[发明专利]用于测量热通量的方法及系统

说明书

技术领域

本发明大体上涉及热通量检测，且更特定来说，涉及使用嵌入于具有薄形状因数的衬底中的一或多个热通量传感器的热通量检测。

背景技术

由于对半导体装置处理环境中的工艺条件的容限持续变窄，所以对于改进的工艺条件监控系统的需求持续增大。在处理系统(例如，等离子处理系统)内的热通量为一种此类条件。先前的热通量传感器系统包含嵌入于材料中且(例如，在热能流动的方向上)彼此相距已知距离而放置的温度传感器。额外设计包含放置于在薄封装内的研磨腔室中的单个温度传感器。所述腔室经设计以具有不同热阻，使得当施加外部热通量时在所述腔室内的所述传感器之间存在温度差。测量热通量的额外方法包含在衬底材料上或内使用经校准的热电堆(热电偶的阵列)且相对于已知的所施加的热通量校准所述热电堆电压输出。先前方法难以在薄轮廓、高导热率的衬底中实施。通常，嵌入式热通量传感器测量在平行于所述热能流动的方向上的温度差。在十分薄的晶片形状因数中，热能流动的所述方向为轴向的且难以以适当轴向定向放置温度传感器。另外，所述衬底的高导热率通常导致可能难以测量的温度差。另外，热电堆输出与跨所述热电堆的热通量成比例的电压。在一些例子中，此电压可能不在适于通过电子测量系统测量的范围中。因此，可期望提供用于处置诸如上文识别的缺陷的缺陷的系统及方法。

发明内容

揭示一种根据本发明的说明性实施例的测量晶片热通量传感器。在一个实施例中，所述测量晶片热通量传感器可包含：衬底；罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；底部温度传感器，其热耦合到所述衬底且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖且通过所述热障的额外部分与所述衬底隔热。在另一实施例中，所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的衬底及罩盖的热通量相关。

揭示根据本发明的说明性实施例的一种热通量感测系统。在一个实施例中，所述热通量感测系统可包含测量晶片热通量传感器。在另一实施例中，所述测量晶片热通量传感器可包含：衬底；罩盖，其热耦合到所述衬底的一部分；传感器腔室，其形成于所述衬底与所述罩盖之间；热障，其安置于所述传感器腔室的至少一部分内；底部温度传感器，其热耦合到所述衬底且通过所述热障的一部分与所述罩盖隔热；及顶部温度传感器，其热耦合到所述罩盖且通过所述热障的一额外部分与所述衬底隔热，其中所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的温度差与通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量相关。在另一实施例中，所述热通量感测系统可包含通信地耦合到所述测量晶片热通量传感器的控制器，所述控制器包含经配置以执行一组程序指令的一或多个处理器。在另一实施例中，所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器：接收来自所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量。

揭示根据本发明的说明性实施例的一种使用测量晶片测量热通量的方法。在一个实施例中，所述方法可包含提供测量晶片热通量传感器，所述测量晶片热通量传感器包含热耦合到衬底且通过所述热障的一部分与罩盖隔热的至少底部温度传感器及热耦合到所述罩盖且通过所述热障的一额外部分与所述衬底隔热的至少顶部温度传感器，所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器安置于所述测量晶片热通量传感器的传感器腔室中；获取来自所述测量晶片热通量传感器的所述底部温度传感器及所述顶部温度传感器的温度测量；确定所述顶部温度传感器与所述底部温度传感器之间的温差；及基于所述底部温度传感器与所述顶部温度传感器之间的所述温差确定通过接近于所述传感器腔室的所述衬底及罩盖的热通量。

应理解，前述一般描述及下列详细描述仅为示范性及解释性的且不一定限制如所主张的本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述共同用于解释本发明的原理。

附图说明

通过参考附图可使所属领域的技术人员更好理解本发明的数种优势，在图式中：

图1A为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的框图视图。

图1B为根据本发明的一个实施例的包含用以检测及量化热通量的两个嵌入式温度传感器的测量晶片热通量传感器的俯视图。