本申请案依据35u.s.c.§119(e)主张于2016年2月2日提出申请的指定孙梅(meisun)及瓦霍维沙尔(vaibhawvishal)为发明人的标题为用于测量外延室中的温度的基于嵌套模块的经检测晶片组合件设计(nestedmodulebasedinstrumentedwaferassemblydesignformeasuringtemperatureinepitaxychamber)的序列号为62/290,153的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案以全文引用方式并入本文中。
本发明一般来说涉及沿着半导体处理线监测晶片，且特定来说涉及允许在高温下操作的多级嵌套式壳体组合件。
背景技术：
随着对半导体装置处理环境中的过程条件的容限继续变小，对经改善过程监测系统的要求继续增加。处理系统(例如，外延室)内的热均匀性是一项此类条件。当前方法无法在不污染相关联室的情况下在当前处理技术需要的极端条件(例如，高温)下监测温度。因此，将期望提供一种用以允许使用经检测晶片进行的高温测量来监测半导体装置处理线的状况的系统及方法。
技术实现要素：
揭示一种根据本发明的一或多个实施例的在高温过程应用中用于获取测量参数的设备。在一个实施例中，所述设备包含衬底。在另一实施例中，所述设备包含包括外部壳体及内部壳体的嵌套式壳体组合件。在另一实施例中，所述外部壳体围封所述内部壳体。在另一实施例中，所述内部壳体围封电子组合件。在另一实施例中，绝缘介质安置于所述内部壳体的外部表面与所述外部壳体的内部表面之间的腔内。在另一实施例中，所述设备包含通信地耦合到所述电子组合件的传感器组合件。在另一实施例中，所述传感器组合件包含一或多个传感器。在另一实施例中，所述一或多个传感器安置于所述衬底的一或多个位置处。在另一实施例中，所述一或多个传感器经配置以在所述衬底的所述一或多个位置处获取一或多个测量参数。在另一实施例中，所述电子组合件经配置以从所述一或多个传感器接收所述一或多个测量参数。
揭示一种根据本发明的一或多个实施例的在高温过程应用中用于获取测量参数的方法。在一个实施例中，所述方法包含利用安置于嵌套式壳体组合件内的电子组合件从多个传感器获取多个测量参数，所述多个传感器跨越衬底安置于多个位置处。在另一实施例中，所述嵌套式壳体组合件包含外部壳体及内部壳体。在另一实施例中，所述外部壳体围封所述内部壳体。在另一实施例中，所述内部壳体至少围封所述电子组合件。在另一实施例中，所述方法包含利用安置于所述嵌套式壳体组合件内的所述电子组合件存储所述多个测量参数。
应理解，前述大体说明及以下详细说明两者均仅是示范性及解释性且不必限制所请求的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的所附图式图解说明本发明的实施例，并与所述大体说明一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图较佳地理解本发明的众多优点，其中：
图1a是根据本发明的一或多个实施例的配备有嵌套式壳体组合件的经检测衬底设备的俯视图。
图1b到1d是根据本发明的一或多个实施例的嵌套式壳体组合件的横截面图。
图1e是根据本发明的一或多个实施例的包含经检测衬底设备的处理室的框图。
图1f是根据本发明的一或多个实施例的经放置与远程数据系统通信的经检测衬底设备的俯视图。
图1g是根据本发明的一或多个实施例的含于嵌套式壳体组合件内的电子组合件的框图。
图2是图解说明根据本发明的一或多个实施例的用于跨越经检测衬底获取测量参数的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中所图解说明的所揭示标的物。
根据本发明通常参考图1a到2描述用于跨越经检测衬底获取测量参数的系统及方法。
本发明的实施例是针对能够在高温(例如，600℃到800℃)下操作的经检测衬底设备。可在于高温下操作的半导体处理室(例如，外延室)内利用此经检测衬底设备。在一些实施例中，本发明的经检测衬底设备包含包括第一壳体及第二壳体的嵌套式壳体组合件(例如，隔热罩)，借此将板上电子器件封装(例如，电子组合件)及/或其它敏感装置装纳于嵌套式壳体组合件内以便即使在将经检测衬底暴露于高达800℃的温度时仍将电子器件封装的温度维持在大约150℃或150℃以下。
图1a到1d图解说明根据本发明的一或多个实施例的用于跨越衬底102获取测量参数的经检测衬底设备100。图1a图解说明经检测衬底设备100的俯视图，而图1b到1d图解说明经检测衬底设备100的简化横截面图。
在一个实施例中，经检测衬底设备100包含衬底102、传感器组合件105及含有电子组合件125的嵌套式壳体组合件104。
衬底102可包含半导体处理技术中已知的任何衬底。在一个实施例中，衬底102是晶片。举例来说，衬底102可包含(但不限于)半导体晶片(例如，硅晶片)。
在一个实施例中，如图1b中所展示，嵌套式壳体组合件104包含内部壳体114及外部壳体116。举例来说，内部壳体114及外部壳体116可分别由内部隔热罩及外部隔热罩组成。在另一实施例中，可将电子组合件125(例如，处理器、存储器、电源、通信电路等等)安置于内部壳体114内，借此将内部壳体114安置于外部壳体116内以形成嵌套式壳体结构。
在一个实施例中，内部壳体114由具有高热容量(例如，按体积算)的材料形成。举例来说，内部壳体114可由一或多种金属合金形成，例如(但不限于)铁-镍-钴合金、镍-铁合金或铁-碳合金。举例来说，内部壳体114可由包含kovar、invar或不锈钢的材料中的一或多者形成。在内部壳体由kovar形成的情形中，内部壳体114的电子组合件125(及电子组合件125的组件)密切地遵循内部壳体114的温度。以另一实例的方式，内部壳体114可由例如(但不限于)蓝宝石或结晶石英的一或多种结晶材料形成。
在另一实施例中，外部壳体116由包含(但不限于)陶瓷、复合材料或玻璃的一或多种材料形成。在另一实施例中，外部壳体116由致使可忽略污染的材料形成。举例来说，外部壳体116可由包含(但不限于)硅、碳化硅、氮化硅或氧化硅的一或多种低污染材料形成。
在一个实施例中，内部壳体114包含盖113及基底115，借此可将盖113从基底115移除以允许进入内部壳体114的内部部分。在另一实施例中，外部壳体116包含盖117及基底119，借此可将盖117从基底119移除以允许进入外部壳体114的内部部分。
在另一实施例中，嵌套式壳体组合件104包含安置于内部壳体114与外部壳体116之间的绝缘介质120。应注意，内部壳体114与外部壳体116之间的绝缘介质120的实施方案用于减小从外部壳体外侧的经升高温度环境(例如，半导体处理室)到内部壳体114内的区域的热转移。举例来说，可将绝缘介质120安置于内部壳体114的外部表面与外部壳体116的内部表面之间的腔内。在另一实施例中，绝缘介质120可包含(但不限于)多孔固体材料。举例来说，绝缘介质120可是一或多种气凝胶材料(例如，硅石气凝胶材料)。举例来说，气凝胶材料可经形成以具有高达大约98.5％的孔隙度。以另一实例的方式，绝缘介质120可是陶瓷材料(例如，多孔陶瓷材料)。本文中应注意，在基于陶瓷的绝缘介质的烧结期间，可通过使用成孔剂来控制孔隙度。本文中进一步应注意，陶瓷材料的孔隙度可经制作以具有50％到99％范围的孔隙度。举例来说，陶瓷材料的孔隙度可经制作以具有95％到99％之间的范围的孔隙度。
在另一实施例中，绝缘介质120是不透明的。举例来说，绝缘介质120可包含(但不限于)吸收遍历外部壳体116的内部表面与内部壳体114的外部表面之间的体积的辐射的材料。举例来说，绝缘介质120可包含(但不限于)经碳掺杂气凝胶材料。
在另一实施例中，绝缘介质120是低压气体(即，保持在真空压力下的气体)，借此将气体维持在小于周围压力(即，处理室的压力)的压力下。就此来说，可将内部壳体114的外部表面与外部表面116的内部表面之间的体积维持在真空压力下以便最小化从外部壳体116及内部壳体114的热传导。在另一实施例中，绝缘介质120是维持在大约等于周围压力但小于大气压力的压力下的气体。在另一实施例中，绝缘介质120是维持在比周围压力高但小于大气压力的压力下的气体。出于本发明的目的，“真空压力”解释为意指比周围压力低的任何压力。
在一个实施例中，如图1b中所展示，通过一或多个支撑结构122将内部壳体114支撑于外部壳体116的内部表面上。举例来说，一或多个支撑结构122可包含(但不限于)一或多个支腿或者一或多个平台。在另一实施例中，一或多个支撑结构122(例如，单个支撑结构或多个支撑结构)可由具有低热传导系数的材料形成以便限制外部壳体116与内部壳体114之间的热转移。举例来说，一或多个支撑结构122可由例如(但不限于)铁-镍-钴合金、镍-铁合金或铁-碳合金等一或多种金属合金形成。举例来说，一或多个支撑结构122可由包含kovar、invar或不锈钢的材料中的一或多者形成。在另一实施例中，一或多个支撑结构122可由包含(但不限于)陶瓷、复合材料或玻璃的一或多种材料形成。举例来说，一或多个支撑结构122可由例如(但不限于)硅、碳化硅、氮化硅或氧化硅的低热传导率材料形成。
在一个实施例中，如图1b中所展示，通过一或多个支撑结构123将外部壳体116支撑于衬底102上。在另一实施例中，一或多个支撑结构123(例如，单个支撑支腿、多个支撑支腿)可由具有低热传导系数的材料形成以便限制衬底102与外部壳体116之间的热转移。举例来说，一或多个支撑结构123可由例如(但不限于)陶瓷、复合材料、结晶材料或玻璃的低热传导率材料形成。举例来说，一或多个支撑结构123可由例如(但不限于)硅、碳化硅、氮化硅或氧化硅的低热传导率材料形成。
在另一实施例中，如图1c中所展示，低发射率及/或高反射率层118a(例如，涂层)安置于内部壳体114的外部表面上。在另一实施例中，低发射率及/或高反射率层118b(例如，涂层)安置于外部壳体116的内部表面上。在另一实施例中，将低发射率及/或高反射率层118a安置于紧挨内部壳体114的外部表面安置的绝缘介质120上。在另一实施例中，低发射率及/或高反射率层118a安置于紧挨外部壳体116的内部表面安置的绝缘介质120上。
本文中应注意，在高反射率层是紧挨外部壳体116的内部表面而安置的情形中，高反射率层118b用于反射从处理室壁或可存在于处理室中的任何辐射灯降落到外部壳体上的大部分热辐射。此外，存在经安置紧挨内部壳体114的外部表面的高反射率层以用于反射从外部壳体116的内部表面降落到内部壳体上的大部分热辐射。另一外，利用紧挨外部壳体116的内部表面而安置的低发射率材料以用于减小由外部壳体116发射的辐射热能量的量，借此减小可被内部壳体114吸收的可用辐射热能量的量。此外，利用紧挨外部壳体116的内部表面而安置的低发射率材料以用于减小由内部壳体114发射的辐射热能量的量，借此减小可被吸收、被转移到内部壳体114内的电子组合件125的可用辐射热能量的量。
在另一实施例中，层118a及/或118b是例如(但不限于)金、银或铝的高反射率且低发射率材料。在另一实施例中，层118a及/或118b可是由堆叠电介质膜形成的高反射率且低发射率材料。举例来说，层118a及/或118b可是由包含(但不限于)氧化物、碳化物或氮化物的材料形成的高反射率且低发射率堆叠电介质膜。
在另一实施例中，如图1d中所展示，一或多个支撑结构122可包含形成于内部壳体114的底部表面与外部壳体116的底部表面之间的材料层。举例来说，内部壳体114可由安置于外部壳体116的内部底部表面上的低热传导率材料层135支撑。举例来说，低热传导率材料层可包含一或多种多孔材料(例如，气凝胶材料或多孔陶瓷材料)。
再次参考图1a，在一个实施例中，电子组合件125耦合到传感器组合件105。在另一实施例中，传感器组合件105包含一或多个传感器124。在另一实施例中，传感器124跨越衬底102安置于一或多个位置处且经由一或多个有线连接件126连接到电子组合件125。就此来说，一或多个电子组合件125可获取来自定位于衬底102的一或多个位置处的一或多个传感器124的一或多个测量参数(例如，来自热电偶的电压、来自电阻温度装置的电阻、来自压力传感器的电压(或其它信号)、来自辐射传感器的电压(或其它信号)、来自化学传感器的电压(或其它信号)等等)。此外，由围封于嵌套式壳体组合件104内的电子组合件125获取的测量参数存储于电子组合件125的存储器131中。在另一实施例中，电子组合件125通信地耦合到远程数据系统103。在另一实施例中，电子组合件125将多个测量参数传输到远程数据系统103。
应注意，一或多个传感器124可包含此项技术中已知的任何测量装置。举例来说，一或多个传感器124可包含(但不限于)热传感器、压力传感器、辐射传感器及/或化学传感器。举例来说，在温度测量的情形中，一或多个传感器124可包含(但不限于)一或多个热电偶(tc)装置(例如，热电结)或者一或多个电阻温度装置(rtd)(例如，薄膜rtd)。在另一例子中，在压力测量的情形中，一或多个传感器124可包含(但不限于)压电式传感器、电容式传感器、光学传感器、电位式传感器等等。在另一例子中，在辐射测量的情形中，一或多个传感器可包含(但不限于)一或多个光检测器(例如，光伏电池，光敏电阻器等等)或其它辐射检测器(例如，固态检测器)。在另一例子中，在化学测量的情形中，一或多个传感器124可包含(但不限于)一或多个化学电阻器、气体传感器、ph传感器等等。
在一个实施例中，如图1e中所展示，经检测衬底设备100安置于可旋转平台138上。在另一实施例中，经检测衬底设备100包含虚拟壳体组合件108。举例来说，虚拟壳体组合件108可放置于衬底102上的选定位置处以便充当用以抵消嵌套式壳体组合件104的重量的平衡重量。举例来说，可将虚拟壳体组合件108放置于与嵌套式壳体组合件104距衬底102的中心相同的距离处、与嵌套式壳体组合件104相对。本文中应注意，将虚拟壳体组合件108放置于与嵌套式壳体组合件104相对的位置处以用于将经检测衬底设备100的质心维持在衬底组合件102的中心处。在另一实施例中(尽管未展示)，可将嵌套式壳体组合件104定位于衬底组合件102的中心处以便将经检测衬底设备100的质心维持在衬底组合件102的中心处。在另一实施例中，处理室气体136流动经过衬底组合件102。在另一实施例中，一或多个加热源134用于加热处理室。举例来说，经检测衬底设备100上面及下面的加热灯加热处理室。
图1f图解说明根据本发明的一或多个实施例的包含经检测衬底设备100及远程数据系统103的经检测衬底组合件系统150。在一个实施例中，将一或多个电子组合件125以无线方式通信地耦合到远程数据系统103。可以任何适合方式将一或多个电子组合件125以无线方式通信地耦合到远程数据系统103。举例来说，经检测衬底设备100可包含通信电路106。通信电路106可包含通信技术中已知的任何通信电路及/或通信装置。举例来说，通信电路106可包含(但不限于)一或多个通信天线(例如，通信线圈)。在一个实施例中，通信电路106经配置以在电子组合件125与衬底外远程数据系统103之间建立通信链路。此外，通信电路106通信地耦合到电子组合件125(例如，经由电互连件127耦合)。就此来说，电子组合件125可经由一或多个互连件127将指示通过一或多个传感器124获取的测量参数的一或多个信号传输到通信电路106。继而，通信电路106可将指示测量参数的一或多个信号中继到远程数据系统103。在一个实施例中，远程数据系统103包含适合用于在衬底上通信电路106与远程数据系统103之间建立通信链路的通信电路132。举例来说，通信电路132可使用射频(rf)信号在衬底上通信电路106与远程数据系统103之间建立通信链路。如本文中进一步论述，可通过电子组合件125及/或远程数据系统103计算与传感器测量参数相关联的值。
在一个实施例中，电子组合件125基于由一或多个传感器124获取的一或多个测量参数计算一或多个值。继而，电子组合件125可将所计算值传输到远程数据系统103。在另一实施例中，通过远程数据系统103计算值。就此来说，电子组合件125将一或多个测量参数传输到远程数据系统103。继而，远程数据系统103可基于由传感器124获取的一或多个测量参数计算一或多个值。
在另一实施例中，远程数据系统103将通过电子组合件125或远程数据系统103基于通过传感器124获取的一或多个信号而计算的一或多个值映射到衬底102上的获取位置(或使其相关)。在另一实施例中，远程数据系统103将所映射值报告到用户接口。举例来说，远程数据系统103可将所映射值报告到桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、手持式装置、存储器或服务器中的一或多者。
图1g图解说明根据本发明的一或多个实施例的电子组合件125的框图。在一个实施例中，电子组合件125包含电源112(例如，一或多个电池)。在另一实施例中，电子组合件125包含一或多个处理器129。在另一实施例中，电子组合件125包含通信电路128。在另一实施例中，电子组合件125可包含存储器媒体131(例如，存储器)，以用于存储用以配置一或多个处理器128的程序指令及/或从一或多个传感器124接收的测量结果。出于本发明的目的，术语‘处理器’可经广泛地定义以囊括具有执行来自存储器媒体131的指令的一或多个处理器(例如，cpu)或逻辑元件(例如，asic)的任何装置。在此意义上，电子组合件125的一或多个处理器129可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型或逻辑装置。应认识到，本发明通篇中所描述的步骤可由单个处理器或替代地多个处理器执行。存储器媒体131可包含只读存储器、随机存取存储器、固态驱动器、快闪存储器、eprom、eeprom等等。
图2图解说明根据本发明的一或多个实施例的描绘跨越衬底获取测量参数的方法200的流程图。本文中应注意，图2中的流程图的步骤不应被解释为限制性的且仅出于说明性目的提供。
在一个实施例中，过程在步骤202处开始。在步骤204中，过程包含从围绕衬底102安置于多个位置处的一组传感器124获取一组测量参数。举例来说，所述组传感器124可包含本文中先前所描述的任何一组传感器。举例来说，所述组传感器124可包含(但不限于)跨越衬底102安置于一组位置处的一组热传感器。在此例子中，热传感器可获取指示温度的一组参数(例如，tc电压、rtd电阻等等)。然后，在步骤206中，在测量完测量参数之后，将结果存储于围封于嵌套式壳体中的存储器(例如，电子组合件125的存储器131)中。在步骤208中，将多个测量参数传输到远程数据系统103。举例来说，可通过射频(rf)信号、经由通信电路106(例如，通信天线)以无线方式将测量数据从电子组合件125传输到远程数据系统103。在步骤210中，针对通过安置于衬底102上的多个位置处的多个传感器124获取的测量参数中的每一者通过远程数据系统103计算每一测量参数的值。举例来说，在温度测量的情形中，可基于指示传感器124中的一者处的温度的测量参数计算与所述传感器相关联的温度。本文中应注意，针对传感器124中的每一者的结果映射到衬底102的表面。举例来说，远程数据系统103(或另一数据系统)可使针对所述组传感器124中的每一传感器测量的值相关。然后，基于传感器124中的每一者的已知位置，远程数据系统103可形成衬底102的顶部表面处的值随着衬底102的顶部表面的平面中的位置(例如，x-y位置)而变的数据库及/或映射。在另一实施例中，值的数据库及/或映射呈现在用户接口(未展示)的显示器上。在步骤212中，过程结束。
应认识到，可经由系统150执行方法200的步骤。然而，应认识到，系统150不应解释为对方法200或对跨越衬底102测量值的方法的限制，这是因为预期系统150可执行各种过程，从而得出用以获取测量并确定衬底102上的多个位置处的值的各种过程流程。举例来说，在已获取测量参数之后，针对一或多个传感器124中的所有传感器，电子组合件125可针对通过一或多个传感器124获取的每一测量参数计算值。
本文中所描述的标的物有时图解说明含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此些所描绘架构仅是示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的任何组件布置是有效地“相关联”使得实现所要功能性。因此，可将本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件视为彼此“相关联”使得无论架构或中间组件如何均实现所要功能性。同样地，也可将如此相关联的任何两个组件视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且也可将能够如此相关联的任何两个组件视为彼此“可耦合”以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含但不限于可物理上交互及/或物理上交互的组件及/或可以无线方式交互及/或以无线方式交互的组件及/或可逻辑上交互及/或以逻辑方式交互的组件。
据信，通过前述说明将理解本发明及其许多伴随优点，且将明了，可在不背离所揭示的标的物或不牺牲其所有实质优点的情况下在组件的形式、构造及布置方面作出各种改变。所描述的形式仅是解释性的，且所附权利要求书的意图是囊括并包含此些改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书定义。