JP2014519193A - 基板状の計測デバイス用熱遮蔽モジュール - Google Patents

Abstract

熱遮蔽モジュールは、高熱材料で作製される上部および下部を含む。上部および下部は、互いに取り付けられて、部品と上部および下部との間に断熱材料がない状態で、電子部品パッケージを受け入れる大きさに形成された開口部を有する筐体を形成する。１本以上の脚部は、上部または下部のいずれか一方に取り付けられる。脚部は、筐体を基板に据え付け、下部の底面と基板の頂面との間に間隙を形成するように構成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明の実施形態は、一般に、基板状の高温計測デバイスに関し、具体的には、当該デバイスが長時間、高温に曝されている間に、デバイスの部品を保護する熱遮蔽モジュールに関する。

集積回路、ディスプレイまたはディスクメモリの製造においては、一般に、極めて多くの処理工程が実施される。動作可能なデバイスを提供するためには、各処理工程を注意深く監視する必要がある。描画処理、堆積および成長処理、エッチングおよびマスキング処理などの全プロセスで、各工程の、例えば、温度、ガスフロー、真空圧、化学ガスまたはプラズマの組成、および露光距離が厳密に制御されている必要がある。各工程に含まれる様々な処理条件へ細心の注意を払うことは、最適な半導体処理または薄膜処理に必要である。最適な処理条件からのいかなる逸脱も、それ以降の集積回路またはデバイスの動作が基準を満たさなくなったり、さらに悪い場合は、完全に故障するという事態を引き起こすことがある。

処理チャンバ内では処理条件は変化し得る。温度、ガス流量、またはガス組成、またはこれらの組み合わせなどの処理条件の変動は、集積回路の形成、ひいてはその性能に大きな影響を与える。集積回路またはその他のデバイスと同等または類似の材料からなる基板状のデバイスを用いて処理条件を測定すれば、処理される実際の回路と基板の熱伝導率が同等であるため、種々の処理条件の測定において最も正確な結果が得られる。ここで、有線の基板状デバイスは使いにくく、このようなデバイスに関わる遅延（待ち時間）が理想的でないため、無線の基板状デバイスが有線の基板状デバイスよりも好ましい。チャンバのあらゆる場所で、事実上全ての処理条件に勾配および変動が存在する。したがって、これらの勾配は、基板の表面全域に存在する。基板での処理条件を正確に制御するには、測定が基板上で行われ、かつ測定値が自動制御システムまたは操作者に入手可能なものとして、チャンバの処理条件の最適化が容易に達成し得るようにするのでなければならない。処理条件とは、半導体製造もしくはその他のデバイス製造の制御に使用される任意のパラメータ、または製造業者が監視することを望む任意の条件を含む。

このような無線の基板状計測デバイスが高温環境下（例えば、約１５０℃超の温度）で機能するためには、薄型電池およびマイクロプロセッサなどのデバイスの特定の主要部品が、当該デバイスが高温環境に曝される際に機能し得なければならない。多くのデバイス製造処理は、１５０℃を超える温度で行われる。例えば、裏面ＡＲコーティング（ＢＡＲＣ）処理は、２５０℃で行われし、化学蒸着（ＣＶＤ）処理は、約５００℃の温度で行われることもあり、物理蒸着（ＰＶＤ）処理は、約３００℃で行われることもある。残念ながら、そのようなデバイスに対する（監視）要件に適する電池およびマイクロプロセッサは、通常、１５０℃を上回る温度に耐えることができない。有線の基板状デバイスは、１５０℃を上回る温度にも耐えるように構成されることもあるが、上述の理由により好ましくない。

このような無線の基板状計測デバイスにおいて直面するさらなる課題は、デバイス外形の最小化である。こうしたデバイスは、様々な処理チャンバ内に収まるためには、基板の頂面の上方から、５ｍｍ以下の外形を保つべきである。

従来は、温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品（例えば、電池、ＣＰＵなど）は、断熱モジュールを用いて高温から遮蔽される。２０１０年１月２０日出願の米国特許出願第１２／６９０，８８２号は、このような断熱モジュールを開示している。このような断熱モジュールは、断熱層（例えば、セラミックまたはその他の微多孔性材料）によって両面を封入された部品を備え、この組み合わせがさらに、高比熱筐体によって両面を封入される。次いで、断熱モジュールは、基板に接合されてもよく、運動学的な支持体を手段として基板に取り付けられてもよく、あるいは基板内に形成されてもよい。

米国特許出願公開第２００７／０１４７４６８号明細書 韓国公開特許第１０−２００９−００２３０９７号公報 米国特許出願公開第２０１０／０２９４０５１号明細書 特開平０８−０９２７３９号公報

このような断熱モジュールは、温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品を遮蔽するという目的は達成しているものの、いくつかの望ましくない特性を有し、理想的ではない。一つには、部品、断熱層、および高比熱筐体の間の真空を確保する必要があるために、これらの断熱モジュールを製造するのが非常に複雑であるからである。加えて、これらの断熱モジュールは、モジュール内部に存在する低圧のために、大気圧に曝されると崩壊する可能性が高い。さらに、機械加工が可能な断熱性セラミックおよびＭｉｃｒｏｓｉｌなどの微多孔性断熱材の使用には、処理チャンバの性能に影響を及ぼす汚染粒子を生じるという欠点がある。Ｍｉｃｒｏｓｉｌは、ニューヨーク州フロリダのＺｉｒｃａｒ Ｃａｒａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な微多孔性断熱材料の製品名である。加えて、これらの材料はまた、組み立てて取り付けるのが非常に難しく、信頼性の問題だけでなく、組み立てがさらに複雑になる原因となる。

この背景において、本発明の実施形態が生じる。

本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照すれば明らかになろう。

本発明の実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの分解立体図である。 図１Ａの電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの断面図である。 本発明の代替的な実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの断面図である。 本発明の代替的な実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの断面図である。 本発明の代替的な実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの断面図である。 基板の上に実装された熱遮蔽モジュールを有する基板状計測デバイスの平面回路図である。 本発明の実施形態にしたがって構成された熱遮蔽モジュールの温度依存挙動を示すグラフである。

以下の詳細な説明は、説明のために多くの具体的な詳細を含むが、当業者であれば、以下の詳細に対する多くの変形および代替が本発明の範囲内にあることを理解するであろう。したがって、以下に述べる本発明の例示的な実施形態は、請求項に係る発明に対して、一般性をわずかなりとも失うことなく、また、これを限定することなく説明される。

本発明の実施形態は、熱遮蔽モジュールを利用して、基板状計測デバイスの部品、特に、温度の影響を受ける電子部品パッケージを、基板状計測デバイスが長時間、高温に曝される間に、安全動作温度範囲内に保つ。

一部の実施形態では、熱遮蔽モジュールは、部品モジュールの一部分として使用され得る。このようなモジュールは、ウエハまたは基板の様々な場所にあるセンサからの通知に基づいて、処理条件の一様性を測定するために用いられる、基板状計測デバイス内に組み込まれてもよく、（センサの）データを使用して、その後の処理の条件を補正する。本明細書において定義される場合、「処理条件」とは、集積回路、ディスプレイ、ディスクメモリなどを製造するプロセスで用いられる様々な処理パラメータを指す。処理条件は、限定するものではないが例えば、温度、処理チャンバの圧力、チャンバ内のガス流量、チャンバ内のガスの化学組成、イオン電流密度、イオン電流エネルギー、光エネルギー密度、ならびにウエハの振動および加速度などの半導体製造の制御に用いられる任意のパラメータまたは製造業者が監視することを望む任意の条件を含む。

このような基板状計測デバイスは、通常、２つの主要な部品、すなわち、基板と計測デバイス部品一式とから構成される。基板は、半導体製造デバイス、ガラス基板処理デバイス、磁気メモリディスク処理デバイスなどの処理条件を測定するためのセンサを実装するのに使用される。特に、センサは、処理中にウエハまたは基板が経る条件を測定するために使用される。このようなセンサは、例えば、温度、電流、電圧、粒子束、熱流束、または処理中のその他の条件を測定してもよい。センサは、基板全域の処理条件を測定するために、表面上または基板内の異なる領域上に配置し得る。基板の異なる領域を測定することにより、基板全域の非一様性を計算でき、加えて、基板の特定の場所での条件を、結果として得られる基板の特性に対して関連付けできる。

計測デバイス部品一式は、基板に接続され、電池、メモリ、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの手段で基板状計測デバイスをサポートすることにより、処理条件の測定および分析を容易にするように構成される。これらの基板状計測デバイスは、関連した無線の計測デバイスの部品の機能性、精度、および信頼性に悪影響を与える過酷な条件をしばしば含む、処理条件の影響を受ける。さらに、多数のその他の処理工程および条件は、無線の計測デバイスの部品を遮蔽するのに好都合にする。無線の基板状計測デバイスを２つの部品（すなわち、基板および無線の計測デバイスの部品）に分けることにより、デバイスは、基板が処理条件を正確に測定するのを依然として可能としつつ、様々な有害な処理条件から部品を遮蔽できるようになる。

本明細書の残りの部分では、熱遮蔽モジュール、すなわち電子部品パッケージの実施形態を説明する際に、具体的な計測デバイスの部品のサブセットについて言及する。限定ではなく例示として、電子部品パッケージは、電池、メモリ、トランシーバ、ＣＰＵ、または処理条件の測定および分析を容易にするように構成された任意のその他の電子部品を備えていてもよい。本明細書の残りの説明は、電子部品パッケージ（すなわち、無線の計測デバイスの部品の一部）に対して行われるが、以下の明細書に説明される熱遮蔽モジュールがまた、用途に応じて、様々な代替的な温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品を熱から遮蔽するように構成されてもよいことに留意することが重要である。

図１Ａは、本発明の実施形態による、基板状計測デバイス１００の分解立体図である。計測デバイス１００は、基板に実装され得る部品モジュール１０１を含む。部品モジュール１０１は、熱遮蔽モジュール１０２を含む。熱遮蔽モジュール１０２は、上部１０４と、下部１０６と、一式の１本以上の脚部１０７とを含む。熱遮蔽モジュール１０２は、基板１０９に脚部１０７により取り付けられてもよい。基板１０９は、上述のように、処理条件を測定するように構成されて、基板状計測デバイス１００を形成するセンサを含んでもよい。上部１０４および下部１０６は、互いに取り付けられて、筐体１０３を形成する。これは、部品１０５と筐体１０３の内壁との間に断熱材料がない状態で、温度の影響を受ける部品１０５を受け入れる大きさに形成された開口部を含む。例として、部品１０５は、電池、メモリ、トランシーバ、ＣＰＵなどの電子部品パッケージを含んでもよい。用途によっては、電子部品パッケージに加えて、様々な異なる温度の影響を受ける計測デバイスの部品が熱遮蔽モジュール１０２により遮蔽され得ることに留意することが重要である。本発明の実施形態の範囲内において、筐体１０３は、部品１０５より大きくてもよいことに注意されたい。部品１０５は、非常に薄くてもよい。例として、部品１０５の全厚さは、約１．０ｍｍ以下であってもよく、場合によっては、３７５ミクロン以下、または１５０ミクロン以下の厚さであってもよい。

筐体１０３の寸法は、電子部品パッケージ１０５の寸法よりもわずかに大きいこともある。そのような場合では、電子部品パッケージ１０５と筐体１０３の内壁との間に空きスペースがあってもよい。代替的に、接着性材料が存在して、電子部品パッケージ１０５を上部１０４または下部１０６に固定してもよい。しかしながら、空きスペースまたは接着性材料は、本明細書において用語「断熱材料」を用いる場合、「断熱材料」とはみなされない。部品パッケージ１０５は、部品モジュール１０１の要素であるが、部品１０５は、熱遮蔽モジュール１０２の必須要素ではないことにさらに注意されたい。

熱遮蔽部分１０４、１０６は、例えば、適切な接着剤（例えば、Ｆｉｒｅ Ｔｅｍｐ ｇｌｕｅ）またはその他の接合手法を用いて互いに取り付けられて、電子部品パッケージを受け入れる筐体１０３を形成してもよい。この筐体は、その内部に封入された電子部品パッケージを熱遮蔽する。図１Ａに図示された熱遮蔽モジュール１０２は、部品１０５を受け入れるために下部１０４の頂面内に形成された凹状の開口部を示しているが、いくつものその他の構成を使用して、部品１０５を受け入れ可能としてもよい。そのような代替的な構成の例は後述する。

上部１０４および下部１０６は、高熱容量材料で作製されている。本明細書において使用される場合、用語「熱容量」は、材料の体積熱容量を指し、これは、物体の温度を所定量だけ変化させるのに要する熱量である。より高い熱容量の物体は、その温度を、より低い熱容量の同体積の物体と同じだけ上昇させるのにより多くの熱量を要する。

限定ではなく例示として、上部１０４および下部１０６は、ステンレス鋼で作製されていてもよい。ステンレス鋼は、非常に高い熱容量を有し、そのため、温度を顕著に上昇させるには、多量の熱量または長時間の熱曝露を要する。代替的に、上部１０４および下部１０６は、サファイア、コバール、インバー、またはステンレス鋼の熱容量に類似の熱容量を示す任意のその他の材料から構成されてもよい。コバールは、ペンシルバニア州レディングのＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標である。コバールは、ホウケイ酸ガラスの熱膨張特性に対応するように設計された、ニッケル−コバルト鉄合金を指す。コバールの組成は、名目上概して、２９％のニッケル、１７％のコバルト、０．１％の炭素、０．２％のケイ素、０．３％のマンガン、残部が鉄である。インバーは、一般にＦｅＮｉ３６（米国では６４ＦｅＮｉ）としても知られているが、その比類なく低い熱膨張係数（ＣＴＥまたはα）で注目に値するニッケル合金鋼である。インバーは、フランスのオードセーヌのＩｍｐｈｙ Ａｌｌｏｙｓ Ｊｏｉｎｔ Ｓｔｏｃｋ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｆｒａｎｃｅの商標である。

上部および下部１０４、１０６により形成される筐体１０３は、一式の１本以上の脚部１０７（例えば、４本の脚部）にさらに据え付けられて、熱遮蔽モジュール１０２を形成する。脚部１０７は、電子部品パッケージ１０５が基板１０９から離れて配置されるようにする。いくつかの利点がこの構成から生じるが、それらは後述する。一般に、脚部の断面の寸法は、脚部１０７を介して熱が伝導するのを低減するために、脚部が比較的長くて細いというようなものである。

基板１０９の頂面と下部１０６の底面との間に形成される空隙または真空（すなわち、処理チャンバ内の条件）は、追加的な断熱層を提供する。このようにして、基板１０９に蓄えられている熱は、空隙／真空により形成される断熱層のおかげで、高熱容量部分１０４、１０６に直接には伝達されない。有効な断熱層を形成するには、基板の頂面と下部高熱容量部品１０６の底面との間の距離ｄは、少なくとも０．２５ミリメートル（ｍｍ）でなければならない。空隙／真空により形成される断熱層を利用することにより、熱遮蔽モジュール１０２の高熱容量部分１０４、１０６内の他の断熱材料は除去されてもよく、後述の、従来技術より優れた点に至る。

さらに、脚部１０７は、基板１０９から熱遮蔽モジュール部分１０４、１０６に、ごく限られた熱伝達経路を提供するように構成されてもよい。限定ではなく例示としてであるが、脚部１０７の直径／幅は、熱伝達を制限するために減らされてもよい。脚部１０７の寸法は、直径または幅（円形でない場合）が０．０５ｍｍから１．０ｍｍを超えるような範囲であり、好ましくは、最小の直径または幅が約０．５ｍｍである。また、脚部１０７を高強度の低熱伝導率および高熱容量の両方またはいずれか一方である材料から製作して、基板１０９と高熱容量部分１０４、１０６との間の熱伝達効率が制限されてもよい。限定ではなく例示として、これらの脚部１０７は、ステンレス鋼、石英、または、熱遮蔽モジュール部分１０４、１０６を基板１０９の上方に保持できるほどに強固であり、低熱伝達特性を示す任意のその他の材料から構成されてもよい。

このように、脚部１０７は、温度の影響を受ける部品１０５のために追加の断熱層（すなわち、空気、真空）を提供し、部品１０５を封入する基板１０９と部分１０４、１０６との間の熱伝達を制限する。

熱遮蔽モジュール１０２の大きさは、計測デバイス１００がその内部で使用される処理チャンバの大きさにより制約を受けることもある。そのため、熱遮蔽モジュール１０２の高さｈは、処理チャンバの仕様に合うように構成されてもよい。熱遮蔽モジュール１０２の高さｈは、基板１０９の頂面と上部１０４の頂面との間の距離を指す。例えば、多くの基板処理チャンバは、有限サイズの開口部を有するロードロックまたはスリットバルブを介して基板を受け入れる。限定ではなく例示として、熱遮蔽モジュール１０２の高さｈは、一般的な処理チャンバでは、約２ミリメートルから約１０ミリメートルの間に制限されてもよい。しかしながら、基板状計測デバイスが使用される具体的な用途に応じて、高さｈは変更され得る。

高熱容量部分１０４、１０６は、追加的に研磨されて、さらなる熱遮蔽のために低放射率表面を提供してもよい。あるいは、熱遮蔽モジュール部分１０４、１０６の表面は、低放射率薄膜材料で被覆されてもよい。本明細書において使用される場合、０．０から０．２までの放射率の表面を有する材料は、「低放射率」とみなすことができる。処理チャンバまたは基板１０９からの放射は、部分１０４、１０６の温度上昇の一因となる。高熱容量部分１０４、１０６の表面を研磨することにより、放射熱のかなりの部分が部分１０４、１０６から反射され得る。このことは、基板１０９および処理チャンバの壁からの放射による、部分１０４および１０６への熱伝達を低減し、ひいては、部品１０５の加熱が遅くなる。

このように、熱遮蔽モジュール１０２は、遮蔽された部品１０５にいくつかの保護層を提供し（すなわち、高熱容量筐体遮蔽、空隙／真空断熱、脚部からの低い熱伝達、および放射の反射）、従来技術の熱遮蔽を確保する。加えて、本発明の熱遮蔽モジュール１０２はまた、後述の、従来技術より優れた点を提供する。

高熱容量部分から作製された熱遮蔽体内に電子部品パッケージを封入することにより、温度の影響を受ける電子部品は、高温を呈する処理条件から遮蔽され得る。高熱容量部分１０４、１０６の温度は、上昇速度が（高熱容量に起因して）遅いため、これら高熱容量部分１０４、１０６により封入された電子部品パッケージ１０５の温度もまた、上昇速度が遅い。これは、部品１０５の温度変化が、それを遮蔽している高熱容量部分１０４、１０６の温度変化に緊密に追従するためである。

従来技術の熱遮蔽モジュールは、セラミックまたは微多孔性の断熱層をその設計の一部として組み込んでいた。しかしながら、断熱用のセラミックまたは微多孔性断熱体などのその他のタイプの断熱材料は、処理チャンバ内に深刻な汚染の危険を引き起こす、かなりの量の微小粒子を生じることが分かっている。本発明の熱遮蔽モジュール１０２は、断熱層の必要性をなくし、単に高熱容量部分１０４、１０６を使用して、電子部品パッケージ１０５を遮蔽することにより、従来技術に存在したあらゆる粒子汚染を排除する。

本発明の熱遮蔽モジュール１０２の別の利点は、組み立てが容易であることである。本発明の熱遮蔽モジュール１０２は、２つの部分１０４、１０６および一式の１本以上の脚部１０７のみから構成されるため、従来技術に関して上述した多部品、多層の熱遮蔽モジュールよりも製造および生産がはるかに簡単である。さらには、設計の簡潔さは、故障する可能性のある部品がより少ないことから、熱遮蔽モジュール１０２のより高い信頼性を確実にする。

高熱容量部分１０４、１０６を形成するための高熱容量材料としてステンレス鋼を使用することには、より一層簡潔化された製造プロセスという追加の利益がある。これは、ステンレス鋼の高熱容量部品が、その上へ脚部を容易に取り付けされて、簡単に機械加工され得るためである。

このようにして、熱遮蔽モジュール１０２は、従来技術の熱遮蔽特性を維持し、その上、電子部品パッケージと筐体の内壁との間の空間を占めていたセラミックの挿入体を除外することにより、これもまた従来技術に存在した、製造の複雑さおよび粒子汚染の可能性を排除する。

図１Ｂは、図１Ａの電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する無線の基板状計測デバイス１００の断面図である。ここで、熱遮蔽モジュール１０２は、上部高熱容量部分１０４と、下部高熱容量部分１０６と、基板１０９上に取り付けられる一式の１本以上の脚部１０７とから構成される。この場合もやはり、部品１０５は、熱遮蔽体１０２の必須要素ではないことに留意されたい。この実施形態では、上部１０４および下部１０６は、同じ長さである。下部１０４は、その頂面内に窪んだ開口部を有し、これは、パッケージ１０５と熱遮蔽モジュール部分１０４、１０６との間に断熱材料がない状態で、部品１０５（例えば、電子部品パッケージ）を受け入れる大きさに形成されている。この場合もやはり、用途によっては、電子部品パッケージに加えて、様々な異なる温度の影響を受ける基板状計測デバイスの部品が熱遮蔽モジュール１０２により遮蔽され得ることに留意されたい。脚部１０７は、下部１０６の底面に取り付けられて、下部１０６の底面と基板１０９との間に断熱空隙／真空を形成するように構成される。

図１Ｂに図示された熱遮蔽モジュール１０２は、部品１０５を受け入れるために下部１０６の頂面内に形成された凹状の開口部を示しているが、いくつものその他の構成を使用して、部品１０５を受け入れ可能としてもよい。そのような代替的な構成の例を後述する。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の代替的な実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュールを有する無線の基板状計測デバイス２００の断面図を示す。

図２Ａは、本発明の代替的な実施形態による、電子部品パッケージのための熱遮蔽モジュール２０２を有する、電子部品モジュール２０１を備える無線の基板状計測デバイス２００の断面図を示す。ここで、熱遮蔽モジュール２０２は、上部高熱容量部分２０４と、下部高熱容量部分２０６と、基板２０９上に取り付けられる一式の１本以上の脚部２０７とから構成される。熱遮蔽モジュール部分２０４、２０６は、電子部品パッケージなどの部品２０５を受け入れる大きさに形成される筐体２０３を形成する。この場合もやはり、用途によっては、電子部品パッケージに加えて、様々な異なる温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品が熱遮蔽モジュール２０２により遮蔽され得ることに留意されたい。部品２０５は、熱遮蔽モジュール２０２’の構成要素ではない。熱遮蔽モジュール２０２’は、図１Ａおよび図１Ｂに関して上述した熱遮蔽モジュール１０２と同じ材料で作製されていてもよいし、その他のやり方で構成されていてもよい。さらに、熱遮蔽モジュール２０２’は、上述したように、下部２０６の底面と基板２０９の頂面との間の高さの制約および距離の制約を満たすように構成されていてもよい。代替的な実施形態では、脚部２０７’は、下部２０６または上部２０４の側面に取り付けられてもよいことに留意されたい。

この実施形態では、上部２０４および下部２０６の平面における寸法および形状は、ほぼ同じであるが、異なる厚さを有していてもよい。下部２０６ではなく上部２０４は、その底面内に窪んだ開口部を有し、これは、部品２０５と上部および下部２０４、２０６との間に断熱材料がない状態で、電子部品パッケージ２０５を受け入れる大きさに形成されている。脚部２０７は、この場合もやはり下部２０６の底面に取り付けられて、熱遮蔽モジュールが基板に実装される際に、下部２０６の底面と基板２０９との間に断熱空隙／真空を許容するように構成される。

図２Ｂは、本発明の代替的な実施形態による、基板状計測デバイスのための熱遮蔽モジュール２０２’を有する、電子部品モジュール２０１’を備える無線の基板状計測デバイス２００’の断面図を示す。ここで、熱遮蔽モジュール２０２’は、上部高熱容量部分２０４’と、下部高熱容量部分２０６’と、熱遮蔽モジュール２０２’の基板２０９上への取り付けを容易にする一式の１本以上の脚部２０７’とを含む。一体に取り付けると、熱遮蔽モジュール部分２０４’、２０６’は、部品２０５を受け入れる大きさに形成される筐体２０３’を形成する。この場合もやはり、用途によっては、電子部品パッケージに加えて、様々な異なる温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品が熱遮蔽モジュール２０２’により熱遮蔽され得ることに留意されたい。部品２０５は、熱遮蔽モジュール２０２’の構成要素ではない。熱遮蔽モジュール２０２’は、多くの点で、図１Ａおよび図１Ｂに関して上述した熱遮蔽モジュール１０２と同様に構成されてもよい。さらに、熱遮蔽モジュール２０２’は、下部２０６’の底面と基板２０９の頂面との間の高さの制約および距離の制約を満たすように構成されていてもよい。この実施形態では、上部２０４および下部２０６’は、平面における形状および寸法の両方またはいずれか一方が互いに異なる。特に、下部２０６’は、対応する上部２０４’の大きさよりも小さい、特有の大きさを有する。上部２０４’は、その底面内に窪んだ開口部を有し、これは、電子部品モジュール２０１’を形成するために組み立てたときに、パッケージ２０５と上部および下部２０４’、２０６’との間に断熱材料がない状態で、部品２０５を受け入れる大きさに形成されている。脚部２０７’は、下部２０６’の底面ではなく、上部２０４’の底面に取り付けられている。脚部２０７’は、熱遮蔽モジュールを基板２０９の表面から引き離して、下部２０６’の底面と基板２０９との間に断熱空隙／真空を形成する。

図２Ｃは、本発明の別の代替的な実施形態による、基板状計測デバイス２００”の断面図を示す。計測デバイス２００”は、部品２０５のための熱遮蔽モジュール２０２”を有する電子部品モジュール２０１”を含む。この場合もやはり、用途によっては、電子部品パッケージに加えて、様々な異なる温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品が熱遮蔽モジュール２０２”により熱遮蔽され得ることに留意されたい。熱遮蔽モジュール２０２”は、上部高熱容量部分２０４”と、下部高熱容量部分２０６”と、一式の１本以上の脚部２０７”とを含む。この実施形態では、上部２０４”および下部２０６”は、異なる寸法であり、場合により異なる形状である。下部２０６”は、対応する上部２０４”の大きさよりも小さい、特有の大きさを有する。上部２０４”ではなく下部２０６”は、その頂面内に窪んだ開口部を有し、これは、部品２０５と熱遮蔽モジュール部分２０４”、２０６”との間に断熱材料がない状態で、部品２０５を受け入れる大きさに形成されている。脚部２０７”は、下部２０６”の底面ではなく、上部２０４”の底面に取り付けられている。脚部２０７”は、熱遮蔽モジュール２０２”が基板２０９に実装される際に、下部高熱容量部分２０６”の底面と基板２０９との間に断熱空隙／真空を提供するように構成されてもよい。代替的な実施形態では、脚部２０７”は、上部２０４”の側面に取り付けられてもよいことに留意されたい。

この場合もやはり、部品２０５は、熱遮蔽体２０２”の構成要素ではないことに留意されたい。先の例と同様、熱遮蔽モジュール２０２”は、図１Ａに関して上述した熱遮蔽モジュール１０２と同じ材料から構成されていてもよいし、その他のやり方で同様に構成されていてもよい。さらに、電子部品モジュール２０１”は、上述のように、熱遮蔽モジュール２０２”の高さの制約、および、下部２０６”の底面と基板２０９の頂面との間の距離の制約を満たすように構成されていてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、ならびに図２Ｃは、熱遮蔽モジュール、電子部品モジュール、および基板状計測デバイスの構成の一部の具体的な実施例を示しているが、請求項に係る発明は、これらの実施形態に限定されない。上部高熱容量部分および下部高熱容量部分の形成には、以下に説明する特許請求の範囲に一致する限り、形状および寸法の任意の組み合わせを用いてよい。例えば、電子部品パッケージを受け入れる大きさに形成された凹状の開口部は、上部高熱容量部分、下部高熱容量部分、またはこれら両方の組み合わせの中において、形成されてもよい。さらに、脚部は、基板と下部高熱容量部分の底面との間に断熱空隙／真空層が形成される限り、下部高熱容量部分もしくは上部高熱容量部分のいずれか一方に、または、これら両方の組み合わせに取り付けられてよい。

図３は、基板３０１の頂面上に実装された、図１Ａおよび図１Ｂならびに図２Ａ〜図２Ｃに示されたタイプの熱遮蔽モジュール３０２を有する無線の基板状計測デバイス３００の平面回路図である。基板３０１は、基板処理システムにより処理される標準的な基板と同じ寸法および形状であってもよい。基板３０１はまた、システムにより処理される標準的な基板と同じ材料から作製されていてもよい。例えば、シリコンウエハを処理する半導体ウエハ処理システムにおいて、計測デバイスを使用して処理条件を監視する場合、基板３０１は、ケイ素で作製されていてもよい。標準的な寸法のシリコン基板の例には、直径１５０ｍｍ、２００ｍｍおよび３００ｍｍのシリコンウエハが含まれるが、これに限定されない。

図１Ａおよび図１Ｂならびに図２Ａから図２Ｃに示されたタイプの温度の影響を受ける電子部品パッケージ３０４は、上述のように、電子部品パッケージと高熱容量部品との間に断熱材料がない状態で、電子部品パッケージ３０４を受け入れる大きさに形成された、熱遮蔽モジュール３０２の開口部内に実装されてもよい。この場合もやはり、熱遮蔽モジュールは、電子部品パッケージの遮蔽に限定されないどころか、用途に応じて、任意の温度の影響を受ける無線の計測デバイスの部品を遮蔽するように構成されてもよいことに留意されたい。限定ではなく例示として、そのような電子部品パッケージ３０４は、電池３０３およびＣＰＵ３０５を含んでもよい。用途および結果としての電力需要に応じ、単に単一の電池パッケージまたは２つ以上の電池が据え付けられてよい。電子部品パッケージ３０４は、バス３１７に電気的に接続されていてもよい。

無線の基板状計測デバイス３００は、電池３０３により電力を供給され、バス３１７を介してＣＰＵ３０５と電気信号をやり取りするように構成される計測電子機器３１９を含んでもよい。限定ではなく例示として、計測電子機器３１９は、メモリ３０７、トランシーバ３０９、および、例えば、電磁センサ３１１、熱センサ３１３、および光または電気センサ３１５などの１つ以上の処理条件センサを含んでもよい。一部の実施形態では、計測電子機器３０５の特定の要素（例えば、メモリ３０７、トランシーバ３０９、熱センサ３１３、または光センサ３１５）は、本明細書で述べたタイプの電子部品パッケージ１０５内に含まれていてもよい。

デバイス３００が基板処理ツール内に配置された際に、無線の基板状計測デバイス３００が処理パラメータを適切に測定および記録するために、ＣＰＵ３０５は、メインメモリ３０７に記憶した命令を実行するように構成されてもよい。メインメモリ３０７は、例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭなどの集積回路の形態であってもよい。トランシーバ３０９は、データおよび電力の両方またはいずれか一方を、デバイス３００とやり取りするように構成されてもよい。

ステンレス鋼の高熱容量部分１０４、１０６で得られた試験結果を図４に示す。この試験では、基板を３１０℃に加熱したホットプレート上に配置した。基板の温度は、１０秒以内に３００℃超まで上昇した。脚部で基板に実装された、ステンレス鋼の高熱容量部分１０４、１０６により封入された電池は、１５０℃に達するのに２４３秒を要した。以前の熱遮蔽体の設計での電池は、断熱材料が電子部品と筐体との間に有していたが、ウエハ基板を３００℃のホットプレート上に配置した際、１２０秒で１５０℃に達していた。

本発明を、その特定の好適な形態を参照してかなり詳細に説明してきたが、その他の形態も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲は、本明細書に含まれる好ましい形態の説明に限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照し、その均等物の全範囲に沿って決定されるべきである。本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）に開示された全ての特徴は、別段の指定がない限り、同等、均等、または同様の目的のために作用する代替的な特徴に置き換えられてもよい。したがって、別段の指定がない限り、開示されたそれぞれの特徴は、一般的な一連の同等または同様の特徴の一例である。

上記は、本発明の好適な実施形態の完全な記述であるが、様々な代替、変更および均等物を使用し得る。したがって、本発明の範囲は、上記の記述を参照して決定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲を参照し、その均等物の全範囲に沿って決定されるべきである。好適か否かによらず任意の特徴は、好適か否かによらず任意のその他の特徴と組み合わせられてもよい。以下の特許請求の範囲では、「ある」（不定冠詞「Ａ」または「Ａｎ」）の語は、別段の指定がない限り、この語に続く事項のうちの１つ以上の量を指す。添付の特許請求の範囲は、与えられた特許請求の範囲に句「ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」を用いてこのような限定が明確に記載されない限り、ミーンズ・プラス・ファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）による限定を含むとして解釈されてはならない。特定の機能を行う「ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」と明確に記載していない、特許請求の範囲における任意の要素は、米国特許法第１１２条第６段落で指定されるような「手段（ｍｅａｎｓ）」または「ステップ（ｓｔｅｐ）」条項として解釈されてはならない。特に、本明細書の特許請求の範囲における「のステップ（ｓｔｅｐ ｏｆ）」の使用は、米国特許法第１１２条第６段落の規定の発動を意図していない。

読者の注意は、本明細書と並行して提出され、本明細書とともに公開されたすべての文書および文献に向けられ、すべてのこのような文書および文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (33)

1. 熱遮蔽モジュールであって、
   ａ）高熱容量材料で作製された上部と、
   ｂ）前記上部に取り付けられるとともに高熱容量材料で作製された下部であって、前記上部および前記下部により形成される筐体が、部品と前記上部および下部との間に断熱材料がない状態で、前記部品を受け入れる大きさに形成された開口部を含む、下部と、
   ｃ）前記上部または前記下部のいずれか一方に据え付けられる１本以上の脚部であって、前記脚部を介して、前記熱遮蔽モジュールを基板に取り付けることで、前記下部の底面と前記基板の頂面との間に間隙が形成されるように構成される、１本以上の脚部とを備える、熱遮蔽モジュール。
2. 前記上部または前記下部のいずれか一方が、ステンレス鋼で作製されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
3. 前記上部の全面および前記下部の全面の両方またはいずれか一方が、低放射率表面を形成するために研磨されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
4. 前記上部の全面および前記下部の全面の両方またはいずれか一方が、低放射率材料で被覆される、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
5. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、サファイアで構成されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
6. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、ニッケル−コバルト鉄合金で構成されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
7. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、ＦｅＮｉ３６として一般に知られるニッケル合金鋼で構成されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
8. 前記１本以上の脚部が、ステンレス鋼で構成されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
9. 前記１本以上の脚部が、石英で構成されている、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
10. 前記１本以上の脚部が、前記基板の頂面と前記下部の底面との間に形成される前記間隙が、少なくとも０．２５ミリメートルであるように構成される、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
11. 前記上部、前記下部、および前記１本以上の脚部は、前記熱遮蔽モジュールを前記基板に実装する際に、前記熱遮蔽モジュールの高さが、前記基板の頂面の上方２ミリメートルから１０ミリメートルの間であるように構成される、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
12. 前記筐体の寸法が、前記部品の寸法よりも大きい、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
13. 前記筐体が、１ミリメートル以下の厚さを有する部品を受け入れる大きさに形成される、請求項１に記載の熱遮蔽モジュール。
14. 部品モジュールであって、
    高熱容量材料で作製された上部および高熱容量材料で作製された下部を含み、前記上部および前記下部により形成される筐体を有する熱遮蔽モジュールと、
    前記筐体に配置された部品であって、前記筐体が電子部品パッケージと前記上部および下部との間に断熱材料がない状態で前記部品を受け入れる大きさに形成される、部品と、
    前記熱遮蔽モジュールに取り付けられる１本以上の脚部であって、前記脚部を介して、前記筐体を前記基板に取り付けることで、前記下部の底面と前記基板の頂面との間に間隙が形成されるように構成される、１本以上の脚部とを備える、部品モジュール。
15. 前記部品が、１つ以上の電池を含む、請求項１４に記載の部品モジュール。
16. 前記部品が、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む、請求項１４に記載の部品モジュール。
17. 前記部品全体の厚さが、約１ミリメートル以下程度である、請求項１４に記載の部品モジュール。
18. 前記上部または前記下部のいずれか一方が、ステンレス鋼で作製されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
19. 前記上部の全面および前記下部の全面の両方またはいずれか一方両方またはいずれか一方が、低放射率表面を形成するために研磨されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
20. 前記上部の全面および前記下部の全面の両方またはいずれか一方が、低放射率材料で被覆される、請求項１４に記載の部品モジュール。
21. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、サファイアで構成されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
22. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、ニッケル−コバルト鉄合金で構成されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
23. 前記上部または前記下部の両方またはいずれか一方が、ＦｅＮｉ３６として一般に知られるニッケル合金鋼で構成されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
24. 前記１本以上の脚部が、ステンレス鋼で構成されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
25. 前記１本以上の脚部が、石英で構成されている、請求項１４に記載の部品モジュール。
26. 前記１本以上の脚部が、前記基板の頂面と前記下部の底面との間に形成される前記間隙が、少なくとも０．２５ミリメートルであるように構成される、請求項１４に記載の部品モジュール。
27. 前記上部、前記下部、および前記１本以上の脚部は、前記熱遮蔽モジュールを前記基板に実装する際に、前記熱遮蔽モジュールの高さが、前記基板の頂面の上方２ミリメートルから１０ミリメートルの間であるように構成される、請求項１４に記載の部品モジュール。
28. 前記筐体の寸法が、前記電子部品の寸法よりも大きい、請求項１４に記載の部品モジュール。
29. 前記部品が、接着剤により前記筐体に固定される、請求項１４に記載の部品モジュール。
30. 基板状計測デバイスであって、
    基板と、
    高熱容量材料で作製された上部および高熱容量材料で作製された下部を含み、前記上部および前記下部により形成される筐体を有する熱遮蔽モジュールであって、前記筐体が部品と前記上部および下部との間に断熱材料がない状態で前記部品を受け入れる大きさに形成される、熱遮蔽モジュールと、
    前記熱遮蔽モジュールに取り付けられる１本以上の脚部であって、前記脚部を介して、前記筐体を前記基板に取り付けることで、前記下部の底面と前記基板の頂面との間に間隙が形成されるように構成される、１本以上の脚部とを備える、基板状計測デバイス。
31. 前記筐体に配置される電子部品パッケージをさらに備える、請求項３０に記載のデバイス。
32. 前記筐体の寸法が、前記電子部品パッケージの寸法よりも大きい、請求項３０に記載のデバイス。
33. 前記電子部品パッケージが、接着剤により前記筐体に固定される、請求項３０に記載のデバイス。