一种立式晶圆形状测量仪的制作方法
【专利摘要】一种立式晶圆形状测量仪，包括调整垫脚；底座，所述的底座设在调整垫脚上；平台，所述的平台设在底座上；支撑座，所述的支撑座设在平台上；横梁，所述的横梁设在支撑座上；轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴；所述的X轴设在横梁上；所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直；所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台；所述的旋转轴固定在Y轴动板上；晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上；接触式测头，所述的接触式测头固定在Z轴动板上。本实用新型采用独特的接触式测头和固定横梁式布局方式，采用精密伺服控制的直线轴和旋转轴，实现晶圆平面度和厚度等形状参数自动测量。
【专利说明】一种立式晶圆形状测量仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种立式晶圆形状测量仪。
【背景技术】
[0002]为满足全球能源逐步扩大的需求，太阳能作为绿色能源被广泛加以利用，而晶圆作为太阳能电路板的关键元件，需求量和质量均在不断提高，晶圆一般由多层不同材料(第一层为多晶硅、第二层为粘合剂、第三层为玻璃、第四层为胶带)采用压合工艺制成，一般是从第一层到第四逐层压合，各层压合后平面度和压合后厚度需要严密监控，4层全部压合后成品晶圆的平面度和厚度也需要进行检测，只有符合晶圆压合质量要求的产品才能作为合格基材进入下一道工序进行加工，并最终确保晶圆成品符合客户要求。
[0003]传统晶圆的测量设备，从测量方式上分为接触式和非接触式两种:传统接触式测量设备，针对晶圆测量功能单一，不能在同一台设备上进行平面度和厚度的测量，另外，测量力难以精确控制，导致各点测量精度受到影响，甚至因测量力不均匀及无法控制导致测量过程中晶圆碎裂，而非接触式晶圆测量仪，由于采用激光照射方式进行测量，会因不同测量材料反光效应不同导致各层测量数据难以统一，尤其是针对玻璃层及成品后的高亮度表层测量，会由于材料透明或是表面高亮度影响测量精度，导致测量数据失真，难以准确判断测量数据的真实性。
实用新型内容
[0004]本实用新型旨在提供一种结构简单、集成度高、功能全面、测量精度高的立式晶圆形状测量仪。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种立式晶圆形状测量仪，包括调整垫脚；底座，所述的底座设在调整垫脚上；平台，所述的平台设在底座上；支撑座，所述的支撑座设在平台上；横梁，所述的横梁设在支撑座上；轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴；所述的X轴设在横梁上；所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直；所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台；所述的旋转轴固定在Y轴动板上；晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上；接触式测头，所述的接触式测头固定在Z轴动板上。
[0006]作为优选，所述的接触式测头包括探针、弹性装置、方形空气导轨、空气导轨进气座、激光位移传感器、顶板、光栅尺、空气导轨导芯供气接头、测头安装座、测头安装底板和底板，所述的方形空气导轨安装在测头安装底板上，探针连接方形空气导轨导芯的下端、贯穿底板，导芯下端与底板之间设有弹性装置，空气导轨进气座设在方形空气导轨的上方，激光位移传感器设在空气导轨进气座的上方，与传感器相连接的数据线贯穿顶板，光栅尺设置在激光位移传感器的左侧，空气导轨导芯供气接头设在空气导轨进气座的左侧、连接进气座，测头安装座设在测头安装底板的左侧。
[0007]作为优选，所述的光栅尺平行安装于激光位移传感器。[0008]作为优选，所述的弹性装置为精密弹簧。
[0009]作为优选，所述方形空气导轨的导芯内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座。
[0010]作为优选，所述的方形导轨进气座侧面连接方形空气导轨供气接头。
[0011]作为优选，所述的晶圆承载台包括承载台安装座、转接板、调节螺钉、精密弹簧、吸气孔气管接头、直角定位块、吸附孔板和吸附槽板，所述的转接板设在承载台安装座的上表面，吸附槽板设在转接板的上方，吸附槽板与转接板通过调节螺钉连接在一起，吸附槽板与转接板之间设有精密弹簧，所述的吸附孔板设在吸附槽板的上表面，直角定位块通过定位销钉固定在吸附孔板的两条直角边上，所述转接板上有若干个圆孔，在吸附槽板对应转接板上圆孔的位置设有吸气孔气管接头。
[0012]作为优选，所述的平台下设有滚轮。
[0013]本实用新型提供了一种立式晶圆形状测量仪，采用独特的接触式测头和固定横梁式布局方式，通过采取真空吸附原理的晶圆承载台对晶圆进行吸附固定，并可调节晶圆吸附面与测头探针的垂直度，采用精密伺服控制的直线轴和旋转轴，实现晶圆平面度和厚度等形状参数自动测量，仅需要人工上料、下料，测量过程无须人工干预，确保测量高的测量精度，本实用新型相对非接触式测量仪不存在透明材料和高亮度表面影响测量精度的问题，另外，相对传统接触式测量仪，本实用新型兼具平面度和厚度测量双重功能；本实用新型结构简单、集成度高、功能全面，为晶圆平面度、厚度等形状参数测量提供了更为科学的测量仪器。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图；
[0015]图2为接触式测头的结构示意图；
[0016]图3为接触式测头的结构示意图；
[0017]图4为接触式测头的结构示意图；
[0018]图5为晶圆承载台的结构不意图；
[0019]图6为圆晶承载台的结构示意图。
[0020]图中:1.调整垫脚；2.底座；3.花岗岩平台；4.键盘拖架；5.显示器支架；6.显示器鼠标；8.键盘；9.旋转轴；10.晶圆；11.测头；12.测头安装座；13.Z轴；14.花岗岩横梁；15.X轴；16.晶圆承载台；17.Y轴动板；18.Y轴；19.花岗岩支撑座；20.滚轮；21.探针；22.精密弹簧；23.方形空气导轨；24.空气导轨进气座；25.激光位移传感器；26.顶板；27.光栅尺；28.空气导轨导芯供气接头；29.测头安装座；30.测头安装底板；31.底板；32.空气导轨供气接头；33.导芯；34、数据线；35.承载台安装座；36.转接板；37.调节螺钉；38.精密弹簧；39.气孔气管接头；40.锁紧螺钉；41.锁紧螺母；42.定位销钉；43.直角定位块；44.吸附孔板；45.吸附槽板。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0022]参见图1至图6所示，一种立式晶圆形状测量仪，包括调整垫脚I ;底座2，所述的底座2设在调整垫脚I上；花岗岩平台3，所述的平台3设在底座2上；滚轮20，所述的滚轮20设在平台3下，正常使用时测量仪必须摆放平稳，此时通过调节调整垫脚I可使滚轮20离地，并可调节好平台3的水平度，而需要挪动测量仪摆放位置时，仅需调节调整垫脚1，让滚轮20与地面接触，并对平台3有效支撑后，手推动测量仪，则滚轮20可轻松地带动测量仪到制定摆放位置；花岗岩支撑座19，所述的支撑座19设在平台3上；花岗岩横梁14，所述的横梁14设在支撑座19上；轴系，所述的轴系包括X轴15、Y轴18、Ζ轴13和旋转轴9 ;所述的X轴15设在横梁14上；所述的Y轴18设在平台3上，与X轴15相互垂直；所述的Z轴13固定在X轴动板上、与X轴15运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台3 ;所述的旋转轴9固定在Y轴动板17上；晶圆承载台16，所述的晶圆承载台16固定在旋转轴9上；接触式测头11，所述的接触式测头11通过测头安装座12固定在Z轴动板上。
[0023]所述的接触式测头11包括探针21、精密弹簧22、方形空气导轨23、空气导轨进气座24、激光位移传感器25、顶板26、光栅尺27、空气导轨导芯供气接头28、测头安装座29、测头安装底板30和底板31，所述的方形空气导轨23安装在测头安装底板30上，所述方形空气导轨23的导芯33内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座24，方形导轨进气座24侧面连接方形空气导轨供气接头32，探针21连接方形空气导轨导芯33的下端、贯穿底板31，导芯33下端与底板31之间设有精密弹簧22，空气导轨进气座24设在方形空气导轨23的上方，激光位移传感器25设在空气导轨进气座24的上方，与传感器25相连接的数据线34贯穿顶板，光栅尺27平行安装于激光位移传感器25的左侧，空气导轨导芯供气接头28设在空气导轨进气座24的左侧、连接进气座24，测头安装座29设在测头安装底板30的左侧。
[0024]当向方形空气导轨23供气时，则压缩空气会通过气流孔传递到方形导轨23 “ 口 ”字形的各内导向面，这些导向面上分布有导气槽，通过导气槽将具有一定气压的压缩空气供应到导芯33与方形导轨23“口”字形的各内导向面之间，形成具有一定压力的气膜层，从而形成空气导轨，导芯33仅能在方形导轨23中上下精确运动，导芯33内部为空芯结构，顶部连接着方形导轨进气座24，该进气座24侧方安装有供气接头32，顶部安装有光栅尺27，通过与光栅尺27平行安装的激光位移传感器25来测定探针21随工件表面形貌变化而导致导芯33上下垂直运动的位移量，从激光位移传感器25读到的位移量值通过数据线34实时传输到测量系统，并及时在测量软件中显示测量结果。
[0025]所述的晶圆承载台16包括承载台安装座35、转接板36、调节螺钉37、精密弹簧38、吸气孔气管接头39、直角定位块40、吸附孔板44和吸附槽板45，所述的转接板36设在承载台安装座35的上表面，吸附槽板45设在转接板36的上方，吸附槽板45与转接板36通过调节螺钉37连接在一起，吸附槽板45与转接板36之间设有精密弹簧38，所述的吸附孔板44设在吸附槽板45的上表面，直角定位块43通过定位销钉42固定在吸附孔板44的两条直角边上，所述转接板36上有若干个圆孔，在吸附槽板45对应转接板36上圆孔的位置设有吸气孔气管接头39。
[0026]测量时，Z轴13带动测头11向下运动直到探针21与晶圆10表面接触，再通过X轴15和Y轴18分别左右运动、前后运动，对晶圆10表面进行扫描式平面度进行测量，这种测量方式可快速对整个晶圆10表面进行平面度扫描测量。而如果仅需初步判断，则可让X轴15带动晶圆10使其处于测头11正下方，再X轴15不动，Z轴13带动测头11使其探针21与晶圆10表面接触，Y轴18再带动晶圆10前后移动，则可沿晶圆10的Y轴方向进行一次扫描式测量，完成后再利用旋转轴9带动晶圆10转动90度，重复刚才的测量动作，最后可完成对晶圆IOX轴方向和Y轴方向各测量一条直线，通过测量软件可简易分析出晶圆的平面度。
[0027]本实用新型提供了一种立式晶圆形状测量仪，采用独特的接触式测头和固定横梁式布局方式，通过采取真空吸附原理的晶圆承载台对晶圆进行吸附固定，并可调节晶圆吸附面与测头探针的垂直度，采用精密伺服控制的直线轴和旋转轴，实现晶圆平面度和厚度等形状参数自动测量，仅需要人工上料、下料，测量过程无须人工干预，确保测量高的测量精度，本实用新型相对非接触式测量仪不存在透明材料和高亮度表面影响测量精度的问题，另外，相对传统接触式测量仪，本实用新型兼具平面度和厚度测量双重功能；本实用新型结构简单、集成度高、功能全面，为晶圆平面度、厚度等形状参数测量提供了更为科学的测量仪器。
[0028]在本说明书的描述中，参考术语“ 一个实施例”、“ 一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0029]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种立式晶圆形状测量仪，其特征在于，包括: 调整垫脚； 底座，所述的底座设在调整垫脚上； 平台，所述的平台设在底座上； 支撑座，所述的支撑座设在平台上； 横梁，所述的横梁设在支撑座上； 轴系，所述的轴系包括X轴、Y轴、Z轴和旋转轴； 所述的X轴设在横梁上； 所述的Y轴设在平台上，与X轴相互垂直； 所述的Z轴固定在X轴动板上、与X轴运动方向相互垂直，且其运动方向垂直于测量平台； 所述的旋转轴固定在Y轴动板上； 晶圆承载台，所述的晶圆承载台固定在旋转轴上； 接触式测头，所述的接触式测头固定在Z轴动板上。
2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述的接触式测头包括探针、弹性装置、方形空气导轨、空气导轨进气座、激光位移传感器、顶板、光栅尺、空气导轨导芯供气接头、测头安装座、测头安装底板和底板，所述的方形空气导轨安装在测头安装底板上，探针连接方形空气导轨导芯的下端、贯穿底板，导芯下端与底板之间设有弹性装置，空气导轨进气座设在方形空气导轨的上方，激光位移传感器设在空气导轨进气座的上方，与传感器相连接的数据线贯穿顶板，光栅尺设置在激光位移传感器的左侧，空气导轨导芯供气接头设在空气导轨进气座的左侧、连接进气座，测头安装座设在测头安装底板的左侧。
3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述的光栅尺平行安装于激光位移传感器。
4.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述的弹性装置为精密弹簧。
5.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述方形空气导轨的导芯内部为空芯结构，顶部连接方形导轨进气座。
6.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述的方形导轨进气座侧面连接方形空气导轨供气接头。
7.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述的晶圆承载台包括承载台安装座、转接板、调节螺钉、精密弹簧、吸气孔气管接头、直角定位块、吸附孔板和吸附槽板，所述的转接板设在承载台安装座的上表面，吸附槽板设在转接板的上方，吸附槽板与转接板通过调节螺钉连接在一起，吸附槽板与转接板之间设有精密弹簧，所述的吸附孔板设在吸附槽板的上表面，直角定位块通过定位销钉固定在吸附孔板的两条直角边上，所述转接板上有若干个圆孔，在吸附槽板对应转接板上圆孔的位置设有吸气孔气管接头。
8.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述的平台下设有滚轮。
【文档编号】G01B11/30GK203375950SQ201320485948
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】夏发平 申请人:昆山允可精密工业技术有限公司