一种硅片厚度测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体硅片加工技术领域，尤其涉及一种硅片厚度测量装置。


背景技术：

2.在半导体硅片加工技术领域，硅晶棒经过外周滚磨、v形槽研磨、多线切割、脱胶清洗、双面研磨等加工工艺制成硅片之后，为了进一步达到硅片的目标厚度，通常会采用化学刻蚀或者物理减薄等方式来减薄硅片的厚度。在硅片减薄过程中，对于硅片厚度进行实时监控至关重要。通过对硅片的厚度监控，一方面，可确保产品过程监控及品质；另一方面，可有效地对加工过程进行检测实时反映当前加工设备的状态，例如，设备状态是否异常等，这样可以第一时间针对设备异常情况进行控制，以减少损失。
3.在相关技术中，采用非接触电容法进行硅片厚度测量的方法是：在硅片上侧和下侧分别设置上、下电容传感器，测量不同厚度硅片对电容介电常数的影响而产生的电容变化，通过该电容变化来换算硅片的厚度。
4.这一方法存在如下问题：影响上、下电容传感器之间的电容变化的因素不仅仅是硅片厚度，硅片本身也存在电阻率变化，硅片的电阻率也会影响介电常数，导致测量结果不准确。一旦测量出现误测，在实际监控过程中就会出现设备处置不及时，导致异常产品掉落至客户端等问题，进而影响产品品质。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种硅片厚度测量装置，能够提高硅片厚度测量准确度。
6.本公开实施例所提供的技术方案如下：
7.一种硅片厚度测量装置，用于测量硅片厚度，所述硅片厚度测量装置包括：
8.承载台，包括用于承载所述硅片的承载面；
9.接触式探针，可移动地设置于所述承载面一侧，能够在所述硅片表面划动以随所述硅片厚度变化而在垂直于所述承载面方向上运动；
10.电容感应组件，包括电容感应腔室及可移动地设置于所述电容感应腔室内的电容干扰片，所述电容干扰片在所述电容感应腔室内运动时所述电容感应腔室的感应电容变化；及
11.联动组件，连接在所述接触式探针与所述电容干扰片之间，能够在所述接触式探针在垂直于所述承载面方向上运动时，带动所述电容干扰片在所述电容感应腔室内运动。
12.示例性的，所述联动组件包括：
13.连杆，所述连杆的两端分别连接至所述接触式探针和所述电容干扰片；及
14.固定支点，所述固定支点枢接于所述连杆的中部，所述连杆的两端可绕所述固定支点摆动。
15.示例性的，在所述连杆的长度方向上，所述固定支点到所述接触式探针之间的距离小于所述固定支点到所述电容干扰片之间的距离。
16.示例性的，所述连杆与所述接触式探针之间通过第一联动轴活动连接，所述连杆与所述电容干扰片之间通过第二联动轴活动连接。
17.示例性的，所述接触式探针以垂直于所述承载面的方向设置，其包括用于接触所述硅片的第一端及远离所述硅片的第二端，所述第一端设有滚动件。
18.示例性的，所述滚动件包括滑动滚珠、滑动滚轮中的至少一种。
19.示例性的，所述硅片厚度测量装置还包括：
20.处理器，与所述电容感应腔室连接，用于根据所述电容感应腔室所反馈的感应电容变化，换算成所述硅片的厚度参数。
21.示例性的，所述电容感应腔室包括平行设置的第一电极板和第二电极板，所述电容干扰片位于所述第一电极板与所述第二电极板之间。
22.示例性的，所述第一电极板与所述第二电极板沿垂直于所述承载面方向设置，且所述电容干扰片平行于所述第一电极板和所述第二电极板，且能够在平行于所述第一电极板和所述第二电极板的方向上移动。
23.示例性的，所述第一电极板到所述电容干扰片之间的距离大于所述第二电极板到所述电容干扰片之间的距离。
24.本公开实施例所带来的有益效果如下：
25.本公开实施例所提供的硅片厚度测量装置，采用接触式划点的方式，通过接触式探针在硅片表面滑动时带动电容干扰片在电容感应腔室内运动，由于电容感应腔室的感应电容会随着电容干扰片的运动而产生变化，从而可通过测量感应电容的变化来有效测量和换算出硅片的厚度，可进而计算出硅片的平坦度。由此可见，本公开实施例提供的硅片厚度测量装置通过电阻率固定的电容干扰片的运动反映出硅片厚度，可从根本上解决了硅片本身电阻率变化对硅片厚度测量产生的干扰，提高测量准确度。
附图说明
26.图1表示本公开实施例中提供的硅片厚度测量装置的结构示意图。
27.图中，各部件标记如下：
28.硅片10；承载台100；接触式探针200；滚动件210；电容感应组件300；电容感应腔室310；第一电极板311；第二电极板312；电容干扰片320；联动组件400；连杆410；固定支点420；第一联动轴430；第二联动轴440。
具体实施方式
29.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
30.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似
的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
31.为了解决相关技术中由于硅片自身电阻率在其厚度测量时导致测量结果不准确的问题，本公开实施例所提供了一种硅片厚度测量装置，可提高厚度测量准确度。
32.图1所示为本公开实施例所提供的硅片厚度测量装置的结构示意图。
33.本公开实施例所提供的硅片厚度测量装置可用于测量硅片的厚度和平坦度。如图1所示，本公开实施例所提供的硅片厚度测量装置可以包括：承载台100、接触式探针200、电容感应组件300及联动组件400。
34.所述承载台100包括用于承载所述硅片10的承载面。以图所示为例，所述硅片10可承载于所述承载面上，所述承载台100的承载面可以是水平面，为所述硅片10提供水平基准。当然可以理解的是，在其他实施例中，所述承载面也可以不限于水平面。只要是可为硅片10提供一平面且可固定硅片10即可。
35.所述接触式探针200可移动地设置于所述承载面一侧。以图所示为例，所述接触式探针200设置于所述承载面的上方。所述接触式探针200能够与所述硅片10表面接触且在所述硅片10表面上划动，从而随所述硅片10厚度变化而在垂直于所述承载面方向上运动。
36.所述电容感应组件300包括电容感应腔室310及可移动地设置于所述电容感应腔室310内的电容干扰片320，所述电容干扰片320的电阻率固定，且该电容干扰片320在所述电容感应腔室310内运动时所述电容感应腔室310的感应电容可随之变化。
37.所述联动组件400连接在所述接触式探针200与所述电容干扰片320之间，其主要起到一联动作用，能够在所述接触式探针200在垂直于所述承载面方向上运动时，带动所述电容干扰片320在所述电容感应腔室310内运动。也就是说，所述联动组件400主要是可将所述接触式探针200在所述硅片10表面划动时的位置变化反映为所述电容干扰片320的运动，进而通过感应电容变化换算出所述硅片10的厚度和平坦度。
38.上述方案，采用接触式划点的方式，通过接触式探针200在硅片10表面滑动时带动电容干扰片320在电容感应腔室310内运动，由于电容感应腔室310的感应电容会随着电容干扰片320的运动而产生变化，从而可通过测量感应电容的变化来有效测量和换算出硅片10的厚度，可进而计算出硅片10的平坦度。由此可见，本公开实施例提供的硅片10厚度测量装置通过电阻率固定的电容干扰片320的运动反映出硅片10厚度，可从根本上解决了硅片10本身电阻率变化对硅片10厚度测量产生的干扰，提高测量准确度。
39.在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述联动组件400包括一连杆410及固定支点420，所述连杆410的两端分别连接至所述接触式探针200和所述电容干扰片320，所述固定支点420枢接于所述连杆410的中部，所述连杆410的两端可绕所述固定支点420摆动。这样的设置，所述接触式探针200在所述硅片10表面划动而在垂直于所述承载面方向上运动时，所述连杆410与所述接触式探针200连接的一端也在垂直于所述承载面方向上运动，并通过所述固定支点420带动所述连接的另一端运动，进而带动所述电容干扰片320在垂直于所述承载面方向上运动。从而，实现所述接触式探针200与所述电容干扰片320之间的联动，
且这样的方式，在所述连杆410的长度方向上，所述固定支点420到所述接触式探针200之间的距离固定，所述固定支点420到所述电容干扰片320之间的距离固定，可根据固定支点420分别到所述接触式探针200和所述电容干扰片320之间的距离之比，按比例换算出所述接触式探针200与所述电容干扰片320的运动距离，进而通过感应电容的变化换算出所述硅片10厚度。结构简单，且有利于后续感应电压变化与硅片10厚度之间的换算。当然可以理解的是，在其他实施例中，所述联动组件400的具体结构并不限于此。
40.此外，在一些实施例中，如图1所示，在所述连杆410的长度方向上，所述固定支点420到所述接触式探针200之间的距离小于所述固定支点420到所述电容干扰片320之间的距离。由于所述硅片10的厚度变化值很小，采用上述方案，可以将硅片10的厚度变化按比例放大为电容干扰片320的运动距离，提高测量精度。当然可以理解的是，在实际应用中，所述固定支点420到所述接触式探针200之间的距离也可以等于所述固定支点420到所述电容干扰片320之间的距离，以减少换算步骤。
41.此外， 在一些实施例中，如图1所示，所述连杆410与所述接触式探针200之间通过第一联动轴430活动连接，所述连杆410与所述电容干扰片320之间通过第二联动轴440活动连接。这样设置，有利于实现所述接触式探针200及所述电容干扰片320在垂直承载面方向上的运动。
42.此外，在一些实施例中，如图1所示，所述接触式探针200以垂直于所述承载面的方向设置，其包括用于接触所述硅片10的第一端及远离所述硅片10的第二端，所述第一端设有滚动件210。采用上述方案，通过在所述接触式探针200的第一端设置滚动件210，便于其实现接触式滑动，避免由于接触式探针200在硅片10表面划动对硅片10表面产生划伤损害。其中所述滚动件210可以选用滑动滚珠、滑动滚轮中的至少一种。
43.且所述滚动件210的材料应选择不易对硅片10产生损坏和污染的材料。
44.在一些实施例中，如图1所示，所述电容感应腔室310包括平行设置的第一电极板311和第二电极板312，所述电容干扰片320位于所述第一电极板311与所述第二电极板312之间，且所述电容干扰片320至少一端可伸出至所述电容感应腔室310外。
45.采用上述方案，所述电容干扰片320在所述电容感应腔室310的投影面积会随着电容干扰片320上下运行而产生变化，进而改变所述电容感应腔室310的感应电容。
46.示例性的，如图1所示，所述第一电极板311与所述第二电极板312沿垂直于所述承载面方向设置，且所述电容干扰片320平行于所述第一电极板311和所述第二电极板312，且能够在平行于所述第一电极板311和所述第二电极板312的方向上移动。
47.在一些实施例中，所述硅片10厚度测量装置还包括：处理器，与所述电容感应腔室310连接，用于根据所述电容感应腔室310所反馈的感应电容变化，换算成所述硅片10的厚度参数。
48.对于所述电容感应组件300的感应电容变化可根据以下过程来计算：
49.如图1所示，所述电容感应组件300中的电容感应腔室310中第一电极板311和第二电极板312平行设置作为感应探头，测量时电容干扰片320处于第一电极板311与第二电极板312之间。所述第一电极板311和所述第二电极板312的极板面积为s，所述第一电极板311与所述第二电极板312之间的距离为d，所述第一电极板311与所述电容干扰片320之间的距离为d1，所述第二电极板312与所述电容干扰片320之间的距离为d2，d1大于d2。所述电容干
扰片320的厚度为t。
50.设所述电容干扰片320的相对介电常数为ε，空气的介电常数为ε0。
51.则，在所述第一电极板311与所述第二电极板312之间无电容干扰片320时的电容为co，则：
52.；
53.当所述电容干扰片320处于所述第一电极板311与所述第二电极板312之间时，则：
54.。
55.当所述第一电极板311与所述第二电极板312上输入高频信号时，两者之间产生一个高频电场，并有电流流过电容，在设备内会形成一个标准的线性电路，可以测出电流的变化量，设得无电容干扰片320时的电流为i
o 当电容干扰片320完全处于探头之间时；电流为i，交流电压为u，频率为f ，则有以下关系成立：
56.；
57.；
58.；
59.。
60.基于上述关系式可测量感应电容变化。
61.有以下几点需要说明：
62.（1）本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。（2）为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。（3）在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
63.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。