用于测量晶棒直径的装置和方法与流程

1.本公开涉及晶棒测量技术领域，具体地，涉及用于测量晶棒直径的装置和方法。


背景技术：

2.在半导体领域，单晶棒在拉制结束后，需要对其直径进行测量，通过测得的直径来控制后续拉制过程中的长晶参数，以便更好地控制晶棒的品质。
3.目前，采用人工方式测量晶棒直径。在该过程中，操作工首先测量出晶棒的长度，并在该长度的固定位置进行标记，之后，通过游标卡尺得出固定位置处的直径，进而得出整根晶棒在其不同长度位置处的直径。然而，该过程会耗费较多人力，且由于个体测量基准的差异，导致所测得的数据的准确性及稳定性均较低；而且晶棒在刚冷却结束后仍有一定余温，人为接触时存在烫伤风险。


技术实现要素：

4.本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。
5.本公开的一个目的在于提供一种能够节省人力并能进行快速测量的用于测量晶棒直径的装置。
6.本公开的另一目的在于提供一种测量基准一致、测量准确性和稳定性高的用于测量晶棒直径的装置。
7.本公开的又一目的在于提供一种能够进行非接触式测量的用于测量晶棒直径的装置。
8.为了实现上述目的中的一个或多个，根据本公开的一方面，提供了一种用于测量晶棒直径的装置，包括：
9.保持构件，其构造成用于保持待测量的晶棒；
10.移动构件，其布置成与晶棒间隔开并构造成能够沿与晶棒的轴向方向平行的第一方向移动；
11.至少三个二维位移传感器，所述至少三个二维位移传感器以沿与第一方向垂直的第二方向间隔开的方式设置在移动构件上并设置成能够在测量中以在第二方向上对准的方式与移动构件一起移动，二维位移传感器配置成用于在其沿第一方向的移动中感测其从初始位置沿第一方向移动的第一距离以及其在与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离；以及
12.处理单元，其配置成用于根据由所述至少三个二维位移传感器测得的第一距离和第二距离以及所述至少三个二维位移传感器在第二方向上的间隔距离来获得晶棒在其不同长度位置处的直径。
13.在上述用于测量晶棒直径的装置中，保持构件可以为支承构件，支承构件包括至少四个支承件，所述至少四个支承件彼此间隔开以通过其上表面形成用于支承晶棒的、横
截面为大致v形的支承表面。
14.在上述用于测量晶棒直径的装置中，移动构件可以包括至少三个移动件，其中，每个移动件上安置有所述至少三个二维位移传感器中的一个二维位移传感器，并且所述至少三个移动件分别布置于在所述至少四个支承件中的每相邻两个支承件之间形成的各个间隙中。
15.在上述用于测量晶棒直径的装置中，每个移动件均可以包括沿第一方向延伸的导轨和设置在导轨上并能沿导轨滑动的滑动件，并且二维位移传感器设置在相应的移动件的滑动件上。
16.在上述用于测量晶棒直径的装置中，用于测量晶棒的直径的装置包括三个二维位移传感器。
17.在上述用于测量晶棒直径的装置中，移动构件在第一方向上能够移动的长度可以大于晶棒的长度。
18.在上述用于测量晶棒直径的装置中，当移动构件沿第一方向移动超出晶棒时，二维位移传感器停止进行感测。
19.在上述用于测量晶棒直径的装置中，还包括控制单元，控制单元配置成用于控制移动构件在第一方向上的移动。
20.在上述用于测量晶棒直径的装置中，二维位移传感器对第二距离的感测能够通过使移动构件间断移动来间隔进行，其中，对第二距离进行感测的间隔的距离通过由控制单元控制移动构件在第一方向上每次移动的距离来确定。
21.根据本公开的另一方面，提供了一种用于测量晶棒直径的方法，其利用根据上述段落中的任一个所述的用于测量晶棒直径的装置来进行，该方法包括：
22.由二维位移传感器获取第一距离和第二距离；
23.由处理单元根据第一距离和第二距离以及所述至少三个二维位移传感器在第二方向上的间隔距离模拟出晶棒在其不同长度位置处的轮廓；以及由处理单元根据晶棒在其不同长度位置处的轮廓计算出对应的晶棒直径。
24.根据本公开，通过设置可沿第一方向移动的至少三个二维位移传感器并通过利用三点定圆法来获得晶棒在其不同长度位置处的直径，使得能够节省人力并能进行快速测量，并确保了测量基准的一致，实现了测量过程的自动化，缩短了测量的时间，并使每次测量的基准一致，从而提高了测量的准确性和稳定性，而且由于测量是自动进行的且是非接触式的，避免了与晶棒的人为接触，从而避免了对晶棒表面的污染和被烫伤的风险。
25.通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。
附图说明
26.图1以正视图示意性地示出了根据本公开的实施方式的用于测量晶棒直径的装置的正视图；
27.图2以侧视图示意性地示出了图1中所示的用于测量晶棒直径的装置的二维位移传感器的感测过程，其中，为清楚起见，省略了支承构件；
28.图3示意性地示出了在本公开的实施方式中使用的三点定圆法；以及
29.图4为示出了根据本公开的实施方式的用于测量晶棒直径的方法的流程图。
具体实施方式
30.下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。此外，在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件。
31.如之前所提到的，目前采用人工方式来测量晶棒的直径。具体而言，首先由操作工测量出晶棒的长度，并在该长度的固定位置进行标记，之后，由操作工利用游标卡尺测量出晶棒在各个固定位置处的直径。但是，该测量过程要依靠人工进行，会耗费较多人力；而且由于个体差异原因导致的测量基准不同，测量的准确性和稳定性均会受到影响；另外，晶棒在刚冷却结束后仍有一定余温，人为接触时也会存在烫伤风险。
32.为了解决上述问题，本公开提出了一种用于测量晶棒直径的装置，其通过测量相对于晶棒的轴向方向在同一水平直线上的三个位置距晶棒表面的距离来定位晶棒表面上的三个对应点的相对位置，并基于这三个对应点的相对位置利用三点定圆法计算出晶棒的直径。
33.通过这种方式，实现了测量过程的自动化，缩短了测量的时间，并使每次测量的基准一致，从而提高了测量的准确性和稳定性，而且由于测量是自动进行的且是非接触式的，避免了与晶棒的人为接触，从而避免了对晶棒表面的污染和被烫伤的风险。
34.下面结合图1和图2，对根据本公开的实施方式的用于测量晶棒直径的装置进行详细描述。
35.根据本公开的实施方式的用于测量晶棒直径的装置1包括：
36.保持构件11，其构造成用于保持待测量的晶棒2；
37.移动构件12，其布置成与晶棒2间隔开并构造成能够沿与晶棒2的轴向方向平行的第一方向x移动；
38.三个二维位移传感器13，所述三个二维位移传感器以沿与第一方向x垂直的第二方向y间隔开的方式设置在移动构件12上并设置成能够在测量中以在第二方向y上对准的方式与移动构件12一起移动，二维位移传感器13配置成用于在其沿第一方向x的移动中感测其从初始位置沿第一方向x移动的第一距离以及其在与第一方向x和第二方向y垂直的第三方向z上距晶棒2的表面的第二距离；以及
39.处理单元(未示出)，其配置成用于根据由所述三个二维位移传感器13测得的第一距离和第二距离以及所述三个二维位移传感器13在第二方向y上的间隔距离来获得晶棒2在其不同长度位置处的直径。
40.如图1中所示，保持构件11为构造成用于支承晶棒2的支承构件。
41.可以设想的是，保持构件11也可以为能够保持晶棒2的其他形式的构件，例如，可以是从晶棒2的两侧保持晶棒2的构件，或者可以是将晶棒2以悬吊方式保持的构件等等。
42.参照图1，该支承构件包括四个支承件11a、11b、11c、11d，这四个支承件11a、11b、11c、11d彼此间隔开以通过其上表面形成用于支承晶棒的、横截面为大致v形的支承表面。
43.具体而言，这四个支承件中的位于两侧的两个支承件11a、11d在竖向方向上的长度或说高度大于位于中间的两个支承件11b、11c在竖向方向上的长度或高度，并且这四个
支承件各自的上表面遵循与其接触的晶棒的表面轮廓，由此通过这四个支承件的上表面形成大致v形的支承表面。
44.通过这种支承方式，可以确保晶棒2能够被稳固地支承在支承构件上，而不会在晶棒直径的测量过程中发生移动，从而也确保了测量的准确性。
45.该支承构件还可以包括基座，上述四个支承件可以以上述彼此间隔开的方式设置在该基座上。
46.在本公开的实施方式中，移动构件12布置成与晶棒2间隔开，以便设置在其上的二维位移传感器能够对其距晶棒表面的距离进行感测，从而利用三点定圆法计算对应的晶棒直径。
47.参照图1，移动构件12包括三个移动件121，其中，每个移动件上安置有三个二维位移传感器13中的一个二维位移传感器。也就是说，移动件的数目与二维位移传感器的数目相同，并且每个移动件上均安置有一个二维位移传感器。
48.三个移动件121分别布置于在四个支承件11a、11b、11c、11d中的每相邻两个支承件之间形成的各个间隙中。例如，可以在图1中清楚地观察到的，三个移动件121分别布置于在支承件11a与11b之间形成的间隙中、在支承件11b与11c之间形成的间隙中、以及在支承件11c与11d之间形成的间隙中。
49.通过将移动件布置在各个间隙中，各个移动件被允许在相应的间隙中沿与晶棒2的轴向方向平行的第一方向x移动，由此，设置在各个移动件上的相应的二维位移传感器能够实现对其从初始位置沿第一方向x移动的第一距离的感测；而且由于通过上述间隙会使晶棒2的表面的对应区域暴露出来，二维位移传感器也能够实现对其在第三方向z上距晶棒2的表面的第二距离的感测。
50.可以设想的是，移动构件12也可以是一体构件，只要确保设置在该一体构件上的二维位移传感器能够实现对第一距离和第二距离的感测即可。例如，在保持构件11从晶棒2的左右两侧保持晶棒2的情况下，移动构件12可以是布置在晶棒2的下方的一体构件，此时，显然，移动构件12可以沿第一方向x自由移动，并且设置在移动构件12上的二维位移传感器可以实现对第一距离和第二距离的感测。
51.在本公开的实施方式中，如图1中所示，每个移动件121均包括沿第一方向x延伸的导轨121a和设置在导轨121a上并能沿该导轨滑动的滑动件121b，并且二维位移传感器13设置在相应的移动件121的滑动件121b上。
52.具体地，如图1中所示，滑动件121b可以呈倒u形，该倒u形的滑动件121b具有用于在其上例如固定地承载二维位移传感器13的上部承载台和从上部承载台向下延伸的大致平行的两个滑动部。导轨121a呈平行的两条凹槽的形式，以接纳对应的滑动件121b的能够在其中滑动的两个滑动部。可以观察到的是，所有三个导轨121a可以均形成在支承构件的基座上，然而，可以设想的是，这三个导轨121a中的每一个也可以独立地设置在一个额外的基座上。
53.可以设想的是，移动件还可以采用其他形式，例如，移动件可以构造成滚动形式，也可以构造成传送带形式等，只要其可以沿第一方向x移动并可在其上设置二维位移传感器即可。
54.可以设想的是，移动构件12在第一方向x上能够移动的长度可以大于晶棒2的长
度。例如，对于包括导轨121a和滑动件121b的移动件121而言，导轨的长度可以大于晶棒的长度，以使滑动件在第一方向上能够移动的长度大于晶棒的长度。由此，可以确保能够在晶棒的整个长度上对晶棒的直径进行测量。
55.当移动构件12沿第一方向x移动超出晶棒时，也就是说，此时设置在移动构件12上的二维位移传感器已感测不到其在第三方向z上距晶棒2的距离，会出现空检测，则二维位移传感器可以停止进行感测。由此，避免将无用的感测信息传递给处理单元。
56.参照图3，由于三点定圆法必须保证这三点处于同一平面中且是离散的，因此，与这三点对应的三个测量位置必须是间隔开的且处于相对于晶棒轴向方向的同一水平直线上。由此，在本公开的实施方式中，三个二维位移传感器13以沿与第一方向x垂直的第二方向y间隔开的方式设置在移动构件12上，并且在测量中，三个二维位移传感器13始终保持在第二方向y上是对准的。
57.在这种情况下，随着移动构件12在第一方向x上的移动，二维位移传感器13可以对其在第三方向z上距晶棒2的表面的第二距离进行持续地感测，由于二维位移传感器13还可以对其从初始位置沿第一方向x移动的第一距离进行感测，因此装置1不仅可以测量出晶棒2的长度，或更准确地说，晶棒2的被测量的部分的长度，更重要的是，可以根据所测得的不断变化的第一距离获得在晶棒2的不同长度位置处的第二距离。
58.可以理解的是，第一距离是随移动构件12因此二维位移传感器13移动而测得的多个数值，并且类似地，第二距离是随移动构件12因此二维位移传感器13移动而测得的每组三个数值的多组数值。另外，可以理解的是，不同长度位置指的是晶棒2的在其长度方向即轴向方向上的不同位置。
59.基于测得的在晶棒2的不同长度位置处的第二距离以及三个二维位移传感器13在第二方向y上的间隔距离，处理单元可以定位出在晶棒2的各个长度位置处的三个点(即晶棒2在各个长度位置处的横截面轮廓上的三个点)的相对位置，进一步地，通过这三个点的相对位置，可以利用三点定圆法绘制出各个长度位置处的圆，并进而计算出对应的直径。
60.可以设想的是，可以定位更多点来绘制对应位置的圆以计算对应的直径。通过定位出更多点来绘制的圆会更加准确地反映晶棒在该对应长度位置处的真实直径，从而提高测量的准确性。
61.可以理解的是，可以设置多于三个例如n个二维位移传感器来定位上述更多点，相应地，可以设置对应n个移动件和n+1个支承件。
62.在本公开的实施方式中，装置1还可以包括控制单元(未示出)，该控制单元配置成用于控制移动构件12在第一方向x上的移动。
63.可以设想的是，二维位移传感器13在测量时在第二方向y上的对准可以通过由控制单元控制例如移动构件12的三个移动件121在初始位置时移动成在第二方向y上对准并在开始移动时沿第一方向x同步移动来实现。
64.可以设想的是，二维位移传感器13对第二距离的感测能够通过使移动构件12间断移动来间隔进行，其中，对第二距离进行感测的间隔的距离通过由控制单元控制移动构件12在第一方向x上每次移动的距离来确定。
65.具体地，控制单元可以控制移动构件12以间断方式移动以将设置在其上的二维位移传感器带至与间断点对应的多个位置处，由此使二维位移传感器对第二距离的感测能够
间隔进行。
66.此外，移动构件12在第一方向x上每次移动的距离可以通过控制单元来控制，例如，控制单元可设置有显示输入单元，可直接向该显示输入单元输入该每次移动的距离或说感测间隔距离，比如10mm，首先，在例如可以通过手动移动滑动件来定位的初始位置即“0位”处进行测量，测量完成后，滑动件沿第一方向x移动至10mm处并进行测量，测量完成后，滑动件继续沿第一方向x移动至下一个10mm处，以此类推，完成检测。
67.由此，可以根据需要例如通过手动输入来通过控制单元控制感测间隔距离，从而提高了测量的灵活性。
68.可以设想的是，该感测间隔距离可以是相同的，也可以是不同的，并且显示输入单元可以显示该感测间隔距离，还可以设想的是，该显示输入单元可以显示由二维位移传感器感测到的第一距离和第二距离、以及由处理单元绘制的圆和计算出的对应的晶棒直径。
69.此外，可以设想的是，初始位置的定位还可以通过由控制单元控制移动构件的初始移动位置来实现。
70.另外，可以想到的是，当移动构件12以间断方式移动时，有可能发生其直接移动超出晶棒尾端而出现空检测从而无法对晶棒尾端进行测量的情况。在这种情况下，可以将移动构件12手动移动至晶棒尾端，以便对该部位的晶棒直径进行测量。
71.参照图4，其示出了利用根据本公开的实施方式的用于测量晶棒直径的装置进行的用于测量晶棒直径的方法，该方法包括：
72.由二维位移传感器获取第一距离和第二距离；
73.由处理单元根据第一距离和第二距离以及三个二维位移传感器在第二方向上的间隔距离模拟出晶棒在其不同长度位置处的轮廓；以及
74.由处理单元根据晶棒在其不同长度位置处的轮廓计算出对应的晶棒直径。
75.在获得晶棒的相关直径信息后，可以将其反馈给工程师来对后续拉制过程中的长晶参数进行调节，从而更好地控制晶棒的品质。
76.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。