JP7195427B2 - 改良されたウエハー状センサ - Google Patents

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Description

半導体処理システムは、極めて清浄な環境と極めて精密な半導体ウエハーの動きを特徴とする。産業界は、必要な精度を有する半導体処理システム内の様々な処理ステーションに関して、基板（例えば、半導体ウエハー）を移動するための高精度ロボットシステムに広範な信頼を置いている。
これまで、ウエハー形態でのウエハー状センサ（それは、半導体処理システム内を移動することができ、半導体システム内の情報を無線で伝達することができる）を提供する試みがなされてきた。本明細書で使用される「ウエハー状」とは、半導体ウエハーの形態でのセンサを意味することを意図している。ウエハー状センサが半導体処理システムの処理環境内の多くの内部状態を測定できるようにする追加のタイプの検出器を含む無線ウエハー状センサを提供する試みがなされてきた。
無線ウエハー状センサは、内部環境の破壊を低減し、且つウエハーを扱う機構及び製造プロセス（例えば、ベーキング、エッチング、物理蒸着、化学的蒸着、コーティング、すすぎ、乾燥など）の妨害を低減しつつ、処理環境全体の様々なポイントで測定を行うことを可能にする。例えば、無線ウエハーセンサは、真空チャンバーが排気即ちポンプで空気を抜かれることを要求せず、また、通常の処理中に受けるよりもより高い汚染リスクを超清浄な環境に対してもたらすこともない。無線ウエハー状センサ形状因子は、観測の不確実性を最小限に抑えたプロセス条件の測定を可能にする。
無線基板状センサの例には、商標の下に売られているこれらのもの、ReticleSense（登録商標）Airborne Particle Sensor、ReticleSense（登録商標）Auto Multi Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Airborne Particle Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Auto Multi Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Auto Teaching System、WaferSense（登録商標）Auto Vibration System、WaferSense（登録商標）Auto Gapping System、WaferSense（登録商標）Auto Leveling System 2 Verticalが含まれ、これらはすべて、ミネソタ州ゴールデン バレーの CyberOptics Corporation（サイバーオプティクス会社）から入手できる。そのような無線基板状センサのいずれか又はすべては、本明細書に記載の様々な実施形態を組み込みうる。
上記の議論は、一般的な背景情報を提供するだけであり、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として用いられることを意図されたものではない。特許請求された主題は、本背景技術で言及された不利益の一部又は全てを解決する実装に限定されるものではない。
１例において、ウエハー状半導体センサは、化学的硬化ガラスの複数の層で形成されたウエハー状基部と、上記基部における窪んだポケットに取り付けられ且つセンサを備える電子モジュールとを含んでいる。
別の例において、ウエハー状半導体センサは、化学的硬化ガラスで形成された環状層と、化学的硬化ガラスで形成された下側層とを含み、上記環状層は上記下側層に化学的に接合されている。別の例において、ウエハー状半導体センサは、化学的硬化ガラスで形成された下側ウエハー層の上に積層された、化学的硬化ガラスで形成された上側環状ウエハー層で形成され、上記環状ウエハー層の内周は、上記下側層に接合された電子機器モジュールを着座させる窪んだポケットを画定する。
本概要は、以下の詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を簡略化された形で紹介するために提供される。本概要は、特許請求された主題の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図されておらず、開示された各実施形態又は特許請求された主題のすべての実装を説明することを意図されておらず、特許請求された主題の範囲を確定するのに助けとして用いられることも意図されていない。他の多くの新しい利点、特徴、及び関係が、この説明が進むにつれて明らかになろう。以下の図面及び説明は、図示された実施形態をより具体的に例示する。
無線ウエハー状センサの概略の斜視図である。 無線ウエハー状センサの分解図である。 ウエハー状センサの１実施例を示す簡略化されたブロック図である。 ウエハー状センサの製造方法の１実施例を示すフローチャートである。
上記の図は、開示された主題の１つ又は複数の実施形態を示しているが、本開示に記載されているように、別の実施形態もまた考えられる。全ての場合において、本開示は、限定ではなく表現として開示された主題を提示する。当業者は、本開示の原理の範囲及び精神に含まれる他の多くの変更及び実施形態を考案しうることを理解されたい。
半導体処理システムを通過しなければならない基板状センサを構成する場合、センサが取り付けられる基板は重要である。ウエハー状基板は、さまざまなテスト操作中、ウエハー状センサを適切な位置に十分に保持できるように、効果的な真空吸着を可能にするために平らでなければならない。ウエハー状基板は、半導体処理システム（製造ツールなど）を汚染してはならない。ウエハー状基板は、滑らかで寸法が安定していなければならない。ウエハー状基板の材料は、無線ウエハー状センサと制御システム又は別の遠隔デバイスとの間の無線周波（ｒｆ）通信と干渉してはならない。
これらの要件を満たすことができる材料はほとんどない。シリコンはこれらの要件のほとんどを満たしているが、余りに壊れやすい。炭素繊維複合材は非常に安定しており、強度があり、破損しないが、多くの場合、信頼性の高い真空吸着を可能にするほど滑らかで平坦ではない。さらに、炭素繊維複合材は無線周波通信を妨害する可能性がある。上記の問題を解決する材料を含むウエハー状センサが必要である。そのようなウエハー状センサが本明細書に記載されている。
本明細書に記載の実施形態は、一般に、化学的硬化ガラス（ＣＨＧ: chemically-hardened glass）を使用して、無線ウエハー状センサ用のウエハー状基板を構築する。シリコンウエハーのシミュレーションが可能な厚さで製造できるＣＨＧが利用可能である。一例において、ウエハー状基板は、ＣＨＧの底部ディスクと環状の上部片とからなるサンドイッチとして形成される。サンドイッチの実施形態には、多くの利点がある。１）２つのＣＨＧ層の間に塗布されたＣＨＧ表面を含み、したがって、塗布された表面が半導体プロセスの構成要素（例えば、製造ツール）と接触するのを防止する。２）破損時にＣＨＧの破片が緩むのを防ぐために、飛散防止フィルムをサンドイッチに含めることができる。３）厚さ０．８ｍｍの強力な外側領域と厚さ０．４ｍｍの薄い内側領域が可能になり、全体としてより薄いウエハー状センサの構築が可能になる。ＣＨＧは、さまざまな商品名（例えば、Gorilla glass、Dragontail、及びXensation ）の下で入手可能である。
図１は、無線ウエハー状センサの１実施例を示す概略の斜視図である。無線ウエハー状センサ１００は、半導体ウエハーとしてサイズ設定され且つ成形されたウエハー状基板１０２を含む。１実施例において、ウエハー状基板１０２は、１５０～３００ｍｍの範囲の直径を有する。
センサ１００は、さらにセンサ１００の中央領域に配置された電子機器ハウジング１０４を含む。本出願の目的のために、用語「ハウジング」は、用語「モジュール」と交換可能に使用することができる。ハウジング１０４内の電子機器は、現在入手可能な又は後に開発される何らかの適切な電子機器であり得、それは、半導体プロセス内の任意の適切なパラメータを感知すること、及び感知されたパラメータ（例えば、センサ、測定回路、通信回路、電源など）に関する情報を無線で運ぶことに関連する機能を提供する。そのようなセンサの例は、ミネソタ州ゴールデンバレーの CyberOptics Corporation（サイバーオプティクス会社）が提供するWaferSense（登録商標）シリーズのセンサである。パラメータは、例えば、位置情報（例えば、水平、垂直、及び傾斜位置 [即ち、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿った位置])、湿度、粒子の存在、速度、加速度、振動、水平化などでありうる。
図２は、無線ウエハー状センサの１実施例を示す分解図である。ウエハー状センサ１００は、電子機器ハウジング１０４、内径（内周）１０８、環状層（接合層）１１０、及び底層（下側層）１１２を含んでいる。１実施例において、センサ１００は、層１１０及び１１２を接合（接着）することによって形成される。この接合は、層１１０及び１１２を適切なエポキシと一緒に積層することによって行うことができる。しかし、別の適切な技術が、層１１０及び１１２を一緒に接合するために使用されうる。１実施例において、飛散防止フィルムがまた、層１１０と１１２の間に接合され、センサ１００の化学的硬化ガラスウエハー状基板が破損しても、破片が半導体プロセス又は構成要素（例えば、製作用具）内に入らないことを保証する。別の実施例において、エポキシは不透明である。１実施例において、エポキシは（ＣＨＧと共に）透明である。別の例において、エポキシは不透明ではなく、内部表面（１１０に面する１１２の表面及び１１２に面する１１０の表面）の一方又は両方が、不透明層で塗布又はコーティングされ、光がウエハー状基板を通過しないようにすることができる。例えば、上記内側層は、センサ１００が光を透過させるのを防ぐだけでなく、これら塗布された層が半導体プロセスでの損傷（その結果、例えば、塗られた層は引っ掻かれ削り取られ、光が透過することを可能とする）に曝されるのを防ぐように、黒く塗られうる。
環状層１１０は、内周１０８によって画定される貫通孔を有する。この孔は、電子機器ハウジング１０４が下側層１１２に着座し、接合される領域を形成する。さらに、環状層１１０と下側層１１２とで挟み込むことにより、センサ１００は、全体的に薄く設計でき、コストと材料を削減できる。１実施例において、センサ１００は、その外側部分、すなわち、環状層１１０と下側層１１２の両方を含む部分で０．８ｍｍの厚さを有する。その内側部分、すなわち層１１０及び１１２が接合されたときに内周１０８によって画定される部分の厚さは０．４ｍｍである。この実施形態において、層１１０、１１２のそれぞれは、０．４ｍｍの厚さを有することができる。別の実施例において、環状層１１０は０．５ｍｍの厚さを有し、下側層１１２は０．３ｍｍの厚さを有する。１実施例において、環状層１１０と下側層１１２の両方は、製造中にセンサ１００の正確な位置合わせが可能であるように、それぞれの外周のそれぞれにＳＥＭＩノッチを含む。
図３は、無線ウエハー状センサの１実施例を示す簡略化したブロック図である。センサ２００は、ウエハー状基板２０２及び電子機器２０４を含む。ウエハー状基板２０２は、環状層２１０、下側層２１２、及び他の物２１４を含む。ウエハー状基板２０２は、ウエハー状基板１０２と同様でありうる。層２１０及び２１２は、層１１０及び１１２と同様でありうる。ウエハー状基板２０２は、層２１０及び２１２の塗布された内面を含みうる。ウエハー様基板２０２は、透明でありうる。飛散防止フィルムは、層２１０と２１２の間に配置されうる。環状層２１０は、電子機器２０４が着座し、下側層２１２上に接合される領域を形成する内周を含むことができる。ウエハー状基板２０２は、外側部分で０．８ｍｍの厚さを有し、その内側部分では０．４ｍｍの厚さを有しうる。ウエハー状基板２０２は、ＣＨＧで作られうる。１例において、ウエハー状基板２０２は、サンドイッチ型設計であり得、そこでは、環状層２１０及び下側層２１２が、例えばエポキシを用いることによって互いに接合、及び／又は、一緒に積層されている。他の設計物２１４は、また、例えば（しかし、これらに限定はしない）、炭素繊維複合材料、シリコン、石英、他のガラス、及び別の適切な材料などの異なる材料を含んでいる、単一又は複数の層、及び／又は、別の層に接合されたＣＨＧのディスク、及び／又は、ディスクを含む。
電子機器２０４は、ハウジング２１６、センサ２１７、回路２１８、電源２２０、及びその他２２２を含む。ハウジング２１６は、電子機器２０４の内部素子のための保護カバーを提供し、アルミニウム、炭素繊維複合材、又はＣＨＧを含む（しかし、これらに限定はされない）何らかの適切な材料で形成されうる。１実施例において、ハウジング２１６は、ＣＨＧを含み、不透明に塗布され、光が透過しない。別の例において、ハウジング２１６は、ＣＨＧを含み透明である。センサ２１７は、位置情報、及び／又は、半導体プロセスパラメータを感知するように構成されている。このようなパラメータには、例えば、位置情報 (例えば、水平な、垂直な、及び傾斜位置 [即ち、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿った位置]) 及び他の関連データ（例えば、湿度、粒子の存在、速度、加速度、振動、レベリングなど）を含めることができる。センサは、半導体プロセスに適したセンサを任意の数だけ含むことができ、それらには、ReticleSense（登録商標）Airborne Particle Sensor、ReticleSense（登録商標）Auto Multi Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Airborne Particle Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Auto Multi Sensor（商標）、WaferSense（登録商標）Auto Teaching System、WaferSense（登録商標）Auto Vibration System、WaferSense（登録商標）Auto Gapping System、WaferSense（登録商標）Auto Leveling System 2 Verticalが含まれ、これらはすべて、ここに記載されている他のセンサとともに、ミネソタ州ゴールデンバレーのCyberOptics Corporation（サイバーオプティック会社）から入手可能である。
回路２１８は、無線ウエハー状センサに適した何らかの電気回路を含むことができる。回路２１８は、感知された位置データ、及び／又は、環境パラメータを制御室又は他の遠隔装置へ（例えば、無線又はBluetoothプロトコルを介して）通信するように構成された通信回路を含むことができ、例えば、ユーザインタフエースへ指示を提供する。回路２１８は、生のセンサデータを受信するように、且つ測定パラメータ（例えば、ｘ、ｙ、ｚ軸上の位置）の出力指示を生成するように構成された測定回路を含みうる。回路２１８は、回路基板（例えば、プリント回路基板）を含みうる。電源２２０は、電子機器２０４の構成要素に電力を供給するように構成されており、再充電可能及び再充電不能バッテリーを含むことができる。その他２２２には、他の適切な電子部品を含まれうる。例えば、その他２２２には、更なる遠距離からの通信能力を提供するように構成された拡張到達距離アンテナを含むことができる。
図４は、無線ウエハー状センサの製造方法の１実施例を示すフローチャートである。方法４００は、ブロック４０２で始まり、ここでウエハー状基板が形成される。ウエハー状基板は、環状上側層４０４及び下側層４０６（例えば、層１１０／２１０及び１１２／２１２）を含むことができる。ウエハー状基板は、他の設計物４０８（例えば、様々な材料の複数の層）を含むことができる。ウエハー状基板は、ＣＨＧ４１０、炭素繊維複合体（ＣＦＣ）４１２、シリコン４１４、又は他の材料４１６（例えば、石英、又は他の種類のガラス、しかしこれらに限定はされない）で形成されうる。１例において、ウエハー状基板は、ＣＨＧ環状層及びＣＨＧ下側層からなる。別の例において、ウエハー状基板は、様々な材料の複数の層、例えば、ＣＨＧの１つの層と、別の材料（例えば、炭素繊維複合材料、シリコン、石英、その他のガラスなど、しかしこれらに限定はされない）の１つ又は複数の層を含む。１例において、ウエハー状基板の外周は、ＳＥＭＩノッチを含む。
方法４００はブロック４２０に進み、ここでは、複数の層が接合されるか、あるいは一緒に結合される。これらの層は、例えばエポキシを用いて、接合（例えば積層）されうる。飛散防止フィルム４２２は、複数の層（例えば、環状層と下側層）の間に配置されうる。これら層の内面４２４は、例えば不透明に塗布されることができ、光が通過しない。他の設計物４２６が用いられ得て、例えば、ブロック４２０で複数の層を接合するために用いられるエポキシは、透明又は不透明でありえ、層は透明又は不透明でありえ、且つ無線ウエハー状センサに適した何らかの他の設計物である。
方法４００はブロック４３０に続き、そこでは、電子機器ハウジングがウエハー状基板４３０上に着座させられ接合される。１実施例において、ウエハー状基板は、環状上側層と下側層とから形成され、上記環状上側層は、電子機器ハウジングが収まる窪んだポケット１０６を画定する内径を有している。電子機器ハウジングは、１実施例において、例えば（しかしこれらに限定はされず）、エポキシ、又は任意の他の適切な化学的接合方法によって、基板に化学的に接合されることができる。
方法４００の構成要素は、本明細書に記載されているものと同様でありうる。例えば、ブロック４０２でのウエハー状基板は、ウエハー状基板１０２、２０２、又は層１１０及び１１２、及び／又は、２１０及び２１２（図２及び３に記載）によって形成されたウエハー状基板でありうる。ブロック４３０での電子機器ハウジングは、例えば、電子機器ハウジング１０４又は２０４とすることができる。
方法４００が例示の目的のために及び説明を明確にするために特定の順序で説明されたが、当業者は、方法４００の工程が様々な順序で完了されうること、及び本イラストは特定の順序が意図されたものではないことを理解するであろうことに留意されたい。
上述の様々な特徴は、本発明の実施形態に従って、多くの異なる組み合わせ方で組み合わせることができる。１実施例において、ＣＨＧの複数の部分を一緒に積層することができ、それらのいくつかは完全な円形ディスクではないかもしれない。別の実施例において、ＣＨＧのディスクは、異なる材料（例えば、炭素繊維複合材料、シリコン、石英など）の他のディスクに接合されうる。別の実施例において、ハウジングの中央部分は、ほぼ無限のバリエーションで構成されうる。したがって、ＣＨＧウエハーは、多数の異なる材料と異なる形状で作られた中央電子機器ハウジングに接合されうる。

Claims (19)

  1. ウエハー状半導体センサであって、
    化学的硬化ガラスの複数の層で形成されたウエハー状基部、ここで、前記ウエハー状基部はその中に窪んだポケットを画定している、及び
    前記ウエハー状基部の前記窪んだポケットに接合され且つセンサを含む電子モジュール、
    を備えている、
    上記ウエハー状半導体センサ。
  2. 前記複数の層は、前記化学的硬化ガラスが改善された真空吸着を提供するように、十分に平坦に形成される、請求項１に記載のウエハー状半導体センサ。
  3. 前記化学的硬化ガラスの複数の層の間に配置された材料の層をさらに備えている、請求項１に記載のウエハー状半導体センサ。
  4. 前記材料の層は、不透明コーティング部を含んでいる、請求項３に記載のウエハー状半導体センサ。
  5. 前記材料の層は、飛散防止フィルムを含んでいる、請求項３に記載のウエハー状半導体センサ。
  6. 前記化学的硬化ガラスは、無線（ＲＦ）妨害を低減する材料で形成される、請求項１に記載のウエハー状半導体センサ。
  7. ウエハー状基板であって、
    化学的硬化ガラスで形成された環状上側層、
    化学的硬化ガラスで形成された下側層、
    を備え、
    前記環状上側層は、前記下側層に化学的に接合されている、
    上記ウエハー状基板。
  8. 前記環状上側層は、電子モジュールを配置するように構成された領域を画定する内周を有している、請求項７に記載のウエハー状基板。
  9. 前記環状上側層は、０．４ｍｍの厚さを有する、請求項７に記載のウエハー状基板。
  10. 前記下側層は０．４ｍｍの厚さを有する、請求項７に記載のウエハー状基板。
  11. 前記環状上側層と前記下側層との間に挟まれた不透明コーティング部をさらに備えている、請求項７に記載のウエハー状基板。
  12. 前記環状上側層と前記下側層との間に挟まれた飛散防止層をさらに備えている、請求項７に記載のウエハー状基板。
  13. 前記環状上側層の外周がＳＥＭＩノッチを有している、請求項７に記載のウエハー状基板。
  14. 前記下側層の外周がＳＥＭＩノッチを有している、請求項７に記載のウエハー状基板。
  15. ０．４ｍｍの厚さを有する窪み部をさらに含んでいる、請求項７に記載のウエハー状基板。
  16. 前記環状上側層は、エポキシにより前記下側層に化学的に接合されている、請求項７に記載のウエハー状基板。
  17. ウエハー状センサの製造する方法であって、
    化学的硬化基部ガラス層を準備すること、
    化学的硬化環状上側ガラス層を準備すること、
    窪んだポケットを有する化学的硬化ウエハー状基板を提供するように、前記化学的硬化基部ガラス層を前記化学的硬化環状上側ガラス層に接合すること、及び
    前記窪んだポケット内に電子機器ハウジングを取り付けること、
    を包含する
    上記方法。
  18. 飛散防止層を、前記化学的硬化基部ガラス層及び前記化学的硬化環状上側ガラス層の少なくとも一方に付加すること、をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
  19. 不透明コーティング部を、前記化学的硬化基部ガラス層及び前記化学的硬化環状上側ガラス層の少なくとも一方に塗布すること、をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
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