CN114812448A - 自动晶圆表面平整度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动晶圆表面平整度检测装置，以解决晶圆平整度检测装置需要通过人工干预进行测量，不便使用的问题，以获得整个晶圆面内精确的平整度信息，确保整个晶圆内曝光后的图形质量。该自动晶圆表面平整度检测装置，结构包括：壳体和支撑架，所述壳体固定在支撑架上，所述支撑架前端安装机械臂工作平台，后端安装三个隔振元件。所述机械臂工作平台安装有机械臂和晶圆盒固定装置。所述隔振元件支撑干涉仪框架，所述干涉仪框架上固定有一个斐索型高精度激光干涉仪，所述激光干涉仪下方安装真空吸盘吸附晶圆和一个移动平台带动真空吸盘靠近和远离机械臂。机械臂镜晶圆从晶圆盒中取出传送到真空吸盘，吸附后移动到干涉仪下方测量晶圆面形数据，传输给计算机从而计算晶圆表面平整度。

Description

自动晶圆表面平整度检测装置
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术中光刻设备的检测装置，特别涉及晶圆表面平整度检测装置和方法。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的产品。
半导体集成电路制造技术中，随着半导体集成电路集成度的不断提高及半导体技术的发展，半导体器件尺寸不断减小，关键尺寸变得越来越小；硅晶圆的平整度对于芯片制造就有着非常重要的影响。
目前的晶圆平整度检测装置虽然种类和数量非常多，但现有的晶圆平整度检测装置仍存在了一定的问题，给晶圆平整度检测装置的使用带来一定的不便。
现有的晶圆平整度检测装置大都需要通过人工干预进行测量，此种方式测量准度相对较低，人为制约因素较大，过程中控制精度较低，不便使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动晶圆表面平整度检测装置和方法，以解决上述背景技术提出的目前的晶圆平整度检测装置大都通过人工干预进行测量，不便使用的问题，以获得整个晶圆面内精确的平整度信息，确保整个晶圆内曝光后的图形质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：自动晶圆表面平整度检测装置，其结构包括：壳体和支撑架，所述壳体固定在支撑架上，所述支撑架安装三个隔振元件和机械臂工作平台，所述隔振元件支撑干涉仪框架，所述干涉仪框架上固定有一个斐索型高精度激光干涉仪，所述激光干涉仪下方安装真空吸盘吸附晶圆，所述机械臂工作平台安装机械臂和晶圆盒固定装置。
进一步优选的，所述支撑架包括前端和后端两部分，且前端低于后端。支撑架共有6个支撑腿，每个支撑腿底部安装有高度调整机构，可解决地面不平引起的支架扭曲、变形等现象。支撑架前端支撑机械臂工作平台，支撑架后端顶部有三个圆形隔振器安装座，安装自动水平调节的气浮式光学平台支撑架用以支撑干涉仪框架。
进一步优选的，所述机械臂工作平台下方通过四点安装在支撑架前端。机械臂安装在该工作台中央。工作台前侧和左、右两侧共分别安装3个晶圆盒固定装置，用以盛放未检测和已检测的晶圆。晶圆盒固定装置上有定位杆可以对晶圆盒精确定位。机械臂工作台后端通过一个方形通道和干涉仪平台连接。
进一步优选的，所述自动水平调节的气浮式光学平台支撑架包括三个固有频率低的隔振器，对难以控制的低频提供更好的保护，共振时的放大最小化，从而最大限度地提高系统的整体稳定性，避免因振动引起的测量误差。隔振器具有高精度的重新调平功能，改善了受干扰后的重新定位。
进一步优选的，所述支撑架后端对称安装了四个卡座，卡座上安装有吊环，用于移动时的吊装。干涉仪框架在相应位置有L型挡板，通过螺母将L型挡板和卡座固定在一起，避免运输过程振动。
进一步优选的，所述干涉仪框架为长方体结构，并且有三个外置的隔振器挡板，和所述自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器顶部连接。
进一步优选的，所述斐索型激光干涉仪竖直安装在干涉仪框架上。干涉仪框架下方安装有真空吸盘，在测量时吸附晶圆。
进一步优选的，所述真空吸盘安装在一个移动平台上，可向机械臂方向移动，加载晶圆后退回干涉仪下方。真空吸盘下方有三个气动的可升降的顶杆，顶杆和晶圆的接触点为平面，并为机械臂的进出提供运动空间。
进一步优选的，所述真空吸盘外围安装有三个限位杆，限位杆的截面为斜面，用于晶圆的对心，使得晶圆的圆心和真空吸盘的圆心重合。
进一步优选的，所述移动平台通过丝杠和导轨进行移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是该自动晶圆表面平整度检测装置：
1.设置有斐索型激光干涉仪，结合革命性的数据采集技术和高性能的光电成像系统，可以对晶圆面形进行快速和高精度测量。采集到的数据传输给计算机通过开发的软件系统可快速计算出相关的平整度指标。
2.设置三个气动的可升降的顶杆。加载和卸载晶圆时，顶杆升起，为机械臂的基础提供运动空间。同时，顶杆和晶圆的接触点为平面。测量时，顶杆下降，和晶圆分离，使得晶圆吸附在真空吸盘上。
3.设置移动平台。加载晶圆时，移动平台带动真空吸盘向机械臂移动，解决机械臂运动范围不足的问题。加载晶圆结束后，退回干涉仪下方进行测量。
4.设置有自动水平调节的气浮式光学平台支撑架，通过三个隔振器支撑干涉仪框架，提高系统的整体稳定性，避免因振动引起的测量误差。隔振器具有高精度的重新调平功能，改善了受干扰后的重新定位。
5.设置有三个晶圆盒固定装置，分别用于盛放已检测和未检测的晶圆，充分利用了空间和提高了设备工作效率。晶圆盒固定装置上有定位杆，可以和晶圆盒之间精确定位。
6.设置有三个限位杆，用于晶圆的对心，使得晶圆在真空吸盘上吸附时圆心重合。
附图说明
图1是本发明的外观图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3是本发明的晶圆盒固定装置示意图。
图4是本发明的干涉仪框架结构示意图。
图5是本发明的真空吸盘和移动平台的安装示意图。
图6是本发明的真空吸盘结构示意图。
图7是本发明的移动平台结构示意图。
图中：1、支撑架；2、机械臂工作平台；3、机械臂；4、晶圆盒固定装置；5、真空吸盘；6、卡座；7、吊环；8、L型挡板；9、干涉仪框架；10、隔振器挡板；11、隔振器；12、干涉仪；13、隔振器安装座；14移动平台；15、高度调整机构；16、顶杆；17、限位杆；18、丝杠；19、滑块；20、导轨；21、电机；22、定位杆。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清除、完整的描述，显然，所描述的仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的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。
如图1至7所示，本发明提供的一种实施例：自动晶圆表面平整度检测装置，包括：支撑架1、机械臂工作平台2、机械臂3、晶圆盒固定装置4、真空吸盘5、卡座6、吊环7、L型挡板8、干涉仪框架9、隔振器挡板10、隔振器11、干涉仪12、隔振器安装座13、移动平台14、高度调整机构15、顶杆16、限位杆17、丝杠18、滑块19、导轨20、电机21和定位杆22。
所述支撑架1有6个支撑腿，每个支撑腿底部有一个高度调整机构15，可解决地面不平引起的支架扭曲、变形等现象。前端的两个支撑腿高度低于后端四个支撑腿，且后端四个支撑腿高度相同。支撑架前端部分高度较低，支撑机械臂工作平台2；支撑架后端的四个支撑腿较高，支撑自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器11。
所述机械臂工作平台2中间开有一个孔，孔的形状和机械臂3的底座横截面相同，用于安装机械臂3。机械臂工作平台2的前侧和左、右两侧都安装有晶圆盒固定装置4，晶圆盒固定装置4上的定位杆22可以实现对晶圆盒的定位功能。同时，三个晶圆盒固定装置4，分别用于盛放已检测和未检测的晶圆，充分利用了空间和提高了设备工作效率。机械臂3可以升降，且升降高度可以满足晶圆盒高度范围，从而可以顺利从晶圆盒中取出所有晶圆或者将检测完成的晶圆放置到晶圆盒中。
所述支撑自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器11，下方安装在圆形的隔振器安装座13中，上方安装在隔振器挡板10下端，从而支撑起整个干涉仪框架9，对难以控制的低频提供更好的保护，共振时的放大最小化，最大限度地提高系统的整体稳定性，避免因振动引起的测量误差。并且，隔振器11具有高精度的重新调平功能，改善了受干扰后的重新定位。
所述干涉仪框架9和支撑架1之间，在运输时，通过螺母，将干涉仪框架9上的L型挡板8，和支撑架1上的卡座6固接，避免运输过程中，干涉仪框架9和支撑架1之间的相互运动。卡座6上固定有吊环7，用于安装时的悬吊。
所述干涉仪框架9位长方体结构，采用方形钢焊接而成。设置有三个外置的隔振器挡板10，和所述自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器11顶部连接。
所述干涉仪12竖直安装在干涉仪框1架9上。测量时干涉仪光束圆心和真空吸盘圆心重合，并且干涉仪12的参考镜平面和真空吸盘5的平面平行，保证测量精度。
所述真空吸盘5安装在移动平台14上，且位于干涉仪12的下方，可随着移动平台靠近和远离机械臂3。真空吸盘5周围有三个可升降的顶杆16。加载晶圆时，顶杆16升起，为机械臂3的进出提供运动空间。晶圆加载结束时，机械臂3退出，顶杆16降落，晶圆和顶杆16分离，落在真空吸盘5上。顶杆16和晶圆的接触面为平面。真空吸盘5的最外围还有三个限位杆17。限位杆17用于定位，使得晶圆落在真空吸盘5上后，晶圆的圆心和真空吸盘5的圆心重合。
所述移动平台14固定在干涉仪框架9的底部。移动平台14下方有一个丝杠18、四个滑块19、两根导轨20和一个电机21。加载晶圆时，电机21转动通过丝杠18带动平台向机械臂3方向移动，解决机械臂3运动半径不足的问题。晶圆加载结束后，电机21反向旋转，平台退回干涉仪正下方，使得晶圆圆心和干涉仪光束圆心重合，正好测量整个晶圆的平整度数据。
工作原理：在使用该自动晶圆平整度测量装置时，首先，启动控制系统和气源，使自动水平调节的气浮式光学平台支撑架开始工作，三个隔振器11充气后支撑干涉仪框架9以及干涉仪框架9内部安装的干涉仪12、真空吸盘5和移动平台14。将装有晶圆的晶圆盒和装检测完的晶圆的空晶圆盒放置在机械臂工作平台2上的三个晶圆盒固定装置4上，晶圆盒固定装置4上有定位杆22可以对晶圆盒位置精确定位。系统稳定后，可以开始启动平整度测量进程。此时，移动平台14带动真空吸盘5靠近机械臂3，气动的顶杆16升起。机械臂3从晶圆盒固定装置中固定的盛有晶圆的晶圆盒中取出一片晶圆送往真空吸盘5。机械臂3升起，晶圆高度高于限位杆17，当晶圆圆心和真空吸盘5圆心大致重合时。机械臂3下降，晶圆和顶杆16接触；机械臂3进一步下降，晶圆和机械臂3分离，晶圆完全落在顶杆16上，机械臂3退离真空吸盘5。顶杆16支撑着晶圆开始下降，由于限位杆17的作用，晶圆在下落的过程中，逐渐和真空吸盘5同心。顶杆16完全下落后，晶圆落在真空吸盘5上，真空吸盘5表面的负压吸附晶圆背面，晶圆完全贴在真空吸盘5表面。移动平台14带动真空吸盘5退回干涉仪12下方，干涉仪光束圆心和晶圆圆心完全重合，干涉仪12开始测量晶圆表面平整度，采集到的数据传输给计算机，通过开发的软件系统计算可得到晶圆表面的平整度结果。测量结束后，真空吸盘5停止负压吸附晶圆，移动平台14带动真空吸盘5靠近机械臂3。顶杆16升起，支撑晶圆脱离真空吸盘5，机械臂3进入晶圆下表面开始升起，晶圆高度高于限位杆17后，机械臂3带着晶圆退出真空吸盘5。随后，机械臂3将检测结束的晶圆放置到盛放已检测的晶圆盒中。一次检测结束，接下来以相同的流程检测下一片晶圆。本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上说明仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种自动晶圆表面平整度检测装置，其结构包括支撑架（1）、机械臂工作平台（2）、机械臂（3）、晶圆盒固定装置（4）、真空吸盘（5）、卡座（6）、吊环（7）、L型挡板（8）、干涉仪框架（9）、隔振器挡板（10）、隔振器（11）、干涉仪（12）、隔振器安装座（13）、移动平台（14）、高度调整机构（15）、顶杆（16）、限位杆（17）、丝杠（18）、滑块（19）、导轨（20）、电机（21）和定位杆（22）。
2.根据权利要求1所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述支撑架（1）有六个支撑腿，每个支撑腿底部有一个高度调整机构（15），前端的两个支撑腿高度低于后端四个支撑腿，且后端四个支撑腿高度相同，支撑架前端高度较低，支撑机械臂工作平台（2）；支撑架后端的四个支撑腿较高，支撑自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器（3）。
3.根据权利要求2所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述机械臂工作平台（2）中间开有一个孔，孔的形状和机械臂（3）的底座横截面相同，用于安装机械臂（3），机械臂工作平台（2）的前侧和左、右两侧都安装有晶圆盒固定装置（4）。
4.根据权利要求3所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述晶圆盒固定装置（4）上的定位杆（22）可以实现对晶圆盒的定位功能，机械臂（3）可以升降，且升降高度可以满足晶圆盒高度范围，从而可以顺利从晶圆盒中取出所有晶圆或者将检测完成的晶圆放置到晶圆盒中。
5.根据权利要求2所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述支撑自动水平调节的气浮式光学平台支撑架的三个隔振器（11），下方安装在圆形的隔振器安装座（13）中，上方安装在隔振器挡板（10）下端，从而支撑起整个干涉仪框架（9）。
6.根据权利要求5所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述干涉仪框架（9）和支撑架（1）之间，在运输时，通过螺母，将干涉仪框架（9）上的L型挡板（8），和支撑架（1）上的卡座（6）固接，卡座（6）上固定有吊环（7）。
7.根据权利要求5所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述干涉仪框架（9）为长方体结构，采用方形钢焊接而成，设置有三个外置的隔振器挡板（10）。
8.根据权利要求1所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述干涉仪（12）竖直安装在干涉仪框架（9）内部，移动平台（14）安装在干涉仪框架（9）底部，真空吸盘（5）安装在移动平台（14）上。
9.根据权利要求8所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述干涉仪（12）光束轴线和真空吸盘（5）所在平面相垂直。
10.根据权利要求1所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述真空吸盘（5）周围有三个可升降的顶杆（16），加载晶圆时，顶杆（16）升起，为机械臂（3）的进入提供运动空间，晶圆加载结束时，机械臂（3）退出，顶杆（16）降落，晶圆和顶杆（16）分离，落在真空吸盘（5）上。
11.根据权利要求10所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述顶杆（16）和晶圆的接触面为平面。
12.根据权利要求1所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述真空吸盘（5）的最外围还有三个限位杆（17），限位杆（17）用于定位，使得晶圆落在真空吸盘（5）上后，晶圆的圆心和真空吸盘（5）的圆心重合。
13.根据权利要求1所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述移动平台（15）固定在干涉仪框架（9）的底部，带动真空吸盘（5）靠近和远离机械臂。
14.根据权利要求13所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述移动平台（14）下方有一个丝杠（18）、四个滑块（19）、两根导轨（20）和一个电机（21）。
15.根据权利要求14所述的自动晶圆表面平整度检测装置，其特征在于：所述电机（21）在加载晶圆时，带动丝杠（18）旋转，移动平台向机械臂（3）方向移动，解决机械臂（3）运动半径不足的问题，晶圆加载结束后，电机（21）反向旋转，平台退回干涉仪正下方，使得晶圆圆心和干涉仪光束圆心重合，正好测量整个晶圆的平整度数据。
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