KR20080035031A - 공정의 작동, 최적화, 감시 및 제어용 데이터를 얻기 위한방법들 및 장치 - Google Patents

Abstract

데이터는 응답모델들과 공정들을 개발 및 유지하는데 필요한 정보 및 공정도구들을 도출하기 위해 수집된다. 이 데이터를 수집하기 위한 방법들 및 장치는 표준방법들을 사용하여 통상 가능한 것보다 적은 섭동 및 적은 중단으로 데이터를 수집할 수 있는 센서장치(100)를 구비한다. 이 센서장치는 공정도구에 실어질 수 있다. 공정도구 내에서, 일 실시예의 센서장치는 데이터를 측정하며 데이터를 저장하고 데이터를 송신할 수 있다. 이 센서장치는 거의 실시간의 데이터수집 및 통신을 위한 능력을 가진다.

반도체공정, 응답모델, 센서장치, 전자기기분리, 차폐

Description

공정의 작동, 최적화, 감시 및 제어용 데이터를 얻기 위한 방법들 및 장치{Methods and apparatus for obtaining data for process operation, optimization, monitoring and control}

본 발명은 가공소재들(workpieces)을 가공, 특히, 전자기기제조용의 가공소재들을 가공하기 위한 데이터를 수집하기 위한 개선된 방법들 및 장치에 관한 것이다.

전자기기들을 위한 재료들의 성공적인 가공은 전형적으로 모든 공정단계들에서 가공환경의 최적화 및 정밀한 제어를 필요로 한다. 다수의 이러한 공정단계들은 소망의 공정변수들을 측정하는 것을 어렵게 하거나 불가능하게 하는 상황에서 수행된다. 중대한 공정변수(예컨대, 집적회로를 위한 플라즈마식각단계 동안의 반도체웨이퍼온도)가 곧바로 측정되지 않는 경우들에서는, 당해 매개변수에 대하여 측정가능하거나 제어가능한 다른 매개변수들과의 상호관계를 만드는 것이 시도된다. 장비응답모델이라고도 불리는 이러한 상호관계의 정확도 및 안정성은, 어떤 주어진 공정단계에서 제조능력 및 기기수율의 결정에 있어 중대한 요소이다.

주어진 공정단계에 관한 정확한 장비응답모델은 전형적으로 공간(공정도구 내의 위치 의존성) 및 시간(공정시간 또는 시퀀스에 대한 의존성)성분들을 가진다. 반도체웨이퍼가공과 같은 응용들에서, 대형 웨이퍼에 관한 업계의 추세는 중대한 공정매개변수들의 평균값들뿐만 아니라 그것들의 분포 및 균일성도 측정되는 것이 더욱 중요해지게 하였다. 이 공간맵핑요건은 통상 가공영역 내의 다중 센서들의 분포를 필요로 하여, 결과적으로, 공정섭동(process perturbation)의 가능성이 증가되게 하였고 응답모델의 품질이 떨어지게 하였다. 처리시간 의존형의 데이터를 얻는 것은 통상 본래의 장소에서 거의 실시간의 기계사용(instrumentation) 및 측정을 요구한다. 이러한 측정기법들은 흔히 가공환경 및 도구구성과 양립할 수 없거나 이것들에 개입하는 요건들(예컨대, 광학적 접근, 전기접속, 등)을 가진다.

이러한 상황 하에서 장비응답모델을 얻거나 검증하는 것은 어렵게 되며, 비용이 들게 되고 문제를 안게 될 수 있다. 잠재적으로 섭동하는 감지소자들 및 그것들에 관련된 관통접속들(feedthroughs)의 도입과 공정환경으로의 연결(예컨대, 플라즈마방전으로의 열전쌍)은 매우 꺼림직하게 착수된다. 그러므로, 대부분의 개입하는 응용들은 장비개발자들에 의해서만 사용되고, 더 적게는 고급공정개발자들에 의해서만 사용된다. 이러한 응용들은 분명히 대량생산에는 유익하지만, 선진적인 기계사용 및 모델링은 이러한 환경들에서 사용되기가 거의 불가능하다. 이것은 공정섭동의 위험이 통상 잠재적인 이점을 초과하기 때문이다.

장비응답모델들은 때때로 쉽사리 명백하게 되지 않는 상태에서 종종 특정 공정매개변수들에 매우 민감하다. 예를 들어, 전형적인 플라즈마식각시스템에서 웨이퍼온도는 공정기체혼합물 및 웨이퍼 뒷면의 거칠기 뿐 아니라 더욱 명백한 매개변 수들인 척(chuck)온도, RF출력, 및 뒷면헬륨압력에 의존할 수 있다. 모든 상호작용들의 불완전한 이해로 개발되거나 실제 제조조건들과는 현저히 다른 조건들 하에서 만들어진 장비응답모델은 심각한 오류들을 가질 수 있다. 일반적으로 용인될 수 있는 응답모델을 생성하기 위해 최종적인 최적가공조건들 및 웨이퍼상태들을 적절히 예상하는 것은 있을법하지 않고, 이는 특히 응답모델들을 위한 측정들이 전형적으로 행해지는 경우의 설계 및 개발 중에는 틀림이 없는 사실이다. 장비응답모델들은 반도체웨이퍼가공에 사용되는 정전척 상의 표면마감(surface finish)과 같은 하드웨어변화들에 매우 민감할 수 있다. 부품의 수많은 속성들에 엄격한 허용오차들을 지정함으로써 응답모델을 안정화시키려는 시도는 통상 비용이 많이 들고 효과가 없다. 주요한 하드웨어속성들은 종종 시간에 따른 느린 변화를 겪게 되고, 이러한 변화들은 장비응답모델에서의 부정확성이 느리게 증가하는 형태로 그 영향력이 반영된다.

분명히, 공간분석적이고 시간분석적인 장비응답모델들이 용이하고 경제적으로 개발 및 유지될 수 있게 하는 신뢰성 있고 효율적인 모델들 및 장치를 요구하는 수많은 응용들이 존재한다. 중요한 응용의 일 예는 반도체웨이퍼, 평판디스플레이, 및 다른 전자기기와 같은 가공소재들의 균일한 가공이다. 게다가, 현실적인 공정조건들을 수행하는 비변형 공정장비에 대해 비섭동식으로 응답모델들을 위한 데이터를 수집할 수 있는 방법들 및 장치에 대한 요구가 있다. 더욱이, 작업효율을 개선하며, 생산성을 향상시키고, 장비에 대한 그리고 전체 제조설비에 대한 소유권의 비용을 줄일 수 있게 하기 위해 제조설비에서 장비의 개별 조각들을 위한 응답모델 들을 발생, 점검 및 빈번히 갱신할 수 있는 방법들 및 장치에 대한 요구도 있다.

이 발명은 가공소재들을 가공하는데 사용되는 공정들 및 공정도구(process tool)들의 성능 및 생선성을 향상시킬 수 있는 방법들 및 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 한 양태는 응답모델들을 생성하기 위한 데이터를 획득하고 공정들 및 공정도구들을 감시, 제어 및 최적화하는 방법들을 포함한다. 이 방법은 정보처리능력을 갖는 센서장치를 사용하여 실시된다. 이 방법은 센서장치를 공정도구 내로 로딩하고(loading) 센서장치로써 작동특성들을 측정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 측정된 작동특성들을 센서장치를 사용하여 디지털데이터로 변환하는 단계를 더 포함한다. 또, 이 방법은 디지털데이터를 센서장치에 저장하는 단계와 디지털데이터를 수신기에 송신하는 단계 중의 적어도 하나의 단계를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 공정들 및 공정도구들을 감시, 제어, 및 최적화하기 위한 데이터를 획득하는 장치이다. 이 장치는 기판과 기판에 의해 지지되는 적어도 하나의 센서를 구비한다. 정보처리능력을 갖는 정보처리기도 기판에 의해 지지된다. 정보처리기는 센서로부터의 정보가 정보처리기에 제공도리 수 있도록 센서와 연결된다. 내부통신기도 기판에 의해 지지된다. 내부통신기는 정보처리기가 내부통신기에 정보를 제공할 수 있도록 정보처리기와 연결된다. 내부통신기는 정보처리기 로부터 수신된 정보를 송신할 수 있다. 전원도 기판에 의해 지지된다. 이 전원은 정보처리기, 내부통신기, 및 센서 중의 적어도 하나에 전력을 제공할 수 있도록 연결된다.

장치의 다른 실시예에서, 내부통신기는 정보를 수신기에 송신하기 위한 무선통신기법들을 사용할 수 있다. 임의선택적으로는(optionally), 내부통신기는 양방향(bi-directional)통신을 할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 정보처리기는 측정된 데이터를 저장하며, 조작(operational)데이터를 저장하며, 교정(calibration)데이터를 저장하고, 다른 정보도 저장할 수 있는 데이터저장소를 가져도 좋다. 임의선택적으로는, 정보처리기는 측정된 데이터를 수학적으로 조작하기 위한 능력을 가질 수도 있다.

본 발명의 다른 양태는 공정들 및 공정도구들을 감시, 제어, 및 최적화하기 위한 데이터를 획득하기 위한 센서장치를 작동시키는 방법을 포함한다. 일 예의 실시예에서, 이 방법은 센서장치에 의해 실행가능한 프로그램을 포함한다. 이 방법은 센서장치가 곧바로 데이터를 수집하고 처리할 수 있도록 센서장치를 초기화하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 센서장치가 데이터를 수집하고 처리하는 단계, 데이터를 수신기에 보내는 단계, 데이터를 저장하는 단계, 및 조작명령을 실행하는 단계 중의 적어도 하나의 단계를 행하게 하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 초기화단계 후에, 센서장치가 전력사용을 줄이기 위해 휴면모드(sleep mode)로 들어가게 하는 단계를 구비해도 좋다.

또, 본 발명의 다른 양태는 가공소재들을 가공하기 위한 제조설비를 작동하 는 방법을 포함한다. 이 방법은 가공소재들을 가공할 수 있는 적어도 하나의 공정도구를 제공하는 단계를 구비한다. 이 방법은 또한 공정데이터를 무선으로 수집할 수 있는 센서장치를 제공하는 단계를 구비한다. 센서장치는, 1. 공정도구 내로부터의 공정데이터를 무선으로 송신하는 것과, 2. 공정도구 내에 공정데이터를 저장하는 것 중의 적어도 하나를 할 수 있다.

더욱이, 센서장치는 공정도구의 작동을 실질적으로 훼방(interruption)하는 일 없이 공정도구에 실리고 부려질 수도 있다. 이 방법은 또한 공정도구의 작동에 관한 공정데이터를 센서장치를 사용하여 측정하는 단계를 구비한다. 이 방법은 감지데이터로부터의 데이터를 사용하여 공정도구의 성능을 감시하는 단계와 센서장치로 측정된 공정데이터에 응답하여 공정도구의 성능을 유지시키는 단계 중의 적어도 하나의 단계를 수행하는 단계를 더 포함한다.

이 발명은 이것의 응용이 다음의 설명에서 언급되거나 도면들에 도시된 구성요소들의 상세한 구성 및 배치로 한정되지 않음이 이해될 것이다. 본 발명은 다르게 실시될 수 있고 다양한 방식들로 실용화되고 실시될 수 있다. 또, 여기에 사용된 표현법 및 용어들은 설명을 위한 것일 뿐 제한하려고 한 것은 아님이 이해될 것이다.

이러한 내용만으로, 이 기술의 당업자는 이 개시물이 기초하는 개념이 본 발명의 양태들을 실시하기 위한 다른 구조들, 방법들 및 시스템들의 설계 시의 근거로서 쉽사리 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로, 청구범위는 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는 그러한 등가물들을 포함하는 것으로 간주되는 것은 중요하다.

본 발명의 전술한 및 다른 추가의 특징들 및 이점들은 이 발명의 구체적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명을, 특히 첨부 도면들과 연계하여 고려하면, 명확하게 될 것이다.

본 발명의 실시예들의 동작이 주로 반도체웨이퍼들 또는 평판디스플레이들을 가공하는 것에 관련하여 이하에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명에 따르는 실시예들이 본질적으로 공정조건들에서 잠재적인 시간적 및/또는 공간적 섭동들을 겪게 되는 가공소재에 관계되는 임의의 가공단계들에 대한 공정특성들을 측정하고 응답모델을 생성하는데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

다음의 도면들의 설명에서, 도면들에 공통인 거의 동일한 요소들 또는 단계들을 지정할 때 동일한 참조번호들이 사용되어있다.

이제 도 1을 참조하면, 거기에는 센서장치(100)에 관한 블록도가 보여진다. 센서장치(100)는 기판(110), 센서, 바람직하게는 복수개의 센서들(150), 정보처리기(200), 내부통신기(300) 및 전원(350)을 구비한다. 센서들(150), 정보처리기(200), 내부통신기(300) 및 전원(350)은 기판(100)에 의해 지지된다. 센서들(150)은 센서들(150)에 의해 발생된 신호들이 정보처리기(200)에 입력으로서 제공되게 하기 위해 정보처리기(200)에 연결된다. 정보처리기(200)는 정보처리기(200)로부터의 정보 및 데이터가 내부통신기(300)에 전송되도록 하기 위해 내부통신기(300)에 연결된다. 바람직한 실시예들에서, 정보처리기(200)는 정보처리 기(200) 및 내부통신기(300) 간의 양방향 정보전달을 위해 내부통신기(300)에 연결된다.

전원(350)은 전력을 정보처리기(200)에 제공하기 위해 정보처리기(200)와 연결된다. 전원(350)은 전력을 내부통신기(300)에 제공하기 위해 내부통신기(300)와 연결된다. 본 발명의 실시예들은 작동을 위해 전력을 필요로 하는 센서들(150)을 구비할 것이고, 그러한 실시예들의 경우, 전원(350)은 전력을 센서들(150)에 제공하기 위해 센서들(150)과 연결된다. 대체실시예들에서, 센서들(150)은 전력을 필요로 하지 않고, 따라서, 전기전원(350)과의 연결은 그러한 실시예들에서는 필요하지 않다.

내부통신기(300)는 정보처리기(200)로부터 수신된 정보 및 데이터를 수신기에 송신할 수 있는 송신기이다. 정보처리기(200) 및 내부통신기(300)가 양방향 정보전달을 결합되는 실시예들의 경우, 내부통신기(300)가 송신기로부터의 정보 수신에 더하여 수신기에 정보를 송신할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

도 1은 또한 내부통신기(300)에 의해 송신된 정보를 수신하기 위해 배치된 임의선택적인 외부통신기(400)를 보여준다. 외부통신기(400)는 내부통신기(300)에 의해 송신된 데이터 및 정보를 수신할 수 있는 수신기이다. 다르게는, 외부통신기(400)는 양방향 정보전달을 할 수 있는 내부통신기(300)를 갖는 본 발명의 실시예들에서는 내부통신기(300)에 정보를 송신할 수 있게 될 것이다.

바람직한 실시예들에서, 내부통신기(300)는 배선 없이, 케이블 없이, 그리고 어떠한 종류의 연속적인 물리적 연결에 관한 필요 없이 외부통신기(400)와 양방향 정보전달을 할 수 있다. 바꾸어 발하면, 정보는 무선통신의 기법들을 사용하여 무선으로 전달된다. 적절한 무선통신기법들의 두 가지 예들은, 소리(sound)를 이용하는 기법과 전자기복사를 이용하는 기법이다. 대체로 통신응용들에 사용할 수 있는 전자기복사의 어떤 유형은 본 발명의 실시예들에 적합할 것이다. 전자기복사의 적합한 유형의 예들은 마이크로파복사, 고주파(radio frequency)복사, 자외선복사, 가시광복사, 및 적외선복사이다. 본 발명의 하나의 실시예는 무선통신을 위해 850㎚와 900㎚ 사이의 파장을 갖는 펄스식 적외광을 사용한다.

기판(110)은 센서들(150), 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)을 지지하며 운반체(carrier)로서 소용된다. 바람직하게는, 기판(110)은 가공소재들의 재료성질과 유사한 재료성을 가진다.

반도체공정들의 특징을 묘사하기 위해 사용된 본 발명의 실시예들의 경우, 기판(110)은, 바람직하게는, 반도체웨이퍼가공소재들에 포함된 재료들과 유사한 재료성질들을 가진다. 구체적으로는, 기판(110)은 실리콘가공의 경우 실리콘 그리고 갈륨비소가공가공의 경우 갈륨비소와 같은 반도체재료로 만들어질 것이다. 마찬가지로, 평판디스플레이공정들의 경우, 기판(110)은 평판디스플레이 제작에 전형적으로 사용되는 유리 또는 다른 재료들로 이루어질 것이다.

다르게는, 기판(110)은 가공소재들에 사용되는 재료들과는 다른 재료를 포함할 것이다. 기판(110)을 위한 재료들의 선택은 재료의 비용, 센서장치(100)의 재료로서의 사용의 용이함, 내구성, 및 센서장치(100)에의 응용을 위한 재료의 강도와 같은 요소들에 의해 영향을 받을 것이다. 바람직하게는, 기판(110)을 위해 사용되 는 재료로는 공정도구를 실질적으로 오염시키지 않거나 바뀌게 하지 않는 재료가 선택된다. 게다가, 기판(110)에 사용되는 재료로는 실질적으로 정확한 측정이 센서장치(100)에 의해 행해지게 할 수 있는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 재료는 공정의 측정에 관한 부정확한 오류들에 기여하지 않는 것이 선택되어야 한다.

기판(110)이 가공소재들과 재료가 유사하여야 하는 것 외에도, 센서장치(100)가 가공소재의 치수와 유사한 치수를 가지는 것도 바람직하다. 구체적으로는, 센서장치(100)는 공정도구에서 가공소재의 행위를 흉내내도록 하기 위해 가공소재의 치수와 유사한 치수를 가지는 것이 소망된다. 센서장치(100)는 가공소재들을 로딩하는데 사용되는 동일한 입구를 사용하여 센서장치(100)를 공정도구에 실을 수 있도록 하는 치수를 가지는 것이 바람직하다. 이 특징은 센서장치(100)를 로딩하고 언로딩(unloading) 위해 공정도구를 제거 또는 철거해야할 필요가 없게 할 수 있다.

다수의 제조작업들은 가공소재들을 공정도구들에 로딩하고 언로딩하기 위해 기계조작장비를 사용한다. 기계조작장비는 가공소재들을 로딩하고 언로딩할 때에 사람이 관계하는 양을 줄이기 위해 통상 자동화된다. 로봇은 가공소재들을 로딩하고 언로딩하기 위해 제조작업들에 빈번하게 사용되는 자동화된 조작장비의 일 예이다. 예를 들어, 로봇들은 전자기기제작을 위해 가공소재들을 다루는데 자주 사용된다. 센서장치(100)는 가공소재들을 위해 사용되는 실질적으로 동일한 로봇을 사용하여 공정도구에 실리고 부려질 수 있도록 하는 치수를 가져 제조작업의 중단을 최소화할 수 있도록 하는 것이 소망된다.

임의선택적으로는, 반도체가공응용들을 위한 본 발명의 일부 실시예들의 경우, 기판(110)은 반도체웨이퍼를 포함한다. 이 반도체웨이퍼는 가공환경에 실질적으로 적합한 물리적 프로파일, 열질량, 다른 주된 전기적 성질들, 및 주된 화학적 성질들을 제공하기 위해 실제 가공조건들을 흉내내도록 제공된다. 마찬가지로, 평판디스플레이 응용들의 경우, 기판(110)은 평판디스플레이 기판을 포함할 것이다.

더욱이, 기판(110)은 센서들(150), 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)을 상호접속하기 위해 사용되는 기초지지배선으로서 소용될 것이다. 전자기기들을 배선하기 위한 표준상호접속기법들 이를테면 집적회로들 및 인쇄회로기판들에 사용되는 기법들이 사용될 것이다. 바람직하게는, 센서들 및 그것들의 상호접속들은 간단하고 경제적이게 되도록 명확하게 설계된다. 큰 특징크기(feature size)의 사용은 고비용의 투영인쇄 또는 직접전자빔묘화기술보다는 차라리 실크스크리닝 또는 접촉포토마스킹과 같은 기술들을 사용하여 센서들(150)의 제작 및/또는 상호접속을 할 수 있게 한다.

센서들(150)은 소망된 측정들에 필요한 어떤 유형이라도 좋다. 다른 유형들의 공정특성들을 거의 동시에 또는 적어도 동일한 데이터획득 작업시간(session) 동안 측정할 수 있게 하도록 하기 위해 센서들(150)에 대해 다수 유형의 센서들을 구비하는 것도 가능하다. 물론, 교정(calibration) 및 성능비교와 같은 목적들을 위한 동일한 공정매개변수를 측정하기 위해 다른 유형들의 센서들을 구비하는 것은 다른 임의선택사양이 된다.

센서들(150)은 공정 및 공정도구를 대표하는 것인 일부 기본적인 국소공정매 개변수에 비례하는 전기신호를 제공하도록 설계된다. 반도체가공 및 평판디스플레이가공과 같은 응용들에 중요한 공정매개변수들의 예들로는 온도, 식각율, 퇴적율, RF필드, 플라즈마퍼텐셜, 및 이온플럭스를 들 수 있다. 복수개의 센서들이 각 센서장치(100)의 부분으로서 사용되므로 비교적 저가의 센서들을 가지는 것이 소망된다.

전형적인 센서 유형들의 예들로는, 온도측정용의 저항기인 온도의존형 센서; 온도측정용 서미스터; 플라즈퍼텐셜을 측정하고 이온플럭스를 측정하기 위한 확정영역(defined area)탐촉자들; 식각율을 측정하기 위한 반데포우십자(Van der Paw crosses); 플라즈마퍼텐셜을 측정하기 위한 절연필드트렌지스터들; 및 이온플럭스를 측정하고 RF필드를 측정하기 위한 전류루프들을 들 수 있다.

센서들(15)을 구성하는 개별 센서들은 특정 매개변수의 측정들의 맵 또는 분포를 제공하기 위해 배열형태로 기판(110) 전체에 걸쳐 분산될 것이다. 센서들(150)이 다른 유형들의 센서들을 구비한 본 발명의 실시예들은, 다수의 공정특성들의 측정들에 기초한 공정지문(fingerprint) 또는 공정프로파일을 제공할 수 있을 것이다. 센서들의 수 및 유형들은 구체적인 응용 및 공정요건들에 기초하여 선택된다.

센서들(150)은 기판(110)에 부착된 이산형의 센서기들을 구비할 것이다. 다르게는, 센서들(150)은 기판(110)의 부분으로서 제작될 것이다. 바꾸어 말하면, 기판(110)은 센서들(150)을 기판(110)의 일체화된 부분으로서 제작할 수 있도록 처리될 것이다.

정보처리기(200)는, 바람직하게는, 다양한 센서 유형들과 인터페이스 할 수 있고, 본 발명의 바람직한 실시예들은 하나보다 많은 센서들을 구비한다. 바람직하게는, 정보처리기(200)는 센서들(150)로부터 정보를 수신할 수 있도록 센서들(150)과 인터페이스된다. 다른 실시예들에서는, 정보처리기(200)가 센서들(150)에 인터페이스되어 정보처리기(200)가 정보를 센서들(150)에 제공하도록 하는 것이 소망된다. 본 발명의 실시예들은 입력신호들을 요구하는 센서들을 구비해도 좋다. 구체적인 예로서, 센서들은 정보 및 지령들을 처리하기 위한 자기소유의 마이크로프로세서를 구비할 수 있다.

센서장치(100)의 중요한 특성은 그것의 대역폭이다. 바람직한 실시예에서, 센서장치(100)는 고분석형(highly resolved)공간감시, 고분석형시간감시, 또는 고분석형공간 및 고분석형시간 감시를 허용하기 위해 구성에서 사용하는 것을 가능케 하는 적당한 신호취급대역폭을 가진다. 고분석형공간 및 고분석형시간 감시의 정의는 센서장치(100)의 특정 응용에 의존할 것이다.

반도체웨이퍼가공에 관련한 응용들의 경우, 센서장치(100)상의 하나의 센서에서부터 센서장치(100)상의 50개의 센서들까지가 있을 수 있다. 약 200㎜의 직경을 갖는 반도체웨이퍼들을 사용하는 공정들을 위한 고분석형공간감시의 일 예는 센서장치(100)상에 약 50개를 넘는 센서들을 가지게 될 것이다. 마찬가지로, 반도체웨이퍼가공을 위한 시간분해능은 읽기 당 약 1초에서부터 읽기 당 약 0.01초미만의 범위에 있을 것이다. 이러한 응용들의 경우, 고분석형시간감시는 초당 약 1회보다 많이 읽는 것으로 간주될 것이다. 일 실시예에서는, 50개의 센서들이 있을 수 있 고, 읽기는 초당 1회이고 읽기 당 12비트이며, 이러한 실시예에 적당한 대역폭은 초당 약 600비트일 것이다.

다중센서상호접속능력 및 적당한 대역폭외에도, 정보처리기(200)에 대해 소망되는 다른 능력들이 있다. 바람직하게는, 정보처리기(200)는 데이터의 획득을 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정보처리기(200)는 센서들(150)을 주사(scan)하거나 살펴서 공간분석형 응답모델들, 시간분석형 응답모델들, 또는 이 두 종류의 조합들을 위한 데이터를 얻는다. 바람직한 실시예에서, 정보처리기(200)는 융통성 있는 프로그램가능한 획득시퀀싱을 제공하는 능력을 구비한다. 그에 더하여, 정보처리기(200)는 여러 센서유형들에 대해 시간분해능 및 공간분해능 간에 융통성 있는 프로그램가능한 흥정(trade-offs)을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 다른 유형의 센서들이 공간분해능보다는 차라리 시간분해능에 더 큰 값을 가질 수 있게 할 것이고 그 역으로서의 값도 가질 수 있게 할 것이기 때문에 잠재적으로 가치있는 능력이다.

행해지는 측정들의 유형들에 따라서는, 정보처리기(200)는 센서들(150)로부터 수신된 신호들을 조정할 수 있게 되는 것이 필요할 것이다. 신호조정(signal conditioning)의 예들로는 신호증폭 및 노이즈필터링을 들 수 있다. 신호조정기법들은 이 기술분야에서 잘 알려진 것이라, 상세한 논의는 여기서 제시하지 않을 것이다.

정보처리기(200)에 바람직할 것인 다른 능력은 센서들(150)로부터의 신호들의 아날로그-디지털(A/D)변환이다. 전형적으로, 이것은 센서들(150)이 아날로그신 호를 정보처리기(200)에 제공하는 경우 정보처리기(200)에 소망되는 기술이다. 바람직하게는, 정보처리기(200)는 센서입력들에 대해 융통성있는 아날로그이득 및 융통성있는 범위선택을 제공할 수 있다.

국소데이터저장은 정보처리기(200)에 의해 소유되어지는 다른 바람직한 능력이다. 국소데이터저장능력으로, 센서장치(100)는 센서들에 관한 교정데이터, 센서타당성데이터, 각 센서장치 특유의 식별정보, 및 센서들로부터 도출된 측정데이터와 같은 데이터를 저장할 수 있다. 임의선택적으로는, 국소데이터저장능력은 정보처리기(200)가 센서들로부터 수집한 데이터를 저장하게 하거나, 또는 거의 실시간으로 데이터를 송신하는 것에 더하여 센서들로부터의 데이터를 저장하게 한다. 정보처리기(200)에 저장된 데이터는 다른 정보저장소에 보관(save)될 수 있고 나중에 다운로드될 수 있다. 센서장치(100) 자체 내에 데이터저장능력을 가지게 하는 것의 부가적인 이점은 대역폭에 대한 요구를 줄일 가능성이 있다는 것이다. 구체적으로는, 측정된 데이터가 저장되어 나중에 송신될 수 있는 경우 상당히 낮은 대역폭이 허용될 수 있고, 이 낮은 대역폭은 단지 데이터를 송신하기 위해 더 많은 시간을 요구하기만 할 것이다.

정보처리기(200)의 국소데이터저장능력은 다른 이점도 제공한다. 구체적으로는, 센서측정들에 대한 절대정확도는 결정적으로 중요하지 않은데, 그 이유는, 센서장치(100)가 단위로서 교정될 수 있고, 장소에 특이한 교정 및 선형화의 요소들은 국소데이터저장의 부분으로서 유지될 수 있기 때문이다. 바꾸어 말하면, 정보는 필요한 경우 사용하기 위해 센서장치(100)에 내장되게 저장될 수 있다. 이것은 센 서장치(100)가 저장된 교정데이터를 사용하여 도출되는 정정된 데이터를 저장 및 송신할 수 있기 때문에 특히 유익하다.

전원(350)은 센서장치(100)의 동작에 필요한 전력을 제공하기 위한 국소, 내장형 전원이다. 바람직하게는, 전원(350)은 충분히 자급식이고 그래서 센서장치(100)는 데이터를 수집하는 중에 외부전원에 물리적으로 연결될 필요가 없다. 바람직한 실시예들에서, 전원(350)은 배터리와 같은 저장형(축전형)전원을 구비한다. 가망있는 다른 전원은 커패시터이다. 전자기기들을 구동하기 위한 다른 전원들은 본 발명의 실시예들에 적합할 수 있다.

내장형 전원을 가진 결과로서, 센서장치(100)는 거의 비섭동 방식으로 응답모델들을 위한 데이터를 더 많이 획득할 수 있다. 더욱이, 외부전원에 물리적 접속을 하기 위하여 공정도구들을 변형하는 것은 불필요하다. 유익하기로는, 전선들 및 케이블들이 없어 가공소재들을 로딩하고 언로딩하는데 사용되는 것들과 실질적으로 동일한 로봇들을 이용하여 센서장치(100)를 로딩하고 언로딩하는 것이 더 쉽게 된다.

내부통신기(300)는 통신기기이다. 내부통신기(300)로서 사용하기에 적합한 통신기기들을 기재하는 문헌들이 다수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 통신기능은 쉽게 입수할 수 있는 적외선방출 및 검출부품들을 사용하여 수행된다. 이러한 부품들 및 기술은 가전제품의 원격제어와 같은 단거리통신응용들에 널리 보급되어 사용중이다.

게다가, 본 발명의 실시예들에 사용하기 적합한 몇몇 통신프로토콜들이 존재 한다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예는 오류검출을 위한 순환중복검사(Cyclic Redundancy Check; CRC)를 갖는 수정된 ASCII코드와, 자동보드(baud)레이트매칭법을 사용할 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 센서들(150), 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)의 반복그룹들이 모두 동일 기판(110)상에서 지지되는 반복그룹들을 구비한다. 이 실시예는 더 많은 센서들을 가진 결과로서 측정들에 대해 더 큰 공간분해능을 제공한다는 잠재적인 이점을 가진다. 또한 정보처리 및 데이터송신을 위한 더 많은 자원들을 가진 결과로서 정보를 취급하기 위한 더 큰 대역폭을 가질 가능성도 있다.

이제 도 2를 참조하면 거기에는 센서장치(100)에 관한 블록도가 보여지고 있고, 이 센서장치(100)는 도 1에 관해 기재된 것과 거의 동일하다(도 2에는 기판(110)이 보여지지 않음). 더욱이, 도 2 또한 외부통신기(400)를 보여주며, 도 2에 보인 외부통신기(400)는 도 1에 관해 기재된 것과 거의 동일하다. 외부정보처리기(450)는 외부정보처리기(450) 및 외부통신기(400) 사이의 정보의 전달을 허용하기 위해 외부통신기(400)에 연결된 것으로 보여진다. 외부정보처리기(450)는 컴퓨터에서와 유사한 정보처리능력들을 가진다. 임의선택적으로는, 외부정보처리기(450)는 외부통신기(400)로부터 수신된 정보를 다룰 수 있는 컴퓨터 또는 컴퓨터와 유사한 다른 기기일 수 있다. 외부정보처리기(450)는 대량의 데이터 저장을 할 수 있다.

외부정보처리기(450)에 관한 소망의 기능은 사용자가 센서장치(100)에 의해 제공된 정보를 얻을 수 있도록 하는 사용자인터페이스로서 소용되는 것이다. 더욱이, 외부정보처리기(450)는 사용자가 명령들 및 정보를 센서장치(100)에 보낼 수 있게 하여, 예를 들면, 데이터수집 전에 조건정보를 셋업 및 시작하게 하는 것이 소망된다.

이제 도 3을 참조하면 거기에는 센서장치(100)가 보여지고 있다. 도 3에 보인 센서장치(100)는, 더 많은 세부구성들이 정보처리기(200)에 관해 보여진다는 점을 제외하면, 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 거의 동일하다. 정보처리기(200)는 마이크로프로세서(210)와 메모리(220)를 구비한다. 마이크로프로세서(210)는 마이크로프로세서(210) 및 메모리(220) 간의 정보전달을 가능케 하기 위해 메모리(220)와 연결된다.

마이크로프로세서(210)는 중앙처리부와, 센서들로부터의 데이터를 수집하며, 센서들로부터 수신된 데이터를 처리하며, 센서들로부터의 데이터를 메모리(220)에 저장하며, 센서들로부터의 데이터를 내부통신기(300)에 보내며, 내부통신기(300)를 통해 수신된 명령들에 응답하고, 센서장치(100)의 동작을 전반적으로 제어하기 위한 능력들을 구비한다. 본 발명의 실시예들에 사용하기 적합한 다수의 마이크로프로세서들이 있다. 마이크로칩 테크놀러지스 아이엔시(Microchip Technologies, Inc.)는 본 발명의 실시예들에 적합한 다수의 마이크로프로세서들을 생산한다. 상업적으로 입수가능한 마이크로프로세서들의 일부는 입력신호들의 신호조절 및 아날로그-디지털변환을 할 수 있다.

메모리(220)에 대해 다수의 적합한 유형들의 전자메모리기기들이 있다. 메모 리(220)는 임의접근메모리(RAM), 읽기전용메모리(ROM), 또는 RAM 및 ROM의 조합들을 구비할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 마이크로칩 테크놀러지스 아이엔시에 의해 제조된 그러한 EEPROM을 갖는 메모리를 구비한다.

이제 도 4를 참조하며 거기에는 센서장치(100)가 보여지고 있다. 도 4에 보여진 센서장치(100)는 대체구성이 정보처리기(200)에 대해 보여진다는 것을 제외하면 도 3에 나타낸 것과 거의 동일하다. 구체적으로는, 정보처리기(200)는 마이크로프로세서(210) 및 센서들(150) 사이에 연결된 신호조정기(230)를 구비한다. 신호조정기(230)는 센서들(150)로부터 수신된 신호들을 조정할 수 있다. 신호조정은 마이크로프로세서(210)의 입력요건들과 더욱 잘 호환되도록 신호들을 만들기 위해 요구될 것이다. 신호조정은 노이즈필터링과 같은 동작들에 필요할 수도 있다.

이제 도 5를 참조하면 거기에는 센서장치(100)가 보여진다. 도 5에 보인 센서장치(100)는 대체구성이 정보처리기(200)에 대해 보여진다는 것을 제외하면 도 3에 나타낸 것과 거의 동일하다. 구체적으로는, 정보처리기(200)는 마이크로프로세서(210) 및 센서들(150) 사이에 연결된 데이터버퍼(240)를 구비한다. 데이터버퍼(240)는 센서들(150) 및 마이크로프로세서(210) 사이의 데이터흐름의 관리를 용이하게 한다. 데이터버퍼들은 데이터획득에 관련한 응용들에 공통적으로 사용되는 것이라, 데이터버퍼동작의 세부내용은 여기서 제시하지 않을 것이다.

이제 도 6을 참조하면 거기에는 센서장치(100)가 보여진다. 도 6에 보인 센서장치(100)는 전원(350)에 관해 더 상세한 구성이 보여진다는 것을 제외하면 도 1에 나타낸 것과 거의 동일하다(기판(110)은 도 6에 보여지지 않음). 구체적으로는, 전원(350)은 배터리(360)와 배터리(360)의 출력에 연결된 출력전압조정기(370)를 구비한다.

전원(350)은 출력전압조정기(370) 없이 배터리(360)를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 배터리(360)가 사용되면, 배터리(360)의 출력전압은 감소한다. 배터리(360)의 출력전압의 감소는 배터리(360)의 전력으로 작동하는 전자기기들의 동작신뢰도를 감소시킨다. 바꾸어 말하면, 안정한 동작이 유효한 시간은 바람직하지 않게도 감소될 것이다. 출력전압조정기(370)를 포함시키면 이 문제를 완화시키는데 도움이 된다. 출력전압조정기(370)는 배터리(360)로부터의 입력전압들의 넓은 범위에 걸쳐 일정한 거의 출력전압을 제공할 수 있다. 이롭기로는, 출력전압조정기(370)는 센서장치(100)가 넓은 범위의 입력배터리전압을 사용하여 동작할 수 있게 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 배터리(360)는 3.3볼트의 명목(nominal)출력전압을 제공할 수 있는 하나 이상의 작은 재충전가능한 리튬배터리들을 포함한다. 바람직하게는, 센서장치(100)는 배터리(360)가 센서장치(100)에 설치되면서도 배터리(360)가 재충전되게 할 수 있다. 배터리재충전의 능력은 배터리(360) 재충전을 위해 센서장치(100)가 외부전원과 접촉하는 것을 가능케 하는 전기접촉들을 구비할 것이다. 게다가, 배터리재충전을 위한 능력은 자기유도에 기초한 재충전기법과 같은 비접촉식 재충전능력을 구비할 수도 있다.

재충전가능 배터리들을 사용하는 것 대신, 배터리(360)는 재충전되지 않는 배터리일 수 있다. 재충전되지 않는 배터리는 버려지거나 필요할 때 교체된다.

배터리들에 관해 설명된 재충전능력은 배터리들과는 다른 전원들에 적용될 수도 있음이 이해될 것이다. 한 예로서, 커패시터들이 배터리들에 사용되는 것들에 유사한 기법을 사용하여 재충전될 수 있다.

출력전압조정기(370)는 임의의 적당한 유형일 수 있고, 적당한 조정기들은 상업적으로 입수가능하다. 적당한 조정기들의 일부는 버러 브라운 앤드 맥심(Burr Brown and Maxim)과 같은 회사들에 의해 제조된 것들과 같은 전하펌프(charge pump)집적회로를 포함할 것이다.

이제 도 7을 참조하면 거기에는 센서장치(100)가 보여지고 있다. 도 7에 보인 센서장치(100)는 도 1에 나타낸 것과 거의 동일하다(기판(110)이 도 7에는 보여지지 않음). 또한 전원(350)을 무선으로 재충전할 수 있도록 배치된 전원재충전기(380)도 보여진다. 무선으로 재충전하는 능력의 이점은 센서장치(100)를 물리적으로 접촉시키는 것에 대한 필요를 가능한 한 감소시킨다는 것이다. 바람직한 실시예에서, 센서장치(100)는 전원(350)을 무선으로 재충전하는 능력을 구비하며 또 물리적인 전기접속을 통해 전원(350)을 재충전하는 능력도 구비한다.

이제 도 8을 참조하면 거기에는 센서장치(100)가 보여지고 있다. 도 8에 보인 센서장치(100)는 도 1에 나타낸 것과 거의 동일하다(기판(110)이 도 8에는 보여지지 않음). 본 발명의 실시예들의 일부 적용들의 경우, 응답모델들에 관한 측정들은 표준용도의 또는 쉽게 입수할 수 있는 전자부품들과 양립할 수 없는 환경들에서 얻어지는 것이 필요할 것이다. 따라서, 센서장치(100)에 구비된 전자부품들의 일부 또는 전부를 차폐하여 부품들이 공정환경의 조건들 하에서 동작할 수 있도록 하는 것이 필요할 것이다. 도 8은 차폐하는 것이 필요할 것인 부품들의 예를 보여준다. 피차폐(shielded) 부품들(500)은 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)을 포함한다. 피차폐 부품들(500)은 과도한 열, 이온폭격, 전기장, 자기장, 전자기에너지, 및 부식성 화악약품들과 같은 공정조건들로부터 보호될 필요가 있을 것이다. 바꾸어 말하면, 피차폐 부품들(500)은 데이터를 수집할 때 센서장치(100) 내의 전자부품들의 동작을 방해하는 어떤 공정조건들로부터 충분히 고립 또는 분리되는 것이 필요하다. 이상적으로는, 전자기기들은 그것들이 그것들의 제조자의 권고 내에 있는 상황만을 겪도록 차폐된다. 전자기기들의 동작사양들은 통상 기기들의 제조자로부터 입수가능하다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 바람직한 실시예는 센서장치가 전자부품들의 기능발휘에 이롭지 못한 공정조건들을 측정하는 때에 전자기기들이 작동하도록 하는 충분한 차폐를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들은 공정도구 또는 공정환경이 센서장치기(100)로부터의 오염물들에 노출되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 차폐물을 가지는 것이 필요하다. 예를 들어, 센서장치(100)가 측정된 공정조건들에 노출될 때 열화되는 재료들을 구비한다면, 그러한 재료들은 제품들이 공정환경 속으로 탈출하여 열화되는 재료로부터 실질적으로 보호하기 위해 차폐되거나 기밀밀폐되는 것이 필요하다.

이제 도 9를 참조하면 거기에는 센서장치(100)의 실시예의 단면도가 보여지고 있다. 도 9에 보인 센서장치(100)의 도면은 도 8에 나타낸 것과 거의 동일하나 일부 변형들을 가지고 있다. 도 9는 기판(510)을 보여준다. 기판(510)은 공동(520)(cavity)을 가진다. 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)은 실 질적으로 공동(520) 내에서 기판(510)에 의해 지지된다. 기판덮개(530)는 공동(520)을 거의 덮도록 기판(510)과 연결된다. 바람직하게는, 기판덮개(530)는 가공소재의 것들과 유사한 화학적, 물리적, 및 전기적 성질들을 가진다. 임의선택적으로는, 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)은 공동(520) 내에서 부분적으로 또는 거의 완전히 밀폐될 수 있다. 또, 도 9는 기판덮개(530)의 외측에 위치된 센서들(150)을 보여준다.

차폐물(540)은 정보처리기(200), 내부통신기(300), 및 전원(350)을 열, 전기장, 자기장, 전자기에너지, 이온폭격, 및 부식성 화확약품의 과도한 양들과 같은 공정조건들로부터 거의 분리시키는 성질들을 가진다.

바람직하게는, 차폐물(540)은 충분한 강도 및 절연성의 기기들을 제공하여 공정조건들에 직면해서도 센서장치(100)의 작동을 가능하게 할 수 있는 재료들 또는 구조들을 구비한다. 공정조건들은 과도한 양들의 전기장, 자기장, 전자기복사, RF복사, 마이크로파복사, 이온폭격, 약 100℃보다 높은 온도들에의 노출, 및 부식성 화약약품에의 노출을 포함할 것이다. 이상적으로는, 전자기기들은 그것들의 제조자의 권고 내에 있는 조건들만을 경험하도록 차폐된다.

차폐물(540)의 부가 또는 대체 용도는 센서장치(100)로부터의 가능한 오염으로부터 공정환경을 보호하는 것을 포함한다. 예를 들어, 화약약품이 공정도구의 성능 또는 공정실의 성능, 또는 센서측정의 정확성에 방해가 되기 때문에, 차폐물(540)은 공정도구 또는 공정실이 센서장치(100)를 구성하는 화학약품 또는 재료들에 노출되는 것을 실질적으로 막는 것이 필요하다. 마찬가지로, 차폐물(540)은 공정도구의 성능 또는 공정실의 성능, 또는 센서측정의 정확성을 방해할 수 있는 센서장치(100)로부터의 에너지 또는 신호들의 방출을 실질적으로 막는 것이 필요할 것이다.

본 발명의 일부 실시예들은 전기장, 자기장, 전자기복사, RF복사, 마이크로파복사, 약 100℃보다 높은 온도, 및 부식성 화약약품으로부터 부품들을 고립시키는 표준기술을 사용하여 이끌어낸 차폐물(540)을 구비할 것이다. 게다가, 본 발명의 실시예들은 마이크로전자기계시스템들(MEMS)을 제작하는데 사용되는 것들과 같은 기법들을 사용하여 이끌어낸 차폐물(540)을 구비할수도 있다.

적당한 차폐기법들의 예들로는, 패러데이케이지(Faraday cages)를 사용하는 기법들, 바이패스거패시터를 사용하는 기법들, 유도식 차단(blocking)을 사용하는 기법들, MEMS기반 미세공동(microcavity)형성을 포함한 기법들, 물리적 절연을 위해 폴리머코팅물을 구비하는 기법들, 및 전자기차폐를 위해 폴리머/금속/폴리머 협지형(sandwich) 코팅물을 사용하는 기법들이 있다.

본 발명의 실시예들을 위한 적당한 차폐기법들의 예들은, 다음의 서적 및 간행물에서 발견된다: KLaassen, E.H., "Thermal AC to RMS Converter", Stanford University Ph.d. Thesis, May 1996; Kovacs, G.T.A., Micromachined Transducers Sourcebook, pp. 586-587, WCB McGraw-Hill, 1998. 이러한 참고문헌들의 문헌은 참조를 위해 여기에 통합된다.

다른 실시예에서, 기판(510) 및 기판덮개(530)는 공동(520)을 형성하여 공동(520)은 공정기체들의 공동(520)으로의 도입을 실질적으로 방지할 수 있도록 기 밀 밀봉된다. 기밀밀봉 공동(520)의 다른 이점은 공동(520)이 가능한 오염물들이 공동(520)으로부터 탈출하는 것을 실질적으로 방지할 수도 있어 센서장치(100)는 공정도구 또는 공정실을 거의 오염시키지 않는다는 것이다. 바람직한 실시예에서, 센서장치(100)는 공동(520) 내에 만들어진 진공상태, 즉 대기압 아래의 압력을 실질적으로 유지할 수 있다. 추가의 실시예에서, 센서장치(100)는 공동(520) 내에 차폐물(540)을 구비하기도 한다. 차폐물(540)은 정보처리기(200), 내부통신기(300) 및 전원(350)을 부분적으로 또는 거의 완전히 둘러쌀 것이다.

도 1의 논의에서 언급한 바대로, 센서장치는 가공소재의 치수들과 대략 동일한 치수들을 갖는 것이 바람직하다. 반도체웨이퍼 응용들의 경우, 이것은 센서장치가 현재 입수가능한 웨이퍼들을 위해 약 75㎜ 내지 약 300㎜의 범위 내의 직경들을 가져야 함을 의미한다. 센서장치를 위한 좀 더 큰 직경들은 더 큰 웨이퍼들(이를테면 직경이 300㎜보다 큰 웨이퍼들)이 사용될 때 필요할 것이다. 평판디스플레이의 가공에 관련한 응용들은 평판디스플레이기판과 동일한 기판치수를 요구할 것이고, 한 예로서, 평판디스플레이기판은 약 45㎝ x 약 60㎝ 또는 그 이상의 치수를 가질 것이다. 물론, 다른 유형들의 공정들 및 공정장비에 사용되는 가공소재들은 그러한 응용들을 위한 센서장치의 치수를 결정할 특성치수를 가질 것이다.

정보처리기, 내부통신기, 및 전원과 같은 센서장치의 전자부품들은 기판에 의해 지지되기 위해 상당한 양의 면적을 필요로 한다. 이 상당한 양의 면적은 여기서 면적족문(area footprint)이라고 정의한다. 여기서 정의된 면적족문은 센서들에 의해 요구된 면적을 배제할 것임이 이해될 것이다. 유사하게, 전자부품들은 기판에 의해 형성된 공동 내에 들어있도록 하기 위해 상당한 양의 체적을 취할 것이다. 이 상당한 양의 체적은 여기서 체적족문이라고 정의한다.

본 발명의 일부 실시예들의 경우, 면적족문 또는 체적족문이 센서장치의 그것과 거의 동등한 것이 적합할 것이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들의 경우, 면적족문은 센서장치의 면적에 비해 비교적 작게 되는 것이 더 적합하다. 센서장치의 면적에 비해 작은 면적족문은 센서측정들의 정확도를 잠재적으로 증가시킬 수 있다. 구체적으로는, 작은 면적족문은 측정 시에 오류를 유발할 가능성을 떨어뜨린다. 작은 족문은 전자기기들이 센서장치의 특성들에 불연속성을 야기할 가능성이 적음을 의미한다. 바꾸어 말하면, 잔저부품들이 센서장치의 작은 부분만을 구성한다면 센서장치는 표준가공소재들처럼 반응을 보이거나 행동하기가 더 쉽게 된다.

전형적인 반도체 및 평판디스플레이응용들의 경우, 센서장치 또는 재료들을 위한 면적족문은 센서장치의 면적의 약 20퍼센트 이하가 되는 것이 바람직하다. 예의 계산으로서, 이는 75㎜ 직경의 반도체웨이퍼들을 처리하는 공정들 및 공정도구들의 특성들을 나타내기 위해 사용된 센서장치가 약 9㎠ 이하의 바람직한 면적족문을 가짐을 의미한다. 유사하게, 300㎜ 직경의 웨이퍼들의 경우, 족문은 바람직하게는 약 140㎠ 이하이다.

일부 실시예들에서, 센서장치에 대한 면적족문은 센서장치의 면적의 약 1퍼센트 이하가 되는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서는, 면적족문은 센서장치의 면적의 약 0.3퍼센트 이하가 되는 것이 더 바람직하다.

반도체웨이퍼들 및 평판디스플레이들을 가공하기 위한 본 발명의 실시예들의 응용들은 바람직한 면적족문특성들에 더하여 바람직한 높이특성들을 가질 것이다. 이러한 응용들에서, 센서장치는 약 1㎝이하의 높이를 갖는 것이 바람직할 것이다. 반도체웨이퍼들 및 평판디스플레이들의 가공에 관련한 응용들을 위한 센서장치의 이상적인 높이는 반도체웨이퍼들 및 평판디스플레이들의 높이와 동등한 높이이다.

본 발명의 다른 양태는 센서장치를 위해 내장형(embedded)소프트웨어를 사용한다는 것이다. 구체적으로는, 센서장치를 작동시키기 위한 소프트웨어는 센서장치에 포함되며, 일 실시예에서, 소프트웨어는 정보처리기에 포함될 것이다. 이는 소프트웨어가 센서장치에 의해 특성이 묘사되는 것인 공정환경 내에서와 공정환경의 외부에서도 작동할 수 있도록 준비될 수 있음을 의미한다.

소프트웨어의 구현은 어셈블리어를 사용하여 작성되었다. 이 기술의 당업자에게 알려진 것처럼, 다른 프로그래밍 언어들, 이를테면 C, C++ 및 베이직 등이 사용될 수 있다. 임의선택적으로는, 소프트웨어는 가독성을 더 쉽게 하기 위해 다수의 파일들로 쪼개어질 수도 있다. 이 소프트웨어는 특정 동작들(actions) 및 명령들을 수행하기 위한 서브루틴들을 채용할 것이다.

특유의 소프트웨어 명령들 및 구조들은 이 소프트웨어를 사용할 특정 하드웨어구성에 의존할 것이다. 소프트웨어의 일반적인 기술(general description)을 제공한다는 취지에서, 다음의 설명은 본 발명의 실시예들의 신규한 특징들 및 중대한 특징들을 강조한다. 명백한 하드웨어 의존형의 일반론은 필요한 경우를 제외하면 여기에 기재하지 않을 것이다. 게다가, 에러조작, 기기초기화, 주변드라이버들, 정보전달, 타이머제어, 및 다른 일반적 유형들의 명령실행과 같은 주지의 지원알고리 즘들에 대해 세세한 설명은 주어지지 않을 것이다.

이제 도 10을 참조하면 거기에는 센서데이터를 획득하며, 센서데이터를 처리하며, 데이터를 저장하고, 데이터를 전송하기 위한 센서장치의 동작을 위한 소프트웨어프로그램의 실시예의 흐름도(1000)가 보여진다. 단계 1100은 이 프로그램의 시작을 나타낸다. 초기화단계(1150)가 단계 1100을 뒤따른다. 초기화단계(1150)는 메모리의 초기화, 전자기기들 및 주변기기들의 초기화, 읽기/쓰기능력검사, 및 데이터타당성검사를 포함할 것이다. 초기화단계의 주 목적은 명령들을 수행하기 위해 센서장치를 준비하는 것이다.

휴면단계(1200)가 초기화단계(1150)를 뒤따른다. 초기화단계(1150) 후에, 소프트웨어는 센서장치를 센서장치에 의한 전력사용이 감소되는 휴면모드로 둔다. 구체적으로는, 전원으로부터의 에너지 유출을 줄이기 위해 불필요한 전력소비활동이 중지되거나 감소된다. 예를 들면, 마이크로프로세서에 의해 사용되는 전력이 감소된다. 게다가, 타당하다면, 센서들의 전력은 중단(shutdown)되거나 감소된다. 일부 실시예들에서, 프로그램은 명령들을 휴면단계(1200)의 부분으로서 들여오는 것을 감시한다. 구체적으로는, 휴면단계(1200)는 명령이 수신될 때까지 센서장치가 휴면모드로 남아있게 한다. 명령을 수신한 후, 프로그램은 센서장치를 통상(normal)모드로 되돌려 표준전력사용이 필요한 대로 재개될 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 프로그램은 센서장치에 무선으로 송신된 명령들에 응답한다. 전형적으로, 명령은 사용자에 의한 또는 외부컴퓨터에 의해 전해질 것이다.

명령을 수신하면, 프로그램은 명령이 실행되는 핸들(handle)통신단계(1300) 로 진행할 것이다. 임의선택적으로는, 명령들은 소망의 작업(task)들을 수행할 수 있는 서브루틴들을 사용하여 실행될 것이다. 본 발명의 실시예들을 위한 전형적인 명령들의 예들은, 데이터수집 및 처리명령, 데이터보내기명령, 데이터저장명령, 조작실행명령, 및 명령들의 조합들의 실행명령이다.

다른 실시예에서, 휴면단계(1200)는 센서장치를 미리 결정된 시간 동안 휴면모드로 둔다. 센서장치는 미리 결정된 시간의 경과 후에 통상모드로 복귀된다. 이 실시예의 이점은 측정들을 수집하는 시간까지 대기하면서 또는 측정들 간에 대기하면서 휴면모드로 유지될 것이라는 것이다. 따라서, 에너지낭비가 적으면서도 데이터를 수집하는 시간까지 또는 측정들 사이의 시간 동안 대기한다.

임의선택적으로는, 프로그램은 핸들통신단계(1300)를 완료한 후 휴면단계(1200)로 루프를 되돌릴 것이다. 바꾸어 말하면, 프로그램은 다른 명령이 수신되기까지 또는 미리 결정된 시간 동안 센서장치를 휴면모드로 되돌릴 것이다. 바람직한 실시예에서, 프로그램은 센서장치의 동작을 위해 사용자가 명령응답식의 휴면모드 또는 시간응답식의 휴면모드 중의 어느 하나를 선택하게 한다.

본 발명의 실시예들은 휴면단계(1200)를 가지지 않는 소프트웨어프로그램들을 사용할 수도 있다. 그러나, 휴면단계가 있으면 센서장치의 능력이 현저히 개선될 것이다. 휴면단계를 가진 결과로서의 중요한 이점은 전력보존에서의 개선이다. 휴면모드는 센서장치에 의한 전력소비를 크게 감소시키고 센서장치가 용도에 이용될 수 있는 총 기간을 연장시킨다. 휴면모드는 센서장치가 명령들을 기다리는 동안의 전원의 전력유출률을 낮춘다. 통상모드에서, 센서장치는 소망의 명령들을 행함 에 있어 필요한 대로 전력을 사용한다. 휴면모드를 사용한 결과로서, 전원이 재충전 또는 교체되어야 하기 전에 더 많은 전력이 통상모드의 동작에 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 휴면모드는 약 30마이크로와트 이하만을, 더 바람직하게는, 약 10마이크로와트 이하만을 필요로 할 것이다.

데이터수집 및 처리명령은 센서들로부터의 데이터를 수집하기 위해 센서주사시퀀스가 개시되게 한다. 센서들로부터의 데이터는 어쩌면 A/D변환을 구비할 정보처리기에 의해 처리되어 소망의 정보가 얻어진다. 센서들로부터의 정보는 데이터가 응답모델들의 개발, 공정제어, 공정특성화, 공정감시, 공정개발, 공정최적화, 공정도구개발, 및 공정도구최적화와 같은 작업들에 사용될 수 있다록 처리될 것이다.

정보처리기는 센서들로부터 수신된 데이터의 수학적 취급을 수행하기도 할 것이다. 예를 들면, 정보처리기는 측정된 데이터의 통계적 분석과 같은 데이터환산(reduction)계산을 수행할 것이다. 수학적 조작은 센서장치가 사용자에 의해 소망되는 최종형태의 또는 거의 최종형태의 데이터를 제공할 수 있게 한다. 예를 들면, 측정된 데이터포인트들의 모두를 전송하는 대신, 평균값 및 표준편차를 송신하는 것만으로 충분할 것이다.

데이터보내기명령은 프로그램이 정보처리기로부터의 데이터를 내부통신기를 경유하여 외부통신기에 송신하게 한다. 거의 실시간 데이터전송을 달성하기 위해 데이터가 이용할 수 있게 되자마자 센서들로부터의 데이터의 송신이 일어난다. 정보처리기에 저장된 데이터가 전송되기도 할 것이다. 저장된 데이터는 센서측정들로부터 발생된 데이터를 포함할 것이다. 저장된 데이터는 교정요소들, 센서장치의 식 별정보, 데이터수집을 위한 매개변수들, 측정된 데이터의 수학적 조작을 위한 매개변수들, 및 저장된 데이터의 식별정보와 같은 데이터를 구비할 수도 있을 것이다.

데이터저장명령은 프로그램이 정보처리기에 데이터를 저장하게 한다. 센서들로부터 읽히고 처리된 데이터는 정보처리기의 메모리에 저장될 것이다. 이 데이터는 나중에 다운로드 될 수 있게 저장될 것이다. 다운로드는 센서장치가 공정도구 내에 있을 동안 또는 센서장치가 공정도구로부터 제거된 후에 일어날 것이다.

데이터저장명령에 의해 개시되는 다른 동작은 외부통신기로부터 무선으로 수신된 데이터를 저장하는 것을 포함할 것이다. 외부통신기로부터 수신되어 저장될 것인 데이터의 예들로는 교정요소들, 데이터수집을 위한 매개변수들, 데이터송신을 위한 지령들(instructions), 데이터저장을 위한 지령들, 및 식별정보와 같은 데이터를 들 수 있다.

조작실행명령은 프로그램이 센서장치의 일반 작업에 필요할 것인 여러 유형들의 명령들을 수행하게 한다. 가능한 조작명령들의 예들에는 디버깅 및 오류검사용 서브루틴들의 실행, 센서들의 교정용 서브루틴들의 실행, 및 센서장치의 하나 이상의 부품들의 상태(status)를 제공하기 위한 서브루틴들의 실행이 있다. 바람직한 실시예에서, 소프트웨어는 전원상태를 감시하여 전원의 잔여전력을 읽은 것이 사용자에게 제공될 수 있게 하는 서브루틴을 구비한다.

명령조합들의 실행명령은 프로그램이 다수의 명령들 또는 명령조합들을 수행하게 한다. 예를 들면, 데이터가 이용할 수 있게 되자마자 측정된 데이터를 송신하는 것에 더하여 측정된 데이터를 저장하는 것이 바람직할 것이다.

분명히, 본 발명의 실시예들은 가공소재들의 가공을 위해 사용되는 공정들 및 공정도구들의 개발, 최적화, 감시 및 제어를 위한 데이터획득을 요구하는 각종 다양한 응용들에 사용될 수 있다. 본 발명의 능력들 및 특징들은 반도체웨이퍼들 및 평판디스플레이들과 같은 고가의 가공소재들을 처리하기에 특히 적합하다.

본 발명의 실시예들의 가장 중요한 특징들 중의 하나는 거의 자동화된 작업 능력이다. 본 발명의 실시예들은 통신을 위한 물리적 연결을 필요로 하지 않고 또 데이터획득 동안의 전력을 요하는 외부의 물리적 연결도 필요로 하지 않는다. 전선들 및 케이블들이 동작에 필요하지 않으므로, 센서장치에 연결된 전선들 및 케이블들로 인해 측정들이 섭동할 기회가 거의 없게 된다.

일반무선동작의 다른 이점은 본 발명의 실시예들이 가공소재들의 경우와 거의 동일한 방식으로 공정도구들에 로드될 수 있다는 것이다. 이것은 데이터수집 및 응답모델들이 실질적으로 비개입 방식으로 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로는, 데이터를 수집하기 위해 특수한 연결들을 만드는 것이 불필요하고 특수한 관통접속들이 필요 없다. 게다가, 가공소재들에 이용할 수 있는 통상의 방법들에 의한 것이 아니면 공정도구들의 내부에 접근하는 것이 일반적으로 필요하지 않다. 공정도구 내의 조건들이 공정실을 개방하는 것에 의해 더렵혀지지 않는다. 공정실이 진공에 있다면, 진공이 흩트리질 필요는 없다. 따라서, 공정도구는 더 높은 생산성을 가질 수 있고 이 공정도구를 사용하는 제조설비는 더 높은 생산량을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 공정도구를 위한 워크플로우에 중대한 훼방이 거의 없 이 응답모델들을 위한 데이터를 얻는 능력을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 데이터수집을 위한 표준기술들로 통상 가능한 것보다 훨씬 용이하게 제조설비의 작업들에 통합될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 제조작업들을 위한 루틴감시 및 제어절차들에 통합될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 사용하여 얻어진 데이터는 다수의 제조작업들에 사용되는 통계적 공정제어 및 통계적 품질제어프로토콜들의 부분으로서 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 가공소재들을 가공하는데 사용되는 공정도구들의 생산효율을 증가시키는 방법들 및 장치를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 가공소재들을 가공하기 위한 공정도구들을 사용하는 제조설비들의 생산효율을 증가시키는 방법들 및 장치를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 가공소재들을 가공하는데 사용되는 공정도구들의 소유권 비용을 줄일 수 있는 방법들 및 장치를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 가공소재들을 가공하기 위한 새로운 공정도구들 및 공정들을 개발하기 위한 방법들 및 장치를 포함한다.

이 발명의 특정 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 구체적으로 도시되고 설명된 실시예들의 상세내용에서의 변형들이 첨부의 청구항들 및 그것들의 법적인 등가물들에서 한정된 바와 같은 이 발명의 진정한 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있음은 이해될 것이다.

도 1은 부가적인 통신장비에 관련하여 보여진 본 발명의 실시예의 블록도.

도 2는 부가적인 정보처리 및 통신장비에 관련하여 보여진 본 발명의 실시예의 블록도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 블록도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 블록도.

도 5는 발명의 다른 실시예의 블록도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 블록도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 블록도.

도 8은 본 발명의 실시예에서 차폐할 필요가 있는 부품들을 보여주는 블록도.

도 9는 본 발명의 실시예의 단면도.

도 10은 본 발명의 실시예를 제어하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도.

Claims (5)

1. a) 센서장치를 초기화하는 단계;

   b) 센서장치가 (i) 데이터를 수집 및 처리하는 단계, (ii) 데이터를 수신기에 보내는 단계, (iii) 데이터를 저장하는 단계, 및 (iv) 조작명령을 실행하는 단계 중의 적어도 한 단계를 행하게 하는 단계

   를 포함하는, 내장형 소프트웨어를 포함하는 센서장치를 작동하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 단계 a) 및 단계 b) 사이에, 센서장치가 (i) 미리 결정된 시간 (ii) 미리 결정된 량의 시간, 및 (iii) 명령의 수신

   중의 적어도 하나까지 휴면모드에 들어가게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 단계 b)의 완료 후에 휴면모드로 들어가는 단계로 루프를 되돌리는 방법.
4. 제2항에 있어서, 교정데이터를 센서장치에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 센서장치를 위한 전원의 전력의 레벨을 감시하는 단계를 더 포함하는 방법.

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