CN113496910B - 校温片及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种校温片及其应用方法,所述校温片包括本体及设置在所述本体内的多个测试键,所述测试键具有一与设定电流对应的电压‑温度特性曲线,通过检测所述测试键的电压获得所述测试键的温度。本发明的优点在于,校温片能够模拟晶圆的状态,测试键的侧壁并未暴露在空气中,所述校温片设置在半导体机台上的状态与晶圆设置在半导体机台上的状态相同,因此,所述校温片的温度能够真实反应所述晶圆设置在半导体机台上时的温度情况,其能够对半导体机台进行精确校温。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种校温片及其应用方法。
背景技术
在半导体的制造工艺中,通常需要在半导体机台上进行高温或者低温工艺。温度对半导体制程有很大影响,特别是对温度敏感的工艺,温度的影响不可忽略,因此,机台的温度校准非常重要。
现有半导体机台校温的方法是,在半导体机台上放置单个或者多个校温器,给予半导体机台校温,以确保半导体机台的温度达到设定温度及晶圆在半导体机台各处温度的一致性。现有的校温器通常为温度传感器,图1是温度传感器应用在半导体机台上进行校温的示意图,请参阅图1,多个温度传感器10设置在半导体机台1上,所述温度传感器10的底面与半导体机台1接触,所述温度传感器10的顶面及侧壁暴露在空气中。
该种校温方法的缺点在于:一、由于温度传感器10的体积较大,设置分散,其侧壁及顶面均暴露在空气中,空气对温度传感器10的测量有很大的影响,而当晶圆设置在半导体机台上时,晶圆上的芯片仅顶面暴露于空气中,侧壁并未暴露在空气中,因此,温度传感器10无法反应晶圆在同等情况下的温度情况;二、受限于温度传感器10的数量,测量不全面,只能测量某些点的温度,无法提供半导体机台的温度分布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种校温片及其应用方法。
为了解决上述问题,本发明提供了一种校温片,其包括本体及设置在所述本体内的多个测试键(testkey),所述测试键具有一与设定电流对应的电压-温度特性曲线,通过检测所述测试键的电压获得所述测试键的温度。
进一步,所述测试键选自于双极结型晶体管、电阻器及金属-氧化物-半导体场效应晶体管中的一种。
进一步,所述校温片的面积大于或者等于半导体机台的需要校温的区域的面积。
进一步,在所述本体内设置有多个曝光单元,每一所述曝光单元内设置有至少一所述测试键。
进一步,所述本体为一晶圆。
进一步,每一所述曝光单元内设置有至少一芯片,所述测试键设置在所述芯片中,或者设置在芯片之间的切割道上。。
进一步,在所述校温片上,所述测试键的分布为:所述测试键与需要进行校温的校温点的关系为一对一,或者一对多。
进一步,所述电压-温度特性曲线为一次函数曲线。
进一步,所述测试键为同种类型器件。
本发明还提供一种如上所述的校温片的应用方法,其包括如下步骤:将所述校温片置于半导体机台上,所述校温片覆盖所述半导体机台需要校温的区域;向所述校温片上的测试键(testkey)通电,通电电流为所述设定电流;测量预先设定的校温点对应的测试键的电压,获得所述测试键的温度,所述温度作为所述校温点的温度。
进一步,测量每一所述测试键的电压,获得每一所述测试键的温度,进而获得所述半导体机台需要校温的区域的温度分布。
进一步,在将所述校温片置于半导体机台上的步骤之前,所述应用方法还包括如下步骤:获取所述测试键的电压-温度特性曲线。
进一步,在将所述校温片置于半导体机台的步骤之前,还包括校温片检测步骤:提供一半导体机台,所述半导体机台具有标准温度;将所述校温片设置在所述半导体机台上;向所述校温片上的测试键通电,通电电流为所述设定电流;测量所述测试键的电压,获得所述测试键的温度;将所述测试键的温度与所述半导体机台的标准温度进行比较,若所述测试键的温度与所述标准温度之差小于或等于一设定值,则完成所述校温片的检测。
进一步,若所述测试键的温度与所述标准温度之差大于所述设定值,则重新获取所述测试键的电压-温度特性曲线。
本发明的优点在于,校温片能够模拟晶圆的状态,测试键的侧壁并未暴露在空气中,所述校温片设置在半导体机台上的状态与晶圆设置在半导体机台上的状态相同,因此,所述校温片的温度能够真实反应所述晶圆设置在半导体机台上时的温度情况,其能够对半导体机台进行精确校温。
附图说明
图1是现有的温度传感器应用在半导体机台上进行校温的示意图;
图2是本发明校温片的一具体实施方式的俯视示意图;
图3是本发明校温片的双极结型晶体管的电压-温度特性曲线;
图4是本发明校温片的应用方法的一具体实施方式的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的校温片及其应用方法的具体实施方式做详细说明。
本发明校温片可用于半导体制程中需要校温的场景。在下述具体实施方式中,以所述校温片应用于半导体机台的校温为例进行说明。
图2是本发明校温片的一具体实施方式的俯视示意图。请参阅图2,本发明校温片2包括本体21及多个曝光单元20,所述曝光单元20设置在所述本体21内。在每一所述曝光单元20内至少设置一个测试键22。在本具体实施方式中,每一个所述曝光单元20内设置有一个所述测试键22,在本发明其他具体实施方式中,每一所述曝光单元20内也可设置多个测试键22。进一步,对于同一个校温片,其不同的曝光单元20内设置的测试键22的数量可不同,例如,根据校温需求,对于温度变化比较敏感的区域,可在同一曝光单元中设置多个测试键,以提高测温精度,对于温度变化不敏感的区域,可在一个曝光单元中仅设置一个测试键,以节约成本。
进一步,每一所述曝光单元内设置有至少一芯片(附图中未绘示),所述测试键22可设置在所述芯片中,也可设置在所述芯片之间的切割道上。
所述测试键22具有一与设定电流对应的电压-温度特性曲线。也就是说,在向所述测试键22通电,通电电流为设定电流的情况下,所述测试键22的电压与温度具有一一对应的函数关系。在本发明中,具有电压-温度特性曲线,且电压与温度为一对一关系的器件结构均可作为所述测试键22。所述测试键22还包括但不限于双极结型晶体管、电阻器(Resistor)、金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS)。例如,当所述测试键22为双极结型晶体管时,所述测试键22的电压与温度为一次函数关系。图3是双极结型晶体管的电压-温度特性曲线,请参阅图3,其横坐标为温度,纵坐标为电压,电压与温度为一次函数线性关系。
在已知所述测试键22在某一设定电流下的电压-温度特性曲线的情况下,可通过检测所述测试键22的电压获得所述测试键22的温度。具体地说,可向所述测试键22通电,通电电流为所述设定电流;利用探针等测量装置测量所述测试键22的电压,将测量获得的电压作为已知数,在所述电压-温度特性曲线上获得其对应的温度,该温度为所述测试键22的温度,该温度作为所述测试键22对应位置处的外界温度(例如,所述测试键22对应位置处的半导体机台的温度)。
进一步,同一校温片2上的不同的所述测试键22可为同种类型的器件,也可为不同种类型的器件。例如,在本具体实施方式中,同一所述校温片2上的测试键22均为双极结型晶体管;而在本发明另一具体实施方式中,在同一校温片2上,既有双极结型晶体管作为所述测试键,也有金属-氧化物-半导体场效应晶体管作为所述测试键。当同一校温片上的测试键为同种类型的器件时,所述测试键的电压-温度特性曲线接近,便于计算。
可以理解的是,设定电流不同,所述测试键22的电压-温度特性曲线也可能不同,因此,在采用所述校温片进行校温之前,通常需要先确定所述测试键在设定电流下的电压-温度特性曲线,若要更改设定电流,则需要重新确定新的设定电流对应的电压-温度特性曲线。进一步,在同一设定电流下,不同的测试键22的电压-温度特性曲线也可能会不同,因此,需要对每一个测试键22进行测量,获得其电压-温度特性曲线。
进一步,在本具体实施方式中,所述本体21为一晶圆,所述晶圆具有多个所述曝光单元20,每一所述曝光单元20内设置有至少一所述测试键22。优选地,在所述晶圆内直接制作所述测试键22。例如,在本发明一具体实施方式中,所述测试键22为电阻器,则直接利用现有的半导体制程在所述晶圆内仅制作电阻器,从而形成所述校温片。或者,在本发明另一具体实施方式中,采用现有半导体制程制备具有芯片的晶圆结构,所述芯片的四周包括至少一个电阻器,将其中的电阻器作为所述测试键。该种晶圆结构可为现有的已经制备好的晶圆结构。
由于本发明可直接在所述晶圆内制作芯片的同时制作测试键,形成所述校温片,因此,可直接通过现有的半导体制程直接制备所述校温片,不需要额外制定制备校温片的半导体制程工艺及版图等,节省人力、物力及生产成本。
进一步,在所述校温片上,所述测试键的分布为所述测试键与需要进行校温的校温点的关系为一对一,或者一对多。对于半导体机台,其校温点可以为后续需要置于半导体机台上进行制程工艺的晶圆上的芯片的位置。具体地说,对于半导体机台而言,所述校温片上的测试键的分布为,所述测试键与需要在半导体机台上进行制程工艺的晶圆上的芯片的位置为一对一,或者一对多。例如,所述校温片上的一个所述测试键对应所述晶圆上的一个芯片的位置,或者所述校温片上的一个所述测试键对应所述晶圆上的田字形相邻的四个芯片的位置。其优点在于,所述校温片能够进一步精确反应所述晶圆的每一个芯片的温度情况,提高测量精确度。
进一步,使所述校温片的面积大于或者等于半导体机台的需要校温的区域的面积,以使所述校温片能够对所述半导体机台进行全面校温。
如背景技术所述,在采用现有的温度传感器测量半导体机台时,温度传感器的侧壁也暴露在空气中,空气会影响温度传感器的测量,无法反应晶圆的实际温度情况,无法实现精确校温。而本发明所述校温片能够模拟晶圆的状态,测试键的侧壁并未暴露在空气中,所述校温片设置在半导体机台上的状态与晶圆设置在半导体机台上的状态相同,因此,所述校温片的温度能够真实反应所述晶圆设置在半导体机台上时的温度情况,其能够对半导体机台进行精确校温。
另外,由于本发明校温片上的测试键分布密度较高,其能够进一步反应所述半导体机台上的温度分布,从而为后续工艺提供参考。
本发明还提供了如上所述的校温片的应用方法。图4是本发明校温片的应用方法的一具体实施方式的步骤示意图。请参阅图4,所述应用方法包括如下步骤:
步骤S40,获取所述测试键的电压-温度特性曲线。该步骤为可选步骤。
对于不同类型的测试键,其电压-温度特性曲线的获取方法不同,本领域技术人员可从现有技术中获取。所述测试键的电压-温度特性曲线可能会随着所述测试键的衰减而产生变换,因此,在所述校温片使用一次或者若干次后,在再次使用时可重新获取所述测试键的电压-温度特性曲线,以确保后续校温的准确性。
步骤S41,校温片检测步骤。该步骤为可选步骤。该步骤的目的在于,检测所述校温片的电压-温度特性曲线是否已经发生变化。
具体地说,包括如下步骤:
步骤S410,提供一半导体机台,所述半导体机台具有标准温度。该半导体机台为已经经过校准的机台,其各个区域的温度已知,并将其设定为标准温度。例如,在所述半导体机台某一区域,其温度为150摄氏度,则将该150摄氏度设定为标准温度。
步骤S411,将所述校温片设置在所述半导体机台上。即将后续需要使用的校温片置于所述半导体机台上。在该步骤中,为了使所述校温片与所述半导体机台的温度趋于一致,可将所述校温片在所述半导体机台上放置若干时间。
步骤S412,向所述校温片上的测试键通电,通电电流为所述设定电流。所述设定电流对应一电压-温度特性曲线。
步骤S413,测量所述测试键的电压,获得所述测试键的温度。在该步骤中,通过探针等测量装置测量所述校温片上的测试键的电压,并将该电压作为已知参数,从所述电压-温度特性曲线获得该电压对应的测试键的温度。
步骤S414,将所述测试键的温度与所述半导体机台的标准温度进行比较,若所述测试键的温度与所述标准温度之差小于或等于一设定值,则完成所述校温片的检测,若所述测试键的温度与所述标准温度之差大于所述设定值,则重新获取所述测试键的电压-温度特性曲线。所述设定值为实务中允许的误差,可根据实际情况设置。当所述测试键的温度与所述标准温度之差小于或等于所述设定值,说明所述校温片的测试键的温度测量在误差允许范围内,可以正常工作;当所述测试键的温度与所述标准温度之差大于所述设定值,说明所述校温片的测试键的温度测量不在误差允许范围内,不能正常工作,需要重新执行步骤S40。
步骤S42,将所述校温片置于半导体机台上,所述校温片覆盖所述半导体机台需要校温的区域。在该步骤中,将所述校温片置于需要进行校温的半导体机台上,所述校温片能够贴合所述半导体机台,且所述测试键的侧壁并未暴露在空气中。
步骤S43,向所述校温片上的测试键(testkey)通电,通电电流为所述设定电流。由于在设定电流下,所述电压-温度特性曲线为已知,而在非设定电流下,所述电压-温度特性曲线未知,所以,在该步骤中,所述通道电流为设定电流。
步骤S44,测量预先设定的校温点对应的测试键的电压,获得所述测试键的温度,所述温度作为所述校温点的温度。在该步骤中,可根据实际需求仅测量预先设定的校温点对于的测试键的电压,也可测量全部测试键的电压。
本发明所述校温片能够覆盖所述半导体机台的全部需要测温区域,且校温片内设置有多个测试键,则可对半导体机台的任意位置进行测量,机动性高。优选地,为了获得所述半导体机台需要校温的区域的温度分布,则可测量每一所述测试键的电压,获得每一所述测试键的温度,进而获得所述半导体机台需要校温的区域的温度分布。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种校温片,其特征在于,用于半导体机台,包括本体及设置在所述本体内的多个测试键,在所述本体内设置有多个曝光单元,每一所述曝光单元内设置有至少一所述测试键,每个所述测试键具有一与设定电流对应的电压-温度特性曲线,通过检测所述测试键的电压获得所述测试键的温度,所述测试键的温度用于与所述半导体机台的标准温度进行比较,若所述测试键的温度与所述标准温度之差小于或等于一设定值,则完成所述校温片的检测。
2.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,所述测试键选自于双极结型晶体管、电阻器及金属-氧化物-半导体场效应晶体管中的一种。
3.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,所述校温片的面积大于或者等于半导体机台的需要校温的区域的面积。
4.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,所述本体为一晶圆。
5.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,每一所述曝光单元内设置有至少一芯片,所述测试键设置在所述芯片中,或者设置在芯片之间的切割道上。
6.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,在所述校温片上,所述测试键的分布为:所述测试键与需要进行校温的校温点的关系为一对一,或者一对多。
7.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,所述电压-温度特性曲线为一次函数曲线。
8.根据权利要求1所述的校温片,其特征在于,所述测试键为同种类型器件。
9.一种如权利要求1~8任意一项所述的校温片的应用方法,其特征在于,包括如下步骤:
将所述校温片置于半导体机台上,所述校温片覆盖所述半导体机台需要校温的区域;
向所述校温片上的测试键通电,通电电流为所述设定电流;
测量预先设定的校温点对应的测试键的电压,获得所述测试键的温度,所述温度作为所述校温点的温度;
将所述校温片置于半导体机台的步骤之前,还包括校温片检测步骤:将所述测试键的温度与所述半导体机台的标准温度进行比较,若所述测试键的温度与所述标准温度之差小于或等于一设定值,则完成所述校温片的检测。
10.根据权利要求9所述的校温片的应用方法,其特征在于,测量每一所述测试键的电压,获得每一所述测试键的温度,进而获得所述半导体机台需要校温的区域的温度分布。
11.根据权利要求9所述的校温片的应用方法,其特征在于,在将所述校温片置于半导体机台上的步骤之前,所述应用方法还包括如下步骤:
获取所述测试键的电压-温度特性曲线。
12.根据权利要求9所述的校温片的应用方法,其特征在于,所述校温片检测步骤包括:
提供一半导体机台,所述半导体机台具有标准温度;
将所述校温片设置在所述半导体机台上;
向所述校温片上的测试键通电,通电电流为所述设定电流;
测量所述测试键的电压,获得所述测试键的温度。
13.根据权利要求12所述的校温片的应用方法,其特征在于,若所述测试键的温度与所述标准温度之差大于所述设定值,则重新获取所述测试键的电压-温度特性曲线。
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