KR20190115890A - Surface acoustic wave based wafer sensor and method of manufacuring the same - Google Patents

Surface acoustic wave based wafer sensor and method of manufacuring the same

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KR20190115890A
KR20190115890A KR1020180039149A KR20180039149A KR20190115890A KR 20190115890 A KR20190115890 A KR 20190115890A KR 1020180039149 A KR1020180039149 A KR 1020180039149A KR 20180039149 A KR20180039149 A KR 20180039149A KR 20190115890 A KR20190115890 A KR 20190115890A
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서용준
안동옥
장주용
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세메스 주식회사
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Abstract

A surface acoustic wave based wafer sensor and a method of manufacturing the same are disclosed. The surface acoustic wave based wafer sensor according to an embodiment of the present invention includes a wafer; a surface acoustic wave sensor part formed on the upper surface of the wafer and outputting a frequency signal variable according to a process state; and a protective layer formed on the upper surface of the wafer and covering the surface acoustic wave sensor part to be protected from an external environmental condition. The protective layer includes a deposition layer deposited on the upper surface of the wafer and the upper surface of the surface acoustic wave sensor part. It is possible to measure the process state in a harsh environment such as high temperature, high pressure and plasma states.

Description

표면탄성파 기반 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법{SURFACE ACOUSTIC WAVE BASED WAFER SENSOR AND METHOD OF MANUFACURING THE SAME}Surface acoustic wave based wafer sensor and its manufacturing method {SURFACE ACOUSTIC WAVE BASED WAFER SENSOR AND METHOD OF MANUFACURING THE SAME}

본 발명은 표면탄성파(Surface Acoustic Wave) 기반 웨이퍼 센서(wafer sensor) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface sensor based wafer sensor and a method of manufacturing the same.

세정, 증착, 에칭 및 포토 프로세스 등의 다양한 반도체 공정 단계에서, 처리 설비 내 온도, 유량, 진공, 약액 및 플라즈마 등의 프로세스 상태를 정밀하게 제어하지 못할 경우, 반도체 소자에 결함이 발생하게 된다. 따라서 결함 없는 반도체 소자의 제조를 위해서는, 처리 설비 내 프로세스 상태를 지속적으로 계측, 평가하여 항상 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 반도체 설비의 챔버 및 유니트는 공간이 협소하고 고온, 진공 또는 고압, 약액, 플라즈마 등의 거친 환경 조건에서 운용되고 있기 때문에, 프로세스 상태가 웨이퍼에 미치는 직접적인 영향에 대한 계측 및 평가 방법이 제한적이다.In various semiconductor processing steps, such as cleaning, deposition, etching, and photo processes, defects occur in the semiconductor device if the process conditions such as temperature, flow rate, vacuum, chemical liquid, and plasma in the processing equipment cannot be precisely controlled. Therefore, in order to manufacture a semiconductor device without defects, it is important to continuously measure and evaluate the state of processes in a processing facility and to keep it constant at all times. Because chambers and units of semiconductor equipment are small in space and operate in harsh environmental conditions such as high temperature, vacuum or high pressure, chemical liquids, plasma, etc., the method of measuring and evaluating the direct effect of the process state on the wafer is limited.

현재 반도체 처리 설비에는 온도 측정용 웨이퍼 센서가 주로 이용되고 있다. 종래의 웨이퍼 센서는 온도 센서들, CPU, 메모리, 배터리 및 송신기와 같은 전자소자들이 웨이퍼 위에 집적되어 있다. 센서들은 전도성 트레이스들을 통해 CPU에 접속된다. CPU는 웨이퍼 센서의 동작을 위해 필요한 명령어들 및 프로세스 상태들을 저장하기 위한 플래시 메모리 셀들을 포함한다. 송신기는 데이터를 송수신하고, RF(radio frequency) 유도성 코일은 전력 소스들을 유도적으로 충전하도록 작동한다. 웨이퍼 센서는 온도 센서에서 온도를 측정하여 웨이퍼 내부에 있는 메모리에 기록하고, 설비 외부로 데이터를 무선으로 송신한다.Currently, wafer sensors for temperature measurement are mainly used in semiconductor processing facilities. Conventional wafer sensors have electronic components such as temperature sensors, CPUs, memories, batteries, and transmitters integrated on the wafer. The sensors are connected to the CPU via conductive traces. The CPU includes flash memory cells for storing instructions and process states necessary for the operation of the wafer sensor. The transmitter transmits and receives data, and a radio frequency (RF) inductive coil operates to inductively charge the power sources. The wafer sensor measures the temperature at the temperature sensor, records it in a memory inside the wafer, and wirelessly transmits data outside the facility.

이와 같은 종래의 웨이퍼 센서는 제작 공정이 복잡하고, 웨이퍼 센서에 집적되는 배터리, CPU, 메모리 및 송신기 등의 전자소자들이 열에 의해 손상될 우려가 있기 때문에 고온, 고압 및 플라즈마 상태 등 거친 환경에서는 계측/평가가 어렵다. 최근, 집적회로 및 디바이스 초미세화 공정에서는 고온 환경이 요구되고 있으며, 프로세스 상태의 균일성을 유지하는 것이 더욱 중요해지고 있다. 반도체 집접회로와 디바이스의 수율 및 신뢰도 향상을 위해서는 고온, 약액, 플라즈마 등 거친 환경에서 프로세스 상태를 계측/평가할 수 있는 웨이퍼 센서 기술이 필요하다.Such a conventional wafer sensor is complicated in the manufacturing process, and electronic devices such as batteries, CPUs, memories, and transmitters integrated in the wafer sensor may be damaged by heat. Difficult to evaluate Recently, high temperature environments are required in integrated circuits and device ultrafine processes, and it is becoming more important to maintain uniformity of process conditions. In order to improve the yield and reliability of semiconductor integrated circuits and devices, wafer sensor technology that can measure and evaluate process conditions in a harsh environment such as high temperature, chemical liquid, and plasma is required.

본 발명은 고온, 고압 및 플라즈마 상태 등 거친 환경에서 프로세스 상태를 측정할 수 있는 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a wafer sensor and a method of manufacturing the same, which can measure process conditions in harsh environments such as high temperature, high pressure, and plasma conditions.

또한, 본 발명은 제조 공정이 간단하고 측정 정확도가 높은 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a wafer sensor with a simple manufacturing process and high measurement accuracy, and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-described problem, and the objects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings. will be.

본 발명의 일 측면에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼; 상기 웨이퍼의 상면에 형성되고, 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부; 및 상기 웨이퍼의 상면에 형성되고, 외부 환경 조건으로부터 보호되도록 상기 표면탄성파 센서부를 덮는 보호층;을 포함하고, 상기 보호층은 상기 웨이퍼의 상면과 상기 표면탄성파 센서부의 상면에 증착되는 증착층을 포함한다.Wafer sensor according to an aspect of the present invention is a wafer; A surface acoustic wave sensor unit formed on an upper surface of the wafer and outputting a frequency signal which is variable according to a process state; And a protective layer formed on an upper surface of the wafer and covering the surface acoustic wave sensor part so as to be protected from an external environmental condition, wherein the protective layer includes a deposition layer deposited on an upper surface of the wafer and an upper surface of the surface acoustic wave sensor part. do.

상기 보호층의 상면은 평탄면으로 가공될 수 있다.The upper surface of the protective layer may be processed into a flat surface.

상기 표면탄성파 센서부는, 압전성 물질을 포함하는 압전성 기판; 상기 압전성 기판 상에 형성되는 표면탄성파 센서; 및 상기 압전성 기판 상에 형성되고 상기 표면탄성파 센서와 전기적 신호를 주고받도록 연결되는 안테나;를 포함할 수 있다.The surface acoustic wave sensor unit may include a piezoelectric substrate including a piezoelectric material; A surface acoustic wave sensor formed on the piezoelectric substrate; And an antenna formed on the piezoelectric substrate and connected to exchange an electrical signal with the surface acoustic wave sensor.

상기 보호층은 상기 웨이퍼와 동일한 물질로 이루어질 수 있다.The protective layer may be made of the same material as the wafer.

상기 보호층은 상기 웨이퍼보다 얇은 두께를 가질 수 있다.The protective layer may have a thickness thinner than that of the wafer.

상기 보호층은, 상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 두께가 상기 표면탄성파 센서부의 주변 영역의 두께보다 얇을 수 있다.The protective layer may have a thickness of an upper region of the surface acoustic wave sensor unit smaller than a thickness of a peripheral region of the surface acoustic wave sensor unit.

상기 웨이퍼는 반도체 설비에 의해 처리 가능한 표준 규격의 웨이퍼일 수 있다.The wafer may be a wafer of a standard specification capable of being processed by a semiconductor facility.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 웨이퍼의 상면에 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부를 형성하는 단계; 및 상기 웨이퍼의 상면에 외부 환경 조건으로부터 보호되도록 상기 표면탄성파 센서부를 덮는 보호층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 보호층을 형성하는 단계는 박막 증착에 의해 상기 웨이퍼의 상면과 상기 표면탄성파 센서부의 상면에 증착층을 형성하는 단계를 포함하는 웨이퍼 센서 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, forming a surface acoustic wave sensor unit for outputting a frequency signal variable according to the process state on the upper surface of the wafer; And forming a protective layer on the upper surface of the wafer to cover the surface acoustic wave sensor so as to be protected from an external environmental condition. The forming of the protective layer may include thin film deposition on the upper surface of the wafer and the surface acoustic wave sensor. A wafer sensor manufacturing method comprising forming a deposition layer on an upper surface of a portion is provided.

상기 표면탄성파 센서부를 형성하는 단계는, 상기 표면탄성파 센서부를 상기 웨이퍼의 상면에 접합하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the surface acoustic wave sensor unit may include bonding the surface acoustic wave sensor unit to an upper surface of the wafer.

상기 웨이퍼 센서 제조 방법은 상기 증착층의 상면을 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다.The wafer sensor manufacturing method may further include planarizing an upper surface of the deposition layer.

상기 평탄화하는 단계는, 상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 보호층 중의 상층부를 제거하여 상기 보호층의 상면을 평탄면으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The planarizing may include forming an upper surface of the protective layer as a flat surface by removing an upper portion of the protective layer in an upper region of the surface acoustic wave sensor unit.

상기 평탄화하는 단계에 의해 상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 보호층의 두께가 상기 표면탄성파 센서부의 주변 영역의 보호층의 두께보다 얇아질 수 있다.The thickness of the protective layer in the upper region of the surface acoustic wave sensor unit may be thinner than the thickness of the protective layer in the peripheral region of the surface acoustic wave sensor unit by the planarization.

본 발명의 실시예에 의하면, 고온, 고압 및 플라즈마 상태 등 거친 환경에서 프로세스 상태를 측정할 수 있는 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a wafer sensor and a manufacturing method thereof capable of measuring a process state in a harsh environment such as a high temperature, a high pressure, and a plasma state.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 제조 공정이 간단하고 측정 정확도가 높은 웨이퍼 센서 및 그 제조 방법이 제공된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is provided a wafer sensor with a simple manufacturing process and high measurement accuracy, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다.
도 3은 도 2의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 3의 'B'부 확대도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다.
도 11은 도 10의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 12는 도 11의 'B'부 확대도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다.
도 18은 도 17의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 19는 도 17의 'B'부 확대도이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view of a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2.
4 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 3.
5 to 8 are views for explaining a method of manufacturing a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention.
9 is a perspective view of a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention.
10 is a plan view of a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 10.
FIG. 12 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 11.
13 to 15 are diagrams for explaining a method of manufacturing a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention.
16 is a perspective view of a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention.
17 is a plan view of a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention.
18 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 17.
FIG. 19 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 17.
20 to 22 are diagrams for describing a method of manufacturing a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the following embodiments. This example is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다. 도 3은 도 2의 'A-A' 선에 따른 단면도이다. 도 4는 도 3의 'B'부 확대도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼(10), 표면탄성파 센서부(20) 및 보호층(30)을 포함한다.1 is a perspective view of a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention. 2 is a plan view of a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line 'A-A' of FIG. 4 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 3. 1 to 4, a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention includes a wafer 10, a surface acoustic wave sensor unit 20, and a protective layer 30.

웨이퍼(10)는 반도체 설비에 의해 처리 가능한 표준 규격의 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼(10)는 예를 들어, 실리콘으로 제공될 수 있으며, 플라즈마, 약액 등의 다양한 공정 조건에 대응할 수 있도록 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3)등의 기판을 사용하거나, 표면 개질을 하여 사용할 수 있다.The wafer 10 may be a wafer of a standard standard capable of being processed by a semiconductor facility. The wafer 10 may be made of silicon, for example, and may use a substrate such as silicon oxide (SiO 2 ), quartz, alumina (Al 2 O 3 ), or the like to cope with various process conditions such as plasma and chemical liquid. It can be used by surface modification.

본 발명의 제1 실시예에서, 웨이퍼(10)는 상면에 표면탄성파 센서부(20)의 매립을 위한 공동(cavity)(12)이 형성될 수 있다. 일 실시예로, 웨이퍼(10)의 공동(12)은 웨이퍼(10)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)의 두께 이상의 깊이 만큼 요입되어 형성될 수 있다.In the first embodiment of the present invention, a cavity 12 for embedding the surface acoustic wave sensor unit 20 may be formed on the wafer 10. In an embodiment, the cavity 12 of the wafer 10 may be formed by indenting the upper surface of the wafer 10 by a depth greater than or equal to the thickness of the surface acoustic wave sensor unit 20.

표면탄성파 센서부(20)는 프로세스 상태를 측정하기 위한 것으로, 웨이퍼(10) 상에 형성되어 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력한다. 표면탄성파 센서부(20)는 공동(12) 내에 매립될 수 있다. 표면탄성파 센서부(20)는 압전성 물질을 포함하는 압전성 기판(22)과, 압전성 기판(22) 상에 형성되는 표면탄성파 센서(24) 및 안테나(26)를 포함할 수 있다.The surface acoustic wave sensor unit 20 is for measuring a process state and is formed on the wafer 10 to output a frequency signal that is variable according to the process state. The surface acoustic wave sensor unit 20 may be embedded in the cavity 12. The surface acoustic wave sensor unit 20 may include a piezoelectric substrate 22 including a piezoelectric material, a surface acoustic wave sensor 24 and an antenna 26 formed on the piezoelectric substrate 22.

압전성 기판(22)은 온도, 압력 등의 외력에 민감한 압전성 물질로 제공될 수 있다. 압전성 물질은 기계적 신호의 인가 시 전기적 특성이 변화되거나(압전효과), 전기적 신호의 인가 시 기계적 신호가 생기는(역압전효과) 재료일 수 있다. 압전성 물질은 예를 들어, 니오브산 리튬(예; LiNbO3), 탄탈산 리튬(예; LiTaO3), 사붕소산 리튬(Li2B4O7), 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3, PbTiO3, PZT, ZnO, GaAs, 석영(Quartz), 니오브산염 등이 사용될 수 있다.The piezoelectric substrate 22 may be provided as a piezoelectric material sensitive to external force such as temperature and pressure. The piezoelectric material may be a material in which an electrical property is changed upon application of a mechanical signal (piezoelectric effect) or a mechanical signal is generated (reverse piezoelectric effect) when an electrical signal is applied. Piezoelectric materials include, for example, lithium niobate (eg, LiNbO 3 ), lithium tantalate (eg, LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), barium titanate (BaTiO 3 ), PbZrO 3 , PbTiO 3 , PZT, ZnO, GaAs, quartz, niobate, and the like can be used.

표면탄성파 센서(24) 및 안테나(26)는 압전성 기판(22)의 표면에 금속성 물질의 패턴으로 형성될 수 있다. 안테나(26)는 표면탄성파 센서(24)와 전기적 신호 또는 진동 신호를 주고받도록 연결될 수 있다. 외부에서 안테나(26)로 무선 RF 신호를 인가하면, 전기적 신호는 압전성 기판(22)의 표면에 기계적 진동을 일으킨다. 이때 발생하는 압전성 기판(22)의 기계적 진동은 프로세스 상태에 따라 발생하는 외력에 의해 영향을 받아 변하게 된다.The surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 may be formed in a pattern of a metallic material on the surface of the piezoelectric substrate 22. The antenna 26 may be connected to the surface acoustic wave sensor 24 to exchange electrical or vibration signals. When a wireless RF signal is applied to the antenna 26 from the outside, the electrical signal causes mechanical vibration on the surface of the piezoelectric substrate 22. The mechanical vibration of the piezoelectric substrate 22 generated at this time is affected by the external force generated according to the process state to change.

표면탄성파 센서(24)는 프로세스 상태에 의해 변화하는 압전성 기판(22)의 기계적 진동값을 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 표면탄성파 센서(24)에 의해 출력되는 전기적 신호는 안테나(26)를 통해 외부 리더기(도시 생략)로 무선 전송된다. 외부 리더기는 표면탄성파 센서부(20)로부터 수신한 전기적 신호를 기반으로 압전성 기판(22)에 가해지는 외력의 크기를 계측/평가하여, 웨이퍼(10) 주변의 프로세스 상태를 측정한다. 외력 변화에 따라 압전성 기판(22)이 변형되면 진동 특성이 변하게 되는데, 이러한 진동 특성의 변화를 표면탄성파 센서(22)를 통해 검출하여 압전성 기판(22)에 가해지는 외력과 프로세스 상태를 알 수 있게 된다.The surface acoustic wave sensor 24 detects a mechanical vibration value of the piezoelectric substrate 22 that changes depending on the process state and converts the mechanical vibration value into an electrical signal. Electrical signals output by the surface acoustic wave sensor 24 are wirelessly transmitted to an external reader (not shown) through the antenna 26. The external reader measures / evaluates the magnitude of the external force applied to the piezoelectric substrate 22 based on the electrical signal received from the surface acoustic wave sensor unit 20 to measure the process state around the wafer 10. When the piezoelectric substrate 22 is deformed according to the external force change, the vibration characteristic is changed. The vibration characteristic is detected through the surface acoustic wave sensor 22 so that the external force applied to the piezoelectric substrate 22 and the process state can be known. do.

보호층(30)과 공동(12) 내의 표면탄성파 센서부(20) 사이의 공간은 충진재(40)로 충진될 수 있다. 압전성 기판(22)과 공동(12) 사이에 충진재(40)를 채워 공백을 최소화하고, 표면탄성파 센서부(20)의 위치를 고정하고 내부 기공의 형성을 억제할 수 있다. 충진재(40)는 예를 들어, 열경화성 폴리머 물질로 제공될 수 있다.The space between the protective layer 30 and the surface acoustic wave sensor unit 20 in the cavity 12 may be filled with the filler 40. The filler 40 may be filled between the piezoelectric substrate 22 and the cavity 12 to minimize spaces, fix the position of the surface acoustic wave sensor unit 20, and suppress the formation of internal pores. Filler 40 may be provided, for example, with a thermoset polymeric material.

보호층(30)은 웨이퍼(10) 상에 형성되고, 표면탄성파 센서부(20)를 덮어 표면탄성파 센서부(20)를 고온, 고압, 플라즈마 등의 외부 환경 조건으로부터 보호한다. 보호층(30)은 웨이퍼(10)의 상면에 결합되는 표면웨이퍼(surface wafer)를 포함할 수 있다. 표면웨이퍼는 웨이퍼(10)의 상면에 접합에 의해 결합될 수 있다.The protective layer 30 is formed on the wafer 10 to cover the surface acoustic wave sensor unit 20 to protect the surface acoustic wave sensor unit 20 from external environmental conditions such as high temperature, high pressure, and plasma. The protective layer 30 may include a surface wafer coupled to the top surface of the wafer 10. The surface wafer may be bonded to the top surface of the wafer 10 by bonding.

표면웨이퍼는 웨이퍼(10)와 동일한 평면 형상으로 제공될 수 있다. 표면탄성파 센서부(20)의 측정 정확도가 낮아지지 않도록 하기 위해, 표면웨이퍼는 웨이퍼(10)보다 얇은 두께로 제공되고, 웨이퍼(10)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 보호층(30)(표면웨이퍼)은 웨이퍼(10)와 마찬가지로, 실리콘, 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 기판 또는 표면 개질된 기판이 사용될 수 있다.The surface wafer may be provided in the same planar shape as the wafer 10. In order to prevent the measurement accuracy of the surface acoustic wave sensor unit 20 from being lowered, the surface wafer may be provided with a thickness thinner than that of the wafer 10, and may be made of the same material as the wafer 10. As the protective layer 30 (surface wafer), a substrate such as silicon, silicon oxide (SiO 2 ), quartz, alumina (Al 2 O 3 ), or the like may be used as the wafer 10.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 반도체 설비에 적합한 규격(예를 들면, 8인치, 12인치 등)의 웨이퍼(10)에 표면탄성파 센서부(20)를 통합하고, 표면탄성파 센서부(20)가 고온, 고압, 플라즈마 등에 의해 화학적, 기계적, 전기적으로 손상되지 않도록 상부에 한 장의 표면웨이퍼로 이루어지는 보호층(30)을 덮어 접합함으로써, 표면탄성파 센서부(20)를 보호한다.The wafer sensor according to the embodiment of the present invention integrates the surface acoustic wave sensor unit 20 to the wafer 10 of a standard (for example, 8 inches, 12 inches, etc.) suitable for semiconductor equipment, and the surface acoustic wave sensor unit 20 ), The surface acoustic wave sensor unit 20 is protected by covering the protective layer 30 made of a single surface wafer on the top so as not to be chemically, mechanically, or electrically damaged by high temperature, high pressure, plasma, or the like.

표면탄성파 센서(24)는 웨이퍼(10) 위에 균일하게 분포시킬 수 있으며, 프로세스에 사용되는 웨이퍼와 동일하게 온도를 측정할 수 있다. 일 실시예로, 표면탄성파 센서(24)들 중 적어도 2 이상은 서로 다른 주파수 대역에서 동작하도록 설계될 수 있다.The surface acoustic wave sensor 24 may be uniformly distributed on the wafer 10, and may measure temperature in the same manner as the wafer used in the process. In one embodiment, at least two or more of the surface acoustic wave sensors 24 may be designed to operate in different frequency bands.

외부 리더기는 주파수 대역을 조절하여 표면탄성파 센서(24)들 중 일부를 선택적으로 작동시킬 수 있으며, 표면탄성파 센서(24)로부터 수신되는 데이터의 주파수 대역을 통해 어느 위치에 설치된 표면탄성파 센서(24)의 측정값인지 구분할 수 있다. 복수의 표면탄성파 센서부(20)를 웨이퍼(10) 상에 균일하게 분포시키는 경우, 웨이퍼(10) 전체의 온도 분포를 확인할 수 있다.The external reader may selectively operate some of the surface acoustic wave sensors 24 by adjusting a frequency band, and the surface acoustic wave sensors 24 installed at a position through a frequency band of data received from the surface acoustic wave sensor 24. Can be distinguished from When the plurality of surface acoustic wave sensor units 20 are uniformly distributed on the wafer 10, the temperature distribution of the entire wafer 10 can be confirmed.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 반도체 설비의 FOUP(front opening unified pod)과 로봇에 의해 핸들링이 가능하여 자동화 시스템에서 오염물 및 생산 환경에 거의 방해 없이 모니터링용 센서로 수행할 수 있도록 구성된다.The wafer sensor according to an embodiment of the present invention is handled by a front opening unified pod (FOUP) of a semiconductor device and a robot, and is configured to be performed as a sensor for monitoring in an automated system with little interference with contaminants and production environments.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 5의 도시와 같이, 압전성 기판(22) 상에 표면탄성파 센서(24)와 안테나(26)를 형성하여 표면탄성파 센서부(20)를 제조한다.5 to 8 are views for explaining a method of manufacturing a wafer sensor according to a first embodiment of the present invention. First, as illustrated in FIG. 5, the surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 are formed on the piezoelectric substrate 22 to manufacture the surface acoustic wave sensor unit 20.

그리고, 도 6의 도시와 같이, 웨이퍼(10)의 상면에 공동(12)을 형성한다. 일 실시예로, 공동(12)은 선택적 식각에 의해 형성될 수 있다. 공동(12) 내에 표면탄성파 센서부(20)가 매립될 수 있도록 공동(12)은 표면탄성파 센서부(20)의 두께 이상의 깊이 만큼 식각되어 형성될 수 있다.6, the cavity 12 is formed in the upper surface of the wafer 10. As shown in FIG. In one embodiment, the cavity 12 may be formed by selective etching. The cavity 12 may be etched by a depth greater than or equal to the thickness of the surface acoustic wave sensor 20 so that the surface acoustic wave sensor 20 may be embedded in the cavity 12.

웨이퍼(10) 상에 공동(12)은 표면탄성파 센서부(20)의 개수만큼 형성될 수 있다. 공동(12)의 형상과 면적은 표면탄성파 센서부(20)와 동일하거나 그보다 약간 크게 제공될 수 있다. 공동(12)들은 웨이퍼(10) 중에서 프로세스 상태를 측정하고자 하는 위치들에 형성될 수 있다.The cavities 12 may be formed on the wafer 10 by the number of surface acoustic wave sensor units 20. The shape and area of the cavity 12 may be provided the same or slightly larger than the surface acoustic wave sensor unit 20. The cavities 12 may be formed at locations in the wafer 10 where the state of the process is to be measured.

다음으로, 웨이퍼(10) 상의 공동(12)들 내에 표면탄성파 센서부(20)들을 정렬시켜 접합한다. 이에 따라, 표면탄성파 센서부(20)들은 웨이퍼(10)의 공동(12)들 내에 매립되는 형태로 설치된다. 표면탄성파 센서부(20)는 압전성 기판(22)의 바닥면이 공동(12)의 바닥면에 접합되어 설치될 수 있다.Next, the surface acoustic wave sensor units 20 are aligned and bonded in the cavities 12 on the wafer 10. Accordingly, the surface acoustic wave sensor units 20 are installed to be embedded in the cavities 12 of the wafer 10. The surface acoustic wave sensor unit 20 may be installed by bonding the bottom surface of the piezoelectric substrate 22 to the bottom surface of the cavity 12.

표면탄성파 센서부(20)가 공동(12) 내에 매립됨에 따라, 표면탄성파 센서(24)는 웨이퍼(10)의 상면에 가까운 높이에 배치될 수 있다. 따라서, 표면탄성파 센서(24)와 웨이퍼(10)의 상면 간의 거리가 가까워지기 때문에, 웨이퍼(10)의 상면 부근의 프로세스 상태를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다. 또한, 표면탄성파 센서부(20)가 공동(12) 내에 매립됨에 따라, 표면탄성파 센서부(20)는 공동(12)의 바닥면과 측면들에 의해 보호될 수 있으며, 고온, 고압, 플라즈마 등의 공정 조건에 의한 손상을 방지할 수 있다.As the surface acoustic wave sensor unit 20 is embedded in the cavity 12, the surface acoustic wave sensor 24 may be disposed at a height close to the top surface of the wafer 10. Therefore, since the distance between the surface acoustic wave sensor 24 and the upper surface of the wafer 10 becomes close, the process state near the upper surface of the wafer 10 can be measured more accurately. In addition, as the surface acoustic wave sensor unit 20 is embedded in the cavity 12, the surface acoustic wave sensor unit 20 may be protected by the bottom surface and the side surfaces of the cavity 12, and may be exposed to high temperature, high pressure, plasma, or the like. Damage due to process conditions can be prevented.

다음으로, 보호층(30)과 표면탄성파 센서부(20) 사이의 공간을 충진재로 충진하기 위하여, 도 8의 도시와 같이, 표면탄성파 센서부(20)가 매립된 상태에서 공동(12)들 내에 충진재(40)를 채운 후, 웨이퍼(10)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)를 보호하기 위한 보호층(30)을 결합한다.Next, in order to fill the space between the protective layer 30 and the surface acoustic wave sensor unit 20 with a filler, as shown in FIG. 8, the cavities 12 in the state where the surface acoustic wave sensor unit 20 is buried. After filling the filler 40 therein, the protective layer 30 for protecting the surface acoustic wave sensor unit 20 is bonded to the upper surface of the wafer 10.

본 발명의 제1 실시예에서, 보호층(30)은 웨이퍼(10)와 동일한 평면 형상을 가지는 표면웨이퍼로 제공될 수 있다. 표면탄성파 센서부(20)의 측정값에 미치는 오차 요인을 줄이기 위하여, 표면웨이퍼는 웨이퍼(10)와 동일한 물질로 이루어지고 웨이퍼(10)보다 얇은 두께를 가지도록 제공될 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the protective layer 30 may be provided as a surface wafer having the same planar shape as the wafer 10. In order to reduce an error factor on the measured value of the surface acoustic wave sensor unit 20, the surface wafer may be provided to be made of the same material as the wafer 10 and have a thickness thinner than that of the wafer 10.

본 발명의 제1 실시예에 의하면, 표면탄성파 센서부(20)는 웨이퍼(10)와 보호층(30) 사이(두 장의 웨이퍼 사이)에 캡슐화되어 보호되는 형태로 패키징되며, 고온, 고압, 플라즈마 등의 거친 환경 조건으로부터 보호받을 수 있으며, 표면탄성파 센서부(20)에 파티클이 유입되는 것을 방지할 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, the surface acoustic wave sensor unit 20 is packaged in an encapsulated and protected form between the wafer 10 and the protective layer 30 (between two wafers), and is formed at high temperature, high pressure, and plasma. It can be protected from harsh environmental conditions, and can prevent particles from flowing into the surface acoustic wave sensor unit 20.

또한, CPU, 메모리, 배터리 등의 전자소자들을 웨이퍼에 집적할 필요가 없어 고온, 플라즈마 등에 의해 전자소자들이 손상될 우려가 없으며, 챔버 내의 거친 환경 조건에 의해 표면탄성파 센서부(20)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 고온에서도 프로세스 상태의 계측/평가가 가능하며, 프로세스 상태의 측정 정확도를 높일 수 있다.In addition, since there is no need to integrate electronic devices such as a CPU, a memory, a battery, and the like on the wafer, the electronic devices may not be damaged by high temperature or plasma, and the surface acoustic wave sensor unit 20 may be damaged by harsh environmental conditions in the chamber. Can be prevented, the process state can be measured / evaluated even at high temperatures, and the measurement accuracy of the process state can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼 센서의 제작 공정도 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있으며, 센서의 소형화가 가능하고 견고하며 전력 소모가 낮으며, 높은 주파수에서 동작하여 감도도 높은 이점이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 온도뿐만 아니라 습도, 압력, 충격, pH, 가스, 하중 센서 등의 프로세스 상태를 측정하는데 활용될 수도 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the manufacturing process of the wafer sensor is also simple to reduce the manufacturing cost, the sensor can be miniaturized, robust, low power consumption, operating at a high frequency and high sensitivity have. The wafer sensor according to an embodiment of the present invention may be utilized to measure process conditions such as humidity, pressure, shock, pH, gas, load sensors, as well as temperature.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다. 도 11은 도 10의 'A-A' 선에 따른 단면도이다. 도 12는 도 11의 'B'부 확대도이다. 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서에 대해 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서를 설명함에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 설명은 생략될 수 있다.9 is a perspective view of a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention. 10 is a plan view of a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line 'A-A' of FIG. 10. FIG. 12 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 11. A wafer sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 through 12. In the description of the wafer sensor according to the second embodiment of the present invention, a description overlapping with the first embodiment may be omitted.

본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼(10)의 표면에 표면탄성파 센서부(20)가 접합되는 구조로 제공되는 점에서 앞서 설명한 제1 실시예와 차이가 있다. 본 발명의 제2 실시예의 경우, 웨이퍼(10) 상에 공동(cavity)을 형성하는 공정은 생략될 수 있으며, 공동 내에 충진재를 채우는 공정 또한 생략될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에서, 표면탄성파 센서부(20)는 웨이퍼(10)의 상면에 접합되어 설치될 수 있다. The wafer sensor according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above in that the wafer sensor is provided in a structure in which the surface acoustic wave sensor unit 20 is bonded to the surface of the wafer 10. In the second embodiment of the present invention, the process of forming a cavity on the wafer 10 may be omitted, and the process of filling the filler in the cavity may also be omitted. In the second embodiment of the present invention, the surface acoustic wave sensor unit 20 may be attached to the upper surface of the wafer 10.

보호층(30)은 웨이퍼(10)와 표면탄성파 센서부(20)를 덮어 표면탄성파 센서부(20)를 보호하며, 보호층(30)의 상면은 평탄면으로 형성된다. 보호층(30)은 웨이퍼(10)와 표면탄성파 센서부(20)의 상면에 증착되는 증착층으로 제공될 수 있다. 보호층(30)은 표면탄성파 센서부(20) 상의 두께가 표면탄성파 센서부(20)의 주변 영역의 두께보다 표면탄성파 센서부(20)의 두께 만큼 얇을 수 있다.The protective layer 30 covers the wafer 10 and the surface acoustic wave sensor unit 20 to protect the surface acoustic wave sensor unit 20, and the upper surface of the protective layer 30 is formed as a flat surface. The protective layer 30 may be provided as a deposition layer deposited on the upper surface of the wafer 10 and the surface acoustic wave sensor unit 20. The protective layer 30 may be thinner on the surface acoustic wave sensor 20 than the thickness of the peripheral region of the surface acoustic wave sensor 20 by the thickness of the surface acoustic wave sensor 20.

보호층(30)은 웨이퍼(10)와 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 표면탄성파 센서부(20)의 측정 오차를 최소화하기 위하여, 보호층(30)은 웨이퍼(10)보다 얇은 두께의 증착층으로 형성되고, 증착층은 웨이퍼(10)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 보호층(30)(증착층)은 웨이퍼(10)와 마찬가지로, 실리콘, 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 기판 또는 표면개질된 기판이 사용될 수 있다.The protective layer 30 may have the same planar shape as the wafer 10. In order to minimize the measurement error of the surface acoustic wave sensor unit 20, the protective layer 30 may be formed of a deposition layer having a thickness thinner than that of the wafer 10, and the deposition layer may be made of the same material as the wafer 10. As the protective layer 30 (deposition layer), a substrate such as silicon, silicon oxide (SiO 2 ), quartz, alumina (Al 2 O 3 ), or the like may be used as the wafer 10.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 반도체 설비에 적합한 규격(예를 들면, 8인치, 12인치 등)의 웨이퍼(10) 표면에 표면탄성파 센서부(20)를 통합하고, 표면탄성파 센서부(20)가 화학적, 기계적, 전기적으로 손상되지 않도록, 표면탄성파 센서부(20)의 상부에 보호층(30)을 덮어 표면탄성파 센서부(20)를 고온, 고압, 플라즈마 등의 외부 환경 조건으로부터 보호한다.The wafer sensor according to the embodiment of the present invention integrates the surface acoustic wave sensor unit 20 on the surface of the wafer 10 having a standard suitable for semiconductor equipment (for example, 8 inches, 12 inches, etc.), and the surface acoustic wave sensor unit ( To protect the surface acoustic wave sensor unit 20 from external environmental conditions such as high temperature, high pressure, and plasma by covering the protective layer 30 on the surface acoustic wave sensor unit 20 so that 20 is not chemically, mechanically, or electrically damaged. do.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 13의 도시와 같이, 압전성 기판(22) 상에 표면탄성파 센서(24)와 안테나(26)를 증착 등에 의해 형성하여 표면탄성파 센서부(20)를 제조한다. 다음으로, 웨이퍼(10)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)를 형성한다. 표면탄성파 센서부(20)는 접합에 의해 웨이퍼(10)의 표면에 결합될 수 있다.13 to 15 are diagrams for explaining a method of manufacturing a wafer sensor according to a second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 13, the surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 are formed on the piezoelectric substrate 22 by vapor deposition to manufacture the surface acoustic wave sensor unit 20. Next, the surface acoustic wave sensor unit 20 is formed on the upper surface of the wafer 10. The surface acoustic wave sensor unit 20 may be coupled to the surface of the wafer 10 by bonding.

이어서, 도 14의 도시와 같이, 웨이퍼(10)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)를 보호하기 위한 보호층(30)을 형성한다. 보호층(30)은 스퍼터링(sputtering), CVD(chemical vapor deposition), 물리 증착(evaporation) 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 보호층(30)은 플라즈마, 처리가스 등에 대해 화학적 내구성을 갖추기 위하여, 실리콘, 산화 실리콘(SiO2), 알루미나(Al2O3) 등으로 형성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 14, a protective layer 30 for protecting the surface acoustic wave sensor unit 20 is formed on the upper surface of the wafer 10. The protective layer 30 may be formed using a method such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), physical evaporation, or the like. The protective layer 30 may be formed of silicon, silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), or the like in order to have chemical durability against plasma, process gas, and the like.

물리적, 화학적 박막 증착에 의해 보호층(30)을 형성할 경우, 표면탄성파 센서부(20) 상부의 보호층(30)의 상면 높이가 표면탄성파 센서부(20) 주변의 보호층(30)의 상면 높이 보다 높게 된다. 보호층(30)의 높이가 불균일해짐에 따라, 웨이퍼 센서의 상부 층의 유체의 흐름이 방해되는 경우, 웨이퍼 센서의 측정값에 오차 요인이 될 수 있다.When the protective layer 30 is formed by physical and chemical thin film deposition, the upper surface height of the protective layer 30 on the surface acoustic wave sensor unit 20 is greater than that of the protective layer 30 around the surface acoustic wave sensor unit 20. It will be higher than the top height. As the height of the protective layer 30 becomes uneven, when the flow of fluid in the upper layer of the wafer sensor is disturbed, it may be an error factor in the measured value of the wafer sensor.

웨이퍼 센서의 상부측 유체 흐름이 방해되는 것을 방지하기 위해, 도 15의 도시와 같이, 표면탄성파 센서부(20) 상부 영역의 보호층(32)을 제거하여 보호층(30)의 상면을 평탄화할 수 있다. 일 실시예로, 보호층(32)은 CMP(Chemical-Mechanical Polishing)와 같은 방법으로 평탄화될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 센서 상부의 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있다.In order to prevent the fluid flow of the upper side of the wafer sensor from being disturbed, as shown in FIG. 15, the upper surface of the protective layer 30 may be planarized by removing the protective layer 32 in the upper region of the surface acoustic wave sensor unit 20. Can be. In one embodiment, the protective layer 32 may be planarized by a method such as chemical-mechanical polishing (CMP). Thereby, the fluid of the upper part of a wafer sensor can be made smooth.

이때, 표면탄성파 센서부(20)의 상부 영역의 보호층(30a) 중의 상층부를 제거하여 보호층(30)의 상면을 평탄면으로 형성할 수 있다. 보호층(30)을 평탄화함에 따라, 표면탄성파 센서부(20) 상부 영역의 보호층(30a)의 두께는 표면탄성파 센서부(20) 주변 영역의 보호층(30b)의 두께 보다 얇아지게 된다. 이에 따라, 표면탄성파 센서부(20)의 측정값의 오차 요인을 줄일 수 있게 된다.In this case, the upper layer of the protective layer 30a in the upper region of the surface acoustic wave sensor unit 20 may be removed to form the upper surface of the protective layer 30 as a flat surface. As the protective layer 30 is planarized, the thickness of the protective layer 30a in the upper region of the surface acoustic wave sensor unit 20 becomes thinner than the thickness of the protective layer 30b in the area around the surface acoustic wave sensor unit 20. Accordingly, the error factor of the measured value of the surface acoustic wave sensor unit 20 can be reduced.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 표면탄성파 센서부(20)가 웨이퍼(10)와 보호층(30) 사이에 보호되어, 고온, 고압, 플라즈마 등의 거친 환경 조건으로부터 보호받을 수 있으며, 표면탄성파 센서부(20)에 파티클이 유입되어 측정값에 오차를 일으키는 것을 방지할 수 있다.According to the second embodiment of the present invention, the surface acoustic wave sensor unit 20 is protected between the wafer 10 and the protective layer 30 to be protected from harsh environmental conditions such as high temperature, high pressure, and plasma. Particles may be introduced into the acoustic wave sensor unit 20 to prevent an error in the measured value.

또한, CPU, 메모리, 배터리 등의 전자소자들을 웨이퍼에 집적할 필요가 없어 고온에 의해 전자소자들이 손상될 우려가 없으며, 챔버 내의 거친 환경 조건에 의해 표면탄성파 센서부(20)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 고온에서도 프로세스 상태의 계측/평가가 가능하며, 프로세스 상태의 측정 정확도를 높일 수 있다.In addition, there is no need to integrate electronic devices such as a CPU, a memory, a battery, and the like on the wafer, so that the electronic devices may not be damaged due to high temperature, and the surface acoustic wave sensor unit 20 is prevented from being damaged by the harsh environmental conditions in the chamber. It is possible to measure / evaluate the process state even at high temperature and to increase the accuracy of the process state measurement.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면 웨이퍼 센서의 제작 공정도 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있으며, 센서의 소형화가 가능하고 견고하며 전력 소모가 낮으며, 높은 주파수에서 동작하여 감도도 높은 이점이 있다. 뿐만 아니라, 웨이퍼(10)와 보호층(30) 사이에 내부 공간이 전혀 없기 때문에, 초고압 환경 조건에서도 센서의 손상 없이 프로세스 상태의 측정이 가능하다.In addition, according to the second embodiment of the present invention, the manufacturing process of the wafer sensor is also simple, thereby reducing the manufacturing cost, miniaturization of the sensor, robustness, low power consumption, high sensitivity, and high sensitivity. There is this. In addition, since there is no internal space between the wafer 10 and the protective layer 30, the process state can be measured without damaging the sensor even in an ultrahigh pressure environment.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다. 도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 평면도이다. 도 18은 도 17의 'A-A' 선에 따른 단면도이다. 도 19는 도 17의 'B'부 확대도이다. 도 16 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서에 대해 설명한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예들과 중복되는 설명은 생략될 수 있다.16 is a perspective view of a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention. 17 is a plan view of a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention. 18 is a cross-sectional view taken along the line 'A-A' of FIG. 17. FIG. 19 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 17. A wafer sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 19. In the description of the wafer sensor according to the third embodiment of the present invention, a description overlapping with the above-described embodiments may be omitted.

본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼(10) 위에 압전층(22a)을 증착 또는 접합하여 형성되는 점에서, 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다. 본 발명의 제3 실시예의 경우, 웨이퍼(10)의 상면에 공동(cavity)을 형성하는 공정과, 공동 내에 충진재를 채우는 공정은 생략될 수 있다.The wafer sensor according to the third embodiment of the present invention is different from the above-described embodiments in that it is formed by depositing or bonding the piezoelectric layer 22a on the wafer 10. In the third embodiment of the present invention, a process of forming a cavity in the upper surface of the wafer 10 and a process of filling the filler in the cavity may be omitted.

웨이퍼(10) 위에 압전층(22a)이 형성되고, 압전층(22a) 상에 금속성 재료 패턴에 의해 표면탄성파 센서(24)와 안테나(26)가 형성된다. 압전층(22a)은 기계적 신호의 인가 시 전기적 특성이 변화되거나(압전효과), 전기적 신호의 인가 시 기계적 신호가 생기는(역압전효과) 압전 재료로 제공될 수 있다. 압전층(22a)은 웨이퍼(10)의 상면에 박막 증착되거나, 압전성 기판으로 제공되어 웨이퍼(10)의 상면에 접합될 수 있다.The piezoelectric layer 22a is formed on the wafer 10, and the surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 are formed on the piezoelectric layer 22a by a metallic material pattern. The piezoelectric layer 22a may be provided as a piezoelectric material in which electrical characteristics are changed when the mechanical signal is applied (piezoelectric effect) or mechanical signals are generated when the electrical signal is applied (reverse piezoelectric effect). The piezoelectric layer 22a may be deposited on the top surface of the wafer 10 or may be provided as a piezoelectric substrate and bonded to the top surface of the wafer 10.

압전층(22a)은 예를 들어, 니오브산 리튬(예; LiNbO3),탄탈산 리튬(예; LiTaO3), 사붕소산 리튬(Li2B4O7), 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3, PbTiO3, PZT, ZnO, GaAs, 석영(Quartz), 니오브산염 등을 스퍼터링, 증발법, 화학기상증착법 또는 접합 등의 방법으로 형성할 수 있다.The piezoelectric layer 22a may be, for example, lithium niobate (eg, LiNbO 3 ), lithium tantalate (eg, LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), barium titanate (BaTiO 3 ), or PbZrO 3 , PbTiO 3 , PZT, ZnO, GaAs, Quartz (Quartz), niobate, and the like can be formed by sputtering, evaporation, chemical vapor deposition, or bonding.

표면탄성파 센서(24)와 안테나(26)의 상부에는 표면탄성파 센서부(20)의 기계적, 화학적 또는 전기적 손상을 방지하기 위하여 보호층(30)이 형성된다. 보호층(30)은 제2 실시예에서와 같이 박막 증착 방식에 의해 형성될 수도 있고, 제1 실시예에서와 같이 표면웨이퍼 접합 방식으로 압전층(22a)에 접합되어 형성될 수도 있다.A protective layer 30 is formed on the surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 to prevent mechanical, chemical, or electrical damage of the surface acoustic wave sensor unit 20. The protective layer 30 may be formed by a thin film deposition method as in the second embodiment, or may be formed by being bonded to the piezoelectric layer 22a by the surface wafer bonding method as in the first embodiment.

보호층(30)은 웨이퍼(10)와 동일한 평면 형상을 가지고, 웨이퍼(10)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 보호층(30)은 웨이퍼(10)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 보호층(30)은 웨이퍼(10)와 마찬가지로, 실리콘, 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 기판 또는 표면개질된 기판이 사용될 수 있다.The protective layer 30 has the same planar shape as the wafer 10 and may be formed to a thickness thinner than that of the wafer 10. The protective layer 30 may be made of the same material as the wafer 10. Like the wafer 10, the protective layer 30 may be a substrate such as silicon, silicon oxide (SiO 2 ), quartz, alumina (Al 2 O 3 ), or a surface modified substrate.

보호층(30)을 박막 증착에 의해 형성하는 경우, 앞서 설명한 제2 실시예와 같이, 표면탄성파 센서의 상부 영역의 증착층 중 상층부 표면을 CMP(Chemical-Mechanical Polishing)와 같은 방법으로 평탄하게 하여 보호층(30)의 표면을 평탄화함으로써, 웨이퍼 센서의 표면에서 유체의 흐름에 방해가 되지 않게 할 수 있다.When the protective layer 30 is formed by thin film deposition, the surface of the upper layer of the deposition layer in the upper region of the surface acoustic wave sensor is flattened by a method such as chemical-mechanical polishing (CMP), as in the second embodiment described above. By planarizing the surface of the protective layer 30, it is possible to prevent the flow of fluid on the surface of the wafer sensor.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 센서는 반도체 설비에 적합한 규격(예를 들면, 8인치, 12인치 등)의 웨이퍼(10) 표면에 표면탄성파 센서부(20)를 통합하고, 표면탄성파 센서부(20)가 화학적, 기계적, 전기적으로 손상되지 않도록, 상부에 보호층(30)을 덮어 표면탄성파 센서부(20)를 보호한다.The wafer sensor according to the embodiment of the present invention integrates the surface acoustic wave sensor unit 20 on the surface of the wafer 10 having a standard suitable for semiconductor equipment (for example, 8 inches, 12 inches, etc.), and the surface acoustic wave sensor unit ( The surface acoustic wave sensor unit 20 is protected by covering the protective layer 30 on the top so that the 20 is not chemically, mechanically, or electrically damaged.

도 20 내지 도 22는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 20의 도시와 같이, 웨이퍼(10)의 상면에 압전층(22a)을 증착 또는 접합에 의해 형성한다. 이어서, 도 21의 도시와 같이, 압전층(22a) 상에 표면탄성파 센서(24)와 안테나(26)를 증착하여 표면탄성파 센서부(20)를 형성한다. 다음으로, 도 22의 도시와 같이, 압전층(22a)과 표면탄성파 센서(24) 및 안테나(26)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)를 보호하기 위한 보호층(30)을 박막 증착 또는 표면웨이퍼 접합에 의해 형성한다.20 to 22 are diagrams for describing a method of manufacturing a wafer sensor according to a third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 20, the piezoelectric layer 22a is formed on the upper surface of the wafer 10 by vapor deposition or bonding. Next, as shown in FIG. 21, the surface acoustic wave sensor 24 and the antenna 26 are deposited on the piezoelectric layer 22a to form the surface acoustic wave sensor unit 20. Next, as shown in FIG. 22, the protective layer 30 for protecting the surface acoustic wave sensor unit 20 is deposited on the upper surface of the piezoelectric layer 22a, the surface acoustic wave sensor 24, and the antenna 26. It is formed by surface wafer bonding.

본 발명의 제3 실시예에 의하면, 표면탄성파 센서부(20)가 웨이퍼(10)와 보호층(30) 사이에 보호되어, 고온, 고압, 플라즈마 등의 거친 환경 조건으로부터 보호받을 수 있으며, 표면탄성파 센서부(20)에 파티클이 유입되어 측정값에 오차를 일으키는 것을 방지할 수 있다.According to the third embodiment of the present invention, the surface acoustic wave sensor unit 20 is protected between the wafer 10 and the protective layer 30 to be protected from harsh environmental conditions such as high temperature, high pressure, and plasma. Particles may be introduced into the acoustic wave sensor unit 20 to prevent an error in the measured value.

또한, CPU, 메모리, 배터리 등의 전자소자들을 웨이퍼에 집적할 필요가 없어 고온에 의해 전자소자들이 손상될 우려가 없으며, 챔버 내의 거친 환경 조건에 의해 표면탄성파 센서부(20)가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 고온에서도 프로세스 상태의 계측/평가가 가능하며, 프로세스 상태의 측정 정확도를 높일 수 있다.In addition, there is no need to integrate electronic devices such as a CPU, a memory, a battery, and the like on the wafer, so that the electronic devices may not be damaged due to high temperature, and the surface acoustic wave sensor unit 20 is prevented from being damaged by the harsh environmental conditions in the chamber. It is possible to measure / evaluate the process state even at high temperature and to increase the accuracy of the process state measurement.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따르면 웨이퍼 센서의 제작 공정도 매우 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있으며, 센서의 소형화가 가능하고 견고하며 전력 소모가 낮으며, 높은 주파수에서 동작하여 감도도 높은 이점이 있다. 뿐만 아니라, 웨이퍼(10)와 보호층(30) 사이에 내부 공간이 전혀 없기 때문에, 초고압 환경 조건에서도 센서의 손상 없이 프로세스 상태의 측정이 가능하다. 또한, 압전층(22a)이 웨이퍼(10) 전체에 균일하게 증착되기 때문에, 영역에 따른 온도 센싱 특성 또한 균일하게 할 수 있다.In addition, according to the third embodiment of the present invention, the manufacturing process of the wafer sensor is also very simple to reduce the manufacturing cost, the sensor can be miniaturized, robust, low power consumption, high sensitivity by operating at a high frequency There is an advantage. In addition, since there is no internal space between the wafer 10 and the protective layer 30, the process state can be measured without damaging the sensor even in an ultrahigh pressure environment. In addition, since the piezoelectric layer 22a is uniformly deposited on the entire wafer 10, the temperature sensing characteristic according to the region can also be made uniform.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the above-mentioned contents show preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments. Modifications or variations are possible within the scope of the inventive concept disclosed herein, the equivalents of the disclosures described, and / or within the skill or knowledge of the art. The described embodiments illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various modifications required in the specific application field and use of the present invention are possible. Thus, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

10: 웨이퍼
12: 공동(cavity)
20: 표면탄성파 센서부
22: 압전성 기판
22a: 압전층
24: 표면탄성파 센서
26: 안테나
30: 보호층
40: 충진재10: wafer
12: cavity
20: surface acoustic wave sensor
22: piezoelectric substrate
22a: piezoelectric layer
24: Surface acoustic wave sensor
26: antenna
30: protective layer
40: filling material

Claims (12)

웨이퍼;
상기 웨이퍼의 상면에 형성되고, 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부; 및
상기 웨이퍼의 상면에 형성되고, 외부 환경 조건으로부터 보호되도록 상기 표면탄성파 센서부를 덮는 보호층;을 포함하고,
상기 보호층은 상기 웨이퍼의 상면과 상기 표면탄성파 센서부의 상면에 증착되는 증착층을 포함하는 웨이퍼 센서.wafer;
A surface acoustic wave sensor unit formed on an upper surface of the wafer and outputting a frequency signal which is variable according to a process state; And
And a protective layer formed on an upper surface of the wafer and covering the surface acoustic wave sensor to be protected from external environmental conditions.
The protective layer includes a deposition layer deposited on an upper surface of the wafer and the upper surface acoustic wave sensor unit. 제1항에 있어서,
상기 보호층의 상면은 평탄면으로 가공되는 웨이퍼 센서.The method of claim 1,
The upper surface of the protective layer is a wafer sensor is processed into a flat surface. 제1항에 있어서,
상기 표면탄성파 센서부는,
압전성 물질을 포함하는 압전성 기판;
상기 압전성 기판 상에 형성되는 표면탄성파 센서; 및
상기 압전성 기판 상에 형성되고 상기 표면탄성파 센서와 전기적 신호를 주고받도록 연결되는 안테나;를 포함하는 웨이퍼 센서.The method of claim 1,
The surface acoustic wave sensor unit,
A piezoelectric substrate comprising a piezoelectric material;
A surface acoustic wave sensor formed on the piezoelectric substrate; And
And an antenna formed on the piezoelectric substrate and connected to exchange an electrical signal with the surface acoustic wave sensor. 제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 웨이퍼와 동일한 물질로 이루어지는 웨이퍼 센서.The method of claim 1,
The protective layer is a wafer sensor made of the same material as the wafer. 제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 웨이퍼보다 얇은 두께를 가지는 웨이퍼 센서.The method of claim 1,
The protective layer has a thickness thinner than the wafer sensor. 제1항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 두께가 상기 표면탄성파 센서부의 주변 영역의 두께보다 얇은 웨이퍼 센서.The method of claim 1,
The protective layer is a wafer sensor, the thickness of the upper region of the surface acoustic wave sensor unit is thinner than the thickness of the peripheral region of the surface acoustic wave sensor unit. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼는 반도체 설비에 의해 처리 가능한 표준 규격의 웨이퍼인 웨이퍼 센서.The method according to any one of claims 1 to 6,
The wafer sensor is a wafer of a standard specification that can be processed by a semiconductor facility. 웨이퍼의 상면에 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부를 형성하는 단계; 및
상기 웨이퍼의 상면에 외부 환경 조건으로부터 보호되도록 상기 표면탄성파 센서부를 덮는 보호층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 보호층을 형성하는 단계는 박막 증착에 의해 상기 웨이퍼의 상면과 상기 표면탄성파 센서부의 상면에 증착층을 형성하는 단계를 포함하는 웨이퍼 센서 제조 방법.Forming a surface acoustic wave sensor unit on the upper surface of the wafer to output a frequency signal which is variable according to a process state; And
And forming a protective layer on the upper surface of the wafer to cover the surface acoustic wave sensor so as to be protected from an external environmental condition.
The forming of the protective layer may include forming a deposition layer on an upper surface of the wafer and an upper surface of the surface acoustic wave sensor unit by thin film deposition. 제8항에 있어서,
상기 표면탄성파 센서부를 형성하는 단계는, 상기 표면탄성파 센서부를 상기 웨이퍼의 상면에 접합하는 단계;를 포함하는 웨이퍼 센서 제조 방법.The method of claim 8,
The forming of the surface acoustic wave sensor unit may include bonding the surface acoustic wave sensor unit to an upper surface of the wafer. 제8항에 있어서,
상기 증착층의 상면을 평탄화하는 단계;를 더 포함하는 웨이퍼 센서 제조 방법.The method of claim 8,
And planarizing an upper surface of the deposition layer. 제10항에 있어서,
상기 평탄화하는 단계는,
상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 보호층 중의 상층부를 제거하여 상기 보호층의 상면을 평탄면으로 형성하는 단계를 포함하는 웨이퍼 센서 제조 방법.The method of claim 10,
The planarization step,
And removing an upper portion of the protective layer in the upper region of the surface acoustic wave sensor to form an upper surface of the protective layer as a flat surface. 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 평탄화하는 단계에 의해 상기 표면탄성파 센서부의 상부 영역의 보호층의 두께가 상기 표면탄성파 센서부의 주변 영역의 보호층의 두께보다 얇아지는 웨이퍼 센서 제조 방법.The method according to claim 10 or 11, wherein
And the thickness of the protective layer in the upper region of the surface acoustic wave sensor unit is thinner than the thickness of the protective layer in the peripheral region of the surface acoustic wave sensor unit by the planarization step.
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US11901875B2 (en) 2020-10-12 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Surface acoustic wave sensor assembly
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