[发明专利]热处理腔、温度测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种测量晶片的裸片间(intra-die)温度的方法及装置。

背景技术

众所周知的，任何温度在绝对零度(-273.15℃)以上的物体都会发射电磁波。此定律可由图1来说明。图1描述一个理想黑体的辐射强度光谱，其中横座标代表波长(μm)，纵座标代表光谱的辐射强度(W_λ(Wcm^-2μm^-1)。由图1可知，物体的绝对温度(K)越低，其辐射强度越弱，且主要的辐射光谱分布于较长波长；反之，物体的绝对温度越高，其辐射强度越强，主要的辐射光谱分布于较短波长。

由维因定律(Wien’s Law)可知，物体的辐射和温度有关，故借由测量物体辐射强度，可不经接触而测量物体的温度。辐射可由红外线检测器来测量而得。图2说明操作在液态氮温度以上的范围下，不同红外线检测器的敏感度曲线，其横座标代表波长(μm)，纵座标代表光谱的敏感度由图2可知，砷化铟(InAs)、硫化铅(PbS)以及硒化铅(PbSe)检测器，对于波长范围为4μm以下的光具有较高的敏感度，而MTC(HgCdTe)检测器对于波长范围为5μm以上的光具有较高敏感度。

在半导体装置的制作上，关于晶片在经历于热处理腔(thermal process chamber)中的热工艺后，其特性以及温度变异的测量，对于电路效能和可生产性的判别相当重要。热导入裸片间装置(thermally-introduced intra-die device)的变异来自于工艺的变异，如：不一致的温度下，可能会影响装置性能并导致低合格率以及/或装置失效。此负面影响，在裸片间装置尺寸大小超过0.5mm或晶片尺寸超过200mm的时候显得更为明显。现今的热处理腔(thermal process chamber)，例如快速热处理腔(rapid thermal processor chamber，RTP)，在晶片背面下的多个位置使用二个或更多的高温计，以测量不同位置的晶片温度变化。高温计以不接触物体的方式，经由测量由物体发射的电磁辐射(红外线或不可见光)的温度来判断物体表面温度。虽然高温计可以测量整个晶片的温度，或是测量不同裸片间的温度变化，目前还没有方法或装置可以测量整个裸片的温度，或是在瞬间退火(spike anneal)事件的快速反应期间内测量温度的变化。

由于以上的原因，以及经阅读以下详细的说明后可变地明显的其他原因，需要发明一种方法或设置，可以测量晶片的裸片间或裸片级温度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种温度测量装置，适用于非接触性测量一待测元件的温度，包括：一辐射源，发射一入射辐射至上述待测元件以在一既定时间加热上述待测元件至一既定温度范围，上述入射辐射具有一第一既定辐射范围；一辐射检测器，当上述待测元件被加热的时候接收来自上述待测元件的反射辐射，其中上述辐射检测器用以检测一第二既定辐射范围；以及一处理器，耦接于上述辐射检测器，根据上述第二既定辐射范围，产生对应于上述待测元件的一校准温度信号。

本发明提供一种热处理腔，适用于在一快速反应时间内测量一晶片的一裸片间温度，包括：一辐射源，发射一入射辐射至一晶片以在一既定时间加热上述晶片至一既定温度范围，上述入射辐射具有一第一既定辐射范围；一辐射检测器，当上述晶片被加热的时候接收来自一裸片区的反射辐射，其中上述辐射检测器用以检测一第二既定辐射范围；以及一处理器，耦接于上述辐射检测器，根据上述第二既定辐射范围，产生对应于上述裸片区的一校准温度信号。

本发明提供一种温度测量方法，适用于在一快速反应时间内测量一晶片的一裸片间温度，包括：提供一晶片置于一热处理腔中；辐射照射上述晶片以在一既定时间加热上述晶片至一既定温度范围，上述辐射照射范围在一第一既定辐射范围之中；当上述晶片被加热时接收来自一裸片区的反射辐射，并检测具有一第二既定辐射范围的反射辐射；以及经由一处理器根据接收上述具有第二既定辐射范围的上述反射辐射，决定上述裸片区的一温度。

本发明能以非接触的方式直接测量待测元件(DUT，device under test)的温度，如热工艺中的晶片。本发明的方法及装置包括将一或多个红外线检测器放进热工艺炉中。这一或多个红外线检测器借由在一辐射范围内感测晶片的红外线辐射，以在热工艺中直接测量裸片或裸片中一个区域的温度。

附图说明

图1为显示理想黑体在不同温度下的光谱辐射强度的分布。

图2为显示不同种类检测器在一温度范围内的敏感度曲线。