薄膜电阻自动测量系统及方法与流程

1.本技术涉及集成电路测试技术领域，具体而言，涉及一种薄膜电阻自动测量系统、方法、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.目前半导体工艺的产品集成度越来越高，每个集成电路芯片上都有数千个有源器件，每个晶圆上通常也有数百个集成电路芯片，对每个处理步骤的精度要求也越来越高。为了控制成品的性能质量，节约生产成本，对晶圆薄膜的电阻率及方块电阻的准确测量是必须的。
3.目前国内外对方块电阻的测量用的都是四探针法，该方法具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好的特点。市面上的四探针电阻仪大部分都是手动控制仪，没有实现全自动，在测量时需要手动改变电路连接方式和探针位置，测量速度慢，手动放置的位置精确度低。也有少许自动电阻测量仪，该类电阻仪测量时，测试探针保持静止，晶圆平台按指令旋转至要求的角度和方向，从而实现对晶圆的直径扫描和轮廓扫描。这类仪器基本可以实现对晶圆的检测，但是在对晶圆搬运技术上还存在许多不利方面。被检晶圆手动放置在检测平台上，位置需要人工对准，可能造成偏差影响测量结果；或者由独立的晶圆搬运系统放置在检测平台上，这种系统必须直接放置在测量仪外壳前面或者靠近平台的其他位置，组成部件太多，检测过程中容易互相碰撞干扰。
4.针对相关技术中的四探针电阻仪多是手动控制，存在无法全自动测量、测量速度慢、测量精度的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种薄膜电阻自动测量方法、系统、计算机设备和存储介质，用以解决相关技术中的四探针电阻仪多是手动控制，存在无法全自动测量、测量速度慢、测量精度的问题。
6.为了实现上述目的，本发明实施例的第一方面，提供一种薄膜电阻自动测量系统，包括：
7.晶圆搬运模块，用于控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；
8.晶圆电阻测量模块，用于控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆进行逐点电阻测量。
9.可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述晶圆搬运模块包括：机械臂、真空源、驱动器和运动电机，其中所述运动电机包括水平电机、垂直电机和旋转电机，通过驱动器和三个运动电机，以使机械臂进行垂直平移和旋转；所述机械臂的一端安装晶圆吸附头，另一端与运动电机连接，所述晶圆吸附头通过机械臂与真空源相连，利用晶圆吸附头对所述晶圆进行装载和卸载。
10.可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述晶圆电阻测量模块包括晶圆旋转平台和探针臂单元；其中，所述晶圆旋转平台包括旋转平台和真空部件；所述真空部件内设有旋转接头，所述旋转接头内设有双轴承，用于实现连续转动的同时保证后方气路不随动；所述真空部件直连所述旋转平台，用于晶圆吸附在旋转平台上；所述探针臂单元包括探针臂、探针头、凸轮机构和伺服电机，用于通过伺服电机转动凸轮机构来带动探针臂的升降。
11.本发明实施例的第二方面，提供一种薄膜电阻自动测量方法，包括：
12.控制机械臂将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆旋转平台的特定位置；
13.控制探针臂带动探针从待测量晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上各个点位进行电阻测量。
14.可选地，在第二方面的一种可能实现方式中，所述方法还包括：
15.当测量晶圆上任意点位的电阻时；
16.在第一探针和第三探针中输入第一电流值，测量第二探针和第四探针的第一电压值，根据所述第一电流值和所述第一电压值计算第一电阻值；
17.在第一探针和第四探针中输入第二电流值，测量第二探针和第三探针的第二电压值，根据所述第二电流值和所述第二电压值计算第二电阻值；
18.基于所述第一电阻值和第二电阻值计算目标点位的电阻值。
19.可选地，在第二方面的一种可能实现方式中，所述控制探针臂带动探针从待测量晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上各个点位进行电阻测量，包括：
20.步骤1：将探针头置于第一点位时，控制旋转平台旋转360度，以使探针头测量第一点位范围内所有点位的电阻值，其中第一点位是指晶圆边界上的任意一点；
21.步骤2：当测量完第一点位范围内所有点位的电阻值时，控制探针臂带动探针头从第一点位沿半径方向直线移动单位距离，以使探针头置于第二点位，重复步骤1，测量出第二点位范围内所有点位的电阻值；
22.步骤3：重复步骤1、2，直至探针头移动距离等于晶圆半径为止，测量结束。
23.本发明实施例的第三方面，提供一种薄膜电阻全自动搬运测量方法，包括：
24.参数设置，其中参数包括晶圆尺寸、缺口类型和测量参数；
25.判断是否向晶圆平台装载晶圆，如果是则利用控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；如果否则等待预设时间后再次判断是否向晶圆平台装载晶圆；
26.在将待测晶圆装载至晶圆平台的特定位置后，控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上每个点位进行电阻测量；
27.对待测晶圆上所有点位的电阻值进行存储，并根据其电阻值计算出最终测量结果；
28.在对晶圆上所有点位进行电阻测量后，控制机械臂对晶圆平台上的待测晶圆进行卸载。
29.本发明实施例的第四方面，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。
30.本发明实施例的第五方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现本发明第一方面及第一方面各种可能设计的所述方法的步骤。
31.本发明提供的薄膜电阻自动测量方法、系统、计算机设备和存储介质，通过晶圆搬运模块，用于控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；晶圆电阻测量模块，用于控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆进行逐点电阻测量。本发明能够实现晶圆从搬运到测量的全自动化流程，提高测量效率，节约人力成本。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的薄膜电阻自动测量系统的结构图；
33.图2为自动测量系统结构的示意图；
34.图3为探针臂单元的结构图；
35.图4为探针头的结构图；
36.图5为本发明实施例提供的薄膜电阻自动测量方法的流程图；
37.图6为对晶圆上所有点位进行电阻测量的方法执行示意图。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。
39.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”、“第三”“第四”等(如果存在)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。
40.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
41.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
43.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a
相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
44.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
45.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
46.实施例1：
47.本技术提供一种薄膜电阻自动测量系统，如图1所示其结构图，包括：
48.晶圆搬运模块，用于控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；
49.晶圆电阻测量模块，用于控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆进行逐点电阻测量。
50.在该实施例中，自动测量系统主要分为：人机交互模块、晶圆自动搬运模块和晶圆电阻自动测量模块三个部分，人机交互模块与晶圆搬运模块和晶圆电阻自动测量模块通过串口通讯。具体如图2所示，通过人机交互模块操作人员只需要输入测量参数，提交测量请求后，晶圆电阻自动测量系统可以直接实现对待测晶圆进行装载-测量-卸载(其中，晶圆自动搬运模块负责装载和卸载；晶圆电阻自动测量模块负责对晶圆上各个点位进行电阻测量)，最后人机交互模块负责存储测量数据，以及计算出最终的测量结果。该系统晶圆电阻自动测量系统操作简便，测量精度高，通过紧凑型设计，将各个运动或测量部件合理排布，大大缩小机台的尺寸，提升了空间利用率，能满足更多客户的需求。
51.在一个实施例中，晶圆搬运模块包括：机械臂、真空源、驱动器和运动电机，其中所述运动电机包括水平电机、垂直电机和旋转电机，通过驱动器和三个运动电机，以使机械臂进行垂直平移和旋转；所述机械臂的一端安装晶圆吸附头，另一端与运动电机连接，所述晶圆吸附头通过机械臂与真空源相连，利用晶圆吸附头对所述晶圆进行装载和卸载。
52.在该实施例中，晶圆搬运系统实现晶圆的搬运，装载，卸载功能。包括一个空心机械臂，真空源，驱动器，水平电机，垂直电机，旋转电机。通过驱动器以及三个运动电机实现机械臂的垂直平移和旋转。在机械臂另一端安装晶圆吸附头，吸附头通过机械臂与真空源相连，工作时当晶圆靠近吸附头由于气压差被牢牢吸在机械臂上。移动机械臂就可以将待测晶圆放置到检测平台上，检测结束时再通过机械臂从检测平台卸载晶圆，放回指定位置。
53.在一个实施例中，所述晶圆电阻测量模块包括晶圆旋转平台和探针臂单元；其中，所述晶圆旋转平台包括旋转平台和真空部件；所述真空部件内设有旋转接头，所述旋转接头内设有双轴承，用于实现连续转动的同时保证后方气路不随动；所述真空部件直连所述旋转平台，用于晶圆吸附在旋转平台上；所述探针臂单元包括探针臂、探针头、凸轮机构和伺服电机，用于通过伺服电机转动凸轮机构来带动探针臂的升降。
54.在上述实施例中，晶圆电阻测量模块，主要包括晶圆旋转平台、探针臂单元、电流单元、电压单元、继电器。其中晶圆旋转平台是由一个中空的旋转平台，真空部件构成。平台由伺服电机驱动，可以实现连续旋转和正反转。真空部件内装有旋转接头，旋转接头内含双轴承，可实现连续转动的同时保证后方气路不随动。真空部件直连平台表面，使晶圆稳固吸在平台上，不会因为旋转晃动对测量结果造成影响。
55.具体地，探针臂单元如图3所示，主要包括探针臂、探针(选取的探针为4个等间距直线排列的探针头，如图4所示，四个探针与电流单元和电压单元相连，通过继电器控制电路)、凸轮机构和伺服电机。其中，探针臂中装有行程200mm的丝杠直线模组，由伺服电机驱动，可以满足探针沿12寸晶圆半径(150mm)方向直线移动。测量探针头安装在探针臂的终端，在测量晶圆上每个点位的电阻时需要测量两次，探针接触两次且由于探针需要接触晶圆表面测量，测量结束需要抬起防止晶圆转动时刮伤，所以探针需配备抬起放下的功能，因此本技术选择在探针臂下方安装凸轮机构，通过电机转动凸轮来探针臂及探针的升降，升降幅度10mm。
56.实施例2：
57.本技术提供一种薄膜电阻自动测量方法，如图5所示其流程图，包括：
58.步骤s110，控制机械臂将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆旋转平台的特定位置；
59.在步骤s110中，主要是通过人机交互的方式对测量参数进行设置，在参数设置完毕后，会先判断是否向晶圆平台装载晶圆(其判断标准是晶圆平台的特定位置上是否存在未测量的晶圆)；如果是则利用控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；如果否则等待预设时间后再次判断是否向晶圆平台装载晶圆。
60.步骤s120，控制探针臂带动探针从待测量晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上各个点位进行电阻测量。
61.在一个实施例中，在对晶圆上各个点位进行电阻测量的过程中，还包括如下步骤：
62.当测量晶圆上任意点位的电阻时；
63.在第一探针和第三探针中输入第一电流值，测量第二探针和第四探针的第一电压值，根据所述第一电流值和所述第一电压值计算第一电阻值；
64.在第一探针和第四探针中输入第二电流值，测量第二探针和第三探针的第二电压值，根据所述第二电流值和所述第二电压值计算第二电阻值；
65.基于所述第一电阻值和第二电阻值计算目标点位的电阻值。
66.在该实施例中，在测量晶圆上某一点位的电阻时，先通过电流单元和电压单元读数来确定测量时合适的电流大小以及电压量程，而后进行电阻的测量。本技术选取的探针为4个等间距直线排列的探针头，四个探针与电流单元和电压单元相连，通过继电器控制电路。在探针1和探针3端输入恒定电流i
13
，测探针2探针4端电压v
24
，则探针24之间的电压与探针13之间电流之比，r3＝v
24
/i
13
；而后在探针1探针4端输入恒定电流i
14
，测探针2探针3端电压v
23
，则探针23之间的电压与探针14之间电流之比，r2＝v
23
/i
14
。
67.该测量点位的方块电阻rs可以由式计算得到：
[0068][0069]
在一个实施例中，所述控制探针臂带动探针从待测量晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上各个点位进行电阻测量，包括：
[0070]
步骤1：将探针头置于第一点位时，控制旋转平台旋转360度，以使探针头测量第一点位范围内所有点位的电阻值，其中第一点位是指晶圆边界上的任意一点；
[0071]
步骤2：当测量完第一点位范围内所有点位的电阻值时，控制探针臂带动探针头从
第一点位沿半径方向直线移动单位距离，以使探针头置于第二点位，重复步骤1，测量出第二点位范围内所有点位的电阻值；
[0072]
步骤3：重复步骤1、2，直至探针头移动距离等于晶圆半径为止，测量结束。
[0073]
在该实施例中，对晶圆上所有点位进行电阻测量的具体步骤，可参考图6所示，在晶圆边界任意选择一个点位作为第一点位进行电阻测量，当测量完该点位电阻值时，以该点位为起点，晶圆半径为运动半径向左或者向右做圆周运动，测量该圆周范围内所有点位的电阻值，如图6中的“1”所示；当测量完该圆周范围内所有点位的电阻值时，控制探针臂带动探针头从第一点位沿半径方向直线移动单位距离到达第二点位，如图6中的“2”所示；然后以第二点位为起点，晶圆半径为运动半径向左或者向右做圆周运动，测量该圆周范围内所有点位的电阻值，如图6中的“3”所示，最后重复上述方法直至探针头到达晶圆圆心为止。
[0074]
实施例3：
[0075]
本技术还提供一种薄膜电阻全自动搬运测量方法，包括：
[0076]
参数设置，其中参数包括晶圆尺寸、缺口类型和测量参数(包括单位步长和单位角度)；
[0077]
判断是否向晶圆平台装载晶圆，如果是则利用控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；如果否则等待预设时间后再次判断是否向晶圆平台装载晶圆；
[0078]
在将待测晶圆装载至晶圆平台的特定位置后，控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆上每个点位进行电阻测量；
[0079]
对待测晶圆上所有点位的电阻值进行存储，并根据其电阻值计算出最终测量结果；
[0080]
在对晶圆上所有点位进行电阻测量后，控制机械臂对晶圆平台上的待测晶圆进行卸载。
[0081]
本发明提供的薄膜电阻自动测量系统及方法，通过晶圆搬运模块，用于控制机械臂，将待测量晶圆从晶圆存放处搬运至晶圆平台的特定位置；晶圆电阻测量模块，用于控制探针臂带动探针从晶圆边界处沿半径方向直线移动，对晶圆进行逐点电阻测量。本发明能够实现晶圆从搬运到测量的全自动化流程，提高测量效率，节约人力成本。
[0082]
技术效果：
[0083]
(1)本技术既包含晶圆搬运也包含晶圆检测，解决了晶圆检测时晶圆人为搬运，装卸的问题。大大提高了检测速度，缩短测量时间，节约了人力成本。
[0084]
(2)本技术设计时考虑了装置尺寸，设计时在不影响测量质量与速度的前提下，优先考虑紧凑型设计方案，所以大大缩小了体积，提高了空间利用率，能满足更多用户的需求，尤其是空间有限的用户。
[0085]
(3)本技术中对晶圆单点的电阻测量用的是双电测组合四探针电阻测量方法。该方法区别于传统的四探针测量法具有自动修正边界效应的功能，在测确定尺寸的晶圆时不需要进行修正，且不需要移动探针头，通过不同模式测量就可以计算该测试部位的电阻均匀性。该方法在测量时针尖的横向游移不产生影响，测量精度更高，测量速度更快。
[0086]
其中，可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专
用计算机能够存取的任何可用介质。例如，可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(application specific integrated circuits，asic)中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。可读存储介质可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
[0087]
本发明还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。
[0088]
在上述终端或者服务器的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：digital signal processor，dsp)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0089]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。