水平度測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置及方法，以測(cè)量一待測(cè)對(duì)象的水平度和待測(cè)對(duì)象與該測(cè)量裝置之間的相對(duì)距離。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展及半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，對(duì)工藝加工精度的要求越來越高。在工藝加工的各步驟中，對(duì)工藝加工設(shè)備的檢測(cè)和校準(zhǔn)是確保工藝加工精度很重要的環(huán)節(jié)。例如，在電化學(xué)拋光工藝中，晶圓夾盤夾持晶圓并攜帶晶圓至噴嘴的上方，晶圓的待拋光面朝向噴嘴，通過噴嘴向晶圓的待拋光面噴射電解液，以對(duì)晶圓進(jìn)行電拋光。在電化學(xué)拋光過程中，晶圓夾盤的水平度和晶圓夾盤與噴嘴之間的相對(duì)距離決定了夾持在晶圓夾盤上的晶圓的水平度以及晶圓與噴嘴之間的相對(duì)距離。如果晶圓夾盤的水平度不滿足要求，晶圓夾盤與噴嘴之間存在一定角度，或者晶圓夾盤與噴嘴之間的相對(duì)距離沒有達(dá)到設(shè)定距離，均會(huì)對(duì)電化學(xué)拋光工藝結(jié)果造成不良影響，例如，影響電化學(xué)拋光均勻性等。因此，在進(jìn)行電化學(xué)拋光工藝前，測(cè)量晶圓夾盤的水平度及晶圓夾盤與噴嘴之間的相對(duì)距離是有必要的。
[0003]上述僅以電化學(xué)拋光工藝為例，說明水平度及相對(duì)距離測(cè)量在半導(dǎo)體工藝加工中的重要性。除了電化學(xué)拋光工藝以外，電鍍工藝、化學(xué)氣相沉積工藝等，晶圓的水平度均是很關(guān)鍵的工藝參數(shù)。然而，目前還沒有適用于前述工藝的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠測(cè)量一待測(cè)對(duì)象的水平度和待測(cè)對(duì)象與該測(cè)量裝置之間的相對(duì)距離。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置，在進(jìn)行水平度測(cè)量時(shí)，該水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置可稱為水平度測(cè)量裝置，包括:參考平面、數(shù)個(gè)測(cè)量探針、參考探針、電源、伺服電機(jī)及控制器。參考平面具有上表面及下表面。數(shù)個(gè)測(cè)量探針布置在參考平面的上表面，數(shù)個(gè)測(cè)量探針高出參考平面上表面的高度已知。參考探針布置在參考平面的上表面，參考探針的高度高于測(cè)量探針。電源的一電極與數(shù)個(gè)測(cè)量探針電連接，電源的另一電極與參考探針電連接。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象在豎直方向運(yùn)動(dòng)?？刂破鹘邮詹⒂涗洈?shù)個(gè)測(cè)量探針與待測(cè)對(duì)象接觸時(shí)伺服電機(jī)的反饋值，根據(jù)伺服電機(jī)的反饋值判斷待測(cè)對(duì)象的水平度是否符合要求。還能夠根據(jù)伺服電機(jī)的反饋值判斷待測(cè)對(duì)象與該測(cè)量裝置之間的相對(duì)距離。
[0006]本發(fā)明還提出一種使用上述測(cè)量裝置測(cè)量一待測(cè)對(duì)象的水平度的方法，包括如下步驟:
[0007]調(diào)節(jié)參考平面的水平度，以使參考平面保持水平；
[0008]伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象下降，參考平面上的參考探針率先與待測(cè)對(duì)象接觸；
[0009]伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象繼續(xù)下降，參考平面上的第一個(gè)測(cè)量探針與待測(cè)對(duì)象接觸，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第一反饋值；
[0010]伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象繼續(xù)下降，參考平面上的第二個(gè)測(cè)量探針與待測(cè)對(duì)象接觸，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第二反饋值；
[0011]伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象繼續(xù)下降，參考平面上的第三個(gè)測(cè)量探針與待測(cè)對(duì)象接觸，伺服電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)待測(cè)對(duì)象向下運(yùn)動(dòng)，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第三反饋值；
[0012]控制器根據(jù)伺服電機(jī)的第一反饋值、第二反饋值及第三反饋值，計(jì)算出該三個(gè)值中最大值與最小值之間的差值；
[0013]判斷差值是否在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，如果差值在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則待測(cè)對(duì)象的水平度符合要求，如果差值不在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則待測(cè)對(duì)象的水平度不符合要求。
[0014]綜上所述，本發(fā)明提出的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置及方法，能夠測(cè)量待測(cè)對(duì)象的水平度及待測(cè)對(duì)象與該測(cè)量裝置之間的相對(duì)距離，且該測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]圖1揭示了本發(fā)明的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第一實(shí)施例的俯視圖。
[0016]圖2揭示了本發(fā)明的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第二實(shí)施例的俯視圖。
[0017]圖3揭示了本發(fā)明的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第一實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0018]圖4揭示了利用本發(fā)明的水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置測(cè)量一待測(cè)對(duì)象水平度的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5揭示了本發(fā)明的水平度測(cè)量方法的流程圖。
[0020]圖6揭示了本發(fā)明的相對(duì)距離測(cè)量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合圖式予以詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明所提出的測(cè)量裝置具有測(cè)量水平度和相對(duì)距離兩種功能。因此可稱之為水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置。在進(jìn)行水平度測(cè)量時(shí)，也可認(rèn)為該測(cè)量裝置是一種水平度測(cè)量
>J-U ρ?α裝直。
[0023]參閱圖1和圖3，圖1揭示了本發(fā)明水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第一實(shí)施例的俯視圖，圖3揭示了本發(fā)明水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第一實(shí)施例的側(cè)視圖。結(jié)合圖1和圖3，該測(cè)量裝置100包括參考平面101、測(cè)量探針103、參考探針105、可調(diào)節(jié)支柱107、電源、伺服電機(jī)及控制器，其中，電源、伺服電機(jī)及控制器在圖中未顯示。
[0024]如圖1所示,在本實(shí)施例中，參考平面101為圓環(huán)狀,參考平面101具有上表面及與上表面相對(duì)的下表面。測(cè)量探針103的數(shù)量為3個(gè)，該3個(gè)測(cè)量探針103以參考平面101的直徑為軸線對(duì)稱分布在參考平面101的上表面，3個(gè)測(cè)量探針103高出參考平面101上表面的高度精確已知。參考探針105與其中一個(gè)測(cè)量探針103相對(duì)布置在參考平面101的上表面，參考探針105的高度略高于測(cè)量探針103，以保證待測(cè)對(duì)象下降至參考平面101的上方時(shí)先與參考探針105接觸。測(cè)量探針103和參考探針105均為金屬?gòu)椈商结?，?dāng)測(cè)量探針103或參考探針105受到下壓力時(shí)，能夠收縮一定行程，確保自身不受到損壞。測(cè)量探針103和參考探針105分別連接電源的兩個(gè)電極，例如，如果測(cè)量探針103與電源的陽極電連接，那么參考探針105則和電源的陰極電連接；反之，如果測(cè)量探針103與電源的陰極電連接，那么參考探針105則和電源的陽極電連接。3個(gè)測(cè)量探針103和電源的電極并聯(lián)連接。在其他實(shí)施例中，測(cè)量探針103的數(shù)量并不僅限于3個(gè)?？梢圆捎酶鄶?shù)量的測(cè)量探針103，這些測(cè)量探針103以均勻間隔的方式布置在參考平面101上。
[0025]如圖3所示，在本實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)支柱107的數(shù)量為3個(gè)，該3個(gè)可調(diào)節(jié)支柱107以參考平面101的直徑為軸線對(duì)稱分布在參考平面101的下表面。每一個(gè)可調(diào)節(jié)支柱107可獨(dú)立調(diào)節(jié)其高低，以調(diào)節(jié)參考平面101的水平度，以使參考平面101保持水平。在其他實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)支柱107的數(shù)量并不僅限于3個(gè)。同樣可以采用更多數(shù)量的調(diào)節(jié)支柱107，這些調(diào)節(jié)支柱107以均勻間隔的方式布置在參考平面101的下表面上。
[0026]參考平面的形狀也并不局限于上述實(shí)施例中所描述的圓環(huán)狀。如圖2所示，揭示了本發(fā)明水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的第二實(shí)施例的俯視圖。該水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置200包括參考平面201、測(cè)量探針203、參考探針205、可調(diào)節(jié)支柱、電源、伺服電機(jī)及控制器。在該實(shí)施例中，參考平面201為圓盤狀平面，而參考探針205位于參考平面201的圓心處。其余部分，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例相同。
[0027]參閱圖4，揭示了利用本發(fā)明水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置測(cè)量一待測(cè)對(duì)象水平度的結(jié)構(gòu)示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，以電化學(xué)拋光裝置為例對(duì)本發(fā)明水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置的使用進(jìn)行說明。如圖4所示，電化學(xué)拋光裝置包括噴頭300和晶圓夾盤400。噴頭300具有水平布置的支撐部301。晶圓夾盤400夾持晶圓500，晶圓500的待拋光面朝向噴頭300，晶圓500的待拋光面上分布有導(dǎo)電金屬層。水平度和相對(duì)距離測(cè)量裝置100安裝在噴頭300的支撐部301上，由支撐部301支撐，通過可調(diào)節(jié)支柱107調(diào)節(jié)參考平面101的水平度，以使參考平面101保持水平，并且使參考平面101的上表面與噴頭300的頂表面齊平。然后，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)晶圓夾盤400下降，在晶圓夾盤400下降的過程中，參考探針105率先與晶圓500的待拋光面接觸。晶圓夾盤400繼續(xù)下降，第一個(gè)測(cè)量探針103與晶圓500的待拋光面接觸，由于晶圓500的待拋光面上分布有導(dǎo)電金屬層，因此，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)測(cè)量探針103與晶圓500的待拋光面接觸時(shí)，第一個(gè)測(cè)量探針103、參考探針105、晶圓500及電源構(gòu)成第一導(dǎo)通回路，電流導(dǎo)通，與此同時(shí)，該第一導(dǎo)通回路發(fā)送第一信號(hào)至控制器，控制器接收第一信號(hào)后，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第一反饋值。伺服電機(jī)的反饋值與晶圓夾盤400的高度值相對(duì)應(yīng)。接著，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)晶圓夾盤400繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)測(cè)量探針103與晶圓500的待拋光面接觸，第二個(gè)測(cè)量探針103、參考探針105、晶圓500及電源構(gòu)成第二導(dǎo)通回路，第二導(dǎo)通回路發(fā)送第二信號(hào)至控制器，控制器接收第二信號(hào)后，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第二反饋值。以此類推，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)測(cè)量探針103與晶圓500的待拋光面接觸時(shí)，第三個(gè)測(cè)量探針103、參考探針105、晶圓500及電源構(gòu)成第三導(dǎo)通回路，第三導(dǎo)通回路發(fā)送第三信號(hào)至控制器，控制器接收第三信號(hào)后，發(fā)送控制信號(hào)至伺服電機(jī)，伺服電機(jī)接收控制信號(hào)后，停止驅(qū)動(dòng)晶圓夾盤400向下運(yùn)動(dòng)，控制器接收并記錄此時(shí)伺服電機(jī)反饋的第三反饋值?？刂破鞲鶕?jù)伺服電機(jī)的第一反饋值、第二反饋值及第三反饋值，計(jì)算出該三個(gè)值中最大值與最小值之間的差值，如果差值在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則晶圓500和晶圓夾盤400的水平度符合要求；如果差值超出設(shè)定的誤差范圍，則晶圓500和晶圓夾盤400的水平度不符合要求，需要重新調(diào)整晶圓夾盤400的水平度并再次測(cè)量晶圓夾盤400的水平度，直至晶圓夾盤400的水平度符合要求?？紤]到實(shí)際的晶圓500待拋光表面不能做到絕對(duì)水平，因