晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法

摘要

本申请实施例提供了一种晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法。晶圆几何参数的测量方法中晶圆厚度的测量方法包括：利用气浮卡盘将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离D处,D≥0；利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息，以得到位置传感器读数Vx，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，以得到电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T晶圆，T晶圆为晶圆上第一位置点与第二位置点之间的距离。本申请实施例能够避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆几何参数的测量造成的较大测量误差。

说明书

技术领域

本申请涉及晶圆测量技术领域，具体涉及一种晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法。

背景技术

晶圆的几何参数如晶圆形状、晶圆厚度、晶圆平整度等对晶圆的质量有着至关重要的作用，因此对晶圆的几何参数进行测量是评估晶圆的质量的重要工作。通常采用夹持方式将晶圆垂直固定在测量光路中，或者采用真空吸附的方式将晶圆吸附到卡盘上测量晶圆几何参数。

然而，使用上述测量方法具有一定的缺陷，如在夹持方式中，夹持的力度较大容易使晶圆的原始形状发生变化，且由于夹持工具的清洁度难以保证也容易在晶圆上产生碎屑颗粒或其他污染物，在真空吸附方式中，卡盘的表面本身可能有伪像或痕迹等，因而会对晶圆几何参数的测量造成较大的测量误差。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种晶圆几何参数以及晶圆上掩膜层的厚度的测量方法，从而避免夹持工具或卡盘表面的伪像或痕迹等对晶圆几何参数的测量造成的较大测量误差。

本申请的第一方面提供了一种晶圆厚度的测量方法。该晶圆厚度的测量方法包括：利用气浮卡盘将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离D 处,D≥0；利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息，以得到位置传感器读数Vx，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，以得到电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

在本申请一实施例中，上述根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

在本申请一实施例中，上述确定公式T

在本申请一实施例中，基准预定距离为利用气浮卡盘将第一标准晶圆真空吸到气浮卡盘上时，第一标准晶圆的第二表面与气浮卡盘的顶部表面之间的距离，或者，基准预定距离为利用气浮卡盘将第一标准晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方任意位置时，第一标准晶圆的第二表面与气浮卡盘的顶部表面之间的距离。

本申请的第二方面提供了一种晶圆翘曲度的测量方法。该晶圆翘曲度的测量方法包括：利用至少一个倾斜台多次调整气浮卡盘的倾斜角度以形成多个倾斜后的晶圆且多个倾斜后的晶圆满足干涉仪测量的斜率要求，至少一个倾斜台位于气浮卡盘的下方；根据本申请的第一方面提供的任一项晶圆厚度的测量方法测量多个倾斜后的晶圆上多个位置点处对应的厚度；将多个位置点处对应的厚度结合以形成二维或三维的晶圆的图像；利用二维或三维的晶圆的图像获取晶圆的翘曲度。

本申请的第三方面提供了一种晶圆上掩膜层的厚度的测量方法。该晶圆上掩膜层的厚度的测量方法包括：根据本申请的第一方面提供的任一种晶圆厚度的测量方法测量掩膜前的晶圆的厚度T

在本申请一实施例中，上述根据本申请的第一方面提供的任一种晶圆厚度的测量方法测量掩膜前的晶圆的厚度T

本申请的第四方面提供了一种晶圆厚度的测量方法，该晶圆厚度的测量方法包括：接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数Vx，其中，晶圆悬浮气浮卡盘的顶部表面上方预定距离处，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T 晶

本申请的第五方面提供了一种晶圆厚度的测量装置，该晶圆厚度的测量装置包括：接收模块，用于接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数Vx，其中晶圆放置在气浮卡盘的顶部表面，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面，还用于接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；获取模块，用于根据Vx和 CPn获取晶圆的厚度T

本申请的第六方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令被处理器执行时实现如权利要求9所述的晶圆厚度的测量方法。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用气浮卡盘将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离D处,D≥0；利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息，以得到位置传感器读数Vx，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，以得到电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

附图说明

图1a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量方法的示意图；

图1b示出了一种获取晶圆厚度的方法示意图；

图1c示出了一种确定晶圆厚度采用的公式的方法示意图；

图1d示出了位置传感器的校准的示意图；

图1e示出了位置传感器的校准过程中位置传感器读数Vx与电容传感器读数CPn的关系示意图；

图1f示出了一种位置传感器与电容传感器的相对于晶圆的位置示意图；

图2a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆翘曲度的测量方法的示意图；

图2b示出了处于垂直位置的晶圆在晶圆倾斜时易于发生形变的示意图；

图2c示出了一种用于测量有设计图案的晶圆倾斜平台的示例性的测角架的结构示意图；

图3a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆上掩膜层的厚度的测量方法的示意图；

图3b示出了根据本申请另一实施例提供的一种晶圆上掩膜层的厚度的测量方法的示意图。

图4示出了一种晶圆厚度的测量方法的示意图；

图5示出了根据本申请一实施例提供的晶圆翘曲度的测量方法的示意图；

图6示出了根据本申请一实施例提供的一种双抛光的晶圆平整度的测量方法示意图；

图7a示出了一种基于双菲索干涉仪的设备的结构示意图；

图7b示出了一种基于剪切干涉仪的设备的结构示意图。

图7c示出了一种用于晶圆几何参数测量的架构的结构示意图；

图8a示出了一种气浮卡盘的俯视示意图；

图8b示出了另一种气浮卡盘的俯视示意图；

图8c示出了一种气浮卡盘的压力喷嘴和真空喷嘴连接层的示意图；

图8d示出了一种气浮卡盘的堆叠结构的侧视示意图；

图8e示出了另一种气浮卡盘的堆叠结构的侧视示意图；

图8f示出了图8e中堆叠结构的顶板的顶部表面；

图8g示出了图8e中堆叠结构的顶板的底表面；

图8h示出了图8e中堆叠结构的示例性的分流板的俯视图；

图8i示出了图8e中堆叠结构的示例性的分流板的仰视图；

图8j示出了图8e中堆叠结构的后盖板的俯视图；

图8k示出了图8e中堆叠结构的后盖板的仰视图；

图9a和图9b示出了一种示例性的分流室的结构示意图。

图10a和图10b示出了一种使用图7c所示的架构进行晶圆形状测量的方法示意图；

图11a和图11b示出了一种使用图7c所示的架构进行晶圆平整度TTV 测量的方法示意图；

图12a示出了当晶圆被真空向下吸到真空卡盘上时卡盘痕迹/伪像的示意图；

图12b示出了悬浮在气浮卡盘上方的晶圆的示意图，其中没有卡盘痕迹 /伪像；

图13a-13c示出了一种区分晶圆的表面上的真实特征与卡盘痕迹/伪像的方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中所需要使用的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述的附图仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，基于本申请中的实施例，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相关实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中，“晶圆几何”可以指晶圆形状参数，也可以指局部平整度参数(也可称为局部平坦度参数，例如局部平整度(Site Flatness，SFQR)、小区平整度(Site flatnessBack Ideal Range,SBIR)、全局平整度(global flatness， GBIR))。晶圆平整度也称为总厚度变化(Total Thickness Variation，TTV)，可以指可用于得出SFQR、GBIR和许多其他相关参数的高密度原始数据 (≥4M像素/晶圆)。平整度数据通常与晶圆的正面和背面信息相关联。例如，晶圆形状参数可以从单个表面的高度图得出，单个表面可以是晶圆的正面或背面，也可以是两个表面的中间面(国际半导体产业协会(Semiconductor Equipment andMaterials International，SEMI)定义的晶圆形状)。针对先进的300mm晶圆，正面和背面形状、仅正面或仅背面的中间值之间的差异是非常小的。这是因为晶圆形状是在几微米到几百微米的数量级，而TTV或 GBIR是在几十或几百纳米的数量级。在有设计图案的晶圆几何参数测量设备中，因供应商而异，可以从正面或背面计算晶圆形状。

图1a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量方法的示意图。该晶圆厚度的测量方法可以采用晶圆测量装置进行测量，其中，晶圆测量装置可以包括气浮卡盘、激光器、电容传感器和位置传感器。如图1a 所示，该晶圆厚度的测量方法包括以下步骤。

S110：利用气浮卡盘将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离D 处，D≥0。

应当理解，预定距离D的数值可以为0，也可以为其他数值，只要激光器中的激光可以经晶圆的正面反射后被位置传感器接收到即可，本申请对此不做具体限定。

S120：利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息，以得到位置传感器读数Vx，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面。

S130：利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息，以得到电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面。

应当理解，位置传感器的读数Vx可以使用已知厚度的晶圆即第一标准晶圆进行校准。位置传感器的位置可以与晶圆顶部表面高度相关联。电容传感器可以测量晶圆底部表面的位置。顶部表面的位置和底部表面的位置的组合信息可以用于精确地确定晶圆的厚度。

S140：根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用气浮卡盘将晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离D处，从而使得晶圆晶圆的正面和背面不会被传统的夹持工具所污染。另外，通过利用电容传感器、激光器和位置传感器对晶圆的厚度进行测量，从而使得晶圆厚度的测量结果不受气浮卡盘的顶部表面的伪像或痕迹的影响，提高了测量晶圆厚度的精度和准确性。

图1b示出了一种获取晶圆厚度的方法的示意图。图1b所示实施例中的步骤S141-S142为图1a所示实施例中的步骤S140的一种实现方式。

S141：确定公式T

应当理解，T0、V0、S的数值可以是晶圆测量装置在出厂前经校准后存储的已知数值，也可以是在晶圆测量装置时，采用第一标准晶圆校准后获取的数值，本申请对此不做具体限定。基准预定距离可以大于等于0，例如，基准预定距离可以是利用气浮卡盘提供的吸力将第一标准晶圆吸附在气浮卡盘的顶部表面上时第一标准晶圆与气浮卡盘之间的距离，也可以是直接将第一标准晶圆搁置在气浮卡盘的顶部表面上时第一标准晶圆与气浮卡盘之间的距离；还可以是采用气浮卡盘将第一标准晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上任意距离时第一标准晶圆与气浮卡盘之间的距离，本申请对基准预定距离的数值不做具体限定。

S142：将Vx和CPn代入公式中计算得到晶圆的厚度T

根据本申请实施例提供的技术方案，通过确定公式T

图1c示出了一种确定晶圆厚度采用的公式的方法示意图。图1c所示实施例中的步骤S1411-S1415为图1b所示实施例中的步骤S141的一种实现方式。该确定晶圆厚度采用的公式的方法包括如下步骤。

S1411：利用气浮卡盘将第一标准晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方不同预定距离处。

S1412：利用位置传感器测量第一标准晶圆在不同预定距离处时第一标准晶圆的第一表面上第三位置点的位置信息，以得到位置传感器读数Vx，第一标准晶圆的第一表面为第一标准晶圆远离气浮卡盘的表面。

S1413：利用电容传感器测量第一标准晶圆在不同预定距离处时第一标准晶圆的第二表面上第四位置点的位置信息，以得到电容传感器读数CPn，其中，第一标准晶圆的第二表面为第一标准晶圆靠近气浮卡盘的表面，第四位置点与第三位置点为第一标准晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，不同预定距离包括基准预定距离，第一标准晶圆处于基准预定距离时的基准电容传感器读数为CP0和基准位置传感器读数为V0。

在本申请一实施例中，基准预定距离为利用气浮卡盘将第一标准晶圆真空吸到气浮卡盘上时，第一标准晶圆的第二表面与气浮卡盘的顶部表面之间的距离，或者，基准预定距离为利用气浮卡盘将第一标准晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方任意位置时，第一标准晶圆的第二表面与气浮卡盘的顶部表面之间的距离。

S1414：构建横坐标为Vx，纵坐标为CPn与CP0的差值hx的关系图，以从关系图中的直线确定直线的斜率S。

S1415：根据T0、CP0以及S确定公式T

举例来说，图1d示出了位置传感器的校准的示意图。图1d示出了位置传感器的校准过程中位置传感器读数Vx与电容传感器读数CPn的关系示意图。其中，晶圆测量装置包括电容传感器130、激光器(未示出)、位置传感器140和第一标准晶圆161。图1d中的椭圆形的结构代表激光照射在标准晶圆161的表面上时形成的光斑。

如图1d所示，为了校准位置传感器140，第一标准晶圆161可以在各个位置上下调整。在该示例中，虽然每个晶圆略有不同，但第一标准晶圆 161的厚度T0可以设置为725μm，第一标准晶圆161的厚度T0也可以设置为775μm，还可以为其他厚度值，本申请对此不做具体限定。第一标准晶圆 161的厚度可以由坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)或其他测厚度的工具测量。第一标准晶圆161在位置A0处时为基准预定距离处(也可以称为零悬浮高度)，位置A0可以为通过将第一标准晶圆161真空吸到气浮卡盘上时第一标准晶圆161的位置，也可以为将第一标准晶圆161悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方基准预定距离时第一标准晶圆161的位置，基准预定距离大于等于0，本申请对此不做具体限定。并且第一标准晶圆在位置 A0处时电容传感器读取的基准电容传感器读数为CP0，CP0可以是将CP设置为0。然后可以读取来自位置传感器140的基准位置传感器读数 (V0(±10V))。之后，可以调节真空和压力以使第一标准晶圆161悬浮在位置 A1处，位置A1处电容传感器的读数为CP1，CP1减去CP0等于20μm(或约等于20μm)。同时记录CP1-CP0等于20μm时的位置传感器的读数V1。

接下来，真空和压力可以再次调节直至第一标准晶圆161悬浮在位置 A2处，位置A2处电容传感器的读数为CP2，CP2减去CP0约为30μm。同时记录CP2-CP0约为30μm时位置传感器的读数V2。以上步骤可以重复用于分别在40μm、50μm、60μm等时电容传感器的读数CP3、CP4、CP5等。

接下来，可以计算出Δ(CPn-CP0)，如CP1-CP0,CP2-CP0等.Table 1示出了计算出的示例性的结果。

表1

图1e示出了位置传感器的校准过程中位置传感器读数Vx与电容传感器读数CPn的关系示意图。基于以上数据，可以绘制出hx vs Vx附图，并对 hx vs Vx附图进行线性拟合可以得到斜率Sμm/V(见图1e)。其中，hx为电容传感器读数CPn与基准电容传感器读数CP0的差值，即相对的晶圆表面高度。校准数据包括：1)斜率，Sμm/V；2)晶圆的厚度T0＝725μm；3)基准位置传感器(或PSD)读数：V0；4)基准电容传感器读数：CP0。校准数据可以保存，校准的软件实现方案可以是通过使用以下公式执行：

T

其中，CPn是第一标准晶圆161在一定预定距离或悬浮高度时电容传感器的读数。

CP0可以是当第一标准晶圆161真空吸至气浮卡盘上时电容传感器的读数。

Vx是位置传感器的读数，单位为伏特Volt。

以μm为单位的电容传感器的读数可以根据工厂校准常数C计算得到，其中，C＝Δh/ΔV,μm/volt，以μm为单位的电容传感器的读数CPn＝C*ΔVcp。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用已知厚度为T0的第一标准晶圆，从而能够随时对位置传感器进行校准，避免晶圆测量装置的位置发生偏移或晶圆测量装置上具有灰尘或其他污染物的存在而对CP0和V0的数值造成较大误差，进而提高晶圆厚度测量的精度和准确性。

在一实施例中，公开了一种确定激光器和/或位置传感器所处的最佳角度的方法。图1f示出了一种位置传感器与电容传感器相对于晶圆的位置示意图。图1f中的椭圆形的结构代表激光照射在标准晶圆161的表面上时形成的光斑。参照图1f，为了获得最佳的Z轴分辨率，位置传感器140优选地位于位置传感器的尺寸容许的位置且与第一标准晶圆161之间具有最大角度β处。假若Δh是Z轴分辨率(或z-灵敏度)，则以角度β为主导。

Δh＝ΔL*Cosβ/(2Cosα)

其中，ΔL是位置传感器140可探测到的最小位移，位置传感器140可以是一些市场上可以买得到的传感器，例如传感器的最小位移可以约为 0.75μm。

Δh＝ΔL/M

其中，M＝[Cosβ/(2Cos(α))]^-1。

由于掠射角α的影响，Cos(α)约等于1，α是光源(如激光器(图1f中未示出))与第一标准晶圆161之间的角度，通常设置为10～15°。随着β的增加，基于上述公式可知M也会增加，这意味着位置传感器140的灵敏度也将增加。然而，由于对位置传感器中的检测器上光斑尺寸的潜在放大效应(例如光斑的尺寸不能大于检测器所能检测到的尺寸)，β可能不会太大。也可能存在与位置传感器能够放置在设备中多远距离相关的物理限制。例如，在该掠射角下，传感器表面的激光器的光斑尺寸可以增加1/Sin(90°-β) ＝1/Sin30°。下表2列出了基于不同角度α和β的各种PSD分辨率，单位为 nm。

表2

图2a示出了根据本申请一实施例提供的晶圆翘曲度的测量方法的示意图。晶圆翘曲度的测量方法包括以下步骤。

S210：利用至少一个倾斜台多次调整气浮卡盘的倾斜角度以形成多个倾斜后的晶圆且多个倾斜后的晶圆满足干涉仪测量的斜率要求，至少一个倾斜台位于气浮卡盘的下方。

应当理解，倾斜台可以为倾斜平台，也可以为摆动滑台等，只要能够实现倾斜即可，本申请对此不做具体限定。倾斜台的数量可以为一个、两个甚至更多个即可，本申请对此不做具体限定。倾斜角度可以是1°、5°、10°，甚至80°或其他，本申请对倾斜角度的数值不做具体限定。

S220：根据本申请上述实施例中任一种晶圆厚度的测量方法测量多个倾斜后的晶圆上多个位置点处对应的厚度。

应当理解，位置点的数量可以为10个、20个甚至更多个，只要多个位置点处对应的厚度结合后能够反映出晶圆的翘曲即可，本申请对位置点的数量不做具体限定。多个位置点可以位于晶圆的同一直径上，也可以位于晶圆的不同直径上，本申请对此不做具体限定。S230：结合多个位置点处对应的厚度形成二维或三维的晶圆的图像。

应当理解，当多个位置点处位于晶圆的同一直径上时，多个位置点处对应的厚度可以形成与该直径对应的二维的晶圆的图像，当多个位置点处位于晶圆的不同直径上时，多个位置点处对应的厚度可以形成与三维的晶圆的图像，只要能够反映出晶圆的翘曲即可，本申请对此不做具体限定。

S240：利用二维或三维的晶圆的图像获取晶圆的翘曲度。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用至少一个倾斜台多次调整气浮卡盘的倾斜角度以形成多个倾斜后的晶圆且多个倾斜后的晶圆满足干涉仪测量的斜率要求，从而能够测量晶圆上任意位置点处的厚度，避免晶圆上翘曲较大位置处因被遮挡而忽略，增加了晶圆翘曲度的测量范围，因而有效提高测量晶圆翘曲度的精度和准确性。对于较大翘曲的晶圆，使用本申请的方法中的二维倾斜平台如Z形偏斜台可以用于克服干涉仪的动态范围限制。另外，根据本申请上述实施例中的任一种晶圆厚度的测量方法测量多个倾斜后的晶圆上多个位置点处对应的厚度；结合多个位置点处对应的厚度以形成二维或三维的晶圆的图像；利用二维或三维的晶圆的图像获取晶圆的翘曲度，从而使得晶圆厚度的测量结果不受夹持工具的污染或者气浮卡盘的顶部表面的伪像或痕迹的影响，提高了测量晶圆厚度的精度和准确性。

图2b示出了处于垂直位置的晶圆1’在晶圆倾斜时易于发生形变的示意图。当倾斜时，与处于垂直位置的相同晶圆1’相比，处于水平位置的晶圆1的形状可以更好地保持。如图2b所示，在相同晶圆1’处于垂直位置的情况下，如果晶圆1’不完全垂直，重力可以改变晶圆1’的形状。这是因为当垂直夹持的晶圆1’发生倾斜时，扭矩T施加在晶圆1’上。该扭矩将使晶圆的形状发生改变。这限制了传统的双菲索干涉仪设备的测量精准性。相比之下，如图2b的水平设置所示，本申请的架构将晶圆1支撑在薄的气垫上，即使晶圆1处于较小的倾斜角度(通常小于几分之一度)，这也有助于保持晶圆1的自然形状。

本申请的架构可以用于测量薄晶圆的翘曲，其中，当晶圆在垂直位置倾斜时，晶圆因太薄而无法放置在垂直位置或因太薄而无法保持其形状不变。对于一些的薄晶圆，可能会因太薄而无法在晶圆边缘的两点处形成支撑。在该架构中，晶圆处于水平位置并由气垫支撑。当晶圆倾斜时，给晶圆施加非常小的径向力以保持晶圆的位置。在适当的悬浮高度、真空/气压设置下，可以测量薄晶圆的翘曲。

因此，使用上述方法的晶圆几何参数测量设备和有设计图案的晶圆几何参数测量设备可以具有高精度和吞吐量，但是，与双菲索架构相比，价格仅为其一半。对于诸如200mm、300mm和450mm之类的任何尺寸晶圆的晶圆平整度、纳米形貌和形状的测量设备来说，该方法是一种经济高效和高精度的解决方案。

图2c示出了一种用于测量有设计图案的晶圆倾斜平台的示例性的测角架的结构示意图。示出的步骤包括两个堆叠的测角架200，这两个堆叠的测角架200用于增加晶圆翘曲动态范围和吞吐量。当倾斜晶圆时，可以保持晶圆聚焦。需要注意的是，X、Y平台201、202是以90°相交，而图2c中将 X、Y平台201、202绘制在同一平面上是为了便于说明常见的旋转中心。

图3a示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆上掩膜层的厚度的测量方法的示意图。该晶圆上掩膜层的厚度的测量方法包括以下步骤。

S310：根据本申请的上述实施例中提供的任何一种的晶圆厚度的测量方法测量掩膜前的晶圆的厚度T

S320：利用气浮卡盘提供的吸力调整掩膜后的晶圆的背面以使掩膜后的晶圆的背面与掩膜前的晶圆的背面相匹配，掩膜后的晶圆为在掩膜前的晶圆的表面增加掩膜层后的晶圆。

S330：利用气浮卡盘提供的支撑力调整掩膜后的晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面与掩膜前的晶圆相同的预定距离处。

应当理解，本申请实施例中可以先进行步骤S320，再进行步骤S330，也可以先进行步骤S330，再进行步骤S320，本申请对此不做具体限定。步骤S330中也可以同时利用气浮卡盘提供的吸力和支撑力调整掩膜前的晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面预定距离处，本申请对此不做具体限定。

S340：根据本申请的上述实施例中提供的任何一种晶圆厚度的测量方法测量掩膜后的晶圆的厚度T

S350：通过将T

举例来说，在三维闪存(3D NAND)工艺中，高度不透明的硬掩膜(或薄膜)厚度测量未满足需求，这是因为传统的光学方法不能很好地应用在不透明的薄膜上。晶圆厚度测量的特点可以用于硬掩膜厚度的测量，如对晶圆厚度进行两种测量，一种为“掩膜前”(pre-mask，T

T

T

ΔT＝T

因为在施加掩膜之后晶圆可以急剧地翘曲，所以RTE(即， E_RTE-post-E_RTE_pre)可以明显地影响T

在将掩膜施加到晶圆的表面上之后，由于气浮卡盘产生的吸力可以使晶圆基本平坦，从而掩膜前和掩膜后晶圆形状基本相同，从而使RTE最小化 (即

根据本申请实施例提供的技术方案，通过气浮卡盘可以用于通过迫使掩膜前的晶圆的背面与掩膜后的晶圆的背面相匹配，即掩膜前晶圆背面的形状与掩膜后晶圆背面的形状相当，当薄膜厚度之差通过沉积薄膜后晶圆的厚度减去沉积薄膜前晶圆的厚度计算得到时，光线追踪误差最终将消除或减少。这种方法应用于不透明的硬掩膜层的厚度测量时，能够大大减少或消除干涉仪中由于高翘曲的晶圆导致的光线追踪误差，从而可以提高应用在晶圆上掩膜层的厚度测量的准确性。

图3b示出了根据本申请另一实施例提供的一种晶圆上掩膜层的厚度的测量方法的示意图。图3b所示实施例为图3a所示实施例的一变型例。如图 3b所示，与图3a所示实施例的不同之处在于，该晶圆上掩膜层的厚度的测量方法中，步骤S310之前还包括步骤S360-S370，其中，步骤S321对应于图3a所示实施例中的步骤S320。

S360：利用气浮卡盘提供的吸力调整掩膜前的晶圆的背面以使掩膜前的晶圆的背面与气浮卡盘的顶部表面相匹配，掩膜前的晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面。

S370：利用气浮卡盘提供的支撑力调整掩膜前的晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面预定距离处。

应当理解，本申请实施例中可以先进行步骤S360，再进行步骤S370，也可以先进行步骤S360，再进行步骤S370，本申请对此不做具体限定。步骤S370中也可以同时利用气浮卡盘提供的吸力和支撑力调整掩膜前的晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面预定距离处，本申请对此不做具体限定。

S321：利用气浮卡盘提供的吸力调整掩膜后的晶圆的背面以使掩膜后的晶圆的背面与气浮卡盘的顶部表面相匹配，掩膜后的晶圆为在掩膜前的晶圆的表面增加掩膜层后的晶圆。

根据本申请实施例提供的技术方案，利用气浮卡盘迫使掩膜前和掩膜后的晶圆的背面与气浮卡盘的顶部表面相匹配，利用气浮卡盘的顶部表面作为基准调整掩膜前的晶圆和掩膜后的晶圆，从而更好地控制掩膜前和掩膜后的晶圆的背面形状相同，进而能够大大减少了由于高翘曲的晶圆导致的光线追踪误差，提高应用在晶圆上掩膜层的厚度测量的准确性。

图4示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量方法的示意图。该晶圆厚度的测量方法以由处理器执行为例。如图4所示，该晶圆厚度的测量方法包括如下步骤。

S410：接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数Vx，其中，晶圆放置气浮卡盘的顶部表面，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面。

S420：接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面。

S430：根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

在一实施例中，步骤S430包括：确定公式T

根据本申请实施例提供的技术方案，通过接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数Vx；接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

图5示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量装置的示意图。如图5所示，该晶圆厚度的测量装置500包括接收模块510，用于接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数Vx，其中晶圆悬浮在气浮卡盘的顶部表面上方预定距离处，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面，还用于接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；获取模块520，用于根据Vx和CPn 获取晶圆的厚度T

应当理解，接收模块510与位置传感器和电容传感器通信连接，从而能够接收到位置传感器读数Vx和电容传感器读数CPn。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过利用接收模块接收位置传感器读数Vx和电容传感器读数CPn，利用获取模块根据Vx和CPn获取晶圆的厚度T

图6示出了根据本申请一实施例提供的一种晶圆厚度的测量系统的框图。

参照图6，测量系统600包括处理组件610，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器620所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件610的执行的指令，例如应用程序。存储器620中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件610被配置为执行指令，以执行上述动作授权的方法。

测量系统600还可以包括一个电源组件被配置为执行测量系统600的电源管理，一个有线或无线网络接口被配置为将测量系统600连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口。测量系统600可以操作基于存储在存储器620 的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OSXTM，UnixTM，LinuxTM， FreeBSDTM或类似。

一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由上述测量系统600的处理器执行时，使得上述测量系统600能够执行一种晶圆厚度的测量方法，该方法由代理程序执行，该方法包括：接收通过利用激光器和位置传感器测量晶圆的正面上第一位置点的位置信息得到的位置传感器读数 Vx，其中，晶圆放置气浮卡盘的顶部表面，晶圆的正面为晶圆远离气浮卡盘的表面；接收通过利用电容传感器测量晶圆的背面上第二位置点的位置信息得到的电容传感器读数CPn，第一位置点与第二位置点为晶圆中表征厚度的相对的两个位置点，晶圆的背面为晶圆靠近气浮卡盘的表面；根据Vx和 CPn获取晶圆的厚度T

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory， ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序校验码的介质。

本领域的技术人员可以清楚的了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置、系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

还需要说明的是，本申请实施例中各技术特征的组合方式并不限本申请实施例中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

WGT架构

晶圆几何参数测量设备(Wafer Geometry Tool，简称“WGT”)是一种可用在硅晶圆制造工厂中表征晶圆的平整度、纳米形貌和形状(弓形和翘曲)的量测设备，也可以用于玻璃晶圆厂。通常，在运送给客户之前，每个晶圆都必须由WGT型的设备进行认证。有几种现有的设备可以达到这个目的。例如，基于电容传感器的晶圆几何参数测量设备被广泛用于200mm晶圆工厂中。图7a示出了一种基于双菲索干涉仪的设备的结构示意图，该设备是一种用于测量300mm晶圆的晶圆几何参数的设备。基于干涉仪的晶圆几何参数测量设备在精度和吞吐量上均具有优势。尽管事实上300mm晶圆比200mm晶圆更容易振动，基于干涉仪的晶圆几何参数测量设备的精度比基于电容传感器的设备的精度高出大约一至两个数量级。然而，市场上还没有出现基于干涉仪的200mm晶圆几何参数测量设备。基于电容传感器的晶圆几何参数测量设备设计用于250nm、180nm和130nm节点工艺。电容传感器设备无法满足设计节点小于130nm的精度和吞吐量的需求。

图7b示出了一种基于剪切干涉仪的设备的结构示意图。该剪切干涉仪也可以与本申请中的气浮卡盘共同作用以测量该晶圆的形状和平整度等几何参数。

一方面，本申请涉及一种用于针对诸如200mm晶圆的各种类型晶圆进行晶圆平整度和晶圆形状测量的半导体设备架构，该架构也可以称为晶圆测量装置。相对于基于电容传感器或光学传感器的扫描设备，架构可以具有更好的精度和更高的吞吐量。本申请的架构的实施例也可以用于300mm和 450mm晶圆几何参数测量。除了晶圆几何参数测量设备之外，本申请的架构也可以应用在具有设计图案的晶圆几何形状(Patterned WaferGeometry， PWG)测量中。气浮卡盘在晶圆形状测量的过程中采用气垫支撑晶圆。气浮卡盘的气浮膜或气垫具有很小刚性,该气浮膜或气垫施加较小的力以支撑晶圆，但不会使晶圆变形，这是用于晶圆形状测量的理想情况。

图7c示出了一种用于晶圆几何参数测量的架构的结构示意图，该架构可以执行与双菲索设备相同的测量，但是成本只有双菲索设备的一小部分。在晶圆形状测量方面，该架构与现有双菲索设备相比具有许多优点。如图 7c所示，架构700可以包括单个干涉仪120，该单个干涉仪包括照相机122、中继透镜123、偏振分束器PBSC124、光源125(例如照明灯)、准直仪126 和标准镜121(Transmission Flat，TF)，该单个干涉仪的所有这些部件如图所示。干涉仪的操作众所周知，在此不再详细描述。在该架构中，单个干涉仪设置为用于测量晶圆1的形状。应当理解，标准镜也可以称为测试平台 (Test Flat)、透射平面(Transmission Flat)等。该架构不限定于使用菲索干涉仪，也可以使用其他类型的垂直入射的干涉仪，如基于光栅结构的剪切式干涉仪。

如图7c所示，晶圆可以水平放置在气浮卡盘110的顶部表面产生的气垫上。气浮卡盘110可以包括多个的交替的压力通道和真空通道，用于在气浮卡盘110的顶部表面形成和保持气垫。气浮卡盘110也可以包括Z形偏斜台111，Z形偏斜台111可以使气浮卡盘110偏移和/或倾斜。多个升降销112 可以设置为用于将晶圆从气浮卡盘110的表面升起。

再次参照图7c，为了测量晶圆1的厚度将晶圆1底部的电容传感器130 (嵌入到气浮卡盘110中)与晶圆1顶部的一个或多个光学的位置传感器140(bi-cell或PSD,PositionSensing Diode)以及激光器150的组合并入到架构700中。结合图1d和1e，位置传感器的读数可以使用已知厚度的晶圆 161即第一标准晶圆161进行校准。位置传感器的位置可以与晶圆顶部表面高度相关联。电容传感器130可以测量晶圆底部表面的位置。顶部表面的位置和底部表面的位置的组合信息可以用于精确地确定晶圆1的厚度。在晶圆 1顶部的bi-cell或PSD位置传感器还有一个额外的优点。位置传感器的读数可以直接与晶圆厚度相关联。晶圆上面的位置传感器的读数也可以分辨出在晶圆1和TF 121之间的相对运动/振动。晶圆振动可能是由气浮卡盘/法兰 /支撑机构引起的，而这些并不能被电容传感器130感知到，这是因为电容传感器130与包括晶圆1和气浮卡盘110的单元一起移动。

该干涉仪工具可以用于校准电容传感器和光学(bi-cell or PSD)位置传感器。电容传感器130和光学(bi-cell)位置传感器150都可以感知气浮稳定性，但是只有光学(bi-cell)传感器可以感知卡盘组件的振动。当需要隔离振动源时，光学(bi-cell)传感器是很有用的。

应当理解，图7c所示的用于包括晶圆形状和晶圆厚度变化(又称为晶圆平整度或晶圆平坦度)的晶圆几何测量的架构不限于使用菲索干涉仪，其他干涉仪如剪切干涉仪也可以用于本申请的使用反光的气浮卡盘的架构中。

与双菲索干涉仪架构相比，本申请的架构具有更好的精度、匹配度以及更低的成本。该架构可以使用基于光栅的剪切干涉仪代替菲索干涉仪，且使用气浮卡盘代替三个支撑的升降销，从而提高了剪切干涉仪测量的精准度并通过使晶圆倾斜增加了测量的翘曲动态范围。这可能是用于有设计图案的晶圆几何(Patterned Wafer Geometry，PWG))设备的理想设备结构。

使用气浮卡盘和单个干涉仪的晶圆几何测量的方法具有许多优点。例如，气浮卡盘可以为位于气浮卡盘上的晶圆提供有效的气体阻尼。该气体阻尼的作用不仅使干涉仪测量更精确，而且由于无需昂贵的主动隔振系统和重型的隔声振动器使得成本更低。由于晶圆装载过程的简化，该气体阻尼的作用还节省了架构内部晶圆转移的成本，例如，在单个干涉仪下方水平装载晶圆。与双菲索干涉仪相比，单个干涉仪架构通过去除一个干涉仪和相关的光学器件而节约了成本。同样也不需要双菲索干涉仪架构中所需要的将晶圆从水平方向旋转90°到垂直方向的机构。架构中也不需要双菲索架构中的隔声盒。另外，气垫可以提供气体阻尼性能。整个系统有较少的活动部件，使得该系统较双菲索架构更可靠。晶圆可以直接装载在卡盘上以减少当使用基于双菲索干涉仪的设备时所需的晶圆传送时间。对于300mm或450mm晶圆来说，这种WGT架构设备的优势更大，其中，300mm或450mm晶圆的震动可能是最主要的一种噪音来源，因而很难在平整度测量中达到高精度。对于 300mm或450mm的设备来说，光学元件准直仪、标准镜和折叠镜都很大且昂贵。去除一个干涉仪、一个晶圆垂直装载系统、一个隔声盒以及一个数据采集系统的通道可以大大降低原始设备制造商(original equipment manufacturers，OEMs)及其客户的成本。

气浮卡盘

图7c所示的架构700的实施例可以实现无伪像的测量。在该架构700 中，测试下的晶圆1可以直接从操作者终端执行器装载到测量室。在本申请的另一方面，公开了一种气浮卡盘。下文将参考图8a-8d进一步详细讨论气浮卡盘的结构。

图8a示出了一种气浮卡盘的俯视示意图。如图8a所示，气浮卡盘110 在卡盘表面上具有压力和真空喷嘴阵列，其中交替的压力喷嘴802和真空喷嘴804布置成每个均等间隔的同心喷嘴环。多个压力喷嘴802和多个真空喷嘴可以布满喷嘴部的整个顶部表面，以使晶圆受到的支撑力均衡，进而有利于保持晶圆的原始形状悬浮在卡盘的顶部表面上方。真空吸力和压力支撑力可以保持晶圆悬浮在气浮卡盘110上几微米至数百微米的气垫上。气垫越薄，气流量越大，气浮就越刚硬。在适当的真空和压力流速下，气浮可以是非常刚硬(例如，>1N/μm)。对于约为20μm的气隙，气浮也将具有显著的使晶圆平坦的能力。然而，100μm厚的气浮的刚性可以是低至1N/μm的十分之一，其中，使晶圆形状变形的力非常小。

为了从晶圆的正面测量晶圆平整度或TTV，可以通过气浮卡盘110使晶圆的背面平坦并使其与卡盘表面相匹配。当将气浮间隙设置在适当的高度 (例如15μm至20μm)时，在气浮卡盘110上未检测到伪像。为了测量晶圆的形状，将晶圆悬浮在气浮卡盘110的表面上，气浮间隙设置为约等于 60μm-300μm，其中晶圆由气浮卡盘110产生的气垫支撑，并且由于大间隙下的吸力非常小，晶圆能够保持其原始形状。

为了满足针对晶圆平整度和形状测量的WGT要求，气浮卡盘110可以具有以下特征，如图8a所示。

(1)布置成同心环的轴对称的、交替的压力和真空喷嘴802、804。

(2)喷嘴环中距离圆心最远的喷嘴环的半径比晶圆的半径小。喷嘴如真空喷嘴或压力喷嘴从圆心一直向外延伸至大约气浮卡盘110的半径最后的0-20mm(大于0)处，优选为2-4mm，从而支撑晶圆。举例而言，对于 200mm的卡盘，喷嘴如压力喷嘴802或真空喷嘴804会径向延伸，以使最后一组喷嘴的中心位于在气浮卡盘上直径为199mm、198mm、196mm、 190mm或180mm等的位置。在该实施例中，气浮卡盘110的表面优选大于晶圆的表面，从而使得晶圆悬空时不会超出气浮卡盘110的边缘。

(3)随着半径的增加，优选地，每个喷嘴环增加6个喷嘴，同时喷嘴之间的切线间隔保持恒定。为了实现这一点，使用以下公式N＝6*n。其中， n是同心喷嘴环的第n个，N是每个喷嘴环的喷嘴的数量，其中n＝0是晶圆中心的第一个“喷嘴环”。优选使用数字“6”以实现在径向和切向上喷嘴之间的位移也大致相同。

数字“6”的选择基于以下方法。真空喷嘴804和压力喷嘴802之间在切向上的间隔ΔT在整个气浮卡盘110上可以是相同的。相邻的喷嘴环间隔开恒定的距离ΔR。对于给定的ΔR、ΔT可以使用以下方法计算。

假设每个相邻的喷嘴环，其喷嘴的数量随着半径的增加而以偶整数m 增加(偶整数是因为真空和压力喷嘴成对)：

N＝m*n

其中“N”是每个喷嘴环的喷嘴的数量；

“n”是第n个喷嘴环；每个喷嘴环之间相隔ΔR，第n个喷嘴环的半径为Rn＝n*ΔR。

因为喷嘴的数量成对增加，所以“m”是偶整数(例如2、4、6、8、 10)。

ΔT＝2p*n*ΔR/N＝2p*ΔR/m＝(2p/6)*ΔR

其中，p为圆周率常数π。当m＝6时，基于上述公式，ΔR和ΔT具有几乎相同的值。

(4)WGT 200(用于测量200mm晶圆的晶圆几何参数测量设备)的卡盘平整度优选为小于或等于1.5μm。WGT 300(用于测量300mm晶圆的晶圆几何参数测量设备)优选为小于或等于2μm。

(5)卡盘表面需要满足镜面抛光的卡盘表面>N4(按照ISO标准)的标准。

(6)气浮卡盘110的直径优选地比晶圆的直径大10mm。气浮卡盘的大于晶圆的区域由于测量期间其未被晶圆阻挡而可以用于在晶圆测量期间进行校准。

(7)3个晶圆夹具808，2个固定件(相隔90°，用于固定任意两个晶圆夹具808)，一个晶圆中心的驱动夹具。晶圆1上的力可以调节(例如 0.05lb-1lb)。

(8)4个升降销112，可以以平稳的方式将晶圆从气浮卡盘110的顶部表面提升一定距离，以方便晶圆从卡盘上取出。

图8b示出了另一种气浮卡盘110的俯视示意图。气浮卡盘110上的真空喷嘴和压力喷嘴如图所示以ΔR、ΔT布置。其中，ΔR＝11.0mm，Δ T＝9.0mm。由于ΔR与ΔT之差仅为2mm，由此可以认为ΔR与ΔT大致上相同。

图8c示出了一种气浮卡盘的压力喷嘴802和真空喷嘴804的连接层的示意图。图8c提供了气浮卡盘110的堆叠层的俯视图。堆叠层包括真空分流层832、压力分流层833和顶部的卡盘层834。真空分流层832包括真空通道835，真空分流层832将所有真空通道835和真空供应连接。压力分流层833包括压力通道836，压力分流层833将所有压力通道836和压力供应连接。顶部的卡盘层834包括多个通孔，多个通孔用以将真空分流层832中的真空通道835连接到顶部的卡盘层834的顶部表面上的真空喷嘴。顶部的卡盘层834还包括附加通孔，附加通孔用以将压力分流层833中的压力通道 836连接到顶部的卡盘层834的顶部表面上的压力喷嘴。真空和压力的通孔以与图8a和8b所示的真空和压力喷嘴布置相对应的交替方式布置。

图8d示出了一种气浮卡盘110的堆叠结构的侧视示意图。该气浮卡盘110包括顶部的卡盘层834’、真空分流层832’和压力分流层933’。交替的通孔840、842分别将真空通道835’和压力通道836’连接到气浮卡盘110的顶部表面上的真空喷嘴和压力喷嘴。如图8d所示的气浮卡盘的侧视图，交替的真空喷嘴和压力喷嘴之间的间隔ΔT可以基本相同。

图8e示出了另一种气浮卡盘110的堆叠结构的侧视示意图。在该实施例中，该堆叠结构可以包括顶板890、后盖板892和夹在顶板890和后盖板 892之间的分流板894。顶板890可以由铝、陶瓷、玻璃或微晶硅等组成，顶板890的优选厚度范围为10-60mm。类似于图8d的实施例，在顶板890 中交替设置的通孔880、882分别提供压力支撑力和真空吸力，以保持晶圆悬浮(图8d中未示出)在气垫上。通孔880、882的直径可以为1.25-1.5mm。

分流板894的顶部表面和底部表面可各自具有一个或多个凹槽，真空通道896和压力通道898可分别位于上述凹槽中。在图8e所示的示例中，分流板894的顶部表面上的凹槽可嵌入真空通道896，该真空通道896通过通孔880将堆叠结构的顶板890上的真空喷嘴连接至堆叠结构的底板上的真空出口897。类似地，分流板894的底表面上的凹槽可嵌入压力通道898，压力通道898通过通孔882将堆叠结构的顶板890上的压力喷嘴连接至堆叠结构的底板上的压力出口899。分流板的顶部表面和底部表面上的凹槽可以分别根据真空通道和压力通道的结构进行设置，可以为几毫米宽和几毫米深，优选为宽2mm和深2mm。

图8f示出了图8e中堆叠结构的顶板890的顶部表面890f。顶部表面包括具有等距或不等距交替的压力和真空喷嘴(或孔)802、804，例如5-25mm 的径向和切向间隔，优选为8-12mm。真空喷嘴804的直径可以为几毫米，例如1.5mm。压力喷嘴802的直径可以为几毫米，例如1.25mm。真空喷嘴 804和压力喷嘴802都可以具有倒角。

图8g示出了图8e中堆叠结构的顶板的底部表面890g，示出了压力喷嘴和真空喷嘴802’、804’的相同图案。底部表面1g也可包括用于将堆叠结构的板紧固在一起并密封真空和压力通道的M3.5或M4螺纹孔812。或者，可以使用胶水将板固定在一起，这可以提高顶部表面的平整度。如果使用胶水，则板上无需有任何M3.5或M4或任何其他螺纹孔。

图8h示出了图8e中堆叠结构的分流板894的俯视图。来自顶板(图 8h中未示出)的所有真空喷嘴连接到分流板894的顶部表面894A中相应的真空孔820。相比之下，来自顶板(图8h中未示出)的所有压力喷嘴连接到分流板894中相应的压力孔822，形成从顶板向下穿过分流板894的直孔 (如图8e所示)，从而将顶板上的压力喷嘴连接到嵌入到分流板894底部凹槽上的压力通道(如图8i所示)。在一实施例中，在分流板894的顶部表面上的真空通道820A可以呈图8h所示的图案。通道与顶板上的真空喷嘴对齐，并通过沿着分流板894的边缘的外部圆形通道824连接。图8h还示出了用于将堆叠结构的板固定在一起的M3.5或M4螺纹孔812’。

图8i示出了图8e中堆叠结构的示例性的分流板894的仰视图。在该实施例中，压力通道/凹槽830可以呈内环形图案(“压力供应环”)，压力通道/凹槽830连接穿过分流板894的压力孔。由于压力供应环的横截面增大，因此压力供应环的阻力较小。图8i的仰视图还示出了在图8h的俯视图中可见的M3.5或M4螺纹孔812”。尽管仰视图也示出了叠加的真空通道820A’，但是应当理解，这仅出于说明的目的，如图8h所示，实际的真空通道820A’位于分流板894的顶部表面上的凹槽中。

图8j示出了图8e中堆叠结构的后盖板892的俯视图。图8k示出了图 8e中堆叠结构的后盖板892的仰视图。如图8i所示，后盖板892的顶部表面可以被抛光以密封嵌入有压力凹槽的分流板分流的底表面。在该实施例中，存在三个开口1j，三个开口1j用于将压力通道从分流板892的底部表面连接至压力配件(图8j中未示出)。此外，还有三个其他开口2j，开口 2j用于将真空通道从分流板的顶部表面连接到真空配件(图8j中未显示)。在图8k中的后盖板892的仰视图上也示出了相同的压力和真空开口1j’、 2j’。图8j所示的后盖板892的俯视图和图8k所示的后盖板892的仰视图还示出了M3.5或M4螺纹孔812”’，M3.5或M4螺纹孔812”’用于将后盖板与堆叠结构中的其他板紧固。

尽管图8e-8k示出了气浮卡盘的堆叠结构，该堆叠结构具有压力通道和真空通道，压力通道和真空通道分别位于分流层的底部表面和顶部表面上的凹槽中，但是应当理解，这些通道也可以被嵌入在其他层的凹槽中。例如，真空通道可以位于在顶板的底层上的凹槽中，而压力通道可以位于在后盖板的顶层上的凹槽中。此外，应当理解，在其他实施例中，可以互换真空通道和压力通道的布置。在各种实施例中，可以包括不同数量的真空和/或压力喷嘴。可以根据喷嘴的数量和位置调整真空和压力通道的路径。在堆叠结构底部的真空配件和压力配件的数量不限，例如可以是3个或更多个。

图9a和9b示出了一种示例性的分流室900的结构示意图。该分流室 900用于将压力喷嘴与真空喷嘴分离开来。如图9a和9b，分流室900包括压力分流室904和真空分流室902，所有的真空喷嘴与真空分流室902连接，所有的压力喷嘴直接穿过真空分流室902到达位于真空分流室下方的压力分流室904。计算机流体动力学(Computational fluiddynamics，CFD)模拟显示这种分流室大大地提高了真空喷嘴和压力喷嘴的均匀性。分流室可以提供均匀的气体量，最大程度的优化增加的通道尺寸。另外，腔室高度可以调整成使孔口流量变化最小的高度。

用于支撑晶圆的气垫也具有气体阻尼作用，这有效地隔离了地面振动和声振，同时去除或减少了隔声盒和主动隔振系统的需求。

形状测量方法

图10a和图10b示出了一种使用图7c所示的架构进行形状测量的方法示意图。参考图10a，为了测量形状，首先，将参考TF 1002(TF-ref)放置在气浮卡盘110的表面以校准设备中的TF 121。Cal＝S

参考图10b，在下一步中，晶圆1放置在气浮卡盘110的顶部表面上。为了测量晶圆形状，晶圆1悬浮在较大的气隙(例如，60μm-1500μm，优选为60μm-300μm)处。气浮卡盘的如此设计和操作方式使压力能够平衡重力，并使高压气体作用在晶圆上的压力是垂直向上的，以晶圆中心为轴心的轴对称的均匀支撑力。在较大的气隙下，晶圆气垫提供轴对称的，不受卡盘平整度影响的支撑力，以保持其自然的形状。SWFR＝(S

接下来，获得Cal与晶圆表面测量的差值以计算晶圆形状：

晶圆形状＝Cal–SWFR＝(S

由于参考TF平整度较高，因而S

TTV测量方法

以下参考图11a、11b详细提供了使用图7c所示的架构700测量晶圆平整度的示例性方法。

图11a和11b示出了一种使用图7c所示的架构进行晶圆平整度TTV测量的方法示意图。首先，参照图11a，测量由TF 121和反光的气浮卡盘110 形成的光学空腔。换言之，标准镜TF 121和气浮卡盘110的相对表面之间的距离变化。TF 121可能因重力在中间下垂。如图11a和11b所示，气浮卡盘110的表面可能不是完全平坦的。这些缺陷需要进行校准以便于使晶圆的平整度测量精准。空腔的校准是测量空腔的厚度的变化。从数学上来讲，空腔的厚度的变化是指标准镜表面S

参考图11b，校准之后，晶圆1放置在气浮卡盘110的表面。为了测量晶圆1的平整度，晶圆在距离气浮卡盘110的顶部较小气隙(例如0μm-50 μm，优选为5μm-30μm)处悬浮，较小气隙由气浮卡盘110产生。在这些较小气隙处，气浮卡盘设计具有可以使晶圆的背面变平或使晶圆的背面S

干涉仪测量可以测量晶圆1和标准镜之间的距离：ΔS

接下来，可以通过测量空腔与晶圆表面之间的差(ΔS

区分晶圆表面真实特征和卡盘痕迹/伪像的方法

图7c所示的架构700的实施例可以实现无伪像的测量。在该架构700 中，晶圆1可以直接从操作者终端执行器装载到测量室。

图7c所示的WGT架构700的实施例利用一个垂直安装的菲索干涉仪进行平整度测量和晶圆形状测量。然而，在实际中，对晶圆平整度测量和晶圆形状测量的方法具有许多挑战。气浮卡盘本身可能不平坦，并且在气浮卡盘的表面上可能有伪像，例如晶粒。当晶圆被真空吸到气浮卡盘上时，伪像可能出现在晶圆的顶部表面上。例如，图12a示出了当晶圆被真空向下吸到真空卡盘上时卡盘痕迹/伪像的示意图。如图12a所示，大晶粒1202可能在气浮卡盘110的顶侧的晶圆1上显示为凸起。根据本申请另一个实施例，这些类型的伪像可以通过使用本文实施例中的方法来校准。图12b示出了悬浮在气浮卡盘110’上方的晶圆1’的示意图，其中晶圆1’上看不到卡盘痕迹/伪像。

图13a-13c示出了一种区分晶圆1的表面上的真实特征1304与卡盘痕迹/伪像1306的方法的示意图。图13a示出了在S1表面上测量晶圆的几何参数的示意图，其中在干涉仪测量中真实特征1304与卡盘痕迹/伪像1306 混在一起。图13b示出了在S2表面上测量晶圆的几何参数的示意图，其中 S2表面为将卡盘从进行S1表面测量的原始位置旋转180°后的卡盘表面。当卡盘痕迹/伪像1306随卡盘110旋转180°时，真实特征1304停留在相同的位置。因此，通过将晶圆1放置在旋转180°后的卡盘表面S2上(如图13b 所示)，并将晶圆1处于180°的表面S2与处于0°的表面S1(如图13a所示) 的测量结果进行比较，可以识别出晶圆的真实特征1304(在旋转之前和之后在晶圆坐标系中保持在相同位置的那些特征)。相反，当晶圆1旋转180°时，在晶圆1的坐标系上卡盘痕迹/伪像1306的位置偏离180°。

图13c提供了S1和S2差异图，图中显示卡盘伪像为成对的1316、1320。如果这些卡盘伪像不在卡盘上四处移动，则可以对这些卡盘伪像进行校准。如果卡盘干净并且卡盘伪像被隔离，这些卡盘伪像还具有特殊特征，即可以通过算法将其去除。当有限的伪像在卡盘和/或晶圆背面上时，可以使用晶圆或卡盘的旋转方法将伪像区分出来并消除。

尽管已经参考附图充分描述了本申请的实施例，但是应当注意，对于本领域技术人员，各种改变和修改会变得显而易见。这样的改变和修改应被理解为包括在由所附权利要求限定的本申请的实施例的范围内。