立式半导体晶圆TTV干涉测试装置的制作方法

本申请涉及半导体行业的晶圆检测技术领域，具体涉及一种立式半导体晶圆ttv干涉测试装置。

背景技术：

随着整个半导体行业的快速发展，国内半导体行业近几年的发展势头也越来越火热。半导体行业的发展离不开晶圆，晶圆是制作芯片的基础，而晶圆的厚度均匀性、弯曲度以及翘曲度等数据对晶圆的应力和性能有很大影响，因此晶圆检测设备是半导体行业中重要的精密检测测量设备。

目前，晶圆基片的全参数测试装置采用的测试方式有如下两种：第一种是干涉测量，第二种则是扫描测量。上述两种方式中，测量速度最快的是干涉测量，但是现有技术中，采用干涉方式测量晶圆基片的装置基本都为卧式测量结构，卧式测量结构在测量时，不能够还原晶圆实际光刻工作状态，因此测量结果精度并不高，并且成本也较高，而目前市面上还未有立式结构的半导体晶圆ttv干涉测试装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供了一种立式半导体晶圆ttv干涉测试装置，在测量时，晶圆的状态更接近于实际光刻工作状态，因此测试结果更加准确，精度更高。

为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：

一种立式半导体晶圆ttv干涉测试装置，包括激光扩束准直单元、干涉成像单元、干涉测量单元以及整机调试单元；所述激光扩束准直单元包括光源、第一反射镜、聚焦物镜、分光棱镜、第二反射镜以及准直物镜，第一反射镜位于光源的输出光方向上；所述干涉成像单元包括干涉成像镜头以及工业相机；所述干涉测量单元包括tf标准镜，tf标准镜水平设置；所述整机调试单元包括二维调节机构、晶圆托盘、晶圆工作台以及设置在晶圆工作台上的待测晶圆，晶圆托盘设置在二维调节机构上，晶圆工作台设置在晶圆托盘上；光源输出的光束依次经第一反射镜、聚焦物镜、分光棱镜、第二反射镜、准直物镜以及tf标准镜进入位于晶圆工作台上的待测晶圆上，经所述tf标准镜反射输出的标准光束和所述待测晶圆反射形成的测试光束沿原光路返回，在所述的分光棱镜形成干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述分光棱镜并经所述干涉成像镜头后成像在所述工业相机的中心位置；所述晶圆工作台上设置有定位缺口，用于固定待测晶圆；所述晶圆工作台的表面面形小于60nm。

进一步地，所述工业相机为ccd相机。

进一步地，所述光源为激光器。

进一步地，所述tf标准镜的表面面形小于60nm。

进一步地，所述tf标准镜的口径为300mm。

进一步地，所述tf标准镜31为标准平面楔镜。

本申请的有益效果：

（1）本申请在测量时，能够还原晶圆实际工作状态，复现了整个光刻过程，

因此测试结果更加准确，精度更高，并且成本也更低。

（2）本申请中，晶圆工作台上设置有定位缺口，在测量时，能够对待测半导体晶圆重复定位，保证半导体晶圆的相对位置一致。

附图说明

本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本申请整体结构示意图。

图中：

1、激光扩束准直单元；2、干涉成像单元；3、干涉测量单元；4、整机调试单元；11、光源；12、第一反射镜；13、聚焦物镜；14、分光棱镜；15、第二反射镜；16、准直物镜；21、干涉成像镜头；22、工业相机；31、tf标准镜；41、二维调节机构；42、晶圆托盘；43、晶圆工作台；44、待测晶圆。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本申请发明目的的技术方案，需要说明的是，本申请要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

本实施例公开了一种立式半导体晶圆ttv干涉测试装置，参照说明书附图1，所述干涉测试装置主要包括激光扩束准直单元1、干涉成像单元2、干涉测量单元3以及整机调试单元4这四个模块构成；具体的，所述激光扩束准直单元1包括光源11、第一反射镜12、聚焦物镜13、分光棱镜14、第二反射镜15以及准直物镜16，第一反射镜12位于光源11的输出光方向上；所述干涉成像单元2包括干涉成像镜头21以及工业相机22；所述干涉测量单元3包括tf标准镜31，tf标准镜31水平设置，准直物镜16位于tf标准镜31的上方，水平设置；所述整机调试单元4水平设置在tf标准镜31的下方，包括二维调节机构41、晶圆托盘42、晶圆工作台43以及设置在晶圆工作台43上的待测晶圆44，晶圆托盘42设置在二维调节机构41上，晶圆工作台43设置在晶圆托盘42上的上表面；所述分光棱镜14、干涉成像镜头21以及工业相机22的中心保持一条直线，工业相机22的输出端与pc端连接；所述待测晶圆44的前表面与tf标准镜31的参考面之间形成干涉测试腔。

在本实施例中，所述干涉成像镜头包括凹透镜和凸透镜，凹透镜位于最前方，凸透镜则位于凹透镜与工业相机之间。

在测量时，首先测试半导体晶圆的上表面厚度，将待测晶圆放置在晶圆工作台上，置于tf标准镜的下方，启动光源，对光路进行调整，光源输出的光束依次经第一反射镜、聚焦物镜、分光镜、第二反射镜、准直镜以及tf标准镜进入位于晶圆工作台上的待测晶圆上，经所述tf标准镜反射输出的标准光束和所述待测晶圆反射形成的测试光束沿原光路返回，在所述的分光棱镜形成干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述分光棱镜并经所述干涉成像镜头后成像在工业相机的中心位置，pc端对干涉条纹图像进行分析，进行相移计算，得到待测晶圆的上表面厚度，并对计算结果进行存储。

然后测试半导体晶圆的下表面厚度，将待测晶圆在晶圆工作台上翻转，接着重复测试半导体晶圆的上表面厚度的操作步骤，得到待测晶圆的上表面厚度。

最后pc端将测得的晶圆的上表面厚度与下表面厚度进行互检，得到半导体晶圆的总厚度差（ttv），最终通过本申请装置测得的半导体晶圆的总厚度差精度小于100nm。

本申请在测量晶圆参数时，测量方式与晶圆实际工作状态时摆放的位置和方向相同，晶圆在测量时的状态更接近于实际光刻状态，测量过程复现了整个光刻过程，因此测试结果更加准确，精度更高，并且成本也更低。

实施例2

本实施例公开了一种立式半导体晶圆ttv干涉测试装置，在实施例1的基础上，所述工业相机22为ccd相机。

进一步地，所述光源11为激光器。

进一步地，所述晶圆工作台43上设置有定位缺口，用于固定待测晶圆44。在测量晶圆参数时，当上表面厚度测试完成后，需要对晶圆进行翻转从而测量晶圆的下表面厚度，因此在翻转晶圆时，晶圆工作上的定位缺口能够对待测晶圆进行重复定位，保证半导体晶圆的相对位置一致，从而保证测试结果的准确性。

进一步地，所述晶圆工作台43的表面面形小于60nm。

进一步地，所述tf标准镜31的表面面形小于60nm。

进一步地，所述tf标准镜31的口径为300mm，因此，本装置最大能够一次测试口径为300mm，即12寸的晶圆的参数。

进一步地，所述tf标准镜31为标准平面楔镜，在光路前进方向前表面为楔角面，楔角为30'，后表面为标准参考面。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的限制，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。