CN109817558A - 一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节结构及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节结构及其调节方法，与传统的机械式调整法相比，姿态调节过程快速、便捷，可大幅缩短设备装调时间；与传统的实时调平调焦法相比，结构简单，且成本更低。

Description

一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节结构及 其调节方法

技术领域

本发明涉及半导体行业晶圆激光背退火技术领域，具体涉及一种简易调节机械结构，此结构可用于快速而简便地调整晶圆表面姿态，使其所处平面位置位于光学系统的有效焦深范围之内。

背景技术

晶圆激光背退火工艺是集成电路制造过程中的关键工艺之一，它的主要作用是对离子注入后造成的晶圆晶格破裂进行有效修复，同时实现对所注入杂质的有效激活。其工作原理为(参见图1)：1)将激光光斑照射在晶圆背面；2)光斑与晶圆之间作相对步进扫描运动；3)重复步骤2)，直至光斑完全覆盖整个晶圆表面，从而实现整个晶圆表面的工艺退火。

为保证退火工艺质量，在晶圆背退火工艺过程中，晶圆表面需始终位于光学系统的有效焦深范围之内(参见图2)。对于激光退火设备，由于光学焦深范围较窄(仅为±25um)，为使待加工晶圆背面表面位于上述焦深范围之内，现有的技术方案为机械式调整法和实时调平调焦法。

现有技术中，机械式调整法具体实施过程为(参见图3)：1)使用检焦传感器对晶圆背面表面姿态进行测量(检焦传感器用于晶圆表面姿态测量)；2)拆下用于承载晶圆的chuck的安装板(Chuck是指用于承载晶圆的结构)；3)根据上述测量结果，对安装板表面不能够满足焦深要求的位置进行加工修正；4)重新安装并复测晶圆背面表面姿态。若满足焦深范围要求，则调整结束；若不满足，则重复步骤1)～4)。机械式调整法不足之处在于：需对用于承载晶圆的chuck的安装板进行反复拆装和加工修正，从而导致调整过程复杂且耗时较长。

现有技术中，实时调平调焦法能够对晶圆背面表面姿态进行实时测量和调整，保证其始终位于光学系统有效焦深范围之内。然而，实时调平调焦法不足之处在于：需在运动台内部增加驱动和测量装置，使得整个运动台结构更加复杂，成本较高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够快速调整晶圆表面姿态的简易结构，在保证精度的前提下，使得调整操作过程简化，可以大幅缩短设备装调时间和维护时间。具体为：

一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节结构，其特征在于：包括自下而上设置的调平定板、测微头和调平动板，所述测微头设置在所述调平动板与所述调平定板之间，所述调平动板与所述调平定板大致平行设置，所述测微头的轴向一端以其轴向大致垂直于所述调平定板的方式固定设置在所述调平定板上；所述测微头的轴向另一端沿轴向方向接触并支撑所述调平动板；

所述测微头的数量为三个，所述三个测微头分别与所述调平动板接触的位置作为A、B、C三个姿态调节点，用于调节所述调平动板上方设置的晶圆表面姿态。

进一步的，所述A、B、C三个姿态调节点相对所述晶圆的圆心作均匀对称分布。

进一步的，进一步还包括两个所述测微头，所述两个测微头分别与所述调平动板接触的位置作为D、E两个辅助支撑点。

进一步的，将所述A、B、C三点中的两点设置在靠近所述调平动板的同一侧边缘附近，将三点中的另一点以及所述D、E两点设置在相对的另一侧边缘附近，所述另一点设置在所述D、E两点之间。

进一步的，所述测微头包括大致同轴设置的主体、粗调旋钮、微调旋钮、紧固旋钮、支撑导向柱和接触头，所述调平动板底部设置有接触块；

所述接触头设置在所述支撑导向柱朝向所述调平动板一侧的端部，并与所述支撑导向柱一同，在所述粗调旋钮和微调旋钮的控制下相对于所述主体沿轴向伸缩移动，从而接触并支撑所述接触块，使所述调平动板沿所述轴向进行高度变化调节；所述紧固旋钮用于将所述支撑导向柱相对于所述主体紧固在某一移动位置处。

进一步的，所述接触头为球头，改变所述接触块与所述接触头相接触位置的形状分别为圆柱型、平顶锥型或球型，使得所述接触块与所述接触头之间的接触方式分别为点接触、线接触或面接触；

或者，

所述接触块与所述接触头相接触位置的形状为球型，改变所述接触头分别为球顶锥型头、圆柱型头或球头，使得所述接触块与所述接触头之间的接触方式分别为点接触、线接触或面接触。

进一步的，所述测微头主体与所述调平定板之间采用过渡配合装配；

所述测微头进一步包括与所述主体同轴设置且径向延伸的定位台阶，所述调平定板具有分别位于所述调平定板上、下侧的上、下精加工平面；所述调平定板与所述紧固旋钮、所述定位台阶分别通过所述上、下精加工平面进行螺纹紧固。

进一步的，在所述调平动板的与测微头接触的位置附近，设置有径向延伸的第一紧定螺钉配合螺纹孔，紧定螺钉通过所述第一紧定螺钉配合螺纹孔对所述支撑导向柱产生径向锁紧压力；

和/或，

在所述调平定板的所述固定设置测微头的位置附近，设置有径向延伸的第二紧定螺钉配合螺纹孔，紧定螺钉通过所述第二紧定螺钉配合螺纹孔对所述主体产生径向锁紧压力。

进一步的，所述调平动板还具有设置在边缘区域的第一螺纹间隙孔，所述调平定板还具有与所述第一螺纹间隙孔相对应设置的第二螺纹间隙孔；固定螺钉通过所述第一螺纹间隙孔和第二螺纹间隙孔可将所述调平动板与所述调平定板紧固连接。

本发明还提供一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节方法，其采用如权利要求9所述的调节结构，包括以下步骤：

1)使用检焦传感器测量晶圆表面姿态；

2)根据上述测量结果，通过位于所述A、B、C三个姿态调节点处的测微头进行晶圆表面姿态调节；

3)若晶圆表面姿态位于焦深范围之内，则调节结束，进行步骤4)～6)；若晶圆表面姿态位于焦深范围之外，则重复步骤1)和步骤2)；

4)使用相同力矩，通过位于所述A、B、C三个姿态调节点附近的固定螺钉，将调平动板和调平定板连接紧固；

5)调整位于所述D、E两个辅助支撑点处的测微头，使得测微头和调平动板充分接触；

6)使用与步骤4)相同的力矩，通过位于所述D、E两个辅助支撑点附近的固定螺钉，将调平动板和调平定板连接紧固。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的简易调节机构与机械式调整法相比，姿态调节过程快速、便捷，可大幅缩短设备装调时间；

(2)本发明的简易调节机构与与实时调平调焦法相比，结构简单，且成本更低。

附图说明

图1为本领域晶圆背退火工艺原理示意图；

图2为本领域晶圆表面与焦深位置关系示意图；

图3为现有技术中机械式调整法示意图；

图4为本发明三点支撑调平原理示意图；

图5为本发明姿态简易调节结构示意图；

图6为本发明球头式测微头结构示意图；

图7-1为本发明调平动板与测微头的点接触配合结构示意图；

图7-2为本发明调平动板与测微头的线接触配合结构示意图；

图7-3为本发明调平动板与测微头的面接触配合结构示意图；

图8为本发明调平定板结构底部示意图；

图9为本发明调平定板与测微头的装配结构示意图；

图10为本发明调平动板结构底部示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明快速调整晶圆表面姿态的简易结构，其原理为三点定面原理。参见图4，A、B、C三点所在平面为晶圆或晶圆承载结构的放置面(设三维直角坐标系中的X、Y坐标位于该放置面内)，该三点不共线。当A点的Z向高度变化时，晶圆以BC两点连线为轴，做旋转运动。同理，当其它两点的Z向高度变化时，晶圆的位置变化状态也可知。优选地，A、B、C三处姿态调节点相对晶圆圆心作均匀对称分布，可增加整体结构的稳定性。

1、晶圆表面姿态简易调节结构

本发明提供的晶圆表面姿态简易调节结构，如图5所示，包括：调平动板1；固定螺钉2；测微头3；调平定板4；姿态调整点A；姿态调整点B；姿态调整点C；辅助支撑点D；辅助支撑点E。其中，A,B,C三点为姿态调节点，用于调整晶圆表面姿态。在如对零部件刚度要求较高等应用场合下，为提高刚度，可增加D,E两点作为辅助支撑点。

优选地，将A、B、C三点中的两点设置在靠近所述调平动板1的同一侧边缘附近，将另一点以及D、E两点设置在与之相对的另一侧边缘附近，并优选将另一点设置在D、E之间。

2、测微头

在图5中附图标记3指示的是测微头。所述测微头3设置在调平动板1与调平定板4之间，所述调平动板1与所述调平定板4大致平行设置，所述测微头3的轴向一端以其轴向大致垂直于调平定板4的方式，固定设置在所述调平定板4上；所述测微头3的轴向另一端沿轴向方向接触并支撑所述调平动板1。

可进一步参照图6所示，所述测微头3包括：主体31；粗调旋钮32；微调旋钮33；紧固旋钮34；支撑导向柱35；接触头36和定位台阶37。

(1)所述测微头3与所述调平动板1接触的位置为上文所述的各个姿态调节点与辅助支撑点。通过旋转粗调旋钮32、微调旋钮33，可使支撑导向柱35相对于主体31进行伸缩移动，从而接触并支撑各个姿态调节点与辅助支撑点，使其进行Z向高度变化调节。测微头3有多种精度规格，其成本随精度增高而增高。本发明中测微头3优选采用可替换式结构，根据不同精度需求，可对所述测微头3进行简易拆装，以方便地实现成本和性能需求的最优化。

(2)本发明的测微头3优选采用球头式测微头，可与所述调平动板1底部的接触块进行配合，形成上述的各个姿态调节点与辅助支撑点。所述球头36设置在支撑导向柱35端部，并与支撑导向柱35以及该端部一同，在粗调旋钮32和微调旋钮33的控制下相对于主体31沿轴向伸缩移动。所述紧固旋钮34用于将支撑导向柱35相对于主体31紧固在某一移动位置处。优选地，所述球头36、端部与支撑导向柱35为一体结构。

(3)根据使用精度需求，可通过变更接触块的底部形状来改变姿态调节点的接触形式。如图7-1示出了其中一种实施例：当需求调节精度高、顶部负载较小时，调平动板与测微头采用点接触配合的方式；如图7-2示出了另一种实施例：当顶部负载较大时，调平动板与测微头采用线接触配合的方式；如图7-3示出了第三种实施例：当环境的振动幅度较大、振动频率较高时，调平动板与测微头采用面接触配合的方式。

在图7-1、7-2和7-3中的附图标记为：平端紧定螺钉5、接触块12、接触块装配螺纹13、紧定螺钉配合螺纹孔15、所述支撑导向柱35。

然而并不局限于此，本发明也可以通过更换接触头36形状的方式来改变姿态调节点的接触形式。如接触块与所述接触头相接触位置的形状为球型，改变所述接触头分别为球顶锥型头、圆柱型头或球头，使得所述接触块与所述接触头之间的接触方式分别为点接触、线接触或面接触。

3、调平定板

本发明调平定板4的结构底部示意图如图8所示，包括：配合用精加工圆孔41、转接螺钉间隙孔44、精加工转接配合用平面45、调平定板底面46和紧固螺钉间隙孔47。

(1)本发明结构中姿态调节点的运动直线度不会因测微头支撑导向柱35的升降运动而降低精度。调平定板4与测微头主体31的外壳通过精加工圆孔41进行过渡配合装配，如图9所示。部分过盈量使测微头主体31与精加工圆孔41产生相互的弹性压力从而获得牢靠的紧固连接，从而保证了单处支撑导向柱35轴向升降运动的直线度精度。

另外，调平定板4与紧固旋钮34、定位台阶37通过精加工平面42、43进行螺纹紧固，对测微头3产生轴向锁紧力，可保证在安装状态时支撑导向柱35与精加工平面42的垂直度精度，从而提高调平定板4与测微头3的紧固稳定性，如图9所示。

进一步通过机械加工工艺，本结构保证了各处精加工圆孔41之间的轴平行度，从而保证了各处支撑导向柱35运动时的同步调节精度。

(2)根据实际应用需求，优选地，调平定板4的中间区域分布有不同规格的转接螺纹间隙孔44，通过螺钉紧固方式将调平定板4的底部(即整个调节结构的底部)与底部基座(图中未示出)进行连接固定。

更优化地，本结构设有小面积的精加工转接配合用平面45，其微凸起于调平定板底面46，从而仅需对精加工转接配合用平面45进行精加工即可保证与所述底部基座的面配合精度，避免了传统结构中需对整个结构底面46进行精加工的成本浪费。

(3)调平定板4的边缘区域分布有螺纹间隙孔47，通过防松螺钉紧固方式将调平动板1、固定螺钉2与调平定板4进行连接紧固，如图5所示。

(4)优选地，考虑到某些振动幅度较大、振动频率较高的使用场景，本结构具有额外的简易锁紧结构，以提高整体结构的稳定性。如图9所示，各处测微头3的安装位置附近均设有1-2处紧定螺钉配合螺纹孔48(该配合螺纹孔48径向设置)，平端紧定螺钉5通过紧定螺钉配合螺纹孔48对测微头主体31产生径向压力，达到进一步锁紧测微头3的效果。

4、调平动板

本发明调平动板1的结构底部示意图如图10所示，包括：螺纹间隙孔11、接触块12、转接螺纹孔14。

(1)根据不同精度需要，本发明调平动板1可改变各姿态调节点处的接触方式：

如图7-1中，接触块12的内部形状为圆柱型，与支撑导向柱35的接触方式为点接触，适用于调节精度高、顶部负载较小的使用场景。

如图7-2中，接触块12的内部形状为平顶锥型，与支撑导向柱35的接触方式为线接触，适用于顶部负载较大的使用场景。

如图7-3中，接触块12的内部形状为球型，与支撑导向柱35的接触方式为面接触，适用于防振动的使用场景。

(2)优选地，接触块12具有外螺纹结构，通过与调平动板1底部的内螺纹结构13(即接触块装配螺纹)进行紧固连接。

(3)优选地，调平动板1的中间区域分布有不同规格的转接螺纹孔14，通过螺钉紧固方式将调平动板1的顶部(即整个调节结构的顶部)与顶部结构(图中未示出)进行转接固定。

(4)优选地，调平动板1的边缘区域分布有螺纹间隙孔11，通过防松螺钉紧固方式将调平动板1、固定螺钉2与调平定板4进行连接紧固，如图5所示。所述螺纹间隙孔11与所述螺纹间隙孔47相对应设置。

(5)考虑到某些振动幅度较大、振动频率较高的使用场景，具有额外的简易锁紧结构，以提高整体结构的稳定性。如图7-1、7-2、7-3所示，各姿态调节点附近均设有1-2处紧定螺钉配合螺纹孔15，平端紧定螺钉5通过紧定螺钉配合螺纹孔15(该紧定螺钉配合螺纹孔15为径向设置)对支撑导向柱35产生径向压力，达到进一步锁紧测微头3的效果。

(6)所述调平动板1具有异型区域，所述异型区域为减重部分并设置在所述螺纹间隙孔11、接触块12和转接螺纹孔14之外的部分。在保证力学性能满足使用需求的情况下，能够实现结构减重，以提高装配有本发明调节结构的整体模块的性能。

5、晶圆表面姿态调节方法

本发明晶圆表面姿态调节方法包括：

1)使用检焦传感器测量晶圆表面姿态；

2)根据上述测量结果，通过位于A,B,C三个姿态调节点处的测微头3进行晶圆表面姿态调节；

3)若晶圆表面姿态位于焦深范围之内，则调节结束，进行步骤4)～6)；若晶圆表面姿态位于焦深范围之外，则重复步骤1)和步骤2)；

4)使用相同力矩，通过位于A,B,C三个姿态调节点附近的固定螺钉2，将调平动板1和调平定板4连接紧固；

5)调整位于D,E两个辅助支撑点处的测微头3，使得测微头3和调平动板1充分接触；

6)使用与步骤4)相同的力矩，通过位于D,E两个辅助支撑点附近的固定螺钉2，将调平动板1和调平定板4连接紧固。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节结构，其特征在于：包括自下而上设置的调平定板、测微头和调平动板，所述测微头设置在所述调平动板与所述调平定板之间，所述调平动板与所述调平定板大致平行设置，所述测微头的轴向一端以其轴向大致垂直于所述调平定板的方式固定设置在所述调平定板上；所述测微头的轴向另一端沿轴向方向接触并支撑所述调平动板；

所述测微头的数量为三个，所述三个测微头分别与所述调平动板接触的位置作为A、B、C三个姿态调节点，用于调节所述调平动板上方设置的晶圆表面姿态。

2.根据权利要求1所述的调节结构，其特征在于：所述A、B、C三个姿态调节点相对所述晶圆的圆心作均匀对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的调节结构，其特征在于：进一步还包括两个所述测微头，所述两个测微头分别与所述调平动板接触的位置作为D、E两个辅助支撑点。

4.根据权利要求3所述的调节结构，其特征在于：将所述A、B、C三点中的两点设置在靠近所述调平动板的同一侧边缘附近，将三点中的另一点以及所述D、E两点设置在相对的另一侧边缘附近，所述另一点设置在所述D、E两点之间。

5.根据权利要求1所述的调节结构，其特征在于：所述测微头包括大致同轴设置的主体、粗调旋钮、微调旋钮、紧固旋钮、支撑导向柱和接触头，所述调平动板底部设置有接触块；

所述接触头设置在所述支撑导向柱朝向所述调平动板一侧的端部，并与所述支撑导向柱一同，在所述粗调旋钮和微调旋钮的控制下相对于所述主体沿轴向伸缩移动，从而接触并支撑所述接触块，使所述调平动板沿所述轴向进行高度变化调节；所述紧固旋钮用于将所述支撑导向柱相对于所述主体紧固在某一移动位置处。

6.根据权利要求5所述的调节结构，其特征在于：

所述接触头为球头，改变所述接触块与所述接触头相接触位置的形状分别为圆柱型、平顶锥型或球型，使得所述接触块与所述接触头之间的接触方式分别为点接触、线接触或面接触；

或者，

所述接触块与所述接触头相接触位置的形状为球型，改变所述接触头分别为球顶锥型头、圆柱型头或球头，使得所述接触块与所述接触头之间的接触方式分别为点接触、线接触或面接触。

7.根据权利要求5所述的调节结构，其特征在于：所述测微头主体与所述调平定板之间采用过渡配合装配；

所述测微头进一步包括与所述主体同轴设置且径向延伸的定位台阶，所述调平定板具有分别位于所述调平定板上、下侧的上、下精加工平面；所述调平定板与所述紧固旋钮、所述定位台阶分别通过所述上、下精加工平面进行螺纹紧固。

8.根据权利要求5所述的调节结构，其特征在于：

在所述调平动板的与测微头接触的位置附近，设置有径向延伸的第一紧定螺钉配合螺纹孔，紧定螺钉通过所述第一紧定螺钉配合螺纹孔对所述支撑导向柱产生径向锁紧压力；

和/或，

在所述调平定板的所述固定设置测微头的位置附近，设置有径向延伸的第二紧定螺钉配合螺纹孔，紧定螺钉通过所述第二紧定螺钉配合螺纹孔对所述主体产生径向锁紧压力。

9.根据权利要求3-8中任一所述的调节结构，其特征在于：

所述调平动板还具有设置在边缘区域的第一螺纹间隙孔，所述调平定板还具有与所述第一螺纹间隙孔相对应设置的第二螺纹间隙孔；固定螺钉通过所述第一螺纹间隙孔和第二螺纹间隙孔可将所述调平动板与所述调平定板紧固连接。

10.一种用于匹配光学焦深范围的晶圆表面姿态简易调节方法，其采用如权利要求9所述的调节结构，包括以下步骤：

1)使用检焦传感器测量晶圆表面姿态；

2)根据上述测量结果，通过位于所述A、B、C三个姿态调节点处的测微头进行晶圆表面姿态调节；

3)若晶圆表面姿态位于焦深范围之内，则调节结束，进行步骤4)～6)；若晶圆表面姿态位于焦深范围之外，则重复步骤1)和步骤2)；

4)使用相同力矩，通过位于所述A、B、C三个姿态调节点附近的固定螺钉，将调平动板和调平定板连接紧固；

5)调整位于所述D、E两个辅助支撑点处的测微头，使得测微头和调平动板充分接触；

6)使用与步骤4)相同的力矩，通过位于所述D、E两个辅助支撑点附近的固定螺钉，将调平动板和调平定板连接紧固。