KR200202589Y1 - 기판 매입형 온도센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 제조 공정 중 반도체 기판의 온도 측정이 가능하도록 하는 기판 매입형 온도 센서에 관한 것으로, 열전대 정션이 기판 사이에 매입되어 있고 열전대선이 기판의 한쪽 측면에서 정리되어 외부로 인출되는 것을 특징으로 한다. 따라서 반도체 제조 공정에 사용되는 실리콘 기판의 표면 형상과 동일한 표면 형상을 가진 온도센서를 제공함으로써, 기존의 온도 측정용 기판으로는 측정할 수 없었던 실제 반도체 제조 공정 중에 실리콘 기판의 온도 변화를 직접 측정할 수 있는 장점이 있다.

Description

기판 매입형 온도센서{Thermocouple within the Bonded Silicon Wafers}

본 고안은 기판 매입형 온도센서에 관한 것이다. 온도 측정용 실리콘 기판과 보호용 실리콘 기판 사이에 열전대 정션과 열전대선을 매입하고, 열전대선을 실리콘 기판의 측면으로 인출함으로써, 온도 측정용 기판이 반도체 제조 공정에 이용되는 실리콘 기판과 동일한 표면 상태를 갖게 하는 것이 가능하다. 이와 같은 기판 매입형 온도센서를 제공함으로써, 기존의 온도 측정용 기판으로서 측정할 수 없었던 실제 반도체 제조 공정 중에 실리콘 기판의 온도 변화를 직접 측정하여 반도체 제조 공정의 신뢰도 및 재현성을 향상시키고자 한다.

실리콘 기판의 온도 측정을 위한 종래의 기술로서는 광을 이용한 간접 측정 방식과 열전대를 이용한 직접 측정 방식이 있다. 광을 이용하는 간접 측정 방식은 실리콘 기판과의 직접적인 접촉이 없으므로 반도체 제조 공정이 진행되는 동안에도 실리콘 기판 온도 측정이 가능한 장점이 있으나 열전대 또는 백금측온저항 등을 이용한 직접측정방식에 비해 비교적 고가의 장비를 필요로 하며, 측정되는 온도 범위가 한정적이고 오차 또한 크다. 이에 비해 열전대 또는 백금측온저항 등을 이용한 온도 측정은 열기전력 또는 온도저항계수를 이용하는 온도센서를 이용하는 방법으로서 여타의 다른 온도센서에 비해 높은 정확도를 가진다.

도 1 에는 열전대를 실리콘 기판에 매입하는 방식으로 만든 종래의 실리콘 기판 온도 측정 장치를 나타내었다. 온도 측정용 반도체 기판(2), 열전대 정션(3), 열전대선(4)와 세라믹 페이스트(7)로 구성되어 있다 이 장치를 이용하는 종래의 방법은 넓은 온도 범위에서 정밀한 측정이 가능한 장점을 가지고 있지만 열전대선이 반도체 기판의 표면에 노출되어 있어 복잡하다. 이러한 종래의 장치를 반도체 제조 공정 도중에 사용할 경우 반도체 표면에 복잡하게 노출된 열전대선이 공정 개스의 흐름에 영향을 끼쳐서 공정을 진행하면서 정확한 온도를 측정할 수 없는 단점을 지니고 있다. 따라서 종래의 온도센서는 진공중에서의 웨이퍼 온도 보정용으로만 사용되고 있고, 반도체 공정과 동일한 분위기에서는 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다.

본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 고안한 것으로, 온도 센서의 표면을 기존 반도체 기판의 표면과 동일하게 하여 반도체 제조 공정 도중에도 개스의 흐름에 영향을 주지않고, 반도체 기판의 정밀한 온도 측정이 가능하도록 하는 온도센서 장치를 가공하는데 있다.

도 1은 종래의 온도 측정용 실리콘 기판의 구성도

도 2는 기판 매입형 온도센서의 구성도

도 3 은 온도 측정용 실리콘 기판의 구성도

도 4는 보호용 실리콘 기판의 구성도

(1) 보호용 반도체 기판 (2) 온도 측정용 반도체 기판

(3) 열전대 정션(junction) (4) 열전대선

(5) 홈(trench) (6) 실리콘 산화막

(7) 세라믹 페이스트

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 온도 센서 장치를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 온도 센서로 사용하는 열전대의 열전대 정션(3)과 열전대선(4), 열전대를 매입하기 위한 홈(5)이 형성된 온도 측정용 반도체 기판(2) 과 열전대 정션을 공정분위기로부터 보호하기위한 보호용 실리콘 기판(1)으로 구성된다. 온도 측정용 반도체 기판을 제1 반도체 기판, 보호용 반도체 기판을 제2 반도체 기판으로 구분할 수 있다. 도 2 에서는 반도체 기판의 대략적인 평면도 및 단면도를 나타내었지만 좀 더 상세한 그림은 도3의 온도 측정용 실리콘 기판의 단면도와 도 4의 보호용 실리콘 기판의 단면도에 잘 나타나 있다. 여기서 같은 재질이나 같은 구성을 나타내는 도면의 기호는 서로 다른 그림에 있더라도 같은 기호를 사용하고 있음을 유의하여야 한다.

본 고안에 의한 장치는 반도체 공정 기술 및 실리콘 접합 기술을 활용하여 제작되는데 본 고안의 장치를 제작하기 위한 공정의 한 예는 다음과 같다. 두 장의 실리콘 기판을 접합하여 기판 매입형 온도센서를 제조하기 위해서는 온도 측정용 실리콘 기판과 보호용 실리콘 기판이 필요하다. 도 3에서 온도 측정용 실리콘 기판의 제작은 먼저 열전대 정션을 매입하고 열전대선을 외부로 인출하기 위하여 홈을 형성한다.이 홈은 열전대 정션의 위치에서 열전대선이 외부로 인출될 온도 측정용 실리콘 기판의 한쪽 측면까지 형성되며 열전대선으로 사용될 열전대 정션과 열전대선이 충분히 매입될 만큼의 깊이로 식각한다. 홈은 반도체 제조 기술 중 사진 식각 기술을 이용하여 패턴을 형성한 다음 습식 식각법 또는 건식 식각법으로 실리콘을 식각하여 형성한다. 두장의 실리콘 기판을 접합하는 방법 중 양극 접합법을 사용할 경우 온도 측정용 실리콘 기판과 보호용 기판 중 한장에 실리콘 산화막(6)을 성막하여야 한다. 예로써 온도 측정용 실리콘 기판에 실리콘 산화막을 성막하였다. 열전대 정션과 열전대선을 홈을 따라서 넣는다. 열전대선은 실리콘 기판의 한쪽 측면에서 모두 인출한다. 온도 측정용 기판의 열전대 정션과 열전대선이 매입된 면과 보호용 기판의 한면을 접합하면 기판 매입형 온도센서가 완성된다.

상기에서 서술된 방법에 의해서 온도측정용 기판에 매입된 열전대 정션은 외부로 노출되지 않게 되어 공정 개스에 의해 손상이 되지 않는다. 정전기력을 이용한 양극접합을 사용하여 두개의 반도체 기판을 접합한다. 두 개의 기판 접합에 사용되는 방법 중 양극접합에 의한 접합면은 실리콘과 실리콘 산화막으로 구성된다.

상기의 방법에 의해 제작된 기판 사이에 매입된 열전대 정션은 공정 개스에 손상을 받지 않고 열전대선이 반도체 기판 한쪽 측면에서 인출되므로 공정 개스의 흐름에 영향을 주지 않고 실제 반도체 제조 공정에 사용되어 기판의 온도 변화를 직접 측정할 수 있다. 그리고 반도체 공정에 이용되는 실리콘 기판과 결국 동일한 공정을 거치게 되므로 공정 웨이퍼와 동일한 표면 상태를 가지게 된다.

본 고안에 의한 기판매입형 온도센서는 공정 웨이퍼와 동일한 표면상태를 유지하고 열전대선을 한쪽 측면에 배치함으로써, 반도체 제조공정 도중에도 반도체 기판의 온도를 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이와 같은 기판 매입형 온도센서를 제공함으로써, 기존의 온도 측정용 기판으로는 측정할 수 없었던 실제 반도체 제조 공정 중에 실리콘 기판의 온도 변화를 직접 측정하여 반도체 제조 공정의 신뢰도 및 재현성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 홈이 형성된 제1 반도체 기판과,

   상기 제1 반도체 기관내에 매입한 온도 센서와,

   상기 제1 반도체 기판과 접착되어 있는 제2 반도체 기판으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 기판 매입형 온도센서
2. 제 1항에 있어서, 제1 반도체 기판과 제2 반도체 기판이 진공접합에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 기판 매입형 온도센서
3. 제 1항에 있어서, 온도센서가 열전대, 또는 백금측온저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 기판 매입형 온도센서
4. 제 1항에 있어서, 열전대선은 반도체 기판의 한쪽면의 가장자리에서 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 기판 매입형 온도센서