专利名称：利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法。
背景技术：
随着集成电路(IC)制造技术的发展，晶圆的直径达到300mm以上，特征线宽已达到45nm以下，因此对晶圆全局平坦化的均勻性要求越来越高。每执行一次化学机械抛光平坦化工艺之后，都需要对晶圆的全局均勻性进行测量，即需要测量晶圆上各个点的膜厚。电涡流方法是一种非接触的金属膜厚测量方法，能够对纳米级膜厚进行快速的全局测量。利用已有的晶圆台测量晶圆的膜厚时，晶圆台会对电涡流传感器的电涡流信号产生电磁干扰，这造成对晶圆的膜厚的测量结果不准确。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法。为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法，所述方法包括:A)所述晶圆台的升降装置向上移动至高位，利用机械手将晶圆传输到所述升降装置上，然后所述机械手移出；B)利用真空产生器对所述晶圆台的通气孔和凹槽抽真空，然后所述升降装置向下移动至低位以便所述晶圆吸附在所述晶圆台的非金属盘上；C)利用电涡流传感器对所述晶圆进行全局膜厚测量；D)向所述通气孔和所述凹槽内通入气体，随后所述升降装置向上移动至所述高位以便将所述非金属盘上的所述晶圆抬起；和E)利用所述机械手将所述晶圆取走。根据本发明实施例的利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法可以自动地将晶圆装载到晶圆台的非金属盘上，且可以自动地将晶圆从非金属盘上移走。因此所述方法具有自动化程度高的优点。另外，根据本发明上述实施例的晶圆台还可以具有如下附加的技术特征根据本发明的一个实施例，所述步骤C)包括C_1)所述晶圆台的电机通过所述非金属盘带动所述晶圆旋转；C-2)利用光电开关捕捉所述晶圆的缺口，随后所述晶圆继续旋转预定角度以便将所述晶圆的缺口停在预定位置；和CD所述电机带动所述晶圆按照预定速度旋转，同时利用所述电涡流传感器对所述晶圆进行全局膜厚测量。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中
图1是根据本发明的一个实施例的晶圆台在升降装置位于低位时的剖视图；图2是根据本发明的一个实施例的晶圆台在升降装置位于高位时的剖视图；图3是根据本发明实施例的晶圆台的俯视图；图4是根据本发明的另一个实施例的晶圆台的剖视图；图5是根据本发明实施例的晶圆台与机械手交换晶圆的示意图；和图6是根据本发明实施例的利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法的流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面参照图1-5描述根据本发明实施例的晶圆台10。如图1-5所示，根据本发明实施例的晶圆台10包括电机100、金属盘200、非金属盘300、旋转接头400和升降装置。金属盘200与电机100相连由电机100驱动旋转，金属盘200设有沿上下方向A(图1、图2和图4中的箭头方向)贯通金属盘200的通气孔210，其中通气孔210的中心线、金属盘200的中心线和金属盘200的旋转轴线重合。换言之，电机100驱动金属盘200和金属盘200上的通气孔210自转。非金属盘300设在金属盘200的上表面上，非金属盘300的上表面上设有凹槽，所述凹槽与通气孔210连通。旋转接头400设在金属盘200的下表面上，其中旋转接头400的旋转部分410与通气孔210相连且旋转接头400的静止部分420适于与真空产生器(图中未示出，例如真空发生器、真空泵等)相连以便对通气孔210和所述凹槽抽真空。所述升降装置绕金属盘200设置用于升降晶圆20。下面参照图6描述根据本发明实施例的利用晶圆台10测量晶圆20的膜厚度的方法，所述方法包括以下步骤A)晶圆台10的升降装置向上移动至高位，利用机械手30将晶圆20传输到所述升降装置上，然后机械手30移出；B)利用真空产生器对晶圆台10的通气孔210和所述凹槽抽真空，然后所述升降装置向下移动至低位以便晶圆20吸附在晶圆台10的非金属盘300上；C)利用电涡流传感器(图中未示出)对晶圆20进行全局膜厚测量；
D)向通气孔210和所述凹槽内通入气体，随后所述升降装置向上移动至所述高位以便将非金属盘300上的晶圆20抬起；和E)利用机械手30将晶圆20取走。根据本发明实施例的利用晶圆台10测量晶圆20的膜厚度的方法可以自动地将晶圆20装载到晶圆台10的非金属盘300上，且可以自动地将晶圆20从非金属盘300上移走。因此所述方法具有自动化程度高的优点。在利用根据本发明实施例的晶圆台10对晶圆20的膜厚度进行测量时，晶圆20放置在非金属盘300的上表面上。换言之，在对晶圆20的膜厚度进行测量时，晶圆20仅与非金属盘300接触且远离金属盘200，由于非金属盘300不会对电涡流传感器的电涡流信号产生电磁干扰，因此可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。根据本发明实施例的晶圆台10通过在金属盘200的上表面上设置非金属盘300，从而可以避免金属盘200对电涡流传感器的电涡流信号产生电磁干扰，因此可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。而且，根据本发明实施例的晶圆台10的所述升降装置可以与机械手30配合，从而可以自动地将晶圆20装载到晶圆台10的非金属盘300上且可以自动地将晶圆20从非金属盘300上移走。根据本发明实施例的晶圆台10通过在金属盘200周围设置所述升降装置，从而具有自动化程度高的优点。本技术领域人员可以理解的是，电机100可以包括电机定子110和电机转子120，其中金属盘200可以与电机转子120相连。电机转子120内可以限定有容纳腔，旋转接头400可以设在所述容纳腔内。如图1-5所示，在本发明的一些实施例中，所述升降装置可以包括多个升降单元500 (多个升降单元500绕金属盘200设置用于升降晶圆20)，且每个升降单元500可以包括驱动件510、托架520和定位件530。托架520可以与驱动件510相连以在驱动件510的带动下沿上下方向移动。定位件530可以设在托架520的上表面上，每个定位件530的上端可以具有朝向金属盘200的旋转轴线突出的弧形面，其中多个升降单元500的定位件530的内侧顶点可以位于同一圆周上，所述圆周的圆心可以位于金属盘200的旋转轴线上，且所述圆周的直径可以与晶圆20的直径适配。在利用机械手30向所述升降装置传输晶圆20时，晶圆20脱离机械手30后沿所述升降装置的多个升降单元500的定位件530的表面向下滑动到托架520上。由于多个定位件530的所述内侧顶点可以位于直径与晶圆20的直径适配的圆周上(换言之，所述圆周的直径可以略大于晶圆20的直径以便留有晶圆20与多个定位件530配合的间隙)，因此多个定位件530可以将晶圆20定位在所述圆周上，即晶圆20可以与所述圆周重合。而且，由于所述圆周的圆心位于金属盘200的旋转轴线上，因此晶圆20的圆心可以位于金属盘200的旋转轴线上，这样在利用电涡流传感器对晶圆20的膜厚度进行测量时电机100可以驱动晶圆20自转。通过设置多个定位件530，可以自动地将晶圆20的圆心定位在金属盘200的旋转轴线上，从而可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。具体地，晶圆台10可以设置至少三个托架520且每个托架520的上表面上可以设有至少一个定位件530。晶圆台10也可以设置两个托架520且每个托架520的上表面上可以间隔开地设有多个定位件530。
如图3和图5所示，在本发明的一个具体示例中，托架520可以是弧形。多个驱动件510可以带动多个托架520沿上下方向同步升降。有利地，托架520可以是圆弧形以便更稳定地支撑晶圆20。此外，多个托架520也可以依次相连以便构造成圆环形，这样更有利于多个托架520沿上下方向同步升降。驱动件510可以是气缸，托架520可以与气缸的活塞杆相连。如图1、图2和图4所示，在本发明的一个实施例中，每个定位件530的上端的外周面可以是弧形面。换言之，每个定位件530可以具有朝向金属盘200的旋转轴线突出的弧形面。具体地，定位件530可以是子弹头形。在本发明的一些示例中，非金属盘300可以是石英玻璃盘。换言之，非金属盘300可以由石英玻璃制成。由于石英玻璃不易变形，因此可以将非金属盘300的上表面加工的非常平。这样当晶圆20放置在非金属盘300的上表面上时，可以使电涡流传感器与晶圆20之间的距离保持不变，从而可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。如图1、图2和图4所示，在本发明的一个示例中，金属盘200的直径可以与晶圆20的直径适配，非金属盘300的直径可以小于金属盘200的直径。换言之，非金属盘300的直径可以小于晶圆20的直径，这样晶圆20的大部分可以处于悬空状态。因此，晶圆20不会因非金属盘300的上表面不平而变形。由于晶圆20没有变形，因此电涡流传感器与晶圆20之间的距离保持不变，从而可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述凹槽可以是环形凹槽310，且非金属盘300内可以设有用于将环形凹槽310和通气孔210连通的连接孔320。换言之，连接孔320的第一端可以与环形凹槽310连通，且连接孔320的第二端可以与通气孔210连通。
在本发明的一个实施例中，如图1-5所示，环形凹槽310可以是多个，且连接孔320也可以是多个，其中多个环形凹槽310可以顺序套设，且多个环形凹槽310在非金属盘300的径向方向B(图1-5的箭头方向)上可以彼此间隔开。非金属盘300的下表面上可以设有与通气孔210连通的下凹槽330(由于非金属盘300的下表面可以金属盘200的上表面接触，因此不会从下凹槽330处漏气)，多个连接孔320的第一端(图1、图2和图4中连接孔320的上端，其中上下方向A如图1、图2和图4中的箭头方向所示)可以分别对应地与多个环形凹槽310连通，每个连接孔320的第二端(图1、图2和图4中连接孔320的下端)可以与下凹槽330连通。环形凹槽310的数量可以与连接孔320的数量相等，且一个连接孔320的第一端可以与一个环形凹槽310连通。有利地，多个连接孔320的第一端可以与一个环形凹槽310连通。换言之，每个环形凹槽310都可以通过多个连接孔320与下凹槽330连通，这样可以大大地提高对环形凹槽310抽真空的速度和均勻性。可以利用所述真空产生器通过通气孔210、下凹槽330和多个连接孔320对多个环形凹槽310抽真空，从而在将晶圆20放置在非金属盘300的上表面上时对晶圆20进行吸附。通过在非金属盘300的上表面上设置多个环形凹槽310，可以使晶圆20受力均勻，防止晶圆20产生变形，这样可以使电涡流传感器与晶圆20之间的距离保持不变，从而可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。而且，通过在非金属盘300的下表面上设置与通气孔210连通的下凹槽330，从而可以更加容易地使多个环形凹槽310与通气孔210连通。换言之，通过在非金属盘300的下表面上设置与通气孔210连通的下凹槽330，大大地降低了非金属盘300的加工难度。有利地，每个环形凹槽310可以是圆环形且多个环形凹槽310可以是同心圆，其中多个圆环形的环形凹槽310的圆心可以位于金属盘200的旋转轴线上。非金属盘300的中心线可以与金属盘200的旋转轴线重合，这样在测量晶圆20的膜厚度时晶圆20可以自转。如图1、图2和图4所示，在本发明的一个具体示例中，金属盘200的上表面上可以设有与非金属盘300适配的容纳槽，非金属盘300的一部分可以容纳在所述容纳槽内。通过在金属盘200的上表面上设置所述容纳槽，不仅可以更加容易地将非金属盘300装配到金属盘200上，而且可以确保非金属盘300的中心线与金属盘200的旋转轴线重合。具体地，非金属盘300可以粘贴在金属盘200的上表面上。在本发明的一些实施例中，如图1、图2和图4所示，非金属盘300的上表面上可以设有导气槽；340，且非金属盘300内可以设有导气孔(图中未示出)，最内侧的环形凹槽310可以绕导气槽340设置，所述导气孔的第一端可以与导气槽340连通，且所述导气孔的第二端可以与外界连通。换言之，导气槽340可以设在最内侧的环形凹槽310的内侧。在将晶圆20放置在非金属盘300的上表面上时，晶圆20与非金属盘300之间会残留一些空气，这样可以导致晶圆20变形。通过在非金属盘300的上表面上设置导气槽340和在非金属盘300内设置所述导气孔，可以使晶圆20与非金属盘300之间残留的空气通过导气槽340和所述导气孔排放到外界，从而可以避免晶圆20变形，进而可以使电涡流传感器与晶圆20之间的距离保持不变，使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。具体地，导气槽340可以是圆形，且导气槽340的圆心可以位于金属盘200的旋转轴线上。如图4所示，在本发明的一些示例中，晶圆台10还可以包括调平装置600，调平装置600可以包括基板610和多个调节件620。基板610可以固定在电机100上由电机100驱动旋转。多个调节件620可以可上下移动地设在基板610上，且多个调节件620可以沿基板610的周向间隔开地分布，每个调节件620的上端可以与金属盘200相连。在测量晶圆20的膜厚度时，电机100可以通过调平装置600驱动金属盘200旋转。由于多个调节件620可以沿上下方向移动，因此可以在上下方向上对金属盘200的不同部位进行调节，以便使金属盘200的上表面处于水平状态，并进而使非金属盘300的上表面和晶圆20的上表面处于水平状态，这样可以使电涡流传感器与晶圆20之间的距离保持不变，从而可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。具体地，基板610可以是圆环形且可以处于水平状态，其中基板610可以固定在电机转子120上。每个调节件620可以是杆状且可以处于竖直状态。基板610上可以设有多个螺纹孔，多个调节件620可以分别对应地螺纹配合在所述多个螺纹孔内。换言之，调节件620的数量可以与所述螺纹孔的数量相等，且一个调节件620可以螺纹配合在一个所述螺纹孔内。在本发明的一些实施例中，所述步骤C)可以包括C-1)晶圆台10的电机100通过非金属盘300带动晶圆20旋转；C-2)利用光电开关40捕捉晶圆20的缺口 21 (当晶圆20的缺口 21运动到光电开关40位置处时，光电开关40会产生触发信号)，随后晶圆20继续旋转预定角度以便将晶圆20的缺口 21停在预定位置；和
C-3)电机100带动晶圆20按照预定速度旋转，同时利用所述电涡流传感器对晶圆
20进行全局膜厚测量。其中，所述预定角度是指晶圆20的缺口 21与所述电涡流传感器在晶圆20上的投影的夹角。晶圆20的缺口 21位于所述预定位置时，晶圆20的缺口 21位于所述电涡流传感器的正下方。本领域技术人员可以理解的是，光电开关40可以包括信号发生元件和信号接收元件。在本发明的一个实施例中，晶圆台10还可以包括机架(图中未示出)，电机100、多个驱动件510和光电开关40都可以固定在所述机架上。通过利用根据本发明实施例的晶圆台10，可以使电涡流传感器更加准确地测量晶圆20的膜厚度。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法，其特征在于，包括A)所述晶圆台的升降装置向上移动至高位，利用机械手将晶圆传输到所述升降装置上，然后所述机械手移出；B)利用真空产生器对所述晶圆台的通气孔和凹槽抽真空，然后所述升降装置向下移动至低位以便所述晶圆吸附在所述晶圆台的非金属盘上；C)利用电涡流传感器对所述晶圆进行全局膜厚测量；D)向所述通气孔和所述凹槽内通入气体，随后所述升降装置向上移动至所述高位以便将所述非金属盘上的所述晶圆抬起；和E)利用所述机械手将所述晶圆取走。
2.根据权利要求1所述的利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法，其特征在于，所述步骤C)包括C-1)所述晶圆台的电机通过所述非金属盘带动所述晶圆旋转；C-2)利用光电开关捕捉所述晶圆的缺口，随后所述晶圆继续旋转预定角度以便将所述晶圆的缺口停在预定位置；和C-3)所述电机带动所述晶圆按照预定速度旋转，同时利用所述电涡流传感器对所述晶圆进行全局膜厚测量。
全文摘要
本发明公开了一种利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法。所述方法包括A)所述晶圆台的升降装置向上移动至高位，利用机械手将晶圆传输到所述升降装置上，然后所述机械手移出；B)利用真空产生器对所述晶圆台的通气孔和凹槽抽真空，然后所述升降装置向下移动至低位以便所述晶圆吸附在所述晶圆台的非金属盘上；C)利用电涡流传感器对所述晶圆进行全局膜厚测量；D)向所述通气孔和所述凹槽内通入气体，随后所述升降装置向上移动至所述高位以便将所述非金属盘上的所述晶圆抬起；和E)利用所述机械手将所述晶圆取走。根据本发明实施例的利用晶圆台测量晶圆的膜厚度的方法具有自动化程度高的优点。
文档编号G01B7/06GK102564287SQ20111042157
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者何永勇, 余强, 曲子濂, 李宏恺, 赵乾, 赵德文, 路新春 申请人:清华大学