CN112635365B - 测量晶片设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量辐射强度及温度的测量晶片装置包含晶片组合件，所述晶片组合件包含一或多个空腔。所述测量晶片装置进一步包含检测器组合件。所述检测器组合件安置于所述晶片组合件的所述一或多个空腔内。所述检测器组合件包含一或多个光传感器。所述检测器组合件进一步经配置以执行对入射于所述晶片组合件的表面上的紫外光强度的直接或间接测量。所述检测器组合件进一步经配置以基于所述一或多个光传感器的一或多个特性确定所述晶片组合件的一或多个部分的温度。

Description

测量晶片设备
本申请是申请日为2015年10月13日，申请号为“201580055146.9”，而发明名称为“用于沿着制造工艺线测量晶片的辐射及温度暴露的方法及系统”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉参考
本申请案涉及且主张从以下列出的申请案(“相关申请案”)的最早可用有效申请日期的权益(例如，主张除临时专利申请案以外的最早可用优先权日期或根据35USC§119(e)主张对于临时专利申请案、对于相关申请案的任何及全部上一代(parent)、上两代(grandparent)、上三代(great-grandparent)等等申请案的权益)。
相关申请案：
出于USPTO非法定要求的目的，本申请案构成2014年10月14日申请的申请序号为62/063,657的以孙梅(Mei Sun)、厄尔·詹森(Earl Jensen)及凯文O’布莱恩(Kevin O’Brien)为发明者的标题为用于高温工艺的无线UV及温度感测装置(WIRELESS UV ANDTEMPERATURE SENSING DEVICE FOR HIGH TEMPERATURE PROCESS)的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。
技术领域
本发明大体上涉及沿半导体工艺线的晶片的辐射及温度监测，且特定来说，本发明涉及在涉及UV光暴露的工艺设置中监测晶片的紫外(UV)光及温度暴露。
背景技术
由于半导体装置处理环境中的工艺条件的容限持续变窄，对改进的工艺监测系统的需求持续上升。处理系统(例如，低K薄膜固化系统)内的紫外(UV)辐射一致性是一种此条件。当前方法不能在当前处理技术所需的极端条件(例如，高温及短波长)下同时监测UV辐射强度与温度两者。因此，可期望提供系统及方法来增强用于监测给定半导体装置处理线的条件的整个测试晶片的辐射及温度的测量敏感度。
发明内容
根据本发明的说明性实施例揭示一种用于测量辐射强度及/或温度的测量晶片设备。在一个实施例中，测量晶片设备包含晶片组合件，所述晶片组合件包含一或多个空腔。在另一实施例中，所述测量晶片设备包含检测器组合件。在一个实施例中，所述检测器组合件的至少一部分安置于所述晶片组合件的一或多个空腔内。在另一实施例中，所述检测器组合件包含一或多个光传感器。在另一实施例中，所述检测器组合件经配置以执行对入射于所述晶片组合件的至少一个表面上的紫外光强度的直接测量或对入射于晶片组合件的所述至少一个表面上的紫外光强度的间接测量中的至少一者。在另一实施例中，所述检测器组合件进一步经配置以在测量入射于晶片组合件的至少一个表面上的紫外光强度后基于一或多个光传感器的一或多个特性确定晶片组合件的一或多个部分的温度。
根据本发明的说明性实施例揭示一种用于测量辐射强度及/或温度的测量晶片设备。在一个实施例中，所述晶片设备包含晶片组合件，所述晶片组合件包含一或多个空腔。在另一实施例中，所述晶片设备包含检测器组合件。在另一实施例中，所述检测器组合件的至少一部分安置于所述晶片组合件的所述一或多个空腔内。在另一实施例中，所述检测器组合件包含一或多个光传感器。在另一实施例中，所述检测器组合件经配置以执行对入射于所述晶片组合件的至少一个表面上的紫外光强度的直接测量或对入射于所述晶片组合件的所述至少一个表面上的紫外光强度的间接测量中的至少一者。在另一实施例中，所述检测器组合件进一步经配置以基于所述一或多个光传感器的一或多个特性或来自安置于至少接近所述一或多个光传感器的一或多个温度传感器的一或多个温度测量中的至少一者而确定所述晶片组合件的一或多个部分的温度。
根据本发明的另一说明性实施例揭示一种用于测量辐射强度及/或温度的测量晶片设备。在一个实施例中，所述测量晶片设备包含衬底及可操作地耦合到所述衬底的部分的盖。在另一实施例中，所述测量晶片设备包含形成于所述衬底与所述盖之间的一或多个空腔。在另一实施例中，所述测量晶片设备包含安置于所述一或多个空腔内的一或多个光传感器。在另一实施例中，所述盖包含用于使光从所述盖的顶部表面通到所述一或多个光传感器的一或多个窗。在另一实施例中，所述一或多个光传感器经配置以测量穿过所述一或多个窗的光的强度。在另一实施例中，所述测量晶片设备包含通信地耦合到所述一或多个光传感器的一或多个本地控制器。在另一实施例中，所述一或多个本地控制器经配置以接收指示由所述一或多个光传感器测量的光的强度的一或多个信号。在另一实施例中，所述测量晶片设备包含通信地耦合到所述一或多个本地控制器且经配置以基于由所述一或多个光传感器测量的光的强度的衰变特征而确定所述一或多个光传感器的所述温度的一或多个中央控制器。
根据本发明的说明性实施例揭示一种用于测量辐射强度及/或温度的测量晶片设备。在一个实施例中，所述测量晶片设备包含衬底及可操作地耦合到所述衬底的部分的盖。在另一实施例中，测量晶片设备包含安置于形成于所述衬底与所述盖之间的一或多个空腔内的一或多个光传感器。在另一实施例中，测量晶片设备包含安置于所述一或多个空腔内的一或多个光致发光元件。在另一实施例中，所述盖包含用于使光从所述盖的顶部表面通到所述一或多个光致发光元件的一或多个窗。在另一实施例中，所述一或多个光致发光元件经配置以吸收穿过所述一或多个窗的第一波长范围的光的至少一部分且发射不同于所述第一波长范围的至少第二波长范围的光。在另一实施例中，所述一或多个光传感器经配置以测量由所述一或多个光致发光元件发射的所述至少第二波长范围的光的强度。在另一实施例中，测量晶片设备包含安置于所述一或多个空腔内的一或多个导光元件，其中所述一或多个导光元件经配置以将所述至少一第二波长范围的光从所述一或多个光致发光元件传输到所述一或多个光传感器。
在另一实施例中，测量晶片设备包含通信地耦合到所述一或多个光传感器的一或多个本地控制器，所述一或多个本地控制器经配置以接收指示由所述一或多个光传感器测量的所述至少一第二波长范围的光的强度的一或多个信号。在另一实施例中，测量晶片设备包含通信地耦合到所述一或多个本地控制器的一或多个中央控制器，所述一或多个中央控制器经配置以基于由所述一或多个光传感器测量的所述至少一第二波长范围的光的强度的强度特征而确定所述一或多个光致发光元件的温度。
应理解，上述一般描述及以下详细描述仅为示范性及阐释性且不一定限制所主张的发明。并入且构成说明书的一部分的附图说明本发明的实施例并与一般描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员通过参考附图可更佳地理解本发明的数个优势，其中：
图1A是说明根据本发明的一个实施例的用于测量光强度及温度的测量晶片的概念图。
图1B是说明根据本发明的一个实施例的用于直接测量光强度的测量晶片的简化横截面图。
图1C是说明根据本发明的一个实施例的用于直接测量光强度的测量晶片的组合件图。
图1D是说明根据本发明的一个实施例的包含传感器及本地控制器的测量晶片(为简洁起见未展示盖)的衬底的简化俯视图。
图1E是说明根据本发明的一个实施例的用于间接测量光强度的包含光致发光元件的测量晶片的简化横截面图。
图1F是说明根据本发明的一个实施例的光致发光元件及传感器堆叠的简化横截面图。
图1G是说明根据本发明的一个实施例的用于间接测量光强度的包含光致发光元件及导光元件及传感器模块与衬底的热隔的测量晶片的简化横截面图。
图1H是说明根据本发明的一个实施例的用于间接测量光强度的包含光致发光元件及导光元件及传感器模块与衬底的热隔离的测量晶片的简化横截面图。
图1I是说明根据本发明的一个实施例的用于间接测量光强度的包含光致发光元件、光导及传感器模块的测量晶片(为简洁起见未展示盖)的衬底的简化俯视图。
图2是描绘根据本发明的一个实施例的用于测量整个测量晶片的辐射强度及温度的测量晶片设备的操作的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考附图中说明的所揭示的标的物。
大体上参考图1A到2，根据本发明描述用于测量辐射强度及/或温度的系统及方法。
图1A说明根据本发明的一或多个实施例的用于测量整个晶片装置的一或多个位置处的辐射及/或温度的测量晶片装置100的横截面的概念图。
在一个实施例中，晶片测量装置100包含晶片组合件102。在另一实施例中，晶片组合件102包含一或多个空腔104。可通过半导体制造领域中已知的任何工艺(例如，研磨、化学蚀刻、激光蚀刻及类似物)形成一或多个空腔104。在另一个实施例中，晶片测量装置100包含安置于晶片组合件102的空腔104内的检测器组合件103。在本文中应注意，本发明不限制于包含一或多个空腔104的晶片组合件102。举例来说，检测器组合件103(或其部分)无需放置于空腔104内，但可放置于晶片组合件102的任何表面上(例如，顶部表面、底部表面或边缘)。
在一个实施例中，检测器组合件103包含一或多个光传感器106。一或多个光传感器106可包含所属领域中已知的任何光传感器。举例来说，一或多个光传感器106可包含(但不限制于)能够感测UV及/或可见光的光传感器。
在一个实施例中，检测器组合件103经配置以执行对入射于晶片组合件的至少一个表面上的紫外光强度的直接测量。在直接检测来自测量装置100上的工艺环境中的UV光的情况中，一或多个光传感器106可包含(但不限制于)对至少UV光敏感的一或多个光传感器(例如，基于碳化硅的传感器)。例如，光传感器可包含(但不限制于)对波长范围为150到400nm的UV光敏感的光传感器。
在另一实施例中，检测器组合件103经配置以执行对入射于晶片组合件的至少一个表面上的紫外光强度的间接测量。在间接检测来自测量装置100上的工艺环境中的UV光(例如，经由从光致发光元件的中间光致发光发射的检测)的情况中，一或多个光传感器106可包含(但不限制于)对至少可见光敏感的一或多个光传感器(例如，基于硅的传感器)。例如，光传感器可包含(但不限制于)对波长范围为450到750nm的可见光敏感的光传感器。
出于本发明的目的，“间接测量”被解译为对涉及从第一波长/波长范围到第二波长/波长范围的光信号的中间转换(例如，但不限制于UV光到可见光的光致发光转换)的光强度的测量。此外，术语“直接测量”被解译为对不涉及光信号的中间转换的光强度的测量。应注意，本文将进一步额外详细地描述与直接强度测量相关联的实施例(图1B到1D)及与间接强度测量相关联的实施例(图1E到1I)。
在一个实施例中，一或多个光传感器106包含一或多个二极管检测器。举例来说，一或多个光传感器106可包含(但不限制于)一或多个碳化硅(SiC)二极管检测器、一或多个氮化镓(GaN)二极管检测器、一或多个氮化铝镓(AlGaN)检测器或一或多个硅二极管检测器。
在另一实施例中，晶片组合件102包含一或多个开口108。在一个实施例中，一或多个开口108形成于晶片组合件102的顶部表面处以便允许入射于晶片组合件102的顶部表面上的紫外光101到一或多个光传感器106。就此而言，一或多个开口108可分布于晶片组合件的整个顶部表面以便允许进行对晶片组合件102的整个表面的强度及/或温度的所选择的测量。
在另一实施例中，晶片测量装置100的检测器组合件103包含本地控制器110。在一个实施例中，本地控制器110通信地耦合到一或多个光传感器106。举例来说，本地控制器110可从一或多个传感器106接收指示由一或多个光感测器106测量的光的强度或一或多个光传感器106的一或多个额外特性的一或多个信号。例如，本地控制器110可从一或多个光传感器106接收指示由一或多个光传感器106测量的光(例如，UV或可见光)的强度的一或多个信号。此外，本地控制器110可从一或多个光传感器106接收指示一或多个光传感器106的一或多个电特性(例如，电压输出)的一或多个信号。在另一实施例中，装置100可(但不需要)通过测量一或多个传感器106的一或多个电特性(例如，正向电压)而在一或多个光传感器106处监测晶片组合件102的温度。在另一实施例中，检测器组合件103包含一或多个温度传感器(例如，热探针)。所述热探针可接近一或多个光传感器106而安置，其中热探针的输出耦合到一或多个本地控制器110。在此意义上，整个晶片组合件102的温度可经由PL发射强度的衰变(其由光传感器106测量)而测量(间接测量情况)、经由光传感器106的一或多个电特性测量(直接测量情况)，或经由专用温度探针测量(直接测量或间接测量情况)。
在另一实施例中，晶片测量装置100的检测器组合件103包含中央控制器111。在一个实施例中，中央控制器111经配置以基于一或多个传感器106的一或多个特性(例如，入射的PL发射强度的特性或一或多个传感器106的电特性)确定晶片组合件102的一或多个部分的温度。
举例来说，中央控制器111可基于在一或多个光传感器106处测量的电特性(例如，在已知电流下跨越给定传感器106的正向电压)而确定晶片组合件102的一或多个部分的温度。通过另一实例，中央控制器111可基于从一或多个传感器106测量的强度特性(例如，在中间PL元件的情况中的不同激发波长或强度衰变时间处的光强度值)而确定晶片组合件102的一或多个部分的温度。接着，基于从一或多个光传感器106测量的电特性或强度特性或来自专用温度传感器的温度测量可确定一或多个温度值。就此而言，基于光传感器106的位置(或间接转换情况中的PL元件的位置)，UV强度及/或经计算的温度可被映射到晶片装置位置。针对分布于整个晶片组合件102的光传感器106中的每一者应用此程序，可由检测器组合件103产生2D强度及/或温度映射(例如，由中央控制器111产生)。
在本文中应注意，装置100不限制于包含强度与温度两者的测量内容。举例来说，装置100可经配置以单独测量光的强度、单独测量温度曝光或强度及温度。
在一个实施例中，本地控制器110及/或中央控制器111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经配置以致使一或多个处理器实施贯穿本发明描述的各种步骤中的一或多者的一组程序指令。在另一实施例中，控制器110可包含用于存储程序指令及从一或多个传感器106接收的强度测量结果的非暂时性媒体(例如，存储器媒体)。出于本发明的目的，术语‘处理器’可被广义地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器(例如，CPU)或逻辑元件(例如，ASIC)的任何装置。在此意义上，本地控制器110及/或中央控制器111的一或多个处理器可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型或逻辑装置。应认识到，可由单个处理器或(替代地)多个处理器来实施贯穿本发明描述的步骤。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、磁带或类似物。
图1B到1E说明根据本发明的一或多个实施例的用于经由直接光强度测量而测量辐射强度及温度的测量晶片装置100的简化横截面图、组合件及俯视图。在本文中应注意，除非另外提及，否则图1A中说明的组件及实施例的描述应被解译为扩展到图1B到1E。
在一个实施例中，测量晶片装置100的晶片组合件102包含一或多个结构。在一个实施例中，一或多个光传感器106安置于测量晶片装置100的一或多个结构内。举例来说，测量晶片装置100的结构可经布置及/或形成以便形成一或多个空腔104。在另一实施例中，晶片组合件102可配装于薄形状因子封装内。在本文中应注意，传感器晶片102经设计以模拟通常用于半导体产业(例如，等离子处理装置)内的处理环境中的晶片以便提供对经受给定处理环境中的条件的晶片的UV光的强度及温度暴露的洞察。
在一个实施例中，晶片组合件102包含衬底107(例如，衬底晶片)。所述衬底可由所属领域中已知的与半导体装置处理步骤兼容的任何材料形成。举例来说，衬底107可包含(但不限制于)半导体衬底、玻璃衬底及类似物。在另一实施例中，测量晶片装置100包含盖105(例如，盖晶片)。举例来说，如图1B及1C中所展示，盖105可附接到衬底107的顶部表面。
在另一实施例中，晶片组合件102的一或多个空腔104形成于衬底107与盖105之间。举例来说，衬底107可包含凹入部分，如图1B及1C中所展示。就此而言，在盖105附接到衬底107的顶部表面后，衬底107的所述凹入部分及盖105可在晶片组合件102内形成一或多个空腔104。
可通过所属领域中已知的任何处理过程形成晶片组合件102的一或多个空腔104。举例来说，用于形成空腔104的工艺可包含(但不限制于)机械研磨工艺、蚀刻工艺或在衬底上执行以在衬底107中形成一或多个凹入部分的激光加工工艺。
在一个实施例中，空腔104可具有大体上截头圆锥形状，如图1B及1C中所展示。在本文中应注意，图1B及1C中描绘的形状不具限制性且仅出于说明性目的提供。在本文中应注意，图1B及1C中描绘的空腔104在本发明中并非限制且仅出于说明性目的提供。空腔104可采用所属领域中已知的任何形状。举例来说，空腔104可具有某一形状，其包含(但不限制于)截头圆锥形区段、立方体、圆柱(例如，浅圆柱)、棱镜(例如，三角棱镜、六角棱镜及类似物)及类似形状。此外，晶片组合件102可包含任何空腔布置或适合用于容纳晶片组合件102内的各种组件(例如，光传感器106、控制器110及类似物)的任何数目个空腔。
在另一实施例中，一或多个开口108形成于盖105中。就此而言，一或多个开口108经布置以便将光(例如UV光)从盖105的顶部表面传输到坐落于顶部盖105之下的一或多个传感器106。在一个实施例中，一或多个开口108可分布于晶片组合件的整个顶部表面以便允许进行对晶片组合件102的整个表面的强度、温度的所选择的测量。类似地，在直接强度测量的情况中，光传感器106可经布置使得光传感器106接近开口108中的每一者而定位，从而产生分布于整个晶片组合件102的光传感器106的网络，由此允许分析整个晶片组合件102的强度、温度一致性。
在另一实施例中，晶片组合件102包含一或多个窗116。一或多个窗116定位于一或多个开口108上、下或内。在另一实施例中，晶片组合件102包含一或多个入口滤光器117。在一个实施例中，一或多个入口滤光器117接近一或多个窗116而安置且经配置以阻挡一部分光101入射于晶片组合件102的表面上。举例来说，在其中所关注的光包含UV光的情况中，一或多个入口滤光器117可经选择以阻挡可见光或IR光而避免一或多个光传感器106处的误报(false positives)。
应注意，在开口108处使用一或多个窗116可用于保护晶片组合件102内的一或多个传感器106(及其它电子器件)免受与晶片组合件102上的处理环境相关联的有害条件。另外，一或多个窗116可充当用于支撑薄膜滤光器(例如，电介质滤光器)的支撑结构。
如本文先前所提及，一或多个光传感器106可包含一或多个二极管检测器。在直接测量UV光强度的情况中，应进一步注意，对UV敏感的二极管检测器尤其有用。尽管此实施例的二极管检测器不限制于任何特定类型的二极管检测器，但例如(但不限制于)SiC及GaN的二极管检测器显示UV光且显示适合用于直接测量UV光的敏感度特征。
在一个实施例中，本地控制器110从一或多个光传感器106接收指示由一或多个传感器106测量的UV光的强度的一或多个信号。此外，本地控制器110从一或多个光传感器106接收指示一或多个传感器106的一或多个电特性的一或多个信号。中央控制器111又可基于由一或多个光传感器106测量的紫外光101的强度及/或一或多个光传感器106的一或多个电特性而确定一或多个传感器106的温度。应注意，二极管检测器的各种电特性，例如(但不限制于)正向电压(例如，在已知电流下测量的正向电压)，可根据温度而不同。就此而言，中央控制器111可使所测量的电特性与一或多个基于二极管的光传感器106的温度相关。
在另一实施例中，检测器组合件103包含一或多个专用温度传感器。尽管出于简洁的目的未在图1B到1C中描绘一或多个温度传感器，但所述一或多个温度传感器可接近一或多个光传感器106而定位或定位于其上。例如，在图1B中，所述一或多个温度传感器可定位于邻近一或多个光传感器106的顶部表面或定位于其下或上。此外，一或多个温度传感器的输出可耦合到一或多个本地控制器110。在本文中应注意，一或多个专用温度传感器可用于本发明的直接测量方法或间接测量方法的背景中。一或多个温度传感器可包含所属领域中已知的任何温度传感器。举例来说，一或多个温度传感器可包含(但不限制于)RTD、热电偶装置及类似物。
在一个实施例中，如图1B及1C中所展示，给定本地控制器110接近耦合到给定本地控制器110的一或多个光传感器106而定位。此配置可适合用于低温(例如，小于150℃的应用)应用中。在另一实施例中，如图1D中所展示，给定本地控制器110定位于远离耦合到给定本地控制器110的一或多个光传感器106处。在此实施例中，给定本地控制器110可与衬底热隔离。此配置可适合用于高温(例如，高于150℃)应用中且可用于保护本地控制器110中的敏感电子器件免受高温伤害。应进一步注意，一或多个本地控制器110可包含数据处理及通信的领域中已知的任何必要的电子组件。此外，可将一或多个电池(未展示)容纳于一或多个本地控制器110内以保护一或多个电池免受高温伤害。
在另一实施例中，如图1C及1D中所展示，多个光传感器106耦合到单个本地控制器110。在另一实施例中，如图1D中所展示，测量晶片装置100包含多个检测器组合件103。就此而言，测量晶片装置100可包含多个本地控制器110，其中每一本地控制器110耦合到多个光传感器106。此布置形成能够监测整个晶片组合件102的光强度与温度的空间及时间相依性的光传感器106的分布网络。
在另一实施例中，一或多个本地控制器110无线通信地耦合到中央控制器111。一或多个本地控制器110可以任何适合方式无线通信地耦合到中央控制器111。举例来说，如图1D中所展示，测量晶片装置100包含通信线圈120。就此而言，一或多个本地控制器110通信地耦合到所述通信线圈(例如，经由电互连件118耦合)。通信线圈120又建立一或多个本地控制器110与中央控制器111之间的无线通信链路。例如，通信线圈120可建立与中央控制器111的通信电路122的无线通信链路。就此而言，通信线圈120可用于传输来自一或多个光传感器106的指示强度测量及/或电特性测量(及/或来自专用温度传感器的温度测量)的一或多个信号(例如，RF信号)。如先前所提及，中央控制器111又可基于一或多个光传感器106的一或多个电特性的一或多个特性或特征(及/或来自专用温度传感器的温度测量)而确定一或多个光传感器106的温度(其可与晶片组合件102的表面上的对应位置相关)。
图1E到1I说明根据本发明的一或多个实施例的用于经由间接光强度测量而测量UV光强度及温度的测量晶片装置100的各种视图。在本文中应注意，除非另有提及，否则图1A到1D中说明的组件及实施例的描述应被解译为扩展到图1E到1I。
在一个实施例中，检测器组合件103包含一或多个光致发光(PL)元件112。应注意，一或多个PL元件112适合用于吸收至少UV光且响应于UV吸收而发射至少可见光。此配置允许使用通常对UV光具有小于所期望灵敏度的灵敏度的光传感器。就此点而言，检测器组合件103的一或多个PL元件112可用于将入射于PL元件112上的至少一些UV光转换为可见光，可见光在一些实例中可更容易由某些传感器类型(例如，硅二极管检测器)检测到。举例来说，硅二极管检测器通常对具有350nm以下的波长的光有较弱敏感度。
在另一实施例中，检测器组合件103基于由一或多个光传感器106测量的PL光的强度的强度特征确定一或多个PL元件112的温度。举例来说，所述强度特征可包含(但不限制于)由一或多个光传感器106测量的PL光的强度的衰变特征(例如，衰变时间)。例如，在从一或多个本地控制器110接收PL发射强度数据后，中央控制器111可基于从给定PL元件112测量的PL光的强度的衰变时间计算与给定PL元件112对应的温度。应注意，此基于衰变的测量可需要断续激发光(例如，UV光)以便允许发射衰变的合适特征化。在本文中应注意，来自磷光体的发射强度的指数衰变通常显示强温度相依性。此效应被称为“磷光体测温法”。就此而言，PL元件112的给定PL发射事件的衰变行为的一或多个特征/特性可用于计算给定PL元件112的温度。举例来说，PL元件112的给定PL发射事件的发射强度的衰变时间可用于计算给定PL元件112的温度。
作为另一实例，强度特征可包含(但不限制于)如由一或多个传感器测量的PL光的强度与在已知温度下测量的PL的强度的比率。例如，PL元件112的温度的计算可采用以下形式：
Figure BDA0002850461910000101
其中Tm表示经由获得测量强度Im而测量的温度，且I0表示在已知温度T0(其表示已知温度)下获得的经测量的PL强度。
例如，在从一或多个本地控制器110接收PL发射强度数据后，中央控制器111可基于从给定PL元件112测量的PL光的强度的衰变时间或经测量的PL光强度与在给定PL元件112的已知温度下测量的PL光强度的所计算的比率而计算与给定PL元件112对应的温度。
在“用于高温测量的热成像磷光体：原理、目前最先进的技术及相关应用(Thermographic Phosphors for High Temperature Measurements:Principles,CurrentState of the Art and Recent Applications)”(《传感器(Sensors)》第八卷，2008年，第5673页到第5744页)中提供磷光体测温法的一般描述，所述文献以全文引用的方式并入本文中。另外，在2015年11月28日颁予詹森(Jensen)的第5,470,155号美国专利及2015年5月9日颁予孙(Sun)的第5,414,266号美国专利中描述分析强度衰变以确定温度，所述专利案以全文引用的方式并入本文中。
一或多个PL元件包含所属领域中已知的任何PL元件。举例来说，所述一或多个PL元件可由(但不限制于)磷光体材料或磷光体材料混合物形成。在另一实施例中，通过在衬底的表面上形成一层磷光体及/或磷光体混合物而形成一或多个PL元件。在另一实施例中，通过在晶片组合件103的衬底107的部分的表面上形成一层磷光体及/或磷光体混合物而形成一或多个PL元件。
在本文中应注意，可在低温及高温两者的状态中实施本文描述的间接光强度/温度测量。现在参考图1E，在一个实施例中，在低温(例如，小于150℃)应用的情况中，一或多个光传感器106及其它额外电子组件(例如，本地控制器)位于晶片组合件102的空腔104内。就此而言，一或多个光传感器106及额外电子组件可安置于衬底107上(或至少靠近衬底107而安置)。
在一个实施例中，一或多个PL元件112接近一或多个光传感器106而被附装或定位。一或多个PL元件可被安置于一或多个光传感器106的顶部表面处。现在参考图1F，其说明传感器堆叠119。举例来说，传感器堆叠119包含安置于光传感器106的顶部表面上的PL元件112。此外，传感器堆叠119经由电互连件118耦合到一或多个本地控制器(图1F中未展示)。在此配置中，一或多个传感器堆叠119可以类似于关于图1A到1D描述的传感器布置的方式被布置，然而，在此实施例中，一或多个传感器将检测从PL元件112发射的光。接着，一或多个本地控制器110(或中央控制器111)可使来自PL元件112的PL光的强度与照射于PL元件112上的UV光的强度相关。中央控制器111又可接着基于由一或多个光传感器106测量的PL光的强度特征而计算一或多个PL元件112的温度。
在一个实施例中，一或多个PL元件112的发射可经由自由空间耦合(图中未展示)而耦合到一或多个传感器106。就此而言，由一或多个PL元件发射的光在自由空间(或所选择的大气)中行进到一或多个传感器106。
现在参考图1G，在一个实施例中，在高温(例如，高于150℃)应用的情况中，一或多个光传感器106、本地控制器110及/或其它额外电子组件(例如电池)被容纳于传感器模块114中。在一个实施例中，传感器模块114与晶片组合件102的衬底107热隔离。
在一个实施例中，检测器组合件103包含安置于一或多个空腔104内的一或多个导光元件113。一或多个导光元件113经布置以将由一或多个PL元件112发射的光传输到一或多个光传感器106。就此而言，一或多个PL元件112的发射经由一或多个导光元件113耦合到一或多个传感器106。举例来说，在高温应用的情况中，可将由一或多个PL元件112发射的可见光沿一或多个导光元件113传输到容纳于传感器模块114中的一或多个传感器106。在测量由一或多个PL元件112发射的可见光后，一或多个本地控制器110(或中央控制器111)可使可见PL光的强度与(通过开口108)照射于PL元件112上的UV光的强度相关。接着，中央控制器111可基于由一或多个光传感器106测量的可见PL光的强度的强度特征而计算一或多个PL元件112的温度。
一或多个导光元件113可包含所属领域中已知的任何导光元件。在一个实施例中，一或多个导光元件113包含光学光导。举例来说，一或多个导光元件113可包含(但不限制于)由玻璃、石英、蓝宝石、丙烯酸及类似物形成的光学光导。作为另一实例，一或多个导光元件113可包含(但不限制于)光纤或光纤束。
在另一实施例中，晶片组合件102经建构使得一或多个空腔104由与一或多个导光元件113共形的一或多个通道组成。在另一实施例中，如图1G中所展示，一或多个导光元件113可提供对传感器模块114的机械支撑以便辅助将传感器模块114紧固于晶片组合件102的顶部表面上。应注意，在刚性光导(例如，玻璃、丙烯酸、石英、蓝宝石棒)情况中，导光元件113归因于光导的刚性及低热传导性而在对传感器模块114供应机械支撑中尤其有用。
在另一实施例中，检测器组合件103包含一或多个传感器滤光器(未展示)。举例来说，传感器滤光器可定位于一或多个光传感器106的入口处。例如，传感器滤光器可被定位于给定导光元件113的输出与到对应光传感器106的入口之间。一或多个传感器滤光器可经选择以便滤除非所要的光使其无法由一或多个光传感器106检测到。举例来说，一或多个传感器滤光器可包含(但不限制于)能够阻挡经由开口108进入晶片组合件空腔102的激发光(例如，UV光)的滤光器。就此而言，一或多个传感器滤光器可包含(但不限制于)使来自一或多个PL元件112的PL发射(或PL发射的一部分)选择性地通过到一或多个光传感器106的一或多个滤光器。
现在参考图1H及1I，检测器组合件103包含多个导光元件113。举例来说，多个导光元件113可用于将来自多个PL元件112的PL发射耦合到容纳于单个传感器模块114内的多个光传感器106。
图1H说明测量晶片装置100的横截面图，其中多个导光元件113将一或多个PL元件112的输出耦合到多个传感器106。在此实施例中，每一PL元件112耦合到单个光传感器106。在另一实施例中，多个PL元件112耦合到单个光传感器106。
此外，多个导光元件113用于从晶片组合件102提升传感器模块114。
图1I说明根据本发明的一个实施例的测量晶片装置100的晶片组合件102的衬底107的俯视图，其中多个导光元件113将一或多个PL元件112的输出耦合到多个传感器106。应注意，出于简洁目的，图1I中未描绘盖105。在一个实施例中，多个PL元件112(例如，磷光体光点)分布于晶片组合件102的整个衬底107。此外，装置100包含多个传感器模块114。多个传感器模块114中的每一者包含一或多个光传感器106(图1I中未展示)及一或多个本地控制器110(及/或其它电子组件(例如，处理器、存储器、电池及类似物))。就此而言，一组导光元件113用于将光(例如，可见光)从PL元件112的群组中的每一者传输到相关联的传感器模块114。
尽管出于简洁目的而未在图1I中描绘盖105，但应进一步注意，分布于整个衬底107的PL元件112可由安置于坐落于衬底上的盖105上/中的窗116覆盖。就此而言，盖105可具有对应于分布于整个衬底107的PL元件112的图案的窗图案。
如先前所提及，测量晶片装置还包含适合用于建立传感器模块114与中央控制器111之间的通信链路(例如，中央控制器111的通信电路122)的一或多个通信线圈120。
在本文中应注意，尽管本发明着重于由中央控制器111实施温度确定，但这不是对本发明的限制。在本文中应认识到，可在一或多个本地控制器110(或任何额外控制器或处理元件)上实施本发明的温度计算。一般来说，应注意可在一或多个本地控制器110或中央控制器111上实施本发明的各种数据处理步骤(或各种数据处理步骤的部分)。
图2是描绘根据本发明的一个实施例的测量整个测量晶片100的辐射强度及温度的方法200的流程图。在本文中应注意，方法200的步骤不应被解译为具有限制性且仅出于说明性目的提供。
在一个实施例中，过程开始于步骤202。在步骤204中，过程包含在一或多个传感器106的第i个传感器处测量UV光的强度。举例来说，可直接测量(例如，由传感器106测量通过开口108的UV光)或间接测量(例如，由传感器106测量响应于UV光吸收而发射的可见PL光)UV光强度。接着，在步骤206中，在第i个传感器处测量光强度之后，将所得结果存储于存储器中(例如，本地控制器110的存储器)。在步骤208中，如果第i个传感器并非一或多个传感器106的最后一个传感器，那么采用否(NO)分支且重复步骤204、206。在其中第i个传感器是一或多个光传感器106的最后一个传感器的情况中，那么采用是(YES)分支且过程前进到步骤210。
在步骤210中，将从N个传感器所获取且存储的测量数据(例如，存储于一或多个本地控制器110中)传输到中央控制器111。
在步骤212中，计算一或多个传感器106的第i个传感器的温度。举例来说，可基于所测量的强度的强度特征(例如，间接测量情况中的可见强度的衰变时间)而计算与第i个传感器相关联的温度。通过另一实例，可基于一或多个传感器106的一或多个经测量的电特性(例如，一或多个传感器的正向电压)而计算与第i个传感器相关联的温度。通过另一实例，可使用专用第i个温度传感器来测量与第i个传感器相关联的温度。
在步骤214中，如果第i个传感器并非一或多个传感器106的最后一个传感器，那么采用否分支且重复步骤212。在其中第i个传感器是一或多个光传感器106的最后一个传感器的情况中，那么采用是分支且过程前进到步骤216。
在步骤216中，将N个传感器中的每一者的强度及/或温度结果被映射到晶片组合件102的表面。举例来说，中央控制器111(或另一控制器)可使一或多个传感器106中的每一传感器测量的强度及/或温度相关。接着，基于光传感器106中的每一者的已知位置(或在间接测量方法的情况中PL元件112中的每一者的位置)，中央控制器111可根据晶片组合件102的顶部表面(例如，X-Y位置)的平面中的位置而在晶片组合件102的顶部表面形成强度及/或温度的数据库及/或映射。在另一实施例中，在用户接口(未展示)的显示器上呈现强度及/或温度的数据库及/或映射。
本文中描述的标的物有时说明其它组件内含有的或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类经描绘的架构仅是示范性的，且实际上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念性意义中，实现相同功能性的组件的任何布置是有效“相关联”的使得可实现所期望的功能性。因此，经组合以实现特定功能性的本文中的任何两个组件可被视为彼此“相关联”，使得可实现所期望的功能性，无论架构或中间组件为何。同样地，如此相关联的任何两个组件也可视为彼此“连接”或“耦合”以实现所期望的功能性，且能够如此相关联的任何两个组件也可视为彼此“可耦合”以实现所期望的功能性。可耦合的特定实例包含(但不限制于)物理上可交互及/或物理上交互组件及/或无线可可交互及/或无线交互组件及/或逻辑可交互及/或逻辑交互组件。
据信，将通过以上描述理解本发明及其许多伴随优势，且将明白可在不背离所揭示的标的物或不牺牲全部其关键优势的情况下对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述的形式仅是说明性的，且所附权利要求书希望涵盖且包含此类改变。此外，应理解，由所附权利要求书界定本发明。

Claims (23)

1.一种用于测量辐射强度的测量晶片设备，其包括：
晶片组合件；及
检测器组合件，所述检测器组合件包含一或多个光传感器，所述一或多个光传感器经配置以执行对入射于所述晶片组合件的至少一个表面上的来自半导体处理环境的紫外光的强度的直接测量或对入射于所述晶片组合件的所述至少一个表面上的来自所述半导体处理环境的紫外光的所述强度的间接测量中的至少一者，其中所述间接测量涉及从第一波长范围到第二波长范围的光信号的中间转换的光强度的测量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述晶片组合件包括：
衬底；及
盖，其可操作地耦合到所述衬底的一部分。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器组合件包含：
一或多个光致发光元件，其经配置以将紫外光转换为可见光，其中所述一或多个光传感器经配置以通过测量由所述一或多个光致发光元件发射的可见光的强度而执行对入射于所述一或多个光致发光元件上的紫外光的强度的间接测量。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述检测器组合件包含：
一或多个导光元件，其中所述一或多个导光元件经配置以将由所述一或多个光致发光元件发射的可见光传输到所述一或多个光传感器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个光传感器经配置以执行对入射于所述一或多个光传感器上的紫外光的强度的直接测量。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个光传感器的一或多个特性包括：
所述一或多个光传感器的电特性或强度特性中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述电特性包括：
在已知电流下测量的跨越所述一或多个光传感器的正向电压。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述强度特性包括：
响应于由所述紫外光进行的一或多个光致发光元件的激发而入射于所述一或多个光传感器上的可见光的强度特性。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测器组合件包括：
控制器，其经配置以从所述一或多个光传感器接收指示入射于所述一或多个光传感器或一或多个光致发光元件中的至少一者上的紫外光的强度或所述一或多个光传感器的电特性中的至少一者的一或多个信号。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个光传感器包括：
一或多个二极管检测器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述一或多个二极管检测器包括：
碳化硅检测器、氮化镓二极管检测器、氮化铝镓检测器或硅检测器中的至少一者。
12.一种用于测量辐射强度的测量晶片设备，其包括：
晶片组合件；及
检测器组合件，所述检测器组合件的至少一部分安置于所述晶片组合件的表面上，所述检测器组合件包含一或多个光传感器，所述一或多个光传感器经配置以执行对入射于所述晶片组合件的至少一个表面上的来自半导体处理环境的紫外光的强度的直接测量或对入射于所述晶片组合件的所述至少一个表面上的来自所述半导体处理环境的紫外光的所述强度的间接测量中的至少一者，其中所述间接测量涉及从第一波长范围到第二波长范围的光信号的中间转换的光强度的测量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述晶片组合件包括：
衬底；及
盖，其可操作地耦合到所述衬底的一部分。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述检测器组合件包含：
一或多个光致发光元件，其经配置以将紫外光转换为可见光，其中所述一或多个光传感器经配置以通过测量由所述一或多个光致发光元件发射的可见光的强度而执行对入射于所述一或多个光致发光元件上的紫外光的强度的间接测量。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述检测器组合件包含：
一或多个导光元件，其中所述一或多个导光元件经配置以将由所述一或多个光致发光元件发射的可见光传输到所述一或多个光传感器。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述一或多个光传感器经配置以执行对入射于所述一或多个光传感器上的紫外光的强度的直接测量。
17.根据权利要求12所述的设备，其中所述一或多个光传感器的一或多个特性包括：
所述一或多个光传感器的电特性或强度特性中的至少一者。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述电特性包括：
在已知电流下测量的跨越所述一或多个光传感器的正向电压。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述强度特性包括：
响应于由所述紫外光进行的一或多个光致发光元件的激发而入射于所述一或多个光传感器上的可见光的强度特性。
20.根据权利要求12所述的设备，其中所述检测器组合件包括：
控制器，其经配置以从所述一或多个光传感器接收指示入射于所述一或多个光传感器或一或多个光致发光元件中的至少一者上的紫外光的强度或所述一或多个光传感器的电特性中的至少一者的一或多个信号。
21.根据权利要求12所述的设备，其中所述一或多个光传感器包括：
一或多个二极管检测器。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述一或多个二极管检测器包括：
碳化硅检测器、氮化镓二极管检测器、氮化铝镓检测器或硅检测器中的至少一者。
23.一种用于测量辐射强度的测量晶片设备，其包括：
晶片组合件；及
检测器组合件，所述检测器组合件包含一或多个光传感器和经配置以将紫外光转换为可见光的一或多个光致发光元件，其中所述检测器组合件经配置以通过测量由所述一或多个光致发光元件发射的可见光的强度而执行对入射于所述一或多个光致发光元件上的来自半导体处理环境的紫外光的强度的间接测量，其中所述间接测量涉及从第一波长范围到第二波长范围的光信号的中间转换的光强度的测量。
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