CN221102016U - 晶圆用的自动寻边和边缘检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其包括机架；供料单元；检测单元；转载机械手。本实用新型一方面实现晶圆在各检测位置之间自动平移和旋转，减少机械手与晶圆的接触，大大降低了晶圆破损的概率，同时能够有效减少晶圆的位置误差，提升检测结果的准确度；另一方面实现晶圆自动上下料、寻边校准和检测，操作简单、耗时短，有效提升检测效率。

Description

晶圆用的自动寻边和边缘检测设备

技术领域

本实用新型属于半导体设备领域，具体涉及一种晶圆用的自动寻边和边缘检测设备。

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之IC产品。

目前，晶圆在经过边缘研磨和抛光之后，需要对晶圆进行边缘检测。传统的检测设备一般包括直径测量工具、寻边校准器、分别用于检测晶圆边缘的缺口和外轮廓的两个检测相机，首先，由检测员使用测量工具对晶圆的直径进行检测；接着，由检测员或机械手将晶圆自晶圆盒取出并放置于寻边校准器上进行寻边校准，最后，再由机械手将完成校准的晶圆逐次放置于两个检测相机所对应的检测位置上进行检测。

然而，在实际检测过程中，存在以下缺陷：

1、晶圆需要逐项进行直径检测、寻边校准以及各项边缘检测，操作十分繁琐，耗时久，从而导致检测效率低；

2、晶圆依次在上下料、寻边校准、以及各项检测位置上检测时，需要机械手反复取放和移动晶圆，在此过程中，机械手夹取晶圆而造成晶圆破损的概率较高；此外，完成寻边校准的晶圆在通过机械手多次移动的过程中势必会因误差的累积，导致其位置精度持续降低，很容易出现晶圆上校准位置发生偏移的问题，从而影响后续各检测结果的准确度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备。

为解决以上技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其包括：

机架，其具有相连通的供料区、转载区以及检测区；

供料单元，其设置在供料区，且包括用于装载晶圆盒的供料平台；

检测单元，其设置在检测区，且包括检测相机、定位架、辅助架以及驱动部件，其中检测相机包括检测晶圆缺口的第一相机、检测晶圆边缘轮廓的第二相机；定位架上形成有定位区，晶圆水平定位在定位区内；辅助架包括绕着定位区周向设置的第一架体和第二架体，其中第一架体上设有用于晶圆寻边和直径检测的激光传感器；第一相机和第二相机分别设置在第二架体上；驱动部件驱动定位架在第一架体和第二架体之间平移或者绕着定位区中心线旋转，检测时，晶圆自边缘移动至第一架体上并同步旋转以寻边校准和直径检测，晶圆自边缘平移至第二架体上内并依次检测晶圆缺口和边缘轮廓；

转载机械手，其设置在转载区，并用于将晶圆在供料平台和定位区之间转载。

根据本实用新型的一个具体实施和优选方面，机架内形成封闭腔室，转载区和检测区均位于封闭腔室内。在此，晶圆在检测和转载过程中，均处于密闭的空间内，有效降低外界粉尘对晶圆造成的污染。

优选地，检测设备还包括设置在转载区和供料区之间的活动门单元，其中活动门单元包括门框、上下滑动连接在门框上的活动门、驱动活动门上下往复运动以打开或者关闭的动力部件，且活动门打开时，转载机械手能够抓取晶圆并穿过门框。在此，可以实现活动门自动打开或关闭。

根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，晶圆上下叠放在晶圆盒内；供料平台上设有与晶圆盒底部相插接定位的定位柱、用于监测晶圆盒放置状态的感应器，供料时，晶圆盒定位在供料平台上，机械手自晶圆盒取出或放入晶圆。在此，可以根据晶圆盒实现分批次供料，且能够确保每次晶圆盒放置到位再进行机械手的取料，提高操作的安全性。

根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，定位架上具有多个支撑端部，多个支撑端部之间形成定位区，定位时，晶圆支撑在多个支撑端部上。在此，定位操作简单。

优选地，每个支撑端部上形成有自上而下并向内倾斜延伸的斜面，晶圆自边缘抵触在斜面上。在此，能够有效减少晶圆与支撑端部接触面积，降低磨损。

具体的，定位架包括架板、绕着架板中心线圆周阵列分布的多个支撑臂，其中每个支撑臂的上端部形成支撑端部，且架板的中心线与定位区的中心线重合设置。

根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，第二架体上形成有检测空间，其中检测空间朝向定位架的一侧敞开，检测时，晶圆自边缘插入检测空间内，第一相机和第二相机分别对晶圆边缘进行检测。在此，可以避免外界因素对相机检测过程的干扰，有利于提升检测准确度。

优选地，第二架体包括竖直延伸的纵向架座、固定连接在纵向架座上且水平延伸的横向架座，其中横向架座上形成有检测空间，且横向架座自顶部形成第一检测口、一侧形成第二检测口，第一相机固定设置在纵向架座上，且第一相机的镜头向下与第一检测口对接；第二相机固定在横向架座上，且第二相机的镜头向一侧与第二检测口对接。在此，安装简单，便于第一、二相机对晶圆缺口和边缘轮廓的检测。

具体的，第二架体还包括分别活动连接在横向架座上的第一挡块和第二挡块，其中第一挡块能够水平运动以遮挡或打开第一相机的镜头；第二挡块能够竖直运动以遮挡或打开第二相机的镜头。在此，利用挡块遮盖相机的镜头，这样一来，在不使用状态下能够对相机的镜头进行保护，延长其使用寿命，降低保养更换的成本。

进一步的，横向架座的下方设有与第一相机的镜头竖向对齐的第一光源、远离第二相机的一侧设有与第二相机的镜头横向对齐的第二光源，检测时，第一光源发射的光路向上与晶圆垂直，第二光源发射的光路与晶圆的边缘相切。在此，在检测过程中能够对晶圆待检测部位增加光线，从而有利于提升相机拍摄的清晰度，从而提高检测准确度。

根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，第一架体设置在定位架的右侧，第二架体设置在定位架的后侧；驱动部件驱动定位架左右平移、前后平移以及绕着竖直方向的中心线旋转。在此，定位架平移路径简单。

优选地，驱动部件采用四轴平台。在一些具体实施方式中，四轴平台能够驱动定位架左右平移、前后平移、上下平移以及绕着竖直中心线转动，在保证晶圆平移中缺口位置不发生偏移的前提下，提高晶圆移动的灵活性，满足不同检测位置的需求。

由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

现有技术的检测设备在检测过程中需要反复取放和移动晶圆，存在晶圆受外力导致破损的概率高、检测耗时久且效率低、容易积累并产生大的位置误差而导致检测准确度低的缺陷，而本申请对检测设备的结构进行整体设计，巧妙解决现有技术的不足和缺陷。采取该检测设备后，转载机械手自供料平台上的晶圆盒内逐片取出晶圆并放置在定位架上的定位区内，在驱动部件的驱动下，首先定位架带动晶圆自边缘平移至第一架体上并保持绕着竖直中心线旋转，由激光传感器同步进行寻边和直径检测，接着，定位架带动晶圆自边缘平移至第二架体上，由第一相机和第二相机依次对晶圆的缺口和边缘轮廓进行检测，最后，定位架复位，转载机械手自定位架上取走晶圆并送回至晶圆盒内，因此，与现有技术相比，本实用新型一方面实现晶圆在各检测位置之间自动平移和旋转，减少机械手与晶圆的接触，大大降低了晶圆破损的概率，同时能够有效减少晶圆的位置误差，提升检测结果的准确度；另一方面实现晶圆自动上下料、寻边校准和检测，操作简单、耗时短，有效提升检测效率。

附图说明

图1为本实用新型晶圆用的自动寻边和边缘检测设备结构示意图(局部省略)；

图2为图1中局部结构示意图；

图3为图2中检测单元的结构示意图；

图4为图2中检测单元另一视角的结构示意图(局部省略)；

其中：①、机架；q0、供料区；q 1、转载区；q2、检测区；

②、供料单元；B、供料平台；

③、检测单元；1、检测相机；11、第一相机；12、第二相机；2、定位架；20、架板；21、支撑臂；210、支撑端部；q3、定位区；3、辅助架；31、第一架体；310、激光传感器；32、第二架体；320、纵向架座；321、横向架座；j、检测空间；k 1、第一检测口；k2、第二检测口；y 1、第一光源；y2、第二光源；322、第一挡块；323、第二挡块；4、驱动部件；

④、转载机械手；

⑤、活动门单元；A0、门框；A1、活动门；A2、动力部件；

Y、晶圆。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1至图4所示，本实施例的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其包括机架①、供料单元②、检测单元③、转载机械手④。

具体的，机架①具有相连通的供料区q0、转载区q 1以及检测区q2，其中机架①内形成封闭腔室，转载区q 1和检测区q2均位于封闭腔室内；供料区q0设置在封闭腔室外并位于转载区q 1的一侧。供料单元②设置在供料区q0；检测单元③设置在检测区q2；转载机械手④设置在转载区q 1并能够将晶圆在供料区q0和检测区q2之间转载。

为了方便实施，检测设备还包括设置在转载区q 1和供料区q0之间的活动门单元⑤，其中活动门单元⑤包括矩形门框A0、上下滑动连接在门框A0上的活动门A1、驱动活动门A1上下往复运动以打开或者关闭的动力部件A2，且活动门A1打开时，转载区q 1和供料区q0连通，转载机械手④能够抓取晶圆并穿过门框A0。在一些具体实施方式中，动力部件A2采用伸缩气缸，并自伸缩端部连接在活动门A1的内侧。

本例中，晶圆上下叠放在晶圆盒内；供料单元②包括用于装载晶圆盒的供料平台B，其中供料平台B上设有与晶圆盒底部相插接定位的定位柱、用于监测晶圆盒放置状态的感应器，供料时，晶圆盒定位在供料平台B上，转载机械手④自晶圆盒逐片取出或放入晶圆。

本例中，检测单元③包括检测相机1、定位架2、辅助架3、驱动部件4。

具体的，检测相机1包括检测晶圆Y缺口的第一相机11、检测晶圆Y边缘轮廓的第二相机12，通过将晶圆Y边缘的缺口正对于第一相机11的镜头来实现缺口的检测；通过将晶圆Y的边缘移动至与第二相机11镜头的中心线相切的位置，再由晶圆Y的转动以实现对晶圆边缘外轮廓的检测。第一相机11和第二相机12均采购现有设备，这里对其结构和工作原理不做赘述，也是清楚可以实施的。

本例中，定位架2包括水平架板20、绕着架板20中心线圆周阵列分布的多个支撑臂21，驱动部件4与定位架2连接，并驱动定位架2左右平移、前后平移、上下平移以及绕着竖直中心线转动。

具体的，每个支撑臂21可拆卸连接在架板20上，且每个支撑臂21的上端部形成支撑端部210，其中多个支撑端部210之间形成与晶圆Y相匹配的定位区q3，晶圆Y支撑在多个支撑端部210上以实现水平定位在定位区q3内；同时，每个支撑端部210上形成有自上而下并向内倾斜延伸的斜面，定位时，晶圆Y自边缘抵触在斜面上；架板20的中心线与定位区q3的中心线重合设置。

本例中，辅助架3包括绕着定位区q3周向设置的第一架体31和第二架体32，其中第一架体31设置在定位架2的右侧，第二架体32设置在定位架2的后侧。

具体的，第一架体31上设有用于晶圆寻边和直径检测的激光传感器310，激光传感器310具有供晶圆边缘穿过的检测缺口，晶圆自边缘插入检测缺口中，并在晶圆转动中，激光传感器310能够确定晶圆边缘缺口位置以及晶圆的直径。激光传感器310为采购的现有设备，这里对其结构和工作原理不做赘述，也是清楚可以实施的。

为了方便实施，第一相机11和第二相机12分别设置在第二架体32上；第二架体32上形成有检测空间j，其中检测空间j朝向定位架2的一侧敞开，检测时，晶圆Y自边缘插入检测空间j内第一相机11和第二相机12分别对晶圆边缘进行检测。

具体的，第二架体32包括竖直延伸的纵向架座320、固定连接在纵向架座320上且水平延伸的横向架座321，其中横向架座321上形成有检测空间j，且横向架座自顶部形成第一检测口k 1、一侧形成第二检测口k2，第一相机11固定设置在纵向架座320上，且第一相机12的镜头向下与第一检测口k 1对接；第二相机12固定在横向架座321上，且第二相机12的镜头向一侧与第二检测口k2对接。第二架体32还包括分别活动连接在横向架座320上的第一挡块322和第二挡块323，其中第一挡块322能够水平运动以遮挡或打开第一相机11的镜头；第二挡块323能够竖直运动以遮挡或打开第二相机12的镜头，第一挡块322和第二挡块323均通过气缸驱动直线往复运动。

为了进一步方便实施，横向架座321的下方设有与第一相机11的镜头竖向对齐的第一光源y 1、远离第二相机12的一侧设有与第二相机12的镜头横向对齐的第二光源y2，检测时，第一光源y 1发射的光路向上与晶圆垂直，第二光源y2发射的光路与晶圆的边缘相切。

驱动部件4采用四轴平台并与激光传感器310、第一相机11以及第二相机12通信连通以实现联动；四轴平台为现有技术。

具体的，定位架2连接在四轴平台的顶部以实现左右平移、前后平移、上下平移以及绕着竖直中心线转动，其中在驱动部件4的驱动下，晶圆自边缘移动至第一架体31上并同步旋转以寻边校准和直径检测，晶圆自边缘平移至第二架体32上内并依次检测晶圆缺口和边缘轮廓。

此外，转载机械手④请参见CN 202120341345.9，专利名称为：一种双臂式晶圆取放机构，通过双臂，一次可执行两片晶圆的转载，在此，不做赘述，也是清楚可以实施的展开，也是清楚可实施的。

综上，采取该检测设备后，转载机械手自供料平台上的晶圆盒内逐片取出晶圆并放置在定位架上的定位区内，在驱动部件的驱动下，首先定位架带动晶圆自边缘平移至第一架体上并保持绕着竖直中心线旋转，由激光传感器同步进行寻边和直径检测，接着，定位架带动晶圆自边缘平移至第二架体上，由第一相机和第二相机依次对晶圆的缺口和边缘轮廓进行检测，最后，定位架复位，转载机械手自定位架上取走晶圆并送回至晶圆盒内，因此，与现有技术相比，本实用新型一方面实现晶圆在各检测位置之间自动平移和旋转，减少机械手与晶圆的接触，大大降低了晶圆破损的概率，同时能够有效减少晶圆的位置误差，提升检测结果的准确度；另一方面实现晶圆自动上下料、寻边校准和检测，操作简单、耗时短，有效提升检测效率；第三方面，能够有效减少晶圆与支撑端部接触面积，降低磨损；第四方面，通过检测空间，可以避免外界因素对相机检测过程的干扰，有利于提升检测准确度；第五方面，利用挡块遮盖相机的镜头，这样一来，在不使用状态下能够对相机的镜头进行保护，延长其使用寿命，降低保养更换的成本；第六方面，在检测过程中能够对晶圆待检测部位增加光线，从而有利于提升相机拍摄的清晰度，从而提高检测准确度；第七方面，四轴平台能够驱动定位架左右平移、前后平移、上下平移以及绕着竖直中心线转动，在保证晶圆平移中缺口位置不发生偏移的前提下，提高晶圆移动的灵活性，满足不同检测位置的需求；第八方面，晶圆在检测和转载过程中，均处于密闭的空间内，有效降低外界粉尘对晶圆造成的污染。

以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，其包括：

机架，其具有相连通的供料区、转载区以及检测区；

供料单元，其设置在所述供料区，且包括用于装载晶圆盒的供料平台；

检测单元，其设置在所述检测区，且包括检测相机、定位架、辅助架以及驱动部件，其中所述检测相机包括检测晶圆缺口的第一相机、检测晶圆边缘轮廓的第二相机；所述定位架上形成有定位区，晶圆水平定位在所述定位区内；所述辅助架包括绕着所述定位区周向设置的第一架体和第二架体，其中所述第一架体上设有用于晶圆寻边和直径检测的激光传感器；所述第一相机和第二相机分别设置在所述第二架体上；所述驱动部件驱动所述定位架在所述第一架体和第二架体之间平移或者绕着所述定位区中心线旋转，检测时，晶圆自边缘移动至所述第一架体上并同步旋转以寻边校准和直径检测，晶圆自边缘平移至所述第二架体上内并依次检测晶圆缺口和边缘轮廓；

转载机械手，其设置在所述转载区，并用于将晶圆在所述供料平台和定位区之间转载。

2.根据权利要求1所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述机架内形成封闭腔室，所述转载区和检测区均位于封闭腔室内。

3.根据权利要求2所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括设置在所述转载区和所述供料区之间的活动门单元，其中所述活动门单元包括门框、上下滑动连接在所述门框上的活动门、驱动所述活动门上下往复运动以打开或者关闭的动力部件，且所述活动门打开时，所述转载机械手能够抓取晶圆并穿过所述门框。

4.根据权利要求1所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述晶圆上下叠放在晶圆盒内；所述供料平台上设有与所述晶圆盒底部相插接定位的定位柱、用于监测所述晶圆盒放置状态的感应器，供料时，所述晶圆盒定位在所述供料平台上，所述机械手自所述晶圆盒取出或放入晶圆。

5.根据权利要求1所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述定位架上具有多个支撑端部，所述多个支撑端部之间形成所述的定位区，定位时，晶圆支撑在所述多个支撑端部上；每个所述支撑端部上形成有自上而下并向内倾斜延伸的斜面，所述晶圆自边缘抵触在所述斜面上；所述定位架包括架板、绕着所述架板中心线圆周阵列分布的多个支撑臂，其中每个所述支撑臂的上端部形成所述的支撑端部，且所述架板的中心线与所述定位区的中心线重合设置。

6.根据权利要求1所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述第二架体上形成有检测空间，其中所述检测空间朝向所述定位架的一侧敞开，检测时，晶圆自边缘插入所述检测空间内，所述第一相机和第二相机分别对晶圆边缘进行检测。

7.根据权利要求6所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述第二架体包括竖直延伸的纵向架座、固定连接在所述纵向架座上且水平延伸的横向架座，其中所述横向架座上形成有所述的检测空间，且所述横向架座自顶部形成第一检测口、一侧形成第二检测口，所述第一相机固定设置在所述纵向架座上，且所述第一相机的镜头向下与所述第一检测口对接；所述第二相机固定在所述横向架座上，且所述第二相机的镜头向一侧与所述第二检测口对接。

8.根据权利要求7所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述第二架体还包括分别活动连接在所述横向架座上的第一挡块和第二挡块，其中所述第一挡块能够水平运动以遮挡或打开所述第一相机的镜头；所述第二挡块能够竖直运动以遮挡或打开所述第二相机的镜头；所述横向架座的下方设有与所述第一相机的镜头竖向对齐的第一光源、远离所述第二相机的一侧设有与所述第二相机的镜头横向对齐的第二光源，检测时，所述第一光源发射的光路向上与所述晶圆垂直，所述第二光源发射的光路与所述晶圆的边缘相切。

9.根据权利要求1所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述第一架体设置在所述定位架的右侧，所述第二架体设置在所述定位架的后侧；所述驱动部件驱动所述定位架左右平移、前后平移以及绕着竖直方向的中心线旋转。

10.根据权利要求9所述的晶圆用的自动寻边和边缘检测设备，其特征在于，所述驱动部件采用四轴平台。