KR101746558B1 - 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)는, 웨이퍼(10) 상에 복수개의 전극배선(21)이 형성되어 이루어지는 전극부(20); 웨이퍼(10) 상에서 전극부(20)와 다른 층에 위치하도록 설치되며, 복수개의 단위저항(31)이 연결배선(32)에 의해 직렬 연결되어 이루어지는 저항부(30); 전극부(20)와 저항부(30) 사이에 설치되는 층간절연층(50); 및 전극배선(21) 각각의 일단이 단위저항(31)들의 양단에 전기적으로 연결되도록 층간절연층(50)의 비아홀에 설치되는 도전플러그(55); 를 포함하여 이루어짐으로써, 전극부(20)를 통하여 저항부(30)에서의 전위차를 측정하여 웨이퍼(10)의 온도 균일도를 간파하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 전극부(20)와 저항부(30)가 서로 다른 층에 형성되기 때문에 저항부(30)의 단위저항(31)과 연결배선(32)을 전극부(20)의 방해를 받지 않고 웨이퍼(10)의 전면적에 설치할 수 있다. 따라서 웨이퍼(10)의 전면적에 대해서 온도 균일도를 세밀하게 파악할 수 있게 된다.

Description

다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법{Multi-layered resistive type multi-point temperature measuring wafer sensor and method for fabricating the same}
본 발명은 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼의 전면적에 대해 온도 균일도를 세밀하게 파악할 수 있는 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정에서 웨이퍼는 서셉터 상에 올려 놓인 상태에서 서셉터로 부터 열을 전달받아 가열된다. 이 때 서셉터에서 웨이퍼로 열이 전도되는 과정에서 열 손실이 발생되므로 서셉터와 웨이퍼 사이에 온도 차이가 나게 된다. 예컨대, 서셉터의 온도를 1000℃로 세팅하더라도 웨이퍼의 실제 온도는 이 보다 못하게 된다는 것이다.
따라서 웨이퍼의 실제 온도를 정확히 파악할 필요가 있다. 이 때, 웨이퍼 내에서의 온도 균일성이 떨어지면 부분별로 공정조건이 달라지는 결과가 되어 공정 신뢰도가 떨어지게 되기 때문에 웨이퍼 전면적에 대한 온도 균일도를 파악하는 것이 매우 중요하다.
이러한 일환으로 여러 가지 테스트 웨이퍼(더미 웨이퍼)가 제안되었다. 일본 특개 제2000-31231호(2000.1.28.공개)에 개시된 웨이퍼 온도측정 장치나, 미국 특허 제7,540,188호(2009.6.2.등록)에 개시된 공정조건 측정장치가 바로 이러한 예들이다.
상기 일본 특개 제2000-31231호(2000.1.28.공개)에 개시된 웨이퍼 온도측정 장치는 열전대를 이용하는 것으로서 웨이퍼의 오목부에 설치된 측온저항체로부터 소선과 리드선들이 외부 인출되어 이루어지기 때문에 웨이퍼 내에 측온저항체를 많이 설치할 경우 소선과 리드선들이 너무 복잡하게 얽히게 되므로, 측온저항체를 여러 군데에 많이 설치할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 웨이퍼의 전면적에 대해 온도 균일도를 세밀하게 파악하는 데에 취약하다.
일본 특개 제2000-31231호(2000.1.28.공개)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼의 전면적에 대해 온도 균일도를 세밀하게 파악할 수 있는 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서는,
웨이퍼 상에 복수개의 전극배선이 형성되어 이루어지는 전극부;
상기 웨이퍼 상에서 상기 전극부와 다른 층에 위치하도록 설치되며, 복수개의 단위저항이 연결배선에 의해 직렬 연결되어 이루어지는 저항부;
상기 전극부와 저항부 사이에 설치되는 층간절연층; 및
상기 전극배선 각각의 일단이 상기 단위저항들의 양단에 전기적으로 연결되도록 상기 층간절연층의 비아홀에 설치되는 도전플러그; 를 포함하여 이루어짐으로써,
상기 전극부를 통하여 상기 저항부에서의 전위차를 측정하여 상기 웨이퍼의 온도 균일도를 간파하는 것을 특징으로 한다.
상기 저항부는 상기 전극부보다 위에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 저항부는 표면에 노출되도록 설치될 수 있다.
상기 저항부는 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되는 금속배선으로 이루어짐으로써 선폭이 좁은 부분이 상기 단위저항의 역할을 하고 선폭이 넓은 부분이 상기 연결배선의 역할을 하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전극배선들 각각의 타단을 취합하는 전압측정단자가 상기 웨이퍼에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 제조방법은,
웨이퍼 상에 복수개의 전극배선으로 이루어지는 전극부를 형성하는 단계;
상기 전극부 상에 층간절연층을 형성하는 단계;
상기 전극배선들 각각의 일단이 노출되도록 상기 층간절연층에 복수개의 비아홀을 형성하는 단계;
상기 전극배선들과의 전기적 접속을 위하여 상기 비아홀에 도전플러그를 형성하는 단계; 및
선폭이 좁은 부분이 단위저항 역할을 하고 선폭이 넓은 부분이 연결배선 역할을 하도록 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되면서 상기 단위저항의 양단이 상기 도전플러그에 전기적으로 접속되는 금속배선을 상기 층간절연층 상에 형성하여 저항부를 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 전극부와 저항부가 서로 다른 층에 형성되기 때문에 상기 저항부의 단위저항과 연결배선을 상기 전극부의 방해를 받지 않고 웨이퍼의 전면적에 설치할 수 있다. 따라서 웨이퍼 전면적에 대해서 온도 균일도를 세밀하게 파악할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)를 설명하기 위한 회로도;
도 2는 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)의 구조를 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)를 설명하기 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)는 웨이퍼(10) 상에 전극부(20)와 저항부(30)가 설치되어 이루어진다.
전극부(20)는 복수개의 전극배선(21)을 포함하여 이루어지고, 저항부(30)는 복수개의 단위저항(31)이 연결배선(32)에 의해 직렬 연결되어 이루어진다. 각 전극배선(21)의 일단은 단위저항(31)의 양단에 전기적으로 연결되며 타단은 전압측정단자(40)에 취합된다.
웨이퍼(10)에 온도 불균일이 발생하면 제백효과(Zeebeck effect)에 의해 저항부(30)에 전위차가 발생하게 된다. 따라서 전극배선(21)들이 취합되는 전압측정단자(40)를 통하여 각 포인트(P1, P2, Pn)에서의 전위차를 측정하면 어느 부분에서 온도 불균일 발생하였는지 파악할 수 있다.
이 때, 웨이퍼(10)의 전면적에 대해서 온도 불균일을 세밀하게 파악하기 위해서는 포인트(P1, P2, Pn)의 숫자가 많아야 하는데, 전극부(20)와 저항부(30)가 동일한 평면상에 존재하게 되면 전극배선(21)의 설치를 위해서 직렬저항(31)과 연결배선(32)의 설치공간이 제약을 받을 수밖에 없어 바람직하지 않다. 따라서 전극부(20)와 저항부(30)는 서로 다른 평면상에 배치시키는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 측면도이고, 도 2b는 저항부(30)의 평면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전극부(20)는 웨이퍼(10) 상에 복수개의 전극배선선(21)이 병렬적으로 형성됨으로써 이루어진다. 저항부(30)는 층간절연층(50)에 의해 전극부(20)와 다른 층에 위치하도록 설치되며, 복수개의 단위저항(31)이 연결배선(32)에 의해 직렬 연결되어 이루어진다.
저항부(30)는 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되는 금속배선으로 이루어진다. 선폭이 좁은 부분이 단위저항(31)의 역할을 하고 선폭이 넓은 부분이 연결배선(32)의 역할을 한다. 단위저항(31)의 저항이 더 한층 높도록 단위저항(31)은 연결배선(32)보다 긴 것이 바람직하다. 여기서, 금속배선이라 함은 순수한 금속만을 의미하는 것이 아니라 실리사이드와 같이 반도체 분야에서 배선재료로 사용되는 것을 모두 지칭하는 의미이다.
전극배선(21)들의 일단은 층간절연층(50)의 비아홀에 설치되는 도전플러그(55)에 의해서 단위저항(31)들의 양단에 전기적으로 연결된다.
저항부(30)는 전극부(20)의 밑에 위치하는 것보다는 위에 위치하는 것이 더 바람직하다. 왜냐하면, 반도체 소자 제조공정에서 실제 공정이 이루어지는 것은 웨이퍼(10)의 표면이므로 웨이퍼(10) 표면에서의 온도 및 균일도를 파악하는 것이 중요하기 때문이다.
웨이퍼(10)의 온도는 서셉터의 가열을 통해서 뿐만 아니라 공정챔버 내부 분위기 온도에 의해서도 영향을 받기 때문에 공정챔버 내부의 온도가 반영되도록 저항부(30)가 표면에 노출되도록 설치될 수 있다. 물론, 저항부(30)를 이루는 금속배선이 고온에서 산화 등으로 퇴화되지 않도록 저항부(30) 상에 보호층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 금속배선이 퇴화(degradation)되면 정확한 전위차 측정에 오류가 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서(1)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 웨이퍼(10) 상에 금속층을 형성한 후에 상기 금속층을 패터닝하여 복수개의 전극배선(21)으로 이루어지는 전극부(20)를 형성한다.
다음에, 도 3b에서와 같이 전극부(20) 상에 층간절연층(50)을 형성하고, 전극배선(21)들 각각의 일단이 노출되도록 층간절연층(50)에 비아홀을 형성한 후에 전극배선(21)들과 전기적 접속을 위하여 상기 비아홀에 도전플러그(55)를 형성시킨다.
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 층간절연층(50) 상에 금속층을 형성한 후 상기 금속층을 패터닝함으로써 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되는 금속배선으로 이루어지는 저항부(30)를 형성한다.
본 발명에 의하면, 전극부(20)와 저항부(30)가 서로 다른 층에 형성되기 때문에 저항부(30)의 단위저항(31)과 연결배선(32)을 전극부(20)의 방해를 받지 않고 웨이퍼(10)의 전면적에 설치할 수 있다. 따라서 웨이퍼(10)의 전면적에 대해서 온도 균일도를 세밀하게 파악할 수 있게 된다.
1: 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서
10: 웨이퍼 20: 전극부
21: 전극배선 30: 저항부
31: 단위저항 32: 연결배선부
40: 전압측정단자

Claims (6)

  1. 웨이퍼 상에 복수개의 전극배선이 형성되어 이루어지는 전극부;
    상기 웨이퍼 상에서 상기 전극부와 다른 층에 위치하도록 설치되며, 복수개의 단위저항이 연결배선에 의해 직렬 연결되어 이루어지는 저항부;
    상기 전극부와 저항부 사이에 설치되는 층간절연층; 및
    상기 전극배선 각각의 일단이 상기 단위저항들의 양단에 전기적으로 연결되도록 상기 층간절연층의 비아홀에 설치되는 도전플러그; 를 포함하여 이루어짐으로써,
    상기 전극부를 통하여 상기 저항부에서의 전위차를 측정하여 상기 웨이퍼의 온도 균일도를 간파하고,
    상기 저항부가 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되는 금속배선으로 이루어짐으로써 선폭이 좁은 부분이 상기 단위저항의 역할을 하고 선폭이 넓은 부분이 상기 연결배선의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 웨이퍼 상에 복수개의 전극배선으로 이루어지는 전극부를 형성하는 단계;
    상기 전극부 상에 층간절연층을 형성하는 단계;
    상기 전극배선들 각각의 일단이 노출되도록 상기 층간절연층에 복수개의 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 전극배선들과의 전기적 접속을 위하여 상기 비아홀에 도전플러그를 형성하는 단계; 및
    선폭이 좁은 부분이 단위저항 역할을 하고 선폭이 넓은 부분이 연결배선 역할을 하도록 선폭이 좁은 부분과 넓은 부분으로 구분되면서 상기 단위저항의 양단이 상기 도전플러그에 전기적으로 접속되는 금속배선을 상기 층간절연층 상에 형성하여 저항부를 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 저항식 다점 온도측정 웨이퍼 센서 제조방법.
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