[发明专利]一种非接触式高精密晶片面型测量仪器及其测量计算方法

权利要求书

1.一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，包括台面、移动载台、滑动导轨和激光测距感测器，所述台面为大理石台面，其一侧设有横梁，所述移动载台包括上移动载台和下移动载台，所述下移动载台的中部镂空，所述上移动载台的中部设有支撑孔，所述支撑孔呈圆形，其所呈的圆形的周边设有3个晶片支撑脚，所述3个晶片支撑脚固定设置，并呈正三角形分布，所述滑动导轨数量为3个，包括第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨，所述激光测距感测器包括发射器和接收器，激光测距感测器数量为2个，分别为上感测器和下感测器。

2.如权利要求1所述的一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，所述第一滑轨数量2个，水平对称固定设置于台面上，所述下移动载台滑动设置于第一滑轨上，所述第二滑轨水平固定设置于下移动载台的上端面上，所述上移动载台滑动设置于第二滑轨上，所述第三滑轨竖直固定设置于横梁中部，所述台面的中部设有凹槽，所述下感测器设置于凹槽内，所述上感测器通过固定杆与第三滑轨连接。

3.如权利要求1所述的一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，所述上感测器和下感测器相对设置，并在同一地面垂直线上。

4.如权利要求1所述的一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，所述3个晶片支撑脚所构成的平面与水平面平行。

5.如权利要求1所述的一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，所述上感测器和下感测器的连线与3个晶片支撑脚所构成的平面为垂直关系。

6.如权利要求1所述的一种非接触式高精密晶片面型测量仪器，其特征在于，所述第一滑轨和第二滑轨的滑动导向方向互相垂直。

7.一种非接触式高精密晶片面型测量计算方法，其特征在于，包括以下四个部分：

测量原理：放置被测晶片到支撑孔的晶片支撑脚上，通过调节第一导轨和第二导轨，使被测晶片位于上感测器的下方，测量被测晶片下端面与凹槽之间的竖直距离，根据此竖直距离，调节并固定下感测器，使下感测器与被测晶片下端面之间的距离达到5-10cm，同时通过调节第三滑轨，使上感测器与被测晶片上端面之间的距离达到5-10cm，启动激光测距感测器，激光测距感测器的发射器向被测晶片射出一束激光，激光到达被测晶片，被发生反射，反射的激光被接收器接受，随后根据计时器测得到激光束从发射到接收的时间，计算出发射器到目标的距离，在通过左右前后滑动移动载台，得到多组距离数据，最后根据计算公式，得出厚度、整体平均厚度、整体厚度差、翘曲度和凹陷程度的数据，进而对被测晶片的面型进行判断；

测量：（1）设定：以三个晶片支撑脚所呈的正三角形的中心作为测量中心，得坐标（X0,Y0），此时，未放置晶片，a0对应上感测器与坐标（X0,Y0）的距离，b0对应下感测器与坐标（X0,Y0）的距离；设定上感测器距下感测器距离固定，距离为s；放置被测晶片，多次移动移动载台，每次移动载台移动后，激光测距感测器测量和采集相应的距离数据，定为(a1,b1)，(a2,b2)，(a3,b3)，(a4,b4)...…(an,bn)；根据对数据精度的需求，可调整距离数据的收集次数；

根据计算公式计算具体数据：（1）厚度：测量中心的厚度T中，对应坐标为（X0,Y0）时，上感测器和下感测器实际测得的数据（a中+b中），T中=s-(a中+b中)；整体平均厚度：Tavg={∑[s-(an+bn)]}/n，n≥1；（2）整体厚度差H：计算晶片上厚度最大与厚度最小的差值，H=max{[s-(a1+b1)],……,[s-(an+bn)]}-min{[s-(a1+b1)],……,[s-(an+bn)]}；（3）翘曲度：计算晶片在基准面上整体面型变化值W，n次测量的硅片厚度分别为T1=s-(a1+b1)，T2=s-(a2+b2)，T3=s-(a3+b3)，……，Tn=s-(an+bn)；得到变化量w1=(b1+T1/2)-(b中+T中/2)，w2=(b2+T2/2)-(b中+T中/2)，……，wn=(bn+Tn/2)-(b中+T中/2)；最后得到翘曲度W=max(w1，w2，w3，……，wn)-min(w1，w2，w3，……，wn)；（4）凹陷程度B：以三个晶片支撑脚构成的面以上Tavg/2距离的面为基准面，计算晶片中心(X0,Y0)距离基准面的距离为晶片的凹陷程度，凹陷程度：B=(a0-Tavg/2)–(a中+T中/2)；B会出现正负值的现象，当值为正值，则晶片上表面突起；反之则凹陷；

晶片面型判断：根据以上测量的数据进行晶片面型判断，（1）整体厚度差：反映晶片的厚度差异，H越大，晶片厚度分布差异越大；（2）翘曲度/凹陷程度：反映晶片的面型变化趋势，主要有几下几种面型分布：面型很平坦：W接近于B，且W、B接近于0；晶片呈现“碗状”面型：W接近于B，当W、B的值越大，晶片的凹陷程度越大；晶片呈现S型面型：B接近于0，当W值越大，说明晶片的弯曲程度越大。

8.如权利要求7所述的一种非接触式高精密晶片面型测量计算方法，其特征在于，所述距离数据(an,bn)与s存在以下关系，2/3×s＜an+bn＜s。