CN219319336U - 晶圆测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆测量装置，包括：底座、旋转台、托盘组件、R轴驱动组件、测量组件、标定物体组件以及控制系统，托盘组件安装在旋转台的转盘上，标定物体组件布置在旋转台的R轴方向上一侧的底座上，R轴驱动组件具有可沿R轴方向移动的R轴滑块；测量组件与R轴驱动组件的R轴滑块相连，测量组件包括同步运动的第一测量探头和第二测量探头；控制系统与旋转台、第一测量探头、第二测量探头和R轴驱动组件相连。上述的晶圆测量装置，利用第二测量探头测量标定物体获得的数据，来补偿R轴驱动组件的运动误差，达到高精度的测量，并降低对R轴驱动组件的精度要求，从而降低整体成本。

Description

晶圆测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，特别是涉及一种晶圆测量装置。

背景技术

晶圆的几何参数如晶圆三维形貌、晶圆厚度等对晶圆的质量有着至关重要的作用，因此对晶圆的几何参数进行测量是评估晶圆的质量的重要工作。

图1所示为其中一种晶圆测量设备的示意图。该测量设备包括基座4、运动模组和载物台组件8，基座4上设置有运动模组，运动模组包括高精度气浮运动X轴5、高精度气浮运动Y轴6、高精度运动Z轴10、高精度气浮回转C轴7与光学测量模块(图中未示出)，高精度气浮运动X轴5、高精度气浮运动Y轴6呈十字交叉堆叠设置于基座4上，高精度气浮运动X轴5、高精度气浮运动Y轴6上方设置有高精度气浮回转C轴7，高精度运动Z轴10设置于龙门2上；载物台组件8设置于高精度气浮回转C轴7的上方，并通过倾斜调整组件9与高精度气浮回转C轴7连接；光学测量模块设于Z轴10上。该测量装置，由于X、Y、C轴均使用气浮结构，制造精度和成本极高，使用环境要求也很高；且采用叠加的结构形式，增加了装配调试难度和累积误差。

实用新型内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种晶圆测量装置，它能够达到高精度的测量，并降低对运动机构的精度要求，从而降低整体成本。

其技术方案如下：一种晶圆测量装置，包括：底座；旋转台，固定于所述底座上，所述旋转台具有可绕Z轴旋转的转盘；托盘组件，安装在所述转盘上，所述托盘组件用于放置被测物体；R轴驱动组件，通过支架组件安装于所述底座上，所述R轴驱动组件具有可沿R轴方向移动的R轴滑块；测量组件，与所述R轴驱动组件的R轴滑块相连，所述测量组件包括位于所述托盘组件上方的第一测量探头；控制系统，与所述旋转台、所述第一测量探头和所述R轴驱动组件相连；还包括：标定物体组件，布置在所述旋转台的R轴方向上一侧的所述底座上，所述标定物体组件包括标定物体，所述标定物体的上表面具有高平整度；所述测量组件，还包括位于所述标定物体上方的第二测量探头，所述第二测量探头与所述第一测量探头同步运动，所述第二测量探头与所述控制系统相连。

在其中一个实施例中，所述标定物体为沿R轴方向延伸的长条形，且所述标定物体的长度大于所述被测物体的半径，以使所述第一测量探头和所述第二测量探头可同时测量所述标定物体上表面的相对高度。

在其中一个实施例中，所述标定物体组件还包括固定在所述底座上的支撑块和装配在所述支撑块上的标定物体安装板，所述标定物体安装在所述标定物体安装板上。

在其中一个实施例中，所述测量组件还包括测量探头安装板，所述第一测量探头和所述第二测量探头分别通过安装块安装在所述测量探头安装板上。

在其中一个实施例中，所述的晶圆测量装置还包括Z轴驱动组件，Z轴驱动组件安装于所述支架组件上，所述Z轴驱动组件具有可沿Z轴方向移动的Z轴滑块，所述R轴驱动组件安装于所述Z轴滑块上。

在其中一个实施例中，所述托盘组件包括底盘和吸盘，所述底盘固定安装在所述转盘上，所述吸盘安装在底盘上，所述吸盘上设有若干第一气孔，该若干第一气孔与真空气路连通。

在其中一个实施例中，所述转盘的顶面设置有第一定位凹槽，所述底盘的底面设有与第一定位凹槽配合的第一定位凸台，所述底盘和所述转盘通过所述第一定位凹槽和所述第一定位凸台完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述转盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过螺钉锁紧。

在其中一个实施例中，所述底盘的顶面设有第二定位凸台，所述吸盘的底面设有与所述第二定位凸台配合的第二定位凹槽，所述吸盘与所述底盘之间通过所述第二定位凸台和所述第二定位凹槽完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述吸盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过重力及真空形成的吸力固定。

在其中一个实施例中，所述旋转台的中心设有中心孔，中心孔内布置有真空管，所述底盘中心设有第二气孔，该第二气孔与所述真空管通过旋转接头连通。

在其中一个实施例中，所述底盘的中心设有若干导孔，导孔内装有可上下升降的升降柱，所述旋转台的中心孔内装有可上下升降的推块，该推块与安装底座上的升降气缸的伸缩杆连接，所述升降气缸的伸缩杆伸出时带动所述推块上升，推动所述升降柱上升。

上述的晶圆测量装置，利用第二测量探头测量标定物体获得的数据，来补偿R轴驱动组件的运动误差，达到高精度的测量，并降低对R轴驱动组件的精度要求，从而降低整体成本。

本实用新型附加技术特征所具有的有益效果将在本说明书具体实施方式部分进行说明。

附图说明

图1为现有技术中的晶圆测量装置的示意图；

图2为本实用新型一个实施例中的晶圆测量装置的立体图；

图3为图2中所示晶圆测量装置的功能部件示意图；

图4为图2中所示晶圆测量装置的托盘组件及标定物体的剖视图；

图5为图4中I处的局部放大示意图；

图6为图2中所示晶圆测量装置的测量组件的立体图。

附图标记说明：1、机架；2、减振元件；3、旋转台；31、基座；32、转盘；33、中心孔；321、第一定位凹槽；4、托盘组件；41、底盘；411、第一定位凸台；412、第二定位凸台；413、第二气孔；42、吸盘；421、第一气孔；422、第二定位凹槽；5、螺钉；6、旋转接头；7、升降柱；8、推块；9、升降气缸；10、标定物体组件，101、标定物体；102、支撑块；103、标定物体安装板；11、支架组件；12、R轴驱动组件；13、测量组件；131、第一测量探头；132、第二测量探头；133、测量探头安装板；134、安装块；15、Z轴驱动组件；16、真空管；17、底座；21、被测物体。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本实用新型的一部分实施例，本实用新型还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

在本文中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图2、3、4所示，本实用新型实施例中的晶圆测量装置，包括：底座17、旋转台3、托盘组件4、标定物体组件10、R轴驱动组件12、测量组件13以及控制系统(图中未示出)。

其中，底座17起到支撑作用。作为示例，底座17为水平布置的板状结构，底座17的四个角各通过一个减振元件2固定安装在机架1上。具体地，减振元件2可以为隔振器、橡胶减震垫等，减振元件2的作用是建立测量相对独立区域，隔离环境振动。旋转台3布置在底座17上，旋转台3具有基座31和转盘32，测量时，转盘32带动测量物体绕Z轴旋转。托盘组件4安装在转盘32上，托盘组件4用于放置被测物体21。标定物体组件10布置在旋转台3的R轴方向上一侧的底座17上，标定物体组件10包括标定物体101，标定物体101的上表面具有高平整度。R轴驱动组件12通过支架组件11安装于底座17上，R轴驱动组件12具有可沿R轴方向移动的R轴滑块(图中未示出)。测量组件13与R轴驱动组件12的R轴滑块相连，测量组件13包括位于托盘组件4上方的第一测量探头131和位于标定物体101上方的第二测量探头132，第一测量探头131和第二测量探头132与控制系统相连。

上述的晶圆测量装置测量时，转盘32每转动一个转角(为托盘组件4在某一时刻相对于第一测量探头131采集第一点时托盘组件4转过的角度)，旋转台3向控制系统发送一个信号，控制系统通过第一测量探头131采集该被测物体21上表面一个点的高度数据，从而实现对该旋转半径下不同转角的被测物体21上表面高度数据的采集。沿R轴方向以设定步距移动第一测量探头131后，转盘32带动被测物体21旋转一圈，利用第一测量探头131对不同转角的被测物体21上表面的相对高度进行测量，获得被测物体21上表面在当前旋转半径下不同转角的高度数据，重复此步骤直至第一测量探头131移出被测物体21区域，获得被测物体21在不同旋转半径、不同转角的高度数据，可以在三维空间上建立被测物体21上表面的形貌。

同时，利用与第一测量探头131在R轴方向上同步运动的第二测量探头132，对标定物体101的上表面的相对高度进行测量，获得标定物体101在不同步进点(即被测物体21不同旋转半径时第二测量探头132所对应的标定物体101上表面的位置)的高度数据，基于获得的标定物体101在不同步进点的高度数据获得不同旋转半径的R轴运动误差值，基于获得的R轴运动误差值对获得的三维形貌数据进行误差补偿，达到高精度的测量，并降低对R轴驱动组件12的精度要求，R轴驱动组件12可使用直线模组或高精度丝杆模组，使得运动轴结构型式发生变化，为整机在保证测量精度不降低的同时节省大量成本。

在一个实施例中，如图3、4所示，标定物体101为沿R轴方向延伸的长条形，且标定物体101的长度大于被测物体21的半径，以使第一测量探头131和第二测量探头132可同时测量标定物体101上表面的相对高度，通过获得的高度数据可以对第一测量探头131和第二测量探头132的温漂进行补偿，进一步提高测量精度。

在一个实施例中，如图3、4所示，标定物体组件10还包括固定在底座17上的支撑块102和装配在支撑块102上的标定物体安装板103，标定物体101安装在标定物体安装板103上。采用此种结构，支撑块102通过螺钉固定在底座17上，标定物体安装板103通过焊接或粘接固定方式安装在支撑块102上。支撑块102和标定物体安装板103保障测量时第二测量探头132一直处于标定物体的上表面之上。

在一个实施例中，如图6所示，测量组件13还包括测量探头安装板133，第一测量探头131和第二测量探头132分别通过安装块134安装在测量探头安装板133上。采用此种安装结构，第一测量探头131和第二测量探头132具有固定的相对位置，一次调机安装后不需再调节，其固定偏差可在程序里标定使用。作为示例，第一测量探头131和第二测量探头132可以为光谱共聚焦传感器、电容传感器、激光测距仪。

在一个实施例中，晶圆测量装置还包括Z轴驱动组件15，Z轴驱动组件15安装于支架组件11上，Z轴驱动组件15具有可沿Z轴方向移动的Z轴滑块(图中未示出)，测量探头安装板133安装于Z轴滑块上。Z轴驱动组件15用于驱动测量组件13沿Z轴方向运动(即竖直方向运动)，Z轴驱动组件15为测量不同厚度产品而进行调节，正常测量过程中为锁止状态。因此，功能部件实际上只有R轴驱动组件12和旋转台3两个运动轴，且为独立布置，减少了运动轴的数量，消除了叠加误差，且分离变量，对后续程序算法设计提供便利。

在一个实施例中，如图3-5所示，托盘组件4包括底盘41和吸盘42，底盘41固定安装在转盘32上，吸盘42安装在底盘41上，吸盘42上设有若干第一气孔421，该若干第一气孔421与真空气路连通。通过真空吸附被测物体21，防止被测物体21脱落。作为示例，转盘32、底盘41和吸盘42均为圆形。

优选地，转盘32的顶面设置有第一定位凹槽321，底盘41的底面设有与第一定位凹槽321配合的第一定位凸台411，底盘41和转盘32通过第一定位凹槽321和第一定位凸台411完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述转盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过螺钉5锁紧，以确保定位、传动可靠。作为示例，旋转定位结构可以是设于所述底盘和所述转盘中的之一上的定位销(图中未示出)，设于另一上的定位孔，定位销插入定位孔内。

优选地，底盘41的顶面设有第二定位凸台412，吸盘42的底面设有与第二定位凸台412配合的第二定位凹槽422，吸盘42与底盘41之间通过第二定位凸台412和第二定位凹槽422完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述吸盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过重力及真空形成的吸力固定，因此无需使用螺钉，吸盘42取放更为方便。作为示例，旋转定位结构可以是设于所述底盘和所述吸盘中的之一上的定位销(图中未示出)，设于另一上的定位孔，定位销插入定位孔内。

优选地，旋转台3的中心设有中心孔33，中心孔33内布置有真空管16，底盘41中心设有第二气孔413，该第二气孔413与真空管16通过旋转接头6连通。将真空送入吸盘42和底盘41之间，并与吸盘42上的第一气孔421连通形成气路结构，为吸盘42以及被测物体21提供了真空吸附力。

优选地，底盘41的中心设有若干导孔，导孔内装有可上下升降的升降柱7，，旋转台3的中心孔33内装有可上下升降的推块8，该推块8与安装在底座17上的升降气缸9的伸缩杆连接，升降气缸9的伸缩杆伸出时带动推块8上升，推动升降柱7上升。若干升降柱7升起承接放入的被测物体21，然后升降气缸9缩回带动推块8下降，升降柱7在重力或复位弹簧的作用下下降，使被测物体21落在吸盘42上，同时推块8与升降柱7分离脱开，升降柱7与旋转台3一起旋转，而升降气缸9及推块8则保持不动。被测物体21取放时有升降柱7的参与，更容易实现自动化无人取放。作为示例，推块8为空心结构，以避让旋转接头6，防止干涉。

控制系统与旋转台3、第一测量探头131、第二测量探头132、R轴驱动组件12、Z轴驱动组件15通过线缆连接。

上述实施中的晶圆测量装置，具有以下有益效果：

1、旋转台3和R轴驱动组件12独立布置，减少了运动轴的数量，消除了叠加误差，且分离变量，对后续程序算法设计提供便利。

2、托盘组件4的结构紧凑简单，吸盘42无需螺钉安装，取放更为方便；被测物体21取放时有升降柱7的参与，更容易实现自动化无人取放。

3、标定物体做数据补偿，R轴可使用直线模组或高精度丝杆模组，旋转台3可使用气浮转台或高精度DD马达，运动轴结构型式发生变化，为整机节省大量成本。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆测量装置，包括：

底座；

旋转台，固定于所述底座上，所述旋转台具有可绕Z轴旋转的转盘；

托盘组件，安装在所述转盘上，所述托盘组件用于放置被测物体；

R轴驱动组件，通过支架组件安装于所述底座上，所述R轴驱动组件具有可沿R轴方向移动的R轴滑块；

测量组件，与所述R轴驱动组件的R轴滑块相连，所述测量组件包括位于所述托盘组件上方的第一测量探头；

控制系统，与所述旋转台、所述第一测量探头和所述R轴驱动组件相连；

其特征在于，还包括：

标定物体组件，布置在所述旋转台的R轴方向上一侧的所述底座上，所述标定物体组件包括标定物体，所述标定物体的上表面具有高平整度；

所述测量组件，还包括位于所述标定物体上方的第二测量探头，所述第二测量探头与所述第一测量探头同步运动，所述第二测量探头与所述控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述标定物体为沿R轴方向延伸的长条形，且所述标定物体的长度大于所述被测物体的半径，以使所述第一测量探头和所述第二测量探头可同时测量所述标定物体上表面的相对高度。

3.根据权利要求2所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述标定物体组件还包括固定在所述底座上的支撑块和装配在所述支撑块上的标定物体安装板，所述标定物体安装在所述标定物体安装板上。

4.根据权利要求1所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述测量组件还包括测量探头安装板，所述第一测量探头和所述第二测量探头分别通过安装块安装在所述测量探头安装板上。

5.根据权利要求1所述的晶圆测量装置，其特征在于，还包括Z轴驱动组件，Z轴驱动组件安装于所述支架组件上，所述Z轴驱动组件具有可沿Z轴方向移动的Z轴滑块，所述R轴驱动组件安装于所述Z轴滑块上。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述托盘组件包括底盘和吸盘，所述底盘固定安装在所述转盘上，所述吸盘安装在底盘上，所述吸盘上设有若干第一气孔，该若干第一气孔与真空气路连通。

7.根据权利要求6所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述转盘的顶面设置有第一定位凹槽，所述底盘的底面设有与第一定位凹槽配合的第一定位凸台，所述底盘和所述转盘通过所述第一定位凹槽和所述第一定位凸台完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述转盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过螺钉锁紧。

8.根据权利要求6所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述底盘的顶面设有第二定位凸台，所述吸盘的底面设有与所述第二定位凸台配合的第二定位凹槽，所述吸盘与所述底盘之间通过所述第二定位凸台和所述第二定位凹槽完成圆心定位，并通过设于所述底盘和所述吸盘之间的旋转定位结构完成旋转定位，并通过重力及真空形成的吸力固定。

9.根据权利要求6所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述旋转台的中心设有中心孔，中心孔内布置有真空管，所述底盘中心设有第二气孔，该第二气孔与所述真空管通过旋转接头连通。

10.根据权利要求9所述的晶圆测量装置，其特征在于，所述底盘的中心设有若干导孔，导孔内装有可上下升降的升降柱，所述旋转台的中心孔内装有可上下升降的推块，该推块与安装底座上的升降气缸的伸缩杆连接，所述升降气缸的伸缩杆伸出时带动所述推块上升，推动所述升降柱上升。

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