CN111998805B - 一种半导体设备的载具及平行度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体设备的载具及平行度检测方法，属于半导体设备领域。载具设有支架，设于支架上部可沿第一平面方向移动的平台，平台上部具有放置晶圆片的装载部，装载部平面中心一侧设有测距单元，用以测量测距单元至装载部上方作业面之间的距离，测距单元可沿平行于装载部平面方向摆动或转动；显示单元，用于显示测距单元的测距数值；检测时，不需要载台处于水平状态，将平台移动至与作业面与装载部平面错开位置，摆动测距单元测量作业面内测量轨迹中点和两个端点的距离数值，比较三个点的距离数值，若均相等则可判断为两平面平行；若有一个数值不相等则可判断为两平面不平行，减少了人工操作步骤，提升作业效率。

Description

一种半导体设备的载具及平行度检测方法

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体而言，涉及一种半导体设备的载具及载具的装载部平面与作业面平行度检测方法。

背景技术

晶圆生产制程中，设备的载具需要保证承载晶圆片的装载部平面与其它作业面平行，如光刻机需要保证载具的装载部平面与放置光罩的平台平行，电性测试机台需要保证载具的装载部平面、放置针卡的平台与测试头平行等，现有载具的装载部平面与作业面平行度检测，一般使用如下方法：1、水平尺：精度差，无法直接测量一平面相对另一平面的平行情况，必须以水平面为基准（气泡球中置）先调整载台水平，再调整作业面水平；工序繁冗复杂，效率低下。2、千分表：测量方式复杂，存在因人为操作失误、测量环境差等因素导致的量测异常，也存在因机台结构无法直接测量一平面相对另一平面的平行情况。3、光幕投影：利用激光光幕投射测试面成像，检测图像角度的重合度计算平行度。此方法成本很高且需要较大操作空间，无法在半导体设备的机台上使用。

对于半导体设备的载具，可参考以下引用文献：《FULLY AUTOMATIC PROBER-UF190/UF200-PERIODICAL CHECKING GUIDE》TOKYO SEIMITSU CO., LTD.其公开了如图1所示的载具，包括：支架，设于支架上部可沿第一平面方向移动的平台，驱动平台沿第一平面纵向移动的第一驱动组件，驱动平台沿第一平面横向移动的第二驱动组件，平台上部具有放置晶圆片的装载部。工作前需要将载具的装载部平面调整为水平面，再将作业面调整为与装载部平面平行才可进行下一步工序。调平操作繁冗，对工作人员操作精度要求很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体设备的载具及平行度检测方法，其具有支架，设于支架上部可沿第一平面方向移动的平台，驱动平台沿第一平面纵向移动的第一驱动组件，驱动平台沿第一平面横向移动的第二驱动组件，平台上部具有放置晶圆片的装载部，至少一设于装载部平面中心一侧的测距单元，以测量测距单元至装载部上方阻挡物（即，需要相互平行的作业面）之间的距离，测距单元可沿平行于装载部平面方向摆动或转动；显示单元，用于显示测距单元的测距数值。利用了三个不在一条直线上的点确定一个平面和平行四边形两两平行的几何原理；不需要装载部平面处于水平状态，通过以下步骤：一、调节第一驱动组件、第二驱动组件，将平台移动至装载部平面与作业面在装载部平面垂直方向上的投影处于相交位置；；二、启动或保持测距单元处于测量状态，摆动测距单元至少测量作业面内测量轨迹中点和两个端点的距离数值；三、比较各点的距离数值，若均相等则可判断为装载部平面与作业面平行；若有一个数值不相等则可判断为装载部平面与作业面不平行。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种半导体设备的载具，其具有支架，设于支架上部可沿第一平面方向移动的平台，驱动平台沿第一平面纵向移动的第一驱动组件，驱动平台沿第一平面横向移动的第二驱动组件，平台上部具有放置晶圆片的装载部，设于装载部平面中心一侧的测距单元，以测量测距单元至装载部上方阻挡物（即作业面，如光罩、测试探针头等）之间的距离，测距单元可沿平行于装载部平面方向摆动或转动（可绕一圆心旋转360度）；显示单元，用于显示测距单元的测距数值。

可选地，装载部设置为相对于第一平面方向平行转动，测距单元装设于装载部侧壁，且与装载部固定或可拆卸连接。

可选地，还包括一罩设于装载部，一端向装载部平面中心延伸一段距离（可封闭也可不封闭，在此不做限定）的环形连接件，测距单元固定或可拆卸连接于环形连接件侧壁。

可选地，测距单元与环形连接件侧壁为万向节连接，且测距单元重心设置于万向节下方。

可选地，装载部平面和/或侧壁具有角度刻线，环形连接件对应面具有标记刻线；或者，装载部平面和/或侧壁具有标记刻线，环形连接件对应面具有角度刻线。

可选地，测距单元由固定套、滑尺和弹簧组成；固定套固定或可拆卸连接于环形连接件侧壁；滑尺穿设于固定套且顶部具有滚珠、侧面具有刻线；弹簧一端连接固定套、另一端连接滑尺，以保持滑尺在不受外力情况下悬停于固定套内，且滑尺的顶部超出装载部平面一段距离，至能够抵接作业面为止。

可选地，测距单元为激光测距单元。

可选地，激光测距单元的激光发射方向垂直于装载部平面。

可选地，测距单元为2至5个。

本发明实施例的另一方面，提供一种基于上述半导体设备载具的装载部平面与作业面平行度检测方法，其包括以下步骤：步骤一、调节第一驱动组件、第二驱动组件，将平台移动至装载部平面与作业面在装载部平面垂直方向上的投影处于相交位置；；步骤二、启动或保持测距单元处于测量状态，摆动测距单元至少测量作业面内测量轨迹中点和两个端点的距离数值；步骤三、比较各点的距离数值，若均相等则判断为装载部平面与作业面（如光罩、测试探针头等）平行；若有一个数值不相等则判断为装载部平面与作业面不平行。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明提供一种半导体设备的载具，其在装载部平面中心一侧设置测距单元，用以测量测距单元至作业面之间的距离，测距单元可沿平行于装载部平面方向摆动或转动；显示单元，用于显示测距单元的测距数值。利用了三个不在同一条直线上的点确定一个平面和平行四边形两两平行的几何原理，不需要装载部平面处于水平状态，即可通过将作业面与装载部平面错位相交，摆动或转动测距单元，测量作业面内测量轨迹中点和两个端点的距离数值，比较各点的距离数值，若均相等则可判断为两平面平行；若有一个数值不相等则可判断为两平面不平行，减少了人工操作步骤，提升作业效率。

较佳地，仅将装载部设置为可相对于第一平面方向平行转动，增设一测距单元于装载部侧壁，不需要再增加更多零件，就可实现摆动或转动装载部测距检测平行度，改造方案简单，成本更低。

较佳地，单独外设一环形连接件罩设于装载部，测距单元固定或可拆卸连接于环形连接件侧壁，可适配于装载部无法旋转或装载部侧壁没有装设空间的半导体设备载具，通配率更高、对原有机台影响更小、且维修或更换方便。

较佳地，测距单元与环形连接件侧壁为万向节连接，且测距单元重心设置于万向节下方，测距单元由于重力作用和万向节的调节，能够保证测距方向始终垂直向上，避免装载部倾斜度较大的时候，测距方向偏离上方作业面无法测得有效距离，对装载部的初始状态要求更低，减少调整装载部的步骤。

较佳地，装载部平面和/或侧壁具有角度刻线，环形连接件对应面具有标记刻线；或者，装载部平面和/或侧壁具有标记刻线，环形连接件对应面具有角度刻线，便于作业人员快速了解和定位摆动或转动的角度，在检测过程中快速定位测距数值的差异点，方便后续的调整平行度工作，操作更加便利。

较佳地，测距单元由固定或可拆卸连接于环形连接件侧壁的固定套；穿设于固定套且顶部具有滚珠、侧面具有刻线的滑尺；一端连接固定套、另一端连接滑尺底部的弹簧组成，顶部的滚珠可在移动测距时，滑尺与作业面滚动接触，对作业面影响（如磨损）较小；测距单元为机械式结构，不需要布设电源线路、故障率低、成本更低。

较佳地，测距单元为激光测距单元，测量时与作业面没有实体接触，对作业面无影响，测量距离更加精准、测距数值直观可视。

较佳地，激光测距单元的激光发射方向垂直于装载部平面，测距单元的测距数值是到作业面的实际距离，避免了作业面倾斜时，测距数值有多个变量导致多点测距无法反映装载部平面至作业面的实际距离，进而导致平行度检测精度下降。

较佳地，测距单元为2至5个，可以一次性测出多个点的距离数值，减少摆动或转动的步骤，实现快速平行度检测。

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为现有技术的载具；

图2为本发明实施例一正视图；

图3为本发明实施例一俯视图；

图4为本发明实施例二正视图；

图5为本发明实施例二俯视图；

图6为本发明实施例二俯视图A-A剖视图；

图7为本发明实施例三正视图；

图8为本发明实施例三俯视图；

图9为本发明实施例四正视图；

图10为本发明实施例四俯视图；

图11为本发明实施例四俯视图B-B剖视图；

图12为本发明实施例使用状态示意图一；

图13为本发明实施例使用状态示意图二。

图标：1-载具；2-支架；3-平台；4-第一驱动组件；5-第二驱动组件；6-装载部；61-角度刻线；7-环形连接件；71-激光测距单元；72-显示单元；73-标记刻线；74-手柄；75-万向节；76-固定套；761-弹簧；762-滑尺；763-滚珠；764-显示窗；8-作业面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1至3所示，提供一种半导体设备的载具1，其具有支架2，设于支架2上部可沿第一平面方向移动的平台3，驱动平台3沿第一平面纵向移动的第一驱动组件4，驱动平台3沿第一平面横向移动的第二驱动组件5，第一驱动组件4、第二驱动组件5可以是人力驱动也可以是电控驱动，若为电控驱动在载具1的控制台设有操作柄（图中未示出），作业人员可控制平台3在第一平面方向上，一定范围内移动以调整平台3的位置；平台3上部设有放置晶圆片的装载部6；平台3与装载部6之间设有升降调节机构（如一个螺丝、螺母、万向球头配合或多个螺丝、螺母配合，此为机械领域内常规结构，图中未示出），以调节装载部6与平台3的相对高度和装载部平面相对于第一平面的平行度。

平台3设一套筒（图中未示出），装载部6具有与套筒内径间隙配合的凸柱（图中未示出），凸柱插入套筒使得装载部6与平台3可沿平行于第一平面的方向转动连接；在装载部6的侧壁通过螺丝固定连接（亦可以是卡齿与卡槽配合的可拆卸连接，此为机械领域内常规结构，图中未示出）一激光测距单元71，用以测量激光测距单元71至作业面8之间的距离；液晶显示屏作为显示单元72设置在装载部6侧壁的另一位置，用于显示激光测距单元71的距离数值；在与激光测距单元71相对的另一侧的装载部6侧壁装设一手柄74，方便作业人员摆动或转动装载部6。

实施例二：

如图4至6所示，与实施例一相同部份不在复述，区别在于：不要求装载部6与平台3是否可转动连接，本实施例中，在现有装载部6基础上，罩设一环形连接件7，激光测距单元71设置于环形连接件7侧壁。

环形连接件7的内直径略大于装载部6的外直径，以刚好能够套装于装载部6且可顺畅转动为佳；环形连接件7上部向装载部平面中心延伸10至50毫米，延伸形成的环形连接件7上表面相对于装载部6平面平行；这样的设置，环形连接件7使用时可罩设于装载部平面并平行于该平面旋转，不使用时亦可向上取出避免对后续工序的影响；相应地，在环形连接件7的侧壁通过螺丝固定连接（亦可以是卡齿与卡槽配合的可拆卸连接，此为机械领域内常规结构，图中未示出）一激光测距单元71，用以测量激光测距单元71至作业面8之间的距离；液晶显示屏作为显示单元72设置在环形连接件7侧壁的另一位置，用于显示激光测距单元71的距离数值；在与激光测距单元71相对的另一侧的环形连接件7侧壁装设一手柄74，方便作业人员摆动或转动装载部6。

更进一步地，环形连接件7可增设一无线信号传输设备（例如蓝牙模块+电源，图中未示出），用以将激光测距单元71的测距数值通过蓝牙协议发送至外部接收器。在半导体设备的载具1在有遮挡的情况下，方便作业人员获知测距数值。

实施例三：

如图7、8所示，与实施例二相同部份不在复述，区别在于：测距单元是由固定套76、滑尺762、弹簧761和显示窗764组成的机械式测距单元。

固定套76通过螺丝固定连接（亦可以是卡齿与卡槽配合的可拆卸连接，此为机械领域内常规结构，图中未示出）环形连接件7，固定套76的侧壁开设有长条状显示窗764作为本实施例的显示单元；滑尺762穿设于固定套76内且可相对于固定套76轴线方向上下移动，其侧面环设有刻线以标识其上下移动的距离数值，滑尺762的顶部设有可在接触面流畅滚动的滚珠763；滑尺762与固定套76通过弹簧761连接，以使滑尺762在不受外力作用下，悬停于固定套76内，且滑尺762的顶部超出装载部平面一段距离；为了保持滑尺762可相对于装载部平面垂直，本实施例的弹簧761为上下扣合的锥形簧，锥形簧的中间位置与固定套76固定连接，滑尺762置于锥形簧的轴线方向且与锥形簧两端固定连接。当滑尺762顶部的滚珠763受到挤压面（如作业面8）挤压时，滑尺762克服弹簧761弹力向下移动一定距离，此时观察显示窗764内的刻线，所见即为初始值；摆动环形连接件7，滑尺762顶部的滚珠763在挤压面滑移；若挤压面与装载部6平面不平行时，滑尺762亦随挤压面的接触轨迹上下移动，观察显示窗764内的刻线，即可知挤压面相对于装载部6平面的倾斜程度。

实施例四：

如图9至11所示，与实施例二相同部份不在复述，区别在于：激光测距单元71与环形连接件7侧壁，是由套设的两个活动环组成的万向节75连接；激光测距单元71重心设置于万向节75下方。

本实施例的万向节75是这样设置的，大活动环通过螺丝固定连接（亦可以是卡齿与卡槽配合的可拆卸连接，此为机械领域内常规结构，图中未示出）环形连接件7；在大活动环内第一直径方向可转动连接一小活动环；小活动环垂直于第一直径方向可转动连接激光测距单元71（本实施例为激光测距器）。当装载部6倾斜于水平面时，由于激光测距单元71的重心低于万向节75的两个活动环所在平面，在重力作用下，激光测距单元71倾向于垂直于水平面向上直立；不管装载部6往哪个方向倾斜，均可通过大小活动环的转动实现激光测距单元71竖直向上，最终达到力的平衡；仅需保证测距方向与激光测距单元71的发射点至重心的连线所在直线平行即可。

两平面平行度测量原理：利用三个不在一条直线上的点确定一个平面、平行四边形对边等长且两两平行（即一个平面内，头尾相连的4条线段，如果相对的两条线段相互平行且长度相等，则另外相对的两条线段也相互平行，此为平行四边形特性）的几何原理；通过一束沿装载部平面水平转动的激光测距光束测量测距单元与作业面8之间的距离，作业面8内形成一弧形的测量轨迹，对测量轨迹上至少三个不在一条直线上的点的距离数值进行比较；若三个数值均相等，则移动测距单元所界定的与装载部平面相平行的检测面上3个测量点任意两两连线，均与作业面8上相对应测量点的连线相互平行，任意两条连线的平行，即可确定了检测面（即装载部平面）与作业面8也是相互平行的；若不相等，则不平行。不需要检测面（即装载部平面）处于水平状态，仅通过三个测距单元的测距数值，就能够快速判断检测面（即装载部平面）和作业面8是否相互平行。

接下来，以实施例四结构为基础描述一种半导体设备载具1的装载部平面与作业面8的平行度检测方法。如图12、13所示，步骤一、调节第一驱动组件4、第二驱动组件5，将平台3移动至装载部平面与作业面在装载部平面垂直方向上的投影处于相交位置；，在重合交点连线的垂直平分线方向上，激光测距单元71不超过作业面8的边沿，以激光测距单元71处于作业面8圆心处最佳；步骤二、启动或保持激光测距单元71处于测量状态，摆动或转动激光测距单元71测量作业面8内测量轨迹中点H2和两个端点H1、H3的距离数值（距离数值的测量，可以是摆动至某一位置测量一次，最终比较几个特征位置的距离数值；也可以是连续测量摆动轨迹内的距离数值，最终形成距离数值的变化曲线图，在此不做限定）；步骤三、比较各个点的距离数值。例如图12中的作业面8处于实线位置，装载部6平面与作业面8平行，此时H1=H2=H3；例如图12中作业面8处理虚线位置，作业面8的一边向装载部6平面倾斜，此时H2>H1=H3；通过距离数值即可直观地反映装载部6平面与作业面8是否平行。在实际测量中，通过多次移动装载部平面，改变其于作业面8的相交位置，可以有效地提高半导体设备载具1的装载部平面与作业面8的平行度检测的精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种半导体设备的载具，包括：支架，设于支架上部可沿第一平面方向移动的平台，驱动平台沿第一平面纵向移动的第一驱动组件，驱动平台沿第一平面横向移动的第二驱动组件，平台上部具有放置晶圆片的装载部，其特征在于：还包括，至少一测距单元，以测量测距单元至装载部上方作业面之间的距离，显示单元，用于显示测距单元的测距数值；其中，装载部可沿平行于第一平面方向转动，测距单元设于装载部侧壁，且与装载部固定或可拆卸连接，测距单元可沿平行于装载部平面方向摆动或转动。

2.如权利要求1所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：还包括一罩设于所述装载部，一端向所述装载部平面中心延伸一段距离的环形连接件，所述测距单元固定或可拆卸连接于环形连接件侧壁。

3.如权利要求2所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：所述测距单元与所述环形连接件侧壁为万向节连接，且所述测距单元重心设于万向节下方。

4.如权利要求2所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：所述装载部平面和/或侧壁具有角度刻线，所述环形连接件对应面具有标记刻线；或者，所述装载部平面和/或侧壁具有标记刻线，所述环形连接件对应面具有角度刻线。

5.如权利要求2至4中任一项所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：所述测距单元由固定套、滑尺和弹簧组成；固定套固定或可拆卸连接于所述环形连接件侧壁；滑尺穿设于固定套且顶部具有滚珠、侧面具有刻线；弹簧一端连接固定套、另一端连接滑尺，以保持滑尺在不受外力情况下悬停于固定套内，且滑尺的顶部超出装载部平面一段距离。

6.如权利要求1至4中任一项所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：所述测距单元为激光测距单元。

7.如权利要求6所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：将所述装载部平面调整为水平时，所述激光测距单元的激光发射方向垂直于所述装载部平面。

8.如权利要求6所述的一种半导体设备的载具，其特征在于：所述测距单元为2至5个。

9.一种具有如权利要求1至8中任一项所述的半导体设备载具的装载部平面与作业面平行度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、调节第一驱动组件、第二驱动组件，将平台移动至装载部平面与作业面在装载部平面垂直方向上的投影处于相交位置；

步骤二、启动或保持测距单元处于测量状态，摆动或转动测距单元使其至少测量作业面内测量轨迹中点和两个端点的距离数值；

步骤三、比较各点的距离数值，若均相等则判断为装载部平面与作业面平行；若有一个数值不相等则判断为装载部平面与作业面不平行。

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