[发明专利]用于半导体处理的原位测量方法及装置

说明书

本发明涉及半导体的制造，特别涉及原位参数的测量和控制以提高成品率的改进方法及装置。

半导体工艺包括保持可控的环境进行各种制造步骤。半导体晶片通常放置在处理室内并暴露到各种温度和压力条件。在制造期间，这些参数的控制影响芯片的成品率。晶片上的温度差导致处理不均匀并导致成品率降低。

通常使用温度点(dot)或热电耦在晶片上测量温度。温度点固定在晶片上，粗略地估计晶片上的温度分布。温度点通常不测量晶片表面的温度。此外，温度点的准确度仅为±5℃。要有效地使用温度点，通常需要进行多次实验以得到定时确定的温度测量。即使这样，仍不能确定整个晶片上的温度。达到最大温度并由温度点记录，但不能得到确定最大温度时的精确时间。热电耦必须安装在晶片上，存在和温度点相同的不足。

“奇异(charm)”晶片可以从Wafer Charging Monitors，Inc买到。“奇异(charm)”晶片仅能测量峰值温度，由于工艺处理期间可能在不同的时间产生峰值，由此不能实时地提供信息。

因此，需要一种能够准确和可靠地确定晶片温度的装置和方法。还需要一种确定不同的处理室和/或卡盘结构温度的装置和方法。

根据本发明的原位测量工艺参数的测量器件包括其上至少形成有一个处理芯片的半导体晶片。处理芯片还包括至少一个测量工艺参数的传感器。还包括在至少一个传感器测量到工艺参数时存储工艺参数的存储器件。提供跟踪与时间成函数关系的工艺参数的定时器件，还包括为至少一个传感器、存储器件以及定时器件供电的电源。

原位测量工艺参数的另一测量器件包括其上形成有至少一个处理芯片的半导体晶片。处理芯片还包括测量工艺参数的传感器，在传感器测量到工艺参数数据时存储工艺参数的存储器件。还包括跟踪与时间成函数关系的工艺参数的定时器件，还包括为至少一个传感器、存储器件以及定时器件供电的电源。半导体晶片还包括安装其上的接口，从存储器件中取回工艺参数数据。

在另一实施例中，至少一个传感器包括分布在半导体晶片上和/或定位在半导体晶片上预定位置的多个传感器。工艺参数包括温度、辐射、电压或电流。存储器件包括电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。至少一个传感器包括p-n结器件。电源优选由外部光源供电。测量器件还包括控制器件功能的处理器。

一种在半导体制造工艺期间测量工艺参数的方法包括以下步骤：提供其上形成有至少一个处理芯片的半导体晶片，处理芯片还包括至少一个测量工艺参数的传感器，在至少一个传感器测量到工艺参数时存储工艺参数的存储器件，跟踪与时间成函数关系的工艺参数的定时器件，以及为至少一个传感器、存储器件以及定时器件供电的电源。该方法还包括将晶片固定在处理室内，对晶片进行要测试的工艺，在要测试的工艺期间，根据存储器件中测量到的工艺参数存储工艺参数，以及取回工艺参数数据。

在另一方法中，工艺参数优选包括温度。还包括以约0.1摄氏度的准确度测量温度的步骤。工艺参数还包括辐射、电压和电流中的至少一个。

通过接合附图阅读下面对示例性实施例的详细说明，本发明的这些和其它目的、特点和优点将变得很显然。

参考下面的附图和优选实施例的说明详细地介绍本发明。

图1为根据本发明具有多个带传感器和电源的器件的半导体晶片的俯视图，在半导体的制造工艺期间进行参数测量；

图2为根据本发明图1器件的详细示意图；

图3为根据本发明的图2中器件的另一实施例的示意图，示出了控制器件功能的处理/逻辑电路。

图4为根据本发明进行原位测量的方法流程图。

本发明涉及半导体制造，特别涉及原位测量和控制温度以提高成品率的改进方法及装置。本发明提供了半导体晶片表面上空间的、实时地及精确的温度测量。根据本发明，晶片提供有电源和在制造工艺期间测量各种参数的传感器。在根据要测试的工艺制备要制造的半导体晶片之前，晶片测量工艺参数。在优选实施例中，晶片包括存储数据的存储器和记录作为时间函数的参数的时钟。

现在参考具体图，其中在各图中类似的数字表示类似或相同的元件，首先为图1，显示了根据本发明的晶片10。晶片10优选具有功能器件12形成其上的全处理的器件。带有器件12的晶片10可以根据单独的应用定制，或为具有预定测量结构和器件的标准化晶片10。

器件12空间地分布在晶片10上，以此方式，可以在不同的位置收集数据。在优选的实施例中，器件12包括可以在需要的区域例如晶片的边缘16或晶片12的中心18激活的传感器14。晶片10能够存储处理期间收集到的数据。接口32提供在晶片10上，以取回收集到的数据。