CN114420581A - 一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶圆缺陷检测领域，公开了一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法，包括基座,基座中间具有固定座，固定座上安装有晶圆夹持机构，晶圆装夹在所述晶圆夹持机构上，基座左右两边固定安装有水平直线位移平台，水平直线位移平台上安装有立座，立座上具有竖直直线位移平台，测试单元安装在所述竖直直线位移平台上，测试单元用于对晶圆的两面的检测部位进行微裂纹检测。本发明的晶圆内部微裂纹检测装置检测范围从大到小层层检测，提高了检测效率和检测精度。本发明的设计的晶圆夹持机构利用可控磁性原理缓慢将晶圆夹住，避免了刚性压紧造成的晶圆破碎的问题。通过本装置对晶圆内部微裂纹进行检测，提升了芯片产品良品率，降低了不良品比例。
Description
技术领域
本发明属于晶圆缺陷检测领域，尤其涉及一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法。
背景技术
伴随着芯片产业被国家提到战略高度，芯片全产业链产品的制备、生产、检测同样备受关注。在半导体生产过程中，尽早发现裂纹和微裂纹已经变得非常重要。裂纹主要来源有来自于晶锭本身或是在晶片生产过程中的压力，割锯晶片时的机械力或者在运输买卖过程中的机械力造成的缺陷。易碎的半导体材料中如果存在裂纹，会导致单个太阳能电池破损，生产机器停机，且清理非常困难。未受损害的晶片很坚固而且有韧性，但裂纹的存在会降低它的这种机械强度。从经济方面考虑应当在发生断裂前尽早的检测出生产线上的脆弱的晶片。
发明内容
本发明目的在于提供一种晶圆内部微裂纹的检测装置及检测方法，旨在提前预判晶圆是否合格，避免由于晶圆内部微裂纹未及时检测造成后续工序的浪费，提升芯片的良品率，降低不良品的产生。
为解决上述技术问题，本发明的一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法的具体技术方案如下：
一种晶圆内部微裂纹检测装置，包括基座,所述基座中间具有固定座，所述固定座上安装有晶圆夹持机构，晶圆装夹在所述晶圆夹持机构上，所述基座左右两边固定安装有水平直线位移平台，两套水平直线位移平台平行设置，所述水平直线位移平台上安装有立座，所述立座可沿水平直线位移平台水平移动，所述立座上具有竖直直线位移平台，测试单元安装在所述竖直直线位移平台上，所述测试单元可沿竖直直线位移平台垂直移动，所述水平直线位移平台和竖直直线位移平台组合实现测试单元在水平及垂直方向移动，测试单元用于对晶圆的两面的检测部位进行微裂纹检测。
进一步的，所述测试单元由六自由度平台、六维力传感器和伸缩探测头组成；所述六自由度平台安装在竖直直线位移平台上，所述六自由度平台具有空间方向上的六个自由度，所述六自由度平台远离竖直直线位移平台的一端具有六维力传感器，伸缩探测头与所述六维力传感器连接。
进一步的，所述伸缩探测头由伸缩探测头外罩、外磁极、伸缩探测头中罩、内磁极和伸缩探测头内杆组成；所述伸缩探测头内杆外具有内磁极，所述内磁极外具有伸缩探测头中罩，所述伸缩探测头中罩外具有外磁极，所述外磁极外具有伸缩探测头外罩；所述外磁极及内磁极的N极与S极交错布置，产生相对应的平行磁场。
进一步的，所述伸缩探测头的测试区域共分为一级探测区域、二级探测区域和三级探测区域，每一层级将对应检测范围分成四等分；一级探测区域为粗探测区域，二级探测区域为中探测区域，三级探测区域为精探测区域，测试范围逐渐缩小。
进一步的，所述晶圆夹持机构由圆环形的夹持定座和夹持动座组成，所述夹持动座以铰链销为铰接点绕夹持定座旋转打开，所述晶圆夹紧安装在夹持定座和夹持动座之间。
进一步的，所述夹持定座圆环端面上多等分安装有多套第一电磁极和第一螺母组合，第一夹紧块安装在夹持定座内径面，其位置与第一电磁极相对应，每个第一夹紧块安装有两块第一磁铁；第一轴与第一衬套配合，第一矩形弹簧穿过第一轴安装在第一电磁极及第一夹紧块之间，第一轴下端拧紧在第一夹紧块内，第一轴上端穿过第一电磁极通过第一螺母组合固定；所述夹持动座圆环端面上多等分安装有多套第二电磁极和第二螺母组合，第二电磁极和第二螺母组合与第一电磁极和第一螺母组合配对设置。第二夹紧块安装在夹持动座内径面，第二夹紧块位置与第二电磁极相对应，每个第二夹紧块安装有两块第二磁铁；第二轴与第二衬套配合，第二矩形弹簧穿过第二轴安装在第二电磁极及第二夹紧块之间，第二轴下端拧紧在第二夹紧块内，第二轴上端穿过第二电磁极通过第二螺母组合固定。
进一步的，所述第一夹紧块上粘贴有第一柔性衬层；所述第二夹紧块上粘贴有第二柔性衬层。
本发明还公开了一种晶圆内部微裂纹检测方法，包括如下步骤：
步骤1：将测试晶圆夹持于晶圆夹持机构上；
步骤2：水平直线位移平台和竖直直线位移平台运动至指定位置；
步骤3：六自由度平台带动伸缩探测头进行一级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线；
步骤4：与一级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头的伸缩探测头中罩内部通电流，伸缩探测头中罩前端面伸出，六自由度平台带动伸缩探测头依次进行二级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤5：测试曲线与二级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头内杆内部通电流，伸缩探测头内杆前端面伸出，六自由度平台带动伸缩探测头依次进行三级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤6：测试曲线与三级标准曲线对比，如有部分区域异常，则该区域晶圆有内部微裂纹，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤7：根据三级测试结果定位晶圆内部微裂纹位置；
步骤8：卸下测试晶圆，装夹下一片晶圆，开始内部微裂纹检测。
进一步地，所述第一电磁极及第二电磁极采用极性可变磁场强度可变的加载方式，可实时调控磁斥力。
进一步地，所述晶圆四周留有四片没有排布芯片的扇形区域，所述晶圆夹持机构的夹持部分位于所述四片扇形区域内。
本发明的一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法具有以下优点：本发明的晶圆内部微裂纹检测装置的伸缩探测头具有三级检测区域，检测范围从大到小层层检测，提高了检测效率和检测精度。同时，本发明的设计的晶圆夹持机构利用磁性原理缓慢将晶圆夹住，避免了刚性压紧造成的晶圆破碎等问题，电磁极采用极性可变磁场强度可变的加载方式，可实时调控磁斥力，进一步保证了压紧的可靠性及安全性。通过本装置对晶圆内部微裂纹进行检测，提升了芯片产品良品率，降低了不良品比例。
附图说明
图1为本发明的晶圆内部微裂纹检测装置立体结构示意图；
图2为本发明的晶圆内部微裂纹检测装置正面结构示意图；
图3为本发明装置的伸缩探测头结构剖视图；
图4为本发明装置的伸缩探测头二级探测工作状态下的结构剖视图；
图5为本发明装置的伸缩探测头三级探测工作状态下的结构剖视图；
图6为本发明装置的伸缩探测头探测区域示意图；
图7为本发明装置的晶圆夹持机构结构示意图；
图8为本发明装置的晶圆夹持机构结构侧面剖视图；
图中标记说明：1、基座； 2、固定座； 3、水平直线位移平台； 4立座； 5、竖直直线位移平台； 6、六自由度平台； 7、六维力传感器； 8伸缩探测头； 9、晶圆夹持机构； 10、晶圆； 801、伸缩探测头外罩； 802、外磁极； 803、伸缩探测头中罩； 804、内磁极； 805、伸缩探测头内杆； 901、夹持定座； 902、第一电磁极； 903、第一螺母组合； 904、第一轴； 905、第一衬套； 906、第一矩形弹簧； 907、第一磁铁； 908、第一夹紧块； 909、第一柔性衬层；910、夹持动座； 911、铰链销； 912、第二电磁极； 913、第二螺母组合； 914、第二轴； 915、第二衬套； 916、第二矩形弹簧； 917、第二磁铁； 918、第二夹紧块； 919 、第二柔性衬层。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法做进一步详细的描述。
如图1、图2所示，本发明的一种晶圆内部微裂纹检测装置，包括基座1,基座1为大理石材质，基座1中间具有固定座2，固定座2上安装有晶圆夹持机构9，晶圆10装夹在晶圆夹持机构9上。基座1左右两边固定安装有水平直线位移平台3，两套水平直线位移平台3平行设置。水平直线位移平台3上安装有立座4，立座4可沿水平直线位移平台3水平移动。立座4上具有竖直直线位移平台5，测试单元安装在竖直直线位移平台5上，测试单元可沿竖直直线位移平台5垂直移动。水平直线位移平台3和竖直直线位移平台5组合实现测试单元在水平及垂直方向高速、高精度移动，从而对晶圆10的两面的检测部位进行微裂纹检测。
测试单元由六自由度平台6、六维力传感器7和伸缩探测头8组成。六自由度平台6安装在竖直直线位移平台5上。六自由度平台6具有空间方向上的六个自由度，可实现多种形式的测试载荷加载。六自由度平台6远离竖直直线位移平台5的一端具有六维力传感器7，伸缩探测头8与六维力传感器7连接，根据需要选择测试形式，两侧的伸缩探测头8对晶圆10进行测试，并与标准试验曲线对比，对晶圆10性能及缺陷情况予以定量分析。
如图3所示，伸缩探测头8由伸缩探测头外罩801、外磁极802、伸缩探测头中罩803、内磁极804和伸缩探测头内杆805组成。伸缩探测头内杆805外具有内磁极804，内磁极804外具有伸缩探测头中罩803，伸缩探测头中罩803外具有外磁极802，外磁极802外具有伸缩探测头外罩801。外磁极802及内磁极804的N极与S极交错布置，产生相对应的平行磁场。如图6所示，伸缩探测头8的测试区域共分为的三级，即每一层级将对应检测范围分成四等分。一级探测区域为粗探测区域，二级探测区域为中探测区域，三级探测区域为精探测区域，测试范围逐渐缩小。具体测试过程为：首先进行一级探测区域测试，伸缩探测头8工作状态如图3所示，伸缩探测头内杆805、伸缩探测头中罩803与伸缩探测头外罩801前端面在一个平面上，将晶圆表面分为4组一级探测区域进行测试。若4组测试结果均与一级标准曲线一致，则判定该晶圆完全合格；若不一致，将与标准曲线不一致的一级探测区域细分为4组二级探测区域，更加细化的寻找出缺陷所在位置，如图6所示。此时伸缩探测头8工作状态如图4所示，伸缩探测头中罩803内部通电流，在外磁极802作用下，伸缩探测头中罩803前端面伸出，实现二级区域检测。同理，将测得区域的检测曲线与二级标准曲线对比，若一致，表明该检测区域无缺陷；若不一致，则同上步骤，将待确定的二级探测区域向下细分为4组三级探测区域，如图5所示。此时伸缩探测头8工作状态如图5所示，伸缩探测头内杆805内部通电流，在内磁极804作用下，伸缩探测头内杆805前端面伸出，实现三级区域检测，将测得的曲线与三级标准曲线比对，寻找出缺陷所在位置。
如图7所示，晶圆夹持机构9由圆环形的夹持定座901和夹持动座910组成，夹持动座910可以铰链销911为铰接点绕夹持定座901旋转打开，其打开形式包括但不限于手动形式及自动形式。晶圆10夹紧安装在夹持定座901和夹持动座910之间。夹持定座901圆环端面上四等分安装有四套第一电磁极902和第一螺母组合903，第一夹紧块908共有四块，分别安装在夹持定座901内径面，其位置与第一电磁极902相对应，每个第一夹紧块908安装有两块第一磁铁907。如图8所示，第一轴904与第一衬套905配合，第一矩形弹簧906穿过第一轴904安装在第一电磁极902及第一夹紧块908之间，第一轴904下端拧紧在第一夹紧块908内，第一轴904上端穿过第一电磁极902通过第一螺母组合903固定；第一柔性衬层909粘贴在第一夹紧块908上。同理，在夹持动座910一侧，有相同于夹持定座901一侧配置：夹持动座910圆环端面上四等分安装有4套第二电磁极912和第二螺母组合913，第二电磁极912和第二螺母组合913与第一电磁极902和第一螺母组合903配对设置。第二夹紧块918共有四块，安装在夹持动座910内径面，第二夹紧块918位置与第二电磁极912相对应，每个第二夹紧块918安装有两块第二磁铁917。 如图8所示，第二轴914与第二衬套915配合，第二矩形弹簧916穿过第二轴914安装在第二电磁极912及第二夹紧块918之间，第二轴914下端拧紧在第二夹紧块918内，第二轴914上端穿过第二电磁极912通过第二螺母组合913固定；第二柔性衬层919粘贴在第二夹紧块918上。其工作过程如下：晶圆10未装入时，安装于夹持定座901的第一电磁极902产生与第一磁铁907极性相异磁场，产生磁吸力，使第一夹紧块908及第一轴904沿着第一衬套905向外移动，第一矩形弹簧906被压缩；同理，安装于夹持定座910的第二电磁极912产生与第二磁铁917极性相异磁场，产生磁吸力，使第二夹紧块918及第二轴914沿着第二衬套915向外移动，第二矩形弹簧916被压缩。第一夹紧块908和第二夹紧块918相背移动使第一柔性衬层909和第二柔性衬层919产生足够空间安装晶圆10。
晶圆10装入后，安装于夹持定座901的第一电磁极902产生与第一磁铁907极性相同的磁场，产生磁斥力，使第一夹紧块908及第一轴904沿着第一衬套905向内移动，第一矩形弹簧906缓慢被放松；安装于夹持动座910的第二电磁极912产生与第二磁铁917极性相同的磁场，产生磁斥力，使第二夹紧块918及第二轴914沿着第二衬套915向内移动，第二矩形弹簧916缓慢被放松；直至第一柔性衬层909和第二柔性衬层919与晶圆10端面贴合，即完成装夹。由于第一矩形弹簧906及第二矩形弹簧916的缓冲，避免了刚性压紧造成的晶圆破碎等问题，同时，第一电磁极902及第二电磁极912采用的是极性可变磁场强度可变的加载方式，可实时调控磁斥力，进一步保证压紧的可靠性及安全性。
晶圆在下一步芯片刻蚀等工序中，芯片在晶圆表面呈矩阵式排布，所以晶圆四周会留有四片扇形区域没有排布芯片，所以利用本发明提出的晶圆夹持结构，夹持部分位于上述的四片扇形区域，对芯片的后续加工并没有影响。
本发明的晶圆内部微裂纹检测方法包括如下步骤：
步骤1：将测试晶圆10夹持于晶圆夹持机构9上；
步骤2：水平直线位移平台3和竖直直线位移平台5运动至指定位置；
步骤3：六自由度平台6带动伸缩探测头8进行一级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线；
步骤4：与一级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头8的伸缩探测头中罩803内部通电流，伸缩探测头中罩803前端面伸出，六自由度平台6带动伸缩探测头8依次进行二级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤5：测试曲线与二级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头内杆805内部通电流，伸缩探测头内杆805前端面伸出，六自由度平台6带动伸缩探测头8依次进行三级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤6：测试曲线与三级标准曲线对比，如有部分区域异常，则该区域晶圆有内部微裂纹，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤7：根据三级测试结果定位晶圆10内部微裂纹位置；
步骤8：卸下测试晶圆10，装夹下一片晶圆10，开始内部微裂纹检测。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆内部微裂纹检测装置，包括基座（1）,所述基座（1）中间具有固定座（2），所述固定座（2）上安装有晶圆夹持机构（9），晶圆（10）装夹在所述晶圆夹持机构（9）上，其特征在于，所述基座（1）左右两边固定安装有水平直线位移平台（3），两套水平直线位移平台（3）平行设置，所述水平直线位移平台（3）上安装有立座（4），所述立座（4）可沿水平直线位移平台（3）水平移动，所述立座（4）上具有竖直直线位移平台（5），测试单元安装在所述竖直直线位移平台（5）上，所述测试单元可沿竖直直线位移平台（5）垂直移动，所述水平直线位移平台（3）和竖直直线位移平台（5）组合实现测试单元在水平及垂直方向移动，测试单元用于对晶圆（10）的两面的检测部位进行微裂纹检测。
2.根据权利要求1所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述测试单元由六自由度平台（6）、六维力传感器（7）和伸缩探测头（8）组成；所述六自由度平台（6）安装在竖直直线位移平台（5）上，所述六自由度平台（6）具有空间方向上的六个自由度，所述六自由度平台（6）远离竖直直线位移平台（5）的一端具有六维力传感器（7），伸缩探测头（8）与所述六维力传感器（7）连接。
3.根据权利要求2所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述伸缩探测头（8）由伸缩探测头外罩（801）、外磁极（802）、伸缩探测头中罩（803）、内磁极（804）和伸缩探测头内杆（805）组成；所述伸缩探测头内杆（805）外具有内磁极（804），所述内磁极（804）外具有伸缩探测头中罩（803），所述伸缩探测头中罩（803）外具有外磁极（802），所述外磁极（802）外具有伸缩探测头外罩（801）；所述外磁极（802）及内磁极（804）的N极与S极交错布置，产生相对应的平行磁场。
4.根据权利要求3所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述伸缩探测头（8）的测试区域共分为一级探测区域、二级探测区域和三级探测区域，每一层级将对应检测范围分成四等分；一级探测区域为粗探测区域，二级探测区域为中探测区域，三级探测区域为精探测区域，测试范围逐渐缩小。
5.根据权利要求1所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述晶圆夹持机构（9）由圆环形的夹持定座（901）和夹持动座（910）组成，所述夹持动座（910）以铰链销（911）为铰接点绕夹持定座（901）旋转打开，所述晶圆（10）夹紧安装在夹持定座（901）和夹持动座（910）之间。
6.根据权利要求5所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述夹持定座（901）圆环端面上多等分安装有多套第一电磁极（902）和第一螺母组合（903），第一夹紧块（908）安装在夹持定座（901）内径面，其位置与第一电磁极（902）相对应，每个第一夹紧块（908）安装有两块第一磁铁（907）；第一轴（904）与第一衬套（905）配合，第一矩形弹簧（906）穿过第一轴（904）安装在第一电磁极（902）及第一夹紧块（908）之间，第一轴（904）下端拧紧在第一夹紧块（908）内，第一轴（904）上端穿过第一电磁极（902）通过第一螺母组合（903）固定；所述夹持动座（910）圆环端面上多等分安装有多套第二电磁极（912）和第二螺母组合（913），第二电磁极（912）和第二螺母组合（913）与第一电磁极（902）和第一螺母组合（903）配对设置；第二夹紧块（918）安装在夹持动座（910）内径面，第二夹紧块（918）位置与第二电磁极（912）相对应，每个第二夹紧块（918）安装有两块第二磁铁（917）；第二轴（914）与第二衬套（915）配合，第二矩形弹簧（916）穿过第二轴（914）安装在第二电磁极（912）及第二夹紧块（918）之间，第二轴（914）下端拧紧在第二夹紧块（918）内，第二轴（914）上端穿过第二电磁极（912）通过第二螺母组合（913）固定。
7.根据权利要求6所述的晶圆内部微裂纹检测装置，其特征在于，所述第一夹紧块（908）上粘贴有第一柔性衬层（909）；所述第二夹紧块（918）上粘贴有第二柔性衬层（919）。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的晶圆内部微裂纹检测装置进行晶圆内部微裂纹检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将测试晶圆（10）夹持于晶圆夹持机构（9）上；
步骤2：水平直线位移平台（3）和竖直直线位移平台（5）运动至指定位置；
步骤3：六自由度平台（6）带动伸缩探测头（8）进行一级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线；
步骤4：与一级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头（8）的伸缩探测头中罩（803）内部通电流，伸缩探测头中罩（803）前端面伸出，六自由度平台（6）带动伸缩探测头（8）依次进行二级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤5：测试曲线与二级标准曲线对比，如有部分区域异常，将伸缩探测头内杆（805）内部通电流，伸缩探测头内杆（805）前端面伸出，六自由度平台（6）带动伸缩探测头（8）依次进行三级探测区域的晶圆检测，得出测试曲线，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤6：测试曲线与三级标准曲线对比，如有部分区域异常，则该区域晶圆有内部微裂纹，如没有异常，则认为该区域晶圆没有内部微裂纹；
步骤7：根据三级测试结果定位晶圆（10）内部微裂纹位置；
步骤8：卸下测试晶圆（10），装夹下一片晶圆（10），开始内部微裂纹检测。
9.根据权利要求8所述的晶圆内部微裂纹检测方法，其特征在于，所述第一电磁极（902）及第二电磁极（912）采用极性可变磁场强度可变的加载方式，可实时调控磁斥力。
10.根据权利要求8所述的晶圆内部微裂纹检测方法，其特征在于，所述晶圆（10）四周留有四片没有排布芯片的扇形区域，所述晶圆夹持机构（9）的夹持部分位于所述四片扇形区域内。
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| CN202111505456.XA CN114420581A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202111505456.XA CN114420581A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种晶圆内部微裂纹检测装置及检测方法 |
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2021
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| US11984366B2 (en) * | 2021-07-22 | 2024-05-14 | Changxin Memory Technologies, Inc. | Measurement device and method for semiconductor structure |
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