本發明屬于真空量測領域，特別涉及用于晶圓量測的精確定位裝置及定位方法。

背景技術：

1、隨著集成電路產業的迅猛發展，對芯片檢測設備的需求日益增長，特別是關鍵尺寸量測設備(critical?dimension?scanning?electron?microscope,cd-sem)的市場需求顯著上升。cd-sem設備利用掃描電子顯微鏡(scanning?electron?microscope,sem)技術對芯片進行精確測量，而sem技術要求在高真空環境下操作，因此芯片必須從大氣環境轉移到sem設備所在的高真空環境中。目前，這一轉移過程主要通過半導體設備前置模塊(equipment?front?end?module,efem)實現，該模塊負責從晶圓盒中取出晶圓并傳遞至cd-sem的傳輸腔內。傳輸腔在抽至預定真空度后，方能打開連接真空機械手腔室的隔離閥，由真空機械手將晶圓傳送至sem下進行檢測。

2、首先，當前技術發展的重點在于提升efem機械手與真空機械手的重復定位精度，以確保晶圓在sem下的定位精度。定位精度的關鍵在于晶圓在兩個機械手之間的傳遞精度。具體而言，在當前的efem機械手設計中，晶圓的內傳過程通常直接將晶圓放置于腔體內的立柱或其他承載裝置上，隨后真空機械手在腔體內進行取片操作。這一過程要求機械手的定位精度極高，對機械手的穩定性和重復定位精度有著嚴格的要求。因此，需要一種操作簡單的定位裝置來精確地定位晶圓，同時確保不會對易碎的晶圓造成損壞。

3、第二方面，為了精確測定此精度，通常采用至少三個數字激光傳感器同步進行測量。數字激光傳感器發射出微小直徑的光斑，接收器檢測相應的光通量變化，通過晶圓遮擋部分光斑來改變光通量數值，從而確定晶圓的位置。隨后，需驗證每次通過efem傳遞的晶圓是否均能落在預定的精度范圍內。然而，該測量方法僅適用于非透明晶圓，對于透明晶圓則存在顯著局限性。此外，該方法對數字激光傳感器的調試過程非常復雜，需要技術人員投入大量時間進行位置和垂直度調整。

4、另一方面，在晶圓傳遞過程中，傳輸腔需頻繁地進行真空建立與破壞。盡管破壞真空的時間較短，但建立高真空狀態則需較長時間。為了提升cd-sem的晶圓傳遞效率，傳輸腔通常設計得較小，以縮短達到高真空狀態所需的時間。在高真空建立后，真空機械手需在傳輸腔內完成取片和放片動作，之后才能破壞真空。取片后，晶圓需送至sem下進行檢測，檢測完畢后再次放入傳輸腔。在取片和放片的間隔期間，傳輸腔必須持續保持高真空狀態。因此在高真空環境下，要求晶圓定位裝置的散熱性能不會受到顯著影響。

技術實現思路

1、本發明的第一目的是，針對現有的對晶圓量測過程中，難以高效、簡易地將晶圓精確定位在cd-sem的傳輸腔內的問題，本發明提供一種用于晶圓量測的精確定位裝置，
技術實現要素：
如下：

2、用于晶圓量測的精確定位裝置包括安裝于傳遞腔中的驅動機構、定位機構和承載機構；

3、所述驅動機構用于將置于所述承載機構上的晶圓推向定位機構，所述驅動機構包括彈片、銜鐵、推塊和電磁鐵，所述彈片被固定于傳遞腔中，并且具備釋放彈力的自由端，所述自由端上裝配所述銜鐵和推塊，所述銜鐵的相對側設置一固定于傳遞腔中的電磁鐵；

4、所述電磁鐵通電后吸引所述銜鐵，使所述彈片發生形變，位于銜鐵上方的推塊向定位機構的方向推送晶圓；

5、所述電磁鐵斷電后釋放所述銜鐵，所述彈片的自由端在彈性回復力的作用下向后復位所述銜鐵和推塊。

6、優選的，至少兩個所述定位機構安裝于所述驅動機構的對側，用于定位晶圓的相對兩肩部；

7、所述定位機構包括定位座和固定于所述定位座上的定位柱，所述定位柱的頂端為錐體。

8、優選的，所述定位座由螺絲鎖緊于傳遞腔中，所述定位座被鎖緊前先旋轉至設定位置，使所述定位柱可抵靠晶圓。

9、進一步的，所述驅動機構還包括底座，所述底座固定于傳遞腔的底壁上，所述電磁鐵安裝于所述底座上；所述彈片的固定端呈豎立狀安裝于底座上。

10、上述用于晶圓量測的精確定位裝置的定位方法，包括以下步驟：

11、晶圓被送入傳遞腔內，由承載機構支撐；

12、電磁鐵通電后吸引銜鐵，銜鐵帶動位于彈片自由端的推塊移動，推動晶圓向定位機構靠近，直至頂靠于定位機構的定位柱上，對晶圓精確定位；

13、電磁鐵斷電后釋放銜鐵，銜鐵與推塊在彈片的彈力作用下恢復至初始位置。

14、本發明的驅動機構推動晶圓靠近定位機構，與定位機構互相配合定位晶圓，即使晶圓未精確地落在承載機構上，也能被精確定位，顯著提高了晶圓的定位精度，從而提升測量數據的可靠性，減少調試人員的工作量。

15、本發明的驅動機構采用電磁鐵與銜鐵和彈片互相配合的方式推動晶圓，相對于常用的電機或者氣缸而言，具有結構簡單、性能穩定、體積小的優點。此外，通過調節電磁鐵的電流控制其吸引力，即便在晶圓出現掉落或傾斜等意外情況下，本裝置仍能有效防止晶圓被夾碎。

16、本發明的定位柱采用錐形頭部設計，不僅在晶圓下落過程中起到導向作用，防止晶圓掉落和傾斜，而且在晶圓上升過程中，能夠迅速脫離定位柱，避免機械手在向上運動時因自身運動精度問題誤碰定位柱，從而防止晶圓發生偏移，確保最終定位精度不受影響。

17、本發明的第二目的是，在上述晶圓精確定位裝置的基礎上，提供一種適用于透明/半透明晶圓的位置精度檢測裝置，在晶圓定位過程中自動完成定位精度檢測，提高工作效率和檢測精度，發明內容如下：

18、所述驅動機構還包括兩個沿前后方向錯位安裝的光電傳感器一和光電傳感器二；

19、所述彈片的自由端安裝位置檢測片，所述位置檢測片包括沿左右方向依次間隔設置的擋板一和擋板二；

20、所述擋板一跟隨所述彈片的自由端向前移動至所述光電傳感器一之間，觸發光電傳感器一發送晶圓到位信號；所述擋板二跟隨所述自由端后退至光電傳感器二之間，觸發光電傳感器二發送復位到位信號。

21、優選的，所述位置檢測片包括呈水平狀安裝的檢測片本體，所述擋板一和擋板二均豎直地固定于所述檢測片本體的下方；

22、所述光電傳感器一和光電傳感器二均為對射式傳感器。

23、上述晶圓定位裝置的定位方法為：

24、晶圓被送入傳遞腔內，由承載機構支撐；

25、電磁鐵通電后吸引銜鐵，銜鐵帶動位于彈片自由端的推塊移動，位置檢測片跟隨推塊同步移動；當晶圓被推塊頂靠于定位柱上時，位置檢測片的擋板一進入光電傳感器一之間，從而判斷晶圓已經被移動到位，此時擋板二遠離光電傳感器二；

26、電磁鐵斷電后釋放銜鐵，銜鐵與推塊在彈片的彈力作用下自動后移，位置檢測片跟隨推塊復位，擋板二進入光電傳感器二之間，從而判斷推塊復位到位，此時擋板一遠離光電傳感器一。

27、本發明的位置檢測片與推塊同步移動，通過兩組光電傳感器和兩個擋板相互配合，實現對電磁鐵運動狀態的檢測，以及對位置檢測片的測量結果進行分析。通過分析兩個光電傳感器的反饋信號，首先能夠判斷電磁鐵功能是否正常；其次，可以準確判斷晶圓是否已被準確推入指定位置；第三，能監測晶圓傳遞過程中是否存在掉落、傾斜或碎片等異常情況。此方法同樣適用于透明晶圓的檢測。

28、本發明的第三目的是，在上述晶圓精確定位裝置的基礎上，改善晶圓定位裝置在高真空環境下的散熱性能。

29、本發明的電磁鐵的鐵芯為軟磁合金；所述推塊的材質為尼龍或者鐵氟龍；所述銜鐵的材質為軟磁合金。

30、電磁鐵采用軟磁合金作為鐵芯，充分利用了軟磁合金高磁飽和度、高磁導率和低矯頑力的特性，實現了快速磁性轉化，并以較低的電能完成推動晶圓的工作。這不僅提高了工作效率，而且減少了熱量產生，尤其在高真空環境下，電磁鐵的散熱效率較低。因此，只有在大氣側傳片時才會實現非真空狀態，產生的熱量能夠在有限的時間內迅速散去。

31、優選的，所述承載機構至少設置三個，用于平穩地支撐晶圓；所述承載機構包括固定于傳遞腔中的承載座、安裝于所述承載座上的承載柱和安裝于所述承載柱前端的承載環，所述承載環凸出于所述承載柱而與晶圓之間點接觸。

32、采用承載環作為與晶圓的接觸部件，實現與晶圓的點接觸，從而減少摩擦力。這使得驅動機構能夠使用較小的力推動晶圓運動，同時減少電能需求，有利于減少熱能的積累。

33、綜上，本發明的有益效果為：

34、本發明在晶圓量測過程中，能夠高效、簡易、可靠地將晶圓精確地定位在cd-sem的傳輸腔內。

35、本發明采用機械檢測方式，廣泛適用于所有透明度晶圓的位置精度檢測裝置，在晶圓定位過程中自動完成定位精度檢測，提高工作效率和檢測精度。

36、本發明顯著地改善了晶圓定位裝置在高真空環境下的散熱性能。