KR20070062936A - 프로세스 상태 감지 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼가 제조 동안 수행할 수 있는 프로세싱 상태들을 측정하는 센서들과 함께 기판을 포함하는 측정 디바이스에 관한 것이다. 그 기판은 로보트 헤드에 의해 프로세싱 챔버로 삽입될 수 있고, 상기 측정 디바이스는 실시간으로 그 상태들을 전송하거나 차후의 분석을 위해 그 상태들을 저장할 수 있다. 상기 디바이스의 민감한 전자 구성요소들은 그 디바이스의 정밀도, 동작 범위, 및 신뢰성을 증가시키기 위해 대부분의 유해한 프로세싱 상태들로부터 멀어지거나 격리될 수 있다. 격리는 진공 또는 적절한 재료에 의해 제공될 수 있고, 상 변화 재료는 저온을 유지하기 위한 전자부품들에 인접하여 위치될 수 있다.

웨이퍼, 데이터 분석, 상태 감지

Description

프로세스 상태 감지 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템{Process condition sensing wafer and data analysis system}

도 1A는 연장된 상태에 따른 본 발명의 제 1 실시예인 PCMD(100)를 도시한 사시도.

도 1B는 동심 상태에서의 PCMD(100)를 도시한 사시도.

도 1C는 프로세싱 챔버 및 로보트 핸드를 도시한 상면도.

도 1D는 연장한 로보트 핸드를 도시한 상면도.

도 1E는 연장한 로보트 핸드를 도시한 평면도.

도 1F는 모든 실시예들에서 공통인 전자부품들 및 회로를 도시한 개략도.

도 1G는 기판(104)을 도시한 단면도.

도 1H는 기판(104)을 도시한 상면도.

도 1J는 기판(104)에서 센서를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(200)를 도시한 사시도.

도 3A는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(300)를 도시한 사시도.

도 3B는 PCMD(300)를 도시한 평면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(400)를 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(500)를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(600)를 도시한 사시도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(700)를 도시한 사시도.

도 8은 외부에서의 개구부와 함께 내부 볼륨을 갖는 전자부품 플랫폼(800)을 도시한 단면도.

도 9는 열 절연을 제공하는 밀봉형 내부 볼륨(hermetically sealed interior volume)을 갖는 전자부품 플랫폼(900)을 도시한 단면도.

도 10은 내부 구성요소들의 온도를 감소시키기 위해 상 변화 재료를 포함하는 전자부품 플랫폼(1000)을 도시한 단면도.

도 11은 내부 구성요소들을 둘러싸는 절연층 및 상 변화 재료를 포함하는 전자부품 플랫폼(1100)을 도시한 단면도.

도 12A는 전자부품 플랫폼(1200) 및 센서들(1250a-i)을 나타내는 기판(1216)을 도시한 상면도.

도 12B는 전자부품 플랫폼(1201) 및 센서들(1260a-h)의 서로 다른 배치를 나타내는 기판(1266)을 도시한 상면도.

도 13은 기판상에 장착된 전자부품 플랫폼(1200)을 도시한 단면도.

도 14는 자신이 기판의 에지 밖에서 부분적으로 연장하도록 그 기판상에 장착된 전자부품 플랫폼(1400)에 대한 대안적인 위치를 도시한 도면.

도 15A는 자신이 기판 위를 덮지 않도록 그 기판상에 장착된 전자부품 플랫폼(1500)에 대한 대안적인 위치를 도시한 도면.

도 15B는 기판(1516)의 주변 외부에서 자신의 위치를 나타내는 전자부품 플 랫폼(1500)을 도시한 상면도.

본 발명은 반도체 웨이퍼 프로세싱, LCD 디스플레이 글래스 기판 프로세싱, 자기 메모리 디스크 프로세싱, 및 박막 프로세스들로부터 제조되는 다른 디바이스들, 보다 구체적으로는 프로세싱 상태들을 감지 및 전송할 수 있는 기판에 관한 것이다.

집적 회로, 디스플레이, 또는 디스크 메모리의 제조는 일반적으로 다수의 프로세싱 단계들을 활용한다. 각각의 프로세스 단계는 동작가능한 디바이스를 제공하기 위해 신중하게 모니터링되어야 한다. 이미지 프로세스와, 침착 및 성장 프로세스와, 에칭 및 마스킹 프로세스 등등에 걸쳐, 예를 들어 온도, 기체 흐름, 진공압, 화학 기체 또는 플라즈마 침착, 및 노출 거리가 각각의 단계 동안 신중하게 제어되는 것이 중요하다. 각각의 단계에서 포함되는 다양한 프로세싱 상태들에 대한 신중한 주의는 최적의 반도체 또는 박막 프로세스들을 요구한다. 최적의 프로세싱 상태들로부터의 편차는 결과적인 집적 회로 또는 디바이스가 기준 이하 레벨에서 수행하거나 더욱이 완전히 망가지도록 야기할 수 있다.

프로세싱 챔버 내에서 프로세싱 상태들이 변경된다. 온도, 기체 흐름 레이트, 및/또는 기체 구성과 같은 프로세싱 상태들에 대한 변경들은 형성에 크게 영향을 미치므로 집적 회로의 성능에 영향을 미친다. 집적 회로 또는 다른 디바이스와 동일하거나 유사한 것의 프로세싱 상태들을 측정하기 위한 기판을 사용하는 것은 그 기판의 열 전도율이 프로세싱될 실제 회로들과 동일하기 때문에 그 상태들의 가장 정확한 측정을 제공한다. 그라디언트들 및 변경들은 사실상 모든 프로세스 상태들에 대한 챔버 전체에 걸쳐 존재한다. 그러므로, 이러한 그라디언트들은 또한 기판의 표면에 걸쳐 존재한다. 웨이퍼에서 정확하게 프로세싱 상태들을 제어하기 위해, 측정들이 그 웨이퍼에 대해 취해져서 판독들이 챔버 프로세싱 상태들의 최적화가 쉽게 달성되도록 자동화 제어 시스템 또는 오퍼레이터에서 실시간으로 사용가능하다는 것이 중요하다. 프로세싱 상태들은 반도체 또는 다른 디바이스 제조나, 제조업자가 모니터링하기 원하는 어떠한 상태를 제어하도록 사용되는 어떠한 파라미터도 포함한다.

프로세싱 챔버 내에서 로보트 헤드는 테스트 웨이퍼 또는 기판을 전달한다. 로보트 헤드를 포함하는 디바이스의 일례는 TEL Corporation에 의해 제작되고 있다. 그 로보트 헤드는 피봇할 수 있다. 로보트 헤드는 또한 다중 레벨들 또는 핸드들을 포함한다. 제 1 레벨 또는 핸드는 바깥으로 연장할 수 있고, 제 2 레벨 또는 핸드는 추가로 웨이퍼를 전달하며 바깥으로 연장할 수 있다. 제 2 로보트 또는 이동 플랫폼은 그 웨이퍼를 받아서 프로세스 챔버로 그것을 낮추는 제 3 홀더까지 그것을 연장할 수 있다. 로보트 헤드 및 프로세싱 챔버에 대한 보다 많은 정보에 대해서, 그것 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 Araki에 의한 명칭이 "기판 교환 및 처리를 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.

기판 내 또는 직접적으로 기판상에 그리고 그 기판 표면에 걸쳐 이격되는 센서들의 배치는 웨이퍼의 기판상에 대해 다양한 프로세싱 상태들의 정밀한 그라디언트 판독을 이끌어 낸다. 프로세싱 상태들은 나중의 평가를 위해 메모리에 저장될 수 있거나, 컴퓨터나, PDA나, 정보를 나타내고 제어 시스템 또는 오퍼레이터로부터 입력을 수신할 수 있는 어떠한 다른 마이크로프로세서 제어 디바이스와 같은 원격 데이터 프로세싱 디바이스를 통해 실시간으로 판독되도록 사용가능하다. 오퍼레이터는 실시간으로 프로세싱 상태들을 모니터링할 수 있고, 그에 따라 그 결과들을 계속해서 모니터링하는 동안 이상적인 상태에 도달하도록 프로세싱 챔버의 세팅들을 변경하거나, 이것은 자동 최적화 및 제어 시스템에 의해 달성될 수 있다. 추가적으로, 차후의 프로세싱 단계들은 이전 단계의 프로세스 상태에 기초하여 즉시 수정될 수 있다.

프로세싱 상태들로부터 민감한 전자 회로에 거리를 두는 것은 보다 넓은 동작 범위와 보다 정확하고, 신뢰 가능하고, 반복가능하며 드리프트 없는 동작을 결과로 나타낸다.

전자부품 플랫폼들은 이러한 구성요소들이 기판과 동일한 프로세스 상태들에 노출되지 않도록 기판으로부터 민감한 구성요소들에 거리를 두는 레그들(legs)을 갖는다. 특히, 내부 전자 구성요소들은 기판보다 더 낮은 온도에 있을 수 있다. 특정한 피쳐들은 배터리들과 같은 전력 공급원들 및 집적 회로들을 포함하는 민감한 내부 구성요소들을 보호하도록 전자부품 플랫폼에 추가될 수 있다. 열 절연 볼륨은 외장(outer enclosure) 및 내부 구성요소들 사이에 절연을 제공하기 위해 전자부품 플랫폼으로 포함될 수 있다. 전자부품 모듈이 진공하에서 사용되는 경우, 이러한 절연 볼륨은 그것이 동작 동안 진공하에 있어서 양호한 열 절연을 제공하도록 외부에 개구부를 가질 수 있다. 다른 예들에서, 절연 볼륨은 적절한 재료를 통해 충전될 수 있다. 외장은 그 외장에 도달하는 방사열이 반사되도록 하기 위해 반사형 표면들을 가질 수 있다. 외장은 또한 그것의 온도가 천천히 상승하도록 특정 고온 용량을 갖는 재료로 구성될 수 있다. 상 변화 재료의 일부는 감소된 온도에서 내부 구성요소들을 유지하도록 전자부품 모듈에 포함될 수 있다. 전형적으로, 상 변화 재료는 내부 구성요소들의 가장 높은 동작 온도 및 공간 온도 사이에서 용융점을 갖는다. 전자부품 플랫폼은 표면상의 다양한 위치들에서 기판에 장착될 수 있거나, 그것이 기판 이외에 부분적으로 또는 완전히 연장하도록 장착될 수 있다.

본 발명의 측정 시스템은 웨이퍼 또는 기판의 다양한 위치들에서 프로세싱 상태들을 측정하고, 실시간으로 데이터 프로세싱 디바이스에 그것들을 전송하거나 프로세스 상태들의 나중의 전송 또는 다운로딩을 위해 메모리에 그것들을 기록한다.

본 명세서에 규정된 바와 같이, "프로세싱 상태들"은 집적 회로를 제작하는데 사용되는 다양한 프로세싱 파라미터들을 언급한다. 프로세싱 상태들은 반도체 제조를 제어하도록 사용되는 어떠한 파라미터 또는 제조업자가 비제한적으로 온도 와, 프로세싱 챔버 압력과, 챔버 내 기체 흐름 레이트와, 챔버 내 기체 화학 침착과, 이온 전류 밀도와, 이온 전류 에너지와, 광 에너지 밀도와, 웨이퍼의 진동 및 가속과 같은 것을 모니터링하기 원하는 어떠한 상태를 포함한다.

본 발명은 도면들을 참조로 하여 이제부터 기술될 것이다.

도 1A는 연장된 포지션에 따라 본 발명의 제 1 실시예인 프로세싱 상태 측정 디바이스("PCMD")(100)를 도시한 도면이다. PCMD(100)는 2개의 주요한 부분들인 기판(104) 및 전자식 디스크(106)를 갖는다. 기판(104)은 반도체 제조 장비, 글래스 기판 프로세싱 장비, 및 자기 메모리 디스크 프로세싱 장비의 프로세싱 상태들을 측정하도록 사용된다. 구체적으로, 그것은 웨이퍼 또는 기판이 프로세싱 동안 수행하게 되는 상태들을 측정하도록 사용된다. 센서들은 기판에 걸쳐 프로세싱 상태들을 측정하도록 기판(104) 내 또는 표면상의 서로 다른 영역들에 배치된다. 기판의 서로 다른 영역들에서 측정함으로써, 기판을 통한 그라디언트가 계산될 수 있고, 추가적으로 기판의 특정한 위치에서의 상태가 기판의 결과적인 특징들에 상관될 수 있다. 기판들(104) 내/상의 센서들의 수는 기판(104)의 크기와 측정될 프로세싱 상태에 대해 변경될 것이다. 측정 온도에 대한 일 실시예에 있어서, 200 mm 직경 기판은 300 mm 직경 기판이 29개 센서들을 갖는 반면에 17개 센서들을 갖는다. 기판(104)은 도 1G 내지 도 1H와 관련하여 보다 상세히 이후에 논의될 것이다.

전자식 디스크(106)는 케이블(108)에 의해 기판(104)에 접속된다. 케이블(108)은 어떠한 형태의 케이블일 수 있지만, 유연하고 낮은 프로파일을 갖는 평탄한 리본형 케이블이 바람직하다. PCMD가 적용될 프로세싱 상태들은 종종 높거나 가변적인 온도들 또는 다른 상태들을 포함하고, 그것들 모두는 전자 구성요소들의 기능성, 정밀도, 및 신뢰성에 부정적인 영향을 미친다. 더욱이, 다수의 다른 프로세싱 단계들 및 상태들은 프로세스로부터 전자부품들에 거리를 두거나 심지어 프로세싱 환경의 외부로 전자부품들을 위치시키기에 유리하다. 이러한 실시예에서, PCMD를 2개의 부분들로 분리하는 것은 전자부품이 다른 다양한 프로세싱 상태들 및 상승된 온도의 유해한 효과들 없이 챔버의 외부에 남아있는 동안 기판 및 센서들이 프로세싱 챔버의 내부에 있도록 허용한다. 따라서, PCMD(100)의 케이블(108)은 프로세스가 외부 환경으로부터 또는 외부 환경으로 프로세스 대기의 누설의 위험 없이 진행하도록 허용하기 위해 챔버 밀봉하에서 프로세싱 챔버의 외부로부터 내부까지 통과할 수 있다. 그 케이블은 폴리이미드와 같은 제조 프로세스에서 사용되는 다른 기체 화학물 및 온도에 대해 내성적인 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

데이터 프로세싱 디바이스("DPD")(110)는 데이터 포트(114)에서 무선통신 링크(112)를 통해 전자 디스크(106)에 접속된다. 무선통신 링크(112)는 유선 또는 무선 링크일 수 있고, 도 1F와 관련하여 추가로 상세히 이후에 기술될 것이다.

도 1B는 자신들 사이에 케이블(108)과 함께 동심상에 위치되는 기판(104) 및 전자식 디스크(106)를 도시한 도면이다. 동심은 또 다른 원주 내에 있는 하나의 원주로 본 명세서에 규정되며, 그 원들은 동일한 중점을 반드시 가질 필요는 없다. 따라서, 이러한 규정은 또한 원들의 이심률(eccentricity)을 포함한다.

동심상에 위치되면, 그것들은 다른 하나 위의 것과 이격되는 2개의 로보트 암들로 로딩될 수 있다. 센서들을 갖는 기판(104)은 더 낮은 로보트 암에 의해 지 지될 것이다. 더 낮은 암은 프로세싱 챔버로 기판(104)의 삽입을 위해 연장될 수 있다. 프로세싱 챔버는 삽입을 위한 3개의 영역들, 영역(134), 영역(136), 및 영역(138)을 갖는다. 도 1C는 프로세싱 챔버의 다양한 영역들로 PCMD(100)를 삽입하는 로보트 헤드(130)를 도시한 도면이다. 로보트 핸드들(130a)(위에서 전자식 디스크(106)를 지지한다) 및 로보트 핸드(130b)(아래서 기판(104)을 지지한다)는 모두 독립적으로 연장할 수 있다. 도 1D 및 도 1E는 로보트 헤드(130)의 3개 핸드들(130a, 130b, 130c)을 도시한 도면이다. 도 1D에서, 레벨 로보트 핸드(130b)는 로보트 핸드(130)의 로보트 핸드(130a)로부터 떨어져 연장된다. 레벨(130b 또는 130c)은 기판(104)을 포함하고, 레벨(130a 또는 130b)은 PCMD(10)가 그것의 연장된 상태에 있을 때 전자식 디스크(106)를 각각 포함한다. 로보트 헤드(130)는 그것이 챔버에 접는하는 것과 같이 도 1B에 도시된 그것의 동심 상태에서 우선적으로 PCMD를 갖는다. 그에 따라, 로보트 핸드(130b)는 핸드(130a)로부터 떨어져 연장되므로 전자식 디스크(106)로부터 기판(104)을 분리한다. 이러한 방식에 따라, 기판(104)은 도 1C에 도시된 바와 같이 영역(134)으로 배치될 수 있다. PCMD가 영역(136)으로 배치되는 경우, 로보트 핸드들(130a, 130b)은 그것의 동심 상태에서 PCMD(100)를 통해 영역(136)으로 삽입된다. 기판(104)은 포지션(136)에서 프로세스 챔버로 기판(104)을 이동시키는 슬라이딩 플랫폼상으로 낮춰진다. 로보트 핸드들(130a, 130b)로 로딩하기 이전에, PCMD(100)는 그것이 케이블(108)의 축을 따라 연장될 수 있도록 적절한 방향을 따라 회전된다. 프로세스 챔버(138)로의 기판(104)의 배치는 케이블(108)의 축을 따른 연장이 챔버(138)와 동조하도록 허용하기 위해 서로 다른 회전 각도를 제외한 챔버(136)에 대해 실질적으로 동일하다.

도 1F는 본 발명의 모든 실시예들에서 공통인 PCMD 회로(51) 및 DPD(110)의 신호 흐름 및 전기 회로들을 도시한 블록도이다. 이전에 언급된 바와 같이 센서들(150)은 기판(104) 내 또는 그 기판상에 있다. 센서들(150)의 출력은 전도체들(153)을 통해 SAC(154)에 연결된다. 메모리(152)는 선택적이며 케이블(108)의 커넥터상 또는 기판(104)상의 센서들(150) 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 존재하는 경우, 메모리는 프로세싱 없이 SAC(154)를 통해 통과되는 디지털 센서 데이터를 저장하고 마이크로 컨트롤러(158B)에 의한 디지털 센서 데이터의 판독을 위해 DTC(158)로 전도체들(156)을 통해 계속해서 진행한다. 메모리(152)는 센서들(150)에 대한 교정 계수들을 포함할 수 있다. 이러한 방식에 따라, 심지어 전자식 디스크(106)가 변경되는 경우, 메모리(152) 및 교정 계수들은 적절한 센서들(150)과 함께 남을 것이다. SAC(154)가 전자식 디스크(106)에 위치되는 것이 바람직하지만, 프로세스 챔버이 외부 또는 내부 어느 곳이나 기판(104)에 위치될 수 있다. SAC(154)는 센서 출력들을 골라내기 위해 필요한 회로를 포함하며, 필요한 경우 증폭기들, 전류 공급원들, 및 필터들과 같은 센서들을 구동시키기 위해 필요로 되는 어떠한 입력 전력 또는 다른 신호들을 제공한다. SAC(154)는 전도체들(156)에 걸쳐 데이터 송신 회로("DTC")에서 신호를 구동한다. 전력 공급원(162)은 저장 셀, 발광 에너지 전환 셀, 또는 유도성 연결 전력 공급원일 수 있고, 전기식 버스(164)를 통해 PCMD(100)의 모든 구성요소들에 전력을 공급한다.

DTC(158)는 프로세스를 위해 필요한 회로를 포함하고, 데이터 링크(112)를 통해 SAC(154)로부터 DPD(110)로 아날로그 또는 디지털 형태로 신호들을 저장 및 송신한다. 신호들이 디지털로 전성되는 경우에 있어서, DTC(158)는 하나 또는 그 이상의 아날로그 디지털 변환기들(158A)을 포함할 수 있다. DTC(158) 내 송수신기는 DPD(110)의 송수신기(110d)로부터 그 송수신기로 어떠한 제어 신호들 및 측정된 프로세싱 상태들을 전송 및 수신한다. 송수신기(110d)가 DPD(110)의 일부로 도시되고 있을지라도, 그것은 또한 로보트 헤드(130)상에서 멀리 떨어져 위치될 수 있다. DTC(158)는 또한 센서들(150)에 대한 교정 계수들을 포함할 수 있다. DTC(158)는 교정 계수 정보를 판독할 수 있고, 측정된 데이터에 교정 정정을 적용하기 위해 데이터 프로세싱 디바이스(110)로 그것을 전달하게 한다. DTC(158)는 또한 교정 계수들과 같은 다른 정보 뿐만 아니라, 최초 또는 정정된 상태에 따라 센서들(150)에 의해 측정되는 기록된 프로세싱 상태들을 저장하도록 메모리(158D)를 선택적으로 포함할 수 있다. 마이크로 컨트롤러 또는 게이트 어레이(158B)는 DTC(158)의 프로세스들을 관리한다. 데이터 링크(112)는 무선 링크일 수 있거나 RS 232 또는 범용 직렬 버스(USB) 접속과 같은 다중 전도체 데이터 케이블일 수 있다. 데이터 링크(112)가 무선인 경우에, 송수신기들(158c, 11d)은 적외선, 음향, 음파, 초음파, 또는 무선 주파수 신호들과 통신할 수 있다. 어떠한 수의 공지된 프로토콜들은 블루투스와 같이 활용될 수 있다. 송수신기는 또한 유도적으로 신호들을 전송 및 수신할 수 있다. PCMD(100)에서, DTC(158)는 전자식 디스크(106)의 일부인 반면에, 다음의 실시예들에서 그것의 다른 곳에 위치될 수 있다. 명확성을 위해, SAC(154), DTC(154), 및 DPD(110) 내 배선 또는 상호접속들은 도시되지 않는다.

데이터 프로세싱 디바이스(110)는 컴퓨터나 개인용 디지털 보조기("PDA") 또는 목적을 위해 만들어진 컴퓨터와 같은 어떠한 마이크로프로세서 또는 게이트 어레이 제어된 디바이스일 수 있다. DPD(110)는 중앙 처리 유닛(110A)을 포함하고, 디스플레이 또는 키보드, 마우스 등등과 같은 입력/출력 디바이스들(110B)과, 메모리(110C)와, 송수신기(110D)를 포함한다.

기판(104)은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직한 기초층(140)을 갖지만, 또한 글래스, 세라믹, GaAs, 탄화물, 또는 질화물을 포함하는 박막 디바이스들 또는 집적 회로들을 제작하는데 사용될 수 있는 다수의 다른 재료들로 구성될 수 있다. 기판(104) 및 전자식 디스크(106)는 현재 웨이퍼들의 사이즈를 시뮬레이팅하고 종래의 웨이퍼 취급 기계장치에 의해 다뤄지도록 직경으로 200mm 또는 300mm인 것이 바람직하다.

도 1G는 기판(104)을 도시한 단면도이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 기초층(140)은 웨이퍼상에 형성되는 다양한 층들을 갖는 실리콘 웨이퍼이다. 기초층(140)은 기초층(140)상에 절연층(142)을 갖는다. 절연층(142)은 어떠한 절연 재료일 수 있지만, 실리콘 이산화물과 같은 열 산화물인 것이 바람직하다. 덮개층(144)은 그 후에 절연층(142)의 상위에 형성된다. 덮개층(144)은 절연층(142)에서의 어떠한 결함들에 대해서도 보상한다. 덮개 층(144)상에 상호접속 층(146)이 있다. 상호접속 층(146)은 프로세스 상태들을 모니터링하는 센서들로부터 그 센서로 신호들을 전달하도록 사용되는 전도층이다. 상호접속 층(146)은 센서들의 정확한 위치로부터 그 위치로 이끄는 회로 트레이스들과 상호접속에 대해 필요로 되는 어떠한 결합 패드들을 형성하도록 에칭된다. 추가적으로, 센서들 자체는 상호접속 층(146) 내에서 그리고 다른 전도층들(도시되지 않음) 내에서 형성될 수 있다. 상호접속 층(146)상에 패시베이션 층(passivation layer)(148)이 있다. 패시베이션 층(148)은 질화물 층인 것이 바람직하지만, 유전 재료의 어떠한 형태일 수 있다. 많은 서로 다른 레이아웃들이 가능하고 본 발명의 범위 내에 있을지라도, 도 1H는 기판(104) 내/상의 센서들(150)의 양호한 레이아웃을 도시한 도면이다. 도 1J는 기판(104)에 장착되고 상호접속 층(146)에 형성되는 회로 트레이스들에 접속되는 이산적인 센서(150)를 도시한 도면이다. 열 전도성 절연 세라믹 재료(도시되지 않음)는 센서(150)를 커버하고 공동(cavity)을 충전한다. 기판상에 직접적으로 침착되는 박막층에서 구성되는 상호접속들 및 센서들에 대한 보다 많은 정보에 대해서는 그것 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 Renken 등에 의한 명칭이 "집적 회로 제작 툴에서 기판상의 온도 감지를 위한 장치(Apparatus for Sensing Temperature on a Substrate in an Integrated Circuit Fabrication Tool)"인 미국 특허 제 6,190,040 B1 호를 참조한다.

센서들(150)은 공지된 반도체 변환기 디자인에 따라 기판(104)에 제조되거나 장착되는 다양한 프로세싱 상태들을 검출하는데 필요하다. 온도를 측정하는데 있어서, 대중적인 변환기는 RTD 또는 서미스터이고, 그것은 온도 계수를 갖는 박막 저항기 재료를 포함한다. 자기 저항 재료는 또한 기판(104)상에 영향을 미치는 자속의 양을 측정하도록 사용될 수 있다. 저항 전압 컨버터는 종종 저항에 민감한 재료(서미스터 또는 자기 저항 재료)의 말단 엔드들 사이의 기판 내에 형성된다. 또 다른 예시적인 온도 센서는 기판의 층들에 리소그래피에 따라 형성되는 2개의 동일하지 않은 전도체로 구성되는 열전쌍을 포함한다. 전도체들 사이의 접합이 가열될 때, 작은 열전기 전압이 접합 온도를 통해 대략 선형적으로 증가하며 생성된다. 온도 센서의 또 다른 예는 온도와 함께 증가하는 전압을 생성하는 다이오드를 포함한다. 양극 공급원 및 부하 저항기 사이에 다이오드를 접속시킴으로써, 전류 전압 변환은 부하 저항기로부터 얻어질 수 있다. 또 다른 센서는 발진의 온도 의존적 주파수를 나타내는 결정 방향에 대해 절단된 수정 결정으로부터 제조되는 수정 튜닝 포크(quartz tuning fork)와 같은 압전 디바이스이다. 센서의 발진 주파수는 온도와 함께 주파수 변화를 최소화하도록 향해지는 결정으로부터 제조되는 수정 튜닝 포크와 같은 압전 디바이스에 의해 형성되는 마스터 발진기에 대해 참조될 수 있다. 센서 및 마스터 발진기 사이의 주파수 차이는 직접적인 디지털 온도 의존적 신호를 제공한다. 압전 센서들은 또한 침착 질량 및 레이트나 다른 프로세스 상태들을 측정하도록 질량 변화를 감지하기 위해 사용될 수 있다.

센서들(150)은 또한 기판(104)의 층들에 일체 형성되는 이산 센서 또는 센서와 같이, 기판(104)을 통한 선택 영역들에서 압력, 힘, 또는 인장을 측정하도록 사용될 수 있다. 웨이퍼상에 영향을 미치는 대기압을 측정할 수 있는 압력 변환기들의 많은 형태들이 존재한다. 적절한 압력 변환기는 다이어프그램 형태 변환기(diaphragm-type transducer)를 포함하고, 다이어프그램 또는 탄성 요소는 압력을 감지하여 다이어프그램에 접속되는 브리지 회로 또는 다이어프 그램 뒤의 공동에 의해 판독될 수 있는 대응하는 인장 또는 편향을 생성한다. 또 다른 적절한 압 력 변환기는 기판(104)의 반도체 기판 내에 배치되는 압전 재료를 포함할 수 있다. 압전 재료는 기판으로 도핑 혼합물들을 확산시킴으로써 형성된다. 결과적인 압전 재료는 그에 영향을 미치는 압력 또는 인장의 양에 비례하여 출력 전류를 생성한다.

센서들(150)은 또한 기판(104)에 걸쳐 흐름 레이트를 측정하도록 사용될 수 있다. 추가로, 습도 및 수분 센서들 또한 기판(104)상에 형성될 수 있다. 흐름 레이트를 측정하기 위한 공지된 방법, 핫 와이어 풍속계(hot-wire anemometer)는 기판(104)으로 포함될 수 있다. 유속은 유선형 유체 흐름이 기판(104)상에 형성되는 비유선형 장애물에 부딪치는 것과 같이 와류 생성의 주파수에 기초한다. 유체 흐름의 측정은 일반적으로 방해물의 측에 대한 특정 와류들의 형성을 포함한다. 따라서, 교대 압력 차이가 그 두 측들 사이에서 발생한다. 문턱 위(어떠한 와류 생성도 아래서 발생하지 않음)에서, 주파수는 유속에 비례한다. 교대 압력 차이를 검출하는 많은 방법들에서, 핫 서미스터는 방해물의 2개 측들 사이의 작은 채널에 배치되는 것이 바람직하다. 사용되는 채널을 통한 흐름의 교대 방향들은 자기 가열 서미스터를 주기적으로 냉각시키고, 그에 의해 AC 신호를 생성하고 전기 펄스들을 2번 와류 주파수에 대응시킨다. 그러므로, 서미스터 전면의 기판(104)으로부터 튀어나온 방해물은 고체 상태 흐름 레이트 측정을 제공할 수 있다. 가열은 서로 매우 근접하여 배치되는 자기 가열 서미스터들 사이에서 전달될 수 있다. 유체 흐름은 질량 흐름에 비례하여 열 불균형을 일으키는 인접한 서미스터들 사이에 열 에너지를 전달한다. 2개 또는 그 이상의 인접한 센서들은 벡터를 따른 흐름을 측정하도록 배 열될 수 있거나, 여러 흐름 벡터들이 또한 감지될 수 있다. 열 불균형은 질량 흐름에 관해 DC 신호를 생성하도록 검출될 수 있다. 여러 방향들에 따른 흐름들은 흐름 벡터들을 검출하도록 비교될 수 있다.

센서들(150)은 또한 기판(104)상에 배치되는 기체 화학 농도를 측정하도록 사용될 수 있다. 화학 침착 센서들은 측정될 특정 이온들에 침투가능한 미세막을 사용한다. 이상적으로, 미세막은 모든 다른 이온들에 대해 완전히 불침투성이라야 한다. 미세막의 전도율은 그 미세막을 침투한 선택 이온들의 전달에 직접적으로 비례한다. 미세막 전도율의 가변성이 제시되면, 측정들은 기판(104)을 둘러싸는 주변 내에 존재하는 화학 이온들의 양에 직접적으로 상관하여 취해질 수 있다.

센서들(150)은 또한 병렬 판 구조, 수집 판들의 배열, 및 수집 판들 위에서 지지되는 제어 그리드들을 갖는 수집 판들을 통한 이온 전류 밀도 및 이온 전류 에너지를 측정하도록 사용될 수 있다. 병렬 판들 사이에서, 또는 수집 판들의 어레이로 흐르는 전류는 이온 전류 밀도를 통해 증가할 것이다. 이온 전류 에너지는 상수를 적용하거나 그 판들 위의 그리드에 대한 DC 전위를 변경함으로써 검출될 수 있다. 이것은 에너지 분배가 검출되도록 허용하는 이온 전류 에너지를 통한 전류 흐름을 조절할 것이다. 이것은 침착 또는 에칭 프로세스를 모니터링 및 조정하는데 유용하다.

압전 변환기/센서는 또한 층의 공진 주파수와 그에 따른 층의 질량 및 두께를 측정하도록 기판(104)으로 집적될 수 있다.

추가적으로, 센서들(150)은 또한 기판(104)으로부터 이격되는 대상의 포지션 또는 변위에 따른 변화를 검출하도록 사용될 수 있다. 예시적인 변위 변환기들은 광자 에너지(또는 세기)를 측정할 수 있고 광자 에너지를 전기장 또는 전압으로 변환할 수 있는 전기 광학 디바이스들을 포함한다. 비교적 잘 알려진 전기 광학 디바이스들은 반도체 기판상에 형성될 수 있는 광 방출 다이오드들, 포토다이오드들, 포토트랜지스터들 등등을 포함한다. 변위 센서들은 에칭 또는 침착 챔버 내에서 이격하는 전극에 대한 정확한 정보를 제공하도록 사용되며, 또한 웨이퍼와 대응하는 마스크들 및/또는 방사 공급원 사이에 이격 정보를 제공할 수 있다.

도 2는 프로세스 상태 측정 디바이스, PCMD(200)의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. PCMD(200)는 전자식 디스크(206)가 기판(104) 및 PCMD(100)의 전자식 디스크(106)보다 더 작다는 것을 제외하고는 PCMD(100)와 유사하다. PCMD(100)에서와 같이, 전자식 디스크(206)는 연장된 포지션으로 기판(104)으로부터 분리된다. PCMD(200)는 기판(104)(위 또는 아래)과 합칠 수 있다. 따라서, 전자부품은 프로세싱 챔버의 유해한 상태들로부터 멀어질 수 있다. 전자부품은 디스크와는 다른 형성 요소에 따를 수 있다.

도 3A는 프로세스 상태 측정 디바이스, PCMD(300)의 또 다른 실시예를 계속해서 도시한 도면이다. PCMD(300)는 도 2의 PCMD(200)와 유사하지만, 표면으로 또는 기판(104)의 공동으로 그 표면상에 추가적인 전자식 플랫폼(207)을 포함한다. PCMD(100, 200)의 전자식 디스크(106, 206)에 이전에 포함되는 전자부품 및 전력 공급원 회로설계(151)는 이제 전자식 디스크(206) 및 전자식 플랫폼(207) 사이에서 나눠진다. 도 1F에 도시된 PCMD 회로설계(151)의 어떠한 부분은 어느 위치에도 있 을 수 있고, 또한 각각의 플랫폼상에 복제될 수 있다. 신호 획득 회로설계(154)는 전자식 플랫폼(207)의 일부이며, 데이터 송신 회로설계(158)는 전자식 플랫폼(207) 및 전자식 디스크(206) 모두에 존재하는 것이 바람직하다. 따라서, DPD(110)로의 전달은 전자식 플랫폼(207) 또는 전자식 디스크(206)로부터 일 것이다. 전자식 플랫폼(207)은 기판(104)의 표면상 어느 곳에 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 그것은 중앙에 위치된다.

도 3B에서 알 수 있는 바와 같이, 전자식 플랫폼(207)은 하나 또는 그 이상의 스페이서들 또는 플랫폼 레그들(209)을 통해 기판(104)의 표면으로부터 상승된다. 이전에 언급된 바와 같이, 프로세싱 챔버는 온도 및 다른 파라미터들에 따라 다소 큰 그라디언트들을 가질 수 있다. 몇몇 경우들에 있어서, 가장 심각한 프로세싱 상태는 웨이퍼의 레벨에 있을 수 있다. 웨이퍼의 표면으로부터 전자부품을 상승시키는 것은 가장 심각한 프로세싱 상태들로부터 전자부품을 격리시키는 또 다른 방법이다. 플랫폼(207) 및 플랫폼 레그(들)(209)는 기판(104)과 같은 유사한/호환가능한 특징들을 갖는 재료로 구성되는 것이 바람직하지만, 실제로 어떠한 재료로도 구성될 수 있다. 호환성은 팽창의 열 계수나, 다른 기계적, 전기적, 또는 재료 속성들에 관련될 수 있다. 플랫폼(207)이 기판(104)으로부터 상승되는 거리는 측정되도록 기대되는 프로세싱 상태에 의존하여 조정될 수 있지만, 일반적으로 1 mm에서 5 mm정도이다. 플랫폼 레그들은 직경 또는 (원형이 아닌 경우) 폭에 따라 0.05 mm로부터 1.0 mm까지의 사이즈의 범위를 가질 수 있고, 기판 및 플랫폼 사이에서 열 전달을 제한하도록 약 0.05 mm 직경의 최소 직경 또는 폭을 갖는 것이 바람직하 다. 플랫폼(207)의 전자식 회로설계로부터의 신호들은 플랫폼 레그들(209)에 필수적인 작은 전기 케이블 또는 전도체들을 통해 기판(104)에 전달된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(400)를 도시한 도면이다. PCMD(400)는 그것이 전자식 디스크(206)를 포함하지 않는 것을 제외하고는 PCMD(300)와 유사하다. 전자식 플랫폼(207)은 SAC(154) 및 DTC(158)를 포함한다. 전력 공급원(162)은 플랫폼(207)상에 위치되는 것이 바람지하지만, 또한 기판(104)상에 위치될 수 있다. 케이블(108)은 기판(104) 및 전자식 플랫폼(207)을 포함하는 폐쇄된 프로세스 챔버 내에서 막아지되는 전달을 허용함으로써 송수신기를 지원하도록 안테나 또는 외부 변환기로 기능하기 위해 프로세스 챔버 밖으로 연장할 수 있다. 따라서, 케이블(108)은 DTC(158) 및 DPD(110) 사이에서 실시간이거나 지연된 신호들을 송신하는데 데이터 링크(112)의 일부로 작동한다. 대안적으로, 케이블(108)은 DPD(110)에 직접적으로 접속될 수 있고, 따라서 데이터 링크는 유선 링크이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 PCMD(500)를 계속해서 도시한 도면이다. PCMD(500)는 PCMD(400)의 케이블이 없는 것을 제외하고는 유사하다. 따라서, PCMD(500)는 데이터 링크(112)를 통해 무선으로 통신한다. 안테나는 전자식 플랫폼(207)으로 집적되는 것이 바람직하지만, 기판(104)상에 또는 그 기판 내에 형성될 수도 있다.

지금까지, 전자식 플랫폼(207)을 특색으로 하는 모든 실시예들, 즉 PCMD(300, 400, 500)에서, 그 플랫폼은 기판(104)의 중앙에 위치되었다. 이것은 그 것이 로보트 암에 의해 회전되거나 순환되는 것과 같이 적절히 균형 맞춰진 프로세스 상태 측정 디바이스를 유지하는 것이 중요하기 때문이다. 그러나, 열 균형 또한 많은 다른 프로세싱 상태들의 균형과 마찬가지로 중요하다. 이전에 언급된 바와 같이, 프로세싱 상태는 프로세싱 챔버에 걸쳐 크게 변경될 수 있다. 각각의 서로 다른 프로세싱 상태는 프로세싱 챔버 내에서 그것 자신의 프로파일 또는 그라디언트를 갖는다. 따라서, 이러한 변경들을 수용하기 위해 프로세싱 상태에 의존하여 전자식 플랫폼(207)의 위치를 변경하거나, 기판상에 또는 그 기판으로 하나 이상의 플랫폼을 위치시키는 것이 유리하다.

도 6에서, PCMD(600)는 기판(207)의 에지에 가까이 위치되는 전자식 플랫폼(207)을 갖는다. 그렇지 않으면, PCMD(600)는 PCMD(500)와 동일하다. 도 7에서, PCMD(700)는 기판(104)의 직경에 따라 위치되고 기판(104)의 중심으로부터 동일하게 떨어져 있는 2개 또는 그 이상의 전자식 플랫폼들(207, 209)을 갖는다. PCMD 회로설계(151)는 플랫폼(209)이 어떠한 전자 구성요소들 또는 회로설계도 갖지 않는 구성을 포함하는 전자식 플랫폼(207, 209) 사이에서 어떠한 비율에 따라 나눠질 수 있다. 또한, PCMD 회로설계(151)는 각각의 플랫폼상에 복제될 수 있다.

어떠한 실시예에서, PDMD 회로설계 모두 또는 일부, 즉 메모리(152), SAC(154), DTC(158), 및 전력 공급원(162)을 포함하는 플랫폼은 대안적으로 기판으로 집적되거나 기판 내에 형성되는 공동 내에 포함될 수 있다. 이것은 프로세싱 상태들을 측정하도록 사용되는 기판(104)이 실질적으로 실제 생성의 프로세싱 상태들에 적용되는 생성 기판과 동일한 질량을 갖는다. 목적은 가능한 한 테스트 기 판(104)과 유사하게 효과들을 정확하게 시뮬레이팅하도록 플랫폼에 의해 추가되는 것과 동일한 기판의 질량을 제거하는 것이다. 온도 변화들에 따른 동적 열 응답 시간들은 기판(104) 내 질량 및 열 전도가 생산 기판과 유사한 경우 가장 정확하게 측정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 플랫폼(800)을 도시한 도면이다. 전자식 플랫폼(800)은 도 3B의 전자식 플랫폼(207)과 유사하지만, 고온에서 사용하기에 특히 적절하게 하는 추가적인 특징들을 갖는다. 전자식 플랫폼(800)은 그것에 장착되는 집적 회로들(806a-c)과 함께 전력 공급원(802) 및 인쇄 회로 보드(804)를 포함한다. PCB(804) 및 집적 회로들(806a-c)은 센서들로부터 데이터를 수집하여 메모리에 그것을 저장하거나 프로세싱을 위해 원격 유닛으로 그것들 (무선 또는 다른 방식으로) 송신할 수 있다. 전자식 플랫폼(800)은 전자식 플랫폼(800)의 내부 구성요소들을 둘러싸는 외장(808)을 갖는다. 외장(808)은 내부 볼륨(812)을 밀봉하지 않지만, 대신에 내부 볼륨(812)이 외장(808)의 외부와 유체 전달 상태에 있도록 개구부(810)를 갖는다. 따라서, 기체는 내부 볼륨(812)으로부터 외부로 흐를 수 있고, 그 외부로부터의 기체는 내부 볼륨(812)으로 들어갈 수 있다. 전자식 플랫폼(800)이 (대기중보다 낮은 압력, 예를 들어 3 milliTorr으로 비워진) 진공하에서 나중에 놓이는 챔버에 배치될 때, 내부 볼륨(812)이 비워진다. 개구부(810)의 사이즈는 내부 볼륨(812)이 외부에 대해 현저히 다른 압력을 갖지 않는 것과 같을 수 있다. 따라서, 전자식 플랫폼(800)이 압력에 따른 빠른 변화들에 적용되어야 하는 경우, 그에 따라 개구부(810)는 크게 구성될 수 있다. 압력에 따른 단지 느린 변화 들만이 경험될 경우, 그에 따라 개구부(810)는 상대적으로 작게 구성될 수 있다. 개구부(810)의 사이즈는 더 큰 개구부를 요구하는 더 큰 볼륨을 통해 내부 볼륨(812)의 사이즈에 따라 선택될 수 있다. 낮은 프로파일 전자식 플랫폼은 작은 개구부만을 요구하는 매우 작은 내부 볼륨을 가질 수 있다. 일례에 있어서, 리드들이 전자식 플랫폼으로 들어가는 작은 갭은 외부와 대략적으로 동일한 압력에서 작은 내부 볼륨에 따른 압력을 유지하기에 충분하다. 일반적으로, 개구부(810)를 통해 들어가는 가열의 양을 감소시키기 위해 개구부(810)를 작게 유지하는 것이 원해진다. 진공은 불량한 열 전도체이다. 따라서, 내부 볼륨(812)이 진공하에 있을 때, 그것은 외장(808)으로부터 전력 공급원(802), PCB(804), 및 집적 회로들(806a-c)까지 가열의 어떠한 흐름도 감소시킨다. 내부 볼륨(812)은 높은 외부 온도에 대해 이러한 내부 구성요소들을 절연시키도록 열 절연 볼륨으로 작동한다.

외장(808)은 전력 공급원(802), PCB(804), 및 집적 회로들(806a-c)이 외장(808)의 외부보다 더 낮은 온도에서 유지되도록 적절한 재료로 구성될 수 있다. 외장(808)은 가열 에너지가 외장(808)을 향하는 것과 같이 흡수되지 않으며 외장(808)으로부터 떨어져 반사되기 쉽도록 방사열을 반사하기 쉬운 재료로 구성될 수 있다. 외장(808)은 가열이 흡수되는 것과 같이 외장(808)의 온도가 느리게 상승하도록 하여 내부 구성요소들의 가열을 지연시키도록 높은 특정한 가열 용량을 갖는 재료로 구성될 수 있다. 방사열에 반사적이며 특정한 높은 가열 용량들을 갖는 재료들의 예들은 불변강(니켈 철 합금) 및 스테인리스를 포함한다. 그러나, 특히 얇은 글래스 기판상에 있을 때, 전자식 모듈의 무게 또한 중요할 수 있다. 모듈의 무게를 낮게 유지하기 위해, 외장(808)은 알루미늄으로 구성될 수 있다. 알루미늄이 불변강보다 더 낮은 가열 온도를 갖는 반면에, 그것은 훨씬 더 가볍고 방사열에 반사적일 수 있다.

전자식 플랫폼(800)은 전도, 대류, 또는 방사에 의해 전달될 수 있는 가열로부터의 보호를 통해 전력 공급원(802), PCB(804), 및 집적 회로들(806a-c)과 같은 내부 구성요소들을 제공한다. 아래로부터의 가열의 전도성 전달은 기판(816)으로부터 전자식 플랫폼(800)을 상승시키는 레그들(814a, 814b)을 사용함으로써 감소된다. 레그들(814a, 814b)은 작은 단면 영역들(대략 몇 가지 예들에서 직경이 0.5 millimeters)을 가질 수 있다. 레그들은 전자식 플랫폼에 대해 필요한 물리적 지원을 제공하기에 충분히 크게 남아있는 반면에 작게 구성될 수 있다. 레그들은 세라믹과 같은 열 전도율의 낮은 계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 몇 가지 예들에서, 레그들은 그것들이 필수적인 구성요소들과 함께 형성될 수 있도록 외장과 동일한 재료로 형성된다. 따라서, 외장(808) 및 레그들(814a, 814b)은 알루미늄으로 \형성될 수 있다. 레그들(815a-d)은 또한 외장(808)의 하부로부터 전력 공급원(802) 및 PCB(804)를 상승시키도록 제공된다. 이것은 외장(808)으로부터 내부 구성요소들까지 가열 흐름을 감소시킨다. 몇 가지 경우들에 있어서, 케이폰 테이프(kapon tape)와 같은 절연 재료의 층은 절연층을 형성하도록 레그들(815a-d) 대신에 사용될 수 있다. 그러한 절연층은 연속 또는 불연속부분들로 형성될 수 있다. 추가로, 외장(808)으로부터 내부 구성요소들까지 가열이 전도성 전달이 감소되고, 그 경우 전자식 플랫폼(800)은 진공 상태에서 사용되며, 그 이유는 내부 볼륨(812)이 열 절 연 볼륨으로 작동하기 때문이다. 심지어 진공이 고레벨이 달성되지 않는 경우에도, 내부 볼륨(812)에서 감소된 압력은 외장(808)으로부터 내부 구성요소들까지 가열 전달을 감소시킨다. 내부 볼륨은 전력 공급원(802), 집적 회로들(806a-c), 및 외장(808)이 서로 접촉하지 않도록 이러한 구성요소들 사이에서 연장한다. 따라서, 갭은 일반적으로 외장(808) 및 어떠한 내부 구성요소들 사이에서 유지된다. 공기 또는 몇몇 다른 주변 기체에서, 주변 기체는 내부 볼륨(812)으로 들어가고 외장(808) 및 내부 구성요소들 사이에 절연을 제공한다. (프로세스 챔버 벽과 같은) 외부 구성요소들 및 전자식 플랫폼(800) 사이에서 가열의 대류성 전달은 전자식 플랫폼(800)을 둘러싸는 압력이 감소되는 것과 같이 감소된다. 기체가 가열을 전달하기 위해 적을수록, 이러한 방식에 따라 더 적은 가열이 전달된다. 마찬가지로, 외장(808) 및 내부 구성요소들 사이에서 대류성 전달은 내부 볼륨(812)에서 압력이 감소되는 것과 같이 감소된다. 전자식 플랫폼(800)으로 가열이 방사 전달은 외장(808)상의 반사성 외부 표면(818)을 제공함으로써 감소된다. 외장(808)의 모든 외부 표면들은 반사적으로 구성될 수 있거나, 가열이 특정한 방향으로부터 오는 경우 단지 어떠한 선택된 표면들만이 반사적일 수 있다. 표면(819)과 같은 내부 표면들은 또한 반사적으로 구성될 수 있다. 그러한 반사적인 표면들은 일반적으로 낮은 방출률을 가지므로, 주어진 온도에 있을 때 상대적으로 거의 에너지를 방사하지 않는다. 반사성 표면(818)과 같은 반사성 표면은 외장의 내부 표면 또는 외부에 대한 재료와 같은 금속을 사용함으로써 제공될 수 있다. 표면은 더욱 반사적이도록 연마될 수 있다. 일례에 있어서, 연마된 강철은 외장을 형성하도록 사용된다. 추가적인 반사층은 외장(808) 내에 추가될 수 있다. 일례에서, 하나 또는 그 이상의 반사성 금속층들, 예를 들어 알루미늄 박 층들은 전력 공급원(802), PCB(804), 및 집적 회로들(806a-c)을 둘러싼다. 전자식 플랫폼(800)은 이전에 기술된 바와 같이 기판(816)으로 장착되는 하나 또는 그 이상의 센서들에 접속한다.

도 9는 대안적인 전자식 플랫폼(900)을 도시한 도면이다. 전자식 플랫폼(900)은 외장(908) 내에 포함되는 전력 공급원(902), PCB(904), 집적 회로들(906a-c)을 갖는다. 외장(908)은 레그들(914a, 914b)에 의해 기판(916)으로부터 상승된다. 전자식 플랫폼(800)과는 다르게, 전자식 플랫폼(900)은 외장(908)에 개구부를 갖지 않는다. 따라서, 외장(908)은 밀봉된다. 전자식 플랫폼(900)의 내부 볼륨(912)은 외부와 접속되지 않는 열 절연 볼륨을 형성한다. 일례에 있어서, 내부 볼륨(912)은 진공이다. 따라서, 외장(908)은 내부 볼륨(912)이 비어져 있도록 진공하에서 봉인된다. 레그들은 외장(908)으로부터 전력 공급원(902) 및 PCB(904)를 이격시키기 위해 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 내부 볼륨(912)은 외장(908) 및 내부 구성요소들 사이에 절연을 제공하는 기체로 충전된다. 또 다른 예에서, 내부 볼륨은 그것이 절연을 제공하도록 열 전도율의 낮은 계수를 갖는 고체로 충전된다. 고체 내 기체 거품들을 캡슐화하는 기포 또한 내부 볼륨(912)을 충전하도록 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 내부 볼륨(912)은 상 변화 재료로 충전될 수 있다. 상 변화 재료들은 그것들의 용융점에서 상 변화를 수행하는 것과 같이 가열 에너지를 흡수하는 재료들이다. 고체 상 변화 재료가 가열되어 그것의 용융점에 도달할 때, 그것은 고체로부터 액체로 상 변화를 경험한다. 이러한 프로세스 동안, 상 변화 재료는 용융 엔탈피로 알려진 가열의 어떠한 양을 흡수한다. 기열 투입에도 불구하고, 심지어 상 변화가 발생할지라도, 재료의 온도는 상대적으로 일정한 온도에 머무른다. 이것은 때때로 재료에 따라 취해지는 잠재적인 가열로 기술된다. 특정한 상 변화 재료들은 그것들의 용융점 및 그것들의 높은 특정 용융 엔탈피(또는 융합의 특정 잠재적 가열)에 대해 선택될 수 있다. 상 변화 재료는 보호될 어떠한 구성요소들의 동작 범위 내에 있는 용융점을 가져야 하며, 그 이유는 그것이 상 변화를 수행하는 것과 같이 그것의 용융점에서 구성요소들을 계속해서 둘러싸기가 쉽기 때문이다. 그러나, 상 변화 재료의 용융점은 그 상 변화 재료가 상온에서 고체이도록 상온보다 더 높아야 한다(대략적으로 섭씨 18-20도). 전형적으로, 대략적으로 섭씨 85도의 최대 동작 온도 아래에서 집적 회로들(906a-906c)과 같은 전자 구성요소들을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상 변화 재료는 섭씨 20 및 85 사이에서 용융점을 갖고 높은 특정 용융 엔탈피를 갖도록 선택될 수 있다. 다양한 상 변화 재료들은 섭씨 35도의 용융점을 가지고 섭씨 27 및 42도 사이에서 157 kiloJoules/kilogram의 가열 저장 용량을 갖는 RT35를 포함하는 Rubitherm®GmbH로부터 사용가능하다. 상 변화 재료의 양은 또한 전자식 플랫폼에 의해 경험될 어떠한 가열 프로세스의 지속기간 및 온도에 따라 선택될 수 있다. 몇 가지 예들에 있어서, 전자식 구성요소들은 더 높은 온도 비율들을 가질 수 있으므로, 그것들은 섭씨 85도보다 더 높은 온도에서 동작할 수 있다. 또한, 전자 구성요소들은 그것들의 특정한 최대 온도보다 더 높은 온도에서 사용을 위해 적응될 수 있다. 명칭이 "집 적 프로세스 상태 감지 웨이퍼 및 데이터 분석 시스템(Integrated process condition sensing wafer and data analysis system)"인 미국 특허 출원 공보 번호 2004/0225462에서는 그것들이 자신들의 특정한 온도 범위 위의 온도에서 동작될 수 있도록 종래의 집적 회로들을 적응시키는 방법들을 기술한다. 그러한 방법들은 전자식 플랫폼에서 집적 회로들에 적용될 수 있다. 전자식 모듈에서 집적 회로들은 패키지화되거나 패키지화되지 않을 수 있다. 패키지화 되지 않은 집적 회로들은 리드 프레임을 통해 지나가지 않으며 PCB 또는 다른 외부 회로설계에 직접적으로 접속되는 반도체 표면상에 결합 패드들을 가질 수 있다. 패키지 없이, 집적 회로는 더 작아질 수 있으므로 전자식 플랫폼이 더 낮은 프로파일을 갖도록 허용한다. 배터리와 같은 전력 소스는 또한 그것이 동작하도록 중단하거나 만족스럽게 동작하도록 중단하는 특정한 온도 범위를 가질 수 있다. 전형적으로, 배터리들은 섭씨 65-85까지 동작한다. 몇몇 배터리들은 섭씨 150도에서도 동작할 수 있다.

도 10은 외장(1008)의 외부로 내부 볼륨(1012)을 접속시키는 개구부를 갖고, 외장(1008) 내에 상 변화 재료 부분(1020)을 갖는 대안적인 전자식 플랫폼(1000)을 도시한 도면이다. 이것은 상 변화 재료의 온도 안정화 효과들과 내부 볼륨(1012)에서 진공에 의해 제공되는 절연의 장점들을 결합한다. 전력 소스(1002), PCB(1004), 및 집적 회로들(1006a-c)을 포함하는 내부 구성요소들을 부분적으로 둘러싸는 열 절연 볼륨, 내부 볼륨(1012)은 가열 에너지가 내부 구성요소들에 도달하는 것을 방지하도록 돕는다. 가열 에너지가 내부 구성요소들에 도달할 때, 그 열 에너지는 상 변화 재료 부분(1020)에 의해 흡수된다. 이것은 대략적으로 상 변화 재료의 용융점 에서 내부 구성요소들을 유지하기 쉽다. 상 변화 재료 부분(1020)은 전력 소스(1002) 및 PCB(1004) 하에서 외장(1008)의 하위에 걸쳐 연장하는 것으로 나타난다. 그러나, 다른 예들에서 외장(1008) 내 이러한 구성요소들의 위치들은 서로 다를 수 있다. 이전에서와 같이, 레그들(1014a-1014b)은 기판(1016)으로부터 전자식 플랫폼(1000)을 상승시키도록 제공되며, 외장(1008)은 반사성 외부 표면을 가질 수 있다.

도 11은 또 다른 대안적인 전자식 플랫폼(1100)을 계속해서 도시한 도면이다. 전자식 플랫폼(1100)은 전력 공급원(1102)을 포함하는 내부 구성요소들을 갖는다. PCB(1104) 및 집적 회로들은 상 변화 재료 부분(1120)에 의해 둘러싸인다. 상 변화 재료(1120)를 둘러싸는 것은 열 절연층(1130)이다. 상 변화 재료는 그것의 용융점 위에서 그것을 가열하여 그것이 액체 형태로 있는 동안 공동으로 그것을 쏟음으로써 미리 규정된 공동을 충전하도록 사용될 수 있다. 따라서, 외장(1108)은 몇 가지 적절한 재료의 열 절연층(1130)을 통해 제공될 수 있다. 그 후에, 전력 공급원(1102), PCB(1104), 및 집적 회로들(1106a-c)은 상 변화 재료 부분(1120)을 형성하도록 적절한 상 변화 재료로 충전되는 나머지 볼륨 및 외장에 배치될 수 있다. 외장(1108)은 그 다음으로 봉인될 수 있다. 일례에 있어서, 열 절연층(1130)은 적절한 고체, 또는 기체 거품들을 가둔 고체이다, 일례에 있어서, 열 절연층(1130)은 견고하고 다공성이며, 절연층(1130)을 통해 가열의 전도를 감소시키도록 기체 거품들 대신에 진공을 갖는 절연 재료이다. 또 다른 예에서, 열 절연층(1130)은 기체 또는 진공으로 형성될 수 있다. 상 변화 재료 부분(1120)은 그것이 녹을 때와 같은 자신의 포지션을 유지하도록 컨테이너(도시되지 않음)에 포함될 수 있다. 열 절연층(1130)은 그러한 컨테이너 및 외장(1108) 사이에서 연장한다. 열 절연층(1130)이 진공인 경우, 그것은 진공하에서 외장(1108)을 봉인하거나 진공하에서 동작하는 동안 외장(1108)에 개구부를 가짐으로써 형성될 수 있다. 이전과 같이, 레그들(1114a, 1114b)은 기판(1116)으로부터 전자식 플랫폼을 상승시키도록 제공되며, 외장(1108)은 반사성 외부 표면을 가질 수 있다.

도 12A는 위에서부터 전자식 플랫폼(1200)을 갖는 글래스 기판(1216)을 도시한 도면이다. 전자식 플랫폼(1200)은 상기기술된 전자식 플랫폼들(800-1100) 중 어느 것에 따른 구조와 유사할 수 있다. 전자식 플랫폼(1200)은 리드들(1252a-1252i)을 통해 복수의 센서 유닛들(1250a-1250i)에 접속된다. 센서 유닛들(1250a-1250i)은 그것들이 다양한 위치들에서 하나 또는 그 이상의 프로세스 상태들을 측정하도록 글래스 기판(1216)의 표면에 걸쳐 배열된다. 각각의 센서 유닛은 단일한 프로세스 상태를 측정하도록 단일한 센서를 포함할 수 있거나, 하나 이상의 프로세스 상태를 측정하도록 하나 이상의 센서를 가질 수 있다. 일부가 다른 것들과는 다른 프로세스 상태들을 측정할 수 있도록 모든 센서 유닛들이 반드시 동일할 필요는 없다. 센서 유닛들(1250a-1250i)로부터의 데이터는 리드들(1252a-1252i)을 통해 전자식 플랫폼(1200)으로 전송된다. 데이터는 나중에 복구를 위해 전자식 플랫폼(1200)에 저장될 수 있거나, 전자식 플랫폼(1200)에서 데이터 송신 회로설계를 사용하여 전자식 플랫폼(1200)으로부터 또 다른 위치로 전송될 수 있다. 일례에 있어서, 센서 유닛들(1250a-1250i)은 기판(1216)에 걸쳐 온도를 측정한다. 그에 따라, 온도 데이터는 나중의 복구 및 분석을 위해 전자식 플랫폼(1200) 내 메모리에 저장된다.

도 12B는 기판에 걸쳐 센서 유닛들의 대안적인 배열을 도시한 도면이다. 전자식 플랫폼(1201)은 리드들(1262a-1262h)에 의해 전자식 플랫폼(1201)에 접속되는 기판(1266)에 걸쳐 분배되는 센서들(1260a-1260h)과 함께 글래스 기판(1266)의 중앙에 위치된다.

도 13은 단면으로 기판(1216)의 일부분 및 전자식 모듈(1200)을 도시한 도면이다. 센서 유닛(1250a)은 리드(1252a)에 의해 전자식 플랫폼(1200)에 접속되는 것으로 도시되어 있다. 센서 유닛들의 예들과 글래스 기판들에 그것들을 위치시키고 부착시키는 방법들은 미국 특허 제 6,915,589 호에서 제시되며, 이 특허는 그것 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. FPD(Flat Panel Display) 기판들과 같은 글래스 기판들은 크고(2미터 또는 그 이상의 치수) 매우 얇다(전형적으로 0.5 내지 1.1 millimeters). 그러한 글래스 기판들은 일반적으로 기판들이 어떠한 물리적 치수들에 순응하는 것을 요구하는 자동화 장비에 의해 이동된다. 예를 들어, 몇몇 프로세싱 장비에서 개구부들은 대략 높이가 13 millimeters일 수 있고, 반면에 다른 장비들에서 심지어 더 작은 개구부들이 사용될 수 있다. 그러한 개구부를 통해 지나가도록 기판(1216)과 같은 기구화된 기판을 허용하기 위해, 전자식 플랫폼(1200)과 같은 전자식 플랫폼의 높이는 상대적으로 작게 유지되어야 한다. 기판(1216)의 상위 표면으로부터 전자식 플랫폼(1200)의 전체 높이 h는 현재 예에서 대략적으로 8 millimeters이다. 전자식 플랫폼(1200)의 레그들(1214a, 1214b)은 높이에서 대략적으로 0.5 millimeters이며, 외장은 높이에서 대략적으로 7.5 millimeters이다.

도 14는 전자식 플랫폼이 단지 부분적으로 기판(1416)을 덮는 레그들(1414a-b)에 의해 지지되는 대안적인 배열을 도시한 도면이다. 따라서, 전자식 플랫폼(1400)의 일부는 기판(1416) 이외로 연장한다. 이것은 유리할 수 있으며, 그 이유는 기판(1416)의 프로세싱 동안 많이 가열한 만큼 받아들이지 않는 위치에서 전자식 플랫폼(1400)을 유지할 수 있기 때문이다. 또한, 1400은 기판(1416)상에 더 작은 풋프린트를 갖는다. 즉, 전자식 플랫폼(1400)은 기판(1416)을 전체적으로 덮는 경우보다 기판(1414)의 더 작은 부분에 걸쳐 연장한다. 따라서, 전자식 플랫폼에 의해 야기될 수 있는 프로세스 파라미터들의 측정들에 대한 어떠한 효과들도 감소된다. 단순하게는, 수직 레그들(1414a-b)은 전자식 플랫폼(1400)을 지지하는 것으로 도시되며, 어떠한 적절한 구조도 사용될 수 있다.

도 15A 및 도 15B는 전자식 플랫폼(1500)이 기판(1516)의 어느 부분도 덮지 않도록 기판(1516)의 주변 밖에 있는 위치로 레그들(1514a-1514b)에 의해 지지되는 또 다른 대안적인 구조를 계속해서 도시한 도면이다. 이러한 구조는 전자식 플랫폼(1500)이 그것 위를 덮으며 위치되는 경우보다 이러한 위치에서 덜 가열될 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 또한, 전자식 플랫폼(1500)이 기판(1516)으로부터 수집되는 어떠한 측정들에 대한 효과를 거의 또는 전혀 갖지 않도록 기판(1516)상에 풋프린트를 갖지 않는다. 예를 들어, 온도 측정들에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 섀도잉(shadowing)도 감소 또는 제거된다. 2개의 레그들(1514a-1514b)이 제시되는 동안, 어떠한 적절한 구조도 기판(1516)과 관련하여 전자식 모듈(1500)을 위치시키기 위해 사용될 수 있다.

상기 예들이 전자식 플랫폼의 구성요소들에 대해 고온으로부터 보호를 제공하도록 구성요소들의 특정한 배열들을 나타내는 반면에, 다른 배열들 또한 가능하다. 열 절연 볼륨들(진공, 기체, 고체, 기포, 또는 다른 적절한 구조)은 가열의 전도가 감소되도록 어느 곳에도 위치될 수 있다. 반사성 표면들은 방사열이 향할 가능성이 높은 어느 곳에도 제공될 수 있다. 높은 가열 용량을 갖는 재료가 사용될 수 있다. 재료들은 또한 전자식 플랫폼의 질량을 낮게 유지하도록 선택된다. 상 변화 재료의 하나 또는 그 이상의 부분들은 그러한 위치들에서 온도를 아래로 유지하도록 하나 또는 그 이상의 위치들에 제공될 수 있다. 서로 다른 상 변화 재료들은 서로 다른 애플리케이션들에 대해 사용될 수 있다. 본 발명의 테크닉들을 사용하여, 종래 구성요소들을 통한 전자식 플랫폼들은 섭씨 470도까지 그리고 심지어 섭씨 470도 위의 온도 범위들에서 사용될 수 있다. 전자식 플랫폼은 10분까지, 또는 몇몇 경우들에서 10분 이상의 기간들 동안 상승된 온도를 견딜 수 있다. 일반적으로 전자식 플랫폼이 더 짧은 지속기간 동안 더 높은 온도를 견딜 수 있다는 것을 의미하는 온도 및 지속기간 사이에 트레이드 오프가 존재한다. 몇몇 경우들에서, 전자식 플랫폼들은 계속해서 동작하는 동안 10분 넘게 섭씨 470도 이상에서 견딜 수 있다. 그러한 기구화된 글래스 기판들은 글래스 기판상에 박막의 CVD(Chemical Vapor Deposition) 동안 글래스 기판에 걸쳐 프로세스 상태들을 측정하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예들 및 그것들의 장점들이 제시되고 기술되는 동안, 다양한 변화들, 대체들, 및 수정들이 특허청구범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으며 그에서 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 센서들의 위치 및 형태는 기술된 예들과 서로 다를 수 있다. 추가적으로, 전자식 플랫폼 또는 디스크는 측정 기판의 공동으로 감춰질 수 있고, 동일한 결과를 얻도록 동일한 방식에 따라 동일한 기능을 수행하는 회로설계 또한 본 발명의 범위 내에 존재한다.

상기된 바에 같이 본원 발명에 따르면 유해한 프로세싱 상태의 작업 환경으로부터 멀리 격리되므로, 측정 디바이스를 보호할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

1. 기판과,

   상기 기판에 부착되는 복수의 센서들과,

   상기 복수의 센서들에 전기적으로 연결되는 전기식 플랫폼을 포함하며,

   상기 전기식 플랫폼은 적어도 하나의 집적 회로를 둘러싸는 외장을 갖고, 상기 외장은 열 절연 볼륨을 포함하고,

   상기 전기식 플랫폼은 상기 기판으로부터 상기 플랫폼을 상승시키는 하나 또는 그 이상의 레그들에 의해 상기 기판에 장착되는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열 절연 볼륨은 상기 외장에 대해 외부에 있는 외부 볼륨을 통해 유체 전달 상태에 있는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열 절연 볼륨은 상기 외부 볼륨이 비워지는 것과 같이 비워지는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 열 절연 볼륨은 열 전도율의 낮은 계수를 갖는 재료로 충전되는, 프로 세싱 상태들 감지 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 외장은 밀봉되는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 외장은 방사열에 대해 반사적인 외부 표면을 갖는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 외장 내에 상 변화 재료를 더 포함하는 프로세싱 상태들 감지 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 글래스로 구성되는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 또는 그 이상의 레그들은 1 millimeter 보다 작은 높이를 갖는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
10. 기판과,

    상기 기판에 부착되는 복수의 센서들과,

    상기 복수의 센서들에 전기적으로 연결되는 전자식 플랫폼을 포함하며,

    상기 전자식 플랫폼은 적어도 하나의 집적 회로를 둘러싸는 외장을 갖고, 상기 외장은 섭씨 25 및 85도 사이에서 용융점을 갖는 상 변화 재료를 포함하고,

    상기 전자식 플랫폼은 상기 기판으로부터 상기 플랫폼을 상승시키는 하나 또는 그 이상의 레그들에 의해 상기 기판에 장착되는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 외장은 열 절연 볼륨을 추가로 둘러싸는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 열 절연 볼륨은 대기압보다 작은 압력에서 기체를 포함하는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 열 절연 볼륨은 가열 전도율의 낮은 계수를 갖는 고체를 포함하는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 전자식 플랫폼은 전력 공급원 및 복수의 집적 회로들을 포함하며, 상기 상 변화 재료, 상기 전력 공급원, 및 상기 복수의 집적 회로들이 모두 대략적으로 동일한 온도에 있도록 상기 전력 공급원 및 상기 복수의 집적 회로들에 매우 근접하는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 외장은 방사열에 반사적인 외부 표면을 갖는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
16. 제 10 항에 있어서,

    상기 외장은 방사열에 반사적인 내부 표면을 갖는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
17. 제 10 항에 있어서,

    상기 레그들은 상기 기판의 주변 이외로 연장하는 포지션에서 상기 전자식 플랫폼을 유지하는, 프로세싱 상태들 감지 시스템.
18. 기판에 센서들을 부착하고 리드들에 의해 전자식 모듈에 상기 센서들을 접속시키는 단계와,

    전자 구성요소들 주위에 절연 볼륨을 둘러싸는 외장을 포함하도록 상기 전자 식 모듈을 형성하는 단계로서, 상기 외장은 레그들에 의해 상기 기판으로부터 멀리 떨어지는, 상기 전자식 모듈 형성 단계를 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    섭씨 18도 및 85도 사이에서 용융점을 갖는 상 변화 재료를 포함하도록 상기 전자식 모듈을 형성하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
20. 제 18 항에 있어서,

    반사성 표면을 제공하도록 상기 전자식 모듈의 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
21. 제 18 항에 있어서,

    상기 외장의 내압이 외압과 대략적으로 동일한 상기 외장에 개구부를 형성하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
22. 제 18 항에 있어서,

    상기 기판의 표면의 중앙 위치를 덮도록 상기 전기식 모듈을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
23. 제 18 항에 있어서,

    상기 기판의 표면상에 중앙이 아닌 위치를 덮도록 상기 전자식 모듈을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.
24. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자식 모듈의 적어도 일부가 상기 기판의 표면을 덮지않도록 상기 전자식 모듈을 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는 프로세스 상태 측정 디바이스 형성 방법.

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