CN216595384U - 晶圆处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了晶圆处理装置，包括水平对接的转盘处理组件和上料卸料组件，其特征在于，所述转盘处理组件包括可转动的转盘组件、推送机构和对接接触组件；所述对接接触组件用于测试和处理晶圆，所述推送机构推动所述晶圆与所述对接接触组件接触；所述转盘组件设有若干工位，每个所述工位设有用于放置所述晶圆的晶圆载体，所述晶圆载体与真空系统连通；所述上料卸料组件包括输入装置、输出装置和机械手，所述机械手把未处理的晶圆从输入装置输送到晶圆载体，并把处理后的晶圆输送到输出装置。该技术方案可以利用多个工位对晶圆同时做不同处理，提高生产效率；利用真空吸附，成为无套件kit装置，适应各种尺寸晶圆。

Description

晶圆处理装置

技术领域

本实用新型涉及晶圆测试技术领域，具体涉及一种晶圆处理装置。

背景技术

晶圆是在圆硅片上已形成芯片阵列的硅圆片。晶圆在送到封装厂前，通常要对晶圆上每个芯片进行测试，不合格的芯片会标上记号并淘汰，以确保出产的每个芯片的正常功能和性能，该过程也被称为中间测试（中测）。

目前晶圆测试中应用最为广泛的是使用探针台等设备完成测试操作。其中，探针台包括单工位探针台、手动探针台或半自动探针台。现有晶圆测试虽然已经实现自动化测试，但仍存在测试效率低（例如，每次只能测试1片晶圆）、不能适应各类晶圆尺寸等技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的晶圆测试装置测试效率低、不能适应各种尺寸的晶圆。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种晶圆处理装置，包括水平对接的转盘处理组件和上料卸料组件，所述转盘处理组件包括可转动的转盘组件、推送机构和对接接触组件；

所述对接接触组件用于测试和处理晶圆，所述推送机构推动所述晶圆与所述对接接触组件接触；

所述转盘组件设有若干工位，每个所述工位设有用于放置所述晶圆的晶圆载体，所述晶圆载体与真空系统连通；

所述上料卸料组件包括输入装置、输出装置和机械手，所述机械手把未处理的晶圆从输入装置输送到晶圆载体，并把处理后的晶圆输送到输出装置。

进一步地，所述上料卸料组件还包括扫描定位组件，所述扫描定位组件包括基座、与所述基座相连的电机、与所述电机相连的吸盘和传感器；

其中，通过所述机械手将所述晶圆放置在所述吸盘上，通过所述传感器扫描并确定所示晶圆的朝向，通过所述电机转动所述晶圆。

进一步地，所述晶圆载体设有若干与所述真空系统连通的孔和沟槽；所述晶圆载体设有定位用的凸缘，所述凸缘与所述转盘组件上的定位件相配合。

进一步地，所述对接接触组件安装有探针或插座或激励系统，所述探针或所述插座或所述激励系统与测试仪器相连。

进一步地，所述推送机构连接到所述晶圆载体，所述推送机构推动所述晶圆载体沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向或θ轴方向移动，所述θ轴方向为转动方向；所述推送机构在所述X轴方向、Y轴方向、Z轴方向和θ轴方向上均设有导向机构和驱动机构。

进一步地，所述推送机构在X、Y和Z轴方向上分别设有导轨、轴基座和驱动装置，在θ轴方向上设有θ轴基座、θ轴驱动装置、θ轴转动导向轴承，所述θ轴转动导向轴承连接有θ轴延长部，所述θ轴延长部连接有推送部，所述推送部用于推送所述晶圆。

进一步地，所述推送部连接主动热浴系统，所述主动热浴系统使所述晶圆在位于所述推送机构上、进行测试或进行其它处理时保持在指定温度。

进一步地，所述转盘处理组件还设有用于冷却/加热所述晶圆的热浴机构；所述热浴机构设有冷/热板，所述冷/热板设有冷却/加热器。

进一步地，所述热浴机构设有下冷/热板和/或上冷/热板，所述下冷/热板和所述上冷/热板分别设有冷却/加热器；

所述热浴机构还包括驱动装置，所述驱动装置驱动所述下冷/热板向上运动；所述冷/热板设有连接到真空系统的孔道，用于吸附所述晶圆载体。

进一步地，所述推送机构还包括视觉系统，所述视觉系统设有至少一个相机和控制系统，用来检查转盘组件和晶圆的状态；所述晶圆处理装置的机架上设有罩壳，所述罩壳内填充正压保护气体。

本实用新型取得了以下有益效果：

（1）本实用新型的晶圆处理装置有多个工位，可以利用多个工位对晶圆同时做不同处理，例如前后工位做预处理和后处理，核心工位只做关键测试，也可以多个工位同步做处理，通过此类并行可以提高生产效率。

（2）本实用新型的晶圆载体，利用真空吸附，成为无套件kit装置，适应各种尺寸晶圆。

（3）本实用新型可以通过改变上下料装置和载体，成为成品或半成品集成电路处理装置。

附图说明

图1为晶圆测试装置整体示意图；

图2为晶圆测试装置整体透视图；

图3为晶圆测试装置俯视图；

图4晶圆载体示意图；

图5为热浴机构示意图；

图6-7为推送机构示意图；

图8为扫描定位组件示意图。

附图标记:100-晶圆处理装置；101-转盘处理组件；102-上料卸料组件；104-转盘组件；105-晶圆载体；106-热浴机构；107-推送机构；108-对接接触组件；109-晶圆匣；110-机械手；111-扫描定位组件；112-晶圆；120-孔；121-沟槽；122-凸缘；123-基准标记；124-驱动装置；125-下冷/热板；126-上冷/热板；128-装置支架；130-基座；131-Z轴导轨；132-Z轴基座；133-Y轴基座；134-Y轴导轨；135-Y轴驱动装置；136-X轴基座；137-X轴导轨；138-X轴驱动装置；139-θ轴基座；140-θ轴驱动装置；141-θ轴转动导向轴承；142-θ轴延长部；143-推送部；144-热浴系统；150-基座；151-伺服电机；152-吸盘；153-传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型要求保护的技术方案做进一步清楚的描述。

实施例1

本实用新型提供的晶圆处理装置100包括水平对接的转盘处理组件101和上料卸料组件102，所述转盘处理组件101包括被驱动装置驱动的可转动的转盘组件104、推送机构107和对接接触组件108。

如图2-3所示，转盘处理组件101包括设有多个工位的转盘组件104。多工位的转盘组件104包括被驱动装置驱动的转盘，驱动装置固定在机台上，转盘上均匀分布有多个工位。工位数量根据实际需要而定，可以在4个以上，优选的方案是设置4～32个工位。本实施例设置6个工位。在多个工位中，其中一个或2个靠近上料卸料组件102的工位被用作上下料对接工位，其余为根据工艺不同对晶圆112进行各种测试和处理的处理工位。转盘还具有多个定位装置，用于限制晶圆载体105位置，并构成均匀分布的工位。

如图2-4所示，转盘组件104的每个工位都装有一个晶圆载体105。晶圆载体105上设有若干通往真空系统的孔120和沟槽121，通过真空吸力可以把晶圆112吸附固定在晶圆载体105上，真空接口处由密封圈密封。晶圆载体105还可以设有限制晶圆112的凸缘122和任何其它起相同定位作用的结构，用于保持晶圆112的位置，同时起到保护和支撑晶圆112的作用。晶圆载体105上具有至少一个基准标记123，经常用标记边或标记点。

其中，晶圆载体105可以由铝，铜合金或工程塑料等制成。晶圆载体105在处理工位处并不固定死在转盘上，它可以连接在处理装置100上移动。

如图5所示，转盘处理组件101还包括热浴机构106。热浴机构106可以把晶圆和晶圆载体加热到所需的温度，例如-55～+155℃。对于冷却，可以使热浴机构区域保持在保护气氛中，例如低露点的干燥空气或氮气，避免凝水。具体地，热浴装置106具有下冷/热板125和/或上冷/热板126。根据需要，下冷/热板125和上冷/热板126可以只安装一个或同时安装。冷/热板内有电热器、热交换器或电制冷器，用于加热/冷却。冷/热板还具有与外界相连的管线接头127，用于获取电能或制冷液。

冷/热板上同时还具有连接到真空系统的孔道，可以吸附晶圆载体105，并将晶圆载体连接到真空系统。热浴机构106还包括驱动装置124和装置支架128。驱动装置124可以驱动下冷/热板125上举，接触晶圆载体105，以实现热传导；也可以继续上举，直至把晶圆载体105举到与上冷/热板126贴合，实现更高效率的热传导。

如图2-3所示，转盘处理组件101包括对接接触组件108，在该处测试和处理晶圆112。根据生产需要的不同，对接接触组件108的数量可设为1个或多个。对接接触组件108根据需要可安装探针卡（具有多根测试探针的电路板）或插座或MEMS激励装置等装置，并与测试仪器相连。其中，激励装置可以包括磁性激励装置、压力激励装置、真空激励装置、温度激励装置或湿度激励装置等。推送机构107推动晶圆112与探针卡等接触，进行晶圆处理或测试。对接接触组件上具有基准标记。

如图6-7为设置在转盘处理组件101中的推送机构107和相应的控制系统。其中，推送机构107为多轴推送机构，可以连接到晶圆载体105，使晶圆载体105沿X轴方向，Y轴方向和θ方向移动（θ方向指转动），并沿Z轴推送晶圆112，以使晶圆112相对于接触对接组件108上的探针或探针卡或插座等对准并接触，进行晶圆测试。

具体地，推送机构107包括装置基座130、Z轴导轨131、Z轴基座132、Y轴基座133、Y轴导轨134、Y轴驱动装置135、X轴基座136、X轴导轨137、X轴驱动装置138、θ轴基座139、θ轴驱动装置140、θ轴转动导向轴承141、与θ轴转动导向轴承141连接的θ轴延长部142、与θ轴延长部142连接的推送部143、热浴系统144以及未在图上显示的Z轴驱动装置。

热浴系统144设置在推送机构107的端部，具有一个冷/热板，工作原理等同于热浴机构106中的冷/热板，通过电加热和电制冷/热交换器制冷，使晶圆112在位于推送机构上、在测试或进行其它处理时也保持在指定温度。并且使对接接触组件108的探针或插口也保持在指定温度。同样地，在热浴系统附近填充保护性干气氛避免凝水凝霜。

推送机构107为X-Y-Z-θ四轴系统，每一轴向都有相应的导向装置，驱动装置。导向装置为直线导轨。驱动装置为直线电机或伺服电机驱动的滚珠丝杠。Z轴（重力方向）是滚珠丝杠可以锁定升降位置，防止坠落，并且具有大的推力。经过优选的四轴装置具有大接触推力与系统刚性，并且具有高移动速度。因而可以用于磁性传感器、惯性传感器的测试，并可用于压力传感器的测试。经过优选的多轴推送装置可以推送其推送部、晶圆、晶圆载体、与对接接触组件强力贴合，形成封闭腔体，用于压力等激励测试。

转盘处理组件101还包括未在附图中示出的视觉系统。具体地，该视觉系统设置在推送机构107上。该视觉系统具有至少一个相机和控制系统，用来检查转盘和晶圆的状态。视觉校准系统通过相机和控制系统，测量晶圆上的至少一个基准标记位置，并且测量对接接触装置108上的基准标记位置，计算两者的偏移。推送机构107的控制系统与视觉系统可交换信息，以使推送机构107的控制系统获得晶圆位置，控制X-Y-Z-θ运动，以对准对接接触组件108。

如图2所示，上料卸料组件102用于把未处理的晶圆112从输入装置输送到晶圆载体105，并且把晶圆载体105中处理后的晶圆输送到输出装置。输入装置和输出装置是晶圆匣或其它装置。根据生产需要，输入装置和输出装置可以是同一个装置，也可以是两个不同的装置。在本实施例中，输入和输出装置是同一个装置，并且是晶圆匣109的形式。由于晶圆匣（Cassette）是半导体工厂常用的转运载具，行业内的公共知识，在此不另作说明。

上料卸料组件102包括一个多轴机械手110用于转移晶圆。多轴机械手110把处理后的晶圆112从转盘处理组件101的上下料对接工位转移到输出装置，并从输入装置109把晶圆112转移到扫描定位组件111，经过调整晶圆方向后，转移到上下料对接工位。机械手通常为单臂，但也可以是双臂或多臂，一组或二组，依据生产实际需要而定。

其中，扫描定位组件111具有一个基座150，并有伺服电机151，以及连接在伺服电机上的吸盘152。多轴机械手110把晶圆112放置在吸盘152上固定，由伺服电机151带动晶圆转动112。此时传感器153可以据此扫描出晶圆轮廓（传感器检测到晶圆的定位边或定位缺口），并计算出晶圆朝向，通过控制系统控制伺服电机151，把晶圆112转动到指定的所需位置，由机械手110取走。

此外，晶圆处理装置机架上还设有罩壳（图中未示出），罩壳内填充正压保护气体（通常是低露点干燥空气），防止低温零部件表面凝水结霜，并隔绝装置内外，防止污染晶圆，并防止对人员造成伤害。

晶圆处理装置在每个工位上可以有不同配置，例如某个工位上只有热浴装置进行升降温，为接触对接接触组件108做准备，或在处理后，使晶圆回到常温。又例如，晶圆处理装置也可在多个工位上都配多轴推送机构和视觉系统，同时处理多个晶圆，以获得高生产速度。

以下为采用本实用新型提供的晶圆处理装置进行晶圆处理的流程：

（1）机械手从晶圆匣取出晶圆，送入检测定向系统；

（2）扫描定位组件转动晶圆，利用传感器或视觉系统找到晶圆定位边或定位点，转动晶圆到到特定方向；

（3）机械手从扫描定位组件取走晶圆，根据特定方向送入转盘的上下料对接工位内的晶圆载体中，载体内的保持和固定装置使晶圆在继续转运过程中保持大致定位；

（4）转盘转动，移动晶圆载体和其中的晶圆到第二工位；

（5）第二工位的处理装置处理晶圆；

（6）转盘转动，移动晶圆载体和其中的晶圆到第三工位；

（7）第三工位的处理装置处理晶圆；

（8）重复以上步骤，经过多个工位处理后，晶圆回到上下料对接工位；

（9）机械手从对接工位取走晶圆，放回晶圆匣。

采用上述技术方案，取得了以下有益效果：

（1）本实用新型的晶圆处理装置有多个工位，可以利用多个工位对晶圆同时做不同处理，例如前后工位做预处理和后处理，核心工位只做关键测试，也可以多个工位同步做处理，通过此类并行可以提高生产效率。

（2）本实用新型的晶圆载体，利用真空吸附，成为无套件kit装置，适应各种尺寸晶圆。

（3）本实用新型的多轴推送机构，利用视觉系统校准，可以使相对探针等接触装置的定位精度达到±3微米。相较于此，利用转盘本身定位的测试装置，定位精度通常在±30至50微米，并且极难以达到±20微米，不能满足很多探针测试的精度要求。本实用新型将测试精度提高一个数量级。

（4）本实用新型的多轴推送机构具有X-Y-Z和θ轴,因此对接接触装置的探针卡/插座等可以相对机器固定，因而测试仪器可以用硬连接方式，提高电测精度。也可以广泛的应用于各种微机电系统（MEMS），如磁性传感器、惯性传感器、压力传感器的测试。

（5）本实用新型的热浴机构，由于只加热晶圆和晶圆载体，可以达到很快的升/降温速度。

（6）本实用新型可以通过改变上下料装置和载体，成为成品或半成品集成电路处理装置。

以上所述的实施例只是本实用新型的示例性方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆处理装置，包括水平对接的转盘处理组件（101）和上料卸料组件（102），其特征在于，所述转盘处理组件（101）包括可转动的转盘组件（104）、推送机构（107）和对接接触组件（108）；

所述对接接触组件（108）用于测试和处理晶圆（112），所述推送机构（107）推动所述晶圆（112）与所述对接接触组件（108）接触；

所述转盘组件（104）设有若干工位，每个所述工位设有用于放置所述晶圆（112）的晶圆载体（105），所述晶圆载体（105）与真空系统连通；

所述上料卸料组件（102）包括输入装置、输出装置和机械手（110），所述机械手（110）把未处理的晶圆（112）从输入装置输送到晶圆载体（105），并把处理后的晶圆（112）输送到输出装置。

2.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述上料卸料组件（102）还包括扫描定位组件（111），所述扫描定位组件（111）包括基座（150）、与所述基座相连的电机（151）、与所述电机（151）相连的吸盘（152）和传感器（153）；

其中，通过所述机械手将所述晶圆（112）放置在所述吸盘（152）上，通过所述传感器（153）扫描并确定所示晶圆（112）的朝向，通过所述电机（151）转动所述晶圆（112）。

3.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述晶圆载体（105）设有若干与所述真空系统连通的孔（120）和沟槽（121）；所述晶圆载体（105）设有定位用的凸缘（122），所述凸缘（122）与所述转盘组件（104）上的定位件相配合。

4.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述对接接触组件（108）安装有探针或插座或激励系统，所述探针或所述插座或所述激励系统与测试仪器相连。

5.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述推送机构（107）连接到所述晶圆载体（105），所述推送机构（107）推动所述晶圆载体（105）沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向或θ轴方向移动，所述θ轴方向为转动方向；所述推送机构（107）在所述X轴方向、Y轴方向、Z轴方向和θ轴方向上均设有导向机构和驱动机构。

6.根据权利要求5所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述推送机构（107）在X、Y和Z轴方向上分别设有导轨、轴基座和驱动装置，在θ轴方向上设有θ轴基座、θ轴驱动装置、θ轴转动导向轴承（141），所述θ轴转动导向轴承（141）连接有θ轴延长部（142），所述θ轴延长部（142）连接有推送部（143），所述推送部（143）用于推送所述晶圆（112）。

7.根据权利要求6所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述推送部（143）连接主动热浴系统（144），所述主动热浴系统（144）使所述晶圆（112）在位于所述推送机构（107）上、进行测试或处理时保持在指定温度。

8.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述转盘处理组件（101）还设有用于冷却/加热所述晶圆（112）的热浴机构（106）；所述热浴机构（106）设有冷/热板，所述冷/热板设有冷却/加热器。

9.根据权利要求8所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述热浴机构（106）设有下冷/热板（125）和/或上冷/热板（126），所述下冷/热板（125）和所述上冷/热板（126）分别设有冷却/加热器；

所述热浴机构（106）还包括驱动装置（124），所述驱动装置（124）驱动所述下冷/热板（125）向上运动；所述冷/热板设有连接到真空系统的孔道，用于吸附所述晶圆载体（105）。

10.根据权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述推送机构（107）还包括视觉系统，所述视觉系统设有至少一个相机和控制系统，用来检查转盘组件（104）和晶圆（112）的状态；所述晶圆处理装置的机架上设有罩壳，所述罩壳内填充正压保护气体。

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