晶圆芯片自动化检测系统及其控制方法与流程

本发明涉及第三代半导体材料晶圆芯片粗糙度检测自动化检测。

背景技术：

1、碳化硅晶圆等第三代半导体材料的表征测试项主要包括表面粗糙度、晶圆尺寸、厚度、定位边长度、表面翘曲度等，所采用的设备包括原子力显微镜、晶圆缺陷检测仪等。其中，晶圆的表面粗糙度一般是用原子力显微镜测试；目前，检测晶圆表面粗糙度仍然沿用国外的采取传统方法，如手动上下片，一体式载片台，测试后不智能判断，由操作员手动测试，依照晶圆编号轮流重复测试；出货的半导体晶圆主要采用抽检形式，测试结果很大程度受操作人员的操作方法和测试环境影响，测试结果不稳定，整个过程需要花费较多的时间，此外，在换取晶圆的过程中晶圆有被污染及破片的风险；手动调节晶圆的位置无法使前后两个晶圆的测试位置相同，无法针对晶圆生产过程的固定点位工艺过程稳定性数据测试，以上这些都是目前半导体晶圆生产过程中亟待解决的问题。

2、例如公开号为cn115360122a，公开日为2022年11月18日，专利名称为《一种半导体生产用晶圆缺陷检测机》的公开文献，公开了一种半导体生产用晶圆缺陷检测机，一种半导体生产用晶圆缺陷检测机，包括主板以及设置在主板顶部两端外壁的第一挡板和第二挡板，第一挡板与第二挡板的底部相对一端内壁之间设置有往复丝杆，还包括；移动底座，所述移动底座通过螺纹套接于往复丝杆的圆周外壁；两个横杆，两个所述横杆分别设置于第一挡板和第二挡板的两侧相对一端内壁之间，且移动底座滑动套接于横杆的圆周外壁；本发明设置在往复丝杆外壁的移动底座会横向往复移动，从而使得置物盘以及处于置物盘中的晶圆来回移动，提高了对晶圆的扫描强度以及扫描效果，通过设置的两个横杆会在移动底座横向移动时，防止移动底座以及置物盘发生倾斜，也存在上述问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是实现一种能够自动完成晶圆芯片检测的系统，达到快速测量及分选的功能，能够自动寻边，以平边为0参考位置，固定晶圆粗糙度的测试位置，解决手动上下片周期长的问题和因磕碰导致崩边和破片的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：晶圆芯片自动化检测系统，设有工作台，所述工作台的中心设有检测区，所述检测区设有用于检测晶圆产品的检测机构，所述检测机构设有转轴，所述转轴的顶部固接有用于支撑晶圆产品的支撑座，所述支撑座一侧设有位于晶圆产品上方的上检测臂、位于晶圆产品下方的下检测臂，所述上检测臂的下表面固定有向下照射的光源发射器，所述下检测臂的上表面设有接收光源发射器发出光源的光源接收器，所述工作台其中两个对角分别为晶圆上片区和晶圆下片区，另两个对角分别为第一机械臂固定区和第二机械臂固定区，所述晶圆上片区和晶圆下片区均固定有晶圆堆放盒，所述第一机械臂固定区固定有上料机械臂，所述上料机械臂用于将晶圆上片区内晶圆堆放盒内的晶圆产品取出放置到检测机构上，所述第二机械臂固定区固定有下料机械臂，所述下料机械臂用于将检测机构上的晶圆产品取出放置到晶圆下片区内晶圆堆放盒内。

3、所述支撑座一侧设有位于晶圆产品上方的上检测臂、位于晶圆产品下方的下检测臂，所述上检测臂的下表面固定有向下照射的光源发射器、或者接收光源发射器发出光源的光源接收器，所述下检测臂的上表面设有接收光源发射器发出光源的光源接收器、或者向上照射的光源发射器，所述光源发射器和光源接收器均由多个器件呈条状布置，所述条状布置向支撑座中心方向延伸，所述光源发射器设有两组，每组独立的呈条状布置且并排设置，两组所述光源发射器一组为led紫外光灯，另一组为红外光线灯，所述光源接收器对应也设有两组分别接收led紫外光灯和红外光线灯信号。

4、所述检测臂固定在晶圆产品的上方或下方，所述检测臂朝向晶圆产品的一面设有光源发射器和光源接收器，所述光源发射器倾斜照射向晶圆产品表面，所述光源接收器接收经晶圆产品反射光信号；当所述光源发射器和光源接收器之间的入射光和反射光夹角足够小的时候，所述光源发射器和光源接收器集成在一起。

5、所述支撑座中心设有用于吸附晶圆产品的吸附口，所述吸附口通过转轴中心的气体通道连接气源，所述支撑座为扁平的圆形板状结构，所述晶圆产品的边缘在支撑座外。

6、所述上料机械臂和下料机械臂的末端设有用于拾取晶圆产品的拾取机构，所述拾取机构为吸盘结构，所述吸盘结构包括四周围的接触杆和中心的气动吸盘，所述气动吸盘通过吸附晶圆产品上表面进行拾取。

7、所述上料机械臂和下料机械臂的末端设有用于拾取晶圆产品的拾取机构，所述拾取机构为爪夹结构，所述爪夹结构包括上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板通过夹持晶圆产品的上下表面进行拾取。

8、所述检测区域上方设有用于检测晶圆产品质量的检测设备，所述工作台位于隔离罩内，所述隔离罩为透明材质，所述晶圆上片区和晶圆下片区旁隔离罩设有舱门或开口，所述晶圆上片区和晶圆下片区设有向隔离罩外延伸的导轨，所述导轨上设有电动驱动的小车，所述小车上设有凸出的对接插口，所述对接插口内固定有磁铁，所述晶圆堆放盒底部设有凹陷的对接承口，所述对接承口内设有铁片。

9、所述晶圆上片区的小车上设有多个晶圆堆放盒，用于放置不同型号的晶圆产品，所述晶圆下片区的小车上设有多个晶圆堆放盒，分别用于放置不同型号的晶圆产品的合格件以及不合格件。

10、所述晶圆堆放盒有多个晶圆槽同向堆叠而成，所述晶圆槽为一侧开口的收纳结构，所述晶圆槽内的底板由外向内向下倾斜，所述晶圆槽的深度为晶圆产品直径的1/3至1/2。

11、晶圆芯片自动化检测系统的控制方法：

12、上料机械臂根据上一次取料位置，拾取上一次拾取位置下方的晶圆产品，将拾取的晶圆产品放置到支撑座上，上料机械臂回位；

13、支撑座吸附晶圆产品，用于检测晶圆产品质量的检测设备工作，判断晶圆是否合格；

14、支撑座开始旋转，光源接收器和光源发射器启动，获取到平口位置后停止转动；

15、下料机械臂拾取检测区域检测好的晶圆产品，并根据检测结果放置到合格产品的晶圆堆放盒或不合格产品的晶圆堆放盒，需要记录上一次放料位置，放置到上一次放置位置上方的晶圆槽内；

16、判断晶圆上片区的晶圆堆放盒是否取空，或者晶圆下片区的晶圆堆放盒是否放满，若是中止检测，退出取空和放满的晶圆堆放盒，若否则循环操作。

17、本发明的优点在于：节约大量的上下片时间，实现自动精准上下片，实现不间断作业，缩短测试时间，减少破片风险，减少崩边风险，能够快速测量，解决测试时取片的抗干扰问题，也降低了晶圆在转移过程中被污染的风险。

技术特征：

1.晶圆芯片自动化检测系统，设有工作台，所述工作台的中心设有检测区，所述检测区设有用于检测晶圆产品的检测机构，其特征在于：所述检测机构设有转轴，所述转轴的顶部固接有用于支撑晶圆产品的支撑座，所述支撑座一侧设有用于固定光源发射器和光源接收器的检测臂，所述光源发射器向晶圆产品发出用于检测的光束，所述光源接收器接收由晶圆产品反射或折射的光束，所述工作台其中两个对角分别为晶圆上片区和晶圆下片区，另两个对角分别为第一机械臂固定区和第二机械臂固定区，所述晶圆上片区和晶圆下片区均固定有晶圆堆放盒，所述第一机械臂固定区固定有上料机械臂，所述上料机械臂用于将晶圆上片区内晶圆堆放盒内的晶圆产品取出放置到检测机构上，所述第二机械臂固定区固定有下料机械臂，所述下料机械臂用于将检测机构上的晶圆产品取出放置到晶圆下片区内晶圆堆放盒内；所述光源接收器连接并输出感应信号至信号处理器，所述信号处理器连接并输出信号至控制器，所述控制器连接并输出控制信号至电机和光源发射器，所述电机用于驱动转轴旋转。

2.根据权利要求1所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述支撑座一侧设有位于晶圆产品上方的上检测臂、位于晶圆产品下方的下检测臂，所述上检测臂的下表面固定有向下照射的光源发射器、或者接收光源发射器发出光源的光源接收器，所述下检测臂的上表面设有接收光源发射器发出光源的光源接收器、或者向上照射的光源发射器，所述光源发射器和光源接收器均由多个器件呈条状布置，所述条状布置向支撑座中心方向延伸，所述光源发射器设有两组，每组独立的呈条状布置且并排设置，两组所述光源发射器一组为led紫外光灯，另一组为红外光线灯，所述光源接收器对应也设有两组分别接收led紫外光灯和红外光线灯信号。

3.根据权利要求1所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述检测臂固定在晶圆产品的上方或下方，所述检测臂朝向晶圆产品的一面设有光源发射器和光源接收器，所述光源发射器倾斜照射向晶圆产品表面，所述光源接收器接收经晶圆产品反射光信号；

4.根据权利要求1、2或3所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述支撑座中心设有用于吸附晶圆产品的吸附口，所述吸附口通过转轴中心的气体通道连接气源，所述支撑座为扁平的圆形板状结构，所述晶圆产品的边缘在支撑座外。

5.根据权利要求4所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述上料机械臂和下料机械臂的末端设有用于拾取晶圆产品的拾取机构，所述拾取机构为吸盘结构，所述吸盘结构包括四周围的接触杆和中心的气动吸盘，所述气动吸盘通过吸附晶圆产品上表面进行拾取。

6.根据权利要求5所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述上料机械臂和下料机械臂的末端设有用于拾取晶圆产品的拾取机构，所述拾取机构为爪夹结构，所述爪夹结构包括上夹板和下夹板，所述上夹板和下夹板通过夹持晶圆产品的上下表面进行拾取。

7.根据权利要求1或6所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述检测区域上方设有用于检测晶圆产品质量的检测设备，所述工作台位于隔离罩内，所述隔离罩为透明材质，所述晶圆上片区和晶圆下片区旁隔离罩设有舱门或开口，所述晶圆上片区和晶圆下片区设有向隔离罩外延伸的导轨，所述导轨上设有电动驱动的小车，所述小车上设有凸出的对接插口，所述对接插口内固定有磁铁，所述晶圆堆放盒底部设有凹陷的对接承口，所述对接承口内设有铁片。

8.根据权利要求7所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述晶圆上片区的小车上设有多个晶圆堆放盒，用于放置不同型号的晶圆产品，所述晶圆下片区的小车上设有多个晶圆堆放盒，分别用于放置不同型号的晶圆产品的合格件以及不合格件。

9.根据权利要求1或8所述的晶圆芯片自动化检测系统，其特征在于：所述晶圆堆放盒有多个晶圆槽同向堆叠而成，所述晶圆槽为一侧开口的收纳结构，所述晶圆槽内的底板由外向内向下倾斜，所述晶圆槽的深度为晶圆产品直径的1/3至1/2。

10.晶圆芯片自动化检测系统的控制方法，其特征在于：

技术总结
本发明揭示了一种晶圆芯片自动化检测系统及其控制方法，设有工作台，所述工作台的中心设有检测区，所述检测区设有用于检测晶圆产品的检测机构，以及平口找寻机构，所述工作台其中两个对角分别为晶圆上片区和晶圆下片区，另两个对角分别为第一机械臂固定区和第二机械臂固定区，所述晶圆上片区和晶圆下片区均固定有晶圆堆放盒，所述第一机械臂固定区固定有上料机械臂，所述第二机械臂固定区固定有下料机械臂，本发明的优点在于：节约大量的上下片时间，实现自动精准上下片，实现不间断作业，缩短测试时间，减少破片风险，减少崩边风险，能够快速测量，解决测试时取片的抗干扰问题，也降低了晶圆在转移过程中被污染的风险。

技术研发人员：张晓洪
受保护的技术使用者：杭州海乾半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15