CN112880737B - 一种单晶硅外延片检测用集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶硅外延片检测用集成系统，包括工作台和保护罩、放料装置和检测机构，所述工作台上加工有放置外延片的放置腔，放置腔表面放置有灯板，放置腔中部安装有旋转台，工作台表面一侧铰接有与放置腔配合的保护罩，保护罩的内壁顶部设有与灯板配合的光敏元件，工作台表面另一侧安装有将外延片放入旋转台的放料装置，所述放置腔内壁上可伸缩地安装有对外延片进行检测的检测机构。本发明通过在工作台上设置放料装置和检测机构，可实现外延片的连续检测，可同时检测外延片的温度、厚度、平整度和外延片的面积，提高了外延片的检测效率，从而保证了外延片的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及外延片检测领域，特别是涉及一种单晶硅外延片检测用集成系统。
背景技术
外延是半导体工艺当中的一种，硅片最底层是P型衬底硅，在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层。外延层作为集电区，在其上面还有基区和发射区，因此外延片就是在衬底上做好外延层的硅片。外延片生产大多是采用金属有机物化学气相沉积工艺，其工作温度为700～1100℃，生产过程中将三甲基镓和氨气等原材料通过不同的管道传送至金属有机物化学气相沉积系统中，在专用的设备反应室中分解镓、氨等单质，沉积在衬底上生长氮化镓及其合金的薄膜单晶体。外延片生产完成后需要通过设备进行检测，来判断其是否符合使用标准，但现有的检测过程繁琐，导致外延片的检测效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单晶硅外延片检测用集成系统，该检测用集成系统极大的提高了外延片的检测效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种单晶硅外延片检测用集成系统，包括工作台和保护罩、放料装置和检测机构，所述工作台上加工有放置外延片的放置腔，放置腔表面放置有灯板，放置腔中部安装有旋转台，工作台表面一侧铰接有与放置腔配合的保护罩，保护罩的内壁顶部设有与灯板配合的光敏元件，工作台表面另一侧安装有将外延片放入旋转台的放料装置，所述放置腔内壁上可伸缩地安装有对外延片进行检测的检测机构。
所述灯板上安装有蜂窝罩，所述蜂窝罩呈环形。
所述放料装置包括直线导轨、导轨座、机械臂和吸盘组件，所述直线导轨两端的工作台上分别设有存料盘和放料盘，且存料盘和放料盘到旋转台之间的距离相等，直线导轨上安装有两个导轨座，每个导轨座上均安装有机械臂，机械臂的伸出端安装有用于吸起外延片的吸盘组件，两个吸盘组件之间的间距与旋转台到存料盘或放料盘的间距相等。
所述存料盘和放料盘上均设有多个放置外延片的凹槽，多个凹槽呈环形均匀分布在存料盘和放料盘表面，存料盘和放料盘底部分别设有存料盘与放料盘转动的电动机。
所述放置腔的内壁上加工有空槽，空槽内安装有伸缩气缸，伸缩气缸的伸出端安装有检测机构。
所述检测机构包括安装板、夹持件、电机、旋转辊筒、聚光灯和光感摄像机，所述安装板竖直安装在伸缩气缸的伸出端，安装板靠近旋转台的侧壁上竖直安装有与旋转台表面等高的夹持件，夹持件内壁表面安装有两个可转动的旋转辊筒，夹持件内侧安装有电机，电机的输出轴上安装有相互啮合的齿轮组，两个旋转辊筒通过软轴与对应的齿轮组连接，所述夹持件一侧的上侧壁和下侧壁上均安装倾斜的聚光灯，聚光灯的光照方向朝向外延片表面和底面，聚光灯上安装有连接板，连接板上安装有拍摄聚光灯反光的光感摄像机，夹持件另一侧的上侧壁和下侧壁上均安装有微距测量仪。
所述旋转辊筒表面套装有硅胶减震套。
所述聚光灯包括外壳和安装在外壳内的灯管，所述外壳由一体成型的聚光部和出光部构成，聚光部呈圆筒状，聚光部的外壁上加工有出光部，出光部的截面呈锥形，出光部的内壁与聚光部的内壁平滑过渡，出光部的端部加工有一条通槽。
所述旋转台包括支撑法兰、直线轴承和限位轴，所述限位轴固定在放置腔中部，支撑法兰通过直线轴承可转动地安装在限位轴上，限位轴中部安装有检测外延片温度的红外温度传感器，所述支撑法兰表面安装有一侧海绵缓冲垫。
本发明提供的单晶硅外延片检测用集成系统具有的有益效果是：
(1)通过在工作台上设置放料装置和检测机构，可实现外延片的连续检测，可同时检测外延片的温度、厚度、平整度和外延片的面积，提高了外延片的检测效率，从而保证了外延片的生产效率；
(2)通过设置检测机构，可在夹持件夹住外延片后，配合旋转辊筒使外延片转动，在外延片转动时通过聚光灯对外延片进行照射，同时通过光感摄像机可清晰的拍摄出外延片表面的平整度，方便了外延片表面光泽度的检测；
(3)通过在放置腔内安装光板，并在光板上设置蜂窝罩，可使光板发出的光竖直向上，配合保护罩上的光敏元件，可快速的测量出外延片的面积；
(4)通过在放置腔内设置旋转台，可方便的托起外延片，同时便于检测机构对外延片进行检测，有效的避免了外延片损坏；
(5)通过设置夹持件，并在夹持件的侧壁上安装聚光灯和微距测量仪，可同时对外延片的表面及底面进行检测，提高了检测的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的旋转台的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的放料装置的俯视结构图。
图4为本发明实施例提供的检测机构的侧视图。
图5为本发明实施例提供的检测机构的俯视图。
图6为本发明实施例提供的聚光灯的结构示意图。
附图标记：1、工作台；11、放置腔；12、空槽；2、伸缩气缸；3、灯板；31、蜂窝罩；4、旋转台；41、支撑法兰；42、直线轴承；43、限位轴；44、海绵缓冲垫；45、红外温度传感器；5、保护罩；51、光敏元件；6、放料装置；61、直线导轨；62、导轨座；63、机械臂；64、吸盘组件；65、存料盘；66、放料盘；67、凹槽；68、电动机；7、检测机构；71、安装板；72、夹持件；73、电机；74、旋转辊筒；75、硅胶减震套；76、聚光灯；761、外壳；762、聚光部；763、出光部；764、通槽；765、灯管；77、光感摄像机；78、微距测量仪；79、软轴。
具体实施方式
实施例
如图1～图6所示，本实施例提供的单晶硅外延片检测用集成系统包括工作台1和保护罩5、放料装置6和检测机构7，所述工作台1上加工有放置外延片的放置腔11，放置腔11表面放置有灯板3，灯板3由多个LED灯排料组成，所述灯板3上安装有蜂窝罩31，所述蜂窝罩31呈环形，蜂窝罩31由黑色材料制成，其目的是为了使灯板3发出的光竖直向上照射，以便于快速读取出单晶硅外延片的正投影面积，从而提高单晶硅外延片面积测量的速度，放置腔11中部安装有旋转台4，旋转台4用于支撑单晶硅外延片，以便于其检测，工作台1表面一侧铰接有与放置腔11配合的保护罩5，保护罩5的内壁顶部设有与灯板3配合的光敏元件51，光敏元件51配合灯板3和蜂窝罩31来实现，具体操作是已知灯板3的面积，减去灯板3正投影在光敏元件51上的面积，就能得出单晶硅外延片的面积，保护罩5还可起到保护单晶硅外延片的作用，在未检测时，保证检测环境的清洁，以防止单晶硅外延片污染，工作台1表面另一侧安装有将外延片放入旋转台4的放料装置6，所述放置腔11内壁上可伸缩地安装有对外延片进行检测的检测机构7。
如图2所示，为了方便单晶硅外延片的检测，所述旋转台4包括支撑法兰41、直线轴承42和限位轴43，所述限位轴43固定在放置腔11中部，支撑法兰41通过直线轴承42可转动地安装在限位轴43上，限位轴43中部安装有检测外延片温度的红外温度传感器45，所述支撑法兰41表面安装有一侧海绵缓冲垫44，海绵缓冲垫44可有效地保护单晶硅外延片放置在旋转台4上的安全。
如图3所示，为了提高放料的速度，设计了一种新的放料装置6，所述放料装置6包括直线导轨61、导轨座62、机械臂63和吸盘组件64，所述直线导轨61两端的工作台1上分别设有存料盘65和放料盘66，且存料盘65和放料盘66到旋转台4之间的距离相等，直线导轨61上安装有两个导轨座62，每个导轨座62上均安装有机械臂63，机械臂63的伸出端安装有用于吸起外延片的吸盘组件64，两个吸盘组件64之间的间距与旋转台4到存料盘65或放料盘66的间距相等，所述存料盘65和放料盘66上均设有多个放置外延片的凹槽67，多个凹槽67呈环形均匀分布在存料盘65和放料盘66表面，存料盘65和放料盘66底部分别设有存料盘65与放料盘66转动的电动机68，两个机械臂63同时工作，一个机械臂63在存料盘65夹持待检测的单晶硅外延片时，另一个机械臂63将检测完的单晶硅外延片夹起，随后两个导轨座62沿直线导轨61运动，将待检测的单晶硅外延片放置在旋转台4上，同时将检测完的单晶硅外延片放入放料盘66内，随后导轨座62复位，同时存料盘65和放料盘66在电动机68的作用下旋转一个工位，以便于下次的取料和放料，从而提高单晶硅外延片的装夹效率。
如图4～图6所示，所述放置腔11的内壁上加工有空槽12，空槽12内安装有伸缩气缸2，伸缩气缸2的伸出端安装有检测机构7，通过伸缩气缸2带动检测机构7朝向单晶硅外延片靠近或远离，以防止检测机构7挡住单晶硅外延片的取放，保证了单晶硅外延片的安全，所述检测机构7包括安装板71、夹持件72、电机73、旋转辊筒74、聚光灯76和光感摄像机77，所述安装板71竖直安装在伸缩气缸2的伸出端，安装板71靠近旋转台4的侧壁上竖直安装有与旋转台4表面等高的夹持件72，夹持件72内壁表面安装有两个可转动的旋转辊筒74，旋转辊筒74表面套装有硅胶减震套75，夹持件72内侧安装有电机73，电机73的输出轴上安装有相互啮合的齿轮组，两个旋转辊筒74通过软轴79与对应的齿轮组连接，夹持件72在夹住单晶硅外延片后，利用电机73通过软轴79带动旋转辊筒74转动，可使单晶硅外延片旋转，以便于检测单晶硅外延片，所述夹持件72一侧的上侧壁和下侧壁上均安装倾斜的聚光灯76，所述聚光灯76包括外壳761和安装在外壳761内的灯管765，所述外壳761由一体成型的聚光部762和出光部763构成，聚光部762呈圆筒状，聚光部762的外壁上加工有出光部763，出光部763的截面呈锥形，出光部763的内壁与聚光部762的内壁平滑过渡，出光部763的端部加工有一条通槽764，聚光部762可聚集光线，再沿通槽764射出，可提高聚光灯76的聚光效果，聚光灯76的光照方向朝向外延片表面和底面，聚光灯76上安装有连接板，连接板上安装有拍摄聚光灯76反光的光感摄像机77，由于聚光灯76从通槽764射出的光线是一条直线，光感摄像机77若拍摄到的线有弯曲和粗细不一，则代表单晶硅外延片的表面是不平整的，反之则代表单晶硅外延片的表面平整，通过聚光灯76和光感摄像机77可方便地检测单晶硅外延片的表面平整度，提高检测效率，夹持件72另一侧的上侧壁和下侧壁上均安装有微距测量仪78，通过微距测量仪78可测量单晶硅外延片的厚度。
本发明的使用方法是：
使用前，在存料盘65内放置待检测的单晶硅外延片，然后通过机械臂63上的吸盘组件64吸起单晶硅外延片，并沿直线导轨61将单晶硅外延片放置在旋转台4上，然后盖上保护罩5，此时保护罩5上额光敏元件51与灯板3平行，并启动灯板3，在蜂窝罩31的作用下，灯板3发出的光将单晶硅外延片的面积正投影在光敏元件51上，以便于快速获取单晶硅外延片的面积数据，同时红外温度传感器45检测单晶硅外延片的温度，然后气缸带动检测机构7伸出，检测机构7上的夹持件72将单晶硅外延片夹持在两个硅胶减震套75之间，随后启动电机73，电机73通过齿轮组相互啮合，使两个硅胶减震套75在旋转辊筒74的作用下缓慢推动单晶硅外延片沿旋转台4低速转动，此时聚光灯76发出光线，照射在单晶硅的外延片上，然后光感摄像机77拍摄光线，若光线平直且线宽一致，则代表单晶硅外延片表面平整度高，若出现了线宽不一致，则表示单晶硅外延片的平整度低。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。
Claims (4)
1.一种单晶硅外延片检测用集成系统，其特征在于：包括工作台和保护罩、放料装置和检测机构，所述工作台上加工有放置外延片的放置腔，放置腔表面放置有灯板，所述灯板上安装有蜂窝罩，所述蜂窝罩呈环形，放置腔中部安装有旋转台，工作台表面一侧铰接有与放置腔配合的保护罩，保护罩的内壁顶部设有与灯板配合的光敏元件，工作台表面另一侧安装有将外延片放入旋转台的放料装置，所述放料装置包括直线导轨、导轨座、机械臂和吸盘组件，所述直线导轨两端的工作台上分别设有存料盘和放料盘，且存料盘和放料盘到旋转台之间的距离相等，所述存料盘和放料盘上均设有多个放置外延片的凹槽，多个凹槽呈环形均匀分布在存料盘和放料盘表面，存料盘和放料盘底部分别设有存料盘与放料盘转动的电动机，直线导轨上安装有两个导轨座，每个导轨座上均安装有机械臂，机械臂的伸出端安装有用于吸起外延片的吸盘组件，两个吸盘组件之间的间距与旋转台到存料盘或放料盘的间距相等，所述放置腔内壁上可伸缩地安装有对外延片进行检测的检测机构，所述放置腔的内壁上加工有空槽，空槽内安装有伸缩气缸，伸缩气缸的伸出端安装有检测机构，所述检测机构包括安装板、夹持件、电机、旋转辊筒、聚光灯和光感摄像机，所述安装板竖直安装在伸缩气缸的伸出端，安装板靠近旋转台的侧壁上竖直安装有与旋转台表面等高的夹持件，夹持件内壁表面安装有两个可转动的旋转辊筒，夹持件内侧安装有电机，电机的输出轴上安装有相互啮合的齿轮组，两个旋转辊筒通过软轴与对应的齿轮组连接，所述夹持件一侧的上侧壁和下侧壁上均安装倾斜的聚光灯，聚光灯的光照方向朝向外延片表面和底面，聚光灯上安装有连接板，连接板上安装有拍摄聚光灯反光的光感摄像机，夹持件另一侧的上侧壁和下侧壁上均安装有微距测量仪。
2.根据权利要求1所述的单晶硅外延片检测用集成系统，其特征在于：所述旋转辊筒表面套装有硅胶减震套。
3.根据权利要求1所述的单晶硅外延片检测用集成系统，其特征在于：所述聚光灯包括外壳和安装在外壳内的灯管，所述外壳由一体成型的聚光部和出光部构成，聚光部呈圆筒状，聚光部的外壁上加工有出光部，出光部的截面呈锥形，出光部的内壁与聚光部的内壁平滑过渡，出光部的端部加工有一条通槽。
4.根据权利要求1所述的单晶硅外延片检测用集成系统，其特征在于：所述旋转台包括支撑法兰、直线轴承和限位轴，所述限位轴固定在放置腔中部，支撑法兰通过直线轴承可转动地安装在限位轴上，限位轴中部安装有检测外延片温度的红外温度传感器，所述支撑法兰表面安装有一侧海绵缓冲垫。
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