KR20060135926A - 집적 프로세스 상태 감지 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템 - Google Patents

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얼 엠. 젠센
로이 고든
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Abstract

프로세스 상태 측정 디바이스 및 핸들링 시스템은 프로세스 상태 측정 디바이스의 치수들이 생산 기판의 것들에 가깝고 핸들링 시스템은 생산 기판들에 대해 사용되는 기판 캐리어에 유사한 생산 환경을 통해 고도로 집적될 수 있다. 프로세스 상태들은 생산 환경에 따라 거의 존재하지 않는 방해를 통해 측정될 수 있다. 데이터는 거의 또는 전혀 인간의 개입 없이 프로세스 상태 측정 디바이스로부터 사용자까지 전달될 수 있다.

Description

집적 프로세스 상태 감지 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템{INTEGRATED PROCESS CONDITION SENSING WAFER AND DATA ANALYSIS SYSTEM}
본 발명은 반도체 웨이퍼 프로세싱, LCD 디스플레이 글래스 기판 프로세싱, 자기 메모리 디스크 프로세싱, 및 박막 프로세스들로부터 제조되는 디바이스들, 보다 구체적으로는 프로세싱 상태들을 감지하고 기록할 수 있으며 데이터를 수신기에 송신할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
집적 회로, 디스플레이, 또는 디스크 메모리의 제조는 일반적으로 다양한 프로세싱 단계들을 활용한다. 각각의 프로세스 단계는 동작가능한 디바이스를 제공하도록 신중히 모니터링되어야 한다. 이미징 프로세스와, 침착 및 성장 프로세스와, 에칭 및 마스킹 프로세스 등등에 걸쳐, 예를 들어 각각의 단계 동안 온도, 기체 흐름, 진공, 화학, 기체 또는 플라즈마 침착, 및 노출 거리가 신중히 통제되는 것이 중요하다. 각각의 단계에서 포함되는 다양한 프로세싱 조건들에 따른 신중한 고려가 최적의 반도체 또는 박막 프로세스들을 요구한다. 최적의 프로세싱 상태들로부터의 어떠한 편차도 계속되는 집적 회로 또는 디바이스가 기준 이하의 레벨에서 수행하도록 하거나, 더군다나 완전히 실패하도록 할 수도 있다.
프로세싱 챔버 내에서, 프로세싱 상태들이 변경된다. 온도, 기체 흐름, 및/ 또는 기체 침착과 같은 프로세싱 상태들에 따른 변경들은 그러한 형성에 큰 영향을 미치며, 그에 따라 집적 회로의 성능에 커다란 영향을 미친다. 집적 회로 또는 다른 디바이스와 같은 동일하거나 유사한 재료의 것인 프로세싱 상태들을 측정하도록 기판을 사용하는 것은 기판의 재료 속성들이 프로세싱될 실제 회로들과 동일하기 때문에 그 상태들의 가장 정확한 측정을 제공한다. 그래디언트들 및 변경들은 가상적으로 모든 프로세스 상태들에 대해 챔버에 걸쳐 존재한다. 그러므로, 이러한 그래디언트들은 또한 위와 아래뿐만 아니라 기판의 표면에 걸쳐 존재한다. 웨이퍼에서 프로세싱 상태들을 정확히 제어하기 위해, 챔버 프로세싱 상태들의 최적화가 쉽게 달성될 수 있도록 측정들이 웨이퍼에 대해 취해지고, 자동화된 제어 시스템 또는 연산자에 따라 실시간으로 사용가능한 것이 중요하다. 프로세싱 상태들은 반도체 또는 다른 디바이스 제조나, 제조업자가 모니터링하기 희망하는 어떠한 상태도 제어하도록 사용되는 어떠한 파라미터도 포함한다.
프로세싱 챔버 내에서, 로보트는 테스트 웨이퍼 또는 기판을 전달한다. 로보트를 포함하는 디바이스의 일례는 TEL 기업에 의해 제조된다. 로보트 및 프로세싱 챔버에 대한 더 많은 정보에 대해, 참조 문헌으로 그것 전체가 본 명세서에 포함되는 Araki에 의한 명칭이 "기판을 교환 및 처리하기 위한 반도체 처리 시스템 및 방법(Semiconductor Treatment System and Method for Exchanging and Treating Substrate)"인 미국 특허 제 5,564,889 호를 참조한다.
PCMD(프로세스 상태 측정 디바이스)는 대상 환경으로 전달될 수 있고, 폭넓은 범위의 데이터를 얻을 수 있으며, 대상 환경 또는 그 대상 환경을 포함하는 툴에서 거의 존재하지 않는 파손을 통해 핸들링 시스템으로 복귀하는 것으로 개시되어 있다. PCMD는 그러한 툴에 의해 통상적으로 취급되는 기판들에 따라 유사한 특징들을 갖도록 디자인되어 있다. 그러한 기판들의 특징들은 일반적으로 산업 표준들에 따라 명시된다. 따라서, 300 실리콘 웨이퍼들로 디자인된 시스템에 대해, PCMD는 실리콘 기판을 가지며, 300 mm 웨이퍼의 것들과 유사한 물리적 치수들을 갖는다. 구성요소들은 300 mm의 것과 동일하거나 근사한 PCMD의 프로파일을 유지하도록 그 기판에서 공동들(cavities) 내에 위치될 수 있다. 그것의 치수들 및 그것의 무선 디자인 때문에, PCMD는 그것이 300 mm 웨이퍼인 경우와 마찬가지로 로보트에 의해 다뤄질 수 있다. 그것은 에칭, 세척, 포토리소그래피 등등과 같이 웨이퍼들에 따라 수행하게 되는 프로세스 단계들을 수행할 수 있다. PCMD는 프로세싱 동안 온도, 압력, 및 기체 흐름 레이트와 같은 프로세스 상태들을 기록하며, 요청될 때 데이터를 업로드한다. 전달 및 저장 동안 상태들이 또한 모니터링 및 기록될 수 있다.
PCMD를 만드는 것은 반도체 IC 제조에서 사용되는 것들과 유사한 다중 프로세스 단계들을 활용한다. 절연층은 기판 위에 침착된다. 전도층은 트레이스들을 형성하도록 침착되어 패터닝된다. 공동들은 기판 표면에 형성되며, 구성요소들은 그러한 공동들에 위치된다. 구성요소들은 그 후에 전기 접속들을 형성하도록 트레이스들에 결합된다. 패시베이션 층(passivation layer)은 그 다음으로 기판, 구성요소들, 및 배선 결합들을 보호하도록 그 기판 위에 침착될 수 있다.
PCMD들은 화학 또는 전기 손상으로부터 구성요소들을 보호함으로써 거친 환경들과 호환 가능하게 구성될 수 있다. 중요한 구성요소들은 패키징 IC들에서 사용되는 부분들과 유사한 커버들을 가질 수 있다. 커버들은 또한 사파이어와 같은 특정화된 재료들이나, 전기적 보호를 위해 실리콘 또는 금속으로 구성될 수 있다. PCMD들은 또한 발진기가 그것의 명시된 온도 범위 밖에서 수행하도록 허용하기 위해 온도 보상 회로를 포함하여 고온들에 적응될 수 있다.
핸들링 시스템은 PCMD에 대한 기반 또는 도킹 스테이션을 제공한다. PCMD는 그것이 핸들링 시스템에 도킹될 때 전자기기 모듈을 통해 데이터를 교환하고, 또한 그 전자기기 모듈로부터 전력을 받는다. 핸들링 시스템은 FOUP(front opening unified pod)와 같은 표준 기판 캐리어 내에 전자기기 모듈을 포함할 수 있다. 이것은 핸들링 시스템이 툴이나 설비 자동화를 통해 고도로 집적되도록 허용한다. PCMD는 툴에 의해 FOUP로부터 FOUP까지 이동될 수 있으며, FOUP는 설비 자동화에 의해 하나의 툴로부터 또 다른 툴로 이동될 수 있다. FOUP는 그것이 저장되거나 전달될 수 있는 PCMD에 대한 세척 환경을 제공한다. 추가로, FOUP들에 대한 로딩 스테이션들은 통상적으로 FOUP의 식별을 결정하고 네트워크를 통해 트래킹 시스템에서 정보를 중계하도록 RFID 판독기들을 통해 제공된다. RFID 송수신기로 FOUP에서의 전자 기기들을 접속시킴으로써, 그 전자기기 모듈로부터의 데이터는 그것이 액세스될 수 있는 네트워크로 전송될 수 있다.
센서들로부터 얻어진 데이터는 데이터의 비휘발성 저장 및/또는 송신 이전에 PCMD상에서 전자 시스템에 의해 압축될 수 있다. 그 데이터는 시간적 및/또는 공간적 차이들에 따라 표현되며, 그에 의해 센서 측정들을 표현하기 위해 필요한 데이터의 양을 현저히 감소시킨다. 어느 정도의 얻어진 데이터의 저장은 또한 센서들에 의해 모니터링되는 상태가 어떠한 기준에 부합하는 경우에 제거될 수 있다. 데이터의 양에 따른 감소는 PCMD상에 비휘발성 메모리에 대해 요구되는 사이즈를 감소시키고, 그것의 배터리 전력을 보전하여 PCMD가 배터리 충전 중에 데이터를 얻도록 동작할 수 있는 시간의 기간(런타임)을 연장한다.
핸들링 시스템은 PCMD 배터리 충전뿐만 아니라 핸들링 시스템의 전자기기 모듈 및 PCMD 사이에 통신을 용이하게 하기 위해 핸들링 시스템 내에서 PCMD를 이동시킬 수 있는 얼라인먼트 모듈(alignment module)을 가질 수 있다. PCMD의 수직적 및 회전적 모션은 그것의 경계를 지지하는 휠들 또는 회전식 단계에 의해 달성될 수 있다. PCMD를 상승시키는 것은 전자기기 모듈로의 보다 양호한 결합을 허용할 수 있다. PCMD의 측면 이동은 PCMD를 포지션으로 이동시키기 위해 PCMD의 하위 표면에 접촉하게 되는 휠 또는 이동 벨트에 의해 달성될 수 있다. 웨이퍼를 상승시키는데 따른 대안으로, 배터리 충전 및/또는 통신 코일을 포함하는 유동적인 시트는 자신이 PCMD의 노출된 표면으로 더 낮춰질 수 있기 위한 방식에 따른 전자기기 모듈의 아랫면에 부착될 수 있다.
PCMD는 자신의 방향이 결정되도록 허용하는 자신의 표면상에 패턴을 가질 수 있다. PCMD의 표면의 가장자리에 프린트되는 그레이코드는 PCMD의 회전 방향이 결정되도록 허용할 수 있다. 그레이코드 판독기들은 자신이 조사에 대해 보내지기 이전과 자신이 복귀한 후에 PCMD의 방향이 알려지도록 핸들링 시스템에 인스톨될 수 있다. 그러한 시스템은 방향을 결정하기 위한 판독기들과 비교하여 PCMD의 이동을 요구하지 않는다.
PCMD는 구성요소들이 고온에서 동작하도록 허용하기 위해 온도 보상 회로를 가질 수 있다. 클럭 회로 내 발진기는 그 발진기가 그것의 명시된 온도 범위 밖에서 계속해서 작동하도록 온도 변화들에 따라 조정되는 자신의 바이어스를 가질 수 있다.
핸들링 시스템 내 각각이 PCMD 및 전자기기 모듈은 PCMD에서 센서들로부터 데이터의 획득, 프로세싱, 저장, 및 송신과, 각각에 따른 사용을 위해 사용가능한 배터리 전력의 제한된 양들의 제어와, 그 배터리 전력의 보충과, 프로세싱 및 제어 기능들의 다른 유사한 형태들을 제어하는 계산 시스템에 기초하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
도 1A는 PCMD("Process Condition Measuring Device")(100)를 도시한 평면도.
도 1B는 PCMD(100) 내 구성요소들을 도시한 도면.
도 1C는 PCMD(100) 내 단일한 구성요소를 도시한 단면도.
도 1D는 그레이코드 코딩을 통한 PCMD(100)의 실시예를 도시한 평면도.
도 1E는 중심축(199) 주위를 회전하는 PCMD(100)를 도시한 도면.
도 2A는 HS("Handling System")(200)의 후방을 도시한 사시도.
도 2B는 HS(200)의 전방을 도시한 사시도.
도 2C는 기판 캐리어 및 프로세싱 챔버 사이에 기판들을 전달하는 로보트를 갖는 프로세싱 툴(260)을 도시한 도면.
도 2D는 프로세싱 툴(260)을 도시한 단면도.
도 3A는 PCMD(100)의 실시예를 도시한 단면도.
도 3B는 PCMD(100)의 또 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 4A는 도 3A에 도시된 단면도를 구성하는 단계들을 도시한 흐름도.
도 4B는 도 4A에 도시된 단면도를 구성하는 단계들을 도시한 흐름도.
도 5A는 코일(508)을 유도 충전하는 E 코일(510)을 도시한 단면도.
도 5B는 자기 전도층(555)을 통해 코일(508)을 유도 충전하는 E 코일(510)을 도시한 단면도.
도 6은 고온 수정 발진기 회로(660)를 도시한 회로도.
도 7은 송신기들(728 내지 731)을 갖는 PCMD(700)를 도시한 도면.
도 8A는 핸들링 시스템(880)을 도시한 도면.
도 8B는 그레이코드(850)를 갖는 PCMD의 일부를 도시한 도면.
도 8C는 얼라인먼트 모듈(881)을 도시한 도면.
도 8D는 통상적 포지션에 따른 PCMD(800)를 갖는 핸들링 시스템(880)을 도시한 도면.
도 8E는 상승된 위치에 따른 PCMD(800)를 갖는 핸들링 시스템(880)을 도시한 도면.
도 8F는 PCMD(800)를 갖는 얼라인먼트 모듈(881)을 도시한 도면.
도 8G는 옆으로 PCMD(800)를 이동시키는 얼라인먼트 모듈(881)을 도시한 도면.
도 8H는 PCMD(800)를 상승 및 회전시키는 얼라인먼트 모듈(881)을 도시한 도면.
도 8I는 PCMD(800)를 향해 수직으로 이동하는 E 코일(810)을 도시한 도면.
도 9A는 매뉴얼 모드에 따라 동작되는 소프트웨어 애플리케이션(987), 핸들링 시스템(980), 및 PCMD(900) 사이에 다양한 통신 시스템들을 도시한 도면.
도 9B는 자동 모드에 따라 동작하는 제어 컴퓨터(983), 핸들링 시스템(980), 및 PCMD(900) 사이에 다양한 통신 시스템들을 도시한 도면.
도 10A 내지 도 10D는 PCMD들의 구성요소들을 보호하는 덮개들의 서로 다른 예들을 도시한 도면들.
도 11A는 PCMD의 또 다른 실시예를 도시한 평면도이며, 도 11B는 도 11A의 단면(B-B)에서 취해진 그의 단면도.
도 12는 PCMD 및 그것의 사용에 포함되는 마이크로컨트롤러를 도시한 블록도.
도 13은 마이크로컨트롤러에 의한 데이터의 압축 및 그것의 획득을 도시한 흐름도.
도 14는 도 12에 도시된 프로세스에 의해 얻어지는 데이터의 예시적인 테이블을 도시한 도면.
도 15는 온도를 측정할 때 PCMD의 예시적인 애플리케이션을 도시한 도면.
도 16A는 도 8A와, 도 8D 내지 도 8I에 도시된 자신의 수정된 버전인 웨이퍼 핸들링 시스템을 도시한 도면.
도 16B는 그에 직각인 내부 시점으로부터 도 16A의 웨이퍼 핸들링 시스템의 일부를 도시한 도면.
도 16C는 PCMD 배터리들의 충전을 예시하는 도 16B의 일부를 도시한 확대도.
도 16D는 도 16A의 핸들링 시스템 내 PCMD를 도시한 상위도.
도 17은 도 16A 내지 도 16D에 도시된 웨이퍼 핸들링 시스템 내 전자 시스템을 개략적으로 도시한 블록도.
일 실시예에 따른 측정 시스템은 웨이퍼 또는 기판의 다양한 위치들에 따른 프로세싱 상태들을 측정하고, 그 프로세스 상태들의 나중 송신 또는 다운로딩을 위해 메모리에 그것들을 기록한다. 프로세싱 챔버가 데이터 송신을 할 수 있는 윈도우들을 갖는 측정 시스템의 또 다른 실시예에서, 상기 시스템은 추가적으로 데이터 프로세싱 디바이스에 실시간으로 프로세싱 상태들을 송신할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 실시예인 PCMD("process condition measuring device")(100)를 도시하고 있다. PCMD(100)는 프로세스 측정 시스템의 일부이며, 그것의 다른 구성요소들은 도 2와 관련하여 나중에 기술될 것이다. PCMD(100)는 본 기술 분야에 공지된 실리콘 웨이퍼, 글래스 기판, 또는 다른 기판들과 같은 기판을 포함한다. 기판(102)(평면도에 도시되지 않음)은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하고, 어떠한 직경도 가능할 수 있지만 8 또는 12 인치 직경 웨이퍼인 것이 바람직하 다. 바람직하게는, 직경은 PCMD가 사용되기 위해 프로세스 챔버에서 프로세싱될 웨이퍼들 또는 다른 기판들의 것이다. 집적 회로들이 프로세싱 챔버에서 실리콘 웨이퍼들에 제조되는 경우, PCMD의 기판은 또한 실리콘인 것이 바람직하지만, 반드시 도핑될 필요는 없다.
다수의 구성요소들은 PCMD(100)를 형성하기 위해 집적된다. 센서들(124)은 PCMD(100) 주위에 분포되고, 그러므로 기판의 표면에 걸쳐 다양한 프로세싱 상태들에 따라 그래디언트들을 검출할 수 있다. 센서들(124)은 전도성 트레이스들(120)을 통해 마이크로프로세서(104)에 접속된다. 전도성 트레이스들(120)은 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하지만, 어떠한 전도성 재료도 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들 및 다른 구성요소들을 포함하는 PCMD(100)의 형성은 도 3 및 도 4와 관련하여 나중에 기술될 것이다. 마이크로프로세서(104)는 PCMD(100)의 동작을 위해 필요한 다른 명령어들 및 프로세싱 상태들을 저장하기 위한 플래시 메모리 셀들을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 플래시 또는 다른 형태의 메모리는 대안적으로 마이크로프로세서(104)의 전체 부분이라기 보다는 분리된 EPROM 또는 EEPROM의 일부일 수 있다. 클럭 수정(132)은 PCMD(100)의 다양한 동작들에 따라 사용되는 타이밍 신호를 생성한다. 송신기(128)는 데이터를 수신하고 전력 소스들(112A, 112B)을 유도적으로 충전하도록 작동하는 RF(radio frequency) 유도성 코일(108)이다. 본 발명의 일 실시예에서, 송신기(128)는 또한 송수신기로 작동할 수 있으며, 데이터를 송신할 뿐만 아니라 데이터를 수신한다. 추가적으로, 코일(108)은 또한 수신기로 작동할 뿐만 아니라 송신기로도 작동한다. 따라서, 코일(108)은 데이터 및 전력 모두 를 수신할 수 있는 수신 유닛으로 작동할 수 있다.
예시된 실시예에서, 전력 소스들(112A, 112B)은 PCMD(100)의 중앙으로부터 같은 거리에 있는 박막 리튬 이온 배터리들이다. 얇은 0.25 mm 두께 전력 소스들은 전형적으로 웨이퍼 핸들링 절차들에서 사용되는 로보트 암들과 호환 가능하고 생산 웨이퍼와 비교되는 0.70mm의 두께를 갖는 얇은 종합적 PCMD 구조에 대해 허용한다. 이러한 전력 소스들은 이전에 자신들이 유사하게 유도적으로 충전되는 피부 아래 의료 이식들에 공통이었다. 전력 소스들(112A, 112B)은 대략적으로 리튬의 용융점, 약 섭씨 180도까지의 온도들에서 연속적인 동작을 할 수 있다. 도 1D 및 도 1E에 도시된 전력 소스들(112A, 112B)의 등거리 공간은 PCMD(100)가 프로세싱 모듈 내에서 회전할 수 있는 상황들에 따라 유리한 PCMD(100)의 균형을 유지한다. 도 1E는 PCMD(100)의 중심을 통과하는 PCMD(100)의 중심축(199)을 도시하고 있다. 중심축(199)은 PCMD(100)의 표면(198)에 수직이다. PCMD(100)의 중력의 중심은 중심축(199)에 따라 놓인다. 중심축(199)은 PCMD가 프로세싱 모듈에서 회전될 때의 회전축이다. 배터리들(112A, 112B)은 중심축(199)으로부터 등거리에 있고, 180도 떨어져 있다. 따라서, 배터리들(112A, 112B)은 동일한 양의 것이며, 중력의 그것들의 결합된 중심은 중심축(199)에 따른다. 추가적으로, 다른 구성요소들은 질량 및 열 프로파일을 가능한 한 균일하게 유지하도록 배치된다. 패시베이션 층(116) 및 선택적 보호층은 다양한 프로세싱 상태들로부터 구성요소들 및 기판을 보호하기 위해 PCMD(100)의 모든 구성요소들 위에 형성된다. PCMD(100)를 구성하는 층들은 도 3 및 도 4와 관련하여 나중에 추가로 상세히 기술될 것이다.
도 1의 코일(108)은 기판에서 공동 내에 위치될 수 있다. 코일(108)은 그것이 표면상에 또는 얕은 공동에 놓일 때 PCMD(100)의 전체 높이를 추가하지 않도록 매우 얇을 수 있다. 예를 들어, 도 5A는 공동 내 코일(508)과 기판상에 배터리들의 유도성 충전 및/또는 그 2개 사이에 데이터를 송신하기 위한 외부 코일(510)을 통한 그것의 유도성 결합을 도시한 단면도이다. 이러한 예에서, 코일(508)은 증가하는 반경의 몇 가지 와인딩들을 포함한다. 그러나, 코일(508)은 코일(508)의 두께가 와인딩에 대해 사용되는 전도체의 두께와 대략적으로 동일하기 위한 높이에 따른 단지 하나의 와인딩이다. 코일(508)은 도 1A에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 중앙에 위치될 수 있다. 도 5A는 기판(502) 내 공동(550)에 있는 유사한 코일(508)을 도시하고 있다. 도 5A는 전자기기 모듈(508)에 위치되는 E 코일(501)과 관련하여 코일(508)의 포지션을 도시하고 있다. E 코일(510)은 코일(508)의 와인딩들에서 전기 전류를 발생시켜 PCMD(100)에 전력을 공급하도록 사용될 수 있다. E 코일(510)은 또한 코일(508)에 데이터를 송신하도록 사용될 수 있다. 따라서, 발생된 필드는 PCMD(100)에 전력 및 데이터 모두를 송신하도록 사용된다. E 코일(510)은 전형적으로 13.56 MHz의 주파수에서 RF 필드를 제공한다. 자신의 축이 PCMD의 중앙을 통과하도록 코일(508)을 배치하는 한가지 장점은 PCMD(100)의 회전 방향이 코일(508)의 포지션에 영향을 미치지 않기 때문에 E 코일(510)과 같은 외부 유닛과 함께 쉽게 정렬될 수 있다는 것이다. 따라서, E 코일(510)은 전력 및 데이터 모두를 송신할 수 있는 송신 유닛으로 작동할 수 있다.
도 5B는 자기 전도층(555)을 갖는 코일(508)을 도시하고 있다. 자기 전도 층(555)은 페라이트 재료로 구성될 수 있다. 발생된 필드는 자기 전도층(555)에 집중되고, 그러므로 기판(502)에서의 자기장이 최소화된다. 이것은 특히 기판(502)이 도핑된 실리콘과 같은 전도성 재료로 구성되는 경우에 유리하다. RF 필드가 전도성 기판으로 확장할 때, 기판에서 변화하는 자기장은 맴돌이 전류를 발생시킨다. 이러한 맴돌이 전류들은 RF 필드를 분산시켜 E 코일(510) 및 코일(508) 사이에 전력 전달의 보다 낮은 효율성을 결과로 나타낸다. 추가로, 전도성 기판을 통해 흐르는 맴돌이 전류들은 기판을 가열하여 PCMD(100)에 손상을 줄 수 있다.
클럭 수정(132)(도 1B)은 수정 발진기 회로의 일부이다. 도 6은 이러한 애플리케이션에 대해 사용될 수 있는 고온 수정 발진기 회로(660)의 예를 도시하고 있다. 고온 수정 발진기 회로(660)는 종래의 수정 발진기 회로(661) 및 바이어싱 회로(670)로 구성된다. 종래의 발진기 회로(661)는 수정(632), 증폭기(662), 및 커패시터들(663, 664)을 포함한다. 수정(632)이 CPU에 외부에 있는 반면에, 증폭기(662) 및 커패시터들(663, 664)은 CPU(604) 내에 있다. 바이어싱 회로(670)는 CPU(604) 내에 카운터(671), 링 발진기(672), 및 바이어스 제어 회로(673)를 포함한다. 추가로, 바이어싱 회로(670)는 바이어스 제어 유닛(673)의 제어 하에서 수정에 접속가능하다. 저항기들(675)은 CPU(604) 외부에 있다.
증폭기(662)는 발진기 신호를 유지하도록 능동 피드백을 제공한다. 증폭기(662)와 같이 IC들이 상업적으로 생산되는데 사용가능한 증폭기들은 온도의 어떠한 범위, 예를 들어 섭씨 0-85도를 넘어서 작동하는 것으로 명시되어 있다. 온도가 명시된 범위보다 더 높을 때, 종래의 발진기 회로(661)는 더 이상 정확하게 작동할 수 없다. 결과적으로 중단하도록 발진을 야기하거나 개시에 실패하도록 하는 증폭기들 내 구성요소들의 문턱 전압들이 시프트할 수 있다. 증폭기(662)가 그것의 명시된 온도 범위 내에서 작동할 때, 그것은 50% 듀티 사이클을 통해 신호를 생성한다. 온도 증가를 통해, 듀티 사이클이 증가하고, 그 듀티 사이클이 100%에 접근함에 따라 종래의 발진기 회로(661)는 작동을 중단한다.
바이어싱 회로(670)는 50% 듀티 사이클을 유지하기 위해 증폭기(662)의 입력을 바이어싱함으로써 이러한 문제점을 극복한다. 카운터(671)는 듀티 사이클을 결정하기 위해 링 발진기(672)로부터 입력을 사용한다. 카운터(671)는 증폭기(662)의 출력의 "온(on)" 단계 동안 링 발진기(672)의 클럭 사이클들의 수를 카운트한다. 그 후에, 그것은 증폭기(662)의 출력의 "오프(off)" 단계 동안 링 발진기(672)의 클럭 사이클들의 수를 카운트한다. 그 카운트들은 듀티 사이클이 결정되는 바이어스 제어 유닛(673)에 전송된다. 이러한 카운트들이 같은 경우, 그에 따라 듀티 사이클은 50%이다. "온" 단계 동안의 카운트가 "오프" 단계 동안의 카운트를 넘는 경우, 그에 따라 듀티 사이클은 50%보다 더 크다. 링 발진기(672)의 주파수는 종래의 발진기 회로(661)의 출력의 주파수보다 더 크다. 전형적으로, 종래의 발진기 회로는 링 발진기가 약 400 kHz-4MHz의 출력 주파수를 갖는 반면에, 약 32 kHz의 출력 주파수를 갖는다. 링 발진기(672)는 고온에서 주파수에 따른 손해를 입을 수 있다. 그러나, 2개의 기간들 동안 출력이 비교되기 때문에, 제시된 기간에 걸친 출력의 절대값은 듀티 사이클의 결과에 영향을 미치지 않는다.
듀티 사이클이 50%보다 더 크도록 결정되는 경우, 바이어스 제어 유닛(673) 은 듀티 사이클을 감소시키기 위해 바이어스 입력(676)을 수정할 수 있다. 이것은 다수의 방법들에 따라 행해질 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 서로 다른 저항들의 일련의 저항기들(675)은 바이어스 전압 및 바이어스 입력(676) 사이에 접속된다. 사용되는 바이어스 전압은 CPU 칩에서 Vcc일 수 있다. 이러한 방식에서, 증폭기(662)의 입력에서 전압 및 전류는 다시 듀티 사이클을 50%로 되돌리도록 제어될 수 있다. 이러한 테크닉을 사용하여, 고온 수정 발진기 회로(660))의 효과적인 범위는 섭씨 150도 만큼 높게 CPU 칩(604)의 정해진 상위 제한(섭씨 85도)으로부터 확장될 수 있다. 이것은 PCMD(100)가 다른 방식으로 주문 부분들을 요구하는 상태들에 따라 표준 부분들을 사용하도록 허용한다. 저항기들(675)을 사용하는데 따른 대안들로서, 다른 비교 수단은 바이어스에서 변화가 달성되는 것과 같이 임피던스를 수정하도록 사용될 수 있다. 이러한 대안들은 전자기기 포텐션미터, 트랜지스터, 전압 저항기 네트워크를 포함한다.
도 1A에 도시된 송신기(128)는 PCMD로부터 데이터를 송신하도록 사용될 수 있다. 본 명세서에서, 송신기(128)는 LED이다. 이것은 코일(108)을 통해 RF를 사용하는 것보다 데이터를 송신하는데 더 에너지 효율적인 방식이다. PCMD에 데이터를 송신하는데 RF가 사용될 수 있을 만큼 에너지가 일반적으로 중요하지 않은 반면에, PCMD로부터 송신하는데 에너지 효율성이 중요하다. 도 1A에 도시된 예에서, 송신기는 PCMD의 상위 표면의 중앙에 위치된다. 중앙에 LED(128)를 배치하는 것은 PCMD(100)가 회전되는 경우에 외부 수신기와 관련하여 LED(128)의 포지션이 변경되지 않기 때문에, 그것이 어떠한 외부 수신기와도 보다 쉽게 정렬되도록 허용한다. 이것은 PCMD(100)가 어떠한 환경들에서 발생하는 것과 같은 조사 동안 회전되는 경우에 중요하다.
도 7에 도시된 또 다른 실시예에서, 송신기들(728 내지 731)은 코일(708) 주위에 위치된다. 이러한 예는 또한 송신기들(728 내지 731)로 LED들을 사용한다. 다중 LED들을 사용하는 것은 심지어 수신 유닛(777)이 PCMD(100)의 중앙에 정렬되지 않는 경우에도 전자기기 모듈(778) 내 수신 유닛(777)이 양호한 신호를 수신하도록 허용한다. PCMD의 중앙에서 하나의 LED가 (도 1에 도시된 바와 같이) 사용되지만 전자기기 모듈 내 수신 유닛이 중앙으로부터 오프셋되는 경우, 불량한 신호 또는 어떠한 신호도 LED가 제한된 원뿔에서 광을 분산시키기 때문에 수신될 수 없다. 수신 유닛(777)은 E 코일이 PCMD의 중심을 커버하는 스페이스를 차지하기 때문에 오프셋될 수 있다. 따라서, 수신 유닛(777)의 오프셋 포지션을 통해 정렬되는 LED들(728 내지 731) 중 하나를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 하나의 LED가 PCMD(700)의 회전 방향과 무관하게 그 수신 유닛 아래에 있도록 하나의 LED 이상(이러한 예에서 4개)을 요구한다. 그러나, 에너지 효율성을 위해, 단지 하나의 LED를 통해서 송신하는 것이 바람직하다. 그러므로, 데이터를 송신하기 위해 최적의 LED를 결정하기 위한 테크닉이 제공된다.
최적의 LED는 전자기기 모듈(778) 및 PCMD(700) 사이에 핸드 셰이킹 경로의 일부에 따라 결정된다. 우선적으로, 전자기기 모듈(778)은 RF 코일(708)을 통해 PCMD(700)에 신호를 전송하여, 송신을 시작하도록 PCMD(700)에 알린다. PCMD(700)는 LED(728)를 사용하여 송신을 시작한다. 전자기기 모듈(778)이 미리 결정된 시간 후에 신호를 수신하지 않는 경우, 또 다른 신호는 송신을 요청하는 PCMD(700)에 전송된다. PCMD(700)는 LED(729)를 사용하여 송신한다. 수신 유닛(777)이 어떠한 신호도 수신하지 않는 경우, 그에 따라 LED(730)가 사용된다. 어떠한 신호도 LED(730)로부터 수신되지 않는 경우, 그에 따라 LED(731)가 사용된다. LED(731)가 수신 유닛(777) 바로 아래에 있기 때문에, 신호가 수신되어 LED(731)가 최적의 LED로 식별된다. 그 후에, PCMD는 단지 최적의 LED(731)만을 사용하여 에너지를 보존하기 위해 다른 LED들(728 내지 730)을 턴 오프할 수 있다. 통신에 종사하도록 LED들 중 하나를 선택하는 이러한 프로세스는 프로세싱 유닛(104)에 의해 PCMD(700)상에서 수행된다. 전자기기 모듈(778) 내 프로세서는 그것의 동작을 제어하고, 그것이 더욱 제한된다. 더 많은 LED들은 수신 유닛 또는 유닛들의 구성에 의존하여 사용될 수 있다. LED들은 서로 다른 위치들에 배열될 수 있고, 데이터가 전송되는데 의존하여 서로 다른 방향들로 향해질 수 있다.
효율적으로 전력 소스들의 제한된 저장 용량을 사용하는 것은 PCMD의 측정 시간 및 데이터의 양을 최대화하는 것이 바람직하다. 활성화된 센서 그룹들은 사용자 선택가능하며, 그 그룹들은 단지 필요할 때 활성화된다. 선택된 그룹들로부터의 출력들은 멀티플렉싱되어 단지 선택된 간격들에서 메모리로 기록된다. 출력은 또한 데이터를 저장하기 위해 필요로 되는 에너지 및 시간의 양을 최소화하도록 압축된다.
본 명세서에 규정된 바와 같이, "프로세싱 상태들"은 집적 회로를 제조하는데 사용되는 다양한 프로세싱 파라미터들을 언급한다. 프로세싱 상태들은 반도체 제조 또는 어떠한 상태를 제어하기 위해 사용되는 어떠한 파라미터를 포함하고, 제조업자는 온도, 에칭 레이트, 기판상에 층의 두께, 프로세싱 챔버 압력, 챔버 내 기체 흐름 레이트, 챔버 내 기체 화학 합성, 챔버 내 포지션, 이온 전류 밀도, 광 에너지 밀도, 및 챔버 내에서 또는 챔버로부터 챔버까지의 이동 동안 다른 기판 또는 웨이퍼의 진동 및 가속과 같은 것을 모니터링하기 원할 것이며, 이에 제한되지 않는다. 서로 다른 프로세스들은 필연적으로 수년에 걸쳐 발전될 것이며, 그러므로 프로세싱 상태들은 시간에 걸쳐 변화할 것이다. 따라서, 그 상태들이 무엇이든지, 기술된 실시예들이 그러한 상태들을 측정할 수 있을 것으로 예상된다. 반도체 웨이퍼들의 프로세싱 동안 이러한 상태들을 측정하는 것 이외에, 본 명세서에 기술된 시스템들 및 테크닉들은 또한 기판들의 다른 형태들의 프로세싱 동안 모니터링 유사 상태들에 적용될 수 있다.
다양한 프로세싱 상태들을 검출하도록 사용되는 센서들(124)은 공지된 반도체 변환기 디자인에 따라 기판(102)에 제작되거나 그에 장착된다. 온도를 측정하는데 있어서, 대중적인 변환기는 RTD 또는 서미스터이며, 그것은 온도 계수를 갖는 박막 저항기 재료를 포함한다. 자기 저항성 재료는 또한 기판(102)상에 미치는 자속의 양을 통해 온도를 측정하도록 사용될 수 있다. 저항 전압 컨버터는 종종 전압이 온도 스케일을 통해 쉽게 상관될 수 있도록 저항에 민감한 재료(서미스터 또는 자기 저항 재료)의 말단 엔드들 사이에서 기판 내에 형성된다. 또 다른 예시적인 온도 센서는 기판의 층들에 리소그래피에 따라 형성되는 2개의 다른 전도체들로 구성되는 열전쌍을 포함한다. 전도체들 사이에 접합이 가열될 때, 접합 온도를 통해 대략 선형적으로 증가하는 작은 열전 전압이 생성된다. 온도 센서의 또 다른 예는 온도와 함께 증가하는 전압을 생성하는 다이오드를 포함한다. 양의 공급원 및 부하 저항기 사이에 다이오드를 접속시킴으로써, 전류 전압 변환은 부하 저항기로부터 얻어질 수 있다. 또 다른 센서는 발진의 온도 의존성 주파수를 나타내는 수정 방향에 대해 절단된 석영 결정으로부터 제조되는 석영 튜닝 포크와 같은 압전 디바이스이다. 센서의 발진 주파수는 온도와 함께 주파수 변화를 최소화하도록 향해지는 수정으로부터 제조되는 석영 튜닝 포크와 같은 압전 디바이스에 의해 형성되는 마스터 발진기에 대해 관련될 수 있다. 센서 및 마스터 발진기 사이에 주파수 차이는 직접적인 디지털 온도 의존성 신호를 제공할 것이다. 압전 센서들은 또한 침착 질량과 레이트들 또는 다른 프로세스 상태들을 측정하도록 질량 변화를 감지하기 위해 사용될 수 있다.
센서들(124)은 또한 분리된 센서 또는 기판(102)의 층들에 통합적으로 형성되는 센서와 같이 기판(102)에 걸쳐 선택 영역들에서 압력, 힘, 또는 변형을 측정하도록 사용될 수 있다. 웨이퍼상에 미치는 대기 압력을 측정할 수 있는 많은 형태들의 압력 변환기들이 존재한다. 적절한 압력 변환기는 격막 형태의 변환기를 포함하며, 격막 또는 탄성 요소는 압력을 감지하고 나중에 그 격막 뒤 공동 또는 그 격막에 접속되는 브리지 회로에 의해 판독될 수 있는 편향 또는 대응하는 변형을 생성한다. 또 다른 적절한 압력 변환기는 기판(102)의 반도체 기판 내에 배치되는 압전 재료를 포함할 수 있다. 압전 재료는 기판으로 도핑 혼합물들을 확산시켜 형성된다. 결과적인 압전 재료는 압력의 양 또는 그에 미치는 변형에 비례하는 전류를 출력한다.
센서들(124)은 또한 기판(102)에 걸쳐 흐름 레이트를 측정하도록 사용될 수 있다. 추가로, 습도 및 수분 센서들은 또한 기판(102)상에 형성될 수 있다. 흐름 레이트를 측정하기 위한 공지된 방법인 열선 풍속계는 기판(102)에 포함될 수 있다. 유체 속도는 유선형으로 된 유체 흐름이 기판(102)상에 또는 기판(102) 내에 배치되는 유선형이 아닌 장애물에 충돌하는 것과 같은 와류 생성의 주파수에 기초한다. 유체 흐름의 측정은 일반적으로 장애물의 어느 한쪽에 특정한 와류들의 형성을 포함한다. 따라서, 교대 압력 차이가 그 2개 사이드들 사이에서 발생한다. (아래에서 어떠한 와류 생성도 발생하지 않는) 문턱 위에서, 주파수는 유체 속도에 비례한다. 교대 압력 차이를 검출하는 많은 방법들에서, 핫 서미스터는 장애물의 2개 사이드들 사이에서 작은 채널들에 따라 배치되는 것이 바람직하다. 사용되는 채널을 통한 흐름의 교대 방향들은 주기적으로 자기 가열된 서미스터를 냉각시키고, 그에 의해 AC 신호 및 대응하는 전기 펄스들을 와류 주파수 2배로 생성한다. 그러므로, 서미스터 앞 기판(102)으로부터 돌출된 장애물은 고체 상태 흐름 레이트 측정을 제공할 수 있다. 가열은 서로 매우 가깝게 배치되는 자기 가열된 서미스터들 사이에 전달될 수 있다. 유체 흐름은 질량 흐름에 비례하여 열 불균형을 야기하는 인접한 서미스터들 사이에 열 에너지를 전달한다. 2개 또는 그 이상의 인접한 센서들은 벡터를 따라 흐름을 측정하도록 배열될 수 있거나, 다중 흐름 벡터들이 감지될 수 있다. 열 불균형은 질량 흐름에 관한 DC 신호를 생성하도록 검출될 수 있다.
센서(124)는 또한 기판(102)상에 배치되는 기체 화학 농도를 측정하도록 사 용될 수 있다. 화학적 합성 센서들은 측정될 특정 이온들에 침투가능한 막을 사용한다. 이상적으로, 그 막은 모든 다른 이온들에 완전히 불침투적이어야 한다. 상기 막의 전도성은 그 막을 침투한 선택 이온들의 전달에 직접적으로 비례한다. 막 전도성의 변이성이 제공되면, 주변 서라운딩 기판(102) 내에 있는 화학 이온들의 양과 직접적으로 상관하는 측정들이 취해질 수 있다.
센서들(124)은 또한 병렬 판 구조, 수집 판들의 배열, 및 상기 수집 판들 위에 지지되는 제어 그리드들을 갖는 수집 판들을 통해 이온 전류 밀도 및 이온 전류 에너지를 측정하도록 사용될 수 있다. 병렬 판들 사이에서 흐르거나, 수집 판들의 배열에서 흐르는 전류는 이온 전류 밀도를 통해 증가할 것이다. 이온 전류 에너지는 판들 위 그리드들에서 DC 전위를 변경하거나 상수를 적용함으로써 검출될 수 있다. 이것은 에너지 분포가 검출되도록 허용하는 이온 전류 에너지를 통해 전류 흐름을 변조할 것이다. 이것은 침착 또는 에칭 프로세스를 모니터링 및 조절하는데 유용하다.
압전 변환기/센서는 또한 층의 공진 주파수 및 층의 질량 또는 두께를 측정하도록 기판(102)에 집적될 수 있다.
추가적으로, 센서들(124)은 또한 기판(102)으로부터 이격되는 대상의 포지션 또는 변위에 따른 변화를 검출하도록 사용될 수 있다. 예시적인 변위 변환기들은 광자 에너지(또는 세기)를 측정하고 전기장 또는 전압으로 광자 에너지를 변환할 수 있는 전자 광학 디바이스들을 포함한다. 비교적 공지된 전자 광학 디바이스들은 기판 내에 매립되거나 표면상에 배치되는 반도체 기판 또는 분리된 디바이스들에 형성될 수 있는 광 방출 다이오드들, 포토 다이오드들, 포토 트랜지스터들 등등을 포함한다. 변위 센서들은 에칭 또는 침착 챔버 내 전극 스페이싱에 대한 정확한 정보를 제공하도록 사용되며, 또한 웨이퍼와 대응하는 마스크들 및/또는 발광 소스 사이에 스페이싱 정보를 제공할 수 있다.
도 1B는 기판(102) 내 PCMD(100)의 일부 구성요소들을 도시하고 있다. 도 1B는 PCMD(100)의 실제 단면도는 아니지만, 센서들(124), 발진기(132), 마이크로프로세서(104), 전력 소스(112), 저항기(113), 및 커패시터(115)와 같은 구성요소들이 PCMD(100)에 형성되는 리세스들 내에 위치되는 방법을 예시하도록 도시되어 있다. 이것의 추가적인 세부사항들은 도 1C에 도시되어 있고, 구성요소(140)는 결합 재료(144)를 통해 기판(102)(및 기판(102)상에 다른 층들) 내 공동(142)에 부착된다. 결합 배선들(148)은 도 1A에 도시된 전도성 트레이스들(120)과 구성요소(140)를 전기적으로 연결한다. 결합 배선들(148) 및 구성요소(140)는 포팅 재료(152)(potting material)를 통해 커버된다.
PCMD(100)가 온도에 민감한 웨이퍼 기판(102)에 걸쳐 분포되는 다수의 센서들을 통해 파라미터를 측정하는 경우에, 센서들, 프로세싱 유닛(104), 및 다른 구성요소들이 그 웨이퍼에 걸쳐 온도를 현저히 변경하거나 혼란시키지 않는 방식으로 기판상에 장착되는 것이 바람직하다. 이것은 측정된 파라미터가 온도일 때 특히 중요하다. 온도 PCMD(100)는 일반적으로 뜨거운 판에 의해 가열될 때 또는 프로세싱 챔버 내에 배치될 때와 같이, 실제 프로세싱 동작 동안 웨이퍼 또는 다른 기판에 갈쳐 존재하는 온도들을 측정하도록 사용된다. 따라서, PCMD(100)는 합리적으로 가 능하게 프로세싱될 실제 웨이퍼의 것들과 근사한 열 속성들을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 테스트 웨이퍼(102)에 걸쳐 온도 프로파일 판독들의 정확성을 향상시키고, 그 웨이퍼에 추가되는 회로 요소들의 효과들을 혼란시키는 온도 판독들을 보상 또는 정정하도록 이루어지기 위해 필요로 하는 프로세싱의 양을 제거 또는 최소화한다.
그러므로, 개별적 구성요소들은 웨이퍼에 걸쳐 열 특징들을 변경하지 않는 방식으로 웨이퍼(102)(도 1B 및 도 1C)에 의해 전달되는 것이 바람직하다. 가능한 한 그리고 특히 온도 센서들(124)의 경우에 구성요소들 및 다른 요소들은 그것들을 둘러싸는 보통의 상업적 패키지 없이 노출된 집적 회로 다이(칩들)이다. 따라서, 열 호환성은 그 다이들이 또한 주로 실리콘 재료이기 때문에, 실리콘 웨이퍼(102)를 통해 유지된다. 그에 따라, 개별적 다이는 그 다이상에 결합 패드들로부터 그 다이에 인접한 전도성 트레이스들까지 직접적으로 배선 결합들에 의해 접속된다. 전도성 트레이스들은 그 사이에 유전체의 층을 통해 웨이퍼의 표면에 걸쳐 확장한다.
회로 칩들 및 다른 구성요소들이 테스트 웨이퍼의 상위 표면상에 장착될지라도, 그것들이 웨이퍼의 표면에 형성되는 공동들(142)에 포함되는 것이 바람직하다. 다이가 주로 실리콘 웨이퍼 기판과 동일한 재료의 것이기 때문에, 그 다이 주위 공동들에서 어떠한 남아있는 공간은 실질적으로 실리콘 기판 및 다이와 동일한 열 특징들을 갖는 재료(152)로 충전된다. 이것은 각각의 공동의 영역에서 그 공동이 형성되기 이전에 상기 영역의 것에서 웨이퍼(102)의 열 특징들을 회복한다. 따라서, 이러한 방식으로 장착될 수 있는 추가 구성요소들의 것들에 의해 야기될 수 있는 웨이퍼(102)에 걸쳐 측정될 온도들의 섭동들(perturbations)은 그러한 섭동들에 대해 보상하도록 센서들로부터 얻어지는 데이터를 프로세싱하지 않으며 제거되거나 적어도 정확한 결과들을 제공하는 레벨까지 감소된다.
각각의 공동(142)의 깊이는 결합 재료(144)의 두께에 더하여, 대략 그것 내에 배치되는 다이의 것인 것이 바람직하다. 공동 내 다이(140)에 부착하는 결합 재료(144)는 웨이퍼(102)에 다이를(140) 열로 집적하고 그 웨이퍼(102)를 통해 다이(140)를 열로 집적하는 것이 바람직하다. 즉, 층(144)의 열 전도성(또는 RTH(inverse, thermal resistance)) 및 열 커패시턴스(CTH)의 특징들은 가능한 한 웨이퍼(102)의 것에 가깝게 구성된다. 기계적 안정성을 위해, TC(thermal expansion)의 그것들의 계수의 등가량이 또한 희망된다. 층(144)이 또한 전기적 전도성에 따라 구성될 수 있고, 그에 의해 웨이퍼(102)와 같이 동일한 전위에 집적 회로 다이(140)의 기판을 배치할지라도, 기판(102)으로부터 다이를 전기적으로 절연시키는 것이 바람직하다. 개별적 다이의 전위는 그에 따라 웨이퍼(102)의 표면에 걸쳐 전도성 트레이스들 중 하나에 그것을 접속시킴으로써 제어될 수 있다.
결합 재료층(144)은 다이아몬드의 매우 높은 열 전도성 때문에 (직경으로 2 내지 9 microns 범위에 있는 것과 같이) 다이아몬드의 작은 입자들을 통해 충전되는 에폭시 재료인 것이 바람직하다. 다이아몬드는 2개 반도체들 사이에 배치되도록 전기적으로 충분히 비전도적이다. 시작 에폭시 재료의 점성 및 다이아몬드 입자들의 집중도는 조합의 점성이 균일한 두께의 매우 얇은 층(144)으로 흐르도록 충분히 낮은 상태에 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 그러므로, 층(144)은 다이(140) 및 웨이퍼 기판(102) 사이에 열 저항성 또는 커패시턴스를 거의 또는 전혀 유입시키지 않는다.
포팅 재료(152)는 또한 가능한 한 웨이퍼의 것에 가까운 열 특징들을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 일례는 웨이퍼(102)의 것들에 부합하는 열 특징들을 갖는 작은 입자들로 충전되는 폴리이미드와 같은 폴리머를 사용하는 것이며, 하나의 적절한 재료는 알루미늄 질화물이다. 다이(140)가 웨이퍼(102)로부터 전기적으로 고립되는 경우, 이러한 입자들은 전기적 절연 재료를 통해 코딩되며, 실리콘 이산화물이 일례이다. 폴리머 재료가 보통 웨이퍼(102)의 것들에 부합하지 않는 열 특징들을 갖기 때문에, 그것은 그러한 입자들을 통한 체적에 의해 50 퍼센트를 넘어 충전되고, 바람직하게는 70 또는 80 퍼센트를 넘어 충전된다. 이러한 합성 재료는 도 1C에 도시된 바와 같이 액체 형태로 회로 다이에 걸쳐 그리고 그 주위에 배치되고 고체로 회복되도록 허용된다.
물론, 웨이퍼의 온도의 판독들을 얻기 위해 온도 측정 디바이스의 웨이퍼 기판을 통해 온도 센서들을 열로 집적하는 것이 매우 유리하다. 샌서는 집적 회로 칩상에 형성되는 형태의 것일 수 있고, 그러므로 상기 기술된 방식으로 웨이퍼 기판에 장착된다. 전력이 제공되는데 응답하여, 그러한 회로 칩은 그것의 온도에 비례하는 전기 파라미터를 출력한다. 일례는 통상적 패키징 없이 노출된 칩으로 얻어질 수 있는 LM20으로 식별되는 National Semiconductor Corporation로부터 사용가능한 집적 회로 온도 센서이다. 이러한 칩은 그것의 온도에 의존적인 레벨의 아날로그 전압을 출력하고, 그러므로 그것은 온도 측정에 따라 전기적으로 변환될 수 있다.
상기 기술된 방식에 따른 웨이퍼(102)에 다른 집적 회로 칩들 및 구성요소들을 장착하는 것은 그러한 온도 센서들의 측정에 대해 그것들의 효과를 감소시키는 유리한 효과를 갖는다. 이것은 웨이퍼 도구가 빠르게 증가 또는 감소하는 온도들을 측정할 때 특히 유리하다. 이러한 경우에, 웨이퍼 기판과 함께 열적으로 집적되지 않는 다른 구성요소 또는 부착된 칩은 과도한 냉각 또는 열점 각각이 센서들 중 하나 또는 그 이상의 순간적 측정에 영향을 미치는 웨이퍼상에서 발생하도록 할 수 있다.
도 1D는 가장자리 주위 그레이코드 코딩(150)을 통한 PCMD(100)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 그레이코드 코딩은 기준축들과 관련하여 PCMD의 포지션 또는 회전을 결정하도록 사용되고, 나중에 보다 상세히 기술될 것이다.
도 2A 및 도 2B는 PCMD 핸들링 시스템("HS")(200)을 도시하고 있다. 핸들링 시스템(200)은 일반적 말해서 PCMD들을 구성, 재충전, 및 전송하기 위해 다수의 PCMD들로부터 그 다수의 PCMD까지 데이터를 전달하도록 마이크로프로세서 및 메모리를 포함하는 다양한 전자 구성요소들 및 사용자 인터페이스를 포함한다.
카세트(204)는 몇 개의 PCMD들을 수용할 수 있고, 로보트 암이 카세트(204)의 다양한 슬롯들(250) 중 하나 내에서 PCMD들을 제거하거나 자동적으로 배치할 수 있는 것과 같이 다중 프로세스 챔버들을 갖는 툴 또는 프로세싱 챔버의 개구부에 위치될 수 있다. 카세트(204)는 툴들의 범위와 호환 가능한 표준 카세트이다. 대안적으로, 수정된 카세트는 PCMD가 사용되는 경우에 그것이 설비 내에서 사용되는 기 계적 자동화와 호환 가능한 한 사용될 수 있다. 도 2A는 HS(200)의 프로세스 사이드 또는 후방을 도시하고 있다. PCMD들은 프로세스 사이드로부터 삽입되어 제거된다. 하나의 PCMD(100)는 전자기기 모듈(208) 바로 아래 및 충전 보드(216) 위에 도시되어 있다. PCMD가 카세트에 배치될 때, 그것의 전력 소스(들)는 전자기기 모듈(208) 및 충전 보드(216)에 의해 유도적으로 충전된다. 전력의 소스는 배터리 홀더 캡들(212) 뒤에 배치되는 배터리들이다. 추가적인 충전 보드는 또한 전도성 충전 레이트를 증가시키기 위해 푸시/풀 구성에 따라 나타낼 수 있다. 여기까지 기술된 실시예들이 유도성 충전을 사용할지라도, 다른 실시예들은 충전 및 데이터 송신을 위해 광학 구성요소들을 사용할 수 있고, 이러한 광학 구성요소들의 사용을 통해서라도 정렬은 적절한 재충전 및 데이터 송신에 훨씬 더 중요하다. 그리고, 배선 접속은 대안적으로 PCMD(100)가 배터리 충전 및/또는 데이터 송신을 위해 카세트(204)로 배치될 때 이루어질 수 있지만, 이것은 덜 편리하므로 바람직하지 않다.
어떠한 실시예에서, PCMD들은 바깥면 주위에 그레이코드 코딩을 포함할 수 있고, HS(200)는 또한 그레이코드 코딩(도 1D)을 갖는 카세트(204)에 있는 동안 PCMD의 정렬을 검출하는 광학 센서들을 가질 수 있다. 그러므로, 웨이퍼는 데이터 재충전 및 데이터 송신을 위해 최적으로 정렬될 수 있다. 추가적으로, PCMD가 자신을 벗어난 것과는 다른 정렬로 복귀하는 경우, 이것은 그것이 프로세싱 챔버에서 얼머간의 양을 회전시켰고, 이러한 회전이 챔버 또는 다른 환경으로부터 모여진 프로세싱 상태 데이터를 분석할 때 고려되어야 한다는 것을 표시할 수 있다.
기판들은 전형적으로 카세트(204)와 같은 기판 캐리어에 저장 및 전달된다. 프로세싱 툴들은 특정 표준 기판 캐리어에 적응된다. 전형적인 툴들은 툴을 통해 기판 캐리어로부터 다시 기판 캐리어까지 기판들을 이동시키는 로보트들을 갖는다. 설비 내 기판 캐리어들은 로보트가 기판 캐리어에서 캘리브레이팅될 수 있고 다시 캘리브레이팅되지 않으며 유사한 기판 캐리어들과 함께 계속해서 동작할 수 있도록 상호교환 가능하다. 단일한 기판 캐리어 표준은 기판 캐리어가 하나의 툴로부터 또 다른 것까지 이동될 수 있도록 사용되며, 각각의 툴에서 로보트는 기판 캐리어로부터 기판 캐리어까지 기판들을 전달할 수 있다.
도 2C는 프로세싱 챔버(269)에 기판들을 전달하는 로보트(261)를 포함하는 프로세싱 툴(260)을 도시한 도면이다. 로보트는 기판(264)을 집을 수 있는 암(262)의 엔드에 부착되는 블레이드(또는 엔드이펙터)(263)와 함께 기계적 암(262)을 갖는다. 기판(264)은 블레이드(263)가 기판(264)을 집도록 기판(264) 아래 확장될 수 있다. 블레이드(263)는 기판(264)을 들어올리기 위해 올라갈 수 있거나, 기판(264)이 블레이드(264)로 낮춰질 수 있다. 기판(264)의 포지션은 블레이드(263)가 기판(264)을 집도록 허용하는데 중요하다. 전형적으로, 기판 캐리어는 다중 슬롯들을 가지며, 각각의 슬롯은 하나의 기판을 지지한다. 슬롯은 기판이 제거되도록 허용하기 위해 하나의 사이드에 개방되어 있다. 슬롯은 기판의 포지션을 설정한다. 특히, 카세트의 하위 표면 위 기판의 높이는 기판이 집어지도록 허용하기 위해 설정된다. 카세트의 하위 표면은 플랫폼에 배치될 수 있고, 그 플랫폼 위 기판의 포지션은 로보트가 자동적으로 그것을 집을 수 있도록 정확하게 설정된다.
도 2D는 기판(264)이 기판 캐리어(265)에 있는 동안 기판 아래(264) 확장하 는 블레이드(263)를 나타내는 프로세싱 툴(260)의 측면도이다. 기판 캐리어(265)의 하위 표면(266) 위 기판(263)이 높이가 설정된다. 각각의 슬롯은 블레이드(263)가 자신들을 터치하지 않으며 기판들 사이에 삽입될 수 있도록 기판의 포지션을 설정한다. 프로세싱 툴 로보트는 일반적으로 기판들이 어떠한 슬롯으로 내려가거나 집어질 수 있도록 표준 기판 캐리어에 따라 캘리브레이팅된다. 표준 기판 캐리어들은 다양한 툴들이 표준 기판 캐리어에 따라 캘리브레이팅되도록 특정한 설비에 걸쳐 사용된다. 따라서, 기판들은 동일한 포지션들에서 로보트에 반복적으로 주어지고, 어떠한 리캘리브레이션도 하나의 기판 캐리어로부터 다른 것까지 필요로 되지 않는다. 캘리브레이팅된 포지션들 중 하나에서 로보트에 PCMD를 제공하는 것은 그것이 표준 기판인 것과 마찬가지로 PCMD가 전달되도록 허용한다. 이러한 방식에 따라 PCMD를 제공하는 기판 캐리어와 함께 단일 유닛에서 전자기기 모듈을 결합시키는 것은 데이터를 교환하고 자동화된 방식에 따라 PCMD를 재충전하도록 편리한 위치를 제공한다.
일부 실시예들에서, HS는 FOUP(front opening unified port)와 같은 카세트(204)와는 다른 기판 캐리어와 함께 사용하도록 적응되고, 따라서 PCMD가 저장, 전달, 충전될 수 있고 데이터가 교환될 수 있는 핸들링 시스템(또는 도크)을 형성한다. 도 8A는 그러한 핸들링 시스템(880)의 예를 도시하고 있다. FOUP는 300mm 웨이퍼들을 핸들링하기 위한 산업 표준 캐리어이다. FOUP 및 300mm 웨이퍼들 모두의 사양들은 SEMI에 의해 설정된 산업 표준들에 따라 세팅되어 있다. FOUP는 특히 HS의 일부분으로 사용하기에 적절하다. 그것은 웨이퍼들을 지지하고 반도체 프로세싱 및 계측 장비의 폭넓은 범위를 통해 호환 가능하도록 디자인된다. 그것은 PCMD를 보호하고, PCMD가 대상 환경으로 들어올 수 있는 오염물을 집어내지 않도록 그것에 대해 청결한 환경을 제공한다. 핸들링 시스템(880)이 장비의 특정한 부분에 대해 로딩 스테이션에 배치될 때, PCMD는 재구성을 요구하지 않으며 300mm 웨이퍼들에 대해 사용되는 동일한 로보트를 사용하여 프로세스 챔버와 같이 핸들링 시스템으로부터 대상 환경까지 로보트를 사용하여 전달될 수 있다. 따라서, PCMD의 핸들링은 300mm 웨이퍼의 핸들링과 동일할 수 있다. PCMD는 특정 기간 동안, 예를 들어 특별한 프로세스 방식 동안 대상 환경에서 상태들을 측정 및 기록한다. 그 후에, PCMD는 핸들링 시스템(880)에 자동적으로 복귀된다. 장비의 한 부분으로부터 또 다른 것까지 핸들링 시스템(880)의 전달 또한 자동화될 수 있다. 따라서, PCMD 및 핸들링 시스템(880)의 조합은 PCMD가 대상 환경에서의 최소 오염물 및 생산 환경에서 거의 방해 없이 적은 인간 중재를 통해 그것의 목적지로 전달되도록 허용한다.
핸들링 시스템(880) 내부에서, 전자기기 모듈(208)(도 2A 및 도 2B)과 유사한 전자기기 모듈(808)이 장착될 수 있다. 전자기기 모듈(808)은 배터리, E 코일, 및 데이터 수신 유닛을 포함한다. PCMD(800)는 전자기기 모듈에 인접하여 배치될 수 있고, 이러한 예에서 PCMD(800)는 전자기기 모듈(808) 아래 있다. 이 포지션에서, 그것은 전자기기 모듈로부터 RF 전력 및 RF 데이터 신호들을 수신할 수 있다. 그것은 전자기기 모듈(808)에 LED에 의해 데이터를 송신할 수 있다.
핸들링 시스템(880)은 또한 PCMD를 관찰하기 위해 광학 판독기들을 포함할 수 있고, 그것의 회전 방향을 결정한다. 종래 기술 분야에 있어서, 웨이퍼들은 바 람직한 회전 방향으로 그것들을 정렬하기 위해 평탄한 파인더 또는 노치 파인더(notch finder)에 따라 회전된다. 평탄한 파인더는 보통 웨이퍼의 가장자리에서 검출되는 광학 센서들의 세트 위 그것의 축 주변에서 웨이퍼를 회전시킨다. 이러한 센서들은 그것이 통과할 때 웨이퍼의 평탄함(또는 노치)을 검출하고, 그에 따라 회전 방향을 결정한다. 계속해서, 웨이퍼들이 재정렬될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 및 센서들 사이에 상대적 모션이 요구된다. PCMD의 표면상에 그레이코드를 사용하고 고정적인 광학 판독기들을 가짐으로써, 웨이퍼의 회전 포지션은 웨이퍼 및 광학 판독기 사이에 어떠한 상대적 모션 없이도 결정될 수 있다.
도 8B는 그레이코드(850)를 갖는 PCMD(100)의 가장자리의 단면을 도시하고 있다. 그레이코드는 웨이퍼의 가장자리에서 위치들을 독특하게 식별하는 패턴을 제공한다. 그레이코드는 일반적으로 연속적인 워드들이 단지 하나의 비트에 의해 변경되는 코드이다. 웨이퍼 표면상에서, 이것은 침착된 층을 패터닝함으로써 생성되는 밝고 어두운 영역들 사이 변화들에 의해 표현된다. 워드는 A-A' 또는 B-B'와 같은 반경을 따라 판독될 수 있다. A-A'에서 판독된 워드는 1,1,1,0 이고, B-B'에서는 1,0,1,1 이며, 밝은 것은 1을 표현하고 어두운 것은 0을 표현한다. 이러한 예는 4개 비트들의 워드를 사용한다. 8 또는 9 비트의 워드를 사용하는 것은 보다 큰 수의 독특하게 식별되는 위치들이 가능하기 때문에 보다 양호한 해상도를 허용한다. 예를 들어, 8 비트를 통해 256개 서로 다른 독특하게 식별되는 위치들이 가능하다.선형 배열과 같이, 판독기는 판독기의 위치와 또한 웨이퍼의 가장자리의 포지션에서 독특한 워드를 결정하도록 사용된다. 2개의 그러한 판독기들을 통해, 웨이퍼의 회전 방향 및 웨이퍼의 중심의 포지션이 발견될 수 있다. 그레이코드는 센서들이 그레이코드 영역에 영향을 미치지 않고 그레이코드가 센서들에 영향을 미치지 않도록 센서들이 위치되는 PCMD의 영역 외부에 위치될 수 있다. 대안적으로, 센서들이 그레이 코드 영역에 영향을 미치는 경우, 판독기들은 적어도 하나의 판독기가 그레이코드를 판독할 수 있도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 판독기들이 PCMD의 가장자리 근처에 60도 이격되는 경우, 판독기들은 하나의 판독기가 센서와 정렬되는 경우 그에 따라 다른 판독기가 명확한 판독을 갖도록 90도 이격될 수 있다. 판독기들 모두는 PCMD의 중심의 포지션이 결정될 수 있도록 PCMD의 가장자리의 포지션을 계속해서 판독해야 한다.
PCMD의 회전이 그레이코드가 사용되는 회전 방향을 결정하도록 요구되지 않는 반면에, PCMD의 이동은 다른 이유들로 바람직할 수 있다. PCMD(800) 및 전자기기 모듈(808) 사이에 유도성 연결은 그것들 사이에 거리가 감소함에 따라 향상된다. 전자기기 모듈(808) 및 PCMD(800)의 중심의 포지션 사이에 향상된 정렬은 또한 연결을 향상시킬 수 있다. 그 연결이 향상되는 경우, 에너지 전달이 보다 빨라지며 PCMD(800)를 충전하는 시간이 그에 따라 감소될 수 있다. 통신은 또한 PCMD(800)가 정확하게 배치될 때 향상될 수 있다. 따라서, 전자기기 모듈(808)과 비교하여 최적의 포지션으로 PCMD(800)를 이동시키는 것은 가치가 있을 것이다. PCMD(800)의 회전은 PCMD(800)의 특정한 회전 방향이 선택될 수 있도록 바람직할 수 있다. 전형적으로, 하나의 조사로부터 다른 것까지 동일한 방향을 유지하는 것이 바람직할 것이다. 히터 존들과 함께 PCMD 온도 프로파일들을 상관시키기 위해 가열 존들에 걸쳐 특정 PCMD 센서들의 포지셔닝과 같은 프로세스 챔버 요소들을 통한 정렬을 위해 PCMD(800)를 회전시킬 필요가 있을 것이다. 때때로, 조사들 사이에 PCMD의 회전 방향을 변경하는 것이 바람직하다. PCMD는 개별적 센서들 사이에 변화로 인해 얼마간의 고유한 불균일성을 가질 수 있다. 서로 다른 PCMD 방향들을 통해 다중 조사들을 수행하는 것은 그러한 불균일성의 효과들이 감소 또는 제거되도록 허용한다. 예를 들어, PCMD는 제 1 방향에서 조사들을 수행하고, 그 후에 제 1 방향으로부터 90도, 180도, 및 270도 오프셋 조사들을 수행할 수 있다. 그 다음으로, 이러한 조사들로부터의 데이터는 보다 정확한 결과를 제공하기 위해 평균화될 수 있다.
도 8C는 핸들링 시스템(880)과 같은 핸들링 시스템 내에서 PCMD를 이동시킬 수 있는 정렬 모듈(881)을 도시한다. 정렬 모듈(881)은 다른 구성요소들을 장착하기 위해 단단한 플랫폼을 형성하는 기초 구조(884)를 포함한다. 기초 구조(884)는 핸들링 시스템 내 슬롯에 부합하도록 디자인된다. 예를 들어, 핸들링 시스템(880)이 300mm 실리콘 웨이퍼들에 대한 사이즈일 때, 기초 구조(884)는 대략 300mm의 직경을 갖는 디스크일 수 있다. 그러나, 기초 구조는 그것이 슬롯 안 또는 슬롯 밖으로 이동될 필요가 없기 때문에, 실리콘 웨이퍼보다 더 두꺼울 수 있다. 기초 구조(884)는 금속 또는 플라스틱과 같은 강하고 단단한 재료로 구성될 수 있다.
하우징(887)은 기초 구조(884)의 상위 표면에 장착된다. 하우징(887)의 상위 표면으로부터 확장한 것은 회전 스테이지(883) 및 암(888)이다. 하우징(887)은 회전 스테이지 및 암(888)에 대해 얼마간의 지지를 제공할 수 있고, 또한 하우징(887) 내 둘러싸인 부분들을 이동시킴으로써 생성되는 어떠한 입자들에 대해 얼 마간의 컨테인먼트를 제공한다.
암(888)은 하우징(887)으로 수축되거나 그것이 하우징(887)으로부터 돌출하도록 확장될 수 있다. 암(888)은 전자기기 모듈로부터 명령 신호에 응답하여 전기 모터에 의해 이동될 수 있다. 암(888)의 엔드에 벨트(882)가 있다. 벨트(882)는 그것이 암(888)의 엔드 주위에서 회전할 수 있도록 휠 또는 베어링 주위를 통과한다. 대안적으로, 휠 단독으로 벨트(882) 대신에 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 암(888)과 같은 피봇팅 암 대신에, 포스트가 사용될 수 있다. 그러한 포스트는 그것의 상위 표면으로부터 확장하는 휠 또는 벨트와 함께 수직으로 이동한다. 대안적으로, PCMD(800)는 경계 주위 휠들에 의해 상승되어 지지될 수 있다. 웨이퍼 경계상에서 밀어올리는 휠들은 PCMD(800)를 상승시킬 수 있고, 그러므로 그것은 FOUP 또는 카세트 선반 위에서 유동적이다. 휠들을 회전시킴으로써, PCMD(800)는 V 형상 슬롯으로 그것들 구동함으로써 중심에 위치될 수 있고, 그에 따라 그것을 명시된 거리로 다시 수축시킨다. PCMD(800)는 그 후에 바람직한 회전 각도에 따라 회전될 수 있다.
회전 스테이지(883)는 하우징(887)의 상위 표면 위에 튀어나온 디스크이다. 회전 스테이지(883)가 회전될 수 있고, 또한 수직 방향으로 확장될 수 있다. 회전은 상승되고 낮춰진 포지션 모두에서 가능하지만, 전형적으로 상승된 포지션에서 수행된다.
로보트 블레이드 검출기(886)는 기초 구조(884)에 장착된다. 로보트 블레이드 검출기(886)는 그것이 시야에서 대상의 존재를 검출할 수 있는 광학 검출기일 수 있다. 로보트 블레이드 검출기(886)는 호스트 시스템으로부터의 로보트 블레이드가 확장할 수 있는 경우 그것의 시야가 배치되도록 위치된다.
도 8D 및 도 8E는 핸들링 시스템(880) 내에 위치되는 정렬 모듈(881)을 도시한다. 기초 구조(884)는 정렬 모듈(881)을 지원하기 위해 핸들링 시스템(880) 내 슬롯으로 확장한다. 기초 구조(884)는 안정적인 플랫폼을 제공하기 위해 이러한 위치에 고정될 수 있다. 전자기기 모듈(808)은 정렬 모듈(881) 위에 위치된다. PCMD(800)는 정렬 모듈(881) 및 전자기기 모듈(808) 사이에 있다. 도 8D는 그것의 통상적 포지션에 따른 PCMD(800)를 도시한다. PCMD(800)의 가장자리들은 핸들링 시스템(880) 내에 제공되는 선반들에 존재한다. 도 8E는 상승된 위치에 따른 PCMD(800)를 도시한다. 이러한 포지션에 따라, 그것은 전자기기 모듈(808) 및 PCMD(800) 사이에 RF 전력의 연결이 향상되도록 전자기기 모듈(808)에 더 가깝다. PCMD(800)는 회전 스테이지(883)에 의해 이러한 포지션으로 상승된다.
도 8F 내지 도 8H는 PCMD(800)를 정렬하는 정렬 모듈(881)을 도시한다. 도 8F 내지 도 8H 각각은 2개의 사시도들을 나타낸다. 좌측 뷰는 위로부터 하나의 사이드까지이다. 우측 뷰는 대응하는 단면도이다. 도 8F는 정렬 모듈(881) 위에 배치되는 PCMD(800)를 도시한다. PCMD(800)는 도 8D에서와 같이 그것의 가장자리들에 유지된다. 암(888)이 돌출되어 이러한 도면에서 나타나지 않는다. 회전 스테이지(883)는 PCMD(800)의 것이 명백하다. PCMD(800)는 이러한 포인트에서 정확하게 중심에 위치되지 않을 수 있다. 이것은 PCMD(800) 중심이 전자기기 모듈의 중심 아래 직접적으로 있지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, PCMD(800)는 바람직한 회전 방향을 가질 수 없다. PCMD(800)의 선형 또는 회전 부정합은 상기 기술된 바와 같이 그레이코드 판독기들에 의해 검출될 수 있다. PCMD(800)에 의해 측정되는 상태들의 정확한 맵을 얻기 위해, PCMD(800)상에 센서들의 위치들이 알려져야 한다. 따라서, 생성된 어떠한 맵도 어떤 회전 방향을 가정한다. 어떠한 변화가 ㅂ바발생하는 경우, PCMD(800)가 이러한 방향으로 복귀되는 것이 일반적으로 바람직하다.
도 8G는 상승된 포지션에 따른 암(888)을 도시한다. 이러한 포지션에서 암(888)을 통해, 벨트(882)는 PCMD(800)의 아랫면에 접촉한다. 벨트(882)는 PCMD(800)의 아랫면에 종사하며, 표시된 방향으로 PCMD(800)를 잡아당긴다. 핸들링 시스템에서, 이러한 방향은 그것의 슬롯으로 더 깊게 PCMD를 끌어당기는데 대응한다. 그러므로, PCMD(800)의 트래블은 슬롯의 물리적 제한들에 의해 제한된다. 벨트(882)는 모터에 의해 작동되고 PCMD(800)를 끌어당기기 위해 충분한 견인력을 제공하는 표면을 갖는 벨트일 수 있다.
도 8H는 상승된 위치에 따라 회전 스테이지(883) 및 (시야 밖) 돌출된 포지션에 따라 암(888)을 통한 정렬 모듈(881)을 도시한다. PCMD(800)는 회전 스테이지(883)에 의해 지지된다. PCMD(800)는 이러한 포인트에서 핸들링 시스템의 다른 부분들의 것이 명백하다. PCMD(800)는 그것이 바람직한 방향에 도달할 때까지 회전 스테이지(883)에 의해 회전될 수 있다. PCMD(800)는 전자기기 모듈(808)로부터 충전하기 위해 상승된 포지션에 남아있을 수 있다. 재충전이 완료될 때, 회전 스테이지(883)가 낮춰질 수 있고 PCMD(800)는 그것 아래서 확장하고 그것의 슬롯으로부터 그것을 들어올리는 로보트 블레이드에 의해 집어질 수 있는 그것의 통상적인 포지션으로 복귀될 수 있다.
로보트 블레이드가 PCMD(800) 아래서 확장되는 반면에, 로보트 블레이드 검출기(886)는 정렬 모듈(881)이 PCMD(800)에 종사하도록 시도하지 않는다는 것을 보장한다. 정렬 모듈(881)이 그러한 시간에 종사하려하는 경우, PCMD(800), 정렬 모듈(881), 또는 로보트 블레이드에 손상이 발생할 수 있다. 이것을 방지하기 위해, 정렬 모듈(881)은 로보트 블레이드 검출기(886)가 로보트 블레이드의 존재를 검출할 때 그것이 동작하는 것을 방지하도록 연동 메카니즘을 가질 수 있다.
데이터가 PCMD에 의해 수집되고 핸들링 시스템에 전달된 후에, 그 데이터는 그것이 엔드 사용자에 의해 액세스될 수 있는 포인트로 계속해서 전달될 필요가 있다. 이것은 다양한 방식들로 행해질 수 있으며, 그 중 2개는 도 9A 및 도 9B에 도시되어 있다. 예를 들어, 엔드 사용자(985)는 USB 케이블, IRDA 접속, Wi-Fi 또는 블루투스 무선 접속에 의해서나, 다른 테크놀로지들의 사용에 의해 핸들링 시스템에 접속되는 랩탑 컴퓨터를 사용함으로써 PCMD(900)에 의해 수집되는 데이터에 액세스할 수 있다. 핸들링 시스템(980)은 엔드 사용자가 또 다른 위치에서 PC상의 데이터를 수신하도록 허용하기 위해 이더넷 접속에 의해서와 같이 네트워크에 접속할 수 있다. PDA는 데이터를 수신 및 검사하기 위해 PC 대신에 사용될 수 있다. 대안적으로, 데이터는 플래시 메모리상에 기록될 수 있고, 랩탑, PDA, 또는 다른 디바이스에 물리적으로 이동될 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션(987)은 적절한 포맷으로 엔드 사용자(985)에게 데이터를 제공하기 위해 핸들링 시스템(980)에 의해 전 송되는 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 디지털 데이터는 온도 판독들로 변환될 수 있다. 소프트웨어 애플리케이션(987)은 랩탑 PC, 데스트탑 PC, 또는 PDA를 포함하는 다양한 플랫폼들에서 작동할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 핸들링 시스템(980)으로부터 데이터의 전달은 핸들링 시스템(980)에서 능동 RFID 송신기를 사용함으로써 달성된다. 이것은 자신이 엔드 사용자에 의해 액세스될 수 있는 네트워크에 데이터를 송신하도록 FOUP에 가까운 RFID 판독기의 존재를 사용한다. FOUP들을 사용하는 반도체 설비들(Fab들)은 일반적으로 RFID 태그들에 의해 그것들의 콘텐츠들 및 개별적 FOUP들을 트래킹한다. 태그들은 일반적으로 그것들이 판독기에 의해 질의될 때 식별 번호를 제공할 수 있는 수동 디바이스들이다. 판독기는 일반적으로 어떠한 특별한 시간에 로드 포트에서 FOUP의 식별이 알려지도록 프로세싱 시스템에 FOUP가 접속하는 로드 포트에 제공된다. Fab에 걸친 그러한 판독기들의 네트워크는 서로 다른 FOUP들의 포지션을 모니터링하고 효율성을 최적화하기 위해 FOUP들의 이동을 조정할 수 있는 소프트웨어 시스템에 접속된다. 그러한 네트워크에 관한 어떠한 산업 표준들은 "장비 제조의 통신 및 제어를 위한 일반적 모델(General model for communications and control of manufacturing equipment)", (GEM), SEMI E30 및 SEMI E87-0703에 기술되어 있다. 네트워크에 접속되는 그러한 판독기의 존재는 핸들링 시스템으로부터 엔드 사용자에게 데이터를 전달하기 위한 편리한 방식을 제공한다.
능동 RFID 송신기는 핸들링 시스템으로부터 판독기로 다른 정보 및 기록된 데이터를 전송하도록 사용될 수 있다. 네트워크는 FPUP에 대한 식별 번호에 따른 사이즈, 전형적으로 80 바이트에 대응하는 패킷들에서 데이터를 프로세싱하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 핸들링 시스템으로부터 정보는 일련의 80 바이트 단위로 전송될 필요가 있을 수 있다. 이러한 목적을 위해 RFID 시스템을 사용하는 것은 수신 하드웨어가 이미 바람직한 위치에 존재하고 네트워크에 접속되는 장점을 갖고, 그 송신은 매우 짧은 범위에 걸치며 따라서 매우 적은 전력을 요구하고, 일반적으로 이웃하는 시스템들로부터의 간섭으로 손해를 입지 않는다. RFID의 이러한 형태들은 공통으로 사용되는 이러한 시간에서 12 인치보다 적은 범위를 갖는 124 kHz의 주파수에서 저주파 시스템과, 약 90피트의 범위를 갖는 13.56 MHz에서 동작하는 중간 주파수 시스템과, 2.4 GHz의 주파수 및 100 피트를 넘는 범위를 갖는 고주파 시스템이다. 능동 RFID 송신기들은 송신기 및 판독기의 정렬이 중요하지 않도록 3차원으로 송신할 수 있다. 그러한 송신기의 일례는 ECM 전자 3DC1515이다. 상기 예가 300mm 웨이퍼들을 통해 사용되는 FOUP 테크놀로지를 언급하는 반면에, 본 발명의 이러한 측면은 또한 200mm 웨이퍼들 및 SMIF(standard mechanial interface)와 같은 기판 캐리어들 및 다른 산업 표준 기판들을 통해 사용될 수 있다. 유사한 산업 표준들은 다른 기판들 및 캐리어에 대해 존재한다.
도 9A에 도시된 시스템에서, 제조 설비에 따른 엔드 사용자는 핸들링 시스템(980) 등으로부터 PCMD(900)를 언로딩하고 그로 로딩하는 핸들링 시스템(980)으로부터 하나 또는 그 이상의 데이터 전달을 수동으로 개시한다. 설비 엔지니어 또는 다른 엔드 사용자에 의한 개입이 거의 없거나 전혀 없이 보다 많이 컴퓨터 제어되도록 제조 설비들에 대한 트렌드에 일치하여, 핸들링 시스템(980)을 통한 통신은 도 9B에 도시된 바와 같이 자동으로 구성될 수 있다. 측정과 다른 데이터 및 명령들은 도 9A와 관련하여 상기 기술된 바와 같이 블루투스, WAN, IRDA, 또는 RFID나, 다른 것들 중 하나에 의해 컴퓨터(983) 및 핸들링 시스템(980) 사이에 송신된다. 컴퓨터(983)는 핸들링 시스템(980) 및 PCMD(900)을 통해 데이터의 전달 및 동작을 제어하도록 애플리케이션 소프트웨어(981)에 따라 동작한다. 컴퓨터(983)는 SECSII, GEM, 또는 다른 적절한 버스 표준에 따라 인터페이스(984)를 통해 중앙 컴퓨터 시스템에 접속되는 것이 바람직하다.
핸들링 시스템(980) 내 배터리들의 충전기(982)는 핸들링 시스템을 통해 전력 소스의 견실한 기계적 또는 전기적 접속에 대한 필요성 없이 전력을 충전하는 접속을 허용하는 유도성 전력 연결 디바이스로도 공통으로 알려진 분리 변압기를 포함한다. 핸들링 시스템(980)과 함께 접속되는 분리 변압기의 일부는 그의 외부 표면상에 부착되는 것이 바람직하다. 분리 변압기의 메이팅 부분은 핸들링 시스템(980)이 특별한 규정된 위치에 배치될 때 핸들링 시스템 부분에 의해 인접되는 위치에 고정되어 유지된다. 이것은 로보트 기계에 의해 그렇게 배치되어 PCMD 시스템이 사용되는 제조 설비의 일부 또는 툴들 작동시킬 때 자동으로 발생하도록 배터리 충전을 허용한다.
도 2B는 HS(200)의 사용자 측 또는 전면을 도시하고 있다. 메모리 카드(228)는 전자기기 모듈(208)에 삽입되는 것으로 도시되며, HS(200)의 일부로 고려될 수 있다. HS(200)는 스마트카드®, 소니 메모리 스틱®, SD("Secure Digital") 카드®, CF("Compact Flash"), 또는 MMC("Multi-Media Card")®와 같은 어떠한 수의 메 모리 카드 포맷들을 수용하며, 이에 제한되지 않는다. PCMD는 서로 다른 형태들의 환경들에서 다양한 상태들을 기록하도록 "조사로" 전송된다. 각각의 환경 및 전체 조사에 대해, 사용되는 샘플링 레이트, 샘플링 지속기간, 및 센서들과 같은 PCMD의 다양한 파라미터들을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 디스플레이(232)는 조사에서 사용될 센서들의 수 및 배열과, 조사의 다양한 사이클들의 길이 및 시간들과, 센서들의 샘플링 레이트와, 센서 전자기기 등등과 같은 PCMD의 셋업에 관해 사용자에게 정보를 빠르게 전달한다. 조사상에서 검색되는 조사 프로파일 및 데이터는 또한 전자기기 모듈(208)의 플래시 메모리 내 또는 메모리 카드(228)상에 저장될 수 있다.
모든 PCMD(100) 및 HS(200)의 파라미터들은 또한 포트(224)의 범용 직렬 버스(USB)를 통해서 또는 적외선 포트(220)를 통해서 통신하는 다른 스마트 디바이스 또는 개인용 컴퓨터에 의해 액세스 및 구성될 수 있다. 그것들은 또한 적외선 포트(220)에 원격 제어 통신함으로써 액세스될 수 있다. HS(200) 및 PCMD들 또한 구성될 수 있고, 모여진 데이터는 PCMD의 가장 자주 사용되는 파라미터들을 제어/액세스하고 소프트웨어 구동되는 기능 스위치들(240)을 통해 조작될 수 있다. 표시자 램프들(232)은 또한 HS(200) 내 PCMD들 및 HS(200)의 상태를 사용자에게 알리기 위해 작동한다. 뷰포트(244)는 사용자가 하나 또는 그 이상의 PCMD들을 보도록 허용한다.
도 3A 및 도 3B는 도 4A 및 도 4B 각각의 흐름도들을 참조로 하는 (구성요소들 없이) PCMD(100)의 실시예들의 단면도들이다. PCMD들이 구성되는 방법을 기술하 는 상기 단면도 및 흐름도들은 차례로 제시된다.
도 4A는 회로 트레이스들에 대해 사용되는 단일한 전도층을 통해 실시예를 구성하는 프로세스를 도시한다. 도 4A의 단계(404)에서, 절연층(304)은 기판(102)상에 형성된다. 절연층(304)은 산화물을 포함하는 것이 바람직하지만, 어떠한 공지된 절연 재료일 수 있고 기판(102)의 표면상에 침착 또는 성장될 수 있다. 단계(408)에서, 절연층(308)은 절연층(304) 상에 형성된다. 절연층(304, 308)은 서로 다른 재료들을 포함하는 것이 바람직하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 양호한 실시예에서, 절연층(308)은 질화물을 포함한다. 단계(412)에서, 전도층(312)은 절연층(308) 상에 형성된다. 다음으로, 단계(416)에서 전기 트레이스들은 공지된 패터닝 및 에칭 방법들에 따라 전도층(312)에 패터닝 및 에칭된다. 단계(420)에서, 패시베이션 층(316)은 단계(416)의 전도성 트레이스들에 형성된다. 단계(424)에서, 구성요소들(140)에 대한 공동들(142)은 하나 또는 그 이상의 층들을 통해 기판 내에 형성된다. 공동들(142)은 기계적으로 형성될 수 있거나 에칭될 수 있다. 단계(428)에서, 구성요소들(140)(도시되지 않음)은 공동들(142) 내에 삽입되어 도 1C에 도시된 전도층(312)에서 트레이스들에 전기적으로 연결된다. 다음으로, 단계(432)에서 패시베이션 층(도시되지 않음)은 구성요소들(140) 및 다른 층들 위에 형성된다. 패시베이션 층은 어떠한 공지된 재료들도 포함할 수 있지만, 폴리이미드 또는 질산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 단계(436)가 수행될 수 있고, 전기적 및 화학적 보호 실드 층이 패시베이션 층 위에 형성된다. 이것은 실드 층이 그러한 환경들에 공통인 다른 요소들 및 기체들에 거의 불침투적인 것과 같이, 플라즈마 에칭 챔버들에서와 같은 매우 거친 프로세싱 환경들로부터 PCMD를 보호하는데 특히 유용하다. 그 실드 층은 또한 플라즈마 챔버들에서 높은 에너지 이온 충격에 의해 유도되는 에칭 프로세스에 저항력이 있어야 한다. 실드 층의 일례는 실제로 Mylar®과 같은 폴리머 층, PE 층, 금속 박, 및 surlyn®과 같은 밀봉층을 포함하는 서로 다른 층들의 합성물이다. 실드 층의 전체 두께는 25로부터 99 microns보다 더 큰 범위에 있을 수 있다.
도 4B는 인터 레벨 바이어스에 의해 연결되는 2개의 전도층들을 갖는 실시예를 구성하는 프로세스를 도시한다. 단계들(404, 408)은 도 4A에서의 것들과 동일하다. 단계(412)에서, 제 1 전도층(312A)은 절연층(304) 상에 형성된다. 단계(413)에서, 유전층(310)은 전도층(312A) 상에 형성된다. 그 후에, 바이어스(312C)에 대한 개구부들이 단계(414)에서 유전층(310)에 형성된다. 다음으로, 단계(415)에서 전도층(312B) 및 바이어스(312C)는 유전층(310) 상에/에 형성된다. 단계(416)에서, 전기 트레이스들은 전도층들(312A, 312B)의 노출된 부분에서 패터닝 및 에칭된다. 단계들(420 내지 436)은 도 4A에서와 동일하다.
도 10A 및 도 10B는 환경으로부터 PCMD의 구성요소들(1020 내지 1022)을 보호하는 덮개들(1010 내지 1013)의 예를 도시한다. 도 10A에서, 단일한 덮개는 3개의 구성요소들에 대해 사용된다. 단일한 덮개에 의해 커버되는 구성요소들의 수는 그 구성요소들의 사이즈들 및 위치들에 의존하지만, PCMD에서 하나의 구성요소로부터 모든 구성요소들까지의 어떤 것일 수 있다. 도 10A는 3개의 구성요소들(1020 내지 1022)과, 단일한 덮개(1010)에 의해 커버되는 부착된 배선 결합들(1048)을 도시 한다. 도 10B에서, 개별적 덮개들(1011 내지 1013)은 각각의 구성요소(1020 내지 1022)에 대해 사용된다. 다양한 재료들은 덮개들(1010 내지 1013)과 같은 덮개들을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 집적 회로들을 패키징하기 위해 사용되는 것과 유사한 세라믹 덮개는 PCMD에서 하나의 구성요소 또는 구성요소들의 그룹을 커버하도록 적응될 수 있다. 특별히 거친 화학적 환경들에 대해, 덮개들은 화학적 공격에 저항하는 사파이어와 같은 재료들로 구성될 수 있다. 전자기장들로부터의 보호가 요구되는 경우, 덮개들은 금속 또는 도핑된 실리콘과 같은 전도성 재료로 구성될 수 있다. 일부 애플리케이션들에 대해, 플라스틱 덮개들이 사용될 수 있다. 덮개들(1010 내지 1013)은 종래의 방식으로 기판(1002)에 결합된다.
도 10C의 예에서, 단일 덮개(1030)는 기판(1002)의 상위 표면을 커버하도록 사용된다. 덮개(1030)는 기판(1002)과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판이 실리콘으로 구성되는 경우, 덮개는 또한 실리콘으로 구성될 수 있다. 따라서, PCMD(100)는 외부로부터 실리콘 웨이퍼를 닮는다. 그것의 외관 및 특징들은 측정된 값들이 실리콘 웨이퍼에서 발견되는 값들에 가능한 한 근사하도록 실리콘 웨이퍼의 것들과 유사하다. 덮개(1030)는 밀봉된 유닛을 형성하도록 기판(1002)에 결합될 수 있다. 그러한 유닛 내 공동들은 고온에서 확장하고 유닛이 실수하도록 야기할 수 있는 기체를 배제하기 위해 적절한 재료로 충전될 수 있다.
도 10D에 도시된 예에서, 3개의 층 구조가 사용된다. 트레이스들(도시되지 않음)이 형성될 수 있고, 구성요소들(1020 내지 1022)이 기판(1002)에 부착되어 트레이스들에 결합될 수 있다. 그 후에, 제 2 층(1050)이 제자리에 놓인다. 이러한 층은 구성요소들(1020 내지 1022)에 대해 형성되는 컷 아웃들(cut-outs)을 갖는다. 이러한 층은 기판(1002)에 유사한 특징들을 갖도록 실리콘일 수 있다. 다음으로, 덮개(1030)는 층(1050)의 상위 표면에 부착된다. 이러한 방법은 각각의 공동의 깊이가 층(1050)의 두께와 같기 때문에, 공동들이 깊이에서 균일하도록 허용한다. 또한, 층(1050)의 상위 및 하위 표면들은 기판(1002) 및 덮개(1030)에 양호한 부착성을 제공하는 높은 평면성을 제공할 수 있다.
도 10A 내지 도 10D의 실시예들에서, 집적 회로 다이는 도 1C와 관련하여 위에 기술된 방식에 따라 기판에 부착되는 것이 바람직하며, 열 전도성 포팅 재료는 또한 정교한 납 배선들을 보호하고 기판(1002)에 걸쳐 열 공간들의 생성을 피하도록 공동들을 충전할 수 있다.
상기 기술된 것에 따른 PCMD의 대안적인 구조는 도 11A 및 도 11B에 도시되어 있다. 센서와, 프로세서 및 다른 집적 회로들과, 전자 구성요소들은 기판 내에 둘러싸인 공동들에 배치된다. 그 공동들은 완성된 기판을 형성하도록 열 및 전기적 결합과 함께 부착되는 다른 재료 또는 실리콘의 위와 아래 디스크들 중 하나의 표면에 형성되는 것이 바람직하다. 전자 구성요소들은 디스크들 사이에 겹쳐지는 얇은 폴리머 막 내에 캡슐화된 전도체들에 의해 함께 접속된다. 이러한 막은 단지 디스크들의 영역의 적은 부분만을 커버하기 위한 방식에 따라 구성요소들 사이에 그것의 전도체들을 확장시키고, 그러므로 결과적인 측정 도구의 열 특징들의 어떠한 방해도 최소화한다. 열 특징들은 고체 디스크의 것들과 매우 유사한 상태에 있다.
도 11A를 참조로 하면, 원형 웨이퍼가 평면도로 도시되어 있다. 단지 15개 온도 센서들(1301 내지 1315)만이 설명의 단순성을 위해 도시되어 있고, 더 많은 것들이 전형적인 테스트 웨이퍼에 대해 희망된다. 전기적 전도체들을 포함하는 폴리머 막의 스트립들은 그에 상호접속하는 버스를 포함하는 2개의 반원 폴리머 막 세그먼트들(1317, 1319) 중 하나 및 그것들에 부착되는 센서들 사이에서 확장한다. 막 스트립들(1321 내지 1323)은 직선 반경 라인들에 따라 확장하고 각각이 부착된 2개의 센서들을 가지며, 막 스트립들(1315 내지 1327)은 각각에 부착되는 3개의 센서들을 통해 "Y" 형상을 이룬다. 2개의 버스 세그먼트들(1317, 1319) 사이에 배치되는 또 다른 폴리머 막 세그먼트(1331)는 마이크로컨트롤로와 그것에 부착되는 연관된 전자 구성요소들을 포함한다. 센서들과, 막 스트립들 및 세그먼트들은 동일한 외부 치수들을 갖는 위와 아래 판들 사이에 가장 편리하게 장착되는 기판 내에 포함된다. 막 세그먼트(1331)는 상위 노출된 표면상에 4개의 서라운딩 LED들(1334) 및 외부 중심 코일(1333)과 접속하는 또 다른 폴리머 세그먼트(1332)로 확장한다. 배터리들(1343, 1345)은 각각의 반원 부분들(1317, 1319)에서 버스에 전기적으로 접속된다. 애플리케이션 및 결과적인 전력 필요성들에 의존하여 인스톨되는 단지 하나의 배터리 또는 2개 이상의 배터리들이 대안적으로 존재할 수 있다. 따라서, 센서들, 전자 구성요소들, 및 전력 소스는 기판 구조 내 폴리머 막 세그먼트들에서 전도체들에 의해 (이하 도 18에 의해서와 같이) 본 명세서에 다른 곳에서 기술되는 시스템으로 함께 접속된다. 사용되는 폴리머는 폴리이미드인 것이 바람직하다.
배터리들(1343, 1345)은 기판의 상위 표면상에 장착될 수 있지만, 기판 내에 포함되는 것이 또한 바람직하다. 그에 따라, 차단 가능한 개구부(도시되지 않음)는 기구의 수명 동안 그것들을 대체하도록 액세스를 위해 각각의 배터리들에 걸쳐 판들 중 하나에 제공된다. 완성된 기판의 모든 사이드들은 이러한 실시예에서 코일(1333) 및 LED들(1334)에 대해 외부적으로 장착될 필요가 있다는 것을 제외하고 이러한 표면들 상에 장착되는 어떠한 구성요소들 없이도 평탄한 것이 바람직하다.
도 11B에 도시된 폴리머 스트립(1321)에 따라 취해진 단면도를 참조로 하면, 공동들(1335, 1337)은 각각의 온도 센서들(1301, 1302)을 포함하도록 하위 디스크(1339)에 형성된다. 이러한 온도 센서들은 폴리머 스트립(1321)에 미리 부착되고, 결합 배선들의 사용 없이 그에서 전도체들에 직접적으로 전기적 및 기계적으로 접속된다. 실제로, 직선 폴리머 스트립들(1321 내지 1323)은 제조 과정을 크게 단순화하는 각각의 "Y" 스트립들(1325 내지 1327)과 동일하다. 단지 제한된 수의 서로 다른 폴리머 세그먼트 구조들이 구성될 필요가 있다. 이러한 실시예에서, 단지 2개의 서로 다른 센서 어셈블리들만이 코일(1333) 및 LED들(1334)에 대해 세그먼트(1332) 및 전자 구성요소 어셈블리(1331)에 더하여 사용된다. 이것들 각각에 있어서, 구성요소들은 센서들 및 다른 구성요소들을 포함하는 공동들 사이에 확장하도록 폴리머에 대해 하위 디스크(1339)의 상위 표면에 제공되는 그루브들로 미리 조립되는 유닛과 같은 설치 이전에 폴리머 세그먼트들에 부착된다. 개별적 폴리머 세그먼트들에 대한 센서들 및 다른 구성요소들은 설치 이전에 심지어 테스트 및 캘리브레이팅될 수 있다. 일단 모든 폴리머 세그먼트들이 하위 디스크(1339)에서 인스톨되면, 그에 따라 동일한 외부 형상의 상위 디스크(1341)는 하위 디스크에 부착되고, 그 조합은 완성된 기판을 형성한다. 대안적으로, 막 스트립들 및 세그먼트들 에 대한 그루브들은 상위 디스크(1341)의 하위 표면상에 형성될 수 있다. 더 많은 센서들을 갖는 보다 복잡한 레이아웃은 부착된 다른 구성요소들 및/또는 센서들을 갖는 하나 또는 몇 개의 추가적인 서로 다른 폴리머 세그먼트일 수 있을지라도 동일한 방식에 따라 구현된다.
센서들 및 다른 구성요소들은 온도 감지 칩들(1301, 1302)이 각각의 공동들(1335, 1337)의 하위들에 부착되는 도 11B에 도시된 바와 같이 디스크 공동들의 하위에 부착되는 것이 바람직하다. 자신들의 공동들 내 센서들 및 구성요소들 주위 어떠한 공간 또한 열 전도성 재료로 충전되는 것이 바람직하다. 점착성 충전 재료들은 도 1C와 관련하여 상기 기술된 것과 동일할 수 있다. 폴리머 스트립들 및 다른 세그먼트들이 결과적인 측정 디바이스의 영역의 적은 부분만을 커버하기 때문에, 상위 및 하위 디스크들(1339, 1341)은 2개의 디스크들의 거의 모든 영역, 바람직하게는 80 퍼센트 이상 또는 심지어 그것들의 공통 영역의 90 퍼센트에 걸쳐 적절한 접착제를 통해 견고하게 기계적, 열적, 및 전기적으로 부착된다. 이러한 예에서, 하위 및 상위 디스크들은 동일한 직경을 통해 순환적이다.
이러한 특징들의 결과로, 디스크 내 센서들, 전자 구성요소들, 전도체들, 폴리머들, 및 다른 요소들은 웨이퍼에 걸쳐 측정된 온도들을 매우 적게 혼란시킨다. 도 11A 및 도 11B의 구조에 의해 전기적 요소들이 제공되는 보호 때문에, 디바이스는 감광성 프로세스 열 판을 튜닝하는 것뿐만 아니라 플라즈마, 습식, 및 도금 프로세스들에서와 같이 다양한 적대적 환경들에서 온도들을 측정하도록 사용될 수 있다. 물론, 도구는 이러한 특정 애플리케이션들에 제한되지 않는다. 도 11A 및 도 11B에 도시된 구성은 그 구조 내에서 측정될 수 있는 다른 파라미터들의 센서들이 온도 센서들에 대해 대체될 수 있는 것과 같이, 온도 측정에 제한되지 않는다. 그리고, 대부분의 어떠한 애플리케이션에서, 그 도구는 사용될 때 인버팅될 수 있고, 상위 및 하위 디스크들이 역으로 된다.
대안적인 실시예에서, 전자기기 모듈에 더 가깝게 PCMD(800)을 이동시키기 위해 그것을 상승시키는 대신에, 전자기기 모듈 또는 그 전자기기 모듈의 일부는 PCMD(800)에 그것이 더 가깝도록 낮춰진다. 도 8I는 PCMD(800)를 향해 낮춰지는 E코일(810)을 포함하는 전자기기 모듈의 일부를 도시한다. E 코일(810) 및 PCMD(800) 사이에 거리가 감소함에 따라, E 코일(810)로부터 PCMD(800)까지 전력 전달의 효율성이 향상된다. 전형적으로, E 코일이 PCMD(800)에 가까울 때, PCMD(800)를 재충전하기 위한 시간은 대략 10분이다.
로보트 블레이드 검출기(886)가 PCMD(800)에 접근하는 로보트 블레이드를 검출할 때, 로보트 블레이드와 간섭할 수 있는 이동 부분들은 그것들이 간접하지 않는 포지션들로 배치되어야 한다. E 코일(810)이 PCMD(800)를 통한 연결을 향상시키도록 낮춰지는 경우, 그것은 로보트 블레이드가 PCMD(800)를 들어올리려 시도하기 이전에 수축되어야 한다. 전형적으로, 이것은 로보트 블레이드가 로보트 블레이드 검출기(886)에 의해 검출되는 시간으로부터 그것이 0.1 내지 0.3 초 내에 수축되어야 한다는 것을 의미한다.
일 실시예에 있어서, FOUP 도어의 포지션은 E 코일(810)의 포지션을 결정할 수 있다. FOUP 도어가 개방될 때, 로보트는 PCMD를 집으려 시도할 수 있고, 그러므 로 E 코일(810)은 상승된 포지션에 따라 유지된다. FOUP 도어가 폐쇄될 때, 로보트는 PCMD를 집으려 시도하지 않을 것이고, 그러므로 E 코일(810)은 낮춰진 포지션에 따라 배치된다. E 코일(810)의 움직임은 FOUP 도어의 움직임에 의해 트리거되거나 전력 공급될 수 있다. 대안적으로, 움직임은 모터 또는 스프링에 의해 전력 공급될 수 있다. FOUP 도어 모션에 E 코일 모션을 링크하는 것은 불필요한 로보트 블레이드 검출기(886)를 만들 수 있다.
압축 알고리즘은 데이터의 다중 채널들에 대해 사용된다. 그 알고리즘은 공간 및 시간 압축 모두를 사용할 수 있다. 그것은 적은 시간 모션을 갖는 신호들에 대해 적절하고, 신호 형상 및 환경에 의존하는 적응 압축을 사용한다. 그것은 3개의 단계들, 1) 공간 온도 분포를 분석하고, 2) 시간 분포를 분석하고, 3) 온도 프로파일 및 특징들을 분석하며, 4) 상기 단계들에서 검출되는 웨이퍼에 걸친 차이들에 기초하는 어떠한 데이터를 압축 또는 생략하는 단계들을 포함한다.
도 12 내지 도 15는 데이터 압축의 예들을 도시한다. 처음으로 도 12를 참조로 하면, 센서들(124)로부터 데이터를 프로세싱하기 위한 마이크로프로세서(124)(도 1)의 사용은 개념적으로 예시된다. 이러한 애플리케이션에 대해 활용될 수 있는 많은 상업적으로 사용가능한 마이크로컨트롤러들이 존재한다. Texas Instruments Incorporated로부터 사용가능한 마이크로컨트롤러들의 MSP430 믹스된 신호 시리즈들 중 하나가 한 가지 양호한 선택이다. 이러한 마이크로컨트롤러는 중앙 프로세싱 유닛(1105), 휘발성 랜덤 액세스 메모리(107), 및 입력 출력 인터페이스(1109) 뿐만 아니라, 아날로그 디지털 변환기(1101) 및 비휘발성 플래시 메모 리(1103)를 포함한다. 센서들(124)의 아날로그 출력들은 스위칭 회로(1111)에 의해 표시되는 바와 같이 한번에 하나가 샘플링되며, 디지털 신호로 변환된다. 샘플 레이트, 즉 센서들 출력들의 샘플들 사이에 시간 간격의 세팅은 제어 회로(1113)를 통해 타이머(1102)에 의해 제어되며, 이하 기술되는 방식에 따라 저장된 데이터의 양을 추가로 감소시키도록 변경될 수 있다.
ADC(1101)의 출력에서 디지털 샘플 값들은 시스템의 희망되는 완전한 분해능을 통해 센서들에 의해 측정되는 값들을 표현할 수 있는 다수의 비트들을 포함한다. 예시적 알고리즘에서, 이러한 값들은 그에 따라 시간적으로(동일한 센서들이 검출되는 시간 순차적 값들 사이의 차이들) 또는 공간적으로(동일한 샘플 기간에서 서로 다른 센서들 사이의 차이들)센서 판독들 사이에 증분 차이들의 값들로 압축된다. 증분 차이들은 완전한 분해능을 통해 초기에 얻어진 값들보다 훨씬 더 적은 수의 비트들로 표현된다. 이것은 웨이퍼에 대한 비휘발성 메모리의 사이즈나, 웨이퍼로부터 데이터의 송신의 대역폭이나, 둘 모두 최소화되도록 허용한다. 데이터를 얻어 저장 및/또는 송신하도록 사용되는 배터리 전력의 양이 결과적으로 감소된다.
도 13의 흐름도는 예시적인 압축 알고리즘의 개요를 제공한다. 제 1 단계(1113)에서, 데이터 샘플들의 세트는 완전한 분해능을 통해 ADC(1101)(도 12)의 출력에서 센서들(124)로부터 얻어진다. 이러한 획득은 동일한 센서들로부터의 값들이 마지막 시간에 취해진 후에 "세트 간격"을 발생시킨다. 이러한 간격은 이하 기술되는 바와 같이 독립적으로 제어될 수 있다. 이러한 데이터는 단계(115)에 의해 표시되는 바와 같이 전체 수의 비트들을 통해 RAM(1107)에 일시적으로 저장된다.
다음 단계(1117)에서, 센서들(124) 중 제시된 하나로부터 바로 판독된 값과 동일한 센서에 대한 즉각적인 선행하는 사이클 동안 판독되는 값 사이의 차이는 CPU(1105)에 의해 계산된다. 이것은 판독될 모든 센서들에 대해 행해지며, 이러한 시간 차이들은 RAM(1107)에 일시적으로 저장된다. 마찬가지로, 다음 단계(1119)에서 판독될 개별적 센서들과 기준으로 지정된 센서들 중 하나의 값들 사이의 차이들은 현재 샘플 기간 동안 모두 공간 차이들과 같이 계산되어 일시적으로 저장된다. 그 후에, 저장된 시간적 및 공간적 차이들은 차이들의 어느 세트가 최소인지를 식별하도록 단계(1121)에서 비교된다. 이러한 보다 작은 값들은 데이터의 최소량을 통해 센서들의 최신 기간 출력을 표현하도록 웨이퍼로부터의 송신 및/또는 웨이퍼상에 비휘발성 저장을 위해 선택된다. 단계들(1123 또는 1125) 중 하나에서, 차이 값들의 선택된 세트가 저장된다. 차이들의 선택된 세트는 각각의 기간에서 플래시 메모리(1103)로 기록될 수 있거나, 플래시 메모리에 블록과 같이 함께 프로그래밍하기에 보다 효율적으로 만드는 데이터의 블록이 존재할 때까지 RAM(1107)에 누적될 수 있다.
많은 샘플 기간들 동안 얻어지는 이러한 차이 데이터의 예시적인 테이블은 이러한 프로세스를 추가로 예시하도록 도 14에 도시된다. 측정 사이클의 시작에서, 제 1 데이터 샘플 기간에 따라 모든 센서 출력들의 값들은 세로에 "시작"으로 마킹된 압축되지 않은 "완전한" 형태로 저장된다. 이것은 시간 차이들이 계산되고 절대값들이 압축 해제 동안 웨이퍼를 재구성하는 절대 기준을 제공한다. 마찬가지로, 압축된 데이터는 공간 차이들이 계산되고 절대값들이 나중에 재구성되는 절대 기준 과 같이, 도 14에 센서(0)로 도시되는 각각의 샘플 기간들에서 센서들 중 하나에 대해 저장된다.
시간(t-n1)에서 샘플 기간에 따라, 차이는 최신 센서 판독 및 즉각적인 선행하는 샘플 기간의 것 사이에 각각의 센서에 대해 저장되며, 시간 차이이다. 시간(t-n2)에서 또 다른 샘플 기간에, 차이는 그것의 최신 값과 기준 센서(0)의 것 사이에 각각의 센서에 대해 저장되며, 공간 차이이다. 그리고, 도 14의 예에서 표현되는 최종 시간 기간에서, 시간적 차이들은 그 시간에서 센서 출력들의 값들을 표현하도록 다시 계산 및 저장된다. 스위치가 허용되기 이전에 존재하도록 자신들 사이의 얼마간의 문턱 차이를 설정함으로써 시간적 또는 공간적 차이들을 저장하는 사이에 스위칭의 주파수를 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 어떠한 샘플들이 시간적 차이들로 저장되고 다른 것들이 공간적 차이들로 저장될지라도, 그것들의 전체 값들은 도 14의 테이블의 데이터로부터 실시간으로 또는 테스트가 완료된 후에 이러한 데이터를 수신하는 다른 계산 디바이스의 개인용 컴퓨터에 의해 모두 재구성될 수 있다.
시간적 또는 공간적 차이들이 바람직할 때의 기간들은 도 15의 온도 곡선으로 도시되며, 그것은 웨이퍼를 빠르게 가열하고(영역 1127), 시간에 대한 최대 기간을 유지하고(영역 1129), 그에 따라 웨이퍼를 빠르게 냉각시키는(영역 1131) 감광성 프로세스에 따란 온도 사이클을 대략적으로 표현한다. 영역들(1127, 1131)에서, 온도 차이들은 실질적으로 균일한 웨이퍼에 걸쳐 온도를 유지하도록 일반적 목적을 가정하는 공간적 온도 차이들보다 크기에서 더 클 가능성이 높다. 그에 따라, 공간적 차이들은 더 적은 수의 데이터의 비트들에 의해 표현될 수 있으므로 선택될 것이다. 영역(1129)에서, 시간적 차이들은 저장될 데이터의 최소량을 결과로 나타낼 수 있다.
각각의 측정 사이클에서 가장 유리한 시간적 또는 공간적 차이들의 자동 선택이 기술되었을지라도, 그 프로세스는 자동적으로 또는 사용자 선택에 의해 하나 또는 다른 것이 다양한 부분들에 걸쳐 사용되도록 하거나 모든 제시된 측정 동작에 의해 대안적으로 구현될 수 있다. 유용한 데이터 압축은 또한 시간적 또는 공간적 차이들 중 하나만을 계산하는 시스템에 의해 얻어질 수 있다. 도 13이 단계들(1117, 1119) 중 하나는 그에 따라 단계(1121)와 단계들(1123, 1125) 중 하나인 것과 같이 생략된다.
도 13의 흐름도로 돌아가면, 추가적인 데이터 감소는 센서 데이터의 연속적인 샘플들을 취하는 것 사이에 "세트 간격"인 데이터의 획득의 레이트를 제어함으로써 선택적으로 발생할 수 있다. 예시적인 프로세스의 제 1 단계(1133)에서, 세트 간격이 온도의 최신 절대값 또는 측정될 다른 파라미터 때문에 변경되어야 하는지의 여부가 결정된다. 예를 들어, 도 15에서 일부 문턱(1135) 아래 있을 때, 온도에 대해 많이 아는 것은 불필요할 수 있다. 이러한 경우에, 세트 간격이 연장될 수 있고, 따라서 얻어져서 저장되는 데이터의 양을 감소시킨다. 온도가 문턱(1135) 위에 있을 때, 이러한 예에서 보다 짧은 세트 간격이 사용된다. 이러한 특징은 보통 문턱 온도와 같은 사용자 세팅에 의해 구현될 것이다. 추가로, 2개 이상의 세트 간격들이 제공될 수 있고, 각각은 2개 이상의 온도 범위 중 유일한 하나 내에서 동작가 능하다. 그리고, 2개 또는 그 이상의 온도 범위들은 그 온도가 상승하거나 하강하는지의 여부에 의존하여 서로 다르게 규정될 수 있다. 또는, 사용자에 의해 지정되거나 미리 결정되는 절대 온도와는 다른 일부 기준은 세트 간격이 변경되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 모두 웨이퍼가 놓이는 애플리케이션에 의존한다.
그러므로, 단계(1133)에서 방금 완료된 획득 및 압축 동작에서 사용되는 세트 간격의 변화를 요구하는 특별한 절대 온도 범위와 같은 미리 결정된 상태가 존재하는 것으로 결정되는 경우, 그 변화는 단계(1135)에서 이루어지며 프로세스는 단계(1113)로 복귀한다. 그 후에, 데이터 샘플들을 얻기 위해 새로운 세트 간격을 통해 반복된다. 가능할 때마다 세트 간격을 증가시키는 장점은 ADC(1101) 및 연관된 구성요소들이 종종 덜 사용되고 따라서 그것들에 의해 소비되는 웨이퍼 배터리 전력이 감소된다는 것이다.
그러나, 단계(1133)에서 그러한 미리 결정된 상태가 존재하지 않는 것으로 결정되는 경우, 프로세싱은 세트 간격이 측정된 온도 또는 다른 파라미터의 변화의 레이트(경사도)에 따른 변화에 응답하여 변경될 수 있는 단계(1137)로 진행할 수 있다. 그 후에, 프로세싱은 데이터의 새로운 세트가 변경된 세트 간격을 통해 얻어져서 압축되는 단계(1113)로 복귀한다. 보통, 경사도가 큰 경우, 세트 간격은 적게 구성되는 것이 바람직하며, 변화의 레이트가 거의 0인 경우에서 세트 간격은 어떠한 값진 데이터를 잃지 않으며 연장될 수 있다. 측정된 시간적 차이들은 측정될 온도 또는 다른 파라미터가 빠르게 변하는지의 여부를 나타낸다. 도 15의 곡선의 경사도들(1127, 1131)에서, 세트 간격은 평탄한 부분(1129)에서 그것이 상당히 연장 될 수 있는 반면에 짧게 구성될 수 있다.
믈론, 테스트 웨이퍼가 모니터링될 프로세싱 동작의 전체 지속기간(런타임) 동안 데이터를 모아서 저장할 수 있는 것이 바람직하다. 온보드 배터리들(112)(도 1A)의 수 및 사이즈를 최소화하는 것이 바람직하기 때문에, 배터리 전력의 효율적 사용이 중요하다. 데이터 샘플들의 저장 사이에 세트 간격을 증가시키는 것은 전력을 절약한다. 이것과 추가적인 데이터 압축은 또한 프로세싱 런타임에 걸쳐 얻어진 데이터를 저장하기 위해 필요한 마이크로컨트롤러의 비휘발성 메모리의 양을 감소시킨다. 또한, 테스트 웨이퍼상에 포함하기 위해 필요한 그러한 메모리의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
도 16A 내지 도 16D의 참조는 이제 도 2A 내지 도 2B와, 도 8A 및 도 8E 내지 도 8I의 2개 웨이퍼 핸들링 시스템과 관련하여 상기 기술된 시스템들의 수정인 또 다른 웨이퍼 핸들링 시스템 실시예를 기술하도록 구성될 것이다. 추가적 및 대안적 특징들과 구조적 요소들이 포함된다. 그러나, PCMD(1153)를 저장하고 전달하기 위한 캐리어(1151)의 사용과 그렇게 하기 위한 테크닉들은 실질적으로 동일하다.
전자기기 모듈(1155)은 캐리어(1151)에 장착된다. PCMD(1153)는 이러한 실시예에서 위 아래로 이동될 필요가 없고, 전자기기 모듈(1155) 아래 적은 거리로 저장 슬롯 내에 배치된다. 그러나, 캐리어 슬롯에 의해 지지되기보다는 PCMD(1153)의 무게가 몇 개의 휠들, 이러한 예에서 4개의 휠들(1157 내지 1160)에 기초하고, 그것은 PCMD(1153)를 수령하도록 지정된 슬롯 아래 캐리어(1151)의 적어도 반대 내부 벽들에 부착되는 구조들(1163, 1165)에 의해 전달된다. PCMD(1153)에 의해 접촉되는 휠들의 외부 표면들은 PCMD에 손상을 야기하지 않도록 패딩되는 것이 바람직하며, 그것을 회전시키기 위해 PCMD의 밑면에 마찰에 따라 작용한다. 휠들(1157 내지 1160)은 각각의 개별적 전기 동기식 모터들(1167 내지 1170)에 의해 그것들의 축들 주위에서 회전된다. 휠들(1157 내지 1160)은 도 16D의 점선들에 의해 표시되는 바와 같이, 캐리어 내에 배치되는 PCMD(1153)의 중심(1173)에 일치하는 포인트를 통과하는 축들 주위를 회전하도록 제한된다. PCMD가 캐리어 내 평탄한 위치에서 안정적으로 지지되는 한, 더 적거나 더 많은 휠들이 사용될 수 있고/있거나, PCMD 주위 서로 다른 반지름 공간들을 통해 배치될 수 있다.
초기에 기술된 캐리어 실시예들로부터의 또 다른 차이는 도시된 바와 같이 배치될 때 PCMD(1153)상에 배터리들을 충전하기 위한 메카니즘이다. 전자기기 모듈(1155)의 하위까지 웨이퍼를 이동시키거나 웨이퍼 아래로 모듈(1155)을 이동시키는 것보다, 유도성 충전 코일(1175)은 유연한 재료의 스트립(1177)의 하위 표면에 부착되고, 약 1 mil. 두께의 폴리이미드와 같은 플라스틱인 것이 바람직하다. 도 16B에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스트립(1177)은 캐리어(1151)의 전방 또는 후방에 모듈(1155)의 밑면으로 엔드(1179)에서 부착된다. 스트립의 반대 엔드는 캐리어(1151)의 뒤 또는 앞의 다른 것에 모듈(1155)의 밑면으로 부착되는 솔레노이드(1183)의 암(1181)에 부착된다. 도 16B 및 도 16C의 것인 솔레노이드 암(1181)의 하나의 포지션에서, 스트립(1177)은 그것의 코일(1175)이 PCMD(1153)의 (도 7의 실시예로부터) 중심 코일(708)에 기초하도록 낮춰진다. 솔레노이드 암(1181)의 다른 포지션에서, 스트립(1177)은 도 16B 및 도 16A에 점선으로 도시된 바와 같이, 모듈(1155)의 밑면을 향해 위로 당겨진다. 이러한 포지션에서, PCMD(1153)는 설비의 로보트에 의해 삽입 또는 제거될 수 있다.
유연한 스트립(1177) 상에 충전 코일을 배치하는 장점은 거의 또는 전혀 코어 재료가 포함될 필요가 없다는 것이다. 이것은 충전 코일(1175)이 PCMD(1153)의 코일(708)상에 직접적으로 남아있도록 허용되기 때문이다. 스트립(1177) 및 코일(1175)은 그 구조의 결과적인 가벼운 무게 때문에 PCMD 또는 그것의 코일(708)에 해를 주지 않는다.
PCMD(1153)는 도 7의 PCMD 실시예의 4개의 광 방출 다이오드들(LED들)(728 내지 731)을 포함한다. 데이터는 이러한 LED들을 통해 PCMD(1153)로부터 전자기기 모듈(1155)까지 송신된다. 단일 광검출기(1185)는 포지션에 따라 도 16A에 도시될 때 PCMD상에서 LED들(728 내지 731) 중 선택된 하나에 의해 방출되는 신호를 수신하도록 모듈(1155)의 밑면에 배치된다. 광검출기(1185)는 PCMD(1153)상에서 LED들(728 내지 731)과 같이 캐리어(1151)에 남아 있을 때, PCMD의 중심(1173)으로부터 변위된다. 하나 이상의 광검출기가 사용될 수 있지만, 단지 하나만 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 모듈(1155)의 밑면에 각각의 광 소스들(1191, 1193)을 따라 일차원 데이터를 제공하도록 2개의 라인 카메라들(1187, 1189)이 포함된다. 카메라들은 PCMD의 외부 주위에 포함되는 시각적 회전 포지션 코드의 2개 부분들을 이미지화하기 위해 배치되고, 광 소스들은 이미지화될 그러한 부분들을 조명하도록 배치된다. 그 러한 코드가 도 16A 내지 도 16D에 도시되지는 않지만, 도 1D에 도시된 PCMD의 그레이코드(150)일 수 있다. PCMD의 원주 주위 각각으로부터 방사상으로 변위되는 2개의 카메라들에 의해 얻어진 데이터는 PCMD의 회전 포지션이 결정되도록 허용하고, 180도보다 작게 떨어져 있는 경우 PCMD의 중심을 결정하도록 한다. 그레이코드(150)(도 1D)와 같은 주변 포지션 인코딩에 대해, 카메라들(1187, 1189)은 서로 약 137도 떨어져 배치될 수 있다.
모듈(1155)(도 16A)은 PCMD(1153)와 통신하고, 그것의 배터리들의 상태를 모니터링하고, 그것의 배터리들을 충전하며, PCMD를 통한 배선 접속을 구성하지 않으며 다른 기능들을 수행하는데 필요한 전자기기들을 포함한다. 이러한 전자기기들은 또한 캐리어(1151)가 휴대용일 필요가 있고 보통 로보트에 의해 프로세싱 설비 내에서 이동되기 때문에, 배터리 전력 공급된다. 충분한 사이즈의 배터리들은 상대적으로 큰 모듈(1155) 내에 포함될 수 있지만, 그의 외부 표면상에서와 같이 캐리어(1151)의 외부에 장착되는 것이 바람직하다. 그러한 전자 시스템의 예는 도 17의 블록도에 의해 예시된다.
단일한 집적 회로 마이크로프로세서 칩(1201) 및 하나 또는 그 이상의 플래시 메모리 칩들(1203)은 모듈(1155)에서 인스톨되는 인쇄 회로 기판(도시되지 않음)상에 포함된다. 비휘발성 메모리(1203)의 한가지 사용은 PCMD(1153)상에 초기에 얻어지고 저장된 데이터를 저장하는 것이다. 이러한 데이터는 도 7과, 도 16A 내지 도 16D와 관련하여 상기 기술된 바와 같이, 기술될 예에서 적외선 신호 송신에 의해 PCMD로부터 전달된다. 광검출기(1185)로부터의 데이터는 메모리(1203)로 제어 기(1201)에 의해 유도된다. 이러한 데이터는 몇 가지 방법들 중 어느 것에 의해 모듈(1155)로부터 제거된다. 한가지는 모듈(1155)(도시되지 않음)에 제공되는 카드 리셉터클로 삽입되어 제거가능한 플래시 메모리 카드(1205)사응로 데이터를 로딩하는 것이다. 제어기(1201)는 인터페이스 회로(1207)를 통해 메모리 카드(1205)에 데이터를 유도한다. 데이터를 내보내는 또 다른 방법은 범용 직렬 버스(USB) 인터페이스를 통해서이며, 그것은 모듈(1155) 내 회로 보드상에 USB 송수신기(1211)와 모듈(1155)(도시되지 않음)의 외부상에 물리적으로 배치되는 USB 리셉터클에 의해 도 17에 개략적으로 도시되어 있다. 플래시 메모리(1203)에 저장된 데이터를 얻는 또 다른 방식은 라디오 주파수 송신기(1213)를 통해서이며, 그것은 블루투스 또는 Wi-Fi와 같은 적절한 기존 표준에 따라 동작할 수 있다.
일단 개인용 컴퓨터 또는 다른 적절한 계산 디바이스에 보내지면, 그 데이터는 그 데이터를 압축 해제하는 단계를 포함하여 나중에 프로세싱될 수 있다. 도 12 내지 도 15와 관련하여 상기 기술된 테크닉들에 따라 압축되는 경우, 존재할 때에, 시간적 및/또는 공간적 데이터는 완전한 분해능을 통해 저장된 그러한 데이터 포인트들과 결합되고, 서로 완전한 분해능을 통해서 그리고 어떠한 손실도 없이 모든 데이터 값들을 제공하기 위해 결합된다.
도 17의 특정한 시스템 예에서, 전력의 주요 소스는 도시된 다른 구성요소들로 전력 제어 회로(1217)를 통해 동작 전력을 공급하는 재충전가능한 배터리(1219)이다. 재충전가능하지 않은 백업 배터리(1215)는 또한 배터리(1219)가 사용 동안 방전되는 경우에 사용을 위해 포함될 수 있다. 세트 문턱 아래로 떨어지는 중 배터 리(1219)로부터의 전압에 응답하여, 제어 회로들(1217)은 배터리(1219)로부터 배터리(1215)까지 떨어져 스위칭한다. 배터리(1219)를 재충전하기 위한 편리한 방식은 개인용 컴퓨터 또는 다른 호스트 디바이스를 통한 USB 접속을 통해서, 또는 상기 언급된 분리 변압기(도시되지 않음)와 같은 비접촉 전력 경로를 통해서이다. 접속되는 동안, 그러한 디바이스는 배터리(1219)와 동작가능하게 접속되는 충전기(1221)에 USB 리셉터클(1209)을 통해 전력을 제공한다.
제어기(1201)는 또한 모터 제어 회로(1223)를 통해 PCMD 회전 모터들(1167 내지 1170)을 구동한다. 배터리 충전 코일 포지셔닝 솔레노이드(1183)는 또한 구동 회로(1225)를 통해 제어기(1201)에 의해 제어된다. 데이터 및 배터리 충전 에너지는 제어기(1201)로부터 데이터 및 제어 신호들에 응답하여, 라디오 주파수 구동기(1227)에 의해 코일(1175)에 제공된다. 카메라들(1187, 1189)로부터의 이미지들은 연관된 조명 소스들(1191, 1193)과 같이, 제어기(1201)에 의해 수신 및 프로세싱되고, 그것은 이미지들이 카메라들(1187, 1189)로부터 얻어질 때에만 턴 온되는 것이 바람직하다. 표준 RFID 라디오 주파수 인터페이스(1229)는 또한 이전에 기술된 바와 같이 데이터를 송신 및/또는 명령들을 수신하도록 사용될 수 있다.
도 17의 시스템은 또한 편리하게 사용자 인터페이스 디바이스들을 제공한다. 디스플레이(1231)는 제어 시스템의 상태 정보를 제공하기 위한 작은 LCD 스크린과 같이, 편리한 디스플레이 디바이스 중 어느 것일 수 있다. 명령어들을 입력하거나 질의들을 만들려하는 사용자에 대해, 표준 키보드가 사용될 수 있지만, 원격 제어(1233)는 보통 그것이 휴대용으로 구성될 수 있기 때문에 보다 편리할 것이다. 이러한 경우에, 제어기(1201)를 갖는 원격 제어 인터페이스(1213)는 시스템의 일부로 제공된다. 제어 디바이스들(1213, 1233) 모두는 그것들의 손쉬운 가용성, 내장형 무선 통신 능력, 및 그것들이 이러한 애플리케이션에 적응될 수 있는 상대적인 용이함 때문에 PDA들인 것이 바람직하다.
기술될 전형적인 PCMD에 의해 전달되는 회로들이 블록도가 도 18에 제시되어 있다. 도 12와 관련하여 이전에 기술된 마이크로컨트롤러 집적 회로 칩(104)은 PCMD의 기능들을 나타내고 데이터를 획득 및 저장하는데 핵심이다. 파라미터 센서들이 어떠한 수의 배열들 또는 패턴들에 따라 PCMD의 표면 위에 분포될 수 있을지라도, 그것들은 n행 m렬의 행렬에 따라 전기적으로 접속된다. 도 18에 도시된 행 및 열 접속들은 PCMD의 표면상에 형성되는 전도성 트레이스들에 의해 구현된다. 3개의 그러한 행들 및 3개의 열들이 설명의 단순성을 위해 도 18에 도시되어 있지만, 9개 센서들(1241 내지 1249)보다 더 많은 것들이 활용되는 것이 보통이다. 50개 이상이 보통이며, 8x8 센서들의 행렬에 따른 64개 센서들 또는 그 이상이다. 기술될 예에 있어서, 센서들은 전력이 제공되는데 응답하여 온도와 같은 측정될 파라미터의 값에 관한 전압 또는 전류를 출력하는 초기에 기술된 형태의 개별적 집적 회로들이다.
도 18의 예에서, 데이터는 한번에 센서들의 하나의 열로부터 얻어진다. 제어기는 전력 없이 나머지 행들에 센서들이 남아있는 동안, 순차적으로 한번에 m열 라인들 중 하나에서 전력을 턴 온한다. 그에 따라, 활발해진 열에서 각각의 센서는 자신이 접속되는 n행 라인들 중 서로 다른 것으로 그것의 파라미터 의존적 전압을 출력한다. 그 후에, 행 라인들에 대한 개별적 센서 전압들은 도 12와 관련하여 이전에 기술된 바와 같이 제어기(104) 내에서 아날로그 디지털 컨버터 회로에 의해 한번에 하나씩 디지털 신호들로 변환된다. 센서들 중 하나의 열로부터의 데이터가 변환되어 제어기(104) 내 메모리에 저장된 후에, 그 열로의 전력은 제어기(104)에 의해 턴 오프되며, 전력은 열 라인 순서에 따라 다음을 턴 온한다. 파라미터 값들은 동일한 방식으로 센서 입력 열로부터 얻어져 저장된다. 이것은 데이터가 행렬에서 모든 센서들로부터 얻어질 때까지 계속된다. 잠시 후에, 프로세스는 PCMD에 걸쳐 센서들에 의해 감지될 파라미터들의 값들을 업데이트하도록 반복한다.
제어기(104) 내에서 그렇게 얻어져 저장된 데이터는 도 7과 관련하여 상기 기술된 바와 같이, 광검출기(1185)에 가장 가깝게 배치되는 LED들(728 내지 731) 중 하나에 의해 웨이퍼 캐리어(도 16A 및 도 17)의 전자기기 모듈(1155)로 전달된다. LED들에 제공하기 위해 제어기에 대해 필요한 피크 전류를 감소시키고 전력을 절약하기 위해, 각각은 저항기를 통해 충전된 그것에 저속되는 커패시터에 저장된 전압에 따라 구동되는 것이 바람직하다. 그러한 충전 회로는 LED들(728 내지 731)의 각각에 접속되도록 도 18에 도시되어 있다. 그에 따라 제어기가 LED로부터 적외선 펄스를 생성하도록 내부 스위칭 트랜지스터를 통해 LED들 중 하나에 접속할 때, 그렇게 하기 위해 필요한 전류는 LED를 통해 그것의 커패시터를 방전시킴으로써 공급된다.
제어기(104)는 외부 클럭 소스(1253)를 사용하고, 양호한 클럭은 도 6을 참조로 하여 상기 기술되어 있다. 전력은 부착된 배터리(들)(1257)로부터 PCMD까지 전압 조절기(1255)를 통해 제어기(104)에 공급된다. 배터리 전력 소스(1257)의 전압 출력은 레벨 시프팅 회로(1259)를 통해 제어기(104)에 의해 모니터링된다. 제어기는 우선적으로 이러한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하기 위해 그것의 아날로그 디지털 컨버터를 사용한다.
PCMD가 도 16A에 도시돤 것과 같이 캐리어에 배치될 때, 그에서(도 17) 전자 시스템은 그것들의 인접한 코일들(1175, 708)(도 16C)을 통해 PCMD 전자 시스템(도 18)과 전자기적으로 대화한다. PCMD의 코일(708)에 의해 수신되는 명령들, 상태 질의들, 또는 다른 통신들은 코일의 한쪽 사이드에 접속되는 라인(1261)을 통해 제어기(104)(도 18)에 의해 수신된다. 배터리(1257)가 충전될 때, 제어기(104)에 의해 라인(1263)상에 배치되는 전압 레벨은 정류기(1265)가 코일(708)의 출력을 수신하도록 인에이블한다. 그에 따라, 정류기(1265)의 d.c. 출력은 배터리(1257)에 걸쳐 접속된다.
PCMD에 의해 소비되는 전력의 양의 최소화가 매우 중요하기 때문에, 상기 다양한 곳에서 논의된 바와 같이, 제어기(104)는 전압 조절기(1255)와 접속되는 라인(1267)에서 슬립 신호를 생성시킴으로써 그것의 전력을 턴 오프하도록 동작한다.
상기 기술된 실시예들은 프로세싱 챔버들과는 다른 위치들에서 프로세싱 상태들을 모니터링하는데 따른 애플리케이션들을 갖는다. 전송 및 저장 동안 웨이퍼들에 의해 경험되는 상태들은 또한 생성된 디바이스들의 특징들에 영향을 미칠 수 있고, 그러므로 그러한 상태들을 측정 및 기록하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, PCMD는 FOUP에서 상태들을 기록하도록 FOUP에 남아 있을 수 있다. 이러한 데 이터는 PCMD에 기록될 수 있거나, 저장되지 않으며 RFID에 의해 송신될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들 및 그것들의 장점들이 도시되고 기술되는 동안, 다양한 변경들, 대체들, 및 수정들이 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으며 그에서 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 센서들의 위치 및 형태는 기술된 예들과 서로 다를 수 있다.

Claims (30)

  1. 파라미터를 측정하는 도구에 있어서,
    제시된 재료의 기판과,
    상기 기판에 걸쳐 포지션들에 따라 분포되는 복수의 센서들로서, 그에 의해 그러한 포지션들에서 상기 파라미터를 개별적으로 측정하기 위한 상기 복수의 센서들과,
    상기 기판 내 적어도 하나의 공동(cavity)과,
    상기 적어도 하나의 공동 내에 배치되는 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소와,
    상기 복수의 센서들과 상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소 사이의 상기 기판에 걸쳐 배치되는 전기 전도체들과,
    상기 적어도 하나의 전자 구성요소를 캡슐화하도록 상기 적어도 하나의 공동을 충전하는 재료로서, 상기 적어도 하나의 공동 및 상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소 없이 상기 도구가 상기 제시된 재료의 기판과 실질적으로 동일한 방식으로 상기 파라미터에서의 변화들에 응답하도록 하는 물리적 특징들을 갖는 상기 충전 재료를 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서들 및 상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소는 개별적 반도 체 다이상에 형성되는 집적 회로들인, 상기 파라미터 측정 도구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집적 회로들은 그것들의 개별적 다이 주위에 패키징을 생략하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 집적 회로들은 그것들의 개별적 다이상에 결합 패드들을 포함하고, 상기 기판에 걸쳐 배치되는 상기 전기 전도체들은 그에 전기적으로 접속되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합 패드들은 배선 결합들에 의해 상기 전기 전도체들에 접속되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 내에 복수의 공동들을 포함하며,
    상기 센서 다이는 상기 공동들의 표면들 내부에 부착되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 다이는 전기적으로 절연적인 그 사이에 접착제에 의해 상기 공동들의 표면들 내부에 부착되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 온도이며, 상기 적어도 하나의 공동 내 상기 충전 재료는 상기 적어도 하나의 공동 및 상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소 없이 상기 도구가 상기 제시된 재료의 기판과 실질적으로 동일한 방식으로 온도에 따른 변화들에 응답하도록 하는 열 특징들을 갖는 입자들로 충전되는 회복된 액체 재료를 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회복된 액체 재료의 체적의 70 퍼센트를 넘는 입자들로 충전되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 함께 부착되는 표면들을 갖는 2개의 층들로 형성되며, 상기 적어도 하나의 공동은 메이팅 표면들(mating surfaces) 중 다른 것에 의해 커버되는 방식으로 상기 메이팅 표면들 중 하나에 형성되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도체들은 상기 복수의 센서들 및 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소가 그에 상기 전기 전도체들을 통해 전기 접속들을 구성하기 위한 방식에 따라 물리적으로 부착되는 절연막으로 캡슐화되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서들이 배치되는 상기 기판 내에 복수의 공동들을 더 포함하며,
    상기 전기 전도체들 및 그것들을 캡슐화하는 상기 절연막은 상기 공동들 사이의 상기 기판에 형성되는 통로들에 따라 상기 복수의 센서들 및 상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소 사이에서 확장하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 함께 부착되는 표면들과 함께 2개의 층들로 형성되며, 상기 공동들 및 통로들은 상기 메이팅 표면들 중 하나에서 형성되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 원형 형상의 웨이퍼이며, 그것의 상기 제시된 재료는 실리콘인, 상기 파라미터 측정 도구.
  15. 제 1 항 내지 제 7 항과 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정될 상기 파라미터는 온도를 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자 프로세싱 구성요소는 상기 센서들로부터 측정들의 무선 송신을 위한 회로들을 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  17. 공통 인터페이스에서 함께 유지되는 제 1 및 제 2 기판 부분들과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 부분들 사이에 배치되는 복수의 공동들과,
    상기 제 1 및 제 2 기판 부분들 사이에 배치되고 상기 복수의 공동들 사이에서 확장하는 복수의 그루브들과,
    상기 그루부들 내에 배치되는 그에 전기 전도체들을 갖는 전기적 절연막의 스트립들과,
    상기 공동들 내에 배치되고 상기 막 스트립들에서 상기 전기 전도체들과 함께 전기적으로 접속되는 파라미터 및 전자 구성요소들의 복수의 센서들을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 기판 부분들은 상기 그루브들 및 공도들 사이에 그것들의 공통 인터페이스의 영역에서 함께 직접적으로 부착되는, 측정 도구.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판 부분들은 동일한 직경을 갖는 각각의 원형 디스크들인, 측정 도구.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 공동들 및 상기 복수의 그루브들은 상기 막 스트립들의 세그먼트들의 하나 또는 그 이상의 패턴들이 상기 제 1 및 제 2 기판 부분들 사이의 인터페이스에 걸쳐 반복되고, 그에 의해 상기 도구의 제조를 단순화하기 위한, 측정 도구.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서들 및 전자 구성요소들은 상기 공동들 및 그루브들에서의 설치 이전에 상기 막 스트립 세그먼트들에 부착되는, 측정 도구.
  21. 제 17 항에 있어서,
    함께 직접적으로 부착되는 상기 제 1 및 제 2 기판 부분들의 영역들은 그것들의 공통 인터페이스의 80 퍼센트를 넘는, 측정 도구.
  22. 파라미터를 측정하는 도구에 있어서,
    반대의 평탄한 표면들을 갖는 실리콘 웨이퍼 기판과,
    그에 걸쳐 분포되는 포지션들에서 상기 하나의 기판 표면에 형성되고 하위 표면들을 갖는 복수의 리세스들과,
    상기 리세스들 중 적어도 일부의 하위 표면들에 부착되는 실리콘 집적 회로 다이의 형성에 따른 복수의 센서들로서, 그에 의해 상기 하나의 기판 표면에 걸쳐 분포되는 포지션들에서 상기 파라미터의 측정들을 제공하는 상기 복수의 센서들과,
    상기 리세스들 중 적어도 하나의 하위 표면에 부착되는 적어도 하나의 실리콘 전자 프로세싱 집적 회로와,
    상기 집적 회로 다이를 포함하는 적어도 상기 리세스들 사이에서 상기 하나의 기판 표면에 걸쳐 확장하는 전기 전도체들과,
    상기 집적 회로 다이의 패드들에 결합되고 그 사이에서 확장하는 납 배선들과, 상기 다이가 부착되는 상기 리세스들에 인접한 전기 전도체들과,
    상기 집적 회로 다이 주위에서 상기 리세스들을 충전하고 상기 납 배선들 주이에서 확장하는 보호 재료로서, 상기 복수의 리세스들 및 부착된 회로 다이 없이 상기 도구가 실질적으로 실리콘 웨이퍼와 동일한 방식으로 상기 파라미터에서의 변화들에 응답하도록 하는 열 특징들을 갖는 상기 보호 재료를 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  23. 제 22 항에 있어서,
    파라미터는 온도이며, 상기 집적 회로 다이는 가열 전도성 입자들을 포함하는 접착제에 의해 상기 리세스들의 하위들에 부착되는, 상기 파라미터 측정 도구.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 보호 재료는 가열 전도성 입자들을 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 접착제 및 보호 재료는 전기 절연체들인, 상기 파라미터 측정 도구.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 리세스들 중 적어도 하나의 하위 표면에 부착되고, 상기 적어도 하나의 구성요소에 인접한 상기 전기 전도체들과 접속되는 적어도 하나의 추가적인 전자 구성요소를 더 포함하는, 상기 파라미터 측정 도구.
  27. 파라미터 측정 시스템에 있어서,
    그에 걸쳐 공간적으로 분포되는 상기 파라미터의 복수의 센서들을 갖는 기판과, 상기 센서들 및 데이터 저장소를 통해 접속되는 프로세서를 포함하는 제 1 전자기기 시스템과, 상기 센서들 및 전자기기 시스템을 동작시키도록 접속되는 절ㄱ력 저장 시스템과, 상기 전력 저장 시스템을 재충전하기 위해 적어도 전자기 에너지를 수신하도록 접속되는 코일을 포함하는 휴대용 측정 도구와,
    사이드로부터 그에 삽입될 때 상기 측정 도구를 지지하는 표면과, 프로세서를 포함하는 제 2 전자기기 시스템을 포함하는 지지 표면 위에 배치되는 모듈과, 상기 모듈의 밑면에 의해 전달되는 유연한 막과, 상기 막에 물리적으로 부착되고 상기 측정 도구의 상기 전력 저장 시스템을 재충전하도록 전자기 에너지를 제공하기 위해 상기 제 2 전자기기 시스템에 의해 전기적으로 구동되는 코일과, 상기 제 1 및 제 2 전자기기 시스템들의 제어 하에서 상기 전력 저장 시스템을 재충전하도록 상기 표면에 의해 전달될 때, 상기 측정 도구의 코일에 대해 그것의 코일을 지속하도록 상기 막을 낮추는 모듈의 밑면에 의해 전달되는 메카니즘을 포함하는 도킹 스테이셔을 포함하는, 상기 파라미터 측정 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 막은 상기 모듈의 밑면으로 하나의 말단에서 부착되고, 상기 낮춤 메카니즘은 상기 측정 도구에 지속하도록 상기 막에서 느슨함과, 상기 측정 도구 위로 그것을 상승시키도록 상기 막에서 상대적 긴장감을 제공하는 상기 막의 반대 말단에 부착되는 전자기 디바이스를 포함하는, 상기 파라미터 측정 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 측정 도구를 지지하는 상기 도킹 스테이션의 표면은 상기 측정 도구들이 지속하는 복수의 휠들을 포함하고, 상기 휠들은 개별적 전자 모터들에 의해 전력을 공급 받으며, 그에 의해 상기 저자 모터들이 활성화될 때 상기 도킹 스테이션의 지지 표면과 관련하여 상기 측정 도구를 이동시키는, 상기 파라미터 측정 시스템.
  30. 그의 표면에 걸쳐 분포되는 파라미터의 복수의 센서들을 갖는 기판을 포함하는 배터리 전력공급식 휴대용 측정 도구에서, 상기 측정 도구상에 프로세싱함으로써 상기 파라미터의 센서들로부터 얻어지는 데이터의 양을 압축하는 방법에 있어서,
    개별적 센서들에 의해 서로 다른 시간들에서 판독되는 상기 파라미터의 값들 사이에서 차이들의 제 1 세트를 계산하는 단계와,
    상기 복수의 센서들에 의해 제시된 시간에서 판독된 상기 파라미터의 값들 사이에서 차이들의 제 2 세트를 계산하는 단계와,
    데이터의 보다 적은 양을 통해 상기 센서들에 의해 판독되는 상기 파라미터의 값들을 표현하는 차이들의 상기 제 1 세트 또는 제 2 세트 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는, 상기 데이터 양 압축 방법.
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