一种晶圆盒形变量的检测装置及方法与流程

1.本发明提供了一种晶圆盒形变量的检测装置及方法，属于半导体晶圆检测技术领域。


背景技术：

2.半导体衬底材料的存储、运输需要使用标准晶圆盒，以保护衬底并有效减少污染。晶圆装盒完成后，一般需使用内外两层包装袋对晶圆盒进行抽真空封装。真空封装后，晶圆盒会产生形变。当形变程度超出一定范围时，会对存放其中的衬底产生挤压，从而增加了衬底在运输过程中出现裂片的风险。为降低此种风险发生的几率，需要对真空封装后的晶圆盒的形变程度进行检测。
3.目前，对于晶圆盒形变的检测方式主要为设备检测及手动检测。然而，专用检测设备价格昂贵，成本高，而手动检测又存在准确性差，效率低的问题。最近出现的一种使用限位法检测晶圆盒形变的发明装置只能对未真空封装的晶圆盒进行形变程度检测，不能对已使用包装袋进行真空封装后的晶圆盒的形变程度进行检测。因此，有必要提出一种新的真空封装后晶圆盒形变检测方法，能在提高准确性和检测效率的基础上，显著降低检测成本。


技术实现要素：

4.本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：解决现有技术中对晶圆盒形变检测准确性差、效率低的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种晶圆盒形变量的检测装置，包括检测平台，所述检测平台上设置有用于放置晶圆盒的限位基台，所述限位基台的两端分别装配在两个第二导轨上，能够沿第二导轨移动，垂直于第二导轨的方向上设置有第一导轨，第一导轨上设置有激光发射系统和激光光斑接收系统，所述激光发射系统通过第一支架固定在第一导轨上并能沿第一导轨移动，所述激光光斑接收系统通过第二支架固定在第一导轨上并能沿第一导轨移动；所述第一支架通过第一滑座滑动连接在第一导轨上，所述第一支架上连接有测角仪，位于测角仪下方的第一支架上设置有第一高度调节旋钮，所述测角仪上设置有第一转轴，第一转轴上固定有角度指针和激光器，其中角度指针的中心线、激光器的中心线与测角仪的圆心处于同一直线上；所述第二支架通过第二滑座滑动连接在第一导轨上，所述第二支架上连接有激光光斑接收平台，位于激光光斑接收平台下方的第二支架上设置有第二高度调节旋钮，所述激光光斑接收平台上设置有第二转轴，所述第二转轴上固定有刻度面板，所述刻度面板上设置有标记标准的4inch、6inch、8inch晶圆盒在无形变状态下激光打在晶圆盒侧面中心位置所反射的光斑的坐标点（基准点）及刻度。
6.所述限位基台前侧设置有测试面限位板，所述限位基台上设置有中心限位丝杆，中心限位丝杆左端和右端的长度相同，螺纹方向相反，在中心限位丝杆的左右端分别螺接
两个限位块，其中中心限位丝杆的一端上还固定有调节轮。
7.两个限位块一起随中心限位丝杆移动且两个限位块距离中线之间的距离始终相等。
8.所述第一导轨、第二导轨上均设置有刻度线。
9.所述第一支架、第二支架上开设置有螺纹，第一高度调节旋钮、第二高度调节旋钮采用匹配的螺母。
10.一种晶圆盒形变量的检测方法，采用晶圆盒形变量的检测装置，包括如下步骤：s1：调节第一高度调节旋钮、第二高度调节旋钮，将激光器的高度与反射光斑的刻度面板的高度调整到与待测晶圆盒尺寸相对应的高度；s2：根据测试精度需求确定激光入射角θ1并旋转激光器到设定的角度；s3：调节第一导轨距离限位基台上的测试面限位板即晶圆盒待测平面之间的距离；s4：将与待测晶圆盒相同尺寸的未进行真空封装的标准校准晶圆盒放置在限位基台上，将待测面贴紧测试面限位板，通过旋转丝杆上的调节轮使中心限位丝杆上的一对限位块夹紧待测晶圆盒，此时晶圆盒待测面的中线与测试面限位板的中线重合；s5：调节激光器在第一导轨上的位置，直至入射激光正好打在标准晶圆盒上的光斑对准标记上；s6：调节第二支架在第一导轨上的位置，使刻度面板距离第一导轨中轴位置的距离与激光器距离第一导轨中轴位置的距离相等，此时反射光斑的位置应位于刻度面板的基准点上；若反射光斑偏离基准点位，通过再次调整第二支架在第一导轨上的位置、第二支架的高度、刻度面板的角度使反射光斑与基准点位重合，完成激光基准点位校准；s7：将待测已真空封装的晶圆盒放置在限位基台上，待测面贴紧测试面限位板，调节中心限位丝杆使一对限位块夹紧待测晶圆盒；s8：读取反射光斑在刻度面板上的位置以及与基准点位之间的距离，计算得到晶圆盒待测面中心区域的形变大小及形变状态；s9：旋转待测晶圆盒，对各个侧面的中心形变量进行测试。
11.所述步骤s4中的标准校准晶圆盒的侧面中心位置已做激光光斑对准标记。
12.所述步骤s8中计算晶圆盒待测面中心区域的形变大小的公式为：
△
a≈
△
l/sinθ1；上式中：
△
a为晶圆盒待测面中心区域的形变大小，
△
l为反射光斑位置与基准位置之间的距离大小，θ1为激光器入射角；同时通过刻度面板上反射光斑位置与基准位置的正负判断晶圆盒是凸起形变还是凹陷形变。
13.一种晶圆盒形变量的检测方法，采用晶圆盒形变量的检测装置，包括如下步骤：s1：调节第一高度调节旋钮、第二高度调节旋钮，将激光器的高度与反射光斑的刻度面板的高度调整到与待测晶圆盒尺寸相对应的高度；s2：根据测试精度需求确定激光入射角θ1并旋转激光器到设定的角度；s3：调节第一导轨距离限位基台上的测试面限位板即晶圆盒待测平面之间的距
离；s4：将与待测晶圆盒相同尺寸的未进行真空封装的标准校准晶圆盒放置在限位基台上，将待测面贴紧测试面限位板，通过旋转丝杆调节轮使中心限位丝杆上的一对限位块夹紧待测晶圆盒，此时晶圆盒待测面的中线与测试面限位板的中线重合；s5：调节激光器在第一导轨上的位置，直至入射激光正好打在标准晶圆盒上的光斑对准标记上；s6：调节第二支架在第一导轨上的位置，使刻度面板距离第一导轨中轴位置的距离d与激光器距离第一导轨中轴位置的距离相等，此时反射光斑的位置应位于刻度面板的基准点上；若反射光斑偏离基准点位，可通过微调第二支架在第一导轨上的位置、微调第二支架的高度、微调刻度面板的角度使反射光斑与基准点位重合，完成激光基准点位校准；s7：将待测已真空封装的晶圆盒放置在限位基台上，待测面贴紧测试面限位板，调节中心限位丝杆使一对限位块夹紧待测晶圆盒；s8：此时激光反射光斑偏离基准点位，通过旋转激光器，使反射光斑重新与刻度面板上的基准点位重合，读取此时测角仪上的角度指针所指角度θ2；s9：根据公式求得晶圆盒待测面中心区域的形变大小及形变状态；s10：旋转待测晶圆盒，对各个侧面的中心形变量进行测试。
14.所述步骤s9中计算晶圆盒待测面中心区域的形变大小的公式为：
△
l=d(tanθ2-tanθ1)；上式中：
△
l为晶圆盒待测面中心区域的形变大小，d为刻度面板距离第一导轨中轴位置的距离，θ1为激光器入射角，θ2为使反射光斑重新与刻度面板上的基准点位重合时测角仪上的角度指针所指角度；其中
△
l＞0为凹陷形变，
△
l＜0为凸起形变。
15.本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的晶圆盒形变量的检测装置准确度较高，准确度可达0.1mm量级；操作简便，检测效率高；单个晶圆盒检测时间不超过30秒；测试成本低，整个测试装置材料成本及加工成本低廉；可兼容对4inch、6inch、8inch标准晶圆盒的检测，同时可对晶圆盒各个表面的形变量进行检测。
附图说明
16.下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为本发明装置的整体结构示意图；图2为本发明激光发射系统的结构示意图图3为本发明激光光斑接收系统的结构示意图；图4为本发明刻度面板上的标记示意图；图5为采用本发明第一种检测方法的原理示意图；图6为采用本发明第二种检测方法的原理示意图；图7为本发明待检测的晶圆盒a面待测位置结构示意图；图8为本发明待检测的晶圆盒b面待测位置结构示意图；图中：1为待测晶圆盒、2为限位基台、3为第一导轨、4为第二导轨、5为激光发射系
统、6为激光光斑接收系统、21为测试面限位板、22为中心限位丝杆、23为限位块、24为调节轮、51为第一支架、52为测角仪、53为第一高度调节旋钮、54为第一转轴、55为激光器、56为角度指针、61为第二支架、62为激光光斑接收平台、63为第二高度调节旋钮、64为第二转轴、65为刻度面板。
具体实施方式
17.如图1至图8所示，本发明的目的在于提供一种晶圆盒形变检测装置及检测方法，用于解决对真空封装后的晶圆盒形变程度的快速准确检测，确保盒内衬底无裂片风险。
18.为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆盒形变检测装置，包括：1.用于放置晶圆盒的限位基台2，可固定4inch、6inch、8inch的已封装的标准晶圆盒。限位基台2包含测试面限位板21及中心限位丝杆22。中心限位丝杆22上设有一对限位块23，用于固定晶圆盒左右位置，使晶圆盒中线位置正好与测试面限位板21的中线重合；中心限位丝杆22的一端还固定有调节轮24，用于调节一对限位块23之间的距离。两个限位块23始终一起移动且两个限位块23距离中线之间的距离始终相等，确保不同尺寸的晶圆盒的不同待侧面均可位于测试面限位板的中线上。
19.2.激光发射系统5，包含激光器55、角度指针56以及测角仪52，激光器55与角度指针56可一起随第一转轴54旋转。激光发射系统5由第一支架51固定在第一导轨3上且可沿导轨移动。激光发射系统5可通过第一支架51的第一高度调节旋钮53调节高度，以匹配4inch、6inch、8inch晶圆盒的高度。
20.3.激光光斑接收系统6，包含用于接收激光反射光斑的刻度面板65及第二转轴64。激光光斑接收系统6由第二支架61固定在第一导轨3上并可沿导轨移动。第一导轨3上标有刻度，显示第一支架51及第二支架61在第一导轨3上的位置以及相互之间的距离。
21.4.激光光斑接收系统6可通过第二支架61的第二高度调节旋钮63调节高度，以匹配4inch、6inch、8inch晶圆盒的高度。
22.5.刻度面板65上标记标准的4inch、6inch、8inch晶圆盒在无形变状态下激光打在晶圆盒侧面中心位置所反射的光斑的坐标点（基准点）及刻度，如图4所示。
23.6.限位基台2装配在第二导轨4上，且可沿第二导轨4移动。第二导轨4上标有刻度，可显示限位基台2上测试面限位板21与第一导轨3之间的垂直距离。
24.本发明提供了两种晶圆盒形变量检测方法，包括如下步骤：方法一（原理如图5所示）：1.调节第一高度调节旋钮53和第二高度调节旋钮63，将激光器55高度和反射光斑的刻度面板65高度调到与待测晶圆盒尺寸相对应的高度；2.根据测试精度需求确定激光入射角θ1并旋转激光器55到设定的角度（例如，入射角设定为5.74
°
，可实现对晶圆盒形变量的10倍放大）；3.调节第一导轨3距离限位基台2上的测试面限位板21即晶圆盒待测平面之间的距离（此距离可设为固定值，确保在不影响测试的基础上尽量缩短此距离，有助于提高测试精度，可设置为5cm）；4.将与待测晶圆盒相同尺寸的未进行真空封装的标准校准晶圆盒（此标准晶圆盒的侧面中心位置已做激光光斑对准标记，如图7-8所示）放置在限位基台2上，将待测面贴紧
测试面限位板21。通过旋转丝杆的调节轮24将中心限位丝杆22的一对限位块23夹紧待测晶圆盒，此时晶圆盒待测面的中线与测试面限位板21的中线重合。
25.5.调节激光器55在第一导轨3上的位置，直至入射激光正好打在标准晶圆盒上的光斑对准标记上；6.调节反射光斑的刻度面板65的第二支架61在第一导轨3上的位置，使刻度面板65距离第一导轨3中轴位置的距离与激光器55距离第一导轨3中轴位置的距离相等，此时反射光斑的位置应位于刻度面板65的基准点上。若反射光斑偏离基准点位，可通过微调刻度面板65的第二支架61在第一导轨3上的位置、微调第二支架61的高度、微调刻度面板65的角度使反射光斑与基准点位重合，完成激光基准点位校准。连续测试多个相同尺寸的晶圆盒形变量时，只需在第一个晶圆盒测试前校准一次即可；7.将待测已真空封装的晶圆盒放置在限位基台2上，待测面贴紧测试面限位板21，调节中线限位丝杆22使限位块23轻轻夹紧待测晶圆盒；8.读取反射光斑在刻度面板65上的位置以及与基准点位之间的距离
△
a，代入公式即可求得晶圆盒待测面中心区域的形变大小及形变状态（凸/凹）；9.旋转晶圆盒，对各个侧面的中心形变量进行测试并与形变量规范值进行比对，确保各个面的形变量均未超规范值。
26.方法一的形变测量的原理如图5所示，公式1：由于晶圆盒的形变量在毫米量级，因此
△
a≈
△
l/sinθ1，即
△
l≈
△
asinθ1；由于真空封装后的晶圆盒的各个侧面的中心位置为形变量最大的区域，因此，测试晶圆盒各个侧面的中心位置的形变量即可反映出晶圆盒的形变程度。
27.刻度面板65上的基准位置为激光器以θ1入射角入射，打在无形变的标准晶圆盒侧面中心位置所反射的光斑位置。当晶圆盒发生形变后，反射光斑在刻度板上的位置发生改变。通过读取反射光斑位置与基准位置之间的距离大小，即可算出晶圆盒侧面中心位置的形变量。刻度的正负可反映晶圆盒是凸起形变还是凹陷形变。
28.当θ1=5.74
°
，sinθ1≈0.1，此时
△
a=10
△
l，激光光斑移动距离对晶圆盒形变大小有10倍的放大，当l1=5cm时，d=49.7cm，即激光器出光点距离光斑刻度板的距离≈100cm，其中d为激光器出光位置距离第一导轨中轴位置的距离。进一步减小θ1可进一步提高
△
a对
△
l的放大倍数，从而提高测量精度。此时若激光器距离晶圆盒的垂直距离l1恒定，需要进一步增大激光器与光斑刻度板之间的距离2d，此时，测量装置需要占用更大的空间。因此，若非需要测量小于0.1mm的形变量，则10倍的放大量即可满足使用需求，同时，测量装置的空间占用量也不至于过大。
29.方法二（原理如图6所示）：1.调节第一高度调节旋钮53和第二高度调节旋钮63，将激光器55高度和反射光斑的刻度面板65高度调到与待测晶圆盒尺寸相对应的高度；2.根据测试精度需求确定激光入射角θ1并旋转激光器55到设定的角度（例如，入射角设定为5.74
°
，可实现对晶圆盒形变量的10倍放大）；3.调节第一导轨3距离限位基台2上的测试面限位板21即晶圆盒待测平面之间的距离（此距离可设为固定值，确保在不影响测试的基础上尽量缩短此距离，有助于提高测试精度，可设置为5cm）；
4.将与待测晶圆盒相同尺寸的未进行真空封装的标准校准晶圆盒（此标准晶圆盒的侧面中心位置已做激光光斑对准标记，如图7-8所示）放置在限位基台2上，将待测面贴紧测试面限位板21。通过旋转丝杆的调节轮24将中心限位丝杆22的一对限位块23夹紧待测晶圆盒，此时晶圆盒待测面的中线与测试面限位板21的中线重合。
30.5.调节激光器55在第一导轨3上的位置，直至入射激光正好打在标准晶圆盒上的光斑对准标记上；6.调节反射光斑的刻度面板65的第二支架61在第一导轨3上的位置，使刻度面板65距离第一导轨3中轴位置的距离d与激光器55距离第一导轨3中轴位置的距离相等，此时反射光斑的位置应位于刻度面板65的基准点上。若反射光斑偏离基准点位，可通过微调刻度面板65的第二支架61在第一导轨3上的位置、微调第二支架61的高度、微调刻度面板65的角度使反射光斑与基准点位重合，完成激光基准点位校准。连续测试多个相同尺寸的晶圆盒形变量时，只需在第一个晶圆盒测试前校准一次即可；7.将待测已真空封装的晶圆盒放置在限位基台2上，待测面贴紧测试面限位板21，调节中线限位丝杆22使限位块23轻轻夹紧待测晶圆盒；8.此时激光反射光斑偏离基准点位，通过旋转激光器，使反射光斑重新与刻度面板65上的基准点位重合，读取此时指针所指角度θ2；9.将θ1、θ2、d带入公式即可求得晶圆盒待测面中心区域的形变大小及形变状态（凸/凹）；10.旋转晶圆盒，对各个侧面的中心形变量进行测试并与形变量规范值进行比对，确保各个面的形变量均未超规范值。
31.方法二的形变测量原理如图6所示，公式2：凹陷形变：
△
l=l2-l1=d(tanθ2-tanθ1)，凸起形变：
△
l=l1-l3=d(tanθ1-tanθ3)。
32.由于真空封装后的晶圆盒的各个侧面的中心位置为形变量最大的区域，因此，测试晶圆盒各个侧面的中心位置的形变量即可反映出晶圆盒的形变程度。
33.光斑刻度板上的基准位置为激光器以θ1入射角入射打在无形变的标准晶圆盒侧面中心位置所反射的光斑位置。当晶圆盒发生形变后，反射光斑在刻度板上的位置发生改变。通过旋转激光器的入射角，使刻度板上的反射光斑位置重新回到基准位置。此时，读取测角仪上的角度值，即可求得精确的晶圆盒侧面中心点形变量
△
l。根据测角仪显示的角度与基准角θ1之间差值的正负，还可反映出晶圆盒是凸起形变还是凹陷形变。
34.使用此种测试方法，由于晶圆盒的形变量在毫米量级，因此当d越大，则θ1和θ2之间的差值越小，即测试结果受误差的影响增大。因此需将激光器与反射光斑的刻度面板之间的水平距离缩短，从而提高测量精度，减小测试误差对测试结果的干扰。
35.关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并
能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
36.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。