一种具有竖直放片结构的方形晶圆检测装置及检测方法与流程

本发明集成电路生产设备，尤其涉及一种具有竖直放片结构的方形晶圆检测装置及检测方法。

背景技术：

1、在半导体制造及光电元件生产领域，方形晶圆（如用于光伏电池、led衬底、mems器件等的方形基片）在加工完成后，需要对其表面进行高精度的缺陷检测，以筛查划痕、脏污、微裂纹、膜厚不均等质量问题。目前，针对方形晶圆的检测设备主要存在以下技术问题：

2、当前市场上的晶圆检测设备普遍采用水平放置方式，即方形晶圆平放于承载平台上，检测探头从上方或下方进行扫描。这种水平放片方式存在固有不足：其一，水平放置使得晶圆表面容易积附环境中的灰尘和颗粒物，在检测前往往需要额外增加清洁工序；其二，水平承载平台通常需要配合真空吸附孔阵列来固定晶圆，对于不同尺寸规格的方形晶圆，需要更换不同的吸盘或调整吸附孔布局，设备兼容性较差；其三，操作人员在上下料时需要俯身操作，且晶圆表面朝上放置，人手或工具容易误触晶圆检测面，造成二次污染或划伤。其四，随着光伏及显示行业对方形晶圆尺寸需求的不断增大，大尺寸方形晶圆在水平放置状态下，其中部区域因自身重力作用会产生明显的下垂挠度，导致晶圆表面偏离理想平整平面。这种静态重力形变使得扫描探头难以在单一焦平面内完成全幅面的精准对焦，直接造成边缘区域成像模糊或测量数据失准，严重限制了检测精度的进一步提升。

3、在需要将晶圆从上下料位置提升至检测工位的装置中，承载框架及晶圆的全部重量均由升降驱动元件承担。对于大尺寸方形晶圆，其自身重量较大，加之承载框架的重量，对升降电机的驱动力矩要求较高，导致电机选型偏大、能耗增加。更重要的是，大负载升降过程中，若缺乏有效的重量平衡机构，升降运动的加减速阶段容易产生冲击和振动，影响晶圆在承载部件上的位置稳定性，严重时甚至导致晶圆移位或滑落。尽管部分设备中采用气动平衡或弹簧平衡机构，但这类结构往往存在平衡力非线性、响应滞后的问题，难以在全行程范围内实现精确的动态平衡。

4、在检测过程中，扫描探头需要沿横向移动以完成对晶圆整面的扫描。现有设备中，扫描探头的安装支架通常与晶圆承载部件集成为一体，导致扫描探头的横向移动行程受到承载部件结构的限制。同时，扫描探头与被测晶圆表面之间的检测距离（即物距）调节方式较为繁琐，往往需要借助额外的调节垫片或松紧多个紧固件才能完成，调节效率低下且难以保证重复定位精度。此外，在上下料操作时，扫描探头不能自动让位，容易与操作人员的手部或晶圆发生干涉，存在安全隐患。

5、方形晶圆检测通常需要在洁净环境中进行，且检测精度要求达到微米级甚至亚微米级。设备自身的运动部件（升降电机、横移电机等）在运行过程中会产生振动，同时外界环境（如相邻设备的运转、人员走动等）也会传递振动至检测区域。现有设备的减震措施多为简单的橡胶垫或弹簧隔振，其减震带宽有限，难以有效隔绝低频振动和高频振动，直接影响扫描检测的信噪比和成像清晰度。

6、针对上述现有技术中存在的不足，亟需提供一种能够实现便捷上下料、平稳升降、安全固定、精确检测的方形晶圆检测装置及对应的检测方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有竖直放片结构的方形晶圆检测装置及检测方法。

2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种具有竖直放片结构的方形晶圆检测装置，其包括：

4、减震支托组件，该减震支托组件中具有支托空间；

5、晶圆承载组件，该晶圆承载组件通过升降结构安装于减震支托组件中，可在减震支托组件中上升或下降，其内部具有方形晶圆竖直承载空间，由晶圆承载组件携带方形晶圆一同上升或下降；

6、稳衡配重组件，该稳衡配重组件通过升降结构安装于支撑装配组件中，可在支撑装配组件中上升或下降，晶圆承载组件通过联动结构与稳衡配重组件配合，使稳衡配重组件可随晶圆承载组件同步动作；

7、偏转压紧组件，该偏转压紧组件通过活动连接结构安装于晶圆承载组件中，可随晶圆承载组件一同上升或下降，并可在晶圆承载组件中独立偏转，由偏转压紧组件对晶圆承载组件中的方形晶圆进行压紧或松脱操作；

8、压紧驱动组件，该压紧驱动组件安装于晶圆承载组件中，可随晶圆承载组件一同上升或下降，并可在晶圆承载组件中独立运行，偏转压紧组件通过传动结构与压紧驱动组件配合，由压紧驱动组件带动偏转压紧组件偏转；

9、转接载托组件，该转接载托组件通过横移结构安装于减震支托组件中，并与晶圆承载组件位置对应，可在减震支托组件中横向移动；

10、扫描检测组件，该扫描检测组件安装于转接承载组件中，并与方形晶圆适配，可随转接承载组件一同横向移动，并对晶圆承载组件中的方形晶圆进行检测。

11、具体地，减震支托组件包括：

12、支托立柱，该支托立柱设有一组，各支托立柱分别沿竖向布置；

13、支托台面，该支托台面位于支托立柱上方，并沿横向布置；

14、减震垫块，该减震垫块设有一组，各减震垫块分别采用轴承减震器充任，其安装于支托立柱顶部，并与支托台面底部接合，由减震垫块对支托台面进行减震；

15、支托基座，该支托基座采用大理石制作，其安装于支托台面顶部，并沿横向布置，在支托基座顶部设置沿横向延伸的横移导轨；

16、支托立架，该支托立架安装于支托基座顶部，并沿竖向布置，在支托立架两侧分别设置沿竖向布置的承载导轨及配重导轨，并在支托立架顶部设置转接支轮，支托立架底部开设有避位豁口。

17、晶圆承载组件包括：

18、承载框架，该承载框架沿竖向布置，并通过滑块与承载导轨配合，可沿承载导轨上升或下降，其中部开设避位通口，避位通口中具有一组与方形晶圆边缘配合的承载支片，承载支片沿避位通口的周向顺次排布，方形晶圆边缘可抵靠于承载支片上；

19、承载吸盘，该承载吸盘设有一组，各承载吸盘分别安装于承载支片中，并与真空机构连通，由承载吸盘对方形晶圆背面边缘进行吸附定位；

20、承载托架，该承载托架安装于承载框架侧部，并沿横向布置，可随承载框架一同上升或下降，在承载托架顶部形成方形晶圆承载空间，由承载托架对方形晶圆底部进行支托；

21、升降电机，该升降电机采用直线电机充任，其固定部分安装于支托立架侧部，其活动部分安装于承载框架侧部，由升降电机带动承载框架及承载托架上升或下降；

22、升降尺具，该升降尺具采用光栅尺充任，其固定部分安装于支托立架侧部，其活动部分安装于承载框架侧部，由升降尺具对承载框架的上升或下降位置进行监测。

23、稳衡配重组件包括：

24、配重框架，该配重框架位于支托立架外侧，并通过滑块与配重导轨配合，可沿配重导轨上升或下降；

25、配重块体，该配重块体设有一组，各配重块体分别通过可拆卸连接结构安装于配重框架中，可随配重框架一同上升或下降；

26、转接链绳，该转接链绳绕设于转接支轮上，其两端分别与配重框架及承载框架接合，承载框架上升或下降时可通过转接链绳带动配重框架下降或上升。

27、偏转压紧组件包括：

28、压紧支座，该压紧支座设有一组，各压紧支座分别安装于承载框架侧部，并与承载支片位置对应；

29、压紧角架，该压紧角架设有一组，各压紧角架中部分别通过转轴安装于压紧支座中，可在压紧支座中偏转，其内端指向避位通口方向；

30、延伸压杆，该延伸压杆设有一组，各延伸压杆分别安装于压紧角架内端，并向承载支片方向延伸，可随压紧角架一同偏转；

31、压紧端头，该压紧端头安装于延伸压杆末端，并与承载吸盘配合，由压紧端头对方形晶圆正面边缘进行压紧定位，将方形晶圆夹合于承载吸盘与压紧端头之间。

32、压紧驱动组件包括：

33、驱动电缸，该驱动电缸设有一组，各驱动电缸的缸体分别安装于转接支座中，其动力输出轴向转接面板外侧延伸；

34、驱动推架，该驱动推架设有一组，各驱动推架分别安装于驱动电缸的动力输出轴末端，由驱动电缸带动驱动推架动作；

35、驱动轴杆，该驱动轴杆设有一组，各驱动轴杆分别通过轴承安装于驱动推架中，可随驱动推架一同动作，并可在驱动推架中独立偏转；

36、驱动连架，该驱动连架设有一组，各驱动连架一端与压紧角架外端转动连接，其另一端与驱动轴杆转动连接，驱动轴杆动作时可带动驱动连架偏转，进而使压紧角架偏转；

37、导向轴套，该导向轴套设有一组，各导向轴套分别安装于转接支座中；

38、导向光轴，该导向光轴设有一组，各导向光轴分别与驱动推架接合，并穿设于导向轴套中，由导向轴套及导向光轴对驱动推架的动作过程进行导向。

39、转接载托组件包括：

40、转接底梁，该转接底梁避位豁口贯穿支托立架两侧，其两端分别通过滑块与横移导轨配合，可在横移导轨上横移；

41、载托立柱，该载托立柱设有一对，各载托立柱分别安装于转接底梁两端，其分列于支托立架两侧，并沿竖向布置，可随转接底梁一同横移，各载托立柱顶部分别设置沿纵向延伸的扫描导轨；

42、横移电机，该横移电机采用直线电机充任，其固定部分安装于支托基座顶部，其活动部分安装于转接底梁侧部，由横移电机带动转接底梁及载托立柱横移；

43、横移尺具，该横移尺具采用光栅尺充任，其固定部分安装于支托基座顶部，其活动部分安装于转接底梁侧部，由横移尺具对转接底梁及载托立柱的横移位置进行监测。

44、扫描检测组件包括：

45、扫描座架，该扫描座架设有一对，各扫描座架分别通过滑块与扫描导轨配合，可随载托立柱一同横移，并可在扫描导轨上独立沿纵向移动；

46、扫描探头，该扫描探头设有一对，各扫描探头分别安装于扫描座架内端，可随扫描座架一同沿纵向移动，以靠近或远离方形晶圆，由扫描探头对方形晶圆进行扫描检测；

47、锁紧侧架，该锁紧侧架设有一对，各锁紧侧架分别安装于载托立柱顶部，并位于扫描座架外侧；

48、锁紧栓杆，该锁紧栓杆设有一对，各锁紧栓杆分别安装于锁紧侧架中，其末端通过螺纹结构与扫描座架侧壁配合，由锁紧栓杆对扫描座架及扫描探头进行锁紧定位，避免其在扫描检测过程中发生纵向移位；

49、复位拉簧，该复位拉簧设有两组，各组复位拉簧分别安装于载托立柱顶部，并与扫描座架外端接合，锁紧栓杆与扫描座架脱离时，由复位拉簧对扫描座架施加拉力，使扫描座架及扫描端头远离方形晶圆，便于进行装卸操作。

50、一种方形晶圆检测方法，采用上述的检测装置进行操作，包括以下步骤：

51、上料定位步骤：将方形晶圆以竖直姿态置入晶圆承载组件中，由承载托架对方形晶圆底部进行支托，并由承载吸盘对方形晶圆背面边缘进行吸附定位，使方形晶圆保持竖直站立状态；

52、升降输送步骤：启动升降电机，由升降电机带动承载框架及安装于承载框架侧部的承载托架一同沿承载导轨上升，将方形晶圆由初始上料位置输送至预定检测工位；升降过程中，承载框架通过转接链绳带动配重框架沿配重导轨反向移动，由配重块体对承载框架及方形晶圆的重量进行平衡补偿；同时，由升降尺具对承载框架的上升位置进行实时监测，直至承载框架到达预定检测工位时停止升降电机；

53、压紧锁定步骤：承载框架到达预定检测工位后，启动压紧驱动组件中的驱动电缸，由驱动电缸推动驱动推架及驱动轴杆移动，驱动轴杆通过驱动连架带动压紧角架绕压紧支座偏转，使安装于压紧角架内端的延伸压杆带动压紧端头向方形晶圆方向偏转，由压紧端头对方形晶圆正面边缘施加压紧力，将方形晶圆夹合固定于承载吸盘与压紧端头之间；

54、扫描检测步骤：启动横移电机，由横移电机带动转接底梁及安装于转接底梁上的载托立柱沿横移导轨横向移动，使安装于载托立柱顶部的扫描座架及扫描探头随载托立柱一同横向移动，由扫描探头对方形晶圆进行扫描检测；扫描过程中，由横移尺具对转接底梁及载托立柱的横移位置进行实时监测；

55、压紧解除步骤：扫描检测完成后，驱动电缸反向动作，通过驱动推架、驱动轴杆及驱动连架带动压紧角架反向偏转，使压紧端头脱离方形晶圆正面边缘，解除对方形晶圆的压紧锁定；

56、升降复位步骤：启动升降电机反向运转，由升降电机带动承载框架及承载托架沿承载导轨下降，将方形晶圆由预定检测工位送回至初始上料位置；下降过程中，承载框架通过转接链绳带动配重框架沿配重导轨反向移动复位；同时，承载吸盘解除对方形晶圆的吸附；

57、下料步骤：操作人员将完成检测的方形晶圆从承载托架中取出。

58、所述升降输送步骤中，承载吸盘在升降全程保持对方形晶圆的持续吸附；所述压紧锁定步骤中，各压紧端头同步动作，由导向轴套及导向光轴对驱动推架的移动过程进行导向；所述扫描检测步骤中，扫描探头沿扫描导轨纵向滑动调节检测距离，调节到位后由锁紧栓杆锁紧定位，扫描完成后由复位拉簧将扫描座架及扫描探头拉回初始位置。

59、与现有技术相比，本发明提供的一种具有竖直放片结构的方形晶圆检测装置及检测方法，具有以下有益效果：

60、采用竖直放片结构，方形晶圆以竖直姿态置入承载托架顶部的方形晶圆承载空间中，由承载托架对方形晶圆底部进行支托。相较于传统水平放置方式，可避免方形晶圆在自身重力作用下发生形变，进而提升检测精度。

61、设置稳衡配重组件，承载框架通过转接链绳与配重框架联动配合。承载框架上升时，配重框架同步下降，配重块体的重力通过转接链绳对承载框架施加方向相反的牵引力，有效抵消了承载框架及方形晶圆的大部分重量。这一平衡补偿机制使升降电机的驱动力仅需克服承载框架与配重框架之间的微小重力差及摩擦力，大幅降低了升降电机的负载，延长了电机使用寿命。同时，由于升降过程中受力均衡，承载框架的升降运动更加平稳，避免了因负载过大导致的运动冲击和振动，为后续精确检测提供了良好的运动基础。

62、在升降输送过程中，仅由承载吸盘提供轻微的真空吸附力，配合承载托架的底部支撑使晶圆保持竖直站立，偏转压紧组件保持完全松开状态。这一设计使升降运动过程中压紧端头不与晶圆表面接触，避免了因升降过程中的振动或导轨误差导致的附加应力传递至晶圆边缘，有效防止了晶圆在升降过程中产生裂纹或破碎。当承载框架到达检测工位并停止运动后，再执行压紧锁定动作，此时晶圆仅在静态条件下承受压紧力，受力状态明确可控，最大限度地保护了晶圆的结构完整性。

63、通过多重结构设计确保扫描检测过程的精度和稳定性。首先，减震支托组件中采用轴承减震器对支托台面进行减震，配合大理石制作的支托基座，有效吸收了升降电机、横移电机等动力元件产生的振动以及外界环境传递的振动，为扫描检测提供了稳定的基础条件。其次，压紧锁定步骤中，压紧端头与承载吸盘配合将方形晶圆夹合固定，使晶圆在扫描检测过程中保持刚性固定状态，彻底消除了因晶圆自身微动或共振导致的检测误差。再次，扫描检测组件中设置有锁紧栓杆，扫描探头沿扫描导轨纵向调节检测距离到位后由锁紧栓杆锁紧定位，避免了扫描过程中扫描探头发生纵向移位，进一步保证了扫描路径的精确性和检测数据的可靠性。

64、升降输送步骤中采用光栅尺作为升降尺具，对承载框架的升降位置进行实时监测并反馈至控制系统，由控制系统对升降电机进行闭环控制，确保承载框架能够精确停止于预定检测工位。类似地，扫描检测步骤中采用光栅尺作为横移尺具，对转接底梁及载托立柱的横移位置进行实时监测并反馈至控制系统，由控制系统对横移电机进行闭环控制，确保扫描探头按预定路径精确移动。双重闭环控制机制使各运动部件的定位精度得到可靠保证，满足了方形晶圆高精度检测的工艺要求。