KR20130141498A - 인-시추 측정을 위한 센서 웨이퍼 상의 식각-저항성 코팅 - Google Patents
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Abstract
센서 웨이퍼는 식각 프로세스 동안 파라미터의 인-시추 측정을 위하여 구성될 수 있다. 센서 웨이퍼는 기판, 커버, 및 기판과 커버 사이에 위치하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 식각-저항성 코팅은 커버 및/또는 기판의 하나 이상의 표면상에 형성된다. 이 코팅은, 보호 코팅 이상의 두께의 표준 박막 소재보다 더 긴 기간 동안 커버 및/또는 기판을 식각하는 식각 프로세스에 저항성을 갖도록 구성된다.
Description
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 웨이퍼 프로세싱에 관한 것이고 보다 구체적으로는 식각 챔버를 위해 사용되는 저항성 코팅(resistant coating)을 구비한 센서 웨이퍼에 관한 것이다.
집적 회로, 디스플레이 또는 디스크 메모리의 제조는 일반적으로 많은 프로세싱 단계를 사용한다. 각 프로세스 단계는 가동상의 장치를 제공하기 위하여 주의 깊게 모니터링 되어야 한다. 이미징 프로세스, 증착 및 성장 프로세스, 식각 및 마스킹 프로세스, 등을 통틀어, 예를 들어, 온도, 기체 흐름, 진공, 압력, 화학물질, 기체 또는 플라즈마 구성 및 노출 거리가 각 단계 동안 주의 깊게 제어되어야 한다는 것은 중요하다. 각 단계와 관련된 다양한 프로세싱 조건에 대한 세심한 주의는 최적의 반도체 또는 박막 프로세스의 요건이다. 최적의 프로세싱 조건으로부터의 임의의 일탈은, 집적 회로 또는 장치가 기준 미달의 수준에서 동작하거나, 더욱 나쁘게는 완전히 작동이 되지 않도록 하는 결과를 초래할 수 있다.
프로세싱 챔버 내에서, 프로세싱 조건은 달라진다. 온도, 기체 유동율 및/또는 기체 구성과 같은 프로세싱 조건의 변화는 형성과정에 크게 영향을 미치고, 따라서, 집적 회로의 성능에 크게 영향을 미친다. 기판의 소재 특성이 프로세싱될 실제 회로의 특성과 동일하기 때문에, 집적 회로와 동일하거나 유사한 소재인 기판을 구비한 센서 또는 다른 장치를 프로세싱 조건을 측정하는 데 사용하는 것은, 조건의 가장 정확한 측정을 제공한다. 사실상 모든 프로세스 조건에 대해 변화도(gradient)와 변형이 챔버 전체에 걸쳐 존재한다. 따라서, 이러한 변화도는, 기판의 표면 아래 및 위 뿐만 아니라 기판의 표면 전체에 걸쳐서도 존재한다. 챔버 프로세싱 조건을 쉽게 최적화하기 위해 측정치가 웨이퍼 상에서 취하여지고 자동 제어 시스템 또는 오퍼레이터에게 실시간으로 이용 가능하다는 것은, 웨이퍼에서 프로세싱 조건을 정확하게 제어하기 위하여 매우 중요하다. 반도체 또는 다른 장치 제조를 제어함에 사용되는 임의의 파라미터를 포함하는 프로세싱 조건 또는 임의의 조건을, 제조자는 모니터링하고 싶어 할 수 있다.
프로세스 조건을 인-시추 모니터링하기 위한 한 가지 테크닉은, 챔버 내에서 프로세싱되는 웨이퍼와 유사한 기판 상에 포함된 센서를 구비한 측정 장치를 사용한다. 미국 출원공개 제 20060174720 호는, 제조 중에 웨이퍼가 겪을 수 있는 프로세싱 조건들을 측정하는 센서를 구비한 기판을 포함하는 측정 장치의 예시를 개시한다. 기판은 로봇에 의해 프로세싱 챔버 내로 삽입될 수 있고, 측정 장치는 실시간으로 조건들을 송신하거나 차후의 분석을 위해 조건들을 저장할 수 있다. 장치의 정확도, 가동 범위, 및 신뢰도를 증가시키기 위하여, 장치의 민감한 전자 부품은 가장 유해한 프로세싱 조건으로부터 거리를 두거나 격리될 수 있다.
챔버 내의 프로세스 조건들을 모니터링하는 동안 센서 웨이퍼는 식각을 겪기 때문에, 식각 프로세스(예컨대, 플라즈마 식각) 동안 식각 조건을, 예컨대 온도를, 센서 웨이퍼를 이용하여 인-시추 모니터링하는 것은 특히 문제가 있다. 무방비의 센서 웨이퍼는, 예컨대, 실리콘 식각 화학물질 또는 플라즈마 충돌(bombardment)에 의해 식각 환경에서 손상될 수 있다. 현재의 센서 웨이퍼는, 센서를 보호하기 위하여 그리고 식각되고 있는 공작물을 최고로 시뮬레이션하기 위하여 실리콘 커버를 사용한다. 그러나, 실리콘 커버가 식각 프로세스를 겪을 때 블랙 실리콘 또는 화이트 실리콘이 생산된다. 블랙 실리콘 또는 화이트 실리콘 오염은 입자 발생으로 이어질 수 있으며, 이는 프로세스 챔버 내에서 바람직하지 않다.
실리콘 웨이퍼 기판에 기초한 일부 선행 기술 센서 웨이퍼는, 플라즈마 식각 조건의 측정 동안 식각으로부터 센서 웨이퍼를 보호하기 위해 폴리이미드(polyimide) 또는 실리콘 산화물(silicon oxide) 코팅과 같은 표준 박막 소재를 사용했다. 그러나, 폴리이미드 및 실리콘 산화물 코팅은 다중 및 TSV(through-silicon via) 식각 조건 하의 식각에 대하여 제한적인 저항성을 가진다. 플라즈마 식각 챔버에서 사용되는 센서 웨이퍼의 경우 보호 코팅이 적어도 10시간동안 지속되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 코팅의 웨이퍼는, SiO2 및 폴리이미드 코팅이 극도로 두껍지 않다면, 예컨대 SiO2의 경우 약 10㎛ 두께 및 폴리이미드의 경우 적어도 100㎛ 두께가 아니라면, 이렇게 오래 지속될 수 없다는 것이 경험으로 나타났다. 불행하게도, 더 두꺼운 코팅은 온도 측정에 인위적 구조를 도입할 수 있고, 또한 웨이퍼를 틀어지게 할 수 있다. 따라서, 플라즈마 식각 환경에 10시간의 누적된 노출을 견뎌낼 수 있는 센서 웨이퍼에 대한 충족되지 않은 요구가 있다.
식각에 저항성을 갖는 것 뿐만 아니라, 비교적 얇고, 오염성이 없고, 커버 소재와 기판 소재에 강하게 부착되는 코팅이 더 바람직할 수 있다.
이러한 맥락에서 본 발명의 실시예들이 제기된다.
플라즈마 스프레이에 의해 생성된 코팅은 웨이퍼 코팅으로서 사용되기에는 너무 두껍고 입자를 발생시키기 쉽다. 게다가, 이트리아로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 대하여 아무런 오염 데이터가 없다. 또한, 이트리아-코팅 부분은 식각 챔버 내의 의도적인 플라즈마 충돌을 정상적으로 겪지 않는다. 대개, 식각 챔버 내의 플라즈마는, 정상적인 식각 프로세스 동안 웨이퍼만이 플라즈마로부터 이온 충돌 및 화학적 손상을 겪는 방식으로 국한된다. 코팅은 챔버 세정 프로세스 동안 챔버를 손상으로부터 보호하는 데 사용된다. 그러나, 챔버 세정은 챔버 부분의 활성 이온 충돌을 포함하지 않고, 대신에 플라즈마에 의해 강화된 화학 반응에 의존한다.
선행 기술의 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 실시예들은 윗 표면에 식각-저항성 희토류 산화물 보호 코팅을 갖는 기판 및 커버를 구비한 센서 웨이퍼를 포함한다. 코팅은 보호 코팅 이상의 두께의 표준 박막 소재보다 더 오랜 기간동안 커버 및/또는 기판을 식각하는 식각 프로세스에 의한 식각에 저항하도록 구성된다. 코팅은 증발에 의한 증착법에 의해 형성될 수 있으며, 이는 통상적으로 SiO2 상에 광학 코팅을 만드는 데 이용된다. 대안으로, 식각-저항성 코팅은 물리 증착법(PVD; physical vapor deposition), 유기 금속 화학 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 플라즈마 프로세스, 레이저 어블레이션(ablation), 또는 다른 표준 IC 제조 막 증착 프로세스들과 같은 다른 방법들로 형성될 수 있다.
실리콘 커버를 구비한 센서 웨이퍼로 실험이 이루어졌다. 커버는 상이한 유형들의 보호 막으로 코팅되었다. 막(film)들은 실리콘 산화물(예컨대, SiO2), 캡톤(Kapton), 및 스핀-온 폴리이미드와 같은 몇몇 표준 막 및 희토류 산화물(Y2O3)을 포함한다. 캡톤은 화학식 poly(4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimide)을 가지는 중합체를 지칭한다. 캡톤은 델라웨어주 윌밍턴의 E.I. Du Pont De Nemours and Company의 상표이다. 막들은 식각율, 웨이퍼 뒤틀림(warpage), 웨이퍼 온도 범위와 정확성에 따른 막 효과 및 금속 오염성에 대하여 연구되었다. 코팅들은 동일한 식각 조건 하에서 웨이퍼 뒤틀림, 온도 범위와 정확성에 따른 막 효과 및 금속 오염성 측면에서 유사한 성능을 가졌다. 그러나, 식각율에서 상당한 차이가 있었다. 각각의 막의 수명은 측정된 식각율을 측정된 막 두께로 나눔으로써 추정되었다. 10시간보다 긴 추정된 수명을 갖는 유일한 막은 Y2O3 막이었고, 이는 1.5 미크론 두께로서 테스트된 가장 얇은 막이기도 했다. 이 막의 식각율은 감지할 수 없었으며, 이는 10시간 보다 매우 길고 다른 막들 중 어느 것의 수명보다도 매우 긴 수명을 의미할 수 있다. 다음으로 좋은 막(2 미크론 두께의 SiO2)은 5시간 미만 지속되는 것으로 추정되었다. 50 미크론 두께의 캡톤 막은 약 3시간 지속되는 것으로 추정되고, 2 미크론 두께의 스핀-온 폴리이미드는 15분 미만 지속되는 것으로 추정되었다.
본 발명의 사상은 첨부하는 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 단면도이다.
도 1B는 도 1A의 센서 웨이퍼의 상부도이다.
도 1C는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 1D는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 1E는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 2A는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼를 만드는 장치를 도시하는 도식적인 다이어그램이다.
도 2B는 상하 사면(bevel)을 도시하는 도 1에 도시된 유형의 센서 웨이퍼의 측면도이다.
도 3은 웨이퍼 상에 식각-저항성 코팅을 만드는 방법을 도시하는 순서도이다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 단면도이다.
도 1B는 도 1A의 센서 웨이퍼의 상부도이다.
도 1C는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 1D는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 1E는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼의 도식적인 단면도이다.
도 2A는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 식각-저항성 코팅을 구비한 센서 웨이퍼를 만드는 장치를 도시하는 도식적인 다이어그램이다.
도 2B는 상하 사면(bevel)을 도시하는 도 1에 도시된 유형의 센서 웨이퍼의 측면도이다.
도 3은 웨이퍼 상에 식각-저항성 코팅을 만드는 방법을 도시하는 순서도이다.
다음의 상세한 설명이 예시의 목적으로 많은 특정한 세부사항을 담고 있기는 하지만, 당업자 중 누구든지 다음의 세부사항에의 많은 변형 및 개조가 본 발명의 범위 내에 있음을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 설명되는 본 발명의 예시적인 실시예들은 청구되는 발명에 대한 일반성을 조금도 잃지 않은 상태로, 그리고 청구되는 발명 상에 한정을 부과하지 않은 상태로 제시된다.
다수의 상이한 소재가 센서 웨이퍼의 보호 코팅으로서 사용되기 위해 고려되었다. 본 발명자들은, 희토류 산화물(rare earth oxide)이 이러한 적합한 코팅이 제조될 수 있는 한 가지 가능한 분류의 소재에 해당한다고 판단했다. 희토류 산화물은 식각 저항성을 갖도록 하기 위하여 플라즈마 식각 챔버의 코팅부에 사용되어왔다. 일반적으로 Al, Al2O3 또는 스테인리스는 이러한 희토류 산화물로 코팅된다. 미국 특허 제 6,776,873 호는, 불소 및 산소 플라즈마 어택에 대비한 아노다이징된(anodized) 알루미늄 합금 소재의 챔버 소재 성능을 개선하기 위하여, 반도체 집적 회로(IC; integrated circuit) 프로세싱 진공 챔버를 위한, 아노다이징된 알루미늄 합금부 또는 높은 순도의 알루미늄 기판 상에 제공되는 높은 순도의 산화이트륨(이트리아(yttria)로도 알려진 Y2O3) 코팅을 개시한다.
이트리아 코팅은 일반적으로 플라즈마 스프레이 프로세스에 의해 사용된다. 플라즈마 스프레이 프로세스에서, 증착되어야 할 재료(공급원료)는 플라즈마 제트(plasma jet) 안에 유입되고, 플라즈마 토치(plasma torch)로부터 나온다. 공급원료는 일반적으로 분말이고, 때때로 액체, 서스펜션, 또는 와이어이다. 대략 10,000K의 온도인 플라즈마 제트에서, 공급원료 재료는 녹고 기판을 향해 분사된다. 용융된 물질 액적(droplet)은 납작해지고, 빠르게 경화되고, 증착막을 형성한다. 통상적으로, 증착막은 코팅으로서 기판에 붙은 채로 남아 있다. 상당수의 기술적 파라미터들은, 플라즈마 제트 및 기판과, 입자들과의 상호작용에 영향을 미치고 따라서 증착막 특성에 영향을 미친다. 이러한 파라미터들은 공급원료 유형, 플라즈마 기체 구성 및 유동율, 에너지 입력, 토치 오프셋 거리, 기판 냉각 등을 포함한다.
불운하게도, 플라즈마 스프레이에 의해 생성된 코팅은 웨이퍼 코팅으로서 사용되기에는 너무 두껍고 입자를 발생시키기 쉽다. 게다가, 이트리아로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 대하여 아무런 오염 데이터가 없다. 또한, 이트리아-코팅 부분은 식각 챔버 내의 의도적인 플라즈마 충돌을 정상적으로 겪지 않는다. 대개, 식각 챔버 내의 플라즈마는, 정상적인 식각 프로세스 동안 웨이퍼만이 플라즈마로부터 이온 충돌 및 화학적 손상을 겪는 방식으로 국한된다. 코팅은 챔버 세정 프로세스 동안 챔버를 손상으로부터 보호하는 데 사용된다. 그러나, 챔버 세정은 챔버 부분의 활성 이온 충돌을 포함하지 않고, 대신에 플라즈마에 의해 강화된 화학 반응에 의존한다.
선행 기술의 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 실시예들은 윗 표면에 식각-저항성 희토류 산화물 보호 코팅을 갖는 기판 및 커버를 구비한 센서 웨이퍼를 포함한다. 코팅은 보호 코팅 이상의 두께의 표준 박막 소재보다 더 오랜 기간동안 커버 및/또는 기판을 식각하는 식각 프로세스에 의한 식각에 저항하도록 구성된다. 코팅은 증발에 의한 증착법에 의해 형성될 수 있으며, 이는 통상적으로 SiO2 상에 광학 코팅을 만드는 데 이용된다. 대안으로, 식각-저항성 코팅은 물리 증착법(PVD; physical vapor deposition), 유기 금속 화학 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 플라즈마 프로세스, 레이저 어블레이션(ablation), 또는 다른 표준 IC 제조 막 증착 프로세스들과 같은 다른 방법들로 형성될 수 있다.
표준 박막 소재의 예시는 실리콘 산화물, 폴리이미드, 스핀-온 폴리이미드, 실리콘 질화물, 스핀-온 글라스, 포토레지스트, 알류미늄 질화물, 티타늄 질화물, 및 이와 유사한 것을 포함한다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 따른 센서 웨이퍼(100)의 단면도이다. 센서 웨이퍼(100)는 때때로 프로세스 조건 측정 장치(PCMD; process condition measuring device)로 지칭되기도 한다. 이러한 센서 웨이퍼의 예시로서, PCMD와 함께 사용하기 위한 센서 웨이퍼의 제조 및 핸들링 시스템을 위한 방법이 웨인 글렌 렝켄(Wayne Glenn Renken) 등으로 출원된 미국 특허 제 7,135,852 호에 상세히 설명되며, 그 개시된 바는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 예시적인 예에서, 센서 웨이퍼(100)는 기판(102), 예컨대, 웨이퍼 상에 구성된 다양한 층들을 구비한 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 공동(cavity; 104)은 기판(102)의 윗부분 상에 구성된다. 컴포넌트(106)는 도 1A에 도시된 바처럼 공동(104) 안에 내장될(embedded) 수 있다. 컴포넌트는, 프로세서, 트랜시버, 메모리, 배터리, 및 이와 유사한 것과 같은 전자 컴포넌트 또는 센서를 포함할 수 있다. 커버(108)는 기판(102)의 윗면에 부착되고 컴포넌트(106)를 덮는다. 커버(108)는 바람직하게는 식각 챔버 내에서 식각 프로세스를 겪는 표준 생산 웨이퍼와 동일한 소재인 반도체 소재로 구성된다. 한정이 아닌 예로써, 기판(102), 또는 커버(108), 또는 둘 다는 실리콘으로 구성될 수 있다. 센서 웨이퍼(100)로 식각 환경을 측정하는 동안, 식각 환경 내에서 웨이퍼를 식각으로부터 방지하기 위하여 식각-저항성 코팅(110)이 커버(108)의 윗면 상에 형성된다. 식각-저항성 코팅(110)은 바람직하게는 약 2 미크론 이하 두께의 이트리아(Y2O3)와 같은 희토류 산화물의 막을 포함한다. 대안으로 다른 희토류 원소의 산화물, 예컨대, 하프늄(hafnium)이 식각-저항성 코팅(110)을 구성하는 데 사용될 수 있다. 실리콘 식각 화학반응 저항 필름(110)을 위한 다른 가능한 후보는 실리콘 산화물 및 알루미나를 포함한다.
도 1B는 기판(102) 내에/상에 내장된(embedded) 컴포넌트(106)의 바람직한 레이아웃을 도시한다. 예로써, 컴포넌트는 기판 전체에 걸친 프로세싱 조건들을 측정하기 위하여, 표면상 또는 기판(102) 내의 상이한 영역에 배열된 하나 이상의 센서(106)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 정의되는 바와 같이, "프로세싱 조건"은 집적 회로의 제조에 상용되는 다양한 프로세싱 파라미터를 지칭한다. 프로세싱 조건은 온도, 식각률, 기판 상의 층의 두께, 프로세싱 챔버의 기압, 챔버 내의 기체 유동률, 챔버 내 기체의 화학적 구성, 챔버 내에서의 위치, 전기 플라즈마 특성, 광에너지 밀도, 및 챔버 내의 혹은 챔버로의 이동 또는 챔버로부터의 이동 동안의 웨이퍼 또는 다른 기판의 진동및 가속도와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 제조자가 모니터링하고 싶어 하는 임의의 조건 또는 반도체 제조를 제어하는 데 사용되는 임의의 파라미터를 포함한다. 상이한 프로세스들이 수년에 걸쳐 필연적으로 개발될 것이고, 따라서 프로세싱 조건은 시간이 흐름에 따라 달라질 것이다. 따라서, 어떤 조건들이라 할지라도, 설명되는 실시예들이 이러한 조건들을 측정할 수 있음이 예견된다. 반도체 웨이퍼의 프로세싱 동안 이러한 조건들을 측정하는 것 뿐 아니라, 본 명세서에 설명되는 시스템 및 테크닉은 웨이퍼 마스크와 같은 다른 유형의 기판의 프로세싱 동안 유사한 조건들을 모니터링하는 데에도 적용될 수 있다.
기판의 상이한 영역에서 측정함으로써, 기판 전체에 걸친 변화도(gradient)가 계산될 수 있고, 뿐만 아니라 기판 상의 특정한 위치의 조건이 결정될 수 있다. 기판(102) 내의 또는 기판(102) 상의 센서의 수는 측정되는 프로세싱 컨디션 및 기판(102)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 한정이 아닌 예로써, 온도를 측정하기 위해 200mm 직경의 기판이 55개의 센서를 가질 수 있는 데 반해, 300mm 직경의 기판은 65개의 센서를 가질 수 있다. 센서들은 다양한 프로세싱 조건들을 감지하도록 구성될 수 있고, 잘 알려진 반도체 변환기 설계에 따라 기판(102) 상에 설치되거나 기판(102) 내에 조립될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 센서들은 플라즈마 식각 프로세스 동안 식각 플라즈마의 식각 파라미터를 감지하는 데 사용하도록 구성될 수 있다.
온도 측정의 경우, 일반적인 변환기는 RTD 또는 서미스터(thermister)인데, 이는 저항의 알려진 온도계수를 갖는 박막 저항 소재를 포함한다. 자기-저항성 소재도 기판(102) 상에 가해지는 자속(magnetic flux)의 양을 통해 온도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 전압이 온도 눈금과 쉽게 연관 지어질 수 있게 하기 위하여, 저항-감지 소재(서미스터 또는 자기-저항성 소재 중 하나)의 말단(distal end) 사이의 저항-전압 변환기가 기판 내에 구성될 수 있다. 다른 가능한 온도 센서는, 기판(102)의 층(layer)들에서 리소그래픽적으로(lithographically) 구성된 두 개의 상이한 도체로 이루어진 열전대(thermocouple)를 포함한다. 도체 간의 접합이 가열될 때, 접합 온도에 따라 알려진 어떤 방식으로(예컨대, 거의 선형으로) 증가하는 작은 열전기 전압(thermoelectric voltage)이 생성된다. 온도 센서의 또 다른 예시는 온도에 따라 증가하는 전압 강하를 생성하는 다이오드를 포함한다. 양극 전원과 부하 저항기 사이에 다이오드를 연결함으로써, 전류-전압 변환이 부하 저항기로부터 얻어질 수 있다.
또 다른 가능한 유형의 센서는, 진동 주파수의 온도 의존성을 보여주는 결정 방위 상의 석영 결정 단면으로 제조된 석영 조율 포크(fork)와 같은 압전기(piezoelectric) 장치이다. 센서의 진동 주파수는 석영 조율 포크와 같은 압전기 장치에 의해 만들어진 마스터 오실레이터(oscillator)에 대하여 참조될 수 있는데, 이 석영 조율 포크는 온도에 따른 주파수 변화를 최소화하는 경향이 있는 결정으로 제조된다. 센서 및 마스터 오실레이터 간의 주파수 차이는 직접적으로 온도 의존 신호를 제공한다. 압전 센서들은 증착량 및 증착율 또는 다른 프로세스 조건들을 측정하기 위해 질량 변화를 감지하는 데에도 사용될 수 있다.
센서들은, 별개의 센서 또는 기판(102)의 층들 내에 완전히(integrally) 형성된 센서로서, 기판(102) 전체에 걸쳐 선택 영역에서의 압력, 힘 또는 스트레인(strain)을 측정하는 데에도 사용될 수 있다. 웨이퍼 상에 가해지는 대기압을 측정할 수 있는 많은 유형의 압력 변환기가 있다. 적합한 압력 변환기는, 변환기 내에서 다이어프램(diaphragm) 또는 탄성 있는 구성요소가 압력을 감지하고 다이어프램 또는 다이어프램 뒤의 공동에 연결된 브릿지 회로에 의해 판독될 수 있는, 대응하는 스트레인 또는 편향을 생성하는 다이어프램형 변환기를 포함한다. 또 다른 적합한 압력 변환기는 기판(102) 내에 위치한 피에조저항(piezoresistive) 소재를 포함할 수 있다. 피에조저항 소재는 기판(102)의 선택된 부분 내에 도핑 화합물을 확산시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 결과로 구성된 피에조저항 소재는 그에 가해지는 압력 또는 스트레인 양에 비례하는 출력 전류를 만들어낸다.
센서들은 기판(102) 전체에 걸쳐 유동율(flow rate)을 측정하는 데에도 사용될 수 있다. 이에 더하여, 습도 및 습기 센서들도 기판(102) 상에 구성될 수 있다. 유동율을 측정하기 위한 잘 알려진 방법인 열선 풍속계는 기판(102) 내에 포함될 수 있다. 유속은, 유선형의 유체 흐름이 기판(102) 상에 또는 기판(102) 내에 위치한 유선형이 아닌 장애물에 부딪힐 때 소용돌이 생성의 빈도에 기초한다. 유체 흐름의 측정은 일반적으로 장애물의 양편의 특수한 소용돌이들의 형성과 관련된다. 따라서, 교번하는(alternating) 압력 차이가 양측 간에 발생한다. 임계치(이 임계치 미만에서는 아무런 소용돌이 생성이 없음)를 넘어서, 압력 차이 교번의 빈도는 유속에 비례한다. 교번하는 압력 차이를 감지하는 많은 방법에서, 뜨거운 서미스터가 장애물 양측 간의 작은 채널 내에 배치될 수 있다. 이용되는 채널을 통한 흐름의 방향의 교번은 자체-발열 서미스터를 주기적으로 냉각시키고, 그로써 소용돌이 빈도의 두 배의 대응하는 전기 파동 및 AC 신호를 생성한다. 따라서, 서미스터 앞에서 기판(102)으로부터 돌출된 장애물은 고체 상태의 유동율 측정을 제공할 수 있다. 열은 인접한 자체-발열 서미스터 간에 서로 전달될 수 있다. 유체 흐름은 인접한 서미스터 간의 열 에너지를 전달하여 질량 흐름에 비례하는 열적 불균형을 초래한다. 두 개 이상의 인접한 센서들이 벡터를 따라 흐름을 측정하기 위해 배열될 수 있고, 혹은 복수의 흐름 벡터도 감지될 수 있다. 열적 불균형은 질량 흐름에 관한 DC 신호를 생성하기 위해 감지될 수 있다. 복수의 방향에서의 흐름들이 흐름 벡터를 감지하기 위해 비교될 수 있다.
센서들은 기판(102)상에 위치한 기체의 화학적 농도를 측정하는 데에도 사용될 수 있다. 화학적 구성 센서들은 측정될 특정한 이온들이 투과될 수 있는 멤브레인(membrane)을 이용할 수 있다. 이상적으로는, 멤브레인은 다른 모든 이온들에 대해 불침투성이어야 한다. 멤브레인의 전도성은 멤브레인에 투과된 선택 이온들의 운반에 직접적으로 비례한다. 멤브레인 전도성의 가변성이 주어지면, 기판(102)을 둘러싼 주변에 있는 화학 이온의 양과 직접 연관성이 있는 측정치가 취해질 수 있다.
센서들은, 평행판 구조, 수집판의 배열, 및 수집판에 의해 지지되는 제어 그리드(control grid)를 구비한 수집판과 함께 이온 전류 밀도 및 이온 전류 에너지를 측정하는 데 사용될 수도 있다. 평행판 사이를 흐르는 전류, 또는 수집판의 배열로 흐르는 전류는 이온 전류 밀도에 따라 증가할 것이다. 이온 전류 에너지는, 판 위의 그리드 상의 일정한 또는 변화하는 DC 포텐셜을 이용함으로써 감지될 수 있는데, 이는 에너지 분포가 특징지어지도록 한다. 이는 모니터링하는 것과 증착 프로세스 또는 식각 프로세스를 통제하는 것에 유용하다.
압전 변환기/센서는, 층의 공진주파수를 측정하고 그래서 층의 질량 또는 두께를 결정하기 위하여 기판(102) 내에 통합될 수도 있다.
뿐만 아니라, 센서들은 기판(102)으로부터 떨어져 있는 물제의 위치 또는 변위의 변화를 감지하는 데 사용될 수도 있다. 예시적인 변위 변환기는, 광자 에너지(또는 강도)를 측정하고 광자 에너지를 전기장 또는 전압으로 변환할 수 있는 전기-광학 장치를 포함한다. 비교적 잘 알려진 전기-광학 장치는 발광 다이오드, 포토다이오드, 포토트랜지스터 등을 포함하며, 이는 반도체 기판 상에 구성되거나 기판 내에 내장되거나 표면 상에 놓일 수 있다. 변위 센서들은 식각 챔버 또는 증착 챔버 내의 전극 공간에 관한 정확한 정보를 제공하는 데 사용될 수 있고, 또한 대응하는 마스크 및/또는 방사선원과 웨이퍼 간의 공간 정보를 제공할 수 있다.
센서 웨이퍼(100)는 IC 제조에서의 실리콘 식각 애플리케이션을 위해 구성될 수 있다. 이러한 실리콘 식각 애플리케이션의 예는 Poly Etch, STI Etch, TSV Etch를 포함한다. 센서 웨이퍼의 목적은 플라즈마 식각 동안 온도를 인-시추 측정하는 것이다. 이 같은 센서 웨이퍼 구성의 중요한 요건들은, 실리콘 식각 환경에서의 적어도 10시간의 수명, 식각 프로세스 동안 및 막의 수명 내내 웨이퍼 편평도와 온도 안정성을 유지하는 것, 및 OEM/fab 전송 테스트에 의해 측정된 허용가능한 입자 오염 레벨이다. 이러한 경우에, 커버(108) 및 기판(102)은 실리콘으로 구성될 수 있다.
도 1A에 도시된 실시예에 관한 많은 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 1C에서 분해도로 도시된 바와 같이, 몇몇 컴포넌트들(106)은 박막(105)의 일부로서 커버의 후면 또는 기판의 상단면 상에 직접 구성될 수 있는데, 이는 기판(102) 및 커버(108)에 부착되거나 이들 사이에 구성될 수 있다. 한정이 아닌 예로써, 박막(105)은 커버(108)를 기판(102)의 윗면에 접착시키는 결합제 또는 접착제를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 컴포넌트들(106)은 도 1D에 도시된 바와 같이 커버(108) 내의 공동(cavity) 내에 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 기판(102)은 실리콘과 같은 반도체 소재로 구성될 수 있고, 커버(108)는 예컨대 도 1E에 도시된 바와 같이 기판(102)의 상단면을 완전히 덮지는 않는다. 이러한 경우에, 식각-저항성 코팅(110)은 커버(108)에 의해 덮이지 않는 기판(102)의 상단면의 부분을 덮을 수 있다. 도 1E에 단일의 커버(110)가 도시되기는 하지만, 각 커버가 기판(102)의 상단면의 상이한 부분을 덮는 하나 이상의 커버가 있을 수 있음이 주목된다.
코팅(110)은 비오염성인 것이 바람직하다. 예를 들어, 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AIN), 질화티타늄(TiN)과 같은 특정 막들은 아마도 오염을 초래한다. 바람직하게는 코팅(110)은 오염성 금속을 포함하지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 오염성 금속이라는 용어는, 반도체 프로세싱 청결도 문제로 허용될 수 없는 금속들을 포함한다. 오염성 금속의 예시는 구리, 알루미늄, 나트륨, 칼슘, 칼륨, 티타늄, 금, 구리, 백금, 및 전이원소들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라, 보호 코팅(110)은 커버 층(108) 위에 증착된 Y2O3 막과 같은 희토류 산화물 막일 수 있으며, 이는 실리콘으로 구성될 수 있다. 보호 코팅(110)은 핸들링 및 사용 동안 갈라지지 않도록 충분히 얇은 것이 일반적으로 바람직하다. 또한 코팅(110)은 비-가열 섭동을 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, “비-가열 섭동을 하는”이라는 표현은, 웨이퍼의 온도가 코팅이 존재하지 않았을 경우의 온도로부터 상당한 양 만큼 벗어나지는 않는다는 것을 의미한다. 이는 대체로 막(100)의 두께의 함수이다. 예로써, 보호 코팅(110)은 약 2 미크론 이하일 수 있고, 바람직하게는 1.5 미크론 이하일 수 있고, 더 바람직하게는 1.2 미크론 이하일 수 있다. 막은 또한 센서 웨이퍼(100)의 측면 모서리 및 후면의 일부분을, 예컨대, 몇 밀리미터의 모서리 이내를, 덮을 수 있다. 막은 상온에서 250℃까지의 범위의 온도에서 e-빔 증발법에 의해 표면이 코팅되면서 증착될 수 있다.
도 2A는 센서 웨이퍼의 커버 층의 상단에 식각-저항성 코팅을 만드는 장치를 도시하는 도식적인 다이어그램이다. 식각-저항성 코팅을 만드는 프로세스는 진공 챔버(202) 내에서 수행될 수 있다. 진공 챔버는 적합한 진공 시스템(도시되지 않음)을 통해 비워질 수 있다.
도 2A에 도시된 바와 같이, Y2O3와 같은 희토류 산화물 소재(206)는 도가니(crucible; 204) 내에 증착된다. 희토류 산화물 소재는 분말의 형태일 수 있다. 도가니(204)는 바람직하게는 희토류 산화물 소재의 끓는점보다 더 높은 녹는점을 가지는 소재로 구성된다. 부분적으로 또는 완전히 제조된, 도 1A에 도시된 유형의 식각-저항성 코팅(110)이 없는 센서 웨이퍼(208)는 전면(210)이 도가니(204) 내의 희토류 산화물 소재(206)와 마주보는 상태로 도가니(204) 위에 매달린다. 전자 빔(213)은 희토류 산화물 소재(206)에 충돌하여 산화물 소재가 증발하기에 충분히 높은 온도까지 이를 가열한다. 전자 빔(213)은 전자 총(215)에 의해 발생될 수 있다. 전자 총은 전류로 필라멘트를 가열함으로써 또는 차가운 음극 이미터로 전자들을 발생시킬 수 있다. 전자 빔은 전자 총(215) 및 도가니(204) 간에 높은 전압 차(예컨대, 1 킬로볼트 이상)를 인가함으로써 희토류 산화물을 향해 가속된다. 전자들은, 예컨대 자기장을 이용하여, 희토류 산화물 소재(206)를 향하여 방향을 바꿀 수 있다. 전자 총(215) 및 자기장에 의한 빔의 굴절에 따른 전자 빔의 포커싱은, 빔이 높은 출력 밀도로 소재(206)를 향해 고도로 포커싱되는 것을 가능하게 한다. 높은 출력 밀도의 전자 빔은 희토류 산화물 소재(206)의 국지적인 가열을 낳는다. 원한다면, 도가니(204)는, 전자 빔에 의해 희토류 산화물이 국지적으로 가열되는 동안, 예컨대 물을 운반하는 냉각선을 통해, 냉각될 수 있다. 국지적인 가열은 희토류 산화물 소재(206)를 증발시켜 센서 웨이퍼(208) 주위에 증기 기둥(evaporation plume; 212)을 형성하고 식각-저항성 코팅(214)을 형성하기 위해 센서 웨이퍼(208)의 전면(210), 수직면, 상하 사면 및 후면의 모서리들에 희토류 산화물 코팅을 증착시킨다.
도 2B는 센서 웨이퍼(208)의 측면도이며, 센서 웨이퍼(208)는 상하 사면(218 및 220)을 각각 가지는 기판(201) 및 커버(203), 전면(210), 후면(209), 및 수직면(216)을 포함한다. 코팅(214)은 센서 웨이퍼(208)의 전면(210), 수직면(216), 및 상하 사면(218 및 220)에 형성된다. 코팅(214)은 증기 기둥에 모서리를 노출시킴에 의해서 상부측 커버(203) 및 기판(201)의 모서리를 코팅하고 기판의 바닥면 주위를 모서리로부터 약 3mm 내지 5mm의 거리 g 이내까지 감쌀 수 있다. 코팅(214)의 두께는 바람직하게는 약 2 미크론 이하이다.
균일한 코팅(214)을 형성하기 위해서, 센서 웨이퍼는 Y-축을 중심으로 회전될 수 있다. 센서 웨이퍼(208)는 또한 회전할 때, 코팅(214)이 수직면, 상하 사면 및 후면의 모서리들에 형성되는 것을 허용하기에 충분한 X-축을 중심으로 한 각도로 기울여질 수 있다.
센서 웨이퍼의 측면 모서리 및 후면의 보호는 선택적이다. 경우에 따라, 식각 챔버 내에서 웨이퍼를 고정시키는 척(chuck)의 모서리가 약간 돌출되어 있다면, 모서리 근처의 센서 웨이퍼의 후면은 식각을 겪을 수 있다. 모서리의 몇 밀리미터 내에서 후면의 보호 코팅은, 예컨대 후면의 식각이 센서 웨이퍼의 핸들링에 지장을 주는 경우에, 유용할 수 있다.
실리콘 커버를 구비한 센서 웨이퍼로 실험이 이루어졌다. 커버는 상이한 유형들의 보호 막으로 코팅되었다. 막(film)들은 실리콘 산화물(예컨대, SiO2), 캡톤(Kapton), 및 스핀-온 폴리이미드와 같은 몇몇 표준 막 및 희토류 산화물(Y2O3)을 포함한다. 캡톤은 화학식 poly(4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimide)을 가지는 중합체를 지칭한다. 캡톤은 델라웨어주 윌밍턴의 E.I. Du Pont De Nemours and Company의 상표이다. 막들은 식각율, 웨이퍼 뒤틀림(warpage), 웨이퍼 온도 범위와 정확성에 따른 막 효과 및 금속 오염성에 대하여 연구되었다. 코팅들은 동일한 식각 조건 하에서 웨이퍼 뒤틀림, 온도 범위와 정확성에 따른 막 효과 및 금속 오염성 측면에서 유사한 성능을 가졌다. 그러나, 식각율에서 상당한 차이가 있었다. 각각의 막의 수명은 측정된 식각율을 측정된 막 두께로 나눔으로써 추정되었다. 10시간보다 긴 추정된 수명을 갖는 유일한 막은 Y2O3 막이었고, 이는 1.5 미크론 두께로서 테스트된 가장 얇은 막이기도 했다. 이 막의 식각율은 감지할 수 없었으며, 이는 10시간 보다 매우 길고 다른 막들 중 어느 것의 수명보다도 매우 긴 수명을 의미할 수 있다. 다음으로 좋은 막(2 미크론 두께의 SiO2)은 5시간 미만 지속되는 것으로 추정되었다. 50 미크론 두께의 캡톤 막은 약 3시간 지속되는 것으로 추정되고, 2 미크론 두께의 스핀-온 폴리이미드는 15분 미만 지속되는 것으로 추정되었다.
1.5 미크론 두께의 Y2O3 코팅 막을 구비한 센서 웨이퍼는, HBr 반응을 갖는 전형적인 폴리 식각 반응기에서의 프로토타입 테스트(Prototype Test)에 사용되었다. 프로토타입 테스트는 전형적인 HBr 폴리 식각 방법으로 수행되었다.
테스트 결과는 Y2O3 코팅 막을 구비한 실리콘 센서 웨이퍼와 구비하지 않은 실리콘 센서 웨이퍼 간의 챔버 온도 변화가 측정 잡음 범위 내임을 보여주었다. 따라서, 코팅의 존재는 센서에 의해 측정된 온도에 의미 있는 영향을 미치지 않고 코팅은 비-가열 섭동을 한다고 말할 수 있다. Y2O3 코팅 막의 관찰된 식각율은 아주 작은 값 내지 0 이었다. Y2O3 코팅 막을 구비한 실리콘 센서 웨이퍼와 구비하지 않은 실리콘 센서 웨이퍼 중에서, 센서들 간의 의미 있는 온도 변화 △T는 없었다. 게다가, 센서들 간의 웨이퍼 온도는 플라즈마 지속 상태로 테스트하는 과정 내내 안정되어 있었고, 상이한 플라즈마 식각 프로세스들 하에서 Y2O3 막의 열화(degradation) 또는 부식(erosion)의 조짐이 감지되지 않았다. 이와 같은 테스트 결과는, 육불화황(SF6) 식각 반응을 이용하는 전형적인 STI(shallow trench isolation) 식각 반응기에서의 프로토타입 테스트와 유사하다.
Y2O3-코팅된 센서 웨이퍼의 성능은 기대 이상이다. 막의 부식의 조짐이 없었다. 그러나, 보호 코팅 내에 핀홀(pinhole)들이 있다면 센서 웨이퍼가 부식을 겪는다는 것이 관찰되었다. 핀홀들의 존재는 웨이퍼 표면의 청결도 부족으로 인한 것으로 생각된다. 이러한 결함은, 막의 핵생성(nucleation)을 막고 불균일 코팅으로 이어질 수 있는 입자들, 스크래치들, 및 오염 지역을 포함하는 것으로 생각된다. 결함의 크기는 차후의 코팅에서의 핀홀의 크기를 결정하는 것으로 생각된다. 핀홀 결함은, 코팅하기 전에 웨이퍼를 세정하고 웨이퍼 표면 상에 허용가능한 최대 크기보다 더 큰 결함이 존재하거나 허용 가능 농도를 초과한 약간의 결함들이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 웨이퍼를 검사함으로써, 감소되거나 아마도 제거될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 표면은 표준 웨이퍼 검사 툴을 이용하여 결함에 대하여 스캐닝될 수 있다. 핀홀의 허용가능한 최대 크기 및 농도는 식각 프로세스에 따라 달라질 수 있다. 예로써, 육불화황(SF6)으로 적극적인 식각(aggressive etch)을 겪는 1.2㎛ 두께의 Y2O3 막의 경우, 핀홀에 대한 허용가능한 최대 크기는 10㎛일 수 있고 허용가능한 최대 농도는 25mm X 25mm 당 45 개의 핀홀(대략 제곱 센티미터 당 7 개의 핀홀)일 수 있다. 육불화황(SF6)으로 적극적인 식각을 하는 예시는, 500 V 바이어스 전압을 갖는 약 600 W TCP의 전력, 20 milliTorr의 압력, 및 염소(Cl2)에 대해서는 125 SCCM, 산소(O2)에 대해서는 15 SCCM, 육불화황(SF6)에 대해서는 15 SCCM, 및 헬륨(He)에 대해서는 50 SCCM의 기체 유동율에서의 플라즈마 식각일 수 있다.
(특히 모서리 근처에서) 핀홀들의 크기 및 농도를 감소시키기 위해, 센서 웨이퍼 커버는 식각-저항성 코팅을 형성하기 전에 입자들 및/또는 유기 오염물을 제거하기 위하여 특별히 세정되고 핸들링될 수 있다.
도 3은 센서 웨이퍼를 만드는 방법(300)을 도시하는 순서도이다. 단계 301에서 표시되는 바와 같이 기판이 형성되고, 단계 302에서 표시되는 바와 같이 커버가 형성된다. 구체적으로, 표준 실리콘 웨이퍼는 기판을 형성하기 위해 원하는 두께로 연삭될(ground down) 수 있다. 커버는 원하는 두께로 연삭된 표준 실리콘 웨이퍼로부터 유사하게 형성될 수 있다. 접촉부는 커버의 한쪽 면에 연삭될 수 있다. 커버는, 예컨대 수산화 칼륨(KOH) 내에서, 부식성 습식 세정을 겪고 양쪽 면으로부터 원하는 두께로 연삭되고 다듬어질 수 있다. 센서들(그리고 선택적으로 프로세서, 트랜시버, 메모리, 배터리, 및 이와 유사한 것들과 같은 다른 전자 컴포넌트들)은 단계 303에서 표시되는 바와 같이 기판에 부착될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 윗 표면에 공동(cavity)이 형성될 수 있고 다른 컴포넌트들이 공동 내의 제자리에 고정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 센서들 및 다른 컴포넌트들은 기판의 윗 표면의 공동의 위치에 대응하는 위치에서 기판 커버 후면에 부착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 공동은 웨이퍼 커버 내에 형성되고 센서들 및 다른 컴포넌트들은 공동의 위치에 대응하는 위치에서 센서 웨이퍼의 윗 표면에 직접 부착될 수 있다.
커버의 윗 표면은 핀홀 농도 및 핀홀 크기를 감소시키기 위해 단계 304에서 표시되는 바와 같이 전-세정(pre-clean)된다. 예로써, 커버의 윗 표면은 유기 오염물 및/또는 입자들을 제거하는 데 사용되는 임의의 표준 테크닉에 의해서 세정될 수 있다. 전-세정 후, 커버의 윗 표면은 단계 306에서 표시되는 바와 같이 예컨대 플라즈마 또는 고속 중성 빔으로 활발하게 세정될 수 있다. 일단 세정되면, 단계 308에서 표시되는 바와 같이 커버의 윗 표면은 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. 구체적으로, 윗 표면은 증발법 또는 물리증착법에 의해 Y2O3와 같은 희토류 산화물로 코팅될 수 있다. 코팅은 약 1.15㎛ 두께, 예컨대 1.1㎛ 및 1.2㎛ 사이의 두께일 수 있다. 실험은 이러한 코팅 두께가 크랙(crack)의 형성을 피하기에 충분히 얇다는 것을 보여주었다.
커버가 세정된 후, 단계 310에서 표시되는 바와 같이 웨이퍼 커버는 기판의 윗 표면에 부착될 수 있다. 임의의 적합한 웨이퍼 결합 프로세스가, 기판의 윗면 및 커버 사이에 센서들을 가진 상태로 커버를 제자리에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 코팅된 커버의 윗 표면은 센서 웨이퍼 결과물의 윗 표면을 형성한다. 제조 동안의 핀홀 형성을 감소시키기 위해, 커버는 제조 동안 모서리에서만 핸들링될 수 있고 커버를 기판에 부착하는 동안 및 다른 프로세싱 동안 커버의 표면과의 접촉이 방지될 수 있다.
기판 및 커버의 제조의 정확한 순서는 커버가 기판에 부착될 때까지 센서들이 제자리에 있기만 하면 특별히 중요하지는 않다. 기판 및 커버의 두께는, 완성된 센서 웨이퍼가 모니터링에 사용되는 식각 챔버 내에서 프로세싱되는 표준 제조 웨이퍼와 거의 동일한 두께를 갖도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 커버는 웨이퍼에 부착된 후에 코팅될 수 있다. 이는 측면 모서리 및 후면 모서리 배타 구역(exclusion zone)이 웨이퍼 커버의 전면과 마찬가지로 코팅될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 제조된 센서 웨이퍼는, 실리콘을 식각하는 데 이용되는 플라즈마 식각 챔버 내에서 프로세스들의 특성을 나타내는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 센서 웨이퍼는 대안으로 폴리 식각 챔버 프로세스 특성 해석 또는 습식 식각, 예컨대 KOH 특성 해석에 이용될 수 있다.
위 내용이 본 발명의 바람직한 실시예의 완전한 설명이기는 하지만, 다양한 대안, 변형 및 균등물을 이용하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 설명을 참조하여 결정되어서는 안 되지만, 대신에 첨부되는 청구항을 참조하여 그 균등물의 완전한 범위에 따라 결정되어야 한다. 본 명세서에 설명된 어떠한 특징도, 바람직한 것이든 아니든, 본 명세서에 설명된 다른 임의의 특징과, 바람직한 것이든 아니든, 결합될 수 있다. 이어지는 청구항에서, 부정관사 "A", 또는 "An"은, 그렇지 않다고 분명히 기술된 경우 외에는, 관사 다음에 오는 항목의 하나 이상의 양을 지칭한다. "위한 수단"이라는 구(phrase)를 이용하여 주어진 청구항에서 명시적으로 기능식 한정(mean-plus-function limitation)을 인용하지 않는 한, 첨부된 청구항은 기능식 한정을 포함하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (30)
- 센서 웨이퍼에 있어서,
기판;
상기 기판의 상부측에 부착된 커버;
상기 커버 및 상기 기판 사이에 위치한 하나 이상의 컴포넌트; 및
상기 커버 및 상기 기판의 표면들 중 하나 이상의 표면에 형성된 식각-저항성 코팅
을 포함하고,
상기 코팅은 보호 코팅 이상의 두께의 표준 박막 소재보다 더 긴 기간 동안 상기 커버 및 상기 기판 중 하나 이상을 식각하는 식각 프로세스에 저항성을 갖도록 구성된 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 약 2 미크론 이하의 두께를 갖는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 희토류 산화물의 층(layer)을 포함하는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 3 항에 있어서,
상기 희토류 산화물은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 크랙(crack)을 포함하지 않는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅의 수명이 적어도 10 시간인 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은, 10 미크론보다 더 큰 크기의 핀홀(pinhole)을 포함하지 않고, 제곱 센티미터 당 7 개의 핀홀보다 더 적은 핀홀 농도를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 또한, 상기 기판의 바닥면을 상기 기판의 모서리로부터 약 3 mm 내지 5 mm까지 덮는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 상기 상부측 커버의 모서리 및 상기 기판의 모서리를 덮는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 또한, 상기 기판의 바닥면을 상기 기판의 모서리로부터 약 3 mm 내지 5 mm까지 덮는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 커버는 반도체 소재로 구성된 것인,
센서 웨이퍼. - 제 11 항에 있어서,
상기 커버는 실리콘으로 구성된 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 반도체 소재로 구성된 것인,
센서 웨이퍼. - 제 13 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘으로 구성된 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 커버는 상기 기판의 상단면을 완전히 덮지는 않으며,
상기 식각-저항성 코팅은 상기 커버에 의해 덮이지 않은 상기 기판의 상단면의 부분을 덮는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 컴포넌트는 하나 이상의 센서를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 16 항에 있어서,
상기 하나 이상의 센서는 온도 센서를 포함하고,
상기 식각-저항성 코팅은, 식각 프로세스 동안과 상기 식각-저항성 코팅의 수명 내내 비-가열 섭동을 하는(non-thermally perturbing) 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 컴포넌트는 하나 이상의 전자 컴포넌트를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼. - 제 1 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 오염성 금속(contaminating metal)을 포함하지 않는 것인,
센서 웨이퍼. - 센서 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
a) 상기 커버 및 상기 기판의 표면들 중 하나 이상의 표면에 식각-저항성 코팅을 형성하는 단계로서, 상기 코팅은 보호 코팅 이상의 두께의 표준 박막 소재보다 더 긴 기간 동안 상기 커버 및 상기 기판 중 하나 이상을 식각하는 식각 프로세스에 저항성을 갖도록 구성된 것인, 식각-저항성 코팅 형성 단계;
b) 상기 커버 및 상기 기판 사이에 하나 이상의 컴포넌트를 배치하는 단계; 및
c) 상기 커버를 상기 기판에 부착시키는 단계
를 포함하는 센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 단계 a)는 상기 단계 c) 이전에 수행되는,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 단계 a)는 상기 단계 b) 및 상기 단계 c) 이후에 수행되는,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 희토류 산화물의 층(layer)을 포함하는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 희토류 산화물은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 커버의 상단면을 코팅하는 단계는 상기 희토류 산화물의 전자 빔 증발법(electron beam evaporation) 또는 다른 물리증착법(physical vapor deposition)을 포함하는,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 희토류 산화물 코팅은 약 2 미크론 이하의 두께를 갖는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은, 10 미크론보다 더 큰 핀홀(pinhole)을 포함하지 않고, 제곱 센티미터 당 7 개의 핀홀보다 더 적은 핀홀 농도를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 단계 b)는,
기판 - 상기 기판은 상기 기판의 상단부에 복수의 공동(cavity)을 포함함 - 을 형성하는 단계 및
각 컴포넌트가 각 공동에 위치하도록 상기 복수의 공동 내에 복수의 컴포넌트를 내장시키는(embedding) 단계
를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 단계 a)는 상기 코팅을 증착하기 전에 상기 표면을 세정하는 단계를 포함하는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 식각-저항성 코팅은 오염성 금속(contaminating metal)을 포함하지 않는 것인,
센서 웨이퍼 제조 방법.
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