KR102039429B1 - 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서는 일면에 단열 홈이 형성되어 있는데, 이 단열 홈은 메인 기판에 형성될 수도 있고, 별도의 단열 층에 형성될 수도 있다. 이에 따라, 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 척으로부터의 열 전달을 감소시킬 수 있으며, 단열 홈을 통해 공기가 흐를 수 있어 더욱 효과적으로 열 전달을 차단할 수 있다. 웨이퍼 센서를 불필요한 열의 영향으로부터 보호할 수 있으며, 웨이퍼 센서의 내부에 배치되는 각종 부품도 열로부터 보호할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법{Wafer Sensor with Heat Dissipating Function and Method for Fabricating the Same}

본 발명은 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 척으로부터 전달되는 열을 차단할 수 있는 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서와 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서는 일반적으로 막, 패턴, 배선 등을 형성하기 위한 일련의 단위 공정들이 순차적으로 이루어지는데, 각 단위 공정들은 해당 공정 조건에 적합한 공정 설비를 통해 이루어지며, 각 공정 설비는 일정한 공정 조건을 유지하도록 되어 있다.

각 단위 공정에서는 그 진행 여부를 판단하기 위하여 공정 진행 전에 공정 모니터링이 실시될 수 있으며, 정기적인 모니터링이 이루어지기도 한다. 또한 공정변수와 관련된 장비 부품의 교체나, 공정 규격을 벗어난 장비에 대해 필요한 조치를 취한 후에도 공정 모니터링이 실시될 수 있다.

공정 모니터링은 다양한 웨이퍼 센서를 이용하여 소정의 공정을 진행한 후, 그 공정의 모니터링 파라미터를 측정하는 방법으로 실시될 수 있다.

한편, 모니터링 파라미터는 단위 공정의 특성에 따라 정해져 있는데, 각 단위 공정에는 필요한 모니터링 파라미터에 따라 다양한 종류의 웨이퍼 센서가 사용될 수 있다.

일반적으로 웨이퍼 센서는 챔버 내에 구비되는 척의 표면에 놓여 고정된 상태로 모니터링이 이루어지는데, 웨이퍼 센서의 기능이나 구성 등에 따라 검사 도중 웨이퍼 센서로 불필요하거나 좋지 않은 영향을 줄 수 있는 열이 전달되는 것을 막아야 할 필요가 있다.

하나의 예로서 척으로부터 발생하는 열이 웨이퍼 센서로 전달되는 것을 차단해야 할 필요가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 척으로부터 발생하는 열이 웨이퍼 센서로 전달되는 것을 효율적으로 차단할 수 있는 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그러한 웨이퍼 센서를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서의 일 실시예는 챔버 내 환경을 모니터링하기 위한 웨이퍼 센서로서, 상기 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있도록 하기 위하여, 일면의 메인 기판에 단열 홈이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서의 또 다른 실시예는, 웨이퍼 센서의 일면에 단열 층을 구비하도록 구성될 수 있는데, 상기 단열 층에는 상기 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있도록 하기 위하여, 단열 홈이 형성될 수 있다.

이때 상기 단열 층은 상기 척으로부터의 열 전달을 차단할 수 있는 단열재로 이루어질 수 있다.

상기 단열 홈은 상기 웨이퍼 센서가 상기 척의 표면에 놓였을 때 상기 웨이퍼 센서의 둘레에 형성되는 복수개의 틈이 서로 연결되는 통로를 이루도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서의 제조 방법은, 웨이퍼 센서의 일면에 포토 레지스트 층을 형성하는 단계; 단열 홈 패턴이 구비된 마스크를 이용하여, 상기 포토 레지스트 층에서 단열 홈이 형성될 영역만 남기고 나머지 영역의 포토 레지스트를 제거하는 단계; 단열 층을 형성하는 단계; 및 상기 포토 레지스트가 남아 있는 영역을 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 반도체 공정의 모니터링에 사용되는 웨이퍼 센서의 일면에 단열 홈이 형성되어 있으므로, 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있어 척으로부터의 열 전달을 차단할 수 있다.

또한, 단열 홈을 단열재질의 층에 형성하면, 척으로부터의 열 전달을 더욱 효율적으로 차단할 수 있다.

이에 따라, 웨이퍼 센서를 불필요한 열로 인한 좋지 않은 영향으로부터 보호할 수 있으며, 웨이퍼 센서의 내부에 배치되는 각종 부품도 열로부터 보호할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 반도체 공정 모니터링 장비의 예,
도 2는 웨이퍼 센서의 예,
도 3은 내부 공간에 부품이 구비되는 웨이퍼 센서의 예,
도 4는 웨이퍼 센서의 메인 기판에 단열 홈이 형성되는 실시예,
도 5는 웨이퍼 센서에 단열을 위해 포함되는 단열 층에 단열 홈이 형성되는 실시예,
도 6은 단열 홈의 형태에 관한 예,
도 7은 본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서를 제조하는 방법의 일 실시예이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 반도체 공정을 모니터링하는 장치의 예를 보인 것이고, 도 2는 웨이퍼 센서에 관한 예를 보인 것이다. 모니터링 장치는 챔버(100), 척(110), 모니터링 과정을 전반적으로 제어하기 위한 제어부(120), 모니터링에 필요한 전원을 공급하는 파워부(130) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

도 1과 도 2는 설명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 모니터링 장치와 웨이퍼 센서는 필요에 따라 얼마든지 다양하게 구성될 수 있다.

챔버(100)의 내부에는 웨이퍼 센서(200)가 놓이는 척(110)이 구비되며, 별도로 도시되지는 않았지만, 모니터링 대상에 따라 다양한 측정 장치가 구비될 수 있다. 예를 들어 플라즈마를 이용하는 공정을 모니터링 하는 장치라면, 파워부(130)로부터 전원을 공급받아 내부에 수용된 반응가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시키고 노즐을 통해 방사시키는 장치가 구비될 수 있을 것이다.

웨이퍼 센서에(200)는 어떤 파라미터를 모니터링할 것인지에 따라 다양한 종류와 형태의 센서(210)가 구비될 수 있다. 도 2에는 9개의 센서(210)가 매트릭스 형태로 배치된 예를 도시하였으나, 센서의 배치나 개수는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

또한, 웨이퍼 센서(200)에는 각종 센서(210) 이외에도 집적회로 칩 등 여러가지 부품이 내장될 수도 있다.

도 3에 도시된 예를 이용하여 설명하자면, 웨이퍼 센서(200)는 상부 기판(201)과 하부 기판(202)으로 구성될 수 있는데, 그 내부에 공간(205)을 형성하고, 그 공간(205)에 집적회로 칩 등 웨이퍼 센서(200)의 기능을 수행하기 위한 부품들이 내장될 수 있다.

한편, 모니터링 과정에서 웨이퍼 센서(200)는 척(110)의 표면에 놓이게 되고, 이로 인하여 척(110)에서 발생하는 열이 웨이퍼 센서(200)로 전달될 수 있다.

이러한 열은 웨이퍼 센서(200)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 센서(200)에 형성된 각종 센서(210)의 동작에 영향을 미치거나, 도 3에 도시된 예와 같이 웨이퍼 센서(200)의 내부 공간(205)에 내장된 부품들에 오류 또는 고장을 일으킬 수도 있다.

그러므로, 척(110)으로부터 발생하는 열의 전달을 효율적으로 차단할 수 있도록 할 필요가 있다.

도 4를 참조하자면, 본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서(200)는 웨이퍼 센서(200)가 척(110)의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있도록 하기 위하여, 일면에 단열 홈(231)이 형성된다. 이 실시예에서 단열 홈(231)은 웨이퍼 센서(200)의 메인 기판에 형성된다.

예를 들어, 웨이퍼 센서(200)의 메인 기판이 실리콘 기판이라면, 단열 홈(231)도 실리콘 기판을 깎아 형성하게 된다. 또한, 도 3에 도시된 예와 같이 웨이퍼 센서(200)가 상부 기판(201)과 하부 기판(202)으로 이루어지는 경우, 단열 홈(231)은 하부 기판(202)의 밑면에 형성될 수 있다.

단열 홈(231)이 형성된 웨이퍼 센서(200)의 일면이 척(110)의 표면에 놓이면, 단열 홈(231)으로 인해 일부만이 척(110)의 표면에 닿게 되므로, 척(110)으로부터의 열 전달이 그만큼 감소된다.

이때 웨이퍼 센서(200)의 메인 기판의 열 전도율이 낮을수록 열 전달이 잘 이루어지지 않을 것이며, 단열 홈(231)을 통한 공기의 흐름으로 인해 단열 효과는 더욱 크게 나타날 수 있다.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서의 또 다른 실시예를 설명하자면, 웨이퍼 센서(200)는 일면(척의 표면에 닿는 면)에 단열 층(240)을 구비할 수 있다.

단열 층(240)은 웨이퍼 센서(200)의 메인 기판 위에 별도로 형성된 층이며, 단열 층(240)에는 웨이퍼 센서(200)가 척(110)의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있도록 단열 홈(231)이 형성된다. 즉, 이 실시예에서 단열 홈(231)은 메인 기판에 형성되는 것이 아니라, 별도의 층인 단열 층(240)에 형성된다.

단열 층(240)의 일부는 척(110)에 닿기 때문에, 단열 층(240)은 척(110)으로부터의 열 전달을 차단할 수 있도록 열 전달이 잘 되지 않는 단열재로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 웨이퍼 센서(200)가 척(110)의 표면에 놓이면, 단열 홈(231)으로 인해 단열 층(240)의 일부만이 척(110)의 표면에 닿게 된다. 또한, 단열 층(240)의 열 전도율이 낮을수록 척(110)으로부터의 열 전달이 감소된다.

뿐만 아니라 단열 홈(231)을 통한 공기의 흐름으로 인해 열 차단 효과는 더욱 크게 나타날 수 있으며, 단열 층(240)으로 인한 열 차단 효과와 메인 기판으로 인한 열 차단 효과가 모두 나타날 수 있게 된다.

상기의 각 실시예에서 단열 홈(231)은 필요에 따라 다양한 형태와 구조로 구성될 수 있다.

도 6은 단열 홈(231)에 관한 예를 나타낸 것으로서, 단열 홈(231)은 웨이퍼 센서(200)가 척(110)의 표면에 놓였을 때 웨이퍼 센서(200)의 둘레에 형성되는 복수개의 틈이 서로 연결되는 통로를 이루도록 구성될 수 있다. 즉, 공기의 흐름이 원활하도록 통로를 형성할 수 있다.

도 6a는 여러 개의 단열 홈(231)이 직선 모양으로 형성된 예를 나타낸 것으로서, 웨이퍼 센서(200)의 둘레에 형성되는 틈 231-1과 231-2, 231-3과 231-4, 231-5와 231-6이 각각 공기가 흐르는 통로를 형성하고 있다.

도 6b는 웨이퍼 센서(200)의 둘레에 형성되는 세 개의 틈 232-1, 232-2 및 232-3이 각각 공기가 흐르는 통로를 형성하고 있다. 이와 같이, 웨이퍼 센서(200)의 둘레에 형성되는 복수개의 틈(232-1, 232-2, 232-3) 중 어느 두 개의 틈(232-1과 232-2, 232-2와 232-3, 232-3과 232-1)을 연결하는 모든 통로는, 적어도 한번 이상 직각이 아닌 각도로 꺾어지도록 구성될 수 있다.

또한, 단열 홈(231)은 웨이퍼 센서(200)로 전달되는 열량의 분포를 일정하게 하기 위하여 그 패턴 분포가 균일하도록 구성될 수 있으며, 웨이퍼 센서(200)의 가장자리 부분을 따라서만 단열 홈(231)을 형성하고 가운데 부분은 비워 두는 형태로 구성될 수도 있다.

또한, 단열 홈은 아래 방향(척의 표면을 향하는 방향)으로 갈수록 폭이 넓어지도록 구성될 수 있다. 즉, 단열 홈을 형성하는 벽면을 경사지게 구성하면 척의 표면과 닿는 부분의 면적이 감소하여 더욱 효율적으로 열을 차단할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 단열 홈을 갖는 웨이퍼 센서(200)는 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 하나의 예로서, 웨이퍼 센서에 단열 기능을 수행할 단열재를 놓고, 이 단열재 위에 단열 홈을 형성할 수 있다. 또 다른 예로서, 먼저 단열 홈 패턴을 만들고, 그 위에 단열재를 코팅할 수도 있다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 단열 홈을 갖는 웨이퍼 센서의 제조 방법에 관한 일 실시예를 설명하기로 한다.

먼저 웨이퍼 센서(200)의 일 면(척의 표면을 향해 놓일 면)에 포토 레지스트(PhotoResist) 층(271)을 형성한다(7a).

그리고, 단열 홈 패턴이 구비된 마스크(272)를 이용하여, 포토 레지스트 층(271)에서 단열 홈이 형성될 영역만 남기고 그 나머지 영역의 포토 레지스트를 제거한다(7b, 7c).

도 7c에는 광이 조사되지 않은 부분이 남는 포지티브형 포토 레지스트를 사용한 예가 도시되어 있지만, 광이 조사된 곳이 남는 네거티브형 포토 레지스트를 사용할 수도 있다.

이제 전체적으로 단열 층(273)을 형성한다(7d).

단열 층은 단열 홈(231)을 구성하는 층으로서, 다양한 재질로 구성될 수 있다. 단열 층(273)에 관한 하나의 예로서 SiO₂를 사용할 수 있다. 단열 층(273)은 척(110)으로부터의 열 전달을 효율적으로 차단하기 위하여 열 전도율이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 포토 레지스트(271)가 남아 있는 영역을 제거한다(7e).

즉, 포토 레지스트(271)를 제거하면, 그 위에 남아 있는 단열 층(273)도 함께 떨어져 나가게 된다. 결국 포토 레지스트와 단열 층이 함께 떨어져 나간 영역이 단열 홈(231)이 된다.

이때 마스크의 단열 홈 패턴은 만들고자 하는 단열 홈의 형태에 따라 얼마든지 다양하게 구성될 수 있다.

하나의 예로서, 단열 홈 패턴은 웨이퍼 센서(200)가 척(110)의 표면에 놓였을 때 웨이퍼 센서(200)의 둘레에 형성되는 복수개의 틈이 서로 연결되는 통로를 이루도록 구성될 수 있다.

즉, 도 6을 참조하여 설명한 예와 같이 공기의 흐름이 원활하도록 다양한 형태의 통로를 형성할 수 있다.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

100: 챔버 110: 척
120: 제어부 130: 파워부
200: 웨이퍼 센서 201: 상부 기판
202: 하부 기판 205: 공간
231: 단열 홈 240, 273: 단열 층
271: 포토 레지스트 272: 단열 홈 패턴

Claims (6)

1. 삭제
2. 챔버 내 환경을 모니터링하기 위한 웨이퍼 센서로서,
   상기 웨이퍼 센서의 일면에는 단열재로 이루어지는 단열 층이 구비되고,
   상기 단열 층에는 상기 웨이퍼 센서가 척의 표면에 놓였을 때 공기가 흐를 수 있도록 단열 홈이 형성되며,
   상기 단열 홈은 상기 웨이퍼 센서가 상기 척의 표면에 놓였을 때 상기 웨이퍼 센서의 둘레에 형성되는 복수 개의 틈이 서로 연결되는 통로를 이루도록 구성되고, 상기 복수 개의 틈 중 어느 두 개의 틈을 연결하는 모든 통로는 적어도 한번 이상 직각이 아닌 각도로 꺾어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 단열 기능을 갖는 웨이퍼 센서.
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