专利名称：太阳能晶片无接触式测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能等级半导体晶片的测试领域，尤其涉及在一次操作 过程中即可完成太阳能等级半导体晶片的厚度、厚度偏差以及体电阻率的测量 的太阳能晶片无接触式测试系统。
背景技术：
太阳能等级晶片的厚度、厚度偏差以及体电阻率等多种参数都需要经过测 试。例如太阳能级晶片制造企业需要在整个工艺流程中的不同环节特别对产 品晶片的厚度、厚度偏差以及体电阻率等参数分别进行测试与监控，以保证最 终出厂的晶片产品满足太阳能工业或者客户的技术指标。而目前市场上，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同时 具备多功能、可靠性、高效率等特点，以满足太阳能晶片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两种不同的测试仪器分别测试太阳能级 晶片的厚度和体电阻率。测试厚度一般用一种装备在支架上的千分表或者电容 式厚度测试工具。而测试体电阻率一般用四探针式探头或者涡流传感器式测试 工具。太阳能级晶片的测试一般需要先用厚度测试工具完成厚度的测试，然后用电阻率测试工具完成体电阻率参数的测试。而这种方式需要至少两个步骤来 完成，数据的纪录与匹配也同样消耗时间，同时，晶片的破损、碎片率也会明 显提高，这些都大大影响了生产效率。因此， 一种能够仅需一次操作即可完成厚度、厚度偏差、体电阻率的测试 以及数据存储功能，并同时兼备快速、准确、价格合理等特点的多功能太阳能 级晶片测试系统已经成为众望所归的市场需求。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无接触式测试系 统，仅需一次无接触式操作即可完成厚度、厚度偏差和体电阻率的测试。本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种太阳能晶 片无接触式测试系统，包括测量模块、信号处理模块和控制模块。其中测量模 块包括 一用以承载太阳能晶片的承片台； 一对相距一标准距离的探头，其中第一 探头相对于晶片上表面设置，以测量晶片上表面到第一探头的第一距离，第二探头 相对于晶片下表面设置，以测量晶片下表面到第二探头的第二距离；以及一对涡流 传感器，用以测量晶片的涡流场变化量。信号处理模块连接于测量模块，用于对第 一探头、第二探头以及涡流传感器的信号进行处理后输出。控制模块连接信号处理 模块，用以根据该标准距离、第一距离和第二距离计算晶片厚度，以及根据晶片厚 度和涡流场变化量计算晶片电阻率。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，所述承片台上可具有用以校准晶 片位置的至少一对刻度标记。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，信号处理模块对信号的处理包 括放大和/或滤波。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，控制模块是依据公式晶片 厚度=(7-C4 +万)来计算晶片厚度，其中G为所述标准距离，A为第一距离，B 为第二距离。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，控制模块是依据公式 晶片电阻率日日斤电守伞来计算晶片电阻率，其中晶片电导率是依据涡流场变化量转换得到。 在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，测量模块还包括振荡电路，连接于一对涡流传感器与信号处理模块之间，用以向涡流传感器提供驱动振荡信号源，并根据探测到的涡流场变化量而产生输出至信号处理模块的电流信号。 在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，信号处理模块还连接有一厚度偏差测量开关，控制模块则响应厚度偏差测量开关而多次测量晶片厚度并计算厚度偏差。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，信号处理模块还连接有一数据 保存开关，控制模块具有一数据库并响应数据保存开关被按下而将晶片厚度、电阻率和厚度偏差保存到该数据库中。在上述的太阳能晶片无接触式测试系统中，控制模块具有一显示器，用以 显示晶片厚度、电阻率和厚度偏差。本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可以通过一步 操作同时得到太阳能级晶片的厚度、厚度偏差以及体电阻率的测试结果。同时 配合开关的一次动作将完成晶片的数据存储。本实用新型的测量为无接触式测 量，对晶片的损伤将大大降低。
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对 本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中图1是本实用新型一个实施例的太阳能晶片测试系统结构图。 图2是图1所示测试系统的实际测试流程图。 图3是本实用新型的测试系统的厚度重复性测试结果示意图。 图4是本实用新型的测试系统的厚度相关性测试结果示意图。图5是本实用新型的测试系统的电阻率重复性测试结果示意图。 图6是本实用新型的测试系统的电阻率相关性测试结果示意图。 图7是本实用新型的测试系统中各参数同时测量时厚度重复性测试结果示意图。图8是本实用新型的测试系统中各参数同时测量时电阻率重复性测试结果示 意图。
具体实施方式
图1是本实用新型一个实施例的太阳能晶片测试系统结构图。本系统适用于 测量太阳能级半导体晶片的厚度、厚度偏差和体电阻率。通过下面的进一步详细描 述我们将知道，本系统可通过一步操作就能实现对晶片的厚度、厚度偏差以及体电 阻率等参数值进行高精度和高可靠性的无接触式测量。如图1所示，本系统包含了晶片测量模块l、信号处理模块5和控制模块2， 其中晶片测量模块1与信号处理模块5相连接，而信号处理模块5又与控制模块26相连。如图1所示，晶片10为太阳能级半导体晶片，晶片10通常为薄的正方型体，且由具有固定电阻率范围的高纯度半导体材料(如硅)而制成的。其两表面相对平行，且外形尺寸符合工业标准。然而在特殊的应用背景下，半导体晶片也可根据需 求而制成其它形状。晶片测量模块1设置了一对用以测量晶片厚度探头，包括第一探头131和第 二探头132，例如电容式探头。第一探头131和第二探头132固定在探头组合架151 上。探头131和132能够测量晶片表面与探头之间的电容值，借此得出晶片表面与 上、下探头之间的距离。探头131、 132的精度与准确性将直接决定了被测晶片厚 度的精度与准确性。探头131和132与放大电路133电连接，由放大电路133给探 头提供驱动信号并根据探头测量的电容值而产生相应的电压输出信号。晶片测量模块1还设置一对涡流传感器161和162，它们固定在探头组合架 151上。涡流传感器161和162能够探测到由晶片10而产生的涡流场变化值。涡 流传感器161和162与振荡电路163电连接，由振荡电路163给传感器161、 162 提供驱动振荡信号源，并能根据探测到的晶片10的涡流场变化值而产生相应的电 流输出信号。晶片测量模块1包含了一个在测试过程中起支撑晶片作用的承片台11。 一般 而言，承片台ll是作为支撑晶片的，但如果需要，其也能起到校准晶片10与探头 131、 132或与涡流传感器161、 162之间的中心位置的作用。举例来说，承片台ll 具有两对(即4个)刻度标记，目的在于确定晶片10的二维位置。其中一对刻度 标记是为放置尺寸为125毫米*125毫米的晶片而设定的，另一对刻度是为放置尺 寸为156毫米*156毫米的晶片而设定的。这些标记可以指导操作者在探头13K132 或在涡流传感器161与162之间准确地放置晶片。而对晶片的准确安放，将能保证 在测试过程中，得到高重复性的测试结果。承片台ll是一正方形平台，且其尺寸 比156毫米*156毫米稍微大些。无论如何，该承片台适合于任何外形结构尺寸晶 片的测量，并且该承片台与基台12配合相当协调。当晶片IO放置于承片台11时， 其位于一对探头131、 132所形成的间距之间，并位于涡流传感器161、 162所形成 的间距之间。基台12—般由足够厚的铝合金材料制成的，且具有很高的刚度。承片台ll、 探头组合架151和电容探头132都安装在基台上。在正常的操作过程中，基台12被固定在具有橡胶垫(图1中没有显示)的框架上，橡胶垫可以起到缓冲和隔离震 动的作用。依照前述，测量模块1所测得的距离信号(电压形式)通过放大电路133输 出，测量模块1所测得的涡流场变化值信号(电流形式)通过振荡电路163输出。信号处理模块5中有三个独立的信号处理单元。其中信号处理单元50用于处 理放大电路133输出的电压形式的距离信号，所做的处理包括首先将探头131 和132输出的电压信号混合后，再利用低通滤波器对信号进行滤波处理。而信号处 理单元51首先将振荡电路163产生的电流信号转换为电压信号并进行放大处理， 再利用低通滤波器进行滤波处理。此外，信号处理单元52是一个数据保存开关53 和厚度偏差测量开关54的开关信号输入接口。最后，三个信号处理单元输出的信 号传输给控制模块2进行进一步的信号处理。控制模块2通常设计成类似于台式电脑，然而它完全可以用大型计算机、手 掌电脑、分布式计算机或其它合适的设备取代，因为这些设备同样具备从信号处理 模块5接口处获取信号的功能。 一般而言，典型的控制模块2包括一个计算机处理 器(图中没有显示)，该处理器用于调配执行控制软件、数据库23 (如图1所示)、 显示器22 (如图l所示)和信号转换处理器21 (如图l所示)等的运行。其中控 制软件可以用任何种类的编程语言来编写，如VISUAL BASIC。控制模块2完成数 据的运算，包括晶片厚度、电阻率以及厚度偏差的计算等。图2为依照本实用新型的测量半导体晶片的厚度、厚度偏差和体电阻率的流 程示意图。首先，步骤60将晶片置于承片台上。而步骤61是利用探头131测量其 与晶片上表面之间的第一距离A，步骤62是利用探头132测量其与晶片下表面之 间的第二距离B。如果需要，在测量前可对探头进行校准。步骤63为控制模块2 对晶片厚度进行计算，计算公式为晶片厚度=<7-(」+ 5)其中G为已知的探头131和132之间的标准距离，A为探头131测量的从晶片 上表面到该探头的第一距离，B为探头132测量的从晶片下表面到该探头的第二距 离。步骤64为利用涡流传感器161和162测量晶片10产生的涡流。步骤65是将 测定的涡流数值利用控制模块2中预置的转换表格转换为电导率。步骤66为控制模块2利用电导率和之前测得的厚度参数值，通过以下公式最终确定晶片的电阻率其中S为测得的晶片的电导率。如需要的话，电导率的数值还可根据环境温 度的变化进行补偿。步骤67是将厚度与电阻率的数值显示在控制模块2的显示器22上。步骤68 为数据保存开关控制，即当按下此开关53 (如图l)后，控制模块2会作出响应， 将所测量的数据(包括厚度和电阻率)保存在数据库23中(步骤70)。步骤69 是测量晶片全厚度偏差，按下测量全厚度偏差开关54后(如图1)，将得到晶片 上一点的厚度值。在131和132探头之间移动晶片(例如人工移动)，在运动的同 时依照上述方式多次测量晶片的厚度，并对比最大与最小厚度的差别计算出厚度偏 差数值(步骤71)，并最终将数值显示在显示器22上(步骤72)。当步骤68在 步骤69之后执行时，保存到数据库23中的数据将会包括厚度、电阻率和厚度偏差 等。当完成测量后，被测晶片将被操作员从承片台ll上移走，下一晶片的测量将 重复以上过程。 一片晶片测量所需时间大约只是3秒钟。如上所述，本系统非常适合于太阳能工业对太阳能级半导体晶片的测试需求 一个价位合理，且具备高速测试晶片厚度，厚度偏差和电阻率等参数功能的独立系 统。图3 图7，展示了本系统具有的测试精度和重复性。图3为本系统对同一晶片进行10次厚度测量的结果。该晶片由国家计量院标 定的厚度值为309.6微米。从图中可以看出，其测量误差在士l微米之内。图4为 对5片不同厚度的晶片进行厚度测量的结果，晶片的厚度分布范围从300微米到 700微米不等。所用晶片都由国家计量院标定及认证过的。图4为厚度标准样片标 称值与实际测试的厚度值之间的相关性结果，其中R2 = 1，表示完全相关。图5为本系统对同一晶片进行10次电阻率测量的结果。该晶片由国家计量院 标定的电阻率为26.37欧姆-厘米。从图中可以看出，测量误差小于3%。图6为对 5片晶片进行电阻率测量的结果，晶片的电阻率分布范围从1欧姆-厘米到95欧姆 -厘米不等。所用晶片都经由国家计量院标定及认证。图6为电阻率标准样片标称 值与实际测试的电阻率值之间的相关性结果，其中R2 = 0.9999，表示几乎完全相9关。图7和图8为本系统在同一晶片上连续进行厚度与电阻率测量的测试结果。 从图中可以看出，测量的厚度偏差在± l微米以内、电阻率误差在3%以内。综上所述，本实用新型的测试系统可以通过一步操作同时得到太阳能级晶 片的厚度、厚度偏差以及体电阻率的测试结果。本系统集成了一套电容式探头 传感器以及一套涡流式探头传感器用于测量太阳能级半导体晶片的厚度与体 电阻率。厚度偏差以及体电阻率偏差通过计算晶片在探头传感器组件中移动轨 迹中的不同位置的值而得到。配合开关的一次动作将完成该片晶片的数据存 储。同时，系统可以根据预先设置的晶片厚度、厚度偏差以及体电阻率的合格 标准自动判断以及分选不同等级的晶片。本实用新型的测量为无接触式测量， 对晶片的损伤将大大降低。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利要求书所界定的为准。
权利要求1.一种太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于包括测量模块，其包括一用以承载太阳能晶片的承片台；一对相距一标准距离的探头，其中第一探头相对于晶片上表面设置，以测量晶片上表面到第一探头的第一距离，第二探头相对于晶片下表面设置，以测量晶片下表面到第二探头的第二距离；以及一对涡流传感器，用以测量晶片的涡流场变化量；一信号处理模块，连接于测量模块，对第一探头、第二探头以及涡流传感器的信号进行处理后输出；以及一控制模块，连接信号处理模块，用以根据该标准距离、第一距离和第二距离计算晶片厚度，以及根据晶片厚度和涡流场变化量计算晶片电阻率。
2. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 承片台上具有用以校准晶片位置的至少一对刻度标记。
3. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 信号处理模块对信号的处理包括放大和/或滤波。
4. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 控制模块是依据公式晶片厚度^G-04 +匀来计算晶片厚度，其中G为所述 标准距离，A为第一距离，B为第二距离。
5. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 控制模块是依据公式曰曰曰細率=^^ 曰日斤电守伞来计算晶片电阻率，其中晶片电导率是依据涡流场变化量转换得到。
6. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 测量模块还包括振荡电路，连接于一对涡流传感器与信号处理模块之间，用以 向涡流传感器提供驱动振荡信号源，并根据探测到的涡流场变化量而产生输出 至信号处理模块的电流信号。
7. 如权利要求l所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 信号处理模块还连接有一厚度偏差测量开关，所述控制模块响应厚度偏差测量 开关而多次测量晶片厚度并计算厚度偏差。
8. 如权利要求7所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 信号处理模块还连接有一数据保存开关，所述控制模块具有一数据库并响应数 据保存开关被按下而将晶片厚度、电阻率和厚度偏差保存到该数据库中。
9. 如权利要求7所述的太阳能晶片无接触式测试系统，其特征在于，所述 控制模块具有一显示器，用以显示晶片厚度、电阻率和厚度偏差。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能晶片无接触式测试系统，一用以承载太阳能晶片的承片台，一对探头分别测量晶片的上、下表面与探头之间的距离，据以计算晶片厚度。一对涡流传感器用以测量晶片的涡流场变化量，据此得到晶片的导电率并结合晶片厚度计算出晶片电阻率。此外，厚度偏差可通过计算晶片在探头传感器之间移动的过程中，测得的不同点的厚度值而得到。系统还可响应数据保存开关而保存测量数据。本测试系统具有无接触、一次性测量、快速、准确等优点。
文档编号G01B7/06GK201166564SQ20082005480
公开日2008年12月17日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者曹红萍, 李福荣, 邓超明 申请人:上海星纳电子科技有限公司