CN117091489B - 一种复合结构的顶膜厚度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合结构的顶膜厚度检测装置及检测方法，该顶膜厚度检测装置包括电极、光源、电压源、检测电路以及控制器；控制器用于控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电；控制器还用于在复合电容结构第一次放电完成后控制光源照射顶膜，同时控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电；检测电路用于检测第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并将第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间传输至控制器；控制器根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度。采用上述手段，通过复合电容结构放电时间差确定顶膜厚度，能够提高对顶膜厚度的检测精度。

Description

一种复合结构的顶膜厚度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合结构的顶膜厚度检测装置及检测方法。

背景技术

第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅和氮化镓。与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。

然而，高质量的氮化镓、碳化硅等衬底产能低，价格昂贵。低质量与高质量材料复合衬底应用而生，通过注入、键合实现了高质量材料层转移到低质量材料层的工艺，且高质量材料可重复使用，大大降低了成本。但是，存在的问题是现有的光学测量方法很难实现同阻值，同质材料的膜厚测试，也就是说复合衬底的器件层膜厚无法测试。目前半导体制造工艺中一般缺陷检测是通过缺陷检测设备中光学的原理并根据光学信号来进行对比，从而找到厚度差异情况。然而对于第三代半导体同质复合材料，变薄变厚在光学信号下几乎无差异，无法识别出同质复合材料的厚度分布情况。然而现有台阶仪方法只能检测边缘出现台阶位置处的膜厚，对于晶圆整面的膜厚也存在无法测量等问题。

因此，如何对第三代半导体同质复合材料的表层厚度进行检测是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明提供了一种复合结构的顶膜厚度检测装置及检测方法，以实现对复合结构的顶膜厚度检测，且检测精度较高。

第一方面，本发明实施例提供了一种复合结构的顶膜厚度检测装置，包括：电极、光源、电压源、检测电路以及控制器；

所述复合结构包括衬底和顶膜，所述顶膜设置在所述衬底一侧，所述电极、所述顶膜以及所述衬底形成复合电容结构；

所述控制器与所述电压源电连接，所述电压源与所述复合电容结构电连接，所述控制器用于控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电；

所述控制器还与所述光源电连接，用于在所述复合电容结构第一次放电完成后控制所述光源照射所述顶膜，同时控制所述电压源向所述复合电容结构输出第二电压信号以对所述复合电容结构进行第二次充电；

所述检测电路分别与所述复合电容结构和所述控制器电连接，用于检测第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并将所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间传输至所述控制器；所述控制器用于根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度。

可选的，所述顶膜厚度检测装置还包括：电极高度检测器；

所述控制器还分别与所述电极高度检测器以及所述电极电连接，用于在所述电极高度检测器接触所述顶膜时，控制所述电极沿所述复合结构指向所述电极的方向移动预设高度，以控制所述电极与所述复合结构之间形成空气电容；

所述复合电容结构包括所述空气电容，所述顶膜的电容以及所述衬底的电容。

可选的，所述电极高度检测器包括：金属片以及金属球；

所述金属球位于所述金属片靠近所述顶膜的一侧，在所述金属球接触所述顶膜时，所述金属球与所述金属片接触。

可选的，所述顶膜厚度检测装置包括多个所述电极高度检测器；

多个所述电极高度检测器围绕所述电极设置。

可选的，所述光源的波段为K；

其中，200nm≤K≤400nm。

可选的，所述预设高度为H；

其中，0.6mm≤H≤0.8mm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种复合结构的顶膜厚度检测方法，应用于如第一方面任一项所述的顶膜厚度检测装置实现，所述顶膜厚度检测方法包括：

输出第一控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电；

在所述测试复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至所述光源，控制所述光源照射所述顶膜，同时输出第三控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第二电压信号以对所述复合电容结构进行第二次充电；

接收所述检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度。

可选的，根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度，包括：

根据所述第一次放电所用时间和所述第二次放电所用时间确定放电时间差；

根据所述放电时间差与以及固定系数确定所述顶膜的厚度。

可选的，根据所述放电时间差与以及固定系数确定所述顶膜的厚度之前，还包括：

输出第四控制信号至所述电压源，控制所述电压源向测试复合电容结构输出第三电压信号以对所述测试复合电容结构进行第一次充电；所述测试电容结构中所述复合结构的测试顶膜厚度已知；

在所述复合电容结构第一次放电完成后，输出第五控制信号至所述光源，控制所述光源照射所述测试顶膜，同时输出第六控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述测试复合电容结构输出第四电压信号以对所述测试复合电容结构进行第二次充电；

接收所述检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据所述第一次放电所用时间、所述第二次放电所用时间以及所述测试顶膜的厚度确定所述固定系数。

可选的，所述顶膜厚度检测装置还包括：电极高度检测器，所述控制器还与所述电极高度检测器和所述电极电连接；

输出第一控制信号，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电之前，还包括：

接收到所述电极高度检测器与所述顶膜的接触信息后，输出第七控制信号至所述电极，控制所述电极沿所述复合结构指向所述电极的方向移动预设高度，以控制所述电极与所述复合结构之间形成空气电容。

本发明实施例提供的技术方案，通过电极、顶膜以及衬底形成复合电容结构，即在电极与复合结构之间可以形成空气电容、顶膜的电容以及衬底的电容。控制器能够控制电压源向复合电容结构提供电压信号，即在初始时刻，电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第一次放电，在第一次放电完成后，控制器控制光源照射顶膜，同时控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第二次放电，控制器根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度，如此能够实现对顶膜厚度的检测，且检测精度较高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的剖面示意图；

图2为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置中控制器的电气连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种复合电容结构的等效原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的俯视图；

图5为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的检测面积示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种复合结构的顶膜厚度检测装置的检测面积示意图；

图7为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供一种复合结构的顶膜厚度map分布示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

图1为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的剖面示意图，图2为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置中控制器的电气连接示意图，图3为本发明实施例提供的一种复合电容结构的等效原理示意图，如图1-图3所示，该复合结构的顶膜厚度检测装置包括：电极10、光源20、电压源30、检测电路40以及控制器50；复合结构60包括衬底601和顶膜602，顶膜602设置在衬底601一侧，电极10、顶膜602以及衬底601形成复合电容结构C；控制器50与电压源30电连接，电压源30与复合电容结构C电连接，控制器50用于控制电压源30向复合电容结构C输出第一电压信号以对复合电容结构C进行第一次充电；控制器50还与光源20电连接，用于在复合电容结构C第一次放电完成后控制光源20照射顶膜602，同时控制电压源30向复合电容结构C输出第二电压信号以对复合电容结构C进行第二次充电；检测电路40分别与复合电容结构C和控制器50电连接，用于检测第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并将第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间传输至控制器50；控制器50用于根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜602的厚度。

具体的，复合结构60可以是同质复合材料。示例性的，复合结构60可以是晶圆。复合结构60包括衬底601和顶膜602，顶膜602设置在衬底601的一侧，如此电极10、顶膜602以及衬底601可以形成复合电容结构C，即电极10与复合结构60之间的空气电容C1、顶膜的电容C2以及衬底的电容C3。

进一步的，空气电容C1、顶膜的电容C2以及衬底的电容C3在开始检测前都是处于放电完全的状态，开始检测时为零时刻，此时控制器50可以控制电压源30向复合电容结构C输出第一电压信号以对复合电容结构C进行第一次充电，直至空气电容C1、顶膜的电容C2以及衬底的电容C3达到充电饱和状态，在复合电容结构C达到充电饱和状态之后，通过检测电路40检测充电电压为平衡状态时，控制复合电容结构C进行第一次放电。当完成第一次放电之后，控制器50控制光源20开启对顶膜602进行照射，同时控制器50控制电压源30向复合电容结构C输出第二电压信号以对复合电容结构C进行第二次充电，直至空气电容C1、顶膜的电容C2以及衬底的电容C3达到充电饱和状态，在复合电容结构C达到充电饱和状态之后，通过检测电路40检测充电电压为平衡状态时，控制复合电容结构C进行第二次放电。可以理解的是，电极10可以与检测电路40电连接，电极10将采集到的复合结构60表面电荷变化信号传送至检测电路40，如此检测电路40能够根据电荷变化信号检测第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间。

进一步的，控制器50与检测电路40电连接，进而可以接收检测电路40检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜602的厚度。

具体的，对复合电容结构C进行第二次充电时，光源20对顶膜602进行照射，由于顶膜602会吸入光子，使顶膜602内部处于光子饱和状态，进行第二次充电时光子会阻挡部分电子进入顶膜602内部，因顶膜602厚度不同吸入光子的多少不同，导致第二次充电进入顶膜602内部的电子随顶膜602厚度的增加而减少，因此，影响第二次放电所用时间，进而使得第一次放电所用时间与第二次放电所用时间存在时间差。

具体的，当光源20开启时，根据朗伯特定律，光强度随穿过介质厚度的变化符合指数衰减规律，示例性的，光通过顶膜602的吸收损失为-dI，吸收损失-dI正比于在顶膜602此处的光照强度I和光穿透的薄膜厚度dx，即-dI=aIdx。进一步的，光源20的波段为K；其中，200nm≤K≤400nm，即光源20选用200nm-400nm波段，选用固定光强度，该波段的光源出射的光线可以被顶膜602吸收，且该波段的光子可以穿透的薄膜厚度为0μm-10μm，也就是说，该波段光的穿透厚度与顶膜602厚度相匹配。由于顶膜602与衬底601之间存在键合界面，键合界面可阻挡光穿透，因此光强只作用于顶膜602。

示例性的，电极可以采用直径为1.5mm的实心铜质圆棒。

可以理解的是，复合结构60可以放置于卡盘90上，卡盘90可以实现对复合结构60的固定。

本发明实施例提供的复合结构的顶膜厚度检测装置，通过电极、顶膜以及衬底形成复合电容结构，即在电极与复合结构之间可以形成空气电容、顶膜的电容以及衬底的电容。控制器能够控制电压源向复合电容结构提供电压信号，即在初始时刻，电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第一次放电，在第一次放电完成后，控制器控制光源照射顶膜，同时控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第二次放电，控制器根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度，如此能够实现对顶膜厚度的检测，且检测精度较高。

可选的，继续参考图1-图3，顶膜厚度检测装置还包括：电极高度检测器70；控制器50还分别与电极高度检测器70以及电极10电连接，用于在电极高度检测器70接触顶膜602时，控制电极10沿复合结构60指向电极10的方向移动预设高度，以控制电极10与复合结构60之间形成空气电容C1；复合电容结构C包括空气电容C1，顶膜的电容C2以及衬底的电容C3。

具体的，在调整电极10高度的过程中，电极高度检测器70可以检测电极10高度，当电极10移动过程中，电极高度检测器70接触顶膜602时，为使电极10、顶膜602以及衬底601形成复合电容结构C，控制器50控制电极10向上抬高预设高度，以控制电极10与复合结构60之间形成空气电容C1。

进一步的，预设高度为H；其中，0.6mm≤H≤0.8mm，如此一方面可以保证复合电容结构C的稳定性，避免在H＜0.6mm时或者H＞0.8mm时，电极10与复合结构60之间形成空气电容C1不稳定，进而影响复合电容结构C的放电时间。另一方面能够通过该装置实现对顶膜厚度进行非接触式检测，不会对半导体的表面造成破坏。

进一步的，继续参考图1，电极高度检测器70包括：金属片701以及金属球702；金属球702位于金属片701靠近顶膜602的一侧，在金属球702接触顶膜602时，金属球702与金属片701接触。

具体的，在调整电极10高度的过程中，当底部金属球702接触顶膜602时，金属球702会向上移动，进而金属球702会与上方的金属片701接触，电极高度检测器70与控制器50电连接，当金属球702与金属片701接触时，控制器50可以控制电极10停止向复合结构60继续移动，并且控制电极10沿复合结构60指向电极10的方向移动预设高，以保证电极10与复合结构60之间形成空气电容C1。

可选的，图4为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的俯视图，如图4所示，顶膜厚度检测装置包括多个电极高度检测器70；多个电极高度检测器70围绕电极10设置。

具体的，多个电极高度检测器70围绕电极10设置，如此能够通过控制器50分别与电极高度检测器70以及电极10电连接，控制电极10高度，以保证电极10与复合结构60之间形成有效距离，进而一方面可以保证复合电容结构C的可靠性，另一方面能够提高对电极10高度的检测精度。

示例性的，图4仅示出了电极高度检测器70位于外壳80边缘，且数量为4个的技术方案，可以理解的是，本发明实施例对电极高度检测器70的数量以及位置不进行具体限定。

示例性的，当顶膜厚度检测装置包括4个电极高度检测器70时，此4个电极高度检测器70可以沿外壳80边缘的圆周均匀分布，如此能够对顶膜602边缘4个位置进行高度测试，即可以对4个位置的电极高度取平均值，再在平均值的基础上将电极10抬高预设高度，确保电极10与复合结构60之间形成空气电容C1。

可选的，继续参考图4，顶膜厚度检测装置包括多个光源20；多个光源20围绕电极10设置，如此在光源20照射顶膜602时，能够快速为顶膜602提供充足的光子。可以理解的是，本发明实施例对光源20的数量不进行具体限定。

可以理解的是，本发明实施例还可用于针对复合结构上任意区域面积进行定点测量。通过选择合适的测试点，可以实现对复合结构上的任何位置和形状的样品进行测量，从而满足不同应用场景的需求。图5为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测装置的检测面积示意图，图6为本发明实施例提供的另一种复合结构的顶膜厚度检测装置的检测面积示意图，如图5和图6所示，本发明实施例还可以通过软件将测试区域面积编辑为8*8或者16*16等。此外，还可以根据需要自定义测试区域的大小和形状，以适应不同的测试需求。示例性的，在进行大规模复合结构测试时，可以选择更大的测试区域来提高测试效率；然而在进行小规模复合结构测试时，则可以选择较小的测试区域来降低测试成本。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种复合结构的顶膜厚度检测方法，应用上述顶膜厚度检测装置实现，图7为本发明实施例提供的一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图，如图7所示，该顶膜厚度检测方法包括：

S101、输出第一控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电。

具体的，第一控制信号可以理解为是控制器输出至电压源的控制信号，电压源在第一控制信号的作用下，输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电，直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第一次放电。

S102、在复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至光源，控制光源照射顶膜，同时输出第三控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电。

具体的，第二控制信号可以理解为是控制器输出至光源控制光源照射顶膜的控制信号。第三控制信号可以理解为是控制器输出至电压源的控制信号。

进一步的，在复合电容结构第一次放电完成后，光源照射顶膜的同时电压源在第二控制信号的作用下，输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电，直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，复合电容结构进行第二次放电。

进一步的，对复合电容结构进行第二次充电时，光源对顶膜进行照射，由于顶膜会吸入光子，使顶膜内部处于光子饱和状态，进行第二次充电时光子会阻挡部分电子进入顶膜内部，因顶膜厚度不同吸入光子的多少不同，导致第二次充电进入顶膜内部的电子随顶膜厚度的增加而减少，因此影响第二次放电所用时间，进而使得第一次放电所用时间与第二次放电所用时间存在时间差。

S103、接收检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度。

具体的，控制器可以接收检测电路检测到的第一次放电所述时间以及第二次放电所用时间，并根据两次放电的时间差确定顶膜的厚度。

本发明实施例提供的复合结构的顶膜厚度检测方法，通过控制器控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电，在复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至光源，控制光源照射顶膜，同时输出第三控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电，控制器根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度，如此能够实现对顶膜厚度的检测，且检测精度较高。

可选的，图8为本发明实施例提供的另一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图，图8在上述实施例的基础上，对根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度的操作进行详细阐述，如图8所示，该顶膜厚度检测方法包括：

S201、输出第一控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电。

S202、在复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至光源，控制光源照射顶膜，同时输出第三控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电。

S203、接收检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间和第二次放电所用时间确定放电时间差。

具体的，放电时间差为第一次放电所用时间与第二次放电所用时间的差值。

S204、输出第四控制信号至电压源，控制电压源向测试复合电容结构输出第三电压信号以对测试复合电容结构进行第一次充电；测试电容结构中复合结构的测试顶膜厚度已知。

具体的，第四控制信号可以理解为控制器输出至电压源的控制信号。电压源在第四控制信号的作用下，向测试复合电容结构输出第三电压信号以对测试复合电容结构进行第一次充电，测试电容结构中复合结构的测试顶膜厚度已知，如此可以通过检测电路检测已知的测试顶膜厚度的第一次放电所用时间。

S205、在测试复合电容结构第一次放电完成后，输出第五控制信号至光源，控制光源照射测试顶膜，同时输出第六控制信号至电压源，控制电压源向测试复合电容结构输出第四电压信号以对测试复合电容结构进行第二次充电。

具体的，第五控制信号可以理解为控制器输出至光源的控制信号。第六控制信号可以理解为控制器输出至电压源的控制信号。

进一步的，在测试复合电容结构第一次放电完成后，控制器控制光源照射测试顶膜，以使顶膜吸收光子，同时控制器控制电压源向测试复合电容结构输出第四电压信号以对测试复合电容结构进行第二次充电，直至复合电容结构达到充电饱和状态，且电压维持在平衡状态时，测试复合电容结构进行第二次放电，如此可以通过检测电路检测已知的测试顶膜厚度的第二次放电所用时间。

S206、接收检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间、第二次放电所用时间以及测试顶膜的厚度确定固定系数。

具体的，控制器根据第一次放电所用时间、第二次放电所用时间以及测试顶膜的厚度确定固定系数，进一步的，已知厚度的测试顶膜对应的第一次放电所用时间为T1、第二次放电所用时间为T2、测试顶膜的厚度为D以及固定系数为S，则S= D/（T1-T2）。

示例性的，为提高顶膜厚度的检测精度，可以根据不同已知厚度的测试顶膜，分别进行两次充放电，获取两次放电时间差，进而得出不同的固定系数，再对固定系数求取平均值，即可以提高对最终顶膜厚度的检测精度。示例性的，不同已知厚度的测试顶膜、第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间差、固定系数之间的关系如下表所示：

由上表可知，4个不同测试顶膜厚度对应的固定系数平均值近似等于3.50，本发明实施例可以在软件内绑定固定系数进行最终顶膜厚度的测量，也就是说，通过顶膜吸收光子可以改变复合电容结构两次放电时间，进而存在放电时间差，如此可以进行放电时间差与测试顶膜厚度的标定，确认放电时间差与测试顶膜厚度之间的固定系数，机台软件绑定固定系数即可以实现对最终顶膜厚度的测量，得到最终的顶膜厚度。

S207、根据放电时间差与以及固定系数确定顶膜的厚度。

具体的，待测顶膜厚度对应的第一次放电所用时间为T1’、第二次放电所用时间为T2’以及固定系数为S，则放电时间差为，则顶膜厚度/>。

本发明实施例提供的复合结构的顶膜厚度检测方法，通过采用已知厚度的测试顶膜，对测试复合电容结构分别进行第一次充电以及第二次充电，控制器接收检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间、第二次放电所用时间以及测试顶膜的厚度确定固定系数，如此能够根据待测顶膜厚度对应的放电时间差与以及固定系数确定顶膜的厚度，实现对顶膜厚度的检测，且检测精度较高。

可选的，图9为本发明实施例提供的又一种复合结构的顶膜厚度检测方法的流程示意图，图9在上述实施例的基础上，对输出第一控制信号，控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电之前的操作进行详细阐述，如图9所示，该顶膜厚度检测方法包括：

S301、接收到电极高度检测器与顶膜的接触信息后，输出第七控制信号至电极，控制电极沿复合结构指向电极的方向移动预设高度，以控制电极与复合结构之间形成空气电容。

具体的，第七控制信号可以理解为控制器输出至电极的控制信号。进一步的，电极在第七控制信号的作用下沿复合结构指向电极的方向移动预设高度，以控制电极与复合结构之间形成空气电容，如此一方面可以实现电极、顶膜以及衬底形成复合电容结构，进而通过复合电容结构两次的放电时间差确定顶膜厚度，另一方面通过控制电极沿复合结构指向电极的方向移动预设高度，能够保证复合电容结构的稳定性。

S302、输出第一控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第一电压信号以对复合电容结构进行第一次充电。

S303、在复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至光源，控制光源照射顶膜，同时输出第三控制信号至电压源，控制电压源向复合电容结构输出第二电压信号以对复合电容结构进行第二次充电。

S304、接收检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间确定顶膜的厚度。

本发明实施例提供的复合结构的顶膜厚度检测方法，控制器控制电极沿复合结构指向电极的方向移动预设高度，以控制电极与复合结构之间形成空气电容，如此一方面可以实现电极、顶膜以及衬底形成复合电容结构，进而通过复合电容结构两次的放电时间差确定顶膜厚度，另一方面通过控制电极沿复合结构指向电极的方向移动预设高度，能够保证复合电容结构的稳定性。

可以理解的是，在进行顶膜厚度检测之前，可以将复合结构放置在卡盘上，开启真空模式，确保复合结构与卡盘相吸附。在得到顶膜厚度后进行复合结构下片，首先关闭真空，将复合结构从卡盘上取出。

图10为本发明实施例提供一种复合结构的顶膜厚度map分布示意图，如图10所示，本发明实施例还可以通过软件输出整体复合结构的顶膜厚度map，通过直观地观察map颜色差异来判定顶膜厚度的差异。在对复合结构进行测试时，可以生成一张包含所有测试点的map图像。通过比较不同测试点之间的颜色差异，可以判断出膜厚的差异情况。通过对这些颜色差异的分析和比较，可以得出准确的膜厚测量结果，并进一步优化复合结构制造过程和产品质量。

本发明实施例还可以通过多种颜色映射算法来提高判定膜厚差异的准确性和可靠性。可以使用灰度映射、色彩空间映射等算法来对map图像进行预处理和分析，从而更好地识别出膜厚差异的情况，进而提供了一种直观、高效、可靠的复合结构的顶膜厚度判定方法，可以帮助半导体制造企业快速准确地获取产品信息，并优化生产流程和产品质量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种复合结构的顶膜厚度检测装置，其特征在于，包括：电极、光源、电压源、检测电路以及控制器；

所述复合结构包括衬底和顶膜，所述顶膜设置在所述衬底一侧，所述电极、所述顶膜以及所述衬底形成复合电容结构；

所述控制器与所述电压源电连接，所述电压源与所述复合电容结构电连接，所述控制器用于控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电；

所述控制器还与所述光源电连接，用于在所述复合电容结构第一次放电完成后控制所述光源照射所述顶膜，同时控制所述电压源向所述复合电容结构输出第二电压信号以对所述复合电容结构进行第二次充电；

所述检测电路分别与所述复合电容结构和所述控制器电连接，用于检测第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并将所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间传输至所述控制器；所述控制器用于根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度。

2.根据权利要求1所述的顶膜厚度检测装置，其特征在于，所述顶膜厚度检测装置还包括：电极高度检测器；

所述控制器还分别与所述电极高度检测器以及所述电极电连接，用于在所述电极高度检测器接触所述顶膜时，控制所述电极沿所述复合结构指向所述电极的方向移动预设高度，以控制所述电极与所述复合结构之间形成空气电容；

所述复合电容结构包括所述空气电容，所述顶膜的电容以及所述衬底的电容。

3.根据权利要求2所述的顶膜厚度检测装置，其特征在于，所述电极高度检测器包括：金属片以及金属球；

所述金属球位于所述金属片靠近所述顶膜的一侧，在所述金属球接触所述顶膜时，所述金属球与所述金属片接触。

4.根据权利要求2所述的顶膜厚度检测装置，其特征在于，所述顶膜厚度检测装置包括多个所述电极高度检测器；

多个所述电极高度检测器围绕所述电极设置。

5.根据权利要求1所述的顶膜厚度检测装置，其特征在于，所述光源的波段为K；

其中，200nm≤K≤400nm。

6.根据权利要求2所述的顶膜厚度检测装置，其特征在于，所述预设高度为H；其中，0.6mm≤H≤0.8mm。

7.一种复合结构的顶膜厚度检测方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的顶膜厚度检测装置实现，其特征在于，所述顶膜厚度检测方法包括：

输出第一控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电；

在所述复合电容结构第一次放电完成后，输出第二控制信号至所述光源，控制所述光源照射所述顶膜，同时输出第三控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第二电压信号以对所述复合电容结构进行第二次充电；

接收所述检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度。

8.根据权利要求7所述的顶膜厚度检测方法，其特征在于，根据所述第一次放电所用时间以及所述第二次放电所用时间确定所述顶膜的厚度，包括：

根据所述第一次放电所用时间和所述第二次放电所用时间确定放电时间差；

根据所述放电时间差与以及固定系数确定所述顶膜的厚度。

9.根据权利要求8所述的顶膜厚度检测方法，其特征在于，根据所述放电时间差与以及固定系数确定所述顶膜的厚度之前，还包括：

输出第四控制信号至所述电压源，控制所述电压源向测试复合电容结构输出第三电压信号以对所述测试复合电容结构进行第一次充电；所述测试电容结构中所述复合结构的测试顶膜厚度已知；

在所述测试复合电容结构第一次放电完成后，输出第五控制信号至所述光源，控制所述光源照射所述测试顶膜，同时输出第六控制信号至所述电压源，控制所述电压源向所述测试复合电容结构输出第四电压信号以对所述测试复合电容结构进行第二次充电；

接收所述检测电路检测到的第一次放电所用时间以及第二次放电所用时间，并根据所述第一次放电所用时间、所述第二次放电所用时间以及所述测试顶膜的厚度确定所述固定系数。

10.根据权利要求7所述的顶膜厚度检测方法，其特征在于，所述顶膜厚度检测装置还包括：电极高度检测器，所述控制器还与所述电极高度检测器和所述电极电连接；

输出第一控制信号，控制所述电压源向所述复合电容结构输出第一电压信号以对所述复合电容结构进行第一次充电之前，还包括：

接收到所述电极高度检测器与所述顶膜的接触信息后，输出第七控制信号至所述电极，控制所述电极沿所述复合结构指向所述电极的方向移动预设高度，以控制所述电极与所述复合结构之间形成空气电容。