CN113948414B - 一种薄膜应力仪自动调平装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜应力仪自动调平装置，涉及半导体技术领域，该装置包括晶圆载台、激光光源、位置传感器、控制器和处理器，激光光源在横向从起始点开始移动，将一个偏移角度的激光光束照射到镜面晶圆表面，通过光路反射到位置传感器，位置传感器将接收到的光信号转换为电信号之后传输到控制器，控制器实时采集数据并发送给处理器计算载台的起始点与结束点之间的高度位置差，根据位置差数据调整载台的水平度，使得载台与激光光源横移模块之间保持水平状态。该装置能在进行晶圆薄膜应力检测前先进行自动调平处理，使得装置保证绝对的水平，不影响真实的薄膜表面弧度数据采集；并且该自动调平过程简单、高效，提高了精确度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种薄膜应力仪自动调平装置。
背景技术
在半导体产业中，氮化硅薄膜有非常多重要的功能，例如可在表面做为钝化保护层(Passivation layer)、控制元件的本质应力、做为氧气与水气的阻障层(Barrier)等等。在衬底上沉积氮化硅薄膜时，由于其中的残留应力(Residual stress)，薄膜经常会产生严重的翘曲。如果晶圆翘曲程度过大，会造成后续制程加工诸多困难，降低元件的产率与性能。
在衬底表面上沉积多层薄膜可能会引入强的局部力量，这种局部力量被称之为膜应力。膜应力可能会导致衬底发生形变，进而影响器件的稳定性，一般通过分析由于薄膜淀积造成的衬底曲率半径变化来进行膜应力测试，此种技术可用于包括金属、介质和聚合物在内的各种标准薄膜。
在薄膜应力测试时，采用激光照射到晶圆薄膜表面，通过光路设计射到位置传感器受光面，由于薄膜应力作用，使得晶圆薄膜表面呈现弧形，弧形的表面改变了激光折射到位置传感器受光的位置，位置的改变，传感器就产生了不一样的电信号。为了确保晶圆薄膜表面弧度数据的准确性，就要确保整个应力检测测设备的检测光源移动装置与被测晶圆载台之间的绝对平行，如果整个设备不平行，那么测得的晶圆表面薄膜弧度数据就不可采信。传统的设备都采用手动拧螺丝高度的方式调整载台与光源横移装置的水平，每调节一次，再扫描一次，看是否调节到水平。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种薄膜应力仪自动调平装置，本发明的技术方案如下：
一种薄膜应力仪自动调平装置，包括晶圆载台、镜面晶圆、激光光源、位置传感器、控制器和处理器；激光光源的光束照射到镜面晶圆表面，并通过光路反射到位置传感器受光面；镜面晶圆设置于晶圆载台上；自动调平装置的执行方法包括：
S1，控制器控制激光光源在水平方向横移，实时采集位置传感器的数据并传输给处理器；
S2，处理器根据接收到的数据计算晶圆载台在激光光源起始点与结束点处的高度位置差Δh并传输给控制器；
S3，控制器根据高度位置差Δh调整晶圆载台的水平度使得高度位置差Δh的绝对值不大于水平误差阈值。
进一步的，步骤S3包括：
S31，控制器根据高度位置差Δh调整晶圆载台的水平度；
S32，重新执行步骤S1-S2；
循环执行S31-S32，直至高度位置差Δh的绝对值不大于水平误差阈值。
进一步的，在步骤S3之后，方法还包括：
重复执行步骤S1-S2不少于10次；
若任意两次高度位置差Δh的数据偏差不大于偏差率，则结束调整；否则重新执行步骤S1-S3。
进一步的，装置还包括横移模块，激光光源安装于横移模块上，控制器通过横移模块控制激光光源在水平方向横移。
进一步的，装置还包括与晶圆载台连接的载台高低调整模块，控制器通过载台高低调整模块调整晶圆载台的水平度。
进一步的，装置还包括折射镜，激光光源的光束经镜面晶圆反射到折射镜，并由折射镜折射到位置传感器受光面。
进一步的，水平误差阈值为50μm。
进一步的，偏差率为0.5％。
进一步的，位置传感器为光感元件，用于将接收到的光信号转换为电信号。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种薄膜应力仪自动调平装置，该装置能在进行晶圆薄膜应力检测前先进行自动调平处理，从而保证晶圆载台的水平度，不影响真实的薄膜表面弧度数据采集；并且整个调试过程避免手动调节，通过自动调节提高精确度，同时调节过程简单、高效。
附图说明
图1是本申请的薄膜应力仪自动调平装置的系统框图。
图2是本申请的薄膜应力仪自动调平装置的结构示意图。
图3是本申请的晶圆载台倾斜示意图。
图4是本申请的薄膜应力仪自动调平装置的调节流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请实施方式公开了一种薄膜应力仪自动调平装置，具体参考图1-2，该装置包括晶圆载台2、镜面晶圆3、激光光源8、位置传感器5、控制器6和处理器7；激光光源8的光束照射到镜面晶圆3表面，并通过光路反射到位置传感器5受光面；镜面晶圆3设置于晶圆载台2上。较优的，位置传感器5为光感元件，用于将接收到的光信号转换为电信号。
该自动调平装置的执行方法参考图4所示的流程图，具体包括：
S1，控制器6控制激光光源8在水平方向横移，实时采集位置传感器5的数据并传输给处理器7；较优的，该自动调平装置还包括横移模块1，激光光源8安装于横移模块1上，控制器6通过横移模块1控制激光光源8在水平方向横移。在一个实施例中，该横移模块1为装有步进电机的丝杠，控制器6控制激光光源8在丝杠的起始点与结束点之间水平横移。
S2，处理器7根据接收到的数据计算晶圆载台2在激光光源8起始点与结束点处的高度位置差Δh并传输给控制器6；
S3，控制器6根据高度位置差Δh调整晶圆载台2的水平度使得高度位置差Δh的绝对值不大于水平误差阈值。较优的，该水平误差阈值为50μm。
在一个实施例中，步骤S3具体包括：
S31，控制器根据高度位置差Δh调整晶圆载台2的水平度；
S32，重新执行步骤S1-S2；
循环执行S31-S32，直至高度位置差Δh的绝对值不大于水平误差阈值。
在一个实施例中，在步骤S3之后，该自动调平装置的执行方法还包括：
重复执行步骤S1-S2不少于10次；
若任意两次高度位置差Δh的数据偏差不大于偏差率，则结束调整；否则重新执行步骤S1-S3。较优的，该偏差率为0.5％。
在一个实施例中，该自动调平装置还包括与晶圆载台2连接的载台高低调整模块9，控制器6通过载台高低调整模块9调整晶圆载台2的水平度。可选的，该载台高低调整模块9为晶圆载台2的支点步进电机，控制器6根据高度位置差Δh计算出步进电机9的运动方向和运动距离，从而调整晶圆载台2一侧的高度，减小晶圆载台2的倾斜度，使得晶圆载台2与横移模块1之间保持水平状态。
在一个实施例中，该自动调平装置还包括折射镜4，激光光源8的光束经镜面晶圆3反射到折射镜4，并由折射镜4折射到位置传感器5受光面。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种薄膜应力仪自动调平装置，其特征在于，包括晶圆载台、镜面晶圆、激光光源、横移模块、位置传感器、控制器和处理器；所述激光光源安装于所述横移模块上，所述激光光源的光束照射到镜面晶圆表面，并通过光路反射到所述位置传感器受光面；所述镜面晶圆设置于所述晶圆载台上；所述自动调平装置的执行方法包括：
S1，所述控制器通过所述横移模块控制所述激光光源在水平方向横移，实时采集所述位置传感器的数据并传输给所述处理器；
S2，所述处理器根据接收到的数据计算所述晶圆载台在激光光源起始点与结束点处的高度位置差Δh并传输给所述控制器；
S31，所述控制器根据所述高度位置差Δh调整所述晶圆载台的水平度；
S32，重新执行步骤S1-S2；
循环执行S31-S32，直至所述高度位置差Δh的绝对值不大于水平误差阈值。
2.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述方法还包括：
重复执行步骤S1-S2不少于10次；
若任意两次所述高度位置差Δh的数据偏差不大于偏差率，则结束调整；否则重新执行步骤S1-S32。
3.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述装置还包括与所述晶圆载台连接的载台高低调整模块，所述控制器通过所述载台高低调整模块调整所述晶圆载台的水平度。
4.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述装置还包括折射镜，所述激光光源的光束经镜面晶圆反射到所述折射镜，并由所述折射镜折射到所述位置传感器受光面。
5.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述水平误差阈值为50μm。
6.根据权利要求3所述的自动调平装置，其特征在于，偏差率为0.5%。
7.根据权利要求1所述的自动调平装置，其特征在于，所述位置传感器为光感元件，用于将接收到的光信号转换为电信号。
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