[發(fā)明專利]標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310639653.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN104677261A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都博智維訊信息技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01B7/06
• 分類號(hào): G01B7/06
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，尤其是標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)硅片是每個(gè)硅片和集成電路生產(chǎn)廠商在硅片生產(chǎn)過程中用于控制硅片厚度的標(biāo)準(zhǔn)樣品。在生產(chǎn)流水線中以標(biāo)準(zhǔn)硅片為基準(zhǔn)，用比較測(cè)量的方法測(cè)量產(chǎn)品硅片的厚度。生產(chǎn)廠商的標(biāo)準(zhǔn)硅片是通過計(jì)量部門校準(zhǔn)后投入使用。標(biāo)準(zhǔn)硅片需計(jì)量的參數(shù)有：厚度、平面度和集成電路標(biāo)準(zhǔn)圖形等。標(biāo)準(zhǔn)硅片具有面積大、厚度小、易碎、平整度低等特性，目前尚無合適的儀器能用于標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量，國(guó)內(nèi)外也無現(xiàn)成的設(shè)備可供應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題是為了克服上述缺陷，提供一種標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置。

為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是：

標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置，由高精度電感測(cè)微儀、花崗巖框架結(jié)構(gòu)、可升降寶石球面工作臺(tái)組成，花崗巖框架結(jié)構(gòu)為雙層工作臺(tái)，上層工作平臺(tái)為硅片承載臺(tái)承載被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)硅片，平面度為2μm，下層工作臺(tái)為底座，底座上有五個(gè)可調(diào)支撐腳與硅片承載臺(tái)連接，底座上固定承載可升降寶石球面工作臺(tái)和電感測(cè)微儀定位框架，電感測(cè)微儀定位框架側(cè)面螺接高精度電感測(cè)微儀，高精度電感測(cè)微儀分辨率為0.1μm，量程1800μm，在電感測(cè)微儀下方的硅片承載臺(tái)中央設(shè)置帶紅寶石測(cè)頭的直徑為60mm帶筋可升降寶石球面工作臺(tái)，其測(cè)頭正對(duì)下方可升降寶石球面工作臺(tái)的中心，可升降寶石球面工作臺(tái)垂直位移調(diào)節(jié)靈敏度為0.1μm，在測(cè)量硅片厚度時(shí)，硅片在紅寶石測(cè)頭與電感測(cè)微儀之間。

本發(fā)明的有益效果是：整套裝置適用于直徑不大于305mm標(biāo)準(zhǔn)硅片的厚度校準(zhǔn)，對(duì)不同的直徑和厚度的標(biāo)準(zhǔn)硅片，測(cè)量不確定度達(dá)到0.2μm，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高、可靠性好的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度的量值溯源。

附圖說明

圖1是測(cè)量裝置示意圖。

其中，1－高精度電感測(cè)微儀；2－被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)硅片；3－測(cè)量平臺(tái)與底座；4－可升降寶石球面工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置由高精度電感測(cè)微儀、花崗巖框架結(jié)構(gòu)和可調(diào)紅寶石球面工作臺(tái)三部分組成。其適用于直徑305mm(12inch)標(biāo)準(zhǔn)硅片的厚度校準(zhǔn)。對(duì)不同的直徑和厚度的標(biāo)準(zhǔn)硅片，在垂直于表面方向，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度的測(cè)量不確定度為0.2μm。花崗巖框架結(jié)構(gòu)為雙層工作臺(tái)，上層工作平臺(tái)為硅片承載臺(tái)，可承載直徑大于305mm(12inch)的硅片，工作面平面度為2μm，下層工作臺(tái)為底座，有五個(gè)可調(diào)支撐腳與上層工作平臺(tái)連接，并承載可調(diào)紅寶石球面工作臺(tái)和電感測(cè)微儀定位框架(圖1)。高精度電感測(cè)微儀分辨率為0.1μm，量程1800μm，測(cè)量示值的相對(duì)小確定度0.5％，其測(cè)頭定位在花崗巖框架上的可調(diào)支架上，與下方的紅寶石工作臺(tái)的中央對(duì)中心。可調(diào)紅寶石球面工作臺(tái)垂直位移調(diào)節(jié)靈敏度為0.1μm。在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度之前，電感測(cè)微儀與紅寶石工作臺(tái)中央接觸后置零。對(duì)被測(cè)硅片的厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)，在獲得硅片厚度的基本尺寸后，將電感測(cè)微儀在測(cè)量不確定度為0.08μm的測(cè)長(zhǎng)儀上進(jìn)行標(biāo)定，通過修正其示值誤差實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償，然后，將電感測(cè)微儀安裝在標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度測(cè)量裝置上，對(duì)硅片的不同位置進(jìn)行測(cè)量。課題組采用花崗巖平臺(tái)水平安置硅片，以適應(yīng)硅片面積大，厚度薄，易碎等特性。采用高精度電感測(cè)微儀測(cè)量硅片的厚度，以適應(yīng)各種厚度及厚度均勻度的需求。電感測(cè)微儀測(cè)力較小，在200μm量程時(shí)測(cè)力為0.85N，在900μm量程時(shí)測(cè)力為0.96N，這有利于防止測(cè)力引起的硅片破損，并減小測(cè)力引起的測(cè)量變形。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)測(cè)力為1N和2N時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)硅片的變形引起的厚度變化小于0.05μm。但電感測(cè)微儀是非線性量?jī)x，在200μm量程內(nèi)示值偏差小于0.1μm；在900μm量程時(shí)，示值偏差則有6μm。而在900μm量程處的小范圍內(nèi)電感測(cè)微儀呈線性。經(jīng)測(cè)定900μm量程處±4μm范圍內(nèi)的示值偏差小于0.1μm，因此，在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)硅片的厚度時(shí)，先經(jīng)預(yù)測(cè)，再將電感測(cè)微儀在高精度測(cè)長(zhǎng)儀上標(biāo)定，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。標(biāo)準(zhǔn)硅片面積大，厚度薄，其平面度不可能很好。測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)硅片的底面與工作臺(tái)中心有間隙，在測(cè)力很小的情況下可能造成測(cè)量結(jié)果大于實(shí)際尺寸值。在電感測(cè)微儀下方的承載硅片的花崗巖平臺(tái)中央設(shè)置帶紅寶石測(cè)頭的直徑為60mm帶筋測(cè)量工作臺(tái)，該工作臺(tái)可進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，紅寶石測(cè)頭球面頂端高于帶筋工作臺(tái)4μm。在測(cè)量硅片厚度時(shí)，硅片在紅寶石測(cè)頭與電感測(cè)微儀之間；當(dāng)頂升測(cè)量工作臺(tái)時(shí)，可觀察到電感測(cè)微儀是跟隨上升的，以確保標(biāo)準(zhǔn)硅片底面與中央紅寶石測(cè)頭接觸。由此就得到電感測(cè)微儀測(cè)頭到紅寶石測(cè)頭之間的距離為標(biāo)準(zhǔn)硅片厚度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)量為0.85N時(shí)，200μm厚度的硅片在直徑為70mm范圍內(nèi)有近30μm向下的彈性位移。測(cè)量為0.96N時(shí)，900μm厚度的硅片在直徑70mm范圍內(nèi)有近20μm向下彈性位移。由此可以證實(shí)紅寶石測(cè)頭球面頂端與帶筋工作臺(tái)等高，在測(cè)量過程中硅片底面與中央紅寶石測(cè)頭始終接觸，從而消除由平面度造成的測(cè)量問隙偏差，實(shí)現(xiàn)在垂直硅片表面的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量。