一种基于椭偏仪的晶圆参数测量装置

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于椭偏仪的晶圆参数测量装置。

背景技术

晶圆是制作IC最基础的半导体材料，精确测定晶圆的厚度和光学常数,如折射率、厚度、密度等是集成电路制造工艺中非常重要的环节。椭偏法是基于测量偏振光的相位和振幅变化的技术，具有非接触性、测量精度高和对样品没有破坏且不需要真空的特点，能同时测定晶圆厚度和光学常数，还可测量多层晶圆，适合测量的膜厚范围广，可以从几纳米到1mm。基于上述特点，椭偏仪成为半导体工业测量晶圆厚度和光学常数的标准仪器。

随着集成电路的关键尺寸变得越来越小，缺陷的尺寸也相应有所缩小，现有的椭偏仪多采用手动操作测量，操作不便，增加测量困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于椭偏仪的晶圆参数测量装置，在使用椭偏仪测量时，高效精确控制晶圆位置。

技术方案：本发明提出一种基于椭偏仪的晶圆参数测量装置，所述椭偏仪包括入射光发射器和反射光接收器；所述基于椭偏仪的晶圆参数测量装置包括晶圆定位单元和椭偏仪反射角调节单元；

所述晶圆定位单元包括水平的滚珠丝杠、驱动滚珠丝杠旋转的第一电机、螺纹连接在滚珠丝杠上的螺母座；滚珠丝杠旋转时，螺母座沿滚珠丝杠做直线运动；

所述螺母座上设置有第二电机、基座和载物台；所述载物台的上端面用于放置晶圆；

所述第二电机固定在螺母座上，第二电机的转轴竖直布置；所述第二电机的转轴连接基座，用于驱动基座转动；所述载物台通过两个弹性支撑片支撑于基座上方；两个所述弹性支撑片呈拱形对称布置在载物台两侧；每个所述弹性支撑片的一端连接在基座上，另一端连接在载物台上；每个所述弹性支撑片上设置有一个调节螺栓；所述调节螺栓竖直布置，上端螺帽压接在弹性支撑片上表面，下端螺纹连接在基座上；

所述椭偏仪反射角调节单元包括第三电机、用于安装入射光发射器的第一传动轴和用于安装反射光接收器的第二传动轴；所述第一传动轴和第二传动轴均平行于滚珠丝杠，且对称布置在滚珠丝杠所在竖直平面的两侧；所述第三电机驱动第一传动轴及第二传动轴同步、同转速转动。

进一步，所述晶圆定位单元还包括壳体和固定在壳体上的两个导向轴；所述第一电机固定在壳体上；两个导向轴均平行于滚珠丝杠，且对称布置在滚珠丝杠的左右两侧；所述螺母座上设置有两个导向孔；每个导向轴可滑动穿过一个导向孔。

进一步，还包括控制单元；所述控制单元包括若干位置传感器和PLC控制器；若干位置传感器沿滚珠丝杠的延伸方向排列在螺母座的一侧，用于检测螺母座在滚珠丝杠的相对位置；所述若干位置传感器的检测信号输入至PLC控制器；所述PLC控制器用于控制第一电机、第二电机和第三电机的启停。

进一步，所述第一电机通过第一齿轮副驱动连接滚珠丝杠；所述第三电机通过第二齿轮副驱动连接第一传动轴，并通过第三齿轮副驱动连接第二传动轴；所述第二齿轮副与第三齿轮副的传动比相同。

进一步，所述第一传动轴和/或第二传动轴上设置有分度盘。

有益效果：本发明在使用椭偏仪测量时，通过滚珠丝杠和位置传感器，高效精确控制晶圆直线位置，还能控制晶圆旋转；通过两个调节螺栓，调节载物台与椭偏仪在竖直方向的距离，修正多次测量导致的位置偏差。

附图说明

图1为本发明的滚珠丝杠处的结构示意图；

图2为本发明的载物台处的结构示意图；

图3为本发明的椭偏仪反射角调节单元的结构示意图；

图4为本发明的外观视图。

具体实施方式

本发明是一种基于椭偏仪的晶圆参数测量装置，所述椭偏仪包括入射光发射器和反射光接收器。

所述基于椭偏仪的晶圆参数测量装置包括晶圆定位单元和椭偏仪反射角调节单元。

所述晶圆定位单元包括水平的滚珠丝杠101、驱动滚珠丝杠101旋转的第一电机102、螺纹连接在滚珠丝杠101上的螺母座103。所述第一电机102通过第一齿轮副111驱动连接滚珠丝杠；滚珠丝杠101旋转时，螺母座103沿滚珠丝杠101做直线运动。

所述晶圆定位单元还包括壳体109和固定在壳体109上的两个导向轴110。所述第一电机102固定在壳体上；两个导向轴110均平行于滚珠丝杠101，且对称布置在滚珠丝杠101的左右两侧；所述螺母座103上设置有两个导向孔；每个导向轴110可滑动穿过一个导向孔。两个导向轴110用于螺母座103的直线运动导向，对称布置在滚珠丝杠101的左右两侧，使螺母座103的受力更均衡，螺母座103的直线运动更加平稳。

所述螺母座103上设置有第二电机104、基座105和载物台106；所述载物台106的上端面用于放置晶圆。

所述第二电机104固定在螺母座103上，第二电机104的转轴竖直布置。所述第二电机104的转轴连接基座105，用于驱动基座105转动，调节晶圆与椭偏仪的夹角。

所述载物台106通过两个弹性支撑片107支撑于基座105上方；两个所述弹性支撑片107呈拱形对称布置在载物台106两侧；每个所述弹性支撑片107的一端连接在基座105上，另一端连接在载物台106上；每个所述弹性支撑片107上设置有一个调节螺栓108；所述调节螺栓108竖直布置，上端螺帽压接在弹性支撑片107上表面，下端螺纹连接在基座105上。同步向上旋转两个调节螺栓108，可以使得弹性支撑片107弹起，载物台106升高；同步向下旋转两个调节螺栓108，下压弹性支撑片107，载物台106降低。因此通过两个调节螺栓108，可调节载物台106与椭偏仪在竖直方向的距离，修正多次测量导致的位置偏差。

所述椭偏仪反射角调节单元包括第三电机201、用于安装入射光发射器的第一传动轴202和用于安装反射光接收器的第二传动轴203；所述第一传动轴202和第二传动轴202均平行于滚珠丝杠101，且对称布置在滚珠丝杠101所在竖直平面的两侧。所述第三电机201通过第二齿轮副204驱动连接第一传动轴202，并通过第三齿轮副205驱动连接第二传动轴203；所述第二齿轮副204与第三齿轮副205的传动比相同。从而所述第三电机201驱动第一传动轴202及第二传动轴203同步、同转速转动。

所述第一传动轴202和/或第二传动轴203上设置有分度盘，可用于记录第一传动轴202和/或第二传动轴203的转动角度。

本发明还包括控制单元；所述控制单元包括若干位置传感器301和PLC控制器302；若干位置传感器301沿滚珠丝杠101的延伸方向排列在螺母座103的一侧，用于检测螺母座103在滚珠丝杠101的相对位置；所述若干位置传感器301的检测信号输入至PLC控制器302；所述PLC控制器302用于控制第一电机102、第二电机104和第三电机201的启停。

使用本发明对晶圆参数进行测量时，将晶圆放置载物台106上，第一电机102启动，螺母座103直线运动至预定的位置传感器301时，PLC控制器302控制第一电机102停止；然后第三电机41启动，对椭偏仪入射角进行调节，角度调节完成后，椭偏仪对测点参数进行测量；测量结束后，PLC控制器302控制第一电机102启动，螺母座103直线运动至下一个预定的位置传感器301，椭偏仪进行测量，以此类推；当螺母座103到达一侧极限位置，第二电机104启动，将晶圆旋转指定角度，第二电机104停止；第一电机102反转，螺母座103反向直线运动，继续对多点进行测量，至此，一个采点测量周期完成。