[发明专利]一种晶圆温度的原位无线检测装置

说明书

本发明涉及一种晶圆温度的原位无线检测装置,在结构上呈现为三层结构：上晶圆、原位无线检测电路、下晶圆。检测电路采用柔性电路板工艺，上、下晶圆与检测电路板之间的空隙灌入填充材料并进行平整，对上下晶圆边缘进行绝缘材料封边，使得中间层的柔性电路板与腔体环境绝缘。无线检测电路包括：温度传感模块、信号选通模块、数据采集与处理模块、数据存储模块、数据无线传输模块、无线充电模块、时钟模块以及电池模组。本发明涉及的原位无线检测装置能够经过与正常晶圆加工相同的工艺步骤，在工艺过程中精确测量并记录反应腔体内晶圆表面的温度变化，是半导体设备研发和集成电路制造过程中重要的系统标定工具与参数优化的辅助工具。

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆温度的原位无线检测装置。

背景技术

集成电路制造过程中,器件特征尺寸越小，对工艺过程中温度的控制精度要求越高。晶圆片上温度的轻微偏离，或者工艺设备腔体内高于1％的温度不均匀性都可能影响硅器件内掺杂的浓度分布或者沟道阈值电压的变动，从而直接影响最终成品芯片的良率。为实现温度与温度场分布的高精度控制,绝大部分的工艺环节(如PECVD、匀胶显影，光刻，蚀刻，光刻胶灰化，离子注入，清洗)都需要对半导体设备内部进行精确的温度分布检测与实时获取。集成电路制造中的晶圆温度原位检测技术由此发展而来。晶圆原位传感(In-situwafer sensor)技术是指检测装置经过与晶圆加工相同的工艺步骤，在反应腔体中获得过程中具体物理量的精确测量，是半导体设备研发和集成电路制造过程中不可或缺系统标定工具与参数优化的重要辅助工具。目前，现有专利所述的晶圆测温装置均为有线装置，即晶圆上的温度传感器必须接引线与外界相连。但是绝大多数半导体制造的工艺设备为密闭腔体，引线端需要对工艺腔室做特殊处理，带来了实际操作难度。同时由于引线的存在，腔体无法做到完全密闭，从而与真实工艺条件的温度分布有所偏差。

发明内容

本发明目的在于提供一种晶圆温度的原位无线检测装置，检测电路无需接口引线与外界连接，电路的上下被两片晶圆密闭封装。检测过程中，该装置经过与晶圆相同的加工步骤而无需对工艺设备腔体做特殊处理，并能够记录工艺过程中晶圆各处的温度数据，为半导体设备研发和集成电路制造工艺参数优化提供参考。

本发明所述的晶圆温度原位无线检测装置在结构上呈现为“三明治”结构：上晶圆、原位无线检测主电路、下晶圆。其中，无线检测主电路采用柔性电路工艺(FlexiblePrinted Circuit简称FPC)进行电路制版，具有厚度薄的特点。上、下晶圆与检测电路板的空隙灌入填充材料，填充之后通过平整步骤使得晶圆的平整度满足集成电路设备机台的要求。对上下晶圆边缘进行绝缘材料封边，使得中间内部柔性电路板与腔体环境隔离，从而保证原位测量电路在条件较为恶劣腔体环境中(如离子注入工艺、等离子刻蚀工艺)仍正常工作。

装置中的原位无线检测电路，具体包括温度传感模块、信号选通模块、数据采集与处理模块、数据存储模块、数据无线传输模块、无线充电模块、时钟模块以及电池模组。采用的技术方案是：

温度传感模块通过由圆心向四周放射线分布放置的温度传感器来精确测量晶圆的温度分布。温度传感器采用热敏电阻或热电偶，将温度变化转换成电学模拟信号，该温度相关的模拟信号通过互连线接至通道选通模块。

信号选通模块主要由多路选择开关电路组成，负责采集所有通路的温度传感器数据，由数据采集与处理模块控制各通道是否处于选通状态。

数据采集与处理模块以中央处理器为主。中央处理器负责控制信号选通模块的通道选通逻辑、AD数模信号转换以及数据存储的时序逻辑。通道选通逻辑中，中央处理器完成采集间隔、通道导通次序以及采集时长等参数设置。在AD转换电路中，被选通的温度传感器的数据是与绝对温度成一定比例的精确模拟电压量，经过与处理器中内部参考电压进行比较，输入至精确的数字式调节器中，转换为有效精度的数字电压量，完成AD数模转换功能。温度数据存储功能则是通过处理器的外设接口实现处理器与存储介质(主从设备)的数据读写。