CN114047383A - 一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，包括测试架，测试架上设置有测试台，测试台上固定设置有若干组用于支撑单晶硅棒的晶棒支撑模块，测试台上滑动设置有用于测量单晶硅棒直径的扫描模块；测试台上固定设置有移动机构，移动机构上固定安装有用于打磨吸尘单晶硅棒的打磨吸尘模块和用于测试单晶硅棒电阻率的电阻率测试模块。本发明所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法能够自动检测装夹于试验台上的单晶硅棒的温度及电阻率，采用自动化测量方法，降低人为测试的误差，检测精度高、耗时短、可自动控制、减少人工参与、提高测试效率，适用于单晶硅棒流水线加工车间的全自动检测。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅棒检测设备领域，尤其是涉及一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法。
背景技术
在半导体硅单晶制造领域中,单晶硅棒的表皮电阻率是一个十分关键的参数之一,电阻率是否在合格范围内直接影响了硅片的电阻率。因为硅晶圆片电阻率取决于单晶硅棒电阻率的控制，与单晶硅棒的晶片加工过程无关。现有的技术中,单晶硅棒表皮电阻率测试方法一般步骤为：采用人工手动打磨灰皮去除氧化层，手动调整四探针旋钮进行表皮电阻率测试。现有测试技术测量单晶硅棒电阻率的缺点在于：人工对单晶硅棒的表皮电阻率的测量会导致打磨的测试区域不平整不均匀，引入人工测试误差。通过测试设备的集成优化，可以减少人工的测试误差，提高自动化程度，降低单晶硅棒表皮电阻率的波动是硅单晶生长的重要技术问题,可见电阻率测试的准确度将直接影响硅片电阻率的合格情况。由此可见，准确、快速地测量单晶硅棒的表皮电阻率对控制半导体材料的硅片电阻率具有非常重要的应用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法，以解决测量单晶硅棒的表皮电阻率时，打磨的测试区域不平整不均匀，引入人工测试误差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，包括测试架，测试架上设置有测试台，测试台上固定设置有若干组用于支撑单晶硅棒的晶棒支撑模块，测试台上滑动设置有用于测量单晶硅棒直径的扫描模块；测试台上固定设置有移动机构，移动机构上固定安装有用于打磨吸尘单晶硅棒的打磨吸尘模块和用于测试单晶硅棒电阻率的电阻率测试模块。
进一步的，若干组晶棒支撑模块呈横向排列设置，每组晶棒支撑模块之间留有与晶棒运输车叉齿对应的空隙；
每组晶棒支撑模块包括支撑架，支撑架为U形结构，支撑架固定安装在测试台上，支撑架上装配安装有两组滚筒，两组滚筒之间留有放置单晶硅棒的缝隙，滚筒外层涂敷胶皮；
支撑架内侧壁上固定安装有检测单晶硅棒的测温传感器和检测单晶硅棒有无的物料传感器。
进一步的，位于晶棒支撑模块两侧的测试台上设有两组滑槽，滑槽内滑动设置有扫描模块，扫描模块包括横移直线模组，横移直线模组固定设置在测试台的底端，横移直线模组上滑动设置有沿滑槽移动的安装支架，安装支架上固定安装有两组气缸，气缸的输出轴端均固定连接有直径传感器，两组直径传感器位于单晶硅棒的两侧。
进一步的，移动机构包括两组平行设置的横向直线模组，两组横向直线模组上滑动设置有纵向直线模组一和纵向直线模组二，打磨吸尘模块通过固定支架一固定安装在纵向直线模组一上，电阻率测试模块通过固定支架二固定安装在纵向直线模组二上。
进一步的，打磨除尘模块包括支撑板，支撑板固定设置在固定支架一上，支撑板上固定安装有两组吸尘管，两组吸尘管连接吸尘装置，两组吸尘管之间留有空隙，空隙内固定设设置有两组直线轴承，直线轴承内滑动设置有导向杆，导向杆包括滑动部，滑动部对应设置在直线轴承内，滑动部的顶端设有用于防止导向杆脱离直线轴承的限位部，滑动部的底端固定设置有安装件，安装件为U形结构，安装件内固定设置有用于打磨单晶硅棒表面的油石；
滑动部上套设有弹簧，弹簧位于安装件与支撑板之间。
进一步的，测试台的上方固定设置有防护罩，防护罩的一侧设有开口，开口处安装有光幕；
位于防护罩开口处侧的测试架上固定设置有用于定位单晶硅棒运输车的导向条。
第二方面，一种应用于第一方面所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备的自动化测试方法，具体包括如下步骤：S1、上料；利用单晶硅棒运输车将单晶硅棒运输至晶棒支撑模块上；
S2、测温；物料传感器检测到单晶硅棒放置到位后，测温传感器对单晶硅棒温度进行检测，并记录温度数据；
S3、晶体扫描；控制横移直线模组移动，扫描模块对单晶硅棒的直径和等径长度进行测量，并记录数据；
S4、打磨吸尘；控制移动机构，打磨吸尘模块分别对单晶硅棒表面进行打磨，同时，将打磨的杂质利用吸尘装置进行吸尘；
S5、电阻率测量；控制移动机构，电阻率测试模块测量单晶硅棒的电阻率和导电型号；
S6、打印标签；检测完成后，***自动打印标签完成，人工将标签贴附在单晶硅棒上；
S7、下料；利用晶棒运输车，将单晶硅棒取走。
进一步的，步骤S3具体包括如下步骤：S301、人工旋转单晶硅棒，选择单晶硅棒打磨母线，人工录入单晶硅棒的直径规格；
S302、人工按下启动按钮，设备开始运行，光幕生效；
S303、控制台控制横移直线模组，直线模组运动，改变直径传感器位置，自动检测单晶硅棒上部位置，当检测达到预设值时，开始记录等径起始点；当检测到由预设值变小时，开始记录等径终点；
S304、***通过公式计算晶棒直径及等径长度，并记录对应数据。
进一步的，步骤S4具体包括如下步骤：S401、控制台控制横向直线模组平移和控制纵向直线模组一升降，打磨位置由程序控制或人工录入数据；
S402、油石下压于单晶硅棒的表面，对准预制好的打磨母线，对单晶硅棒进行打磨，同时，吸尘装置通过吸尘管对杂质进行吸尘，防止污染环境。
进一步的，步骤S5具体包括如下步骤：S501、控制台控制横向直线模组平移和控制纵向直线模组二升降，测量位置由程序控制或人工录入数据；
S502、控制电阻率测试模块的气缸，分别利用电阻率探针和P/N型测试笔下压于单晶硅棒的表面，对单晶硅棒进行电阻率测量和P/N极型号测量，并记录测量数据。
相对于现有技术，本发明所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法具有以下有益效果：
本发明所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备及方法能够自动检测装夹于试验台上的单晶硅棒的温度及电阻率，采用自动化测量方法，降低人为测试的误差，检测精度高、耗时短、可自动控制、减少人工参与、提高测试效率，适用于单晶硅棒流水线加工车间的全自动检测。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备第一角度结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备第二角度结构示意图；
图3为本发明实施例所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备第一部分细节结构示意图；
图4为本发明实施例所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备结构第二部分细节结构示意图。
附图标记说明：
1-测试架；101-导向条；2-测试台；201-滑槽；3-晶棒支撑模块；301-支撑架；302-滚筒；303-测温传感器；304-物料传感器；4-扫描模块；401-横移直线模组；402-安装支架；403-气缸；404-直径传感器；5-移动机构；501-横向直线模组；502-纵向直线模组一；503-纵向直线模组二；6-打磨吸尘模块；601-支撑板；602-吸尘管；603-直线轴承；604-导向杆；605-安装件；606-油石；7-电阻率测试模块；8-固定支架一；9-固定支架二；10-单晶硅棒。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1和图2所示，本发明实施例提供了一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，包括测试架1，测试架1上设置有测试台2，测试台2上固定设置有若干组用于支撑单晶硅棒10的晶棒支撑模块3，测试台2上滑动设置有用于测量单晶硅棒10直径的扫描模块4；测试台2上固定设置有移动机构5，移动机构5上固定安装有用于打磨吸尘单晶硅棒10的打磨吸尘模块6和用于测试单晶硅棒10电阻率的电阻率测试模块7；
该设备连接有控制台，操作人员通过控制台控制该设备的运行，本技术方案采用的控制台为现有设备，本专利申请并不对其进行改进，因此，不再作进一步赘述。
若干组晶棒支撑模块3呈横向排列设置，每组晶棒支撑模块3之间留有与晶棒运输车叉齿对应的空隙，晶棒支撑模块3按照晶棒运输车叉齿结构排布安装，空隙处避让运输车叉齿；
如图4所示，每组晶棒支撑模块3包括支撑架301，支撑架301为U形结构，支撑架301固定安装在测试台2上，支撑架301上装配安装有两组滚筒302，两组滚筒302之间留有放置单晶硅棒10的缝隙，滚筒302外层涂敷胶皮(或四氟或者尼龙材质)，防止对单晶硅棒10表层损害；
支撑架301内侧壁上固定安装有检测单晶硅棒10的测温传感器303和检测单晶硅棒10有无的物料传感器304，测温传感器303和物料传感器304均与控制台内的控制单元电连接，测量温度在23°±5°之内时，***记录温度数据，测量温度在23°±5°之外时，设备报警，测温传感器303采用DS18B20型号温度传感器，测温传感器303和物料传感器304均为现场采购，本专利申请不再作进一步赘述。
位于晶棒支撑模块3两侧的测试台2上设有两组滑槽201，滑槽201内滑动设置有扫描模块4，扫描模块4包括横移直线模组401，横移直线模组401固定设置在测试台2的底端，横移直线模组401上滑动设置有沿滑槽201移动的安装支架402，安装支架402上固定安装有两组气缸403，气缸403的输出轴端均固定连接有直径传感器404，两组直径传感器404位于单晶硅棒10的两侧；通过设置横移直线模组401，通过驱动横移直线模组401带动安装支架402移动，利用单晶硅棒10两侧的直径传感器404对单晶硅棒10进行直径测量，本技术方案采用的横移直线模组401和直径传感器404均为现场采购，均为现有技术，本专利申请不涉及对横移直线模组401和直径传感器404的改进。
移动机构5包括两组平行设置的横向直线模组501，两组横向直线模组501上滑动设置有纵向直线模组一502和纵向直线模组二503，打磨吸尘模块6通过固定支架一8固定安装在纵向直线模组一502上，电阻率测试模块7通过固定支架二9固定安装在纵向直线模组二503上，本技术方案采用的横向直线模组501、纵向直线模组一502和纵向直线模组二503均为丝杠和螺母配合的机械结构，通过伺服电机驱动丝杠，该机械结构为目前成熟技术，同时，也均为现场采购，本专利申请不再作进一步的赘述。
如图3所示，打磨除尘模块包括支撑板601，支撑板601固定设置在固定支架一8上，支撑板601上固定安装有两组吸尘管602，两组吸尘管602连接吸尘装置，吸尘装置安装在试验台的底部，两组吸尘管602之间留有空隙，空隙内固定设设置有两组直线轴承603，直线轴承603内滑动设置有导向杆604，导向杆604包括滑动部，滑动部对应设置在直线轴承603内，滑动部的顶端设有用于防止导向杆604脱离直线轴承603的限位部，滑动部的底端固定设置有安装件605，安装件605为U形结构，安装件605内固定设置有用于打磨单晶硅棒10表面的油石606；通过控制纵向直线模组一502，纵向直线模组一502的驱动电机驱动打磨除尘模块到达待打磨位置，利用打磨除尘模块上设置的油石606对单晶硅棒10进行打磨，打磨除尘模块上设置的导向杆604和弹簧配合，起到缓冲作用，避免油石606与单晶硅棒10刚性接触；
滑动部上套设有弹簧，弹簧位于安装件605与支撑板601之间；
打磨除尘模块用于机械打磨单晶硅棒10氧化灰皮并对灰分除尘，以达到测试区域的平整均匀整洁。
电阻率测试模块7包括电阻率探针和P/N型测试笔，通过气缸403控制电阻率探针和P/N型测试笔的伸出对单晶硅棒10的电阻率和导电型号进行测量，电阻率测试模块7为现有成熟装置，本专利申请未对其进行改进，具体结构不再做进一步赘述。
测试台2的上方固定设置有防护罩，防护罩的一侧设有开口，开口处安装有光幕；
位于防护罩开口处侧的测试架1上固定设置有用于定位单晶硅棒10运输车的导向条101。
本发明实施例还提供了一种应用于权利要求1-6任一所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备的自动化测试方法，具体包括如下步骤：S1、上料；利用单晶硅棒10运输车将单晶硅棒10运输至晶棒支撑模块3上，室温调节至23±5℃,相对湿度调节至≤65％；
S2、测温；物料传感器304检测到单晶硅棒10放置到位后，测温传感器303对单晶硅棒10温度进行检测，并记录温度数据；
S3、晶体扫描；控制横移直线模组401移动，扫描模块4对单晶硅棒10的直径和等径长度进行测量，并记录数据；
S4、打磨吸尘；控制移动机构5，打磨吸尘模块6分别对单晶硅棒10表面进行打磨，同时，将打磨的杂质利用吸尘装置进行吸尘；
S5、电阻率测量；控制移动机构5，电阻率测试模块7测量单晶硅棒10的电阻率和导电型号；
S6、打印标签；检测完成后，***自动打印标签完成，人工将标签贴附在单晶硅棒10上；
S7、下料；利用晶棒运输车，将单晶硅棒10取走。
步骤S3具体包括如下步骤：S301、人工旋转单晶硅棒10，选择单晶硅棒10打磨母线，人工录入单晶硅棒10的直径规格(3/4/5/6/8寸)；
S302、人工按下启动按钮，设备开始运行，光幕生效；
S303、控制台控制横移直线模组401，直线模组运动，改变直径传感器404位置(单晶硅棒10为3/4/5寸时，直径传感器404位于下位；单晶硅棒10为6/8寸时，直径传感器404位于下位)，自动检测单晶硅棒10上部位置，当检测达到预设值时，开始记录等径起始点；当检测到由预设值变小时，开始记录等径终点(根据单晶硅棒10直径误差，预设值为设定的一范围值，具体范围值根据现场设定)；
S304、***通过公式计算晶棒直径及等径长度，直径测量公式如下：空载测量两组传感器间的间距L，然后两组传感器分别测量与单晶硅棒的距离R1、R2，根据公式：L＝R1+R2+单晶硅棒的直径；等径长度测量根据现场测量即可，不再作进一步赘述，并记录对应数据。
步骤S4具体包括如下步骤：S401、控制台控制横向直线模组501平移和控制纵向直线模组一502升降，打磨位置由程序控制或人工录入数据；
S402、油石606下压于单晶硅棒10的表面，对准预制好的打磨母线，对单晶硅棒10进行打磨，同时，吸尘装置通过吸尘管602对杂质进行吸尘，防止污染环境。
步骤S5具体包括如下步骤：S501、控制台控制横向直线模组501平移和控制纵向直线模组二503升降，测量位置由程序控制或人工录入数据；
S502、控制电阻率测试模块7的气缸403，分别利用电阻率探针和P/N型测试笔下压于单晶硅棒10的表面，对单晶硅棒10进行电阻率测量和P/N极型号测量，并记录测量数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：包括测试架(1)，测试架(1)上设置有测试台(2)，测试台(2)上固定设置有若干组用于支撑单晶硅棒(10)的晶棒支撑模块(3)，测试台(2)上滑动设置有用于测量单晶硅棒(10)直径的扫描模块(4)；测试台(2)上固定设置有移动机构(5)，移动机构(5)上固定安装有用于打磨吸尘单晶硅棒(10)的打磨吸尘模块(6)和用于测试单晶硅棒(10)电阻率的电阻率测试模块(7)。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：若干组晶棒支撑模块(3)呈横向排列设置，每组晶棒支撑模块(3)之间留有与晶棒运输车叉齿对应的空隙；
每组晶棒支撑模块(3)包括支撑架(301)，支撑架(301)为U形结构，支撑架(301)固定安装在测试台(2)上，支撑架(301)上装配安装有两组滚筒(302)，两组滚筒(302)之间留有放置单晶硅棒(10)的缝隙，滚筒(302)外层涂敷胶皮；
支撑架(301)内侧壁上固定安装有检测单晶硅棒(10)的测温传感器(303)和检测单晶硅棒(10)有无的物料传感器(304)。
3.根据权利要求2所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：位于晶棒支撑模块(3)两侧的测试台(2)上设有两组滑槽(201)，滑槽(201)内滑动设置有扫描模块(4)，扫描模块(4)包括横移直线模组(401)，横移直线模组(401)固定设置在测试台(2)的底端，横移直线模组(401)上滑动设置有沿滑槽(201)移动的安装支架(402)，安装支架(402)上固定安装有两组气缸(403)，气缸(403)的输出轴端均固定连接有直径传感器(404)，两组直径传感器(404)位于单晶硅棒(10)的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：移动机构(5)包括两组平行设置的横向直线模组(501)，两组横向直线模组(501)上滑动设置有纵向直线模组一(502)和纵向直线模组二(503)，打磨吸尘模块(6)通过固定支架一(8)固定安装在纵向直线模组一(502)上，电阻率测试模块(7)通过固定支架二(9)固定安装在纵向直线模组二(503)上。
5.根据权利要求4所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：打磨除尘模块包括支撑板(601)，支撑板(601)固定设置在固定支架一(8)上，支撑板(601)上固定安装有两组吸尘管(602)，两组吸尘管(602)连接吸尘装置，两组吸尘管(602)之间留有空隙，空隙内固定设设置有两组直线轴承(603)，直线轴承(603)内滑动设置有导向杆(604)，导向杆(604)包括滑动部，滑动部对应设置在直线轴承(603)内，滑动部的顶端设有用于防止导向杆(604)脱离直线轴承(603)的限位部，滑动部的底端固定设置有安装件(605)，安装件(605)为U形结构，安装件(605)内固定设置有用于打磨单晶硅棒(10)表面的油石(606)；
滑动部上套设有弹簧，弹簧位于安装件(605)与支撑板(601)之间。
6.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备，其特征在于：测试台(2)的上方固定设置有防护罩，防护罩的一侧设有开口，开口处安装有光幕；
位于防护罩开口处侧的测试架(1)上固定设置有用于定位单晶硅棒(10)运输车的导向条(101)。
7.一种应用于权利要求1-6任一所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试设备的自动化测试方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、上料；利用单晶硅棒运输车将单晶硅棒运输至晶棒支撑模块上；
S2、测温；物料传感器检测到单晶硅棒放置到位后，测温传感器对单晶硅棒温度进行检测，并记录温度数据；
S3、晶体扫描；控制横移直线模组移动，扫描模块对单晶硅棒的直径和等径长度进行测量，并记录数据；
S4、打磨吸尘；控制移动机构，打磨吸尘模块分别对单晶硅棒表面进行打磨，同时，将打磨的杂质利用吸尘装置进行吸尘；
S5、电阻率测量；控制移动机构，电阻率测试模块测量单晶硅棒的电阻率和导电型号；
S6、打印标签；检测完成后，***自动打印标签完成，人工将标签贴附在单晶硅棒上；
S7、下料；利用晶棒运输车，将单晶硅棒取走。
8.根据权利要求7所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：S301、人工旋转单晶硅棒，选择单晶硅棒打磨母线，人工录入单晶硅棒的直径规格；
S302、人工按下启动按钮，设备开始运行，光幕生效；
S303、控制台控制横移直线模组，直线模组运动，改变直径传感器位置，自动检测单晶硅棒上部位置，当检测达到预设值时，开始记录等径起始点；当检测到由预设值变小时，开始记录等径终点；
S304、***通过公式计算晶棒直径及等径长度，并记录对应数据。
9.根据权利要求7所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下步骤：S401、控制台控制横向直线模组平移和控制纵向直线模组一升降，打磨位置由程序控制或人工录入数据；
S402、油石下压于单晶硅棒的表面，对准预制好的打磨母线，对单晶硅棒进行打磨，同时，吸尘装置通过吸尘管对杂质进行吸尘，防止污染环境。
10.根据权利要求7所述的一种单晶硅棒电阻率的自动化测试方法，其特征在于，步骤S5具体包括如下步骤：S501、控制台控制横向直线模组平移和控制纵向直线模组二升降，测量位置由程序控制或人工录入数据；
S502、控制电阻率测试模块的气缸，分别利用电阻率探针和P/N型测试笔下压于单晶硅棒的表面，对单晶硅棒进行电阻率测量和P/N型号测量，并记录测量数据。
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