[發(fā)明專利]熱處理腔、溫度測量裝置與方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010549911.1
• 申請日: 2010-11-15
• 公開（公告）號: CN102263044A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡俊雄;吳啟明;余德偉;詹前泰
• 申請（專利權(quán)）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，尤其涉及一種測量晶片的裸片間(intra-die)溫度的方法及裝置。

背景技術(shù)

眾所周知的，任何溫度在絕對零度(-273.15℃)以上的物體都會發(fā)射電磁波。此定律可由圖1來說明。圖1描述一個理想黑體的輻射強(qiáng)度光譜，其中橫座標(biāo)代表波長(μm)，縱座標(biāo)代表光譜的輻射強(qiáng)度(W_λ(Wcm^-2μm^-1)。由圖1可知，物體的絕對溫度(K)越低，其輻射強(qiáng)度越弱，且主要的輻射光譜分布于較長波長；反之，物體的絕對溫度越高，其輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，主要的輻射光譜分布于較短波長。

由維因定律(Wien’s?Law)可知，物體的輻射和溫度有關(guān)，故借由測量物體輻射強(qiáng)度，可不經(jīng)接觸而測量物體的溫度。輻射可由紅外線檢測器來測量而得。圖2說明操作在液態(tài)氮溫度以上的范圍下，不同紅外線檢測器的敏感度曲線，其橫座標(biāo)代表波長(μm)，縱座標(biāo)代表光譜的敏感度由圖2可知，砷化銦(InAs)、硫化鉛(PbS)以及硒化鉛(PbSe)檢測器，對于波長范圍為4μm以下的光具有較高的敏感度，而MTC(HgCdTe)檢測器對于波長范圍為5μm以上的光具有較高敏感度。

在半導(dǎo)體裝置的制作上，關(guān)于晶片在經(jīng)歷于熱處理腔(thermal?process?chamber)中的熱工藝后，其特性以及溫度變異的測量，對于電路效能和可生產(chǎn)性的判別相當(dāng)重要。熱導(dǎo)入裸片間裝置(thermally-introduced?intra-die?device)的變異來自于工藝的變異，如：不一致的溫度下，可能會影響裝置性能并導(dǎo)致低合格率以及/或裝置失效。此負(fù)面影響，在裸片間裝置尺寸大小超過0.5mm或晶片尺寸超過200mm的時候顯得更為明顯。現(xiàn)今的熱處理腔(thermal?process?chamber)，例如快速熱處理腔(rapid?thermal?processor?chamber，RTP)，在晶片背面下的多個位置使用二個或更多的高溫計，以測量不同位置的晶片溫度變化。高溫計以不接觸物體的方式，經(jīng)由測量由物體發(fā)射的電磁輻射(紅外線或不可見光)的溫度來判斷物體表面溫度。雖然高溫計可以測量整個晶片的溫度，或是測量不同裸片間的溫度變化，目前還沒有方法或裝置可以測量整個裸片的溫度，或是在瞬間退火(spike?anneal)事件的快速反應(yīng)期間內(nèi)測量溫度的變化。

由于以上的原因，以及經(jīng)閱讀以下詳細(xì)的說明后可變地明顯的其他原因，需要發(fā)明一種方法或設(shè)置，可以測量晶片的裸片間或裸片級溫度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種溫度測量裝置，適用于非接觸性測量一待測元件的溫度，包括：一輻射源，發(fā)射一入射輻射至上述待測元件以在一既定時間加熱上述待測元件至一既定溫度范圍，上述入射輻射具有一第一既定輻射范圍；一輻射檢測器，當(dāng)上述待測元件被加熱的時候接收來自上述待測元件的反射輻射，其中上述輻射檢測器用以檢測一第二既定輻射范圍；以及一處理器，耦接于上述輻射檢測器，根據(jù)上述第二既定輻射范圍，產(chǎn)生對應(yīng)于上述待測元件的一校準(zhǔn)溫度信號。

本發(fā)明提供一種熱處理腔，適用于在一快速反應(yīng)時間內(nèi)測量一晶片的一裸片間溫度，包括：一輻射源，發(fā)射一入射輻射至一晶片以在一既定時間加熱上述晶片至一既定溫度范圍，上述入射輻射具有一第一既定輻射范圍；一輻射檢測器，當(dāng)上述晶片被加熱的時候接收來自一裸片區(qū)的反射輻射，其中上述輻射檢測器用以檢測一第二既定輻射范圍；以及一處理器，耦接于上述輻射檢測器，根據(jù)上述第二既定輻射范圍，產(chǎn)生對應(yīng)于上述裸片區(qū)的一校準(zhǔn)溫度信號。

本發(fā)明提供一種溫度測量方法，適用于在一快速反應(yīng)時間內(nèi)測量一晶片的一裸片間溫度，包括：提供一晶片置于一熱處理腔中；輻射照射上述晶片以在一既定時間加熱上述晶片至一既定溫度范圍，上述輻射照射范圍在一第一既定輻射范圍之中；當(dāng)上述晶片被加熱時接收來自一裸片區(qū)的反射輻射，并檢測具有一第二既定輻射范圍的反射輻射；以及經(jīng)由一處理器根據(jù)接收上述具有第二既定輻射范圍的上述反射輻射，決定上述裸片區(qū)的一溫度。

本發(fā)明能以非接觸的方式直接測量待測元件(DUT，device?under?test)的溫度，如熱工藝中的晶片。本發(fā)明的方法及裝置包括將一或多個紅外線檢測器放進(jìn)熱工藝爐中。這一或多個紅外線檢測器借由在一輻射范圍內(nèi)感測晶片的紅外線輻射，以在熱工藝中直接測量裸片或裸片中一個區(qū)域的溫度。

附圖說明

圖1為顯示理想黑體在不同溫度下的光譜輻射強(qiáng)度的分布。

圖2為顯示不同種類檢測器在一溫度范圍內(nèi)的敏感度曲線。