一种晶圆测试用温控设备的制作方法

本实用新型属于半导体测试技术领域，具体涉及一种晶圆测试用温控设备。

背景技术：

众所周知，晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。晶圆的主要加工方式为片加工和批加工，即同时加工一片或多片晶圆。随着半导体特征尺寸越来越小，加工及测量设备越来越先进，使得晶圆加工出现了新的数据特点。同时，特征尺寸的减小，使得晶圆加工时，空气中的颗粒数对晶圆加工后质量及可靠性的影响增大，而随着洁净的提高，颗粒数也出现了新的数据特点。晶圆质量的好坏直接决定了半导体器件的品质，为此，晶圆生产完成后，需要对其进行各种参数的检测，在检测的过程中，需要在不同温度下进行测试。

目前，晶圆上芯片测试领域所需的测试温度范围是-50至200℃温度的要求，然而，常见的温控设备主要针对民用应用场景，现有晶圆温控目标采用的是热传导媒介(硅油)，通过高压泵输送至反应釜，达到构建环境温度的功能。常见的应用场景为反应釜和孵化箱、老化箱等。温度控制范围相对较窄，不能很好解决宽温区，高稳定度需求。且与探针台集成难度较大，很难满足晶圆上芯片测试领域所需测试温度范围的要求。

综上所述，现有技术存在如下缺陷：

1、高低温一体化应用方案少，不适合晶圆承片台集成，常见温控器要么只有低温段方案，要么只有高温段方案；

2、低温段由于硅油在低温下粘稠度增加导致承片盘制冷速率慢，且达不到最低目标值；

3、高温段使用硅油做热媒介质，采用柔软管道，容易爆裂，有烫伤危险，使用金属管道，不能移动。满足不了承片台移动的需求；

4、控制器显示温度值为媒介液箱温度，不能真实反映承片盘实际温度，使用不方便；

5、变温范围有限，且使用较少的pid参数适应整个控温区，控温稳定性不高。

为此，设计开发一种能够满足晶圆测试温度需求的晶圆测试用温控设备显得是尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种晶圆测试用温控设备，用于解决承片盘高低温一体化的问题。

本实用新型的目的是提供一种晶圆测试用温控设备，包括：

提供-60℃冷媒的制冷机组；上述制冷机组的冷媒液箱通过管路连接到承片盘；

安装在冷媒液箱内的第一温度探头；

接收第一温度探头的信号，并控制制冷机组动作的plc；所述plc的i/o端口与制冷机组的控制端子、第一温度探头的输出端子电连接；

连接于管路上的高压泵；

安装在承片盘底部的加热器；

安装在承片盘中心位置的第二温度探头；

与所述第二温度探头连接的温控器；

人机交互用的触摸屏；

所述触摸屏通过数据线分别与plc、温控器电连接。

优选地，所述管路为聚四氟软管。

优选地，所述触摸屏为proface4402触摸屏。

优选地，所述plc通过rs232串口与proface4402触摸屏进行通信。

优选地，所述plc为欧姆龙plc。

优选地，所述加热器为两个。

优选地，每个加热器依次通过一个可控硅模块、一个温控器与触摸屏连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型解决了下列三个问题：

1、将高低温集成于一体的承片台集成问题；

2、连接管道里循环液体不超过室温。原方案高温高温是通过输送制热的硅油到承片盘，本方案加热盘在承片盘底部，管路不走热硅油，解决了高温硅油烫伤风险；

3、温度控制范围宽，稳定度较好。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的整体电路图；

图2为本实用新型优选实施例的传感器接线图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图2所示，本实用新型的技术方案为：

一种晶圆测试用温控设备，包括：

制冷机组、可控硅、加热器、固态继电器、高压泵、流量阀、电磁阀组成的执行部分；

plc、触摸屏、温控器、温度采集模块、232通信模块组成的控制部分；

具体包括：

提供-60℃冷媒的制冷机组；上述制冷机组的冷媒液箱通过管路连接到承片盘；

安装在冷媒液箱内的第一温度探头；

接收第一温度探头的信号，并控制制冷机组动作的plc；所述plc的i/o端口与制冷机组的控制端子、第一温度探头的输出端子电连接；

连接于管路上的高压泵；

安装在承片盘底部的加热器；

安装在承片盘中心位置的第二温度探头；

与所述第二温度探头连接的温控器；

人机交互用的触摸屏；

所述触摸屏通过数据线分别与plc、温控器电连接。

其中：制冷机组提供恒定的二级冷媒，将制冷机组的冷媒液箱用聚四氟软管连接到承片盘。工作时高压泵输送冷媒到晶圆承片盘；承片盘底部安装加热器，中心安装温度探头，利用温控器pid调节，精确的控制使冷热功率在承片盘达到一个设定值±0.1℃的稳定温度值；

图1中，m1为循环泵，m2和m3为制冷机组的两个压缩机；

工作原理：设备开启后，由plc控制压缩机组顺序启动，开始制冷，制冷机组板式换热器可将二级冷媒预制冷到-60℃，期间plc通过另一组温度探头监视液箱内冷媒温度。根据触摸屏输入的温度值，再通过高压泵将制冷柜内的冷媒送至探针台承片盘内部，作为温度控制冷端；探针台承片盘装置了加热器，用来温度控制的热端。热端受可控硅控制发热量，冷段受流量控制阀控制冷量，承片盘装置了温度传感器，温度传感器接入温控器，构成温度控制闭环。plc通过rs232串口与proface4402触摸屏通信，作为人机界面，方便设定温度及相关参数。plc控制制冷机组启停、可控硅、加热器、固态继电器高压泵、流量阀、电磁阀的动作。阿自倍尔温控器通过rs485与proface4402触摸屏通信，在触摸屏编写通信脚本将温控器相关内置寄存器与欧姆龙plc内置寄存器互通。这样做的好处是采用了阿自倍尔温控先进算法，达到很好的温控效果。在plc中将温度控制范围划分为15段，每一段调整好适合的pid参数组，并存储在plc内置寄存器中。当通过触摸屏输入一个温度值时，plc会自动判断适合的pid参数组回传给温控器，温控器以电流方式输出到可控硅，可控硅控制加热器加热。同时也根据温度值选择合适的流量控制以及泵的启动。

上述优选实施例的特点为：

1、最终温度平衡控制发生点在承片盘部位，使用超薄加热器；包括使用的耐高温材料

2、使用pid存储，pid依据输入设定值自动选择并回传给温控器，可适应较宽温区，匹配适合的pid参数组。

3、预先制冷并存储二级冷媒，依靠流量控制，快速降温。

4、流量控制阀选用模拟量阀控制器，管路设计为主路通承片盘，旁路回流液箱，保证流量控制的线性度，以及管路和泵的安全。

5、系统电源由plc与急停保护开关共同作用，急停开关管理主供电回路。

通过试验检测：在-50℃至200℃温度范围内，任一目标温度值可保持±0.1℃的稳定度。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。