(57)【要約】  プロセス条件測定デバイスの寸法は製造基板の寸法に近く、操作システムは、生産基板用に用いられる基板キャリアに類似の製造環境を用いて、プロセス条件測定デバイスおよび操作システムを高度に集積化することができる。製造環境をほとんど撹乱せずにプロセス加工条件を測定することができる。人手をほとんど、またはまったく借りずに、プロセス条件測定デバイスからユーザにデータを転送することができる。
2007536726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラメータを測定するための装置において、
所定の材料の基板と、
前記基板を横切る位置に散在し、それによって、それらの位置で前記パラメータを個別に測定する複数のセンサと、
前記基板中の少なくとも一つの空洞と、
前記少なくとも一つの空洞中に配置された少なくとも一つの電子処理部品と、
前記複数のセンサと前記少なくとも一つの電子処理部品との間で前記基板を横切って配置された導電体と、
前記少なくとも一つの空洞を充填して前記少なくとも一つの電子処理部品をカプセル化する材料であって、前記充填材料の物理的特性によって、前記少なくとも一つの空洞および前記少なくとも一つの電子処理部品のない前記所定の材料の基板と実質的に同じように、前記パラメータの変化に応答する材料と、
を備える装置。
【請求項２】
前記センサおよび前記少なくとも一つの電子処理部品は、個別の半導体ダイの上に形成された集積回路である請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記集積回路は、個別のダイの周りのパッケージングを省いた請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記集積回路は個別のダイの上に結線パッドを備え、前記基板を横切って配置された前記導電体は前記結線パッドに電気的に接続される請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記結線パッドは、ワイヤ結線によって前記導電体に接続される請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記基板中に複数の空洞を含み、前記センサダイは前記空洞の内部表面に取り付けられている請求項２記載の装置。
【請求項７】
前記センサダイは、間にある電気絶縁性の接着剤によって前記空洞の内部表面に取り付けられている請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記パラメータは温度であり、前記少なくとも一つの空洞中の前記充填材料は粒子を充填して硬化させた液体材料を含み、前記粒子の熱特性によって、前記少なくとも一つの空洞および前記少なくとも一つの電子処理部品のない前記所定の材料の基板と実質的に同じように、温度の変化に応答する請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記硬化させた液体材料の体積の７０パーセント強は、前記粒子で充填されている請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記基板は、表面で貼り合わされた二つの層で形成され、前記少なくとも一つの空洞は、前記貼り合わされた表面の一方の中に形成され、前記貼り合わされた表面の他方によって覆われている請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記導電体は絶縁フィルム中にカプセル化され、前記複数のセンサおよび少なくとも一つの電子処理部品は、内部の前記導電体と電気的に接続するように前記絶縁フィルムに物理的に取り付けられている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記基板中に複数の空洞をさらに含み、前記複数の空洞中に前記センサが配置され、前記複数の導電体およびそれらをカプセル化している前記絶縁フィルムは、前記複数の空洞の間の前記基板中に形成された複数の通路の中で前記複数のセンサと前記少なくとも一つの電子処理部品との間に延在する請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記基板は、表面で貼り合わされた二つの層で形成され、前記複数の空洞および複数の通路は前記貼り合わされた表面の一方の中に形成されている請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記基板は円形ウエハであり、その前記所定の材料はシリコンである請求項１〜１３のいずれか記載の装置。
【請求項１５】
前記測定されるパラメータは、温度を含む請求項１〜７および９〜１３のいずれか記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの電子処理部品は、前記センサからの測定値の無線送信のための回路を備える請求項１〜１３のいずれか記載の装置。
【請求項１７】
測定装置において、
共通の界面で貼り合わされた第１および第２の基板部分と、
前記第１および第２の基板部分の間に配置された複数の空洞と、
前記第１および第２の基板部分の間に配置され、前記複数の空洞の間に延在する複数の溝と、
前記溝の中に配置された、内部に導電体を有する電気絶縁フィルムのストリップと、
前記空洞中に配置され、前記フィルムストリップ中の前記導電体で電気的に接続された、あるパラメータの複数のセンサおよび電子処理部品と、を備え、
前記第１および第２の基板部分は、前記溝および空洞の間の共通の界面の領域で直接貼り合わされている測定装置。
【請求項１８】
前記第１および第２の基板部分は、それぞれが同じ直径を有する円板である請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記複数の空洞および前記複数の溝は、前記フィルムストリップのセグメントの一種類またはそれ以上のパターンが前記第１および第２の基板部分の間の前記界面を横切って繰り返され、それによって、前記装置の製造を単純化するように構成されている請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記センサおよび前記電子処理部品は、前記空洞および前記溝の中への組み込みの前に、前記フィルムストリップセグメントに取り付けられる請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記直接貼り合わされている第１および第２の基板部分の前記領域は、前記二つの基板部分の共通の界面の８０パーセントを超える請求項１７記載の装置。
【請求項２２】
パラメータを測定するための装置において、
対向する平坦な表面を有するシリコンウエハ基板と、
前記一方の基板を横切って散在する位置で前記一方の基板表面中に形成され、底面を有する複数のくぼみと、
前記くぼみの少なくともいくつかの前記底面に取り付けられ、それによって、前記一方の基板表面を横切って散在する位置における前記パラメータの測定値を提供する、シリコン集積回路ダイの形の複数のセンサと、
前記くぼみの少なくとも一つの前記底面に取り付けられた少なくとも一つのシリコン電子処理集積回路ダイと、
少なくとも前記集積回路ダイを含む前記くぼみの間で前記一方の基板表面を横切って延在する導電体と、
前記集積回路ダイと、前記ダイが内部に取り付けられている前記くぼみに隣接する導電体との間に延在し、前記集積回路ダイのパッドと前記導電体とに結線されたリードワイヤと、
前記集積回路ダイの周りで前記くぼみを充填し、前記リードワイヤの周りに延在する保護材料であって、前記保護材料の熱特性によって、前記複数のくぼみおよび取り付けられた回路ダイのないシリコンウエハと実質的に同じように、前記パラメータの変化に応答する保護材料と、
を備える装置。
【請求項２３】
パラメータは温度であり、前記集積回路ダイは伝熱性粒子を含む接着剤によって前記複数のくぼみの前記底部に取り付けられている請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記保護材料は、伝熱性粒子を含む請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記接着剤および前記保護材料は、電気絶縁体である請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記くぼみの少なくとも一つの前記底面に取り付けられ、前記少なくとも一つの電子処理部品に隣接する前記導電体と接続される少なくとも一つの追加の電子処理部品をさらに含む請求項２２記載の装置。
【請求項２７】
パラメータ測定システムにおいて、
横切って空間的に散在する前記パラメータの複数のセンサを有する基板、前記センサおよびデータ記憶装置と接続されたプロセッサを備える第１のエレクトロニクスシステム、前記センサおよび前記第１のエレクトロニクスシステムを動作させるように接続された電力貯蔵システム、および前記電力貯蔵システムを再充電するための電磁エネルギーを少なくとも受信するように接続されたコイルを備える携帯形測定装置と、
前記測定装置が一方の側から内部に挿入されたとき前記測定装置を支持する表面、プロセッサを備える第２のエレクトロニクスシステムを含む、前記支持表面より上に配置されたモジュール、前記モジュールの底面に付随するフレキシブルフィルム、前記フィルムに物理的に取り付けられて前記第２のエレクトロニクスシステムによって電気的に駆動され、電磁エネルギーを供給して前記測定装置の前記電力貯蔵システムを再充電するコイル、並びに前記第１および第２のエレクトロニクスシステムの制御下で前記電力貯蔵システムを再充電するために前記測定装置を前記表面に支持したとき、前記フィルムを下降させて前記フィルムのコイルを前記測定装置の前記コイルの上に戴置させる、前記モジュールの下面に付随する機構を備えるドッキングステーションと、
を備えるシステム。
【請求項２８】
前記フィルムの一端は前記モジュールの前記底面に取り付けられ、前記下降させる機構は、前記測定装置の上に戴置させる前記フィルムのたるみ、および前記フィルムを前記測定装置より高く持ち上げる前記フィルムの相対的な張りを提供するために前記フィルムの反対側の端に取り付けられた電磁デバイスを備える請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記測定装置を支持する前記ドッキングステーションの前記表面は、前記測定装置を戴置する複数のホイールを備え、前記ホイールは、個別の電気モータによって駆動され、それによって、前記電気モータにエネルギーが供給されると、前記ドッキングステーションの前記支持表面に対して前記測定装置を移動させる請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
一方の表面に散在するパラメータの複数のセンサを有する基板を備えるバッテリー駆動携帯形測定装置中で、前記測定装置上で処理することによって前記パラメータの前記センサから得られるデータの量を圧縮する方法において、
個別のセンサによって異なる時刻に読み取られた前記パラメータの値の間の第１の組の差分を計算するステップと、
前記複数のセンサによって所定の時刻に読み取られた前記パラメータの値の間の第２の組の差分を計算するステップと、
前記第１の組の差分または第２の組の差分のうちで前記センサによって読み取られた前記パラメータの前記値を少ないデータ量で表す方を選ぶステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハプロセス加工、ＬＣＤディスプレイガラス基板プロセス加工、磁気メモリディスクプロセス加工、および薄膜プロセスによって作製されるその他のデバイスに関し、より詳しくは、プロセス加工条件を検出および記録し、受信装置にデータを送信するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、集積回路、ディスプレイまたはディスクメモリの製造では数多くのプロセス加工ステップを使用する。動作デバイスを提供するためには各プロセスステップを慎重にモニタしなければならない。画像形成プロセス、析出および成長プロセス、エッチングおよびマスキングプロセスなどの至る所で、例えば、各ステップ中で温度、ガス流量、真空度、圧力、化学薬品、気体またはプラズマ組成および曝露距離を慎重に制御することが極めて重要である。各ステップに含まれるさまざまなプロセス加工条件への慎重な注意は、最適な半導体または薄膜プロセスの要件である。最適なプロセス加工条件から少しでも逸脱すると、得られる集積回路またはデバイスは標準を下回るレベルの性能となり、最悪の場合には完全に不良品になってしまうことがある。
【０００３】
プロセス加工チャンバ内でプロセス加工条件は変化する。温度、ガス流量および／またはガス組成などのプロセス加工条件の変化は、集積回路の形成、ひいては性能に大いに影響する。集積回路または他のデバイスと同じまたは類似の材料で作られた基板を用いてプロセス加工条件を測定すれば、この基板の材料特性はプロセス加工される実際の回路と同じなので、諸条件の最も正確な尺度が得られる。事実上すべてのプロセス条件で、チャンバの至る所に勾配および変動が存在する。従って、基板の表面上並びに基板の上および下にもこれらの勾配が存在する。ウエハにおけるプロセス加工条件を精密に制御するためには、ウエハ上で測定値を採取し、自動制御システムまたはオペレータにリアルタイムで測定値を入手させ、それによって、チャンバのプロセス加工条件の最適化を迅速に実現できることが極めて重要である。プロセス加工条件は、半導体または他のデバイス製造を制御するために用いられる任意のパラメータ、あるいは製造業者にとってモニタすることが望ましい任意の条件を含む。
【０００４】
プロセス加工チャンバ内ではロボットが試験ウエハまたは基板を搬送する。ロボットを組み込んでいる装置の一例は、テルコーポレイション (TEL Corporation)によって製造されている。このロボットおよびプロセス加工チャンバの詳細については、本願明細書においてその全体が参照により援用されているアラキの「半導体操作システムおよび基板を交換し取り扱うための方法」という米国特許第５，５６４，８８９号（特許文献１）を参照されたい。
【特許文献１】米国特許第５，５６４，８８９号
【発明の開示】
【０００５】
標的環境に送り出され、広範囲のデータを取得し、操作システムに帰還することができ、標的環境または標的環境を含むツールにほとんど撹乱を生じさせないプロセス条件測定デバイス（ＰＣＭＤ）を開示する。このＰＣＭＤは、ツールが通常取り扱う基板と同様な特性を有するように設計される。一般に、そのような基板の特性は業界標準によって仕様に定められる。従って、３００ｍｍシリコンウエハ用に設計されるシステムでは、このＰＣＭＤはシリコン基板を有し、３００ｍｍウエハの物理的寸法と同様な物理的寸法を有する。基板の中の空洞内に部品を配置して、ＰＣＭＤの輪郭を３００ｍｍウエハの輪郭と同じに、または近いものに保つことができる。その寸法とその無線設計とによって、あたかも３００ｍｍウエハのようにロボットでＰＣＭＤを操作することができる。エッチング、クリーニング、フォトリソグラフィなど、ウエハに施すプロセスステップをＰＣＭＤに施すことができる。ＰＣＭＤは、プロセス加工中に温度、圧力およびガス流量などのプロセス条件を記録し、要請を受けるとデータをアップロードする。搬送および保管中の条件もモニタし、記録することができる。
【０００６】
ＰＣＭＤを作るには、半導体ＩＣ製造に用いられるものと同様な複数のプロセスステップを使用する。基板上に絶縁層を析出させる。導電層を析出させ、パターン化してトレースを形成させる。基板表面中に空洞を形成させ、それらの空洞中に部品を配置する。次に、部品をトレースに結合させ、電気的接続を形成させる。次に、表面上に不動態層を析出させて、基板、部品およびワイヤ結線を保護することがある。
【０００７】
部品を化学的損傷または電気的損傷から保護することによって、ＰＣＭＤを苛酷な環境に耐えるようにすることができる。ＩＣをパッケージする際に用いられる部品と同様な覆いを重要な部品に持たせるとよい。サファイヤなどの特殊な材料、または電気的防護の場合にはシリコンまたは金属で、覆いを作ってもよい。温度補償回路を組み込んで発振器をその仕様温度範囲外で機能させることによって、ＰＣＭＤを高温に適応させてもよい。
【０００８】
操作システムは、ＰＣＭＤのためのドッキングステーションまたは基地を提供する。ＰＣＭＤは、操作システム中にドッキングされているとき、エレクトロニクスモジュールとデータを交換し、エレクトロニクスモジュールから電力も受け取る。操作システムは、前面開放統一形ポッド（ＦＯＵＰ）などの標準的基板キャリア内のエレクトロニクスモジュールを備えるとよい。こうすると、操作システムをツールまたは施設自動化と高度に一体化することができる。ツールによってＰＣＭＤをＦＯＵＰへ、およびＦＯＵＰから移動させ、施設自動化によってＦＯＵＰを一つのツールから別のツールに移動させるとよい。ＦＯＵＰは、ＰＣＭＤが保管されるかまたは搬送される清浄な環境をＰＣＭＤに提供する。さらに、通常、ＦＯＵＰ用の積載ステーションには、ＦＯＵＰを識別し、ネットワークを介して追跡システムに情報を中継するＲＦＩＤリーダーを設置する。ＦＯＵＰ中のエレクトロニクスモジュールをＲＦＩＤトランシーバに接続することによって、エレクトロニクスモジュールからのデータをネットワークに送り、ネットワークでデータにアクセスすることができる。
【０００９】
センサから取得されるデータを、データの不揮発性記憶および／または送信の前に、ＰＣＭＤ上のエレクトロニクスシステムによって圧縮するとよい。時間差分および／または空間差分によってデータを表し、それによって、センサ測定値を表すのに必要なデータの量を著しく減らす。センサがモニタする条件がある基準を満たせば、取得されたデータの一定のものの記憶を省略してもよい。データの量を減らせば、ＰＣＭＤ上の不揮発性メモリに必要なサイズが減り、ＰＣＭＤのバッテリー電力を節約し、バッテリー充電の間にＰＣＭＤが動作してデータを取得することができる時間（実行時間）が長くなる。
【００１０】
操作システムは、ＰＣＭＤと操作システムのエレクトロニクスモジュールとの間の通信並びにＰＣＭＤバッテリーの充電を容易にするために、操作システム内でＰＣＭＤを移動させることができる位置決めモジュールを有してもよい。回転ステージ、またはＰＣＭＤの周辺部を支えるホイールによって、ＰＣＭＤの垂直および回転運動を実現してもよい。ＰＣＭＤを上昇させると、エレクトロニクスモジュールとの結合を良くすることがある。ＰＣＭＤの下面と接触してＰＣＭＤを定位置に移動させる移動ベルトまたはホイールによって、ＰＣＭＤの横方向の移動を実現してもよい。ウエハを上昇させる代わりに、バッテリー充電および／または通信コイルを備えるフレキシブルシートをエレクトロニクスモジュールの下側に取り付け、それによって、コイルをＰＣＭＤの露出表面の上に下降させてもよい。
【００１１】
ＰＣＭＤの表面に、ＰＣＭＤの配向を決定することを可能にするパターンを持たせるとよい。ＰＣＭＤの表面のへりにプリントされたグレイコードによってＰＣＭＤの回転配向を決定することができることがある。調査に送り出す前および戻った後にＰＣＭＤの配向が分るように、操作システム中にグレイコードリーダーを設置するとよい。そのようなシステムなら、配向を決定するためにＰＣＭＤをリーダーに対して動かさなくてよい。
【００１２】
ＰＣＭＤは、部品が高温で動作することができるように温度補償回路を有するとよい。温度が変化するにつれてクロック回路内の発振器のバイアスを調節し、それによって、仕様温度範囲外で発振器を機能し続けさせるとよい。
【００１３】
操作システム内のＰＣＭＤおよびエレクトロニクスモジュールは、それぞれ、ＰＣＭＤ上のセンサからのデータの取得、処理、記憶および送信、それぞれが利用することができる限られた量のバッテリー電力の制御、そのバッテリー電力の補充、および他の同様な種類の処理および制御機能を制御するマイクロコントローラに基づく計算システムを備えるとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
一実施形態における測定システムは、ウエハまたは基板のさまざまな場所におけるプロセス加工条件値を測定し、これらのプロセス加工条件値を後での送信またはダウンロードに備えてメモリに記録する。プロセス加工チャンバがデータ送信可能な窓を有する測定システムの別の実施形態では、このシステムは、さらに、プロセス加工条件値をデータ処理デバイスにリアルタイムで送信することができる。
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施形態であるプロセス条件測定デバイス（「ＰＣＭＤ」）１００の例を示す。ＰＣＭＤ１００は、後で図２を参照して他の部品について説明するプロセス測定システムの一部である。ＰＣＭＤ１００は、シリコンウエハ、ガラス基板または当該分野で公知の他の基板などの基板を含む。基板１０２（平面図では見えない）は、好ましくはシリコンウエハであり、任意の直径であってよいが、好ましくは８または１２インチの直径のウエハである。好ましくは、直径は、ＰＣＭＤが用いられることになるプロセス加工チャンバ中で加工されているウエハまたは他の基板の直径である。プロセス加工チャンバ中でシリコンウエハ上に集積回路が作製されているのであれば、ＰＣＭＤの基板は好ましくはシリコンであるが、必ずしもドーピングしなくてもよい。
【００１６】
複数の部品を集積化してＰＣＭＤ１００を形成させる。ＰＣＭＤ１００の周りにセンサ１２４が散在し、従って、基板の表面上でさまざまなプロセス加工条件値の勾配を検出することができる。センサ１２４は、導電トレース１２０を介してマイクロプロセッサ１０４に接続される。好ましくは、導電トレース１２０はアルミニウムを含むが、任意の導電材料を含んでよい。後で図３および４を参照して、導電トレースおよびその他の部品を含むＰＣＭＤ１００の形成を説明する。好ましくは、マイクロプロセッサ１０４は、プロセス加工条件値およびＰＣＭＤ１００の動作のために必要な他の指令を記憶するためのフラッシュメモリセルを備える。しかし、フラッシュメモリまたは他の種類のメモリは、マイクロプロセッサ１０４の集積部分でなく、代りに、別個のＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭの一部であってもよい。クロック水晶１３２は、ＰＣＭＤ１００のさまざまな動作で用いられるタイミング信号を発生させる。好ましくは、送信機１２８はデータを送信するための発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。送信機１２８の周りには、データを受信し、電源１１２Ａおよび１１２Ｂを誘導充填するために使用されるラジオ周波数（ＲＦ）誘導コイル１０８がある。本発明の一実施形態では、送信機１２８は送受信装置としても使用され、データを送信するだけでなくデータを受信してもよい。さらに、コイル１０８は、受信機としてだけでなく送信機として作用してもよい。従って、コイル１０８を、データと電力との両方を受信することができる受信装置として使用してもよい。
【００１７】
例を示した実施形態では、電源１１２Ａおよび１１２Ｂは、ＰＣＭＤ１００の中心から等距離にある薄膜リチウムイオンバッテリーである。厚さ０．２５ｍｍの薄い電源によって、厚さ０．７０ｍｍの薄い全ＰＣＭＤ構造物が可能になる。この構造物は、生産ウエハと同程度であり、ウエハ操作手順で通常用いられるロボットアームに適合する。これらの電源は、電源を同様に誘導充電する皮下医用インプラントで既に一般的になっている。電源１１２Ａおよび１１２Ｂは、摂氏約１８０度のリチウムの融点の温度程度まで連続動作が可能である。図１Ｄおよび１Ｅに示されている電源１１２Ａ、１１２Ｂを等距離間隔に配置することよって、ＰＣＭＤ１００のバランスを維持する。これは、プロセス加工モジュール中でＰＣＭＤ１００を回転させることがある状況では有利である。図１Ｅは、ＰＣＭＤ１００の中心を通るＰＣＭＤ１００の中心軸１９９を示す。中心軸１９９は、ＰＣＭＤ１００の表面１９８に垂直である。ＰＣＭＤ１００の重心は中心軸１９９に沿ってある。中心軸１９９は、プロセス加工モジュール中でＰＣＭＤを回転させるときの回転軸である。バッテリー１１２Ａと１１２Ｂとは、中心軸１９９から等距離にあり、１８０度開いている。従って、バッテリー１１２Ａと１１２Ｂとが同じ質量の場合、合計の重心は中心軸１９９に沿ってある。さらに、質量および熱の輪郭をできるだけ均一に保つように他の部品を配置する。部品および基板をさまざまなプロセス加工条件から保護するために、ＰＣＭＤ１００のすべての部品の上に不動態層１１６およびオプションのシールド層を形成させる。後で図３および４を参照して、ＰＣＭＤ１００を構成する層をさらに詳細に説明する。
【００１８】
図１Ａのコイル１０８は、基板中の空洞内に配置するとよい。表面または浅い空洞中に配置してもＰＣＭＤ１００全体の高さを増大させないように、コイル１０８を極めて薄くするとよい。例えば、図５Ａは、空洞中のコイル５０９、およびコイル５０９と外部コイル５１０との誘導結合の断面を示す。この誘導結合は、これらの二つのコイルの間で、基板上のバッテリーの誘導充電および／またはデータを送信するために行われる。この例では、コイル５０９は、半径方向に増加する数本の巻き線を備える。しかし、コイル５０９は高さ方向には一本の巻き線しかなく、その結果コイル５０９の厚さは、巻き線に用いられる導体の厚さとほぼ同じである。コイル５０９は、図１Ａに示されているのと同じく、ウエハの中央に配置するとよい。図５Ａは、基板５０２中の空洞５５０中の同様なコイル５０９を示す。図５Ａは、エレクトロニクスモジュール５０８中に配置されたＥ−コイル５１０に対するコイル５０９の位置を示す。Ｅ−コイル５１０を用いて、コイル５０８の巻き線に電流を誘導させることによって、ＰＣＭＤ１００に電力を供給してもよい。Ｅ−コイル５１０を用いてコイル５０９にデータを送信してもよい。従って、誘導磁場を用いて電力とデータとの両方をＰＣＭＤ１００に送信する。Ｅ−コイル５１０は、通常、１３．５６ＭＨｚの周波数のＲＦ磁場を提供する。コイル５０９の軸がＰＣＭＤの中心を通るように配置する一利点は、ＰＣＭＤ１００の回転配向がコイル５０９の位置に影響しないので、Ｅ−コイル５１０などの外部装置と容易に位置合わせすることができることである。従って、電力とデータとの両方を送信することができる送信装置としてＥ−コイル５１０を使用するとよい。
【００１９】
図５Ｂは、磁気伝導層５５５を有するコイル５０８を示す。磁気伝導層５５５は、フェライト材料で作るとよい。誘導磁場は磁気伝導層５５５中に集められ、そのため、基板５０２中の磁場は最小になる。基板５０２がドープ化されたシリコンなどの導電性材料でできている場合、これは特に有利である。ＲＦ磁場が導電性基板中に広がると、基板中の変化する磁場によって渦電流が誘導される。これらの渦電流はＲＦ磁場を散逸させ、Ｅ−コイル５１０とコイル５０８との間の送電の効率を低下させる。さらに、導電性基板を通って流れる渦電流は基板を加熱し、ＰＣＭＤ１００を損傷させると考えられる。
【００２０】
クロック水晶１３２（図１Ｂ）は、水晶発振器回路の一部である。図６は、この用途に用いることができる高温水晶発振器回路６６０の例を示す。高温水晶発振器回路６６０は、通常の水晶発振器回路６６１とバイアス回路６７０とで構成される。通常の発振器回路６６１は、水晶６３２、増幅器６６２並びにキャパシタ６６３および６６４を備える。増幅器６６２並びにキャパシタ６６３および６６４はＣＰＵ６０４内にあるが、一方、水晶６３２はＣＰＵ外にある。バイアス回路６７０は、ＣＰＵ６０４内のカウンタ６７１、リング発振器６７２およびバイアス制御装置６７３を備える。さらに、バイアス回路６７０は、バイアス制御装置６７３の制御下で水晶に接続することができる一連の抵抗器６７５を備える。抵抗器６７５はＣＰＵ６０４外にある。
【００２１】
増幅器６６２は、正のフィードバックを供給して発振器信号を維持する。増幅器６６２などの工業製品のＩＣで利用可能な増幅器は、ある温度範囲、例えば摂氏０〜８０度で動作するように仕様が定められている。温度が仕様範囲より高くなると、通常の発振器回路６６１はもはや正しく機能し得ない。増幅器中の部品のしきい値電圧がシフトし、その結果、最終的に振動が停止するか、または起動に失敗する。増幅器６６２は、仕様温度範囲で動作しているとき、５０％デューティサイクルで信号を発生する。温度が高くなるとデューティサイクルが増加し、デューティサイクルが１００％に近づくと通常の発振器回路６６１は機能停止する。
【００２２】
バイアス回路６７０は、５０％デューティサイクルを維持するために、増幅器６６２の入力にバイアスをかけることによってこの問題を克服する。カウンタ６７１は、リング発振器６７２からの入力を用いてデューティサイクルを決定する。カウンタ６７１は、増幅器６６２の出力の「オン」相の間にリング発振器６７２のクロックサイクルの数を数える。次に、カウンタ６７１は、増幅器６６２の出力の「オフ」相の間にリング発振器６７２のクロックサイクルの数を数える。カウント値をバイアス制御装置６７３に送り、そこでデューティサイクルを決定する。これらのカウントが等しければ、デューティサイクルは５０％である。「オン」相のカウントが「オフ」相のカウントより大きければ、デューティサイクルは５０％より大きい。リング発振器６７２の周波数は、通常の発振器回路６６１の出力の周波数より高い。一般に、通常の発振器回路は、約３２ｋＨｚの出力周波数を有するが、リング発振器は約４００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの出力周波数を有する。リング発振器６７２は、高温では周波数の変化の問題を抱える。しかし、二つの期間の出力を比較するので、所定の期間にわたる出力の絶対値は、デューティサイクルの決定に影響しない。
【００２３】
デューティサイクルが５０％より大きいと決定したら、バイアス制御装置６７３によってバイアス入力６７６を変更してデューティサイクルを引き下げることができる。いくつかの方法でこれを実行することができる。図６に示されている例では、バイアス電圧とバイアス入力６７６との間に異なる抵抗値の一連の抵抗器６７５を接続する。用いられるバイアス電圧はＣＰＵチップのＶｃｃであるとよい。こうすると、増幅器６６２の入力の電圧および電流を制御してデューティサイクルを５０％に戻すことができる。この技法を用いて、高温水晶発振器回路６６０の有効範囲をＣＰＵチップ６０４の定格上限（摂氏８５度）から摂氏１５０度まで高くすることができる。これによって、この技法を用いなければ特別な部品が必要になる条件で、ＰＣＭＤ１００に標準部品を用いることができる。抵抗器６７５を用いることへの代替手段として、他の同等な手段を用いてインピーダンスを変更し、これによって、バイアスの変化を実現してもよい。これらの代替手段には、電子式電位差計、トランジスタ、電圧抵抗ネットワークが含まれる。
【００２４】
図１Ａに示されている送信機１２８を用いてＰＣＭＤからデータを送信することができる。ここで、送信機１２８はＬＥＤである。これは、コイル１０８を介してＲＦを用いるよりエネルギー効率がよいデータ送信方法である。ＰＣＭＤからの送信にとってエネルギー効率は重要であるが、一方、ＰＣＭＤへのデータ送信にとってエネルギーは、一般にそれほど重要ではなく、従ってＲＦを用いることができる。図１Ａに示されている例では、送信機をＰＣＭＤの上面の中心に配置する。ＬＥＤ１２８を中心に配置すると、ＰＣＭＤ１００を回転させても外部受信機に対するＬＥＤ１２８の位置は変らないので、任意の外部受信機と位置合わせすることがより容易になる。いくつかの環境で起こるように、調査中にＰＣＭＤ１００を回転させる場合、これは重要なことがある。
【００２５】
図７に示されている別の実施形態では、４つの送信機７２８〜７３１をコイル７０８の周りに配置する。この例でも、送信機７２８〜７３１としてＬＥＤを用いる。複数のＬＥＤを用いると、エレクトロニクスモジュール７７８中の受信装置７７７は、受信装置７７７をＰＣＭＤ７００の中心と位置合わせしない場合でさえ、良好な信号を受信することができる。ＰＣＭＤの中心にある一つのＬＥＤを用いる（図１の場合のように）が、エレクトロニクスモジュール中の受信装置が中心から外れていると、ＬＥＤは限られた円錐内に光を発するので、弱い信号しか受信することができないかまたはまったく受信することができない。Ｅ−コイルがＰＣＭＤの中心を覆うスペースを占めるので、受信装置７７７は中心から外れることがある。従って、ＬＥＤ７２８〜７３１の一つを中心から外れた受信装置７７７の位置に位置合わせしておくことが望ましい。こうするには、ＰＣＭＤ７００の回転配向にかかわらず受信装置の下に一つのＬＥＤが来るように、二つ以上のＬＥＤ（この例では４つ）が必要である。しかし、エネルギー効率を考えれば、一つのＬＥＤだけを介して送信するのが好ましい。従って、データを送信する最適のＬＥＤを決定する技法を提供する。
【００２６】
エレクトロニクスモジュール７７８とＰＣＭＤ７００との間のハンドシェークルーチンの一部として最適のＬＥＤを決定する。まず、エレクトロニクスモジュール７７８はＲＦコイル７０８を介してＰＣＭＤ７００に信号を送り、ＰＣＭＤ７００に送信を開始するよう指令する。ＰＣＭＤ７００は、ＬＥＤ７２８を用いて送信し始める。あらかじめ定められた時間が経過してもエレクトロニクスモジュール７７８が信号を受信しないと、ＰＣＭＤ７００に別の信号を送って送信を要請する。ＰＣＭＤ７００はＬＥＤ７２９を用いて送信する。受信装置７７７が信号をまったく受信しないと、ＬＥＤ７３０を用いる。ＬＥＤ７３０からの信号をまったく受信しないと、ＬＥＤ７３１を用いる。ＬＥＤ７３１は受信装置７７７の直下にあるので、信号は受信され、ＬＥＤ７３１が最適のＬＥＤとして特定される。次に、ＰＣＭＤは最適のＬＥＤ７３１だけを用い、他のＬＥＤ７２８〜７３０の電源を切ってエネルギーを節約するとよい。ＬＥＤの一つを選んで通信に従事させるこのプロセスは、ＰＣＭＤ７００上のプロセス処理装置１０４によって実行される。エレクトロニクスモジュール７７８内のプロセッサはその動作を制御するが、より限定されたものである。単数または複数の受信装置の構成によって、もっと多くのＬＥＤを用いてもよい。データをどこに送るかによって、さまざまな場所に、さまざまな方向に向けてＬＥＤを並べてよい。
【００２７】
ＰＣＭＤのデータの量および測定値時間をできるだけ多くするために、限られた電源の蓄電容量を効率的に利用することが望ましい。起動させるセンサ群はユーザ選択可能であり、必要なときだけセンサ群を起動させる。選ばれたセンサ群からの出力を多重化し、選ばれた間隔でしかメモリに書き込まない。出力も圧縮して、データを記憶するために必要な時間およびエネルギーの量をできるだけ小さくする。
【００２８】
本願明細書で定義される「プロセス加工条件」とは、集積回路を製造するのに用いられるさまざまなプロセス加工パラメータを指す。プロセス加工条件とは、温度、エッチング速度、基板上の層の厚さ、プロセス加工チャンバ圧力、チャンバ内のガス流量、チャンバ内のガスの化学組成、チャンバ内の位置、イオン電流密度、イオン電流エネルギー、光エネルギー密度、並びにチャンバ内での、あるいはチャンバへのまたはチャンバからの移動中の、ウエハまたは他の基板の振動および加速など、半導体製造を制御するために用いられる任意のパラメータ、あるいは製造業者にとって監視することが望ましいと考えられる任意の条件を含むが、それらに限定されない。多年の間にさまざまなプロセスが必然的に開発されて行き、従って、プロセス加工条件は時間とともに変化して行く。従って、たとえ条件が何であれ、説明する実施形態によってそのような条件を測定することができると予見される。半導体ウエハのプロセス加工中にこれらの条件の値を測定することに加えて、本願明細書で説明するシステムおよび技法を利用して、他の種類の基板のプロセス加工中に同様な条件の値を監視することもできる。
【００２９】
公知の半導体トランスデューサの設計によって、さまざまなプロセス加工条件を検出するために用いられるセンサ１２４を、基板１０２上に取り付けるか、または基板１０２中に作製する。温度を測定する場合、よく知られているトランスデューサは、温度係数を有する薄膜抵抗器材料を備えるＲＴＤまたはサーミスタである。抗磁材料を用いて、基板１０２に加わる磁束の量によって、温度を測定してもよい。多くの場合、電圧を温度目盛と容易に相関させることができるように、基板内部の抵抗検出材料（サーミスタまたは抗磁材料のどちらか）の遠位両端間に抵抗を電圧に変えるコンバータを形成させる。温度センサの別の例は、リソグラフィーによって基板の層の中に形成される二つの異なる導体で作られた熱電対を含む。導体間の接合点が熱せられると、接合点温度とほぼ線形に増加する小さな熱電圧が発生する。温度センサの別の例は、温度とともに増加する電圧を作り出すダイオードを含む。正の電源と負荷抵抗器との間にダイオードを接続することによって、負荷抵抗器から電流−電圧変換を得ることができる。別のセンサは、結晶配向に沿って劈開された水晶から作製される水晶音叉など、温度依存性の振動周波数を示す圧電デバイスである。温度による振動数変化が最小になるように配向させた水晶から作製した、水晶音叉などの圧電デバイスで形成させたマスタ発振器を基準として、センサの振動周波数を測定することができる。センサとマスタ発振器との間の周波数差分によって直接デジタル温度依存性信号を提供する。圧電センサを用いて質量変化を検出し、析出質量および速度または他のプロセス条件を測定してもよい。
【００３０】
離散的なセンサ、または基板１０２の層中に一体化形成されたセンサのどちらかとして、センサ１２４を用いて基板１０２上の選ばれた領域で圧力、力または歪みを測定してもよい。ウエハに加えられる大気圧を測定することができる多くの種類の圧力トランスデューサがある。適当な圧力トランスデューサは、隔膜または弾性素子が圧力を検出し、対応する歪みまたは偏向を発生させた後、隔膜または隔膜の背後の空洞に接続されたブリッジ回路によって歪みまたは偏向を読み取ることができる、隔膜形トランスデューサを含む。別の適当な圧力トランスデューサは、基板１０２の半導体基板内に配置された圧電抵抗材料を含むことがある。圧電抵抗材料は、ドーピング化合物を基板中に拡散させることによって形成される。その結果得られる圧電抵抗材料は、加えられた圧力または歪みの量に比例する出力電流を発生する。
【００３１】
センサ１２４を用いて基板１０２上の流量を測定してもよい。さらに、基板１０２の上に湿度および水分センサを形成させてもよい。流量を測定するための公知の方法である熱線風速計を基板１０２に組み込んでもよい。流体速度は、流線形の流体流れが基板１０２の上または中に配置された非流線形の障害物に衝突するときの渦発生の周波数に基づく。一般に、流体流れの測定は障害物の両側の特殊な渦の形成を含む。従って、両側の間に交互圧力差が発生する。あるしきい値（それより下で渦発生はまったく起こらない）より上で、周波数は流体速度に比例する。交互圧力差分を検出する多くの方法の中から、好ましくは熱サーミスタを障害物の二つの側の間の小さなチャネル中に配置する。利用されたチャネルを通る流れの方向が交互するため、自己加熱サーミスタは周期的に冷却され、それによって、ＡＣ信号および対応する電気パルスを渦の二倍の周波数で発生させる。従って、基板１０２からサーミスタの前に突出する障害物は、固体流量計測器を提供することができる。互いに接近させて配置された自己加熱サーミスタの間で熱を移動させることができる。流体流れは、隣り合うサーミスタ間で熱エネルギーを移動させ、質量流れに比例する熱不均衡を引き起こす。二つまたはそれ以上の隣り合うセンサを並べて、あるベクトルに沿った流量を測定するとよく、あるいは複数の流れベクトルを検出させてもよい。熱不均衡を検出して、質量流れに関するＤＣ信号を発生させることができる。複数の方向の流れを比較して流れベクトルを検出することができる。
【００３２】
センサ１２４を用いて基板１０２の上に配置されているガスの化学濃度を測定することもできる。化学組成センサは、測定される特定のイオンに対して浸透性の膜を利用する。理想的には、膜は他のすべてのイオンに対して完全に非浸透性の必要がある。膜の伝導率は、膜に浸透した選ばれたイオンの輸送量に直接比例する。膜伝導率のばらつきを見ると、基板１０２の周囲の雰囲気内に存在する化学イオンの量に直接相関する値を測定することができる。
【００３３】
センサ１２４を用いて、平行板構造物、集合板のアレイおよび集合板の上に支持された制御格子を有する集合板によるイオン電流密度およびイオン電流エネルギーを測定してもよい。平行板の間に、または集合板のアレイに向かって流れる電流は、イオン電流密度とともに増大する。一定または変化するＤＣ電位をプレートの上のグリッドに印加することによって、イオン電流エネルギーを検出することができる。これによって、電流の流れをイオン電流エネルギーで変調してエネルギー分布を検出することができる。これは、析出またはエッチングプロセスを監視および調節するのに有用である。
【００３４】
基板１０２の中に圧電トランスデューサ／センサを集積化して、層の共振周波数、ひいては層の質量または厚さを測定してもよい。
【００３５】
さらに、センサ１２４を用いて基板１０２から離間した物体の位置の変化すなわち変位を検出することもできる。変位トランスデューサの例は、光子エネルギー（または強度）を測定し、光子エネルギーを電場または電圧に変換することができる電気光学素子を含む。比較的よく知られている電気光学素子は、半導体基板上に形成させることができる発光ダイオード、光ダイオード、光トランジスタなど、あるいは基板内部に埋め込まれるかまたは表面に配置される離散的なデバイスを含む。変位センサを用いて、エッチングチャンバまたは析出チャンバ内の電極間隔に関する正確な情報を得ることができる。変位センサは、ウエハと対応するマスクおよび／または放射源との間の間隔情報を提供することもできる。
【００３６】
図１Ｂは、基板１０２内のＰＣＭＤ１００のいくつかの部品の例を示す。図１Ｂは、ＰＣＭＤ１００の真の断面ではなく、センサ１２４、発振器１３２、マイクロプロセッサ１０４、電源１１２、抵抗器１１３およびキャパシタ１１５などの部品をＰＣＭＤ１００中に形成されたくぼみ内にどのように配置するかの例を示すために使用されるにすぎない。図１Ｃにこれをさらに詳細に示す。図１Ｃでは、部品１４０を基板１０２内の空洞１４２（および基板１０２の上の他の層）にボンディング材料１４４で固定する。結線ワイヤ１４８によって、部品１４０を図１Ａに示されている導電トレース１２０と電気的に結合させる。結線ワイヤ１４８および部品１４０をポッティング材料１５２で被覆する。
【００３７】
ＰＣＭＤ１００がウエハ基板１０２上に散在する複数の温度に敏感なセンサによってパラメータを測定する場合、センサ、処理装置１０４および他の部品を、ウエハ上の温度を著しく変化させることも影響することもないように基板上に取り付けることが望ましい。測定されるパラメータが温度のとき、これは特に重要である。一般に、温度ＰＣＭＤ１００を用いて、ホットプレートによって加熱されるときまたはプロセス加工チャンバ内に配置されるときなどの実際のプロセス加工操作中に、ウエハまたは他の基板上に表れる複数の温度を測定する。従って、ＰＣＭＤ１００にプロセス加工される実際のウエハの熱的特性に妥当な範囲でできるだけ近い熱特性を持たせることが望ましい。これによって、試験ウエハ１０２上の温度輪郭の読み値の精度が改善され、ウエハに加えられた回路素子の干渉効果による温度の読みを補償するかまたは補正するために実行する必要があるプロセス加工の量をなくすかまたはできるだけ少なくする。
【００３８】
従って、好ましくは、個々の部品をウエハ上の熱特性を変えないようにウエハ１０２に取り付ける（図１Ｂおよび１Ｃ）。可能な場合、特に温度センサ１２４および他の素子の場合、部品は周りに通常の市販パッケージを持たないむきだしの集積回路ダイ（チップ）である。従って、ダイも主にシリコン材料なので、シリコンウエハ１０２との熱適合性は維持される。次に、個別のダイを、ダイ上のボンディングパッドからダイに隣接する導電トレースへワイヤ結線によって直接接続させる。導電トレースは、間に誘電体の層を挟んで、ウエハの表面上に延在する。
【００３９】
回路チップおよび他の部品を試験ウエハの上面に取り付けてもよいと考えられるが、ウエハの表面中に形成された空洞１４２中に閉じ込める方が好ましい。ダイは、主として、シリコンウエハ基板と同じ材料なので、ダイの周りの空洞中の残存スペースすべてにシリコン基板およびダイと実質的に同じ熱特性を有する材料１５２を充填する。これによって、各空洞の区域で、ウエハ１０２の熱特性を空洞が形成される前のその区域の熱特性に復帰させる。従って、このように取り付けることができる追加部品の温度が原因となる可能性のあるウエハ１０２上で測定される温度への影響をなくすか、または少なくともセンサから得られるデータを処理してそのような乱れを補償しなくても正確な結果を得ることができるレベルに低下させる。
【００４０】
各空洞１４２の深さは、好ましくは、内部に配置されるダイの厚さとボンディング材料１４４の厚さとの和程度である。ダイ１４０を空洞内に取り付けるボンディング材料１４４は、好ましくは、ダイ１４０をウエハ１０２に、およびウエハ１０２と、熱的に一体化させる。すなわち、層１４４の熱伝導率（または逆数の熱抵抗ＲＴＨ）および熱キャパシタンス（ＣＴＨ）の特性値をウエハ１０２の特性値にできるだけ近くする。機械的な安定性を考えると、熱膨張係数（ＴＣ）が等しいことも望ましい。層１４４も導電性にし、それによって、集積回路ダイ１４０の基板をウエハ１０２と同じ電位にしてもよいと考えられるが、ダイを基板１０２から電気的に絶縁する方が好ましい。こうすると、ウエハ１０２の表面上の導電トレースの一つに接続することによって、個々のダイの電位を制御することができる。
【００４１】
ボンディング材料層１４４は、好ましくは、ダイヤモンドの極めて高い熱伝導率ゆえにダイヤモンドの微粒子（直径２〜９ミクロンの範囲など）を充填したエポキシ材料である。ダイヤモンドは、二つの半導体の間に配置するのに十分なほど非導電性である。好ましくは、出発原料エポキシ材料の粘度およびダイヤモンド粒子の濃度を、複合体の粘度が均一な厚さの非常に薄い層１４４の中に流入するのに十分なほど低いままであるように選ぶ。従って、層１４４がダイ１４０とウエハ基板１０２との間の熱抵抗またはキャパシタンスの原因になることはほとんど、またはまったくない。
【００４２】
好ましくは、ポッティング材料１５２もウエハの熱特性にできるだけ近い熱特性にする。一例は、ウエハ１０２の熱特性に適合する熱特性を有する小粒子を充填したポリイミドなどの重合体を用いることである。一つの適当な材料は窒化アルミニウムである。ダイ１４０がウエハ１０２から電気的に絶縁されているなら、電気絶縁材料でこれらの粒子を被覆する。一例は二酸化ケイ素である。通常、重合体材料はウエハ１０２の熱特性に適合しない熱特性を有するので、そのような粒子を５０体積パーセント強、好ましくは７０または８０パーセント強充填する。この複合材料は、図１Ｃに示されているように、回路ダイの周りおよび回路ダイの上に液体状態で配置され、硬化されて固体になる。
【００４３】
ウエハの温度の読み値を得るために、温度センサを温度測定デバイスのウエハ基板と熱で一体化すると、もちろん非常に有利である。センサは、集積回路チップ上に形成され、従って、前に説明したように、ウエハ基板に取り付けられる種類のものであればよい。そのような回路チップは、電力を供給されると応答して温度に比例する電気パラメータを出力する。一例は、ナショナル・セミコンダクタ社 (National Semiconductor Corporation) から入手可能な集積回路温度センサである。これはＬＭ２０と特定され、通常のパッケージングのない裸のチップとして得ることができる。このチップは、その温度に依存するレベルのアナログ電圧を出力する。従って、このアナログ電圧を電子的に温度測定値に変換することができる。
【００４４】
他の集積回路チップおよび部品を前述した方法でウエハ１０２に取り付けると、そのような温度センサの測定値に対する影響を減らすという有利な効果がある。これは、急速に上下する温度をウエハ装置によって測定するとき特に有利である。この場合、熱によってウエハ基板と一体化されていない取り付け形チップまたは他の部品は、過渡的なコールドスポットまたはホットスポットがそれぞれウエハ上に発生する原因となると考えられる。この場合、一つまたはそれ以上のセンサの瞬間測定値が影響を受ける。
【００４５】
図１Ｄは、へりの周りにグレイコード・コード符号１５０を有するＰＣＭＤ１００の実施形態の例を示す。このグレイコード・コード符号は、基準軸に対するＰＣＭＤの位置または回転を定めるために用いられる。これについては、後でさらに詳細に説明する。
【００４６】
図２Ａおよび２Ｂは、ＰＣＭＤ操作システム（「ＨＳ」）２００の例を示す。一般的に言えば、操作システム２００はユーザインターフェイスと、複数のＰＣＭＤとデータをやり取りするため、およびＰＣＭＤを構成し、再充電し、および搬送するための、マイクロプロセッサおよびメモリを含むさまざまな電子部品とを備える。
【００４７】
カセット２０４は、いくつかのＰＣＭＤを収容することができる。カセット２０４は、プロセス加工チャンバ、あるいは複数のプロセスチャンバを有するツールの開口部に配置するとよい。これによって、ロボットアームがカセット２０４のさまざまなスロット２５０の一つの中にＰＣＭＤを自動的に配置するかまたは取り出すとよい。カセット２０４は、広範なツールと適合する標準的なカセットである。あるいは、ＰＣＭＤを用いる施設内で用いられる機械自動化に適合する限り、変形カセットを用いてもよいと考えられる。図２Ａは、ＨＳ２００の背部すなわちプロセス側の例を示す。ＰＣＭＤは、プロセス側から出し入れする。エレクトロニクスモジュール２０８の直ぐ下、充電ボード２１６の上に、一枚のＰＣＭＤ１００を示している。ＰＣＭＤをカセット中に配置すると、その電源（単数または複数）はエレクトロニクスモジュール２０８および充電ボード２１６によって誘導充電される。電力の供給源は、バッテリーホルダキャップ２１２の後に配置されているバッテリーである。誘導充電速度を増加させるために、追加の充電ボードをプッシュ／プル構成で設置してもよい。これまで説明してきた実施形態では誘導充電を利用しているが、他の実施形態では充電およびデータ転送用に光学部品を利用してもよい。ただし、これらの光学部品構成を使用すると、適切な再充電およびデータ転送がはるかに困難になる。あるいは、バッテリー充電および／またはデータ転送のためにＰＣＭＤ１００をカセット２０４の中に配置するとき、ワイヤ接続を行ってもよいが、これはあまり簡便ではなく、従って好ましくない。
【００４８】
任意の実施形態で、ＰＣＭＤは周辺部の周りにグレイコード・コード符号を含み、ＨＳ２００はグレイコード・コード符号（図１Ｄ）を用いてカセット２０４中にあるときのＰＣＭＤの配置を検出する光学センサを有するとよい。従って、再充電およびデータ転送のためにウエハを最適に配置させることができる。さらに、ＰＣＭＤが開始時と異なる配置の値を返せば、これはＰＣＭＤがプロセス加工チャンバ中でいくらか回転したことと、チャンバまたは他の環境から集められたプロセス加工条件データを解析するときはこの回転を考慮する必要があることとを示す。
【００４９】
通常、基板をカセット２０４などの基板キャリア中に保管し、搬送する。プロセス加工ツールは、特定の標準的な基板キャリアに合わせてある。通常のツールは、基板キャリアからツールを通して基板を基板キャリアに戻すロボットを有する。ロボットをある基板キャリアで較正し、再較正することなく同様の基板キャリアで動作させ続けることができるように、施設内の基板キャリアに互換性を持たせる。一つのツールから別のツールに基板キャリアを移動させ、各ツール中のロボットが基板を基板キャリアに出し入れすることができるように、一つの基板キャリア標準を用いる。
【００５０】
図２Ｃは、基板をプロセス加工チャンバ２６９へ移動させるロボット２６１を備えるプロセス加工ツール２６０の図を示す。ロボットは機械的アーム２６２を有し、アーム２６２の端にはブレード（またはエンドエフェクタ）２６３が取り付けられ、ブレード２６３は基板２６４を選び取ることができる。ブレード２６３を基板２６４の下に伸ばして基板２６４を選び取ることができるように、基板２６４を基板キャリア２６５中に保持する。ブレード２６３を上昇させて基板２６４を持ち上げてもよく、あるいは基板２６４をブレード２６３の上に下降させてもよい。ブレード２６３が基板２６４を選び取ることができるためには、基板２６４の位置が重要である。通常、基板キャリアは複数のスロットを有し、各スロットは一枚の基板を保持する。スロットの一方の側は開放されていて、基板を取り出すことができる。スロットによって、基板の位置を確定させる。特に、カセットの底面と比べた基板の高さを、基板を選び取ることができるように確定させる。ロボットが基板を自動的に選び取ることができるように、カセットの底面をプラットホームに配置し、プラットホームと比べた基板の高さ位置を正確に確定させる。
【００５１】
図２Ｄは、プロセス加工ツール２６０の側面図を示す。図２Ｄは、基板２６４が基板キャリア２６５中にあるとき、基板２６４の下に伸びているブレード２６３を示す。基板キャリア２６５の底面２６６と比べた基板２６３の高さは確定している。各スロットによって基板の位置は確定され、その結果、ブレード２６３を基板に触れずに基板の間に挿入することができる。一般に、プロセス加工ツールロボットは、基板を選び取るかまたは任意のスロットに置くことができるように、標準基板キャリアで較正される。特定の施設全体で、さまざまなツールを標準基板キャリアで較正するように、標準的な基板キャリアを用いる。従って、基板は何度でも同じ位置でロボットに提示され、基板キャリアによって再較正する必要はまったくない。較正された位置の一つでＰＣＭＤをロボットに提示すれば、あたかも標準基板であるかのようにＰＣＭＤを移動させることができる。単一装置中のエレクトロニクスモジュールとＰＣＭＤを提示する基板キャリアとをこのように組み合わせると、自動化した方法でデータを交換し、ＰＣＭＤを再充電する簡便な場所を得ることができる。
【００５２】
実施形態によっては、ＨＳは、前面開放統一形ポート（ＦＯＵＰ）など、カセット２０４とは異なる基板キャリアを使用するようになり、従って、ＰＣＭＤを保管し、搬送し、充電することができ、データを交換することができる操作システム（またはドック）を形成する。図８Ａは、そのような操作システム８８０の例を示す。ＦＯＵＰは、３００ｍｍウエハを操作するための業界標準キャリアである。ＦＯＵＰおよび３００ｍｍウエハの両方の仕様は、ＳＥＭＩが策定した業界標準によって定められている。ＦＯＵＰは、特にＨＳの一部としての使用に適している。ＦＯＵＰはウエハを保持し、広い範囲の半導体プロセス加工および計測設備と適合するように設計されている。ＦＯＵＰは、ＰＣＭＤが標的環境中に持ち込まれることがある汚染物で汚染されないように、ＰＣＭＤを保護し、ＰＣＭＤに清浄な環境を提供する。操作システム８８０が特定の一つの装置用の装填ステーションに配置されると、再構成を必要とすることなく、３００ｍｍウエハに用いられる同じロボットを用いて、操作システムからプロセスチャンバなどの標的環境にロボット操作でＰＣＭＤを移動させることができる。従って、ＰＣＭＤの操作を３００ｍｍウエハの操作と同じにすることができる。同様に、操作システム８８０の操作をＦＯＵＰの操作と同じにすることができる。ＰＣＭＤは、指定された期間、例えば特定のプロセス処方の間、標的環境中の条件を測定し、記録する。次に、ＰＣＭＤは操作システム８８０に自動帰還する。操作システム８８０の一台の設備から別の設備への移動も自動化することができる。従って、ＰＣＭＤと操作システム８８０とを組み合わせると、ほとんど人間が介入することなく、製造環境をほとんど撹乱せず、標的環境への汚染を可能な限り抑えて、ＰＣＭＤをその目的地に到着させることができる。
【００５３】
操作システム８８０の内部には、エレクトロニクスモジュール２０８（図２Ａおよび２Ｂ）に類似のエレクトロニクスモジュール８０８を取り付けるとよい。エレクトロニクスモジュール８０８は、バッテリー、Ｅ−コイルおよびデータ受信装置を備える。ＰＣＭＤ８００は、エレクトロニクスモジュールに隣接させて配置させるとよく、この例ではＰＣＭＤ８００は、エレクトロニクスモジュール８０８の下にある。この位置にあると、ＰＣＭＤ８００は、エレクトロニクスモジュールからＲＦ電力およびＲＦデータ信号を受信することができる。ＰＣＭＤ８００は、ＬＥＤによってエレクトロニクスモジュール８０８にデータを送信することができる。
【００５４】
操作システム８８０は、光学リーダーを備えてＰＣＭＤ１００を観測し、その回転配向を決定することができる。従来技術では、フラットファインダまたはノッチファインダ中でウエハを回転させて所望の回転配向にする。通常、フラットファインダは、ウエハのへりの方を向いている一組の光学センサの上でウエハをウエハ軸の周りに回転させる。これらのセンサは、ウエハのフラット（またはノッチ）が通るとこれを検出し、従って、回転配向を決定する。続いて、ウエハを再位置決めさせることができる。従って、ウエハとセンサとの間の相対運動が必要である。ＰＣＭＤの表面上のグレイコードを用い、固定式光学リーダーを有することによって、ウエハと光学リーダーとの間の相対運動がまったくなくても、ウエハの回転位置を決定することができる。
【００５５】
図８Ｂは、グレイコード８５０を有するＰＣＭＤ１００のへりの一区画を示す。グレイコードは、ウエハのへりの位置を一意に特定するパターンを提供する。一般に、グレイコードは、連続するワードが１ビットだけ変化するコードである。ウエハ表面では、これは、析出層をパターン化することによって作り出される明るい区域と暗い区域との間の変化によって表される。Ａ−Ａ’またはＢ−Ｂ’など、半径方向にワードを読むことができる。Ａ−Ａ’で読まれるワードは、明部が１、暗部が０を表す場合、１、１、１、０、Ｂ−Ｂ’では１、０、１、１となる。この例では、４ビットのワードを用いる。８または９ビットのワードを用いると、より多数の位置を一意に特定することができるので、さらに高い分解能が可能になる。例えば、８ビットなら、２５６の異なる位置を一意に特定することができる。線形アレイなどのリーダーを用いて、リーダーの位置の一意のワードおよびウエハのへりの位置も決定することができる。二つのそのようなリーダーを用いると、ウエハの回転配向およびウエハの中心位置を見つけることができる。センサがグレイコード区域と干渉せず、グレイコードがセンサに影響を及ぼさないように、センサが配置されているＰＣＭＤの区域の外にグレイコードを配置するとよい。あるいは、センサがグレイコード区域と干渉する場合、少なくとも一つのリーダーはグレイコードを読むことができるように、リーダーを配置するとよい。例えば、ＰＣＭＤのへりの近くでセンサ同士が６０度開いて離間している場合、一つのリーダーがセンサと同じ位置になっても他のリーダーが容易に読み取れるように、リーダー同士を９０度開いて離間させるとよい。両方のリーダーは、ＰＣＭＤの中心の位置を決定することができるように、ＰＣＭＤのへりの位置を依然として読む必要がある。
【００５６】
グレイコードを用いる場合、回転配向を決定するのにＰＣＭＤの回転は必要ないが、他の理由でＰＣＭＤの移動が望ましいことがある。ＰＣＭＤ８００とエレクトロニクスモジュール８０８との間の誘導結合は、両者の間の距離が減少するにつれて改善される。ＰＣＭＤ８００の中心の位置とエレクトロニクスモジュール８０８との間の位置合わせが改善すると、結合も改善することができる。結合が改善されると、エネルギー移動がより迅速になり、ＰＣＭＤ８００を再充電する時間も相応して減少させることができる。ＰＣＭＤ８００を正しく配置すると、通信も改善することができる。従って、ＰＣＭＤ８００をエレクトロニクスモジュール８０８に対する最適位置に動かすことは有意義である。ＰＣＭＤ８００の特定の回転配向を選ぶことができるように、ＰＣＭＤ８００を回転させることは望ましい。通常、検査のたびに同じ配向を維持することが望ましい。こうすると、個々のセンサはその都度同じ位置でデータを採取するので、一回の調査からのデータを別の調査からのデータと正確に比較することができる。特定のＰＣＭＤセンサを加熱ゾーン上で位置合わせしてＰＣＭＤ温度輪郭とヒーターゾーンとの相関を求めるなど、ＰＣＭＤ８００を回転させてプロセスチャンバの要素と位置合わせさせることが必要なことがある。ときには、調査の間にＰＣＭＤの回転配向を変化させることが望ましい。ＰＣＭＤは、個々のセンサ間の変動によってある程度の固有の非一様性を有することがある。ＰＣＭＤ配向を変えて複数回の調査を実行すれば、そのような非一様性の影響を減少させるか、またはなくすことができる。例えば、第１の配向で、次に第１の配向から９０度、１８０度および２７０度ＰＣＭＤを回転させて調査を実行することができる。次に、これらの調査からのデータを平均してより正確な結果を得ることができる。
【００５７】
図８Ｃは、操作システム８８０などの操作システム内でＰＣＭＤを移動させることができる位置決めモジュール８８１を示す。位置決めモジュール８８１は、他の部品を取り付けるための剛直なプラットホームを形成する基部構造物８８４を備える。操作システム内のスロットに適合するように基部構造物８８４を設計する。例えば、操作システム８８０のサイズを３００ｍｍシリコンウエハ用にする場合、基部構造物８８４は約３００ｍｍの直径を有する円板にするとよい。しかし、基部構造物はスロットに出し入れする必要はないので、シリコンウエハより厚くしてもよい。基部構造物８８４は、金属またはプラスチックなどの強い、剛直な材料で作るとよい。
【００５８】
基部構造物８８４の上面にハウジング８８７を取り付ける。ハウジング８８７の上面から回転ステージ８８３およびアーム８８８が延在している。ハウジング８８７は、回転ステージ８８３およびアーム８８８にある程度の支持を提供し、ハウジング８８７内に囲い込まれている可動部分が発生するすべての粒子をある程度閉じ込める働きもしている。
【００５９】
アーム８８８は可動部分であり、ハウジング８８７中に格納したり、ハウジング８８７から突き出るように伸ばしたりすることができる。エレクトロニクスモジュールからの指令信号に応じて、電気モータでアーム８８８を動かすことができる。アーム８８８の端に、ベルト８８２がある。ベルト８８２は、ホイールまたはベアリングの周りで移動し、それによってアーム８８８の端の周りで回転することができる。あるいは、ベルト８８２の代わりにホイールだけを用いてもよい。別の例では、アーム８８８などの軸回転アームの代わりに、ポストを用いてもよい。そのようなポストは、ホイールまたはベルトによって垂直に動き、その上面から伸びる。あるいは、ＰＣＭＤ８００を持ち上げ、その周縁部の周りでホイールによって支えてもよい。ホイールはウエハ周縁部を押し上げてＰＣＭＤ８００を持ち上げ、ＰＣＭＤ８００をＦＯＵＰまたはカセットの棚より高く浮き上がらせる。ホイールを回転させ、ＰＣＭＤ８００をＶ字形スロットに押し付けてから、指定距離後退させることによって、ＰＣＭＤ８００の中心を位置決めすることができる。次に、ＰＣＭＤ８００を回転させて所望の回転角度にすることができる。
【００６０】
回転ステージ８８３は、ハウジング８８７の上面より高く突き出ている円板である。回転ステージ８８３は回転させることができ、垂直方向に伸ばすこともできる。回転は、上昇位置と下降位置との両方で可能であるが、通常は上昇位置で実行される。
【００６１】
ロボットブレード検出器８８６を基部構造物８８４に取り付ける。ロボットブレード検出器８８６は、視野内の物体の存在を検出することができる光学式検出器であればよい。ロボットブレードがホストシステムから伸びて来る場所に視野を定めるように、ロボットブレード検出器８８６を配置する。
【００６２】
図８Ｄおよび８Ｅは、操作システム８８０内に配置される位置決めモジュール８８１を示す。基部構造物８８４は、操作システム８８０のスロットの中に延在して位置決めモジュール８８１を支える。基部構造物８８４をこの位置に固定して安定したプラットホームを設けるとよい。位置決めモジュール８８１の上にエレクトロニクスモジュール８０８を配置する。位置決めモジュール８８１とエレクトロニクスモジュール８０８との間にＰＣＭＤ８００を配置する。図８Ｄは、平常位置にあるＰＣＭＤ８００を示す。ＰＣＭＤ８００のへりは、操作システム８８０内に設けられた棚の上に載置されている。図８Ｅは、持ち上げられた位置にあるＰＣＭＤ８００を示す。この位置にあると、ＰＣＭＤ８００はエレクトロニクスモジュール８０８に近くなり、その結果、エレクトロニクスモジュール８０８とＰＣＭＤ８００との間のＲＦ電力の結合は改善される。回転ステージ８８３によってＰＣＭＤ８００をこの位置に持ち上げる。
【００６３】
図８Ｆ〜８Ｈは、ＰＣＭＤ８００の位置を決める位置決めモジュール８８１を示す。図８Ｆ〜８Ｆは、それぞれが二種類の透視図を示す。左の図は、斜め上からの図である。右の図は、対応する断面図である。図８Ｆは、位置決めモジュール８８１より上に配置されているＰＣＭＤ８００を示す。ＰＣＭＤ８００は、図８Ｄと同じくそのへりで保持されている。アーム８８８は畳まれ、従って、この図では見えない。回転ステージ８８３は、ＰＣＭＤ８００に触れていない。この時点で、ＰＣＭＤ８００は正しく心出しされえていなくてもよい。これは、ＰＣＭＤ８００の中心がエレクトロニクスモジュールの中心の真下になくてもよいことを意味する。さらに、ＰＣＭＤ８００は、所望の回転配向を有していなくてもよい。前に説明したように、グレイコードリーダーによってＰＣＭＤ８００の直線または回転に関する位置決め誤差を検出することができる。ＰＣＭＤ８００によって測定される条件値の正確なマップを得るためには、ＰＣＭＤ８００上のセンサの位置を知らなければならない。従って、作成されるあらゆるマップは、一定の回転配向を前提とする。一般に、どのような変化が起こったとしても、ＰＣＭＤ８００はこの配向に帰還することが望ましい。
【００６４】
図８Ｇは、持ち上げられた位置にあるアーム８８８を示す。アーム８８８がこの位置にあると、ベルト８８２はＰＣＭＤ８００の底面と接触する。ベルト８８２は、ＰＣＭＤ８００の底面と係合し、ＰＣＭＤ８００を示される方向に引き動かす。操作システム中でこの方向は、ＰＣＭＤをスロット内の奥の方へ引き動かすことに対応する。従って、ＰＣＭＤ８００の行程は、スロットの物理的限界によって制限される。ベルト８８２は、モータによって回転し、ＰＣＭＤ８００を引き動かすのに十分な牽引力を提供する表面を有するベルトであればよい。
【００６５】
図８Ｈは、畳まれた位置にあるアーム８８８（見えない）と持ち上げられた位置にある回転ステージ８８３を有する位置決めモジュール８８１を示す。ＰＣＭＤ８００は、回転ステージ８８３によって支えられている。この時点で、ＰＣＭＤ８００は操作システムの他の部分と接触していない。回転ステージ８８３によって、ＰＣＭＤ８００を、所望の配向に到達するまで回転させることができる。ＰＣＭＤ８００を、エレクトロニクスモジュール８０８からの再充電のために、持ち上げられた位置にとどめることができる。再充電が完了したら、回転ステージ８８３を下降させ、ＰＣＭＤ８００をその平常位置に戻すことができる。この位置にあれば、ＰＣＭＤ８００は、下に伸びて来てスロットから持ち上げるロボットブレードによって選び取ることができる。
【００６６】
ロボットブレード検出器８８６は、ロボットブレードがＰＣＭＤ８００の下に伸びてきているときに位置決めモジュール８８１がＰＣＭＤ８００と係合しようと試みないことを確実にする。そのような時点で位置決めモジュール８８１が係合しようとしたら、ＰＣＭＤ８００、位置決めモジュール８８１またはロボットブレードに損傷が生じると考えられる。これを予防するために、ロボットブレード検出器８８６がロボットブレードの存在を検出すると、位置決めモジュール８８１が動作しないようにするインターロック機構を位置決めモジュール８８１に持たせるとよい。
【００６７】
データがＰＣＭＤによって集められ、操作システムに転送された後、データを、エンドユーザがアクセスすることができる地点にさらに転送したいことがある。これは、いろいろな方法で実行することができるが、それらのうち二つを図９Ａおよび９Ｂに示す。例えば、エンドユーザ９８５は、ＵＳＢケーブル、ＩＲＤＡ接続、Ｗｉ−Ｆｉまたはブルートゥース無線接続で、あるいは他の技術を用いて操作システムに接続されたラップトップ形コンピュータを用いて、ＰＣＭＤ９００が集めたデータにアクセスすることができる。操作システム９８０は、例えばイーサネット接続によりネットワークに接続し、別の場所でエンドユーザがＰＣにデータを受信できるようにすることができる。データを受信し、調べるために、ＰＣの代わりにＰＤＡを用いてもよい。あるいは、データをフラッシュメモリカードに記録し、ラップトップ、ＰＤＡまたは他のデバイスに物理的に転送してもよい。ソフトウェア・アプリケーション９８７は、操作システム９８０によって送られるデータを処理して、データを適切なフォーマットでエンドユーザ９８５に提供する。例えば、デジタルデータは、温度読み値に変換することができる。ソフトウェア・アプリケーション９８７は、ラップトップ形コンピュータ、デスクトップ形コンピュータまたはＰＤＡを含むさまざまなプラットホーム上で実行させることができる。
【００６８】
一実施形態では、操作システム９８０中の能動ＲＦＩＤ送信機を用いることによって、操作システム９８０からのデータ転送を実現する。この場合、ＦＯＵＰの近くにＲＦＩＤリーダーが存在することを利用して、エンドユーザがアクセスすることができるネットワークにデータを送信する。一般に、ＦＯＵＰを用いる半導体施設（Ｆａｂ）は、ＲＦＩＤタグによって個々のＦＯＵＰと、ＦＯＵＰの内容物とを追跡する。一般に、タグは、リーダーから問い合わせを受けると識別番号を提供することができる受動素子である。一般に、任意の特定の時刻に装荷ポートにあるＦＯＵＰを特定することができるように、ＦＯＵＰをプロセス処理システムに接続する装荷ポートにリーダーを設ける。Ｆａｂ全体のそのようなリーダーのネットワークを、さまざまなＦＯＵＰの位置を監視し、ＦＯＵＰの移動を調整して効率を最適化することができるソフトウェアシステムに接続する。そのようなネットワークに関する一定の業界標準は、「製造装置の通信および制御のための一般モデル (General Model For Communications And Control Of Manufacturing Equipment)」（ＧＥＭ）、ＳＥＭＩ  Ｅ３０およびＳＥＭＩ  Ｅ８７−０７０３に詳細に示されている。ネットワークに接続されたそのようなリーダーが存在すると、操作システムからエンドユーザへデータを転送する便利な方法が提供される。
【００６９】
能動ＲＦＩＤ送信機を用いて、記録されたデータおよび他の情報を操作システムからリーダーに送信することができる。ＦＯＵＰ用の識別番号にサイズが対応するパケット、通常８０バイト単位でデータを処理するようにネットワークを構成することができる。この場合、操作システムからの情報を８０バイトのかたまりの列として送る必要がある。この目的でＲＦＩＤシステムを用いると、受信ハードウェアが所望の位置に既に存在し、ネットワークに接続されていること、送信は至近距離で行われること、従ってごくわずかな電力しか必要とせず、一般に近隣システムから干渉されないこと、といった利点がある。現時点で、通信範囲１２インチ未満の周波数１２５ｋＨｚの低周波システム、約９０フィートの１３．５６ＭＨｚで動作する中周波システム、２．４ＧＨｚの周波数と１００フィートを超える通信範囲の高周波システムの三種類のＲＦＩＤが普通に用いられている。本発明によれば、これらのうちどれを用いてデータを送信してもよい。能動ＲＦＩＤ送信機は三次元送信することができるので、送信機およびリーダーの位置決めはそれほど重要でない。そのような送信機の一例はＥＣＭエレクトロニクス３ＤＣ１５１５である。前述した例は、３００ｍｍウエハで用いられるＦＯＵＰ技術を参照しているが、本発明のこの態様は、２００ｍｍウエハおよびＳＭＩＦ（標準機械インターフェイス）などの他の業界標準基板および基板キャリアで用いてもよい。他の基板およびキャリアについて、類似の業界標準が存在する。
【００７０】
図９Ａに例が示されているシステムでは、製造施設内のエンドユーザは、操作システム９８０からの一つまたはそれ以上のデータ転送、操作システム９８０へのＰＣＭＤ９００の装荷および操作システム９８０からのＰＣＭＤ９００の取り卸しおよび類似作業を手動で開始させる。製造施設がコンピュータ制御の度合いをさらに深め、施設技術者または他のエンドユーザからの干渉がほとんど、またはまったくない傾向と軌を一にして、操作システム９８０との通信を図９Ｂに例が示されているように自動化することができる。前に図９Ａについて説明したのと同じく、ブルートゥース、ＷＡＮ、ＩＲＤＡまたはＲＦＩＤ、あるいはその他のうちの一つによって、操作システム９８０とコンピュータ９８３との間で測定データおよび他のデータ、並びに指令を送信する。コンピュータ９８３は、アプリケーション・ソフトウェア９８１に従って動作して、操作システム９８０およびＰＣＭＤ９００の動作と、操作システム９８０およびＰＣＭＤ９００とのデータ転送を制御する。好ましくはＳＥＣＳＩＩ、ＧＥＭまたは他の適切なバス標準に従って、コンピュータ９８３をインターフェイス９８４経由で中央コンピュータシステムに接続する。
【００７１】
操作システム９８０内のバッテリーの充電器９８２は、好ましくは、誘導電力結合デバイスとしても普通知られている分割変圧器を備える。分割変圧器を用いると固体による機械的または電気的な電源との接続の必要なく、充電電力を操作システムと接続することができる。操作システム９８０に接続される分割変圧器の一部分は、好ましくは、操作システム９８０の外面に取り付けられる。分割変圧器の相手側の一部分は、操作システム９８０が特定の定められた位置に配置されているときに操作システムの一部分が接する位置に固定して保持される。これによって、ＰＣＭＤシステムを利用するツールまたは製造施設の一部分を操作するロボット機械によって、そのような配置になると、バッテリー充電が自動的に起こることが可能になる。
【００７２】
図２Ｂは、ＨＳ２００の前面すなわちユーザ側を示す。メモリカード２２８がエレクトロニクスモジュール２０８中に挿入された状態で示され、ＨＳ２００の一部とみなすことができる。ＨＳ２００は、スマートカード（登録商標）、ソニーメモリスティック（登録商標）、セキュアデジタル（「ＳＤ」）カード（登録商標）、コンパクトフラッシュ（「ＣＦ」）またはマルチメディアカード（登録商標）（「ＭＭＣ」）など、しかしこれらに限定されないメモリカードのフォーマットの任意の数を受け入れる。ＰＣＭＤは、さまざまな種類の環境でさまざまな条件を記録するために、「調査行」に派遣される。環境ごとに、および調査全体で、サンプリングレート、サンプリング期間および用いられるセンサなどＰＣＭＤのさまざまなパラメータを変えることが望ましいことがある。ディスプレイ２３２は、調査で用いられるセンサの数および構成、さまざまな調査サイクルの長さおよび時間、センサのサンプリングレートおよびセンサエレクトロニクスなどのＰＣＭＤの設定に関する情報を迅速にユーザに伝える。調査プロフィルおよび調査で回収されたデータもメモリカード２２８またはエレクトロニクスモジュール２０８のフラッシュメモリに記憶することができる。
【００７３】
ポート２２４のユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）を介して、または赤外線ポート２２０を介して通信するパーソナルコンピュータまたは他の高性能デバイスによって、ＰＣＭＤ１００およびＨＳ２００のすべてのパラメータにアクセスし、構成することができる。赤外線ポート２２０に通信するリモートコントローラによってこれらのパラメータにアクセスすることもできる。ソフトウェアによって駆動され、ＰＣＭＤの最も頻繁に用いられるパラメータを制御／アクセスする機能スイッチ２４０によって、ＨＳ２００およびＰＣＭＤを構成し、集められたデータを操作することもできる。ＨＳ２００およびＨＳ２００内のＰＣＭＤの条件をユーザに知らせるために、インジケータランプ２３６も使用される。ビューポート２４４によって、ユーザは一つまたはそれ以上のＰＣＭＤを見ることができる。
【００７４】
図３Ａおよび３Ｂは、図４Ａおよび４Ｂの流れ図によってそれぞれ参照されるＰＣＭＤ１００（部品のない）の実施形態の断面図である。どのようにＰＣＭＤを作るかを説明する断面図と流れ図とを照らし合わせながら調べる必要がある。
【００７５】
図４Ａは、回路トレース用に用いられる単一導電層で実施形態を作るプロセスを説明している。図４Ａのステップ４０４で、基板１０２の上に絶縁層３０４を形成させる。絶縁層３０４は、好ましくは酸化物を含むが、任意の公知の絶縁材料であってよく、基板１０２の表面上に析出させるかまたは成長させることができる。ステップ４０８では、絶縁層３０４の上に絶縁層３０８を形成させる。絶縁層３０４および３０８は、好ましくはさまざまな材料を含むが、必ずしも含まなくてもよい。好ましい実施形態では、絶縁層３０８は窒化物を含む。ステップ４１２で、絶縁層３０８の上に導電層３１２を形成させる。次に、ステップ４１６で、公知のパターン形成方法およびエッチング方法に従って、導電層３１２中に電気トレースをパターン形成し、エッチングする。ステップ４２０で、ステップ４１６の導電トレースの上に不動態層３１６を形成させる。ステップ４２４で、一つまたはそれ以上の層を通して基板内に部品１４０のための空洞１４２を形成させる。空洞１４２は、機械的に形成させるか、またはエッチングすることができる。ステップ４２８で、空洞１４２内に部品１４０（図示せず）が挿入され、図１Ｃに見るように導電層３１２中のトレースに電気的に結合される。次に、ステップ４３２で、部品１４０および他の層の上に不動態層（図示せず）を形成させる。不動態層は任意の公知の材料を含んでもよいが、好ましくはポリイミドまたはオキシ窒化物を含む。オプションとして、不動態層の上に電気および化学保護シールド層を形成させるステップ４３６を実行してもよい。これは、プラズマエッチングチャンバ中などの非常に苛酷なプロセス加工環境からＰＣＭＤを保護する上で特に有用である。シールド層は、そのような環境に共通する気体および他の元素に対してほぼ不透過性だからである。シールド層は、プラズマチャンバ中の高エネルギーイオン衝撃によって誘起されるエッチングプロセスに対しても抵抗性である必要がある。シールド層の一例は、実際にはマイラー（登録商標）、ＰＥ層などの重合体層、金属箔、およびサーリン（登録商標）などの封止剤層を含むさまざまな層の複合体である。シールド層の合計の厚さは、２５ミクロンから９９ミクロン強の範囲であるとよい。
【００７６】
図４Ｂは、層間バイアで結合された二つの導電層を有する実施形態を作るプロセスを説明する。ステップ４０４および４０８は、図４Ａのステップと同じである。ステップ４１２で、絶縁層３０４の上に第１の導電層３１２Ａを形成させる。ステップ４１３では、導電層３１２Ａの上に誘電体層３１０を形成させる。その後、ステップ４１４で、誘電体層３１０の中にバイア３１２Ｃのための開口部を形成させる。次に、ステップ４１５で、誘電体層３１０の上／中に導電層３１２Ｂおよびバイア３１２Ｃを形成させる。ステップ４１６で、導電層３１２Ａおよび３１２Ｂの露出された部分に電気トレースをパターン形成させ、エッチングする。ステップ４２０〜４３６は、図４Ａのステップと同じである。
【００７７】
図１０Ａおよび１０Ｂは、ＰＣＭＤの部品１０２０〜１０２２を環境から保護するふた１０１０〜１０１３の例を示す。図１０Ａでは、三つの部品のために一つのふたを用いる。一つのふたで覆われる部品の数は、部品のサイズおよび位置に依存するが、ＰＣＭＤ中の一つの部品からすべての部品のどれでもよい。図１０Ａは、一つのふた１０１０で覆われた三つの部品１０２０〜１０２２および取り付けられたワイヤ結線１０４８を示す。図１０Ｂでは、各部品１０２０〜１０２２のために別々のふた１０１１〜１０１３を用いている。さまざまな材料を用いてふた１０１０〜１０１３などのふたを形成することができる。例えば、集積回路をパッケージするために用いられるものと同様なセラミックのふたを、ＰＣＭＤ中の単独または複数の部品を覆うようにすることができる。特に苛酷な化学的環境の場合、化学的な攻撃に抵抗するサファイヤなどの材料からふたを作ってもよい。電磁場からの保護が必要な場合、金属またはドープされたシリコンなどの導電材料でふたを作ってもよい。用途によっては、プラスチックのふたを用いてもよい。ふた１０１０〜１０１３は、通常の方法で基板１００２に結線される。
【００７８】
図１０Ｃの例では、一つのふた１０３０を用いて基板１００２の上面を覆う。ふた１０３０は、基板１００２と同じ材料で作るとよい。例えば、基板がシリコンで作られている場合、ふたもシリコンで作るとよい。従って、ＰＣＭＤ１０００は、外からはシリコンウエハに似ている。ＰＣＭＤ１０００の外観および特性を、測定された値がシリコンウエハで見いだされると考えられる値にできるだけ近くなるように、シリコンウエハの外観および特性に類似させる。ふた１０３０を基板１００２に貼り合わせて封止された装置を形成させることができる。そのような装置内の空洞を適当な材料で充填して、高温になると膨張して装置を不良品化させるかもしれない気体を追い出すことができる。
【００７９】
図１０Ｄに示されている例では、三層構造を用いている。トレース（図示せず）を形成させ、部品１０２０〜１０２２を基板１００２に取り付け、トレースに結合することができる。次に、第２の層１０５０を配置する。この層は、部品１０２０〜１０２２のために形成された切り欠き部を有する。この層は、基板１００２と同様な特性を有するように、シリコンにするとよい。次に、層１０５０の上面にふた１０３０を取り付ける。この方法によると、各空洞の深さは層１０５０の厚さに等しいので、空洞の深さを一様にすることができる。さらに、層１０５０の上下表面を極めて平坦にして、基板１００２およびふた１０３０への良好な接着を提供する。
【００８０】
図１０Ａ〜Ｄの実施形態では、好ましくは、前に図１Ｃについて説明したのと同じように集積回路ダイを基板に取り付け、熱伝導ポッティング材料で空洞も充填して繊細なリードワイヤを保護し、基板１００２上に熱ボイドが発生しないようにする。
【００８１】
前に説明したものに代わるＰＣＭＤの構造の例を図１１Ａおよび１１Ｂに示す。基板内の取り囲まれた空胴中に、センサ、プロセッサおよび他の集積回路および電子部品を配置する。好ましくは、熱ボンディングおよび電気ボンディングによって貼り合わされて完成基板を形成する、シリコンまたは他の材料の上部円板および下部円板の一方の表面中に空洞を形成させる。円板の間に挟まれた薄い重合体フィルム中にカプセル化された導体によって電子部品を相互接続させる。このフィルムは、円板の面積の小さな比率しか覆わず、ひいては得られる測定装置の熱特性の撹乱をすべてできるだけ小さくするように、導体を部品の間に延在させる。熱特性は、固体円板の熱特性に非常に近いままである。
【００８２】
図１１Ａを参照すると、円形ウエハを平面図で示している。説明を分かりやすくするために１５個の温度センサ１３０１〜１３１５しか示していないが、一般的な試験ウエハにとって、通常、はるかに多数が望ましい。導電体を含む重合体フィルムストリップが、重合体フィルムに取り付けられたセンサと、内部に相互接続バスを含む二つの半円形の重合体フィルムセグメント１３１７および１３１９の一方との間に延在する。フィルムストリップ１３２１〜１３２３はまっすぐな半径方向のラインであり、それぞれに二つのセンサが取り付けられている。フィルムストリップ１３２５〜１３２７は「Ｙ」字形であり、それぞれに三つのセンサが取り付けられている。二つのバスセグメント１３１７と１３１９との間に配置されている別の重合体フィルムセグメント１３３１は、それに取り付けられたマイクロコントローラおよび関連する電子部品を備えている。センサ、フィルムストリップおよびセグメントは、基板内に閉じ込められ、同じ外部寸法を有する上部板および下部板の間に取り付けるのが最も簡便である。フィルムセグメント１３３１は、上部露出表面上の外部中心コイル１３３３および４つの周囲のＬＥＤ１３３４と接続する別の重合体セグメント１３３２に延在する。バッテリー１３４３および１３４５は、それぞれの半円形部分１３１７および１３１９中のバスに電気的に接続されている。あるいは、用途およびその結果としての電力の必要量によって、一つのバッテリーだけを設置するか、または三つ以上のバッテリーを設置してもよい。従って、基板構造物内の重合体フィルムセグメント中の導体によって、センサ、電子部品および電源を、本願明細書の他の部分で（例えば、以下の図１８によって）説明するシステムに一緒に接続する。利用される重合体は、好ましくはポリイミドである。
【００８３】
バッテリー１３４３および１３４５は、基板の上面に取り付けてもよいが、好ましくは、やはり基板内に閉じ込める。その場合、装置の耐用期間中にバッテリーを交換するアクセスのための閉鎖可能な開口部（図示せず）を、一方のプレート中のバッテリーのそれぞれの上に設ける。この実施形態ではコイル１３３３およびＬＥＤ１３３４を外部に取り付ける必要があるが、これを除けば、これらの表面にはいかなる部品も取り付けず、完成基板の両側を滑らかにすることが好ましい。
【００８４】
図１１Ｂに示されている、重合体ストリップ１３２１に沿って見た断面図を参照すると、下部円板１３３９中に空洞１３３５および１３３７を形成させてそれぞれの温度センサ１３０１および１３０２を閉じ込めている。これらの温度センサは、重合体ストリップ１３２１にあらかじめ取り付けられ、結線ワイヤを使わず電気的および機械的に直接重合体ストリップ１３２１中の導体に接続されている。実際には、直線形重合体ストリップ１３２１〜１３２３が同じであり、「Ｙ」字ストリップ１３２５〜１３２７のそれぞれも同じであることによって、製造が大いに単純化される。異なる重合体セグメント構造物の限られた数しか作らなくてよい。この実施形態では、電子部品アセンブリ１３３１並びにコイル１３３３およびＬＥＤ１３３４用のセグメント１３３２に加えて、二種類の異なるセンサアセンブリだけを用いる。これらのそれぞれでは、設置する前に、部品を重合体セグメントに取り付けてから、センサを閉じ込めている空洞と他の部品を閉じ込めている空洞との間に重合体を延在させるための下部円板１３３９の上面中に設けられた溝の中に、あらかじめ組み立てられた装置として設置する。設置する前に、個々の重合体セグメント上のセンサおよび他の部品を試験し、較正することさえできる。すべての重合体セグメントを下部円板１３３９中に設置したら、同じ外部形状の上部円板１３４１を下部円板に取り付け、この組み合わせによって完成基板を形成させる。あるいは、フィルムストリップおよびセグメントのための溝を上部円板１３４１の底面に形成させてもよい。センサおよび／または他の部品を取り付けられた一種類または数種類の追加の異なる重合体セグメント形状があってもよいが、はるかに多数のセンサを有するもっと複雑なレイアウトも同じ様に実装化される。
【００８５】
好ましくは、センサおよび他の部品は、温度検出チップ１３０１および１３０２がそれぞれの空洞１３３７および１３３５の底に取り付けられている図１１Ｂで例が示されているように、円板空洞の底に取り付けられる。好ましくは、空洞内のセンサおよび部品の周りの空間を熱伝導性材料ですべて充填する。接着剤および充填材料は、前に図１Ｃについて説明したものと同じであってよい。重合体ストリップおよび他のセグメントは、得られる測定デバイスの面積の小さな比率しか覆わないので、上部および下部円板１３４１および１３３９は、二つの円板の面積のほとんどすべて、好ましくは共通面積の８０パーセント強、または場合によっては９０パーセント強で適切な接着剤で機械的、熱的および電気的に堅固に貼り合わされる。この例では、下部および上部円板は円形であり、同じ直径を有する。
【００８６】
これらの特徴の結果、円板内のセンサ、電子部品、導体、重合体および他の要素は、ウエハ上で測定される温度に対してほとんど影響しない。図１１Ａおよび１１Ｂの構造によってこれらの電気素子に提供される保護によって、このデバイスを用いてプラズマ、湿式およびめっきプロセス中、並びにフォトレジストプロセスのホットプレート調整時など、さまざまな敵対的環境中の温度を測定することができる。もちろん、この装置は、これらの特定の用途に限定されない。構造物の内部から測定することができる他のパラメータのセンサで温度センサを置き換えることができるので、図１１Ａおよび１１Ｂに例が示されている構成も、温度の測定に限定されない。任意の用途のほとんどで、この装置を使用時に反転させ、上部円板と下部円板とを逆にすることができる。
【００８７】
代替の実施形態で、ＰＣＭＤ８００を持ち上げてエレクトロニクスモジュールに接近させる代わりに、エレクトロニクスモジュールまたはエレクトロニクスモジュールの一部を下降させてＰＣＭＤ８００に近づかせる。図８Ｉは、Ｅ−コイル８１０を閉じ込めているエレクトロニクスモジュールの一部分がＰＣＭＤ８００に向かって下降するところを示す。Ｅ−コイル８１０とＰＣＭＤ８００との間の距離が減少するにつれて、Ｅ−コイル８１０からＰＣＭＤ８００への送電効率が改善される。通常、Ｅ−コイルがＰＣＭＤ８００に接近していると、ＰＣＭＤ８００を再充電する時間は約１０分である。
【００８８】
ロボットブレード検出器８８６がＰＣＭＤ８００に接近中のロボットブレードを検出すると、ロボットブレードと干渉するかもしれない可動部分を干渉しない位置に配置しなければならない。Ｅ−コイル８１０を下降させてＰＣＭＤ８００との結合を改善させる場合、ロボットブレードがＰＣＭＤ８００を持ち上げようとする前に、Ｅ−コイル８１０を引っ込めなければならない。通常、これは、ロボットブレード検出器８８６によってロボットブレードが検出された時点から０．１〜０．３秒の間にＥ−コイル８１０を引っ込めなければならないことを意味する。
【００８９】
一実施形態では、ＦＯＵＰドアの位置によってＥ−コイル８１０の位置を決めることができる。ＦＯＵＰドアが開いているときには、ロボットがＰＣＭＤを選び取ろうとすることがあるので、Ｅ−コイル８１０を持ち上げられた位置に保つ。ＦＯＵＰドアが閉まっているときには、ロボットはＰＣＭＤを選び取ろうとしないので、Ｅ−コイル８１０を下降位置に配置する。ＦＯＵＰドアの動きによって、Ｅ−コイル８１０の動きのきっかけとするか、または動力を供給してもよい。あるいは、モータまたはバネによってこの移動に動力を供給してもよい。Ｅ−コイルの動きをＦＯＵＰドアの動きに連携させれば、ロボットブレード検出器８８６を不要にすることができる。
【００９０】
複数のデータチャネルのために圧縮アルゴリズムを利用する。このアルゴリズムは、空間圧縮と時間圧縮との両方を用いることができる。このアルゴリズムは、時間的な動きが小さい信号に適し、信号形状および環境に依存する適応圧縮を用いる。このアルゴリズムは、１）空間的温度分布を解析する、２）時間的分布を解析する、３）温度輪郭および特性を解析する、および４）このステップで検出されたウエハ上の差分に基づいて一定のデータを圧縮または除外する、という三つのステップを含む。
【００９１】
図１２〜１５は、データ圧縮の例を示す。最初に図１２を参照すると、センサ１２４からのデータを処理するマイクロコントローラ１２４（図１）の使用例の概念が示されている。この用途に使用することができる多数の市販のマイクロコントローラがある。テキサスインスツルメンツ社 (Texas Instruments Incorporated) から入手することができるＭＳＰ４３０混合信号シリーズのマイクロコントローラの一つは一つの良好な選択である。このマイクロコントローラは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０１および不揮発性フラッシュメモリ１１０３、並びに中央演算処理装置１１０５、揮発性ランダムアクセスメモリ１０７および入出力インターフェイス１１０９を備える。スイッチ回路１１１１によって示されるように、センサ１２４のアナログ出力を一つずつサンプル採取し、デジタル信号に変換する。制御回路１１１３を介してタイマ１１０２によってサンプルレート、すなわちセンサ出力のサンプルの間の時間間隔の設定値を制御し、以下で説明する方法で、変化させて記憶されるデータ量をさらに減らすことができる。
【００９２】
ＡＤＣ１１０１の出力のデジタルサンプル値は、センサによって測定された値をシステムに望まれる最高の分解能で表すことができるビット数を含んでいる。例となるアルゴリズムでは、次に、これらの値を、時間（同じセンサによって検出された時系列値の間の差分）または空間（同じサンプル時期の、異なるセンサ間の差分）のどちらかに関して、センサ読み値の間の増分の差分の値に圧縮する。増分の差分は、最高の分解能で最初に取得された値よりはるかに少ないビット数で表される。これによって、ウエハ上の不揮発メモリのサイズまたはウエハからのデータの送信の帯域幅、あるいは両方を最小化することができる。その結果、データを取得し、記憶および／または送信するために用いられるバッテリー電力の量が減少する。
【００９３】
図１３の流れ図は、例となる圧縮アルゴリズムの概要を示す。第１のステップ１１１３で、ＡＤＣ１１０１の出力側のセンサ１２４（図１２）から一組のデータサンプル値を最高の分解能で取得する。この取得は、同じセンサから前回値を採取した「設定間隔」後に行われる。この間隔は、以下で説明するように、独立に制御することができる。これらのデータは、ステップ１１１５で示されているように、最高ビット数でＲＡＭ１１０７に一時記憶する。
【００９４】
次のステップ１１１７で、センサ１２４の所定の一つによって読んだ直後の値と、同じセンサで直前のサイクルの間に読んだ値との間の差分を、ＣＰＵ１１０５で計算する。読まれるすべてのセンサについてこれを実行し、これらの時間差分をＲＡＭ１１０７に一時記憶する。同様に、次のステップ１１１９で、現在のサンプル期間について、読まれている個別センサの値と、基準として指定されたセンサの一つの値との間の差分をすべて計算し、空間差分として一時記憶する。次に、ステップ１１２１で、記憶された時間差分および空間差分を比較して、どちらの差分の組が最少かを特定する。これらの複数の値の小さい方を、最少量のデータで現在期間のセンサ出力を表すウエハ上の不揮発記憶および／またはウエハからの送信用に選ぶ。ステップ１１２３または１１２５の一方で、選ばれた一組の差分値を記憶する。一組の選ばれた差分を期間ごとにフラッシュメモリ１１０３に書き込んでもよく、あるいは、ブロックとしてまとめてフラッシュメモリ中に書き込むようにプログラムする方が効率的なデータのブロックが形成されるまで、ＲＡＭ１１０７に蓄積してもよい。
【００９５】
多数のサンプル期間の間に得られたこの差分データの例となる表を図１４に示して、このプロセスの例をさらに示す。測定サイクルの初めの最初のデータサンプル期間には、「開始」と印された列にすべてのセンサ出力の値を非圧縮の「完全」形式で記憶する。これによって絶対基準が提供され、この絶対基準から、時間差分を計算し、圧縮復元時にはウエハから絶対値を再構成する。同様に、サンプル期間のそれぞれの中で、図１４ではセンサ０として示されている、センサの一つの非圧縮データを絶対基準として記憶する。この絶対基準から、空間差分を計算し、後で絶対値を再構成する。
【００９６】
時刻（ｔ−ｎ１）のサンプル期間に、各センサについて、現在のセンサ読み値と直前のサンプル期間のセンサ読み値との間の差分、すなわち時間差分を記憶する。時刻（ｔ−ｎ２）の別のサンプル期間に、各センサについて、その現在の値と基準センサ０の値との間の差分、すなわち空間差分を記憶する。図１４の例に表されている最後の時刻の期間に、時間差分を再び計算し、記憶して、その時刻におけるセンサ出力の値の代表とする。実現すれば切り替えを許可する一定のしきい差を時間差分または空間差分の間に確定することによって、時間差分を記憶するかまたは空間差分を記憶するかの間の切り換えの頻度を制限することが望ましいことがある。あるサンプルは時間差分として記憶され、他のサンプルは空間差分として記憶されるが、それらのサンプルの完全な値は、リアルタイムで、または試験を終了した後のどちらでも、このデータを受信するパーソナルコンピュータまたは他の計算デバイスによって、図１４の表のデータからすべて再構築することができる。
【００９７】
ウエハを急速に加熱（領域１１２７）し、最高温度期間をある時間維持（領域１１２９）した後、ウエハを急速に冷却（領域１１３１）するフォトレジストプロセス中の温度サイクルを大雑把に表す図１５の温度曲線によって、時間差分または空間差分が好ましい期間の例を示すことができる。ウエハ上の温度を実質的に一様に維持する通常の目的を仮定すると、領域１１２７および１１３１では、時間差分の大きさが空間温度差分より大きくなる可能性が高い。従って、空間差分は、少ないデータビット数で表すことができ、そのように選ばれる。領域１１２９では、時間差分によってもたらされる記憶するべきデータ量は非常に小さなものになる。
【００９８】
各測定サイクルにおける時間差分または空間差分のうちの最も有利なものの自動選択を説明してきたが、あるいは、所定の測定操作のさまざまな部分またはすべての全体で、自動またはユーザ選択で一方または他方を用いさせることによって、このプロセスを実装することができると考えられる。時間または空間差分の一方しか計算しないシステムによって、有用なデータ圧縮を得ることもできる。この場合、図１３のステップ１１１７と１１１９との一方を削除し、ステップ１１２１、およびステップ１１２３と１１２５との一方も削除する。
【００９９】
図１３の流れ図に戻ると、オプションとして、データ取得の速度、すなわちセンサデータの連続するサンプル採取間の「設定間隔」を制御することによって、追加のデータ削減を実行することができる。例となるプロセスの第１のステップ１１３３で、測定されている温度または他のパラメータの現在の絶対値に基づいて、設定間隔を変えるべきかを決定する。例えば、図１５では、温度があるしきい値１１３５より低いとき、温度について多くを知らなくてよい。この場合、設定間隔を長くし、従って取得され、記憶されるデータの量を減らすことができる。この例で、温度がしきい値１１３５より高いとき、短い設定間隔を用いる。通常、この特徴は、そのようなしきい値温度を設定するユーザによって実装される。さらに、三つ以上の設定間隔を設け、それぞれが三つ以上の温度範囲のうちの一つだけで使用できるようにしてもよい。これらの三つ以上の温度範囲は、温度が上昇中か下降中かによってさまざまに定めることができる。あるいは、ユーザによって指定されるかまたはあらかじめ定められるかのどちらかによって、絶対温度以外のある基準を用いて設定間隔を変化させてもよい。これは、ウエハが供される用途にすべて依存する。
【０１００】
従って、ステップ１１３３で、特定の絶対温度範囲など、完了したばかりの取得および圧縮動作で用いられた設定間隔の変更を要請するあらかじめ定められた条件が成立すると決定される場合、ステップ１１３５で変更が実行され、プロセスはステップ１１１３に戻る。次に、データサンプルを取得するための新しい設定間隔でプロセスを繰り返す。可能なときにはいつでも設定間隔を長くする利点は、ＡＤＣ１１０１および関連する部品を用いる頻度が下がり、従って、これらによって消費されるウエハバッテリー電力が減ることである。
【０１０１】
しかし、ステップ１１３３で、そのようなあらかじめ定められた条件はどれも成立しないと決定されると、プロセス処理はステップ１１３７に進み、測定された温度または他のパラメータの変化率（勾配）の変化に応じて設定間隔を変更することができる。次に、プロセス処理はステップ１１１３に戻り、変更された設定間隔で一組の新しいデータを取得し、圧縮する。通常、勾配が大きければ設定間隔を小さくするのが望ましく、一方、ゼロに近い変化率の場合には設定間隔を長くしても価値あるデータを少しも失わずにすむ。測定された時間差分によって、測定されている温度または他のパラメータが急速に変化しているかどうかが明らかになる。図１５の曲線の勾配１１２７および１１３１にあるときは設定間隔を短くし、一方、平坦部分１１２９上にあるときは著しく長くすることができる。
【０１０２】
監視されているプロセス加工動作の持続期間（実行時間）のすべてにわたって試験ウエハがデータを集め、記憶することができればもちろん望ましい。搭載バッテリー１１２（図１Ａ）の数およびサイズをできるだけ小さくすることも望ましいので、バッテリー電力の効率的な使用は重要である。データサンプルの記憶操作の間の設定間隔を大きくすると電力が節約される。これと、データをさらに圧縮することによっても、プロセス加工実行時間全体で取得されるデータを記憶するのに必要なマイクロコントローラの不揮発メモリの量を減らす。試験ウエハ上に備える必要があるそのようなメモリの量をできるだけ小さくすることも望ましい。
【０１０３】
次に、図１６Ａ〜１６Ｄを参照して、前に図２Ａ〜２Ｂと図８Ａおよび８Ｅ〜８Ｉとの二つのウエハ操作システムに関して説明したシステムの変更形である別のウエハ操作システムの実施形態を説明する。追加のおよび代わりの特徴並びに構造要素が含まれている。しかし、ＰＣＭＤ１１５３を保管し、搬送するためのキャリア１１５１の使用、およびそれを実行するための技法は、実質的に同じである。
【０１０４】
キャリア１１５１の中にエレクトロニクスモジュール１１５５を取り付ける。この実施形態では、ＰＣＭＤ１１５３は、上下に動かす必要はなく、エレクトロニクスモジュール１１５５から短い距離の下にある保管スロットの中に配置される。しかし、ＰＣＭＤ１１５３の重量は、キャリアスロットによって支えられるのではなく、少なくとも、キャリア１１５１の対向する内壁の、ＰＣＭＤ１１５３を受け入れるように指定されたスロットの下に取り付けられた構造物１１６３および１１６５に付随するいくつかのホイール、この例では４つのホイール１１５７〜１１６０の上に載置されている。ＰＣＭＤ１１５３が接触しているホイールの外側表面は、好ましくは、ＰＣＭＤを損傷させないようにパッドを付けられ、ＰＣＭＤを回転させるためにＰＣＭＤの底面と摩擦係合する。ホイール１１５７〜１１６０は、それぞれの個別電気同期モータ１１６７〜１１７０によって軸の周りに回転される。ホイール１１５７〜１１６０は、図１６Ｄの点線によって示されているように、キャリア内に配置されたＰＣＭＤ１１５３の中心１１７３と符合する点を通る軸の周りに回転するように制約されている。ＰＣＭＤがキャリア内で平坦な位置に安定に支えられている限り、より少ないホイールまたはより多いホイールを用いてもよく、および／またはＰＣＭＤの周りにさまざまな半径方向間隔で配置してもよい。
【０１０５】
既に説明したキャリアの実施形態との別の差異は、図に示されているように配置されるときＰＣＭＤ１１５３上のバッテリーを充填するための機構である。ウエハをエレクトロニクスモジュール１１５５の底の方に上昇させるのでも、モジュール１１５５をウエハの方に下降させるのでもなく、柔軟な材料、好ましくは厚さ約１ミリのポリイミドなどのプラスチックのストリップ１１７７の底面に誘導充電コイル１１７５を取り付ける。図１６Ｂに最もよく例が示されているように、キャリア１１５１の前部または後部のどちらか一方で、モジュール１１５５の底面にストリップ１１７７の一端１１７９を取り付ける。ストリップの反対側の端は、キャリア１１５１の前部または後部のうちの他方でモジュール１１５５の底面に取り付けられているソレノイド１１８３のアーム１１３１に取り付ける。図１６Ｂおよび１６Ｃのソレノイドアーム１１８１の一つの位置では、ストリップ１１７７は下降し、その結果、コイル１１７５はＰＣＭＤ１１５３の中心コイル７０８の上に戴置される（図７の実施形態から）。ソレノイドアーム１１８１が他方の位置にあるとき、ストリップ１１７７は、図１６Ｂの点線および図１６Ａで示されているように、モジュール１１５５の底面の方に引き上げられる。この位置にあるとき、施設のロボットによってＰＣＭＤ１１５３を挿入または取り出すことができる。
【０１０６】
充電コイルをフレキシブルストリップ１１７７上に配置する利点は、磁気コア材料をほとんどまたはまったく備えなくてよいことである。これは、充電コイル１１７５をＰＣＭＤ１１５３のコイル７０８の上に直接戴置することができるからである。これによって、二つのコイルの間に非常に良好な磁気結合が得られる。ストリップ１１７７およびコイル１１７５は、得られる構造物の重量が軽いので、ＰＣＭＤまたはそのコイル７０８を損傷しない。
【０１０７】
ＰＣＭＤ１１５３は、図７のＰＣＭＤの実施形態の４つの発光ダイオード（ＬＥＤ）７２８〜７３１を備える。これらのＬＥＤを介して、ＰＣＭＤ１１５３からエレクトロニクスモジュール１１５５にデータを送信する。単一の光検出器１１８５をモジュール１１５５の下面に配置して、図１６Ａに示されている位置にあるとき、ＰＣＭＤ上のＬＥＤ７２８〜７３１のうちの選ばれた一つによって放出される信号を受信する。光検出器１１８５は、キャリア１１５１の中に戴置されるとき、ＰＣＭＤ１１５３上のＬＥＤ７２８〜７３１と同じように、ＰＣＭＤの中心１１７３からずらされる。二つ以上の光検出器を用いてもよいと考えられるが、一つだけの使用が好ましい。
【０１０８】
モジュール１１５５の下面には、一次元のデータを提供する二つのラインカメラ１１８７および１１８９もそれぞれの光源１１９１および１１９３とともに備えられる。カメラはＰＣＭＤの外側の周りに備えられている視覚回転位置コードの二つの部分を画像化するように配置され、光源は画像化されるそれらの部分を照らすように配置される。そのようなコードは図１６Ａ〜１６Ｄに示していないが、図１Ｄに例が示されているＰＣＭＤのグレイコード１５０であってもよい。ＰＣＭＤの円周の周りで互いから半径方向の変位を有する二つのカメラで得られるデータによって、ＰＣＭＤの回転位置を決定し、角度が１８０度より小さければＰＣＭＤの中心を決定することができる。グレイコード１５０（図１Ｄ）などの周縁位置コード化の場合、カメラ１１８７および１１８９を互いから約１３７度離して配置するとよい。
【０１０９】
モジュール１１５５（図１６Ａ）は、ＰＣＭＤと有線接続しなくてもＰＣＭＤ１１５３と通信し、そのバッテリーの状態を監視および充電し、他の機能を実行するのに必要な電子回路を備える。キャリア１１５１は携帯可能である必要があり、通常、プロセス加工施設中でロボットによって移動させられるので、これらの電子回路も電池駆動である。適切な大きさのバッテリーは、比較的大きなモジュール１１５５の中に備えることができるが、好ましくは、外面に取り付けるなどして、キャリア１１５１に外付けする。そのような電子システムの例を、図１７のブロック図によって示す。
【０１１０】
モジュール１１５５中に設置されたプリント回路基板（図示せず）は、一つの集積回路マイクロコントローラチップ１２０１と一つまたはそれ以上のフラッシュメモリチップ１２０３とを備える。不揮発メモリ１２０３の一つの用途は、既に取得され、ＰＣＭＤ１１５３上に記憶されたデータを記憶することである。このデータは、前に図７および１６Ａ〜１６Ｄに関して説明したものなどの説明している例では、ＰＣＭＤから赤外信号送信によって転送される。光検出器１１８５からのデータは、コントローラ１２０１によってメモリ１２０３に導かれる。これらのデータは、いくつかの方法のうちの任意の一つによって、モジュール１１５５から取り出される。一つは、モジュール１１５５中に設けられたカードスロット（図示せず）に取り外し可能に挿入されるフラッシュメモリカード１２０５上にデータを記憶させることによってである。コントローラ１２０１は、インターフェイス回路１２０７を介してデータをメモリカード１２０５に導く。データを外部に取り出す別の方法は、モジュール１１５５（図示せず）の外部に物理的に配置されているユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ソケットと、モジュール１１５５内の回路基板上のＵＳＢ送受信機１２１１とによって図１７に概略が示されている、ＵＳＢインターフェイスを介してである。フラッシュメモリ１２０３中に記憶されたデータを得る別の方法は、ブルートゥースまたはＷｉ−Ｆｉなどの適当な既存の標準によって動作することができるラジオ周波数送信器１２１３によってである。
【０１１１】
パーソナルコンピュータまたは他の適当な計算デバイスにデータを外部取り出しすれば、データを復元することを含めて、データを後処理することができる。前に図１２〜１５に関して説明した技法によって圧縮されていれば、現在の形の時間および／または空間データを最高の分解能で記憶されていたデータポイントと組み合わせ、互いに組合せると、すべてのデータ値がまったく損失なく最高の分解能で得られる。
【０１１２】
図１７の特定のシステムの例で、主電源は、図に示されている他の部品に電力制御回路１２１７を通して動作電力を供給するリチャージャブルバッテリー１２１９である。使用中にバッテリー１２１９が放電状態になる場合に備えて、非充電式バックアップバッテリー１２１５を備えるとよい。主電池１２１９からの電圧が設定しきい値未満に低下したら、制御回路１２１７はこれに応えてバッテリー１２１９を切り離し、バッテリー１２１５に切り替える。バッテリー１２１９を再充電する簡便な方法は、パーソナルコンピュータまたは他のホストデバイスとのＵＳＢ接続を介して、または前に言及した分割変圧器（図示せず）などの非接触電力路を介することである。接続されているとき、そのようなデバイスはＵＳＢソケット１２０９を介してバッテリー１２１９と動作可能に接続された充電器１２２１に電力を供給する。
【０１１３】
コントローラ１２０１は、モータ制御回路１２２３を介してＰＣＭＤ回転モータ１１６７〜１１７０も駆動する。バッテリー充電コイル位置決めソレノイド１１８３も、駆動回路１２２５を介してコントローラ１２０１によって制御される。データおよびバッテリー充電エネルギーは、コントローラ１２０１からのデータおよび制御信号に応えて、ラジオ周波数ドライバ１２２７によってコイル１１７５に供給される。カメラ１１８７および１１８９からの画像は、コントローラ１２０１によって受信され、処理され、好ましくはカメラ１１８７および１１８９から画像を取得しているときだけ点灯する関連する照明光源１１９１および１１９３もコントローラ１２０１によって制御される。既に説明したように、データを送信するおよび／または指令を受信するために標準的なＲＦＩＤラジオ周波数インターフェイス１２２９を用いることもできる。
【０１１４】
図１７のシステムも、ユーザインターフェイスデバイスを簡便に提供する。ディスプレイ１２３１は、制御システムの状態情報を示す小形液晶スクリーンなどの任意の簡便な表示装置であってよい。ユーザが指令を入力したり、質問したりするために標準キーボードを用いてもよいが、通常、携帯形にすることができるので、リモートコントローラ１２３３の方が簡便である。この場合、コントローラ１２０１を有するリモートコントローラインターフェイス１２１３をシステムの一部として設ける。制御デバイス１２１３および１２３３は、直ぐに利用することができること、組み込まれているワイヤレス通信能力およびこの用途への適応の相対的な容易さのため、好ましくは両方ともＰＤＡである。
【０１１５】
説明している通常のＰＣＭＤに付随する回路のブロック図を図１８に示す。図１２に関して既に説明したマイクロコントローラ集積回路チップ１０４は、ＰＣＭＤのデータ収集、記憶および外部取り出し機能の中心である。パラメータセンサは、任意の数の構成またはパターンによってＰＣＭＤの表面に散在させてもよいが、これらのセンサはｎ行ｍ列の行列形で電気的に接続されている。図１８に示されている行と列との接続は、ＰＣＭＤの表面に形成された導電トレースによって実装される。説明を分かりやすくするために、三つのそのような行と三つの列を図１８に示したが、通常、９個のセンサ１２４１〜１２４９よりはるかに多くのセンサを使用する。８×８のセンサの行列の場合の６４個またはそれ以上など、５０個を超えるセンサが普通である。説明している例では、センサは、電力を供給されると、それに応えて温度などの測定されるパラメータの値に関連する電圧または電流を出力する、既に説明した種類の個別の集積回路である。
【０１１６】
図１８の例では、一度に一列のセンサからデータを取得する。コントローラは順を追って、ｍ個の列のラインの１つのラインの電源を一度に入れ、一方、残りの列のセンサには電力を供給しないでおく。すると、エネルギーを供給された列の各センサは、接続されているｎ行のラインの異なる一つにそのパラメータ依存電圧を出力する。次に、行ライン上の個別のセンサ電圧を、図１２に関して既に説明したように、コントローラ１０４内のアナログ−デジタル変換回路によって一度に一つずつデジタル信号に変換する。一列のセンサからのデータを変換し、コントローラ１０４内のメモリに記憶した後、その列への電力をコントローラ１０４によって遮断し、次の順番の列のラインの電源を入れる。その列のセンサからのパラメータ値を求め、同様に記憶する。これを、行列中のすべてのセンサからのデータを取得するまで続ける。短い時間が経過した後、このプロセスを繰り返して、ＰＣＭＤ上のセンサによって検出されるパラメータの値を更新する。
【０１１７】
こうして取得され、コントローラ１０４内に記憶されたデータは、前に図７に関して説明したように、ＬＥＤ７２８〜７３１のうちの光検出器１１８５の最も近くに位置する一つによって、ウエハキャリアのエレクトロニクスモジュール１１５５（図１６Ａおよび１７）に転送される。電力を節約し、コントローラがＬＥＤに供給する必要があるピーク電流を減らすために、それぞれは、好ましくは、抵抗器を介して充電された、それぞれに接続されたキャパシタ中に蓄えられた電圧によって駆動される。ＬＥＤ７２８〜７３１のそれぞれに接続されているそのような充電回路を図１８に示す。次に、コントローラが内部スイッチングトランジスタを介してＬＥＤの一つに接続され、ＬＥＤから赤外パルスを発生させるとき、それを実行するために必要な電流は、ＬＥＤを通して放電するそのキャパシタによって供給される。
【０１１８】
コントローラ１０４は、前に図６に関して説明した好ましいクロックである外部クロックソース１２５３を利用する。ＰＣＭＤに取り付けられたバッテリー（単数または複数）１２５７から電圧レギュレータ１２５５を通してコントローラ１０４に電力を供給する。バッテリー電源１２５７の電圧出力は、レベルシフト回路１２５９を介してコントローラ１０４によって監視される。コントローラは、そのアナログ−デジタル変換器を用いて、このアナログ信号をまずデジタル値に変換する。
【０１１９】
図１６Ａに示されているものなどのキャリア中にＰＣＭＤが配置されると、ＰＣＭＤ内のエレクトロニクスシステム（図１７）は、ＰＣＭＤエレクトロニクスシステム（図１８）と隣接する互いのコイル１１７５および７０８（図１６Ｃ）を介して、電磁気交信する。ＰＣＭＤのコイル７０８によって受信される指令、状態問い合わせまたは他の通信は、コイルの片側に接続されたライン１２６１を通してコントローラ１０４（図１８）によって受け取られる。バッテリー１２５７を充電するとき、コントローラ１０４によってライン１２６３に加えられる電圧レベルによって、整流器１２６５がコイル７０８の出力を受け取ることが可能になる。次に、整流器１２６５の直流出力をバッテリー１２５７に接続する。
【０１２０】
ＰＣＭＤによって消費される電力の量をできるだけ小さくすることは、前にさまざまな場所で考察したように非常に重要なので、コントローラ１０４は、電圧レギュレータ１２５５と接続されたライン１２６７にスリープ信号を発生することによって、それ自体の電力を遮断するように動作する。
【０１２１】
前述した実施形態は、プロセス加工チャンバ以外の場所でプロセス加工条件を監視する際の用途を有する。搬送および保管中にウエハが遭遇する条件も製造されるデバイスの特性に影響を及ぼすことがあり、従って、そのような条件を測定し、記録することが望ましいことがある。例えば、ＰＣＭＤはＦＯＵＰ中に留まってＦＯＵＰ中の条件を記録してもよい。このデータは、ＰＣＭＤ中に記録するか、または記憶することなくＲＦＩＤによって送信することができる。
【０１２２】
本発明の特定の実施形態およびそれらの利点を示し、説明してきたが、本発明が、添付の請求項によって定められる本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく、さまざまな変化、置き換え、および変更を施すことができると理解すべきである。例えば、センサの位置および種類は、説明した例におけるものと異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１Ａ】プロセス条件測定デバイス（「ＰＣＭＤ」）１００の平面図である。
【図１Ｂ】ＰＣＭＤ１００内の部品の図である。
【図１Ｃ】ＰＣＭＤ１００内の一つの部品の断面図である。
【図１Ｄ】グレイコード・コード符号を有するＰＣＭＤ１００の実施形態の平面図である。
【図１Ｅ】中心軸１９９のまわりに回転するＰＣＭＤ１００を示す。
【図２Ａ】操作システム（「ＨＳ」）２００の背面の透視図である。
【図２Ｂ】ＨＳ２００の前面の透視図である。
【図２Ｃ】基板キャリアとプロセス加工チャンバとの間で基板を移動させるロボットを有するプロセス加工ツール２６０である。
【図２Ｄ】プロセス加工ツール２６０の断面図である。
【図３Ａ】ＰＣＭＤ１００の実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】ＰＣＭＤ１００の別の実施形態の断面図である。
【図４Ａ】図３Ａに示されている断面を作るステップを表す流れ図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示されている断面を作るステップを表す流れ図である。
【図５Ａ】コイル５０８を誘導充電するＥ−コイル５１０の断面図である。
【図５Ｂ】コイル５０８を誘導充電するＥ−コイル５１０の断面であって、基板に磁気伝導層５５５を用いている。
【図６】高温水晶発振器回路６６０の回路図である。
【図７】４つの送信機７２８〜７３１を有するＰＣＭＤ７００を示す。
【図８Ａ】操作システム８８０を示す。
【図８Ｂ】グレイコード８５０を有するＰＣＭＤの一部分を示す。
【図８Ｃ】位置決めモジュール８８１を示す。
【図８Ｄ】通常の位置にあるＰＣＭＤ８００を有する操作システム８８０を示す。
【図８Ｅ】持ち上げられた位置にあるＰＣＭＤ８００を有する操作システム８８０を示す。
【図８Ｆ】ＰＣＭＤ８００を有する位置決めモジュール８８１を示す。
【図８Ｇ】ＰＣＭＤ８００を横方向に動かす位置決めモジュール８８１を示す。
【図８Ｈ】ＰＣＭＤ８００を持ち上げ、回転させる位置決めモジュール８８１を示す。
【図８Ｉ】ＰＣＭＤ８００の方に垂直に移動するＥ−コイル８１０を示す。
【図９Ａ】マニュアルモードで動作する、ＰＣＭＤ９００、操作システム９８０およびソフトウェア・アプリケーション９８７との間のさまざまな通信システムを示す。
【図９Ｂ】自動モードで動作する、ＰＣＭＤ９００、操作システム９８０および制御コンピュータ９８３の間のさまざまな通信システムを示す。
【図１０Ａ】ＰＣＭＤの部品を保護するふたの例を示す。
【図１０Ｂ】ＰＣＭＤの部品を保護するふたの例を示す。
【図１０Ｃ】ＰＣＭＤの部品を保護するふたの例を示す。
【図１０Ｄ】ＰＣＭＤの部品を保護するふたの例を示す。
【図１１Ａ】ＰＣＭＤの別の実施形態の平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの断面Ｂ−Ｂで切り取られた断面図である。
【図１２】ＰＣＭＤ中に含まれるマイクロコントローラおよびその使用のブロック図である。
【図１３】マイクロコントローラによるデータの取得およびその圧縮を示す流れ図である。
【図１４】図１２に例が示されているプロセスによって得られるデータの表の例である。
【図１５】温度を測定するときのＰＣＭＤの利用例を示す。
【図１６Ａ】図８Ａおよび８Ｄ〜８１に示されている操作システムの変更版であるウエハ操作システムを示す。
【図１６Ｂ】図１６Ａのウエハ操作システムの一部を図１６Ａと直交する方向から見た断面図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｂの一部の拡大図であり、ＰＣＭＤバッテリーの充電の例を示す。
【図１６Ｄ】図１６Ａの操作システム内のＰＣＭＤの上面図である。
【図１７】図１６Ａ〜１６Ｄに示されているウエハ操作システム内の電子システムの概略ブロック図である。
【図１８】ＰＣＭＤ上の電子システムの概略ブロック図である。
【図１Ａ】
2007536726.tif 000003
【図１Ｂ】
2007536726.tif 000004
【図１Ｃ】
2007536726.tif 000005
【図１Ｄ】
2007536726.tif 000006
【図１Ｅ】
2007536726.tif 000007
【図２Ａ】
2007536726.tif 000008
【図２Ｂ】
2007536726.tif 000009
【図２Ｃ】
2007536726.tif 000010
【図２Ｄ】
2007536726.tif 000011
【図３Ａ】
2007536726.tif 000012
【図３Ｂ】
2007536726.tif 000013
【図４Ａ】
2007536726.tif 000014
【図４Ｂ】
2007536726.tif 000015
【図５Ａ】
2007536726.tif 000016
【図５Ｂ】
2007536726.tif 000017
【図６】
2007536726.tif 000018
【図７】
2007536726.tif 000019
【図８Ａ】
2007536726.tif 000020
【図８Ｂ】
2007536726.tif 000021
【図８Ｃ】
2007536726.tif 000022
【図８Ｄ】
2007536726.tif 000023
【図８Ｅ】
2007536726.tif 000024
【図８Ｆ】
2007536726.tif 000025
【図８Ｇ】
2007536726.tif 000026
【図８Ｈ】
2007536726.tif 000027
【図８Ｉ】
2007536726.tif 000028
【図９Ａ】
2007536726.tif 000029
【図９Ｂ】
2007536726.tif 000030
【図１０Ａ】
2007536726.tif 000031
【図１０Ｂ】
2007536726.tif 000032
【図１０Ｃ】
2007536726.tif 000033
【図１０Ｄ】
2007536726.tif 000034
【図１１Ａ】
2007536726.tif 000035
【図１１Ｂ】
2007536726.tif 000036
【図１２】
2007536726.tif 000037
【図１３】
2007536726.tif 000038
【図１４】
2007536726.tif 000039
【図１５】
2007536726.tif 000040
【図１６Ａ】
2007536726.tif 000041
【図１６Ｂ】
2007536726.tif 000042
【図１６Ｃ】
2007536726.tif 000043
【図１６Ｄ】
2007536726.tif 000044
【図１７】
2007536726.tif 000045
【図１８】
2007536726.tif 000046
【国際調査報告】
2007536726.tif 000047
2007536726.tif 000048
2007536726.tif 000049
2007536726.tif 000050