半导体结构的测量装置及测量方法与流程

1.本公开涉及半导体集成电路制造技术领域，特别是涉及一种半导体结构的测量装置及测量方法。


背景技术：

2.随着半导体工业的发展，集成电路线宽不断缩小，集成电路器件结构设计愈加复杂，只有通过严格的工艺控制才能获得功能完整的电路以及能够高速工作的半导体器件。
3.目前，光学关键尺寸(optical critical dimension，简称ocd)测量技术是当前半导体制造工艺中先进工艺控制的一个重要组成部分，其能够对半导体结构待测量面的三维形貌进行测量分析。ocd测量技术的基本工作原理可描述为：(1)根据模型拟合出与半导体结构待测量面的三维形貌相对应的理论光谱；(2)通过ocd测量装置获得半导体结构待测量面的测量光谱；(3)调整模型的参数，使前述拟合出的理论光谱与测量光谱耦合匹配，以获取最佳参数，从而根据最佳参数确定半导体结构待测量面的三维形貌。
4.然而，随着半导体技术的发展，需要测量的半导体结构越来越复杂，使得工艺控制中对测量精准度的要求也越来越高。因此如何提高半导体结构的测量精准度是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种半导体结构的测量装置及测量方法，能够避免重力对半导体结构的待测量面产生影响，从而提高半导体结构三维形貌的测量精准度。
6.本公开一些实施例提供了一种半导体结构的测量装置，该测量装置包括：承载台、夹持机构、以及图像采集系统。夹持机构安装在承载台上，夹持机构包括沿竖直方向设置的夹具。夹具用于夹持半导体结构，并使半导体结构以待测量面朝向旁侧的状态被夹持。图像采集系统设置于夹持机构的旁侧，图像采集系统被配置为从所述旁侧采集半导体结构的三维形貌。
7.在一些实施例中，夹具包括：第一夹持环、第二夹持环以及多个调节柱。其中，第一夹持环沿竖直方向设置。第二夹持环沿竖直方向设置，并与第一夹持环相对。第一夹持环和第二夹持环之间相对的区域形成夹持空间。多个调节柱分别设置于第一夹持环和第二夹持环上，其中，各调节柱分别向夹持空间延伸，以抵接半导体结构的表面。
8.在一些实施例中，多个调节柱包括：多个第一调节柱和多个第二调节柱。多个第一调节柱设置于第一夹持环上。各第一调节柱与第一夹持环的轴心线的连线等分360
°
。多个第二调节柱设置于第二夹持环上。各第二调节柱与第二夹持环的轴心线的连线等分360
°
。
9.在一些实施例中，第二调节柱在第一夹持环上的正投影与第一调节柱相间。
10.在一些实施例中，夹具包括：下夹持部和上夹持部。下夹持部设置于承载台上，用于夹持半导体结构的底部。上夹持部设置于下夹持部的上方，并沿竖直方向与下夹持部相对；上夹持部用于夹持半导体结构的顶部。
11.在一些实施例中，上夹持部和下夹持部上分别设有弧形卡槽。上夹持部上的弧形卡槽与下夹持部上的弧形卡槽相对，且其相对的区域用于容置并卡接半导体结构。其中，上夹持部通过升降机构与承载台连接，升降机构用于驱动上夹持部沿竖直方向移动。
12.在一些实施例中，上夹持部和下夹持部分别包括：沿水平方向相对设置的左吸盘和右吸盘。左吸盘和右吸盘用于吸附半导体结构的两侧表面。
13.在一些实施例中，夹具包括：支撑背板、第一夹持部和第二夹持部。支撑背板沿竖直方向设置。第一夹持部沿水平方向设置于支撑背板的底部。第二夹持部沿水平方向设置于支撑背板的顶部，并与第一夹持部相对。第一夹持部和第二夹持部之间相对的区域形成夹持空间。
14.在一些实施例中，第一夹持部包括：下悬伸板以及设置于下悬伸板上的第一定位槽。第二夹持部包括：上悬伸板以及设置于上悬伸板上的第二定位槽。第一定位槽与第二定位槽相对，第一定位槽与第二定位槽之间相对的区域用于容置并卡接半导体结构。
15.在一些实施例中，夹持机构具有多个运动方向。
16.在一些实施例中，测量装置还包括：垂直度检测装置。垂直度检测装置用于检测半导体结构的背面相对于水平面的垂直度，所述背面为半导体结构的背离待测量面的表面。
17.在一些实施例中，垂直度检测装置设置于夹持机构的另一旁侧。垂直度检测装置包括：基准部、上检测器、下检测器、以及处理器。基准部具有基准平面，基准平面垂直于水平面。上检测器设置于基准部的顶部，用于检测半导体结构的背面至基准平面的第一距离。下检测器设置于基准部的底部，用于检测半导体结构的背面至基准平面的第二距离。处理器用于根据第一距离和第二距离的差值，确定半导体结构的背面相对于水平面的垂直度。
18.在一些实施例中，垂直度检测装置设置于夹持机构上。垂直度检测装置包括：检测光发射器和检测光接收器。检测光发射器设置于夹具的顶部，用于沿竖直方向出射检测光信号。检测光接收器设置于夹具的底部，并与检测光发射器相对。检测光接收器用于接收检测光信号，并根据检测光信号的接收位置确定半导体结构的背面相对于水平面的垂直度。
19.在一些实施例中，图像采集系统包括：光源以及成像光接收器。光源用于出射成像光信号至半导体结构的待测量面。成像光接收器用于接收成像光信号照射至半导体结构的待测量面后形成的反射光信号，并根据反射光信号输出半导体结构的三维形貌。
20.本公开一些实施例还提供了一种半导体结构的测量方法，该测量方法包括的步骤如下所述：将半导体结构夹持在夹持机构的夹具中。夹具沿竖直方向设置，半导体结构的待测量面朝向夹具的旁侧。将图像采集系统设置于夹持机构的旁侧，使半导体结构的待测量面位于图像采集系统的图像采集区域内。通过图像采集系统从所述旁侧采集半导体结构的三维形貌。
21.在一些实施例中，在通过图像采集系统采集半导体结构的三维形貌之前，所述测量方法还包括：利用垂直度检测装置检测半导体结构的背面是否垂直于水平面，所述背面为半导体结构的背离待测量面的表面。如果否，利用夹具调节半导体结构的位置，以使半导体结构的背面垂直于水平面。
22.在本公开实施例提供的测量装置和测量方法中，夹持机构中的夹具沿竖直方向设置，能够使得夹具夹持的半导体结构的待测量面朝向夹具的旁侧，也即能够使得半导体结构沿竖直方向放置。在此基础上，图像采集系统设置于夹持机构的旁侧，图像采集系统能够
从所述旁侧采集半导体结构的三维形貌。由于夹具夹持的半导体结构沿竖直方向放置，可以确保重力作用的方向与半导体结构的放置方向相同，从而避免重力作用对半导体结构的待测量面产生影响。因此，本公开实施例提供的测量装置能够有效减小或消除重力作用对半导体结构三维形貌的影响，以提高半导体结构三维形貌的测量精准度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为半导体结构在正常状态和微形变状态下的结构示意图；
25.图2为一实施例中提供的一种半导体结构的测量装置的结构示意图；
26.图3为一实施例中提供的一种夹持机构的结构示意图；
27.图4为图3所示的一种夹持机构的侧视图；
28.图5为图3所示的一种夹持机构中第一夹持环的结构示意图；
29.图6为图3所示的一种夹持机构中第二夹持环的结构示意图；
30.图7为一实施例中提供的另一种夹持机构的结构示意图；
31.图8为图7所示的一种夹持机构的侧视图；
32.图9为图8所示的夹持机构中一种上夹持部和下夹持部的结构示意图；
33.图10为图7所示的另一种夹持机构中上夹持部和下夹持部的结构示意图；
34.图11为一实施例中提供的一种垂直度检测装置的结构示意图；
35.图12为一实施例中提供的又一种夹持机构的结构示意图；
36.图13为图12所示的一种夹持机构的左侧视图；
37.图14为图12所示的一种夹持机构的右侧视图；
38.图15为一实施例中提供的一种旋转底座的运动方向示意图；
39.图16为一实施例中提供的一种平移机构的运动方向示意图；
40.图17为一实施例中提供的一种半导体结构的测量方法的流程图；
41.图18为一实施例中提供的另一种半导体结构的测量方法的流程图。
42.附图标记说明：
43.100
‑
半导体结构的测量装置，1
‑
承载台，2
‑
夹持机构，20
‑
夹具，201
‑
第一夹持环，
44.202
‑
第二夹持环，203
‑
调节柱，2031
‑
第一调节柱，2032
‑
第二调节柱，204
‑
下夹持部，
45.205
‑
上夹持部，2041和2051
‑
弧形卡槽，2042和2052
‑
左吸盘，2043和2053
‑
右吸盘，
46.206
‑
支撑背板，2061
‑
上背板，2062
‑
下背板，2063
‑
伸缩杆组件，207
‑
第一夹持部，
47.208
‑
第二夹持部，21
‑
平移机构，22
‑
旋转底座，3
‑
半导体结构，4
‑
图像采集系统，
48.41
‑
光源，42
‑
成像光接收器，43
‑
第一光学元件，44
‑
第二光学元件，
[0049]5‑
垂直度检测装置，51
‑
基准部，52
‑
上检测器，53
‑
下检测器，54
‑
处理器，
[0050]
55
‑
检测光发射器，56
‑
检测光接收器，6
‑
升降机构，7
‑
支撑架。
具体实施方式
[0051]
为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
[0052]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0053]
应当明白，当元件被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件时，其可以直接地在其它元件上、与之相邻、连接或耦合到其它元件，或者可以存在居间的元件。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件时，则不存在居间的元件或层。
[0054]
应当明白，尽管可使用术语第一、第二等描述各种元件、部件或区，这些元件、部件或区不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件或区与另一个元件、部件或区。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件或区可表示为第二元件、部件或区。
[0055]
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0056]
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0057]
这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本的范围。
[0058]
随着半导体集成电路制造工业的发展，半导体制作工艺中半导体结构的关键尺寸越来越小，需要控制的器件结构参数也越来越多。基于ocd测量技术具有非接触性、非破坏性、可同时测量多个工艺特征、以及可实现工艺的在线测量等的诸多优势，ocd测量技术被越来越广泛地应用于半导体制造工业中。
[0059]
目前，在采用ocd测量技术进行测量的过程中，针对模型拟合的理论光谱，可以通过例如严格耦合波分析理论(rigorous coupled
‑
wave analysis，简称rcwa)的方法计算获得；针对半导体结构待测量面的测量光谱，可以通过ocd测量装置获得。由于半导体结构待
测量面的三维形貌是根据理论光谱与测量光谱的耦合匹配度最终确定的，因此测量光谱获取的精准度能够决定半导体结构三维形貌的测量精准度。
[0060]
示例的，半导体结构(例如表面制备有多个阵列单元的晶圆)，沿水平方向放置于ocd测量装置的机台上，可供ocd测量装置进行测量。但是，随着半导体结构中阵列单元尺寸的进一步微缩，构成阵列单元的单个特征的尺寸(例如线宽、深宽比等)也在不断降低，使得通过ocd测量装置获得的测量光谱容易包括单个特征的微形变信息，从而导致ocd测量装置的测量精准度被阵列单元中单个特征的微形变所影响。例如，在将半导体结构水平放置于机台上后，半导体结构容易出现中心下沉边缘上翘的翘曲现象，导致阵列单元中的单个特征出现微形变，如图1中所示。图1中的(a)图为半导体结构中单个特征10的正常状态，图1中的(b)图为半导体结构中单个特征10发生微形变后的状态。如此，在使用ocd测量装置从半导体结构的上方进行测量时，半导体结构的翘曲会使得测量光信号的实际光程与理论光程不一致，导致通过ocd测量装置从半导体结构上方测量获得的测量光谱包含了单个特征10的微形变信息。由于单个特征10的微形变信息并非半导体结构本身的信息，这也就导致半导体结构的三维形貌难以被精准测量。
[0061]
基于此，请参阅图2，本公开一个实施例提供了一种半导体结构的测量装置100。该测量装置100能够减小或消除重力作用对半导体结构的影响，以避免造成半导体结构翘曲，进而无法获得精准的ocd图像。该测量装置100包括：承载台1、夹持机构2、以及图像采集系统4。夹持机构2安装在承载台1上，夹持机构2包括沿竖直方向设置的夹具20。夹具20用于夹持半导体结构3，并使半导体结构3以待测量面朝向旁侧的状态被夹持。图像采集系统4设置于夹持机构2的旁侧，图像采集系统4被配置为从所述旁侧采集半导体结构3的三维形貌。
[0062]
此处，夹具20沿竖直方向设置，夹具20或夹持机构2的旁侧为其周向侧，例如可以是夹具20的左侧。半导体结构3的待测量面朝向夹具20的旁侧，代表着半导体结构3沿竖直方向放置。图像采集系统4能够从夹具20的旁侧对半导体结构3的待测量面进行测量。
[0063]
请结合图1和图2理解，在一个示例中，半导体结构3为表面制备有多个沟槽的晶圆，也即半导体结构3中的单个特征10为沟槽。沟槽的深度d1例如为100nm
±
10nm，晶圆的总厚度d2例如为800μm
±
50μm，沟槽的深度d1大约占晶圆总厚度d2的八千分之一。如此，在将晶圆水平放置后，晶圆容易在重力作用下发生翘曲，使得沟槽发生如图1中(b)图所示的微变形。相较于晶圆水平放置后产生的翘曲，本公开实施例在利用夹具20将晶圆竖直夹持后，晶圆的几何中心处、上边缘处、以及下边缘处的受力方向均与晶圆的放置方向相同，晶圆容易稳定在初始状态，以确保沟槽并不会因晶圆重力的作用而发生较为明显的微形变。这样根据图像采集系统4从夹具20旁侧采集的半导体结构3的测量光谱，能够精准的确定半导体结构3中沟槽的尺寸。
[0064]
由上，本公开实施例中，夹持机构2中的夹具20沿竖直方向设置，能够使得夹具20夹持的半导体结构3的待测量面朝向夹具20的旁侧，也即能够使得半导体结构3沿竖直方向放置。这样图像采集系统4设置于夹持机构2的旁侧，图像采集系统4能够从所述旁侧采集半导体结构3的三维形貌。由于夹具20夹持的半导体结构3沿竖直方向放置，可以确保重力作用的方向与半导体结构3的放置方向相同，从而避免重力作用对半导体结构3的待测量面产生影响。因此，本公开实施例提供的测量装置能够有效减小或消除重力作用对半导体结构3三维形貌的影响，以提高半导体结构3三维形貌的测量精准度。
[0065]
本公开实施例中，夹持机构2可以有多种可能的实施方式，以匹配各种结构不同尺寸不同的半导体结构3。
[0066]
在一种可能的实施方式中，请参阅图3～图6，夹具20包括：第一夹持环201、第二夹持环202以及多个调节柱203。其中，第一夹持环201沿竖直方向设置。第二夹持环202沿竖直方向设置，并与第一夹持环201相对。第一夹持环201和第二夹持环202之间相对的区域形成夹持空间，以用于夹持半导体结构3。多个调节柱203分别设置于第一夹持环201和第二夹持环202上，并且各调节柱203分别向夹持空间延伸，以抵接半导体结构3的表面。如此，半导体结构3的待测量面及其背面均能被调节柱203以抵接的方式夹持。
[0067]
上述第一夹持环201和第二夹持环202采用环状结构，其外径和内径可以根据待夹持的半导体结构3的尺寸确定。第一夹持环201和第二夹持环202的轴心线位于同一直线，第一夹持环201和第二夹持环202可以通过固定架安装于承载台1上，也可以通过具有多个运动方向的运动机构设置于承载台1上，以利用该运动机构调节夹持机构2相对于承载台1的位置。
[0068]
上述多个调节柱203可以均匀地设置于第一夹持环201和第二夹持环202上，以确保半导体结构3的受力均匀。并且，多个调节柱203向夹持空间内延伸的长度可以调节，还能够对半导体结构203的位置进行微调，以确保半导体结构3的背面垂直于水平面。
[0069]
在一个示例中，请继续参阅图3～图6，多个调节柱203包括：多个第一调节柱2031和多个第二调节柱2032。多个第一调节柱2031设置于第一夹持环201上。各第一调节柱2031与第一夹持环201的轴心线的连线等分360
°
。多个第二调节柱2032设置于第二夹持环202上。各第二调节柱2032与第二夹持环202的轴心线的连线等分360
°
。可选的，第一调节柱2031和第二调节柱2032的数量大于或等于三，例如等于三。
[0070]
示例的，请参阅图5，第一夹持环201上设置有三个第一调节柱2031，每两个第一调节柱2031与第一夹持环201的轴心线连线的夹角为或大致为120
°
。请参阅图6，第二夹持环202上设置有三个第二调节柱2032，每两个第二调节柱2032与第二夹持环202的轴心线连线的夹角为120
°
。
[0071]
此外，可选的，第二调节柱2032在第一夹持环201上的正投影与第一调节柱2031相间。如此，在第一调节柱2031和第二调节柱2032分别位于半导体结构3两侧的情况下，第一调节柱2031和第二调节柱2032相间设置，可以均匀分散半导体结构3的受力点，以确保半导体结构3的位置平衡稳定。
[0072]
可以理解的是，在一个示例中，请参阅图2，测量装置100还包括：垂直度检测装置5。垂直度检测装置5用于检测半导体结构3的背面相对于水平面的垂直度，所述背面为半导体结构3的背离待测量面的表面。如此，能够及时反馈夹具20对半导体结构3的夹持效果，以在半导体结构3的背面不垂直于水平面的情况下，合理调整夹具20对半导体结构3的夹持位置，以确保半导体结构3的背面垂直于水平面。从而确保重力作用的方向与半导体结构3的放置方向相同，以有效减小或消除重力作用对半导体结构3三维形貌的影响，进而提高半导体结构3三维形貌的测量精准度。
[0073]
可选的，请继续参阅图2，垂直度检测装置5设置于夹持机构2的另一旁侧，例如图像采集系统4位于夹持机构2的左侧，垂直度检测装置5位于夹持机构2的右侧。垂直度检测装置5包括：基准部51、上检测器52、下检测器53、以及处理器54。
[0074]
基准部51具有基准平面，基准平面垂直于水平面。此处，基准部51作为垂直度检测装置5的支撑本体，其结构可以根据实际需求选择设置。基准平面可以为基准部51沿竖直方向的一侧表面，或者为一虚拟的竖直平面。例如，基准平面为基准部51的靠近夹持机构2的竖直表面s
l
。
[0075]
上检测器52设置于基准部51的顶部，用于检测半导体结构3的背面至基准平面的第一距离d1。下检测器53设置于基准部51的底部，用于检测半导体结构3的背面至基准平面的第二距离d2。上检测器52和下检测器53例如为光学距离传感器、红外距离传感器或超声波距离传感器等。
[0076]
处理器54根据第一距离d1和第二距离d2的差值，能够确定半导体结构3的背面相对于水平面的垂直度。处理器54可以集成于基准部51内，也可以独立设置，并与上检测器52和下检测器53信号连接。
[0077]
此外，上检测器52和下检测器53也可以用于检测夹具20相对于基准平面的第一距离和第二距离，以确定夹具20相对于水平面的垂直度，从而间接确定半导体结构3背面相对于水平面的垂直度。本公开实施例对此不做限定。
[0078]
在另一种可能的实施方式中，请参阅图7，夹具20包括：下夹持部204和上夹持部205。下夹持部204设置于承载台1上，用于夹持半导体结构3的底部。上夹持部205设置于下夹持部204的上方，并沿竖直方向与下夹持部204相对；上夹持部205用于夹持半导体结构3的顶部。也即，夹具20采用上下分体的结构，以分别对应夹持半导体结构3的底部和顶部。
[0079]
此处，下夹持部204和上夹持部205的结构可以根据实际需求选择设置。
[0080]
在一个示例中，请参阅图8和图9，上夹持部205和下夹持部204上分别设有弧形卡槽。上夹持部205上的弧形卡槽2051与下夹持部204上的弧形卡槽2041相对，且其相对的区域用于容置并卡接半导体结构3。其中，下夹持部204可以通过固定架安装于承载台1上，也可以通过具有多个运动方向的运动机构设置于承载台1上，以利用运动机构调节下承载部204相对于承载台1的位置。上夹持部205可以通过升降机构6与承载台1连接，升降机构6用于驱动上夹持部205沿竖直方向移动。
[0081]
如此，在利用上述夹具20夹持半导体结构3的过程中，可以先将半导体结构3沿竖直方向卡接于下夹持部204的弧形卡槽2041中，再通过升降机构6调节上夹持部205的位置，以使得半导体结构3的顶部被上夹持部205的弧形卡槽2051所卡接。升降机构6的结构可以根据实际需求选择设置，本公开实施例对此不作限定，以其能驱动上夹持部205沿竖直方向移动为限。
[0082]
需要补充的是，夹持机构2中的夹具20采用了不同结构，相应的垂直度检测装置5也可以采用的其他的实施方式。
[0083]
示例的，请参阅图10，垂直度检测装置5设置于夹持机构2的夹具20上。垂直度检测装置5包括：检测光发射器55和检测光接收器56。检测光发射器55设置于夹具20的顶部，例如设置于上夹持部205上，用于沿竖直方向出射检测光信号。检测光接收器56设置于夹具20的底部，例如设置于下夹持部204上，并与检测光发射器55相对。检测光接收器56用于接收检测光信号，并根据检测光信号的接收位置确定半导体结构3的背面相对于水平面的垂直度。
[0084]
此处，检测光发射器55和检测光接收器56设置于夹具20上，能够对夹具20相对于
水平面的垂直度直接进行检测。基于半导体结构3夹持于夹具20内，例如卡接于上夹持部205上的弧形卡槽2051与下夹持部204上的弧形卡槽2041内，因此通过夹具20相对于水平面的垂直度，可以间接确定半导体结构3背面相对于水平面的垂直度。
[0085]
在另一个示例中，请参阅图11，上夹持部205和下夹持部204分别包括沿水平方向相对设置的左吸盘和右吸盘，左吸盘和右吸盘用于吸附半导体结构3的两侧表面。该两侧表面是指半导体结构3的待测量面和背面。
[0086]
下夹持部204可以通过固定架安装于承载台1上，也可以通过具有多个运动方向的运动机构设置于承载台1上，以利用运动机构调节下承载部204相对于承载台1的位置。上夹持部205可以固定于支撑架7上。支撑架7位于承载台1的上方，可以与承载台1固定连接，或者通过升降机构与承载台7连接，以利用升降机构调节支撑架7相对于承载台1的高度。
[0087]
上夹持部205中的左吸盘2052和右吸盘2053可以采用真空吸盘，左吸盘2052和右吸盘2053设置于支撑架7上，利用其对半导体结构3顶部的吸附能够固定半导体结构3顶部的位置。下夹持部204中的左吸盘2042和右吸盘2043可以采用真空吸盘，左吸盘2042和右吸盘2043设置于承载台1上，利用其对半导体结构3底部的吸附能够固定半导体结构3底部的位置。此处，真空吸盘的结构、真空吸盘在支撑架7或承载台1上的设置方式、以及真空吸盘工作所需的真空设备(图11中未示出)，均可以根据实际需求选择设置，本公开实施例对此不作限定，以能实现真空吸盘对半导体结构3的吸附固定为限。
[0088]
这样在利用该夹具20夹持半导体结构3的过程中，可以先将半导体结构3沿竖直方向放置于下夹持部204的左吸盘2042和右吸盘2043之间、以及上夹持部205的左吸盘2052和右吸盘2053之间。然后，利用下夹持部204的左吸盘2042和右吸盘2043吸附固定半导体结构3的底部，并利用上夹持部205的左吸盘2052和右吸盘2053吸附固定半导体结构3的顶部，以使得半导体结构3的背面垂直于水平面。
[0089]
在又一种可能的实施方式中，请参阅图12和图13，夹具20包括：支撑背板206、第一夹持部207和第二夹持部208。支撑背板206沿竖直方向设置。第一夹持部207沿水平方向设置于支撑背板206的底部。第二夹持部208沿水平方向设置于支撑背板206的顶部，并与第一夹持部207相对。第一夹持部207和第二夹持部208之间相对的区域形成夹持空间。
[0090]
在一个示例中，第一夹持部207包括：下悬伸板以及设置于下悬伸板上的第一定位槽。第二夹持部208包括：上悬伸板以及设置于上悬伸板上的第二定位槽。第一定位槽与第二定位槽相对，第一定位槽与第二定位槽之间相对的区域用于容置并卡接半导体结构3。
[0091]
此处，上悬伸板和下悬伸板可以与支撑背板206固定连接或一体成型。下悬伸板和上悬伸板相对于支撑背板206的悬伸长度可以较小，以使得半导体结构3与支撑背板206之间的间距较小。下悬伸板上的第一定位槽和上悬伸板上的第二定位槽可以为弧形槽或平槽。并且，第一定位槽和第二定位槽的槽深可以在满足其卡接半导体结构3基本需求的基础上设置的尽可能浅。这样在利用该夹具20夹持半导体结构3的过程中，可以先将半导体结构3沿竖直方向卡接于下悬伸板的第一定位槽中，然而再将半导体结构3的顶部卡接于上悬伸板的第二定位槽中。例如，半导体结构3的厚度通常较小，通过使半导体结构3顶部短暂弯曲再恢复原状的方式，可以将半导体结构3的顶部卡接于上悬伸板的第二定位槽中。
[0092]
在上述示例的基础上，可选的，请参阅图14，支撑背板206采用分体结构，支撑背板206包括：沿竖直方向相对设置的上背板2061和下背板2062；上背板2061和下背板2062之间
通过伸缩杆组件2063连接。这样通过调节伸缩杆组件2063的伸缩长度，能够对应调节上背板2061和下背板2062之间的竖直距离，以对应调节其所能夹持的半导体结构3的尺寸范围。
[0093]
上述一些实施例中，夹具20可以通过具有多个运动方向的运动机构设置于承载台1上，以使得夹持机构2具有多个运动方向。
[0094]
在一个示例中，请参阅图15，夹具20可以通过旋转底座22设置于承载台1上。
[0095]
如图15中的(a)所示，旋转底座22能够相对于z轴进行360
°
的旋转，以根据实际需求通过旋转来调节夹具20在承载台1上的朝向，从而确保夹具20夹持的半导体结构3的待测量面朝向或位于图像采集系统4的图像采集区域。
[0096]
可选的，如图15中的(b)所示，旋转底座22还能够沿z轴方向相对于承载台1进行升降，以驱动夹持机构2沿z轴方向相对于承载台1进行升降，从而调节夹持机构2相对于承载台1的高度，即夹持机构2的z坐标。
[0097]
上述旋转底座22的结构可以根据实际需求选择设置，例如采用内部设有升降结构的旋转接头等，本公开实施例对此不做限定。
[0098]
此外，在一个示例中，旋转底座22通过平移机构21设置于承载台1上。
[0099]
请参阅图16，平移机构21能够相对于承载台1进行x方向和y方向至少两个方向的平移运动，以驱动旋转底座22和夹具20相对于承载台1平移，从而调节夹持机构2相对于承载台1的平面位置，即夹持机构2的x坐标和y坐标。
[0100]
上述平移机构21的结构可以根据实际需求选择设置，例如平移机构21采用平移器，或者平移机构21和承载台1集成为电控平移台等，本公开实施例对此不做限定。
[0101]
由上，本公开实施例中，夹持机构2通过平移机构21和旋转底座22的运动机构与承载台1连接，可以利用平移机构21和旋转底座22精准调节夹持机构2的位置，也即调节半导体结构3的位置，以确保半导体结构3的待测量面能够位于图像采集系统4的图像采集区域内。
[0102]
上述一些实施例中，图像采集系统4被配置为从夹具20的旁侧采集半导体结构3的三维形貌，图像采集系统4的结构可以根据实际需求选择设置。
[0103]
示例的，请参阅图2，图像采集系统4包括：光源41以及成像光接收器42。光源41用于出射成像光信号至半导体结构3的待测量面。成像光接收器42用于接收成像光信号照射至半导体结构3的待测量面后形成的反射光信号，并根据反射光信号输出半导体结构3的三维形貌。
[0104]
此处，光源41例如为椭偏光光源、白光光源、红外光源或紫外光源等。光源41出射的成像光信号入射至半导体结构3的入射角例如为：布鲁斯特角，或90
°
角等。但并不仅限于此。
[0105]
可选的，请继续参阅图2，图像采集系统4还包括：设置于光源41和半导体结构3之间的第一光学元件43，以及设置于成像光接收器42和半导体结构3之间的第二光学元件44。其中，第一光学元件43能够对入射至半导体结构3的成像光信号进行光学处理，第二光学元件44能够对成像光接收器42待接收的反射光信号进行光学处理。
[0106]
此处，第一光学元件43和第二光学元件44可以根据实际需求选择设置。例如，光源41为椭偏光光源，第一光学元件43为起偏器，第二光学元件44为检偏器。
[0107]
本公开一个实施例还提供了一种半导体结构的测量方法，请参阅图17，该测量方
法包括的步骤如下所述。
[0108]
s100，将半导体结构夹持在夹持机构的夹具中。夹具沿竖直方向设置，半导体结构的待测量面朝向夹具的旁侧。
[0109]
此处，半导体结构的待测量面朝向夹具的旁侧，代表着半导体结构沿竖直方向放置，以便于后续图像采集系统能够沿水平方向对半导体结构的待测量面进行测量。
[0110]
此外，根据夹具结构的不同，夹具夹持半导体结构的方式也不同。夹具的结构及其对半导体结构的夹持方式，可以参见前述一些实施例中的相关描述，此处不做赘述。
[0111]
s200，将图像采集系统设置于夹持机构的旁侧，使半导体结构的待测量面位于图像采集系统的图像采集区域内。
[0112]
s300，通过图像采集系统采集半导体结构的三维形貌。
[0113]
本公开实施例中，夹具沿竖直方向设置，能够使得夹具夹持的半导体结构的待测量面朝向夹具的旁侧，也即能够使得半导体结构沿竖直方向放置。在此基础上，将图像采集系统设置于夹持机构的旁侧，图像采集系统能够从所述旁侧采集半导体结构的三维形貌。如此，夹具夹持的半导体结构沿竖直方向放置，可以确保重力作用的方向与半导体结构的放置方向相同，从而避免重力作用对半导体结构的待测量面产生影响。进而可以有效减小或消除重力作用对半导体结构三维形貌的影响，以提高半导体结构三维形貌的测量精准度。
[0114]
在一个实施例中，夹持机构具有多个运动方向，例如夹具通过具有多个运动方向的运动机构设置于承载台上。如此，在图像采集系统位置不变的情况下，通过调节夹具的位置，可以使半导体结构的待测量面位于图像采集系统的图像采集区域内。
[0115]
示例的，请参阅图15和图16，夹具20设置于旋转底座22上，旋转底座22通过平移机构21设置于承载台1上。如此，利用平移机构21的平移功能，可以使得夹持有半导体结构3的夹具20在x
‑
y平面内发生移动。利用旋转底座22的旋转功能，可以使得夹持有半导体结构3的夹具20朝向图像采集系统4转动。利用旋转底座22的升降功能，可以使得夹持有半导体结构3的夹具20沿z轴方向进行升降。从而实现半导体结构3三维坐标(x，y，z)的调节。
[0116]
此外，利用夹具20，还可以对半导体结构3的位置进行微调。例如，夹具20的结构如图3中所示，这样通过调节调节柱203延伸至夹持区域内的长度，可以对半导体结构203的位置进行微调，以确保半导体结构3的背面垂直于水平面。
[0117]
在一个实施例中，请参阅图18，在执行s300之前，所述测量方法还包括步骤如下所述。
[0118]
s210，利用垂直度检测装置检测半导体结构的背面是否垂直于水平面，所述背面为半导体结构的背离待测量面的表面。如果是，执行s300。
[0119]
s220，如果否，利用夹具调节半导体结构的位置，以使半导体结构的背面垂直于水平面。返回执行s210。
[0120]
此处，垂直度检测装置的结构不同，其对半导体结构相对于水平面的垂直度的检测方式也不同。
[0121]
可选的，请结合图2和图18理解，图像采集系统4位于夹持机构2的左侧，垂直度检测装置5位于夹持机构2的右侧。垂直度检测装置5包括：基准部51、上检测器52、下检测器53、以及处理器54。如此，利用上检测器52检测半导体结构3的背面至基准平面的第一距离
d1，利用下检测器53检测半导体结构3的背面至基准平面的第二距离d2，可以使得处理器54根据第一距离d1和第二距离d2的差值，确定半导体结构3的背面相对于水平面的垂直度。此外，上检测器52和下检测器53也可以用于检测夹具20相对于基准平面的第一距离和第二距离，以确定夹具20相对于水平面的垂直度，从而间接确定半导体结构3背面相对于水平面的垂直度。本公开实施例对此不做限定。
[0122]
可选的，请结合图10和图18理解，垂直度检测装置5设置于夹持机构2的夹具20上。垂直度检测装置5包括检测光发射器55和检测光接收器56。在检测光发射器55沿竖直方向出射检测光信号后，检测光接收器56能够接收该检测光信号，并根据该检测光信号的接收位置确定半导体结构3的背面相对于水平面的垂直度。
[0123]
本公开实施例中，利用垂直度检测装置检测半导体结构相对于水平面的垂直度，可以及时反馈夹具对半导体结构的夹持效果，以在半导体结构的背面不垂直于水平面的情况下，合理调整夹具对半导体结构的夹持位置，以确保半导体结构的背面垂直于水平面。从而确保重力作用的方向与半导体结构的放置方向相同，以有效减小或消除重力作用对半导体结构三维形貌的影响，进而提高半导体结构三维形貌的测量精准度。
[0124]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0125]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。