[发明专利]一种双层结构的晶圆温度场重建装置

说明书

本发明提供了一种双层结构的晶圆温度场重建装置，涉及半导体测试设备技术领。本发明主要用于测量各种半导工艺过程中的晶圆温度分布，包括前端温度测量和后端数据收发、充电部分。所述前端温度测量部分通过组装的方式将两块经过处理后的晶圆与电路进行贴合而成，能够适应各类不同的半导体工艺。所述后端数据收发、充电装置，以简单的机械结构，实现了与晶圆良好的电接触。本发明结构简单、与工艺兼容、测量准确、成本低，具有较高的商业价值。

技术领域

本发明涉及半导体测试设备技术领域，公布了一种双层结构的晶圆温度场重建装置，特别的，该装置与大部分半导体工艺兼容。

背景技术

在半导体芯片制造过程中，晶圆表面的温度均匀性要求很高，其温度测量和控制极为重要。例如作为关键工艺之一的等离子刻蚀，为了提高刻蚀速率和温度分布的均匀性，同时避免附属物掉落到晶圆上造成晶圆缺陷，一般需要对晶圆的温度进行精确的测量和严格的控制。在化学气相淀积中，晶圆的温度将对薄膜的沉积质量产生巨大的影响。在快速热处理过程中，晶圆温度的均匀性是扩展其应用范围的主要障碍。

目前晶圆温度检测技术主要集中于光学和接触式的温度传感器。专利CN203826348U介绍了一种利用光学温度传感器实现对晶圆的温度监测。光学测量的方法只能测量晶圆某个点的温度，同时实际处理腔室内部复杂的环境将对光学测量的精度产生较大的影响。专利US6190040B1介绍了一种原位有线式晶圆温度测量装置，包括温度传感器、连接引线、引线固定件、真空贯通带、接口等。每个传感器通过相应的引线连出，并在晶圆的一端由一金属固定件压接在晶圆上。这种方式存在较多的问题，例如会对晶圆表面的温度场造成破坏；在利用辐射加热的处理环境中无法使用；在等离子过程中还需要考虑电磁干扰等。基于此，KLA公司提出了一种实时工艺管理工具，它将温度传感器和处理电路嵌入到晶圆内部中，能够较为有效地解决这些问题，但是这种方式只能用于背面加热或者表面加热的一种，其工艺较为复杂，成本较高。

因此，需要一种能实现与大部分工艺兼容的设备，它既能适用于背、表面加热的处理工艺中，也能用于等离子体、气相淀积等复杂的环境里，同时该设备的制造过程也要较为简单，以降低成本。

发明内容

基于此，本发明旨在解决检测工具与现有多种工艺不同时兼容，制造过程复杂，成本昂贵的问题。

本发明提供一种双层结构的晶圆温度场重建装置，该装置包括：温度测量装置、数据收发装置、数据处理装置，所述温度测量装置包括：下层晶圆、中间电路层、上层晶圆；所述中间电路层包括：PCB板，温度传感器、薄膜电池、PCB板上的电路；所述下层晶圆中心位置刻蚀有用于放置薄膜电池的凹槽，薄膜电池和下层晶圆之间设置有绝热材料；上层晶圆中心位置刻蚀有用于放置PCB板上的电路的通孔，该通孔的侧壁附着有绝热材料；所述下层晶圆和上层晶圆围绕中心位置设有放置温度传感器的凹槽；温度传感器的数据线为沉积在下层晶圆和上层晶圆表面的导线，这些导线与PCB板上的焊接点连接，PCB板位于上层晶圆和下层晶圆之间的中心位置，上层晶圆和下层晶圆中心位置周围通过耐高温胶粘接，同时固定上层晶圆和下层晶圆的温度传感器；薄膜电池连接PCB板，PCB板上还封装有电极，该电极从上层晶圆的中心通孔中伸出；额外设置有一个可拆卸的硅盖，用于实际工况中保护电极。

所述数据收发装置包括底座和上盖板，所述底座上设置有放置晶圆的晶圆凹槽，该凹槽底部中心位置设置有连接电极的电极凹槽，电极凹槽内部设置有接触电极，接触电极位置与温度测量装置电极位置对应；所述上盖板上设置有与底座凹槽配合的凸起，用于压紧放置于晶圆凹槽中的晶圆；所述数据收发装置通过接触电极实现温度测量装置的充放电和数据交换。

所述数据处理装置从数据收发装置处接收数据，用于重建晶圆温度场。

进一步的，所述下层晶圆和上层晶圆上对应设置两圈温度传感器凹槽，每圈8个，每圈相邻的温度传感器凹槽间隔45度，且内圈温度传感器凹槽、与该内圈温度传感器凹槽相邻的外圈温度传感器凹槽、晶圆圆心，三者位于同一直线上。