CN111146107B - 一种晶圆片平面测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆片平面测量仪，包括主机架；副机架，所述副机架顶部固定设有测试模组；气浮平台，固定安装于主机架上；所述气浮平台上设有用于放置待测片的旋转放置平台和垂直于台面的标准平镜，所述测试模组位于标准平镜和被测片之间；所述旋转放置平台包括固定底座和转动连接在固定底座上的旋转底座，所述旋转底座至少包括一个用于测试时的竖直状态，所述旋转底座的一端设有抱持机构。本发明的优点是：通过将需要测试的晶圆片竖直放置，减小了传统测试方法中重力对晶圆片的影响，同时增加了一个传感器，形成双传感器，减小测试模组在运动时产生的误差，增加了测量仪的精确度也能保证重复性测量的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及光学或半导体测试仪器领域，特别涉及一种晶圆片平面测量仪。
背景技术
在集成电路在片制造中，为增加产能和降低成本，大尺寸硅晶圆应用越来越广；同时为了提高片性能与封装密度，发展三维封装技术要求对大尺寸硅晶圆进行减薄加工。减薄过程中产生的残余应力导致硅晶圆产生翘曲变形，将会増加硅晶圆在传输和后续加工中的碎片率。硅晶圆的翘曲变形是评价硅晶圆加工质量的重要技术指标，也是分析硅晶圆加工残余应力、优化减薄工艺的重要依据。在石英晶圆的应用中，大多数是以平放进行加工，迫切需要消除重力变形的影响后的数据平面测量数据，特别是WARP值和BOW值。晶圆原始面形的数据比重力变形后的数据更具有价值。重力变形后的数据因放置方法不同而导致测量结果存在很大的测量差异，难以成为标准。
在美国和日本的晶圆片测试仪中，大多数是通过平面放置的方式来对晶圆片进行测试，但同样也没有对重力变形产生的测量数据进行补偿；或者进行补偿后精度又难以得到保证。现有测试晶圆片的表面凹凸程度方法一般有扫描法、探针法、位相干涉法等。公开号为CN101261306B的中国发明公开了一种全自动晶圆测试方法及实现该测试方法的设备，实现上述测试方法的设备它包括在机架上设置的置片及数片装置，在置片及数片装置一侧的机架上设有晶圆传输装置，在晶圆传输装置一侧设有与其配合的晶圆测试平台装置，机架上设置片盒放置架，在片盒放置架上设置片盒及晶圆探测传感器，在靠近晶圆测试平台装置的机架上设有光学传感器安装盘，其内可安装光学传感器，该发明通过晶圆片平放在晶圆测试平台装置上进行测试，但仍然没有消除平放重力产生的变形影响，或者对变形后测试的数据进行补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆片平面测量仪，通过放置晶圆片的旋转放置平台在测试时呈竖直状态，能够有效解决平放测量不精确的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种晶圆片平面测量仪，包括主机架；副机架，所述副机架固定设于主机架上，所述副机架顶部固定设有测试模组；气浮平台，固定安装于主机架上，用于减缓测试时产生的抖动；其中，所述气浮平台上设有用于放置待测片的旋转放置平台和垂直于台面的标准平镜，所述测试模组位于标准平镜和被测片之间；所述旋转放置平台包括固定底座和转动连接在固定底座上的旋转底座，所述旋转底座至少包括一个用于测试时的竖直状态，所述旋转底座的一端设有抱持机构，用于抱持住被测片，通过将被测片在测试时呈竖直状态，避免了由于晶圆片过薄产生的重力变形导致测量结果不精确的问题，设置气浮平台同样也能减少晃动等情况对测试的影响，在旋转底座上安装抱持机构在竖直状态下抱持住被测片，再通过软件算法补偿解决余下的重力影响，大幅度提升测量精度，保证了重复性测量的一致性。
优选的，所述旋转底座内沿周向间隔60°均布有三组滑道和与滑道匹配的滑块，三组滑块上均设有支撑点连接件，用于支撑被测片；其中，在所述旋转底座为竖直状态时，最顶端一组的滑块上固定连接有抱持机构，其余两组的滑块上固定设有能够卡住被测片的支撑柱连接件，支撑点连接件进一步对被测片进行支撑，再通过支撑柱连接件卡住被测片，减少测试时会产生的晃动等问题对测试结果的影响。
进一步的，所述抱持机构包括固定座，所述固定座通过滑杆滑动安装有抱持夹手，所述抱持夹手的后端连接有第一驱动装置，用于控制保持夹手的松紧动作，在测试时，第一驱动装置启动驱动固定座在滑杆上调整位置，夹持被测片，滑杆能够灵活适应各种尺寸的晶圆片，增加了测量仪的便捷性。
进一步的，所述抱持夹手包括一对夹爪和分别安装在两个夹爪上的测力传感器，晶圆片的夹持需要两个夹爪共同动作，需要设置测力传感器，保证晶圆片两端的抓力相同，进一步增加测量仪的精度。
优选的，所述旋转底座侧壁上沿轴线对称安装有旋转轴，所述固定底座上固定安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置通过一端的旋转轴与旋转底座连接，用于驱动旋转底座沿旋转轴转动，旋转底座能够沿着旋转轴从平放状态转动至竖直状态，减小重力对测试晶圆片性能的影响，提高测量的精度。
进一步的，所述第一驱动装置和第二驱动装置为旋转电机；或者，所述第一驱动装置和第二驱动装置为旋转气缸，第一驱动装置和第二驱动装置也可以选择其他方式驱动，例如皮带机构、蜗轮蜗杆机构等等。
优选的，所述测试模组包括沿副机架横向固定的X模组和在滑动连接在X模组上的Z模组，所述Z模组上滑动安装有传感器A和传感器B，测试模组在被测片和标准平镜之间通过设定好的坐标运动，并且使用双传感器进一步增加了测量的精度，消除了因测试模组的运动而产生的精度误差问题。
进一步的，所述X模组包括第一滑轨，所述第一滑轨上滑动连接有与第一滑轨垂直的第二滑轨，所述传感器A和传感器B通过滑片滑动安装在第二滑轨上，并且与第一滑轨和第二滑轨均垂直，所述传感器A和传感器B沿第二滑轨对称设于滑片两端，第二滑轨在X模组上做水平运动，滑片在第二滑轨上做垂直运动，传感器A和传感器B能够运动至被测片和标准平镜之间任意一点采集数据。
优选的，所述旋转放置平台与气浮平台之间通过Y模组滑动连接，所述Y模组包括固定设于气浮平台上的第三滑轨，所述固定底座底部设有与第三滑轨匹配的滑动块，旋转放置平台可以通过Y模组来调整被测片和标准平镜之间的距离，增加了测量仪的灵活性。
优选的，所述气浮平台通过气浮减震器A和主机架连接，所述副机架通过气浮减震器B和主机架连接；所述气浮减震器A和气浮减震器B为空气弹簧，气浮减震器A减小外界环境对主机架的影响，传感器的运动通过气浮减震器B和标准平镜之间隔离，保证运动机构的抖动不会影响到被测片。
与现有技术相比，本发明的优点是：
通过将需要测试的晶圆片竖直放置，减小了传统测试方法中重力对晶圆片的影响，同时增加了一个传感器，形成双传感器，减小测试模组在运动时产生的误差，增加了测量仪的精确度也能保证重复性测量的一致性。
附图说明
图1为本发明的主体结构示意图；
图2为本发明中旋转放置平台的主体结构示意图；
图3为本发明中旋转底座的主体结构示意图；
图4为本发明中测试模组的主体结构示意图；
图5为本发明中测试模组的仰视结构示意图；
图6为本发明中气浮平台上安装的主体结构示意图；
图7为图6的侧视图；
图中：
10、主机架；11、副机架；12、测试模组；13、气浮平台；14、旋转放置平台；15、标准平镜；16、固定底座；17、旋转底座；18、抱持机构；19、滑道；20、滑块；21、支撑点连接件；22、支撑柱连接件；23、固定座；24、滑杆；25、第一驱动装置；26、夹爪；27、测力传感器；28、旋转轴；29、第二驱动装置；30、X模组；31、Z模组；32、传感器A；33、传感器B；34、第一滑轨；35、第二滑轨；36、滑片；37、Y模组；38、第三滑轨；39、滑动块；40、气浮减震器A；41、气浮减震器B。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-3为本发明一种晶圆片平面测量仪的实施例，包括主机架10，主机架10上固定设有副机架11，在副机架11的顶部安装有测试模组12，通过坐标运动来对晶圆片进行测试，主机架10上还固定安装有用于减缓震动的气浮平台13，在气浮平台13上设有用于放置待测片的旋转放置平台14和垂直于台面的标准平镜15，测试模组12的位置设于标准平镜15和被测片之间，标准平镜15是标准的平面，用来作为测量的标准对比。旋转放置平台14包括固定底座16和转动连接在固定底座16上的旋转底座17，旋转底座17至少包括一个用于测试时的竖直状态，还可以包括用于放置被测片的平放状态、测试时精确度提高的垂直状态等，旋转底座17内沿周向间隔60°均布有三组滑道19和与滑道19匹配的滑块20，三组滑块20上均设有支撑点连接件21，在旋转底座17为平放状态时，通过三个支撑点连接件21能够对被测片进行支撑，并且通过滑块20和滑道19的位置调整，能够适应不同尺寸的晶圆片，在所述旋转底座17为竖直状态时，最顶端一组的滑块20上固定连接有抱持机构18，其余两组的滑块20上固定设有能够卡住被测片的支撑柱连接件22，支撑柱上沿外壁设有一圈凹陷，利用这个凹陷能够将晶圆片的边缘卡住，进一步固定，提高了测试的稳定性和精确度。抱持机构18包括固定座23，固定座23上安装有抱持夹手，抱持夹手通过滑杆24在固定座23上调节位置，便于夹持不同尺寸的晶圆片，在抱持夹手的两个夹爪26上分别设有测力传感器27，通过测力传感器27的的数值调整夹爪26的夹紧力度，两个测力传感器27数值相等，表明被测片处于垂直状态；或者两个测力传感器27的数值不相等，通过补偿计算将误差弥补。抱持夹手的后端连接有第一驱动装置25，通过第一驱动装置25控制夹手的抓紧和释放动作。旋转底座17侧壁上沿轴线对称安装有旋转轴28，固定底座16上固定安装有第二驱动装置29，第二驱动装置29通过一端的旋转轴28与旋转底座17连接，启动第二驱动装置29，旋转轴28将旋转底座17的角度转至竖直状态，再进行测试。第一驱动装置25和第二驱动装置29一般选择为旋转电机或者旋转气缸，也可以为蜗轮蜗杆机构或者皮带齿轮机构等。
参阅图4-6，旋转放置平台14与气浮平台13之间通过Y模组37滑动连接，Y模组37包括固定设于气浮平台13上的第三滑轨38，固定底座16底部设有与第三滑轨38匹配的滑动块39，通过滑动块39在第三滑轨38上滑动来调整被测片与标准平镜15之间的距离。旋转测试模组12包括沿副机架11横向固定的X模组30和在滑动连接在X模组30上的Z模组31，X模组30包括第一滑轨34，在第一滑轨34上滑动连接有与第一滑轨34垂直的第二滑轨35，第二滑轨35上滑动安装有与第一滑轨34和第二滑轨35均垂直的滑片36，在滑片36两端分别对称设有传感器A 32和传感器B 33，通过X模组30和Z模组31使传感器A 32和传感器B 33能够在标准平镜15和被测片之间通过坐标运动对任意一点进行测试，采集数据，并且设置的双传感器进行测量，进一步提高了数据的精确度。气浮平台13与主机架10之间设有气浮减震器A 40，通过气浮减震器A 40能够减缓外部环境对测量仪的影响，例如抖动、震动等；副机架11和主机架10之间设有气浮减震器B 41，通过气浮减震器B 41消除测试模组12在运动时对被测片的影响，增加测量仪的精确度，所用的气浮减震器A 40和气浮减震器B 41为空气弹簧，空气弹簧的获得方式简单，制造生产方便，降低了测量仪的成本，在主机架10底部还能够增加滚轮，便于移动，提高便捷性。
使用时，调整支撑点连接件21和支撑柱连接件22支撑柱在旋转底座17上的位置，将被测片放置在旋转底座17上，为初始位置；启动第一驱动装置25将被测片夹紧，启动第二驱动装置29将旋转底座17相对固定底座16旋转，被测片呈竖直状，为测试位置，传感器A 32和传感器B 33根据设置好的路线在被测片和标准平镜15之间做坐标运动，采集数据，采集结束后再通过软件算法补偿解决余下的重力影响和其他因素产生的影响，完成对晶圆片的测试。
参阅图1-3为本发明一种晶圆片平面测量仪的实施例，包括主机架10，主机架10上固定设有副机架11，在副机架11的顶部安装有测试模组12，通过坐标运动来对晶圆片进行测试，主机架10上还固定安装有用于减缓震动的气浮平台13，在气浮平台13上设有用于放置待测片的旋转放置平台14和垂直于台面的标准平镜15，测试模组12的位置设于标准平镜15和被测片之间，旋转放置平台14包括固定底座16和转动连接在固定底座16上的旋转底座17，旋转底座17至少包括一个用于测试时的竖直状态，还可以包括用于放置被测片的平放状态、测试时精确度提高的垂直状态等，旋转底座17内沿周向间隔60°均布有三组滑道19和与滑道19匹配的滑块20，三组滑块20上均设有支撑点连接件21，在旋转底座17为平放状态时，通过三个支撑点连接件21能够对被测片进行支撑，并且通过滑块20和滑道19的位置调整，能够适应不同尺寸的晶圆片，在所述旋转底座17为竖直状态时，最顶端一组的滑块20上固定连接有抱持机构18，其余两组的滑块20上固定设有能够卡住被测片的支撑柱连接件22，支撑柱上沿外壁设有一圈凹陷，利用这个凹陷能够将晶圆片的边缘卡住，进一步固定，提高了测试的稳定性和精确度。抱持机构18包括固定座23，固定座23上安装有抱持夹手，抱持夹手通过滑杆24在固定座23上调节位置，便于夹持不同尺寸的晶圆片，在抱持夹手的两个夹爪26上分别设有测力传感器27，通过测力传感器27的的数值调整夹爪26的夹紧力度，两个测力传感器27数值相等，表明被测片处于垂直状态；或者两个测力传感器27的数值不相等，通过补偿计算将误差弥补。抱持夹手的后端连接有第一驱动装置25，通过第一驱动装置25控制夹手的抓紧和释放动作。旋转底座17侧壁上沿轴线对称安装有旋转轴28，固定底座16上固定安装有第二驱动装置29，第二驱动装置29通过一端的旋转轴28与旋转底座17连接，启动第二驱动装置29，旋转轴28将旋转底座17的角度转至竖直状态，再进行测试。第一驱动装置25和第二驱动装置29一般选择为旋转电机或者旋转气缸，也可以为蜗轮蜗杆机构或者皮带齿轮机构等。
参阅图4-6，旋转放置平台14与气浮平台13之间通过Y模组37滑动连接，Y模组37包括固定设于气浮平台13上的第三滑轨38，固定底座16底部设有与第三滑轨38匹配的滑动块39，通过滑动块39在第三滑轨38上滑动来调整被测片与标准平镜15之间的距离。旋转测试模组12包括沿副机架11横向固定的X模组30和在滑动连接在X模组30上的Z模组31，X模组30包括第一滑轨34，在第一滑轨34上滑动连接有与第一滑轨34垂直的第二滑轨35，第二滑轨35上滑动安装有与第一滑轨34和第二滑轨35均垂直的滑片36，在滑片36两端分别对称设有传感器A 32和传感器B 33，通过X模组30和Z模组31使传感器A 32和传感器B 33能够在标准平镜15和被测片之间通过坐标运动对任意一点进行测试，采集数据，并且设置的双传感器进行测量，进一步提高了数据的精确度。
使用时，调整支撑点连接件21和支撑柱连接件22支撑柱在旋转底座17上的位置，将被测片放置在旋转底座17上，为初始位置；启动第一驱动装置25将被测片夹紧，启动第二驱动装置29将旋转底座17相对固定底座16旋转，被测片呈竖直状，为测试位置，传感器A 32和传感器B 33根据设置好的路线在被测片和标准平镜15之间做坐标运动，采集数据，采集结束后再通过软件算法补偿解决余下的重力影响和其他因素产生的影响，完成对晶圆片的测试。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种晶圆片平面测量仪，其特征在于：包括
主机架；
副机架，所述副机架固定设于主机架上，所述副机架顶部固定设有测试模组；
气浮平台，固定安装于主机架上，用于减缓测试时产生的抖动；
其中，所述气浮平台上设有用于放置待测片的旋转放置平台和垂直于台面的标准平镜，所述测试模组位于标准平镜和被测片之间；所述旋转放置平台包括固定底座和转动连接在固定底座上的旋转底座，所述旋转底座至少包括一个用于测试时的竖直状态，所述旋转底座的一端设有抱持机构，用于抱持住被测片；在所述旋转底座上与所述抱持机构相对的另一端设有滑座，所述滑座上设有丝杆和与丝杆连接的滑动块，滑动块上设有推杆，用于推动被测片；所述旋转底座内沿周向间隔60°均布有三组滑道和与滑道匹配的滑块，三组滑块上均设有支撑点连接件，用于支撑被测片；其中，在所述旋转底座为竖直状态时，最顶端一组的滑块上固定连接有抱持机构，其余两组的滑块上固定设有能够卡住被测片的支撑柱连接件；所述旋转底座侧壁上沿轴线对称安装有旋转轴，所述固定底座上固定安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置通过一端的旋转轴与旋转底座连接，用于驱动旋转底座沿旋转轴转动。
2.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述抱持机构包括固定座，所述固定座通过滑杆滑动安装有抱持夹手，所述抱持夹手的后端连接有第一驱动装置，用于控制保持夹手的松紧动作。
3.如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于：所述支撑柱连接件沿外壁环绕设有一圈凹陷，用于卡住被测片。
4.如权利要求2所述的测量仪，其特征在于：所述第一驱动装置和第二驱动装置为旋转电机；或者，所述第一驱动装置和第二驱动装置为旋转气缸。
5.如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于：所述测试模组包括沿副机架横向固定的X模组和在滑动连接在X模组上的Z模组，所述Z模组上滑动安装有传感器A和传感器B。
6.如权利要求5所述的测量仪，其特征在于：所述X模组包括第一滑轨，所述第一滑轨上滑动连接有与第一滑轨垂直的第二滑轨，所述传感器A和传感器B通过滑片滑动安装在第二滑轨上，并且与第一滑轨和第二滑轨均垂直，所述传感器A和传感器B沿第二滑轨对称设于滑片两端。
7.如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于：所述旋转放置平台与气浮平台之间通过Y模组滑动连接，所述Y模组包括固定设于气浮平台上的滑道，所述旋转放置平台底部设有与滑道匹配的滑块。
8.如权利要求1或2所述的测量仪，其特征在于：所述气浮平台通过气浮减震器A和主机架连接，所述副机架通过气浮减震器B和主机架连接；所述气浮减震器A和气浮减震器B为空气弹簧。
9.如权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述气浮平台通过气浮减震器A和主机架连接，所述副机架通过气浮减震器B和主机架连接；所述气浮减震器A和气浮减震器B为空气弹簧。
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