CN116093011A - 一种晶圆检测用多自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆检测用多自由度运动平台，涉及圆晶检测设备技术领域。该晶圆检测用多自由度运动平台，包括底架、控制器、X轴驱动装置、Y轴驱动装置以及两组光栅尺、读数头。本发明通过第一直线驱动器可带动承托块上升和下降，以方便放置圆晶，同时，在侧面检测厚度的传感装置运用时，第一直线驱动器也可以作为运动平台的Z轴使用，当检测不同直径的圆晶时，通过控制器同步控制四组第二直线驱动器动作，控制承托块聚拢或者分离，从而实现调整夹持范围大小的目的，通过四组第一导向柱使得第一直线驱动器带动浮动块升降时保持垂直运动，通过第二导向柱使得调节承托块夹持范围时运动平稳。

Description

一种晶圆检测用多自由度运动平台

技术领域

本发明涉及圆晶检测设备技术领域，具体为一种晶圆检测用多自由度运动平台。

背景技术

平整度是圆晶最主要的参数之一，主要是因为光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的，圆晶平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化，常用两组上下相对的光谱聚焦传感器进行检测圆晶的上表面和下表面，早期圆晶的平面度及厚度检测平台主要为机械导轨平台，受机械导轨精度和零件加工精度限制，机械导轨平台的载物平面跳动只能做到几个微米，导致检测精度有限，随着技术发展，技术人员开发出采用双向气浮结构制成运动平台，其摩擦力相当小，大大提高了运动平台的运动精度，从而提高了检测精度，如中国专利公开号CN207936918U，其提出一种用于晶圆厚度及弯曲度检测的运动平台，包括基座、Y1向气浮导轨、Y2向气浮导轨、Y1向气浮滑块、Y2向气浮滑块、X1向气浮横梁导轨、X2向气浮横梁导轨、Y1向驱动连接件、Y2向驱动连接件、X1向气浮滑块、X2向气浮滑块、载物板、Y1向电机定子、Y1向电机动子、Y2向电机定子、Y2向电机动子、X1向电机定子1、X2向电机定子2、上光谱共焦传感器、Z轴滑台和下光谱聚焦传感器；

上文所述技术中，采用XY双向双驱气浮导轨，可使载物平面跳动1个微米，以满足行业日愈严格的检测要求，同时可实现运动的多自由度要求，但是目前来说，随着生产技术的提高，圆晶的直径规格朝着越来越大的趋势发展，而上文所提及的技术以及市面其他常见的检测运动平台，均不具备根据圆晶直径去调整夹持范围的功能，如上文所提及的技术，在原有的开孔载物台上测量直径更大的圆晶时，圆晶直径大于其载物台开孔直径，必然导致下光谱聚焦传感器检测不到被载物台遮挡住的范围，平面度检测，至少需要检测出圆晶上呈十字状交的两条直径线，若要测量不同直径的圆晶时，只能更换载物台，非常不方便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种晶圆检测用多自由度运动平台，解决了现有技术中测量圆晶的运动平台无法根据圆晶直径大小不同进行适配的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种晶圆检测用多自由度运动平台，包括底架、控制器、X轴驱动装置、Y轴驱动装置以及两组光栅尺、读数头，所述底架上端从下到上依次固定连接有台面、基准座，所述基准座上壁且靠近四角位置均固定连接有固定座，四组所述固定座中前后相邻的两组之间均固定连接有Y轴导向轨，两组所述Y轴导向轨相对依次之间均通过Y轴气浮装置滑动连接有连接板，所述Y轴驱动装置设置在Y轴气浮装置与基准座之间，两组所述连接板相对一侧之间且靠近连接板的前后两端均固定连接有X轴导向轨，两组所述X轴导向轨上壁通过两组X轴气浮装置滑动连接有载物台，所述X轴驱动装置设置在X轴气浮装置与基准座之间，所述Y轴气浮装置与Y轴导向轨之间、X轴气浮装置与X轴导向轨之间分别通过两组光栅尺和读数头进行确认位置，所述载物台上设置有用于夹持圆晶以方便检测的夹持结构，所述夹持结构包括：挡圈，所述载物台内壁且居中位置设置有呈上下贯通的通孔，所述挡圈固定连接在载物台下壁且位于通孔外侧，所述挡圈内侧壁与载物台通孔内侧壁俯视投影重合，所述挡圈内壁设置有四组呈等分设置的长条孔，四组所述长条孔长度方向与挡圈轴心线平行；四组浮动块，四组所述浮动块呈四等分分布设置在载物台下壁且均位于挡圈外围，四组所述浮动块分别位于挡圈圆心到四组长条孔中心连线的延长线上；用于驱动浮动块升降活动的升降驱动组件，所述升降驱动组件设置在浮动块与载物台之间；用于升降驱动组件动作时对浮动块进行导向的第一导向结构，所述第一导向组件设置在浮动块与载物台之间；

用于承托圆晶以方便检测的四组承托块，四组所述承托块通过直径调节结构设置在四组浮动块相对的一侧之间且均位于挡圈内部；用于直径调节结构调节四组承托块位置时进行导向的第二导向结构，所述第二导向结构设置在承托块与浮动块之间。

优选的，所述承托块朝向挡圈中心的一侧与上壁之间设置有台阶，所述台阶内侧下壁固定连接有防滑层。

优选的，所述升降驱动组件包括两组第一直线驱动器，两组所述第一直线驱动器均固定连接在浮动块下壁且均位于浮动块中心到挡圈圆心连线的两侧，两组所述第一直线驱动器伸出轴均贯穿浮动块并伸出至浮动块上侧，两组所述第一直线驱动器伸出轴端部均与载物台下壁固定连接。

优选的，所述第一导向结构包括四组第一导向柱，四组所述第一导向柱均呈上下贯穿设置在浮动块内壁且分别位于浮动块俯视投影四角位置，四组所述第一导向柱上端均与载物台下壁固定连接。

优选的，所述浮动块俯视投影四角位置均设置有第一导向孔，四组所述第一导向柱分别滑动连接在四组第一导向孔内侧壁，所述浮动块通过第一导向柱、第一导向孔与载物台滑动连接。

优选的，所述直径调节结构为第二直线驱动器，所述浮动块内壁设置有呈上下贯通的安装腔，所述第二直线驱动器固定连接在安装腔靠近挡圈中心的内侧壁，所述第二直线驱动器伸出轴依次贯穿浮动块侧壁、长条孔内侧壁并伸入至挡圈内部，所述承托块固定连接在第二直线驱动器伸出轴端部。

优选的，所述第二导向结构包括两组第二导向柱，两组所述第二导向柱均固定连接在承托块远离挡圈中心的一侧且分别位于直径调节结构的两侧，两组所述第二导向柱远离承托块的一端均贯穿长条孔并伸出至挡圈外侧，两组所述第二导向柱位于挡圈外侧的一端均与浮动块滑动连接。

优选的，所述浮动块朝向挡圈的一侧且位于直径调节结构两侧设置有两组第二导向孔，两组所述第二导向柱远离承托块的一端分别与两组第二导向孔滑动连接。

本发明提供了一种晶圆检测用多自由度运动平台。具备以下有益效果：

本发明相比现有技术，该晶圆检测用多自由度运动平台，通过第一直线驱动器带动浮动块上升以及下降，从而可带动承托块上升和下降，以方便将承托块伸出至载物台上表面，从而方便向承托块上放置圆晶，摆放完成后，在通过控制器控制第一直线驱动器带动放有圆晶的承托块下降至检测高度，检测完成后，再次升起，以方便取下圆晶，同时，在侧面检测厚度的传感装置运用时，第一直线驱动器也可以作为运动平台的Z轴使用，当检测不同直径的圆晶时，通过控制器同步控制四组第二直线驱动器动作，控制承托块聚拢或者分离，从而实现调整夹持范围大小的目的。

本发明相比现有技术，该晶圆检测用多自由度运动平台，通过四组第一导向柱使得第一直线驱动器带动浮动块升降时保持垂直运动，通过第二导向柱使得调节承托块夹持范围时运动平稳。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明图1中A处的局部放大图；

图3为本发明浮动块与载物台连接结构侧面局部剖视图；

图4为本发明浮动块俯视结构示意图；

图5为本发明浮动块俯视状态内部结构剖视图；

图6为本发明承托块结构示意图。

其中，1、底架；2、台面；3、基准座；4、固定座；5、Y轴导向轨；6、Y轴气浮装置；7、连接板；8、X轴导向轨；9、X轴气浮装置；10、载物台；11、挡圈；12、承托块；13、台阶；14、防滑层；15、浮动块；16、第一导向柱；17、第一导向孔；18、第一直线驱动器；19、安装腔；20、第二直线驱动器；21、第二导向柱；22、第二导向孔；23、长条孔。

实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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没有做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。

实施例

如图1到图6所示，本发明实施例提供一种晶圆检测用多自由度运动平台，包括底架1、控制器、X轴驱动装置、Y轴驱动装置以及两组光栅尺、读数头，底架1上端从下到上依次固定连接有台面2、基准座3，基准座3上壁且靠近四角位置均固定连接有固定座4，四组固定座4中前后相邻的两组之间均固定连接有Y轴导向轨5，两组Y轴导向轨5相对依次之间均通过Y轴气浮装置6滑动连接有连接板7，Y轴驱动装置设置在Y轴气浮装置6与基准座3之间，两组连接板7相对一侧之间且靠近连接板7的前后两端均固定连接有X轴导向轨8，两组X轴导向轨8上壁通过两组X轴气浮装置9滑动连接有载物台10，X轴驱动装置设置在X轴气浮装置9与基准座3之间，Y轴气浮装置6与Y轴导向轨5之间、X轴气浮装置9与X轴导向轨8之间分别通过两组光栅尺和读数头进行确认位置，载物台10上设置有用于夹持圆晶以方便检测的夹持结构，夹持结构包括：四组浮动块15、挡圈11、用于驱动浮动块15升降活动的升降驱动组件、用于升降驱动组件动作时对浮动块15进行导向的第一导向结构、用于承托圆晶以方便检测的四组承托块12以及用于直径调节结构调节四组承托块12位置时进行导向的第二导向结构，该平台，通过设置的Y轴气浮装置6、Y轴导向轨5、X轴气浮装置9以及X轴导向轨8，使得载物台10可多自由度运动，跳动小，运动精度高；

载物台10内壁且居中位置设置有呈上下贯通的通孔，挡圈11固定连接在载物台10下壁且位于通孔外侧，挡圈11内侧壁与载物台10通孔内侧壁俯视投影重合，挡圈11内壁设置有四组呈等分设置的长条孔23，四组长条孔23长度方向与挡圈11轴心线平行，设置长条孔23是为了第一直线驱动器18带动浮动块15升降时给第二直线驱动器20以及第二导向柱21提供避让空间；

四组浮动块15呈四等分分布设置在载物台10下壁且均位于挡圈11外围，四组浮动块15分别位于挡圈11圆心到四组长条孔23中心连线的延长线上，四组浮动块15呈等分分布，使得基于浮动块15安装的承托块12与圆晶接触时也只接触等分分布的四个点，仍留有较大范围的圆周外壁以供检测；

升降驱动组件设置在浮动块15与载物台10之间，升降驱动组件包括两组第一直线驱动器18，两组第一直线驱动器18均固定连接在浮动块15下壁且均位于浮动块15中心到挡圈11圆心连线的两侧，两组第一直线驱动器18伸出轴均贯穿浮动块15并伸出至浮动块15上侧，两组第一直线驱动器18伸出轴端部均与载物台10下壁固定连接，第一直线驱动器18用于摆放以及取下圆晶时带动承托块12升降，同时运用在侧面检测传感器检测时，可作为Z轴使用；

第一导向组件设置在浮动块15与载物台10之间，第一导向结构包括四组第一导向柱16，四组第一导向柱16均呈上下贯穿设置在浮动块15内壁且分别位于浮动块15俯视投影四角位置，四组第一导向柱16上端均与载物台10下壁固定连接，浮动块15俯视投影四角位置均设置有第一导向孔17，四组第一导向柱16分别滑动连接在四组第一导向孔17内侧壁，浮动块15通过第一导向柱16、第一导向孔17与载物台10滑动连接，第一导向柱16对浮动块15升降运动时进行导向以维持其运动精度；

四组承托块12通过直径调节结构设置在四组浮动块15相对的一侧之间且均位于挡圈11内部，直径调节结构为第二直线驱动器20，浮动块15内壁设置有呈上下贯通的安装腔19，第二直线驱动器20固定连接在安装腔19靠近挡圈11中心的内侧壁，第二直线驱动器20伸出轴依次贯穿浮动块15侧壁、长条孔23内侧壁并伸入至挡圈11内部，承托块12固定连接在第二直线驱动器20伸出轴端部，承托块12朝向挡圈11中心的一侧与上壁之间设置有台阶13，台阶13内侧下壁固定连接有防滑层14，当检测不同直径的圆晶时，通过第二直线驱动器20伸出以及缩回带动四组承托块12相互靠近以及相互远离，从而达到调节夹持范围的目的；

第二导向结构设置在承托块12与浮动块15之间，第二导向结构包括两组第二导向柱21，两组第二导向柱21均固定连接在承托块12远离挡圈11中心的一侧且分别位于直径调节结构的两侧，两组第二导向柱21远离承托块12的一端均贯穿长条孔23并伸出至挡圈11外侧，两组第二导向柱21位于挡圈11外侧的一端均与浮动块15滑动连接，浮动块15朝向挡圈11的一侧且位于直径调节结构两侧设置有两组第二导向孔22，两组第二导向柱21远离承托块12的一端分别与两组第二导向孔22滑动连接，调节四组承托块12相对位置时，通过第二导向柱21与第二导向孔22配合维持其运动精度。

工作原理：通过设置的Y轴气浮装置6、Y轴导向轨5、X轴气浮装置9以及X轴导向轨8，使得载物台10可多自由度运动，跳动小，运动精度高，四组浮动块15呈等分分布，使得基于浮动块15安装的承托块12与圆晶接触时也只接触等分分布的四个点，仍留有较大范围的圆周外壁以供检测，第一直线驱动器18用于摆放以及取下圆晶时带动承托块12升降，同时运用在侧面检测传感器检测时，可作为Z轴使用，第一导向柱16对浮动块15升降运动时进行导向以维持其运动精度，当检测不同直径的圆晶时，通过第二直线驱动器20伸出以及缩回带动四组承托块12相互靠近以及相互远离，从而达到调节夹持范围的目的，调节四组承托块12相对位置时，通过第二导向柱21与第二导向孔22配合维持其运动精度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种晶圆检测用多自由度运动平台，包括底架（1）、控制器、X轴驱动装置、Y轴驱动装置以及两组光栅尺、读数头，其特征在于：所述底架（1）上端从下到上依次固定连接有台面（2）、基准座（3），所述基准座（3）上壁且靠近四角位置均固定连接有固定座（4），四组所述固定座（4）中前后相邻的两组之间均固定连接有Y轴导向轨（5），两组所述Y轴导向轨（5）相对依次之间均通过Y轴气浮装置（6）滑动连接有连接板（7），所述Y轴驱动装置设置在Y轴气浮装置（6）与基准座（3）之间，两组所述连接板（7）相对一侧之间且靠近连接板（7）的前后两端均固定连接有X轴导向轨（8），两组所述X轴导向轨（8）上壁通过两组X轴气浮装置（9）滑动连接有载物台（10），所述X轴驱动装置设置在X轴气浮装置（9）与基准座（3）之间，所述Y轴气浮装置（6）与Y轴导向轨（5）之间、X轴气浮装置（9）与X轴导向轨（8）之间分别通过两组光栅尺和读数头进行确认位置，所述载物台（10）上设置有用于夹持圆晶以方便检测的夹持结构。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：

所述夹持结构包括：

挡圈（11），所述载物台（10）内壁且居中位置设置有呈上下贯通的通孔，所述挡圈（11）固定连接在载物台（10）下壁且位于通孔外侧，所述挡圈（11）内侧壁与载物台（10）通孔内侧壁俯视投影重合，所述挡圈（11）内壁设置有四组呈等分设置的长条孔（23），四组所述长条孔（23）长度方向与挡圈（11）轴心线平行；

四组浮动块（15），四组所述浮动块（15）呈四等分分布设置在载物台（10）下壁且均位于挡圈（11）外围，四组所述浮动块（15）分别位于挡圈（11）圆心到四组长条孔（23）中心连线的延长线上；

用于驱动浮动块（15）升降活动的升降驱动组件，所述升降驱动组件设置在浮动块（15）与载物台（10）之间；

用于升降驱动组件动作时对浮动块（15）进行导向的第一导向结构，所述第一导向组件设置在浮动块（15）与载物台（10）之间；

用于承托圆晶以方便检测的四组承托块（12），四组所述承托块（12）通过直径调节结构设置在四组浮动块（15）相对的一侧之间且均位于挡圈（11）内部；

用于直径调节结构调节四组承托块（12）位置时进行导向的第二导向结构，所述第二导向结构设置在承托块（12）与浮动块（15）之间；

所述承托块（12）朝向挡圈（11）中心的一侧与上壁之间设置有台阶（13），所述台阶（13）内侧下壁固定连接有防滑层（14）。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述升降驱动组件包括两组第一直线驱动器（18），两组所述第一直线驱动器（18）均固定连接在浮动块（15）下壁且均位于浮动块（15）中心到挡圈（11）圆心连线的两侧，两组所述第一直线驱动器（18）伸出轴均贯穿浮动块（15）并伸出至浮动块（15）上侧，两组所述第一直线驱动器（18）伸出轴端部均与载物台（10）下壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述第一导向结构包括四组第一导向柱（16），四组所述第一导向柱（16）均呈上下贯穿设置在浮动块（15）内壁且分别位于浮动块（15）俯视投影四角位置，四组所述第一导向柱（16）上端均与载物台（10）下壁固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述浮动块（15）俯视投影四角位置均设置有第一导向孔（17），四组所述第一导向柱（16）分别滑动连接在四组第一导向孔（17）内侧壁，所述浮动块（15）通过第一导向柱（16）、第一导向孔（17）与载物台（10）滑动连接。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述直径调节结构为第二直线驱动器（20），所述浮动块（15）内壁设置有呈上下贯通的安装腔（19），所述第二直线驱动器（20）固定连接在安装腔（19）靠近挡圈（11）中心的内侧壁，所述第二直线驱动器（20）伸出轴依次贯穿浮动块（15）侧壁、长条孔（23）内侧壁并伸入至挡圈（11）内部，所述承托块（12）固定连接在第二直线驱动器（20）伸出轴端部。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述第二导向结构包括两组第二导向柱（21），两组所述第二导向柱（21）均固定连接在承托块（12）远离挡圈（11）中心的一侧且分别位于直径调节结构的两侧，两组所述第二导向柱（21）远离承托块（12）的一端均贯穿长条孔（23）并伸出至挡圈（11）外侧，两组所述第二导向柱（21）位于挡圈（11）外侧的一端均与浮动块（15）滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆检测用多自由度运动平台，其特征在于：所述浮动块（15）朝向挡圈（11）的一侧且位于直径调节结构两侧设置有两组第二导向孔（22），两组所述第二导向柱（21）远离承托块（12）的一端分别与两组第二导向孔（22）滑动连接。

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