CN112820718A - 用于获取高温工艺应用中的测量参数的封装仪器化衬底设备 - Google Patents

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CN112820718A CN202011626182.5A CN202011626182A CN112820718A CN 112820718 A CN112820718 A CN 112820718A CN 202011626182 A CN202011626182 A CN 202011626182A CN 112820718 A CN112820718 A CN 112820718A
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厄尔·詹森
景·周
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Abstract

本申请实施例是关于用于获取高温工艺应用中的测量参数的封装仪器化衬底设备。一种设备包含：仪器衬底设备；衬底组合件，其包含机械地耦合的底部衬底及顶部衬底；电子组合件；嵌套包壳组合件，其包含外包壳及内包壳，其中所述外包壳围封所述内包壳且所述内包壳围封所述电子组合件；绝缘介质，其位于所述内包壳与所述外包壳之间；及传感器组合件，其通信地耦合到所述电子组合件，所述传感器组合件包含安置在所述衬底组合件内的一或多个位置处的一或多个传感器，其中所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收一或多个测量参数。

Description

用于获取高温工艺应用中的测量参数的封装仪器化衬底设备
分案申请信息
本申请是申请日为2017年6月14日、申请号为201780034833.1、发明名称为“用于获取高温工艺应用中的测量参数的封装仪器化衬底设备”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉参考
本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2016年6月15日申请的任命孙梅(Mei Sun)、厄尔·简森(Earl Jensen)、周静(Jing Zhou)及刘冉(Ran Liu)为发明人、标题为用于高温EPI工艺的无线传感器晶片(WIRELESS SENSOR WAFER FOR HIGH TEMPERATURE EPIPROCESSES)的第62/350,688号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及沿半导体工艺线监测晶片，且特定来说，涉及一种允许在高温下操作的多级包壳组合件。
背景技术
随着半导体装置处理环境中的工艺条件的容限不断变窄，对改善工艺监测系统的需求不断增加。处理系统(例如，外延室)内的热均匀性是一种此条件。当前方法不能在当前处理技术所需的极端条件(例如，高温)下监测温度而不污染相关联室。因此，将期望提供一种允许使用仪器化晶片进行高温测量以监测半导体装置处理线的条件的系统及方法。
发明内容
揭示一种根据本发明的一或多个实施例的用于获取高温工艺应用中的测量参数的设备。在一个实施例中，所述设备包含衬底组合件，所述衬底组合件包含底部衬底及顶部衬底。在另一实施例中，所述顶部衬底机械地耦合到所述底部衬底。在另一实施例中，所述设备包含电子组合件。在另一实施例中，所述设备包含嵌套包壳组合件，所述嵌套包壳组合件包含外包壳及内包壳。在另一实施例中，所述外包壳围封所述内包壳。在另一实施例中，所述内包壳至少围封所述电子组合件。在另一实施例中，绝缘介质经安置在所述内包壳的外表面与所述外包壳的内表面之间的腔内。在另一实施例中，所述设备包含传感器组合件，所述传感器组合件通信地耦合到所述电子组合件。在另一实施例中，所述传感器组合件包含一或多个传感器。在另一实施例中，所述一或多个传感器经安置在所述衬底组合件内跨所述衬底组合件的一或多个位置处。在另一实施例中，所述一或多个传感器经配置以在跨所述衬底组合件的所述一或多个位置处获取一或多个测量参数。在另一实施例中，所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收所述一或多个测量参数。
揭示一种根据本发明的一或多个实施例的用于获取高温工艺应用中的测量参数的设备。在一个实施例中，所述设备包含衬底组合件，所述衬底组合件包含底部衬底及顶部涂布层。在另一实施例中，所述设备包含电子组合件。在另一实施例中，所述设备包含嵌套包壳组合件，所述嵌套包壳组合件包含外包壳及内包壳。在另一实施例中，所述外包壳围封所述内包壳，其中所述内包壳至少围封所述电子组合件。在另一实施例中，绝缘介质经安置在所述内包壳的外表面与所述外包壳的内表面之间的腔内。在另一实施例中，传感器组合件通信地耦合到所述电子组合件，其中所述传感器组合件包含一或多个传感器。在另一实施例中，所述一或多个传感器经安置在所述衬底组合件的所述底部衬底上跨所述底部衬底的一或多个位置处，其中所述顶部涂布层至少涂布安置在所述底部衬底上的所述一或多个传感器。在另一实施例中，所述一或多个传感器经配置以在跨所述衬底组合件的所述一或多个位置处获取一或多个测量参数。在一个实施例中，所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收所述一或多个测量参数。
揭示一种根据本发明的一或多个实施例的用于获取高温工艺应用中的测量参数的方法。在一个实施例中，所述方法包含使用分布在衬底组合件的一或多个位置处的一或多个传感器获取一组测量参数。在另一实施例中，所述方法包含将所述组测量参数存储在安置在嵌套包壳组合件内的电子组合件中。在另一实施例中，所述方法包含计算所述测量参数中的每一者的值。
应理解，前文一般描述及下文详细描述两者仅为示范性的及解释性的且未必如所主张那样限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实施例，且连同一般描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员通过参考附图可更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1A是根据本发明的一或多个实施例的配备有嵌套包壳组合件的仪器化衬底设备的俯视图。
图1B是根据本发明的一或多个实施例的嵌套包壳组合件及仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1C是根据本发明的一或多个实施例的嵌套包壳组合件及仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1D是根据本发明的一或多个实施例的嵌套包壳组合件及仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1E是根据本发明的一或多个实施例的嵌套包壳组合件及仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1F是根据本发明的一或多个实施例的嵌套包壳组合件及仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1G是根据本发明的一或多个实施例的仪器化衬底设备的简化横截面视图。
图1H是根据本发明的一或多个实施例的配置有传感器的仪器化衬底设备的简化俯视图。
图1I是根据本发明的一或多个实施例的配置有传感器的仪器化衬底设备的简化俯视图。
图1J是根据本发明的一或多个实施例的配置有传感器的仪器化衬底设备的简化俯视图。
图1K是根据本发明的一或多个实施例的放置成与远程数据系统通信的仪器化衬底设备的俯视图。
图1L是根据本发明的一或多个实施例的装纳在嵌套包壳组合件内的电子组合件的框图视图。
图2是根据本发明的一或多个实施例的包含仪器化衬底设备的工艺室的框图。
图3是说明根据本发明的一或多个实施例的用于计算跨仪器化衬底设备的温度的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考附图中说明的所揭示标的物。
大体上参考图1A到3，描述一种根据本发明的用于测量跨仪器化衬底的温度的系统及方法。
本发明的实施例涉及一种能够在高温(例如，600℃到800℃)下操作的仪器化衬底设备。在高温下操作的半导体处理室(例如，外延室)可利用此仪器化衬底设备。在一些实施例中，本发明的仪器化衬底设备包含嵌套包壳组合件，所述嵌套包壳组合件含有第一及第二包壳(例如，隔热板)，借此将板上电子组合件(即，电子包装)及/或其它敏感装置容置在嵌套包壳组合件内，以甚至在仪器化衬底设备暴露于高达800℃的温度时使电子组合件的温度维持于大约150℃或以下。在2016年9月27日申请的第15/277,753号美国专利申请案中描述仪器化衬底的使用，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
图1A到1B说明根据本发明的一或多个实施例的用于获取跨衬底组合件102的温度的仪器化衬底设备100。图1A说明配备有嵌套包壳组合件104的仪器化衬底设备100的俯视图，而图1B说明嵌套包壳组合件104及仪器化衬底设备100的简化横截面视图。
在一个实施例中，仪器化衬底设备100包含衬底组合件102、传感器组合件105及嵌套包壳组合件104。
在一个实施例中，衬底组合件102包含顶部衬底107及底部衬底109。例如，如图1B中展示，顶部衬底107可机械地耦合到底部衬底109。衬底组合件102的顶部衬底107及/或底部衬底109可包含所属领域中已知的任何衬底。在一个实施例中，衬底组合件102的顶部衬底107及/或底部衬底109包含晶片。例如，衬底组合件102的顶部衬底107及/或底部衬底109可包含但不限于玻璃晶片(例如，熔融硅石玻璃晶片、硼硅酸盐玻璃晶片及类似者)、结晶晶片(例如，结晶石英晶片或硅晶片)或由一或多种化合物(例如，碳化硅、氮化硅及类似者)形成的晶片。例如，衬底组合件102可包含在半导体处理环境中引起可忽略污染的任何衬底，例如但不限于由硅、碳化硅、氮化硅或二氧化硅(例如，石英)中的一或多者形成的晶片。
在一个实施例中，下衬底109机械地耦合到上衬底107。例如，下衬底109可焊接到上衬底107。举另一实例来说，下衬底109可接合到上衬底107。在另一实施例中，一或多个传感器衬底135经安置在上衬底107与下衬底109之间，使得一或多个传感器衬底135经密封(例如，气密密封)在顶部衬底107与底部衬底109之间。一或多个传感器衬底135可由所属领域中已知的任何材料形成。例如，一或多个传感器衬底135可由任何适合材料形成，包含但不限于硅、碳化硅、氮化硅、氮化镓、砷化镓、锗、或镓及铟的化合物。例如，如图1K中展示，一或多个传感器衬底135可包含但不限于上衬底107与下衬底109之间的一或多个硅圆盘。本文中应注意，可利用一或多个传感器衬底135来协助热传递且帮助复制在所研究工艺应用期间由给定工艺室处理的衬底/晶片的类型的各种材料性质(例如，热传递、热膨胀、光学性质及类似者)。一或多个传感器124与嵌套包壳组合件104之间的缆线126连接可密封(例如，气密密封)在衬底组合件102内。例如，一或多个传感器124与嵌套包壳组合件104之间的缆线126连接是由上衬底107覆盖，上衬底107机械地耦合到下衬底109。
在一个实施例中，嵌套包壳组合件104包含内包壳114及外包壳116，如图1B中展示。例如，内包壳114及外包壳116可分别由内隔热板及外隔热板组成。在另一实施例中，电子组合件125(例如，(若干)处理器、存储器、电源、通信电路等)可安置在内包壳114内，借此内包壳114经安置在外包壳116内以形成嵌套包壳结构。
在一个实施例中，内包壳114是由具有高热容量(例如，按体积计)的材料形成。例如，内包壳114可由一或多种金属合金形成，例如但不限于铁镍钴合金、镍铁合金或铁碳合金。例如，内包壳114可由包含KOVAR、INVAR或不锈钢的材料中的一或多者形成。在内包壳114是由KOVAR形成的情况中，内包壳114的电子组合件125(及电子组合件125的组件)紧密遵循内包壳114的温度。举另一实例来说，内包壳114可由一或多种结晶材料形成，例如但不限于蓝宝石或结晶石英。
在另一实施例中，外包壳116是由一或多种材料形成，包含但不限于陶瓷、复合物或玻璃。在另一实施例中，外包壳116是由引起可忽略污染的材料形成。例如，外包壳116可由一或多种低污染材料形成，包含但不限于硅、碳化硅、氮化硅或二氧化硅。
在一个实施例中，内包壳114包含盖113及基底115，借此可从基底115移除盖113以容许进入内包壳114的内部部分。在另一实施例中，外包壳116包含盖117及基底119，借此盖117机械地耦合到基底119以密封外包壳116。例如，焊接件121可将盖117机械地耦合到基底119以密封(例如，气密密封)外包壳116。举另一实例来说，基底119可通过粘合剂接合到盖117以密封(例如，气密密封)外包壳116。
在另一实施例中，嵌套包壳组合件104包含安置在内包壳114与外包壳116之间的绝缘介质120。应注意，内包壳114与外包壳116之间的绝缘介质120的实施方案用来减少从外包壳116外的高温环境(例如，半导体处理室)到内包壳114内的区的热传递。例如，绝缘介质120可安置在内包壳114的外表面与外包壳116的内表面之间的腔内。在另一实施例中，绝缘介质120可包含但不限于多孔固体材料。例如，绝缘介质120可为一或多种气凝胶材料(例如，二氧化硅气凝胶材料)。例如，气凝胶材料可形成有高达大约98.5％的孔隙度。举另一实例来说，绝缘介质120可为陶瓷材料(例如，多孔陶瓷材料)。本文中应注意，在基于陶瓷的绝缘介质的烧结期间，可通过使用成孔剂来控制孔隙度。本文中应进一步注意，陶瓷材料的孔隙度可制造为具有50％到99％的孔隙度范围。例如，陶瓷材料的孔隙度可制造为具有介于95％到99％之间的孔隙度范围。
在另一实施例中，绝缘介质120是不透明的。例如，绝缘介质120可包含但不限于吸收横越外包壳116的内表面与内包壳114的外表面之间的体积的辐射的材料。例如，绝缘介质120可包含但不限于碳掺杂气凝胶材料。
在另一实施例中，绝缘介质120是低压气体(即，保持在真空压力的气体)，借此将气体维持在小于环境压力(即，工艺室的压力)的压力。就这一点来说，可将内包壳114的外表面与外包壳116的内表面之间的体积维持在真空压力，以最小化来自外包壳116及内包壳114的热传导。在另一实施例中，绝缘介质120是维持在近似等于环境压力但小于大气压力的压力的气体。在另一实施例中，绝缘介质120是维持在高于环境压力但小于大气压力的压力的气体。出于本发明的目的，“真空压力”被解释为意指低于环境压力的任何压力。
在一个实施例中，内包壳114通过绝缘介质120支撑在外包壳116的内部表面上。例如，内包壳114可通过一或多种气凝胶材料支撑在外包壳116的内部表面上。例如，内包壳114可通过二氧化硅气凝胶材料支撑在外包壳116的内部表面上。
在另一实施例中，如图1C中展示，内包壳114是由安置在外包壳116的内部底表面上的低热导率介质层120支撑。例如，低热导率介质层120可包含一或多种多孔材料。例如，低热导率介质层120可包含气凝胶材料(例如，二氧化硅气凝胶材料)。进一步举例来说，所述低热导率介质层可不透明(例如，多孔陶瓷材料)。
在另一实施例中，外包壳116通过一或多个支撑结构123支撑在衬底组合件102上。在另一实施例中，一或多个支撑结构123(即，单支撑脚、多个支撑脚、平台)可由具有低热导系数的介质形成，以限制衬底组合件102与外包壳116之间的热传递。例如，一或多个支撑结构123可由低热导率介质形成，例如但不限于陶瓷、复合物、结晶材料或玻璃。例如，一或多个支撑结构123可由一或多种材料形成，包含但不限于硅、碳化硅、氮化硅或二氧化硅。在另一实施例中，支撑结构123机械地耦合到外包壳116及上衬底107。例如，焊接件121可将支撑结构123机械地耦合到外包壳116及上衬底107。举另一实例来说，支撑结构可接合到外包壳116及上衬底107。在另一实施例中，支撑结构123中的一或多者形成一或多个通道，一或多个缆线126通过所述一或多个通道将传感器组合件105连接到电子组合件125。例如，支撑结构123中的一或多者可包含但不限于形成一或多个通道的一或多个环或管结构(例如，中空脚结构)，一或多个缆线126通过所述一或多个通道将传感器组合件105连接到电子组合件125。此外，支撑结构123可为耦合到外包壳116及上衬底107的环结构。例如，支撑结构123可配置为焊接到外包壳116及上衬底107以形成密封(例如，气密密封)的环结构。举另一实例来说，支撑结构123可配置为接合到外包壳116及上衬底107以形成密封(例如，气密密封)的环结构。
在另一实施例中，外包壳116机械地耦合到衬底组合件102，如图1D中展示。例如，外包壳116焊接到上衬底107以形成密封(例如，气密密封)。举另一实例来说，外包壳116经接合到上衬底107以形成密封(例如，气密密封)。本文中应注意，将外包壳116机械地耦合到上衬底107减小暴露于工艺室的外包壳116的表面积。
在另一实施例中，如图1D中展示，低发射率及/或高反射率层118a(例如，涂层)经安置在内包壳114的外表面上。在另一实施例中，低发射率及/或高反射率层118b(例如，涂层)经安置在外包壳116的内表面上。在另一实施例中，低发射率及/或高反射率层118a经安置在安置成紧挨内包壳114的外表面的绝缘介质120上。在另一实施例中，低发射率及/或高反射率层118b经安置在安置成紧挨外包壳116的内表面的绝缘介质120上。
本文中应注意，在高反射率层经安置成紧挨外包壳116的内表面的情况中，高反射率层118b用来反射从处理室壁或可存在于处理室中的任何辐射灯落到外包壳116上的大多数热辐射。此外，安置成紧挨内包壳114的外表面的高反射率层的存在用来反射从外包壳116的内表面落到内包壳114上的大多数热辐射。另外，安置成紧挨外包壳116的内表面的低发射率材料的利用用来减少由外包壳116发射的辐射热能的量，由此减少可由内包壳114吸收的可用辐射热能的量。此外，安置成紧挨外包壳116的内表面的低发射率材料的利用用来减少由内包壳114发射的辐射热能的量，由此减少可被吸收且传递到内包壳114内的电子组合件125的可用辐射热能的量。
在另一实施例中，层118a及/或118b是高反射率且低发射率材料，例如但不限于金、银或铝。在另一实施例中，层118a及/或118b可为由堆叠电介质膜形成的高反射率且低发射率材料。例如，层118a及/或118b可为由包含但不限于氧化物、碳化物或氮化物的材料形成的高反射率且低发射率堆叠电介质膜。
再次参考图1A，在一个实施例中，电子组合件125经耦合到传感器组合件105。在另一实施例中，传感器组合件105包含一或多个传感器124。在另一实施例中，传感器124可安置在跨衬底组合件102的一或多个位置处且经由一或多个缆线连接件126连接到电子组合件125。就这一点来说，一或多个电子组合件125可从定位在衬底组合件102的一或多个位置处的一或多个传感器124获取指示值的一或多个测量参数(例如，来自热电偶的电压、来自电阻温度装置的电阻、来自压力传感器的电压(或其它信号)、来自辐射传感器的电压(或其它信号)、来自化学传感器的电压(或其它信号)及类似者)。在另一实施例中，电子组合件125通信地耦合到远程数据系统103。在另一实施例中，电子组合件125将多个测量参数传输到远程数据系统103。
应注意，一或多个传感器124可包含所属领域中已知的任何测量装置。例如，一或多个传感器124可包含但不限于热传感器、压力传感器、辐射传感器及/或化学传感器。例如，在温度测量的情况中，一或多个传感器124可包含但不限于一或多个热电偶(TC)装置(例如，热电结)，或一或多个电阻温度装置(RTD)(例如，薄膜RTD)。在另一实例中，在压力测量的情况中，一或多个传感器124可包含但不限于压电传感器、电容式传感器、光学传感器、电位传感器及类似者。在另一实例中，在辐射测量的情况中，一或多个传感器可包含但不限于一或多个光检测器(例如，光伏打电池、光敏电阻器及类似者)或其它辐射检测器(例如，固态检测器)。在另一实例中，在化学测量的情况中，一或多个传感器124可包含但不限于一或多个化敏电阻器、气体传感器、pH传感器及类似者。
在另一实施例中，仪器化衬底设备100包含虚设包壳组合件108。例如，虚设包壳组合件108可放置在衬底组合件102上的选定位置处以用作平衡重量以抵消嵌套包壳组合件104的重量。例如，虚设包壳组合件108可与嵌套包壳组合件104对置地放置在与嵌套包壳组合件104距衬底组合件102的中心相同的距离处。本文中应注意，将虚设包壳组合件108放置在与嵌套包壳组合件104对置的位置处用来将仪器化衬底设备100的质心维持在衬底组合件102的中心处。在另一实施例中(尽管未展示)，嵌套包壳组合件104可定位在衬底组合件102的中心处以将仪器化衬底设备100的质心维持在衬底组合件102的中心处。
图1E是嵌套包壳组合件104及仪器化衬底设备100的简化横截面视图。在一个实施例中，外包壳116经形成为一个部件(例如，杯结构)。例如，外包壳116可由单件熔融硅石玻璃形成。在一个实施例中，单件外包壳116机械地耦合到衬底组合件102。例如，单件外包壳116可焊接或接合到上衬底107。应注意，呈单件的外包壳116的构造提供仪器化衬底设备100的减小的轮廓。
图1F是嵌套包壳组合件104及仪器化衬底设备100的简化横截面视图。在一个实施例中，移除上衬底107的中心部分。在另一实施例中，额外绝缘介质层140可安置在底部衬底109上且在上衬底107的中心部分中以提供额外热绝缘。另外，额外高反射率材料层142可安置在额外绝缘介质材料140与底部衬底109之间，借此高反射率材料142及绝缘材料140填充上衬底107的中心部分区。
图1G是根据本发明的一或多个实施例的仪器化衬底设备100的部分的简化横截面视图。在一个实施例中，一或多个传感器124及传感器衬底135经密封在上衬底107与下衬底109之间。例如，传感器124及传感器衬底135经密封(例如，气密密封)在衬底组合件102的内部，以防止暴露于工艺室气体136(例如，氮气、氦气及类似者)。
应注意，传感器衬底135可经形成以具有任何形状且以任何方式跨底部衬底109分布。图1H到1J说明根据本发明的一或多个实施例的多种衬底传感器配置。出于简单的目的，图1H到1J中未描绘顶部衬底(在其它附图中为107)。如图1H中展示，在一个实施例中，一组传感器衬底135以选定几何图案(例如，如图1H中展示的十字形)跨底部衬底109分布。此外，一或多个传感器124可安置在传感器衬底135中的每一者上、中或下方。
如图1I中展示，在另一实施例中，一或多个传感器衬底135经配置为安置在下衬底109与上衬底107(为清楚起见未展示上衬底)之间的环。例如，如图1I中展示，中间组传感器衬底135可配置成安置在底部衬底109上的各种大小的同心环。此外，一或多个传感器124可安置在环状传感器衬底135中的每一者上、中或下方。
如图1J中展示，在另一实施例中，单个传感器衬底135可安置在底部衬底109上，其中一或多个传感器124经安置在传感器衬底135上。例如，如图1J中展示，传感器衬底135可塑形为中心部分经移除的圆盘。
应注意，上文描绘的传感器衬底135及传感器124的布置及数目并不受限且仅出于说明目的而提供。而是，本文中应认识到，本发明的一或多个传感器衬底135及/或一或多个传感器124可以多种图案、形状及数量配置。
此外，虽然本发明的大部分已集中于配备有顶部衬底的仪器化衬底设备100的实施方案，但这种配置并不限制本发明的范围。而是，本发明的范围可延伸到多个等效实施例。例如，再次参考图1A及1B，衬底组合件102的顶部衬底107可由顶部涂布材料取代。例如，一或多个传感器衬底135及/或一或多个传感器124可安置在底部衬底109上。在放置一或多个传感器衬底135及/或一或多个传感器124之后，可将涂布材料涂覆到底部衬底109、一或多个衬底135及/或一或多个传感器124，由此至少密封一或多个传感器124。例如，涂布材料可在底部衬底109、一或多个衬底135及/或一或多个传感器124上方形成高反射率且低发射率薄膜，例如但不限于二氧化硅薄膜。
图1K说明包含仪器化衬底设备100及远程数据系统103的仪器化衬底组合件系统150。在一个实施例中，一或多个电子组合件125无线地通信耦合到远程数据系统103。一或多个电子组合件125可以任何适合方式无线地通信耦合到远程数据系统103。例如，仪器化衬底设备100可包含通信电路106。通信电路106可包含通信领域中已知的任何通信电路及/或通信装置。例如，通信电路106可包含但不限于一或多个通信天线(例如，通信线圈)。在一个实施例中，通信电路106经配置以在电子组合件125与衬底外远程数据系统103之间建立通信链路。此外，通信电路106通信地耦合到电子组合件125(例如，经由电互连件127耦合)。就这一点来说，电子组合件125可经由一或多个互连件127将指示由一或多个传感器124获取的测量参数的一或多个信号传输到通信电路106。继而，通信电路106可将指示测量参数的一或多个信号中继到远程数据系统103。在一个实施例中，远程数据系统103包含适于在衬底上通信电路106与远程数据系统103之间建立通信链路的通信电路132。例如，通信电路132可使用射频(RF)信号在衬底上通信电路106与远程数据系统103之间建立通信链路。如本文中进一步论述，可由电子组合件125及/或远程数据系统103计算与传感器测量相关联的值。
在一个实施例中，电子组合件125基于由一或多个传感器124获取的一或多个测量参数计算一或多个值。继而，电子组合件125可将所计算值传输到远程数据系统103。在另一实施例中，由远程数据系统103计算所述值。就这一点来说，电子组合件125将一或多个测量参数传输到远程数据系统103。继而，远程数据系统103可基于由传感器124获取的一或多个测量参数计算一或多个值。
在另一实施例中，远程数据系统103基于由传感器124获取的一或多个信号将由电子组合件125或远程数据系统103计算的一或多个值映射到衬底组合件102上的获取位置(或使所述值与所述位置相关)。在另一实施例中，远程数据系统103向用户接口报告所映射值。例如，远程数据系统103可向台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、手持装置、存储器或服务器中的一或多者报告所映射值。
图1L说明根据本发明的一或多个实施例的装纳在嵌套包壳组合件104内的电子组合件125的框图。在一个实施例中，电子组合件125包含电源112(例如，一或多个电池)。在另一实施例中，电子组合件125包含一或多个处理器129。在另一实施例中，电子组合件125包含通信电路128。在另一实施例中，电子组合件125可包含存储器媒体131(例如，存储器)以存储用来配置一或多个处理器129的程序指令。此外，由围封在嵌套包壳组合件104内的电子组合件125获取的测量参数可存储在电子组合件125的存储器131中。出于本发明的目的，术语‘处理器’可广泛定义为涵盖具有执行来自存储器媒体131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。在这种意义上，电子组合件125的一或多个处理器129可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器型装置或逻辑装置。应认识到，可通过单个处理器或替代地多个处理器实行贯穿本发明描述的步骤。存储器媒体131可包含只读存储器、随机存取存储器、固态驱动器、快闪存储器、EPROM、EEPROM及类似者。
图2说明根据本发明的一或多个实施例的配置有仪器化衬底设备100的工艺室。在一个实施例中，仪器化衬底设备100经安置在可旋转平台138上。在另一实施例中，工艺室气体136在衬底组合件102上方流动。例如，如先前论述，仪器化衬底组合件102经密封(例如，气密密封)，因此工艺室气体136不进入衬底组合件102。在另一实施例中，使用一或多个加热源134来加热工艺室。例如，仪器化衬底设备100上方及下方的加热灯加热工艺室。
图3说明描绘根据本发明的一或多个实施例的获取跨衬底的测量参数的方法300的流程图。本文中应注意，图3中的流程图的步骤不应被解释为限制性，且仅出于说明目的而提供。
在一个实施例中，所述过程在步骤302处开始。在步骤304中，所述过程包含在安置在衬底组合件102周围的一组位置处的一组传感器124处测量一组测量参数(例如，TC电压、RTD电阻及类似者)。接着，在步骤306中，在测量测量参数之后，将结果存储在围封在嵌套包壳104中的存储器(例如，电子组合件125的存储器131)中。在步骤308中，将所述组测量参数传输到远程数据系统103。例如，可经由通信电路106(例如，通信天线)通过射频(RF)信号将测量数据从电子组合件125无线地传输到远程数据系统103。在步骤310中，由远程数据系统103针对由安置在衬底组合件102的位置中的每一者处的传感器124中的每一者获取的测量参数中的每一者计算值。例如，在温度的情况中，可基于指示传感器124中的一者处测量的温度的参数计算与那个传感器相关联的值。本文中应注意，接着可将传感器124中的每一者的结果映射到衬底组合件102的表面。例如，远程数据系统103(或另一数据系统)可使由所述组传感器124的每一传感器测量的值相关。接着，基于传感器124中的每一者的已知位置，远程数据系统103可依据衬底组合件102的顶表面的平面中的位置(例如，X-Y位置)形成衬底组合件102的顶表面处的值的数据库及/或图。在另一实施例中，在用户接口(未展示)的显示器上呈现值的数据库及/或图。在步骤312中，所述过程结束。
应认识到，可经由系统150实行方法300的步骤。然而，应认识到，系统150不应被解释为限制过程300或测量跨衬底组合件102的值的方法，这是因为预期系统150可实行各种过程从而导致用来在衬底组合件102上的多个位置处获取测量值且确定值的多个过程流程。例如，在已针对全部一或多个传感器124获取测量参数之后，电子组合件125可针对由一或多个传感器124获取的每一测量参数计算值。
本文中描述的标的物有时说明装纳在其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅为实例性的，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，用来达成相同功能性的任何组件布置经有效“相关联”使得达成所要功能性。因此，在本文中组合以达成特定功能性的任何两个组件可被视为彼此“相关联”使得实现所要功能性，而与架构或中间组件无关。同样地，如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“连接”或“耦合”以达成所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“可耦合”以达成所要功能性。可耦合的具体实例包含但不限于可物理交互及/或物理交互组件、及/或可无线交互及/或无线交互组件，及/或可逻辑交互及/或逻辑交互组件。
据信，通过前文描述将理解本发明及其许多伴随优点，且将明白，可在不脱离所揭示标的物或不牺牲全部其材料优点的情况下对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述形式仅为解释性的，且所附权利要求书希望涵盖且包含此些改变。此外，将理解，本发明是由所附权利要求书定义。

Claims (38)

1.一种设备，其包括：
衬底组合件，其包括底部衬底和顶部衬底，其中所述顶部衬底机械地耦合到所述底部衬底，其中所述底部衬底或所述顶部衬底中的至少一个由硅，碳化硅，氮化硅或二氧化硅中的至少一者形成；
电子组合件；
嵌套包壳组合件，其包括外包壳和内包壳，其中所述外包壳包围所述内包壳，其中所述内包壳至少包围所述电子组合件；
绝缘介质，其安置在所述内包壳的外表面和所述外包壳的内表面之间的腔内；以及
传感器组合件，其通信地耦合到所述电子组合件；其中所述传感器组合件包括一或多个传感器，所述一或多个传感器安置在所述衬底组合件内跨所述衬底组合件的一或多个位置处，其中所述一或多个传感器经配置以在跨所述衬底组件的所述一或多个位置处获取一或多个测量参数，其中所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收所述一或多个测量参数。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个传感器包括：一或多个温度传感器，其经配置以获取指示温度的一或多个参数。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述一或多个热传感器包括：一或多个热电偶装置。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述一或多个热传感器包括：一或多个电阻温度装置。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个传感器包括：一或多个压力传感器，其经配置以获取指示压力的一或多个参数。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个传感器包括：一或多个化学传感器，其经配置以获取指示目标化学物质的存在的一或多个参数。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个传感器包括：一或多个辐射传感器，其经配置以获取指示辐射的存在的一或多个参数。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述底部衬底或所述顶部衬底中的至少一者由陶瓷，金属陶瓷，晶体材料或玻璃中的至少一者形成。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述底部衬底和所述顶部衬底通过焊接或粘结中的至少一者来密封。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述包壳组合件机械地耦合到所述衬底组合件。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述包壳组合件通过焊接或粘结中的至少一者密封到所述衬底组合件上。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子组合件包括：一或多个处理器；通信电路；存储器；以及电源。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：虚设包壳组合件，其中所述虚设包壳组合件安置在所述衬底组件上的一位置以将所述设备的质心维持在所述衬底组合件的中心处。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个传感器中的每一者安置在传感器衬底上或内，其中所述传感器衬底安置在所述衬底组合件的所述底部衬底和所述顶部衬底之间。
15.根据权利要求17所述的设备，其中所述传感器衬底包括：硅衬底，碳化硅衬底，氮化硅衬底，氮化镓衬底，砷化镓衬底，锗衬底或镓和铟衬底中的至少一者。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述绝缘介质包括：多孔固体材料。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述绝缘介质是不透明的。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述绝缘介质是吸收性的。
19.根据权利要求16所述的设备，其中所述绝缘介质包括：气凝胶。
20.根据权利要求16所述的设备，其中所述绝缘介质包括：陶瓷材料。
21.根据权利要求1所述的设备，其中所述绝缘介质包括：一或多种气体。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述一或多种气体维持在真空压力，其中所述真空压力是低于大气压的压力。
23.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：一或多个支撑结构，其将所述内包壳支撑在所述外包壳的所述内表面上。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述一或多个支撑结构由热绝缘材料形成。
25.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：一或多个支撑结构，其用于将所述外包壳支撑在所述衬底上。
26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述内包壳由热容量高于选定值的材料形成。
27.根据权利要求1所述的设备，其中所述内包壳由金属，合金或复合材料中的至少一者形成。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述内包壳由铁-镍-钴合金，铁-镍合金或铁-碳合金中的至少一者形成。
29.根据权利要求1所述的设备，其中所述内包壳由一或多种结晶材料形成。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述内包壳由蓝宝石或晶体石英中的至少一者形成。
31.根据权利要求1所述的设备，其中所述外包壳由陶瓷，金属陶瓷，晶体材料或玻璃中的至少一者形成。
32.根据权利要求1所述的设备，其中所述外包壳由硅，碳化硅，氮化硅或二氧化硅中的至少一者形成。
33.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子组合件经配置以从所述一或多个所获取的测量参数计算一或多个值。
34.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：远程数据系统，所述远程数据系统通信地耦合到所述电子组合件，其中所述电子组合件经配置以将所述一或多个测量参数发送到所述远程数据系统，其中所述远程数据系统经配置以从由所述一或多个传感器获取的所述一或多个所获取的测量参数计算一个值。
35.根据权利要求34所述的设备，其中所述远程数据组件经配置以将所述一或多个值映射到所述衬底的所述一或多个位置。
36.根据权利要求35所述的设备，其中所述远程数据组件经配置以向用户界面报告所映射的一或多个值。
37.一种设备，其包括：
衬底组合件，所述衬底组合件包括底部衬底和顶部衬底，其中所述顶部衬底机械地耦合到所述底部衬底，其中所述底部衬底或所述顶部衬底中的至少一者由硅，碳化硅，氮化硅或二氧化硅中的至少一者形成；
电子组合件；
嵌套包壳组件，其包括外包壳和内包壳，其中所述外包壳包围所述内包壳，其中所述内壳包至少包围所述电子组合件；
绝缘介质，其经安置在所述内包壳的外表面和所述外包壳的内表面之间的腔内；以及
传感器组件，其通信地连接到所述电子组合件；其中所述传感器组件包括一或多个传感器，其中所述一或多个传感器经配置以在跨所述衬底组合件的一或多个位置处获取一或多个测量参数，其中所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收所述一或多个测量参数。
38.一种方法，其包括：
利用分布在衬底组合件的一或多个位置上的一或多个传感器获取一组测量参数，其中所述衬底组合件包括底部衬底和顶部衬底，其中所述顶部衬底机械地耦合到所述底部衬底，其中所述底部衬底或所述顶部衬底中的至少一者由硅，碳化硅，氮化硅或二氧化硅中的至少一者形成；
将所述组测量参数存储在安置在嵌套包壳组合件内的电子组合件中；以及
计算每个测量的值。
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