一种承载装置及承载系统、工作方法与流程

1.本发明涉及半导体测试设备技术领域，具体涉及一种承载装置及承载系统、工作方法。


背景技术：

2.现有一种典型制程工艺过程中，需要对晶圆正面和背面都进行缺陷检测。通常采用两个检测腔，一个检测腔做晶圆的正面检测，另一个检测腔做晶圆的背面检测；具体地，在正面检测腔和背面检测腔分别设置不同的承载装置，用于承载晶圆的背面和正面，并利用机械手实现晶圆的运送和翻转。受其自身结构原理的限制，存在检测成本较高和检测周期较长的缺陷。
3.有鉴于此，亟待针对现有承载装置进行结构优化，以有效降低检测成本及检测用时。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种承载装置及承载系统、工作方法，通过功能结构优化的承载装置，得以在一个检测腔内完成对待测对象两个表面的检测，在有效降低检测成本的基础上，可大大减少检测时间。
5.本发明提供的一种承载装置，包括真空吸盘和多个支撑组件；所述真空吸盘包括相对的吸附面和背面，所述吸附面用于吸附待测对象的第一表面；所述支撑组件配置为沿垂直于所述吸附面的方向运动；所述多个支撑组件形成有支撑面，所述支撑面用于支撑所述待测对象的边缘；在沿垂直于所述吸附面的方向上，所述吸附面距离所述真空吸盘的背面的距离小于所述支撑面距离所述真空吸盘的背面的距离。
6.优选地，所述多个支撑组件包括定位块，所述定位块包括定位部和第一承托面，所述第一承托面用于承托所述待测对象的边缘区域，所述定位部与所述待测对象的边缘径向相抵。
7.优选地，所述多个支撑组件包括承载块，所述承载块具有第二承托面，所述第二承托面不超出所述吸附面或所述第二承托面与所述支撑面齐平。
8.优选地，所述承载装置还包括夹持部件，所述夹持部件包括夹持部和夹持驱动部，所述夹持部配置为与所述待测对象的边缘径向相抵；夹持驱动部，用于驱动所述夹持部沿所述真空吸盘径向移动，提供所述夹持部的夹紧驱动力，并配置为：在所述夹紧驱动力的作用下，所述夹持部与所述定位块构建形成的所述夹紧力至待测对象。
9.优选地，所述夹持驱动部包括夹持气缸，所述夹持气缸的输出端与所述夹持部件的本体传动连接；所述夹持部枢接于所述夹持部件的本体，且可绕枢接中心在夹紧工作位和松开工作位之间切换，并配置为：位于所述夹紧工作位的所述夹持部，与所述定位块构建形成的所述夹紧力至待测对象。
10.优选地，所述夹持部设置为两个，相对于与两者枢接中心连线垂直的对称中心线，
两个所述夹持部镜像设置；每个所述夹持部均具有自本体向外折弯形成的夹持端，且与待侧器件外周适配的端部为外凸弧面；所述夹持部件还包括：设置在两个所述夹持部之间的弹性件，并配置为：两个所述夹持部切换至夹紧工作位的过程中，所述弹性件形变并储备弹性变形能。
11.优选地，还包括升降部件，所述升降部件包括：升降台，所述多个支撑组件均设置在所述升降台上，并由所述升降台沿垂直于所述吸附面的方向运动；升降驱动部，可提供所述升降台的升降驱动力。
12.优选地，还包括：至少两个限位块，周向均布设置在所述升降台上，并配置为：所述升降台带动所述多个支撑组件沿垂直于所述吸附面的方向运动，至少两个所述限位块与所述真空吸盘的背面压抵限位。
13.优选地，所述承载块和所述定位块均位于所述真空吸盘的径向外侧，其中，所述定位块至少设置为两个，并对称设置在远离所述夹持部一侧的所述升降台上，所述承载块设置在接近所述夹持部一侧的所述升降台上。
14.优选地，所述待测对象的第一表面为所述待测对象的非加工面。
15.本发明还一种承载系统，包括如前所述的承载装置，以及机械手和转运装置，所述承载装置用于承载所述待测对象，所述机械手用于转运所述待测对象，所述转运装置用于翻转所述待测对象。
16.本发明还提供一种承载装置的工作方法，所述承载装置包括如前所述任一项承载装置，所述方法包括：使多个支撑组件沿垂直于真空吸盘表面的方向运动；使所述真空吸盘的吸附面吸附所述待测对象的第一表面；或者，使所述多个支撑组件沿垂直于所述真空吸盘表面的方向运动，使所述支撑组件和夹持部件对所述待测对象的边缘。
17.优选地，所述承载装置包括机械手，所述方法还包括：使所述多个支撑组件带动所述待测对象沿垂直于所述真空吸盘表面的方向运动，使所述机械手将所述待测对象从所述承载装置上取走。
18.针对现有技术，本发明另辟蹊径针对待测对象的承载装置进行了优化设计，该承载装置具有待测对象两个检测状态的固定实现方式。以待测对象为晶圆为例，该承载装置以真空吸盘吸附固定晶圆的背面此时可针对晶圆的正面进行检测，也即第一检测状态；其多个支撑组件配置为沿垂直于吸附面的方向运动，该支撑组件所形成的支撑面可用于支撑待测对象的边缘，以便针对晶圆的背面进行检测，也即第二检测状态；在沿垂直于吸附面的方向上，吸附面距离真空吸盘的背面的距离小于支撑面距离真空吸盘的背面的距离；也就是说，当对晶圆正面进行检测时，支撑组件的支撑面不超出真空吸盘的吸附面。与现有技术相比，本方案具有如下有益技术效果：
19.首先，本方案通过设置真空吸盘以及多个支撑组件，可选择性实现对晶圆背面的吸附，或对晶圆边缘的夹持，从而通过一个承载装置即可满足分别检测晶圆正面和背面的功能需要，进而为在一个检测腔内完成对待测对象两个表面的检测提供了良好技术保障。由此，可规避在两个检测腔内利用相应的承载装置所存在的检测成本过高的缺陷；同时，应用本方案还能够降低在检测腔间转移待测对象所用的辅助工时，能够大大减少检测时间，可进一步降低检测成本。
20.其次，在本发明的优选方案中，增设有与夹紧部适配的定位块，该定位块可与承托
块同步在工作位和非工作位之间切换，切换至工作位时，该定位部可形成对待测对象在水平面内位置的限制，以形成对第二检测状态的可靠夹紧定位；同时，定位部下方的本体具有第一承托面，该第一承托面配置为可与承托部共同承托晶圆的第二表面切换至工作位，兼具承托晶圆的作用，能够更加平稳地推动晶圆位移至第二检测状态，确保检测精度。
21.再次，在本发明的另一优选方案中，夹持部镜像设置为两个，可分别绕枢接中心在夹紧工作位和松开工作位之间切换，夹持部均具有自本体向外折弯形成的夹持端，且与待侧器件外周适配的端部为外凸弧面；由此，在夹持部压抵夹紧晶圆边缘的过程中，分别绕其枢接中心转动并通过两个夹持端部圆弧与晶圆相切，过程中通过弹性件吸能保持对晶圆的柔性夹紧作用力。
22.最后，在本发明的又一优选方案中，增设有至少两个限位块，周向均布设置在带动承载块和定位块切换至工作位的升降台上，至所述工作位时，限位块可与真空吸盘的下表面压抵限位，如此设置，可通过均布设置的限位块使得升降台处于水平姿态，从而确保所承托待测晶圆保持在理想的第二检测状态，为获得良好的检测精度提供了良好的技术保障。
附图说明
23.图1为具体实施方式中第一检测状态下的所述承载装置的示意图；
24.图2为具体实施方式中第二检测状态下的所述承载装置的示意图；
25.图3为具体实施方式所述承载装置的俯视图；
26.图4为具体实施方式所述承载装置的俯视图的未体现真空吸盘的俯视图；
27.图5为图3的b部所示承载块与晶圆的位置关系放大图；
28.图6为图3的c部所示定位块与晶圆的位置关系放大图；
29.图7为处于松开工作位的夹持部件的示意图；
30.图8为处于夹紧工作位的夹持部件的示意图；
31.图9为具体实施方式所述承载系统应用状态下的装配关系俯视图。
32.图中：
33.承载装置10、真空吸盘1、夹持部件2、夹持部21、夹持端211、夹持气缸22、弹性件23、承载块3、第二承托面31、定位块4、定位部41、第一承托面42、升降部件5、升降台51、升降气缸52、限位块6、旋转驱动机构7、机械手20、检测腔30、检测装置40、运动台50。
具体实施方式
34.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
35.不失一般性，本实施方式以图中所示的承载装置作为描述主体，其置于待测对象的一个检测腔中。应当理解，该检测腔的具体结构形式及其实际具体应用，对于本技术请求保护的技术方案并未构成实质性限制。
36.请一并参见图1和图2，其中，图1为第一检测状态下的所述承载装置的示意图，图2为第二检测状态下的所述承载装置的示意图。为了清楚描述该承载装置的工作原理，本方案以晶圆a作为待测对象进行详细说明。可以理解的是，待测对象可以为不同的具有两个待检表面的产品形式，例如但不限于晶圆，其中，待测对象的第一表面为所述待测对象的非加
工面，所述待测对象的第二表面为所述待测的加工面。
37.该承载装置包括：真空吸盘1包括相对的吸附面和背面，其吸附面用于吸附待测对象的第一表面；多个支撑组件被配置为沿垂直于真空吸盘表面的方向运动，多个支撑组件可形成有支撑面，该支撑面由多个支撑组件的相应承托面构成的平面，以用于支撑所述待测对象的边缘；在沿垂直于真空吸盘表面方向上，所述吸附面距离所述真空吸盘背面的距离小于所述支撑面距离所述真空吸盘背面的距离。也即，当对晶圆正面进行检测时，支撑组件的承托面不超出真空吸盘的吸附面。
38.本方案通过设置真空吸盘1和多个支撑组件，可选择性实现对晶圆背面的吸附固定或者对晶圆边缘的夹持固定，晶圆a处于一个检测腔内不同高度的两个固定待检位置，利用一个承载装置即可满足分别检测晶圆正面和背面的功能需要，进而完成对待测对象两个表面的检测提供了良好技术保障。
39.图中所示，该承载装置包括真空吸盘1和多个支撑组件，其中，支撑组件可以采用不同的方式实现，例如但不限于图中所示的优选示例。本方案中，支撑组件包括具有第二承托面31的承载块3和具有定位部41和第一承托面42的定位块4。
40.具体来说，真空吸盘1用于将晶圆a固定于图1所示第一检测状态。具体来说，晶圆a的背面(第一表面)放置于该真空吸盘1上，抽真空状态下，利用真空吸盘1上表面的吸附面可吸附晶圆a的第一表面，也即通过真空吸盘1将晶圆a固定在第一检测状态，该真空部可以为真空凹槽或者真空部。此时，可针对晶圆a的正面(第二表面)进行检测。
41.在第一检测状态下，夹持部件2和承载块3均处于非工作状态。
42.具体地，相对于真空吸盘1固定设置的夹持部件2，夹持部21位于真空吸盘1的外侧上方，并与真空吸盘1的上表面在竖直方向上配置有预定距离；同时，承载块3的第二承托面31可与吸附面齐平，或该第二承托面低于吸附面，该承载块3可沿竖直方向在工作位和非工作位之间切换。这里，“工作位”和“非工作位”是以承载块3是否参与固定待测对象为基准定义的，处于“工作位”的承载块3参与待测对象的固定，而处于“非工作位”时则不参与待测对象的固定。并配置为：位于非工作位时，承载块3的第二承托面31不高于真空吸盘1的上表面，如图1所示，此状态下，真空吸盘1可提供第一检测状态的吸附固定功能；该第二承托面31承托晶圆a的正面(第二表面)切换至工作位时，如图2所示，旁侧夹持部件2的夹持部21施加夹紧力至晶圆，以固定待测对象于第二检测状态，此时，可针对晶圆a的反面(第一表面)进行检测。
43.同样地，在第二检测状态下，真空吸盘1及构建真空的关系构成均处于非工作状态。
44.请一并参见图1和图2。具有定位部41的定位块4也可沿竖直方向在工作位和非工作位之间切换，并配置为：位于非工作位时，定位块4的定位部41不高于真空吸盘1的上表面；位于工作位时，定位块4的定位部41与所述待测对象的边缘径向相抵，可形成对晶圆a在水平面内位置的限制，以形成对切换至第二检测状态的晶圆a形成可靠夹紧定位。基于定位部41的设计，为简化夹持部件2的施力结构提供了良好的技术保障。
45.另外，在该定位部41下方的定位块4本体具有第一承托面42，第一承托面42配置为可与第二承托面31共同承托晶圆a的正面(第二表面)并切换至图2所示的工作位。也就是说，在高度方向上，定位块4的第一承托面42与承托块30的第二承托面31齐平，这样，定位块
4兼具承托晶圆a的作用，能够更加平稳地推动晶圆位移至第二检测状态，确保检测精度。
46.当然，在第二检测状态下，为了最大限度地降低承托对晶圆a表面可能产生的影响，作为优选，承载块3可配置在晶圆a边沿的下方，请一并参见图3和图4，两图均为承载装置的俯视图，其中图4所示俯视图为去除真空吸盘后形成。
47.如图所示，承载块3和定位块4均位于真空吸盘1的径向外侧。承载块3被配置沿垂直于真空吸盘1吸附面的方向运动，承载块3具有第二承托面，第二承托面与所述吸附面齐平或者所述第二承托面与所述承载面齐平。第一承托面42的径向内侧的部分表面用于承托晶圆a的边沿，而不直接接触晶圆a的正面中部区域，请一并参见5，该为图3的b部所示承载块与晶圆的位置关系放大图。可以理解的是，基于待测晶圆的实际尺寸及承托块30的尺寸匹配，还可利用整个第一承托面42承托晶圆a的边沿，而非局限于图中所示的部分参与承托，只要能够满足承托晶圆a的边沿且不直接接触正面中部区域的功能需要，均在本技术请求保护的范围内。
48.同样地，兼具承托作用的定位块4也可配置在晶圆a边沿的下方，请一并参见图6，图6为图3的c部所示定位块与晶圆的位置关系放大图。其定位部41与晶圆a的边缘径向相抵定位，该定位部41径向内侧的第一承托面42的部分表面用于同步承托晶圆a的边沿，同样不直接接触晶圆a的正面中部区域。
49.图中所示，夹持部件2位于真空吸盘1的一侧，与其适配夹紧定位的定位部41位于夹持部件2的径向相对侧，由此，夹持部21大致沿径向施加夹紧作用力于晶圆时，定位块4的定位部41与晶圆a的边缘相抵构建上述定位。本方案中，定位块4的具体数量和相应位置，可根据需要进行设置，例如但不限于本方案优选示例的两个。结合图3所示，相对于夹持部21的径向施力方向，两个定位块4对称设置在两侧，形成稳定的夹紧定位关系，结构简单可靠。其中，本方案的承载块3也设置为两个，如图3所示，相对于定位块4，承载块3位于近夹持部件2一侧，沿晶圆a的周向大致均匀地布置承托部位，确保待测晶圆保持水平姿态。当然，承载块3也可以配置为其他复数个。
50.理论上来说，夹持部件2所提供的夹紧作用力，可沿径向施加，也可沿竖直方向施加。例如但不限于图中优选示例所示的大致沿径向施加夹紧作用力于晶圆。
51.该夹持部件2还可包括可提供夹持部21夹紧驱动力的夹持驱动部(22)，具体配置为：在该夹紧驱动力的作用下，夹持部21与定位部41构建形成的夹紧力至待测对象-晶圆a。这里，用于提供上述夹紧驱动力的夹持驱动部优选包括夹持气缸22，其输出端与夹持部件21的本体传动连接，以带动其直线位移；作为优选，该夹持气缸22带导向双作用气缸。另外，该夹持驱动部也可根据需要配置为液压缸或者直线电机等方式。
52.为了获得柔性夹持方式，满足普通晶圆、薄片晶圆和taiko晶圆等不同待测对象对夹持力的需求，可以针对夹持部件2作进一步优化。请一并参见图7和图8，其中，图7为处于松开工作位的夹持部件的示意图，图8为处于夹紧工作位的夹持部件的示意图。
53.作为优选，夹持部21枢接于夹持部件2的本体，且可绕枢接中心在夹紧工作位和松开工作位之间切换，并配置为：位于图8所示夹紧工作位的夹持部21，与定位块4的定位部41构建形成的夹紧力至待测晶圆a；位于图7所示松开工作位的夹持部21，脱离待测晶圆a。由此，通过该切换行程，为适应不同待测对象提供了技术保障。
54.图中所示，夹持部21设置为两个，相对于与两者枢接中心连线垂直的对称中心线，
两个夹持部21镜像设置，也即相对于径向夹持施力方向对称设置。其中，每个夹持部21均具有自本体向外折弯形成的夹持端211，且与待侧晶圆a的外周适配的端部为外凸弧面，夹持部21压抵夹紧晶圆边缘的过程中分别绕各自枢接中心转动，并通过两个夹持端部圆弧与晶圆相切；与此同时，在两个夹持部21之间设置有弹性件23，并配置为：两个夹持部21自松开工作位切换至夹紧工作位的过程中，该弹性件产生形变并储备弹性变形能，过程中通过该弹性件23吸能保持对晶圆a的柔性夹紧作用力，可实现对各类型晶圆安全稳定的承载和固定。
55.此外，弹性件23优选采用拉簧形式，还可以通过更换不同线径的弹簧，实现在夹持气缸22力不变的前提下，调节夹持部21作用于晶圆a外缘的夹持力。
56.本方案中，承载块3和定位块4均沿竖直方向切换于工作位和非工作位之间，特别是定位块4兼具承托待测晶圆的功能，可针对两者位移的同步性作进一步优化。结合图1和图2所示，承载块3和定位块4等多个支撑组件均设置在升降部件5的升降台51上，并由升降台51带动沿垂直于吸附面的方向运动，也即，沿竖直方向带动同步切换于工作位和非工作位，其中，该升降台51的升降驱动力由升降驱动部(52)提供，同样地，该升降驱动部可以为升降气缸52，也可以采用液压缸或者电机驱动。
57.进一步地，该升降台51上设置有限位块6，请一并参见图1和图2，并配置为：升降台51沿垂直于吸附面的方向运动，并带动承载块3和定位块4切换至图2所示工作位时，至少两个所述限位块6沿垂直于吸附面的方向运动与真空吸盘1的下表面压抵限位。基于均布设置的限位块6使得位于第二检测状态的升降台51处于水平姿态，从而确保所承托待测晶圆保持在理想的待测状态，为获得良好的检测精度提供了良好的技术保障。结合图4所示，四个限位块6周向均布在升降台51上，可以理解，限位块6至少设置为两个即可达成平衡均载功能需要，而非局限于图中所示的优选示例性说明。
58.除前述承载装置外，本实施方式还提供一种包括上述承载装置10的承载系统，以及机械手和转运装置，所述承载装置用于承载所述待测对象，所述机械手用于转运所述待测对象，所述转运装置用于翻转所述待测对象。该承载系统还包括旋转驱动机构7，其与真空吸盘1及夹紧部件20、升降部件5等关联部件驱动连接，以实现驱动转动。请参见图9，该图为具体实施方式所述承载系统应用状态下的装配关系俯视图，该承载系统置于检测腔30内的运动台50上，其上方配置有检测装置40。
59.应当理解，该承载系统的其他功能构成非本技术的核心发明点所在，本领域普通技术人员基于现有技术可以实现，例如但不限于，该旋转驱动机构安装在高速运动平台的旋转直驱电机上，故本文不再赘述。
60.除前述承载装置外，本实施方式还提供一种承载装置的工作方法，包括：使多个支撑组件沿垂直于真空吸盘表面的方向运动；使所述真空吸盘的吸附面吸附所述待测对象的第一表面；或者，使所述多个支撑组件沿垂直于所述真空吸盘表面的方向运动，使所述支撑组件和夹持部件对所述待测对象的边缘。
61.进一步地，所述承载装置包括机械手，所述方法还包括：使所述多个支撑组件带动所述待测对象沿垂直于所述真空吸盘表面的方向运动，使所述机械手将所述待测对象从所述承载装置上取走。
62.具体来说，光学检测开始前，高速运动平台通过旋转驱动机构7旋转，将待测晶圆a
的背面朝下放置于承载装置上，在第一检测状态下，由真空吸盘1吸附固定，可针对晶圆a的正面进行检测；接下来，断开真空泵，通过机械手60将待测晶圆a翻转180度，将待测晶圆a的正面朝下放置于承载装置上，在第二检测状态下，由承载块3和定位块4共同承托晶圆a的正面边沿，上移至工作位并由夹紧部件20和定位块4共同定位夹紧晶圆a的外缘，可针对晶圆a的反面进行检测。
63.光学检测完成后，机械手抬起取走晶圆，旋转驱动机构旋转相应关联构件归零位，从而在一个检测腔内完成高速度、全自动的光学检测。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
65.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。