一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法和装置与流程

本发明涉及晶圆检测，具体涉及一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法和装置。

背景技术：

1、在集成电路领域，经常需要用探测器做缺陷检测、栅极氧化层的品质检测以及测表面功函数。探测器的探头和晶圆之间的距离需要精确控制来实现所需要的探测精度和探测灵敏度。

2、现实生产测量中，由于晶圆的厚度不同和翘曲度的不同，使得探测器的探头和晶圆的工作距离一直处于变化中，从而使得测试数据是工作距离的函数，不能满足实际的需求。另外设备与设备之间的安装精度和子模块的加工精度导致的差异，也增加了工作距离的不确定性。

3、因此，如何精确控制探测器的探头与晶圆之间的距离，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法和装置，可以精确控制探测器的探头与晶圆之间的距离。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法，包括：

3、在探测器的卡盘放置晶圆前，对所述卡盘施加交流信号，使所述卡盘产生扰动信号，进而在所述探测器的探头处产生耦合电压；

4、调整所述探头与所述卡盘之间的距离，利用探测器的信号采集电路，采集不同距离下的所述耦合电压，获得距离与耦合电压的倒数的关系曲线；

5、在探测器的卡盘放置晶圆后，针对每一个探测点，获取当前状态下的耦合电压，根据当前状态下的耦合电压，利用所述关系曲线，计算出当前状态下探头与所述晶圆之间的距离，以及目标距离所对应的耦合电压的倒数，计算出目标的耦合电压的倒数与当前的耦合电压的倒数的差值；

6、根据所述差值计算出驱动机构的驱动电压的变化量；驱动机构根据所述驱动电压的变化量改变驱动电压，驱动探测器的探头上下移动，使所述探头与晶圆之间的距离为目标值。

7、可选方案中，所述距离与耦合电压的倒数的关系曲线为一斜线，横坐标为距离，纵坐标为耦合电压的倒数；

8、所述驱动电压的变化量为所述差值与所述斜线的斜率的乘积。

9、可选方案中，所述交流信号为正弦波电压信号。

10、本发明还提供了一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，包括：

11、交流信号发生器，用于在探测器的卡盘放置晶圆前，以及在探测器的卡盘放置晶圆后检测开始前，对探测器的卡盘施加交流信号，使所述卡盘产生扰动信号，进而在所述探测器的探头处产生耦合电压；

12、距离传感器，用于在卡盘放置晶圆前，在探头上下移动的过程中，获取探头与卡盘的距离，并转化为电信号输出；

13、信号采集电路，用于在探测器的卡盘放置晶圆前，在所述探头上下移动的过程中，采集不同距离下的所述耦合电压，以及在探测器的卡盘放置晶圆后，测试开始前，采集当前距离下的耦合电压；

14、控制器，用于在探测器的卡盘放置晶圆前，根据所述距离传感器的输出和信号采集电路获取的耦合电压，计算出距离与耦合电压的倒数的关系曲线，以及在检测开始时，根据所述关系曲线、当前的耦合电压、晶圆与探头之间的目标距离，确定驱动机构的驱动电压变化量；

15、所述驱动机构用于在探测器的卡盘放置晶圆前带动所述探测器的探头上下移动，以及在探测器的卡盘放置晶圆后，根据所述控制器的输出，调整所述驱动机构的工作电压，进而使所述驱动机构带动所述探头运动，使所述探头与晶圆之间的距离为目标值。

16、可选方案中，所述驱动机构包括伸缩单元和承载板；

17、所述承载板的一端连接于所述伸缩单元的顶部，所述承载板的另一端用于固定所述探测器的探头；

18、所述伸缩单元能够上下伸缩；所述承载板基于所述伸缩单元的伸缩带动所述探头上下运动。

19、可选方案中，所述装置还包括承载基座，所述承载基座安装在所述探测器的框架上；所述伸缩单元的底部设置在所述承载基座上。

20、可选方案中，所述距离传感器为lvdt，所述lvdt的主体固定在所述探测器的框架上，所述lvdt的活动头设置在所述承载板上，从而在探头上下移动的过程中，检测探头的位移。

21、可选方案中，所述伸缩单元包括音圈电机或者压电换能器。

22、可选方案中，所述装置还包括继电器，所述继电器连接在所述交流信号发生器和所述卡盘之间，用于在需要卡盘产生扰动信号时，使所述交流信号发生器和所述卡盘连通；在进行检测时，使所述卡盘接地。

23、可选方案中，所述距离与耦合电压的倒数的关系曲线为一斜线，横坐标为距离，纵坐标为耦合电压的倒数；

24、在检测开始时，根据当前状态下的耦合电压，利用所述关系曲线，计算出当前状态下探头与所述晶圆之间的距离；根据目标距离所对应的耦合电压的倒数，计算出目标的耦合电压的倒数与当前的耦合电压的倒数的差值；

25、所述驱动电压的变化量为所述差值与所述斜线的斜率的乘积。

26、本发明的有益效果在于：

27、本发明通过在探测器的卡盘放置晶圆前，获得探头和卡盘距离与耦合电压的关系曲线；在探测器的卡盘放置晶圆后，根据关系曲线和当前状态下的耦合电压，计算出目标距离对应的耦合电压与当前的耦合电压的差值，根据差值计算出驱动机构的驱动电压的变化量，驱动机构根据驱动电压的变化量改变驱动电压驱动探测器的探头上下移动，从而实现精确控制晶圆与探头之间的距离。

28、每次测量不同的点位之前都会做一次高度调节，从而避免不同晶圆厚度或同一晶圆的片内翘曲导致的探头和测量点的高度不一致的问题。

技术特征：

1.一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法，其特征在于，所述距离与耦合电压的倒数的关系曲线为一斜线，横坐标为距离，纵坐标为耦合电压的倒数；

3.如权利要求1所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法，其特征在于，所述交流信号为正弦波电压信号。

4.一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述驱动机构包括伸缩单元和承载板；

6.如权利要求5所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述装置还包括承载基座，所述承载基座安装在所述探测器的框架上；所述伸缩单元的底部设置在所述承载基座上。

7.如权利要求6所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述距离传感器为lvdt，所述lvdt的主体固定在所述探测器的框架上，所述lvdt的活动头设置在所述承载板上，从而在探头上下移动的过程中，检测探头的位移。

8.如权利要求5所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述伸缩单元包括音圈电机或者压电换能器。

9.如权利要求5所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述装置还包括继电器，所述继电器连接在所述交流信号发生器和所述卡盘之间，用于在需要卡盘产生扰动信号时，使所述交流信号发生器和所述卡盘连通；在进行检测时，使所述卡盘接地。

10.如权利要求5所述的控制探测器的探头与晶圆之间距离的装置，其特征在于，所述距离与耦合电压的倒数的关系曲线为一斜线，横坐标为距离，纵坐标为耦合电压的倒数；

技术总结本发明提供了一种控制探测器的探头与晶圆之间距离的方法和装置，其中方法包括：在探测器的卡盘放置晶圆前，对卡盘施加交流信号，使卡盘产生扰动信号，进而在探测器的探头处产生耦合电压；调整探头与卡盘之间的距离，利用探测器的信号采集电路，采集不同距离下的耦合电压，获得距离与耦合电压的倒数的关系曲线；在探测器的卡盘放置晶圆后，针对每一个探测点，获取当前状态下的耦合电压，根据当前状态下的耦合电压，利用关系曲线，计算出当前状态下探头与晶圆之间的距离，以及目标距离所对应的耦合电压的倒数，计算出目标的耦合电压的倒数与当前的耦合电压的倒数的差值；根据差值计算出驱动机构的驱动电压的变化量；驱动机构根据驱动电压的变化量改变驱动电压，驱动探测器的探头上下移动，使探头与晶圆之间的距离为目标值。技术研发人员：施朱斌,刘相华,施立春,聂圣国受保护的技术使用者：麦峤里（上海）半导体科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29