用于测量晶片的设备的制作方法

本公开涉及半导体晶片测量领域，并且具体涉及一种用于测量晶片的设备。

背景技术：

半导体晶片可以被制造为具有用于形成集成电路的图案。在大规模集成电路的生产工艺中，例如各种膜层的厚度是重要的工艺参数之一。随着半导体电路的集成度越来越高，对膜层厚度的精确度要求也越来越高。厚度的任何微小变化，对将来集成电路的性能都会产生直接影响。在精确度提高的同时，测量效率的提升也成为评价测量设备性能的一个关键因素。

技术实现要素：

目前市面所知设备的最快测量效率为200片/小时，这有待于进一步提高。

为了至少部分地解决上述以及其他潜在的问题，本公开的实施例提供了用于测量晶片的设备和方法。

在本公开的一个方面，提供了一种用于测量晶片的设备，该设备包括：运动平台，用于调节晶片的位置；第一预对准模块和第一图像识别模块，用于在测量第一晶片前，在运动平台上的第一位置处对准第一晶片；第二预对准模块和第二图像识别模块，用于在测量第二晶片前，在运动平台上的第二位置处对准第二晶片；以及测量模块，用于对处于运动平台上的第三位置处的第一晶片和第二晶片进行测量；其中第一位置、第二位置和第三位置彼此不同。

在一个实施例中，运动平台包括：第一工件台，用于在第一位置和第三位置之间输送第一晶片；以及第二工件台，用于在第二位置和第三位置之间输送第二晶片。

在一个实施例中，设备还包括：第三图像识别模块，用于在测量第一晶片和第二晶片期间，在第三位置处对准第一晶片和第二晶片。

在一个实施例中，设备还包括：机械手，用于将从晶片盒取出的第一晶片和第二晶片分别放至第一位置和第二位置，并且将测量完的第一晶片和第二晶片分别从第一位置和第二位置放回晶片盒。

在一个实施例中，机械手能够在第一位置和第二位置之间移动。

在一个实施例中，运动平台是四维运动平台。

在一个实施例中，第一预对准模块和第二预对准模块均包括：激光发生器和激光传感器，激光发生器和激光传感器利用第一晶片和第二晶片上的缺口来实现第一晶片和第二晶片的对准。

在一个实施例中，第一图像识别模块和第二图像识别模块通过识别第一晶片和第二晶片上的图案来实现第一晶片和第二晶片的对准。

在一个实施例中，设备还包括：环境控制模块，用于控制测量环境的温度、湿度和震动。

在一个实施例中，测量模块包括光学系统。

在一个实施例中，设备用于测量第一晶片和第二晶片的膜厚和线宽。

通过下文描述将会理解，本公开的实施例的优势在于：通过分别具有两个预对准模块和两个图像识别模块来用于测量前的准备工作，可以在测量第一晶片的同时，进行针对第二晶片的例如对准的准备工作，这种并行处理节约了测量时间，从而提高了测量效率。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了用于测量晶片的设备的框图；

图2示出了使用图1所示的设备的测量方法的流程图；

图3示出了经改进的用于测量晶片的设备的框图；以及

图4示出了使用图3所示的设备的测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

图1示出了用于测量晶片的设备100的框图。如图1所示，设备100包括设备前端模块110和运动平台120。设备前端模块110包括预对准模块(未示出)，其处于设备前端模块110上的预对准位置118处。预对准模块可以包括激光发生器和激光传感器，以利用晶片上的缺口来实现晶片的预对准/预定位。设备前端模块110还包括机械手116。机械手116可以具有一个或多个臂(未示出)，以将晶片从晶片盒中取出并放至预对准位置118处。晶片盒可以处于设备前端模块110的端口处。仅通过示例的方式，图1示出了三个端口：端口A 111、端口B 112和端口C 113。

运动平台120用于承载晶片，并且使晶片按规划路线移动。在预对准位置118处预对准晶片之后，机械手116的臂将晶片从预对准模块转移至运动平台120。具体地，晶片首先被放至处于运动平台120上的过渡位置124处的工件台122上。然后，承载着晶片的工件台122从过渡位置124移动至测量位置126。在运动平台120上的测量位置126处，利用测量模块(未示出)，待测晶片将被测量。在测量之前，通常在测量位置126处，设备100的图像识别模块(未示出)可以通过识别晶片上的图案，来使晶片进一步对准，以例如使光良好地聚焦在晶片上。另一方面，图像识别模块的对准功能比预对准模块的对准功能更加精确。

测量模块可以包括光学系统。在一个实施例中，测量模块可以用于测量膜厚或线宽等。此外，图1所示的设备100还可以包括环境控制模块，以用于保持设备100始终处于恒温恒湿且隔离外界震动的条件下。

图2示出了使用图1所示的设备100的测量方法200的流程图。在201，例如处于设备前端模块110的端口A 111处的晶片盒开门。例如机械手116的第一臂从晶片盒取出第一晶片，并将所取的第一晶片放至预对准位置118处。预对准模块对预对准位置118处的第一晶片做预对准。

在202，例如机械手116的第一臂从预对准模块上取已预对准的第一晶片并将所取的第一晶片放至工件台122上。此时，工件台122处于运动平台120上的过渡位置124处。然后，承载着待测晶片的工件台122从过渡位置124移动至测量位置126。

在203，图像识别模块对测量位置126处的第一晶片做对准，以便于测量模块(例如光学系统)聚焦于晶片上。测量模块对测量位置126处的第一晶片进行测量(例如测量晶片的膜厚)。然后，在测量结束后，承载着晶片的工件台122可以从测量位置126移动回过渡位置124。

在204，例如机械手116的第二臂从晶片盒取第二晶片，并将所取的第二晶片放至预对准位置118处。预对准模块对预对准位置118处的第二晶片做预对准。

在205，第一臂从预对准位置118处取下已预对准的第二晶片。

在206，例如机械手116的第二臂从晶片盒取第三晶片，并且将第三晶片放到预对准位置118处的预对准模块上，以预对准第三晶片。

在207，第二臂取下测量端(运动平台120上的过渡位置124处)的已测量的第一晶片，并将第一晶片放回晶片盒，并且第一臂将已预对准的第二晶片放至过渡位置124处的工件台122上。然后，承载着第二晶片的工件台122从过渡位置124移动至测量位置126。

在208，图像识别模块对测量位置126处的第二晶片做对准，并且测量模块对测量位置126处的第二晶片进行测量。然后，在测量结束后，承载着第二晶片的工件台122可以从测量位置126移动回过渡位置124。

在209，重复步骤204至208，直至待测量的晶片全部被测量。

在210，第二臂取下测量端(运动平台120上的过渡位置124处)的已测量的晶片，并将晶片放回晶片盒。

从测量方法200的上述步骤中可以看出，每次晶片进入运动平台120上的测量位置126后，都需要进行图像识别以更精确地对准晶片。该图像识别操作占用了测量位置126的时间。如果晶片在进入测量位置126之前完成经由图像识别的对准，则可以节省大量时间。在上述步骤205至207，存在两次晶片交换(分别在预对准位置118和过渡位置124处)。如果可以将这两次晶片交换合并成一次晶片交换，则可以进一步压缩测量时间。此外，由于上述运动平台120仅具有单个工件台122，在工件台122运行到过渡位置124交换晶片时，测量位置126处于空闲状态，这浪费了测量时间。

本公开通过采用多工件台技术、集成的预对准器和预图像识别定位系统，来进一步压缩(并行处理)晶片从晶片盒到测量开始这个阶段的占用时间，进而提高设备的测量效率。

图3示出了经改进的用于测量晶片的设备300的框图。与图1所示的设备100类似，图3所示的设备300包括设备前端模块310和运动平台320。与图1所示的设备前端模块110类似，图3所示的设备前端模块310可以包括机械手116。机械手116可以具有一个或多个臂(未示出)，以将晶片从晶片盒中取出并放至过渡位置(将在下面描述)。晶片盒可以处于设备前端模块310的端口处。仅通过示例的方式，图3示出了三个端口：端口A 111、端口B 112和端口C 113。图3所示的设备前端模块310与与图1所示的设备前端模块110的不同之处在于，设备前端模块310不包括预对准模块和预对准位置。相应地，机械手116的臂可以将晶片从晶片盒直接取至运动平台320。

与图1的运动平台120类似，图3所示的运动平台320用于承载晶片，并且调节晶片的位置。不同于图1的运动平台120仅具有一个工件台122，图3所示的运动平台320可以具有至少两个工件台：第一工件台322和第二工件台342。第一工件台322和第二工件台342分别位于运动平台320上的第一过渡位置324(还被称为第一位置)和第二过渡位置344(还被称为第二位置)处。机械手116的臂可以将从晶片盒取出的晶片放至第一过渡位置324处的第一工件台322或第二过渡位置344处的第二工件台342上。然后，承载着晶片的第一工件台322和第二工件台342可以分别从第一过渡位置324和第二过渡位置344移动至测量位置326(还被称为第三位置)。在运动平台320上的测量位置326处，测量模块(未示出)对晶片进行测量。在测量结束后，第一工件台322和第二工件台342可以将晶片从测量位置326分别输送回第一过渡位置324和第二过渡位置344。

在图3中，预对准模块位于运动平台320处，而不是如图1所示的位于设备前端模块110上。具体而言，第一预对准模块(未示出)可以位于第一过渡位置324处，并且第二预对准模块(未示出)可以位于第二过渡位置344处，以便与运动平台320的旋转轴配合完成晶片的初步对准。如上所述，第一预对准模块和第二预对准模块可以实现晶片的预对准/预定位。此外，不同于图1中的图像识别模块在测量位置126处起作用，在图3中，第一过渡位置324和第二过渡位置344分别具有相应的第一图像识别模块(未示出)和第二图像识别模块(未示出)。因此，可以在完成晶片预对准之后并且在进入测量位置326之前，采用图像识别及定位完成晶片的最终定位要求，从而减少测量位置326处所使用的时间。换言之，在进入测量位置326以测量晶片之前，在第一过渡位置324处，首先利用第一预对准模块预对准晶片，并且然后使用第一图像识别模块进一步对准晶片，以便实现晶片的对准。这同样适用于第二过渡位置344的情况。由于第一预对准模块和第一图像识别模块均位于第一过渡位置324处，它们可以是分立的模块，或者可以被集成在一起。该情况同样适用于第二预对准模块和第二图像识别模块。

由此可见，本公开的实施例具有如下优点。利用特殊的设备前端模块310和运动平台320，可以使一些测量步骤并行处理并且压缩测量时间。具体而言，图3所示的设备300采用双工件台(或多工件台)操作模式，每个工件台在交换片处(即，上述的过渡位置处)均具有独立的预对准模块和图像识别模块，从而将测量前的前序操作分开独立进行。两个(或多个)工件台的运行互不干涉。由此，可以使得一个工件台测量，一个工件台准备，两个工件台并行处理，从而节约工时并且提高效率。此外，通过优化运动轨迹及测量算法，同时提升预对准及图像识别效率，可以使得测量进程和测量前的准备进程耗时相同，从而实现绝对的并行，节约时间。

在一个实施例中，在测量位置326处，提供第三图像识别模块。第三图像识别模块主要用于在晶片测量期间，对准在测量位置326处的晶片。

在一个实施例中，第一预对准模块和第二预对准模块可以均包括激光发生器和激光传感器。激光发生器和激光传感器可以利用晶片上的缺口来实现晶片的对准。在一个实施例中，第一图像识别模块和第二图像识别模块可以通过识别晶片上的图案来实现晶片的对准。可以理解的是，第一和第二图像识别模块的对准精度高于第一和第二预对准模块的对准精度。

在一个实施例中，由于提供了两个工件台，机械手116可以在第一过渡位置324和第二过渡位置344之间(特别地，在X方向上)移动，进而满足分别在两个工件台上片的运动要求。以这种方式，可以使用同一机械手116将从晶片盒取出的晶片分别放至第一过渡位置324和第二过渡位置344，并且将测量完的晶片分别从第一过渡位置324和第二过渡位置344取下并放回晶片盒，从而简化了设备300的构造。

在一个实施例中，运动平台320是四维运动平台。即，运动平台320可以在X、Y、Z和theta轴(还称为T轴)上高速运动，其中X、Y和Z轴表示正交坐标系，而theta轴表示圆周方向。X和Y轴运动可以使工件台在运动平台320的平面中移动。借助于第一图像识别模块和第二图像识别模块，第一工件台322和第二工件台342可以在Z轴上调节晶片的位置，以便获得光在晶片上的准确聚焦。第一工件台322和第二工件台342还可以沿着theta轴自由旋转，以此来协助完成通过预对准模块进行的晶片预对准。

在一个实施例中，测量模块可以包括光学系统，以便通过光学测量来实现对晶片的测量。在一个实施例中，测量模块可以用于测量膜厚或线宽等。此外，图3所示的设备300还可以包括环境控制模块，以用于控制测量环境的温度、湿度和震动等，从而提供稳定的测量条件。

图4示出了使用图3所示的设备的测量方法400的流程图。在410，使用第一预对准模块和第一图像识别模块，在测量第一晶片前，在运动平台上的第一位置处对准第一晶片。在420，使用第二预对准模块和第二图像识别模块，在测量第二晶片前，在运动平台上的第二位置处对准第二晶片。在430，在运动平台上的第二位置处对准第二晶片的同时，使用测量模块，测量处于运动平台上的第三位置处的第一晶片。在440，在测量完第一晶片之后，使用测量模块，在第三位置处测量第二晶片，其中第一位置、第二位置和第三位置彼此不同。

在一个实施例中，方法400还可以包括在第三位置处测量第二晶片的同时：在第一位置处，用第三晶片交换第一晶片；以及使用第一预对准模块和第一图像识别模块，在第一位置处对准第三晶片。

在一个实施例中，运动平台包括第一工件台和第二工件台，方法400还可以包括：在对准第一晶片之后，使用第一工件台，将第一晶片从第一位置输送至第三位置；在第三位置处测量第一晶片之后，使用第一工件台，将第一晶片从第三位置输送至第一位置；在对准第二晶片之后，使用第二工件台，将第二晶片从第二位置输送至第三位置；以及在第三位置处测量第二晶片之后，使用第二工件台，将第二晶片从第三位置输送至第二位置。

更详细地，图4所示的方法400还可以描述如下。机械手116的臂可以从晶片盒取出第一晶片并且将第一晶片放至第一过渡位置324处的第一工件台322上。第一晶片在第一过渡位置324处进行预对准和图像识别、并且在测量位置326处进行测量，与此同时，机械手116的臂可以从晶片盒取出第二晶片并且将第二晶片放至第二过渡位置344处的第二工件台342上，并且对第二过渡位置344处的第二晶片进行预对准和图像识别。然后，测量后的第一晶片由第一工件台322输运回第一过渡位置324以与第三晶片交换，并且在第一过渡位置324处对第三晶片进行预对准和图像识别，与此同时，第二工件台342将第二晶片输运至测量位置326以进行测量。然后，测量后的第二晶片被输运回第二过渡位置344以与第四晶片交换，并且在第二过渡位置344处对第四晶片进行预对准和图像识别，与此同时，第一工件台322将第三晶片输运至测量位置326以进行测量。以此类推，直至测量完成。

从图4所示的方法400可见，由于将预对准功能设置在运动平台320上的第一位置324和第二位置344处，可以省去一次交换片时间。同时，由于将图像识别功能从第三位置(测量位置)326转移至第一位置324和第二位置344处，可以省去每次的测量位置326处的图像识别及矫正时间(该图像识别及矫正时间可以与测量时间并行进行)，所有设备工时均花费在测量上。其他的时间基本被压缩或者并行处理掉，从而显著提高测量效率。依据测算，应用本公开的设备和方法，有希望使得测量效率从当前的200片/小时提升到300片/小时。

在一个实施例中，方法400还可以包括：在测量第一晶片和第二晶片期间，使用第三图像识别模块，在第三位置处对准第一晶片和第二晶片。

在一个实施例中，方法400还可以包括：将从晶片盒取出的第一晶片和第二晶片分别放至第一位置和第二位置；以及将测量完的第一晶片和第二晶片分别从第一位置和第二位置放回晶片盒。

在一个实施例中，运动平台是四维运动平台。

在一个实施例中，第一预对准模块和第二预对准模块均包括激光发生器和激光传感器。激光发生器和激光传感器利用第一晶片和第二晶片上的缺口来实现第一晶片和第二晶片的对准。

在一个实施例中，第一图像识别模块和第二图像识别模块通过识别第一晶片和第二晶片上的图案来实现第一晶片和第二晶片的对准。

在一个实施例中，方法400还可以控制测量环境的温度、湿度和震动。

在一个实施例中，测量模块包括光学系统。

在一个实施例中，方法400可以用于测量晶片的膜厚和线宽。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。