一种光纤光栅晶圆温度传感器制造技术

一种光纤光栅晶圆温度传感器，其包括：一块基板晶圆；至少一根第一光纤，其一部分设有若干个感温光纤光栅，所述感温光纤光栅通过结合材料设置于基板晶圆上表面；所述第一光纤的另一部分形成与光波长检测仪连接的传输光纤，并外伸于所述基板晶圆外。本发明专利技术所述光纤光栅晶圆温度传感器提高晶圆温度传感器的使用寿命和测量准确度，并且使处于半导体工艺炉内的感温晶圆和导线部分可以不含有金属成分，具有使用寿命长、连接线少、测温准确等特点。连接线少、测温准确等特点。连接线少、测温准确等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅晶圆温度传感器


[0001]本专利技术涉及光纤温度传感器，特别涉及一种光纤光栅晶圆温度传感器，用于测量半导体制作过程中工艺炉内的二维温度分布情况。

技术介绍

[0002]在半导体加工制造过程中，很多工艺步骤包括刻蚀、离子注入、掺杂、化学气相沉积、物理气相沉积等，都需要严格的温度测量和控制。晶圆测温传感器由多个固定在晶圆上不同位置的感温传感器组成，可以测量晶圆平面温度分布，进而测量工艺炉内的二维温度分布，是芯片加工制造过程中用来对温度进行实时精确测量的器件，是半导体设备制造和半导体生产过程中重要的工具。
[0003]现有的晶圆测温传感器大多由热电偶、热电阻等电子感温器件制做，然而这种由电子器件组成的晶圆测温传感器使用寿命有限，需要定期更换或标定。每个电子感温器件均需独立的金属导线引出，在测温点数较多的情况下，传感器的引线也很多，制作工艺繁琐，还会对测温的准确性造成影响。此外，在晶圆温度传感器使用时，含有感温器件的晶圆和部分导线处于工艺炉中，如果电子感温器件或金属导线密封不好，在高温环境下金属会产生挥发，影响工艺炉内其它半导体器件的质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种光纤光栅晶圆温度传感器，提高晶圆温度传感器的使用寿命和测量准确度，并且使处于半导体工艺炉内的在感温晶圆和导线部分可以不含有金属成分，具有使用寿命长、连接线少、测温准确等特点。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种光纤光栅晶圆温度传感器，其包括：一块基板晶圆；至少一根第一光纤，其一部分设有若干个感温光纤光栅，所述感温光纤光栅通过结合材料设置于基板晶圆上表面；所述第一光纤的另一部分形成与光波长检测仪连接的传输光纤，并外伸于所述基板晶圆外。
[0007]进一步，所述基板晶圆的下表面对应基板晶圆上表面固定的感温光纤光栅的位置布设应变补偿光纤光栅，该应变补偿光纤光栅设置于第二光纤的一部分，第二光纤的另一部分形成与光波长检测仪连接的传输光纤，并外伸于所述基板晶圆外。
[0008]更进一步，所述基板晶圆的上表面的感温光纤光栅上面固定一块形状与基板晶圆一致、材料与基板晶圆相同的上盖板晶圆。
[0009]又，所述基板晶圆的下表面的应变补偿光纤光栅上面固定一块形状与基板晶圆一致、材料与基板晶圆相同的下盖板晶圆。
[0010]优选的，所述的第一光纤和/或第二光纤为一根光纤或多根光纤，所述感温光纤光栅或应变补偿光纤光栅串联在一根光纤上，或分别串联在多根光纤上。
[0011]优选的，所述感温光纤光栅包括至少一个光纤光栅；所述应变补偿光纤光栅包括
至少一个光纤光栅，优选的，所述基板晶圆的每一根光纤上的光纤光栅的工作波长不同。
[0012]优选的，串接在第一光纤上的所述感温光纤光栅在所述基板晶圆的上表面呈同心圆布置，优选的，各同心圆之间等距布置和/或每一个同心圆上的感温光纤光栅等间距设置。
[0013]优选的，每一个同心圆上的所述感温光纤光栅等间距布设，每一个同心圆上的感温光纤光栅数目相同，或，靠近基板晶圆边缘的同心圆上布设的感温光纤光栅数目比靠近基板晶圆中心的同心圆上感温光纤光栅数目多。
[0014]优选的，每一个同心圆上的所述感温光纤光栅等间距布设，相邻两个同心圆上的感温光纤光栅为对齐分布，或相互错开一角度布置。
[0015]优选的，串接在第一光纤上的感温光纤光栅在所述基板晶圆表面水平方向上形成等间距平行布置，每根第一光纤上的感温光纤光栅等间距布设。
[0016]优选的，平行布置的第一光纤中相邻两根第一光纤上的感温光纤光栅位置为对齐，或相互错开一距离。
[0017]优选的，所述感温光纤光栅布设在基板晶圆表面从边缘一点或相邻的几个点到边缘其它点的等夹角、呈放射状布置的若干第一光纤上，每根第一光纤上的感温光纤光栅沿轴向等间距布设。
[0018]优选的，在基板晶圆表面设置一条或多条等夹角、过圆心的串接有感温光纤光栅的第一光纤上，每根第一光纤上的感温光纤光栅等间距布设。
[0019]优选的，相邻两根第一光纤上的感温光纤光栅位置为对齐布置，或相互错开一距离布置。
[0020]优选的，所述感温光纤光栅等间距串接在第一光纤上，串接有感温光纤光栅的第一光纤按阿基米德螺线布设在基板晶圆表面上。
[0021]优选的，所述感温光纤光栅等间距串接在第一光纤上，串接有感温光纤光栅的第一光纤按费米德螺线布设在基板晶圆表面上。
[0022]优选的，所述第一光纤、第二光纤为掺杂石英光纤、纯石英光纤或蓝宝石光纤；所述感温光纤光栅为通过紫外写入法在掺杂石英光纤上制备的光纤光栅，或为通过飞秒写入法在掺杂石英光纤、纯石英光纤或蓝宝石光纤上制备的光纤光栅。
[0023]优选的，所述的基板晶圆包括硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化镓晶圆或砷化镓晶圆。
[0024]优选的，所述结合材料包括环氧胶、陶瓷胶、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。
[0025]本专利技术以光纤光栅作为感温元件，以光纤作为传输线，在光纤上串联多个光纤光栅，并把这些光纤光栅布设在晶圆表面，制作成使用寿命长、连接线少、测温准确的光纤光栅晶圆温度传感器。
[0026]光纤光栅的波长随温度线性变化，温度升高，波长变大；温度降低，波长减小。用光波长检测仪可以测量得到各个感温光纤光栅的实时波长值，并转换为相应的温度。根据各个光纤光栅在晶圆上布设的位置，可以得到晶圆表面的实时二维温度分布情况，从而感知光纤光栅晶圆温度传感器所处半导体工艺炉炉内实时温度分布。
[0027]基板晶圆固定的感温光纤光栅可以是紫外激光写入技术或者飞秒激光写入技术在掺杂石英光纤上制备的光纤光栅，这样的光纤光栅晶圆温度传感器测量温度范围可以到达400℃。基板晶圆固定的感温光纤光栅也可以采用飞秒激光写入技术在纯石英光纤上制
备的光纤光栅，这样的光纤光栅晶圆温度传感器测量温度范围可以到达1000℃。基板晶圆固定的感温光纤光栅还可以采用飞秒激光写入技术在蓝宝石光纤上制备的光纤光栅，这样的光纤光栅晶圆温度传感器测量温度范围可以到达1800℃。
[0028]由于光纤光栅为光纤器件，工作波长能长期保持稳定，并且感温光纤光栅是用结合材料固定在基板晶圆上，所以这里提供的光纤光栅晶圆温度传感器可以长期稳定工作，不需要象电子晶圆温度传感器那样作定期标定。一般的，一个光纤光栅的工作波长的带宽约为0.2nm，一台光波长检测仪的工作带宽可以达到80nm，如果设定串联在一根光纤中的光纤光栅波长间隔0.8nm，则一根光纤可以连接80个光纤光栅。也就是说光纤光栅晶圆温度传感器中一根传输光纤可以传送80个感温光纤光栅的信号，比一些电子晶圆温度传感器用160根电线连接80个电子温度传感器来说，传输线少了很多，如此，光纤光栅晶圆温度传感器的制作工艺简化了不少，使用也更加方便。
[0029]整个光纤光栅晶圆温度传感器中，处于半导体工艺炉内的部分基板晶圆、感温光纤光栅、传输光纤和结合材均不含金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，包括：一块基板晶圆；至少一根第一光纤，其一部分设有若干个感温光纤光栅，所述感温光纤光栅通过结合材料设置于基板晶圆上表面；所述第一光纤的另一部分形成与光波长检测仪连接的传输光纤，并外伸于所述基板晶圆外。2.如权利要求1所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，所述基板晶圆的下表面对应基板晶圆上表面固定的感温光纤光栅的位置布设应变补偿光纤光栅，该应变补偿光纤光栅设置于第二光纤的一部分，第二光纤的另一部分形成与光波长检测仪连接的传输光纤，并外伸于所述基板晶圆外。3.如权利要求1所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，所述基板晶圆的上表面的感温光纤光栅上面固定一块形状与基板晶圆一致、材料与基板晶圆相同的上盖板晶圆。4.如权利要求2或3或所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，所述基板晶圆的下表面的应变补偿光纤光栅上面固定一块形状与基板晶圆一致、材料与基板晶圆相同的下盖板晶圆。5.如权利要求1所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，所述的第一光纤和/或第二光纤为一根光纤或多根光纤，所述感温光纤光栅或应变补偿光纤光栅串联在一根光纤上，或分别串联在多根光纤上。6.如权利要求1所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，所述感温光纤光栅包括至少一个光纤光栅；所述应变补偿光纤光栅包括至少一个光纤光栅，优选的，所述基板晶圆的每一根光纤上的光纤光栅的工作波长不同。7.如权利要求1所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，串接在第一光纤上的所述感温光纤光栅在所述基板晶圆的上表面呈同心圆布置，优选的，各同心圆之间等距布置和/或每一个同心圆上的感温光纤光栅等间距设置。8.如权利要求7所述的光纤光栅晶圆温度传感器，其特征在于，每一个同心圆上的所述感温光纤光栅等间距布设，每一个同心圆上的感温光纤光栅数目相同，或，靠近基板晶圆边缘的同心圆上布设的感温光纤光栅数目比靠近基板晶圆中心的同心圆上感温光纤光...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦占雄，曹晓光，
申请(专利权)人：韦占雄，
类型：发明
国别省市：