CN105358949B - 用于测量热通量的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种具备热通量传感器的测量晶片，其包含：衬底；罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；底部温度传感器，其热耦合到所述衬底，且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖，且通过所述热障的额外部分与所述衬底隔热；其中所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量相关。

Description

用于测量热通量的方法及系统
技术领域
本发明大体上涉及热通量检测，且更特定来说，涉及使用嵌入于具有薄形状因数的衬底中的一或多个热通量传感器的热通量检测。
背景技术
由于对半导体装置处理环境中的工艺条件的容限持续变窄，所以对于改进的工艺条件监控系统的需求持续增大。在处理系统(例如，等离子处理系统)内的热通量为一种此类条件。先前的热通量传感器系统包含嵌入于材料中且(例如，在热能流动的方向上)彼此相距已知距离而放置的温度传感器。额外设计包含放置于在薄封装内的研磨腔室中的单个温度传感器。所述腔室经设计以具有不同热阻，使得当施加外部热通量时在所述腔室内的所述传感器之间存在温度差。测量热通量的额外方法包含在衬底材料上或内使用经校准的热电堆(热电偶的阵列)且相对于已知的所施加的热通量校准所述热电堆电压输出。先前方法难以在薄轮廓、高导热率的衬底中实施。通常，嵌入式热通量传感器测量在平行于所述热能流动的方向上的温度差。在十分薄的晶片形状因数中，热能流动的所述方向为轴向的且难以以适当轴向定向放置温度传感器。另外，所述衬底的高导热率通常导致可能难以测量的温度差。另外，热电堆输出与跨所述热电堆的热通量成比例的电压。在一些例子中，此电压可能不在适于通过电子测量系统测量的范围中。因此，可期望提供用于处置诸如上文识别的缺陷的缺陷的系统及方法。
发明内容
揭示一种根据本发明的说明性实施例的测量晶片热通量传感器。在一个实施例中，所述测量晶片热通量传感器可包含：衬底；罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；底部温度传感器，其热耦合到所述衬底且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖且通过所述热障的额外部分与所述衬底隔热。在另一实施例中，所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的衬底及罩盖的热通量相关。
揭示根据本发明的说明性实施例的一种热通量感测系统。在一个实施例中，所述热通量感测系统可包含测量晶片热通量传感器。在另一实施例中，所述测量晶片热通量传感器可包含：衬底；罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；底部温度传感器，其热耦合到所述衬底且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖且通过所述热障的一额外部分与所述衬底隔热，其中所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量相关。在另一实施例中，所述热通量感测系统可包含通信地耦合到所述测量晶片热通量传感器的控制器，所述控制器包含经配置以执行一组程序指令的一或多个处理器。在另一实施例中，所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器：接收来自所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量。
揭示根据本发明的说明性实施例的一种使用测量晶片测量热通量的方法。在一个实施例中，所述方法可包含提供测量晶片热通量传感器，所述测量晶片热通量传感器包含热耦合到衬底且通过所述热障的一部分与罩盖隔热的至少底部温度传感器及热耦合到所述罩盖且通过所述热障的一额外部分与所述衬底隔热的至少顶部温度传感器，所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器安置于所述测量晶片热通量传感器的传感器腔室中；获取来自所述测量晶片热通量传感器的所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量。
应理解，前述一般描述及下列详细描述仅为示范性及解释性的且不一定限制如所主张的本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述共同用于解释本发明的原理。
附图说明
通过参考附图可使所属领域的技术人员更好理解本发明的数种优势，在图式中：
图1A为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的框图视图。
图1B为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的俯视图。
图1C为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的横截面视图。
图1D为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的分解图。
图2为根据本发明的替代实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的俯视图。
图3A为根据本发明的替代实施例的桥接热通量传感器的替代设计的横截面视图。
图3B为根据本发明的替代实施例的双层级热通量传感器的替代设计的横截面视图。
图4为根据本发明的一个实施例描绘使用测量晶片测量热通量的方法的过程流程图。
图5为根据本发明的一个实施例的使用详细校准步骤处理温度传感器的不准确性及对应热通量校准的流程图。
图6为根据本发明的一个实施例描绘热通量系统的操作、指示校准、测量及数据转储输出步骤的流程图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中说明的揭示的标的物。
大体参考图1A到6，描述根据本发明的使用一或多个嵌入式传感器测量热通量的系统及方法。
本发明的实施例可针对建立于衬底中的多个热通量传感器，从而允许通过热通量传感器系统在等离子处理环境中执行分布式热通量测量。在本文中应注意，关于测量热通量的一个难题包含在相对高导热率的材料(诸如硅)中测量热通量。本发明的实施例可针对包含嵌入于薄形状因数、高导热率衬底中的一或多个热通量传感器(例如，成对的温度传感器)的热通量传感器系统。本发明的实施例可进一步针对其中热通量传感器的两个或两个以上温度传感器布置于垂直于热能通量的方向的相同平面中的配置。本发明的实施例可进一步针对集成到密封单元(例如，0.5mm到1.5mm的厚度)中同时符合标准晶片处理尺寸(例如，100mm到450mm)的热通量传感器系统。本发明的实施例可实施隔热传感器腔室以增大测量温差，借此增大热通量测量的敏感度。此外，在测量晶片(例如，衬底及罩盖)上实施多个热通量传感器允许收集及随后下载测量晶片或衬底的热通量测量。应进一步注意，本发明的测量晶片可完全密封，从而准许暴露到各种条件，诸如(但不限于)潮湿、高能量RF、高温、热通量或任何其它热通量源(例如，辐射)。
通常在稳态条件下使用跨空间距离放置的温度传感器测量热通量。接着使用傅立叶(Fourier)热传导定律计算热通量：
其中q为热通量，k为已知材料的导热率，A为传导面积，且dT/dx为在稳态热通量条件下均匀材料中的温度梯度。
另外，可利用传感器测量热通量，传感器以可预测且良性的方式响应热通量。就此来说，可通过输入通过传感器的已知热通量且记录在各种通量水平下的传感器响应而校准一或多个传感器。
孙梅(Mei Sun)等人在2011年2月3日申请的第13/020,770号美国专利申请案(所述案的全文以引用的方式并入本文中)中大体上描述使用嵌入于衬底中的一或多个热通量传感器测量热通量。
图1A说明根据本发明的实施例的用于使用两个或两个以上嵌入式温度传感器测量热通量的系统100的框图视图。在一个实施例中，系统100包含测量晶片热通量传感器101。在一个实施例中，测量晶片热通量传感器101包含安置于测量晶片结构内的热通量传感器(例如，成对的温度传感器)，如在图1A中展示。在另一实施例中，测量晶片热通量传感器101可包含衬底102(例如，衬底晶片)。举例来说，衬底102可包含(但不限于)半导体衬底、玻璃衬底及其类似物。
在一个实施例中，衬底晶片102包含传感器腔室116。举例来说，传感器腔室116可包含适用于含有第一传感器108(或“顶部”温度传感器)及第二传感器110(或“底部”温度传感器)的凹入部分，如在图1A中展示。传感器腔室116可由技术中已知的任何晶片处理程序形成。举例来说，用以形成传感器腔室116的工艺可包含(但不限于)机械研磨工艺、蚀刻工艺或激光加工工艺。
在另一实施例中，顶部温度传感器108及底部温度传感器110为安置于传感器腔室116内的温度传感器，且适用于测量顶部温度传感器108与底部温度传感器110之间的温度差(即，温差)。
在另一实施例中，测量晶片热通量传感器101可包含罩盖114(例如，罩盖晶片)。举例来说，罩盖114可附接到衬底102的顶面。
在另一实施例中，热障104安置于晶片衬底102的一部分上，晶片衬底102充当热障104的安装表面。在一个实施例中，底部温度传感器110热耦合到衬底102且通过热障104的一部分与罩盖114隔热。在另一实施例中，顶部温度传感器108热耦合到罩盖114且通过热障104的额外部分与衬底102隔热。就此来说，由于顶部温度传感器108与衬底102隔热且具有到罩盖114的高导热率连接(此处未展示)，顶部温度传感器108读出的温度接近罩盖114的局部温度。类似地，由于底部温度传感器110与罩盖114隔热且具有高导热率连接(此处未展示)到衬底102，底部温度传感器110读出的温度接近衬底102的局部温度。
在本文中应注意，术语“顶部”及“底部”的使用仅出于描述性方便的目的而提供且不应解释为限制，因此温度传感器108、110可替代性地在本文中大体上称为“第一”及“第二”温度传感器。应进一步注意，出于本发明的目的，在给定传感器腔室116内的两个或两个以上温度传感器(例如顶部温度传感器108及底部温度传感器110)的布置可在本文中称为一“热通量传感器”。
在本文中应注意，热障104可包含技术中已知的任何合适隔热材料。举例来说，热障104可包含(但不限于)隔热板。通过另一实例，热障104可包含(但不限于)隔热薄膜(例如，聚酰亚胺薄膜)。
在本文中应注意，底部温度传感器110与顶部温度传感器108之间的温度差与通过接近于传感器腔室116的衬底102及罩盖114的热通量相关。在一个实施例中，测量晶片热通量传感器101可利用来自垂直于热能流动或热通量132的方向定位的顶部温度传感器108及底部温度传感器110的温度测量。
在一个实施例中，顶部温度传感器108可定位于材料的朝下倾斜延伸部106上，使得顶部温度传感器108的顶部实质上定位于与热障104的顶部相同的平面上。举例来说，可以热障的一部分(例如，突片106)经过顶部温度传感器108下方同时热障104的额外部分定位于底部温度传感器110上方的此方式结构化或切割热障104。
在一个实施例中，热障104可由多个形状构成以便配合衬底102的不同位置。热障104可具有技术中已知的任何合适形状。举例来说，热障104可定型为环形、矩形、三角形、椭圆形及其类似物中的一或多者。
在本文中应注意，热障104起作用以放大测量晶片热通量传感器101的顶部与底部之间的温度差。在一个实施例中，所得温度差约与热障104的面积成比例。在另一实施例中，温度差约与罩盖114的厚度成正比。在本文中应注意，较薄罩盖114可导致较大热阻，热能必须围绕较大热阻流动，继而导致比较厚罩盖114更大的温度差。如此，罩盖114的厚度可经调整以便控制顶部温度传感器108与底部温度传感器110之间的温度差响应。
在一个实施例中，测量晶片热通量传感器101可在等离子处理室中进行处理的同时测量垂直通过衬底102的撞击热通量。举例来说，等离子处理室(未展示)可在从约≤0.1W/cm2到≥10KW/cm2的射频(RF)功率电平下操作。撞击于晶片上的热通量的预期范围可为在约0.1W/cm2到10W/cm2之间的任何值。应进一步注意，测量晶片可包含单一热通量传感器(即，单一对温度传感器)或多个热通量传感器(即，多对温度传感器)。在测量晶片热通量传感器101包含多个热通量传感器的情况中，所述传感器可环绕衬底102分散于个别传感器腔室中(或多个传感器在单一腔室中)。
在另一实施例中，作为将温度传感器垂直于热能流动132的方向放置于衬底102中的结果，测量晶片热通量传感器101可配合在薄形状因数封装内。在本文中应注意，测量晶片热通量传感器101经设计以模拟通常在半导体工业内用于等离子处理室中的晶片，以便提供关于归因于等离子处理室内的各种加热条件(例如，RF加热条件)的通过测量晶片热通量传感器101的热通量的洞察。
在另一实施例中，系统100包含控制器113。在一个实施例中，控制器113通信地耦合到测量晶片热通量传感器101。在一个实施例中，控制器113包含一或多个处理器(未展示)。在另一实施例中，一或多个处理器经配置以执行一组程序指令，所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器执行在本发明的全文中描述的各种步骤中的一或多者。在另一实施例中，控制器113可包含非暂时性媒体(例如，存储器媒体)以用于存储程序指令。在一个实施例中，控制器113可接收来自底部温度传感器110及顶部温度传感器108的温度测量。在另一实施例中，控制器113可确定顶部温度传感器108与底部温度传感器110之间的温差。在另一实施例中，控制器113可基于底部温度传感器110与顶部温度传感器108之间的温差确定通过接近于传感器腔室116的衬底102及罩盖114的热通量。在另一实施例中，控制器113可针对测量晶片热通量传感器101执行热通量校准，借此已知热通量施加到测量晶片热通量传感器101且记录所得温度差。
在另一实施例中，控制器113可将一或多个热通量校准因子应用到温差，以确定通过接近于传感器腔室116的衬底102及罩盖114的热通量。
出于本发明的目的，术语“处理器”可经广泛定义以涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器或逻辑元件的任何装置。从此意义上来说，控制器113的一或多个处理器可包含经配置以执行软件算法及/或指令的任何微处理器类型的装置。在一个实施例中，一或多个处理器定位于测量晶片热通量传感器101的外部。在一个实施例中，一或多个处理器可由经配置以执行经配置以操作系统100的程序的台式计算机或其它计算机系统(例如，联网计算机)构成，如在本发明的全文中描述。应认识到，可由单一计算机系统或(替代性地)多个计算机系统执行在本发明的全文中描述的步骤。在另一实施例中，控制器113的一或多个处理器可驻留于测量晶片热通量传感器101的板上。就此来说，使用顶部温度传感器108及底部温度传感器110获得的温度数据可存储于安置于测量晶片热通量传感器101的板上的存储器媒体中。此外，控制器113的一或多个板上处理器可检索来自板上存储器的温度数据且执行在本发明的全文中描述的各种处理步骤中的任一者。存储器媒体可包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、固态驱动器、快闪存储器、EPROM、EEPROM、磁带或其类似物。在另一实施例中，控制器113可由一“芯片上系统”构成。就此来说，控制器113可包含数个经组合的通用处理组件。举例来说，芯片上系统可包含(但不限于)内部时钟、处理器、快闪存储器单元以用于存储处理条件及操作系统100所必需的其它指令。
在一个实施例中，可经由一或多个传感器电路建立控制器113与测量晶片热通量传感器101之间的通信耦合(见图1D)。在一个实施例中，一或多个传感器电路可包含在顶部温度传感器108及底部温度传感器110与控制器113的处理器之间的一或多个电迹线。在一个实施例中，一或多个传感器电路可包含形成于热障104内的柔性电路。举例来说，柔性印刷电路可形成于热障104上/中。例如，柔性印刷电路可包含诸如聚酰亚胺的任何合适柔性材料，且可包含诸如铝或铜的任何合适导电材料。
在另一实施例中，数个组件可经集成以形成测量晶片热通量传感器101。在一个实施例中，数个单个热通量传感器(由如在本文中描述的温差传感器组成)环绕测量晶片热通量传感器101的衬底102或罩盖114分布。就此来说，测量晶片热通量传感器101的构成单个热传感器能够检测各种处理条件下跨衬底102的表面的梯度。
在一个实施例中，控制器113可定位于衬底102或罩盖114中的至少一者的一部分上。就此来说，控制器113定位于测量晶片热通量传感器101的“板上”。在另一实施例中，如在本文中进一步讨论，一或多个传感器电路可建立顶部温度传感器108、底部温度传感器110与板上控制器113(例如，控制器的处理器)之间的通信耦合。
在另一实施例中，控制器113可定位于远离衬底102或罩盖114的位置上。就此来说，控制器113定位于测量晶片热通量传感器101的“板外”。在另一实施例中，如在本文中进一步讨论，一或多个传感器电路可建立介于顶部温度传感器108、底部温度传感器110与板外控制器113(例如，控制器的处理器)之间的通信耦合。
在一个实施例中，可在经设计以测量等离子处理室内的条件的系统感测封装中利用测量晶片热通量传感器101。就此来说，可通过在半导体工业中利用的等离子室提供衬底102表面上的入射热通量。举例来说，测量晶片热通量传感器101可包含定位于跨衬底102的各个位置的多个单个热通量传感器(例如，多对温度传感器)。接着所得热通量传感器响应可通过测量晶片热通量传感器101上的控制器113及存储器组合予以记录或经由有线或无线传输实时传输到晶片外的数据采集系统。
图1B及1C说明根据本发明的实施例的测量晶片热通量传感器101的示意图。图1B说明根据本发明的实施例的测量晶片热通量传感器101的俯视图(移除罩盖114)。图1C说明根据本发明的实施例的测量晶片热通量传感器101的横截面视图。如在图1B及1C中展示，两个或两个以上温度传感器108及110嵌入于衬底102中。在一个实施例中，衬底102可再次充当热障104的座架。在另一实施例中，热障104以热障材料的突片106经过顶部温度传感器108下方的此方式切割。举例来说，如在图1B中展示，突片106可由包含环形及矩形的复合形状构成。应注意，在图1B中提供的突片的形状无限制且仅出于说明目的而提供。如在图1C中展示，热障104的其余部分可在底部温度传感器110上方。
在一个实施例中，传感器腔室116可具有实质上经截短的圆锥形状，如在图1B及1C中绘示。在本文中应注意，在图1B及1C中描绘的形状无限制且仅出于说明目的而提供。传感器腔室可呈现技术中已知的任何形状。举例来说，传感器腔室116可具有形状，其包含(但不限于)经截短的圆锥形区段、立方体、圆柱体(例如，浅圆柱体)、棱镜(例如，三角棱镜、六角棱镜及其类似物)及类似形状。
在另一实施例中，顶部温度传感器108可经由焊料凸块118连接到热障104。在另一实施例中，底部温度传感器110可经由焊料凸块120连接到热障104。在另一实施例中，顶部温度传感器108可经由焊料凸块118连接到一或多个传感器电路(例如，电迹线)。在另一实施例中，底部温度传感器110可经由焊料凸块120连接到一或多个传感器电路。在其它实施例中，顶部温度传感器108及/或底部温度传感器110可使用技术中已知的任何附接技术耦合到热障104及/或一或多个传感器电路。举例来说，顶部温度传感器108及/或底部温度传感器110可使用焊料凸块、引线接合或其它裸片附接技术耦合到热障104及/或一或多个传感器电路。
图1D说明根据本发明的实施例的测量晶片热通量传感器101的组装视图。
在一个实施例中，热障104可包含单一或多层薄膜或板。举例来说，热障104可包含(但不限于)柔性电路(例如，双侧聚酰亚胺软性电路(flex circuit))。就此来说，在图1D中描述的热障104充当热障材料及柔性印刷电路，借此归因于输入热通量132产生顶部晶片罩盖114与衬底102的底部之间的温度差。
在另一实施例中，热障104可包含(但不要求包含)通孔连接124，其允许连接到底部温度传感器110的电力及信号线在与到顶部温度传感器108的电连接的相同表面上布线。
在另一实施例中，在顶部温度传感器108及底部温度传感器110已连接(例如，焊接)到热障104上的相关安装突片之后，可形成到罩盖114及衬底102的热连接。在一个实施例中，顶部热连接126用于将顶部温度传感器108热连接到罩盖114。在另一实施例中，底部热连接128用于将底部温度传感器110连接到在传感器腔室116的底部的衬底102。在本文中应认识到，测量晶片热通量传感器101中的热连接可由技术中已知的任何高导热材料形成。
在本文中应注意，本发明的顶部温度传感器108、110可包含技术中已知的任何热传感器。举例来说，顶部温度传感器108、110可包含(但不限于)表面安装装置(SMD)热传感器。应进一步注意，尽管在图1D中展示的迹线130描绘到顶部温度传感器108及底部温度传感器110的独立电力及电信号线，但此不应解释为限制。在本文中应认识到，传感器108、110可经连接，使得其使用共同电力提供单一输出温差信号。
图2说明根据本发明的替代实施例的具有圆化矩形传感器腔室202的测量晶片热通量传感器101的俯视图。在一个实施例中，顶部温度传感器108及底部温度传感器110经耦合到矩形热障204。在另一实施例中，矩形热障204放置于传感器腔室202的凹入部分中。在本文中应注意，图2的传感器腔室202及热障204不应解释为限制，而仅出于说明性目的而提供。应再次注意，测量晶片热通量传感器101的传感器腔室及热障可呈现技术中已知的任何形状。应进一步注意，本文中先前描述的组件及实施例应被解释为延伸到描绘于图2中的矩形传感器腔室202及矩形热障204。
虽然先前在本文的图1A到2中描述的测量晶片热通量传感器101使用定位于单一热障上的两个温度传感器，但应认识到，此并非对于本发明的限制。在一个替代实施例中，温度传感器可安装于热障104的独立片上。在另一实施例中，测量晶片热通量传感器101可包含及利用两个以上温度传感器。如此，本发明并不限于先前在本文中描述的顶部温度传感器108及底部温度传感器110。
图3A说明根据本发明的替代实施例的桥接热通量传感器300的横截面视图。在一个实施例中，衬底302定位于装置的底部上，其中罩盖304含有传感器腔室306。在另一实施例中，第一传感器308定位于传感器腔室306的中央附近且第二传感器310定位于传感器腔室306的外周长附近。在另一实施例中，两个传感器皆通过焊料凸块314(但此并非要求)安装到柔性印刷电路312且经由热连接316热连接到罩盖304。在另一实施例中，归因于传感器腔室306对于跨衬底302的整个表面延伸的热通量132的降低导热率，热通量132产生跨罩盖304的温差。
图3B说明根据本发明的替代实施例的双层级320热通量传感器的横截面视图。在一个实施例中，罩盖324包含上传感器腔室322且衬底328包含下传感器腔室326。在另一实施例中，上温度传感器330安装于上传感器腔室322中，且下温度传感器332安装于下传感器腔室326中。在另一实施例中，可通过焊料凸块(但此并非要求)形成到柔性印刷电路334及336的电连接。在另一实施例中，形成到相应罩盖324及衬底328的热连接338及340。
图4为说明在使用测量晶片测量热通量的方法400中执行的步骤的流程图。申请人注意到，在本文中先前描述的系统的内容中，在本文中先前描述的实施例及实现技术应解释为扩展到方法400。然而，应进一步注意，方法400并不限于先前描述的系统的架构。
在第一步骤402中，提供测量晶片热通量传感器101。在一个实施例中，测量晶片热通量传感器101包含热耦合到衬底102且通过热障104的一部分与罩盖隔热的至少一底部温度传感器110。在另一实施例中，测量晶片热通量传感器101包含热耦合到罩盖114且通过热障104的额外部分与衬底102隔热的至少顶部温度传感器108。在另一实施例中，底部温度传感器110及顶部温度传感器108安置于测量晶片热通量传感器101的传感器腔室116中。
在第二步骤404中，获取来自测量晶片热通量传感器101的底部温度传感器110及顶部温度传感器108的温度测量。举例来说，控制器113可获取来自测量晶片热通量传感器101的底部温度传感器110及顶部温度传感器108的温度测量。
在第三步骤406中，确定顶部温度传感器108与底部温度传感器110之间的温差。在一个实施例中，利用来自顶部温度传感器108及底部温度传感器110的测量结果确定温差。举例来说，控制器113可基于来自顶部温度传感器108及底部温度传感器110的测量结果计算温差。
在第四步骤408中，基于底部温度传感器110与顶部温度传感器108之间的温差确定通过接近于传感器腔室116的衬底102及罩盖114的热通量。举例来说，控制器113可基于底部温度传感器110与顶部温度传感器108之间的温差计算热通量。
在另一实施例中，方法400可进一步包含确定一或多个热通量校准因子的步骤。在另一实施例中，方法400可包含在热校准范围内等温地校准顶部温度传感器及底部温度传感器，以形成对于测量晶片热通量传感器的一或多个传感器校准。在另一实施例中，方法400可包含将一或多个传感器校准应用到从底部温度传感器及顶部温度传感器检测的温度，以形成一或多个热通量校准因子。在另一实施例中，方法400可包含将一或多个热通量校准因子应用到温差，以确定通过接近于传感器腔室的衬底及罩盖的热通量。
图5说明根据本发明的一个实施例的描绘测量晶片热通量传感器的校准程序中的步骤的流程图500。在本文中应注意，流程图500的步骤不应解释为限制，且仅出于说明性目的而提供。
在一个实施例中，过程开始502于校准步骤504的群组。在一个实施例中，过程包含所有顶部温度传感器(例如，传感器108及其类似物)及所有底部温度传感器(例如，传感器110及其类似物)的等温校准506。在本文中应注意，可通过将测量晶片热通量传感器101(在本文中先前描述)放置于等温室中且记录在每等温室温度设置下的校准温度而实现此步骤。在其它实施例中，也可通过跨整个衬底表面施加热通量而一次校准所有传感器。
在另一实施例中，一旦所有温度传感器经温度校准，则可在步骤508中针对所有热通量传感器(例如，成对的温度传感器)校准热通量。在本文中应注意，可在可模拟及测试热通量的合适测试室中执行热通量校准，得到相对于输入校准通量的一组经测量的热通量校准因子。
应进一步注意，由于在测量晶片热通量传感器101中的所有热通量测量均利用温差测量，因此经校准的温度偏差可组合成用于更精确测量热通量的温差校准因子。
在另一实施例中，各种温度传感器校准温度偏差可存储为查找表形式，借此提供针对各种类型的内插、仿样等的数据以用于经改善的数据测量。
在另一实施例中，一旦已使用温度校准测量及热通量校准因子校准测量晶片热通量传感器101，则可实施校正以测量测量区段510中的实际热通量。
开始于将第i个热通量传感器设置为1(在步骤512中)，在步骤514中测量顶部传感器温度Ti 顶部及底部传感器温度Ti 底部。在另一实施例中，针对第i个热通量传感器的经校准的温度偏差用于计算所述传感器的及在另一实施例中，在步骤516中，接着减去这些经校准的测量以形成经校准的温差，给定为：
在另一实施例中，通过将热通量校准因子ki应用到经校准的温差ΔTi而通过qi＝kiΔTi计算通过第i个热通量传感器的区域的热通量qi。在一个实施例中，热通量校准因子ki展示为单一因子。在额外实施例中，如果为事实，校准因子可含有额外复杂性，并入一或多个多项式系数、高斯(Gaussian)内插点及其类似物。在另一实施例中，校准因子ki可取决于温度。
在另一实施例中，在计算通过第i个热通量传感器的区域的热通量qi之后，执行测试518以查看第i个热通量传感器是否为N传感器组的最后一个传感器。如果第i个热通量传感器不为最后一个传感器，那么第i个传感器在520递增，且测量下一个传感器。如果第i个热通量传感器事实上为N传感器组的最后一个传感器，那么执行另一测试522以确定是否应执行另一组热通量测量。如果如此，那么“是”分支524循环回以执行另一组测量。如果测量已结束，那么执行“否”分支526，且测量过程结束于528。
上文的过程讨论温度校准因子及热通量校准因子的循序使用。在本文中应认识到，可组合这些过程，使得关于Ti 顶部及Ti 底部的输入温度的单一函数可用于计算第i个热通量传感器的经校准的输出热通量。
图6说明根据本发明的一个实施例的描绘测量晶片热通量传感器101的操作步骤的流程图600。在本文中应注意，流程图600的步骤不应解释为限制，且仅出于说明性目的而提供。
在一个实施例中，执行校准步骤602。举例来说，校准步骤602可包含(但不限于)在本文中先前描述的过程500中执行的一或多个校准步骤。在步骤602中，收集各种温度及热通量校准因子。在另一实施例中，在校准步骤602之后，经由测量晶片热通量传感器101的一或多个单个热通量传感器(例如，成对的温度传感器)执行一或多个测量604。在另一实施例中，在执行测量之后，可执行测试以确定是否应执行另一测量606。如果“是”608，那么执行另一测量604。在另一实施例中，在已执行所有要求的测量604之后，执行“否”分支610。在另一实施例中，测试经积累的数据是否应倾卸612。在一个实施例中，“否”分支614导致流程循环直到数据已准备好倾卸。在另一实施例中，如果数据已准备好倾卸，那么执行“是”分支616，且输出经收集的热通量数据618且过程结束于620。
在本文中描述的标的物有时说明包含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此描绘的架构仅为示范性，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的组件的任何布置有效“相关”以实现所要功能性。因此，在不考虑架构或中间组件的情况下，经组合以实现特定功能性的在本文中的任何两个组件可视为与彼此“相关”以实现所要功能性。同样地，如此相关的任何两个组件也可视为经“连接”或“耦合”到彼此以实现所要功能性，且能够如此相关的任何两个组件也可视为“可耦合”到彼此以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含但不限于可物理相互作用及/或物理相互作用的组件及/或可无线相互作用及/或无线相互作用的组件及/或可逻辑相互作用及/或逻辑相互作用的组件。
据信，将通过前述描述理解本发明及许多伴随优势，且将明白，在不脱离所揭示的标的物或不牺牲其所有材料优势的情况下可对组件的形式、构造及布置做出各种改变。描述的形式仅为解释性，且所附权利要求书意在涵盖且包含此类改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书定义。

Claims (25)

1.一种测量晶片热通量传感器，其包括：
衬底；
罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；
传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；
热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；
底部温度传感器，其热耦合到所述衬底，且通过所述热障的第一部分与所述罩盖隔热；及
顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖，且通过所述热障的额外部分与所述衬底隔热，其中所述热障的第一部分邻近所述热障的额外部分，
其中所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量相关。
2.根据权利要求1所述的测量晶片热通量传感器，其中所述测量晶片包含提供到所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器中的至少一者的一或多个电连接的一或多个传感器电路。
3.根据权利要求2所述的测量晶片热通量传感器，其中所述热障包含提供到所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器中的至少一者的一或多个电连接的一或多个传感器电路。
4.根据权利要求2所述的测量晶片热通量传感器，其中所述一或多个传感器电路包含以下各项中的至少一者：至少部分安置于所述衬底与所述罩盖之间的柔性印刷电路；至少部分安置于所述衬底上的衬底集成电路；至少部分安置于所述罩盖上的罩盖集成电路；及至少部分安置于所述衬底与所述罩盖之间的多层柔性印刷电路。
5.根据权利要求1所述的测量晶片热通量传感器，其中所述衬底包括：
衬底晶片。
6.根据权利要求1所述的测量晶片热通量传感器，其中所述罩盖包括：
罩盖晶片。
7.根据权利要求1所述的测量晶片热通量传感器，其中所述热障包括：
隔热层。
8.根据权利要求1所述的测量晶片热通量传感器，其中所述测量晶片热通量传感器与等离子处理室兼容。
9.一种热通量感测系统，其包括：
测量晶片热通量传感器，其包含：
衬底；
罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；
传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；
热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；
底部温度传感器，其热耦合到所述衬底，且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及
顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖，且通过所述热障的额外部分与所述衬底隔热，其中所述热障的第一部分邻近所述热障的额外部分，其中所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量相关；
控制器，其通信地耦合到所述测量晶片热通量传感器，所述控制器包含经配置以执行一组程序指令的一或多个处理器，所述组程序指令经配置以导致所述一或多个处理器：
接收来自所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；
确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及
基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差来确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及所述罩盖的热通量。
10.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述顶部温度传感器及所述底部温度传感器实质上垂直于热能流动的方向而定位。
11.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述热障包括：
一或多个隔热层。
12.根据权利要求11所述的热通量感测系统，其中所述一或多个隔热层包括：
隔热薄膜及隔热板中的至少一者。
13.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述控制器定位于所述衬底的一部分上。
14.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述控制器远离于所述衬底而定位。
15.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述测量晶片热通量传感器与等离子处理室兼容。
16.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差包括：
将一或多个差分校准因子应用到所述温差，以产生经校准的温差。
17.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及所述罩盖的所述热通量包括：
经由所述顶部温度传感器及所述底部温度传感器获取一或多个校准热通量测量；
从获取的所述一或多个校准热通量测量产生一或多个热通量校准因子；及
将产生的所述一或多个热通量校准因子应用到所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温度差，以确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的所述热通量。
18.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及所述罩盖的所述热通量包括：
将一或多个热通量校准因子应用到所述温差，以确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的所述热通量。
19.根据权利要求18所述的热通量感测系统，其中所述一或多个热通量校准因子取决于温度。
20.根据权利要求9所述的热通量感测系统，其中所述控制器经进一步配置以：
在热校准范围内，等温地校准所述顶部温度传感器及所述底部温度传感器，以形成对于所述测量晶片热通量传感器的一或多个传感器校准；及
将所述一或多个传感器校准应用到从所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器检测的温度，以形成一或多个热通量校准因子。
21.一种用于使用测量晶片测量热通量的方法，其包括：
提供测量晶片热通量传感器，所述测量晶片热通量传感器包含热耦合到衬底且通过热障的第一部分来与罩盖隔热的至少底部温度传感器，及热耦合到所述罩盖且通过所述热障的额外部分来与所述衬底隔热的至少顶部温度传感器，其中所述热障的第一部分邻近所述热障的额外部分，所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器安置于所述测量晶片热通量传感器的传感器腔室中；
获取来自所述测量晶片热通量传感器的所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；
确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及
基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差来确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
确定一或多个热通量校准因子。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述一或多个热通量校准因子取决于温度。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述确定一或多个热通量校准因子包括：
在热校准范围内，等温地校准所述顶部温度传感器及所述底部温度传感器，以形成对于所述测量晶片热通量传感器的一或多个传感器校准；及
将所述一或多个传感器校准应用到从所述底部温度传感器及顶部温度传感器检测的温度，以形成一或多个热通量校准因子。
25.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：
将所述一或多个热通量校准因子应用到所述温差，以确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的所述热通量。
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