CN214039886U - 一种晶圆尺寸测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆尺寸测量系统，包括机架，基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手，进出料系统，微控制电路；所述真空预压共面气浮导轨包括真空预压共面气浮导轨本体，龙门双驱；所述真空预压共面气浮导轨本体通过龙门双驱的驱动可以在基座的XY方向的水平面上自由移动。由于本实用新型采用基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘的结构，避免了传统位移平台堆叠式结构误差叠加变大的问题；采用光谱共焦传感器和显微镜系统的配合实现对晶圆原始尺寸的测量，相较于现有软件类的尺寸测量系统采用的补偿校正原理更能反映晶圆尺寸的真实结果。

Description

一种晶圆尺寸测量系统

技术领域

本实用新型涉及晶圆尺寸测量领域，特别是涉及一种晶圆尺寸测量系统。

背景技术

随着半导体特征尺寸越来越小，加工及测量设备越来越先进，使得晶圆特征尺寸的减小，使得晶圆形貌尺寸的检测变得尤为重要。

现有的晶圆尺寸检测系统存在较大问题：1、无法实现次微米量级的晶圆尺寸的自动化测量；2、位移平台采用传统堆叠式结构误差叠加变大；3、软件类的尺寸测量系统采用的补偿校正原理不能反映晶圆尺寸的真实结果。

鉴于此，本实用新型为此研制出一种晶圆尺寸测量系统。

实用新型内容

本实用新型提供的一种可以实现实现次微米量级的晶圆尺寸的自动化测量，误差小，能够真实反映晶圆尺寸真实结果的晶圆尺寸测量系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型是一种晶圆尺寸测量系统，包括机架，基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手，进出料系统，微控制电路；所述基座为方便加工的大理石材质；所述微控制电路根据反馈信号控制真空预压共面气浮导轨，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手实现位移的精密控制和尺寸测量数据的采集；所述基座、机械手固定于机架上。

所述真空预压共面气浮导轨包括真空预压共面气浮导轨本体，龙门双驱；所述真空预压共面气浮导轨本体放置于基座的上表面；所述真空预压共面气浮导轨本体通过龙门双驱的驱动可以在基座的XY方向的水平面上自由移动。

所述晶圆托盘固定于真空预压共面气浮导轨的上表面，为中部有圆形凸起的陶瓷块。

所述Z轴滑台包括非接触式直线电机，两个定子固定块，两个滑轨,滑块，Z轴滑台悬臂；所述Z轴滑台悬臂固定于机架；所述两个定子固定块分别固定于Z轴滑台悬臂；所述非接触式直线电机位于两个滑轨中间且该电机的定子两端分别固定于两个定子固定块；所述滑块与Z轴滑台悬臂通过两个滑轨连接构成沿Z轴方向的滑动配合。

所述光谱共焦传感器与滑块固定连接，用于感应测试晶圆的尺寸信息，反馈信号到微控制电路。

所述显微镜系统包括物镜，显微镜本体，调焦旋钮；所述显微镜系统与滑块固定连接；所述物镜的轴线与光谱共焦传感器的轴线互相平行；所述显微镜系统用于晶圆位置的定位校准；作为进一步优化，所述显微镜系统可以与高清相机相连，采集晶圆形貌的高清图像。

所述机械手包括机械臂，机械手托盘；所述机械手为三轴机械手，可以控制上下左右方向的移动；所述机械手托盘包括两个机械卡爪，机械卡爪连接板；所述两个机械卡爪的内部间距稍大于晶圆托盘的中部圆形凸起的直径。

所述进出料系统包括进料卡盘，出料卡盘，卡盘座；所述卡盘座固定于机架上；所述进料卡盘，出料卡盘与连接卡盘座连接且为可抽拉替换的结构；所述进料卡盘包括晶圆承托块，卡盘框；左右同一水平面的晶圆承托块之间的空间可以插入机械卡爪。

采用上述方案后，由于本实用新型包括机架，基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手，进出料系统，微控制电路实现次微米量级的晶圆尺寸的自动化测量；采用基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘的结构(平面度≤0.5um)，避免了传统位移平台堆叠式结构误差叠加变大的问题；采用光谱共焦传感器和显微镜系统的配合实现对晶圆原始尺寸的测量，相较于现有软件类的尺寸测量系统采用的补偿校正原理更能反映晶圆尺寸的真实结果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型晶圆托盘的结构示意图；

图3是本实用新型机械手托盘的结构示意图；

图4是本实用新型进料卡盘的结构示意图。

标号说明

机架1，基座2，真空预压共面气浮导轨3，晶圆托盘4，Z轴滑台5，光谱共焦传感器6，显微镜系统7，机械手8，进出料系统9；

真空预压共面气浮导轨本体31，龙门双驱32；

定子固定块51，滑轨52,滑块53，Z轴滑台悬臂54；

物镜71，显微镜本体72，调焦旋钮73；

机械臂81，机械手托盘82；

进料卡盘91，出料卡盘92，卡盘座93。

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型是一种晶圆尺寸测量系统，包括机架 1，基座2，真空预压共面气浮导轨3，晶圆托盘4，Z轴滑台5，光谱共焦传感器6，显微镜系统7，机械手8，进出料系统9，微控制电路；所述基座2为方便加工的大理石材质；所述微控制电路根据反馈信号控制真空预压共面气浮导轨3，Z轴滑台5，光谱共焦传感器6，显微镜系统7，机械手8实现位移的精密控制和尺寸测量数据的采集；所述基座2、机械手8固定于机架1上。

所述真空预压共面气浮导轨3包括真空预压共面气浮导轨本体 31，龙门双驱32；所述真空预压共面气浮导轨本体31放置于基座2 的上表面；所述真空预压共面气浮导轨本体31通过龙门双驱32的驱动可以在基座2的XY方向的水平面上自由移动。

如图1、图2所示，所述晶圆托盘4固定于真空预压共面气浮导轨3的上表面，为中部有圆形凸起的陶瓷块。

如图1所示，所述Z轴滑台5包括非接触式直线电机(图中未视)，两个定子固定块51，两个滑轨52,滑块53，Z轴滑台悬臂54；所述Z 轴滑台悬臂54固定于机架1；所述两个定子固定块51分别固定于Z 轴滑台悬臂54；所述非接触式直线电机位于两个滑轨52中间且该电机的定子两端分别固定于两个定子固定块51；所述滑块52与Z轴滑台悬臂54通过两个滑轨52连接构成沿Z轴方向的滑动配合。

所述光谱共焦传感器6与滑块53固定连接，用于感应测试晶圆的尺寸信息，反馈信号到微控制电路。

所述显微镜系统7包括物镜71，显微镜本体72，调焦旋钮73；所述显微镜系统7与滑块53固定连接；所述物镜71的轴线与光谱共焦传感器6的轴线互相平行；所述显微镜系统7用于晶圆位置的定位校准；作为进一步优化，所述显微镜系统7可以与高清相机相连，采集晶圆形貌的高清图像。

如图1、图3所示，所述机械手8包括机械臂81，机械手托盘 82；所述机械手8为三轴机械手，可以控制上下左右方向的移动；所述机械手托盘82包括两个机械卡爪821，机械卡爪连接板822；所述两个机械卡爪821的内部间距稍大于晶圆托盘4的中部圆形凸起的直径。

如图1、图4所示，所述进出料系统9包括进料卡盘91，出料卡盘92，卡盘座93；所述卡盘座93固定于机架1上；所述进料卡盘 91，出料卡盘92与连接卡盘座93连接且为可抽拉替换的结构；所述进料卡盘91包括晶圆承托块911，卡盘框912；左右同一水平面的晶圆承托块911之间的空间可以插入机械卡爪821。

本实用新型的工作原理如下：

参照图1所示，本实用新型一种晶圆尺寸测量系统，包括以下步骤：

S1、系统初始化：真空预压共面气浮导轨3，Z轴滑台5，光谱共焦传感器6，显微镜系统7，机械手8各自运行到初始位置；测量系统预先根据晶圆的测试要求预先设定n个测试点位；

S2、晶圆准备：机械手8根据微控制电路的控制信号从进料卡盘 91拾取晶圆，并放到晶圆托盘4；

S3、晶圆定位校准：显微镜系统7通过物镜71和微控制电路判别机械手8放置的晶圆位置是否准确；若晶圆放置的位置不准确则微控制电路控制机械手8调整该晶圆位置直到准确定位；

S4、晶圆点位1检测：光谱共焦传感器6感应测试晶圆的尺寸信息，反馈信号到微控制电路，采集测试数据；

S5、晶圆点位2-n检测：根据预设点位，微控制电路控制真空预压共面气浮导轨3运动到下一测试点位，然后光谱共焦传感器6感应测试晶圆的尺寸信息，反馈信号到微控制电路，采集测试数据；

S6、完成测试：机械手8取下晶圆放置到出料卡盘92，完成该片晶圆测试；

S7、生成数据信息：微控制电路根据采集到的测试数据测算TTV 总厚度变化，BOW弯曲度，Wrap翘曲度等晶圆形貌信息；

重复S2-S7步骤直至进料卡盘91内所有的晶圆均完成尺寸检测。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：包括机架，基座，真空预压共面气浮导轨，晶圆托盘，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手，进出料系统，微控制电路；所述基座为方便加工的大理石材质；所述微控制电路根据反馈信号控制真空预压共面气浮导轨，Z轴滑台，光谱共焦传感器，显微镜系统，机械手实现位移的精密控制和尺寸测量数据的采集；所述基座、机械手固定于机架上；

所述真空预压共面气浮导轨包括真空预压共面气浮导轨本体，龙门双驱；所述真空预压共面气浮导轨本体放置于基座的上表面；

所述Z轴滑台包括非接触式直线电机，两个定子固定块，两个滑轨,滑块，Z轴滑台悬臂；所述Z轴滑台悬臂固定于机架；所述两个定子固定块分别固定于Z轴滑台悬臂；

所述显微镜系统包括物镜，显微镜本体，调焦旋钮；所述显微镜系统与滑块固定连接；

所述机械手包括机械臂，机械手托盘；所述机械手为三轴机械手，可以控制上下左右方向的移动；所述机械手托盘包括两个机械卡爪，机械卡爪连接板；

所述进出料系统包括进料卡盘，出料卡盘，卡盘座；所述卡盘座固定于机架上。

2.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述真空预压共面气浮导轨本体通过龙门双驱的驱动可以在基座的XY方向的水平面上自由移动。

3.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述晶圆托盘固定于真空预压共面气浮导轨的上表面，为中部有圆形凸起的直径的陶瓷块。

4.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述非接触式直线电机位于两个滑轨中间且且该电机的定子两端分别固定于两个定子固定块；所述滑块与Z轴滑台悬臂通过两个滑轨连接构成沿Z轴方向的滑动配合。

5.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述光谱共焦传感器与滑块固定连接，用于感应测试晶圆的尺寸信息，反馈信号到微控制电路。

6.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述物镜的轴线与光谱共焦传感器的轴线互相平行；所述显微镜系统用于晶圆位置的定位校准；所述显微镜系统可以与高清相机相连，采集晶圆形貌的高清图像。

7.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述两个机械卡爪的内部间距稍大于晶圆托盘的中部圆形凸起的直径。

8.如权利要求1所述的一种晶圆尺寸测量系统，其特征在于：所述进料卡盘，出料卡盘与连接卡盘座连接且为可抽拉替换的结构；所述进料卡盘包括晶圆承托块，卡盘框；左右同一水平面的晶圆承托块之间的空间可以插入机械卡爪。

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