CN113130368A - 气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置 - Google Patents

气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置。该气浮卡盘包括由多孔材料组成的第一多孔层；进气层，与第一多孔层堆叠设置且与供应第一气体的第一气体供应部件连接，用于向第一多孔层传输第一气体以利用第一气体提供的支撑力使晶圆悬浮。本申请实施例能够利用气浮卡盘提供均匀的气浮条件，避免由于气流的不稳定或卡盘结构设计缺陷等原因造成晶圆很难稳定地悬浮在卡盘上方。

Description

气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置
技术领域
本申请涉及晶圆制造技术领域，具体涉及一种气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置。
背景技术
在晶圆的制备或测量等过程中，通常采用夹持的方式将晶圆固定在卡盘上方。然而，使用上述固定晶圆的方法具有一定的缺陷，如夹持的力度较大容易使晶圆的原始形状发生变化，另外，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，因而对晶圆几何参数的造成较大的测量误差。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种气浮卡盘及晶圆几何参数测量装置，以解决晶圆测量误差的问题。
本申请的第一方面提供了一种气浮卡盘，该气浮卡盘包括由多孔材料组成的第一多孔层；进气层，与第一多孔层堆叠设置且与供应第一气体的第一气体供应部件连接，用于向第一多孔层传输第一气体以利用第一气体提供的支撑力使晶圆悬浮。
在本申请一实施例中，多孔材料包括多孔碳、多孔聚合物、多孔碳化纤维、多孔陶瓷、多孔钢、透气钢、多孔金属和透气金属中的一种或多种。
在本申请一实施例中，进气层与供应第二气体的第二气体供应部件连接，进气层还用于经第一多孔层传输第二气体以利用第二气体提供的吸力调整晶圆的第一表面的形状，第一表面为晶圆靠近第一多孔层的表面。
在本申请一实施例中，第一多孔层包括用于使第一气体通过且与第一气体供应部件连通的多个第一区域和用于使第二气体通过且与第二气体供应部件连通的多个第二区域。
在本申请一实施例中，多个第一区域和多个第二区域交替布置。
在本申请一实施例中，进气层的中部为空心结构，空心结构的开口与第一多孔层靠近进气层的表面接触，第一气体供应部件供应的第一气体进入空心结构中后向第一多孔层传输。
在本申请一实施例中，气浮卡盘还包括参考部件，套设于第一多孔层的外侧以利用参考部件远离进气层的表面作为参考平面校准第一多孔层远离进气层的表面，其中，晶圆在第一多孔层上的正投影被第一多孔层覆盖。
在本申请一实施例中，参考部件远离进气层的表面与第一多孔层远离进气层的表面具有相同或不同的反射率。
在本申请一实施例中，气浮卡盘还包括：第二多孔层，位于第一多孔层远离进气层的表面的上方，第二多孔层的硬度大于第一多孔层的硬度。
本申请的第二方面提供了一种晶圆几何参数测量装置，该晶圆几何参数测量装置包括如本申请的第一方面提供的任何一种气浮卡盘；干涉仪，用于获取晶圆的第二表面的干涉条纹图像，以基于干涉条纹图像对晶圆进行形状测量和/或平整度测量，第二表面为晶圆远离气浮卡盘的表面。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过设置气浮卡盘包括由多孔材料组成的第一多孔层和与第一多孔层堆叠设置的进气层，从而利用气浮卡盘提供均匀的气浮条件，解决晶圆测量误差的问题，同时避免了由于气流的不稳定或卡盘结构设计缺陷等原因造成晶圆很难稳定地悬浮在卡盘上方。
附图说明
图1示出了根据本申请一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。
图2A和图2B示出了根据本申请另一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。
图2C示出了根据本申请一实施例提供的一种气浮卡盘的俯视示意图。
图2D示出了根据本申请另一实施例提供的一种气浮卡盘的俯视示意图。
图3示出了根据本申请又一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。
图4示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆几何参数测量装置的结构示意图。
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。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其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了避免对晶圆几何参数的测量造成较大的误差，可以利用卡盘将晶圆悬浮。然而，由于气流的不稳定或卡盘结构设计缺陷等原因，使得晶圆很难稳定地悬浮在卡盘上方。
图1示出了根据本申请一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。如图1所示，该气浮卡盘100包括由多孔材料组成的第一多孔层110；进气层120，与第一多孔层110堆叠设置且与供应第一气体1的第一气体供应部件10连接，用于向第一多孔层110传输第一气体1以利用第一气体1提供的支撑力使晶圆130悬浮。
应当理解，多孔材料可以是自然界中普遍存在的材料如木材、海绵、有机硅土等材料，也可以是人工合成的材料如多孔聚合物等；多孔材料可以是金属材料如泡沫镍、泡沫铝、透气钢等，也可以是无机材料如多孔碳、多孔陶瓷、多孔碳化硅、多孔碳化纤维、岩棉、玻璃棉等，还可以是有机材料如棉、毛、麻、木质纤维等；多孔材料可以为孔径小于2nm的微孔材料，也可以是孔径在2nm-50nm之间的介孔材料，还可以是孔径大于50nm的大孔材料，只要是由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料即可，本申请对此不做具体限定。
第一气体1可以是空气、氮气或氩气等，只要能够提供的支撑力使晶圆130悬浮即可，本申请对此不做具体限定。第一气体供应部件10可以属于气浮卡盘的一部分，也可以独立于气浮卡盘，只要能够与进气层120连接且为进气层120供应第一气体1即可，本申请对此不做具体限定。
第一多孔层110的微观结构可以是如蜂窝状、网格状等规则或不规则的结构，本申请对此不做具体限定。第一多孔层110的宽度W1可以等于进气层120的宽度W2，也可以小于进气层120的宽度W2，本申请对此不做具体限定。在一些实施例中，第一多孔层110的宽度W1等于或大于晶圆130的宽度，从而保证晶圆130靠近气浮卡盘100的表面均能受到由第一气体1产生的均匀分布的支撑力。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过设置气浮卡盘包括由多孔材料组成的第一多孔层和与第一多孔层堆叠设置的进气层，从而利用多孔材料的多孔微结构使得由进气层传输的第一气体被均匀地分散开，进而产生均匀的气浮条件。另外，由于第一多孔层均由多孔材料组成，从而使得晶圆靠近气浮卡盘的整个表面均受到由第一气体产生的均匀分布的支撑力，进而使得晶圆能够稳定地悬浮在气浮卡盘上方，且能够有效地保持晶圆的原始形状。
在本申请一实施例中，多孔材料包括多孔碳、多孔聚合物、多孔碳化纤维、多孔陶瓷、多孔钢、透气钢、多孔金属和透气金属中的一种或多种。
应当理解，多孔材料包括但不限于多孔碳、多孔聚合物、多孔碳化纤维、多孔陶瓷、多孔钢、透气钢、多孔金属和透气金属中的一种或多种，只要是能够产生多孔微结构的材料即可，本申请对此不做具体限定。多孔碳可以是活性炭、活性炭纤维、碳分子筛或碳纳米管等材料；多孔聚合物可以是超交联聚合物、自具微孔聚合物、共轭微孔聚合物等材料；多孔碳化纤维可以是多孔碳化硅纳米纤维、多孔碳化钼纳米纤维等材料，本申请对此不做具体限定。
图2A和图2B示出了根据本申请另一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。图2A和图2B所示实施例为图1所示实施例的一变型例。如图2A或图2B所示，与图1所示实施例的不同之处在于，进气层120与供应第二气体2的第二气体供应部件20连接，进气层120还用于经第一多孔层110传输第二气体2以利用第二气体2提供的吸力调整晶圆130的第一表面S1的形状，第一表面S1为晶圆130靠近第一多孔层110的表面。
应当理解，第一多孔层110中第一气体1和第二气体2的传输通道可以相同(参考图2A)，也可以不同(参考图2B)，本申请对此不做具体限定。具体而言，在一些实施例中，如图2A，气浮卡盘200A中，当传输第二气体2时需要关闭第一气体供应部件10以停止第一气体1的传输；在另一些实施例中，如图2B，气浮卡盘200B中，当传输第二气体2时无需关闭第一气体供应部件10以停止第一气体1的传输，根据实际需要可以同时开启第一气体供应部件10和第二气体供应部件20以同时传输第一气体1和第二气体2，也可以仅开启第一气体供应部件10或第二气体供应部件20，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，通过设置进气层与供应第二气体的第二气体供应部件连接，从而利用第二气体提供的吸力调整晶圆的第一表面的形状，也可以利用第二气体提供的吸力将晶圆吸附到气浮卡盘的顶部表面。
在本申请一实施例中，如图2B所示，第一多孔层110包括用于使第一气体1通过且与第一气体供应部件10连通的多个第一区域1a和用于使第二气体2通过且与第二气体供应部件20连通的多个第二区域2a。
应当理解，多个第一区域1a中每个第一区域1a的面积或形状可以相同或不同；多个第二区域2a中每个第二区域2a的面积或形状可以相同或不同；多个第一区域1a中每个第一区域1a的面积可以与多个第二区域2a中每个第二区域2a的面积相同或不同；多个第一区域1a与多个第二区域2a的数量可以相同或不同；多个第一区域1a和多个第二区域2a内所使用的多孔材料可以相同或不同；多个第一区域1a中的每个第一区域1a可以相邻一个或多个第二区域2a，且多个第二区域2a中的每个第二区域2a也可以相邻一个或多个第一区域1a；本申请对此不做具体限定。单个第一区域1a可以与一个或多个第二区域2a相邻，单个第二区域1a也可以与一个或多个第一区域1a相邻，本申请对此不做具体限定。多个第一区域1a与多个第二区域2a之间任意相邻的两个区域可以利用任何阻挡件进行阻挡，只要能够将多个第一区域1a与多个第二区域2a之间任意相邻的两个区域隔开即可，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例中，通过将第一多孔层划分为多个第一区域和多个第二区域，从而使得第一气体和第二气体的传输通道隔开，第一气体和第二气体可以实现分别传输或同时传输至第一多孔层中。
图2C示出了根据本申请一实施例提供的一种气浮卡盘的俯视示意图。图2D示出了根据本申请另一实施例提供的一种气浮卡盘的俯视示意图。其中，图2B所示实施例中气浮卡盘的断面示意图为图2C或者图2D所示实施例中气浮卡盘沿B-B’形成的面进行剖开的示意图。图2C和图2D所示实施例为图2B所示实施例的一个例子。如图2C和图2D所示，多个第一区域1a和多个第二区域2a交替布置。
应当理解，多个第一区域1a和多个第二区域2a交替布置可以是将第一多孔层110以呈回形或环形等方式划分成多个区域，设置多个区域中套设在每个第一区域1a外圈的区域为第二区域2a(参考图2C)，也可以是将第一多孔层110以呈网格状或蜂窝状等方式划分成多个区域，设置多个区域以单个第一区域1a和单个第二区域2a为重复单元排布(参考图2D)，还可以是采用其他的方式如多条通过第一多孔层110的中心的线条划分成多个区域，只要使多个第一区域1a和多个第二区域2a交替布置即可，本申请对此不做具体限定。气浮卡盘的顶部表面的形状可以为圆形(参考图2C)，也可以为长方形(参考图2D)，还可以为如正方形、五边形、六边形等规则或不规则形状，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例中，通过设置多个第一区域与多个第二区域交替布置，从而使得第一气体与第二气体的传输通道间隔排布，进而使得第一气体和第二气体均匀地分布在第一多孔层中，有利于晶圆的第一表面受到由第一气体产生的均匀分布的支撑力和/或由第二气体产生的均匀分布的吸力，进一步有利于晶圆稳定地悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方且保持晶圆的原始形状。
图3示出了根据本申请又一实施例提供的一种气浮卡盘的断面示意图。图3所示实施例为图1所示实施例的一变型例。如图3所示，与图1所示实施例的不同之处在于，气浮卡盘300中，进气层120的中部为空心结构120a，空心结构120a的开口与第一多孔层110靠近进气层120的表面接触，第一气体供应部件10供应的第一气体1进入空心结构120a中后向第一多孔层110传输。
在一些实施例中，空心结构120a可以是一个整体的中空结构，第一气体供应部件10供应的第一气体1进入空心结构120a中后，空心结构120a可以用于储存第一气体1，应当理解，当第一气体供应部件10关闭且开启第二气体供应部件20时，空心结构120a也可以储存第二气体2，本申请对此不做具体限定。在另一些实施例中，空心结构120a可以是基于上述多个第一区域和多个第二区域进行划分形成的多个中空结构，空心结构120a除用于第一气体供应部件10供应的第一气体1进入空心结构120a中后向第一多孔层110传输外，还可以同时用于第二气体供应部件20供应的第二气体2进入空心结构120a中后向第一多孔层110传输，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，通过设置进气层的中部为空心结构，空心结构的开口与第一多孔层靠近进气层的表面接触，从而使得第一气体向第一多孔层传输前先储存在空心结构中。由于空心结构对第一气体同时起到储存和缓冲的作用，因而使得第一气体能够均匀地进入第一多孔层中，有利于经第一多孔层分散的第一气体更加均匀，进而使得晶圆靠近气浮卡盘的整个表面均受到由第一气体产生的更加均匀分布的支撑力。
在本申请一实施例中，气浮卡盘300还包括参考部件140，套设于第一多孔层110的外侧以利用参考部件140远离进气层120的表面作为参考平面校准第一多孔层110远离进气层120的表面(也可以理解为气浮卡盘的顶部表面)，其中，晶圆130在第一多孔层110上的正投影被第一多孔层110覆盖。
应当理解，晶圆130在第一多孔层110上的正投影被第一多孔层110覆盖可以是完全覆盖(可以理解为晶圆130的宽度等于第一多孔层110的宽度)，也可以是部分覆盖(可以理解为晶圆130的宽度小于第一多孔层110的宽度)，本申请对此不做具体限定。参考部件140靠近进气层120的表面可以套设于第一多孔层110的外侧，也可以进一步套设于进气层120的外侧，本申请对此不做具体限定。
气浮卡盘放置的平面倾斜、气浮卡盘的底部表面倾斜或者进气层中的气体不均匀等多种因素均会导致晶圆很难稳定地悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方。根据本申请实施例提供的技术方案，通过在气浮卡盘中增设参考部件，且设置参考部件套设于第一多孔层的外侧，一方面不影响第一气体在第一多孔层中的传输，另一方面可以利用参考部件远离进气层的表面作为参考平面，该参考平面不仅可以用于辨别第一多孔层远离进气层的表面是否与水平面平行，还可以用于在第一多孔层远离进气层的表面不与水平面平行时校准第一多孔层远离进气层的表面，从而使晶圆能够稳定地悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方。
在本申请一实施例中，参考部件140远离进气层120的表面与第一多孔层110远离进气层120的表面具有相同或不同的反射率。
应当理解，参考部件140远离进气层120的表面与第一多孔层110远离进气层的表面可以具有相同的反射率，也可以具有不同的反射率，本申请对此不做具体限定。反射率的数值只要能够保证利用干涉仪对晶圆的几何参数进行测量即可，本申请对反射率的具体数值不做限定。参考部件140可以为非多孔结构的实心结构，参考部件140可以由任何能够使得参考部件远离进气层的表面平整的材料组成，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例中，通过设置参考部件远离进气层的表面与第一多孔层远离进气层的表面均具有一定的反射率，有利于进一步利用干涉仪对晶圆进行几何参数的测量，也有利于在对晶圆进行几何参数的测量时，利用干涉仪获取到的干涉条纹图像对晶圆的边缘进行定位。
在本申请一实施例中，气浮卡盘还包括：第二多孔层150，位于第一多孔层110远离进气层120的表面的上方，第二多孔层150的硬度大于第一多孔层110的硬度。
应当理解，第二多孔层150可以是由多孔材料组成的多孔结构，也可以为人工设计的多孔结构，只要使第二多孔层150的硬度大于第一多孔层110的硬度即可，本申请对此不做具体限定。第二多孔层150的孔径与第一多孔层110的孔径可以相同或不同，本申请对此不做具体限定。
本申请实施例中，通过在位于第一多孔层远离进气层的表面的上方增设置第二多孔层，且设置第二多孔层的硬度大于第一多孔层的硬度，从而利用第二多孔层提高了气浮卡盘的顶部表面的平整度，进而减少由于气浮卡盘的顶部表面的平整度太低而对晶圆几何参数的测量结果造成的误差。
图4示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆几何参数测量装置的结构示意图。如图4所示，该晶圆几何参数测量装置400包括如本申请上述实施例提供的任何一种气浮卡盘410；干涉仪420，用于获取晶圆的第二表面S2的干涉条纹图像，以基于干涉条纹图像对晶圆进行形状测量和/或平整度测量，第二表面为晶圆远离气浮卡盘的表面。
应当理解，气浮卡盘410可以为上述图1-图3实施例中描述的任何一种气浮卡盘，也可以是基于图1-图3实施例中描述的任何一种气浮卡盘进行等同替换或明显变型后的气浮卡盘，本申请对此不做具体限定。干涉仪420可以为菲索干涉仪、迈克尔逊干涉仪或剪切干涉仪等，只要能够获取晶圆的表面的干涉条纹图像即可，本申请对此不做具体限定。干涉仪420除了能够用于测量晶圆的形状和/或平整度以外，还可以用于测量晶圆的翘曲度和/或厚度等几何参数，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，通过采用上述实施例中的气浮卡盘，从而利用多孔材料的多孔微结构使得由进气层传输的第一气体被均匀地分散开，进而产生均匀的气浮条件，使得晶圆靠近气浮卡盘的整个表面均受到由第一气体产生的均匀分布的支撑力，进而使得晶圆能够稳定地悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方，且能够有效地保持晶圆的原始形状。进一步地，由于利用气浮卡盘能够有效地保持晶圆的原始形状，从而避免晶圆靠近气浮卡盘的整个表面受力不均匀而产生明显变形，提高了利用干涉仪测量晶圆的形状和/或平整度的准确度。
需要说明的是，本申请实施例中各技术特征的组合方式并不限本申请实施例中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本申请所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气浮卡盘，其特征在于，包括：
由多孔材料组成的第一多孔层；
进气层，与所述第一多孔层堆叠设置且与供应第一气体的第一气体供应部件连接，用于向所述第一多孔层传输所述第一气体以利用所述第一气体提供的支撑力使晶圆悬浮。
2.根据权利要求1所述的气浮卡盘，其特征在于，所述多孔材料包括多孔碳、多孔聚合物、多孔碳化纤维、多孔陶瓷、多孔钢、透气钢、多孔金属和透气金属中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的气浮卡盘，其特征在于，所述进气层与供应第二气体的第二气体供应部件连接，所述进气层还用于经所述第一多孔层传输所述第二气体以利用所述第二气体提供的吸力调整所述晶圆的第一表面的形状，所述第一表面为所述晶圆靠近所述第一多孔层的表面。
4.根据权利要求3所述的气浮卡盘，其特征在于，所述第一多孔层包括用于使所述第一气体通过且与所述第一气体供应部件连通的多个第一区域和用于使所述第二气体通过且与所述第二气体供应部件连通的多个第二区域。
5.根据权利要求4所述的气浮卡盘，其特征在于，所述多个第一区域和所述多个第二区域交替布置。
6.根据权利要求1所述的气浮卡盘，其特征在于，所述进气层的中部为空心结构，所述空心结构的开口与所述第一多孔层靠近所述进气层的表面接触，所述第一气体供应部件供应的第一气体进入所述空心结构中后向所述第一多孔层传输。
7.根据权利要求1所述的气浮卡盘，其特征在于，还包括：
参考部件，套设于所述第一多孔层的外侧以利用所述参考部件远离所述进气层的表面作为参考平面校准所述第一多孔层远离所述进气层的表面，其中，所述晶圆在所述第一多孔层上的正投影被所述第一多孔层覆盖。
8.根据权利要求7所述的气浮卡盘，其特征在于，所述参考部件远离所述进气层的表面与所述第一多孔层远离所述进气层的表面具有相同或不同的反射率。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的气浮卡盘，其特征在于，还包括：
第二多孔层，位于所述第一多孔层远离所述进气层的表面的上方，所述第二多孔层的硬度大于所述第一多孔层的硬度。
10.一种晶圆几何参数测量装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-9中任一项所述的气浮卡盘；
干涉仪，用于获取晶圆的第二表面的干涉条纹图像，以基于所述干涉条纹图像对所述晶圆进行形状测量和/或平整度测量，所述第二表面为所述晶圆远离所述气浮卡盘的表面。
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