CN108766906A - 降低晶圆的边沿热量流失的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低晶圆的边沿热量流失的装置，涉及集成电路制造技术，包括：一晶圆；一托盘，包括一托盘环和一孔形成的中空结构，所述晶圆的边沿置于所述托盘环上，以承载所述晶圆，所述晶圆的中心部分置于所述孔上；一托盘温度检测单元，用于检测所述托盘环的温度，以输出一代表所述托盘的温度的托盘温度信号；一比较计算单元，接收所述托盘温度信号及一参考温度信号，输出代表所述托盘温度信号与所述参考温度信号的偏差的一温度偏差信号；一热源控制器，接收所述温度偏差信号，并根据所述温度偏差信号输出一温度控制信号；以及一热源设备，根据所述温度控制信号控制照射所述托盘环的热量；以控制托盘环的温度。

Description

降低晶圆的边沿热量流失的装置
技术领域
本发明涉及一种集成电路制造技术，尤其涉及一种改善晶圆的边沿热量流失的装置。
背景技术
在集成电路制造中，掺杂是其中的一个重要工艺，其是改变半导体的导电类型，形成N型层或P型层，以形成PN结和各种半导体器件，从而形成半导体集成电路，或改变材料的电导率。热扩散是掺杂的一种常用方法，其利用高温驱动杂质进入半导体的晶格内，并使杂质在半导体衬底中扩散，这种方法对温度的依懒性很强。晶圆温度受到稍微的干扰，就能导致掺杂元素的结深分布达不到要求，进而影响器件的电特性参数。然而，随着半导体工业的发展，集成电路向体积小、速度快、低功耗方向发展。半导体器件的特征尺寸不断按比例缩小，结深要浅，晶圆温度的干扰对结深的影响更大。因此，在集成电路制造中，尤其在热扩散工艺中，晶圆温度的精确控制愈加重要。
因此在集成电路制造中，需要一种精确控制晶圆温度的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低晶圆的边沿热量流失的装置，以控制晶圆接触托盘环处的温度。
本发明提供的降低晶圆的边沿热量流失的装置，包括：一晶圆；一托盘，包括一托盘环和一孔形成的中空结构，所述晶圆的边沿置于所述托盘环上，以承载所述晶圆，所述晶圆的中心部分置于所述孔上；一托盘温度检测单元，用于检测所述托盘环的温度，以输出一代表所述托盘的温度的托盘温度信号；一比较计算单元，接收所述托盘温度信号及一参考温度信号，输出代表所述托盘温度信号与所述参考温度信号的偏差的一温度偏差信号；一热源控制器，接收所述温度偏差信号，并根据所述温度偏差信号输出一温度控制信号；以及一热源设备，根据所述温度控制信号控制照射所述托盘环的热量。
更进一步的，还包括晶圆温度检测单元，用于检测所述晶圆置于所述孔上的部分的温度，以输出一代表晶圆的中心部分的温度的晶圆温度信号；所述比较计算单元接收所述托盘温度信号及所述晶圆温度信号，输出代表所述托盘温度信号与所述晶圆温度信号的偏差的温度偏差信号；所述热源控制器接收所述温度偏差信号，并根据所述温度偏差信号输出一温度控制信号，所述热源设备根据所述温度控制信号控制照射所述托盘环的热量。
更进一步的，所述比较计算单元包括一比较器，所述比较器的一输入端接收所述托盘温度信号，所述比较器的另一输入端接收所述参考温度信号。
更进一步的，所述热源设备为一激光器，所述激光器发出光束照射所述托盘环，并且所述激光器根据所述温度控制信号控制其发出的光束的强度，以控制照射所述托盘环的热量。
更进一步的，所述光束与所述托盘环上接收所述光束的面成一角度θ，其中0°<θ<180°。
更进一步的，θ＝90°。
更进一步的，70°≤θ≤80°。
更进一步的，所述托盘的温度与所述参考温度信号的偏差小于5°。
更进一步的，所述托盘的温度与所述晶圆的中心位置的温度的偏差小于5°。
更进一步的，所述托盘的温度等于所述参考温度信号。
本发明提供的降低晶圆的边沿热量流失的装置，通过托盘温度检测单元、比较计算单元、热源控制器及热源设备构成的温度控制单元，精确控制托盘环的温度，以实现缩小晶圆边沿与托盘环之间的温差，降低晶圆边沿的热量流失，使良率稳定。
附图说明
图1为本发明一实施例的降低晶圆的边沿热量流失的装置的示意图。
图2为本发明另一实施例的降低晶圆的边沿热量流失的装置的示意图。
图中主要元件附图标记说明如下：
100、晶圆；110、托盘；120、托盘温度检测单元；130、比较计算单元；140、热源控制器；150、热源设备；111、托盘环；112、孔。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
退火工艺是热扩散工艺中的关键步骤，退火是将晶圆快速升到一定温度，如900℃到1200℃的温度，然后快速降温的过程，在退火工艺过程中，晶圆温度需要精确控制。然而，如图1所示，托盘110通常为中空结构，包括托盘环111和孔112，托盘环111和孔112形成中空结构，晶圆100的边沿置于托盘环111上，以承载晶圆100，晶圆100的中间部分置于孔112上，并通过一退火热源对晶圆100进行加热，晶圆100的边沿置于托盘环111上，托盘环111会吸收晶圆100边沿的热，导致晶圆100边沿的器件速度偏慢，出现良率损失。
为缩小晶圆110的边沿与托盘环111之间的温差，本发明一实施例提供一种降低晶圆的边沿热量流失的装置。请参阅图1，图1为本发明一实施例的降低晶圆的边沿热量流失的装置的示意图。如图1所示，降低晶圆的边沿热量流失的装置包括晶圆100、托盘110、托盘温度检测单元120、比较计算单元130、热源控制器140及热源设备150，托盘温度检测单元120用于检测托盘环111的温度，以输出一代表托盘110的温度的托盘温度信号To，比较计算单元130接收托盘温度信号To及一参考温度信号Tref，输出代表托盘温度信号To与参考温度信号Tref的偏差的温度偏差信号ΔT，热源控制器140接收温度偏差信号ΔT，并根据温度偏差信号ΔT输出一温度控制信号Tc，热源设备150根据温度控制信号Tc控制照射托盘环111的热量，以控制托盘环111的温度，以实现缩小晶圆110的边沿与托盘环111之间的温差。
更具体地，在本发明一实施例中，托盘温度检测单元120可为一温度计，当然也可为其它的温度检测装置，只要能检测出托盘110上的温度To即可。
在本发明一实施例中，比较计算单元130包括一比较器，比较器的一输入端接收托盘温度信号To，比较器的另一输入端接收参考温度信号Tref，输出一代表托盘温度信号To与参考温度信号Tref的偏差的温度差信号，即温度偏差信号ΔT。
热源控制器140接收该温度偏差信号ΔT并输出温度控制信号Tc，热源控制器140可通过模拟电路实现，也可通过数字电路实现，本发明对此不做限定。
在本发明一实施例中，热源设备150为一激光器，激光器发出光束151照射托盘环111，以对托盘环111加热。更具体的，激光器根据温度控制信号Tc控制其发出的光束的强度，以控制照射托盘环111的热量。
激光器发出的光束151与托盘环111上接收光束151的面成一角度θ，其中0°<θ<180°，且此角度可根据需求进行调整。具体的，当激光器位于托盘110上方时，即托盘110上放置晶圆100的一侧，激光器发出的光束151照射托盘换111的上表面，并与托盘环111的上表面成一角度θ。在本发明一实施例中，激光器发出的光束151与托盘环111的上表面成90°，θ＝90°，即激光器发出的光束151垂直照射托盘环111的上表面；在本发明一实施例中，70°≤θ≤80°，以增加托盘环111吸收照射至其上的热量。更优的，在本发明一实施例中，73°≤θ≤75°。在本发明一实施例中，激光器发出的光束151也可照射托盘环111的下表面，即托盘110上放置晶圆100的一侧的相对侧的面，或激光器发出的光束151照射托盘环111的侧表面，即与上表面或下表面相交的面。
在本发明一实施例中，通过托盘温度检测单元120、比较计算单元130、热源控制器140及热源设备150构成的温度控制单元，可控制使得托盘的温度与参考温度信号Tref的偏差小于5°。在一优选实施例中，托盘的温度等于参考温度信号Tref。在本发明一实施例中，参考温度信号Tref为期望的晶圆边沿的温度。以实现缩小晶圆110的边沿与托盘环111之间的温差。
在本发明一实施例中，希望晶圆100的温度均匀，则晶圆100上器件的结深分布均匀，进而保证半导体产品的速度均匀，提高产品良率。然而，如图1所示，晶圆100的边沿的热被托盘环111吸收，使晶圆100的边沿的温度低于晶圆100的中间部分的温度，导致晶圆上的器件速度不均匀，良率损失。
请参阅图2，图2为本发明另一实施例的降低晶圆的边沿热量流失的装置的示意图。如图2所示，本发明的降低晶圆的边沿热量流失的装置更包括晶圆温度检测单元160，用于检测晶圆100置于托盘110的孔112上的部分的温度，以输出一代表晶圆110的中心部分的温度的晶圆温度信号T1，比较计算单元130接收托盘温度信号To及晶圆温度信号T1，输出代表托盘温度信号To与晶圆温度信号T1的偏差的温度偏差信号ΔT，即晶圆温度信号T1为参考温度信号Tref，热源控制器140接收温度偏差信号ΔT，并根据温度偏差信号ΔT输出一温度控制信号Tc，热源设备150根据温度控制信号Tc控制照射托盘环111的热量。托盘110将热量传递至晶圆100，也即进而控制晶圆100接触托盘110处的温度。以实现缩小晶圆110的边沿与托盘环111之间的温差。
在本实施例中，晶圆温度信号T1为参考温度信号Tref，通过托盘温度检测单元120、晶圆温度检测单元160、比较计算单元130、热源控制器140及热源设备150构成的温度控制单元，控制使得托盘的温度与晶圆的中心部分的温度的偏差小于5°，在一优选实施例中，托盘的温度等于晶圆的中心部分的温度。
上述实施例中提到的“等于”可有一定的误差。在一实施例中，该误差为5％；在一较优实施例中，该误差为10％；在一更佳实施例中，该误差为20％。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
综上所述，通过托盘温度检测单元、比较计算单元、热源控制器及热源设备构成的温度控制单元，精确控制托盘环的温度，以实现缩小晶圆的边沿与托盘环之间的温差，降低晶圆边沿的热量流失，使良率稳定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，包括：
一晶圆；
一托盘，包括一托盘环和一孔形成的中空结构，所述晶圆的边沿置于所述托盘环上，以承载所述晶圆，所述晶圆的中心部分置于所述孔上；
一托盘温度检测单元，用于检测所述托盘环的温度，以输出一代表所述托盘的温度的托盘温度信号；
一比较计算单元，接收所述托盘温度信号及一参考温度信号，输出代表所述托盘温度信号与所述参考温度信号的偏差的一温度偏差信号；
一热源控制器，接收所述温度偏差信号，并根据所述温度偏差信号输出一温度控制信号；以及
一热源设备，根据所述温度控制信号控制照射所述托盘环的热量。
2.根据权利要求1所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，还包括晶圆温度检测单元，用于检测所述晶圆置于所述孔上的部分的温度，以输出一代表晶圆的中心部分的温度的晶圆温度信号；所述比较计算单元接收所述托盘温度信号及所述晶圆温度信号，输出代表所述托盘温度信号与所述晶圆温度信号的偏差的温度偏差信号；所述热源控制器接收所述温度偏差信号，并根据所述温度偏差信号输出一温度控制信号，所述热源设备根据所述温度控制信号控制照射所述托盘环的热量。
3.根据权利要求1所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述比较计算单元包括一比较器，所述比较器的一输入端接收所述托盘温度信号，所述比较器的另一输入端接收所述参考温度信号。
4.根据权利要求1或2任一项所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述热源设备为一激光器，所述激光器发出光束照射所述托盘环，并且所述激光器根据所述温度控制信号控制其发出的光束的强度，以控制照射所述托盘环的热量。
5.根据权利要求4所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述光束与所述托盘环上接收所述光束的面成一角度θ，其中0°<θ<180°。
6.根据权利要求5所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，θ＝90°。
7.根据权利要求5所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，70°≤θ≤80°。
8.根据权利要求1所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述托盘的温度与所述参考温度信号的偏差小于5°。
9.根据权利要求1所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述托盘的温度与所述晶圆的中心位置的温度的偏差小于5°。
10.根据权利要求1所述的降低晶圆的边沿热量流失的装置，其特征在于，所述托盘的温度等于所述参考温度信号。
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