一种晶圆检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测结构，尤其是一种晶圆检测装置及其检测方法。

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，在对其进行生产加工过程中，不可避免的需要涉及到对于制造的晶圆进行检测的操作，从而来判断该加工工序下所制作晶圆的良率，具体的检测有：对于晶圆外圆尺寸的检查，对于晶圆表面微粒数量的检查等，而在检测过程中，由于晶圆为圆形，故而则需要涉及到对于晶圆的定心操作，但是由于晶圆的尺寸较小，故而一旦出现尺寸误差，则很难做到对于晶圆进行快速且精准筛选的操作，故而，有些检测会直接舍弃对晶圆的精定位，如专利一种用于晶圆检测的超360度旋转平台设备及其操作方法(公告号为CN115453304B)，还有些虽然具有对于晶圆的定位效果，但是其对于晶圆定位的灵活性较差，如专利一种半导体晶圆检测旋转平台(公告号为CN211980579U)，其往往在一次定位后，则再难以从其他方位重新进行自动的定位校正，故而难以全面的对于晶圆进行多角度检测，且人工操作进行取料放料亦会占用过长的时间，从而也会大大降低检测的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆检测装置及其检测方法，可以由转盘辅助，来实现晶圆检测在上料位、相机检测位之间的过渡，且在上料位可以实现定心和外圆直径的检测并筛选，而相机检测位则可基于上料位筛选出的良品辅以相机进行晶圆表面的检测，且上料位、相机检测位还可同步进行定心以及同步进行检测工作，从而可大大提高检测的效率，且在每个工位进行检测时，还可辅以多角度的自动调整，灵活性也更好。

本发明提供了如下的技术方案：

一种晶圆检测装置及其检测方法，包括一组转接安装在基台上的转盘，所述基台的外围设置有一组环形槽，所述转盘沿环向均匀开设有至少两组安装孔，每组安装孔内安装有一组伸入至环形槽内的定位治具，所述定位治具包括有用于支撑晶圆的载盘、用于驱动载盘带动晶圆旋转的转杆以及用于对旋转静置后的晶圆进行周向定位的三组抱杆，所述载盘置于治具平台上，所述治具平台通过安装架定位在安装孔内，且所述转杆位于治具平台的中心，所述治具平台上还沿径向均匀开设有三组导向槽，三组抱杆上设置有对应在三组导向槽内的导向块，且由设置在环形槽内的驱动装置进行同步驱动以对位于内侧的晶圆进行抱夹定位，所述转盘用于带动抱夹定位有晶圆的定位治具旋转，使得每次旋转其上的两组定位治具均分别对应旋转至上料位和相机检测位，所述上料位是用于自动化筛选出处于上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间晶圆的工作位，而相机检测位则是基于上料位筛选出的良品辅以相机进行晶圆表面检测的工作位；

此时，当晶圆置于载盘上后，三组抱杆均匀的设置在晶圆的周边，驱动装置用于驱动三组抱杆同步朝向中心运动，最终形成与晶圆周边的三个点接触限位，且在抱夹定位后，圆形晶圆的中心即为转杆的中心，且三组抱杆距离转杆中心的距离即为圆形晶圆的半径，通过抱杆与转杆中心距离的判断即可判断晶圆的直径是否合格，同时还可通过转杆带动载盘和晶圆进行周向上多个角度的旋转，从而可以实现三组抱杆对于晶圆周边的不同位置进行定位，使得可以在每次定位后，均能够通过重新确定一次中心来检测一次直径尺寸，以确保检测的准确性。

优选的，所述驱动装置包括包括用于与三组抱杆驱动连接的连接部以及用于驱动连接部运动的动力部，所述连接部包括固定在治具平台中心且转接套设在转杆外的轴套，所述轴套外套设连接有一组上推块，所述上推块的表面为顶端扩口形的锥面，且所述抱杆的底端固定有一组沿所述上推块的锥面滑动连接的滑动块，所述上推块的底端沿环形设置有至少三组延伸板条，所述安装架的底部还设置有用于供所述延伸板条穿过且限位所述延伸板条沿纵向滑动的滑道，且所述动力部通过顶升延伸板条来驱动三组抱杆抱夹晶圆。

优选的，所述动力部设置有两组，且对称安装在轴套底端支撑平台的两侧，其驱动端与上推块底部驱动相连。

优选的，若所述动力部安装在轴套底端的支撑平台上，则会导致动力部需要随着转盘的旋转而旋转，而当采用气缸形式驱动时，则不利于排线，且对于预留有多种多余安装孔的转盘，若每组安装孔上均对应有一组定位治具，则每组定位治具则需要对应有一组动力部，但是可能实际工作的工作位仅有两组，故而会造成设备的冗余，为了解决上述技术问题，故而可设置所述动力部安装在环形槽的内壁上，且其顶端通过同心设置的外环顶板和内环顶板支撑在延伸板条的底侧，所述动力部件设置有四组，且其中两组对称安装在外环顶板的底部两侧，另外两组则对称安装在内环顶板的底部两侧，所述外环顶板沿纵向滑动连接在所述外环槽的外侧内壁上，且所述内环顶板沿纵向滑动连接在所述外环槽的内侧内壁上。

优选的，在进行检测判断时，为了确保抱杆抱夹的力度，避免损伤晶圆，故而可设置所述动力部为驱动缸一，外环顶板和内环顶板的底端设置有伸缩柱块一，所述伸缩柱块一的侧壁上安装有传感器一，而在顶压缸一的驱动端设置有套设在伸缩柱块一外的伸缩柱套一，伸缩柱块一与伸缩柱套一之间由伸缩弹簧一实现驱动连接，故而当驱动缸一通过驱动伸缩柱套一、伸缩柱块一上升，使得外环顶板和内环顶板顶压在延伸板条上后，顶压缸一持续顶压，三组抱杆则朝向中心同步运动，直至抵接至晶圆外周时，再继续顶压，外环顶板和内环顶板则不继续上升，此时则会发生伸缩柱块一与伸缩柱套一的弹性压缩运动，直至传感器一检测到置于伸缩柱套一内时，则为顶压到位，此时驱动缸一则停止驱动上升，而此时由延伸板条上升的高度位置，则可判断三组抱杆抱夹晶圆的直径尺寸，延伸板条上升的高度越高，则晶圆的直径尺寸越小。

优选的，若工作位至少有两组，则为了消除两组工作位之间的不同晶圆尺寸误差定位的相互影响，使得可以确保针对不同直径下的晶圆均能够具有较好的定位效果，故而还可在工作位处的外环顶板和内环顶板上安装有驱动缸二，驱动缸二驱动连接有一组伸缩柱套二，伸缩柱套二通过伸缩弹簧二连接有一组伸缩柱块二，所述驱动缸二通过驱动伸缩柱套二、伸缩柱块二上升，使其驱动端顶压在延伸板条上后，若此工作位处的晶圆未抱紧定位，所述顶压缸二持续顶压，三组抱杆会朝向中心继续同步运动，直至抵接至晶圆外周时，顶压缸二再继续顶压，伸缩柱块二则不继续上升，此时则伸缩柱块二与伸缩柱套二之间则压缩伸缩弹簧二相对运动，直至伸缩柱块二侧壁上的传感器二检测到伸缩柱块二置于伸缩柱套二内时，则为此工作位处的晶圆已顶压到位。

优选的，所述转杆的底端设置有一组限位凸块，以避免转杆与轴套脱离，所述轴套底端的支撑平台上安装有一组旋转电机，所述限位凸块限位在支撑平台的底侧，且所述旋转电机的驱动端通过外齿轮与限位凸块外的外齿圈驱动连接。

一种晶圆检测的检测方法，基于上述的一种晶圆检测装置，包括步骤如下：

S1：转盘旋转，带动一组定位治具旋转至上料位，在上料位将晶圆上料至载盘上后，三组抱杆均匀的设置在晶圆的周边，且由驱动装置驱动抱夹，三组抱夹与晶圆周边形成三个点接触限位，且在抱夹定位后，圆形晶圆的中心即为转杆的中心，且三组抱杆距离转杆中心的距离即为圆形晶圆的半径，通过抱杆与转杆中心距离的判断即可判断晶圆的直径是否合格，且在转杆带动载盘和晶圆进行周向上的旋转后，即可通过重新确定定位的中心来再次检测晶圆的直径尺寸是否合格；

S2：若在上料位上检测的晶圆直径尺寸合格，则可随转盘继续旋转，若晶圆的直径尺寸不合格，则可直接此不合格的晶圆由载盘上取下，并重新进行新一轮新的晶圆的上料检测；

S3：当转盘转动，带动一组承载有合格直径尺寸的晶圆运动至相机检测位时，驱动装置将晶圆定心限位后，检测用的相机则可对于晶圆表面进行拍照检测，且通过转杆带动载盘和晶圆进行周向上的旋转后，还可进行其他旋转角度下的拍照检测，在检测合格后，则取出载盘上的晶圆将其下料至合格料盘，如检测不合格，则取出载盘上的晶圆将其下料至NG料盘。

本发明的有益效果是：

1、本发明的一种晶圆检测装置及其检测方法，可以由转盘辅助，来实现晶圆检测在上料位、相机检测位之间的过渡，且上料位、相机检测位还可同步进行定心以及同步进行检测工作，从而可大大提高检测的效率；

2、上料位，是用于自动化筛选出处于上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间晶圆的工作位，且在上料位完成晶圆上料后，无需人工定位确定中心，亦无需人工频繁调整角度位置，仅需要通过顶压缸一驱动外环顶板和内环顶板上升，来顶压上推块周边的延伸板条即可判断直径尺寸，并通过旋转电机带动转杆旋转，则可通过载盘带动晶圆旋转，以调整晶圆角度后再次抱合检测，确定外环顶板和内环顶板的高度位置是否依然处于合格高度位置范围内，循环多次则可精确的确定晶圆的直径尺寸；

3、而相机检测位则可基于上料位筛选出的良品辅以相机进行晶圆表面的检测，由于上料位、相机检测位可以同步进行定心以及同步进行检测的工作，从而可大大提高检测的效率，且在每个工位进行检测时，还可辅以多角度的自动调整，灵活性也更好，同时由于每个工作位处均能够进行旋转角度的校验检测，从而可进一步确保检测的精度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中转盘俯视结构示意图；

图2是本发明中一种定位治具俯视的结构示意图；

图3是定位治具安装至转盘上且沿图2中的线A-A方向截面后的局部主视结构剖面图；

图4是外环顶板的俯视结构示意图；

图5是实施例2中定位治具的截面剖视图；

图中的标记：1、转盘；2、滑动块；3、安装架；4、治具平台；5、转杆；6、载盘；7、抱杆；8、导向块；9、导向槽；10、环形槽；11、伸缩柱块二；12、伸缩柱套二；13、伸缩柱块一；14、传感器一；15、伸缩柱套一；16、驱动缸一；17、外环顶板；18、延伸板条；19、轴套；20、旋转电机；21、上推块；22、驱动缸二；23、内环顶板；24、传感器二。

具体实施方式

实施例1

如图1-4所示，一种晶圆检测装置，在本实施例中，包括一组转接安装在基台上的转盘1，基台的外围设置有一组环形槽10，转盘1沿环向均匀开设有至少两组安装孔，每组安装孔内安装有一组伸入至环形槽10内的定位治具，定位治具包括有用于支撑晶圆的载盘6、用于驱动载盘6带动晶圆旋转的转杆5以及用于对旋转静置后的晶圆进行周向定位的三组抱杆7，载盘6置于治具平台4上，治具平台4通过安装架3定位在安装孔内，且转杆5位于治具平台4的中心，治具平台4上还沿径向均匀开设有三组导向槽9，三组抱杆7上设置有对应在三组导向槽9内的导向块8，且由设置在环形槽10内的驱动装置进行同步驱动以对位于内侧的晶圆进行抱夹定位，转盘1用于带动抱夹定位有晶圆的定位治具旋转，使得每次旋转其上的两组定位治具均分别对应旋转至上料位和相机检测位，上料位是用于自动化筛选出处于上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间晶圆的工作位，而相机检测位则是基于上料位筛选出的良品辅以相机进行晶圆表面检测的工作位；

此时，当晶圆置于载盘6上后，三组抱杆7均匀的设置在晶圆的周边，驱动装置用于驱动三组抱杆7同步朝向中心运动，最终形成与晶圆周边的三个点接触限位，且在抱夹定位后，圆形晶圆的中心即为转杆5的中心，且三组抱杆7距离转杆5中心的距离即为圆形晶圆的半径，通过抱杆7与转杆5中心距离的判断即可判断晶圆的直径是否合格，同时还可通过转杆5带动载盘6和晶圆进行周向上多个角度的旋转，从而可以实现三组抱杆7对于晶圆周边的不同位置进行定位，使得可以在每次定位后，均能够通过重新确定一次中心来检测一次直径尺寸，以确保检测的准确性。

驱动装置包括包括用于与三组抱杆7驱动连接的连接部以及用于驱动连接部运动的动力部，连接部包括固定在治具平台4中心且转接套设在转杆5外的轴套19，轴套19外套设连接有一组上推块21，上推块21的表面为顶端扩口形的锥面，且抱杆7的底端固定有一组沿上推块21的锥面滑动连接的滑动块2，上推块21的底端沿环形设置有至少三组延伸板条18，安装架3的底部还设置有用于供延伸板条18穿过且限位延伸板条18沿纵向滑动的滑道，且动力部通过顶升延伸板条18来驱动三组抱杆7抱夹晶圆。

若动力部安装在轴套19底端的支撑平台上，则会导致动力部需要随着转盘1的旋转而旋转，而当采用气缸形式驱动时，则不利于排线，且对于预留有多种多余安装孔的转盘1，若每组安装孔上均对应有一组定位治具，则每组定位治具则需要对应有一组动力部，但是可能实际工作的工作位仅有两组，故而会造成设备的冗余，为了解决上述技术问题，故而可设置动力部安装在环形槽10的内壁上，且其顶端通过同心设置的外环顶板17和内环顶板23支撑在延伸板条18的底侧，动力部件设置有四组，且其中两组对称安装在外环顶板17的底部两侧，另外两组则对称安装在内环顶板23的底部两侧，外环顶板17沿纵向滑动连接在外环槽的外侧内壁上，且内环顶板23沿纵向滑动连接在外环槽的内侧内壁上。

在进行检测判断时，为了确保抱杆7抱夹的力度，避免损伤晶圆，故而可设置动力部为驱动缸一16，外环顶板17和内环顶板23的底端设置有伸缩柱块一13，伸缩柱块一13的侧壁上安装有传感器一14，而在顶压缸一的驱动端设置有套设在伸缩柱块一13外的伸缩柱套一15，伸缩柱块一13与伸缩柱套一15之间由伸缩弹簧一实现驱动连接，故而当驱动缸一16通过驱动伸缩柱套一15、伸缩柱块一13上升，使得外环顶板17和内环顶板23顶压在延伸板条18上后，顶压缸一持续顶压，三组抱杆7则朝向中心同步运动，直至抵接至晶圆外周时，再继续顶压，外环顶板17和内环顶板23则不继续上升，此时则会发生伸缩柱块一13与伸缩柱套一15的弹性压缩运动，直至传感器一14检测到置于伸缩柱套一15内时，则为顶压到位，此时驱动缸一16则停止驱动上升，而此时由延伸板条18上升的高度位置，则可判断三组抱杆7抱夹晶圆的直径尺寸，延伸板条18上升的高度越高，则晶圆的直径尺寸越小。

若工作位至少有两组，则为了消除两组工作位之间的不同晶圆尺寸误差定位的相互影响，使得可以确保针对不同直径下的晶圆均能够具有较好的定位效果，故而还可在工作位处的外环顶板17和内环顶板23上安装有驱动缸二22，驱动缸二22驱动连接有一组伸缩柱套二12，伸缩柱套二12通过伸缩弹簧二连接有一组伸缩柱块二11，驱动缸二22通过驱动伸缩柱套二12、伸缩柱块二11上升，使其驱动端顶压在延伸板条18上后，若此工作位处的晶圆未抱紧定位，顶压缸二持续顶压，三组抱杆7会朝向中心继续同步运动，直至抵接至晶圆外周时，顶压缸二再继续顶压，伸缩柱块二11则不继续上升，此时则伸缩柱块二11与伸缩柱套二12之间则压缩伸缩弹簧二相对运动，直至伸缩柱块二11侧壁上的传感器二24检测到伸缩柱块二11置于伸缩柱套二12内时，则为此工作位处的晶圆已顶压到位。

转杆5的底端设置有一组限位凸块，以避免转杆5与轴套19脱离，轴套19底端的支撑平台上安装有一组旋转电机20，限位凸块限位在支撑平台的底侧，且旋转电机20的驱动端通过外齿轮与限位凸块外的外齿圈驱动连接。

实施例2

如图5所示，一种晶圆检测装置及其检测方法的结构剖视图，在本实施例中，与实施例1的不同之处在于，动力部设置有两组，且对称安装在轴套19底端支撑平台的两侧，其驱动端与上推块21底部驱动相连。

实施例3

一种晶圆检测的检测方法，基于上述的一种晶圆检测装置，包括步骤如下：

S1：转盘1旋转，带动一组定位治具旋转至上料位，在上料位将晶圆上料至载盘6上后，三组抱杆7均匀的设置在晶圆的周边，且由驱动装置驱动抱夹，三组抱夹与晶圆周边形成三个点接触限位，且在抱夹定位后，圆形晶圆的中心即为转杆5的中心，且三组抱杆7距离转杆5中心的距离即为圆形晶圆的半径，通过抱杆7与转杆5中心距离的判断即可判断晶圆的直径是否合格，且在转杆5带动载盘6和晶圆进行周向上的旋转后，即可通过重新确定定位的中心来再次检测晶圆的直径尺寸是否合格；

S2：若在上料位上检测的晶圆直径尺寸合格，则可随转盘1继续旋转，若晶圆的直径尺寸不合格，则可直接此不合格的晶圆由载盘6上取下，并重新进行新一轮新的晶圆的上料检测；

S3：当转盘1转动，带动一组承载有合格直径尺寸的晶圆运动至相机检测位时，驱动装置将晶圆定心限位后，检测用的相机则可对于晶圆表面进行拍照检测，且通过转杆5带动载盘6和晶圆进行周向上的旋转后，还可进行其他旋转角度下的拍照检测，在检测合格后，则取出载盘6上的晶圆将其下料至合格料盘，如检测不合格，则取出载盘6上的晶圆将其下料至NG料盘。

本发明的工作原理是：

在对于晶圆外圆尺寸进行检查时，合格的晶圆外圆直径需保持在上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间，上料位，是用于自动化筛选出处于上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间晶圆的工作位，且在上料位完成晶圆上料后，无需人工定位确定中心，亦无需人工频繁调整角度位置，仅需要通过顶压缸一驱动外环顶板17和内环顶板23上升，来顶压上推块21周边的延伸板条18即可判断；

且在进行检测判断时，还可以确保外环顶板17和内环顶板23的顶压为弹性顶压，以此来确保抱夹的力度，避免损伤晶圆，具体结构为：外环顶板17和内环顶板23的底端设置有伸缩柱块一13，伸缩柱块一13的侧壁上安装有传感器一14，而在顶压缸一的驱动端设置有套设在伸缩柱块一13外的伸缩柱套一15，伸缩柱块一13与伸缩柱套一15之间由伸缩弹簧一实现驱动连接，故而当驱动缸一16通过驱动伸缩柱套一15、伸缩柱块一13上升，使得外环顶板17和内环顶板23顶压在延伸板条18上后，顶压缸一持续顶压，三组抱杆7则朝向中心同步运动，直至抵接至晶圆外周时，再继续顶压，外环顶板17和内环顶板23则不继续上升，此时则会发生伸缩柱块一13与伸缩柱套一15的弹性压缩运动，直至位移传感器一14检测到置于伸缩柱套一15内时，则为顶压到位，此时驱动缸一16则停止驱动上升，而此时由延伸板条18上升的高度位置，则可判断三组抱杆7抱夹晶圆的直径尺寸，延伸板条18上升的高度越高，则晶圆的直径尺寸越小；

由于在环形槽10的内壁上安装用于检测延伸板条18上升至上极限高度位置的上极限传感器和用于检测延伸板条18上升至下极限高度位置的下极限传感器，故而若外环顶板17上升至上极限高度位置和下极限高度位置之间，且位移传感器一14检测到置于伸缩柱套一15内时，则判断晶圆尺寸位于上极限直径尺寸和下极限直径尺寸之间；

在对于晶圆外圆尺寸检查完成后，则若还需要对于晶圆表面微粒数量的检查，为了提高检测的效率，则可将其分为两个工作位同步进行，即区别于上料位的相机检测位，在相机检测位，则可在将晶圆进行定位后，可以通过相机来对于晶圆表面进行拍照检测，而为了提高转移的效率，则可采用一组转盘1实现工作位的转移，此时外环顶板17和内环顶板23则可同步进行两组工作位的同步抱紧，但是为了因为晶圆相互之间可能具有直径尺寸的误差，而为了确保针对不同直径下的晶圆均能够具有较好的定位效果，故而还可在工作位处的外环顶板17和内环顶板23上安装有驱动缸二22，驱动缸二22驱动连接有一组伸缩柱套二12，伸缩柱套二12通过伸缩弹簧二连接有一组伸缩柱块二11，驱动缸二22通过驱动伸缩柱套二12、伸缩柱块二11上升，使其驱动端顶压在延伸板条18上后，若此工作位处的晶圆未抱紧定位，顶压缸二持续顶压，则三组抱杆7会朝向中心继续同步运动，直至抵接至晶圆外周时，再继续顶压，伸缩柱块二11则不继续上升，此时则会发生伸缩柱块二11与伸缩柱套二12的弹性压缩运动，直至位移传感器二24检测到置于伸缩柱套二12内时，则为顶压到位，即为弹性的辅助顶压效果；

已知外环顶板17和内环顶板23顶压是实现的对于转盘1上所有晶圆的抱夹，若此时此上料位的晶圆上料后，导致延伸板条18的高度位置是低于由上极限直径尺寸确定的下极限高度位置，此时则表明，该晶圆的直径尺寸因过大而不合格，此时可直接筛除此晶圆，而若上料位的晶圆上料后，初始时，延伸板条18的高度位置是位于上极限高度位置与下极限高度位置之间，但是在启动驱动缸二22后，导致延伸板条18的高度位置高于由下极限直径尺寸确定的上极限高度位置，则表明，该晶圆的直径尺寸因过小而不合格，此时亦可直接筛除此晶圆，进行新一轮的上料；

同时，为了提高检测的准确性，在第一次检测结果为：延伸板条18的高度位置位于上极限高度位置与下极限高度位置之间时，则可缩回驱动缸一16和驱动缸二22的驱动部，此时上推块21在自身重力作用下下降，使得抱杆7放松抱夹，此时启动转杆5旋转，则可通过载盘6带动晶圆旋转，以调整晶圆角度后再次抱合检测，确定外环顶板17和内环顶板23的高度位置是否依然处于合格高度位置范围内，循环多次则可精确的确定晶圆的直径尺寸，如图1所示，在上料位和相机检测位之间还可设置其他的检测位进行检测，来达到多种检测同步进行的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。