CN218180142U - 一种测量托盘、测量工具以及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于半导体设备工艺参数测量的测量托盘、测量工具以及半导体设备，测量工具包括测量托盘、测温元件以及引线，测温元件固定设置在测量托盘侧壁开设的插孔内，与测温元件连接的引线直接从插孔的开口处延伸至测量托盘外，而不会暴露在测量托盘的上表面或下表面，也就不会影响测温元件测量工艺参数，因此，测温元件能够更准确地测量腔体中的工艺参数。本实用新型公开的测量托盘和测量工具能够提高测量半导体设备腔体中的工艺参数的准确性和提高半导体设备工艺参数校准的精确度。

Description

一种测量托盘、测量工具以及半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种测量托盘、测量工具以及半导体设备。

背景技术

目前，在EPI腔体(即外延腔体)等半导体设备腔体中，通常需要对晶圆的正面和/或背面进行加热，而业界常用含有多个热电偶的晶圆来测量加热源对晶圆加热的温度和加热均匀性。

但是，使用该工具测量温度存在不足。首先，当使用晶圆为测温元件的载体时，晶圆受热可能会发生翘曲；其次，热电偶的引线暴露在晶圆表面，会部分挡住加热源对晶圆的加热；以上原因都会造成测量温度及其均匀性的不准确。

因此，亟需一种能够在半导体设备腔体中更准确地测量加热源对晶圆的加热温度和加热均匀性的测量工具。

实用新型内容

为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本实用新型提供了一种测量托盘、测量工具以及半导体设备，能够提高测量半导体设备腔体中的工艺参数的准确性。

本实用新型提供了一种测量托盘，所述测量托盘的侧壁开设有插孔，所述插孔用以固定设置测温元件；所述测量托盘放置在半导体设备腔体中，用以测量所述半导体设备腔体中的工艺参数。

可选地，所述测量托盘为圆盘状结构。

可选地，所述插孔沿所述测量托盘的径向开设。

可选地，所述插孔的数量为多个，且多个所述插孔相对于测量托盘的中心具有不同的方位角。

可选地，所述插孔的数量为两个，所述插孔的深度相同、或不相同。

可选地，所述插孔的数量为至少三个，所述插孔的深度相同、或部分相同、或不相同。

可选地，所述测量托盘的厚度为2～8mm。

可选地，所述测量托盘与半导体设备腔体中用以支撑晶圆的工艺托盘的形状、尺寸或者材质相同。

可选地，所述测量托盘的材质为金属、石墨、硅、碳化硅、陶瓷、蓝宝石或者石英中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种测量工具，应用于半导体设备，其特征在于，包括：

如上述的测量托盘，其测量时放置在所述半导体设备腔体中；

测温元件，设置于所述测量托盘的插孔内；

引线，其第一端与所述测温元件连接，其第二端穿过所述插孔的开口处延伸至所述测量托盘外。

可选地，所述测温元件为测温元件，用于测量半导体设备腔体中的温度。

可选地，所述测温元件为热电偶。

可选地，所述测温元件固定设置在所述插孔的内底端。

可选地，所述测温元件通过压入配合或者通过粘合剂固定设置在所述插孔的内底端。

可选地，所述粘合剂的膨胀系数与所述测量托盘的膨胀系数的差值大于或等于第一阈值。

可选地，所述插孔内设置至少两个测温元件，用于测量所述测量托盘不同半径处的工艺参数。

可选地，还包括：

套件，套设于所述引线。

可选地，所述套件的膨胀系数与所述测量托盘的膨胀系数的差值大于或等于第二阈值。

可选地，还包括：

限位结构，设置于所述插孔的开口处；所述限位结构上开设有用于通过所述引线的通孔。

再一方面，本实用新型还提供了一种半导体设备，包括半导体设备腔体、加热源以及设于所述半导体设备腔体内的如上述的测量工具，其中所述测量工具用于测量温度，并且根据所述温度对所述加热源进行调节。

本实用新型提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型能中的测温元件固定设置在测量托盘侧壁开设的插孔内，引线直接从插孔的开口处延伸至测量托盘外，而不会暴露在测量托盘的上表面或下表面，也就不会影响测温元件测量工艺参数，测温元件能够更准确地测量腔体中的工艺参数，提高半导体设备工艺参数校准的精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例的技术方案，下面将对说明实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个或多个实施例中提供的测量工具的结构示意图；

图2是本实用新型一个或多个实施例中提供的测量托盘的结构示意图；

图3是本实用新型一个或多个实施例中提供的半导体设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的实施方式，但是应该理解的是，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合，并且说明书中各实施例的技术特征只要不相互排斥均可任意组合以组成对应的技术方案，这样的技术方案均视为本申请公开的技术内容，属于本申请所保护的范围。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语“第一”、“第二”等来描述各种阈值，但这些阈值不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的阈值彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一阈值也可以被称为第二阈值，类似地，第二阈值也可以被称为第一阈值。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文将结合附图对本实用新型实施例的技术方案进行详细描述。

在一个或多个实施例中，提供了一种应用于半导体设备工艺参数测量的测量托盘和测量工具，能够提高在半导体设备腔体中测量工艺参数的准确性。

在一个或多个实施例中，工艺参数测量元件可以实施为测温元件，用于测量半导体设备腔体中的温度，也可以实施为其他的工艺参数测量元件，用于测量半导体设备腔体中的其他工艺参数，在此不作具体限定。下文仅以工艺参数测量元件实施为测温元件进行示例性说明。

在一个或多个实施例中，半导体设备可以实施为CVD设备；在对CVD设备腔体(例如：EPI腔体，即外延腔体)内的晶圆进行化学气相沉积的过程中，需要通过布置在CVD设备上的加热源对晶圆进行加热，进而控制加热的温度和加热均匀性，以保证在晶圆上沉积形成高质量的化合物层。

需要说明的是，测量托盘的加热均匀性由设置在测量托盘上多个位置的测温元件测量得到的温度来确定。具体地，如果多个位置的温度偏差值在预期的可接受范围内，则确认加热源的加热均匀性符合要求；如果多个位置的温度偏差值不在预期的可接受的范围内，则确定加热源的加热均匀性不符合要求，需要调整加热源及其布置。

而测量工具用于测试布置在CVD设备腔体内的加热源所提供热量的温度和加热均匀性。在将晶圆放置在CVD设备中进行相应的工艺处理之前，通常需要先将测量工具放置在晶圆所应放置的位置，通过测量工具测量晶圆被加热源加热时的温度和加热均匀性，技术人员能够根据该温度和加热均匀性调整加热源及其布置，直至满足工艺要求。

在一个或多个实施例中，在测量工具测量晶圆被加热源加热的温度和加热均匀性时，可将测量工具替换工艺处理时使用的晶圆工艺托盘，此时，测量工具的形状、尺寸与晶圆工艺托盘一致，如此可以减少测量工具的使用对测量结果的影响，提高测量工艺参数的准确性。

请参阅图1，测量工具包括测量托盘100、测温元件200以及引线300，测温元件200固定设置在测量托盘100侧壁开设的插孔101内，与测温元件200连接的引线300直接从插孔101的开口处延伸至测量托盘100外，而不会暴露在测量托盘100的上表面或下表面(暴露在测量托盘100表面的引线300会吸收加热源的部分热量，影响加热源对测量托盘100的加热)，也就不会影响测温元件200测量工艺参数，因此，测温元件200能够更准确地测量腔体中的温度参数。

具体地，引线300用于传输测温元件200测量的温度参数。测温元件200通过引线300与外部设备连接，外部设备可以得到测温元件200在测量托盘100对应位置上测量的温度参数。

优选地，外部设备可以实施为温度显示设备，其能够实时地显示测温元件200在测量托盘100对应位置上测量的工艺参数。

优选地，测温元件固定设置在插孔101的内底端。由于测温元件固定设置在插孔101的内底端，其在插孔101内不会发生相对移动，其与测量托盘100的相对位置也更加稳定，因此，相对于测温元件固定设置在插孔101的其他位置，将测温元件固定设置在插孔101的内底端能够更准确地测量测量托盘100上特定位置的温度。容易理解的，为了获取测量托盘100上其他位置的工艺参数，测量元件也可设置在插孔的中部或其他位置。

优选地，测温元件通过压入配合或者通过粘合剂固定设置在插孔101的内底端。测温元件通过压入配合固定设置在插孔101的内底端，无需再额外设置测温元件与测量托盘100之间的连接部件，结构简单，也避免使用其他安装部件对温度测量的影响；测温元件通过粘合剂固定设置在插孔101的内底端，粘合剂作为测温元件与测量托盘100之间的缓冲部件，缓冲测温元件与测量托盘100之间的形变差，使测温元件不容易与测量托盘100之间发生脱落现象。

优选地，所述粘合剂的膨胀系数与所述测量托盘100的膨胀系数的差值大于或等于第一阈值。基于此膨胀系数的粘合剂，能够有效地缓冲测温元件与测量托盘100之间的形变差，使测温元件不容易与测量托盘100之间发生脱落现象。

在一个或多个实施例中，测量托盘100可以实施为圆盘状结构，也可以实施为方形结构，还可以实施为其他形状的、侧壁能开设插孔101的结构，在此不作具体限定。下文仅以测量托盘100实施为圆盘状结构进行示例性说明。

请参阅图2，测量托盘100侧壁上开设多个插孔101，多个插孔101内分别固定设置一个或多个测温元件，能够测量测量托盘100被加热源加热时的温度和加热均匀性。在其他实施例中，测量托盘100侧壁上也可以仅开设单个插孔101，该单个插孔101内固定设置一个或多个测温元件，能够测量测量托盘100被加热源加热时对应位置的温度。

在一个或多个实施例中，可以在同一个插孔101内的不同深度处分别设置测温元件，进而能够测量测量托盘100在不同半径处(对应插孔101的不同深度)的温度。

优选地，测温元件为热电偶。热电偶的结构简单，稳定性高，测量精度高，测量范围较大，适合半导体设备腔体中的温度测量。

优选地，多个插孔101相对于测量托盘100的中心具有不同的方位角，且均沿着测量托盘100的径向开设。基于此设计，使测量托盘100上的各位置的插孔101与其开设的深度唯一对应，便于技术人员在测量托盘100上布置测温元件。

优选地，单个测量托盘100上多个插孔101的深度是不同或不完全相同的。各插孔101的深度可以根据具体的工艺需求来进行灵活设计，进而便于布局测量托盘100上的测温元件。

具体地，单个测量托盘100上的插孔101的数量可以实施为两个，两个插孔101的深度相同、或不相同；单个测量托盘100上的插孔101的数量也可以实施为至少三个，至少三个插孔101的深度相同、或部分相同、或不相同。

优选地，如图2所示，单个测量托盘100上设置九个插孔101，包括一个较长插孔、四个中等长度插孔以及四个较短插孔，四个中等长度插孔和四个较短插孔间隔设置，且相邻的两个中等长度插孔之间分别设置一个较短插孔。

进一步地，较长插孔的深度与测量托盘100的半径相同，使设置在较长插孔的内底端的测温元件能够测量出测量托盘100中心位置的温度。而中等长度插孔和较短插孔的深度可以根据工艺要求进行灵活设置，本实施例不作具体限定。

进一步地，四个中等长度插孔和四个较短插孔是等间隔设置的，等间隔设置的中等长度插孔和较短插孔的内底端分别对应的多个位置在测量托盘100上均匀分布，因此，在中等长度插孔和较短长度插孔的内底端设置的多个测温元件能够更准确地反映测量托盘100被加热源加热时的加热均匀性。

在一个或多个实施例中，测量托盘100的厚度实施为2～8mm。经实验，测量托盘100的厚度实施为2～8mm时，能够既保证测量托盘100的安全性，又保证测量托盘100内测温元件能够有效地测量测量托盘100对应位置的温度。优选地，测量托盘100的厚度实施为4mm。

在一个或多个实施例中，测量托盘100的材质与半导体设备腔体中用以支撑晶圆的工艺托盘的材质相同。由于测量托盘100和工艺托盘材质是相同的，能够降低测量托盘100与工艺托盘之间的热传递，进而使测量工具能够更准确地测量测量托盘100被加热源加热时的温度和加热均匀性。

优选地，测量托盘100的材质可以实施为金属、石墨、硅、碳化硅、陶瓷、蓝宝石或者石英中的至少一种。

在一个或多个实施例中，测量工具还包括：套件400；该套件400位于插孔101内并套设在引线300上，且较优的，该套件400与插孔101过盈配合。一方面，套件400能够保护引线300，使引线300不容易发生偏移，进而使测量托盘100内的测温元件不会因引线300发生偏移而发生脱落现象；另一方面，套件400能够作为半导体设备腔体与测温元件之间的隔热部件，减小环境因素对于测温的影响，进而使测温元件能够更准确地测量测量托盘100在对应位置的温度。

优选地，套件400具有较好的隔热性能，能够更有效地隔绝环境因素与测温元件之间的热传递，进而使测温元件能够更准确地测量测量托盘100在对应位置的温度。

在一个或多个实施例中，位于插孔101内的套件400可以实施为一个，也可以实施为多个，只要能实现上述的效果即可，在此不作具体限定。

在一个或多个实施例中，套件400的膨胀系数与所述测量托盘100的膨胀系数的差值大于或等于第二阈值。基于此膨胀系数的套件400，能够使套件400在与测量托盘100一起发生形变时仍然不容易发生脱落现象。

优选地，测量工具还包括：限位结构500。限位结构500上开设有通孔，引线300通过该通孔从插孔101中引出；限位结构500可拆卸地固定设置在插孔101的开口处，并且能进一步地将位于插孔101内的套件400固定在插孔101内。

优选地，限位结构500通过压入配合或螺纹结构可拆卸地固定设置在插孔101的开口处。

具体地，限位结构500的螺纹结构上设置外螺纹，插孔101的开口处设置与该外螺纹匹配的内螺纹。

请参阅图3，在一个或多个实施例中，还提供了一种半导体设备，包括半导体设备腔体、以及设于半导体设备腔体内的如上述的测量工具，能够提高在半导体设备腔体中测量工艺参数的准确性。

具体地，半导体设备腔体包括环形侧壁600和窗口700，窗口700用于在环形侧壁600的上端和/或下端密闭半导体设备腔体；并且在窗口700相对于腔体的外侧设置有对应加热源800，加热源800产生的能量透过窗口700对腔体内的晶圆加热。

优选地，窗口700的数量为两个，且其形状为平板型。在一个或多个实施例中，两个窗口700的形状可为圆顶形或者其他有形状；容易想到的，为了适应工艺等的要求，两个窗口700的形状可以相同也可以不同。优选地，窗口700由石英制成，然而，也可使用其它可透过加热源800产生的能量且工艺兼容的材料来制成。

具体地，加热源800可包括一个或多个灯；灯为红外线辐射源，且在操作上，灯在整个晶圆上产生预定的温度分布。优选地，为了便于控制温度分布，加热源800为多个灯，并且多个灯可按区域划分进行单独控制。

具体地，在使用所述测量工具测量工艺参数时，先拆除半导体设备腔体中用以支撑晶圆的工艺托盘，再将测量工具安装再工艺托盘所在位置进行工艺参数的测量；在一个或多个实施例中，可直接将测量工具放置在工艺托盘上进行工艺参数的测量，此时，测量工具测量托盘的厚度可采用较小的厚度。

在一个或多个实施例中，测量工具用于测量温度，并基于该测量的温度对加热源800进行调控，使加热源800在整个晶圆上产生预定的温度分布。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种测量托盘，其特征在于，所述测量托盘的侧壁开设有插孔，所述插孔用以固定设置测温元件；所述测量托盘放置在半导体设备腔体中，用以测量所述半导体设备腔体中的工艺参数。

2.如权利要求1所述的测量托盘，其特征在于，所述测量托盘为圆盘状结构。

3.如权利要求2所述的测量托盘，其特征在于，所述插孔沿所述测量托盘的径向开设。

4.如权利要求3所述的测量托盘，其特征在于，所述插孔的数量为多个，且多个所述插孔相对于测量托盘的中心具有不同的方位角。

5.如权利要求4所述的测量托盘，其特征在于，所述插孔的数量为两个，所述插孔的深度相同、或不相同。

6.如权利要求4所述的测量托盘，其特征在于，所述插孔的数量为至少三个，所述插孔的深度相同、或部分相同、或不相同。

7.如权利要求1所述的测量托盘，其特征在于，所述测量托盘的厚度为2～8mm。

8.如权利要求1所述的测量托盘，其特征在于，所述测量托盘与半导体设备腔体中用以支撑晶圆的工艺托盘的形状、尺寸或者材质相同。

9.如权利要求1所述的测量托盘，其特征在于，所述测量托盘的材质为金属、石墨、硅、碳化硅、陶瓷、蓝宝石或者石英中的至少一种。

10.一种测量工具，应用于半导体设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的测量托盘，其测量时放置在所述半导体设备腔体中；

测温元件，设置于所述测量托盘的插孔内；

引线，其第一端与所述测温元件连接，其第二端穿过所述插孔的开口处延伸至所述测量托盘外。

11.如权利要求10所述的测量工具，其特征在于，所述测温元件为测温元件，用于测量半导体设备腔体中的温度。

12.如权利要求11所述的测量工具，其特征在于，所述测温元件为热电偶。

13.如权利要求11所述的测量工具，其特征在于，所述测温元件固定设置在所述插孔的内底端。

14.如权利要求12所述的测量工具，其特征在于，所述测温元件通过压入配合或者通过粘合剂固定设置在所述插孔的内底端。

15.如权利要求14所述的测量工具，其特征在于，所述粘合剂的膨胀系数与所述测量托盘的膨胀系数的差值大于或等于第一阈值。

16.如权利要求10所述的测量工具，其特征在于，所述插孔内设置至少两个测温元件，用于测量所述测量托盘不同半径处的工艺参数。

17.如权利要求10所述的测量工具，其特征在于，还包括：

套件，套设于所述引线。

18.如权利要求17所述的测量工具，其特征在于，所述套件的膨胀系数与所述测量托盘的膨胀系数的差值大于或等于第二阈值。

19.如权利要求10所述的测量工具，其特征在于，还包括：

限位结构，设置于所述插孔的开口处；所述限位结构上开设有用于通过所述引线的通孔。

20.一种半导体设备，其特征在于，包括半导体设备腔体、加热源以及设于所述半导体设备腔体内的如权利要求10-19中任意一项所述的测量工具，其中所述测量工具用于测量温度，并且根据所述温度对所述加热源进行调节。

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