CN218351423U - 一种温度检测装置及离子注入机台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温度检测装置及离子注入机台，该温度检测装置包括机械手臂、驱动装置及温度探头。其中，机械手臂固定安装于离子注入机台的反应腔室内，驱动装置与机械手臂驱动连接，温度探头安装于机械手臂的端部，且与反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。由此，本实用新型可以对离子注入时吸附于晶圆吸盘表面的晶圆的温度进行精确测量，进而能够快速可靠监测离子注入时温度的准确性，提高监测效率，减少机台监测使用成本，提高机台的使用率，避免现有离子注入时晶圆吸盘温度达不到目标温度对离子注入效果的影响。

Description

一种温度检测装置及离子注入机台

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造技术领域，具体涉及一种温度检测装置及离子注入机台。

背景技术

随着半导体技术向大规模集成电路(Large Scale Integrated circuit，LSI)或超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuit，VLSI)发展，半导体器件尺寸越来越小，对离子注入的精准度要求越来越高，同时对离子注入时晶圆的温度控制要求也越来越高。晶圆的温度不仅受离子注入的束流影响，还受到晶圆吸盘的冷却效果的影响。

晶圆吸盘的冷却通常采用水冷方式。具体地，晶圆吸盘内设置有冷却管路，该冷却管路连接一循环管路并最终接入制冷机。制冷机将水降温，通过循环管路将冷却后的水传送至晶圆吸盘，并通过调节制冷机的温度设定控制循环管路中的水温，从而调整晶圆吸盘的温度，使其符合制程要求。然而，在进行离子注入的过程中，离子注入机台的反应腔内形成一个高电压高真空的环境，此时，设置于反应腔内的晶圆吸盘的温度无法直接测量，从而无法确认晶圆吸盘的温度是否符合制程要求。同时，循环管路或晶圆吸盘的内部的冷却管路出现堵塞或漏水等异常情况也会对晶圆吸盘的温度造成影响，因此，需要一种方法在离子注入过程中监测晶圆吸盘的温度。

目前常用温度试纸对晶圆吸盘的温度进行监测。具体地，需要在晶圆上贴上温度纸，再用铜箔或铝箔将试纸盖住，晶圆经过离子注入后根据试纸颜色变化就可以判断晶圆所经历的温度试纸变为黑色或者其他颜色，则测试点的温度大于该点的温度。但是，这种方法却存在许多缺点：1)这种测试方法由于需要人为把晶圆取出来将温度纸贴上，此过程容易导致晶圆受到污染，并将污染带到反应腔里面，进而影响产品良率，风险较大；2)用温度试纸测试出来的温度是一个范围的温度，测试数值不够精确；3)采用温度试纸所花费的时间通常需要30分钟以上，极大影响了机台的使用率；4)温度纸和晶圆用完之后需要报废，增加机台的使用成本。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种温度检测装置及离子注入机台，以快速可靠的监测离子注入温度，提高晶圆吸盘温度的测试精确性，避免现有离子注入时晶圆吸盘温度达不到目标温度对离子注入效果的影响。

为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种温度检测装置，用于监测离子注入机台内吸附于晶圆吸盘表面的晶圆的温度，该温度检测装置包括：

机械手臂，固定于离子注入机台的反应腔室内；

驱动装置，与机械手臂驱动连接；

温度探头，安装于机械手臂的端部，且与反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。

可选地，温度检测装置还包括：

底座，固定安装于反应腔室内；

旋转台，一端与底座连接，另一端与机械手臂转动连接，并且旋转台与驱动装置驱动连接。

可选地，机械手臂还包括：

第一机械手臂，与旋转台转动连接，且与驱动装置驱动连接；

第二机械手臂，与第一机械手臂远离旋转台的一端转动连接，且与驱动装置驱动连接，第二机械手臂远离第一机械手臂的一端安装温度探头。

可选地，机械手臂还包括：

第一转向轴，设置于旋转台与第一机械手臂之间，以转动连接旋转台与第一机械手臂；

第二转向轴，设置于第一机械手臂与第二机械手臂之间，以转动连接第一机械手臂与第二机械手臂。

可选地，机械手臂还包括：

第一计步器，与第一转向轴连接，以对所述第一转向轴的转动圈数进行计数；

第二计步器，与第一转向轴连接，以对所述第二转向轴的转动圈数进行计数。

可选地，机械手臂还包括：

第三计步器，与旋转台的旋转轴连接，以对旋转台的旋转轴的转动圈数进行计数。

本实用新型还提供一种离子注入机台，离子注入机台包括：

反应腔室；

晶圆吸盘，固定设置于离子注入机台的反应腔室内；

温度检测装置，固定设置于离子注入机台的反应腔室内，且温度检测装置为上述方案中任一项的温度检测装置。

可选地，离子注入机台还包括：

冷却管路，设置于晶圆吸盘内；

制冷机，通过循环管路与冷却管路相连通。

可选地，离子注入机台还包括：

控制器，一方面与温度检测装置通信连接，另一方面与制冷机控制连接。

与现有技术相比，本实用新型所述的温度检测装置及离子注入机台至少具备如下有益效果：

本实用新型所述的温度检测装置包括机械手臂、驱动装置及温度探头。其中，机械手臂固定安装于离子注入机台的反应腔室内，驱动装置与机械手臂驱动连接，温度探头安装于机械手臂的端部，且与反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。由此，本实用新型可以对离子注入时吸附于晶圆吸盘表面的晶圆的温度进行精确测量，进而能够快速可靠地监测离子注入时温度，提高监测效率，减少机台监测使用成本，提高机台的使用率，避免现有离子注入时晶圆吸盘温度达不到离子注入时的目标温度，而对离子注入效果产生影响。

本实用新型所述的离子注入机台包括上述温度检测装置，同样地能够达到上述技术效果。

附图说明

图1为本实施例所述的温度检测装置的结构示意图；

图2为本实施例所述的离子注入机台的结构示意简图。

附图标记列表：

100 底座

200 旋转台

301 第一转向轴

302 第二转向轴

401 第一机械手臂

402 第二机械手臂

500 温度探头

600 反应腔室

601 晶圆吸盘

700 冷却管路

800 循环管路

900 制冷机

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

须知，本实用新型实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本实施例提供一种温度检测装置，以检测离子注入机台内吸附于晶圆吸盘上晶圆的温度。该温度检测装置包括驱动装置、机械手臂以及温度探头。其中，机械手臂固定于离子注入机台的反应腔室内，与驱动装置驱动连接，能够在驱动装置的驱动下做旋转或者伸缩运动。温度探头安装于机械手臂的端部，且与反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。

具体地，在一实施例中，参照图1及2，该温度检测装置包括底座100及旋转台200，该底座100固定安装于离子注入机台的反应腔室600内，并且安装在晶圆吸盘601的正前方，该安装位置应当不影响离子束的入射。旋转台200的一端与底座100连接，另一端与机械手臂连接，并且与驱动装置(图中未示出)驱动连接。可选地，旋转台200呈圆台状，并且，旋转台200可以通过其旋转轴沿圆台圆周方向上360度转动，以带动机械手臂的整体沿旋转台200的圆周的方向旋转。可选地，旋转台200通过旋转轴进行旋转，该旋转轴通过齿轮传动。

驱动装置可以设置在反应腔室内，也可以设置在反应腔室外，只要能够对旋转台200以及机械手臂进行驱动即可。在本实施例中，驱动装置设置于反应腔室内，且设置于底座100的一侧，并与机械手臂、旋转台200驱动连接，用于对整个机械手臂进行驱动。可选地，驱动装置为驱动马达。

机械手臂固定于底座100上，且与旋转台200转动连接。可选地，机械手臂可以由为多个机械手臂组成，相邻机械手臂之间可转动的连接，温度探头500安装于远离底座100的机械手臂上，用于对离子注入腔室内的晶圆吸盘601或位于晶圆吸盘601上的晶圆进行测温。

本实施例以两个机械手臂为例进行说明。具体地，在本实施例中，机械手臂包括第一机械手臂401和第二机械手臂402，第一机械手臂401与旋转台200转动连接，且与驱动装置驱动连接。第二机械手臂402与第一机械手臂401远离旋转台200的一端转动连接，且也与驱动装置驱动连接。温度探头500设置于第二机械手臂402远离所述第一机械手臂401的一端，驱动装置驱动第一机械手臂401和/或第二机械手臂402转动，温度探头500跟随第一机械手臂401或第二机械手臂402的移动而移动，以实现对晶圆吸盘601表面不同位置的测温。当需要对晶圆上的不同位置进行测温时，控制机械手臂在每个方向上的移动量即可实现对晶圆不同位置上的测温。在本实施例中，测温探头为测温枪，该测温枪能够吸收晶圆吸盘601的红外辐射能量，从而获得晶圆吸盘601的实时温度数值。

可选地，第一机械手臂401通过第一转向轴301转动连接旋转台200，第二机械手臂402通过第二转向轴302连接第一机械手臂401远离旋转台200的一端。并且，在第一转向轴301连接有第一计步器(图中未示出)，在第二转向轴302连接有第二计步器(图中未示出)。当机械手臂产生运动时，第一计步器对第一转向轴301的转动圈数进行计数。第二计步器对第二转向轴302的转动圈数进行计数。旋转台200的旋转轴通过其齿轮连接有第三计步器，第三计步器对旋转轴的转动圈数进行计数，通过第一计步器、第二计步器以及第三计步器的转动圈数计算机械手臂在X、Y、Z三个方向上的移动位移，控制机械手臂的移动位置，实现对晶圆的不同位置进行测温。可选地，第一计步器及第二计步器上均设置有齿轮。第一转向轴301或者第二转向轴302上也设置有齿轮，第一计步器上的齿轮与第一转向轴301的齿轮连接，第二计步器上的齿轮与第二转向轴302的齿轮连接，以通过齿轮连接对转向轴的转动圈数进行计数。

需要说明的是，晶圆在进行离子注入时，需要保证温度的稳定性。若离子注入时的实际温度与目标温度相差较大，则会对离子注入的效果产生较大的影响。采用本实施例所述的机械手臂对晶圆吸盘601上的晶圆进行测温，可以精确的测量待离子注入的晶圆的各个位置的实际温度，若温度达不到离子注入的要求，则可以采取措施对晶圆或晶圆吸盘601的温度进行调控，使其尽量保持或者接近在目标温度范围内。

本实施例还提供一种离子注入机台，参照图2，该离子注入机台包括反应腔室600、晶圆吸盘601以及上述温度检测装置。其中，晶圆吸盘601固定设置于离子注入的反应腔室600内。

可选地，参照图2，离子注入机台还包括冷却管路700及制冷机900。其中，冷却管路700设置于晶圆吸盘601内，制冷机900通过循环管路800与冷却管路700相连通。当温度检测装置检测到晶圆的温度高于离子注入的目标温度时，启动制冷机900，冷却循环水径循环管路800进入至晶圆吸盘601的冷却管道内，以对晶圆吸盘601进行降温。

可选地，参照图2，离子注入机台还包括控制器(图中未示出)。该控制器一方面与温度检测装置通信连接，另一方面与制冷机900控制连接。当温度检测装置将检测到的温度传输至控制器后，控制器将检测到的实际温度与离子注入时的目标温度进行比较判断，确定是否需要进行降温。当实际温度高于离子注入时的目标温度时，控制器控制开启制冷机900，对晶圆吸盘601进行降温处理。

采用本实用新型所述的离子注入机台对晶圆进行离子注入，获得数据参见表2，其中第一离子注入制程与第二离子注入制程采用了不同的离子能量、离子剂量以及注入角度。

表2不同离子注入制程不同制冷温度对晶圆吸盘表面热波值的影响

由表2可知，不同的制冷机温度对晶圆吸盘表面的热波值的影响不同。当制冷温度升高时，晶圆吸盘表面的热波值会减小。当机械手臂的测温仪检测到热波值小于目标热波值时，通过降低制冷机的制冷温度对晶圆吸盘表面的热波值进行调整，获得靠近目标热波值的温度范围。由于本实施例能够对晶圆吸盘表面的温度进行精确的测量，进而能够根据该测量值精准调控晶圆吸盘的温度，保证离子注入时的热波值与目标热波值的差值处于17～40范围内，保证离子注入时的注入温度的稳定性。

综上，本实用新型所述的温度检测装置包括机械手臂、驱动装置及温度探头。其中，机械手臂固定安装于离子注入机台的反应腔室内，驱动装置与机械手臂驱动连接，温度探头安装于机械手臂的端部，且与反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。由此，本实用新型可以对离子注入时吸附于晶圆吸盘表面的晶圆的温度进行精确测量，进而能够快速可靠地监测离子注入时温度，提高监测效率，减少机台监测使用成本，提高机台的使用率，避免现有离子注入时晶圆吸盘温度达不到离子注入时的目标温度，而对离子注入效果产生影响。

本实用新型所述的离子注入机台包括上述温度检测装置，同样地能够达到上述技术效果。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种温度检测装置，用于监测离子注入机台内吸附于晶圆吸盘表面的晶圆的温度，其特征在于，所述温度检测装置包括：

机械手臂，固定于所述离子注入机台的反应腔室内；

驱动装置，与所述机械手臂驱动连接；

温度探头，安装于所述机械手臂的端部，且与所述反应腔室内的晶圆吸盘相对设置，以在所述机械手臂的带动下在晶圆吸盘表面的各个位置移动。

2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，所述温度检测装置还包括：

底座，固定安装于所述反应腔室内；

旋转台，一端与所述底座连接，另一端与所述机械手臂传动连接，并且所述旋转台与所述驱动装置驱动连接。

3.根据权利要求2所述的温度检测装置，其特征在于，所述机械手臂还包括：

第一机械手臂，与所述旋转台转动连接，且与所述驱动装置驱动连接；

第二机械手臂，与所述第一机械手臂远离所述旋转台的一端转动连接，且与所述驱动装置驱动连接，所述第二机械手臂远离所述第一机械手臂的一端安装所述温度探头。

4.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，所述机械手臂还包括：

第一转向轴，设置于所述旋转台与所述第一机械手臂之间，以转动连接所述旋转台与所述第一机械手臂；

第二转向轴，设置于所述第一机械手臂与所述第二机械手臂之间，以转动连接所述第一机械手臂与所述第二机械手臂。

5.根据权利要求4所述的温度检测装置，其特征在于，所述机械手臂还包括：

第一计步器，与所述第一转向轴连接，以对所述第一转向轴的转动圈数进行计数；

第二计步器，与所述第二转向轴连接，以对所述第二转向轴的转动圈数进行计数。

6.根据权利要求5所述的温度检测装置，其特征在于，所述机械手臂还包括：

第三计步器，与所述旋转台的旋转轴连接，以对所述旋转台的转动圈数进行计数。

7.一种离子注入机台，其特征在于，所述离子注入机台包括：

反应腔室；

晶圆吸盘，固定设置于所述离子注入机台的反应腔室内；

温度检测装置，与所述晶圆吸盘相对设置于所述离子注入机台的反应腔室内，所述温度检测装置为权利要求1～6任一项所述的温度检测装置。

8.根据权利要求7所述的离子注入机台，其特征在于，所述离子注入机台还包括：

冷却管路，设置于所述晶圆吸盘内；

制冷机，通过循环管路与所述冷却管路相连通。

9.根据权利要求8所述的离子注入机台，其特征在于，所述离子注入机台还包括：

控制器，一方面与所述温度检测装置通信连接，另一方面与所述制冷机控制连接。

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