CN112729158A - 晶圆几何参数的测量方法 - Google Patents

晶圆几何参数的测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112729158A
CN112729158A CN202011569046.7A CN202011569046A CN112729158A CN 112729158 A CN112729158 A CN 112729158A CN 202011569046 A CN202011569046 A CN 202011569046A CN 112729158 A CN112729158 A CN 112729158A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wafer
chuck
air
measuring
standard mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011569046.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112729158B (zh
Inventor
曾安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Zhongan Semiconductor Equipment Co ltd
Original Assignee
Nanjing Lian Semiconductor Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US2020/049009 external-priority patent/WO2021133436A1/en
Application filed by Nanjing Lian Semiconductor Ltd filed Critical Nanjing Lian Semiconductor Ltd
Publication of CN112729158A publication Critical patent/CN112729158A/zh
Priority to US17/561,902 priority Critical patent/US20220120559A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112729158B publication Critical patent/CN112729158B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0004—Supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/0207—Error reduction by correction of the measurement signal based on independently determined error sources, e.g. using a reference interferometer
    • G01B9/02072—Error reduction by correction of the measurement signal based on independently determined error sources, e.g. using a reference interferometer by calibration or testing of interferometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/40—Caliper-like sensors
    • G01B2210/48—Caliper-like sensors for measurement of a wafer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/56—Measuring geometric parameters of semiconductor structures, e.g. profile, critical dimensions or trench depth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/62—Support for workpiece air film or bearing with positive or negative pressure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

本申请实施例提供了一种晶圆几何参数的测量方法。晶圆几何参数的测量方法中晶圆形状的测量方法包括：获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息；利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，以使得晶圆位于标准镜与气浮卡盘之间，D1>0；利用干涉仪测量晶圆的正面S正面与标准镜的表面STF之间的第一距离变化ΔS1，其中，晶圆的正面能够反光，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面S正面的形状。本申请实施例能够避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆几何参数的测量造成的较大测量误差。

Description

晶圆几何参数的测量方法
技术领域
本申请涉及晶圆测量技术领域，具体涉及一种晶圆几何参数的测量方法。
背景技术
晶圆的几何参数如晶圆形状、晶圆厚度、晶圆平整度等对晶圆的质量有着至关重要的作用，因此对晶圆的几何参数进行测量是评估晶圆的质量的重要工作。通常采用夹持方式将晶圆垂直固定在测量光路中，或者采用真空吸附的方式将晶圆吸附到卡盘上测量晶圆几何参数。
然而，使用上述测量方法具有一定的缺陷，如在夹持方式中，夹持的力度较大容易使晶圆的原始形状发生变化，且由于夹持工具的清洁度难以保证也容易在晶圆上产生碎屑颗粒或其他污染物，在真空吸附方式中，卡盘的表面本身可能有伪像或痕迹等，因而会对晶圆几何参数的测量造成较大的测量误差。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种晶圆几何参数的测量方法，从而避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆几何参数的测量造成的较大测量误差。
本申请的第一方面提供了一种晶圆形状的测量方法，包括：获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息；利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，以使得晶圆位于标准镜与气浮卡盘之间，D1>0；利用干涉仪测量晶圆的正面S正面与标准镜的表面 STF之间的第一距离变化ΔS1，其中，晶圆的正面能够反光，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面S正面的形状。
在本申请一实施例中，上述获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，包括：利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2；根据Sref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
在本申请一实施例中，参考物为参考标准镜，上述利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2之前，晶圆形状的测量方法还包括：将参考标准镜放置在气浮卡盘的顶部表面上方第二预定距离D2处，以使得参考标准镜位于标准镜和气浮卡盘之间，其中，参考物的平整度小于晶圆的平整度；上述利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2包括：利用所述干涉仪测量标准镜的表面STF与参考标准镜靠近标准镜的表面STF-ref之间的第二距离变化ΔS2；上述根据Sref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息包括：根据STF-ref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
在本申请一实施例中，参考物为气浮卡盘，上述利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2，包括：利用干涉仪测量标准镜的表面STF与气浮卡盘的顶部表面SCK之间的第二距离变化ΔS2，其中，气浮卡盘的顶部表面为气浮卡盘靠近所述标准镜的表面，气浮卡盘的顶部表面能够反光；上述根据Sref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息包括：根据SCK的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
在本申请一实施例中，参考物的平整度比晶圆的平整度小2-4个数量级。
在本申请一实施例中，D1的范围为60μm-1500μm。
在本申请一实施例中，D1的范围为60μm-300μm。
本申请的第二方面提供了一种晶圆翘曲度的测量方法。该晶圆翘曲度的测量方法包括：利用本申请的第一方面提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面S正面的形状，根据S正面的形状获得晶圆的翘曲度。
本申请的第三方面提供了一种双抛光的晶圆平整度的测量方法。该双抛光的晶圆平整度的测量方法包括：利用厚度测量仪测量晶圆的厚度T晶圆；根据本申请的第一方面提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面S正面的形状；将晶圆进行翻转以使晶圆的背面靠近标准镜，晶圆的正面和晶圆的背面相对设置且均能够反光；根据本申请的第一方面提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的背面S背面的形状；结合S正面的形状、S背面的形状以及T晶圆获得晶圆的平整度。
在本申请一实施例中，厚度测量仪包括激光器、位置传感器和电容传感器，上述利用厚度测量仪测量晶圆的厚度，包括：利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息；利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点；结合第一位置点的位置信息和第二位置点的位置信息的测量方法获取晶圆的厚度。
根据本申请实施例提供的技术方案，在晶圆形状的测量方法中，通过获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息；利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，以使得晶圆位于标准镜与气浮卡盘之间，D1>0；利用干涉仪测量晶圆的正面S正面与标准镜的表面STF之间的第一距离变化ΔS1，其中，晶圆的正面能够反光，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面S正面的形状。本申请实施例能够避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆形状的测量造成的较大测量误差。
附图说明
图1a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图；
图1b示出了一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图；
图2a示出了根据本申请另一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图；
图2b示出了根据本申请又一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图；
图2c和图2d示出了图2b所示实施例中晶圆形状的测量方法对应的结构示意图；
图2e示出了根据本申请再一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图；
图2f示出了图2e所示实施例提供的一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图；
图3示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆翘曲度的测量方法的示意图；
图4示出了根据本申请一实施例提供的一种双抛光的晶圆平整度的测量方法示意图；
图5示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量方法的示意图；
图6a示出了位置传感器的校准的示意图；
图6b示出了位置传感器的校准过程中位置传感器读数Vx与电容传感器读数CPn的关系示意图；
图7示出了一种位置传感器与电容传感器的相对于晶圆的位置示意图；
图8a示出了一种基于双菲索干涉仪的设备的结构示意图；
图8b示出了一种基于剪切干涉仪的设备的结构示意图。
图8c示出了一种用于晶圆几何参数测量的架构的结构示意图；
图8d示出了处于垂直位置的晶圆在晶圆倾斜时易于发生形变的示意图；
图8e示出了一种用于测量有设计图案的晶圆倾斜平台的示例性的测角架的结构示意图；
图9a示出了一种气浮卡盘的俯视示意图；
图9b示出了另一种气浮卡盘的俯视示意图；
图9c示出了一种气浮卡盘的压力喷嘴和真空喷嘴连接层的示意图；
图9d示出了一种气浮卡盘的堆叠结构的侧视示意图；
图9e示出了另一种气浮卡盘的堆叠结构的侧视示意图；
图9f示出了图9e中堆叠结构的顶板的顶部表面；
图9g示出了图9e中堆叠结构的顶板的底表面；
图9h示出了图9e中堆叠结构的示例性的分流板的俯视图；
图9i示出了图9e中堆叠结构的示例性的分流板的仰视图；
图9j示出了图9e中堆叠结构的后盖板的俯视图；
图9k示出了图9e中堆叠结构的后盖板的仰视图；
图10a和图10b示出了一种示例性的分流室的结构示意图。
图11a和图11b示出了一种使用图8c所示的架构进行晶圆平整度TTV 测量的方法示意图；
图12a示出了当晶圆被真空向下吸到真空卡盘上时卡盘痕迹/伪像的示意图；
图12b示出了悬浮在气浮卡盘上方的晶圆的示意图，其中没有卡盘痕迹 /伪像；
图13a-13c示出了一种区分晶圆的表面上的真实特征与卡盘痕迹/伪像的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中所需要使用的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述的附图仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，基于本申请中的实施例，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相关实施例，都属于本申请保护的范围。
在本文中，“晶圆几何”可以指晶圆形状参数，也可以指局部平整度参数(也可称为局部平坦度参数，例如局部平整度(Site Flatness，SFQR)、小区平整度(Site flatnessBack Ideal Range,SBIR)、全局平整度(global flatness， GBIR))。晶圆平整度也称为总厚度变化(Total Thickness Variation，TTV)，可以指可用于得出SFQR、GBIR和许多其他相关参数的高密度原始数据 (≥4M像素/晶圆)。平整度数据通常与晶圆的正面和背面信息相关联。例如，晶圆形状参数可以从单个表面的高度图得出，单个表面可以是晶圆的正面或背面，也可以是两个表面的中间面(国际半导体产业协会(Semiconductor Equipment andMaterials International，SEMI)定义的晶圆形状)。针对先进的300mm晶圆，正面和背面形状、仅正面或仅背面的中间值之间的差异是非常小的。这是因为晶圆形状是在几微米到几百微米的数量级，而TTV或 GBIR是在几十或几百纳米的数量级。在有设计图案的晶圆几何参数测量设备中，因供应商而异，可以从正面或背面计算晶圆形状。
图1a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图。图1b示出了一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图。该测量方法可以由包括气浮卡盘和干涉仪的晶圆测量装置进行测量。如图1a所示，该晶圆形状的测量方法包括以下步骤。
S110：获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
在一些实施例中，步骤S110可以为以气浮卡盘的底部表面作为基准面，获取标准镜(Transmission Flat,TF)靠近气浮卡盘的表面STF与基准面之间的距离变化，该距离变化对应于标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，当标准镜的表面STF较厚且具有极少的TF凹陷时，该距离变化也可以用标准镜(Transmission Flat,TF)靠近气浮卡盘的表面STF与基准面之间的距离表示；在另一些实施例中，步骤S110可以为以标准镜的表面STF作为基准面，STF的位置信息可以用零表示，STF的位置信息只要能够表示STF的高度变化或形状即可，本申请对此不做具体限定。STF的位置信息可以是常数，也可以是反映标准镜的表面STF的形状的多个数据，本申请对此不做具体限定。
应当理解，标准镜的表面STF的位置信息可以是已知的，也可以是通过测量获得的，本申请对此不做具体限定。
S120：利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，以使得晶圆位于标准镜与气浮卡盘之间，D1>0。(如图1b)
举例来说，参考图1b，晶圆测量装置包括气浮卡盘110和包括标准镜121的干涉仪，图中示意性示出了晶圆测量装置中的气浮卡盘110和标准镜 121。当晶圆1装载时，如图1b，晶圆1放置在气浮卡盘110的顶部表面上。
应当理解，支撑力可以是由气浮卡盘内从气浮卡盘的顶部表面喷出的气体提供，也可以是由气浮卡盘内从气浮卡盘的顶部表面喷出的气体和吸入的气体共同作用提供，还可以以其他方式提供，本申请对此不做具体限定。 D1的范围可以根据气浮卡盘110与标准镜121之间的距离确定，只要满足晶圆1不与气浮卡盘接触，且不影响晶圆形状的测量即可，本申请对D1的范围不做具体限定。第一预定距离D1可以为气浮卡盘110与晶圆1相对的表面之间任一处的距离，例如，可以为气浮卡盘110的顶部表面中心位置点与晶圆1上与中心位置点对应的位置点之间的距离，本申请对第一预定距离 D1相对于气浮卡盘110的顶部表面的位置不做具体限定。第一预定距离D1的监测方式可以采用嵌入在气浮卡盘中心位置或其他位置的电容传感器进行监测，也可以采用其他能够测量晶圆与气浮卡盘之间的距离的仪器进行监测，本申请对第一预定距离D1的监测方式不做具体限定。
S130：利用干涉仪测量晶圆的正面S正面与标准镜的表面STF之间的第一距离变化ΔS1，其中，晶圆的正面能够反光，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面(如图1b)。
应当理解，干涉仪可以为各类菲索干涉仪，如波长相移，距离相移，或偏振相移等菲索干涉仪。也可以为其他垂直入射的干涉仪如迈克尔逊干涉仪、剪切式干涉仪等，本申请对此不做具体限定。参考图1b，第一距离变化ΔS1等于标准镜上靠近晶圆的表面STF的位置信息与晶圆的正面S正面的位置信息之差，可表示为ΔS1＝(STF–S正面)。
S140：根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面S正面的形状。
应当理解，S正面的形状可以等于S正面的位置信息，S正面的形状可表示为 S正面＝STF-ΔS1。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，利用干涉仪测量晶圆的正面S正面与标准镜的表面STF之间的第一距离变化ΔS1；根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面的形状，由于在晶圆测量时晶圆不与气浮卡盘接触，因而能够有效避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆形状的测量造成的较大测量误差，减小了测量的晶圆形状的误差。另外，通过以上步骤进行的形状测量是精准的，且只要气隙设置正确则无需校正。
在本申请一实施例中，D1的范围为60μm-1500μm。
应当理解，第一预定距离D1可以为60μm、300μm、350μm、1000μm、 1500μm等，本申请实施例对此不做具体限定。为了测量晶圆形状，晶圆106 悬浮在较大的气隙处，气隙的高度对应于第一预定距离D1。
本申请实施例中，通过设置第一预设距离D1的范围为60μm-1500μm，也即将晶圆悬浮距离气浮卡盘的顶部表面较大的气隙处，从而在使用气浮卡盘支撑晶圆时减少由于外力造成晶圆形状变化，因而能够有效保持晶圆的原始状态，进而有利于将气浮卡盘应用于形状测量时测量的准确性。
在本申请一实施例中，D1的范围为60μm-300μm。
应当理解，第一预定距离D1的范围为60μm-300μm，第一预定距离D1的范围可以根据气浮卡盘与干涉仪之间的距离以及晶圆的形状或平整度等进行设计，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例中，通过设置第一预定距离的范围为60μm-300μm，利用气浮卡盘的如此设计和操作方式使如压力的支撑力能够平衡重力，并使高压气体作用在晶圆上的压力是垂直向上的，以晶圆中心为轴心的轴对称的均匀支撑力。在较大的气隙下，晶圆气垫提供轴对称的，不受卡盘平整度影响的支撑力，从而晶圆在由气垫支撑的同时保持其自然的形状。
图2a示出了根据本申请另一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图。图2a所示实施例为图1a所示实施例的一变型例。如图2a所示，与图1a所示实施例的不同之处在于，步骤S111-S112对应于图1a所示实施例的步骤S110。
S111：利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2。
应当理解，ΔS2等于STF的位置信息与Sref的位置信息之差，可表示为ΔS2＝STF-Sref。
S112：根据Sref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
应当理解，STF的位置信息可以表示为STF＝Sref+ΔS2。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用干涉仪测量标准镜的表面 STF与参考物靠近标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2，根据Sref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，从而利用参考物对STF的位置信息进行校准，由于参考物的表面Sref可近似为基准面，因此参考物的表面Sref的位置信息可用某一常数表示，则根据Sref的位置信息和ΔS2可以确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，使得STF的位置信息精准反映STF的高度变化或形状，进而提高测量晶圆形状的精度和准确性。
图2b示出了根据本申请又一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法的示意图。图2c和图2d示出了图2b所示实施例的一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图。图2b所示实施例为图2a所示实施例的一变型例。如图 2b所示，与图2a所示实施例的不同之处在于，参考物为参考标准镜，步骤 S1111和步骤S1121分别对应于图2a所示实施例的步骤S111和步骤S112。另外，步骤S1111之前还包括步骤S210。
S210：将参考标准镜放置在气浮卡盘的顶部表面上方第二预定距离D2处，以使得参考标准镜位于标准镜和气浮卡盘之间，其中，参考物的平整度小于晶圆的平整度。(参考图2c和图2d)
应当理解，D2的数值可以为0(如图2c)，也可以为其他数值(如图 2d)，本申请对此不做具体限定。
参考图2c和2d，为了测量形状，将参考TF 162(TF-ref)放置在气浮卡盘110的顶部表面以校准设备中的TF 121，可以是直接将参考TF162搁置在气浮卡盘的顶部表面上(如图2c)，也可以利用气浮卡盘将参考TF162 悬浮在气浮卡盘的顶部表面上以使参考TF162与气浮卡盘的顶部表面不接触(如图2d)，本申请对此不做具体限定。参考物的平整度小于晶圆的平整度，可以是参考物的平整度比晶圆的平整度小1个或多个数量级，例如参考TF平整度(以nm为单位)可以比晶圆形状的平整度(以μm为单位) 好很多，本申请对此不做具体限定。
S1111：利用干涉仪测量标准镜的表面STF与参考标准镜靠近标准镜的表面STF-ref之间的第二距离变化ΔS2。
具体而言，ΔS2等于STF的位置信息与STF-ref的位置信息之差，可以表示为ΔS2＝STF-STF-ref。
应当理解，STF-ref是平移项，可以去除。在步骤S210和步骤S1111中，在气浮卡盘上没有晶圆，且该步骤S210和S1111对应的校准过程可以在出厂前完成，也可以在测量期间完成，本申请对此不做具体限定。
S1121：根据STF-ref的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面 STF的位置信息。
应当理解，STF的位置信息可以表示为STF＝ΔS2+STF-ref。
本申请实施例的步骤S140中，根据STF的位置信息和ΔS1确定晶圆的正面S正面的形状，则可以为S正面＝STF-ΔS1＝ΔS2+STF-ref-ΔS1。
举例来说，结合图2c或图2d，根据获得ΔS2与晶圆表面测量ΔS1的差值以计算晶圆形状：
晶圆形状＝ΔS2–ΔS1＝(STF–STF-ref)–(STF–S正面)＝S正面–STF-ref＝S正面
由于参考TF平整度较高，因而STF-ref可以相当于一个常数，S正面–STF-ref与S正面均可以反映晶圆形状，即晶圆正面S正面的形状。通过以上步骤进行的晶圆形状测量是精准的。应当理解，当STF-ref的平整度较高时，STF-ref的位置信息可以用某一常数表示，则S正面–STF-ref或者S正面均可以用于表示晶圆的正面的形状，只要能够反映晶圆的正面的位置信息或高度变化即可，本申请对晶圆的正面的形状的表示方式不做具体限定。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过使用参考标准镜作为参考物，从而利用参考标准镜校准标准镜TF的表面的位置信息，以避免因标准镜的表面凹陷较多造成标准镜的表面的位置信息误差较大，从而使得晶圆形状的测量结果不受晶圆测量装置中的TF的影响。通过将参考标准镜放置在气浮卡盘的顶部表面上方第二预定距离D2处，以使得参考标准镜位于标准镜和气浮卡盘之间，利用干涉仪测量参考标准镜与标准镜的相对表面之间的第二距离变化ΔS2，由于参考标准镜的平整度较高，因而使得晶圆的正面S正面的形状能够直接从晶圆的正面S正面的位置信息获得，避免了晶圆形状的测量结果因受气浮卡盘的顶部表面、TF的表面等不平整的影响而造成较大误差，有利于提高晶圆形状的测量结果的精度和准确性。
图2e示出了根据本申请再一实施例提供的一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图。图2f示出了图2e所示实施例提供的一种晶圆形状的测量方法对应的结构示意图。图2e所示实施例为图2a所示实施例的一变型例。如图2b所示，与图2a所示实施例的不同之处在于，参考物为气浮卡盘，步骤S1112和步骤S1122分别对应于图2a所示实施例的步骤S111和步骤 S112。
S1112：利用干涉仪测量标准镜的表面STF与气浮卡盘的顶部表面SCK之间的第二距离变化ΔS2，其中，气浮卡盘的顶部表面为气浮卡盘靠近标准镜的表面，气浮卡盘的顶部表面能够反光。
应当理解，ΔS2等于标准镜的表面STF的位置信息与气浮卡盘的顶部表面SCK的位置信息之差，可以表示为ΔS2＝STF-SCK。步骤S1112中，假设气浮卡盘的顶部表面SCK足够平整，则可以以气浮卡盘的顶部表面SCK作为基准面，即可以设置SCK的位置信息为零点或者某一常数。
S1122：根据SCK的位置信息和ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
应当理解，STF的位置信息可以表示为STF＝ΔS2+SCK。
参考图2f，ΔS2等于标准镜靠近气浮卡盘的顶部表面的表面STF的位置信息与气浮卡盘的顶部表面SCK的位置信息之间的差值，即ΔS2＝STF-SCK。ΔS2的数值可以是在对晶圆形状进行测量时从晶圆测量装置中调取的数值，即ΔS2的数值提前存储在晶圆测量装置中，也可以是在每次对晶圆形状进行测量时，在晶圆未装载时利用干涉仪对气浮卡盘与标准镜的相对表面之间的第二距离变化测量获得的，本申请对此不做具体限定。当每次对晶圆形状进行测量时，测量的ΔS2步骤可以在测量ΔS1的步骤之前或之后，本申请对此不做具体限定。
应当理解，晶圆的正面并不具体固定为晶圆上的某个表面，只要是晶圆远离气浮卡盘的表面即可，晶圆的正面也可以称为晶圆的顶部表面，本申请对此不做具体限定。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上，对晶圆形状进行测量，由于在晶圆测量时晶圆不与气浮卡盘接触，因而能够有效避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆形状的测量造成的较大测量误差，减小了测量的晶圆形状的误差。另外，通过以上步骤进行的形状测量是精准的，且只要气隙设置正确则无需校正。
在本申请一实施例中，参考物的平整度比晶圆的平整度小2-4个数量级。
本申请实施例中，通过设置参考物的平整度比晶圆的平整度小2-4个数量级，从而使得参考物的平整度足够小，进而使得晶圆形状测量过程中参考物的平整度对晶圆形状测量结果的影响可以忽略不记。
图3示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆翘曲度的测量方法的示意图。该晶圆翘曲度的测量方法包括以下步骤。
S310：利用上述实施例中提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面S正面的形状。
应当理解，测量晶圆的正面S正面的形状的方法可以是图1a至图2e所示实施例中提供的任何一种晶圆形状的测量方法，也可以是基于上述本申请实施例中所描述的任何一种晶圆形状的测量方法等同替换或明显变型后的晶圆形状的测量方法，本申请对此不做具体限定。
S320：根据S正面的形状获得晶圆的翘曲度。
应当理解，步骤S320中可以是处理器基于S正面的形状形成三维的曲面图，晶圆的正面的任何位置处的翘曲度可以从三维的曲面图中获得；步骤S320中也可以是处理器基于S正面的形状确定晶圆上的某一直径对应的位置处的高度变化差，晶圆的翘曲度可以以晶圆上的某一直径对应的位置处的高度变化差表征，也可以是基于高度变化的最大值和/或平均值和/或方差值等表征，本申请对此不做具体限定。晶圆的正面仅仅代表晶圆的其中一个表面，本申请对此不做具体限定。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用上述所示实施例中提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面S正面的形状，从而提高晶圆形状的测量结果的精度和准确性。另外，通过根据晶圆的正面S正面的形状获取晶圆的翘曲度，在晶圆形状的测量结果精准的前提下，基于晶圆形状的测量结果获取的晶圆的翘曲度的准确度也会相应提高。
图4示出了根据本申请一实施例提供的一种双抛光的晶圆平整度的测量方法示意图。该双抛光的晶圆平整度的测量方法包括以下步骤。
S410：利用厚度测量仪测量晶圆的厚度T晶圆。
应当理解，厚度测量仪可以为质量传感器，也可以为其他设备如坐标测量机等，本申请对此不做具体限定。晶圆的厚度T晶圆可以为晶圆的平均厚度，也可以为晶圆上的某一位置点处对应的厚度，本申请对此不做具体限定。
S420：根据上述实施例中提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面S正面的形状。
S430：将晶圆进行翻转以使晶圆的背面靠近标准镜，晶圆的正面和晶圆的背面相对设置且均能够反光。
应当理解，晶圆的正面和晶圆的背面相对设置且均能够反光也可以称为晶圆的正面和背面均进行抛光处理。晶圆可以为200mm晶圆，也可以为 300mm晶圆，还可以为其他类型的晶圆，本申请对此不做具体限定。
S440：根据上述实施例中提供的任一种晶圆形状的测量方法测量晶圆的背面S背面的形状。
S450：结合S正面的形状、S背面的形状以及T晶圆获得晶圆的平整度。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过对于双抛光的晶圆，采用本申请实施例中晶圆形状的测量方法测量晶圆的正面的形状，另外，将将晶圆翻转过来，晶圆背面向上进行测量，以获得晶圆的背面的形状。并通过将晶圆的正面的形状和晶圆的背面的形状以及厚度测量仪测量的晶圆上任一位置点处对应的厚度结果一起，从而获得晶圆的平整度TTV。
图5示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量方法的示意图。图5所示实施例为图4所示实施例中步骤S410的一个例子。如图5 所示，厚度测量仪包括激光器、位置传感器和电容传感器，步骤S411-S413 对应于图4所示实施例中的步骤S410。
S411：利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息。
S412：利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，第一位置点与所述第二位置点为所述晶圆中表征厚度的相对的两个位置点。
S413：结合第一位置点的位置信息和第二位置点的位置信息的测量方法获取晶圆的厚度。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用由激光器、位置传感器和电容传感器组成的厚度测量仪测量晶圆上任一位置点处对应的厚度，由于位置传感器的位置可以与晶圆的正面高度相关联，电容传感器可以测量晶圆的背面的位置，且测量晶圆厚度的过程中晶圆无需与气浮卡盘表面相接触，因而提高了测量的晶圆厚度的精度和准确性。
举例来说，图6a示出了位置传感器的校准的示意图。图6b示出了位置传感器的校准过程中位置传感器读数Vx与电容传感器读数CPn的关系示意图。其中，晶圆测量装置包括电容传感器130、激光器(未示出)、位置传感器140和第一标准晶圆161。图6a中的椭圆形的结构代表激光照射在标准晶圆161的表面上时形成的光斑。
如图6a所示，为了校准位置传感器140，第一标准晶圆161可以在各个位置上下调整。在该示例中，虽然每个晶圆略有不同，但第一标准晶圆161 的厚度T0可以设置为725μm，第一标准晶圆161的厚度T0也可以设置为 775μm，还可以为其他厚度值，本申请对此不做具体限定。第一标准晶圆161 的厚度可以由坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)或其他测厚度的工具测量。第一标准晶圆161在位置A0处时为基准预定距离处(也可以称为零悬浮高度)，位置A0可以为通过将第一标准晶圆161真空吸到气浮卡盘上时第一标准晶圆161的位置，也可以为将第一标准晶圆161悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方基准预定距离时第一标准晶圆161的位置，基准预定距离大于等于0，本申请对此不做具体限定。并且第一标准晶圆在位置 A0处时电容传感器读取的基准电容传感器读数为CP0，CP0可以是将CP设置为0。然后可以读取来自位置传感器140的基准位置传感器读数 (V0(±10V))。之后，可以调节真空和压力以使第一标准晶圆161悬浮在位置 A1处，位置A1处电容传感器的读数为CP1，CP1减去CP0等于20μm(或约等于20μm)。同时记录CP1-CP0等于20μm时的位置传感器的读数V1。
接下来，真空和压力可以再次调节直至第一标准晶圆161悬浮在位置 A2处，位置A2处电容传感器的读数为CP2，CP2减去CP0约为30μm。同时记录CP2-CP0约为30μm时位置传感器的读数V2。以上步骤可以重复用于分别在40μm、50μm、60μm等时电容传感器的读数CP3、CP4、CP5等。
接下来，可以计算出Δ(CPn-CP0)，如CP1-CP0,CP2-CP0等.Table 1示出了计算出的示例性的结果。
表1
Figure RE-GDA0002944858420000111
基于以上数据，可以绘制出hx vs Vx附图，并对hx vs Vx附图进行线性拟合可以得到斜率Sμm/V(见图6b)。其中，hx为电容传感器读数CPn 与基准电容传感器读数CP0的差值，即相对的晶圆表面高度。校准数据包括：1)斜率，Sμm/V；2)晶圆的厚度T0＝725μm；3)基准位置传感器(或 PSD)读数：V0；4)基准电容传感器读数：CP0。校准数据可以保存，校准的软件实现方案可以是通过使用以下公式执行：
T晶圆＝T0+(CP0-CPn)+S*(Vx–V0)
其中，CPn是第一标准晶圆161在一定预定距离或悬浮高度时电容传感器的读数。
CP0可以是当第一标准晶圆161真空吸至气浮卡盘上时电容传感器的读数。
Vx是位置传感器的读数，单位为伏特Volt。
以μm为单位的电容传感器的读数可以根据工厂校准常数C计算得到，其中，C＝Δh/ΔV,μm/volt，以μm为单位的电容传感器的读数CPn＝C*ΔVcp。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用已知厚度为T0的第一标准晶圆，从而能够随时对位置传感器进行校准，避免晶圆测量装置的位置发生偏移或晶圆测量装置上具有灰尘或其他污染物的存在而对CP0和V0的数值造成较大误差，进而提高晶圆厚度测量的精度和准确性。
在三维闪存(3D NAND)工艺中，高度不透明的的硬掩膜(或薄膜) 厚度测量未满足需求，这是因为传统的光学方法不能很好地应用在不透明的薄膜上。晶圆厚度测量的特点可以用于硬掩膜厚度的测量，如对晶圆厚度进行两种测量，一种为“掩膜前”(pre-mask，T晶圆掩膜前)的厚度测量，一种为“掩膜后”的厚度测量(T晶圆掩膜后))。
T晶圆掩膜前＝T0+E_RTE_pre
T晶圆掩膜后＝T1+E_RTE-post
T0和T1分别是掩膜沉积前后的厚度测量值。E_RTE_pre和E_RTE-post 是晶圆掩膜前和掩膜后各自的光线跟踪误差(Ray Tracing Errors，RTE)。因此，掩膜层的厚度ΔT可以通过以下公式获得。
ΔT＝T晶圆掩膜后–T晶圆掩膜前＝(T1-T0)+(E_RTE-post-E_RTE_pre)
因为在施加掩膜之后晶圆可以急剧地翘曲，所以RTE(即， E_RTE-post-E_RTE_pre)可以明显地影响T晶圆掩膜前和T晶圆掩膜后的测量结果，从而导致ΔT计算中的重大误差。
在一实施例中，公开了一种确定激光器和/或位置传感器所处的最佳角度的方法。图7示出了一种位置传感器与电容传感器相对于晶圆的位置示意图。图7中的椭圆形的结构代表激光照射在标准晶圆161的表面上时形成的光斑。参照图7，为了获得最佳的Z轴分辨率，位置传感器140优选地位于位置传感器的尺寸容许的位置且与第一标准晶圆161之间具有最大角度β处。假若Δh是Z轴分辨率(或z-灵敏度)，则以角度β为主导。
Δh＝ΔL*Cosβ/(2Cosα)
其中，ΔL是位置传感器140可探测到的最小位移，位置传感器140可以是一些市场上可以买得到的传感器，例如传感器的最小位移可以约为 0.75μm。
Δh＝ΔL/M
其中，M＝[Cosβ/(2Cos(α))]^-1。
由于掠射角α的影响，Cos(α)约等于1，α是光源(如激光器(图7中未示出))与第一标准晶圆161之间的角度，通常设置为10～15°。随着β的增加，基于上述公式可知M也会增加，这意味着位置传感器140的灵敏度也将增加。然而，由于对位置传感器中的检测器上光斑尺寸的潜在放大效应(例如光斑的尺寸不能大于检测器所能检测到的尺寸)，β可能不会太大。也可能存在与位置传感器能够放置在设备中多远距离相关的物理限制。例如，在该掠射角下，传感器表面的激光器的光斑尺寸可以增加1/Sin(90°-β) ＝1/Sin30°。下表2列出了基于不同角度α和β的各种PSD分辨率，单位为 nm。
表2
Figure RE-GDA0002944858420000131
WGT架构
晶圆几何参数测量设备(Wafer Geometry Tool，简称“WGT”)是一种可用在硅晶圆制造工厂中表征晶圆的平整度、纳米形貌和形状(弓形和翘曲)的量测设备，也可以用于玻璃晶圆厂。通常，在运送给客户之前，每个晶圆都必须由WGT型的设备进行认证。有几种现有的设备可以达到这个目的。例如，基于电容传感器的晶圆几何参数测量设备被广泛用于200mm晶圆工厂中。图8a示出了一种基于双菲索干涉仪的设备的结构示意图，该设备是一种用于测量300mm晶圆的晶圆几何参数的设备。基于干涉仪的晶圆几何参数测量设备在精度和吞吐量上均具有优势。尽管事实上300mm晶圆比200mm晶圆更容易振动，基于干涉仪的晶圆几何参数测量设备的精度比基于电容传感器的设备的精度高出大约一至两个数量级。然而，市场上还没有出现基于干涉仪的200mm晶圆几何参数测量设备。基于电容传感器的晶圆几何参数测量设备设计用于250nm、180nm和130nm节点工艺。电容传感器设备无法满足设计节点小于130nm的精度和吞吐量的需求。
图8b示出了一种基于剪切干涉仪的设备的结构示意图。该剪切干涉仪也可以与本申请中的气浮卡盘共同作用以测量该晶圆的形状和平整度等几何参数。
一方面，本申请涉及一种用于针对诸如200mm晶圆的各种类型晶圆进行晶圆平整度和晶圆形状测量的半导体设备架构，该架构也可以称为晶圆测量装置。相对于基于电容传感器或光学传感器的扫描设备，架构可以具有更好的精度和更高的吞吐量。本申请的架构的实施例也可以用于300mm和 450mm晶圆几何参数测量。除了晶圆几何参数测量设备之外，本申请的架构也可以应用在具有设计图案的晶圆几何形状(Patterned WaferGeometry，PWG)测量中。气浮卡盘在晶圆形状测量的过程中采用气垫支撑晶圆。气浮卡盘的气浮膜或气垫具有很小刚性,该气浮膜或气垫施加较小的力以支撑晶圆，但不会使晶圆变形，这是用于晶圆形状测量的理想情况。
图8c示出了一种用于晶圆几何参数测量的架构的结构示意图，该架构可以执行与双菲索设备相同的测量，但是成本只有双菲索设备的一小部分。在晶圆形状测量方面，该架构与现有双菲索设备相比具有许多优点。如图 8c所示，架构800可以包括单个干涉仪820，该单个干涉仪包括照相机821、中继透镜822、偏振分束器PBSC 823、光源824(例如照明灯)、准直仪825 和标准镜121(Transmission Flat，TF)，该单个干涉仪的所有这些部件如图所示。干涉仪的操作众所周知，在此不再详细描述。在该架构中，单个干涉仪设置为用于测量晶圆1的形状。应当理解，标准镜也可以称为测试平台 (Test Flat)、透射平面(Transmission Flat)等。该架构不限定于使用菲索干涉仪，也可以使用其他类型的垂直入射的干涉仪，如基于光栅结构的剪切式干涉仪。
如图8c所示，晶圆可以水平放置在气浮卡盘110的顶部表面产生的气垫上。气浮卡盘110可以包括多个的交替的压力通道和真空通道，用于在气浮卡盘110的顶部表面形成和保持气垫。气浮卡盘110也可以包括Z形偏斜台111，Z形偏斜台111可以使气浮卡盘110偏移和/或倾斜。多个升降销112 可以设置为用于将晶圆从气浮卡盘110的表面升起。
对于较大翘曲的晶圆，二维倾斜平台如Z形偏斜台可以用于克服图8c 所示的架构中干涉仪的动态范围限制。图8d示出了处于垂直位置的晶圆1’在晶圆倾斜时易于发生形变的示意图。当倾斜时，与处于垂直位置的相同晶圆1’相比，处于水平位置的晶圆1的形状可以更好地保持。如图8d所示，在相同晶圆1’处于垂直位置的情况下，如果晶圆1’不完全垂直，重力可以改变晶圆1’的形状。这是因为当垂直夹持的晶圆1’发生倾斜时，扭矩 T施加在晶圆1’上。该扭矩将使晶圆的形状发生改变。这限制了传统的双菲索干涉仪设备的测量精准性。相比之下，如图8d的水平设置所示，本申请的架构将晶圆1支撑在薄的气垫上，即使晶圆1处于较小的倾斜角度(通常小于几分之一度)，这也有助于保持晶圆1的自然形状。
本申请的架构可以用于测量薄晶圆的翘曲，其中，当晶圆在垂直位置倾斜时，晶圆因太薄而无法放置在垂直位置或因太薄而无法保持其形状不变。对于一些的薄晶圆，可能会因太薄而无法在晶圆边缘的两点处形成支撑。在该架构中，晶圆处于水平位置并由气垫支撑。当晶圆倾斜时，给晶圆施加非常小的径向力以保持晶圆的位置。在适当的悬浮高度、真空/气压设置下，可以测量薄晶圆的翘曲。
因此，使用上述方法的晶圆几何参数测量设备和有设计图案的晶圆几何参数测量设备可以具有高精度和吞吐量，但是，与双菲索架构相比，价格仅为其一半。对于诸如200mm、300mm和450mm之类的任何尺寸晶圆的晶圆平整度、纳米形貌和形状的测量设备来说，该方法是一种经济高效和高精度的解决方案。
图8e示出了一种用于测量有设计图案的晶圆倾斜平台的示例性的测角架的结构示意图。示出的步骤包括两个堆叠的测角架111e，这两个堆叠的测角架111e用于增加晶圆翘曲动态范围和吞吐量。当倾斜晶圆时，可以保持晶圆聚焦。需要注意的是，X、Y平台102e、104e是以90°相交，而图8e 中将X、Y平台102e、104e绘制在同一平面上是为了便于说明常见的旋转中心。
再次参照图8c，为了测量晶圆1的厚度将晶圆1底部的电容传感器130 (嵌入到气浮卡盘110中)与晶圆1顶部的一个或多个光学的位置传感器 140(bi-cell或PSD,PositionSensing Diode)以及激光器150的组合并入到架构800中。结合图6a和6b，位置传感器的读数可以使用已知厚度的晶圆 161即第一标准晶圆161进行校准。位置传感器的位置可以与晶圆顶部表面高度相关联。电容传感器130可以测量晶圆底部表面的位置。顶部表面的位置和底部表面的位置的组合信息可以用于精确地确定晶圆1的厚度。在晶圆 1顶部的bi-cell或PSD位置传感器还有一个额外的优点。位置传感器的读数可以直接与晶圆厚度相关联。晶圆上面的位置传感器的读数也可以分辨出在晶圆1和TF 121之间的相对运动/振动。晶圆振动可能是由气浮卡盘/法兰 /支撑机构引起的，而这些并不能被电容传感器130感知到，这是因为电容传感器130与包括晶圆1和气浮卡盘110的单元一起移动。
该干涉仪工具可以用于校准电容传感器和光学(bi-cell or PSD)位置传感器。电容传感器130和光学(bi-cell)位置传感器150都可以感知气浮稳定性，但是只有光学(bi-cell)传感器可以感知卡盘组件的振动。当需要隔离振动源时，光学(bi-cell)传感器是很有用的。
应当理解，图8c所示的用于包括晶圆形状和晶圆厚度变化(又称为晶圆平整度或晶圆平坦度)的晶圆几何测量的架构不限于使用菲索干涉仪，其他干涉仪如剪切干涉仪也可以用于本申请的使用反光的气浮卡盘的架构中。
与双菲索干涉仪架构相比，本申请的架构具有更好的精度、匹配度以及更低的成本。该架构可以使用基于光栅的剪切干涉仪代替菲索干涉仪，且使用气浮卡盘代替三个支撑的升降销，从而提高了剪切干涉仪测量的精准度并通过使晶圆倾斜增加了测量的翘曲动态范围。这可能是用于有设计图案的晶圆几何(Patterned Wafer Geometry，PWG))设备的理想设备结构。
使用气浮卡盘和单个干涉仪的晶圆几何测量的方法具有许多优点。例如，气浮卡盘可以为位于气浮卡盘上的晶圆提供有效的气体阻尼。该气体阻尼的作用不仅使干涉仪测量更精确，而且由于无需昂贵的主动隔振系统和重型的隔声振动器使得成本更低。由于晶圆装载过程的简化，该气体阻尼的作用还节省了架构内部晶圆转移的成本，例如，在单个干涉仪下方水平装载晶圆。与双菲索干涉仪相比，单个干涉仪架构通过去除一个干涉仪和相关的光学器件而节约了成本。同样也不需要双菲索干涉仪架构中所需要的将晶圆从水平方向旋转90°到垂直方向的机构。架构中也不需要双菲索架构中的隔声盒。另外，气垫可以提供气体阻尼性能。整个系统有较少的活动部件，使得该系统较双菲索架构更可靠。晶圆可以直接装载在卡盘上以减少当使用基于双菲索干涉仪的设备时所需的晶圆传送时间。对于300mm或450mm晶圆来说，这种WGT架构设备的优势更大，其中，300mm或450mm晶圆的震动可能是最主要的一种噪音来源，因而很难在平整度测量中达到高精度。对于 300mm或450mm的设备来说，光学元件准直仪、标准镜和折叠镜都很大且昂贵。去除一个干涉仪、一个晶圆垂直装载系统、一个隔声盒以及一个数据采集系统的通道可以大大降低原始设备制造商(original equipment manufacturers，OEMs)及其客户的成本。
气浮卡盘
图8c所示的架构800的实施例可以实现无伪像的测量。在该架构800 中，测试下的晶圆1可以直接从操作者终端执行器装载到测量室。在本申请的另一方面，公开了一种气浮卡盘。下文将参考图9a-9d进一步详细讨论气浮卡盘的结构。
图9a示出了一种气浮卡盘的俯视示意图。如图9a所示，气浮卡盘110 在卡盘表面上具有压力和真空喷嘴阵列，其中交替的压力喷嘴902和真空喷嘴904布置成每个均等间隔的同心喷嘴环。多个压力喷嘴902和多个真空喷嘴904可以布满喷嘴部的整个顶部表面，以使晶圆受到的支撑力均衡，进而有利于晶圆悬浮在卡盘的顶部表面上方时能够保持原始形状。真空吸力和压力支撑力可以保持晶圆悬浮在气浮卡盘110上几微米至数百微米的气垫上。气垫越薄，气流量越大，气浮就越刚硬。在适当的真空和压力流速下，气浮可以是非常刚硬(例如，>1N/μm)。对于约为20μm的气隙，气浮也将具有显著的使晶圆平坦的能力。然而，100μm厚的气浮的刚性可以是低至1N/μm 的十分之一，其中，使晶圆形状变形的力非常小。
为了从晶圆的正面测量晶圆平整度或TTV，可以通过气浮卡盘110使晶圆的背面平坦并使其与卡盘表面相匹配。当将气浮间隙设置在适当的高度 (例如15μm至20μm)时，在气浮卡盘110上未检测到伪像。为了测量晶圆的形状，将晶圆悬浮在气浮卡盘110的表面上，气浮间隙设置为约等于 60μm-300μm，其中晶圆由气浮卡盘110产生的气垫支撑，并且由于大间隙下的吸力非常小，晶圆能够保持其原始形状。
为了满足针对晶圆平整度和形状测量的WGT要求，气浮卡盘110可以具有以下特征，如图9a所示。
(1)布置成同心环的轴对称的、交替的压力和真空喷嘴902、904。
(2)喷嘴环中距离圆心最远的喷嘴环的半径比晶圆的半径小。喷嘴如真空喷嘴或压力喷嘴从圆心一直向外延伸至大约气浮卡盘110的半径最后的0-20mm(大于0)处，优选为2-4mm，从而支撑晶圆。举例而言，对于 200mm的卡盘，喷嘴如压力喷嘴902或真空喷嘴904会径向延伸，以使最后一组喷嘴的中心位于在气浮卡盘上直径为199mm、198mm、196mm、 190mm或180mm等的位置。在该实施例中，气浮卡盘110的表面优选大于晶圆的表面，从而使得晶圆悬空时不会超出气浮卡盘110的边缘。
(3)随着半径的增加，优选地，每个喷嘴环增加6个喷嘴，同时喷嘴之间的切线间隔保持恒定。为了实现这一点，使用以下公式N＝6*n。其中， n是同心喷嘴环的第n个，N是每个喷嘴环的喷嘴的数量，其中n＝0是晶圆中心的第一个“喷嘴环”。优选使用数字“6”以实现在径向和切向上喷嘴之间的位移也大致相同。
数字“6”的选择基于以下方法。真空喷嘴904和压力喷嘴902之间在切向上的间隔ΔT在整个气浮卡盘110上可以是相同的。相邻的喷嘴环间隔开恒定的距离ΔR。对于给定的ΔR、ΔT可以使用以下方法计算。
假设每个相邻的喷嘴环，其喷嘴的数量随着半径的增加而以偶整数m 增加(偶整数是因为真空和压力喷嘴成对)：
N＝m*n
其中“N”是每个喷嘴环的喷嘴的数量；
“n”是第n个喷嘴环；每个喷嘴环之间相隔ΔR，第n个喷嘴环的半径为Rn＝n*ΔR。
因为喷嘴的数量成对增加，所以“m”是偶整数(例如2、4、6、8、 10)。
ΔT＝2p*n*ΔR/N＝2p*ΔR/m＝(2p/6)*ΔR
其中，p为圆周率常数π。当m＝6时，基于上述公式，ΔR和ΔT具有几乎相同的值。
(4)WGT 200(用于测量200mm晶圆的晶圆几何参数测量设备)的卡盘平整度优选为小于或等于1.5μm。WGT 300(用于测量300mm晶圆的晶圆几何参数测量设备)优选为小于或等于2μm。
(5)卡盘表面需要满足镜面抛光的卡盘表面>N4(按照ISO标准)的标准。
(6)气浮卡盘110的直径优选地比晶圆的直径大10mm。气浮卡盘的大于晶圆的区域由于测量期间其未被晶圆阻挡而可以用于在晶圆测量期间进行校准。
(7)3个晶圆夹具908，2个固定件(相隔90°，用于固定任意两个晶圆夹具908)，一个晶圆中心的驱动夹具。晶圆1上的力可以调节(例如 0.05lb-1lb)。
(8)4个升降销112，可以以平稳的方式将晶圆从气浮卡盘110的顶部表面提升一定距离，以方便晶圆从卡盘上取出。
图9b示出了另一种气浮卡盘110的俯视示意图。气浮卡盘110上的真空喷嘴和压力喷嘴如图所示以ΔR、ΔT布置。其中，ΔR＝11.0mm，Δ T＝9.0mm。由于ΔR与ΔT之差仅为2mm，由此可以认为ΔR与ΔT大致上相同。
图9c示出了一种气浮卡盘的压力喷嘴和真空喷嘴的连接层的示意图。图9c提供了气浮卡盘110的堆叠层的俯视图。堆叠层包括真空分流层932、压力分流层933和顶部的卡盘层934。真空分流层932包括真空通道935，真空分流层932将所有真空通道935和真空供应连接。压力分流层933包括压力通道936，压力分流层933将所有压力通道936和压力供应连接。顶部的卡盘层934包括多个通孔，多个通孔用以将真空分流层932中的真空通道 935连接到顶部的卡盘层934的顶部表面上的真空喷嘴。顶部的卡盘层934 还包括附加通孔，附加通孔用以将压力分流层933中的压力通道936连接到顶部的卡盘层934的顶部表面上的压力喷嘴。真空和压力的通孔以与图9a 和9b所示的真空和压力喷嘴布置相对应的交替方式布置。
图9d示出了一种气浮卡盘110的堆叠结构的侧视示意图。该气浮卡盘 110包括顶部的卡盘层934’、真空分流层932’和压力分流层933’。交替的通孔940、942分别将真空通道935’和压力通道936’连接到气浮卡盘110的顶部表面上的真空喷嘴和压力喷嘴。如图9d所示的气浮卡盘的侧视图，交替的真空喷嘴和压力喷嘴之间的间隔ΔT可以基本相同。
图9e示出了另一种气浮卡盘110的堆叠结构的侧视示意图。在该实施例中，该堆叠结构可以包括顶板990、后盖板992和夹在顶板990和后盖板 992之间的分流板994。顶板990可以由铝、陶瓷、玻璃或微晶硅等组成，顶板990的优选厚度范围为10-60mm。类似于图9d的实施例，在顶板990 中交替设置的通孔980、982分别提供压力支撑力和真空吸力，以保持晶圆悬浮(图9d中未示出)在气垫上。通孔980、982的直径可以为1.25-1.5mm。
分流板994的顶部表面和底部表面可各自具有一个或多个凹槽，真空通道996和压力通道998可分别位于上述凹槽中。在图9e所示的示例中，分流板994的顶部表面上的凹槽可嵌入真空通道996，该真空通道996通过通孔980将堆叠结构的顶板990上的真空喷嘴连接至堆叠结构的底板上的真空出口997。类似地，分流板994的底表面上的凹槽可嵌入压力通道998，压力通道998通过通孔982将堆叠结构的顶板990上的压力喷嘴连接至堆叠结构的底板上的压力出口999。分流板的顶部表面和底部表面上的凹槽可以分别根据真空通道和压力通道的结构进行设置，可以为几毫米宽和几毫米深，优选为宽2mm和深2mm。
图9f示出了图9e中堆叠结构的顶板990的顶部表面990f。顶部表面包括具有等距或不等距交替的压力和真空喷嘴(或孔)902、904，例如5-25mm 的径向和切向间隔，优选为8-12mm。真空喷嘴904的直径可以为几毫米，例如1.5mm。压力喷嘴902的直径可以为几毫米，例如1.25mm。真空喷嘴 904和压力喷嘴902都可以具有倒角。
图9g示出了图9e中堆叠结构的顶板的底部表面990g，示出了压力喷嘴和真空喷嘴902’、904’的相同图案。底部表面1g也可包括用于将堆叠结构的板紧固在一起并密封真空和压力通道的M3.5或M4螺纹孔912。或者，可以使用胶水将板固定在一起，这可以提高顶部表面的平整度。如果使用胶水，则板上无需有任何M3.5或M4或任何其他螺纹孔。
图9h示出了图9e中堆叠结构的分流板994的俯视图。来自顶板(图9h中未示出)的所有真空喷嘴连接到分流板994的顶部表面994A中相应的真空孔920。相比之下，来自顶板(图9h中未示出)的所有压力喷嘴连接到分流板994中相应的压力孔922，形成从顶板向下穿过分流板994的直孔 (如图9e所示)，从而将顶板上的压力喷嘴连接到嵌入到分流板994底部凹槽上的压力通道(如图9i所示)。在一实施例中，在分流板994的顶部表面上的真空通道920A可以呈图9h所示的图案。通道与顶板上的真空喷嘴对齐，并通过沿着分流板994的边缘的外部圆形通道924连接。图9h还示出了用于将堆叠结构的板固定在一起的M3.5或M4螺纹孔912’。
图9i示出了图9e中堆叠结构的示例性的分流板994的仰视图。在该实施例中，压力通道/凹槽930可以呈内环形图案(“压力供应环”)，压力通道/凹槽930连接穿过分流板994的压力孔。由于压力供应环的横截面增大，因此压力供应环的阻力较小。图9i的仰视图还示出了在图9h的俯视图中可见的M3.5或M4螺纹孔912”。尽管仰视图也示出了叠加的真空通道920A’，但是应当理解，这仅出于说明的目的，如图9h所示，实际的真空通道920A’位于分流板994的顶部表面上的凹槽中。
图9j示出了图9e中堆叠结构的后盖板992的俯视图。图9k示出了图 9e中堆叠结构的后盖板992的仰视图。如图9i所示，后盖板992的顶部表面可以被抛光以密封嵌入有压力凹槽的分流板分流的底表面。在该实施例中，存在三个开口1j，三个开口1j用于将压力通道从分流板992的底部表面连接至压力配件(图9j中未示出)。此外，还有三个其他开口2j，开口 2j用于将真空通道从分流板的顶部表面连接到真空配件(图9j中未显示)。在图9k中的后盖板992的仰视图上也示出了相同的压力和真空开口1j’、 2j’。图9j所示的后盖板992的俯视图和图9k所示的后盖板992的仰视图还示出了M3.5或M4螺纹孔912”’，M3.5或M4螺纹孔912”’用于将后盖板与堆叠结构中的其他板紧固。
尽管图9e-9k示出了气浮卡盘的堆叠结构，该堆叠结构具有压力通道和真空通道，压力通道和真空通道分别位于分流层的底部表面和顶部表面上的凹槽中，但是应当理解，这些通道也可以被嵌入在其他层的凹槽中。例如，真空通道可以位于在顶板的底层上的凹槽中，而压力通道可以位于在后盖板的顶层上的凹槽中。此外，应当理解，在其他实施例中，可以互换真空通道和压力通道的布置。在各种实施例中，可以包括不同数量的真空和/或压力喷嘴。可以根据喷嘴的数量和位置调整真空和压力通道的路径。在堆叠结构底部的真空配件和压力配件的数量不限，例如可以是3个或更多个。
图10a和10b示出了一种示例性的分流室1000的结构示意图。该分流室1000用于将压力喷嘴与真空喷嘴分离开来。如图10a和10b，分流室1000 包括压力分流室1004和真空分流室1002，所有的真空喷嘴与真空分流室 1002连接，所有的压力喷嘴直接通过真空分流室1002到达位于真空分流室下方的压力分流室1004。计算机流体动力学(Computationalfluid dynamics， CFD)模拟显示这种分流室大大地提高了真空喷嘴和压力喷嘴的均匀性。分流室可以提供均匀的气体量，最大程度的优化增加的通道尺寸。另外，腔室高度可以调整成使孔口流量变化最小的高度。
用于支撑晶圆的气垫也具有气体阻尼作用，这有效地隔离了地面振动和声振，同时去除或减少了隔声盒和主动隔振系统的需求。
TTV测量方法
以下参考图11a、11b详细提供了使用图8c所示的架构800测量晶圆平整度的示例性方法。
图11a和11b示出了一种使用图8c所示的架构进行晶圆平整度TTV测量的方法示意图。首先，参照图11a，测量由TF 121和反光的气浮卡盘110 形成的光学空腔。换言之，标准镜TF 121和气浮卡盘110的相对表面之间的距离变化。TF 121可能因重力在中间下垂。如图11a和11b所示，气浮卡盘110的表面可能不是完全平坦的。这些缺陷需要进行校准以便于使晶圆的平整度测量精准。空腔的校准是测量空腔的厚度的变化。从数学上来讲，空腔的厚度的变化是指标准镜表面STF(x,y)与卡盘表面SCK(x,y)之间的差：Δ S空腔＝STF-SCK。在该步骤中，在卡盘上没有晶圆。
参考图11b，校准之后，晶圆1放置在气浮卡盘110的表面。为了测量晶圆1的平整度，晶圆在距离气浮卡盘110的顶部较小气隙(例如0μm-50 μm，优选为5μm-30μm)处悬浮，较小气隙由气浮卡盘110产生。在这些较小气隙处，气浮卡盘设计具有可以使晶圆的背面变平或使晶圆的背面S背面与卡盘的顶部表面SCK相匹配的很大的吸力。在这种情况下，晶圆的正面(S正面，也可以称为晶圆的顶部表面)的位置信息仅是卡盘的顶部表面SCK的位置信息和晶圆总厚度变化之和，S正面＝SCK+TTV。然而，晶圆的背面S 背面并不完全与卡盘的顶部表面SCK相匹配。实际中，为了精准地确定晶圆的正面，需要增加不匹配项(SN.C.)：S正面＝(SCK+TTV+SN.C.)。
干涉仪测量可以测量晶圆1和标准镜之间的距离：ΔSWFR＝(STF–S正面) ＝(STF–SCK–TTV–SN.C.)。
接下来，可以通过测量空腔与晶圆表面之间的差(ΔS空腔–ΔSWFR)来计算TTV。之后，可以通过如下公式计算总厚度变化：TTV actual＝(ΔS空腔–ΔSWFR–SN.C.)，其中，ΔS空腔和ΔSWFR可以通过图8c所示的WGT架构的干涉仪来测量。SN.C.可以根据校准获得。SN.C.可以通过使用已知TTV的晶圆(如双面抛光的200mm晶圆)获得：SN.C.＝(ΔS空腔–ΔSWFR–TTVknown)。 SN.C.E可能随着时间的推移发生漂离，需要时常进行校准。SN.C.是晶圆厚度、温度、气浮高度FH和卡盘平整度的函数。所有这些参数可以与干涉仪数据同时测量，也可以用于校正。
区分晶圆表面真实特征和卡盘痕迹/伪像的方法
图8c所示的架构800的实施例可以实现无伪像的测量。在该架构800 中，晶圆1可以直接从操作者终端执行器装载到测量室。
图8c所示的WGT架构800的实施例利用一个垂直安装的菲索干涉仪进行平整度测量和晶圆形状测量。然而，在实际中，对晶圆平整度测量和晶圆形状测量的方法具有许多挑战。气浮卡盘本身可能不平坦，并且在气浮卡盘的表面上可能有伪像，例如晶粒。当晶圆被真空吸到气浮卡盘上时，伪像可能出现在晶圆的顶部表面上。例如，图12a示出了当晶圆被真空向下吸到真空卡盘上时卡盘痕迹/伪像的示意图。如图12a所示，大晶粒1202可能在气浮卡盘110的顶侧的晶圆1上显示为凸起。根据本申请另一个实施例，这些类型的伪像可以通过使用本文实施例中的方法来校准。图12b示出了悬浮在气浮卡盘110’上方的晶圆1’的示意图，其中晶圆1’上看不到卡盘痕迹/伪像。
图13a-13c示出了一种区分晶圆1的表面上的真实特征1304与卡盘痕迹/伪像1306的方法的示意图。图13a示出了在S1表面上测量晶圆的几何参数的示意图，其中在干涉仪测量中真实特征1304与卡盘痕迹/伪像1306 混在一起。图13b示出了在S2表面上测量晶圆的几何参数的示意图，其中 S2表面为将卡盘从进行S1表面测量的原始位置旋转180°后的卡盘表面。当卡盘痕迹/伪像1306随卡盘110旋转180°时，真实特征1304停留在相同的位置。因此，通过将晶圆1放置在旋转180°后的卡盘表面S2上(如图13b 所示)，并将晶圆1处于180°的表面S2与处于0°的表面S1(如图13a所示) 的测量结果进行比较，可以识别出晶圆的真实特征1304(在旋转之前和之后在晶圆坐标系中保持在相同位置的那些特征)。相反，当晶圆1旋转180°时，在晶圆1的坐标系上卡盘痕迹/伪像1306的位置偏离180°。
图13c提供了S1和S2差异图，图中显示卡盘伪像为成对的1316、1320。如果这些卡盘伪像不在卡盘上四处移动，则可以对这些卡盘伪像进行校准。如果卡盘干净并且卡盘伪像被隔离，这些卡盘伪像还具有特殊特征，即可以通过算法将其去除。当有限的伪像在卡盘和/或晶圆背面上时，可以使用晶圆或卡盘的旋转方法将伪像区分出来并消除。
尽管已经参考附图充分描述了本申请的实施例，但是应当注意，对于本领域技术人员，各种改变和修改会变得显而易见。这样的改变和修改应被理解为包括在由所附权利要求限定的本申请的实施例的范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆形状的测量方法，其特征在于，包括：
获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息；
利用气浮卡盘提供的支撑力将晶圆悬浮在所述气浮卡盘的顶部表面上方第一预定距离D1处，以使得所述晶圆位于标准镜与所述气浮卡盘之间，D1>0；
利用干涉仪测量所述晶圆的正面S正面与所述标准镜的表面STF之间的第一距离变化ΔS1，其中，所述晶圆的正面能够反光，所述晶圆的正面为所述晶圆远离所述气浮卡盘的表面；
根据所述STF的位置信息和所述ΔS1确定所述晶圆的正面S正面的形状。
2.根据权利要求1所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述获取标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，包括：
利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与参考物靠近所述标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2；
根据所述Sref的位置信息和所述ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
3.根据权利要求2所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述参考物为参考标准镜，所述利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与参考物靠近所述标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2之前，还包括：
将参考标准镜放置在所述气浮卡盘的顶部表面上方第二预定距离D2处，以使得所述参考标准镜位于所述标准镜和所述气浮卡盘之间，其中，所述参考标准镜的平整度小于所述晶圆的平整度；
其中，所述利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与参考物靠近所述标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2，包括：
利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与所述参考标准镜靠近所述标准镜的表面STF-ref之间的第二距离变化ΔS2；
所述根据所述Sref的位置信息和所述ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，包括：
根据所述STF-ref的位置信息和所述ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
4.根据权利要求2所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述参考物为所述气浮卡盘，所述利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与参考物靠近所述标准镜的表面Sref之间的第二距离变化ΔS2，包括：
利用所述干涉仪测量所述标准镜的表面STF与所述气浮卡盘的顶部表面SCK之间的第二距离变化ΔS2，其中，所述气浮卡盘的顶部表面为所述气浮卡盘靠近所述标准镜的表面，所述气浮卡盘的顶部表面能够反光；
其中，所述根据所述Sref的位置信息和所述ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息，包括：
所述根据所述SCK的位置信息和所述ΔS2确定标准镜靠近气浮卡盘的表面STF的位置信息。
5.根据权利要求2所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述参考物的平整度比所述晶圆的平整度小2-4个数量级。
6.根据权利要求1所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述D1的范围为60μm-1500μm。
7.根据权利要求6所述的晶圆形状的测量方法，其特征在于，所述D1的范围为60μm-300μm。
8.一种晶圆翘曲度的测量方法，其特征在于，包括：
利用如权利要求1-7所述的任一种晶圆形状的测量方法测量所述晶圆的正面S正面的形状，
根据所述S正面的形状获得所述晶圆的翘曲度。
9.一种双抛光的晶圆平整度的测量方法，其特征在于，包括：
利用厚度测量仪测量所述晶圆的厚度T晶圆；
根据如权利要求1-7所述的任一种测量晶圆形状的方法测量所述晶圆的正面S正面的形状；
将所述晶圆进行翻转以使所述晶圆的背面靠近所述标准镜，所述晶圆的正面和所述晶圆的背面相对设置且均能够反光；
根据如权利要求1-7所述的任一种晶圆形状的测量方法测量所述晶圆的背面S背面的形状；
结合所述S正面的形状、所述S背面的形状以及所述T晶圆获得所述晶圆的平整度。
10.根据权利要求9所述的双抛光的晶圆平整度的测量方法，其特征在于，所述厚度测量仪包括激光器、位置传感器和电容传感器，所述利用厚度测量仪测量所述晶圆的厚度，包括：
利用所述激光器和所述位置传感器测量所述晶圆的正面上第一位置点的位置信息；
利用所述电容传感器测量所述晶圆的背面上第二位置点的位置信息，所述第一位置点与所述第二位置点为所述晶圆中表征厚度的相对的两个位置点；
结合所述第一位置点的位置信息和所述第二位置点的位置信息的测量方法获取所述晶圆的厚度。
CN202011569046.7A 2019-12-26 2020-12-25 晶圆几何参数的测量方法 Active CN112729158B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/561,902 US20220120559A1 (en) 2019-12-26 2021-12-24 Measuring apparatus and method of wafer geometry

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962953696P 2019-12-26 2019-12-26
US62/953,696 2019-12-26
PCT/US2020/049009 WO2021133436A1 (en) 2019-12-26 2020-09-02 Tool architecture for wafer geometry measurement in semiconductor industry
USPCT/US2020/049009 2020-09-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112729158A true CN112729158A (zh) 2021-04-30
CN112729158B CN112729158B (zh) 2022-12-27

Family

ID=75325195

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011569092.7A Pending CN112864075A (zh) 2019-12-26 2020-12-25 晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法
CN202011567675.6A Active CN112880597B (zh) 2019-12-26 2020-12-25 晶圆平整度的测量方法
CN202011569044.8A Pending CN112635386A (zh) 2019-12-26 2020-12-25 气浮卡盘
CN202011569046.7A Active CN112729158B (zh) 2019-12-26 2020-12-25 晶圆几何参数的测量方法

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011569092.7A Pending CN112864075A (zh) 2019-12-26 2020-12-25 晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法
CN202011567675.6A Active CN112880597B (zh) 2019-12-26 2020-12-25 晶圆平整度的测量方法
CN202011569044.8A Pending CN112635386A (zh) 2019-12-26 2020-12-25 气浮卡盘

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11105753B2 (zh)
CN (4) CN112864075A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114608475A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 南京中安半导体设备有限责任公司 卡盘、相移式干涉仪及晶圆形貌干涉测量方法
CN115876113A (zh) * 2023-01-31 2023-03-31 广州粤芯半导体技术有限公司 一种测量薄片晶圆翘曲的方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113130368A (zh) * 2021-04-13 2021-07-16 南京中安半导体设备有限责任公司 气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置
CN113108715B (zh) * 2021-04-13 2024-01-23 南京中安半导体设备有限责任公司 悬浮物的测量装置和气浮卡盘
CN113503822B (zh) * 2021-06-01 2023-08-18 南京中安半导体设备有限责任公司 晶圆厚度的测量方法及其测量装置
CN113587827B (zh) * 2021-06-10 2023-07-18 浙江晶盛机电股份有限公司 一种晶圆面形实时在线测量系统及其测量方法
CN113251936A (zh) * 2021-07-09 2021-08-13 成都太科光电技术有限责任公司 立式半导体晶圆ttv干涉测试装置
CN113516645A (zh) * 2021-07-23 2021-10-19 南京中安半导体设备有限责任公司 成像平面空间的校正方法及其校正装置以及晶圆测量装置
CN114678310B (zh) * 2022-02-16 2023-12-22 上海普达特半导体设备有限公司 一种晶圆传输装置
CN114857172A (zh) * 2022-05-30 2022-08-05 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 气浮支撑机构
CN115112056A (zh) * 2022-08-29 2022-09-27 江苏佳晟精密设备科技有限公司 一种晶体表面平整度检测设备及其使用方法
CN115325956B (zh) * 2022-10-17 2023-02-03 南昌昂坤半导体设备有限公司 晶圆翘曲度测量方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504615B1 (en) * 1998-03-09 2003-01-07 Super Silicon Crystal Research Institute Corporation Optical instrument for measuring shape of wafer
CN1476070A (zh) * 2002-07-16 2004-02-18 松下电器产业株式会社 诸如晶片的基片的定量质量检验的方法和装置
CN101021490A (zh) * 2007-03-12 2007-08-22 3i系统公司 平面基板自动检测系统及方法
CN101799277A (zh) * 2009-02-09 2010-08-11 富士能株式会社 光波干涉测定装置
CN103250232A (zh) * 2010-12-14 2013-08-14 株式会社尼康 表面检查装置及其方法
US20160282105A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Kla-Tencor Corporation Model-Based Single Parameter Measurement
CN106855677A (zh) * 2015-12-09 2017-06-16 由田新技股份有限公司 动态式自动追焦系统
CN109119334A (zh) * 2018-08-24 2019-01-01 长江存储科技有限责任公司 半导体结构的表面修正方法以及3d存储器件的制造方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5948938A (ja) * 1982-09-14 1984-03-21 Toshiba Corp ウエハ−チヤツク
JPH06244269A (ja) * 1992-09-07 1994-09-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体製造装置並びに半導体製造装置におけるウエハ真空チャック装置及びガスクリーニング方法及び窒化膜形成方法
US6257564B1 (en) * 1998-05-15 2001-07-10 Applied Materials, Inc Vacuum chuck having vacuum-nipples wafer support
JP2001349715A (ja) * 2000-06-12 2001-12-21 Shin Etsu Chem Co Ltd ウェーハ平坦度測定装置及びウェーハ平坦度を測定する方法
US6640155B2 (en) * 2000-08-22 2003-10-28 Lam Research Corporation Chemical mechanical polishing apparatus and methods with central control of polishing pressure applied by polishing head
US6652357B1 (en) * 2000-09-22 2003-11-25 Lam Research Corporation Methods for controlling retaining ring and wafer head tilt for chemical mechanical polishing
JP2002373848A (ja) * 2001-06-15 2002-12-26 Canon Inc 基板ホルダの表面状態測定方法及び測定装置
KR100439084B1 (ko) * 2001-11-15 2004-07-09 주식회사 프로텍 업다운 및 회전의 정밀제어가 가능한 고속정량토출형디스펜서 헤드
TWI232357B (en) 2002-11-12 2005-05-11 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method
US20040206304A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 Menear John Edgar Pressurized chuck for controlling backside wafer contamination
US20050035514A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Supercritical Systems, Inc. Vacuum chuck apparatus and method for holding a wafer during high pressure processing
WO2005096354A1 (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Nikon Corporation 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法、並びに面形状検出装置
WO2006078025A1 (ja) * 2005-01-24 2006-07-27 Nikon Corporation 計測方法、計測システム、検査方法、検査システム、露光方法及び露光システム
CN101206995B (zh) * 2006-12-20 2010-05-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 监测晶圆托盘平整性的方法
US7607647B2 (en) * 2007-03-20 2009-10-27 Kla-Tencor Technologies Corporation Stabilizing a substrate using a vacuum preload air bearing chuck
JP5202462B2 (ja) * 2009-07-23 2013-06-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン欠陥検査装置および方法
US8420981B2 (en) * 2009-11-13 2013-04-16 Tel Nexx, Inc. Apparatus for thermal processing with micro-environment
KR101748900B1 (ko) * 2010-06-23 2017-06-19 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 흡착기, 반도체 디바이스 관찰 장치, 및 반도체 디바이스 관찰 방법
US9279774B2 (en) 2011-07-12 2016-03-08 Kla-Tencor Corp. Wafer inspection
US9221081B1 (en) * 2011-08-01 2015-12-29 Novellus Systems, Inc. Automated cleaning of wafer plating assembly
CN103217115A (zh) * 2012-01-19 2013-07-24 昆山思拓机器有限公司 wafer厚度及平面度的测量装置
CN102840833A (zh) * 2012-09-12 2012-12-26 昆山允可精密工业技术有限公司 晶圆厚度测量方法及装置
CN104142128B (zh) * 2014-06-25 2016-09-14 上海功源自动化技术有限公司 一种晶圆翘曲度的测量方法
CN205376487U (zh) * 2016-02-24 2016-07-06 苏州均华精密机械有限公司 晶圆对准装置
WO2018038071A1 (ja) * 2016-08-24 2018-03-01 株式会社ニコン 計測システム及び基板処理システム、並びにデバイス製造方法
KR101856875B1 (ko) * 2016-12-06 2018-05-10 에스케이실트론 주식회사 웨이퍼 캐리어 두께 측정장치
US10254214B1 (en) * 2018-02-20 2019-04-09 Nanotronics Imaging, Inc. Systems, devices, and methods for combined wafer and photomask inspection

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504615B1 (en) * 1998-03-09 2003-01-07 Super Silicon Crystal Research Institute Corporation Optical instrument for measuring shape of wafer
CN1476070A (zh) * 2002-07-16 2004-02-18 松下电器产业株式会社 诸如晶片的基片的定量质量检验的方法和装置
CN101021490A (zh) * 2007-03-12 2007-08-22 3i系统公司 平面基板自动检测系统及方法
CN101799277A (zh) * 2009-02-09 2010-08-11 富士能株式会社 光波干涉测定装置
CN103250232A (zh) * 2010-12-14 2013-08-14 株式会社尼康 表面检查装置及其方法
US20160282105A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Kla-Tencor Corporation Model-Based Single Parameter Measurement
CN106855677A (zh) * 2015-12-09 2017-06-16 由田新技股份有限公司 动态式自动追焦系统
CN109119334A (zh) * 2018-08-24 2019-01-01 长江存储科技有限责任公司 半导体结构的表面修正方法以及3d存储器件的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114608475A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 南京中安半导体设备有限责任公司 卡盘、相移式干涉仪及晶圆形貌干涉测量方法
CN115876113A (zh) * 2023-01-31 2023-03-31 广州粤芯半导体技术有限公司 一种测量薄片晶圆翘曲的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112635386A (zh) 2021-04-09
CN112729158B (zh) 2022-12-27
US20210199597A1 (en) 2021-07-01
US11105753B2 (en) 2021-08-31
CN112864075A (zh) 2021-05-28
CN112880597A (zh) 2021-06-01
CN112880597B (zh) 2022-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112729158B (zh) 晶圆几何参数的测量方法
CN214149172U (zh) 晶圆测量装置
US20130154675A1 (en) Substrate holding device and method, and inspection apparatus and method using the substrate holding device and method
US6954269B2 (en) Ring chuck to hold 200 and 300 mm wafer
US9052190B2 (en) Bright-field differential interference contrast system with scanning beams of round and elliptical cross-sections
US10871369B2 (en) Systems for and methods of measuring photomask flatness with reduced gravity-induced error
US20220120559A1 (en) Measuring apparatus and method of wafer geometry
US20090042481A1 (en) Method of calibrating or compensating sensor for measuring property of a target surface
CN214152867U (zh) 气浮卡盘
JP7383147B2 (ja) 基板保持装置及び基板処理装置
KR102566141B1 (ko) 웨이퍼 본딩 방법 및 웨이퍼 본딩 장치
KR20060105249A (ko) 웨이퍼 연마 장치
Wang et al. Metrologies for characterization of flatness and thickness uniformity in temporarily bonded wafer stacks
Valley et al. The transition to optical wafer flatness metrology
JP2003001560A (ja) 基板研磨装置、基板研磨方法及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231226

Address after: Floor 1, 4, and 5, Block A, Optoelectronic Technology Park, No. 6 Yuhe North Road, Research and Innovation Park, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210000

Patentee after: Nanjing Zhongan Semiconductor Equipment Co.,Ltd.

Address before: Room 1849, Yingying building, 99 Tuanjie Road, yanchuangyuan, Jiangbei new district, Nanjing, Jiangsu 210000

Patentee before: Nanjing Li'an Semiconductor Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right