一种反射式膜厚自动测量仪器的制作方法

本技术涉及膜厚测量，尤其是涉及一种反射式膜厚自动测量仪器。

背景技术：

1、晶圆对于半导体器件至关重要，膜厚是影响晶圆物理性质的重要参数之一。通常对膜厚的测量有椭圆偏振法、探针法、光学法等，膜厚探测系统又称薄膜检测系统，用于测量薄膜的厚度。椭圆偏振技术（ellipsometry）是一种多功能和强大的光学技术，可用于取得薄膜的介电性质（复数折射率或介电常数）。椭圆偏振是一个很敏感的薄膜性质测量技术，且具有非破坏性和非接触之优点。

2、其中，分析样品反射之偏振光的改变，椭圆偏振技术可得到比探测光本身波长更短的薄膜信息，小至一个单原子层，甚至更小。椭圆偏振测量仪器可测得复数折射率或介电函数张量，并以此获得基本的物理参数，并且这与各种样品的性质，包括形态、晶体质量、化学成分或导电性，有所关联。它常被用来鉴定单层或多层堆叠的薄膜厚度，可量测厚度由数埃（angstrom）或数奈米到几微米皆有极佳的准确性。

3、公告号为cn218329795u的中国实用新型专利公开了一种显微镜膜厚测量平台，包括电气箱，其于前端安装有z轴升降机构；显微镜总成，其连接于z轴升降机构的前端；ccd摄像头，其设置于显微镜总成的上端；薄膜厚度测量仪，安装于电气箱中，通过光纤连接到显微镜总成。但其需要人工具体操作测量，测量速度慢，操作麻烦，不利于对晶圆片膜厚的大规模测量。

4、因此，在晶圆膜厚的测量中，如何保证测量的准确性，而且还能大规模对晶圆膜厚进行自动测量，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

2、本实用新型提供一种反射式膜厚自动测量仪器，包括机柜、安装在机柜内部的测量装置和存取机构、以及对接在机柜外侧的进出料部件；进出料部件用于对晶圆片的进料和出料，存取机构用于在测量装置和进出料部件之间移动晶圆片；测量装置设置有测量处理主机、测量移动部件和测量探头部件，测量处理主机位于机柜内部并与外部电源连通，测量移动部件固定连接在机柜内的支撑架上，测量移动部件设置有移动连接端，移动连接端被测量移动部件驱动从而产生位置移动；测量探头部件固定连接在移动连接端上并随移动连接端同步移动，测量探头部件与测量处理主机之间电性连接；测量探头部件设置有探头安装筒、测量光源、起偏组件和光谱组件，探头安装筒固定连接在移动连接端上，测量光源和起偏组件固定连接在探头安装筒内，光谱组件固定连接在移动连接端上；测量光源与外部电源连通并发出光线，起偏组件用于对所述光线进行偏振从而形成偏振光，所述偏振光射向待测晶圆片并经过待测晶圆片上的镀膜反射后形成反射光；光谱组件用于接收所述反射光，并分析获取所述反射光的光谱参数，测量处理主机用于根据所述光谱参数计算得出晶圆片相应位置的镀膜厚度。

3、作为本实用新型进一步的方案：测量探头部件设置有分光组件，分光组件倾斜一定角度固定连接在探头安装筒内，并位于测量光源与起偏组件之间；探头安装筒垂直于待测晶圆片，使测量光源发出的光线垂直射向待测晶圆片，所述光线穿过分光组件和起偏组件，从而形成偏振光并垂直射向待测晶圆片，所述偏振光经过待测晶圆片上的镀膜反射后形成反射光，所述反射光穿过起偏组件射向分光组件，分光组件用于把从起偏组件射向分光组件的反射光反射向光谱组件，从而使光谱组件顺利接收所述反射光。

4、作为本实用新型进一步的方案：测量探头部件设置有第一探头安装筒和第二探头安装筒，第一探头安装筒和第二探头安装筒分别与待测晶圆片呈相同角度倾斜并固定连接在移动连接端上，第一探头安装筒内安装有测量光源和起偏组件，第二探头安装筒内安装有起偏组件和光谱组件，测量光源发出的光线射向第一探头安装筒内的起偏组件后形成偏振光，所述偏振光以所述相同角度射向待测晶圆片，所述偏振光被待测晶圆片上的镀膜反射后形成反射光，所述反射光以所述相同角度射向第二探头安装筒内的起偏组件和光谱组件，从而使光谱组件顺利接收所述反射光。

5、作为本实用新型进一步的方案：测量探头部件设置有补偿组件，补偿组件位于起偏组件和待测晶圆片之间并固定连接在探头安装筒内，补偿组件用于对偏振光的光谱参数进行光学补偿。

6、作为本实用新型进一步的方案：测量装置设置有测量基座，测量基座固定连接在机柜内部的支撑架上，测量移动部件固定连接在测量基座上，测量移动部件设置有x轴移动组件、y轴移动组件和z轴移动组件，移动连接端固定连接在z轴移动组件的移动端，z轴移动组件用于驱动移动连接端沿z轴方向做上下移动；z轴移动组件固定连接在y轴移动组件的移动端，y轴移动组件用于驱动z轴移动组件沿y轴方向做前后移动；y轴移动组件固定连接在x轴移动组件的移动端，x轴移动组件固定连接在测量基座上，x轴移动组件用于驱动y轴移动组件沿x轴方向做左右移动。

7、作为本实用新型进一步的方案：测量装置设置有放置台，放置台固定连接在测量基座上，放置台用于放置待测晶圆片。

8、作为本实用新型进一步的方案：进出料部件设置有进料盒、出料盒和中转盒，进料盒、出料盒与中转盒彼此相邻并平行设置，且对接于机柜外侧的开口处，使存取机构能对盒中的晶圆片进行存取操作。

9、作为本实用新型进一步的方案：进料盒、出料盒与中转盒分别设置有多个放置格，每一个放置格放置一张晶圆片，每一个放置格预设有唯一的编码，从而使测量处理主机根据编码对应相应的晶圆片。

10、作为本实用新型进一步的方案：存取机构设置有平移组件、升降组件、取料臂和存料臂，平移组件固定连接在机柜的支撑架上，升降组件固定连接在平移组件的移动端上，平移组件用于驱动升降组件在水平方向做平行移动；取料臂和存料臂固定连接在升降组件的移动端上，升降组件用于驱动取料臂和存料臂在垂直方向做竖直运动，取料臂用于从进料盒中取出待测晶圆片并移动到放置台上或者把测试完成的晶圆片从放置台取下并移动到中转盒中；存料臂用于把测试完成的晶圆片从中转盒中取出并放置到出料盒中。

11、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

12、通过在一个仪器中设置测量装置、存取机构和进出料部件，从而实现对晶圆膜厚的大规模自动测量，测量处理主机还可以分析记录存储查询所有晶圆膜厚的测量数据。还通过设置测量移动部件，在xyz轴上对测量探头部件进行移动，从而自动对晶圆上所有的位置进行测量。测量探头部件通过设置分光组件和补偿组件，从而更加准确的对晶圆膜厚进行测量。通过在测量探头部件上设置探头安装筒，使测量光源和起偏组件布置在探头安装筒内，得到更加精准的偏振光，从而提高测量精度；另外还可以设置补偿组件，对偏振光的光学参数进行补偿，进一步的提高测量准确度。因此，通过上述的改进，可以实现大规模的对晶圆膜厚进行准确的自动测量。

13、本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

技术特征：

1.一种反射式膜厚自动测量仪器，包括机柜（10）、安装在机柜（10）内部的测量装置（20）和存取机构（50）、以及对接在机柜（10）外侧的进出料部件（60）；其特征在于，进出料部件（60）用于对晶圆片（11）的进料和出料，存取机构（50）用于在测量装置（20）和进出料部件（60）之间移动晶圆片（11）；测量装置（20）设置有测量处理主机（21）、测量移动部件（30）和测量探头部件（40），测量处理主机（21）位于机柜（10）内部并与外部电源连通，测量移动部件（30）固定连接在机柜（10）内的支撑架（12）上，测量移动部件（30）设置有移动连接端（34），移动连接端（34）被测量移动部件（30）驱动从而产生位置移动；测量探头部件（40）固定连接在移动连接端（34）上并随移动连接端（34）同步移动，测量探头部件（40）与测量处理主机（21）之间电性连接；测量探头部件（40）设置有探头安装筒（41）、测量光源（44）、起偏组件（45）和光谱组件（46），探头安装筒（41）固定连接在移动连接端（34）上，测量光源（44）和起偏组件（45）固定连接在探头安装筒（41）内，光谱组件（46）固定连接在移动连接端（34）上；测量光源（44）与外部电源连通并发出光线，起偏组件（45）用于对所述光线进行偏振从而形成偏振光，所述偏振光射向待测晶圆片（11）并经过待测晶圆片（11）上的镀膜反射后形成反射光；光谱组件（46）用于接收所述反射光，并分析获取所述反射光的光谱参数，测量处理主机（21）用于根据所述光谱参数计算得出晶圆片（11）相应位置的镀膜厚度。

2.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，测量探头部件（40）设置有分光组件（47），分光组件（47）倾斜一定角度固定连接在探头安装筒（41）内，并位于测量光源（44）与起偏组件（45）之间；探头安装筒（41）垂直于待测晶圆片（11），使测量光源（44）发出的光线垂直射向待测晶圆片（11），所述光线穿过分光组件（47）和起偏组件（45），从而形成偏振光并垂直射向待测晶圆片（11），所述偏振光经过待测晶圆片（11）上的镀膜反射后形成反射光，所述反射光穿过起偏组件（45）射向分光组件（47），分光组件（47）用于把从起偏组件（45）射向分光组件（47）的反射光反射向光谱组件（46），从而使光谱组件（46）顺利接收所述反射光。

3.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，测量探头部件（40）设置有第一探头安装筒（42）和第二探头安装筒（43），第一探头安装筒（42）和第二探头安装筒（43）分别与待测晶圆片（11）呈相同角度倾斜并固定连接在移动连接端（34）上，第一探头安装筒（42）内安装有测量光源（44）和起偏组件（45），第二探头安装筒（43）内安装有起偏组件（45）和光谱组件（46），测量光源（44）发出的光线射向第一探头安装筒（42）内的起偏组件（45）后形成偏振光，所述偏振光以所述相同角度射向待测晶圆片（11），所述偏振光被待测晶圆片（11）上的镀膜反射后形成反射光，所述反射光以所述相同角度射向第二探头安装筒（43）内的起偏组件（45）和光谱组件（46），从而使光谱组件（46）顺利接收所述反射光。

4.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，测量探头部件（40）设置有补偿组件（48），补偿组件（48）位于起偏组件（45）和待测晶圆片（11）之间并固定连接在探头安装筒（41）内，补偿组件（48）用于对偏振光的光谱参数进行光学补偿。

5.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，测量装置（20）设置有测量基座（22），测量基座（22）固定连接在机柜（10）内部的支撑架（12）上，测量移动部件（30）固定连接在测量基座（22）上，测量移动部件（30）设置有x轴移动组件（31）、y轴移动组件（32）和z轴移动组件（33），移动连接端（34）固定连接在z轴移动组件（33）的移动端，z轴移动组件（33）用于驱动移动连接端（34）沿z轴方向做上下移动；z轴移动组件（33）固定连接在y轴移动组件（32）的移动端，y轴移动组件（32）用于驱动z轴移动组件（33）沿y轴方向做前后移动；y轴移动组件（32）固定连接在x轴移动组件（31）的移动端，x轴移动组件（31）固定连接在测量基座（22）上，x轴移动组件（31）用于驱动y轴移动组件（32）沿x轴方向做左右移动。

6.根据权利要求5所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，测量装置（20）设置有放置台（23），放置台（23）固定连接在测量基座（22）上，放置台（23）用于放置待测晶圆片（11）。

7.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，进出料部件（60）设置有进料盒（61）、出料盒（62）和中转盒（63），进料盒（61）、出料盒（62）与中转盒（63）彼此相邻并平行设置，且对接于机柜（10）外侧的开口处，使存取机构（50）能对盒中的晶圆片（11）进行存取操作。

8.根据权利要求7所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，进料盒（61）、出料盒（62）与中转盒（63）分别设置有多个放置格（64），每一个放置格（64）放置一张晶圆片（11），每一个放置格（64）预设有唯一的编码，从而使测量处理主机（21）根据编码对应相应的晶圆片（11）。

9.根据权利要求1所述的一种反射式膜厚自动测量仪器，其特征在于，存取机构（50）设置有平移组件（51）、升降组件（52）、取料臂（53）和存料臂（54），平移组件（51）固定连接在机柜（10）的支撑架（12）上，升降组件（52）固定连接在平移组件（51）的移动端上，平移组件（51）用于驱动升降组件（52）在水平方向做平行移动；取料臂（53）和存料臂（54）固定连接在升降组件（52）的移动端上，升降组件（52）用于驱动取料臂（53）和存料臂（54）在垂直方向做竖直运动，取料臂（53）用于从进料盒（61）中取出待测晶圆片（11）并移动到放置台（23）上或者把测试完成的晶圆片（11）从放置台（23）取下并移动到中转盒（63）中；存料臂（54）用于把测试完成的晶圆片（11）从中转盒（63）中取出并放置到出料盒（62）中。

技术总结
本技术涉及膜厚测量技术领域，尤其是涉及一种反射式膜厚自动测量仪器，包括机柜、测量装置、存取机构和进出料部件；测量装置设置有测量处理主机、测量移动部件和测量探头部件，测量处理主机位于机柜内部并与外部电源连通，测量探头部件与测量处理主机之间电性连接；测量探头部件设置有探头安装筒、测量光源、起偏组件和光谱组件。通过在一个仪器中设置测量装置、存取机构和进出料部件，从而实现对晶圆膜厚的大规模自动测量，测量处理主机还可以分析记录存储查询所有晶圆膜厚的测量数据。测量探头部件通过设置分光组件和补偿组件，从而更加准确的对晶圆膜厚进行测量。通过上述的改进，可以实现对晶圆膜厚进行大规模准确的自动测量。

技术研发人员：张凯
受保护的技术使用者：韦森特（东莞）科技技术有限公司
技术研发日：20230210
技术公布日：2024/1/12