TWI405281B - 製程條件感應晶圓及資料分析系統 - Google Patents

Description

製程條件感應晶圓及資料分析系統

本發明係關於半導體晶圓處理，LCD顯示玻璃基板處理、磁性記憶體碟片處理以及從薄膜製程製造的其它裝置，且尤其係關於可感應及傳輸製程條件的基板。

積體電路、顯示器或碟片記憶體的製造一般採用許多製程步驟。每一製程步驟必須被小心地監視以使提供可操作的裝置。於整個成像製程，沉積及生長製程，蝕刻及掩蔽製程等，例如溫度、氣流、真空壓力、化學氣體或電漿成分及曝光距離等在每一步驟期間被小心地控制均為關鍵。對每一步驟中所涉及的各種不同的製程條件小心地注意為最佳半導體或薄膜製程的要件。從最佳製程條件的任何偏差都可能造成因而產生的積體電路或裝置的性能在標準以下，或更糟的是完全失敗。

在一處理室內，製程條件有所不同。製程條件例如溫度、氣體流量及/或氣體成分的變化大幅影響積體電路的形成且因而大幅影響其性能。使用由與積體電路或其它裝置相同或類似的材料構成的基板來測量製程條件提供最準確的條件測量，因為基板的熱傳導係數與將被處理的實際電路相同。梯度及變化事實上對於所有的製程條件存在於整個處理室。因此，這些梯度也橫越基板的表面存在。為精確地控制在晶圓處的製程條件，關鍵為可在晶圓上取得測量值並且自動化控制系統可於即時獲得讀數，使得處理室製程條件的最佳化可輕易地被達成。製程條件包括被用來控制半導體或其它裝置的製造的任何參數，或製造者會想要監視的任何條件。

在處理室內，一自動機頭運輸測試晶圓或基板。結合一自動機頭的裝置的一例為由TEL公司所製造者。此自動機頭可樞轉。此自動機頭也結合多個台面(level)或手臂。第一台面或手臂可伸出，並且第二台面或手臂可進一步伸出以承載一晶圓。一第二自動機或移動平台可接收晶圓，並且將其伸出至將其降低至處理室內的一第三固持件。對於有關此自動機頭及處理室的更多資訊，請參照頒給Araki的名為“Semiconductor Treatment System and Method for Exchanging and Treating Substrate”的美國第5,564,889號專利，其整體於此併入參考。

將感應器直接放置在基板上或基板中以及與整個基板表面隔開可獲得晶圓表面上的各種不同的製程條件的準確梯度讀取。製程條件可被儲存在記憶體中以用於稍候的評估，或是可於即時獲得以經由一遠距資料處理裝置例如電腦，PDA，或其它微處理器控制的裝置被讀取，該裝置可呈現資訊及接收來自控制系統或操作者的輸入。操作者可於即時監視製程條件，然後在繼續監視效果之下改變處理室的設定以達成理想狀態，或是此可藉著自動化的最佳化及控制系統來達成。另外，隨後的製程步驟可根據先前步驟的製程條件被即時修改。

使靈敏的電子電路遠離製程條件導致較寬廣的操作範圍及較準確、可靠、可重複及無漂移(drift－free)的操作。

電子設備平台具有將靈敏組件遠離該基板的支腿，故此等組件不會暴露於與該基板相同的製程條件。特別是，內部電子組件可能處於較該基板低的溫度。特別的特性可加到電子設備平台以保護包括積體電路的靈敏內部組件及諸如電池的電源。隔熱容積可併入到電子設備平台以提供外罩體與內部組件間的隔離。於其它例子中，絕緣容積可被充填以適當材料。外罩體可以是反射表面，故到達該罩體的幅射熱傾向被反射。外罩體亦可以具高特定熱容量的材料製成，故其溫度上升緩慢。一部分的相變材料可包含於電子模組內以保持內部組件於降低的溫度。典型上，該相變材料具有介於室溫與該內部組件的最高工作溫度之間的熔點。電子設備平台可以在表面上不同的位置被安裝於基板上，或是可以部分或完全在表面上延伸的方式安裝。

本發明的測量系統測量於晶圓或基板的不同位置的製程條件，並且將其於即時傳輸至資料處理裝置，或將其記錄在記憶體中以用於製程條件的稍後傳輸或下載。

此處所定義的「製程條件」指的是製造積體電路中所用的各種不同的製程參數。製程條件包括被用來控制半導體的製造的任何參數，或是製造者會想要監視的任何條件，例如但是不限於溫度，處理室壓力，處理室內的氣體流量，處理室內的氣體化學成分，離子電流密度，離子電流能量，光能量密度，以及晶圓的振動及加速。

以下參考圖式敘述本發明。

圖1A顯示於伸出位置的本發明的第一實施例的製程條件測量裝置(PCMD)100。PCMD100具有二主要構件，亦即基板104及電子設備盤件106。基板104被用來測量半導體製造設備，玻璃基板處理設備，及磁性記憶體碟片處理設備的製程條件。明確地說，其被用來測量晶圓或基板在處理期間所承受的條件。感應器被配置在基板104的表面上或基板104內的不同區域，以測量橫越基板的製程條件。藉著於基板的不同區域測量，橫越基板的梯度可被計算，並且另外可獲得在基板的一特別位置處的條件與所得的基板特性之間的相關性。基板104中/上的感應器的數目會根據被測量的製程條件及基板104的尺寸而改變。在用來測量溫度的一實施例中，一200 mm(毫米)直徑的基板具有17個感應器，而一300 mm直徑的基板具有29個感應器。稍後會相關於圖1G至1H更詳細地討論基板104。

電子設備盤件106藉著纜線108而連接於基板104。纜線108可為任何類型的纜線，但是較佳地為具有撓性且具有低輪廓(low profile)的扁平帶型纜線。PCMD會承受的製程條件通常涉及高或可變的溫度或其它條件，二者均負面地影響電子組件的功能性，準確度，及可靠性。另外，極多的其它製程步驟及條件使得使電子設備遠離製程或甚至是使電子設備位在製程環境的外部很有利。在此實施例中將PCMD分開成為二構件容許在基板及感應器處於處理室的內部之下電子設備可維持在處理室的外部，因而不受升高的溫度及其它各種不同的製程條件的有害的影響。因此，PCMD100的纜線108可從在容室密封之下的處理室的外部通至內部，以在沒有製程氣氛滲漏至外部環境或從外部環境滲漏的危險下容許製程進行。纜線較佳地由可抵抗製造製程中所用的溫度及其它氣體化學物品的材料製成，例如聚醯亞胺(polyimide)。

資料處理裝置(DPD)110以遠距離通訊連線112在資料埠114處連接於電子設備盤件106。遠距離通訊連線112可為接線或無線連線，並且稍後會相關於圖1F更詳細地被敘述。

圖1B顯示同心地放置的基板104及電子設備盤件106，而纜線108在二者之間。同心在此處被定義成為一圓的圓周在另一圓的圓周內，而二圓並非必定具有相同的中心。因此，此定義也涵蓋圓的偏心。

在同心地放置之下，二者可被裝載至一個在另一個的上方地隔開的二自動機臂內。具有感應器的基板104會由下方的自動機臂固持。下方的自動機臂可伸出，以將基板104插入一處理室內。處理室具有用於插入的三個區域，亦即區域134，區域136，及區域138。圖1C顯示將PCMD100插入處理室的不同區域內的自動機頭130。自動機臂130a(上方，固持電子設備盤件106)及自動機臂130b(下方，固持基板104)二者均可獨立地伸出。圖1D及1E顯示自動機頭130的三個自動機臂130a，130b，及130c。在圖1D中，台面自動機臂130b伸出離開自動機頭130的自動機臂130a。當PCMD100處於其伸出狀態時，台面自動機臂130b或130c會容納基板104，而台面自動機臂130a或130b分別會容納電子設備盤件106。自動機頭130在趨近處理室時會先使PCMD處於如圖1B所見的同心狀態。然後，自動機臂130b會伸出離開自動機臂130a，因而使基板104從電子設備盤件106分離。以此方式，基板104可如圖1C中所見的被放置在區域134內。如果PCMD要被放置在區域136內，則自動機臂130a及130b會在PCMD100處於其同心狀態之下被插入區域136內。基板104會被下降至可在區域136處將基板104移動至處理室的滑動平台上。在被載入自動機臂130a及130b之前，PCMD100會被旋轉至正確的方向，使得其可沿著纜線108的軸線伸出。將基板104放置至處理室區域138內會與對於處理室區域136所述者大致相同，除了不同的旋轉角度之外，以容許沿著纜線108的軸線的伸出可與處理室區域138成直列。

圖1F為顯示本發明的所有實施例均相同的PCMD電路151及DPD110的電路及訊號流程的方塊圖。先前所述的感應器150是在基板104中或基板104上。感應器150的輸出經由導體153而耦接於SAC154。記憶體152為選擇性的，並且其位置較佳地靠近感應器150，在基板104上或在纜線108的連接器上。如果有，則記憶體152儲存在不處理下通過SAC154且繼續通過導體156至DTC158的數位感應器資料，以由微控制器158B讀取數位感應器資料。記憶體152可含有用於感應器150的校準係數。以此方式，即使是電子設備盤件106改變，記憶體152及校準係數會與適當的感應器150一起存留。SAC154較佳地位在電子設備盤件106處，但是可位在基板104處或處理室的內部或外部的任何位置處。SAC154含有拾取感應器輸出所需且如果需要則提供驅動感應器所需的任何輸入功率或其它訊號的電路，例如放大器，電流源，及濾波器。SAC154驅動訊號經由導體156至資料傳輸電路(DTC)158。電源162可為蓄電池，輻射能量轉換電池，或電感耦接電源，並且經由電匯流排164對PCMD100的所有組件提供電力。

DTC158包含在資料連線112上從SAC154至DPD110處理，儲存，及傳輸類比或數位形式的訊號所需的電路。在訊號被數位傳送的情況中，DTC158可包含一或多個類比/數位轉換器158A。DTC158內的發送器158C將測量的製程條件及任何控制訊號送至DPD110的收發器110D且接收來自DPD110的收發器110D的測量的製程條件及任何控制訊號。雖然收發器110D被顯示成為DPD110的一部份，但是其也可遠離地位在自動機頭130上。DTC158也可含有用於感應器150的校準係數。DTC158可讀取校準係數資訊，且將其通訊至資料處理裝置110，以用來對測量的資料施加校準的更正。DTC158也可選擇性地含有記憶體158D，以儲存由感應器150所測量的於原來或經校正的狀態的紀錄的製程條件以及其它資訊，例如校準係數。微控制器或閘極陣列158B管理DTC158的處理。資料連線112可為一無線連線或可為一多導體資料纜線，例如RS232或萬用串列匯流排(USB)連接。在資料連線112為無線的情況中，收發器158C與110D可用紅外線、聲音(acoustic)、音波(sonic)、超音波、或射頻訊號來通訊。任何數目的已知協定(protocol)可被採用，例如藍芽(Bluetooth)。收發器也可電感式地傳送及接收訊號。在PCMD100中，DTC158為電子設備盤件106的一部份，而在以下的實施例中，其可位於其它位置。為清晰起見，SAC154，DTC158，與DPD110內的互連或接線未被顯示。

資料處理裝置110可為任何微處理器或閘極陣列控制的裝置，例如電腦或個人數位助理(PDA)或是有目的地建立的電腦。DPD110包含中央處理單元110A，並且也可包含輸入/輸出裝置110B，例如顯示器或鍵盤，滑鼠等，記憶體110C，及收發器110D。

基板104具有底座層140，其較佳地為一矽晶圓，但是也可由極多的可被用在製造積體電路或薄膜裝置中的其它材料製成，包括玻璃，陶瓷，GaAs，碳化物，或氮化物。基板104及電子設備盤件106的直徑較佳地為200mm或300mm，以模擬目前晶圓的尺寸，且可由傳統的晶圓處理機器處理。但是，其可具有任何直徑或任何形狀。

圖1G為基板104的剖面。在此顯示的例子中，底座層140為一矽晶圓，而各種不同的層形成在晶圓上。底座層140具有在底座層140上的一絕緣層142。絕緣層142可為任何絕緣材料，但是較佳地為熱氧化物，例如二氧化矽。然後，蓋層144形成在絕緣層142的頂部上。蓋層144補償絕緣層142中的任何缺陷。蓋層144上為互連層146。互連層146為導電層，其被用來將訊號傳遞至監視製程條件的感應器及傳遞來自監視製程條件的感應器的訊號。互連層146被蝕刻，以形成引至及來自感應器的精確位置的電路痕跡，以及互連所需的任何的黏結墊。另外，感應器本身可形成在互連層146內，以及在其它導電層(未顯示)內。互連層146上為鈍化層148。鈍化層148較佳地為氮化物層，但是可為任何類型的介電材料。圖1H顯示感應器150在基板104上/中的較佳佈局，但是在本發明的範圍內可有許多不同的佈局。圖1I顯示安裝在基板104中且連接於形成於互連層146的電路痕跡的一分立的感應器150。熱傳導絕緣陶瓷材料(未顯示)覆蓋感應器150，並且充填凹部152。對於更多有關形成於直接沉積在基板上的薄膜層的感應器及互連的資訊，請參考Renken等人的名為“Apparatus for Sensing Temperature on a Substrate in an Integrated Circuit Fabrication Tool)”的美國專利第6,190,040B1號，其整體於此併入參考。

偵測各種不同的製程條件所需的感應器150根據已知的半導體換能器設計而被安裝在基板104上或製造於基板104中。為測量溫度，一種普及的換能器為RTD或熱敏電阻器(thermistor)，其包含具有一溫度係數的薄膜電阻器材料。也可使用磁阻材料來測量施加在基板104上的磁通量的量。一電阻/電壓轉換器通常形成在基板內於阻敏(resistive－sensitive)材料(熱敏電阻器或磁阻材料)的遠末端之間。另一例示性的溫度感應器包含以石印技術形成於基板的層的由二不類似的導體製成的熱電偶。當導體之間的接合處被加熱時，產生隨著接合處溫度幾近線性地增加的一小熱電電壓。溫度感應器的另一例子包括產生隨著溫度增加的電壓的二極體。藉著將二極體連接在一正電源與一負荷電阻器之間，可從負荷電阻器獲得電流/電壓的轉換。另一種感應器為壓電裝置，例如從在晶體方向上切割的石英晶體製造的石英調諧叉(tuning fork)，其展現根據溫度的震盪頻率。感應器的震盪頻率可參考由壓電裝置例如石英調諧叉形成的主震盪器，其中石英調諧叉是從被定向成為將頻率隨著溫度的改變減至最小的晶體製造。感應器與主震盪器之間的頻率差異會提供直接數位的根據溫度的訊號。壓電感應器也可被用來感應質量改變，以測量沉積質量及沉積率或其它製程條件。器150也可被用來測量在橫越基板104的選擇區域處的壓力，力，或應變，其可成為分立的感應器或成整體地形成於基板104的層的感應器。有許多類型的壓力換能器可測量施加在晶圓上的大氣壓力。一種合適的壓力換能器包括膜片型換能器，其中一膜片或彈性元件感應壓力，並且產生一相應的應變或偏移，屆時其可由連接於膜片或膜片後方的凹部的橋接電路讀取。另一合適的壓力換能器可包括放置在基板104的半導體基板內的壓電材料。壓電材料是藉著將摻雜化合物擴散至基板內而形成。所得的壓電材料產生與施加在其上的壓力或應變的量成比例的輸出電流。

感應器150也可被用來測量橫越基板104的流量。另外，濕度及水分感應器也形成在基板104上。已知的用來測量流量的方法例如熱線風速計可被結合於基板104內。流體速度是根據當一層流的流體流打擊形成在基板104上的一非層流障礙時渦流產生的頻率。流體流的測量一般涉及特殊渦流在障礙的任一側的形成。如此，一交替的壓力差異發生在兩側之間。在一臨限以上(在其以下不發生任何的渦流產生)，頻率與流體速度成比例。在偵測交替壓力差異的許多方法中，一熱敏電阻器較佳地被放置在障礙的兩側之間的一小通道中。通過被利用的通道的交替流動方向週期性地冷卻自我加熱的熱敏電阻器，因而以兩倍的渦流頻率產生AC訊號及相應的電脈衝。因此，在熱敏電阻器的前方從基板104凸出的障礙可提供固態流量測量。熱可在被放置成為互相緊密接近的自我加熱熱敏電阻器之間傳遞。流體流在相鄰的熱敏電阻器之間傳遞熱能，造成與質量流成比例的熱失衡。二或二個以上的相鄰感應器可成為陣列來測量沿著一向量的流動，或是多個流動向量也可被感應。熱失衡可被偵測來產生與質量流相關的DC訊號。於多方向的流動可被比較，以偵測流動向量。

感應器150也可被用來測量被置於基板104上的氣體化學濃度。化學成分感應器利用要被測量的特定離子可穿透的膜片。理想上，所有的其它離子應完全不可穿透膜片。膜片的傳導性與已經穿透膜片的選擇離子的輸送成正比。在給予膜片傳導性的可變化性之下，可取得與存在於基板104周圍的環境內的化學離子的量直接相關的測量。

感應器150也可被用來以一平行板結構，一收集板陣列，及具有被支撐在收集板上方的控制柵格的多個收集板來測量離子電流密度及離子電流能量。在平行板之間流動或流至平行板陣列的電流會隨著離子電流密度增加。離子電流能量可藉著在板件上方的柵格上施加一固定或可變DC電位而被偵測。此會將電流隨著離子電流能量調變而容許能量分佈被偵測。此在監視或調節沉積或蝕刻製程中很有用。

壓電換能器/感應器也可被整合至基板104內，以測量一層的諧振頻率，且因而測量該層的質量或厚度。

另外，感應器150也可被用來偵測與基板104間隔分開的一物體的位置的改變或位移。例示性的位移換能器包括可測量光子能量(或強度)且將光子能量轉換成為電場或電壓的電光裝置。相當為人所知的電光裝置包括發光二極體，光二極體，光電晶體等，其可形成在半導體基板上。位移感應器被用來提供與蝕刻或沉積室內的電極間隔有關的準確資訊，並且可提供晶圓與相應的掩模及/或輻射源之間的間隔資訊。

圖2顯示製程條件測量裝置的另一實施例，亦即PCMD 200。PCMD 200類似於PCMD 100，除了電子設備盤件206小於PCMD 100的電子設備盤件106及基板104之外。如同在PCMD 100中，電子設備盤件206於伸出位置與基板104分離。PCMD 200可與基板104在一起(在上方或下方)或是始終維持伸出。如此，電子設備可遠離處理室的有害條件。電子設備除盤件之外可成為一形狀因數。

圖3A顯示製程條件測量裝置的另一實施例，亦即PCMD 300。PCMD 300類似於圖2的PCMD 200，但是包含在基板104的表面上，表面內，或凹部內的一附加電子設備平台207。先前PCMD 100及200的電子設備盤件106及206中所含有的電子及電源電路151此時被分配給電子設備盤件206與電子設備平台207。圖1F所示的PCMD電路151的任何部份可於任一位置處，並且也可被複製在每一平台上。較佳地，訊號取得電路154為電子設備平台207的一部份，而資料傳輸電路158存在於電子設備平台207及電子設備盤件206二者之處。如此，至DPD 110的通訊可從電子設備平台207或從電子設備盤件206。電子設備平台207可在基板104的表面上的任何位置。在此實施例中其位於中心。

如在圖3B中可見的，電子設備平台207以一或多個間隔件或平台支腿209而從基板104的表面升高。如前所述，處理室的溫度及其它參數可能具有相當大的梯度。在某些情況中，最嚴苛的製程條件可能是在晶圓的高度處。使電子設備從晶圓的表面升高為使電子設備與最嚴苛的製程條件隔離的另一種方式。平台207及平台支腿209較佳地由具有與基板104類似/相容的特性的材料製成，但是實際上可由任何材料製成。相容性可相關於熱膨脹係數，或其它機械，電，或材料性質。平台207從基板104升高的距離可根據所預期要被測量的製程條件而被特別定製，但是一般而言是從1mm至5mm。平台支腿的直徑或寬度(如非圓形)尺寸範圍可從0.05mm至大於1.0mm，且較佳的為具有大約0.05mm的最小直徑或寬度，以限制基板與平台之間的熱傳遞。來自平台207的電子電路的訊號經由一小電纜線或與平台支腿209成整體的導體而被傳送至基板104。

圖4顯示PCMD 400，其為本發明的另一實施例。PCMD 400類似於PCMD 300，除了不包含電子設備盤件206之外。電子設備平台207包含SAC 154及DTC 158。電源162較佳地位在平台207上，但是也可位在基板104上。纜線108可延伸至處理室外部，以作用成為天線或外部換能器，以藉著容許通訊來支撐收發器，此通訊在含有基板104及電子設備平台207的封閉處理室內是無法進行的。如此，纜線108會作用成為資料連線112的一部份來在DTC 158與DPD 110之間即時地或延遲地傳輸訊號。或者，纜線108可被直接連接於DPD 110，因而使資料連線112成為接線連線。

圖5顯示PCMD 500，其為本發明的另一實施例。PCMD 500不具有PCMD 400的纜線108，但是其它方面則類似。因此，PCMD 500經由資料連線112無線地通訊。一天線較佳地被整合於電子設備平台207，但是也可形成於基板104中或基板104上。

到目前為止，在具有電子設備平台207的特徵的所有實施例中，亦即在PCMD 300、400及500中，平台均位於基板104的中心。這是因為將製程條件測量裝置保持正確的平衡很重要，因為其可能被自動機臂轉動或旋轉。但是，熱平衡以及許多其它製程條件的平衡也很重要。如前所述，一製程條件可能於整個處理室大幅地變化。每一不同的製程條件在處理室內具有其本身的輪廓或梯度。因此，為順應這些變化，根據製程條件來改變電子設備平台207的位置或是將一個以上的平台放置在基板上或基板內很有利。

在圖6中，PCMD 600具有位置靠近基板104的邊緣的電子設備平台207。PCMD 600的其它方面與PCMD 500相同。在圖7中，PCMD 700具有位在基板104的一直徑上且與基板104的中心等距的二或二個以上的電子設備平台207及209。PCMD電路151可以任何比例分配給電子設備平台207與209，包括平台209不具有任何電子組件或電路的組態。並且，PCMD電路151可被複製在每一平台上。

在任何實施例中，含有PCMD電路151(亦即記憶體152、SAC 154、DTC 158電源162)的全部或一部份的平台可被整合至基板內或容納在形成於基板內的一凹部內。此被實施成使得被用來測量製程條件的基板104具有與承受實際製造的製程條件的製造基板大致相同的質量。其目的為移除與平台所加入的質量相同的基板質量，以準確地模擬在盡可能地類似的測試基板104上的作用。如果基板104內的質量及熱傳導類似於製造基板，則對溫度改變的動態熱響應時間可被最準確地測量。

圖8顯示根據本發明實施例之電子設備平台800。電子設備平台800係類似圖3B之電子設備平台207，但具有額外的特性使其尤適於在高溫下使用。電子設備平台800包括電源802及上面安裝有積體電路806a－c的印刷電路板(PCB)804。PCB 804及積體電路806a－c可收集來自感應器的資料及將其儲存於記憶體中或傳送(無線或其它方式)至遠端單元供處理之用。電子設備平台800具有封閉電子設備平台800內部組件的罩體808。罩體808並不密封地密封內部容積812，取而代之的是開口810，使得內部容積812與罩體808外部連通。因而，氣體能從內部容積812流到外部，且來自外部的氣體能進入內部容積812。當電子設備平台800設置於接著會處於真空(排空成次氣壓，例如3毫托)的一室內時，內部容積812會變成排空的。開口810的尺寸可以使內部容積812對外部不會有明顯不同的壓力。因而，倘若電子設備平台800在壓力方面受到快速改變，則開口810可能被做大。倘若僅經歷壓力上的緩慢改變，則開口810可做得相當小。開口810的尺寸可根據內部容積812的尺寸來選擇，較大容積需要較大開口。低輪廓電子設備平台800可具有僅需要小的開口的非常小的內部容積。於一例子中，引線進入電子設備平台的小間隙充分能將小的內部容積中的壓力保持在大約與外部相同的壓力。吾人一般希望將開口810保持小的以減少經由開口810進入之熱的量。真空是不良的熱導體。因此，當內部容積812處於真空時，其減少熱從罩體808到電源802、PCB 804及積體電路806a－c的流動。內部容積812作為隔熱容積以將此等內部組件與外部溫度隔絕。

罩體808可以適合的材料製成，使得電源802、PCB 804及積體電路806a－c維持在較低於罩體808外部的溫度。罩體808可以易於反射幅射的材料製成，使得當熱能被導向罩體808時，其傾向從罩體808反射開來且不被吸收。罩體808可以具有高比熱容量的材料製成，使得當熱被吸收時，其導致罩體808的溫度緩慢上升且因而延遲內部組件的加熱。可反射幅射熱且具有高比熱容量的材料的例子包括銦剛(invar，Nickel－Iron)及不銹鋼。然而，電子設備模組的重量也可能是重要的，特別是當其在薄玻璃基板上時。為將模組的重量保持在低，罩體808可以以鋁製成。雖然鋁的比熱容量比銦剛低，但更輕且可反射幅射熱。

電子設備平台800提供諸如電源802、PCB 804及積體電路806a－c的內部組件保護免於可能經由傳導、對流或幅射所轉移的熱。來自下面的傳導的熱轉移係藉使用從基板816抬起電子設備平台800的支腿814a、814b而被減少。支腿814a、814b可具有小的橫截面面積(於某些例子中約為直徑0.5毫米)。支腿可以製得小，但維持夠大以提供必要的實際支撐給電子設備平台。支腿可以以具有低導熱係數的材料製成，諸如陶瓷。於某些例子中，支腿係以與罩體相同的材料製成，使得它們可共同形成為整體的組件。因此，罩體808及支腿814a、814b二者皆可以鋁形成。亦設置支腿815a－d以將電源802及PCB 804自罩體808的底部抬起。此舉減少從罩體808流到內部組件的熱。於某些情形中，不使用支腿815a－d而可以使用諸如聚亞醯胺膜(耐熱塑膠膜)膠帶的一層絕緣材料以形成絕緣層。此種絕緣層可以是連續的或是以不連續部分來形成。此外，從罩體808到內部組件的傳導的熱轉移被減少，其中電子設備平台800使用於真空狀態中，因為內部容積812作用為隔熱容積。即使是無法達到高度的真空狀態的情形，內部容積812中被減少的壓力會減少從罩體808到內部組件的熱轉移。內部容積在電源802、積體電路806a－c及罩體808之間延伸，使得此等組件互相不會接觸。因此，一般在罩體808與任何內部組件之間會有間隙維持。於空氣、或某其它室溫氣體中，室溫氣體進入內部容積812並在罩體808與內部組件間提供絕緣。因為圍繞電子設備平台808的壓力被減少，在內部組件(諸如處理室壁)與電子設備平台800之間的對流熱轉移被減少。因為有較少的氣體傳播熱，較少熱以此方式轉移。類似地，因為在內部容積812中的壓力被減少，在罩體808與內部組件間的對流熱轉移被減少。藉著在罩體808上設置反射的外表面818到電子設備平台800的幅射的熱轉移得以減少。罩體808的所有外表面可製成反射的，或倘若熱是接收自特定方向則只是某選取的表面可以是反射的。內表面，諸如表面819，亦可製成可反射的。此種反射表面一般具有低發射率，且因而當在給定溫度下時會幅射相當少量的熱能。藉使用作為罩體外部或內部表面的材料的金屬，可設置諸如反射表面818的反射表面。該表面可被拋光以製成更反射。於一例子中，被拋光的鋼被用來形成該罩體。額外的反射層可加在罩體808內部。於一例子中，一或多個反射金屬層，例如鋁箔，圍繞電源802、PCB 804及積體電路806a－c。電子設備平台800連接一或多個安裝在基板816上的感應器如前述。

圖9顯示替代的電子設備平台900。電子設備平台900具有電源902、PCB 904及包含在罩體908內的積體電路906a－c。罩體908被支腿914a、914b從基板916抬起。不像電子設備平台800，電子設備平台900在罩體908內沒有開口。因此，罩體908是密閉的。電子設備平台900的內部容積912形成不與外部連接的隔熱容積。於一例子中，內部容積912是真空。因此，罩體908是在真空狀態下密封，使得內部容積912維持排空。可設置支腿以將電源902及PCB 904與罩體908隔開。於另一例子中，內部容積912充填氣體，能在罩體908與內部組件間提供絕緣。於另一例子中，內部容積被充填了具有低導熱係數的固體，使得其能提供絕緣。一種能將氣泡封裝在固體之內的泡沫亦可用來充填內部容積912。

於另一實施例中，內部容積912可被充填相變材料。相變材料是當它們在其熔點歷經相變時會吸收熱能的材料。當固態相變材料被加熱且到達其熔點時，其會經歷從固態到液態的相變。於此過程中，該相變材料吸收特定量的熱，即為吾人所知的熔焓(melting enthalpy)。不管熱輸入為何，該材料的溫度停留在相對固定的溫度，即使正在發生相變。有時將此描述為材料的潛熱。特定的相變材料可針對它們的熔點及它們的高比熔焓(或熔解比潛熱)來選擇。相變材料的熔點應該在要被保護的任何組件的工作範圍之內，因為當其經歷相變時傾向在熔點保持圍繞著諸組件。然而，該相變材料的熔點應高於室溫(大約攝氏18－20度)，使得相變材料在室溫下為固態。典型上，吾人希望將電子組件(諸如積體電路906a－c)保持在低於大約攝氏85度的最大工作溫度。因此，可以選擇熔點在攝氏20度與85度之間且具有高比熔焓的相變材料。RubithermGmbH可提供多種相變材料，包括RT35，其熔點為攝氏35度且在攝氏27與42度間具有157千焦/千克的儲熱容量。亦可根據任何待由電子設備平台來經歷的加熱程序的溫度及歷時來選擇該相變材料的量。於某些例子中，電子組件具有較高的溫度定額，所以它們可以在大於攝氏85度的溫度下工作。此外，電子組件可適於用在比它們的指定最大溫度更高的溫度。美國專利第2004/0225462號且名稱為“Integrated process condition sensing wafer and data analysis system”的公開集中，描述採用習用積體電路的方法，使得它們可工作在高於它們指定溫度範圍的溫度。此等方法可應用在電子設備平台中的積體電路。在電子設備模組中的積體電路可以是封裝或未封裝的。未封裝的積體電路在半導體表面上可以有銲墊直接連接到PCB或其它外部電路，而不需透過引線框架。不封裝的積體電路可以較小且允許電子設備平台具有較低輪廓。諸如電池的電源亦可具有指定溫度範圍，在該該指定溫度範圍以外其會停止工作或停止令人滿意地工作。典型上，電池工作於攝氏65－85度。某些電池可以在高達攝氏150度下工作。

圖10顯示替代的電子設備平台1000，其具有將內部容積1012連接到罩體1008外部的開口1010，且在罩體1008內具有相變材料部位1020。此結合由內部容積1012內真空所提供的絕緣與相變材料的溫度穩定效果的優點。部分環繞包括電源1002、PCB 1004及積體電路1006a－c之內部組件的隔熱容積、內部容積1012有助於防止熱能達到內部組件。當熱能到達該等內部組件時，熱能被相變材料部分1020吸收。此傾向將內部組件保持在大約該相位變材料的熔點。顯示的相變材料部分1020是跨罩體1008底部在電源1002及PCB 1004下面延伸。然而，於其它例子中，在罩體1008之內的此等組件的位置可以不同。如前述，支腿1014a、1014b的設置在於將電子設備平台1000從基板1016抬起，且罩體1008可以有反射的外表面。

圖11顯示另一個替代的電子設備平台1100。電子設備平台1100具有由相變材料部分1120所圍繞之包括電源1102、PCB 1104及積體電路的內部組件。圍繞的相變材料1120是隔熱層1130。相變材料可以藉著將其加熱到其熔點以上並於其處於流體形式時將其注入該凹部，以充填預先定義的凹部。因此，罩體1108可設置某種適當材料的隔熱層1130。接著，電源1102、PCB 1104及積體電路1106a－c可被置於該罩體內，且剩下的容積被充填適當的相變材料以形成相變材料部分1120。罩體1108可接著被密封。於一例子中，隔熱層1130是適當的固態、或固態捕集氣泡。於一例子中，隔熱層1130是適當的剛性、多孔、絕緣材料，以真空而非氣泡來減少透過絕緣層1130的熱傳導。於另一例子中，隔熱層1130可以以氣體或真空形成。相變材料部分1120可包含在容器(未顯示)中，使得其能於熔化時保持它的位置。隔熱層1130在此一容器與罩體1108之間延伸。在隔熱層1130是真空的情形中，其形成可藉著將罩體1108密封於真空狀態下，或是藉著在罩體1108中有開口而工作於真空狀態下。如前述，支腿1114a、1114b的設置在於將電子設備平台1100從基板1116抬起，且罩體1108具有反射的外表面。

圖12A顯示具有電子設備平台1200的玻璃基板1216。電子設備平台1200可在結構方面類似於前述的任何電子設備平台800－1100。電子設備平台1200透過引線1252a－1252i連接到多數個感應器單元1250a－1250i。感應器單元1250a－1250i跨玻璃基板1216的表面配置，使得其等在不同位置測量一或多個製程條件。每個感應器單元可包含單一感應器以測量單一製程條件，或可具有多於一個感應器以測量多於一個製程條件。並非所有的感應器單元必定完全相同，所以某些可能測量到與其它不同的製程條件。來自感應器單元1250a－1250i的資料經由引線1252a－1252i被送到電子設備平台1200。資料可被儲存於電子設備平台1200以供後來的復元，或是可使用電子設備平台1200中的資料傳輸電路從電子設備平台1200送到另一位置。於一例子中，感應器單元1250a－1250i測量跨基板1216的溫度。溫度資料接著被儲存於電子設備平台1200中的記憶體內供後來的復元及分析。

圖12B顯示跨基板的替代感應器單元的配置。電子設備平台1201係位於玻璃基板1266的中間，感應器單元1260a－1260i跨藉由引線1262a－1262i連接到電子設備平台1201基板1266分佈。

圖13顯示在橫截面的電子設備模組1200及一部分的基板1216。顯示的感應單元1250a藉由引線1252a連接到電子設備平台1200。感應單元的例子及用以將其定位並附接到玻璃基板的方法係見於美國第6915589號專利，該專利於此整體併入參考。玻璃基板，諸如平面顯示器(FPD)基板，可以是大(2米或更多)且非常薄(典型上是0.5至1.1毫米)。此種玻璃基板一般被自動設備移動，該自動設備要求玻璃基板遵照特定的實體大小。舉例來說，於某製程設備中的開口高度可以是大約13毫米，而於其它設備中可使用甚至更小的開口。為允許諸如基板1216之有儀器的基板通過此種開口，諸如電子設備平台1200之電子設備平台之高度必須保持相當小。於本例子中，從基板1216之上表面的電子設備平台1200的總高度h大約是8毫米。電子設備平台1200的支腿1214a、1214b的高度大約是0.5毫米，且罩體的高度測量起來大約是7.5毫米。

圖14顯示替代配置，其中電子設備平台1400係由支腿1414a－b所支撐，使得其與基板1416只有部分重疊。因此，部分的電子設備平台1400超出基板1416延伸。此可能是有利的，因為其可使電子設備平台1400於基板1416的製程期間保持在不會接收太多熱的位置。此外，1400在基板1416上具有較小的足跡。亦即，電子設備平台1400比起其於整個覆蓋基板1416時的情形而言，會延伸越過較小部分的基板1414。因此，任何可能由電子設備平台造成之製程參數之測量的影響被減小。雖然顯示的是支撐電子設備平台1400的垂直支腿1414a－b，但可使用任何適合的結構。

圖15A及15B顯示另一替代結構，其中電子設備模組1500係由支腿1514a－b在基板1516周邊外部的位置所支撐，使得電子設備平台1500不會覆蓋到基板1516的任何部分。此結構可以有優點，相較於覆蓋或部分覆蓋基板1516的配置方式，電子設備平台1500在此位置可接收較少的熱。此外，電子設備平台1500在基板1516上並沒有足跡，使得電子設備平台1500對於收集自基板1516的任何測量應該很少或沒有影響。舉例來說，任何可能會影響溫度測量的屏蔽被減少或消除。雖然顯示的是支腿1514a－b，但可使用任何適合的結構來針對基板1516來定位電子設備模組1500。

雖然上述例子顯示組件的特定配置以提供保護電子設備平台之組件免受到高溫，但其它的配置亦可行。隔熱容積(真空、氣體、固體、泡沫或其它適合的結構)可設置於熱傳導要被減少的任何地方。反射表面可設置在幅射熱可能導向的任何地方。具高熱容量的相變材料的一或多個部分可設置於一或多個位置以便在該些位置將溫度保持低。不同的相變材料可用於不同的應用。使用本發明的技術，具有習用組件的電子設備平台可以用於高達攝氏470度且甚至高於攝氏470度的溫度範圍內。電子設備平台可耐受上升的溫度達10分鐘的期間，或是於某些情形下是超過10分鐘。此一般而言是在溫度與歷時之間的讓步，意即電子設備平台可於較短歷時耐受較高溫度。於某些情形中，電子設備平台針對超過10分鐘可耐受超過攝氏470度，而卻能持續作用。此種有儀器的玻璃基板可以用來於玻璃基板上的薄膜的化學汽相沉積法(CVD)期間測量跨玻璃基板的製程條件。

雖然已經顯示及敘述本發明的特別實施例及其有利點，但是應瞭解在不離開由附隨的申請專利範圍所界定的本發明的精伸及範圍下，可進行各種不同的改變，取代，及變化。例如，感應器的位置及類型可與所述的例子中不同。另外，電子設備平台或盤件可凹入測量基板的凹部內，並且以相同方式實施相同功能而獲得相同結果的電路也在本發明的範圍內。

100．．．製程條件測量裝置(PCMD)

104．．．基板

106．．．電子設備盤件

108．．．纜線

110．．．資料處理裝置(DPD)

110A．．．中央處理單元

110B．．．輸入/輸出裝置

110C．．．記憶體

110D．．．收發器

112．．．遠距離通訊連線，資料連線

114．．．資料埠

130．．．自動機頭

130a．．．自動機臂

130b．．．自動機臂/台面

130c．．．自動機臂/台面

134．．．區域

136．．．區域

138．．．區域

140．．．底座層

142．．．絕緣層

144．．．蓋層

146．．．互連層

148．．．鈍化層

150．．．感應器

151．．．PCMD電路

152．．．記憶體

153．．．導體

154．．．訊號取得電路(SAC)

156．．．導體

158．．．資料傳輸電路(DTC)

158a．．．類比/數位轉換器

158b．．．微控制器

158c．．．收發器

158d．．．記憶體

162．．．電源

164．．．電匯流排

200．．．PCMD

206．．．電子設備盤件

207．．．電子設備平台

209．．．平台支腿

300．．．PCMD

400．．．PCMD

500．．．PCMD

600．．．PCMD

700．．．PCMD

800．．．電子設備平台

802．．．電源

804．．．印刷電路板(PCB)

806a．．．積體電路

806b．．．積體電路

806c．．．積體電路

808．．．罩體

810．．．開口

812．．．內部容積

814a．．．支腿

814b．．．支腿

815a．．．支腿

815b．．．支腿

815c．．．支腿

815d．．．支腿

816．．．基板

818．．．反射表面

819．．．表面

900．．．電子設備平台

902．．．電源

904．．．PCB

906a．．．積體電路

906b．．．積體電路

906c．．．積體電路

908．．．罩體

912．．．內部容積

914a．．．支腿

914b．．．支腿

916．．．基板

1000．．．電子設備平台

1002．．．電源

1004．．．PCB

1006a．．．積體電路

1006b．．．積體電路

1006c．．．積體電路

1008．．．罩體

1010．．．開口

1012．．．內部容積

1014a．．．支腿

1014b．．．支腿

1020．．．材料部分

1100．．．電子設備平台

1102．．．電源

1104．．．PCB

1106a．．．積體電路

1106b．．．積體電路

1106c．．．積體電路

1108．．．罩體

1114a．．．支腿

1114b．．．支腿

1116．．．基板

1120．．．材料祁分

1130．．．絕熱層

1200．．．電子設備平台

1201．．．電子設備平台

1214a．．．支腿

1214b．．．支腿

1216．．．玻璃基板

1250a．．．感應器單元

1250b．．．感應器單元

1250c．．．感應器單元

1250d．．．感應器單元

1250e．．．感應器單元

1250f．．．感應器單元

1250g．．．感應器單元

1250h．．．感應器單元

1250i．．．感應器單元

1252a．．．引線

1252b．．．引線

1252c．．．引線

1252d．．．引線

1252e．．．引線

1252f．．．引線

1252g．．．引線

1252h．．．引線

1252i．．．引線

1260a．．．感應器

1260b．．．感應器

1260c．．．感應器

1260d．．．感應器

1260e．．．感應器

1260f．．．感應器

1260g．．．感應器

1260h．．．感應器

1262a．．．引線

1262b．．．引線

1262c．．．引線

1262d．．．引線

1262e．．．引線

1262f．．．引線

1262g．．．引線

1262h．．．引線

1400．．．電子設備平台

1414a．．．支腿

1414b．．．支腿

1416．．．支腿

1500．．．電子設備平台

1514a．．．支腿

1514b．．．支腿

1516．．．基板

圖1A係於伸出狀態的本發明的第一實施例的PCMD 100的立體圖。

圖1B係於同心狀態的PCMD 100的立體圖。

圖1C係處理室及自動機臂的頂視圖。

圖1D係自動機臂伸出的頂視圖。

圖1E係自動機臂伸出的平面圖。

圖1F係所有實施例共同的電子設備及電路的示意圖。

圖1G係基板104的剖面。

圖1H係基板104的頂視圖。

圖1I係基板104中的感應器的立體圖。

圖2係本發明的另一實施例的PCMD 200的立體圖。

圖3A係本發明的另一實施例的PCMD 300的立體圖。

圖3B係PCMD 300的平面圖。

圖4係本發明的另一實施例的PCMD 400的立體圖。

圖5係本發明的另一實施例的PCMD 500的立體圖。

圖6係本發明的另一實施例的PCMD 600的立體圖。

圖7係本發明的另一實施例的PCMD 700的立體圖。

圖8顯示具有具備對外部的開口的內部容積的電子設備平台800的橫截面圖。

圖9顯示具有提供絕熱之密閉內部容積的電子設備平台900的橫截面圖。

圖10顯示含有相變材料以降低內部組件之溫度的電子設備平台1000的橫截面圖。

圖11顯示含有相變材料及繞內部組件之絕緣層的電子設備平台1100的橫截面圖。

圖12A係顯示電子設備平台1200及感應器1250a－i之基板1216的頂視圖。

圖12B係顯示電子設備平台1201及感應器1260a－h之基板1266的頂視圖。

圖13顯示安裝於基板上之電子設備平台1200橫截面圖。

圖14顯示安裝於基板上以便能在該基板之邊緣上延伸的電子設備平台1400的替代位置。

圖15A顯示安裝於基板上以便其不會上覆該基板的電子設備平台1500的另外的替代位置。

圖15B係電子設備平台1500的頂視圖，顯示其在基板1516周邊外部上的位置。

1200．．．電子設備平台

1216．．．玻璃基板

1250a、1250b、1250c、1250d．．．感應器單元

1250e、1250f、1250g、1250h．．．感應器單元

1250i．．．感應器單元

1252a、1252b、1252c、1252d．．．引線

1252e、1252f、1252g、1252h、．．．引線

1252i．．．引線

Claims (24)

1. 一種感應製程條件的系統，包含：基板；多數個感應器，附接於該基板；電子設備平台，電氣耦接於該多數個感應器；該電子設備平台具有封入至少一積體電路的罩體，該罩體包括隔熱容積；以及該電子設備平台以一或多個將該平台自該基板架高的支腿而安裝於該基板，其中該罩體係位於該一或多個支腿上方，使得該罩體的底表面係位於該基板的頂表面上方。
2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該隔熱容積係與在該罩體外部的外部容積流體連通。
3. 如申請專利範圍第2項的系統，其中該隔熱容積係於該外部容積被排空時被排空。
4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該隔熱容積被充填以具有低導熱係數的材料。
5. 如申請專利範圍第4項的系統，其中該罩體係緊密密封的。
6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該罩體具有對幅射熱反射的外表面。
7. 如申請專利範圍第1項的系統，進一步包含相變材枓在該罩體內。
8. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該罩體由玻璃組成。
9. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該一或多個支腿具有小於一毫米的高度。
10. 一種感應製程條件的系統，包含：基板；多數個感應器，附接於該基板；電子設備平台，電氣耦接於該多數個感應器；該電子設備平台具有封入至少一積體電路的罩體，該罩體包括熔點在攝氏20度與85度之間的相變材料；以及該電子設備平台以一或多個將該平台自該基板架高的支腿而安裝於該基板。
11. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該罩體進一步封入隔熱容積。
12. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該隔熱容積包含處於小於大氣壓力的氣體。
13. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該隔熱容積包含具有低導熱係數的固體。
14. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該電子設備平台包括電源及多數個積體電路，該相變材料緊緊靠近該電源以及多數個積體電路，使得該相變材料、該電源及該多數個積體電路均處於大約相同的溫度。
15. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該罩體具有對幅射熱反射的外表面。
16. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該罩體具有對幅射熱反射的內表面。
17. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該支腿將該電子設備平台維持在延伸越過該基板周邊的位置上。
18. 一種形成製程條件測量裝置的方法，包含：以引線附接感應器到基板並連接該感應器到電子設備模組；以及形成該電子設備模組以包括罩體，該罩體封入圍繞電子組件的絕緣容積，該罩體以一或多個支腿與該基板疏遠，其中該罩體係位於該一或多個支腿上方，使得該罩體的底表面係位於該基板的頂表面上方。
19. 如申請專利範圍第18項的方法，進一步包含形成該電子設備模組以包括相變材料，該相變材料的熔點在攝氏18度與85度之間，其中該相變材料係在該罩體之內。
20. 如申請專利範圍第18項的方法，進一步包含拋光該電子設備模組以提供反射表面。
21. 如申請專利範圍第18項的方法，進一步包含形成開口於該罩體中，使得該罩體內部壓力大約等於外部壓力。
22. 如申請專利範圍第18項的方法，進一步包含定位該電子設備模組以覆蓋該基板的表面的中間位置。
23. 如申請專利範圍第18項的系統，進一步包含定位該電子設備模組以覆蓋不是該基板的表面的中間位置。
24. 如申請專利範圍第18項的方法，進一步包含定位該電子設備模組使得該電子設備模組之至少一部份不會 覆蓋該基板的表面。