本申請案涉及且主張從以下列出的申請案(“相關(guān)申請案”)的最早可用有效申請日期的權(quán)益(例如，主張除臨時專利申請案以外的最早可用優(yōu)先權(quán)日期或根據(jù)35USC§119(e)主張對于臨時專利申請案、對于相關(guān)申請案的任何及全部上一代(parent)、上兩代(grandparent)、上三代(great-grandparent)等等申請案的權(quán)益)。

相關(guān)申請案：

出于USPTO非法定要求的目的，本申請案構(gòu)成2014年10月14日申請的申請序號為62/063,657的以孫梅(Mei Sun)、厄爾·詹森(Earl Jensen)及凱文O’布萊恩(Kevin O’Brien)為發(fā)明者的標(biāo)題為用于高溫工藝的無線UV及溫度感測裝置(WIRELESS UV AND TEMPERATURE SENSING DEVICE FOR HIGH TEMPERATURE PROCESS)的美國臨時專利申請案的正式(非臨時)專利申請案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及沿半導(dǎo)體工藝線的晶片的輻射及溫度監(jiān)測，且特定來說，本發(fā)明涉及在涉及UV光暴露的工藝設(shè)置中監(jiān)測晶片的紫外(UV)光及溫度暴露。

背景技術(shù)：

由于半導(dǎo)體裝置處理環(huán)境中的工藝條件的容限持續(xù)變窄，對改進的工藝監(jiān)測系統(tǒng)的需求持續(xù)上升。處理系統(tǒng)(例如，低K薄膜固化系統(tǒng))內(nèi)的紫外(UV)輻射一致性是一種此條件。當(dāng)前方法不能在當(dāng)前處理技術(shù)所需的極端條件(例如，高溫及短波長)下同時監(jiān)測UV輻射強度與溫度兩者。因此，可期望提供系統(tǒng)及方法來增強用于監(jiān)測給定半導(dǎo)體裝置處理線的條件的整個測試晶片的輻射及溫度的測量敏感度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例揭示一種用于測量輻射強度及/或溫度的測量晶片設(shè)備。在一個實施例中，測量晶片設(shè)備包含晶片組合件，所述晶片組合件包含一或多個空腔。在另一實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含檢測器組合件。在一個實施例中，所述檢測器組合件的至少一部分安置于所述晶片組合件的一或多個空腔內(nèi)。在另一實施例中，所述檢測器組合件包含一或多個光傳感器。在另一實施例中，所述檢測器組合件經(jīng)配置以執(zhí)行對入射于所述晶片組合件的至少一個表面上的紫外光強度的直接測量或?qū)θ肷溆诰M合件的所述至少一個表面上的紫外光強度的間接測量中的至少一者。在另一實施例中，所述檢測器組合件進一步經(jīng)配置以在測量入射于晶片組合件的至少一個表面上的紫外光強度后基于一或多個光傳感器的一或多個特性確定晶片組合件的一或多個部分的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例揭示一種用于測量輻射強度及/或溫度的測量晶片設(shè)備。在一個實施例中，所述晶片設(shè)備包含晶片組合件，所述晶片組合件包含一或多個空腔。在另一實施例中，所述晶片設(shè)備包含檢測器組合件。在另一實施例中，所述檢測器組合件的至少一部分安置于所述晶片組合件的所述一或多個空腔內(nèi)。在另一實施例中，所述檢測器組合件包含一或多個光傳感器。在另一實施例中，所述檢測器組合件經(jīng)配置以執(zhí)行對入射于所述晶片組合件的至少一個表面上的紫外光強度的直接測量或?qū)θ肷溆谒鼍M合件的所述至少一個表面上的紫外光強度的間接測量中的至少一者。在另一實施例中，所述檢測器組合件進一步經(jīng)配置以基于所述一或多個光傳感器的一或多個特性或來自安置于至少接近所述一或多個光傳感器的一或多個溫度傳感器的一或多個溫度測量中的至少一者而確定所述晶片組合件的一或多個部分的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的另一說明性實施例揭示一種用于測量輻射強度及/或溫度的測量晶片設(shè)備。在一個實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含襯底及可操作地耦合到所述襯底的部分的蓋。在另一實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含形成于所述襯底與所述蓋之間的一或多個空腔。在另一實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含安置于所述一或多個空腔內(nèi)的一或多個光傳感器。在另一實施例中，所述蓋包含用于使光從所述蓋的頂部表面通到所述一或多個光傳感器的一或多個窗。在另一實施例中，所述一或多個光傳感器經(jīng)配置以測量穿過所述一或多個窗的光的強度。在另一實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含通信地耦合到所述一或多個光傳感器的一或多個本地控制器。在另一實施例中，所述一或多個本地控制器經(jīng)配置以接收指示由所述一或多個光傳感器測量的光的強度的一或多個信號。在另一實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含通信地耦合到所述一或多個本地控制器且經(jīng)配置以基于由所述一或多個光傳感器測量的光的強度的衰變特征而確定所述一或多個光傳感器的所述溫度的一或多個中央控制器。

根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例揭示一種用于測量輻射強度及/或溫度的測量晶片設(shè)備。在一個實施例中，所述測量晶片設(shè)備包含襯底及可操作地耦合到所述襯底的部分的蓋。在另一實施例中，測量晶片設(shè)備包含安置于形成于所述襯底與所述蓋之間的一或多個空腔內(nèi)的一或多個光傳感器。在另一實施例中，測量晶片設(shè)備包含安置于所述一或多個空腔內(nèi)的一或多個光致發(fā)光元件。在另一實施例中，所述蓋包含用于使光從所述蓋的頂部表面通到所述一或多個光致發(fā)光元件的一或多個窗。在另一實施例中，所述一或多個光致發(fā)光元件經(jīng)配置以吸收穿過所述一或多個窗的第一波長范圍的光的至少一部分且發(fā)射不同于所述第一波長范圍的至少第二波長范圍的光。在另一實施例中，所述一或多個光傳感器經(jīng)配置以測量由所述一或多個光致發(fā)光元件發(fā)射的所述至少第二波長范圍的光的強度。在另一實施例中，測量晶片設(shè)備包含安置于所述一或多個空腔內(nèi)的一或多個導(dǎo)光元件，其中所述一或多個導(dǎo)光元件經(jīng)配置以將所述至少一第二波長范圍的光從所述一或多個光致發(fā)光元件傳輸?shù)剿鲆换蚨鄠€光傳感器。

在另一實施例中，測量晶片設(shè)備包含通信地耦合到所述一或多個光傳感器的一或多個本地控制器，所述一或多個本地控制器經(jīng)配置以接收指示由所述一或多個光傳感器測量的所述至少一第二波長范圍的光的強度的一或多個信號。在另一實施例中，測量晶片設(shè)備包含通信地耦合到所述一或多個本地控制器的一或多個中央控制器，所述一或多個中央控制器經(jīng)配置以基于由所述一或多個光傳感器測量的所述至少一第二波長范圍的光的強度的強度特征而確定所述一或多個光致發(fā)光元件的溫度。

應(yīng)理解，上述一般描述及以下詳細描述僅為示范性及闡釋性且不一定限制所主張的發(fā)明。并入且構(gòu)成說明書的一部分的附圖說明本發(fā)明的實施例并與一般描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過參考附圖可更佳地理解本發(fā)明的數(shù)個優(yōu)勢，其中：

圖1A是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量光強度及溫度的測量晶片的概念圖。

圖1B是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于直接測量光強度的測量晶片的簡化橫截面圖。

圖1C是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于直接測量光強度的測量晶片的組合件圖。

圖1D是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包含傳感器及本地控制器的測量晶片(為簡潔起見未展示蓋)的襯底的簡化俯視圖。

圖1E是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于間接測量光強度的包含光致發(fā)光元件的測量晶片的簡化橫截面圖。

圖1F是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光致發(fā)光元件及傳感器堆疊的簡化橫截面圖。

圖1G是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于間接測量光強度的包含光致發(fā)光元件及導(dǎo)光元件及傳感器模塊與襯底的熱隔的測量晶片的簡化橫截面圖。

圖1H是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于間接測量光強度的包含光致發(fā)光元件及導(dǎo)光元件及傳感器模塊與襯底的熱隔離的測量晶片的簡化橫截面圖。

圖1I是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于間接測量光強度的包含光致發(fā)光元件、光導(dǎo)及傳感器模塊的測量晶片(為簡潔起見未展示蓋)的襯底的簡化俯視圖。

圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于測量整個測量晶片的輻射強度及溫度的測量晶片設(shè)備的操作的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參考附圖中說明的所揭示的標(biāo)的物。

大體上參考圖1A到2，根據(jù)本發(fā)明描述用于測量輻射強度及/或溫度的系統(tǒng)及方法。

圖1A說明根據(jù)本發(fā)明的一或多個實施例的用于測量整個晶片裝置的一或多個位置處的輻射及/或溫度的測量晶片裝置100的橫截面的概念圖。

在一個實施例中，晶片測量裝置100包含晶片組合件102。在另一實施例中，晶片組合件102包含一或多個空腔104?？赏ㄟ^半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中已知的任何工藝(例如，研磨、化學(xué)蝕刻、激光蝕刻及類似物)形成一或多個空腔104。在另一個實施例中，晶片測量裝置100包含安置于晶片組合件102的空腔104內(nèi)的檢測器組合件103。在本文中應(yīng)注意，本發(fā)明不限制于包含一或多個空腔104的晶片組合件102。舉例來說，檢測器組合件103(或其部分)無需放置于空腔104內(nèi)，但可放置于晶片組合件102的任何表面上(例如，頂部表面、底部表面或邊緣)。

在一個實施例中，檢測器組合件103包含一或多個光傳感器106。一或多個光傳感器106可包含所屬領(lǐng)域中已知的任何光傳感器。舉例來說，一或多個光傳感器106可包含(但不限制于)能夠感測UV及/或可見光的光傳感器。

在一個實施例中，檢測器組合件103經(jīng)配置以執(zhí)行對入射于晶片組合件的至少一個表面上的紫外光強度的直接測量。在直接檢測來自測量裝置100上的工藝環(huán)境中的UV光的情況中，一或多個光傳感器106可包含(但不限制于)對至少UV光敏感的一或多個光傳感器(例如，基于碳化硅的傳感器)。例如，光傳感器可包含(但不限制于)對波長范圍為150到400nm的UV光敏感的光傳感器。

在另一實施例中，檢測器組合件103經(jīng)配置以執(zhí)行對入射于晶片組合件的至少一個表面上的紫外光強度的間接測量。在間接檢測來自測量裝置100上的工藝環(huán)境中的UV光(例如，經(jīng)由從光致發(fā)光元件的中間光致發(fā)光發(fā)射的檢測)的情況中，一或多個光傳感器106可包含(但不限制于)對至少可見光敏感的一或多個光傳感器(例如，基于硅的傳感器)。例如，光傳感器可包含(但不限制于)對波長范圍為450到750nm的可見光敏感的光傳感器。

出于本發(fā)明的目的，“間接測量”被解譯為對涉及從第一波長/波長范圍到第二波長/波長范圍的光信號的中間轉(zhuǎn)換(例如，但不限制于UV光到可見光的光致發(fā)光轉(zhuǎn)換)的光強度的測量。此外，術(shù)語“直接測量”被解譯為對不涉及光信號的中間轉(zhuǎn)換的光強度的測量。應(yīng)注意，本文將進一步額外詳細地描述與直接強度測量相關(guān)聯(lián)的實施例(圖1B到1D)及與間接強度測量相關(guān)聯(lián)的實施例(圖1E到1E)。

在一個實施例中，一或多個光傳感器106包含一或多個二極管檢測器。舉例來說，一或多個光傳感器106可包含(但不限制于)一或多個碳化硅(SiC)二極管檢測器、一或多個氮化鎵(GaN)二極管檢測器、一或多個氮化鋁鎵(AlGaN)檢測器或一或多個硅二極管檢測器。

在另一實施例中，晶片組合件102包含一或多個開口108。在一個實施例中，一或多個開口108形成于晶片組合件102的頂部表面處以便允許入射于晶片組合件101的頂部表面上的紫外光101到一或多個光傳感器106。就此而言，一或多個開口108可分布于晶片組合件的整個頂部表面以便允許進行對晶片組合件102的整個表面的強度及/或溫度的所選擇的測量。

在另一實施例中，晶片測量裝置100的檢測器組合件103包含本地控制器110。在一個實施例中，本地控制器110通信地耦合到一或多個光傳感器106。舉例來說，本地控制器110可從一或多個傳感器106接收指示由一或多個光感測器106測量的光的強度或一或多個光傳感器106的一或多個額外特性的一或多個信號。例如，本地控制器110可從一或多個光傳感器106接收指示由一或多個光傳感器106測量的光(例如，UV或可見光)的強度的一或多個信號。此外，本地控制器110可從一或多個光傳感器106接收指示一或多個光傳感器106的一或多個電特性(例如，電壓輸出)的一或多個信號。在另一實施例中，裝置100可(但不需要)通過測量一或多個傳感器106的一或多個電特性(例如，正向電壓)而在一或多個光傳感器106處監(jiān)測晶片組合件102的溫度。在另一實施例中，檢測器組合件103包含一或多個溫度傳感器(例如，熱探針)。所述熱探針可接近一或多個光傳感器106而安置，其中熱探針的輸出耦合到一或多個本地控制器110。在此意義上，整個晶片組合件102的溫度可經(jīng)由PL發(fā)射強度的衰變(其由光傳感器106測量)而測量(間接測量情況)、經(jīng)由光傳感器106的一或多個電特性測量(直接測量情況)，或經(jīng)由專用溫度探針測量(直接測量或間接測量情況)。

在另一實施例中，晶片測量裝置100的檢測器組合件103包含中央控制器111。在一個實施例中，中央控制器111經(jīng)配置以基于一或多個傳感器106的一或多個特性(例如，入射的PL發(fā)射強度的特性或一或多個傳感器106的電特性)確定晶片組合件102的一或多個部分的溫度。

舉例來說，中央控制器111可基于在一或多個光傳感器106處測量的電特性(例如，在已知電流下跨越給定傳感器106的正向電壓)而確定晶片組合件102的一或多個部分的溫度。通過另一實例，中央控制器111可基于從一或多個傳感器106測量的強度特性(例如，在中間PL元件的情況中的不同激發(fā)波長或強度衰變時間處的光強度值)而確定晶片組合件102的一或多個部分的溫度。接著，基于從一或多個光傳感器106測量的電特性或強度特性或來自專用溫度傳感器的溫度測量可確定一或多個溫度值。就此而言，基于光傳感器106的位置(或間接轉(zhuǎn)換情況中的PL元件的位置)，UV強度及/或經(jīng)計算的溫度可被映射到晶片裝置位置。針對分布于整個晶片組合件102的光傳感器106中的每一者應(yīng)用此程序，可由檢測器組合件103產(chǎn)生2D強度及/或溫度映射(例如，由中央控制器111產(chǎn)生)。

在本文中應(yīng)注意，裝置100不限制于包含強度與溫度兩者的測量內(nèi)容。舉例來說，裝置100可經(jīng)配置以單獨測量光的強度、單獨測量溫度曝光或強度及溫度。

在一個實施例中，本地控制器110及/或中央控制器111包含一或多個處理器(未展示)。在另一實施例中，一或多個處理器經(jīng)配置以執(zhí)行經(jīng)配置以致使一或多個處理器實施貫穿本發(fā)明描述的各種步驟中的一或多者的一組程序指令。在另一實施例中，控制器110可包含用于存儲程序指令及從一或多個傳感器106接收的強度測量結(jié)果的非暫時性媒體(例如，存儲器媒體)。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語‘處理器’可被廣義地定義為涵蓋具有執(zhí)行來自存儲器媒體的指令的一或多個處理器(例如，CPU)或邏輯元件(例如，ASIC)的任何裝置。在此意義上，本地控制器110及/或中央控制器111的一或多個處理器可包含經(jīng)配置以執(zhí)行算法及/或指令的任何微處理器類型或邏輯裝置。應(yīng)認識到，可由單個處理器或(替代地)多個處理器來實施貫穿本發(fā)明描述的步驟。存儲器媒體可包含只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁盤或光盤、固態(tài)驅(qū)動器、快閃存儲器、EPROM、EEPROM、磁帶或類似物。

圖1B到1E說明根據(jù)本發(fā)明的一或多個實施例的用于經(jīng)由直接光強度測量而測量輻射強度及溫度的測量晶片裝置100的簡化橫截面圖、組合件及俯視圖。在本文中應(yīng)注意，除非另外提及，否則圖1A中說明的組件及實施例的描述應(yīng)被解譯為擴展到圖1B到1E。

在一個實施例中，測量晶片裝置100的晶片組合件102包含一或多個結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，一或多個光傳感器106安置于測量晶片裝置100的一或多個結(jié)構(gòu)內(nèi)。舉例來說，測量晶片裝置100的結(jié)構(gòu)可經(jīng)布置及/或形成以便形成一或多個空腔104。在另一實施例中，晶片組合件102可配裝于薄形狀因子封裝內(nèi)。在本文中應(yīng)注意，傳感器晶片102經(jīng)設(shè)計以模擬通常用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)(例如，等離子處理裝置)內(nèi)的處理環(huán)境中的晶片以便提供對經(jīng)受給定處理環(huán)境中的條件的晶片的UV光的強度及溫度暴露的洞察。

在一個實施例中，晶片組合件102包含襯底107(例如，襯底晶片)。所述襯底可由所屬領(lǐng)域中已知的與半導(dǎo)體裝置處理步驟兼容的任何材料形成。舉例來說，襯底107可包含(但不限制于)半導(dǎo)體襯底、玻璃襯底及類似物。在另一實施例中，測量晶片裝置100包含蓋103(例如，蓋晶片)。舉例來說，如圖1B及1C中所展示，蓋105可附接到襯底105的頂部表面。

在另一實施例中，晶片組合件102的一或多個空腔104形成于襯底105與蓋103之間。舉例來說，襯底105可包含凹入部分，如圖1B及1C中所展示。就此而言，在蓋103附接到襯底105的頂部表面后，襯底105的所述凹入部分及蓋103可在晶片組合件102內(nèi)形成一或多個空腔104。

可通過所屬領(lǐng)域中已知的任何處理過程形成晶片組合件102的一或多個空腔104。舉例來說，用于形成空腔104的工藝可包含(但不限制于)機械研磨工藝、蝕刻工藝或在襯底上執(zhí)行以在襯底105中形成一或多個凹入部分的激光加工工藝。

在一個實施例中，空腔104可具有大體上截頭圓錐形狀，如圖1B及1C中所展示。在本文中應(yīng)注意，圖1B及1C中描繪的形狀不具限制性且僅出于說明性目的提供。在本文中應(yīng)注意，圖1B及1C中描繪的空腔104在本發(fā)明中并非限制且僅出于說明性目的提供?？涨?04可采用所屬領(lǐng)域中已知的任何形狀。舉例來說，空腔104可具有某一形狀，其包含(但不限制于)截頭圓錐形區(qū)段、立方體、圓柱(例如，淺圓柱)、棱鏡(例如，三角棱鏡、六角棱鏡及類似物)及類似形狀。此外，晶片組合件102可包含任何空腔布置或適合用于容納晶片組合件102內(nèi)的各種組件(例如，光傳感器106、控制器110及類似物)的任何數(shù)目個空腔。

在另一實施例中，一或多個開口108形成于蓋105中。就此而言，一或多個開口108經(jīng)布置以便將光(例如UV光)從蓋105的頂部表面?zhèn)鬏數(shù)阶溆陧敳可w105之下的一或多個傳感器106。在一個實施例中，一或多個開口108可分布于晶片組合件的整個頂部表面以便允許進行對晶片組合件102的整個表面的強度、溫度的所選擇的測量。類似地，在直接強度測量的情況中，光傳感器106可經(jīng)布置使得光傳感器106接近開口108中的每一者而定位，從而產(chǎn)生分布于整個晶片組合件102的光傳感器106的網(wǎng)絡(luò)，由此允許分析整個晶片組合件102的強度、溫度一致性。

在另一實施例中，晶片組合件102包含一或多個窗116。一或多個窗116定位于一或多個開口108上、下或內(nèi)。在另一實施例中，晶片組合件102包含一或多個入口濾光器117。在一個實施例中，一或多個入口濾光器117接近一或多個窗116而安置且經(jīng)配置以阻擋一部分光101入射于晶片組合件102的表面上。舉例來說，在其中所關(guān)注的光包含UV光的情況中，一或多個入口濾光器117可經(jīng)選擇以阻擋可見光或IR光而避免一或多個光傳感器106處的誤報(false positives)。

應(yīng)注意，在開口108處使用一或多個窗116可用于保護晶片組合件102內(nèi)的一或多個傳感器106(及其它電子器件)免受與晶片組合件102上的處理環(huán)境相關(guān)聯(lián)的有害條件。另外，一或多個窗116可充當(dāng)用于支撐薄膜濾光器(例如，電介質(zhì)濾光器)的支撐結(jié)構(gòu)。

如本文先前所提及，一或多個光傳感器106可包含一或多個二極管檢測器。在直接測量UV光強度的情況中，應(yīng)進一步注意，對UV敏感的二極管檢測器尤其有用。盡管此實施例的二極管檢測器不限制于任何特定類型的二極管檢測器，但例如(但不限制于)SiC及GaN的二極管檢測器顯示UV光且顯示適合用于直接測量UV光的敏感度特征。

在一個實施例中，本地控制器110從一或多個光傳感器106接收指示由一或多個傳感器106測量的UV光的強度的一或多個信號。此外，本地控制器110從一或多個光傳感器106接收指示一或多個傳感器106的一或多個電特性的一或多個信號。中央控制器111又可基于由一或多個光傳感器106測量的紫外光101的強度及/或一或多個光傳感器106的一或多個電特性而確定一或多個傳感器106的溫度。應(yīng)注意，二極管檢測器的各種電特性，例如(但不限制于)正向電壓(例如，在已知電流下測量的正向電壓)，可根據(jù)溫度而不同。就此而言，中央控制器111可使所測量的電特性與一或多個基于二極管的光傳感器106的溫度相關(guān)。

在另一實施例中，檢測器組合件103包含一或多個專用溫度傳感器。盡管出于簡潔的目的未在圖1B到1C中描繪一或多個溫度傳感器，但所述一或多個溫度傳感器可接近一或多個光傳感器106而定位或定位于其上。例如，在圖1B中，所述一或多個溫度傳感器可定位于鄰近一或多個光傳感器106的頂部表面或定位于其下或上。此外，一或多個溫度傳感器的輸出可耦合到一或多個本地控制器110。在本文中應(yīng)注意，一或多個專用溫度傳感器可用于本發(fā)明的直接測量方法或間接測量方法的背景中。一或多個溫度傳感器可包含所屬領(lǐng)域中已知的任何溫度傳感器。舉例來說，一或多個溫度傳感器可包含(但不限制于)RTD、熱電偶裝置及類似物。

在一個實施例中，如圖1B及1C中所展示，給定本地控制器110接近耦合到給定本地控制器110的一或多個光傳感器106而定位。此配置可適合用于低溫(例如，小于150℃的應(yīng)用)應(yīng)用中。在另一實施例中，如圖1D中所展示，給定本地控制器111定位于遠離耦合到給定本地控制器111的一或多個光傳感器106處。在此實施例中，給定本地控制器111可與襯底熱隔離。此配置可適合用于高溫(例如，高于150℃)應(yīng)用中且可用于保護本地控制器111中的敏感電子器件免受高溫傷害。應(yīng)進一步注意，一或多個本地控制器110可包含數(shù)據(jù)處理及通信的領(lǐng)域中已知的任何必要的電子組件。此外，可將一或多個電池(未展示)容納于一或多個本地控制器110內(nèi)以保護一或多個電池免受高溫傷害。

在另一實施例中，如圖1C及1D中所展示，多個光傳感器106耦合到單個本地控制器106。在另一實施例中，如圖1D中所展示，測量晶片裝置100包含多個檢測器組合件103。就此而言，測量晶片裝置100可包含多個本地控制器110，其中每一本地控制器110耦合到多個光傳感器106。此布置形成能夠監(jiān)測整個晶片組合件102的光強度與溫度的空間及時間相依性的光傳感器106的分布網(wǎng)絡(luò)。

在另一實施例中，一或多個本地控制器110無線通信地耦合到中央控制器111。一或多個本地控制器110可以任何適合方式無線通信地耦合到中央控制器111。舉例來說，如圖1D中所展示，測量晶片裝置100包含通信線圈120。就此而言，一或多個本地控制器110通信地耦合到所述通信線圈(例如，經(jīng)由電互連件118耦合)。通信線圈120又建立一或多個本地控制器110與中央控制器111之間的無線通信鏈路。例如，通信線圈120可建立與中央控制器111的通信電路122的無線通信鏈路。就此而言，通信線圈120可用于傳輸來自一或多個光傳感器106的指示強度測量及/或電特性測量(及/或來自專用溫度傳感器的溫度測量)的一或多個信號(例如，RF信號)。如先前所提及，中央控制器111又可基于一或多個光傳感器106的一或多個電特性的一或多個特性或特征(及/或來自專用溫度傳感器的溫度測量)而確定一或多個光傳感器106的溫度(其可與晶片組合件102的表面上的對應(yīng)位置相關(guān))。

圖1E到1I說明根據(jù)本發(fā)明的一或多個實施例的用于經(jīng)由間接光強度測量而測量UV光強度及溫度的測量晶片裝置100的各種視圖。在本文中應(yīng)注意，除非另有提及，否則圖1A到1D中說明的組件及實施例的描述應(yīng)被解譯為擴展到圖1E到1I。

在一個實施例中，檢測器組合件103包含一或多個光致發(fā)光(PL)元件112。應(yīng)注意，一或多個PL元件112適合用于吸收至少UV光且響應(yīng)于UV吸收而發(fā)射至少可見光。此配置允許使用通常對UV光具有小于所期望靈敏度的靈敏度的光傳感器。就此點而言，檢測器組合件103的一或多個PL元件112可用于將入射于PL元件112上的至少一些UV光轉(zhuǎn)換為可見光，可見光在一些實例中可更容易由某些傳感器類型(例如，硅二極管檢測器)檢測到。舉例來說，硅二極管檢測器通常對具有350nm以下的波長的光有較弱敏感度。

在另一實施例中，檢測器組合件103基于由一或多個光傳感器106測量的PL光的強度的強度特征確定一或多個PL元件112的溫度。舉例來說，所述強度特征可包含(但不限制于)由一或多個光傳感器106測量的PL光的強度的衰變特征(例如，衰變時間)。例如，在從一或多個本地控制器110接收PL發(fā)射強度數(shù)據(jù)后，中央控制器111可基于從給定PL元件112測量的PL光的強度的衰變時間計算與給定PL元件112對應(yīng)的溫度。應(yīng)注意，此基于衰變的測量可需要斷續(xù)激發(fā)光(例如，UV光)以便允許發(fā)射衰變的合適特征化。在本文中應(yīng)注意，來自磷光體的發(fā)射強度的指數(shù)衰變通常顯示強溫度相依性。此效應(yīng)被稱為“磷光體測溫法”。就此而言，PL元件112的給定PL發(fā)射事件的衰變行為的一或多個特征/特性可用于計算給定PL元件112的溫度。舉例來說，PL元件112的給定PL發(fā)射事件的發(fā)射強度的衰變時間可用于計算給定PL元件112的溫度。

作為另一實例，強度特征可包含(但不限制于)如由一或多個傳感器測量的PL光的強度與在已知溫度下測量的PL的強度的比率。例如，PL元件112的溫度的計算可采用以下形式：

其中T_m表示經(jīng)由獲得測量強度I_m而測量的溫度，且I₀表示在已知溫度T₀(其表示已知溫度)下獲得的經(jīng)測量的PL強度。

例如，在從一或多個本地控制器110接收PL發(fā)射強度數(shù)據(jù)后，中央控制器111可基于從給定PL元件112測量的PL光的強度的衰變時間或經(jīng)測量的PL光強度與在給定PL元件112的已知溫度下測量的PL光強度的所計算的比率而計算與給定PL元件112對應(yīng)的溫度。

在“用于高溫測量的熱成像磷光體：原理、目前最先進的技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用(Thermographic Phosphors for High Temperature Measurements:Principles,Current State of the Art and Recent Applications)”(《傳感器(Sensors)》第八卷，2008年，第5673頁到第5744頁)中提供磷光體測溫法的一般描述，所述文獻以全文引用的方式并入本文中。另外，在2015年11月28日頒予詹森(Jensen)的第5,470,155號美國專利及2015年5月9日頒予孫(Sun)的第5,414,266號美國專利中描述分析強度衰變以確定溫度，所述專利案以全文引用的方式并入本文中。

一或多個PL元件包含所屬領(lǐng)域中已知的任何PL元件。舉例來說，所述一或多個PL元件可由(但不限制于)磷光體材料或磷光體材料混合物形成。在另一實施例中，通過在襯底的表面上形成一層磷光體及/或磷光體混合物而形成一或多個PL元件。在另一實施例中，通過在晶片組合件103的襯底107的部分的表面上形成一層磷光體及/或磷光體混合物而形成一或多個PL元件。

在本文中應(yīng)注意，可在低溫及高溫兩者的狀態(tài)中實施本文描述的間接光強度/溫度測量?，F(xiàn)在參考圖1E，在一個實施例中，在低溫(例如，小于150℃)應(yīng)用的情況中，一或多個光傳感器106及其它額外電子組件(例如，本地控制器)位于晶片組合件102的空腔104內(nèi)。就此而言，一或多個光傳感器106及額外電子組件可安置于襯底107上(或至少靠近襯底107而安置)。

在一個實施例中，一或多個PL元件112接近一或多個光傳感器106而被附裝或定位。一或多個PL元件可被安置于一或多個光傳感器106的頂部表面處。現(xiàn)在參考圖1F，其說明傳感器堆疊119。舉例來說，傳感器堆疊119包含安置于光傳感器106的頂部表面上的PL元件112。此外，傳感器堆疊119經(jīng)由電互連件118耦合到一或多個本地控制器(圖1F中未展示)。在此配置中，一或多個傳感器堆疊119可以類似于關(guān)于圖1A到1D描述的傳感器布置的方式被布置，然而，在此實施例中，一或多個傳感器將檢測從PL元件112發(fā)射的光。接著，一或多個本地控制器110(或中央控制器111)可使來自PL元件112的PL光的強度與照射于PL元件112上的UV光的強度相關(guān)。中央控制器111又可接著基于由一或多個光傳感器106測量的PL光的強度特征而計算一或多個PL元件112的溫度。

在一個實施例中，一或多個PL元件112的發(fā)射可經(jīng)由自由空間耦合(圖中未展示)而耦合到一或多個傳感器106。就此而言，由一或多個PL元件發(fā)射的光在自由空間(或所選擇的大氣)中行進到一或多個傳感器106。

現(xiàn)在參考圖1G，在一個實施例中，在高溫(例如，高于150℃)應(yīng)用的情況中，一或多個光傳感器106、本地控制器110及/或其它額外電子組件(例如電池)被容納于傳感器模塊114中。在一個實施例中，傳感器模塊114與晶片組合件102的襯底107熱隔離。

在一個實施例中，檢測器組合件103包含安置于一或多個空腔104內(nèi)的一或多個導(dǎo)光元件113。一或多個導(dǎo)光元件113經(jīng)布置以將由一或多個PL元件112發(fā)射的光傳輸?shù)揭换蚨鄠€光傳感器106。就此而言，一或多個PL元件112的發(fā)射經(jīng)由一或多個導(dǎo)光元件113耦合到一或多個傳感器106。舉例來說，在高溫應(yīng)用的情況中，可將由一或多個PL元件112發(fā)射的可見光沿一或多個導(dǎo)光元件113傳輸?shù)饺菁{于傳感器模塊114中的一或多個傳感器106。在測量由一或多個PL元件112發(fā)射的可見光后，一或多個本地控制器110(或中央控制器111)可使可見PL光的強度與(通過開口108)照射于PL元件112上的UV光的強度相關(guān)。接著，中央控制器111可基于由一或多個光傳感器106測量的可見PL光的強度的強度特征而計算一或多個PL元件112的溫度。

一或多個導(dǎo)光元件113可包含所屬領(lǐng)域中已知的任何導(dǎo)光元件。在一個實施例中，一或多個導(dǎo)光元件113包含光學(xué)光導(dǎo)。舉例來說，一或多個導(dǎo)光元件113可包含(但不限制于)由玻璃、石英、藍寶石、丙烯酸及類似物形成的光學(xué)光導(dǎo)。作為另一實例，一或多個導(dǎo)光元件113可包含(但不限制于)光纖或光纖束。

在另一實施例中，晶片組合件102經(jīng)建構(gòu)使得一或多個空腔104由與一或多個導(dǎo)光元件103共形的一或多個通道組成。在另一實施例中，如圖1G中所展示，一或多個導(dǎo)光元件113可提供對傳感器模塊114的機械支撐以便輔助將傳感器模塊114緊固于晶片組合件102的頂部表面上。應(yīng)注意，在剛性光導(dǎo)(例如，玻璃、丙烯酸、石英、藍寶石棒)情況中，導(dǎo)光元件113歸因于光導(dǎo)的剛性及低熱傳導(dǎo)性而在對傳感器模塊114供應(yīng)機械支撐中尤其有用。

在另一實施例中，檢測器組合件103包含一或多個傳感器濾光器(未展示)。舉例來說，傳感器濾光器可定位于一或多個光傳感器106的入口處。例如，傳感器濾光器可被定位于給定導(dǎo)光元件113的輸出與到對應(yīng)光傳感器106的入口之間。一或多個傳感器濾光器可經(jīng)選擇以便濾除非所要的光使其無法由一或多個光傳感器106檢測到。舉例來說，一或多個傳感器濾光器可包含(但不限制于)能夠阻擋經(jīng)由開口108進入晶片組合件空腔102的激發(fā)光(例如，UV光)的濾光器。就此而言，一或多個傳感器濾光器可包含(但不限制于)使來自一或多個PL元件113的PL發(fā)射(或PL發(fā)射的一部分)選擇性地通過到一或多個光傳感器106的一或多個濾光器。

現(xiàn)在參考圖1H及1I，檢測器組合件103包含多個導(dǎo)光元件113。舉例來說，多個導(dǎo)光元件113可用于將來自多個PL元件112的PL發(fā)射耦合到容納于單個傳感器模塊114內(nèi)的多個光傳感器106。

圖1H說明測量晶片裝置100的橫截面圖，其中多個導(dǎo)光元件113將一或多個PL元件112的輸出耦合到多個傳感器106。在此實施例中，每一PL元件112耦合到單個光傳感器106。在另一實施例中，多個PL元件112耦合到單個光傳感器106。

此外，多個導(dǎo)光元件113用于從晶片組合件102提升傳感器模塊114。

圖1I說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的測量晶片裝置100的晶片組合件102的襯底107的俯視圖，其中多個導(dǎo)光元件113將一或多個PL元件112的輸出耦合到多個傳感器106。應(yīng)注意，出于簡潔目的，圖1I中未描繪蓋105。在一個實施例中，多個PL元件112(例如，磷光體光點)分布于晶片組合件102的整個襯底107。此外，裝置100包含多個傳感器模塊114。多個傳感器模塊114中的每一者包含一或多個光傳感器106(圖1I中未展示)及一或多個本地控制器110(及/或其它電子組件(例如，處理器、存儲器、電池及類似物))。就此而言，一組導(dǎo)光元件113用于將光(例如，可見光)從PL元件113的群組中的每一者傳輸?shù)较嚓P(guān)聯(lián)的傳感器模塊114。

盡管出于簡潔目的而未在圖1I中描繪蓋105，但應(yīng)進一步注意，分布于整個襯底107的PL元件113可由安置于坐落于襯底上的蓋105上/中的窗116覆蓋。就此而言，蓋105可具有對應(yīng)于分布于整個襯底107的PL元件112的圖案的窗圖案。

如先前所提及，測量晶片裝置還包含適合用于建立傳感器模塊114與中央控制器111之間的通信鏈路(例如，中央控制器111的通信電路122)的一或多個通信線圈120。

在本文中應(yīng)注意，盡管本發(fā)明著重于由中央控制器111實施溫度確定，但這不是對本發(fā)明的限制。在本文中應(yīng)認識到，可在一或多個本地控制器110(或任何額外控制器或處理元件)上實施本發(fā)明的溫度計算。一般來說，應(yīng)注意可在一或多個本地控制器110或中央控制器111上實施本發(fā)明的各種數(shù)據(jù)處理步驟(或各種數(shù)據(jù)處理步驟的部分)。

圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的測量整個測量晶片100的輻射強度及溫度的方法200的流程圖。在本文中應(yīng)注意，流程圖200的步驟不應(yīng)被解譯為具有限制性且僅出于說明性目的提供。

在一個實施例中，過程開始于步驟202。在步驟204中，過程包含在一或多個傳感器106的第i個傳感器處測量UV光的強度。舉例來說，可直接測量(例如，由傳感器106測量通過開口108的UV光)或間接測量(例如，由傳感器106測量響應(yīng)于UV光吸收而發(fā)射的可見PL光)UV光強度。接著，在步驟206中，在第i個傳感器處測量光強度之后，將所得結(jié)果存儲于存儲器中(例如，本地控制器110的存儲器)。在步驟208中，如果第i個傳感器并非一或多個傳感器106的最后一個傳感器，那么采用否(NO)分支且重復(fù)步驟204、206。在其中第i個傳感器是一或多個光傳感器106的最后一個傳感器的情況中，那么采用是(YES)分支且過程前進到步驟210。

在步驟210中，將從N個傳感器所獲取且存儲的測量數(shù)據(jù)(例如，存儲于一或多個本地控制器110中)傳輸?shù)街醒肟刂破?11。

在步驟212中，計算一或多個傳感器106的第i個傳感器的溫度。舉例來說，可基于所測量的強度的強度特征(例如，間接測量情況中的可見強度的衰變時間)而計算與第i個傳感器相關(guān)聯(lián)的溫度。通過另一實例，可基于一或多個傳感器106的一或多個經(jīng)測量的電特性(例如，一或多個傳感器的正向電壓)而計算與第i個傳感器相關(guān)聯(lián)的溫度。通過另一實例，可使用專用第i個溫度傳感器來測量與第i個傳感器相關(guān)聯(lián)的溫度。

在步驟214中，如果第i個傳感器并非一或多個傳感器106的最后一個傳感器，那么采用否分支且重復(fù)步驟212。在其中第i個傳感器是一或多個光傳感器106的最后一個傳感器的情況中，那么采用是分支且過程前進到步驟216。

在步驟216中，將N個傳感器中的每一者的強度及/或溫度結(jié)果被映射到晶片組合件102的表面。舉例來說，中央控制器111(或另一控制器)可使一或多個傳感器106中的每一傳感器測量的強度及/或溫度相關(guān)。接著，基于光傳感器106中的每一者的已知位置(或在間接測量方法的情況中PL元件113中的每一者的位置)，中央控制器111可根據(jù)晶片組合件102的頂部表面(例如，X-Y位置)的平面中的位置而在晶片組合件102的頂部表面形成強度及/或溫度的數(shù)據(jù)庫及/或映射。在另一實施例中，在用戶接口(未展示)的顯示器上呈現(xiàn)強度及/或溫度的數(shù)據(jù)庫及/或映射。

本文中描述的標(biāo)的物有時說明其它組件內(nèi)含有的或與其它組件連接的不同組件。應(yīng)理解，此類經(jīng)描繪的架構(gòu)僅是示范性的，且實際上可實施實現(xiàn)相同功能性的許多其它架構(gòu)。在概念性意義中，實現(xiàn)相同功能性的組件的任何布置是有效“相關(guān)聯(lián)”的使得可實現(xiàn)所期望的功能性。因此，經(jīng)組合以實現(xiàn)特定功能性的本文中的任何兩個組件可被視為彼此“相關(guān)聯(lián)”，使得可實現(xiàn)所期望的功能性，無論架構(gòu)或中間組件為何。同樣地，如此相關(guān)聯(lián)的任何兩個組件也可視為彼此“連接”或“耦合”以實現(xiàn)所期望的功能性，且能夠如此相關(guān)聯(lián)的任何兩個組件也可視為彼此“可耦合”以實現(xiàn)所期望的功能性。可耦合的特定實例包含(但不限制于)物理上可交互及/或物理上交互組件及/或無線可可交互及/或無線交互組件及/或邏輯可交互及/或邏輯交互組件。

據(jù)信，將通過以上描述理解本發(fā)明及其許多伴隨優(yōu)勢，且將明白可在不背離所揭示的標(biāo)的物或不犧牲全部其關(guān)鍵優(yōu)勢的情況下對組件的形式、構(gòu)造及布置作出各種改變。所描述的形式僅是說明性的，且所附權(quán)利要求書希望涵蓋且包含此類改變。此外，應(yīng)理解，由所附權(quán)利要求書界定本發(fā)明。