通过测量气体温度测量和控制半导体晶片的温度制造技术

测量和控制半导体晶片温度的装置和方法。该装置包括处理中固定晶片的夹盘、冷却剂气体源、测量和控制处理中晶片温度的温度传感装置。晶片夹盘上表面有许多孔，氦冷却剂气体以控制速率和压力流进该孔。冷却剂气体流过夹盘上表面与晶片下侧间狭窄空间，被加热到晶片温度后通过排放管排出。温度传感装置连续测量刚被加热的冷却剂气体温度，温度传感装置产生控制到晶片的冷却剂气体流的压力和流量信号。处理过程中精确控制晶片温度，使之维持在所需的值。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在将晶片制造成集成电路时在任何不同工艺期间容易地以改进的精度测量和控制半导体晶片的温度。将半导体晶片加工成分立集成电路(IC)的步骤早已是众所周知的。按一种广泛应用的制造方法，要通过大量步骤化学和光刻处理半导体晶片(一般直径为6或8英寸)，从而在晶片上制造间距很小且精确结构的IC。在这种加工中，晶片在反应器内暴露于高激活的特种气体的等离子体中，以通过这些气体的反应离子在加工晶片的上表面上腐蚀很精细的结构(线，区等)。随后将晶片切割成分立IC。这种普通技术是现有技术已知的，无需再加以描述。典型的IC加工设备包括反应器，反应器中有反应气体流过的处理室、和如夹盘或底座的支架，支架将一个或多个晶片支撑于处理室内适当位置，以使晶片的上表面暴露于反应气体中。例如，在典型的等离子腐蚀操作过程中，等离子气体的的反应离子与半导体晶片表面上的部分材料发生化学反应。这种工艺是放热的，一定程度上引起晶片发热。另一方面，气体(离子和基团)与晶片材料之间的化学反应由于温度的升高而一定程度地加速。如果晶片的温度与所需值相比改变太大时，容易导致晶片表面上材料的有害过腐蚀(或钻腐蚀)，这一定程度上与晶片温度和化学反应速率有关。因此非常希望能在规定工艺(如反应离子刻蚀(RIE))中精确控制晶片的温度，否则晶片上IC的电特性会偏离所要求的设计中心值太多。IC制备中晶片温度升高的问题是众所周知的。将晶片温度控制在所需值的一个有效方法是在晶片底部与固定晶片的夹盘或底座的顶部之间的小空间中流过合适压力和流速的冷却剂气体(如氦)。但是在加工过程中测量晶片的温度有一定的困难。放置与晶片实际接触的温度探针如热偶，会扰乱晶片自身温度分布，进而影响测量精度及晶片的处理。另一方面，用红外(IR)扫描器来遥感晶片的温度太复杂，因为基本为纯硅的薄晶片对一定波长的红外光透明(正如普通玻璃窗口对可见光透明一样)。因此红外传感器不仅“探测到”晶片的温度，而且能“探测到”晶片安装于其上的夹盘的温度，还可以“探测到”晶片在其中处理的反应室壁的背景温度。这就需要针对处理的晶片、和夹盘、以及反应室内壁的热辐射来小心校准IR传感器。从上面的讨论知道，需要在处理过程中容易且精确测量和控制晶片的温度。根据本专利技术的一个方案，提供的装置包括夹盘、冷却剂气体源、和在处理过程中测量和控制晶片温度到所需值的温度传感器。用于固定晶片的夹盘的上表面(机械的或静电的)构形为有很多孔，冷却剂气体如氦气以控制的速率和压力通过进口管流过这些孔。冷却剂气体流过夹盘上表面与晶片下侧之间的窄空间，并在被加热到(或接近)晶片温度后，通过另一孔排到排放管。通过设置冷却剂气体的压力和流量可以控制从晶片传递到冷却剂气体的热量，进而控制晶片的温度。可选择地，也可以控制冷却剂气体的温度。从晶片下面排出后，热冷却剂气体立即通过排放管道流过置于管中的温度传感器。该传感器测量刚被加热的冷却剂气体的温度，及晶片本身在几摄氏度的预定偏差范围内的实际温度。来自温度传感器的连续信号反馈到电子温度监控器，产生合适的控制信号。该控制信号又反馈到冷却剂气体源，以控制进入进口管及进入要处理的晶片下面的空间的冷却剂气体的流量。按此方法，在处理过程中，晶片温度的精确控制可以连续维持在所需的值。根据本专利技术的另一个方案，涉及控制工件温度的温度控制装置。该温度控制装置包括气体源、温度传感器、温度控制器、和控制装置。气体源能够提供有选择温度、压力、和流速的气体，该气体从工件上面流过，结果是进行能量转换。温度传感器测量与工件接触后的气体的温度，产生表示接触工件后的气体温度的输出信号。响应温度传感器的输出信号，温度控制器产生控制信号，表示工件温度的所需变化。控制装置连接到气体源，并响应温度控制器的控制信号，至少控制与工件接触前气体的温度、压力、和流量中的一个，以调节工件的温度。根据本专利技术的再一个方案，涉及处理过程中控制工件温度的方法。该方法包括下面步骤第一步，使气体从工件上流过，以在工件与气体之间产生能量交换；第二步，测量流过工件后气体的温度；第三步，利用流过工件后的气体的温度，至少控制到工件的气体流的温度、压力、和流量中的一个，以在处理过程中将工件的温度调节到所需温度范围内。结合附图和权利要求，通过对下面说明的研究可以更充分理解本专利技术。附图说明图1示意展示了根据本专利技术提供的改进的温度控制装置进行RIE和类似半导体晶片处理的反应器装置，反应器中有晶片固定夹盘；图2是穿过图1中Ⅱ-Ⅱ虚线的放大示意剖面图，展示了本专利技术图1的其它部件。现在参照图1，该图示意地示出了利用本专利技术特征来处理如半导体晶片W等工件的反应器装置。装置10可进行的一个普通工艺是，例如半导体晶片的反应离子刻蚀(RIE)。但是本专利技术不限于RIE工艺，还可以用于需要不同晶片(工件)处理温度的不同工艺。示出的装置10中有半导体晶片W。也可以用处理多个晶片的反应器。图中示意示出了(不是全部)反应器装置10的某些基本元件，反应器装置10的基本结构和操作与可购得设备类似。如所说明的，反应器装置10包括机壳11、电源12、反应气体源14、有控制阀门52的冷却剂气体源16、上电极18、等离子体限制室20(虚线表示)、支座(台座)22、温度传感器44(仅在图2中示出)、及根据本专利技术的用来在处理过程中测量和控制晶片W的温度的温度控制器48。如图所示，支座22固定晶片W。支座可以是已有技术中支撑晶片的任何类型的夹盘(有时称为基座)。在一个实施例中，夹盘也作为下电极，在晶片W的RIE工艺中与上电极18结合，以在室20中产生等离子体(未示出)。晶片W的上表面54靠着夹盘22的凸缘(上)部分42。通过管道24将反应气体以控制的压力、温度、和流速从反应气体源14引入到机壳11中，且通过管道26将气体从机壳11中排出(排除)。通过进口(源)管道28，从冷却剂气体源16，向夹盘22和晶片W供应通常在环境温度(如20℃)及以控制的压力和流速使用的冷却剂气体，并将之通过真空或排放管30从夹盘22和晶片W排出。在一个实施例中，温度传感器44(图1中未示出，但在图2中示出)放在排放管30中，测量通过晶片W后刚被加热的冷却剂气体的温度，并将之排到排放管30。温度传感器44的输出通过引线46连接到温度控制器48的输入，该控制器在其输出端产生控制信号。该控制信号通过引线50连接到冷却剂气体源16的控制阀52的输入。参照图2，该图是沿图1夹盘22的虚线Ⅱ-Ⅱ的放大示意剖面图，图中示出了带有控制阀52的冷却剂气体源16、温度控制器48、温度传感器44、和晶片W。夹盘22包括凸缘(上)部分42、上表面部分32、在夹盘22上表面32上以一定角度隔开的通常用34表示的多个冷却剂气体孔(孔洞、开口)。这些孔34通过进口管28馈送冷却剂气体。冷却剂气体从这些孔34流进晶片W下表面56下面与夹盘表面部分32之间的小空间(沟道)36。夹盘22的凸缘部分42固定晶片W的上表面56。沟道36将晶片W的下表面56与夹盘22的上表面部分58分开。半导体处理的结果晶片W被加热。被晶片W加热后的冷却剂气体通过孔(孔洞、开口)40和排放管30从沟道36排出。如所说明的，用与晶片W吻合的圆形凸缘42围绕晶片的边沿并加合适的固定力，将晶片W固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制工件温度的温度控制装置，包括： 气体源，能够提供有选择的温度、压力、和流速的气体，所说气体从工件上面流过，从而进行能量转换； 温度传感器，用于测量与工件接触后的气体的温度，并产生表示接触工件后的气体温度的输出信号； 温度控制器，其响应温度传感器的输出信号，产生表示工件温度的所需变化的控制信号； 气体控制器，其连接到气体源，响应温度控制器的控制信号，用于至少控制与工件接触前气体的温度、压力、和流量中的一个，以调节工件的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1997-9-15 9297111．一种控制工件温度的温度控制装置，包括气体源，能够提供有选择的温度、压力、和流速的气体，所说气体从工件上面流过，从而进行能量转换；温度传感器，用于测量与工件接触后的气体的温度，并产生表示接触工件后的气体温度的输出信号；温度控制器，其响应温度传感器的输出信号，产生表示工件温度的所需变化的控制信号；气体控制器，其连接到气体源，响应温度控制器的控制信号，用于至少控制与工件接触前气体的温度、压力、和流量中的一个，以调节工件的温度。2．一种控制工件温度的温度控制装置，还包括用于处理半导体晶片的装置的夹盘和冷却剂，夹盘和冷却剂用来固定晶片和控制处理过程中晶片的温度，夹盘和冷却剂有固定晶片的凸缘部分，还并有借一空间与晶片分开的上表面，冷却剂气体以可控制的压力和流量通过该空间；气体温度传感装置，用来测量从晶片吸收热后的冷却剂气体的温度，并产生代表与晶片接触后的冷却剂气体温度的输出信号；温度控制器，响应温度传感装置的输出信号，用来产生表示工件温度所需变化的控制信号；气体控制器，响应温度比较器的控制信号，用来控制与晶片接触前的冷却剂气体的压力和流量，进而控制晶片的温度。3．一种在处理过程中控制晶片温度的装置，包括夹盘，用于在处理中将晶片固定在室内，并在夹盘与晶片之间提供空间，使气体可以流过其间；冷却剂气体源，用来使冷却剂气体在晶片与夹盘之间的空间以可控压力和流速流动，使气体接触晶片并从晶片吸热；排除与晶片接触后的冷却剂气体的排放装置；温度传感器，用于测量与晶片接触后并被排放装置排出的冷却剂气体的温度；温度控制器，它响应温度传感器的输出信号，产生表示工件温度所需变化的控制信号；气体控制器，它连接到气体源，响应温度控制器的控制信号，控制与工件接触前气体的压力和流速，以调节工件的温度。4．一种在处理过程中控制晶片温度的装置，包括在处理中将晶片固定在室内的夹盘；冷却剂气体源装置，用来使冷却剂气体以可控压力和流速流过晶片，以便从晶片吸热；排除晶片附近的被加热的冷却剂气体的排放装置；温度传感器，用于测量被排放装置从晶片附近排除的被加热的冷却剂气体的温度；温度控制器，它响应温度传感器的输出信号，产生表示工件温度所需变化的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得韦甘德，生田倍粟，
申请(专利权)人：西门子公司，株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：DE[德国]