测温装置及半导体机台的制作方法

1.本实用新型涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种测温装置及半导体机台。


背景技术：

2.目前，半导体制造所使用的腔室工艺设备对于温度的测量和控制模式为单点或多点固定测量和反馈控制。例如，在半导体晶圆晶格修复的快速热退火制程(rapid thermal process，rtp)中，工艺腔室中采用的是固定的一点或七点测温探测器。如图1所示，腔室内采用七个温度探测器t。七个温度探测器t被固定设置于特定的位置，以在晶圆w旋转的同时，测量晶圆w10上具有设定直径的七个同心圆的温度。如图2所示，晶圆w中七个同心圆即为七个温度探测器t所测量的区域。但晶圆w中各个区域的温度并不均匀，七个测量点并不能很好地代表晶圆w的整体温度情况。即，在其它区域温度发生异常时，很难通过这个七个温度探测器t测量发现。显然，现有的温度测控方式存在较大的局限性，当不在测量区域内的部分区域温度出现异常时，温度探测器很难及时监测到异常温度，极易造成产品质量缺陷，严重影响产品的良率。
3.因此，亟需一种新的测温装置，以全面监测晶圆的温度，提高产品良率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种测温装置及半导体机台，以解决如何扩大晶圆温度探测范围，如何精准测量晶圆温度，以及如何提高产品良率中的至少一个问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种测温装置，包括：第一运动单元、第二运动单元和温度传感器；
6.所述第一运动单元和所述第二运动单元均包括旋转件、滑块、驱动件和基座；所述旋转件和所述滑块设置于所述基座上，所述驱动件设置于所述基座的一侧端；所述旋转件的一端与所述驱动件连接，所述旋转件的另一端穿过所述滑块，并经所述驱动件驱动所述旋转件转动，以带动所述滑块沿所述旋转件的轴向滑动；
7.所述第一运动单元交叉叠置于所述第二运动单元上，且所述第二运动单元的滑块与所述第一运动单元的基座相接；所述温度传感器设置于所述第一运动单元的滑块上。
8.可选的，在所述的测温装置中，所述第一运动单元中的所述旋转件与所述第二运动单元中的所述旋转件相互垂直。
9.可选的，在所述的测温装置中，所述基座包括底板和垂直设置于所述底板相对两端的支撑板；所述旋转件的一端设置于其中一个所述支撑板中，所述旋转件的另一端穿过另一个所述支撑板，并与所述驱动件相接。
10.可选的，在所述的测温装置中，所述基座还包括支撑杆，所述支撑杆穿过所述滑块，并与相对两端的所述支撑板固定连接；且所述滑块能够与所述支撑杆相对滑动。
11.可选的，在所述的测温装置中，所述第二运动件中的所述滑块与所述第一运动单元的底板固定连接。
12.可选的，在所述的测温装置中，所述固定连接的方式包括焊接、粘接或螺钉接合。
13.可选的，在所述的测温装置中，两个所述支撑板之间的间距范围为315mm～325mm。
14.可选的，在所述的测温装置中，所述旋转件为滚珠丝杠，且所述滚珠丝杠旋转一圈，所述滑块移动的距离范围为3mm～6mm。
15.可选的，在所述的测温装置中，所述驱动件为电机。
16.基于同一构思，本实用新型还提供一种半导体机台，包括所述测温装置。
17.综上所述，本实用新型提供一种测温装置及半导体机台。其中，所述测温装置包括：第一运动单元、第二运动单元和温度传感器。所述第一运动单元和所述第二运动单元均包括旋转件、滑块、驱动件和基座；所述旋转件和所述滑块设置于所述基座上，所述驱动件设置于所述基座的一侧端；所述旋转件的一端与所述驱动件连接，所述旋转件的另一端穿过所述滑块，并经所述驱动件驱动所述旋转件转动，以带动所述滑块沿所述旋转件的轴向滑动。即，所述滑块可以沿着所述旋转件的轴向呈线性运动。所述第一运动单元交叉叠置于所述第二运动单元上，且所述第二运动单元的滑块与所述第一运动单元的基座相接；所述温度传感器设置于所述第一运动单元的滑块上。
18.因此，所述温度传感器不仅能够在所述第一运动单元的滑块的带动下，沿所述第一运动单元中的所述旋转件的轴向运动，还能够在所述第二运动单元的所述滑块的带动下，沿所述第二运动单元中的所述旋转件的轴向运动。因所述第一运动单元与所述第二运动单元交叉设置，故所述温度传感器能够实现在二自由度的平面内移动。相较于定点探测的方式，本实用新型提供的所述测温装置的探测范围更广，能够检测到晶圆中任意区域的温度情况，可缓解局部温度异常造成产品缺陷的问题，实现全面及时地测控晶圆温度，保证工艺效果，提高产品良率。
附图说明
19.图1是现有技术中的测温装置的示意图；
20.图2是现有技术中的测温装置测量的区域的位置示意图；
21.图3是本实用新型的实施例中的测温装置的结构示意图；
22.图4是本实用新型的实施例中的第一运动单元的结构示意图；
23.图5是本实用新型的实施例中的第二运动单元的结构示意图；
24.其中，附图标记说明为：
25.10-第一运动单元；101-旋转件；102-滑块；103-驱动件；104-基座；1041-底板；1042-支撑板；1043-支撑杆；
26.20-第二运动单元；201-旋转件；202-滑块；203-驱动件；204-基座；2041-底板；2042-支撑板；2043-支撑杆；
27.w-晶圆；t-温度探测器。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际
结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
29.为解决上述技术问题，本实施例提供一种测温装置。请参阅图3-5，所述测温装置包括：第一运动单元10、第二运动单元20和温度传感器(未图示)；所述第一运动单元10和所述第二运动单元20均包括旋转件101、201，滑块102、202，驱动件103、203和基座104、204；所述旋转件101、201和所述滑块102、202设置于所述基座104、204上，所述驱动件103、203设置于所述基座104、204的一侧端；所述旋转件101、201的一端与所述驱动件103、203连接，所述旋转件101、201的另一端穿过所述滑块102、202，并经所述驱动件103、203驱动所述旋转件101、201转动，以带动所述滑块102、202沿所述旋转件101、201的轴向滑动；所述第一运动单元10交叉叠置于所述第二运动单元20上，且所述第二运动单元20的滑块202与所述第一运动单元10的基座104相接；所述温度传感器设置于所述第一运动单元10的滑块102上。
30.可见，在本实施例提供的所述测温装置中，所述温度传感器不仅能够在所述第一运动单元10的滑块102的带动下，沿所述第一运动单元10中的所述旋转件101的轴向运动，还能够在所述第二运动单元20的所述滑块202的带动下，沿所述第二运动单元20中的所述旋转件201的轴向运动。因所述第一运动单元10与所述第二运动单元20交叉设置，故所述温度传感器能够实现在二自由度的平面内移动。相较于定点探测的方式，本实施例提供的所述测温装置的探测范围更广，能够检测到晶圆中任意区域的温度情况，可缓解局部温度异常造成产品缺陷的问题，实现全面及时地测控晶圆温度，保证工艺效果，提高产品良率。
31.进一步的，所述旋转件101、201为滚珠丝杠，即在存在驱动力时，所述旋转件101、201通过自转，可以实现带动所述滑块102、202沿所述旋转件101、201的轴向呈线性滑动。其中，所述驱动件103、203为电机，用于向所述旋转件101、201提供驱动力，以驱动所述旋转件101、201转动。优选的，所述驱动件103、203为伺服电机。为提高测量的精准度，所述旋转件101、201旋转一圈的进给量为滚珠丝杠的螺距，对应于所述滑块的移动距离。所述移动距离的范围为3mm～6mm，优选为5mm。当采用电机驱动控制器提供脉冲来控制所述驱动件103、203的旋转，例如设置脉冲数量为10000，即每10000个所述脉冲控制所述旋转件101、201旋转一圈。可以理解的是，一个脉冲控制所述滑块移动的距离为5/10000mm，从而实现精细化控制所述滑块102、202的移动，进而确保所述温度传感器的定位精准度。
32.进一步的，所述第一运动单元10与所述第二运动单元20交叉设置，为便于获取所述温度传感器的坐标，其交叉角度优选为90度。即，所述第一运动单元10中的所述旋转件101与所述第二运动单元20中的所述旋转件201相互垂直。因此，所述第一运动单元10中的所述滑块101可以沿y轴所在方向滑动，所述第二运动单元20中的所述滑块201可以沿x轴所在方向滑动。且所述滑块201与所述第一运动单元10的基座104相接，则所述滑块201可以带动所述第一运动单元10沿x轴所在方向滑动，从而使得所述第一运动单元10上的所述滑块102可以在x轴和y轴构成的平面内任意移动。因此，设置在所述滑块102上的所述温度传感器可以探测到所述平面内的任意区域的温度。将所述晶圆相对所述平面设置，所述温度传感器即可探测到所述晶圆任意区域的温度。相较于固定设置的温度探测器，本实施例提供的所述测温装置能够实现可移动测温，探测范围更广。
33.请参阅图4-5，因本实施例中提供的所述第一运动单元10和第二运动单元20的结构相同，故本实施例具体介绍所述第一运动单元10，所述第二运动单元20的结构可以参照所述第一运动单元10，本实施例对此不做赘述。
34.在所述第一运动单元10中，所述旋转件101穿设于所述滑块102中，以承载所述滑块102。故为了承载所述旋转件101和所述驱动件103，以及与所述第二运动单元20中的所述滑块202相接，所述第一运动单元10还包括基座104。所述基座104包括底板1041和垂直设置于所述底板1041相对两端的支撑板1042。所述底板104可选的为矩形板件，或圆角矩形板件。则所述旋转件101平行于所述底板104的长边设置，所述支撑板1042固定设置于所述底板1041的短边，可选的与所述底板1041一体成型。所述旋转件101的一端插入其中一个所述支撑板1042中，另一端穿过另一所述支撑板1042，并与所述驱动件103连接，以使得所述旋转件101架设于所述支撑板1042之间，并为所述驱动件103提供支撑力。
35.为保证所述滑块102能够平稳地沿所述旋转件101的轴向滑动，所述基座104还包括支撑杆1043，所述支撑杆1043穿过所述滑块，并与相对两端的所述支撑板1042固定连接。所述滑块102能够与所述支撑杆1043相对滑动。可以理解的是，所述滑块102设置有与所述支撑杆1043的杆径相适配的孔洞，以使所述支撑杆1043能够穿进所述滑块102中，为所述滑块102提供支撑力，避免所述滑块102倾斜，并且不影响所述滑块102的滑动。为保证支撑力均匀，如图4所示，所述旋转件101沿所述滑块102的中心轴线穿过，设置两个所述支撑杆1043沿所述中心轴线对称地穿过所述滑块102。其中，对于所述支撑杆1043的数量，本实施不做具体限定，可以为一个、两个、三个或四个等。
36.请参阅图3和5，所述第二运动件20中的所述滑块202与所述第一运动单元10的底板1041固定连接。所述固定连接的方式包括但不限于为焊接、粘接或螺钉接合。通过所述滑块202与所述底板1041的连接，能够是的所述第一运动单元10随着所述滑块202沿旋转件201的轴向运动，以实现所述滑块101和所述温度传感器沿旋转件201的轴向运动的目的，从而使得所述滑块101和所述温度传感器能够在x轴和y轴构成的平面内任意移动。进一步的，为确保所述温度传感器能够探测到晶圆的任意一区域，所述滑块102、202滑动的最大距离大于或等于搜书晶圆的直径。故两个所述支撑板2042之间的间距范围为315mm～325mm，优选的为310mm。
37.基于同一构思，本实施例还提供一种半导体机台，所述半导体机台包括所述测温装置。将所述测温装置安装在反应腔内，相对所述晶圆，且所述晶圆的边缘位于所述测温装置的探测范围内，通过所述驱动件103、203的驱动，使得所述滑块102相对所述旋转件101滑动，所述滑块202相对所述旋转件201滑动，以使得所述温度传感器依次检测所述晶圆内各个区域的温度，当出现温度异常时，例如大于目标温度1℃时，启动在线自动温度调节或者人工干预温度补偿，从而实现实时保证温度处在正常目标范围，避免异常温度造成晶圆缺陷。
38.此外，本实施例提供的所述测温装置和所述半导体机台可应用的范围很广，不仅适用于监控晶圆温度，还可以适用于控制产品晶圆温度的均匀度，即通过所述测温装置实现由点到面的温度监测和控制，以精准获得晶圆整体温度均匀性。以及，通过所述测温装置的监测和温度控制，补偿前制程不足，实现对器件电性均匀性控制，确保离子扩散的均匀性，还可以通过工艺整合控制，依据前制程的特殊特征来控制温度，分布实现补偿的效果。
甚至可以利用ai软件程序，根据产品电性需要设计特别指定温度特征，从而获得所需的温度分布图。
39.综上所述，本实施例提供一种测温装置及半导体机台。其中，所述测温装置包括：第一运动单元10、第二运动单元20和温度传感器。其中，第一运动单元10交叉叠置于第二运动单元20上，且第二运动单元20的滑块202与第一运动单元10的基座104相接；温度传感器设置于第一运动单元10的滑块102上。因此，所述温度传感器不仅能够在第一运动单元10的滑块102的带动下，沿第一运动单元10中的旋转件101的轴向运动，还能够在第二运动单元20的滑块202的带动下，沿第二运动单元20中的旋转件201的轴向运动，则温度传感器能够实现在二自由度的平面内移动。相较于定点探测的方式，本实施例提供的所述测温装置的探测范围更广，能够检测到晶圆中任意区域的温度情况，可缓解局部温度异常造成产品缺陷的问题，实现全面及时地测控晶圆温度，保证工艺效果，提高产品良率。
40.此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。