特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统和扫描电镜的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统和特征尺寸测量用扫描电镜。


背景技术：

2.特征尺寸测量用扫描电镜是半导体制造中非常重要的量测工具，具有很高的量测精度，因此对环境要求比较高，为了隔绝外界的振动干扰，整个量测腔体(chamber)需要隔离，且隔离系统需能够调整平衡，确保chamber内晶圆承载台(stage)移动时不会造成chamber倾斜，扫描电镜一般采用气浮平台，气浮平台所用的调节阀(air switch)是机械式，通过chamber的重力压力推动连杆活塞，控制进气口大小，达到调节气量，调整chamber平衡的作用。
3.但是机械的连杆在使用过程中会造成磨损，堵塞。导致连杆的运动迟滞，对chamber的平衡不能做出及时的反馈调整，造成chamber在某个时间段会不水平，如果此时晶圆(wafer)在传送，可能影响晶圆位置精度，严重情况下会造成wafer撞片，因此在维护过程中需要频繁更换调节阀。而且这种调节系统简单地根据机械方式进行调节，不易发现问题并做出预防措施，只有量测腔体触发到极限感应装置时，机台才能发现，不利于设备的维护。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统，能够及时快速地调整量测腔体使其保持平衡，且不需要频繁更换阀门，还能够实现提前预警并做出预防动作。
5.根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统，包括：用于检测晶圆的封闭的量测腔体；监测装置，所述监测装置用于实时监测所述量测腔体的位置；气浮装置，所述气浮装置包括固定气浮垫和多个调整气浮垫，所述固定气浮垫设在所述量测腔体的底部以用于承载所述量测腔体，所述调整气浮垫设在所述量测腔体的底部以用于承载所述量测腔体和调整所述量测腔体的位置，所述调整气浮垫的进气口连接有电磁阀以控制调节进气量；
6.控制装置，所述控制装置分别与所述监测装置和所述气浮装置相连，以根据所述监测装置的监测信息控制所述电磁阀的开关以调节所述调整气浮垫的进气量。
7.根据本发明的一些实施例，所述固定气浮垫和多个所述调整气浮垫沿所述量测腔体的底壁的周向间隔开设置。
8.根据本发明的一些实施例，所述固定气浮垫和多个所述调整气浮垫分别对应设在所述量测腔体的底壁的拐角处。
9.根据本发明的一些实施例，所述调整气浮垫连接有进气管路，所述电磁阀为气体流量调节阀且设在所述进气管路上。
10.根据本发明的一些实施例，每个所述调整气浮垫的进气口分别连接有进气管和调整气管，所述进气管和所述调整气管均与气体源装置连接，所述电磁阀设在所述调整气管上。
11.根据本发明的一些实施例，所述控制装置通过控制所述电磁阀的开关次数以控制所述调整气管的进气量。
12.根据本发明的一些实施例，所述控制装置通过控制所述电磁阀的开关时间来调节所述调整气管的进气量。
13.根据本发明的一些实施例，所述监测装置包括多个位置传感器，多个所述位置传感器分别设在所述量测腔体的不同位置处，所述控制装置根据所述位置传感器的监测信息来控制对应的所述调整气浮垫的电磁阀的开关。
14.根据本发明的一些实施例，所述位置传感器为ccd图像传感器。
15.根据本发明的一些实施例，所述位置传感器为压力传感器，所述压力传感器与所述量测腔体相连以感应所述量测腔体位置移动产生的压力信号，所述控制装置根据所述压力信号控制所述电磁阀。
16.根据本发明的一些实施例，所述位置传感器为激光干涉仪。
17.根据本发明的一些实施例，还包括气浮平台，所述固定气浮垫和多个所述调整气浮垫设在所述气浮平台上。
18.本发明还提出了一种特征尺寸测量用扫描电镜，所述特征尺寸测量用扫描电镜包括上述实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统。
19.根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统和特征尺寸测量用扫描电，通过监测装置能够实时监测量测腔体的位置，通过控制装置能够及时控制调整气浮垫的气量以及时调整量测腔体的平衡，而且通过电磁阀调节调整气浮垫的气量，电磁阀响应速度快、反应灵敏，并可通过控制装置实时控制，能够实现气浮系统自动化控制，提高气浮系统的平衡调节的稳定性和可靠性。控制装置还能够接收记录监测装置的监测信息，通过记录过程数据，实时监控气浮系统的状态，可预测量测腔体的位置，进行提前预警并做出预防动作，也有利于对扫描电镜的维护。
附图说明
20.图1为根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的一个角度的结构示意图；
21.图2根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的调整气浮垫与进气管以及调整气管的连接示意图；
22.图3根据本发明一个实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的另一角度的结构示意图；
23.图4根据本发明另一实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的另一角度的结构示意图；
24.图5根据本发明另一实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的另一角度的结构示意图；
25.图6根据本发明施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统的多个位置传感器的
监测信号和时间的曲线图。
26.附图标记：
27.11：量测腔体，12：监测装置，13：控制装置；
28.21：固定气浮垫，22：调整气浮垫；
29.31：进气管，32：调整气管，33：电磁阀；
30.4：ccd图像传感器，41：电荷耦合元件，42：光线发射装置；
31.5：压力传感器；61：激光干涉仪，62：反光镜。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统作进一步详细说明。
33.下面参见附图描述根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统。
34.如图1所示，根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统可以包括量测腔体11、监测装置12、气浮装置和控制装置13。所述量测腔体11用于检测晶圆且形成为封闭式，由于扫描电镜对半导体器件进行量测时，量测精度高且对环境要求高，为了隔绝外界的振动干扰，整个量测腔体11与外界隔离，以避免对半导体的量测造成干扰，可通过采用气浮装置承载和平衡量测腔体11，以确保量测腔体11内晶圆承载台移动时避免造成量测腔体11倾斜。
35.气浮装置可以包括固定气浮垫21和多个调整气浮垫22，固定气浮垫21和调整气浮垫22均设在量测腔体11的底部以用于承载量测腔体11，其中固定气浮垫21的气量是固定的，多个调整气浮垫22的气量是可调节的，以用于调整量测腔体11的位置来保持量测腔体11的平衡，具体地，调整气浮垫22的进气口连接有电磁阀33以控制调节进气量，通过控制调节调整气浮垫22的进气量可调整支撑的量测腔体11的位置，以使得量测腔体11保持平衡。
36.监测装置12用于实时检测量测腔体11的位置，控制装置13分别与监测装置12和气浮装置相连，以根据监测装置12的监测信息控制电磁阀33的开关以调节调整气浮垫22的进气量。具体地，监测装置12实时监测量测腔体11的位置信息并反馈至控制装置13，当监测装置12检测到量测腔体11发生倾斜而偏离平衡位置时，控制装置13发出指令以控制电磁阀33动作，通过电磁阀33来控制调整气浮垫22的进气量以调节调整气浮垫22支撑量测腔体11的气量，以调整量测腔体11的位置，及时调整量测腔体11的平衡。
37.由此根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统，通过监测装置12能够实时监测量测腔体11的位置，通过控制装置13能够及时控制调整气浮垫22的气量以及时调整量测腔体11的平衡，而且通过电磁阀33调节调整气浮垫22的气量，电磁阀33响应速度快、反应灵敏，并可通过控制装置13实时控制，能够实现气浮系统自动化控制，提高气浮系统的平衡调节的稳定性和可靠性。控制装置13还能够接收记录监测装置12的监测信息，通过记录过程数据，实时监控气浮系统的状态，可预测量测腔体11的位置，进行提前预警并做出预防动作，也有利于对扫描电镜的维护。
38.在本发明的一些实施例中，固定气浮垫21和多个调整气浮垫22可沿量测腔体11的底壁的周向间隔开设置，这样通过固定气浮垫21和多个调整气浮垫22可保持量测腔体11的平衡，多个调整气浮垫22量测腔体11的周向设置，也有利于调整气浮垫22对量测腔体11位
置的调整，避免量测腔体11倾斜。
39.可选地，固定气浮垫21和多个调整气浮垫22分别对应设在量测腔体11的底壁的拐角处，如图1所示，固定气浮垫21设在量测腔体11的底壁的一个拐角处，多个调整气浮垫22分别对应设在量测腔体11的底壁的其它拐角处，由此，通过调整气浮垫22对量测腔体11的拐角位置的调整可调节整个量测腔体11的平衡状态，而且不需要设置更多气浮垫，结构简单且调节方便。
40.在本发明的一些实施例中，调整气浮垫22连接有进气管31路，电磁阀33为气体流量调节阀且设在进气管31路上，通过气浮流量调节阀可进气管31路的气量，进而调节调整气浮垫22的气量，例如，在量测腔体11处于平衡状态时，电磁阀33控制调整气浮垫22和固定气浮垫21的气量一致以使得量测腔体11保持平衡，当量测腔体11偏离平衡位置时，通过调节气体流量阀的流量来控制调整气浮垫22的气量，以使得量测腔体11能够保持平衡。
41.在本发明的一些实施例中，如图2
‑
图5所示，每个调整气浮垫22的进气口分别连接有进气管31和调整气管32，进气管31和调整气管32均与气体源装置连接，电磁阀33设在调整气管32上。具体地，进气管31和调整气管32均用于向调整气浮垫22输送气体，其中进气管31可具有固定气量，例如进气管31的气量可与固定气浮垫21一致，调整气管32的气量可调节，电磁阀33设在调整气管32上以根据量测腔体11的位置信息来调整气量。这样通过进气管31可保证调整气浮垫22的正常进气以支撑量测腔体11，通过调整气管32可根据量测腔体11的平衡状况调节调整气浮垫22的气量，从而调整量测腔体11的平衡。
42.在本发明的一些示例中，控制装置13可通过控制电磁阀33的开关次数以控制调整气管32的进气量，由于电磁阀33可以达到千赫兹开关频率，开关灵敏且反应迅速，通过循环电磁阀33的不断开关，可实现对平衡系统的精确控制，最终将量测腔体11调整到平衡位置。
43.在本发明的另一些示例中，控制装置13可通过控制电磁阀33的开关时间来调节调整气管32的进气量，这样通过电磁阀33打开时间的长短来调节作用时间的长短，而不需要通过进气口的大小来调节，使得气浮系统更加稳定可靠。具体地，控制装置13可根据监测装置12反馈的位置信息以及与平衡位置的偏离程度，给予电磁阀33不同脉冲信号，不同的脉冲信号或者脉冲次数，可控制电磁阀33的打开时间，也能够实现对电磁阀33以及调整气浮垫22的气量的精确控制，提高量测腔体11平衡控制精确度。
44.在本发明的一些实施例中，监测装置12包括多个位置传感器，多个位置传感器分别设在量测腔体11的不同位置处，控制装置13根据位置传感器的监测信息来控制对应的调整气浮垫22的电磁阀33的开关，通过多个位置传感器能够实时检测量测腔体11的不同位置的位置信息，根据多个位置传感器的监测信息可判断量测腔体11是否偏离平衡位置，以及偏离程度和偏离方向，而且根据量测腔体11的不同位置的位置监测结果来调节对应的调整气浮垫22的气量，不仅能够及时调整量测腔体11的位置，而且能够提高平衡调节效果和精确度。可选地，在初始设置时，位置传感器可设有原始平衡点，根据设置好的原始平衡点可判断量测腔体11是否发生偏移以及偏移程度。
45.在本发明的一些具体示例中，如图6所示为三个位置传感器监测量测腔体11的位置信息反馈的信号以及时间的曲线图，曲线a为第一位置传感器的监测信号与时间的曲线图，曲线b为第二位置传感器的监测信号与时间的曲线图，曲线c为第三位置传感器的监测信号与时间的曲线图，其中第一位置传感器的峰值明显高于第二位置传感器和第三位置传
感器，且由增大的趋势，由此可判断第一位置传感器的位置处监测的量测腔体11偏离平衡位置，需要调整，而且根据曲线图也可预测量测腔体11的偏移程度，进行提前预警，并做出预防动作。
46.在本发明的一些示例中，如图3所示，位置传感器可以为ccd图像传感器4，ccd图像传感器4可以包括电荷耦合元件41(ccd)和光线发射装置42，其中电荷耦合元件41可与控制装置13相连，光线发射装置42设在量测腔体11上，电荷耦合元件41可感应光线发射装置42的光线，并将影像转变成数字信号，以向控制装置13输出量测腔体11的位置信息，可选地，光线发射装置42可以为激光器。
47.在本发明的另一些示例中，如图4所示，位置传感器可以为压力传感器5，压力传感器5与量测腔体11相连以感应量测腔体11位置移动产生的压力信号，控制装置13根据压力信号控制电磁阀33，具体地，压力传感器5分别与控制装置13和量测腔体11连接，当量测腔体11位置发生移动时，压力传感器5感应的压力信号发生变化，将量测腔体11的位置信息转化为压力信号，以将量测腔体11的位置信息实时传递至控制装置13，控制装置13根据压力传感器5反馈的压力信号可调节电磁阀33。
48.在本发明的又一些实施例中，位置传感器以为激光干涉仪61，如图5所示，激光干涉仪61与控制装置13相连且设在量测腔体11的下方，量测腔体11的底壁设有反光镜62，通过激光干涉仪61和反光镜62可测量量测腔体11的位置，当量测腔体11移动时，反光镜62发生移动，可判断量测腔体11是否发生偏移以及偏移程度。
49.在本发明的一些实施例中，特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统还包括气浮平台，固定气浮垫21和多个调整气浮垫22设在气浮平台上，气浮平台可形成为支撑架或支撑台以支撑固定多个调整气浮垫22和固定气浮垫21。
50.本发明还提出了一种特征尺寸测量用扫描电镜。
51.根据本发明实施例的特征尺寸测量用扫描电镜包括上述实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统，通过设置上述实施例的特征尺寸测量用扫描电镜的气浮系统，能够及时调整量测腔体11的位置，实现自动化，提高量测装置平衡调节的可靠性和稳定性，避免发生晶圆撞片，提高量测效果，而且能够及时做出预防措施，便于维护，也不需要频繁更换阀门。
52.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。