KR20060123646A - 무선 기판형 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 무선 기판형 센서(112, 118)는 편평한 형태로 구성된다. 하나의 예시적인 편평 설계는 리드선이 없는 세라믹 캐리어 칩에 영상 취득장치 (154)를 사용하는 것을 포함한다. 회로기판(250) 또는 강성 연결수단에는 영상 취득장치(154)를 수용하기 위한 요홈(252)이 제공된다. 영상 취득장치(154)는 요홈 (252) 내에 배치되고, 리드선 없는 세라믹 캐리어 칩의 주변부를 통하여 회로기판(250)에 연결된다.

Description

무선 기판형 센서{WIRELESS SUBSTRATE-LIKE SENSOR}

반도체 처리장치는 매우 깨끗한 환경과 매우 정밀한 반도체 웨이퍼 이동을 특징으로 한다. 산업체는 반도체 처리장치에서 요구되는 정밀도로 여러 공정 스테이션 주위로 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 이동시키기 위하여 고정밀도의 로보트 장치에 크게 의존한다.

이러한 로보트 장치의 신뢰도와 효율적인 작동은 구성요소들의 정밀한 위치선정, 정렬 및/또는 평행성 등에 의존한다. 정확한 웨이퍼의 배치는 웨이퍼가 웨이퍼 처리장치의 벽에 대하여 우발적으로 스치는 경우를 최소화한다. 그러한 웨이퍼 처리공정의 수율을 최대화하기 위하여 공정챔버(process chamber)의 받침대 (pesestal)에 웨이퍼를 정확히 배치할 것이 요구된다.

반도체 처리장치 내에서 표면 사이의 정밀한 평행성은 로보트 말단장치에서 웨이퍼 캐리어 선반, 전-정렬(pre-aligner) 진공 척, 하중 잠김(load lock) 엘리베이터 선반, 공정챔버 이송핀 및/또는 받침대로의 이송중에 기판의 슬라이딩이나 움직임을 최소화하기 위하여 중요하다. 웨이퍼가 지지부에 대하여 슬라이딩할 때, 긁 힘으로 인하여 입자가 발생할 수 있으며 이것은 수율 저하를 초래한다.

부품의 잘못된 배치나 잘못된 정렬은, 그것이 수 밀리미터의 크기일지라도, 반도체 처리장치 내에서의 여러 부품의 상호 작동에 영향을 줄 수 있어서 생산 수율이나 품질의 저하를 초래한다.

이러한 정밀한 배치는 초기의 제조시 달성되어야 하고, 그리고 장치 사용중에도 유지되어야 한다. 부품 배치는 통상적인 마모, 또는 유지보수, 교체, 교환 등에 의하여 변경될 수 있다. 따라서, 반도체 처리장치의 여러 부품의 상대적인 최소의 위치 변화를 위하여 자동적으로 위치를 측정하고 보정하는 것이 매우 중요하다.

종래에는, 반도체 처리장치 내에 기판의 경사와 가속과 같은 정보를 무선으로 전송하기 위하여, 반도체 처리장치를 통하여 이동될 수 있는 웨이퍼와 같은 기판 형태의 기판형 센서를 제공하려는 시도가 있었다. 여기서 사용된 "기판형"이란 반도체 웨이퍼, 액정 디스플레이 유리 패널 또는 망상체(reticle)와 같은 형태의 센서를 의미한다.

기판형 센서가 반도체 처리장치의 처리환경 내의 많은 내부 조건을 측정하는 것을 허용하는 부가적인 감지기능을 포함하는 무선 기판형 센서를 제공하기 위한 시도가 이루어졌다. 무선 기판형 센서는 처리장치내의 여러 지점에서, 기판 처리 기구와 제조 공정(예를 들어, 베이킹, 식각(etching), 물리적 증착, 화학적 증착, 코팅, 세정, 건조 등)의 장애를 감소시킴과 함께, 내부 환경의 파괴를 감소시키는 측정을 가능하게 한다.

예를 들어, 무선 기판형 센서는 진공챔버가 배기되거나 펌핑 작동을 정지시 킬 필요가 없을 뿐만 아니라, 실제 반도체 처리공정 중에 받는 초-청정 환경으로의 높은 오염의 위험을 가지지도 않는다. 무선 기판형 센서 형태 요소는 최소의 관찰 불확실성으로 공정 상태를 측정할 수 있게 한다.

무선 기판형 센서는 실제 반도체 처리 환경을 통하여 이동되기 때문에, 무선 기판형 센서는 그 자체가 환경에 악영향을 주지 않는 것이 중요하다. 이러한 센서는 그로부터 어떠한 입자가 깨지거나 가스를 배출하는 것이 허용되지 않는다.

더욱이, 이러한 센서가 통상 기판이 이동할 수 있는 반도체 환경 내에서 각 위치로 이동될 수 있도록 하기 위하여, 센서의 치수는 적어도 기판의 최대 크기만큼 작아야 하고, 기판보다 더 작은 것이 바람직하다.

끝으로, 센서의 정확한 측정을 위하여, 센서의 중량은 처리장치에서의 다른 전위형태나 어떤 상당한 정도의 변형을 초래하지 않아야 하는 것이 중요하다. 이와 같이, 이러한 센서는 비교적 가벼워야 한다.

따라서, 장치를 위한 무선 기판형 센서 분야에서는 깨끗하고, 가벼우며 편평한(low-profile) 것이 요구되고 있다.

본 발명에 따르면, 무선 기판형 센서는 편평한 형상으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시에의 편평한 구조는 리드선이 없는 세라믹 캐리어 칩에 대한 영상 취득장치를 사용하는 것을 포함한다. 회로기판 또는 강성 연결수단이 영상 취득장치를 수용하기 위한 요홈(recess)을 갖고 제공된다. 상기 영상 취득장치는 요홈내에 배치되고 리드선 없는 세라믹 캐리어 칩의 주변부를 통하여 회로기판에 연결된다.

도 1은 반도체 웨이퍼 처리 환경의 개략도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 기판형 센서의 평면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 기판형 센서의 저면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중앙부(120)의 개략도.

도 5는 인쇄회로기판에 배치되는 영상 취득장치의 개략도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 장착된 영상 취득장치의 개략도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판의 요홈내에 CLCC 팩키지장착을 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판에 장착된 영상 취득장치의 개략도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기구(vent)를 갖는 무선 기판형 센서의 사시도.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형가능한 압력 평형수단 (equalization member)을 갖는 무선 기판형 센서의 단면도.

도 1의 개략도에 도시된 반도체 웨이퍼 처리 환경은, 개략적으로 단순하게 박스 형태로 도시된 웨이퍼 용기(100), 로보트(102) 및 장치 구성 스테이션(104)을 포함한다. 도시된 웨이퍼 용기(100)는 3장의 웨이퍼(106, 108, 110)와 본 발명의 실시예에 따른 무선 기판형 센서(112)를 수용한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 센서(112)는 바람직하게는 웨이퍼 자체와 동일한 방식으로 반도체 웨이퍼 처리 환경 내에서 이동할 수 있도록 형태인자(form factor)로 구현되어 있다.

따라서 본 발명의 실시예는, 기판형 센서가 그것이 마치 웨이퍼와 같은 기판과 같이 처리장치를 통하여 이동하기에 충분히 낮은 높이를 갖는 기판형 무선 센서를 제공한다. 예를 들어, 9.0 mm 미만의 높이가 허용가능하다. 바람직하게는, 센서는 1 내지 2장의 웨이퍼 사이의 중량을 갖고, 예를 들어 125g 내지 250g 사이의 중량이 허용된다. 25 mm의 이격거리(stand-off distance)가 대부분의 장치에서 필요로 하는 요건을 충족시킨다. 그러나, 어떤 경우에는 다른 이격거리를 필요로 할 수도 있다.

본 명세서에서 "이격거리"란 센서의 바닥으로부터 목표 지점까지의 공칭 (nominal) 거리를 의미한다. 센서의 직경은 바람직하게는, 300 mm, 200 mm, 또는 150 mm와 같은 표준 반도체 웨이퍼 직경중 하나에 일치한다.

센서(112)는 가볍고 치수적으로 안정된 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 센서(112)는 알루미늄 합금, 알루미늄, 마그네슘 및/또는 세라믹과 같은 높은 강도를 갖는 기초 재료로 구성된다. 센서 하우징 자체는 물리적 또는 화학적 특성을 향 상시키도록 알루미늄 옥사이드, 니켈 또는 세라믹을 포함한 적당한 코팅 재료로 코팅될 수 있다.

기판형 센서의 3차원 편차(offset)를 정확히 측정하기 위하여, 기판형 센서는 실제 기판의 방식과 같은 방식으로 변형되는 것이 중요하다. 통상의 웨이퍼 치수와 특징은 아래 사양서에서 알 수 있다: SEMI M1-0302, "Specification for Polished Monocrystalline Silicon Wafers", Semiconductor Equipment and Materials International, www.semi.org.

모서리에서 지지되는 300 mm 실리콘 웨이퍼의 중심은 그 중량으로 0.5 mm의 처짐이 발생된다. 센서의 변형과 실제 웨이퍼의 변형의 차이는 센서 측정치의 정확도보다 훨씬 작다. 바람직한 실시예에서, 기판형 센서의 강도로 인하여 실제 실리콘 웨이퍼의 변형과 거의 동일한 변형이 일어난다. 그러므로, 어떠한 변형 차이에 대한 보상이 필요 없다. 대신에, 측정치에 보상인자를 부가할 수 있다. 마찬가지로, 기판형 센서의 중량은 그 지지부를 변형시킨다.

기판 지지부는 말단장치, 받침대, 이송핀, 선반 등을 포함하나, 그러나 이것으로 한정되는 것은 아니다. 지지부 변형의 차이는 기판 지지부의 기계적 강도와 함께 센서와 기판의 중량 차이와 함수관계를 이룬다. 센서에 의한 지지부의 편향과 기판에 의한 편향 사이의 차이는 센서 측정치의 정확도보다 훨씬 작거나 그러한 편향의 차이는 적당한 연산에 의하여 보정되어야 한다.

종래 기술에서는, 기술자가 공정챔버의 뚜껑을 제거한 다음 또는 뚜껑에 있는 투명한 창을 통하여 눈으로 보면서 공정챔버의 받침대를 갖는 진공 이동 로보트 말단장치와의 정렬을 반복적으로 조정하였다. 경우에 따라, 적당한 기준 표시를 제공하기 위하여 꼭 맞게 장착고정하는 고정구(fixture)나 지그(jig)를 먼저 처리 받침대에 배치하였다. 기판형 센서는 기술자를 도와 정렬 방법을 개선한다. 기판형 센서는 뚜껑을 제거하는 단계 없이, 창을 통해 보는 것보다 더 명료하게 정렬된 물체의 영상을 제공한다. 무선 기판형 센서는 정렬의 반복성을 개선하고 시간을 상당히 절감한다.

무선 기판형 센서는 아날로그 카메라 영상을 무선으로 전송할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 메모리에 저장된 디지털 영상 전부 또는 일부를 표시 또는 분석을 위하여 외부의 장치로 전송하기 위하여, 기판형 무선 센서의 머신비죤(machine vision) 부-장치를 사용한다. 표시장치(display)는 수신기 부근에 위치할 수 있고, 영상 데이터는 원격 표시를 위하여 데이터 네트워크를 통하여 중계될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 카메라 영상은 디지털 데이터 스트림 (stream)으로 엔코딩되어 전송됨으로써 통신 채널 소음에 의하여 발생되는 영상 품질의 저하를 최소화한다. 디지털 영상은 요구되는 데이터 비율을 최소화하기 위하여, 공지의 데이터 감소 방법을 사용하여 압축될 수 있다. 상기 데이터 비율은 또한 전의 영상으로부터 변경된 영상의 데이터 부분만을 전송함으로써 상당히 감소된다. 기판형 센서 또는 표시장치는 전자 십자선(cross hair) 또는 다른 적당한 표시를 중첩시켜서 기술자가 정렬 품질을 평가하는 것을 돕는다.

수동에 의한 방법보다는 시각적 보조 기술이 보다 편리하지만, 기술자의 판 단은 정렬의 반복성 및 재현성에 여전히 영향을 준다. 기판형 무선 센서 카메라에 의하여 얻어진 영상은, 예상 위치로부터 패턴의 편차를 측정하기 위하여 2차원 표준화된 상관관계를 포함한 많은 공지의 방법에 의하여 분석될 수 있다. 상기 패턴은 영상 장치가 인식하도록 된 영상의 임의의 부분일 수 있다. 상기 패턴은 장치에 의하여 기록될 수 있다. 상기 패턴은 장치에 수학적으로 기술될 수도 있다. 수학적으로 기술된 패턴은 사용시점에서 프로그램되거나 제조시에 고정될 수 있다. 종래의 2차원 표준화된 상관관계는 패턴 영상 크기를 변경하는데 민감하다. 단순한 렌즈장치가 사용될 때, 확대율은 물체거리에 비례하여 변화된다. 개선된 패턴 편차 측정 성능은 영상 또는 기준중 어느 하나의 반복적 축척에 의하여 얻어질 수 있다. 최선의 상관관계로 귀결되는 축척은, 패턴의 크기가 알려지거나 또는 기준 패턴을 기록할 때 사용된 패턴의 크기가 알려진 경우 확대율을 나타낸다.

물체 평면에서의 픽셀의 크기에 대한 영상 평면에서의 픽셀 사이의 대응관계를 알면, 측정기술자 또는 제어기가 픽셀과 같은 임의의 단위보다 보다 쉽게 해석할 수 있는 표준 측정 단위로 편차를 기록할 수 있다. 예를 들어, 편차는 밀리미터로 제공되어, 작업자는 보고된 크기에 의하여 장치를 간편하게 조정할 수 있다.

표준 단위로 편차를 얻는데 필요한 연산은 수작업으로 수행될 수도 있고, 외부 컴퓨터나 또는 센서 자체 내에서 우선적으로 수행될 수 있다. 센서가 영상으로부터 필요한 정보를 추출하면, 최소 크기의 정보가 전송되어 기술자 또는 외부의 제어기에서의 연산 부담이 최소화된다. 이와 같이 객관적 기준을 사용하여 정렬의 반복성 및 재현성을 향상시킬 수 있다. 자동화된 편차 측정은 기술자의 판단에 따 른 변화를 제거하여 정렬을 재현성을 향상시킨다.

반도체 처리장치의 정렬 및 조정중에, 제2 기판 지지구조에 대한 상대적인 말단장치의 정확한 배치뿐만 아니라, 두 기판 지지구조가 서로 평행하게 되는 것이 중요하다. 바람직한 실시예에서, 무선 기판형 센서의 머신비젼 부-장치는 두개의 기판 지지구조 사이의 3차원 관계를 측정하는데 사용된다. 예를 들어, 로보트 말단장치가 이동 위치에 근접하여 무선 기판형 센서를 유지하고, 센서 카메라로부터 대향 기판 지지부에 위치한 패턴에 대하여 6개의 자유도(degree of freedom)를 갖는 3차원 편차 측정을 수행할 수 있다. 6개의 자유도 1 세트는 직교좌표계(Cartesian coordinate system)의 x, y 및 z축을 따른 전위와 함께 요잉(yaw), 피치(pitch) 및 롤링(roll)을 포함한다. 그러나, 해당 분야에 숙련된 기술자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 다른 좌표계를 사용할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 직교 편차와 평행도의 동시 측정은 기술자 또는 제어기가 정렬이 만족할 정도인지를 객관적으로 판단하게 해준다. 제어기를 사용하는 경우, 기술자의 개입이 필요없이 정렬은 완전히 자동화된다. 자동화된 정렬은 반도체 처리장치의 성능과 유용성을 최적화하는 계획된 보수 유지에 포함될 수 있다.

매우 일반적인 관점에서, 로보트장치(102)의 작동과 자동 조정은 로보트 (102)에게 센서(112)를 기준 타겟(114)으로 선택하고 이동하도록 지시함으로써 수행될 수 있다. 지시가 이루어지면, 로보트(102)는 여러 링크를 적합하게 작동시켜 말단장치(116)를 센서(112) 밑으로 슬라이딩시켜서 용기(100)로부터 센서(112)를 제거한다. 제거가 이루어지면, 로보트(102)는 센서(112)를 기준 타겟(114) 위로 직 접 이동시켜 센서(112)내의 광학적 영상 취득장치(도 1에서는 미도시)가 기준 타겟(114)의 영상을 얻도록 한다. 타겟 패턴에 대한 사전의 지식을 기초로 하여, 센서와 타겟(114) 사이의 3차원 편차가 측정된다. 측정의 연산은 센서 내부 또는 외부 컴퓨터에 의하여 수행될 수 있다. 기준 타겟(114)에 대한 정밀한 위치와 방향에 대한 사전의 지식을 기초로 하여, 그에 대한 3차원 편차를 분석하여 로보트(102)의 센서(112) 픽업에 의하여 발생되는 픽업 에러를 결정한다. 내부 또는 외부에서의 연산으로 반도체 처리장치가 센서(112)의 픽업 과정에서 발생되는 에러를 보상하도록 할 수 있다.

이러한 정보는, 장치 구성 스테이션(104)의 정밀한 위치와 방향을 연산하기 위하여 센서(112)가 장치 구성 스테이션(104)의 타겟(114)과 같은 다른 부가적인 타겟에 대한 영상을 얻는데 사용될 수 있다. 이러한 과정을 반복하여 로보트(102)의 제어기가 반도체 처리장치내의 모든 구성 요소의 정확한 위치를 정밀하게 지도화할 수 있게 한다. 이러한 지도화는 적어도 3개, 바람직하게는 6개의 자유도(x, y, z, 요잉, 피치, 롤링)로 위치와 방향 정보를 발생한다.

상기 지도화 정보는 기술자가 다른 구성 요소에 대한 어떤 구성 요소의 6개 자유도의 위치와 방향을 기계적으로 조정하는데 사용될 수 있다. 무선 기판형 센서에 의하여 제공되는 정확한 측정은 기술자의 판단에 따른 변화를 최소화 또는 감소시키는데 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 위치 정보는 조정 과정을 자동화하는 로보트 또는 반도체 제어기에 보고되는 것이 바람직하다.

모든 기계적인 조정이 완료되면, 기판형 센서는 나머지 정렬 에러를 측정하 는데 사용될 수 있다. 6개 자유도의 편차 측정은 로보트 및/또는 장치 제어기의 메모리에 저장된 포인트의 좌표를 조정하는데 사용될 수 있다. 그러한 포인트는, 말단장치가 FOUP 슬로트 #1 기판 이동 포인트에 위치할 때의 대기(atmospheric) 기판 처리 로보트의 위치; 말단장치가 FOUP 슬로트 #25 기판 이동 포인트에 위치할 때의 대기 기판 처리 로보트의 위치; 말단장치가 기판 전-정렬 기판 이동 포인트에 위치할 때의 대기 기판 처리 로보트의 위치; 말단장치가 하중 잠금 기판 이동 포인트에 위치할 때의 대기 기판 처리 로보트의 위치; 말단장치가 대기 기판 처리장치의 프레임에 부착된 기준 타겟에 위치할 때의 대기 기판 처리 로보트의 위치; 로보트의 말단장치가 하중 잠금 기판 이동 포인트에 위치할 때의 진공 이동 로보트의 위치; 말단장치가 공정챔버 기판 이동 포인트에 위치할 때의 진공 이동 로보트의 위치; 말단장치가 진공 이동 장치의 프레임에 부착된 타겟에 위치할 때의 진공 이동 로보트의 위치를 포함하나 이러한 위치에만 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 다른 실시에는 측정치를 저장하고 보고한다. 실시간 무선통신은 어떤 반도체 처리장치에 실용적이지 않다. 장치의 구조는 무선통신을 간섭할 수 있다. 무선통신 에너지는 기판 처리장치의 정확한 작동을 간섭할 수 있다. 이 경우에, 센서(112)는 호스트에의 늦은 이동을 위하여 여러 타겟에 이송된 수치를 바람직하게 기록할 수 있다. 영상 취득장치 또는 다른 적절한 감지기를 사용하여, 센서(112)는 더 이상 이동이 필요없는 지를 인식하고, 센서(112)는 바람직하게는 편차의 수치와 시간을 기록한다. 나중에, 센서(112)가 케이스(holster)(미도시)로 돌아오면, 센서(112)는 저장된 시간 및 수치를 상기하여 그 정보를 호스트에 이송한 다. 그러한 이송은 전자 전도, 광학 신호전송, 유도결합 및 다른 적합한 수단에 의하여 수행된다. 무선 기판형 센서의 저장 및 보고 작동은 잠재적으로 신뢰도를 증가하고, 비용을 낮추고, 장치의 표준 인증 사이클을 짧게 한다. 또한, RF 에너지가 센서 및 그 케이스의 이웃에서의 관련장치와 상호 작용하는 가능성을 피하게 한다. 저장 및 보고 작동은 또한 실시간 무선통신 채널의 일시의 간섭을 극복하는데 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명에 실시예에 따른 무선 기판형 센서(118)의 평면도이다. 센서(118)는 중량이 감소된 점에서만 도 1에 도시된 센서(112)와 다르다. 특히, 센서(112)는 300 mm 직경 웨이퍼와 같은 표준 크기의 웨이퍼를 수용할 수 있는 외측 주변부(122)내에 중앙 센서부(120)를 지지하기 위하여 다수의 지주(struts)(118)를채용한다. 이와 대비하여, 센서(118)는 센서(118)에 무게 감소를 제공하는 다수의 관통구멍(124)을 채용한다. 무게 감소를 수행하기 위하여 구멍의 다른 패턴이 사용될 수도 있다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 강화 리브(rob)가 단독으로 또는 강성, 강도 및 중량에 대하여 최적화되는 하우징 설계되도록 경량화 구멍과 함께 사용될 수 있다. 또한, 추가적인 중량 감소 설계는, 예를 들어 센서의 일부분을 경량재로 채우거나 중공으로 형성하여 이루어질 수 있다. 사용될 수 있는 다른 중량 감소 및 강화 특징은 환형의 구멍(holes), 스포크(spoke) 구조, 격자 벌집 구조 등이 있다. 변형적으로, 구멍은 예를 들어 단결정 실리콘과 같은 결정질 기판에 식각에 의하여 형성할 수도 있다. 불필요한 재료의 제거에 의하여 절감된 중량은 긴 기간의 무선 작동을 제공하는 보다 큰 배터리의 채용 및/또는 보다 강력한 신호 상태, 추가 감지 모드 및/또는 실시간 무선 통신을 제공하는 구성요소를 추가할 수 있도록 한다.

센서(112)와 센서(118)은 모두 중앙부(120)를 갖는다. 중앙부(120)의 저면부는 도 3에 도시된 바와 같이, 접근구멍(126) 바로 위에 배치된다. 상기 접근구멍(126)은 조명수단(128)과 영상 취득장치(130)가 센서(118)가 로보트(102)에 의하여 이동될 때 센서(118) 밑에 배치되는 타겟의 영상을 취득하도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중앙부(120)의 개략도이다. 상기 중앙부(120)는 바람직하게는 다수의 구성요소가 장착되는 회로기판(140)을 포함한다. 특히, 배터리(142)가 회로기판(140)에 장착되고, 전력관리 모듈(146)을 통하여 디지털 신호 프로세서(DSP)에 연결되는 것이 바람직하다. 전력관리 모듈(146)은 디지털 신호 프로세서(144)에 적절한 수준의 전압을 제공하도록 한다. 바람직하게는, 전력관리 모듈(146)은 TPS5602로 명명된 텍사스 인스트루먼트사로부터 이용 가능한 전력관리 집적회로인 것이 바람직하다. 또한, 디지털 신호 프로세서(144)는 바람직하게는 TMS320C6211로 명명된 텍사스 인스트루먼트사로부터 이용 가능한 마이크로포로세서이다. 상기 디지털 신호 프로세서(144)는 어떠한 유형의 메모리를 취할 수 있는 메모리 모듈(148)에 연결된다. 그러나, 메모리 모듈(148)은 16Mx16 크기를 갖는 싱크로너스 다이내믹 랜덤 엑세스 메모리(SDRAM)의 모듈을 포함하는 것이 바람직하다. 메모리 모듈(148)은 또한 256Kx8 크기를 갖는 플래시 메모리를 포함할 수도 있다. 플래시 메모리는 프로그램, 연산 데이터 및/또는 요구될 수 있는 다른 변경되지 않는 데이터와 같은 비휘발성 데이터를 저장하는데 사용된다. 랜덤 엑세스 메모리는 프로그램 작동에 관련된 데이터나 취득된 데이터와 같은 휘발성 데이터를 저장하는데 사용된다.

다수의 발광다이오드(LEDs)를 포함하는 조명모듈(150)과, 영상 취득장치 (152)는 카메라 제어기(154)를 통하여 디지털 신호 프로세서(144)에 연결된다. 카메라 제어기(154)는 디지털 신호 프로세서(144)에 의하여 지시된 영상 취득장치(152)와 발광다이오드에 관련 신호를 제공하여 영상 취득 및 조명을 용이하게 한다. 영상 취득장치(152)는 배열에 대하여 영상 초점을 맞추는 광학장치(156)에 연결된 상보형 금속산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 영상 디바이스 또는 촬상소자(Charge Coupled Device; CCD)와 같은 영역 배열소자 (area array device)를 포함할 수 있다.

영상 취득장치는 KAC-0310이란 상표명으로 코닥사에서 시판하는 것을 이용할 수 있다. 디지털 신호 프로세서(144)는 또한 다수의 I/O 포트(158)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 포트는 디지털 신호 프로세서(144)와 다른 장치 사이의 통신을 용이하게 하는 직렬 포트인 것이 바람직하다. 특히, 직렬 포트(158)는 무선-주파수 모듈(162)에 연결되고, 포트(158)를 통하여 보내지는 데이터는 무선 주파수 모듈(162)을 통하여 외부 장치와 연결된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 무선 주파수 모듈(162)은 블루투스 (Bluetooth) SIG(www.bluetooth.com)에서 입수 가능한 Bluetooth Core Specification Version 1.1(2001.02.22)의 공지된 블루투스 기준에 따라 작동한다. 이러한 모듈(162)의 한 예는 WML-C11이란 상표명으로 미쓰이사(Mitsumi)에 의하여 시판되는 것이다.

감지기(164)는 적당한 형태를 취할 수 있고, 반도체 처리장치내에 부가적인 조건에 관한 관련 정보를 제공한다. 그러한 감지기는 하나 이상의 온도계, 가속측정기, 경사측정기, 콤파스(자기장 방향 감지기), 광감지기, 압력 감지기, 전기장 강도 감지기, 자기장 강도 감지기, 산도 감지기, 점도 감지기, 습도 감지기, 화학성분 활성도 감지기, 또는 적당한 다른 유형의 감지기를 포함할 수 있다.

도 5는 회로기판(202)에 장착된 영상 취득장치(152)의 개략도이다. 일반적으로 회로기판(202)의 배면에는 라벨(204)이 부착된다. 세정 피막 또는 렌즈(206)가 영상 취득장치(152)에 근접하여 배치된다. 관형의 튜브(208)가 회로기판(152)의 구멍(210)을 관통하여 연장되어 있고 그 내부에 렌즈(214)가 배치된다. 렌즈(214)의 외측 주변부와 튜브(208)의 내부 직경에는 나사가 형성되어 튜브(208) 내의 렌즈 (214)가 영상 초점을 바꾸도록 회전될 수 있다. 하나 이상의 LEDs(216)가 회로기판(212)에 연결되어 영상 취득을 위한 조명을 제공한다.

도 5에 도시된 구조로 상업적으로 이용가능한 재료와 소자를 사용하여 전체 두께(t)가 거의 8.5 mm로 될 수 있다. 센서 자체가 8.5 mm 미만의 두께를 갖는 슬로트나 기타 다른 구멍을 관통해야 하는 무선 기판형 장치에서 어려움이 초래될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기와 같은 상업적으로 이용가능한 요소를 편평한 구조로 배치하여 전체 센서를 회로기판의 두께에 근접하게 감소시킨다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 회로기판(250)에 연결된 영상 취득장치(154)의 개략도이다. 도 6에 도시된 영상 취득장치의 일부 구성요소는 도 5에 도 시된 영상 취득장치의 구성요소와 같고, 그 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 기재하였다. 회로기판(250)은 영상 취득장치(154)를 수용하는 크기의 구멍(252)을 갖도록 되어 있다. 전술한 바와 같이, 영상 취득장치(154)는 코닥사(Kodak)의 모델 KAC-0310가 바람직하다. 상기 영상 취득장치는, 각각의 측면에 12개의 부착 영역을 갖는 48핀 세라믹 리드선 없는 칩 캐리어(CLCC)로 제공된다. 이러한 배치는 영상 취득장치(154)가 적어도 회로기판(250) 두께에 대응된 깊이의 구멍(252)속에 장착되는 것을 허용한다. 통상의 회로기판 두께는 약 1 mm이므로, 이 결과 1 mm의 두께를 감소시킬 수 있게 되어, 도 6에 도시된 구조에 대하여 전체 두께가 7.5 mm로 된다.

도 7은 구멍(252)이 있는 회로기판(250)과 영상 취득장치(154)를 도시한 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 영상 취득장치(154)는 그 주변부에 배치된 다수의 연결 포인트(254)를 포함한다. 영상 취득장치(154)의 포인트(254)를 결합시키기 위하여, 회로기판(250)은 영상 취득장치(154)의 연결 포인트(254)를 연결하기 위하여 구멍(252)의 내면 주위에 배치된 다수의 접촉부(256)를 제공한다. 접촉부 (256)는 그 각각의 위치에서 회로기판(250)에 식각된 관통구멍을 형성하고, 회로기판 (250) 뒤쪽의 각각의 식각된 관통구멍의 일부분을 남겨두고 회로기판(250)을 절삭하여 패드(pad)를 형성하는 방식으로 구성할 수 있으나, 이 방식에만 한정되는 것은 아니다. 그런 다음, 수작업 또는 기계로 포인트(254)에 접촉부(256)를 결합시키도록 납땜을 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 회로기판(260)에 전기적으로 연결된 영상 취득장치의 개략도이다. 회로기판(260)과 영상 취득장치(154) 사이에 직접 전기적 연결을 하는 대신에, 회로기판(260)과 영상 취득장치(154)를 전기적으로 연결하기 위하여 유연성 회로(262)를 제공한다. 유연성 회로(262)는 일반적으로 두 층의 절연물질 사이에 배치되는 하나 이상의 도전성의 선(trace)으로 형성된 매우 얇은 전기 회로이다. 유연성 회로는 0.2 mm 정도로 얇은 것으로 공지되어 있다.

다른 실시예로는, 영상 취득장치내의 CMOS 칩 자체를, 통상의 세라믹 리드선 없는 칩 캐리어에 내장되게 하는 대신 CMOS 칩을 제거하여 직접 인쇄회로기판에 부착할 수도 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 영상 취득장치의 광학적 표면을 깨끗하게 유지하는 것이 어렵다. 더욱이, 조립 비용이 상당히 증가되고 전체적인 신뢰도가 떨어지는 것으로 여겨진다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 무선 기판형 센서는 반도체 웨이퍼 공정챔버 오염에 대하여 개선된 안전수단을 제공한다. 센서는 물리적 특성을 측정하는 반면에 공정챔버를 오염시키지 않는 것이 매우 중요하다. 더욱이, 센서는 치수적으로 안정되어야 한다. 공지의 센서 재료와 요소는 웨이퍼 공정챔버를 오염시킬 수 있는 입자를 발생할 수 있다. 무선 기판형 센서가 잠재적 오염물질을 센서 내부에 분리시키도록 밀봉되면, 내부와 외부 사이에 압력차가 발생될 수 있다. 그러한 압력차가 지나치게 큰 경우, 하우징을 변형시킬 수 있게 되고 심지어 파손을 초래할 수도 있다. 또한, 이와 같이 밀봉하는 것은 센서 하우징의 전체 중량을 최소화하여야 하기 때문에 경량화된 기판형 센서 하우징은 기구적으로 약하게 될 수 있다.

무선 기판형 센서는 일반적으로 외부 표면과 내부 공간을 갖는다. 일부 감지 장치는 내부 공간에 수용된다. 센서 하우징은 가스, 입자 또는 분자가 특별히 제공된 배기구를 통하지 않고 내부 공간으로 인입되거나 내부 공간으로부터 배출되는 것을 방지하는 밀봉(seal)을 포함한다. 상기 배기구에는 필터가 제공되어 가스의 통과를 허용하지만 필터에 의하여 필터링되는 크기 이상의 입자나 분자의 통과를 방지한다. 센서의 외부 표면은 니켈, 폴리에틸렌 또는 폴리카보네이트와 같은 화학적 비반응성 재료로 구성되거나 또는 코팅 또는 증착되는 것이 바람직하다, 센서 하우징의 형상과 마감은 센서 자체가 세정하기 쉽도록 선택되는 것이 바람직하다. 입자가 갇힐 수 있는 외부의 틈새나 코너 부위를 최소화하는 것이 바람직하다.

도 9는 센서 하우징(270)을 갖는 센서(118)의 개략적인 사시도이다. 센서 하우징(27)은 그 내부와 외부 사이의 유일한 통로인 하나 이상의 천공(perforations) (272)을 포함한다. 적합한 고 분자량 통기(breather) 필터가 하우징(270) 내에 천공(272) 부근에 배치되는 것이 바람직하다. 필터(274)는 도 9에 가상선으로 도시되어 있다. 천공(272)의 위치와 그에 인접하여 배치되는 필터는 하우징(270)의 적당한 위치에 제공될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 상면에 제공될 수도 있고, 또는 필요에 따라 측면에 제공될 수도 있다. 천공(272)은 섬세한 필터(274)를 기계적 손상으로부터 보호하고, 비교적 제조하기 용이하다. 천공(272)과 필터(274)의 사용은 반도체 공정챔버를 오염시킬 수 있는 입자가 센서 하우징(270)으로부터 여기되는 것을 방지한다. 천공(272)은 하우징(270)내의 압력이 챔버의 압력과 같게 되도록 함으로써 하우징(270)의 변형 또는 손상을 방지한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 내오염성 센서 하우징(280)을 구 비한 무선 기판형 센서(118)의 단면도이다. 센서 하우징(280)은 용접에 의하여 밀봉된다. 구멍(apeture)(282)은 변형가능한 압력 균등화 부재(284)로 완전히 밀봉된다. 상기 부재(284)는, 주어진 압력이 제거되면 원래 형상으로 복귀하는 탄성 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 부재(284)는 벨로우즈(286)를 포함하지만, 압력차에 대응하여 변형가능한 다른 적당한 형상을 가질 수도 있다. 또한 상기 부재(284)는 벌룬(balloon), 블래더(bladder) 또는 다른 적당한 구조로 될 수 있다. 본 실시예에서, 센서 하우징(280) 내부의 압력은 센서 하우징(280)의 변형을 허용하지 않고 압력 균등화 부재(284)의 변형에 의하여 반도체 챔버 압력과 균등화된다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 기재되었지만, 본 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 형태와 세부 사항에 대하여 변경을 할 수 있는 것으로 이해할 것이다.

Claims (11)

1. 지지요소와 그 위에 배치되는 감지 전자장치를 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 감지 전자장치는 요홈부를 갖는 강성 연결수단과, 그리고 요홈부에 배치되고감지 전자장치에 전기적으로 연결되는 감지 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리장치용 편평 기판형 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지요소는 영상 센서인 것을 특징으로 하는 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 강성 연결수단을 관통하는 구멍인 것을 특징으로 하는 센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 절삭부인 것을 특징으로 하는 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 절삭부는 U-자형인 것을 특징으로 하는 센서.
6. 제4항에 있어서, 상기 절삭부는 장방형인 것을 특징으로 하는 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 감지요소는 세라믹의 리드선 없는 칩 캐리어내에 구비되는 것을 특징으로 하는 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 유연성 연결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판형 센서.
9. 지지 작업대(platform)와 그 위에 배치되는 감지 전자장치를 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 감지 전자장치는 그 위에 배치된 영상 취득 칩을 갖고, 감지 전자장치에 전기적으로 연결된 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리장치용 편평 기판형 센서.
10. 제9항에 있어서, 상기 영상 취득 칩은 플립 칩(flip chip) 기술에 의하여 감지 전자장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 센서.
11. 제9항에 있어서, 상기 영상 취득 칩은 다이 부착 및 와이어 결합 기술에 의하여 감지 전자장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판형 센서.

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