KR102468981B1 - 인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법 - Google Patents

인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102468981B1
KR102468981B1 KR1020217000099A KR20217000099A KR102468981B1 KR 102468981 B1 KR102468981 B1 KR 102468981B1 KR 1020217000099 A KR1020217000099 A KR 1020217000099A KR 20217000099 A KR20217000099 A KR 20217000099A KR 102468981 B1 KR102468981 B1 KR 102468981B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
slug
cavity
substrate
thermally expandable
Prior art date
Application number
KR1020217000099A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210005748A (ko
Inventor
얼 젠센
Original Assignee
케이엘에이 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케이엘에이 코포레이션 filed Critical 케이엘에이 코포레이션
Publication of KR20210005748A publication Critical patent/KR20210005748A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102468981B1 publication Critical patent/KR102468981B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/02—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid
    • G01K5/14—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid the liquid displacing a further liquid column or a solid body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/08—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values
    • G01K3/14—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values in respect of space
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/02—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid
    • G01K5/04—Details
    • G01K5/08—Capillary tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/48—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
    • G01K5/48—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
    • G01K5/54—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid consisting of pivotally-connected elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2211/00—Thermometers based on nanotechnology

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서가 개시된다. 센서는 센서 기판 상에 형성된 하나 이상의 온도 감지 요소들을 갖는 센서 기판을 포함한다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 공동 - 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 갖는 적어도 하나의 공동 - 및 채널을 포함하고, 채널은 채널 내에 배치된 슬러그에 의해 공동으로부터 연장된다. 실시예들에서, 공동은 고정 체적을 갖고, 공동 위에 배치되거나 형성된 커버 층에 의해 둘러싸인다. 열 팽창가능한 재료는 슬러그를 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 채널 내의 제2 위치로 작동시키기 위해 공동으로부터 채널 내로 연장되도록 구성되고, 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다.

Description

인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 발명자 Earl Jensen에 의해 2018년 6월 5일에 출원되고 발명의 명칭이 "IN-SITU WAFER MAXIMUM INDICATION APPARATUS"인 미국 가출원 일련번호 제62/680,905호의 35 U.S.C. §119(e) 하의 이익을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 센서들에 관한 것이고 더 상세하게는 환경에서 온도들을 측정하기 위한 인시츄(in-situ) 감지 기판, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
웨이퍼들 및 다른 반도체 기판들의 가열은 디바이스 성능에 영향을 미칠 수 있다. 과도한 가열을 처리하고 그리고/또는 방지하기 위해, 환경에서 기판 상에 부여된 피크 온도들의 분포를 결정할 수 있는 것이 중요하다. 예를 들어, 에피택시(EPI) 챔버와 같은 환경에서 웨이퍼(또는 다른 기판) 상의 하나 이상의 부위들의 피크 온도들을 검출하는 것이 유용할 수 있고, 여기서 온도들은 900℃만큼 높을 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서가 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 센서는 센서 기판 상에 형성된 하나 이상의 온도 감지 요소들을 갖는 센서 기판을 포함한다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 공동 - 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 갖는 적어도 하나의 공동 - 및 채널을 포함하고, 채널은 채널 내에 배치된 슬러그에 의해 공동으로부터 연장된다. 실시예들에서, 공동은 고정 체적을 갖고, 공동 위에 배치되거나 형성된 커버 층에 의해 둘러싸인다. 열 팽창가능한 재료는 슬러그를 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 채널 내의 제2 위치로 작동시키기 위해 (예를 들어, 열 여기(excitation)로 인해) 공동으로부터 채널 내로 연장되도록 구성되고, 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다.
다른 예시적인 실시예에서, 센서는 센서 기판에 고정적으로 커플링된 제1 단부를 갖는 열 팽창가능한 코일을 포함하는 적어도 하나의 온도 감지 요소를 갖는 센서 기판을 포함한다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 열 팽창가능한 코일의 제2 단부에 커플링된 슬러그를 더 포함한다. 열 팽창가능한 코일이 (예를 들어, 열 여기로 인해) 팽창할 때, 열 팽창가능한 코일은 슬러그를 제1 위치로부터 적어도 제2 위치로 작동시키도록 구성되고, 여기서 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 시스템이 또한 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 시스템은 센서 기판 상에 형성된 하나 이상의 온도 감지 요소들 및 센서 판독기를 갖는 센서 기판을 포함한다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 공동 - 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 갖는 적어도 하나의 공동 - 및 채널을 포함하고, 채널은 채널 내에 배치된 슬러그에 의해 공동으로부터 연장된다. 실시예들에서, 공동은 고정 체적을 갖고, 공동 위에 배치되거나 형성된 커버 층에 의해 둘러싸인다. 열 팽창가능한 재료는 슬러그를 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 채널 내의 제2 위치로 작동시키기 위해 (예를 들어, 열 여기(excitation)로 인해) 공동으로부터 채널 내로 연장되도록 구성되고, 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다. 실시예들에서, 센서 판독기는 센서 기판의 각각의 부분의 온도를 결정하기 위해 슬러그의 위치를 검출하도록 구성된다.
다른 예시적인 실시예에서, 시스템은 센서 기판에 고정적으로 커플링된 제1 단부를 갖는 열 팽창가능한 코일을 포함하는 적어도 하나의 온도 감지 요소 및 센서 판독기를 갖는 센서 기판을 포함한다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 열 팽창가능한 코일의 제2 단부에 커플링된 슬러그를 더 포함한다. 열 팽창가능한 코일이 (예를 들어, 열 여기로 인해) 팽창할 때, 열 팽창가능한 코일은 슬러그를 제1 위치로부터 적어도 제2 위치로 작동시키도록 구성되고, 여기서 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다. 실시예들에서, 센서 판독기는 센서 기판의 각각의 부분의 온도를 결정하기 위해 슬러그의 위치를 검출하도록 구성된다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 기판 상의 하나 이상의 부위들의 온도를 검출하기 위한 센서를 이용하는 방법이 또한 개시된다. 방법의 하나의 예시적인 구현에서, 센서 기판 상에 형성된 하나 이상의 온도 감지 요소들을 갖는 센서 기판이 환경 내에 배치된다. 실시예들에서, 온도 감지 요소는 공동 - 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 갖는 적어도 하나의 공동 - 및 채널을 포함하고, 채널은 채널 내에 배치된 슬러그에 의해 공동으로부터 연장된다. 실시예들에서, 공동은 고정 체적을 갖고, 공동 위에 배치되거나 형성된 커버 층에 의해 둘러싸인다. 열 팽창가능한 재료는 슬러그를 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 채널 내의 제2 위치로 작동시키기 위해 (예를 들어, 열 여기로 인해) 공동으로부터 채널 내로 연장되도록 구성되고, 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다. 방법의 구현들에서, 슬러그의 위치가 검출되어 센서 기판의 각각의 부분의 온도가 결정된다.
발명의 다른 예시적인 구현에서, 열 팽창가능한 코일을 포함하는 적어도 하나의 온도 감지 요소를 갖는 센서 기판이 환경 내에 배치된다. 실시예들에서, 열 팽창가능한 코일은 센서 기판에 고정적으로 커플링된 제1 단부 및 슬러그에 커플링된 제2 단부를 갖는다. 열 팽창가능한 코일이 (예를 들어, 열 여기로 인해) 팽창할 때, 열 팽창가능한 코일은 슬러그를 제1 위치로부터 적어도 제2 위치로 작동시키도록 구성되고, 여기서 슬러그의 위치는 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 이러한 슬러그는 열 팽창가능한 재료가 후퇴할 때 뒤에 남겨지고, 따라서, 센서 기판의 각각의 부분에 의해 경험된 최대 온도를 표시한다. 방법의 구현들에서, 슬러그의 위치가 검출되어 센서 기판의 각각의 부분의 온도가 결정된다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 다수의 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 당업자들에 의해 더 양호하게 이해될 수 있다.
도 1a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서가 구현될 수 있는 예시적인 환경의 개략적 예시이다.
도 1b는 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른 에피택시 챔버에 대한 온도 프로파일의 그래픽 플롯이다.
도 2a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소에 대한 상면도이다.
도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 단면도이다.
도 2c는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 단면도이다.
도 2d는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 단면도이다.
도 3a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 온도 감지 요소에 의해 표시된 온도 측정을 판독하기 위한 전자기 판독기를 갖는 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 개략적 예시이다.
도 3b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 온도 감지 요소에 의해 표시된 온도 측정을 판독하기 위한 전자기 판독기를 갖는 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 개략적 예시이고, 전자기 판독기는 회전가능한 디스크에 커플링된다.
도 3c는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 개략적 예시이다.
도 3d는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 개략적 예시이고, 센서는 복수의 온도 감지 요소들을 포함한다.
도 4a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 온도 감지 요소에 의해 표시된 온도 측정을 판독하기 위한 광학 검출기를 갖는 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 개략적 예시이다.
도 4b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 온도 감지 요소에 의해 표시된 온도 측정을 판독하기 위한 광학 검출기를 갖는 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 개략적 예시이다.
도 4c는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 온도 감지 요소의 일부에 대한 개략적 예시이고, 온도 감지 요소는 온도 센서 요소의 슬러그의 위치의 검출을 보조하기 위해 기준 마크들을 포함한다.
도 5는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서의 개략적 예시이고, 센서의 온도 감지 요소는 온도 감지 요소의 슬러그를 푸시하도록 구성된 열 팽창가능한 코일을 포함한다.
도 6은 하나 이상의 구현들에 따라, 도 1a 내지 도 5 중 임의의 도면에 예시된 센서와 같은 센서를 갖는 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
이제 첨부된 도면들에서 예시되는 개시된 요지에 대해 상세히 참조할 것이다. 본 개시는 특히 특정 실시예들 및 이들의 특정 특징들에 대해 도시되고 설명되었다. 본원에 기술된 실시예들은 제한적이기 보다는 예시적으로 간주된다. 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항에서 다양한 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 쉽게 명백할 것이다.
과도한 가열을 처리하고 그리고/또는 방지하기 위해, 환경에서 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상에 부여된 피크 온도들의 분포를 결정할 수 있는 것이 중요하다. 예를 들어, 에피택시(EPI) 챔버와 같은 고온 환경에 기판이 배치될 때 기판 상의 하나 이상의 부위들의 피크 온도들을 검출하는 것이 유용할 수 있고, 여기서 온도들은 900℃만큼 높을 수 있다.
EPI 챔버들의 온도들을 모니터링하기 위해 종종 고온계들이 사용된다. 그러나, 고온계들은 600℃ 미만의 온도들에서는 제대로 작동하지 않으며, 방출 계수들을 변경하는 것뿐만 아니라 웨이퍼를 가열하기 위해 사용되는 램프(lamp) 에너지를 보상하는 것이 곤란할 수 있다. 또한, 업계는 통상적으로 오직 하나의 포인트의 측정만을 적용한다. 하나의 방법은 실험 설계(design of experiment; DOE)의 일부로서 목격(witness) 웨이퍼들을 사용하고 EPI 필름들을 성장시키는 것이다. 충분한 감도, 범위 및 밀도를 갖는 계측이 충분하지 않은 것으로 인한 일정한 검증의 필요성은 챔버 용량의 30%만큼 많은 용량이 계측 활동들에 의해 소비되게 한다.
오직 제한된 온도 폐쇄 루프 제어만이 존재하기 때문에, 온도에서의 오버슈트(overshoot)들은 드물게 발생한다. 그 대신, 온도는 평형 온도까지 지수적 안정화를 따른다. 예를 들어, 도 1b는 EPI 챔버에서 온도 프로파일에 대한 그래픽 플롯의 예를 예시한다. 이는, 특히 많은 측정 부위들이 존재하는 경우 최대 온도 표시자에 매우 적합하다.
피크 온도 표시의 하나의 방법은, 온도가 표시자의 용융점을 초과할 때 컬러를 비가역적으로 변경하는 표시자에 의해 구현된다. 그러나, 이러한 기술은 최대 이용가능한 온도(<300℃)로 제한되고, 비가역적이다. 피크 온도가 초과되면, 센서 웨이퍼는 다시 사용될 수 없다(즉, 피크 온도가 초과될 때에만 1회성 사용).
기존의 온도 측정 기술들의 제한들의 관점에서, EPI 챔버와 같은 고온 환경에서 기판 상에 부과된 온도 분포를 검출하는 새로운 방법들에 대한 필요성이 있다. 따라서, 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서들, 시스템들 및 방법들이 본 명세서에 개시된다.
도 1a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따라, 환경에서 기판 상에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서(200)가 구현될 수 있는 예시적인 환경(100)을 예시한다. 실시예들에서, 센서(200)는 챔버(102)(예를 들어, EPI 챔버) 또는 다른 폐쇄된 및/또는 제어된 환경에서 스테이지(104) 또는 다른 홀더에 의해 지지되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 챔버(102)는 반도체 기판(예를 들어, 웨이퍼, 보드, 패널, 레티클 등) 상에서 프로세스 단계들(예를 들어, 리소그래피, 에칭 등) 및/또는 측정들(예를 들어, 계측, 검사 등)을 수행하기 위한 것이다. 센서(200)는 반도체 기판과 동일하거나 유사한 폼 팩터 및 구조를 가질 수 있어서, 센서(200)는, 환경(100)에서 프로세싱 및/또는 계측을 위해 반도체 기판이 배치될 위치와 동일하거나 유사한 위치에 (예를 들어, 챔버(102) 내의 스테이지(104) 상에) 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서(200)는 동일한 환경(100)에서 반도체 기판이 겪을 것과 동일하거나 유사한 가열 패턴을 겪을 수 있다.
도 1b에서, 그래픽 플롯은, 환경(100)/챔버(102)가 평형 온도까지 지수적 세팅을 따르는 온도 프로파일을 가질 수 있다. 따라서, 환경(100)/챔버(102)의 가열 특성들을 특성화하기 위해, 센서(200)의 하나 이상의 부분들에 대한 피크 온도를 검출하는 것이 충분할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(200)는 (예를 들어, 유사하게 위치된 기판 상에 부여될 온도 분포를 결정하기 위해) 센서(200)의 복수의 부분들에 대한 피크 온도를 결정하도록 구성된다.
온도 감지 요소를 포함하는 센서(200)의 일부는 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른 도 2a 내지 도 2d에 도시된다. 센서(200)의 하나 이상의 온도 감지 요소들은 센서 기판(202)(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 등) 상에 또는 적어도 부분적으로 그 안에 형성된다. 예를 들어, 하나 이상의 온도 감지 요소들은 마이크로기계식(micromechanical system; MMS)/마이크로전자기계식(microelectromechanical system; MEMS) 제조 프로세스에 의해 센서 기판(202)의 선택된 위치들에 배치된 하나 이상의 MMS 센서들(예를 들어, MEMS 기술들 등에 따라 기계가공된 센서(들))을 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 3d에 도시된 바와 같은) 일부 실시예들에서, 센서(200)는, 환경(100)/챔버(102)에서 센서 기판(202)의 각각의 부분들이 겪는 온도들을 검출하기 위해 센서 기판(202)에 걸쳐 분포된 복수의 온도 감지 요소들을 포함한다. 센서(200)는 임의의 수의 온도 감지 요소들을 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 실시예들에서, 온도 감지 요소는, 둘러싸이고 고정 체적을 갖는 적어도 하나의 공동(예를 들어, 공동(206 및/또는 208)) 내에 배치된 열 팽창가능한 재료(204)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 온도 감지 요소는 베이스 공동(206) 및 중간 공동(208)을 포함한다. 예를 들어, 베이스 공동(206) 및 구비된 경우 베이스 공동(208)은 고체 상태 열 팽창가능한 재료(204)를 포함할 수 있고, 고체 상태 열 팽창가능한 재료(204)가 (예를 들어, 열 여기로 인해) 용융될 때, 재료(204)는 액체 상태 열 팽창가능한 재료(204)로서 중간 공동(208)에 진입하고 그리고/또는 이를 충전할 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 팽창가능한 재료(204)는 주석 또는 주석 합금을 포함한다. 그러나, 다른 재료들(예를 들어, 유사한 용융점들(예를 들어, 100℃ 내지 400℃ 범위)을 갖는 금속들/비금속들)이 사용될 수 있다. 주석은 매우 낮은 증기압(10mT에서 >1200℃)에서 232℃의 용융점 및 2603℃의 비등점을 갖는다. 주석의 체적 열 팽창 계수(volumetric thermal coefficient of expansion; VTCE)는 0.165%-0K-1이다. 예를 들어, 대략 1mm3의 구의 경우, 10℃의 증가는 체적을 1.0165mm3의 체적으로 1.65%만큼 증가시킬 것이다. 이러한 값들은 예로서 그리고/또는 설명 목적으로 제공되며, 이러한 값들은 달리 언급되지 않는 한 제한으로 의도되지 않는다. 다른 열 팽창가능한 재료들의 일부 예들은 비스무트, 갈륨 및 수은을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
온도 감지 요소는 채널(210) 내에 배치된 슬러그(212)에 의해 공동(206) 및/또는 공동(208)으로부터 연장되는 채널(210)을 더 포함한다. 열 팽창가능한 재료(204)는 슬러그(212)를 작동시키기 위해 공동 또는 공동들(예를 들어, 공동(206) 및/또는 공동(208))로부터 채널(210)로 연장되도록 구성된다. 즉, 열 팽창가능한 재료(204)의 체적의 증가를 판독하기 위해, 재료(204)는 모세관으로 강제되어 체적의 작은 변화를 더 큰 선형 변화로 전환한다. 동작 온도 범위 및 감도는 길이 및 단면적 또는 모세관, 저장소 체적을 변경하고 적절한 팽창 재료를 선택함으로써 맞춤화될 수 있다. 열 팽창가능한 재료(204)는 슬러그(212)를 채널(210) 내의 제1(예를 들어, 시작) 위치로부터 적어도 채널(210) 내의 제2(예를 들어, 최종) 위치로 작동시킬 수 있다. 슬러그(212)는 팽창가능한 재료(204)와 반응하지 않을 수 있고, 그에 의해 습윤되지 않을 수 있다. 슬러그의 위치(212)는 센서 기판(202)의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 예를 들어, 슬러그(212)의 최종 위치 및/또는 최종 위치와 시작 위치 사이의 거리는, 환경(100)/챔버(102) 내에서 센서 기판(202)의 각각의 위치가 겪은 피크 온도를 표시할 수 있다.
도 2b 내지 도 2d는 도 2a에 예시된 온도 감지 요소의 다양한 단면도들을 도시한다. 예를 들어, 도 2b는, 내부에 열 팽창가능한 재료(204)(예를 들어, 고체 상태 재료)가 배치된 베이스 공동(206)을 포함하는 온도 감지 요소의 일부의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 베이스 공동(206)은 베이스 공동(206)의 내측 표면과 열 팽창가능한 재료(204) 사이에 언더레이(214)를 포함한다. 예를 들어, 베이스 공동(206)은 재료(204)의 수축을 야기하는 냉각 경향에 따라 재료(204)가 공동(206)에 모이도록 하기 위한 목적으로 니켈, 니켈 합금 등을 포함하는 언더레이(214)를 포함할 수 있다.
도 2c는, 내부에 열 팽창가능한 재료(204)(예를 들어, 액체 상태 재료)가 배치된 중간 공동(208)을 포함하는 온도 감지 요소의 일부의 단면도이다. 예를 들어, 액체 상태 열 팽창가능한 재료(204)는, 환경(100)/챔버(102) 내의 열로 인해 열 팽창가능한 재료(204)가 용융되고 그리고/또는 팽창할 때 중간 공동(208)을 통해 흐를 수 있다.
도 2d는, 내부에 슬러그(212)가 배치된 채널(210)을 포함하는 온도 감지 요소의 일부의 단면도이다. 열 팽창가능한 재료(204)(예를 들어, 액체 상태 재료)가 환경(100)/챔버(102) 내의 증가된 열로 인해 팽창함에 따라, 열 팽창가능한 재료(204)는 채널(210)을 통해 흐르고 슬러그(212)를 푸시할 수 있다. 슬러그(212)의 최종 안착 위치는 열 팽창가능한 재료(204)의 총 팽창에 기초하고, 따라서, 슬러그(212)의 최종 위치는 기판(202)의 각각의 위치가 겪은 피크 온도를 표시한다.
센서 기판(202)은 센서 기판(202) 상에 배치된 커버 층(216)을 갖는다. 예를 들어, 도 2b 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 온도 감지 요소의 베이스 공동(206), 중간 공동(208) 및/또는 채널(210)은 커버 층(216)에 의해 둘러싸이거나 캡슐화될 수 있다. 커버 층(216)은 센서 기판(202)의 일부 또는 센서 기판(202) 상에 배치된 층(예를 들어, 실리콘 층 또는 다른 캡슐화 층)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 센서 기판(202)은 표준 반도체 웨이퍼 치수들을 가질 수 있다. 예를 들어, 센서 기판(202)은 대략 25 밀리미터 내지 300 밀리미터 범위의 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 센서 기판(202)은 다른 치수들 또는 다른 형상(예를 들어, 직사각형, 타원형, 다각형 등)을 가질 수 있다. 그러나, 센서 기판(202)이 표준 반도체 웨이퍼의 치수들을 가져서, 기판(202)이 표준 반도체 웨이퍼와 동일한 방식으로 환경(100)/챔버(102) 내에 삽입될 수 있고 환경(100)/챔버(102) 내의 센서 기판(202) 상에 부여되는 유사한 온도 분포를 가질 수 있는 것이 유리할 수 있다. 이와 관련하여, 센서(200)는 "테스트 웨이퍼"로 구성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 슬러그(212)의 위치를 검출하도록 구성된 전자기 판독기(302)를 포함하는 시스템(300)의 실시예들을 예시한다. 예를 들어, 전자기 판독기(302)(예를 들어, 복수의 코일들(303)이 권취된 E-코어) 및 슬러그(212)는 슬러그(212)가 이동가능한 코어인 경우 차동 변압기로서 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬러그(212)는 철-금속 산화물로부터 형성된다. 이러한 구성들에서, 전자기 판독기(302) 및 슬러그(212)는 선형 가변 선형 변압기(linear variable linear transformer; LVDT)와 유사하게 거동하고, 여기서 코어(예를 들어, 슬러그(212)) 위치는 코어가 단부 극점(pole)들에 동일하게 커플링할 때 자기 널(null)로 지칭될 수 있다. 생성된 필드는 180° 위상이 벗어난 단부 극점들(예를 들어, E-코어 주위에 권취된 코일들(303)) 상의 코일들에 의해 검출된다. 위상 검출기(동기식 정류)는 민감하고 잡음을 매우 잘 차단하기 때문에 사용될 수 있다. 도 3d에 예시된 센서(200) 레이아웃에 도시된 바와 같이, 고정 더미(dummy) 코어(211)가 기준으로 사용될 수 있다. 열 팽창가능한 재료(204)의 팽창 길이 및 그에 따른 온도는 기준과 측정 슬러그(212) 사이의 차이에 의해 결정된다. 이러한 구성은 오프셋 및 이득으로 교정될 수 있다. 실시예들에서, 슬러그(212) 위치는 영구 자석으로부터의 정적 자기장에 의해 또는 DC 전류로 E-코어의 절반을 바이어싱함으로써 리셋될 수 있다. 이어서, 슬러그(212)는 시작점(예를 들어, 캐비티(208)(또는 중간 캐비티(208)가 없는 경우 캐비티(206))와 만나는 채널(210)의 단부)로 다시 드래그될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 전자기 판독기(302)는 센서 기판(202)에 대해 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 전자기 판독기(302)는, 기판(202) 상의 다수의 온도 감지 요소들의 슬러그(212) 위치들을 스캔하기 위해 액추에이터(312)(예를 들어, 모터)에 의해 회전될 수 있는 스캐닝 디스크(310)(예를 들어, 회전가능한 기판)에 커플링될 수 있다. 전자기 판독기(302)는 또한 디스크(310)를 따라 선형으로(예를 들어, 방사상으로) 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자기 판독기(302)는 인클로저(314) 내에 있다. 예를 들어, 센서 기판(202)이 환경(100)/챔버(102) 내에서 측정들을 취한 후, 센서 기판(202)은 판독될 인클로저(314) 내에 배치될 수 있다. 인클로저(314)는 센서 기판(202)을 수용하도록 구성된 챔버 또는 전면 개구 범용 포드(front opening universal pod; FOUP)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 인클로저(314)는 공장 자동화(FA) 시스템에 의해 조작되도록 구성된 FOUP이다. 다른 실시예들에서, 인클로저(314)는 챔버(102)이다. 예를 들어, 전자기 판독기(302)는 챔버(102) 내에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 시스템(300)은 전자기 판독기(302)에 통신가능하게 커플링된 제어기(304)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기(304)는 메모리 매체(308) 상에 유지되는 프로그램 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들(306)을 포함한다. 이와 관련하여, 제어기(304)의 하나 이상의 프로세서들(306)은 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 프로세스 단계들 또는 동작들 중 임의의 것, 예를 들어, 전자기 판독기(302)로부터 슬러그(212)의 위치 또는 위치의 변화에 대응하는 전기 신호들을 수신하는 것, 하나 이상의 액추에이터들(예를 들어, 액추에이터(312))을 제어하는 것 등을 실행할 수 있다.
제어기(304)의 하나 이상의 프로세서들(306)은 당업계에 공지된 임의의 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 하나 이상의 프로세서들(306)은 알고리즘들 및/또는 명령들을 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서-유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서들(306)은 데스크탑 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 바와 같이 시스템(100)을 동작시키도록 구성된 프로그램을 실행하도록 구성된 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예를 들어, 네트워크화된 컴퓨터)을 포함할 수 있다. 용어 "프로세서"는, 비일시적 메모리 매체(308)로부터의 프로그램 명령들을 실행하는 하나 이상의 프로세싱 요소들을 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수 있는 것으로 추가로 인식된다.
메모리 매체(308)는 연관된 하나 이상의 프로세서들(306)에 의해 실행가능한 프로그램 명령들을 저장하는데 적합한 당업계에 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(308)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 메모리 매체(308)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예를 들어, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 메모리 매체(308)는 하나 이상의 프로세서들(306)을 수납하는 공통 제어기에 수납될 수 있는 것에 추가로 유의한다. 일 실시예에서, 메모리 매체(308)는 하나 이상의 프로세서들(306) 및 제어기(304)의 물리적 위치에 대해 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 제어기(304)의 하나 이상의 프로세서들(306)은 네트워크(예를 들어, 인터넷, 인트라넷 등)를 통해 액세스가능한 원격 메모리(예를 들어, 서버)에 액세스할 수 있다. 따라서, 상기 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 단지 예시이다.
실시예들에서, 제어기(304)는 전자기 판독기(302)와 통신하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(304)는 미처리 데이터(예를 들어, 전기 신호들), 프로세싱된 데이터(예를 들어, 자기장 강도 측정들, 거리 또는 변위 측정들 등) 및/또는 부분적으로 프로세싱된 데이터의 임의의 조합을 수신하도록 구성될 수 있다. 추가로, 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 단계들은 단일 제어기(304) 또는 대안적으로 다수의 제어기들에 의해 수행될 수 있다. 추가적으로, 제어기(304)는 공통 하우징에 또는 다수의 하우징들 내에 수납된 하나 이상의 제어기들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 임의의 제어기 또는 제어기들의 조합은 시스템(300)에 통합하는데 적합한 모듈로서 별개로 패키징될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 슬러그(212)의 위치를 검출하도록 구성된 광학 검출기(408)(예를 들어, 카메라, 포토다이오드 어레이 등)를 포함하는 시스템(400)의 실시예들을 예시한다. 실리콘은 밴드갭(bandgap) 이후 투명하고 1.5um에서 매우 선명하다. 따라서, 기판(202)이 실리콘 웨이퍼 등일 때, 슬러그(212)의 위치는 어려움 없이 광학적으로 판독될 수 있다. 예를 들어, 시스템(400)은 센서 기판(202)을 조명하도록 구성된 소스(406)(예를 들어, 광대역 또는 협대역 광원)을 포함할 수 있고, 여기서 검출기(408)는 이어서 슬러그(212)의 위치를 검출하기 위해 센서 기판(202)의 조명된 부분들의 이미지들을 수집한다. 도 4a는 구조화된(예를 들어, 포커싱된 및/또는 시준된) 조명을 각각 방출 및 수신하는 소스(406) 및 검출기(408)를 예시하지만; 소스(406) 및 검출기(408)는 달리 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 소스(406)는 구조화되지 않은(예를 들어, 확산된) 조명을 방출하도록 구성될 수 있다. 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 슬러그(212)의 위치는 (예를 들어, 슬러그(212)에 근접한 채널(210)을 따라) 센서 기판(202) 상에 인쇄 또는 패터닝된 기준 마크들(218)과 슬러그(212) 사이의 거리로서 결정될 수 있다. 실시예들에서, 시스템(400)은 센서 기판(202)으로부터 검출기(408) 상으로 반사, 굴절, 산란 및/또는 방사된 조명을 지향 및/또는 포커싱하도록 구성된 렌즈 시스템(412)을 포함하여, 검출기(408)는 센서 기판(202)에 대한(예를 들어, 기준 마크들(218)에 대한) 슬러그(212)의 인식가능한 이미지를 수집할 수 있다. 슬러그(212)의 위치를 검출한 후, 슬러그(212) 위치는 (예를 들어, 본 명세서에서 이전에 설명된 바와 같이, 영구자석 또는 전자석을 이용하여) 자기장을 적용함으로써 리셋될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 검출기(408)는 인클로저(402) 내에 있다. 예를 들어, 센서 기판(202)이 환경(100)/챔버(102) 내에서 측정들을 취한 후, 센서 기판(202)은 판독될 인클로저(402) 내에 배치될 수 있다. 인클로저(402)는 센서 기판(202)을 수용하도록 구성된 챔버 또는 전면 개구 범용 포드(FOUP)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 인클로저(402)는 공장 자동화(FA) 시스템에 의해 조작되도록 구성된 FOUP이다. 다른 실시예들에서, 인클로저(402)는 챔버(102)이다. 예를 들어, 광학 검출기(408)(및 소스(406))는 챔버(102) 내에 배치될 수 있다.
시스템(400)은 센서 기판(202)을 지지하도록 구성된 스테이지(404)(예를 들어, 정적 또는 이동가능한 스테이지)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스테이지(404)는 검출기(408)에 대해 센서 기판(202)을 이동시키도록 구성되어, 검출기(408)는 센서 기판(202)의 다수의 부분들(예를 들어, 다수의 온도 감지 요소들)을 스캔할 수 있다.
실시예들에서, 시스템(400)은 제어기(410)(예를 들어, 시스템(300)을 참조하여 본 명세서에 설명된 제어기(304)와 유사함)를 포함한다. 제어기(410)는 광학 검출기(408)에 통신가능하게 커플링된다. 일부 실시예들에서, 제어기(410)는 메모리 매체 상에 유지되는 프로그램 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 이와 관련하여, 제어기(410)의 하나 이상의 프로세서들은 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 프로세스 단계들 또는 동작들 중 임의의 것, 예를 들어, 광학 검출기(408)로부터 슬러그(212)의 위치 또는 위치의 변화를 검출하기 위한 전기 신호들 또는 이미지 신호들을 수신하는 것, 하나 이상의 액추에이터들(예를 들어, 스테이지(404) 액추에이터들)을 제어하는 것, 조명 소스(406)를 제어하는 것 등을 실행할 수 있다.
도 5는 센서(200)의 다른 실시예를 예시하고, 여기서 온도 감지 요소는 센서 기판(202)에(예를 들어, 고정 베이스 부재(222)에) 고정적으로 커플링된 제1 단부 및 슬러그(212)에 커플링된 제2 단부를 갖는 열 팽창가능한 코일(220)을 포함한다. 열 팽창가능한 코일(220)이 (예를 들어, 열 여기로 인해) 팽창할 때, 열 팽창가능한 코일(220)은 슬러그(212)를 제1(예를 들어, 시작) 위치로부터 적어도 제2(예를 들어, 최종) 위치로 작동시키도록 구성된다. 센서(200)의 다른 실시예들에서와 같이, 슬러그의 위치(212)는 센서 기판(202)의 각각의 위치의 온도를 표시한다. 일부 실시예들에서, 열 팽창가능한 코일(220)은 MMS/MEMS 기술로 구축된 바이메탈(bimetallic) 스프링이다. 나선형 스프링의 각각의 측면에서 동일하지 않은 팽창률들로 인해 온도가 증가했을 때 회전이 발생한다. 예를 들어, 폴리-실리콘 및 도금된 니켈. '바늘'이, 철-자기 재료로부터 형성될 수 있는 슬러그(212)를 푸시한다. 슬러그 위치(212)는 앞서 설명된 바와 같이 전자기 판독기(302) 또는 광학 검출기(408)에 의해 검출될 수 있고, 후속적으로 그 원래의 위치로 다시 리셋될 수 있다.
도 6은 앞서 설명된 센서(200)와 같이 기판 상의 하나 이상의 부위들에서 온도를 검출하기 위한 센서를 이용하는 방법(500)에서 수행되는 단계들을 예시한다. 단계(502)에서, 센서(200)는 환경(예를 들어, 환경(100)/챔버(102)) 내에 배치된다. 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 센서(200)는 열 팽창가능한 재료(예를 들어, 재료(204) 또는 코일(220))에 의해 작동되도록 구성된 슬러그(212)를 포함하는 적어도 하나의 온도 감지 요소를 갖는 센서 기판(202)을 포함한다. 단계(504)에서, 센서 기판(202)의 각각의 부분의 온도(예를 들어, 환경(100)/챔버(102)에서 센서 기판(202)의 각각의 위치가 겪은 피크 온도)를 결정하기 위해 슬러그(212)의 위치가 검출된다. 예를 들어, 슬러그(212)의 위치는 앞서 설명된 바와 같이, 전자기 판독기(302) 또는 광학 검출기(408)에 의해 검출될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 요지는 때때로 다른 컴포넌트들 내에 포함되거나 그에 연결된 상이한 컴포넌트들을 예시한다. 이러한 예시된 아키텍처들은 단지 예시적이며, 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 개념적 관점에서, 동일한 기능을 달성하는 컴포넌트들의 임의의 배열은, 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관된다". 따라서, 본원에서 특정 기능을 달성하도록 조합된 임의의 2개의 컴포넌트들은, 아키텍처들 또는 중간적 컴포넌트들과 무관하게 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관되는" 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "결합가능한" 것으로 간주될 수 있다. 결합가능한 특정 예시들은 물리적으로 상호작용가능한 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 무선으로 상호작용가능한 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 논리적으로 상호작용가능한 및/또는 논리적으로 상호작용하는 컴포넌트들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 개시 및 그에 수반되는 많은 이점들은 전술한 설명에 의해 이해될 것이며, 개시된 요지를 벗어나지 않으면서 또는 이의 실질적 이점들 모두를 희생하지 않으면서 컴포넌트들의 형태, 구성 및 배열에서 다양한 변화들이 행해질 수 있음은 자명할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적인 것이며, 다음의 청구항들의 의도는 그러한 변화들을 아우르고 포함하는 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것을 이해해야 한다.

Claims (27)

  1. 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서에 있어서,
    센서 기판; 및
    상기 센서 기판 상에 형성된 적어도 하나의 온도 감지 요소(temperature sensing element)
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 온도 감지 요소는,
    적어도 하나의 공동(cavity) - 상기 적어도 하나의 공동은 상기 적어도 하나의 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 가지며, 고정 체적(fixed volume)을 갖고, 커버 층에 의해 둘러싸임 -; 및
    채널 - 상기 채널은 상기 채널 내에 배치된 슬러그(slug)에 의해 상기 적어도 하나의 공동으로부터 연장됨 -
    을 포함하며,
    상기 열 팽창가능한 재료는 상기 슬러그를 상기 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 상기 채널 내의 제2 위치로 작동시키기(actuate) 위해 상기 적어도 하나의 공동으로부터 상기 채널 내로 연장되도록 구성되고, 상기 슬러그의 위치는 상기 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시하는 것인, 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함하는 것인, 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼는 25 밀리미터 내지 300 밀리미터 범위의 직경을 갖는 것인, 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감지 요소는 마이크로기계식 시스템(micromechanical system; MMS) 센서를 포함하는 것인, 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 MMS 센서는 MMS 또는 마이크로전자기계식 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 제조 프로세스를 활용하여 상기 센서 기판 상의 선택된 위치에 배치되는 것인, 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동은 베이스 공동 및 중간 공동을 포함하고, 상기 중간 공동은 상기 베이스 공동과 상기 채널 사이에 배치되는 것인, 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 공동은 상기 베이스 공동의 내측 표면과 상기 열 팽창가능한 재료 사이에 니켈 언더레이(underlay)를 포함하는 것인, 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬러그는 철-금속(ferro-metallic) 산화물 슬러그를 포함하는 것인, 센서.
  9. 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 시스템에 있어서,
    센서 기판;
    상기 센서 기판 상에 형성된 적어도 하나의 온도 감지 요소로서,
    적어도 하나의 공동 - 상기 적어도 하나의 공동은 상기 공동 내에 배치된 열 팽창가능한 재료를 가지며, 고정 체적을 갖고, 커버 층에 의해 둘러싸임 -, 및
    채널 - 상기 채널은 상기 채널 내에 배치된 슬러그에 의해 상기 적어도 하나의 공동으로부터 연장되고, 상기 열 팽창가능한 재료는 상기 슬러그를 상기 채널 내의 제1 위치로부터 적어도 상기 채널 내의 제2 위치로 작동시키기 위해 상기 적어도 하나의 공동으로부터 상기 채널 내로 연장되도록 구성됨 -
    을 포함하는, 상기 적어도 하나의 온도 감지 요소; 및
    상기 슬러그의 위치를 검출하도록 구성되는 센서 판독기
    를 포함하고,
    상기 슬러그의 위치는 상기 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시하는 것인, 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함하는 것인, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼는 25 밀리미터 내지 300 밀리미터 범위의 직경을 갖는 것인, 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감지 요소는 마이크로기계식 시스템(MMS) 센서를 포함하는 것인, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 MMS 센서는 MMS 또는 마이크로전자기계식 시스템(MEMS) 제조 프로세스를 활용하여 상기 센서 기판 상의 선택된 위치에 배치되는 것인, 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공동은 베이스 공동 및 중간 공동을 포함하고, 상기 중간 공동은 상기 베이스 공동과 상기 채널 사이에 배치되는 것인, 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 베이스 공동은 상기 베이스 공동의 내측 표면과 상기 열 팽창가능한 재료 사이에 언더레이를 포함하는 것인, 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 슬러그는 철-금속 산화물 슬러그를 포함하는 것인, 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 센서 판독기는 상기 센서 기판을 수용하도록 구성된 전면 개구 범용 포드(pod)를 포함하는 것인, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전면 개구 범용 포드는 공장 자동화 시스템에 의해 조작되도록 구성되는 것인, 시스템.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 센서 판독기는 전자기 판독기를 포함하는 것인, 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전자기 판독기는 E-코어 주위에 권취된 코일들의 세트를 포함하는 것인, 시스템.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 센서 판독기는 광학 검출기를 포함하는 것인, 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광학 검출기는 카메라를 포함하는 것인, 시스템.
  23. 제9항에 있어서,
    광학 검출기에 의한 상기 슬러그의 위치의 검출을 보조하기 위해 상기 슬러그에 근접하여 상기 센서 기판 상에 인쇄 또는 패터닝된 기준 마크들을 더 포함하는, 시스템.
  24. 제9항에 있어서,
    하나 이상의 온도 감지 요소를 스캔하기 위해 상기 센서 기판에 대해 상기 센서 판독기를 재배치하도록 구성되는 액추에이터를 더 포함하는, 시스템.
  25. 제9항에 있어서,
    상기 슬러그를 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 다시 리셋하기 위해 자기장을 생성하도록 구성된 자기장 생성기를 더 포함하는, 시스템.
  26. 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서에 있어서,
    센서 기판; 및
    상기 센서 기판 상에 형성된 적어도 하나의 온도 감지 요소
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 온도 감지 요소는,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 열 팽창가능한 코일 - 상기 제1 단부는 상기 센서 기판에 고정적으로(fixedly) 커플링됨 -; 및
    상기 열 팽창가능한 코일의 상기 제2 단부에 커플링된 슬러그
    를 포함하고,
    상기 열 팽창가능한 코일은 상기 슬러그를 제1 위치로부터 적어도 제2 위치로 작동시키도록 구성되고, 상기 슬러그의 위치는 상기 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시하고,
    상기 열 팽창가능한 코일은 바이메탈 스프링이고, 상기 바이메탈 스프링의 내부와 외부는 각각 동일하지 않은 팽창률을 가지는 것인, 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 센서.
  27. 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 시스템에 있어서,
    센서 기판;
    상기 센서 기판 상에 형성된 적어도 하나의 온도 감지 요소로서,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 열 팽창가능한 코일 - 상기 제1 단부는 상기 센서 기판에 고정적으로 커플링됨- , 및
    상기 열 팽창가능한 코일의 상기 제2 단부에 커플링된 슬러그 - 상기 열 팽창가능한 코일은 상기 슬러그를 제1 위치로부터 적어도 제2 위치로 작동시키도록 구성됨 -
    를 포함하는, 상기 적어도 하나의 온도 감지 요소; 및
    상기 슬러그의 위치를 검출하도록 구성되는 센서 판독기
    를 포함하고,
    상기 슬러그의 위치는 상기 센서 기판의 각각의 위치의 온도를 표시하고,
    상기 열 팽창가능한 코일은 바이메탈 스프링이고, 상기 바이메탈 스프링의 내부와 외부는 각각 동일하지 않은 팽창률을 가지는 것인, 환경에서 기판에 부여된 온도 분포를 검출하기 위한 시스템.
KR1020217000099A 2018-06-05 2019-06-04 인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법 KR102468981B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862680905P 2018-06-05 2018-06-05
US62/680,905 2018-06-05
US16/037,445 US10900843B2 (en) 2018-06-05 2018-07-17 In-situ temperature sensing substrate, system, and method
US16/037,445 2018-07-17
PCT/US2019/035273 WO2019236507A1 (en) 2018-06-05 2019-06-04 In-situ temperature sensing substrate, system, and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210005748A KR20210005748A (ko) 2021-01-14
KR102468981B1 true KR102468981B1 (ko) 2022-11-18

Family

ID=68694611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217000099A KR102468981B1 (ko) 2018-06-05 2019-06-04 인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10900843B2 (ko)
KR (1) KR102468981B1 (ko)
CN (1) CN112219272B (ko)
TW (1) TWI780334B (ko)
WO (1) WO2019236507A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3105412B1 (fr) * 2019-12-20 2022-01-14 Centre Nat Rech Scient Dispositif de mesure et de surveillance de température d’un objet
US11688614B2 (en) 2021-04-28 2023-06-27 Kla Corporation Mitigating thermal expansion mismatch in temperature probe construction apparatus and method
US20230195060A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-22 Applied Materials, Inc. Substrate support characterization to build a digital twin

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513583A (ja) 2002-12-03 2006-04-20 センサレー コーポレイション 統合化されたプロセス条件検知用ウェハおよびデータ解析システム
JP2007187567A (ja) * 2006-01-13 2007-07-26 Tokyo Electron Ltd ウェハ型温度センサ、ウェハ型温度センサの製造方法、および温度測定方法
JP5805808B2 (ja) 2007-02-23 2015-11-10 ケーエルエー−テンカー・コーポレーションＫｌａ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プロセス条件測定デバイス

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1363803A (en) * 1919-03-20 1920-12-28 Charles Tagliabue Mfg Co Thermometer
US3604266A (en) * 1969-06-05 1971-09-14 Computer Diode Corp Temperature measuring apparatus
US5684298A (en) * 1994-07-06 1997-11-04 California Institute Of Technology Photonic-based sensing apparatus using displacement tracking of an optical beam in a semiconductor
KR19990079322A (ko) * 1998-04-03 1999-11-05 김영환 반도체 트랙장비용 온도측정장치의 센서고정구조
KR20010001297U (ko) * 1999-06-28 2001-01-15 김영환 온도측정용 웨이퍼
US6616332B1 (en) 1999-11-18 2003-09-09 Sensarray Corporation Optical techniques for measuring parameters such as temperature across a surface
WO2002079814A2 (en) * 2000-12-19 2002-10-10 Coventor Incorporated Method for fabricating a through-wafer optical mems device having an anti-reflective coating
US20030088240A1 (en) * 2001-11-02 2003-05-08 Vahid Saadat Methods and apparatus for cryo-therapy
US7495542B2 (en) * 2004-08-12 2009-02-24 Kelk Ltd. Film temperature sensor and temperature sensing substrate
JP2006078478A (ja) 2004-08-12 2006-03-23 Komatsu Ltd フィルム温度センサ及び温度測定用基板
JP2008140833A (ja) 2006-11-30 2008-06-19 Sokudo:Kk 温度測定用基板および温度測定システム
US7912334B2 (en) * 2007-09-19 2011-03-22 General Electric Company Harsh environment temperature sensing system and method
JP5015729B2 (ja) 2007-11-13 2012-08-29 株式会社Ｓｏｋｕｄｏ 基板処理装置
US20120027045A1 (en) 2010-02-01 2012-02-02 Nano Terra Inc. Passive thermal monitoring systems and methods of making and using the same
JP2011221006A (ja) 2010-03-23 2011-11-04 Tokyo Electron Ltd ウェハ型温度検知センサおよびその製造方法
EP2742256B1 (en) * 2011-06-10 2020-02-19 Henkel AG & Co. KGaA Effective vibration damping across a broad temperature range
CN105280518B (zh) * 2014-05-30 2020-09-08 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 半导体基板的热处理装置
US11150140B2 (en) * 2016-02-02 2021-10-19 Kla Corporation Instrumented substrate apparatus for acquiring measurement parameters in high temperature process applications
US10460966B2 (en) * 2016-06-15 2019-10-29 Kla-Tencor Corporation Encapsulated instrumented substrate apparatus for acquiring measurement parameters in high temperature process applications
EP3604886A4 (en) * 2017-03-31 2020-03-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. THERMAL CONDUCTIVITY SWITCHING UNIT

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513583A (ja) 2002-12-03 2006-04-20 センサレー コーポレイション 統合化されたプロセス条件検知用ウェハおよびデータ解析システム
JP2007187567A (ja) * 2006-01-13 2007-07-26 Tokyo Electron Ltd ウェハ型温度センサ、ウェハ型温度センサの製造方法、および温度測定方法
JP5805808B2 (ja) 2007-02-23 2015-11-10 ケーエルエー−テンカー・コーポレーションＫｌａ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プロセス条件測定デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
US10900843B2 (en) 2021-01-26
TW202013541A (zh) 2020-04-01
TWI780334B (zh) 2022-10-11
CN112219272A (zh) 2021-01-12
CN112219272B (zh) 2021-12-21
US20190368944A1 (en) 2019-12-05
KR20210005748A (ko) 2021-01-14
WO2019236507A1 (en) 2019-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102468981B1 (ko) 인시츄 온도 감지 기판, 시스템 및 방법
JP5373001B2 (ja) リソグラフィ装置および方法
JP5699072B2 (ja) リソグラフィ装置及びデバイス製造方法
US8705222B2 (en) Compensating temperature effects in magnetic actuators
CN110873730B (zh) 用于确定流体的热导率的测量设备
TW201142547A (en) Lithographic apparatus and device manufacturing method
KR101689226B1 (ko) 센서, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법
JP2015065246A (ja) 光学装置、光学系、露光装置及び物品の製造方法
JP2017524983A (ja) ピエゾ抵抗式ポジションセンサを備えたシステム
US20240248005A1 (en) Test system for evaluating thermal performance of a heatsink
CN107924800A (zh) 用于高温度变化的无漂移hrem的mems装置中的多重加热器
KR102136779B1 (ko) 측정 기판 및 측정 방법
CN109813613B (zh) 材料弯曲性能的检测方法
JP2011064513A (ja) 温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法
EP2826047B1 (en) Electromechanical actuator to reduce heating effects
JP5199146B2 (ja) リソグラフィ装置、デバイス製造方法およびリソグラフィ装置内の温度を測定する方法
JP2008249571A (ja) 検査装置および検査方法
JP2007129091A (ja) プローバ
CN107407892B (zh) 光刻设备及制造器件的方法
Lopeandía Fernández Development of membrane-based calorimeters to measure phase transitions at the nanoscale
JPS6018747A (ja) 線膨張係数測定装置
Fredricksen et al. Test pixels for high-temperature infrared scene projection
KR100503515B1 (ko) 온도 교정 장치 및 이를 이용한 온도 교정 방법
JP2006003320A (ja) 温度計測器
Damian et al. Magnetic liquid surface behaviour to external stimulus

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant