KR100358761B1 - 기판 매입형 박막온도센서 - Google Patents

기판 매입형 박막온도센서 Download PDF

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KR100358761B1
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강창훈
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정중의 실리콘 기판의 온도를 측정할 수 있는 기판매입형 박막온도센서에 관한 것 이다.
이를 실현하기 위하여 본 발명에서는 한장의 실리콘 기판에는 금속막들로 형성된 박막 열전대 및 전기도선패드를 형성한다. 다른 한장의 실리콘 기판에는 보상도선을 외부계측기로 연결하기 위한 통로를 만든다. 상기에서 제작된 두장의 실리콘 기판을 실리콘 직접 접합 또는 양극 접합등의 실리콘 접합기술을 응용하여 고진공 반응기 내에서 기포가 발생하지 않도록 접합한다. 접합된 실리콘의 전면 및 후면을 연마하여 실리콘 한장의 두께가 되도록 한다. 접합된 실리콘 기판의 한면에 형성되어 있는 통로를 통하여 전기도선패드에 보상도선을 연결한다. 상기의 방법으로 제조된 기판 매입형 박막온도센서는 기존의 반도체용 온도 측정용 기판으로는 측정할 수 없었던 반도체 제조공정중의 실리콘 기판의 온도 변화를 직접 측정할 수 있는 장점이 있다.

Description

기판 매입형 박막온도센서{Thin Film Thermocouple within the Bonded Silicon Wafers}
본 발명은 기판 매입형 박막온도센서에 관한것이다. 박막온도센서를 두장의 실리콘사이에 매입하고 보상도선을 실리콘 하부로 연결함으로써 반도체 제조 공정중의 실리콘 기판의 온도를 측정하여 ,반도체 제조 공정의 신뢰도 및 재현성등을 개선할 수 있는 온도 측정용 기판 제작을 목적으로 한다.
종래에는 실리콘 기판의 온도측정을 하기위해서는 광을 이용하는 간접측정방식이나 열전대를 실리콘 기판에 삽입하거나 박막 열전대를 이용한 직접측정 방식을 사용하였다. 광을 이용하는 방식은 공정진행중의 실리콘 기판온도를 측정할 수 있는 장점을 가지고 있으나 비교적 고가의 장치를 필요로 한다. 또한 실리콘 기판의 온도측정범위가 한정되어 있고, 측정오차도 상당히 높은 단점을 가지고 있다. 열전대를 실리콘 기판에 삽입하거나 박막 열전대를 이용한 직접측정 방식은 기판온도를 넓은 온도범위에서 정밀하게 측정할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 열전대 와이어 또는 보상도선이 공정분위기에 노출되어 있기 때문에 공정을 진행하면서 실리콘 기판의 온도를 측정할 수 없는 단점을 가지고 있다. 반도체 제조 공정의 공정변수중 단순히 압력에 따른 기판온도 보정용으로만 사용하고 있다. 반도체 제조 공정이 진행됨에 따라 실리콘 기판의 온도가 변화하게 되는데, 공정중의 기판온도 변화를 측정하지 못함으로 인해 제조공정의 신뢰성 및 재현성을 향상시키기 위한 정확한 기판온도 자료를 확보할 수 없는 단점이 있다. 특히 플라즈마를 이용하는 공정에서는 플라즈마의 영향으로 인해 공정을 진행하는 동안 수백도의 온도의 변화가 발생하게 되는데 이러한 온도 변화를 측정할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하여, 반도체 공정중의 실리콘 기판의 온도를 직접 측정하기 위해 열전대를 이용한 직접측정 방식을 개선하였다. 박막열전대 또는 박막 백금저항기를 온도센서로 사용하고 보상도선을 실리콘 기판의 후면으로 배치하여 열전대 와이어 또는 보상도선에 의한 공정 간섭을 배제하였다. 반도체 제조 공정에서 사용하는 실리콘 기판과 동일한 상부표면을 가지는 기판매입형 박막온도센서를 실현하기 위해서 실리콘 접합 기술을 적용하였다.
도1 기판 매입형 박막 온도센서의 구성도
도 2 온도측정용 실리콘 기판의 구성도
도 3 보상도선 연결용 기판의 구성도
(1) 온도측정용 기판 (2) 보상도선 연결용 실리콘 기판
(3) 박막온도센서 (4) 전기도선패드
(5) 실리콘 산화막 (6) 실리콘 접합면
(7) 실리콘 산화막 접합면 (8)보상도선 연결통로 (9)보상도선
실리콘 접합 기술을 이용한 기판 매입형 박막온도센서를 제조하기 위해서는 온도측정용 실리콘 기판과 보상도선 연결용 실리콘 기판이 필요하다. 먼저 온도측정용 실리콘 기판과 박막온도센서와의 절연을 위해서 실리콘 산화막을 1∼2㎛ 성막한다. 온도측정용 실리콘 기판에 금속 배선 증착방법을 이용하여 온도를 측정하고자 하는 위치에 박막온도센서를 형성시킨다. 박막온도센서는 박막열전대 또는 박막백금저항기로 구성될수 있다. 본 발명의 실현예에서는 R형 박막열전대를 12개 형성하였다. 박막온도센서의 전기도선 패드는 보상도선 연결을 용이하게 하기 위하여 온도 측정용 실리콘 기판의 중앙부에 배치하도록 하였다. 박막온도센서 하부의 실리콘 산화막을 식각하여 실리콘을 노출시킨다. 보상도선 연결용 실리콘 기판의 한면은 상기의 온도측정용 실리콘 기판의 상부에 접합된다. 다른 한면은 보상도선 연결 통로로 사용하기 위해 관통되어야 한다. 접합시 빈공간이 생기지 않도록 하기 위해서는, 측정용 실리콘 기판의 실리콘 식각 패턴과는 반전된 형상의 보상도선 연결용 실리콘 기판을 제작하였다. 박막온도센서와의 절연을 위해서 보상도선 연결용 실리콘 기판에 열산화막을 성막시킨다. 보상도선 연결용 실리콘 기판의 후면에는 통로를 형성하기 위해 방전가공, 레이저 가공 또는건식식각 가공을 활용할 수 있다. 본 발명에서는 건식식각 가공을 행하였다.
상기의 방법에 의해 준비된 두장의 실리콘 기판은 실리콘 접합 기술을 이용하여 접합한다. 접합면은 실리콘과 실리콘 산화막으로 구성된다. 본 발명에 의한기판 매입형 박막온도센서를 고온 측정용으로 사용하기 위해서는 접합면에 기포가 없어야 한다. 접합면에 기포가 발생하지 않도록 실리콘 접합 기술을 적용시 고진공 접합 장치를 사용하였다. 반도체 공정 중의 온도를 정밀하게 측정하기 위해서는, 접합된 실리콘의 양면을 한장의 실리콘의 두께와 같이 되도록 연마한다. 연마된 실리콘의 후면에 있는 보상도선 연결 통로를 통하여 보상도선을 용접한다.
상기의 방법에 의해 제작된 기판 매입형 박막온도센서는 전면은 반도체 제조공정시 사용하는 실리콘 기판과 동일하고, 후면은 박막온도센서 보상도선이 연결된 구조를 보인다.
본 발명에 의한 기판매입형 박막온도센서는 보상도선이 실리콘 기판의 후면으로 배치됨으로써, 특히 플라즈마를 이용한 반도체 공정중의 금속 와이어에 의한 공정 간섭을 완전히 배제하였다. 따라서 반도체 공정이 진행되는 동안에도 실리콘 기판의 온도를 정확히 측정하여 기판온도를 정밀히 조절할 수 있는 효과가 있다. 또한 한장의 실리콘 기판에 많은 수의 기판매입형 박막 온도센서를 형성할 수 있기 때문에 보다 정밀한 실리콘 기판 온도 분포를 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 다수의 박막 온도 센서와,
    상기 다수의 박막 온도 센서가 형성된 온도측정용 실리콘 기판과,
    상기 온도측정용 실리콘 기판의 중앙에 위치하는 다수의 박막온도센서의 전기도선 패드와,
    상기 온도측정용 실리콘 기판과 접합되어 있는 보상도선 연결용 실리콘 기판과,
    상기 보상도선 연결용 실리콘 기판의 중앙 부분에 위치하여 상기 보상도선 연결용 실리콘 기판에서 상기 온도측정용 실리콘 기판과 접합되어 있는 면의 반대면까지 관통하는 보상도선 연결통로와,
    한쪽 끝이 상기 전기도선 패드와 연결되고, 다른쪽 끝은 보상도선 연결용 실리콘 기판의 보상도선 연결통로를 관통하여 상기 보상도선 연결용 실리콘 기판의 후면으로 인출되어 있는 다수의 보상도선으로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 매입형 박막온도센서
  2. 제 1 항에 있어서, 박막온도센서로 박막열전대 또는 박막백금저항기를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판매입형 박막온도센서
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 실리콘 접합기술을 이용하는 것을 특징으로 하는 기판 매입형 박막온도센서
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100444633B1 (ko) * 2002-07-03 2004-08-16 한국과학기술원 박막형 미소온도센서와 박막형 미소온도센서의 제작방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11344386A (ja) * 1998-05-29 1999-12-14 Sakaguchi Dennetsu Kk 温度検出素子を有するウェーハ

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