技术领域
[0001] 本说明书涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置。
相关背景技术
[0002] 在半导体制造领域中，晶圆常需要被加热到1000℃以上，因此对晶圆表面的温度监测是十分必要的。此外，晶圆表面温度的精确测量有助于优化工艺制造水平，推动半导体制造业的发展。常用的晶圆测温手段有电阻式测温、热电偶式测温以及荧光光纤测温等，其中电阻式测温在高温下的测量难度较大，复现水平较差；荧光光纤测温在低于200℃时精度较高，温度较高时则受限于材料等因素难以进行接触式测量，非接触式测量水平相对较差。
[0003] 传统的热电偶式晶圆测温技术所采用的热电偶主要为热电偶，测温不确定度介于±1.5℃ 2.5℃之间，不确定度较高。此外，传统热电偶所采用的电偶丝只含有一对导体或~半导体，测温过程中产生的热电动势的信号强度有限，导致测量精度有限。在测量过程中，热电偶冷端温度不均匀，使得实际测量值与真实温度值存在差异。
具体实施方式
[0014] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0015] 实施例图1是根据本说明书一些实施例所示的一种基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置的示例性示意图。
[0016] 在一些实施例中，如图1所示，一种基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置可以包括测温晶圆1、通过测温点位布置于所述测温晶圆1外表面设置的一个或多个堆栈式热电偶测温传感器2和常规热电偶测温传感器3、与堆栈式热电偶测温传感器2和常规热电偶测温传感器3连接的传输导线4、位于传输导线4外侧的真空贯穿带5、与传输导线4连接的测温晶圆数据采集仪6、与测温晶圆数据采集仪6远程连接的信号接收装置7和上位机8。
[0017] 在一些实施例中，传输导线4的材料可以优选K型、S型、R型等热电偶丝。
[0018] 通过选择偶丝材料，可以更好的适配测量温度范围及测量精度需求。
[0019] 在一些实施例中，真空贯穿带5的材料可以优选由氧化铝纤维套管组成。
[0020] 通过选择这种材料，可以提高真空贯穿带5 的耐高温、耐腐蚀以及抗热震性能，从而最大限度地保证测温结果的稳定性。
[0021] 在一些实施例中，如图2（a）和图2（b）所示，测温晶圆1的测温点位按（8,8,1）环状均匀分布；其中，测温点位包括常规测温点位和关键测温点位，常规测温点位和关键测温点位按均匀分布式或区域分布式分布。
[0022] 在本说明书的一些实施例中，晶圆表面的关键点位处进行堆栈式K型热电偶的布置，晶圆表面的测温点位按（8,8,1）环状均匀分布，可以满足现场实际测温需求，保证测温精度，同时降低成本。
[0023] 在一些实施例中，常规测温点位和关键测温点位可以根据现场测温需求设置。
[0024] 在本说明书的一些实施例中，依据现场测温需求进行测温点位的设置，可以使得测温结果更好的匹配实际测量需求。
[0025] 在一些实施例中，测温点位分布可以按照实际情况选取。例如，需要更好体现晶圆表面的真实温度分布时，可以采用均匀分布式，如图2（a）所示，按照均匀分布交错排列远侧，将外环和内环的关键测温点位交错分布；需要对重点测温区域内的温度进行详细测量时，可以采用区域分布式，如图2（b）所示，将重点测温区域内的测温点全部设置为关键测温点。
[0026] 在本说明书的一些实施例中，将测量点位均匀分布于整个晶圆表面，可以有效保证晶圆表面的平整性，提高测温准确性。
[0027] 在一些实施例中，基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置可以基于晶圆表面关键测温点位的测温数据进行热电偶冷端电势修正与补偿。
[0028] 在本说明书的一些实施例中，基于测温晶圆关键点位的测量温度，对热电偶的冷端实现温度补偿或控温，以保持冷端在恒定温度，通过这种方式，可以提高测温精度。
[0029] 在一些实施例中，堆栈式热电偶测温传感器2基于关键测温点位与测温晶圆1粘接，常规热电偶测温传感器3基于常规测温点位与测温晶圆1粘接。
[0030] 在一些实施例中，堆栈式热电偶测温传感器2和常规热电偶测温传感器3组成晶圆测温系统，用于获取温度信号，并利用热电偶的贝塞克效应将温度信号转换为热电动势信号。
[0031] 在本说明书的一些实施例中，基于导体或半导体间的贝塞克效应，在测温过程中将晶圆表面的温度信号转换为电路结构两端的热电势信号，基于串联电路的基本性质有效地放大了热电势信号，提高检测精度。
[0032] 在一些实施例中，晶圆测温系统可以利用传输导线4将热电动势信号传输至测温晶圆数据采集仪6。
[0033] 在一些实施例中，真空贯穿带5可以位于传输导线4外侧，对传输导线4进行保护，传输导线4和真空贯穿带5组成测温信号传输系统。
[0034] 在本说明书的一些实施例中，真空贯穿带5具有耐高温耐腐蚀的特性，利用真空贯穿带5对传输导线4进行保护，可以确保测温晶圆在高温环境下的工作。
[0035] 在一些实施例中，测温晶圆数据采集仪6接收测温信号传输系统的热电动势信号，得到晶圆表面温度信息；将晶圆表面温度信息通过无线信号传输方式传输到接收机7，接收机通过信号转换将晶圆表面温度信息传输到上位机8。
[0036] 在一些实施例中，如图3所示，堆栈式热电偶测温传感器2包括第一测温热电偶丝21和第二测温热电偶丝22，第一测温热电偶丝21和第二测温热电偶丝22串联连接。
[0037] 在本说明书的一些实施例中，基于串联电路的基本性质连接测温热电偶丝，能有效放大晶圆表面的热电动势信号，大大提高温度测量精度。
[0038] 在一些实施例中，基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置可以利用测温软件实时检测晶圆表面温度，并按温度‑时间曲线图和晶圆表面温度分布图进行记录。例如，基于堆栈式热电偶的晶圆测温装置可以将测温晶圆放置于待测环境中，在测温软件中设置对应的串口、波特率和打开串口，利用测温晶圆数据采集仪6采集晶圆表面温度信息并传输到上位机8，利用上位机8中显示的晶圆表面温度信息对冷端电势进行控温和修正，并利用晶圆表面温度信息进行图表绘制。
[0039] 本发明通过串联热电偶形成堆栈式的结构，可以放大温度信号，从而大大提升测温精度；通过对热电偶的冷端实现温度补偿或控温，保持冷端的恒定温度，大大提高测温精度；对晶圆表面的关键点位处进行堆栈式热电偶的布置，可以满足现场实际测温需求，保证测温精度同时降低成本。
