，已满足不同的分选需求。操作员可以结合等级一及等级二的分选参数确定是否要求所有晶片厚度、TTV、弯曲翘曲度数据完全满足要求，或者晶片厚度、TTV、弯曲翘曲度分选要求仅部分满足即可。在后者情况下，如果厚度、TTV及弯曲翘曲度测量结果不满足任何范围要求，则操作员可以决定下一步分选工作如何进行，例如重新测量该晶片或者放弃该晶片。任何情况下，分选流程都会持续进行，在第610a步中，系统将确定晶片的实测厚度、TTV、弯曲翘曲度是否完全满足等级一中对厚度、TTV、弯曲翘曲度的范围要求。如果完全满足，在611a步中，晶片将满足等级一要求的晶片归为第一类。当晶片的类别确定好之后， 主控制系统807向主传送控制系统300发送移动晶片的指令，并在满足条件的晶片到达位置时，向收片模块305A发送接收晶片指令。当晶片10完成接收动作后，系统运作流程会返回604步，将下一片晶片发送到主传送带208A-B上。综上所述，110构架式的系统能够完全满足太阳能晶片产业需求，为产业提供低价位、高产能、全自动化测量晶片厚度、TTV及弯曲翘曲度的高效测量与分选解决方案。根据图 7a、图7b、图7c、图8中的实际测量结果可以证明，110构架系统完全能够在不牺牲精度、准确性或者重复性的测量指标下满足上述要求。图7a、图7b、图7c所示的曲线图中，体现了利用110构架系统，分别针对厚度为180微米、230微米和358微米的三种不同厚度的晶片， 各进行10次中心厚度的重复测量所得到的结果，正如图中所示，每种厚度的各次测量结果偏差全部小于0.25微米。图8体现了厚度范围从180微米至358微米的线性度表现。尽管几种晶片的厚度跨度很大，但测量结果与参考值之间的线性相关性依然能够做到相关度为1，而偏移量仅仅为0. 248微米。根据多种工艺研究的经验可以确定以上阐述的分选方式可以应用到许多不同的领域。例如太阳能晶片制造企业可以利用上述分选模式，使多批次晶片合并为厚度、TTV 及弯曲翘曲度等参数高度一致性的整批晶片进行出厂安排。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何
7本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权力要求书所界定的为准。
权利要求1.一种太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其特征在于，包括控制中心，配有系统数据库；主传送模块，包括依次连接的第一步进电机，传送带滑轮组和贯穿于整个系统的主传送带，带动晶片从一个位置到另一个位置直至完成所有的测量工作；晶片定位模块，与所述主传送模块连接，包含四个压缩空气触发的限位器，分别位于晶片的四边位置，实现对每片晶片测量前的中心定位功能；晶片测量模块，与所述主传送模块连接，包括三组相互间隔的探头传感器，其中，第一探头传感器组位于晶片中心位置上下表面，用以测量晶片中心位置上下表面与上下探头表面之间的距离，第二探头传感器组和第三探头传感器组用以测量晶片两侧边缘上下表面与上下探头表面之间的距离，分别位于晶片两侧边缘的上下表面；以及，晶片收发模块，包括晶片送片机构和晶片收片机构，所述晶片送片机构和所述晶片收片机构均包括至少一组承载有片盒的自动升降装置，所述晶片送片机构将晶片从所述片盒中按顺序逐一传送到所述系统的主传送带上，所述晶片收片机构按照预设的类别与等级将所述主传送带上完成测量的晶片收入相应的片盒中。
2.根据权利要求1所述的太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其特征在于，所述第二探头传感器组和第三传感器组被固定在同一根精密同步丝杠上，由第二步进电机驱动，实现不同尺寸晶片测量时边缘距离的自动调整。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其特征在于，所述第一、第二、第三探头传感器组分别包括两个光学传感器和一个位移式传感ο
4.根据权利要求1所述的太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其特征在于，所述晶片送片机构的自动升降装置上承载125mm规格或者156mm规格的太阳能晶片品.ο
5.根据权利要求1或4所述的太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，其特征在于，所述晶片收片机构均配备有7段式计数器。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能晶片全自动无接触式多功能测试和分选系统，系统包括控制中心，主传送模块，包括依次连接的第一步进电机，传送带滑轮组和贯穿于整个系统的主传送带；晶片定位模块，实现对每片晶片测量前的中心定位功能；晶片测量模块，与所述主传送模块连接，包括三组相互间隔的探头传感器；以及，晶片收发模块，包括晶片送片机构和晶片收片机构；所述主传送模块将从所述晶片送片机构接收到的晶片依次运送经过所述晶片定位模块和所述晶片测量模块后由所述晶片收片机构收回，所述控制中心通过内部通讯机制实现与上述各个功能模块的数据互传，同时将所有接收到的数据保存到所述系统数据库中。本全自动测试和分选系统具有无接触、多功能测量、灵活、快速、准确等优点。
文档编号B07C5/36GK201940376SQ20102059948
公开日2011年8月24日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者周海, 朱洪伟, 李福荣, 邓超明, 陈罡 申请人:上海星纳电子科技有限公司