專利名稱：無線類基片傳感器的制作方法
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的特征在于極其潔凈的環(huán)境和極其精密的半導(dǎo)體晶片移動(dòng)。工業(yè)上廣泛依賴于高精密度的機(jī)器人系統(tǒng)來以必需的精密度，在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)內(nèi)相對(duì)于各種處理臺(tái)移動(dòng)諸如半導(dǎo)體晶片之類的基片。
這種機(jī)器人系統(tǒng)的可靠且有效的操作取決于元件的精密定位、對(duì)準(zhǔn)和/或平行。準(zhǔn)確的晶片定位使晶片偶然擦過晶片處理系統(tǒng)的壁面的機(jī)會(huì)最小化?？梢砸笤谔幚硎业奶幚淼鬃系臏?zhǔn)確的晶片定位，以便優(yōu)化該工藝的產(chǎn)量。半導(dǎo)體處理系統(tǒng)內(nèi)的表面之間的精確平行對(duì)于確保在從機(jī)器人末端效應(yīng)器傳送到晶片承載架、預(yù)對(duì)準(zhǔn)真空吸盤、裝卸用閘室(load lock)升降架、處理室傳送管腳和/或底座期間的最小基片滑動(dòng)或移動(dòng)是重要的。當(dāng)晶片在支撐物上滑動(dòng)時(shí)，也許會(huì)刮掉微粒，引起產(chǎn)量損失。錯(cuò)放或未對(duì)準(zhǔn)組件，即使是毫米量級(jí)的小部分，也會(huì)影響半導(dǎo)體處理系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組件的協(xié)作，使產(chǎn)品產(chǎn)量和/或質(zhì)量降低。
在初始的制造中必須實(shí)現(xiàn)這種精密的定位，并且在系統(tǒng)使用期間必須保持這種精密的定位。由于正常磨損，或者作為維護(hù)、修理、改變或替換的過程結(jié)果，會(huì)改變組件定位。因此，自動(dòng)地測(cè)量并補(bǔ)償半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的各個(gè)組件中的相對(duì)微小的位置變化是非常重要的。
過去，曾經(jīng)嘗試過提供例如晶片的基片形式的類基片傳感器，該傳感器可以移動(dòng)通過半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，以便無線地傳遞信息，例如半導(dǎo)體系統(tǒng)內(nèi)的基片斜率和加速度。如此處所用，“類基片(substrate-like)”意欲表示基片形式的傳感器，諸如半導(dǎo)體晶片、液晶顯示玻璃板或刻度片之類。曾經(jīng)嘗試過提供無線類基片傳感器，包括附加類型的檢測(cè)器，使得類基片傳感器能夠測(cè)量半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的處理環(huán)境內(nèi)的大量?jī)?nèi)部狀況。無線類基片傳感器能夠在減少破壞內(nèi)部環(huán)境以及減少干擾基片處理機(jī)制和制造工藝(例如烘烤、蝕刻、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、涂覆、沖洗、干燥等)的情況下，在整個(gè)處理設(shè)備內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。例如，無線類基片傳感器不需要排出或抽空真空室；也不會(huì)對(duì)超潔凈環(huán)境造成比實(shí)際處理期間所經(jīng)受的污染更嚴(yán)重的污染。無線類基片傳感器形成因素能夠以最小的觀察不確定性來測(cè)量處理狀況。
由于在實(shí)際半導(dǎo)體處理環(huán)境中傳送無線類基片傳感器，這些傳感器不會(huì)負(fù)面影響環(huán)境本身是重要的。因此，這種傳感器應(yīng)該不允許從其中脫落微粒，也不允許漏氣。此外，為了確保這種傳感器可以移動(dòng)到正常的基片可以移動(dòng)到的半導(dǎo)體處理環(huán)境內(nèi)的各個(gè)位置，傳感器的尺寸應(yīng)該至少與最大基片大小一樣小，優(yōu)選地比這更小。最后，為了確保傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，傳感器的重量不會(huì)引起處理設(shè)備的任何顯著的彎曲(deflection)或其它形式的偏移。因此，這種傳感器應(yīng)該相對(duì)重量較輕。
因此，當(dāng)前存在對(duì)潔凈、輕質(zhì)和窄板設(shè)計(jì)(low profile)的無線類基片傳感器的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種無線類基片傳感器被配置成窄板設(shè)計(jì)。一個(gè)示范的窄板設(shè)計(jì)包括使用無引線陶器芯片承載器上的圖像獲取系統(tǒng)。然后，向電路板或剛性互連提供凹槽，以便容納圖像獲取系統(tǒng)。圖像獲取系統(tǒng)位于凹槽內(nèi)，并且通過無引線陶瓷芯片承載器的外圍與電路板相連。


圖1是半導(dǎo)體晶片處理環(huán)境的圖示。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線類基片傳感器的頂部透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線類基片傳感器的仰視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的中央部分120的圖示。
圖5是位于印刷電路板上的圖像獲取系統(tǒng)的圖示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、安裝在印刷電路板內(nèi)的圖像獲取系統(tǒng)的圖示。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、在印刷電路板的凹槽內(nèi)安裝CLCC插件的透視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、安裝到印刷電路板的圖像獲取系統(tǒng)的圖示。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、具有通風(fēng)口的無線類基片傳感器的透視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、具有可形變壓力均衡構(gòu)件的無線類基片傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是半導(dǎo)體晶片處理環(huán)境的圖示，所述環(huán)境包括晶片容器100、機(jī)器人102和簡(jiǎn)單圖示為盒形的系統(tǒng)組件站104。晶片容器100被示出為包含三個(gè)晶片106、108和110以及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線類基片傳感器112。從圖1中可見，優(yōu)選地，按照使其能夠以與晶片本身相同的方式在半導(dǎo)體晶片處理環(huán)境內(nèi)移動(dòng)的形式因素來具體實(shí)現(xiàn)傳感器112。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種類基片無線傳感器，具有足夠低的高度以使類基片傳感器能夠移動(dòng)通過系統(tǒng)，就像它是例如晶片的基片一樣。例如，認(rèn)為小于大約9.0mm的高度是可接受的。優(yōu)選地，傳感器具有1至2個(gè)晶片的重量，例如，認(rèn)為大約125克和大約250克之間的重量是可接受的。認(rèn)為大約25mm的間隔距離滿足多數(shù)應(yīng)用的要求；然而，一些應(yīng)用也許要求不同的間距。如此處所用，“間距”是從傳感器的底部到目標(biāo)的標(biāo)稱距離。傳感器的直徑優(yōu)選地與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片直徑之一相匹配，例如300mm、200mm或150mm。
優(yōu)選地，傳感器112由重量輕、尺寸穩(wěn)定的材料構(gòu)成。優(yōu)選地，傳感器112由具有高硬度的基材構(gòu)成，例如鋁合金、鋁、鎂和/或陶瓷。傳感器框架本身可以涂覆有任何適當(dāng)?shù)耐繉?，包括氧化鋁、鎳或陶瓷，以便改進(jìn)機(jī)械或化學(xué)屬性。
為了類基片傳感器準(zhǔn)確地測(cè)量三維偏移，對(duì)于傳感器而言，重要的是按照與實(shí)際基片類似的方式進(jìn)行形變?？梢栽谝韵乱?guī)范中找到普通晶片的尺寸和特性SEMI M-0302，“Specification for PolishedMonocrystaline Silicon Wafers”，Semiconductor Equipment and MaterialsInternational，www.semi.org。在邊緣處支撐的300mm硅晶片的中央在其自身的重力下將下陷約0.5mm。傳感器的形變和實(shí)際晶片的形變之間的差異應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)小于傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度。在優(yōu)選實(shí)施例中，類基片傳感器的硬度導(dǎo)致幾乎與實(shí)際硅晶片相同的彎曲。因此，不需要補(bǔ)償來校正任何彎曲差異?？蛇x地，可以將補(bǔ)償因子添加到測(cè)量中。類似地，類基片傳感器的重量也使其支撐物彎曲?；挝锇ǖ痪窒抻谀┒诵?yīng)器、底座、傳送管腳、支架等。不同的支撐物彎曲既是傳感器和基片的重量的函數(shù)，也是基片支撐物的機(jī)械硬度的函數(shù)。由傳感器和由基片所引起的支撐物彎曲之間的差異同樣應(yīng)該遠(yuǎn)小于傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度，或者應(yīng)該通過適當(dāng)?shù)挠?jì)算來補(bǔ)償彎曲差異。
在現(xiàn)有技術(shù)中，技術(shù)人員通過在去掉處理室的蓋子之后或者通過蓋子中的透明窗來觀看，來反復(fù)地調(diào)整真空傳送機(jī)器人末端效應(yīng)器與處理室底座的對(duì)準(zhǔn)。有時(shí)，必須首先在處理底座上放置相當(dāng)適合的工件夾具或夾具，以提供適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)標(biāo)記。類基片傳感器提供了一種改進(jìn)的、技術(shù)人員輔助的對(duì)準(zhǔn)方法。類基片傳感器提供要對(duì)準(zhǔn)的對(duì)象的圖像，而不需要去掉蓋子，比通過窗觀看更清晰。無線類基片傳感器節(jié)約了大量時(shí)間，并且改進(jìn)了對(duì)準(zhǔn)的可重復(fù)性。
無線類基片傳感器可以通過無線發(fā)送模擬攝像圖像。
優(yōu)選實(shí)施例使用類基片無線傳感器的機(jī)器視覺子系統(tǒng)來向外部系統(tǒng)發(fā)送存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的全部或部分?jǐn)?shù)字圖像，用于顯示或分析。顯示器可以位于接收機(jī)附近，或者可以通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來中繼圖像數(shù)據(jù)以用于遠(yuǎn)程顯示。在優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)送按照數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流編碼的攝像圖像，以使通信信道噪聲所引起的圖像質(zhì)量下降最小化。可以使用任意一種公知數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法來壓縮數(shù)字圖像，以便使所需數(shù)據(jù)率最小化。通過僅發(fā)送與前一圖像變化的圖像部分，也可以顯著地降低數(shù)據(jù)率。類基片傳感器或顯示器可以涂有電子叉絲(cross hair)或其它適當(dāng)?shù)臉?biāo)志以幫助技術(shù)人員評(píng)價(jià)對(duì)準(zhǔn)質(zhì)量。
盡管視覺輔助技術(shù)比手動(dòng)方法更方便，技術(shù)人員判斷仍然會(huì)影響對(duì)準(zhǔn)的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性?？梢允褂冒w一化二維相關(guān)的多種公知方法來分析類基片無線傳感器攝像機(jī)所獲取的圖像，以測(cè)量樣式與其預(yù)期位置的偏離。樣式可以是訓(xùn)練視覺系統(tǒng)來識(shí)別的圖像的任意部分。樣式可以由系統(tǒng)記錄?？梢詳?shù)學(xué)地向系統(tǒng)描繪樣式。數(shù)學(xué)地描述的樣式可以在制造時(shí)固定，或者在要使用時(shí)進(jìn)行編程。傳統(tǒng)的歸一化二維相關(guān)對(duì)于樣式圖像大小的改變敏感。當(dāng)使用簡(jiǎn)單的透鏡系統(tǒng)時(shí)，放大率與物距成比例地變化。通過反復(fù)地縮放圖像或參考物，可以獲得增強(qiáng)的樣式偏離測(cè)量性能。假設(shè)已知樣式的大小或已知放大率，如同在記錄參考樣式時(shí)一樣，則導(dǎo)致最佳相關(guān)的比例表示了放大率。
當(dāng)已知圖像平面中象素與物平面中象素的大小之間的對(duì)應(yīng)時(shí)，以對(duì)于技術(shù)人員或機(jī)械控制器而言比例如象素的絕對(duì)單位更容易解釋的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量單位來報(bào)告偏離。例如，可以按照毫米來提供偏離，使得操作員可以簡(jiǎn)單地將系統(tǒng)調(diào)整所報(bào)告的量?？梢允謩?dòng)地、由外部計(jì)算機(jī)或優(yōu)選地在傳感器本身內(nèi)來執(zhí)行獲得標(biāo)準(zhǔn)單位的偏離所需的計(jì)算。當(dāng)傳感器從圖像中提取所需的信息時(shí)，發(fā)送了最小量的信息，并給技術(shù)人員或外部控制器帶來最小的計(jì)算負(fù)擔(dān)。按照這種方式，可以使用客觀標(biāo)準(zhǔn)來改進(jìn)對(duì)準(zhǔn)的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性。自動(dòng)偏離測(cè)量通過去除由于技術(shù)人員的判斷而引起的變化，改進(jìn)了對(duì)準(zhǔn)的可再現(xiàn)性。
在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)和校準(zhǔn)期間，不僅相對(duì)于第二支撐結(jié)構(gòu)來正確地放置末端效應(yīng)器是重要的，確保兩個(gè)基片支撐結(jié)構(gòu)彼此平行也是重要的。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用無線類基片傳感器的機(jī)器視覺子系統(tǒng)來測(cè)量?jī)蓚€(gè)基片支撐物之間的三維關(guān)系。例如，機(jī)器人末端效應(yīng)器可以使無線類基片傳感器保持靠近傳送位置，并且由傳感器攝像機(jī)對(duì)位于相對(duì)基片支撐物上的樣式進(jìn)行六自由度的三維偏離測(cè)量。一組六自由度包括方位角、俯仰角、傾斜角以及笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)的x、y和z軸的位移。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以使用其它坐標(biāo)系統(tǒng)。同時(shí)測(cè)量平行和笛卡兒偏離使得技術(shù)人員或控制器能夠客觀地確定令人滿意的對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)使用控制器時(shí)，可以完全自動(dòng)地進(jìn)行不需要技術(shù)人員干涉的對(duì)準(zhǔn)?？梢詫⒆詣?dòng)對(duì)準(zhǔn)并入預(yù)定的預(yù)防性例行維護(hù)中，以優(yōu)化系統(tǒng)性能和可用性。
一般而言，通過命令機(jī)器人102選擇傳感器112并將其傳遞到參考目標(biāo)114，來執(zhí)行機(jī)器人系統(tǒng)102的操作和自動(dòng)校準(zhǔn)。一旦發(fā)出命令，機(jī)器人102適當(dāng)?shù)仳?qū)使各個(gè)連接來滑動(dòng)傳感器112下的末端效應(yīng)器116，從而從容器100中移出傳感器112。一旦移出了，機(jī)器人102直接在參考目標(biāo)114上移動(dòng)傳感器112，以使傳感器112內(nèi)的光學(xué)圖像獲取系統(tǒng)(未在圖1中示出)獲得參考目標(biāo)114的圖像。根據(jù)目標(biāo)圖像的先驗(yàn)知識(shí)，測(cè)量傳感器和目標(biāo)114之間的三維偏離。測(cè)量計(jì)算可以發(fā)生在傳感器內(nèi)或者在外部計(jì)算機(jī)內(nèi)。根據(jù)參考目標(biāo)114的精確位置和朝向的先驗(yàn)知識(shí)，可以分析其三維偏離來確定拾取傳感器112的機(jī)器人102所產(chǎn)生的拾取誤差。內(nèi)部或外部計(jì)算都使得系統(tǒng)能夠補(bǔ)償由傳感器112的拾取過程所引入的任何誤差。
該信息使得傳感器112能夠獲取附加目標(biāo)的圖像，所述目標(biāo)例如系統(tǒng)組件104上的目標(biāo)116，以便計(jì)算系統(tǒng)組件104的精確位置和朝向。重復(fù)該過程使得機(jī)器人102的控制器能夠精確地描繪半導(dǎo)體處理系統(tǒng)內(nèi)的所有組件的確切位置。優(yōu)選地，該描繪產(chǎn)生至少三個(gè)、優(yōu)選為六個(gè)自由度(x、y、z、方位角、俯仰角、傾斜角)的位置和朝向信息?？梢杂杉夹g(shù)人使用描繪信息來機(jī)械地調(diào)整任意組件相對(duì)于任意其它組件的六自由度的位置和朝向。優(yōu)選地，將類基片無線傳感器所提供的準(zhǔn)確測(cè)量用于最小化或減小由于技術(shù)人員的判斷所引起的可變性。優(yōu)選地，向自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)處理的機(jī)器人或系統(tǒng)控制器報(bào)告該位置信息。最終完成了所有機(jī)械調(diào)整；可以將類基片傳感器用于測(cè)量其它的對(duì)準(zhǔn)誤差?？梢允褂昧杂啥鹊钠x測(cè)量來調(diào)整存儲(chǔ)在機(jī)器人和/或系統(tǒng)控制器的存儲(chǔ)器中的點(diǎn)的坐標(biāo)。這些點(diǎn)包括但不局限于當(dāng)末端效應(yīng)器位于FOUP槽#1基片傳送點(diǎn)處時(shí)大氣基片(atmosphericsubtrate)處理機(jī)器人的位置；當(dāng)末端效應(yīng)器位于FOUP槽#25基片傳送點(diǎn)時(shí)大氣基片處理機(jī)器人的位置；當(dāng)末端效應(yīng)器位于基片預(yù)對(duì)準(zhǔn)器基片傳送點(diǎn)處時(shí)大氣基片處理機(jī)器人的位置；當(dāng)末端效應(yīng)器位于交換基片傳遞點(diǎn)處時(shí)大氣基片處理機(jī)器人的位置；當(dāng)末端效應(yīng)器位于附著在大氣基片處理系統(tǒng)的框架上的參考目標(biāo)處時(shí)大氣基片處理機(jī)器人的位置；當(dāng)末端效應(yīng)器位于交換傳送點(diǎn)處時(shí)真空傳送機(jī)器人的位置；以及當(dāng)末端效應(yīng)器位于附著在真空傳送系統(tǒng)的框架上的目標(biāo)處時(shí)真空傳送機(jī)器人的位置。
本發(fā)明的可選實(shí)施例存儲(chǔ)并報(bào)告測(cè)量。在一些半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)無線通信是不實(shí)際的。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也許干擾無線通信。無線通信能量也許干擾基片處理系統(tǒng)的正確操作。在這些情況下，優(yōu)選地，傳感器112在向各個(gè)目標(biāo)傳遞值時(shí)記錄這些值，用于稍后發(fā)送到主機(jī)。使用其圖像獲取系統(tǒng)或其它適當(dāng)檢測(cè)器，當(dāng)傳感器112意識(shí)到它不再移動(dòng)時(shí)，傳感器112優(yōu)選地記錄偏離的時(shí)間和值。稍后，當(dāng)傳感器112返回到其機(jī)座(holster)(未示出)時(shí)，傳感器112可以重新記起存儲(chǔ)的時(shí)間和值，并且將這些信息發(fā)送到主機(jī)?？梢酝ㄟ^電傳導(dǎo)、光信令、電感耦合或任意其它適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺?shí)現(xiàn)該發(fā)送。無線類基片傳感器的存儲(chǔ)和報(bào)告操作可能增加可靠性、降低成本并縮短系統(tǒng)的調(diào)整批準(zhǔn)周期。此外，這避免了RF能量干擾傳感器及其機(jī)座附近的靈敏設(shè)備的可能性。存儲(chǔ)和報(bào)告操作還可以被用于克服實(shí)時(shí)無線通信信道的暫時(shí)中斷。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線類基片傳感器118的頂部透視圖。傳感器118與圖1所示的傳感器112的不同僅在于實(shí)現(xiàn)重量減輕的方式。具體地，傳感器112采用大量撐材(strut)118來將中央傳感器部分120懸掛在可以容納例如300毫米直徑晶片的標(biāo)準(zhǔn)晶片大小的外徑122內(nèi)。相反地，傳感器118采用多個(gè)通孔124，通孔124同樣減輕了傳感器118的重量?？梢允褂闷渌鼧邮降目讈韺?shí)現(xiàn)所需的重量減輕。此外，可以單獨(dú)使用如圖1所示的加強(qiáng)肋，或者結(jié)合減重孔來使用，以針對(duì)強(qiáng)度、硬度和重量來優(yōu)化框架設(shè)計(jì)。還可以設(shè)想其它的重量減輕設(shè)計(jì)，例如包括使部分傳感器中空；和/或用輕質(zhì)材料來填充一部分?？梢允褂玫钠渌亓繙p輕和加強(qiáng)硬度的屬性包括圓形孔、輻條、格子、蜂窩結(jié)構(gòu)等?？蛇x地，例如，可以通過蝕刻到例如單晶硅的晶體基片中來形成孔。通過去除不需要的材料所節(jié)約的重量可以用于提供更長(zhǎng)周期的無線操作的更大電池和/或提供更強(qiáng)的信號(hào)調(diào)整、其它傳感模式和/或?qū)崟r(shí)無線通信的其它組件。
傳感器112和傳感器118都采用中央?yún)^(qū)域120。中央部分120下側(cè)的一部分直接位于如圖3所示的檢查孔126上。檢查孔126使得照明器128和圖像獲取系統(tǒng)120可以在機(jī)器人102移動(dòng)傳感器118時(shí)獲取位于傳感器118之下的目標(biāo)的圖像。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的部分120的圖示。優(yōu)選地，部分120包括電路板140，在電路板140上安裝了大量組件。具體地，電池142優(yōu)選地被安裝在電路板140上，并且通過功率管理模塊146與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)144相連。功率管理模塊146確保將正確的電壓電平提供給數(shù)字信號(hào)處理器144。優(yōu)選地，功率管理模塊146是可從德州儀器獲得的商標(biāo)標(biāo)示TPS5602下的功率管理集成電路。此外，數(shù)字信號(hào)處理器144優(yōu)選地是可從德州儀器獲得的商標(biāo)標(biāo)示TM320C6211下的微處理器。數(shù)字信號(hào)處理器144與存儲(chǔ)模塊148相連，存儲(chǔ)模塊148可以是任意類型的存儲(chǔ)器。然而，優(yōu)選地，存儲(chǔ)器148包括具有16Mx16大小的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)的模塊。模塊148還優(yōu)選地包括具有256Kx8大小的閃存。閃存對(duì)于存儲(chǔ)諸如程序、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和/或需要的其它不變數(shù)據(jù)之類的非易失性數(shù)據(jù)是有用的。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器對(duì)于存儲(chǔ)諸如獲取的圖像或與程序操作有關(guān)的數(shù)據(jù)之類的易失性數(shù)據(jù)是有用的。
優(yōu)選地，包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)的照明模塊150以及圖像獲取系統(tǒng)152通過攝像機(jī)控制器154與數(shù)字信號(hào)處理器144相連。攝像機(jī)控制器154便于圖像獲取和照明，因此按照數(shù)字信號(hào)處理器144的命令來給LED和圖像獲取系統(tǒng)152提供相關(guān)信令。優(yōu)選地，圖像獲取系統(tǒng)152包括面陣列器件，例如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像器件，這些器件優(yōu)選地與將圖像聚焦到陣列上的光學(xué)系統(tǒng)156相連。優(yōu)選地，圖像獲取器件可從柯達(dá)的商標(biāo)標(biāo)示KAC-0310下獲得。優(yōu)選地，數(shù)字信號(hào)處理器144還包括多個(gè)I/O端口158、160。這些端口優(yōu)選地是串行端口，便于數(shù)字信號(hào)處理器144和其它設(shè)備之間的通信。具體地，串行端口158與射頻模塊162相連，使得通過端口158發(fā)送的數(shù)據(jù)通過射頻模塊162與外部設(shè)備相連。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，射頻模塊162根據(jù)可從Bluetooth SIG(www.bluetooth.com)獲得的公知藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)、藍(lán)牙核心規(guī)范版本1.1(2001年2月22日)來進(jìn)行操作。模塊162的一個(gè)示例可從Mitsumi的商標(biāo)標(biāo)示W(wǎng)ML-C11下獲得。
檢測(cè)器164可以具有任意適當(dāng)形式，并且提供與半導(dǎo)體處理系統(tǒng)內(nèi)的任何附加狀況相關(guān)的有關(guān)信息。這種檢測(cè)器可以包括一個(gè)或多個(gè)溫度計(jì)、加速度計(jì)、傾角計(jì)、指南針(磁場(chǎng)方向檢測(cè)器)、光檢測(cè)器、壓力檢測(cè)器、電場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)器、磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)器、酸度檢測(cè)器、聲音檢測(cè)器、濕度檢測(cè)器、化學(xué)分支(moiety)活性檢測(cè)器或適當(dāng)?shù)钠渌我忸愋偷臋z測(cè)器。
圖5是安裝在電路板202上的圖像獲取系統(tǒng)152的圖示。標(biāo)記204通常位于電路板202的背面。透明涂層或透鏡206位于圖像獲取設(shè)備152附近。其中具有透鏡214的管狀通道208延伸通過電路板212內(nèi)的孔210。優(yōu)選地，透鏡214的外徑和管子208的內(nèi)徑帶螺紋，使得使透鏡214在管子208內(nèi)旋轉(zhuǎn)來改變圖像焦點(diǎn)。一個(gè)或多個(gè)LED 216與電路板212相連，并且提供照明以用于圖像獲取。使用市場(chǎng)上可獲得的材料和器件的圖5所示的配置導(dǎo)致整體厚度t近似8.5毫米。在傳感器本身必須通過厚度小于8.5毫米的槽或其它開口的一些無線類基片應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，按照窄板設(shè)計(jì)配置來布置這些市場(chǎng)上可獲得的組件，以使整個(gè)傳感器的高度(profile)近似減少電路板的厚度。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、與電路板250相連的圖像獲取系統(tǒng)154的圖示。圖6所示的系統(tǒng)的一些組件與參考圖5所示的組件類似，并且類似地對(duì)相同組件進(jìn)行編號(hào)。電路板250被適配具有開口252，開口252的大小能夠容納圖像獲取系統(tǒng)154。如上所述，圖像獲取系統(tǒng)154優(yōu)選地是可從柯達(dá)獲得的型號(hào)KAC-0310。該系統(tǒng)被設(shè)置在每一側(cè)具有12個(gè)附著區(qū)的48管腳陶瓷無引線芯片承載器(CLCC)中。該設(shè)置使得圖像獲取系統(tǒng)154能夠陷入開口252中至少電路板250的厚度處。由于典型的電路板厚度近似為1毫米，這導(dǎo)致節(jié)約了1毫米厚度，導(dǎo)致圖6所示的配置的整體厚度近似為7.5毫米。
圖7是示出了圖像獲取系統(tǒng)154和其中具有開口252的電路板250的透視圖。如圖7所示，圖像獲取系統(tǒng)154包括圍繞其外圍的多個(gè)連接點(diǎn)254。為了嚙合圖像獲取系統(tǒng)154的點(diǎn)254，電路板250具有設(shè)置在開口252內(nèi)表面周圍的多個(gè)接觸位置256，以便連接系統(tǒng)154的點(diǎn)254。可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞絹懋a(chǎn)生接觸位置256，這些方式包括但不局限于在接觸位置256的每個(gè)位置處在電路板250中形成蝕刻通孔，然后穿通電路板250，以在電路板250中留下每個(gè)蝕刻通孔的一部分，從而形成焊點(diǎn)。然后，可以手動(dòng)地或者通過機(jī)器來應(yīng)用焊接以使位置256與點(diǎn)254嚙合。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例、與電路板260電連接的圖像獲取系統(tǒng)的圖示。代替在圖像獲取系統(tǒng)154和電路板260之間直接設(shè)置電接觸，設(shè)置柔性電路262，以與圖像獲取系統(tǒng)154和電路板260電接觸。柔性電路通常是由位于兩層絕緣材料之間的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑(trace)形成的非常薄的電路。柔性電路公知薄至2毫米。在另一個(gè)實(shí)施例中，圖像獲取系統(tǒng)內(nèi)的CMOS芯片本身可以被移開并直接附著在印刷電路板上，而不是被裝載在其傳統(tǒng)陶瓷無引線芯片承載器中。然而，在這種實(shí)施例中，難以保持成像器的光學(xué)表面的潔凈。此外，認(rèn)為顯著地增加了組裝成本并且降低了整體的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，無線類基片傳感器設(shè)置有改進(jìn)的保護(hù)，以避免污染半導(dǎo)體晶片處理室。這種傳感器測(cè)量物理屬性而不污染處理室是非常重要的。此外，這種傳感器必須在尺寸上是穩(wěn)定的。公知的傳感器材料和組件也許脫落微粒，會(huì)污染晶片處理室。如果將無線類基片傳感器密封以隔離傳感器內(nèi)可能污染的材料，在內(nèi)部和外部之間會(huì)產(chǎn)生壓力差。如果足夠極端，壓力差可能使框架變形，或者甚至?xí)鹌屏选Ｓ绕涫菍?duì)于輕質(zhì)類基片傳感器框架，由于希望使框架的整體重量最小化，框架在機(jī)械上是脆弱的。
無線類基片傳感器通常具有內(nèi)部空間和外部空間。一些傳感器被容納在內(nèi)部空間中。傳感器框架包括避免氣體、微?；蚍肿映送ㄟ^為此目的而專門設(shè)置的通風(fēng)口之外進(jìn)入或離開內(nèi)部空間的封口。在通風(fēng)口兩端設(shè)置過濾器，以通過氣體，但是防止通過微粒或分子，這些太大而難以適合通過過濾器。優(yōu)選地，傳感器的外表面具有或涂覆有或沉積有化學(xué)惰性材料，例如鎳、聚乙烯或聚碳酸酯。同樣優(yōu)選地，選擇傳感器框架的形狀和涂層，使得傳感器本身易于清潔。同樣優(yōu)選地，使會(huì)捕獲微粒的外部裂縫最小化。
圖9是其上具有傳感器框架270的傳感器118的透視圖。傳感器框架270包括一個(gè)或多個(gè)穿孔272，這些穿孔272是框架270的內(nèi)部和外部之間的唯一通道。優(yōu)選地在框架270內(nèi)在穿孔272附近放置適當(dāng)高分子重量的通氣過濾器(breather filter)。在圖9中以虛線示出過濾器274?？梢詫⑼?72的位置和位于其附近的過濾器設(shè)置在框架270上的任意適當(dāng)?shù)奈恢?。因此，如圖9所示，可以將它們?cè)O(shè)置在頂部表面上，或者如果希望，可以設(shè)置在側(cè)表面上。通孔272保護(hù)脆弱的過濾器274避免機(jī)械受損，并且相對(duì)容易制造。通孔272和過濾器274的使用避免了微粒離開傳感器框架270，否則會(huì)污染半導(dǎo)體處理室。通孔272使得框架270內(nèi)的壓力與室內(nèi)的壓力相等，從而避免了框架270的變形或者更壞的結(jié)果。
圖10是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例、具有抗污染傳感器框架280的無線類基片傳感器118的截面圖。密封傳感器框架280。利用可形變壓力均衡構(gòu)件284來完全密封開口282。優(yōu)選地，構(gòu)件284由彈性材料組成，使得當(dāng)撤掉了給定的壓力時(shí)它會(huì)回到其原始形狀。優(yōu)選地，構(gòu)件284包括波紋管286，但是可以具有能夠響應(yīng)于壓力差而形變的任意適當(dāng)?shù)男螤睢Ｒ虼?，?gòu)件284可以是氣球、囊狀物或者任意其它適當(dāng)?shù)呐渲?。在本?shí)施例中，由于構(gòu)件284的變形，傳感器框架280內(nèi)的壓力與室的壓力相等，不需要使框架280變形。
盡管參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體處理工具中使用的窄板設(shè)計(jì)類基片傳感器，所述傳感器包括框架，具有支撐單元和位于其上的感測(cè)電子器件；以及其中，所述感測(cè)電子器件包括具有凹槽部分的剛性互連，感測(cè)單元位于凹槽部分中，并且與傳感電子器件電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述感測(cè)單元是圖像傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，凹槽部分是通過所述剛性互連的孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，凹槽部分是挖空部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其中，挖空部分是U形的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其中，挖空部分是矩形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，感測(cè)單元被承載在陶瓷無引線芯片承載器內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，凹槽部分包括柔性互連。
9.一種在半導(dǎo)體處理工具中使用的窄板設(shè)計(jì)類基片傳感器，所述傳 感器包括框架，具有支撐平臺(tái)和位于所述支撐平臺(tái)上的感測(cè)電子器件；以及其中，感測(cè)電子器件包括其上放置有圖像獲取芯片的電路，并且與感測(cè)電子器件電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其中，圖像獲取芯片通過倒裝芯片技術(shù)與感測(cè)電子器件相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其中，圖像獲取芯片通過芯片粘附和引線鍵合技術(shù)與感測(cè)電子器件相連。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種無線類基片傳感器(112，118)被配置為窄板設(shè)計(jì)。一個(gè)示范的窄板設(shè)計(jì)包括使用無引線陶瓷承載芯片上的圖像獲取系統(tǒng)(154)。然后，電路板(250)或剛性互連配備有凹槽(252)，以容納圖像獲取系統(tǒng)(154)。圖像獲取系統(tǒng)(154)被放置在凹槽(252)內(nèi)，并且通過無引線陶瓷承載芯片的外圍與板(250)相連。
文檔編號(hào)H05K1/18GK1930658SQ200580007349
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者克雷格·C·拉姆齊, 德爾克·H·加德納, 杰弗里·K·拉薩恩 申請(qǐng)人:賽博光學(xué)半導(dǎo)體公司