KR200429864Y1 - 반도체소자의 온도 측정장치 - Google Patents

반도체소자의 온도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 웨이퍼 등 반도체소자의 보다 정밀한 온도 측정을 가능하게 하는 반도체소자의 온도 측정장치에 관한 것으로서, 히팅(쿨링) 플레이트 상에 안착된 반도체소자의 온도를 측정하는 반도체소자의 온도 측정장치를 구성함에 있어서, 반도체소자에 접촉되거나 근접되어 반도체소자의 온도를 측정하는 반도체소자 온도 측정 센서; 상기 히팅 플레이트에 설치되고, 그 선단에 상기 반도체소자 온도 측정 센서가 설치되며, 승하강이 자유롭게 설치되는 승하강대; 상기 승하강대의 승하강 경로를 안내하도록 상기 승하강대의 후단을 둘러싸는 형상의 승하강 가이드; 및 일단부가 상기 승하강 가이드의 후단과 접촉되어 지지하고, 중단부가 상기 승하강 가이드에 힌지 결합되며, 타단부에 지렛대의 원리로 상기 일단부를 들어 올리는 방향으로 중력이 작용하도록 중량부가 형성되는 지렛대식 무게추;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 실시간으로 반도체소자의 온도를 직접 측정하여 정밀한 실제 데이터를 얻을 수 있게 하고, 반도체소자의 이탈을 감지할 수 있고, 중력을 이용한 무게추를 사용하여 온도에 상관없이 센서와 반도체소자의 균일하고 정밀한 접촉력을 유지하여 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 플레이트의 온도를 함께 측정하여 초기 반도체소자 가열시 전력을 절감하고, 플레이트의 열저항을 줄여서 원활한 가열을 가능하게 하여 장치의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

반도체소자의 온도 측정장치{Temperature sensing apparatus of wafer}
도 1은 종래의 반도체소자의 온도 측정장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체소자의 온도 측정장치가 히팅 플레이트에 설치된 상태를 나타내는 사용 상태 단면도이다.
도 3은 도 2의 반도체소자의 온도 측정장치의 웨이퍼 미안착 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 반도체소자의 온도 측정장치의 웨이퍼 미안착 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 도 3의 부품 분해 사시도이다.
도 6은 도 3의 부품 조립 사시도이다.
(도면의 주요한 부호에 대한 설명)
1: 온도측정 센서장치 2: 센서부
3: 제어부 4: 히팅 플레이트
5: 열전달판 6: 발열체
7: 지지돌기 8: 웨이퍼
9: 정렬단턱 10: 온도측정 센서장치
11: 반도체소자 온도 측정 센서 12: 승하강대
13: 승하강 가이드 14: 지렛대식 무게추
15: 히팅 플레이트 온도 측정 센서 16: 제어부
17: 와이어 18: 여유홀
19: 회수홀 20: 중량부
21: 측면홀 22: 힌지핀
23: 돌기
본 고안은 반도체소자의 온도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체소자의 보다 정밀한 온도 측정을 가능하게 하는 반도체소자의 온도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 히팅(쿨링) 플레이트(4)의 열전달판(5) 상의 지지돌기(7) 상에 안착된 웨이퍼(8)의 온도측정 센서장치(1)는, 플레이트(4)의 내면이나 하면에 위치하고, 플레이트(4)의 온도를 측정하여 온도신호를 인가하는 센서부(2) 및 상기 센서부(2)로부터 온도신호를 인가받아 상기 히팅 플레이트(4)의 발열체(6)를 제어하는 제어부(3)를 포함하여 이루어지는 구성이였다.
즉, 이러한 종래의 반도체소자의 온도 측정장치(1)는, 상기 센서부(2)가 플레이트(4)의 온도를 측정하는 것으로서, 웨이퍼(8), 즉 피가열체의 온도를 직접 측 정할 수 없기 때문에 대신 플레이트(4)의 온도를 측정하여 웨이퍼(8) 온도를 역으로 산출하는 방식이었다.
또한, 보다 정밀한 웨이퍼(8) 온도를 측정하기 위해서는, 도시하진 않았지만 실제 웨이퍼(8) 가공을 수행하기 전에, 웨이퍼(8)와 동일한 규격의 판에 다수개의 온도센서가 장착된 테스트용 웨이퍼(도시하지 않음)를 사용하였다.
그러나, 이러한 종래의 플레이트(4) 온도를 측정하는 센서부(2)나, 장비를 셋팅하기 위해 테스트용 웨이퍼를 이용하여 실제 웨이퍼(8) 가공을 수행하기 전에 온도치를 추정하는 종래의 방식들은, 실제 웨이퍼(8)가 가공되는 동안 실시간으로 웨이퍼(8)의 온도를 측정하는 것이 불가능했다.
즉, 종래의 웨이퍼(8)의 온도 측정장치(1)는, 플레이트(4)의 온도치나 테스트 웨이퍼(8)의 온도치를 이용하여 실제 웨이퍼(8)의 온도를 역으로 산출하는 방식으로 온도 측정 작업이 이루어져서 산출오차나 이론오차로 인하여 매번 그때 그때마다 서로 다른 외부 요인 및 내부 요인에 따른 웨이퍼(8)의 히팅 또는 쿨링 상태를 작업자가 직접적으로 정확하게 판단할 수 없었던 문제점이 있었다.
또한, 이러한 종래의 반도체소자의 온도 측정장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 플레이트(4)의 온도만을 측정하기 때문에 상기 웨이퍼(8)가 상기 플레이트(4) 안착시 정렬단턱(9)에 의해 정위치에 정렬하지 못하고, 정렬단턱(9) 위에 걸쳐있는 웨이퍼 이탈현상을 감지할 수 없었던 문제점이 있었다.
한편, 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 종래에는 코일스프링에 온도센서를 설치하여 웨이퍼와 접촉되도록 하는 코일스프링 접촉 방식의 반도체소자의 온도 측정장치(대한민국 공개특허 제1999-28030호)가 고안된 바 있으나, 이러한 종래의 코일스프링을 이용한 웨이퍼 온도 측정장치는, 온도에 따른 코일스프링의 탄성 변화를 예측하기 어렵고, 웨이퍼의 무게에 따른 탄성 가압력을 조절하기 어려워서 센서가 웨이퍼와 접촉되지 못하거나 필요 이상의 힘으로 웨이퍼를 가압하여 웨이퍼가 돌출되거나 이탈되는 등의 문제점이 있었다.
또한, 종래에 코일스프링을 이용하여 센서를 웨이퍼에 접촉시켜서 웨이퍼의 온도를 측정하는 웨이퍼 온도 측정장치는, 웨이퍼 가공을 마친 후, 다음 웨이퍼가 초기 진입시 플레이트의 온도는 높은 반면, 아직 웨이퍼가 가열되지 못하여 저온인 경우, 플레이트의 온도를 높일 필요가 없음에도 불구하고 저온의 웨이퍼만을 감지하여 제어부가 필요 이상으로 발열체에 제어신호를 인가하여 플레이트의 온도를 무리하게 높임으로써 이러한 초기 웨이퍼의 온도 편차로 인해 불필요한 전력이 낭비되는 것은 물론, 웨이퍼가 너무 급속하게 가열되어 가공 불량이 발생되거나 플레이트의 열저항을 증대시키는 무리한 장치운영으로 장치의 내구성을 떨어뜨리는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 실제 반도체소자 가공시 실시간으로 반도체소자의 온도를 측정할 수 있어서 가공시 장비의 가공조건을 결정할 수 있는 매우 정밀한 실제 데이터를 얻을 수 있게 하고, 그때 그때마다 서로 다른 외부 요인 및 내부 요인에 따른 반도체소자의 히팅 또는 쿨링 상태를 작업자가 직접적으로 정확하게 판단하여 필요한 조치를 취할 수 있으며, 반도체소자의 이탈을 감지할 수 있고, 중력을 이용한 무게추를 사용하여 온도에 상관없이 센서와 반도체소자의 균일하고 정밀한 접촉력을 유지하여 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 플레이트의 온도를 함께 측정하여 초기 반도체소자 가열시 전력을 절감하고, 플레이트의 열저항을 줄여서 원활한 가열을 가능하게 하여 장치의 내구성을 증대시킬 수 있게 하는 반도체소자의 온도 측정장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 반도체소자의 온도 측정장치는, 히팅(쿨링) 플레이트 상에 안착된 반도체소자의 온도를 측정하는 반도체소자의 온도 측정장치를 구성함에 있어서, 반도체소자에 접촉되거나 근접되어 반도체소자의 온도를 측정하는 반도체소자 온도 측정 센서; 상기 히팅 플레이트에 설치되고, 그 선단에 상기 반도체소자 온도 측정 센서가 설치되며, 승하강이 자유롭게 설치되는 승하강대; 상기 승하강대의 승하강 경로를 안내하도록 상기 승하강대의 후단을 둘러싸는 형상의 승하강 가이드; 및 일단부가 상기 승하강 가이드의 후단과 접촉되어 지지하고, 중단부가 상기 승하강 가이드에 힌지 결합되며, 타단부에 지렛대의 원리로 상기 일단부를 들어 올리는 방향으로 중력이 작용하도록 중량부가 형성되는 지렛대식 무게추;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 고안에 따르면, 상기 승하강대는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서와 연결된 리드 와이어가 통과할 수 있도록 속이 빈 세라믹 파이프인 것이 바람직하다.
또한, 본 고안에 따르면, 상기 지렛대식 무게추는 상기 승하강 가이드의 측 면에 형성된 측면홀을 관통하는 힌지핀에 의해 중단부가 상기 승하강 가이드에 힌지 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 고안에 따르면, 상기 승하강 가이드는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서와 연결된 리드 와이어가 상기 승하강대의 승하강운동시 신장 및 수축될 수 있도록 측면에 상기 리드 와이어가 통과하는 여유홀이 형성되고, 하단에 상기 여유홀을 통과하여 노출된 상기 리드 와이어가 절곡될 수 있도록 회수홀이 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 고안의 반도체소자의 온도 측정장치는, 상기 히팅 플레이트에 내설되거나 접촉되어 상기 히팅 플레이트의 온도를 측정하는 히팅 플레이트 온도 측정 센서; 및 상기 반도체소자 온도 측정 센서로부터 반도체소자 온도신호를 인가받고, 상기 히팅 플레이트 온도 측정 센서로부터 히팅 플레이트 온도신호를 인가받으며, 상기 반도체소자 온도신호 및 히팅 플레이트 온도신호를 비교 분석하여 이들 간의 초기 온도 편차를 해소하는 방향으로 상기 히팅 플레이트의 발열체에 온도 제어 신호를 인가하는 제어부;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체소자의 온도 측정장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체소자의 온도 측정장치(10)는, 히팅(쿨링) 플레이트(4) 상에 안착된 반도체소자(웨이퍼(8))의 온도를 직접 측정하는 것으로서, 크게 반도체소자 온도 측정 센서(11)와, 승하강대(12)와, 승하강 가이드(13)와, 지렛대식 무게추(14)와, 히팅 플 레이트 온도 측정 센서(15) 및 제어부(16)를 포함하여 이루어지는 구성이다.
여기서, 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)는, 웨이퍼(8)에 접촉되거나 근접되어 웨이퍼(8)의 온도를 측정하는 것으로서, 다양한 접촉식, 비접촉식 온도 측정 센서가 적용될 수 있다.
또한, 상기 승하강대(12)는, 상기 히팅 플레이트(4)에 설치되는 것으로서, 그 선단에 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)가 설치되며, 상기 승하강 가이드(13)를 따라 승하강이 자유롭게 설치되는 것이다.
이러한, 상기 승하강대(12)는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)와 연결된 리드 와이어(17)가 통과할 수 있도록 속이 빈 세라믹 재질의 파이프 형상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 승하강 가이드(13)는, 상기 승하강대(12)의 승하강 경로를 안내하도록 상기 승하강대(12)의 후단을 둘러싸는 형상인 것으로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)와 연결된 리드 와이어(17)가 상기 승하강대(12)의 승하강운동시 신장 및 수축될 수 있도록 측면에 상기 리드 와이어(17)가 통과하는 여유홀(18)이 형성되고, 하단에 상기 여유홀(18)을 통과하여 노출된 상기 리드 와이어(17)가 절곡될 수 있도록 회수홀(19)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지렛대식 무게추(14)는, 일단부가 상기 승하강 가이드(13)의 후단과 접촉되어 지지하고, 중단부가 상기 승하강 가이드(13)에 힌지 결합되며, 타단부에 지렛대의 원리로 상기 일단부를 들어 올리는 방향으로 중력이 작용하도록 중 량부(20)가 형성되는 것으로서, 상기 승하강 가이드(13)의 측면에 형성된 측면홀(21)을 관통하는 힌지핀(22)에 의해 중단부가 상기 승하강 가이드(13)에 힌지 결합되는 것이다.
따라서, 이러한 본 고안의 반도체소자의 온도 측정장치의 작동 과정을 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 대기 상태에서는, 상기 지렛대식 무게추(14)의 중량부(20)가 하중에 의해 타단부가 하강하고, 일단부가 상승하면서 상기 지렛대식 무게추(14)가 중력에 의해 회동되는 것으로서, 상기 승하강대(12)는 상기 승하강 가이드(13)를 따라 상기 지렛대식 무게추(14)에 의해 지렛대의 원리로 들어 올려져서 선단이 상기 플레이트(4)의 돌기 높이 이상으로 상승된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(8)가 상기 플레이트(4)의 돌기(23)에 안착되면, 상기 웨이퍼(8)의 하중에 의해 상기 승하강대(12)는 상기 지렛대식 무게추(14)의 중력을 이기고 하강하게 된다.
이 때, 상기 승하강대(12)는, 상기 지렛대식 무게추(14)에 의해 항상 들어 올려지는 방향으로 가압되기 때문에 상기 웨이퍼(8)와 상기 플레이트(4)의 돌기(23) 높이 이하로 하강하지 못하여 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)는, 상기 웨이퍼(8)에 항상 접촉될 수 있는 것이다.
그러므로, 본 고안의 반도체소자의 온도 측정장치는, 실제 웨이퍼(8)가 가공되는 동안 실시간으로 웨이퍼(8)의 온도를 측정하는 것은 물론, 상기 승하강대(12)의 높이를 측정하여 상기 웨이퍼(8)가 상기 플레이트(4) 안착시 정렬단턱(9)에 의해 정위치에 정렬하지 못하고, 정렬단턱(9) 위에 걸쳐있는 웨이퍼(8) 이탈현상을 감지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 센서(11)를 웨이퍼(8)에 밀착시키는 가압력으로 중력을 이용하기 때문에 온도에 따른 변화가 없고, 웨이퍼(8)의 무게에 따라 상기 지렛대식 무게추(14)의 무게를 조정하여 최적의 힘으로 웨이퍼(8)와 밀착시킴으로써 웨이퍼(8)가 돌출되거나 이탈되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.
한편, 상기 히팅 플레이트 온도 측정 센서(15)는, 상기 히팅 플레이트(4)에 내설되거나 접촉되어 상기 히팅 플레이트(4)의 온도를 측정하는 것이다.
또한, 상기 제어부(16)는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서(11)로부터 반도체소자 온도신호를 인가받고, 상기 히팅 플레이트 온도 측정 센서(15)로부터 히팅 플레이트 온도신호를 인가받으며, 상기 반도체소자 온도신호 및 히팅 플레이트 온도신호를 비교 분석하여 이들 간의 초기 온도 편차를 해소하는 방향으로 상기 히팅 플레이트(4)의 발열체(6)에 온도 제어 신호를 인가하는 것이다.
그러므로, 웨이퍼(8) 가공을 마친 후, 다음 웨이퍼(8)가 초기 진입시 웨이퍼(8)의 온도는 물론, 플레이트(4)의 온도를 함께 감지하여 아직 웨이퍼(8)가 가열되지 못하여 저온이라 하더라도 플레이트(4)의 온도가 충분히 고온일 경우, 제어부(16)가 필요 이상으로 발열체에 제어신호를 인가하여 플레이트의 온도를 무리하게 높이는 것을 방지하여 불필요한 전력 낭비를 제거하고, 웨이퍼(8)의 가열 속도를 최적 상태로 조절하여 가공 불량을 예방하며, 플레이트(4)의 열저항을 감소시켜서 원활한 장치운영은 물론, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 것이다.
본 고안은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 고안의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
예컨대, 본 고안에서는 히터를 구비한 반도체 히팅 공정은 물론, 쿨러를 구비한 반도체 쿨링 공정에도 적용될 수 있는 것이다.
따라서, 본 고안에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
이상에서와 같이 본 고안의 반도체소자의 온도측정 센서장치에 의하면, 실시간으로 반도체소자의 온도를 직접 측정하여 가공시 장비의 가공조건을 결정할 수 있는 매우 정밀한 실제 데이터를 얻을 수 있게 하고, 그때 그때마다 서로 다른 외부 요인 및 내부 요인에 따른 반도체소자의 히팅 또는 쿨링 상태를 작업자가 직접적으로 정확하게 판단하여 필요한 조치를 취할 수 있으며, 반도체소자의 이탈을 감지할 수 있고, 중력을 이용한 무게추를 사용하여 온도에 상관없이 센서와 반도체소자의 균일하고 정밀한 접촉력을 유지하여 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 플레이트의 온도를 함께 측정하여 초기 반도체소자 가열시 전력을 절감하고, 플레이트의 열저항을 줄여서 원활한 가열을 가능하게 하여 장치의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (5)

  1. 히팅(쿨링) 플레이트 상에 안착된 반도체소자(웨이퍼 등)의 온도를 측정하는 반도체소자의 온도 측정장치를 구성함에 있어서,
    반도체소자에 접촉되거나 근접되어 반도체소자의 온도를 측정하는 반도체소자 온도 측정 센서;
    상기 히팅 플레이트에 설치되고, 그 선단에 상기 반도체소자 온도 측정 센서가 설치되며, 승하강이 자유롭게 설치되는 승하강대;
    상기 승하강대의 승하강 경로를 안내하도록 상기 승하강대의 후단을 둘러싸는 형상의 승하강 가이드; 및
    일단부가 상기 승하강 가이드의 후단과 접촉되어 지지하고, 중단부가 상기 승하강 가이드에 힌지 결합되며, 타단부에 지렛대의 원리로 상기 일단부를 들어 올리는 방향으로 중력이 작용하도록 중량부가 형성되는 지렛대식 무게추;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 온도 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 승하강대는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서와 연결된 리드 와이어가 통과할 수 있도록 속이 빈 세라믹 파이프인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 온도 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지렛대식 무개추는 상기 승하강 가이드의 측면에 형성된 측면홀을 관통하는 힌지핀에 의해 중단부가 상기 승하강 가이드에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 온도 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 승하강 가이드는, 상기 반도체소자 온도 측정 센서와 연결된 리드 와이어가 상기 승하강대의 승하강운동시 신장 및 수축될 수 있도록 측면에 상기 리드 와이어가 통과하는 여유홀이 형성되고, 하단에 상기 여유홀을 통과하여 노출된 상기 리드 와이어가 절곡될 수 있도록 회수홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 온도 측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 히팅 플레이트에 내설되거나 접촉되어 상기 히팅 플레이트의 온도를 측정하는 히팅 플레이트 온도 측정 센서; 및
    상기 반도체소자 온도 측정 센서로부터 반도체소자 온도신호를 인가받고, 상기 히팅 플레이트 온도 측정 센서로부터 히팅 플레이트 온도신호를 인가받으며, 상기 반도체소자 온도신호 및 히팅 플레이트 온도신호를 비교 분석하여 이들 간의 초기 온도 편차를 해소하는 방향으로 상기 히팅 플레이트의 발열체에 온도 제어 신호를 인가하는 제어부;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 온도 측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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