一种晶圆测量装置、厚度测量方法及厚度测量装置

摘要

本发明提供了一种晶圆测量装置、厚度测量方法及厚度测量装置，所述晶圆测量装置包括：承片台，用于固定待测量晶圆；测量仪，设置于所述承片台的上方位置，用于测量所述待测量晶圆的厚度；摆动机构，与所述测量仪连接，用于驱动所述测量仪相对于所述待测量晶圆进行平移运动；升降机构，与所述摆动机构连接，用于驱动所述摆动机构和所述测量仪相对于所述待测量晶圆上下移动。本发明方案，可以直接检测承片台上的加工后的晶圆的片内厚度，无需将晶圆从承片台上卸载，减少操作工序，节约时间与成本，实现自动化。

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种晶圆测量装置、厚度测量方法及厚度测量装置。

背景技术

在晶圆磨削减薄加工过程中，磨削后的晶圆的片内厚度偏差既对晶圆的生产有着至关重要的影响，也是反映晶圆加工质量的重要指标。

但是目前的生产工艺中，对磨削完成后的晶圆的片内厚度进行测量时，需要将磨削后的晶圆从磨削装置的承片台上卸载之后，再检测晶圆的片内厚度并计算厚度偏差，若晶圆的片内厚度偏差不满足加工要求，需要再次将晶圆放置到承片台上进行加工，此种方式，不仅会导致操作复杂，同时也会影响晶圆的加工质量。

发明内容

本发明实施例提供一种晶圆测量装置、厚度测量方法及厚度测量装置，用以解决现有技术中，无法对处于承片台上的加工后的晶圆进行片内厚度测量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种晶圆测量装置，包括：

承片台，用于固定待测量晶圆；

测量仪，设置于所述承片台的上方位置，用于测量所述待测量晶圆的厚度；

摆动机构，与所述测量仪连接，用于驱动所述测量仪相对于所述待测量晶圆进行平移运动；

升降机构，与所述摆动机构连接，用于驱动所述摆动机构和所述测量仪相对于所述待测量晶圆上下移动。

可选地，还包括：控制器，与所述测量仪、所述摆动机构和所述升降机构分别连接，用于分别向所述测量仪、所述摆动机构和所述升降机构输入控制信号。

可选地，所述测量仪包括机体和设置于所述机体第一端的测量元件；所述摆动机构通过摆动轴与所述机体的远离所述第一端的第二端连接，且所述摆动机构用于驱动所述机体绕所述摆动轴转动。

可选地，所述摆动机构驱动所述机体绕所述摆动轴转动的过程中，所述测量元件的转动轨迹为经过所述待测量晶圆的圆心点的圆弧。

本发明实施例还提供一种晶圆加工装置，包括如上任一项所述的晶圆测量装置；

所述晶圆加工装置还包括设置于所述承片台上方的加工主轴和加工工具，其中，所述加工工具与所述加工主轴连接。

本发明实施例还提供一种厚度测量方法，应用于如上所述的晶圆加工装置，所述方法包括：

接收第一启动信号；

根据所述第一启动信号，向所述升降机构发送第一控制信号，带动所述摆动机构和所述测量仪相对于所述待测量晶圆移动至第一预设高度；

接收第二启动信号；

根据所述第二启动信号，向所述摆动机构发送第二控制信号，带动所述测量仪相对于所述待测量晶圆移动至预设位置；

接收第三启动信号；

根据所述第三启动信号，向所述测量仪发送第三控制信号，控制所述测量仪测量所述待测量晶圆的厚度值。

可选地，所述接收第一启动信号之前，所述方法还包括：

接收第四启动信号；

根据所述第四启动信号，向所述加工主轴发送第四控制信号，使所述加工主轴移动至远离所述待测量晶圆加工位置的第二预设高度处。

可选地，所述控制所述测量仪测量待测量晶圆的厚度值，包括：

控制所述测量仪进行校正，确定基准零点；

根据所述待测量晶圆的折射率以及所述测量仪发射的光线波长，确定所述待测量晶圆的测量值；

若所述测量值满足预设条件，确定所述测量值为所述厚度值。

可选地，所述方法还包括：

若所述测量值在预设时长内保持不变，则确定所述测量值满足所述预设条件。

可选地，所述方法还包括：

根据所述厚度值，得到所述待测量晶圆的厚度偏差值；

若所述厚度偏差值小于或等于预设阈值，则确定所述待测量晶圆满足加工要求，否则，根据所述厚度偏差值，对所述加工主轴与所述承片台的角度进行调整。

本发明实施例还提供一种厚度测量装置，包括：

第一接收模块，用于接收第一启动信号；

第一控制模块，用于根据所述第一启动信号，向升降机构发送第一控制信号，带动摆动机构和测量仪相对于待测量晶圆移动至第一预设高度；

第二接收模块，用于接收第二启动信号；

第二控制模块，用于根据所述第二启动信号，向所述摆动机构发送第二控制信号，带动所述测量仪相对于所述待测量晶圆移动至预设位置；

第三接收模块，用于接收第三启动信号；

第三控制模块，用于根据所述第三启动信号，向所述测量仪发送第三控制信号，控制所述测量仪测量所述待测量晶圆的厚度值。

可选地，所述装置还包括：

第四接收模块，用于接收第四启动信号；

第四控制模块，用于根据所述第四启动信号，向所述加工主轴发送第四控制信号，使所述加工主轴移动至远离所述待测量晶圆加工位置的第二预设高度处。

可选地，所述第三控制模块包括：

第一确定单元，用于控制所述测量仪进行校正，确定基准零点；

第二确定单元，用于根据所述待测量晶圆的折射率以及所述测量仪发射的光线波长，确定所述待测量晶圆的测量值；

第三确定单元，用于若所述测量值满足预设条件，确定所述测量值为所述厚度值。

可选地，所述方法还包括：

第一确定模块，用于若所述测量值在预设时长内保持不变，则确定所述测量值满足所述预设条件。

可选地，所述装置还包括：

第二确定模块，用于根据所述厚度值，得到所述待测量晶圆的厚度偏差值；

第三确定模块，用于若所述厚度偏差值小于或等于预设阈值，则确定所述待测量晶圆满足加工要求，否则，根据所述厚度偏差值，对所述加工主轴与所述承片台的角度进行调整。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种晶圆测量装置，通过在承片台上方设置测量仪，测量待测量晶圆的厚度，以及设置与测量仪连接的摆动机构和升降机构，驱动测量仪相对于待测量晶圆上下移动和平行移动，可以直接检测承片台上的加工后的晶圆的片内厚度，无需将晶圆从承片台上卸载，减少操作工序，节约时间与成本，实现自动化。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的晶圆测量装置的结构示意图；

图2表示本发明实施例提供的晶圆测量装置的俯视图；

图3表示本发明实施例提供的厚度测量方法的流程图；

图4表示本发明实施例提供的厚度测量装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-承片台；2-待测量晶圆；3-测量仪；31-机体；32-测量元件；4-摆动机构；5-升降机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明针对现有技术中，无法对处于承片台上的加工后的晶圆进行片内厚度检测的问题，提供一种晶圆测量装置、厚度测量方法及厚度测量装置。

如图1所示，本发明实施例提供一种晶圆测量装置，包括：

承片台1，用于固定待测量晶圆2；

测量仪3，设置于所述承片台1的上方位置，用于测量所述待测量晶圆2的厚度；

摆动机构4，与所述测量仪3连接，用于驱动所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2进行平移运动；

升降机构5，与所述摆动机构4连接，用于驱动所述摆动机构4和所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2上下移动。

在本发明实施例中，所述待测量晶圆2通过真空吸附固定在所述承片台2上。

通过所述摆动机构4驱动所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2进行平移运动，可以测量所述待测量晶圆2上不同位置的片内厚度，且通过所述升降机构5驱动所述摆动机构4和所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2上下移动，可以使所述测量仪3在测量所述待测量晶圆2时，与所述待测量晶圆2之间间隔预设距离，也可以使所述测量仪3在不测量所述待测量晶圆2时，驱动所述摆动机构4和所述测量仪3上升到安全高度，防止所述摆动机构4和所述测量仪3与所述待测量晶圆2发生碰撞。

可选地，所述测量仪3为非接触式测量仪，可以测量不同介质环境中的晶圆的厚度。

所述测量仪3测量所述待测量晶圆2的片内厚度，可选地，片内厚度为与所述待测量晶圆2的边缘距离大于5mm的晶圆位置的厚度。

本发明提供的晶圆测量装置，可以直接检测承片台上的加工后的晶圆的片内厚度，无需将晶圆从承片台上卸载，减少操作工序，节约时间与成本，并实现自动化。

可选地，还包括：控制器，与所述测量仪3、所述摆动机构4和所述升降机构5分别连接，用于分别向所述测量仪3、所述摆动机构4和所述升降机构5输入控制信号。

在本发明实施例中，所述控制器为可编程控制器(Programmable LogicController，PLC)，PLC与所述测量仪3之间通讯连接，PLC向所述测量仪3发送控制信号，控制所述测量仪3测量所述待测量晶圆2的厚度，所述测量仪3将测量的厚度数据使用传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)传输给PLC。

PLC与所述摆动机构4连接，向所述摆动机构4发送控制信号，控制所述摆动机构4驱动所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2做平移运动，即控制所述摆动机构4平行于所述待测量晶圆摆动预设角度。

PLC与所述升降机构5连接，向所述升降机构5发送控制信号，控制所述升降机构5驱动所述摆动机构4和所述测量仪3相对于所述待测量晶圆2靠近或者远离所述待测量晶圆。

可选地，所述测量仪3包括机体31和设置于所述机体31第一端的测量元件32；所述摆动机构4通过摆动轴与所述机体31的远离所述第一端的第二端连接，且所述摆动机构4用于驱动所述机体31绕所述摆动轴转动。

在本发明实施例中，所述测量仪3通过所述测量元件32测量所述待测量晶圆2的厚度，所述摆动机构4通过驱动所述机体1带动所述测量元件32至预设位置，进行厚度测量。

可选地，所述测量元件32为非接触式测量元件。

可选地，所述摆动机构4驱动所述机体31绕所述摆动轴转动的过程中，所述测量元件32的转动轨迹为经过所述待测量晶圆2的圆心点的圆弧。

在本发明实施例中，请参阅图2，在使用所述测量元件32检测所述待测量晶圆2的片内厚度时，将所述测量元件32固定在所述待测量晶圆2上方的预设位置，将所述测量元件32的测头对准所述待测量晶圆2的圆心位置，之后通过所述摆动机构4驱动所述测量仪3，使所述测量元件32可以从所述待测量晶圆2的圆心位置摆动到所述待测量晶圆2的边缘位置，摆动轨迹为经过所述待测量晶圆2的圆心点的圆弧，所述测量元件32的可以测量圆弧上任一点的晶圆的厚度。

在进行晶圆厚度测量时，一般选取圆弧上5个点或者9个点进行测量，并读取厚度数据发送至控制器。

需要说明的是，所述测量元件32可以实现测量待测量晶圆2圆弧上任一点的厚度。

本发明实施例还提供一种晶圆加工装置，包括如上任一项所述的晶圆测量装置；

所述晶圆加工装置还包括设置于所述承片台上方的加工主轴和加工工具，其中，所述加工工具与所述加工主轴连接。

在本发明实施例中，所述加工工具为磨轮，用于磨削晶圆至目标厚度，加工主轴与磨轮连接，用于带动磨轮相对于承片台上升或者下降，且加工主轴还与控制器连接，控制器向加工主轴发送控制信号，控制加工主轴带动磨轮升降。

需要说明的是，本发明实施例提供的晶圆加工装置包括上述晶圆测量装置，则上述晶圆测量装置的所有实施例均适用于该晶圆加工装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

如图3所示，本发明实施例还提供一种厚度测量方法，应用于如上所述的晶圆加工装置，所述方法包括：

步骤301：接收第一启动信号；

步骤302：根据所述第一启动信号，向所述升降机构发送第一控制信号，带动摆动机构和测量仪相对于待测量晶圆移动至第一预设高度；

步骤303：接收第二启动信号；

步骤304：根据所述第二启动信号，向所述摆动机构发送第二控制信号，带动所述测量仪相对于所述待测量晶圆移动至预设位置；

步骤305：接收第三启动信号；

步骤306：根据所述第三启动信号，向所述测量仪发送第三控制信号，控制所述测量仪测量待测量晶圆的厚度值。

在本发明实施例提供的厚度测量方法，可以应用于控制器，所述控制器可以为PLC，也可以为其他的控制器。

下面以控制器为PLC为例说明该厚度测量方法。

首先将PLC与升降机构、摆动机构和测量仪分别建立通讯连接，之后接收第一启动信号，所述第一启动信号为控制该测量方法开启的信号，向升降机构发送第一控制信号，控制升降机构带动摆动机构和测量仪移动至第一预设高度，不与待测量晶圆接触，实现测量仪的非接触测量，提高测量精度，也可以避免测量仪或者摆动机构与待测量晶圆发生碰撞，升降完成后，升降机构向PLC发送第二启动信号，PLC接收所述第二启动信号后，向摆动机构发送第二控制信号，控制摆动机构驱动测量仪平行于所述待测量晶圆摆动预设角度至预设位置后，向PLC发送第三启动信号，PLC接收所述第三启动信号后，向测量仪发送第三控制信号，控制测量仪测量所述预设位置的厚度，测量仪将厚度数据传输给PLC，PLC存储并记录厚度数据，之后PLC继续向摆动机构发送第二控制信号，控制摆动机构驱动测量仪摆动至下一位置，并测量该位置的厚度，记录和存储该位置的厚度数据，重复上述步骤测量多个位置点的厚度，可选地，在本实施例中，可选取5个位置点或者9个位置点的厚度。

本发明提供的厚度测量方法，可以直接检测承片台上的加工后的晶圆的片内厚度，无需将晶圆从承片台上卸载，减少操作工序，节约时间与成本，并实现自动化。

可选地，所述接收第一启动信号之前，所述方法还包括：

接收第四启动信号；

根据所述第四启动信号，向所述加工主轴发送第四控制信号，使所述加工主轴移动至远离所述待测量晶圆加工位置的第二预设高度处。

在本发明实施例中，在对晶圆加工完成后，需要控制加工主轴和加工工具移动至安全高度，可以防止加工主轴或者加工工具与测量仪或摆动机构发生碰撞。

可选地，所述控制所述测量仪测量待测量晶圆的厚度值，包括：

控制所述测量仪进行校正，确定基准零点；

根据所述待测量晶圆的折射率以及所述测量仪发射的光线波长，确定所述待测量晶圆的测量值；

若所述测量值满足预设条件，确定所述测量值为所述厚度值。

在本发明实施例中，测量晶圆厚度的具体过程为：对测量仪进行暗场校正，确定基准零点，向测量仪输入待测量晶圆的折射率，测量仪向待测量晶圆发射光线，根据晶圆的折射率和发射光线的波长，测量仪计算当前位置点的厚度测量值，当该测量值满足预设条件时，确定该测量值为当前位置点的厚度值。

可选地，所述方法还包括：

若所述测量值在预设时长内保持不变，则确定所述测量值满足所述预设条件。

在本发明实施例中，在进行厚度测量时，为了避免误测，应用了一种滤波算法，当该测量值在预设时长内保持不跳动，则确定该测量值为有效的厚度值，否则，确定该测量值是无效的厚度值，可选地，所述预设时长为200ms。

可选地，所述方法还包括：

根据所述厚度值，得到所述待测量晶圆的厚度偏差值；

若所述厚度偏差值小于或等于预设阈值，则确定所述待测量晶圆满足加工要求，否则，根据所述厚度偏差值，调整加工主轴与承片台的角度。

在本发明实施例中，测量多个位置点的厚度值后，根据最大的厚度值和最小的厚度值，计算出厚度偏差值，若该厚度偏差值小于或等于预设阈值，则认为所述待测量晶圆的厚度偏差满足加工要求，若厚度偏差值大于预设阈值，则认为所述待测量晶圆的厚度偏差不满足加工要求，对加工主轴和承片台之间的角度进行调整。

需要说明的是，本发明实施例提供的厚度测量方法应用于上述晶圆加工装置，则上述晶圆加工装置的所有实施例均适用于该厚度测量方法，且均能达到相同或相似的有益效果。

如图4所示，本发明实施例还提供一种厚度测量装置，包括：

第一接收模块401，用于接收第一启动信号；

第一控制模块402，用于根据所述第一启动信号，向升降机构发送第一控制信号，带动摆动机构和测量仪相对于待测量晶圆移动至第一预设高度；

第二接收模块403，用于接收第二启动信号；

第二控制模块404，用于根据所述第二启动信号，向所述摆动机构发送第二控制信号，带动所述测量仪相对于所述待测量晶圆移动至预设位置；

第三接收模块405，用于接收第三启动信号；

第三控制模块406，用于根据所述第三启动信号，向所述测量仪发送第三控制信号，控制所述测量仪测量所述待测量晶圆的厚度值。

本发明实施例的厚度测量装置，可以直接检测承片台上的加工后的晶圆的片内厚度，无需将晶圆从承片台上卸载，减少操作工序，节约时间与成本，并实现自动化。

可选地，所述装置还包括：

第四接收模块，用于接收第四启动信号；

第四控制模块，用于根据所述第四启动信号，向所述加工主轴发送第四控制信号，使所述加工主轴移动至远离所述待测量晶圆加工位置的第二预设高度处。

可选地，所述第三控制模块406包括：

第一确定单元，用于控制所述测量仪进行校正，确定基准零点；

第二确定单元，用于根据所述待测量晶圆的折射率以及所述测量仪发射的光线波长，确定所述待测量晶圆的测量值；

第三确定单元，用于若所述测量值满足预设条件，确定所述测量值为所述厚度值。

可选地，所述方法还包括：

第一确定模块，用于若所述测量值在预设时长内保持不变，则确定所述测量值满足所述预设条件。

可选地，所述装置还包括：

第二确定模块，用于根据所述厚度值，得到所述待测量晶圆的厚度偏差值；

第三确定模块，用于若所述厚度偏差值小于或等于预设阈值，则确定所述待测量晶圆满足加工要求，否则，根据所述厚度偏差值，对所述加工主轴与所述承片台的角度进行调整。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。