[發(fā)明專利]一種晶圓溫度的原位無(wú)線檢測(cè)裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210578846.8
• 申請(qǐng)日: 2022-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114964542A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 遲冬祥;曾仲濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州瑤琨著矽電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01K7/22
• 分類號(hào): G01K7/22;G01K7/02;G01K1/143
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種晶圓溫度的原位無(wú)線檢測(cè)裝置,在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為三層結(jié)構(gòu)：上晶圓、原位無(wú)線檢測(cè)電路、下晶圓。檢測(cè)電路采用柔性電路板工藝，上、下晶圓與檢測(cè)電路板之間的空隙灌入填充材料并進(jìn)行平整，對(duì)上下晶圓邊緣進(jìn)行絕緣材料封邊，使得中間層的柔性電路板與腔體環(huán)境絕緣。無(wú)線檢測(cè)電路包括：溫度傳感模塊、信號(hào)選通模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊、無(wú)線充電模塊、時(shí)鐘模塊以及電池模組。本發(fā)明涉及的原位無(wú)線檢測(cè)裝置能夠經(jīng)過(guò)與正常晶圓加工相同的工藝步驟，在工藝過(guò)程中精確測(cè)量并記錄反應(yīng)腔體內(nèi)晶圓表面的溫度變化，是半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)和集成電路制造過(guò)程中重要的系統(tǒng)標(biāo)定工具與參數(shù)優(yōu)化的輔助工具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓溫度的原位無(wú)線檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)

集成電路制造過(guò)程中,器件特征尺寸越小，對(duì)工藝過(guò)程中溫度的控制精度要求越高。晶圓片上溫度的輕微偏離，或者工藝設(shè)備腔體內(nèi)高于1％的溫度不均勻性都可能影響硅器件內(nèi)摻雜的濃度分布或者溝道閾值電壓的變動(dòng)，從而直接影響最終成品芯片的良率。為實(shí)現(xiàn)溫度與溫度場(chǎng)分布的高精度控制,絕大部分的工藝環(huán)節(jié)(如PECVD、勻膠顯影，光刻，蝕刻，光刻膠灰化，離子注入，清洗)都需要對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行精確的溫度分布檢測(cè)與實(shí)時(shí)獲取。集成電路制造中的晶圓溫度原位檢測(cè)技術(shù)由此發(fā)展而來(lái)。晶圓原位傳感(In-situwafer sensor)技術(shù)是指檢測(cè)裝置經(jīng)過(guò)與晶圓加工相同的工藝步驟，在反應(yīng)腔體中獲得過(guò)程中具體物理量的精確測(cè)量，是半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)和集成電路制造過(guò)程中不可或缺系統(tǒng)標(biāo)定工具與參數(shù)優(yōu)化的重要輔助工具。目前，現(xiàn)有專利所述的晶圓測(cè)溫裝置均為有線裝置，即晶圓上的溫度傳感器必須接引線與外界相連。但是絕大多數(shù)半導(dǎo)體制造的工藝設(shè)備為密閉腔體，引線端需要對(duì)工藝腔室做特殊處理，帶來(lái)了實(shí)際操作難度。同時(shí)由于引線的存在，腔體無(wú)法做到完全密閉，從而與真實(shí)工藝條件的溫度分布有所偏差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種晶圓溫度的原位無(wú)線檢測(cè)裝置，檢測(cè)電路無(wú)需接口引線與外界連接，電路的上下被兩片晶圓密閉封裝。檢測(cè)過(guò)程中，該裝置經(jīng)過(guò)與晶圓相同的加工步驟而無(wú)需對(duì)工藝設(shè)備腔體做特殊處理，并能夠記錄工藝過(guò)程中晶圓各處的溫度數(shù)據(jù)，為半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)和集成電路制造工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考。

本發(fā)明所述的晶圓溫度原位無(wú)線檢測(cè)裝置在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為“三明治”結(jié)構(gòu)：上晶圓、原位無(wú)線檢測(cè)主電路、下晶圓。其中，無(wú)線檢測(cè)主電路采用柔性電路工藝(FlexiblePrinted Circuit簡(jiǎn)稱FPC)進(jìn)行電路制版，具有厚度薄的特點(diǎn)。上、下晶圓與檢測(cè)電路板的空隙灌入填充材料，填充之后通過(guò)平整步驟使得晶圓的平整度滿足集成電路設(shè)備機(jī)臺(tái)的要求。對(duì)上下晶圓邊緣進(jìn)行絕緣材料封邊，使得中間內(nèi)部柔性電路板與腔體環(huán)境隔離，從而保證原位測(cè)量電路在條件較為惡劣腔體環(huán)境中(如離子注入工藝、等離子刻蝕工藝)仍正常工作。

裝置中的原位無(wú)線檢測(cè)電路，具體包括溫度傳感模塊、信號(hào)選通模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊、無(wú)線充電模塊、時(shí)鐘模塊以及電池模組。采用的技術(shù)方案是：

溫度傳感模塊通過(guò)由圓心向四周放射線分布放置的溫度傳感器來(lái)精確測(cè)量晶圓的溫度分布。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶，將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)模擬信號(hào)，該溫度相關(guān)的模擬信號(hào)通過(guò)互連線接至通道選通模塊。

信號(hào)選通模塊主要由多路選擇開(kāi)關(guān)電路組成，負(fù)責(zé)采集所有通路的溫度傳感器數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)采集與處理模塊控制各通道是否處于選通狀態(tài)。

數(shù)據(jù)采集與處理模塊以中央處理器為主。中央處理器負(fù)責(zé)控制信號(hào)選通模塊的通道選通邏輯、AD數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)序邏輯。通道選通邏輯中，中央處理器完成采集間隔、通道導(dǎo)通次序以及采集時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)設(shè)置。在AD轉(zhuǎn)換電路中，被選通的溫度傳感器的數(shù)據(jù)是與絕對(duì)溫度成一定比例的精確模擬電壓量，經(jīng)過(guò)與處理器中內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，輸入至精確的數(shù)字式調(diào)節(jié)器中，轉(zhuǎn)換為有效精度的數(shù)字電壓量，完成AD數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能則是通過(guò)處理器的外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)處理器與存儲(chǔ)介質(zhì)(主從設(shè)備)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。