CN117110314A - 半导体量测系统及量测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体设备领域，旨在解决如何减小测量设备体积的问题。半导体量测系统包括载台、运动模块、测头和若干个摆动式升降模块。载台设置于运动模块上并具有承载面。运动模块与载台连接并带动载台进而控制待测晶圆移动。摆动式升降模块高于运动模块设置，摆动式升降模块包括驱动组件、连杆、支撑销，连杆两端分别与驱动组件和支撑销连接，连杆与支撑销正交固定设置，驱动组件可以带动连杆进而驱动支撑销摆动。半导体量测系统通过带动支撑销摆动以背离载台并上升至预设的等待位置，以避让并留出安全距离供晶圆移动以完成全片量测，因而从整体上减少量测设备占用的空间，以达到减小测量设备体积，同时对待测晶圆的待测点进行所需方位角的量测。

Description

半导体量测系统及量测方法

技术领域

本申请涉及半导体设备领域，具体而言，涉及半导体量测系统及量测方法。

背景技术

芯片制造需要在晶圆片上经过成百上千道工艺加工来完成，同时，对生产工艺需要实施测量和监控，以提高芯片良率。相对于半导体工艺设备，半导体量测设备亦为独立的一整套设备，硅片通过上下料口进入量测设备的工件台，而后通过量测探头对硅片进行测量，可实现例如膜厚测量，关键尺寸测量，图形套刻测量，表面缺陷检测测量等等。

在现有技术中，需要给半导体量测设备设置足够的空间供晶圆移动以实现对晶圆执行全片量测，一般地，晶圆在水平面内沿X、Y向移动行程均大于晶圆的直径，所以现有的量测设备体积较大，抢占了半导体制造工厂的大量空间，另外，整个生产流程中，晶圆需要在工艺设备和量测设备间多次搬运传输，由此耗费时间而影响芯片的生产效率。如何解决上述技术问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

本申请提供的半导体量测系统以及量测方法，以解决如何减小量测设备体积、同时实现待测晶圆所有待测点能进行所需方位角的量测。

第一方面，本申请的实施例提供一种半导体量测系统，包括围合成量测腔的机体壳，以及设置于所述量测腔内的载台、运动模块、若干个摆动式升降模块和测头。所述载台设置于所述运动模块上并具有承载面，用于量测过程中承载待测晶圆。所述运动模块与所述载台连接并带动所述载台进而控制所述待测晶圆移动，所述运动模块包括第一运动台、第二运动台、第三运动台和旋转台，所述第一运动台可以沿水平面内X方向移动，所述第二运动台可以沿水平面内Y方向移动，所述第三运动台可以沿竖直方向升降移动，所述旋转台可以在水平面内旋转运动。所述摆动式升降模块与所述机体壳直接或间接连接并高于所述运动模块设置，包括驱动组件、连杆、支撑销，所述连杆两端分别与所述驱动组件和所述支撑销连接，所述连杆与所述支撑销正交固定设置，所述驱动组件可以带动所述连杆进而驱动所述支撑销沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动，从而控制所述支撑销靠近或远离所述待测晶圆以实现所述待测晶圆在所述支撑销与所述载台间的传送交接。所述测头对放置于所述载台上的所述待测晶圆执行分区光学测量，以获取待测参数。

相较于现有技术，本实施例的半导体量测系统，通过配置摆动式升降模块，在需要传送交接待测晶圆时，调控驱动组件带动支撑销下降并摆动指向载台，以执行待测晶圆在承载台与支撑销之间的承载交接，在不需要传送交接待测晶圆时，驱动组件带动支撑销摆动以背离载台并上升至预设的等待位置，以避让并留出安全距离供待测晶圆移动以完成全片量测，因而从整体上减少量测设备占用的空间，以达到减小测量设备体积的效果；结合运动模块，可以实现待测晶圆在水平面内X、Y向运动，竖直方向的升降运动以及旋转运动，因而可对待测晶圆执行分区量测，进而减小运动模块在水平面内的最大运动范围，进一步减小量测设备的空间体积，同时确保待测晶圆上所有量测点能满足不同方位角的量测需求，提高测量信号的信噪比，以获得更精确的量测结果。

在一种可能的实施方式中，所述驱动组件包括壳体、活动件、导向槽、抵持件和驱动源。壳体具有沿着第一方向延伸的腔室。活动件设置于所述腔室内，所述活动件的一端与所述连杆连接。导向槽开设于所述活动件上或所述壳体上。抵持件用于连接所述壳体和所述活动件且至少一端延伸至所述导向槽，所述抵持件可以沿着所述导向槽相对移动以对所述活动件的运动进行导向。驱动源用以驱动所述活动件并基于所述抵持件在所述导向槽内相对移动带动所述连杆进而驱动所述支撑销活动件沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动。

在一种可能的实施方式中，所述导向槽包括转向槽段，所述转向槽段的延伸方向与所述第一方向呈夹角设置。

在一种可能的实施方式中，所述导向槽开设于所述活动件外围或贯穿所述活动件的基体，所述抵持件的一端固定设置于所述壳体上，所述抵持件的另一端延伸至所述导向槽内。

在一种可能的实施方式中，所述导向槽开设于所述壳体的内壁或贯穿所述壳体的侧壁，所述抵持件的一端固定设置于所述活动件上，所述抵持件的另一端延伸至所述导向槽内。

在一种可能的实施方式中，所述驱动源包括气体驱动系统或液体驱动系统，所述气体驱动系统或所述液体驱动系统包括密封件，所述密封件设置于所述腔室内并与所述活动件固定连接，所述密封件与所述壳体围合形成变压腔，通过改变所述变压腔中气体或液体的含量以调控所述变压腔中的压力来驱动所述密封件和所述活动件运动。

在一种可能的实施方式中，所述驱动源包括电驱动系统，所述电驱动系统包括电机，所述电机与所述活动件连接并驱动所述活动件运动。

在一种可能的实施方式中，所述支撑销的自由端设有凹陷区域，所述凹陷区域用于在传送交接所述待测晶圆时支撑所述待测晶圆。

在一种可能的实施方式中，所述第一运动台的最大运动行程为L₁，所述第二运动台的最大运动行程为L₂，其中，L₁∈[D/2，D/2+δ_L]，L₂∈[D，D+δ_L]；D为所述待测晶圆的直径，0＜δ_L≤20mm。

在一种可能的实施方式中，所述待测参数包括所述待测晶圆表面的膜厚、图案关键尺寸、图形套刻和缺陷检测测量中的至少一种。

在一种可能的实施方式中，所述机体壳的一个侧面上设置有连接口，所述连接口与所述量测腔连通并能连接至半导体生产设备的片库接口。

第二方面，本申请的实施例提供一种量测方法，采用上述权利要求1-11中任一项所述的半导体量测系统对所述待测晶圆进行量测，所述测量方法包括上片阶段、信号采集阶段和下片阶段。所述上片阶段包括通过所述驱动组件对所述连杆执行第一驱动，使得所述支撑销高于所述承载面并指向所述载台，将所述待测晶圆传送至所述支撑销上，控制所述载台上升至所述承载面接触且支撑所述待测晶圆，并使得所述待测晶圆脱离所述支撑销，通过所述驱动组件对所述连杆执行第二驱动，使得所述支撑销摆动以背离所述载台并上升至预设的等待位置。所述信号采集阶段包括：基于所述测头，采集放置于所述载台上的所述待测晶圆表面待测点的测量信号，以得到所述待测参数。所述下片阶段包括：通过所述驱动组件对所述连杆执行第三驱动，使得所述支撑销低于所述待测晶圆下表面并指向所述载台，控制所述载台下降至所述承载面脱离所述待测晶圆以使所述支撑销支撑所述待测晶圆，将所述待测晶圆带出所述量测腔，通过所述驱动组件对所述连杆执行第四驱动，使得所述支撑销摆动以背离所述载台并上升至预设的等待位置。

在一种可能的实施方式中，所述信号采集阶段还包括：对所述待测晶圆进行区域划分以获取相对的第一半圆待测区和第二半圆待测区；基于所述待测点的特性，通过运动模块旋转所述待测晶圆以使得所述测头发出的入射光相对于所述待测点具有预设的量测方位角；通过所述第一运动台和/或所述第二运动台将所述第一半圆待测区内的每个所述待测点分别移送至所述入射光的照射光斑位置，采集每个所述待测点的测量信号；旋转所述待测晶圆180°，通过所述第一运动台和/或所述第二运动台将所述第二半圆待测区内的每个所述待测点分别移送至所述入射光的照射光斑位置，采集所述第二半圆待测区内的每个所述待测点的测量信号，以对所述待测晶圆执行全片测量

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请半导体测量系统的结构示意图；

图2为摆动式升降模块支撑待测晶圆示意图；

图3为摆动式升降模块的局部剖视图；

图4为摆动式升降模块的分解图；

图5为摆动式升降模块与机械手交换支撑待测晶圆示意图；

图6为上、下片阶段的过程示意图；

图7为待测晶圆表面待测点及分区旋转量测示意图；

图8为待测点光栅结构示意图。

主要元件符号说明：

1、半导体量测系统；10、驱动组件；11、壳体；111、腔室；113、上表面开口；114、通孔；12、连杆；121、支撑销；1211、凹陷区域；124、转向槽段；125、首段；126、末段；13、抵持件；14、活动件；15、导向槽；151、槽侧壁；16、第一方向；17、密封件；2、摆动式升降模块；22、载台；23、测头；230、光斑；231、起偏器；232、第一旋转补偿器；233、检偏器；234、第二旋转补偿器；235、光谱仪；236、光源；24、第一运动台；25、第二运动台；26、第三运动台；27、旋转台；28、机械手；281、第一传输臂；282、第二传输臂；29、机体壳；3、待测晶圆；30、待测点；301、光栅；302、入射面；31、第一半圆待测区；32、第二半圆待测区。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例

第一方面，请结合图1和图2所示，本实施例提供一种半导体测量系统1，其包括围合成量测腔的机体壳29，以及设置于量测腔内的载台22、运动模块、若干个摆动式升降模块2和测头23。其中，载台22设置于运动模块上并具有承载面，用于量测过程中承载待测晶圆3；运动模块与载台22连接并带动载台22进而控制待测晶圆3移动，运动模块包括第一运动台24、第二运动台25、第三运动台26和旋转台27，第一运动台24可以沿水平面内X方向移动，第二运动台25可以沿水平面内Y方向移动，第三运动台26可以沿竖直方向升降移动，旋转台27可以在水平面内旋转运动；摆动式升降模块2与机体壳29直接或间接连接并高于所述运动模块设置，摆动式升降模块2包括驱动组件10、连杆12、支撑销121，连杆12两端分别与驱动组件10和支撑销121连接，连杆12与支撑销121正交固定设置，驱动组件10可以带动连杆12进而驱动控制销121沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动，从而控制支撑销121靠近或远离待测晶圆3以实现所述待测晶圆3在支撑销121与载台22间的传送交接；测头23对放置于所述载台22上的待测晶圆3执行分区光学测量，以获取待测参数。

本实施例的半导体量测系统1，通过配置摆动式升降模块2，在需要传送交接待测晶圆3时，调控驱动组件10带动支撑销121下降并摆动指向载台22，以执行待测晶圆3在载台22与支撑销121之间的承载交接，在不需要传送交接待测晶圆3时，驱动组件10带动支撑销121摆动以背离载台22并上升至预设的等待位置，以避让并留出安全距离供待测晶圆3移动以完成全片量测，因而从整体上减少量测设备占用的空间，以达到减小测量设备体积的效果；结合运动模块，待测晶圆3可以实现水平面内X、Y向运动，竖直方向的升降运动以及旋转运动，因而可对待测晶圆3执行分区量测，进而减小运动模块在水平面内的最大运动范围，进一步减小量测设备的空间体积，同时确保待测晶圆3的待测点30能满足最优方位角的量测需求，以获取高信噪比的测量信号，进而获得更精确的量测结果。

结合图2至图4所示，在本实施例中，摆动式升降模块2中的驱动组件10包括壳体11、活动件14、导向槽15、抵持件13和驱动源。壳体11具有沿着第一方向16延伸的腔室111；活动件14设置于腔室111内，活动件14的一端与所述连杆12连接；导向槽15开设于活动件14上或壳体11内壁；抵持件13用于连接壳体11和活动件14且至少一端延伸至导向槽15，抵持件13可以沿着导向槽15相对移动以对活动件14的运动进行导向；驱动源(未示出)，用以驱动活动件14并基于抵持件13在导向槽15内相对移动带动连杆12进而驱动控制销121沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动。

示例性的，壳体11可以为具有空心腔的圆柱体且上下表面均设有开口，活动件14可以为圆柱体，容纳于壳体11的空心腔内，活动件14的下端与连杆12连接，连杆12从壳体11下表面的开口延伸出来。活动件14的外围开设导向槽15，导向槽15也可贯穿活动件14整个基体，壳体11开有通孔114，通孔114与腔室111连通，抵持件13的一段固定设置于通孔114中，抵持件13的另一端延伸至导向槽15内，由此抵持件13可以沿着导向槽15相对移动，也即通过抵持件13与导向槽15配合，以对活动件14的运动进行导向。活动件14的上端连接驱动源，驱动源用以驱动活动件14并基于抵持件13在导向槽15内相对移动带动连杆12进而驱动控制销121沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动，以控制支撑销121靠近或远离待测晶圆3以实现所述待测晶圆3在支撑销121与载台22间的传送交接。优选的，在本实施例中，抵持件13为插销。可替代的，可将导向槽15设置于壳体11的内壁或贯穿述壳体11的侧壁，抵持件13的一端固定设置在活动件14侧壁上，抵持件13的另一端延伸至导向槽15内，由此，同样能使得抵持件13沿着导向槽15相对移动以对活动件14的运动进行导向，进而驱动控制销121沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动。本实施例不以此为限制。

进一步的，导向槽15包括转向槽段124，转向槽段124的延伸方向与第一方向16呈夹角设置。以导向槽15开设于活动件14上为例，如图4所示，在一种可能的实施方式中，导向槽15还包括首段125和末段126，转向槽段124与腔室111的延伸方向呈夹角设置，且设置于首段125和末段126之间，首段125、转向槽段124和末段126依次连通。

在本实施例中，第一方向16为竖直方向，首段125和末段126沿着竖直方向延伸，转向槽段124的延伸方向与竖直方向呈一锐角。当抵持件13在转向槽段124内移动时，活动件14的运动方向与竖直方向呈一夹角，也即活动件14同时具有第一方向16的第一运动分量和水平面内围绕竖直方向摆动的第二运动分量，此时活动件14带动支撑销121产生同时沿竖直方向移动和围绕竖直方向摆动；当抵持件13在首段125和末段126移动时，则带动支撑销121沿着竖直方向移动，从而通过调控抵持件13在导向槽15内的相对运动进而控制支撑销121靠近或远离待测晶圆3。

在其他实施例中，导向槽15延伸形状可以有多种，例如：转向槽段124可以垂直于第一方向16并且分别连接首段125和末段126，此时，转向槽段124的延伸方向需与支撑销121的延伸呈一非正交夹角。当抵持件13在转向槽段124内移动时，活动件14带动支撑销121围绕竖直方向进行摆动；当抵持件13在首段125和末段126移动时，带动支撑销121的运动方式与前述实施例相同。或者首段125、转向槽段124和末段126在一条直线上，以形成倾斜形状的导向槽15，如此设置，当抵持件13在导向槽15内移动时，活动件14带动支撑销121沿着竖直方向移动，同时围绕竖直方向进行摆动。本实施例不以此为限制。在一种可能的实施方式中，导向槽15设有至少一个，抵持件13与活动件14可分离地抵持，抵持件13能够对应一导向槽15，以使活动件14按照导向槽15的形状运动。

在本实施例中，多个导向槽15间隔设于活动件14的周面，其中每个导向槽15的延伸方向可以相同也可不同，抵持件13设有一个，在需要变换活动件14运动的方式时，移动抵持件13远离导向槽15，然后转动活动件14，使需要的导向槽15对应抵持件13，再把抵持件13移动至所需的导向槽15以抵持槽侧壁151。

在其他实施例中，抵持件13设有多个，抵持件13与导向槽15一一对应，使其中一个抵持件13移动至相对应的导向槽15内，其他的抵持件13远离导向槽15，从而可以灵活调整变更活动件14运动的方式。本实施例不以此为限制。

在本实施例中，驱动源包括气体驱动系统、流体驱动系统或者电驱动系统中的至少一种。结合图2和图3所示，驱动源通过壳体11的上表面开口113与活动件14连接，以驱动活动件14运动。

在一种可能的实施方式中，驱动源为气体驱动系统或流体驱动系统，该气体驱动系统或流体驱动系统包括密封件17，密封件17设置于腔室111内并与活动件14固定连接，密封件17与壳体11围合形成变压腔，通过气体驱动系统或流体驱动系统改变压腔中气体或流体的含量,以调控变压腔中的压力来驱动密封件17和活动件14运动，其中活动件14的运动轨迹则通过上述抵持件13和导向槽15相互配合的移动来控制。

在另一种可能的实施方式中，驱动源为电驱动系统，该电驱动系统包括电机，电机与活动件14传动连接并通过丝杠带动活动件14运动。

在一种可能的实施方式中，支撑销121的自由端设有凹陷区域1211，凹陷区域1211用于在传送交接待测晶圆3时加持所述待测晶圆3。凹陷区域1211的形状与待测晶圆3仿形，可以设置为弧面，以用于支撑销121配合于待测晶圆3的周面，提高支撑待测晶圆3的稳固性。

本实施例中，摆动式升降模块2设有多个，可以为3个、4个或更多个。多个摆动式升降模块2沿待测晶圆3的周向分布，以共同加持待测晶圆3。

结合图6所示，沿箭头A方向，图6(e)-图6(a)示出待测晶圆3的上片阶段过程；沿箭头B方向，图6(a)-图6(e)示出待测晶圆3的下片阶段过程。其中，在执行量测的上片阶段，驱动支撑销121高于载台22的承载面并指向载台22，然后将待测晶圆3传送至支撑销121上，控制载台22上升至其承载面接触且支撑待测晶圆3，并使得待测晶圆3脱离支撑销121，再驱动支撑销121摆动以背离载台并上升至预设的等待位置；在执行量测的下片阶段，驱动支撑销121低于待测晶圆3的下表面并指向载台22，控制载台22下降至其承载面脱离待测晶圆3以使支撑销121支撑待测晶圆3，然后将待测晶圆3带出量测腔，驱动支撑销121摆动以背离载台22并上升至预设的等待位置，以此控制支撑销121靠近或远离待测晶圆3以实现待测晶圆3在支撑销121与载台22间的传送交接。

进一步的，每个摆动式升降模块2可设置至少一个支撑销121。示例性的，每个摆动式升降模块2可设置两个支撑销121，两个支撑销121按上下两层依次平行排布固定于连杆12上，每个摆动式升降模块2上下两层两个支撑销121分别一一对应设置，便于同层的支撑销121加持同一片待测晶圆3，而不同层的支撑销121可在量测设备工作期间，分别用于加持已执行完量测信号采集过程的待测晶圆3、准备执行信号采集的待测晶圆3，从而实现待测晶圆3在量测过程中不同节点处的传递交接，提高量测系统的工作效率。

在本实施例中，第一运动台24的最大运动行程为L₁，第二运动台25的最大运动行程为L₂，其中，L₁∈[D/2，D/2+δ_L]，L₂∈[D，D+δ_L]，D为待测晶圆3的直径，0＜δ_L≤20mm。结合图7所述，待测晶圆3表面设有若干待测点30，虚线框表示第一运动台24和第二运动台25的最大运动行程，也是待测晶圆3的圆心可移动的范围。在量测过程中，将待测晶圆3划分为两个半圆待测区，通过控制第一运动台24和第二运动台25的移动行程，使得第一个半圆待测区上的不同待测点30分别位于测头23发射的入射光的光斑230中以搜集相应待测点30的量测信号，然后通过旋转台27将待测晶圆3旋转180°，再采集第二个半圆待测区上的不同待测点30的量测信号，以此获取待测晶圆3整个表面所有待测点30的量测信号并计算得出相应待测参数。同时通过旋转台27旋转待测晶圆3使得每个待测点30获得所需的量测方位角，以满足量测系统参数需求，提高量测信号的信噪比，从而提高量测结果的精度。也即，本实施例提供半导体量测系统1，通过结合配置摆动式升降模块2和运动模块，不仅缩减了运动模块的运动范围以减小系统的整体空间大小，同时实现不同待测晶圆3上的待测点30在量测过程中需要设置不同方位角的需求，以获取高信噪比的测量信号，从而保证量测结果的高精度。如图1所示，第一运动台24、第二运动台25、第三运动台26和旋转台27在竖直方向依次堆叠设置，但本实施例不以此为限制，在实际应用中可调换彼此的堆叠的顺序位置。

示例性的，待测参数包括待测晶圆3表面的膜厚、图案关键尺寸、图形套刻和缺陷检测测量中的至少一种。

在一种可能的实施方式中，半导体量测系统1还包括晶圆传输模块，晶圆传输模块包括机械手28，请结合图5所示，机械手28包括至少一个传输臂，传输臂在上片阶段、下片阶段用于将待测晶圆3取离、放置于支撑销121上。优选的，可设置第一传输臂281和第二传输臂282，以同时执行两片晶圆的上、下片，提高量测系统的工作效率。

在本实施例中，半导体量测系统1的机体壳29的一个侧面上设置有连接口，连接口与量测腔连通并能连接至半导体生产设备的片库接口。现有的半导体设备通常开设片库接口，通过片库接口连接片库(load port)以从放置于片库上的标准片盒(Front-openingunified pod，Foup)中抓取待测晶圆3而实现待测晶圆3的上下料，通过在本实施例提供的半导体量测系统1的机体壳29侧面上开设连接口，可以将该量测系统直接集成到现有的工艺设备端，不仅不会增加现有工艺设备的改装成本，而且还能共享兼容现有工艺设备的晶圆传输模块，极大的降低了量测设备的物料成本，同时节省了待测晶圆3在加工工艺和测量中多次交替进行的传输时间，大大提高了晶圆制造的产能效率。

在本实施例中，测头23可通过机架(未示出)固定于机体壳29上，如图1所示，测头23包括光源236、起偏器231、第一旋转补偿器232、第二旋转补偿器234、检偏器233和光谱仪235。结合图7所示，光源236提供的入射光依次经过起偏器231和第一旋转补偿器232入射至待测晶圆3表面形成光斑230，通过运动模块使得待测晶圆3表面的待测点30位于光斑230中，入射光经待测点30反射后形成检测光，检测光依次经过第二旋转补偿器234和检偏器233后进入光谱仪235，通过光谱仪235采集待测点30的测量信号，以对待测晶圆3进行测量。

另一方面，本申请的实施例还提供一种测量方法，采用半导体量测系统1对待测晶圆3进行量测，包括上片阶段、信号采集阶段和下片阶段，其中，上片阶段包括：通过驱动组件10对连杆12执行第一驱动，使得支撑销121高于承载面并指向载台22，将待测晶圆3传送至支撑销121上，控制载台22上升至承载面接触且支撑待测晶圆3，并使得待测晶圆3脱离支撑销121，通过驱动组件10对连杆12执行第二驱动，使得支撑销121摆动以背离载台22并上升至预设的等待位置；信号采集阶段包括：基于测头23，采集放置于载台22上的待测晶圆3表面待测点30的测量信号，以得到待测参数；下片阶段包括：通过驱动组件10对连杆12执行第三驱动，使得支撑销121低于待测晶圆3下表面并指向载台22，控制载台22下降至支撑销121支撑待测晶圆3且承载面脱离待测晶圆3，将待测晶圆3带出量测腔，通过驱动组件10对连杆12执行第四驱动，使得支撑销121摆动以背离载台22并上升至预设的等待位置。

本实施例的测量方法，通过调控摆动式升降模块2和运动模块间的相互配合操作，实现待测晶圆3在小范围行程内的全片测量，同时，通过载台22转动待测晶圆3至合适测量位置，以使测头23发出的入射光相对于待测点30具有预设的最优量测方位角，以获取高信噪比的测量信号，也即实现了小体积空间内的高精度测量。

如图7所示，本实施例中，信号采集阶段还包括：以待测晶圆3的直径CD对待测晶圆3进行区域划分以获取相对的第一半圆待测区31和第二半圆待测区32；基于待测点30的特性，通过运动模块旋转待测晶圆3以使得测头23发出的入射光相对于待测点30具有预设的量测方位角；通过第一运动台24和/或第二运动台25将第一半圆待测区32内的每个待测点30分别移送至入射光的光斑230中，采集每个待测点30的测量信号；将待测晶圆3旋转180°，通过第一运动台24和/或第二运动台25将第二半圆待测区32内的每个待测点30分别移送至所述入射光的光斑230中，采集每个待测点30的测量信号，以对待测晶圆3执行全片测量。在另一个可能的实施例中，可以调控运动模块以带动待测晶圆3连续或步进式运动，实现待测晶圆3全片扫描式测量，本发明不对此进行限制。

示例性的，待测点30的特性包括待测点30的结构图案特征，以OCD量测为例，结合图8所示，待测点30包括光栅301结构，光栅301沿X方向具有周期性，箭头R1、R2分别表示入射光和检测光，入射面302与X方向的夹角Φ为入射光R1相对于待测点30的方位角。方位角大小是影响OCD量测灵敏度的一个重要系统参数，不同形貌的光栅结构，对应不同最优方位角。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种半导体量测系统，包括围合成量测腔的机体壳，以及设置于所述量测腔内的载台、运动模块、若干个摆动式升降模块和测头，其特征在于：

所述载台，设置于所述运动模块上并具有承载面，用于量测过程中承载待测晶圆；

所述运动模块，与所述载台连接并带动所述载台进而控制所述待测晶圆移动，所述运动模块包括第一运动台、第二运动台、第三运动台和旋转台，所述第一运动台可以沿水平面内X方向移动，所述第二运动台可以沿水平面内Y方向移动，所述第三运动台可以沿竖直方向升降移动，所述旋转台可以在水平面内旋转运动；

所述摆动式升降模块，与所述机体壳直接或间接连接并高于所述运动模块设置，包括驱动组件、连杆、支撑销，所述连杆两端分别与所述驱动组件和所述支撑销连接，所述连杆与所述支撑销正交固定设置，所述驱动组件可以带动所述连杆进而驱动所述支撑销沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动，从而控制所述支撑销靠近或远离所述待测晶圆以实现所述待测晶圆在所述支撑销与所述载台间的传送交接；

所述测头，对放置于所述载台上的所述待测晶圆执行分区光学测量，以获取待测参数。

2.如权利要求1所述的半导体量测系统，其特征在于，所述驱动组件包括：

壳体，具有沿着第一方向延伸的腔室；

活动件，设置于所述腔室内，所述活动件的一端与所述连杆连接；

导向槽，开设于所述活动件上或所述壳体上；

抵持件，用于连接所述壳体和所述活动件且至少一端延伸至所述导向槽，所述抵持件可以沿着所述导向槽相对移动以对所述活动件的运动进行导向；

驱动源，用以驱动所述活动件并基于所述抵持件在所述导向槽内相对移动带动所述连杆进而驱动所述支撑销活动件沿竖直方向上下运动和/或围绕竖直方向进行摆动。

3.如权利要求2所述的半导体量测系统，其特征在于，所述导向槽包括转向槽段，所述转向槽段的延伸方向与所述第一方向呈夹角设置。

4.如权利要求2所述的半导体量测系统，其特征在于，所述导向槽开设于所述活动件外围或贯穿所述活动件的基体，所述抵持件的一端固定设置于所述壳体上，所述抵持件的另一端延伸至所述导向槽内。

5.如权利要求2所述的半导体量测系统，其特征在于，所述导向槽开设于所述壳体的内壁或贯穿所述壳体的侧壁，所述抵持件的一端固定设置于所述活动件上，所述抵持件的另一端延伸至所述导向槽内。

6.如权利要求2所述的半导体量测系统，其特征在于，所述驱动源包括气体驱动系统或液体驱动系统，所述气体驱动系统或所述液体驱动系统均包括密封件，所述密封件设置于所述腔室内并与所述活动件固定连接，所述密封件与所述壳体围合形成变压腔，通过改变所述变压腔中气体或液体的含量以调控所述变压腔中的压力来驱动所述密封件和所述活动件运动。

7.如权利要求2所述的半导体量测系统，其特征在于，所述驱动源包括电驱动系统，所述电驱动系统包括电机，所述电机与所述活动件连接并驱动所述活动件运动。

8.如权利要求1所述的半导体量测系统，其特征在于，所述支撑销的自由端设有凹陷区域，所述凹陷区域用于在传送交接所述待测晶圆时支撑所述待测晶圆。

9.如权利要求1所述的半导体量测系统，其特征在于，所述第一运动台的最大运动行程为L₁，所述第二运动台的最大运动行程为L₂，其中，

L₁∈[D/2，D/2+δ_L]，L₂∈[D，D+δ_L]；

D为所述待测晶圆的直径，0＜δ_L≤20mm。

10.如权利要求1所述的半导体量测系统，其特征在于，所述待测参数包括所述待测晶圆表面的膜厚、图案关键尺寸、图形套刻和缺陷检测测量中的至少一种。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的半导体量测系统，其特征在于，所述机体壳的一个侧面上设置有连接口，所述连接口与所述量测腔连通并能连接至半导体生产设备的片库接口。

12.一种量测方法，其特征在于，采用上述权利要求1-11中任一项所述的半导体量测系统对所述待测晶圆进行量测，所述测量方法包括：上片阶段、信号采集阶段和下片阶段，

所述上片阶段包括：通过所述驱动组件对所述连杆执行第一驱动，使得所述支撑销高于所述承载面并指向所述载台，将所述待测晶圆传送至所述支撑销上，控制所述载台上升至所述承载面接触且支撑所述待测晶圆，并使得所述待测晶圆脱离所述支撑销，通过所述驱动组件对所述连杆执行第二驱动，使得所述支撑销摆动以背离所述载台并上升至预设的等待位置；

所述信号采集阶段包括：基于所述测头，采集放置于所述载台上的所述待测晶圆表面待测点的测量信号，以得到所述待测参数；

所述下片阶段包括：通过所述驱动组件对所述连杆执行第三驱动，使得所述支撑销低于所述待测晶圆下表面并指向所述载台，控制所述载台下降至所述承载面脱离所述待测晶圆以使所述支撑销支撑所述待测晶圆，将所述待测晶圆带出所述量测腔，通过所述驱动组件对所述连杆执行第四驱动，使得所述支撑销摆动以背离所述载台并上升至预设的等待位置。

13.如权利要求12所述的量测方法，其特征在于，所述信号采集阶段还包括：

对所述待测晶圆进行区域划分以获取相对的第一半圆待测区和第二半圆待测区；

基于所述待测点的特性，通过运动模块旋转所述待测晶圆以使得所述测头发出的入射光相对于所述待测点具有预设的量测方位角；

通过所述第一运动台和/或所述第二运动台将所述第一半圆待测区内的每个所述待测点分别移送至所述入射光的照射光斑位置，采集每个所述待测点的测量信号；

旋转所述待测晶圆180°，通过所述第一运动台和/或所述第二运动台将所述第二半圆待测区内的每个所述待测点分别移送至所述入射光的照射光斑位置，采集所述第二半圆待测区内的每个所述待测点的测量信号，以对所述待测晶圆执行全片测量。