使用非接触式温度测量来处理基板的方法及设备与流程

1.本公开的实施例总体上涉及基板处理，并且更具体地，涉及使用非接触式温度测量来处理基板的方法和设备。


背景技术：

2.扇出封装晶片(基板)在结构上是复合的，并且含有不同尺寸的硅管芯，硅管芯被封装在(例如)环氧树脂基板上。通常，晶片在低压腔室条件下被加热，且非接触式温度测量可用以监测晶片的温度。控制晶片的温度，使得晶片不会(如，由于翘曲而)损坏。然而，由于晶片的异质结构，难以使用法向入射红外(ir)传感器准确地测量晶片温度，因为温度测量主要取决于ir传感器观察到的物质的发射率。另外，客户晶片图案通常是未知的，因此ir传感器架构的设计和垂直入射的校准很难，由于ir传感器可检测、捕获或以其他方式确定不同的材料。


技术实现要素：

3.本文提供了用于处理基板的方法和设备。在一些实施例中，一种用于处理基板的设备可包括：处理腔室，包含腔室主体并具有观察端口，腔室主体界定处理容积，观察端口耦接到腔室主体；基板支撑件，设置在处理容积内并具有支撑基板的支撑表面；及红外温度传感器(irts)，设置在腔室主体外侧，邻近观察端口，以测量当在处理容积中处理时的基板的温度，irts可相对于观察端口移动以通过观察端口扫描基板。
4.根据一些实施例，一种用于基板封装的方法可包括以下步骤：将基板定位在基板支撑件的支撑表面上，基板支撑件设置在处理腔室的处理容积内，处理腔室包含腔室本体和耦接至腔室本体的观察端口；在靠近观察端口的腔室主体的外侧提供红外温度传感器(irts)；相对于观察端口移动irts以通过观察端口扫描基板；及在处理容积中处理基板的同时，测量基板的温度。
5.根据一些实施例，一种非瞬态计算器可读存储介质，其上存储有指令，当由处理器执行时，使处理器执行用于基板封装的方法，该方法可包括以下步骤：将基板定位在基板支撑件的支撑表面上，基板支撑件设置在处理腔室的处理容积内，处理腔室包含腔室本体和耦接至腔室本体的观察端口；在靠近观察端口的腔室主体的外侧提供红外温度传感器(irts)；相对于观察端口移动irts以通过观察端口扫描基板；及在处理容积中处理基板的同时，测量基板的温度。
6.下面描述本公开的其他和进一步的实施例。
附图说明
7.可通过参考在所附附图中描绘的本公开的说明性实施例而理解上面简要概述并在下面更详细地讨论的本公开的实施例。然而，所附附图仅显示了本公开的典型实施例，且因此不应视为是对范围的限制，因为本公开可允许其他等效实施例。
8.图1是根据本公开的一个或多个实施例的包括温度测量设备的处理腔室的示意图。
9.图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于形成电子封装的示例性基板的示意性俯视图。
10.图3a是根据本公开的一个或多个实施例的包括温度测量设备的处理腔室的局部侧视图。
11.图3b是图3a的细节的放大区域。
12.图3c是根据本公开的一个或多个实施例的温度感测设备的图。
13.图4是根据本公开的一个或多个实施例的用于处理基板的方法的流程图。
14.图5a是根据本公开的一个或多个实施例的包括温度测量设备的处理腔室的一部分的透视剖视图。
15.图5b是根据本公开的一个或多个实施例的包括温度测量设备的处理腔室的局部剖视图。
16.图5c是根据本公开的一个或多个实施例的图5b的细节的放大区域。
17.图5d是根据本公开的一个或多个实施例的温度测量设备的部件的分解图。
18.图5e是根据本公开的一个或多个实施例的温度感测设备的图。
19.为促进理解，在可能的情况下使用了相同的参考标号来表示附图中共有的相同元素。附图未按比例绘制，并且为清楚起见可简化。一个实施例的元素和特征可有益地并入其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
20.本文提供了使用各种类型的非接触式测量(诸如用于封装应用的基于红外的测温法)的方法和设备的实施例。特别地，本公开克服了扇出封装基板(或晶片)的温度测量的复杂性。更具体地，通过相对于基板(或晶片)的边缘以相对浅的角度定位ir传感器，可在基板上形成视场，例如光学椭圆(或椭圆形视场)。光学椭圆允许ir传感器扫描基板表面并获得基板表面的温度。另外，当ir传感器耦合到线性上/下滑块时，ir传感器可测量正在处理的一批晶片中所有晶片的温度。
21.图1是根据本公开的一个或多个实施例的包括处理腔室102的设备100的示意图，处理腔室102包括温度测量设备。处理腔室102包括由侧壁、底部和顶部界定的腔室主体104。腔室主体104包围处理容积106。
22.多基板保持器108配置成以垂直间隔的配置支撑多个基板(如，其上形成有一个或多个电子封装的基板110a、110b和110c)。尽管图1显示了一种示例性配置，但是本公开也可适用于具有其他配置的多基板保持器，例如，与基座和/或基底支撑件结合。
23.多基板保持器108包括一个或多个垂直支撑件112。在一些实施例中，垂直支撑件112可由腔室主体104的底部支撑，例如，经由一个或多个耦接元件(诸如紧固螺钉或类似者)。在一些实施例中，例如，如图1b中所描绘的，多基板保持器108任选地包括底部构件114，底部构件耦接至一个或多个垂直支撑件112并且用于支撑一个或多个垂直支撑件112(图1中显示了一个垂直支撑件112)。垂直支撑件112进一步包括从垂直支撑件112径向向内延伸的多个周边构件(如，周边构件116a、116b和116c)。多个周边构件116a-116c配置成支
撑由基板支撑件或载体118a、118b、118c支撑并运输的各个基板110a-110c。在一些实施例中，周边构件116a-116c配置成直接保持和支撑相应的基板110a-110c。
24.多基板保持器108进一步包括升降组件120。升降组件120可包括电机、致动器或类似者中的一个或多个，以控制周边构件116a-116c的垂直位置。控制周边构件116a-116c的垂直位置，以通过开口119(如，狭缝阀开口)将基板载体118a-118c和/或基板110a-110c的每一个放置到基板支撑件上或从基板支撑件上移除。穿过侧壁之一以接近周边构件116a-116c的高度形成开口119，以促进基板110a-110c进出处理容积106。在一些实施例中，开口119可以是可伸缩地密封的，例如，以控制处理容积106的压力和温度条件。
25.在一些实施例中，处理腔室102可包括围绕腔室主体104或在处理容积106中设置的热源128(例如，若使用这种装置，则设置在基座中)。在一些实施例中，热源128可以是电阻加热器、对流加热器、辐射加热器或微波加热器，或两种或更多种类型的加热器的结合。在一些实施例中，腔室主体104可配置成从设置在腔室主体104外侧的一个或多个热源128接收并辐射微波、对流或其他类似种类的热能，以用于处理基板110a-110c。
26.温度感测设备可包括设置在处理腔室102外侧的一个或多个红外(ir)温度传感器122(irts 122)。在一些实施例中，irts 122可以是包括感测红外电磁能的热电堆传感器的数字红外传感器。irts 122安装在腔室主体104的外侧，与观察端口124相邻，观察端口124使用任何合适的安装装置(如，夹具、螺栓、螺钉、垫圈、o形环等)而安装在处理腔室102内，安装装置与孔口(图1中未显示)成一直列，孔口穿过腔室主体104而限定，这将在下面更详细地描述。更具体地，irts 122安装在与腔室主体104的侧面105耦接的支架126上，并且可在垂直方向上沿着支架126移动，这也将在下面更详细地描述。尽管图1描绘了一个irts 122，但是当提供多个irts 122时，每个irts122将位于与相应孔口成一直列的相应观察端口附近。
27.控制器130被提供并耦接到处理腔室102的各个部件以控制处理腔室102的操作，以用于处理基板110a-110c。控制器130包括中央处理单元(cpu)132、支持电路134和内存或非瞬态计算器可读存储介质136。控制器130可操作地直接耦合到功率源并控制功率源(如，热源128和/或irts 122)，或经由与特定处理腔室和/或支持系统部件关联的计算器(或控制器)耦合到功率源并控制功率源(如，热源128和/或irts 122)。另外，控制器130配置成响应于扫描基板110a-110c而从irts 122接收输入，并分析该输入以控制功率源，使得基板110a-110c正在被处理的同时，基板110a-110c的温度不超过阈值，如下面将更详细描述的。
28.控制器130可以是可在工业环境中用于控制各种腔室和子处理器的任何形式的通用计算器处理器。控制器130的内存或非瞬态计算器可读存储介质136可以是一种或多种容易取得的内存，诸如随机存取内存(ram)、只读存储器(rom)、软盘、硬盘、光学存储介质(如，光盘或数字视频光盘)、快闪驱动器或任何其他形式的本地或远程的数字存储器。支持电路134耦合到cpu132，用于以常规方式支持cpu 132。这些电路包括快取、功率供应器、频率电路、输入/输出电路和子系统及类似者。如于此所述的发明方法(诸如用于基板封装的方法)可作为软件例程138存储在内存136中，软件例程可以于此所述的方式执行或调用，以控制热源128和/或irts 122的操作。软件例程也可由位于远离由cpu 132控制的硬件的第二cpu(未显示)存储和/或执行。
29.图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于形成电子封装的示例性基板(如，基
322界定适当配置的孔口(未明确显示)，并且该孔口配置成接收支架326的柱327。替代地，可使用一个或多个固定装置(诸如夹具、螺母、螺栓等)将irts 322侧面安装到柱327上。可由控制器(如，控制器130)控制的致动器、电机或驱动器的一个或多个(未明确显示)可耦接到irts 322和/或支架326，并可配置成在操作期间沿着柱327移动irts 322。
37.在一些实施例中，可沿柱327手动操纵irts 322，并且可使用一个或多个装置将irts 322锁定在沿着柱327的一个或多个位置。例如，螺纹孔口可通过irts 322的侧面来限定。螺纹孔口可配置成接收相应的带螺纹的滚花旋钮，该滚花旋钮可旋转以驱动旋钮的带螺纹部分穿过irts 322的带螺纹孔口，使得螺纹部分的远端可与柱327接触并将irts 322沿柱327锁定在一个或多个位置。
38.irts 322沿着柱327的移动将使得irts 322相对于观察端口324的任何固定位置提供了irts 322的视场总是小于穿过腔室主体304来界定的孔口325的直径(如图3b最佳所示)。类似地，当将irts 322固定安装到支架326(如，irts 322在垂直方向上不可移动)时，irts 322相对于观察端口324的固定位置提供了irts 322的视场总是小于穿过腔室主体304所界定的孔口325的直径。
39.可使用一个或多个任选装置来引导(或聚焦)从irts 322输出的光束(如，红外电磁能)以通过观察端口324来扫描基板310，以确保irts 322的视场总是小于孔口325的直径。例如，参考图3c，在一些实施例中，具有一个或多个孔口323c(图3c中显示两个)的法拉第笼321c可被可操作地耦接到与irts 322相同的irts 322c(或观察端口324)，使得从irts 322c发射的光束可穿过法拉第笼321和观察端口324，以确保irts 322c的视场总是小于孔口325的直径。
40.观察端口324可使用一个或多个装置安装到处理腔室302的内侧，装置包括(但不限于)夹具、板、o形环、垫圈、支架等。在一些实施例中，观察端口324可使用安装支架组件331安装在限定于处理腔室302的腔室壁内的空间或凹腔内侧，安装支架组件331包括一个或多个o形环或定心环333和夹具335。
41.孔口325的直径可以是约5毫米至约10毫米，但是不应超过用以处理基板310的能量的波长的四分之一波长，如，以最小化和/或防止用以处理基板310的能量的泄漏。例如，在一些实施例中，诸如当处理腔室302是微波腔室时，微波泄漏可能对操作员潜在地有害和/或可能难以达到用于处理一个或多个基板310的温度。因此，发明人已经发现，当处理腔室302是微波腔室时，孔口325的直径应该是微波波长的约四分之一。发明人还发现，在一些实施例中，通过孔口325的视场应在一个或多个基板310上形成光学椭圆(如，椭圆视场)。光学椭圆允许irts 322在操作期间沿光学椭圆的大直径扫描基板表面，以获得一个或多个基板310的温度。
42.从irts 322输出的用于扫描基板310的相对于基板310的光束的入射角度可以是任何合适的角度。例如，在一些实施例中，光束的入射角度可以是约三度到约七度。各种因素可用以确定入射角度，且可包括(但不限于)irts322距基板310的距离、在基板310的每个基板310a-310c之间的间距、当基板310被处理时避免或限制由存在于处理腔室302的处理容积中的其他材料引起的干扰的入射角度、在基板310上提供最大视场的入射角度等。
43.图4是根据本公开的一个或多个实施例的用于处理基板(如，基板110a-110c的一个或多个)的方法400的流程图。在402处，可将基板定位在设置在处理腔室(如，处理腔室
102)的处理容积(如，处理容积106)内的基板支撑件(如，基板载体118a-118c之一)的支撑表面上。
44.接下来，在404处，可将irts(如，irts 122)设置在处理腔室102的腔室主体104外侧，并与观察端口(如，观察端口124)相邻。接下来，在406处，irts可通过观察端口和孔口(如，孔口325)扫描基板的一个或多个。例如，若将孔配置成为一个以上的基板提供视场，则irts可沿支架垂直移动，以扫描那个视场中的尽可能多的基板。在一些实施例中，在控制器130的控制下，当在处理腔室中对(多个)基板进行处理时，irts可扫描(多个)基板。如上所述，irts将定位在支架上，使得irts相对于观察端口和/或孔口的任何固定位置提供的基板被扫瞄的视场总是小于孔口的直径，如，移动irts，使得光束可无干扰地透射通过孔口。
45.在基板的扫描期间，在408处，可在处理容积中处理基板的同时测量基板的温度。irts可(例如)检测由(多个)基板发射的红外能量，并且可基于电压输出参考、电压斜率和/或电压偏移量(或其他电参数)的一个或多个来确定每个基板的温度。控制器从irts接收温度测量值，以(如)通过控制功率源来控制每个基板的温度。例如，当处理腔室是可配置成(例如)对基板执行脱气处理的微波腔室时，控制器可控制一个或多个热源128(如，微波加热器)以限制在处理腔室的处理容积内接收和辐射的热能的量。
46.图5a是根据本公开的一个或多个实施例的包括温度测量设备的处理腔室502的一部分的透视图。处理腔室502和温度测量设备与先前描述的处理腔室和温度测量设备基本相同。因此，这里仅描述了处理腔室502和温度测量设备所独有的那些特征。
47.处理腔室502可配置成处理一个或多个基板，但是与处理腔室302不同的是，处理腔室502包括孔口525a(或狭槽)，与孔口325相比具有相对较大的直径和/或长度。更具体地说，发明人已经发现，在某些情况下，诸如当腔室配置用于高产出时(如，用于处理大量的多批基板)，腔室中界定的孔口525a必须具有足够大的孔口325，使得irts 522可沿着支架垂直移动，以能够在一次扫描中扫描多批基板中的所有基板。然而，如上所述，因为仍然有处理能量通过孔口525a逸出的些许可能性(如，若缝隙太大)，因此将一个或多个金属板521c(或挡板)定位于irts 522和观察端口524之间(请参见图5c-5d)。
48.可由任何合适的金属制成的金属板521c包括一个或多个孔口，孔口配置成允许从irts 522输出的用于扫描基板的光束通过观察端口524。在至少一些实施例中，一个孔口525b可穿过金属板521c定位。如上所述，孔口525b具有配置成最小化和/或防止用以处理基板的能量泄漏的直径，例如，不大于用以处理基板的能量的波长的约四分之一波长。
49.随着在操作期间irts 522在垂直方向上沿着支架的柱移动，金属板521c可在垂直方向上移动，使得从irts输出的光束能够透射通过孔口525b和观察端口524。因此，提供了一个或多个凸片，并且凸片配置成当金属板521c在垂直方向上移动时支撑金属板521c。在一些实施例中，例如，提供了多个凸片550(如，图式中所示的八个凸片)，并使用螺钉、螺栓或其他紧固装置的一个或多个将其耦合到金属块552。
50.金属块552包括具有合适配置的切口554(见图5d)，类似于观察端口524(如大体上矩形的配置)。可在切口554内或周围安置一个或多个合适的垫圈(未明确显示)，以提供对用于处理基板的能量的屏蔽。在一些实施例中，一个或多个垫圈(或o形环)可围绕切口554并且在金属板521c和金属块552之间安置。垫圈可由任何合适的材料制成，包括(但不限于)塑料(如，热塑性塑料)、泡沫、橡胶等。
51.设置在金属块552和观察端口524之间的可以是一个或多个保护性阻挡件，其配置成当金属板521c耦接至处理腔室502时防止金属块552直接压抵观察端口562524。一个或多个阻挡件可以是(例如)一个或多个附加垫圈或其他类型的阻挡件。在一些实施例中，例如，阻挡件可以是矩形覆盖层556，其沿其周边部分地覆盖观察端口524的前面。类似于安置在切口554中的垫圈，覆盖层556可由任何合适的材料制成，包括(但不限于)塑料(如，热塑性塑料)、泡沫、橡胶等。
52.观察端口524位于金属块552和另外的金属块558之间。更具体地，金属块552和558的一个或多个可包括其中安置观察端口524的凹陷或沟槽区域560。为了说明的目的，在金属块558中仅显示了凹陷区域560。可在凹陷区域560内提供一个或多个垫圈(或o形环)。压缩在金属块552和558之间的观察端口524提供了真空密封，用于维持将用于在处理腔室502的处理容积内处理基板的能量。
53.在一些实施例中，包括凸片550、金属块552和558的金属板521c及包括覆盖层556的观察端口524可安装在邻近孔口525a的处理腔室502的壁内侧的凹腔内，如上所述。在这样的实施例中，irts 522可安装到安装支架(例如，支架326)，安装支架连接到处理腔室502的外侧壁并且可与穿过金属板521c界定的孔口525b成一直列。
54.替代地，在一些实施例中，可使用(例如)螺母、螺栓、螺钉、夹具等中的一个或多个将凸片550、金属块552和558以及包括覆盖层556的观察端口524安装到邻近孔口525a的处理腔室502的外侧壁。在一些实施例中，例如，凸片550、金属块552和558以及包括覆盖层556的观察端口524可安装到金属板562，金属板562可用作使用处理腔室502的一种更合适的安装装置(例如，螺母、螺栓、螺钉、夹具等)安装到外侧壁的安装装置，如图5a-5d所示。在这样的实施例中，可在金属块558与金属板562之间和/或在金属板562与处理腔室502的外侧壁之间提供一个或多个垫圈或o形环(未明确显示)。当使用金属板562时，irts 522可再次安装到安装支架(如，支架326)，支架连接到处理腔室502(或金属板562)的外侧壁，并且可穿过金属板521c与孔口525b成一直列。另外，当使用金属板562时，温度测量设备可作为套件出售并且配置成耦接至处理腔室502和/或一个或多个其他类型的处理腔室。
55.irts 522的使用基本上类似于irts 322。例如，在控制器(如，控制器130)的控制下，irts 522可扫描一个或多个基板，使得可在处理腔室502的处理容积中处理基板的同时测量基板的温度。
56.例如，控制器可使irts 522沿支架的柱垂直移动(如，irts 522可耦接至柱)。控制器还可与irts 522同步移动金属板521c，使得irts 522与金属板521c的孔口525b保持成一直列，以通过观察端口524扫描一个或多个基板。然而，由于穿过处理腔室502的处理腔室壁限定的观察端口524和孔口525a的直径和/或长度均大于孔口525b，因此irts 522看到的整体相对视场大于孔525b可单独提供的视场，例如，孔口525b仅可提供用以处理基板的能量的波长的约四分之一波长的视场。因此，irts 522可通过观察端口524扫描相对大量的基板，以获得其温度测量值，同时确保在处理基板时不会通过孔口525b泄漏能量。
57.在基板的扫描期间，irts 522可检测由基板发射的红外能量，并且可基于电压输出参考、电压斜率和/或电压偏移量(或其他电参数)的一个或多个来确定每个基板的温度。控制器从irts 522接收温度测量值，以(例如通过控制功率源来)控制每个基板的温度。例如，当处理腔室是可配置成(例如)对基板执行脱气处理的微波腔室时，控制器可控制一个
或多个热源128(例如，微波加热器)以限制在处理腔室的处理容积内接收和辐射的热能的量。
58.在一些实施例中，不使金属板521c随irts 522一起移动可证明是有利的。在这样的实施例中，金属板521e可包括多个垂直对准的孔口525e(图5e中显示了四个)。随着irts 522e沿支架的柱垂直移动，来自irts 522e的光束可一次透射穿过一个孔口。为了说明的目的，显示了光束从顶部透射通过第二孔口525e。
59.尽管前述内容针对本公开的实施例，但是在不背离本公开的基本范围的情况下，可设计本公开的其他和进一步的实施例。