本发明涉及半导体生产，尤其涉及一种自动测厚设备、外延层测厚系统及外延层测厚方法。
背景技术：
1、半导体晶圆的制备工艺包含外延环节，即在以晶圆所形成的衬底上形成一层外延层，在获得外延层后还需对外延层的厚度进行测量。目前有一种基于光谱反射分析的外延层测厚方法，该方法基于外延层对测试光线的反射、折射及吸收而实施，通过光谱仪检测并分析外延层所反射的光线以确定外延层厚度。现阶段在实施该方法时需要较多的人工劳动参与，人员不仅要多次频繁地搬运转移晶圆，同时还要进行测量操作和数据分析，并且人工操作会不可避免地带来因操作误差引起的厚度测量误差。
技术实现思路
1、鉴于此，本发明提供一种能够取代人工操作、自动实施完成外延层厚度测量作业的自动测厚设备、外延层测厚系统及外延层测厚方法。
2、本发明提供的自动测厚设备用于测量外延层的厚度，包括上料机构、持晶机构、测量机构及下料机构；上料机构用于上料晶圆；持晶机构包括相对上料机构可活动设置的移载组件、随动地设于移载组件的持取组件；测量机构包括载物组件与控光组件，载物组件包括相对控光组件可活动的载台，控光组件具有供载台到达的反射检测位，还包括导光单元与收集单元；下料机构用于下料晶圆；载台可到达的位置还包括取物位与卸物位，持取组件能够被移载组件带动而依次经过上料机构、取物位、卸物位与下料机构。
3、本发明的自动测厚设备基于光谱反射法量测晶圆的外延层厚度，持晶机构能够代替人工搬运转移晶圆的操作，实现在多个工位之间自动转移待测的晶圆，提高了外延层厚度测量作业的自动化程度、减少了人为操作误差所引入的厚度测量误差，适于对大批量的晶圆外延层进行厚度检测的使用场合，可以减少人工参与并有效降低人工成本。
4、在其中一个实施方式中，导光单元包括导光反射镜，导光反射镜用于将测试光线反射至晶圆。
5、如此设置，导光单元将测试光线传导至晶圆更简便易行。
6、在其中一个实施方式中，移载组件包括多轴机械臂，持取组件设于多轴机械臂的末端。
7、如此设置，多轴机械臂能够控制持取组件产生多种自由度的运动，并且能够精准地控制持取组件的运动幅度、运动速率与运动精度，确保持取组件能够准确地取得晶圆，以及在指定位置准确地卸下晶圆。
8、在其中一个实施方式中，持取组件包括随动地设于移载组件的吸附件，还包括连接吸附件的负压控制件。
9、如此设置，持取组件以产生负压并吸附晶圆的方式持取和搬运晶圆，不会对晶圆表面，特别是对外延层表面造成损伤，以保证晶圆在接受完外延层厚度测试后维持良好的品质。
10、在其中一个实施方式中，载物组件还包括连接载台的第一驱动件及第二驱动件，第一驱动件用于驱动载台沿平行于载台的第一轨迹相对控光组件活动，第二驱动件用于驱动载台沿平行于载台的第二轨迹相对控光组件活动。
11、如此设置，第一驱动件和第二驱动件协同配合使载台产生两个自由度的运动，从而使测试光照射到晶圆外延层表面的入射位置充分地遍布整个晶圆外延层表面，不仅能够提高外延层厚度测量结果的准确性，而且便于判断所测晶圆的外延层表面质量以及厚度均匀性。
12、在其中一个实施方式中，载物组件还包括相连接的移晶座与转晶轴，载台连接转晶轴，第一驱动件连接移晶座并且能够驱动移晶座沿第一轨迹平移，第二驱动件连接转晶轴并且能够驱动转晶轴沿第二轨迹转动。
13、如此设置，第一驱动件与第二驱动件协同配合使载台产生一个平移自由度的移动和一个转动自由度的转动，相比于使载台产生两个平移自由度的移动，本实施方式大大减小了载台活动所需的空间。
14、在其中一个实施方式中，载台包括用于承载晶圆端面的第一承载面，载物组件还包括设于载台的承载部，承载部包括用于承载校准用镜片的镜片承载部及/或用于承载校准用样品的样品承载部。
15、如此设置，载物组件还可以通过镜片承载部承载校准用镜片、通过样品承载部承载校准用样品，在正式测量晶圆外延层厚度前，先利用控光组件将测试光导向校准用镜片，然后利用校准用镜片对测试光线的反射，并且通过收集单元与光谱仪确定背景光谱信息，接着在后续得到的晶圆外延层反射光谱中排除掉背景光谱，即可消除环境因素对外延层厚度测量的干扰；此外，在正式测量晶圆外延层厚度之前，先利用测试光测量校准用样品的厚度，通过校准用样品的实测厚度与校准用样品的标称厚度的比对结果，判断自动测厚设备自身状态是否对测厚结果产生干扰，从而排除自动测厚设备自身状态因素对测厚结果的干扰。
16、在其中一个实施方式中，第一承载面设于载台端部，承载部设于载台的外周侧，当载台到达反射检测位时，第一承载面的中心位于反射检测位，当载台到达取物位时，至少有一个承载部的承载面到达反射检测位。
17、如此设置，在载台到达取物位以便持晶机构向载台运送新的晶圆以启动外延层测厚前，至少有一个校准用镜片反射测试光线，或者至少有一个校准用样品反射测试光线，因此在对新的晶圆进行外延层测厚之前先行完成误差校准，误差校准既可以是剔除背景光谱以排除环境光干扰的校准，也可以判断自动测厚设备的自身状态是否影响外延层测厚结果。
18、在其中一个实施方式中，第一承载面设于载台端部，承载部设于载台的外周侧，当载台到达反射检测位时，第一承载面的中心位于反射检测位，当载台到达卸物位时，至少有一个承载部的承载面到达反射检测位。
19、如此设置，在载台到达卸物位以便持晶机构取走已经接受完外延层厚度测量的晶圆时，至少有一个校准用镜片反射测试光线，或者至少有一个校准用样品反射测试光线，因此在对下一个晶圆进行外延层测厚之前先行完成误差校准，误差校准既可以是剔除背景光谱以排除环境光干扰的校准，也可以判断自动测厚设备的自身状态是否影响外延层测厚结果。
20、在其中一个实施方式中，载物组件包括镜片承载部与样品承载部，镜片承载部与样品承载部均沿载台的周向均布。
21、如此设置，镜片承载部、样品承载部与载台所形成的整体的重心位置与载台本身的重心位置基本保持重合，有助于维持载台及晶圆的位姿精度，避免在进行外延层厚度测量时引入姿态因素误差。
22、在其中一个实施方式中，取物位与卸物位重合形成取放位，载物组件还包括连接载台的第一驱动件与第二驱动件，第一驱动件用于驱使载台绕载台的轴线转动，第二驱动件用于驱使载台的轴线在取放位与反射检测位之间往复移动。
23、如此设置，从载台上卸载已经完成外延层测厚的晶圆和从上料机构向载台运送新的晶圆均能够在载台处于取放位时进行，待载台获得新的晶圆后即可移动至反射检测位以测量新的晶圆的外延层厚度，通过第一驱动件与第二驱动件协同配合地驱动载台活动，使得承载部上的校准用镜片或校准用样品能够在载台向取放位移动的同时转动至反射检测位，实现了对每个晶圆测取外延层厚度前的校准误差，确保每个晶圆的外延层厚度测量结果的准确性。
24、在其中一个实施方式中，自动测厚设备还包括位姿矫正组件与读码器组件，持取组件能够被移载组件带动而依次经过上料机构、位姿矫正组件、取物位、卸物位与下料机构。
25、如此设置，自动测厚设备还进一步集成了晶圆位姿矫正功能与晶圆数据信息录入功能，从而能够代替人工完成对晶圆位姿的矫正和晶圆信息的录入，进一步提高了外延层厚度测量作业的自动化程度。
26、在其中一个实施方式中，自动测厚设备还包括外围组件，外围组件至少包括屏蔽单元，屏蔽单元具有测试空间以容纳上料机构、持晶机构、测量机构与下料机构。
27、如此设置，外围组件为晶圆、上料机构、持晶机构、测量机构以及下料机构提供了清洁的测量环境，屏蔽单元能够屏蔽外部环境对测试空间的影响，在一定程度上维持测试空间内温度、湿度与空气成分的稳定。
28、在其中一个实施方式中，外围组件还包括空气调度单元，空气调度单元用于在测试空间与屏蔽单元外侧之间进行空气调度运输。
29、如此设置，空气调度单元能够根据测量作业时的需要及时进行空气调度运输，从而使测试空间内的温度、湿度与空气成分维持动态平衡。
30、本发明提供的外延层测厚系统包括校准用镜片、校准用样品、光谱仪以及自动测厚设备；载物组件还包括设于载台的镜片承载部与样品承载部，校准用镜片设于镜片承载部，校准用样品设于样品承载部；光谱仪用于分解收集单元所接收的反射光；导光单元能够将测试光线传导至校准用镜片与校准用样品，校准用镜片与校准用样品能够向收集单元反射光线。
31、本发明的外延层测厚系统一方面可以取代人工进行对晶圆外延层厚度的自动化测量，减少了人为操作误差所引入的厚度测量误差，适于对大批量的晶圆外延层进行厚度检测的使用场合；另一方面，本发明的外延层测厚系统还兼容了误差判断与误差校准功能，在正式测量晶圆外延层厚度前，可以凭借校准用镜片对测试光线的反射及折射确定出测试环境的背景光谱，从而可以得到剔除背景光谱的外延层反射光谱，还可以在正式测量晶圆外延层厚度前，利用测试光线测量校准用样品的厚度，并比对校准用样品的实测厚度与校准用样品的标称厚度是否一致，从而判断自动测厚设备自身状态是否会对外延层厚度测量结果产生干扰，因此可以显著提高测厚准确性。
32、本发明提供的外延层测厚方法基于自动测厚设备，载物组件还包括设于载台的承载部，外延层测厚方法包括：
33、s10、初始化载台，包括控制载台运动以使载台到达取物位，并且使承载部到达反射检测位；
34、s20、校准误差，包括通过导光单元向反射检测位传导测试光线、通过收集单元接收反射自反射检测位的光线；
35、s30、在校准误差期间，控制持晶机构从上料机构获取晶圆，并运送晶圆至位于取物位的载台；
36、s40、控制载台运动并通过载台将晶圆运送抵达反射检测位；
37、s50、测外延层厚度，包括通过导光单元向反射检测位传导测试光线、通过收集单元接收反射自反射检测位的光线；
38、s60、卸载晶圆，包括控制载台将晶圆运送至卸物位、控制持晶机构从卸物位获取晶圆并运送晶圆至下料机构；
39、s70、重置测量机构，包括控制载台运动以使载台到达取物位，并且使承载部到达反射检测位。
40、本发明的外延层测厚方法适于对大量晶圆进行外延层厚度测量，在校准误差期间持晶机构并非闲置，而是将晶圆从上料机构运送至载台，缩短了晶圆的外延层厚度测量过程的用时，极大地提高了对大量晶圆进行外延层厚度测量的效率，每个晶圆接收外延层厚度测量前都能够进行校准误差，从而确保每个晶圆的外延层厚度测量结果的准确性。
41、在一些实施方式中，取物位与卸物位重合形成取放位，取放位到反射检测位的距离不小于载台的半径，承载部设于载台外周侧，载物组件还包括连接载台的第一驱动件与第二驱动件；
42、步骤-控制载台运动以使载台到达取物位，并且使承载部到达反射检测位包括：
43、通过第二驱动件驱使载台移动直至载台的轴线到达取放位，并通过第一驱动件驱使载台绕载台的轴线转动直至承载部到达反射检测位；
44、步骤-控制载台将晶圆运送至卸物位包括：
45、通过第二驱动件驱使载台移动直至载台的轴线到达取放位；
46、步骤-控制载台运动并通过载台将晶圆运送抵达反射检测位包括：
47、通过第二驱动件驱使载台移动直至载台的轴线到达反射检测位。
48、如此设置，载台的运动控制逻辑更简单更容易实现，在测量外延层厚度的过程中，只需要载台被控制在取放位和反射检测位之间往复运动，载台处于取放位时可以卸载掉已经完成外延层测厚的晶圆，紧接着可以向载台放置新的晶圆以便对新的晶圆进行外延层测厚，从而进一步提高对大量晶圆进行外延层厚度测量的效率。
49、在一些实施方式中，在持晶机构向下料机构运送晶圆期间，重置测量机构。
50、如此设置，进一步缩短了晶圆的外延层厚度测量的用时，进一步地提高了对大量晶圆进行外延层厚度测量的效率。
1.一种自动测厚设备，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的自动测厚设备，其特征在于，所述导光单元包括导光反射镜，所述导光反射镜用于将测试光线反射至晶圆；及/或，
3.根据权利要求1所述的自动测厚设备，其特征在于，所述载物组件(41)还包括连接所述载台(411)的第一驱动件(412)及第二驱动件(413)，所述第一驱动件(412)用于驱动所述载台(411)沿平行于所述载台(411)的第一轨迹相对所述控光组件(42)活动，所述第二驱动件(413)用于驱动所述载台(411)沿平行于所述载台(411)的第二轨迹相对所述控光组件(42)活动。
4.根据权利要求3所述的自动测厚设备，其特征在于，所述载物组件(41)还包括相连接的移晶座(414)与转晶轴(415)，所述载台(411)连接所述转晶轴(415)，所述第一驱动件(412)连接所述移晶座(414)并且能够驱动所述移晶座(414)沿所述第一轨迹平移，所述第二驱动件(413)连接所述转晶轴(415)并且能够驱动所述转晶轴(415)沿所述第二轨迹转动。
5.根据权利要求1~权利要求4任意一项所述的自动测厚设备，其特征在于，所述载台(411)包括用于承载晶圆端面的第一承载面，所述载物组件(41)还包括设于所述载台(411)的承载部，所述承载部包括用于承载校准用镜片(71)的镜片承载部(416)及/或用于承载校准用样品(72)的样品承载部(417)。
6.根据权利要求5所述的自动测厚设备，其特征在于，所述第一承载面设于所述载台(411)端部，所述承载部设于所述载台(411)外周侧，其中：
7.根据权利要求6所述的自动测厚设备，其特征在于，所述载物组件(41)包括所述镜片承载部(416)与所述样品承载部(417)，所述镜片承载部(416)与所述样品承载部(417)均沿所述载台(411)的周向均布；及/或，
8.根据权利要求1~权利要求4任意一项所述的自动测厚设备，其特征在于，所述自动测厚设备还包括位姿矫正组件(21)与读码器组件(22)，所述持取组件(32)能够被所述移载组件(31)带动而依次经过所述上料机构(10)、所述位姿矫正组件(21)、所述取物位、所述卸物位与所述下料机构(50)。
9.根据权利要求1~权利要求4任意一项所述的自动测厚设备，其特征在于，所述自动测厚设备还包括外围组件(60)，所述外围组件(60)至少包括屏蔽单元(61)，所述屏蔽单元(61)具有测试空间(62)以容纳所述上料机构(10)、所述持晶机构(30)、所述测量机构(40)与所述下料机构(50)。
10.根据权利要求9所述的自动测厚设备，其特征在于，所述外围组件(60)还包括空气调度单元，所述空气调度单元用于在所述测试空间(62)与所述屏蔽单元(61)外侧之间进行空气调度运输。
11.一种外延层测厚系统，其特征在于，包括校准用镜片(71)、校准用样品(72)、光谱仪(73)以及如权利要求1~权利要求10任意一项所述的自动测厚设备；
12.一种外延层测厚方法，基于权利要求1~权利要求10任意一项的自动测厚设备，所述载物组件(41)还包括设于所述载台(411)的承载部；
13.根据权利要求12所述的外延层测厚方法，其特征在于，所述取物位与所述卸物位重合形成取放位，所述取放位到所述反射检测位的距离不小于所述载台(411)的半径，所述承载部设于所述载台(411)外周侧，所述载物组件(41)还包括连接所述载台(411)的第一驱动件(412)与第二驱动件(413)；
14.根据权利要求12所述的外延层测厚方法，其特征在于，在持晶机构(30)向下料机构(50)运送晶圆期间，重置测量机构(40)。
