CN117747502A - 一种调平测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体制造工艺设备技术领域，公开一种调平测量装置，包括：底座，用于将所述调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部；测量装置，设置于底座背向所述反应腔的一侧，用于测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距。测量时，通过所述底座将所述测试装置安装在半导体设备的反应腔的外部，从而由大气端对处于高温环境下的反应腔进行测量。该调平测量装置能够在避免高温影响的情况下，同时满足较小间距的检测要求。本申请还公开一种调平测量装置的使用方法。

Description

一种调平测量装置及其使用方法

技术领域

本申请涉及半导体制造工艺设备技术领域，例如涉及一种调平测量装置及其使用方法。

背景技术

相关技术中，现有的调平检测器通常位于半导体设备的反应腔内，即设置于承托晶圆的卡盘(Chuck)上，用于检测卡盘的测量面与半导体设备的盖板(Lid)之间的间距，进而测算出卡盘是否为水平。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

首先，由于现有的调平检测器位于半导体设备的内部且受温度影响较大，导致其只能再常温下进行调平检测，从而无法准确测量出处于高温环境下热膨胀后卡盘是否为水平。其次，由于现有的调平检测器自身存在一定的厚度，导致其无法满足特殊工艺制程中对于较小间距的检测要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种调平测量装置及其使用方法，能够在避免高温影响的情况下，同时满足较小间距的检测要求。

在一些实施例中，一种调平测量装置，包括：

底座，用于将所述调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部；

测量装置，设置于底座背向所述反应腔的一侧，用于测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距。

可选地，所述底座包括：

底座本体，与所述半导体设备的反应腔相适配，用于与所述半导体设备的反应腔密封连接；

隔热件，形成于所述底座的中部；

所述测量装置通过承载件与底座相连，所述承载件与所述隔热件间隔设置，构成双层隔热层结构。

可选地，所述底座包括：

观察窗，设置于所述隔热件的中部并与所述测量装置相对应；

隔热挡板，可移动安装于所述观察窗。

可选地，所述承载件与所述底座可拆卸连接。

可选地，所述测量装置包括：

多个距离测量组件，所述测量组件布设在所述承载件上，用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行多点测量。

可选地，所述距离测量组件包括：

激光同轴位移计，用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行单点测量；

第一轴滑台，与所述激光同轴位移计固定连接，并使所述激光同轴位移计沿水平面具有两个垂直方向的自由度。

可选地，所述测量装置还包括：

对中测量组件，设置于所述承载件的中部，用于测量半导体设备的卡盘与晶圆是否对中。

可选地，所述对中测量组件包括：

对中摄像头，用于识别卡盘的中心点与晶圆的中心点是否重合；

第二轴滑台，与所述对中摄像头连接，带动所述对中摄像头沿竖直面上下滑动。

可选地，所述多个距离测量组件以所述对中测量组件为中心呈多边形阵列设置。

在一些实施例中，调平测量装置的使用方法，包括：

将如本申请的调平测量装置放置在校准平台上，其中，校准平台的中心设有环形标记，通过调平测量装置的测量装置识别环形标记并根据校准平台的高度进行校准；

在校准完成后，将调平测量装置放置在半导体设备的反应腔上，将反应腔抽真空并升温至工艺环境，同时操作半导体设备的卡盘上升至测量需求的高度；

根据调平测量装置的对中测量组件测量出的偏差值，对卡盘和晶圆进行对中调整，同时根据调平测量装置的多个距离测量组件测量出的高度值，判断卡盘是否为水平并进行调整，其中，高度值为卡盘与半导体设备的盖板之间的间距；

调整完成后，对反应腔进行降温并回填压力，拆下调平测量装置，并将反应腔的盖板闭合。

本公开实施例提供的调平测量装置及其使用方法，可以实现以下技术效果：

通过底座将调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部，并通过在底座背向反应腔的一侧设置测量装置，并使用该测量装置测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距，从而可以由大气端对处于高温环境下的反应腔进行测量。这样，相比现有的调平检测器，本申请的调平测量装置可以在半导体设备的外部进行检测，并配合承载件的隔热作用，使得本申请的调平测量装置受温度影响较小，可以测量高温环境下的真实间距，进而准确地测量出处于高温环境下热膨胀后卡盘是否为水平。同时，本申请的调平测量装置设置在大气端，因此在测量时不会因为自身的高度问题而不能进行特殊工艺制程中对于较小间距的测量，从避免了在常温下测量校准后，实际使用中因为热胀而间距减小产生的盖板和卡盘的挤压导致卡盘碎裂的风险。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是相关技术中的调平检测器的使用状态安装结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一个调平测量装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一个调平测量装置的局部剖面示意图；

图4是本公开实施例提供的一个调平测量装置的侧视图；

图5是本公开实施例提供的底座的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的底座的结构示意图；

图7是本公开实施例提供的一个调平测量装置的使用方法的流程图。

附图标记：

1-底座；2-承载件；3-测量装置；4-底座本体；5-隔热件；6-观察窗；7-隔热挡板；8-连接部；9-激光同轴位移计；10-第一轴滑台；11-对中摄像头；12-第二轴滑台；13-校准平台。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

相关技术中，结合图1所示，现有的调平检测器放置在反应腔内部的卡盘(Chuck)上，在常温状态下，通过检测半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板(Lid)之间的间距，即测量面与模拟盖板之间的测量高度，从而间接测算出卡盘是否为水平。可见，现有的调平检测器无法在高温环境下使用，并且在实际使用中因为热胀还会导致间距减小，从而导致调平失准，进而影响薄膜沉积结果。同时，受调平检测器自身高度的问题，导致其无法特殊工艺制程中对于较小间距的检测检测小间距。

针对上述技术问题，结合图2至图4所示，本公开实施例提供一种调平测量装置，包括底座1和测量装置3，其中，底座1用于将本申请的调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部。测量装置3设置于底座背向反应腔的一侧，用于测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距，以通过该间距间接测算出卡盘是否为水平，该间接测算的方法属于现有技术，本申请在此不进行赘述。该调平测量装置3在测量时，通过底座1将测试装置安装在半导体设备的反应腔的外部，从而由大气端对处于高温环境下的反应腔进行测量。

可选地，本申请的底座1可以是圆形板状结构，并且底座1可以限位安装在半导体设备的反应腔上，从而形成类似于盖板的结构。

采用本公开实施例提供的调平测量装置，通过底座将调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部，并通过在底座背向反应腔的一侧设置测量装置，并使用该测量装置测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距，从而可以由大气端对处于高温环境下的反应腔进行测量。这样，相比现有的调平检测器，本申请的调平测量装置可以在半导体设备的外部进行检测，并配合承载件的隔热作用，使得本申请的调平测量装置受温度影响较小，可以测量高温环境下的真实间距，进而准确地测量出处于高温环境下热膨胀后卡盘是否为水平。同时，本申请的调平测量装置设置在大气端，因此在测量时不会因为自身的高度问题而不能进行特殊工艺制程中对于较小间距的测量，从避免了在常温下测量校准后，实际使用中因为热胀而间距减小产生的盖板和卡盘的挤压导致卡盘碎裂的风险。

在本申请的实施例中，结合图2至图5所示，本申请的底座1包括底座本体4、隔热件5、观察窗6和隔热挡板7，其中，底座本体4与半导体设备的反应腔相适配，用于与半导体设备的反应腔密封连接，底座本体4的形状可以是带有提手的圆形板状结构，底座本体4可以限位安装在半导体设备的反应腔上。隔热件5形成于底座1的中部，测量装置通过承载件2与底座1相连。承载件2与隔热件5间隔设置，从而构成双层隔热层结构。隔热件5的形状可以是内嵌于底座本体4的圆形板状结构，其材质可以是聚四氟乙烯PTFE。观察窗6设置于隔热件5的中部并与测量装置3相对应。隔热挡板7可移动安装于观察窗6。在进行测量时，观察窗6打开，使测量装置3透过隔热件5测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距。

这样，能够在反应腔体外部实现测量，受温度的影响较小，满足高温环境下的实际间距的要求。

在本申请的实施例中，结合图6所示，本申请的承载件2包括连接部8，其中，连接部8设置于承载件2的端部并与底座1可拆卸连接，以使测量装置3可拆卸地安装在底座1上。具体而言，本申请的承载件2可以是矩形的板状结构，连接部8可以是设置在板状结构的每个顶角处的立柱形连接件，通过多个立柱形连接件将承载件2安装在底座1上。同时，承载件2也可以是由隔热材料制造而成，用于形成双层隔热层结构，防止测量装置3受到温度影响。

与此同时，结合图6所示，本申请的测量装置3包括多个距离测量组件和对中测量组件，其中，多个距离测量组件布设在承载件2上，用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行多点测量，从而根据多个距离的数值间接测算出卡盘是否为水平。对中测量组件设置于承载件2的中部，用于测量半导体设备的卡盘与晶圆是否对中。同时，多个距离测量组件以对中测量组件为中心呈多边形阵列设置，且在承载件2对应设置有用于使中测量组件和多个距离测量组件穿过的开孔。

可选地，本申请的距离测量组件包括激光同轴位移计9和第一轴滑台10，其中，光同轴位移计用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行单点测量。第一轴滑台10与激光同轴位移计9固定连接，并使激光同轴位移计9沿水平面具有两个垂直方向的自由度。

可选地，本申请的对中测量组件包括对中摄像头11和第二轴滑台12，其中，中摄像头用于识别卡盘的中心点与晶圆的中心点是否重合。第二轴滑台12与对中摄像头11连接，并可以带动对中摄像头11沿竖直面上下滑动。

在一个具体应用中，距离测量组件包括三个激光同轴位移计9，三个激光同轴位移计9之间成等边三角形阵列设置，对中摄像头11位于等边三角形阵列的中心。第一轴滑台10可以沿水平面的两个垂直方向滑动，形成坐标系中的XY轴。第二轴滑台12可以沿沿竖直面上下滑动，形成坐标系中的Z轴。

这样，通过增加对中摄像头以识别卡盘中心点的方式，解决了现有的调平检测器无法实现对中功能，检测数据可以量化，减少了工艺环境和大气环境下的对中偏差。

结合图7所示，本公开实施例提供一种调平测量装置的使用方法，包括：

步骤701：将如本申请的调平测量装置放置在校准平台上，其中，校准平台的中心设有环形标记，通过调平测量装置的测量装置识别环形标记并根据校准平台的高度进行校准。

步骤702：在校准完成后，将调平测量装置放置在半导体设备的反应腔上，将反应腔抽真空并升温至工艺环境，同时操作半导体设备的卡盘上升至测量需求的高度。

步骤703：根据调平测量装置的对中测量组件测量出的偏差值，对卡盘和晶圆进行对中调整，同时根据调平测量装置的多个距离测量组件测量出的高度值，判断卡盘是否为水平并进行调整，其中，高度值为卡盘与半导体设备的盖板之间的间距。

步骤704：调整完成后，对反应腔进行降温并回填压力，拆下调平测量装置，并将反应腔的盖板闭合。

在本申请的实施例中，结合图2和图6所示，本申请的对中测量组件包括对中摄像头11，距离测量组件包括三个激光同轴位移计9。测量时，先将调平测量装置3放置在校准平台13上。校准平台13中心做有环形标记。对中摄像头11识别环形标记，激光同轴位移计9根据校准平台13高度校准。调整完成后，将调平测量装置3放置在反应腔的腔体上。将腔体抽真空并升温至工艺环境，通过电脑操作卡盘上升至测量需求的高度。移动隔热挡板7使得观察窗6打开用于测量数据，根据对中摄像头11得出的偏差值进行对中调整，根据三个激光同轴位移计9的高度值判断卡盘是否水平并进行调整。调整完成后，降温并回填压力，拆下调平测量装置3，将半导体设备的盖板闭合。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种调平测量装置，其特征在于，包括：

底座，用于将所述调平测量装置安装在半导体设备的反应腔的外部；

测量装置，设置于底座背向所述反应腔的一侧，用于测量半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距。

2.根据权利要求1所述的调平测量装置，其特征在于，所述底座包括：

底座本体，与所述半导体设备的反应腔相适配，用于与所述半导体设备的反应腔密封连接；

隔热件，形成于所述底座的中部；

所述测量装置通过承载件与底座相连，所述承载件与所述隔热件间隔设置，构成双层隔热层结构。

3.根据权利要求2所述的调平测量装置，其特征在于，所述底座包括：

观察窗，设置于所述隔热件的中部并与所述测量装置相对应；

隔热挡板，可移动安装于所述观察窗。

4.根据权利要求1所述的调平测量装置，其特征在于，所述承载件与所述底座可拆卸连接。

5.根据权利要求2至4任一项所述的调平测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

多个距离测量组件，所述测量组件布设在所述承载件上，用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行多点测量。

6.根据权利要求5所述的调平测量装置，其特征在于，所述距离测量组件包括：

激光同轴位移计，用于对半导体设备的卡盘与半导体设备的盖板之间的间距进行单点测量；

第一轴滑台，与所述激光同轴位移计固定连接，并使所述激光同轴位移计沿水平面具有两个垂直方向的自由度。

7.根据权利要求5所述的调平测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：

对中测量组件，设置于所述承载件的中部，用于测量半导体设备的卡盘与晶圆是否对中。

8.根据权利要求7所述的调平测量装置，其特征在于，所述对中测量组件包括：

对中摄像头，用于识别卡盘的中心点与晶圆的中心点是否重合；

第二轴滑台，与所述对中摄像头连接，带动所述对中摄像头沿竖直面上下滑动。

9.根据权利要求7所述的调平测量装置，其特征在于，所述多个距离测量组件以所述对中测量组件为中心呈多边形阵列设置。

10.一种调平测量装置的使用方法，其特征在于，包括：

将如权利要求1至9任一项所述的调平测量装置放置在校准平台上，其中，校准平台的中心设有环形标记，通过调平测量装置的测量装置识别环形标记并根据校准平台的高度进行校准；

在校准完成后，将所述调平测量装置放置在半导体设备的反应腔上，将反应腔抽真空并升温至工艺环境，同时操作半导体设备的卡盘上升至测量需求的高度；

根据调平测量装置的对中测量组件测量出的偏差值，对卡盘和晶圆进行对中调整，同时根据调平测量装置的多个距离测量组件测量出的高度值，判断卡盘是否为水平并进行调整，其中，所述高度值为卡盘与半导体设备的盖板之间的间距；

调整完成后，对反应腔进行降温并回填压力，拆下调平测量装置，并将反应腔的盖板闭合。