KR20200029879A - 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서는, 여러 센서가 배치된 기판, 각 센서를 통해 측정된 정보를 처리하는 메인 회로부, 메인 회로부를 열로부터 보호하는 방열 케이스를 포함하여 이루어지며, 방열 케이스는 메인 회로부를 감싸는 제1 공간과, 제1 공간의 아래 방향으로 구비되는 하나 이상의 제2 공간을 포함한다. 또한, 방열 케이스의 아랫 면과 기판의 사이에는 열을 차단하는 열 차단 홈이 형성될 수 있고, 방열 케이스를 덮는 열 차단 막을 포함하여 구성될 수도 있다. 이에 따라, 웨이퍼 센서의 중요 회로를 기판의 하단에서 발생되는 열과, 복사 열 등 다양한 열로부터 더욱 확실하게 보호할 수 있게 되므로, 웨이퍼 센서를 더욱 안정적으로 동작시킬 수 있다.

Description

고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서{ Wafer Sensor for Monitoring High Temperature Process }

본 발명은 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 내의 고온 환경에서 이루어지는 공정을 진단할 수 있는 웨이퍼 센서에 관한 것이다.

반도체 제작은 정교하고 복잡한 여러 공정을 통해 이루어지는데, 각 제조 공정의 정밀도를 확보하고 원하는 성능을 얻기 위해서는 각 공정에 대한 진단이 매우 중요하다.

각 공정에서 온도, 압력, 가스의 유량과 화학 성분, 플라스마 환경 등을 최적의 조건으로 유지해야 최상의 결과를 얻을 수 있으며, 최적의 처리 조건에서 벗어나면 불량품이 발생할 수 있다.

각 공정에서 발생하는 처리 조건의 변동은 실제 공정과 동일하거나 유사한 환경에서 모니터링하는 것이 가장 바람직하므로, 웨이퍼 센서를 이용하여 각 공정에 대한 진단이 이루어지고 있다.

그런데 챔버의 내부 공간과 같이 실제 공정이 이루어지는 환경은 가혹한 여러 조건에 노출된다. 특히 웨이퍼 센서에는 많은 열이 가해지게 되는데, 무선 통신 모듈, 배터리, 마이크로 프로세서 등 웨이퍼 센서의 주요 회로는 높은 온도에서 그 동작이 중지되거나 손상될 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고온에서도 안정적으로 동작할 수 있는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서는, 하나 이상의 센서가 배치된 기판; 상기 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 센서를 통해 측정된 정보를 처리하는 메인 회로부; 및 상기 메인 회로부를 열로부터 보호하는 방열 케이스를 포함하여 이루어진다. 이때 상기 방열 케이스는, 상기 메인 회로부를 감싸는 제1 공간과, 상기 제1 공간의 아래 방향으로 구비되는 하나 이상의 제2 공간을 포함한다.

상기 방열 케이스의 아랫 면은 상기 기판의 표면에 의해 지지되도록 구성될 수 있다.

상기 기판의 표면에는 방열 케이스 장착용 홈이 구비되고, 상기 방열 케이스는 상기 방열 케이스 장착용 홈에 장착될 수 있다. 이 경우, 상기 방열 케이스의 아랫 면은 상기 기판의 표면보다 아래에 위치하게 된다.

상기 방열 케이스의 아랫 면과 상기 기판 사이에는 열을 차단하는 열 차단 홈이 형성될 수 있다.

이때, 상기 열 차단 홈에는 열 차단 소재가 구비될 수 있다.

상기 방열 케이스에서 상기 기판의 외부로 노출되는 부분은 열 차단 막으로 덮히도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 센서는 열 차폐 기능을 갖고 있으므로, 중요 회로를 각 공정의 높은 열로부터 보호할 수 있다.

무선 통신 모듈, 배터리, 마이크로 프로세서 등 웨이퍼 센서의 중요 회로를 직접적으로 감싸는 공간 뿐아니라, 아래 방향으로 하나 이상의 열 차단 공간을 더 포함하며, 기판의 표면에 형성되는 열 차단 홈과, 방열 케이스 전체를 감싸는 열 차단 막이 함께 구비될 수도 있다.

이에 따라, 웨이퍼 센서의 중요 회로를 기판의 하단에서 발생되는 열과, 복사 열 등 다양한 열로부터 더욱 확실하게 보호할 수 있게 되므로, 웨이퍼 센서를 더욱 안정적으로 동작시킬 수 있다.

도 1은 웨이퍼 센서를 설명하기 위한 예,
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 센서의 일 실시예,
도 3은 복수 개의 제2 공간을 갖는 실시예,
도 4는 도 2의 예에서 열 차단 막을 더 포함하는 실시예,
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 센서의 또 다른 실시예,
도 6은 도 5의 예에서 열 차단 막을 더 포함하는 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 웨이퍼 센서(300)에 관한 예를 보인 것으로서, 기판(200)에 하나 이상의 센서(210)가 배치되어 이루어진다. 기판(200)에는 어떤 공정 파라미터를 모니터링할 것인지에 따라 다양한 종류의 센서(210)가 구비될 수 있다.

예를 들어, 센서(210)는 온도, 가스의 압력, 가스의 화학 성분, 플라스마 밀도 등 다양한 공정 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 전자 센서, 온도 센서, 광 센서, 전기 센서 등 다양한 종류로 구성될 수 있다.

도 1에는 9개의 센서(210)가 매트릭스 형태로 배치된 예를 도시하였으나, 센서(210)의 배치와 개수는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

기판(200)의 재질, 크기, 형태 등은 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 표준 기판을 이용하여 구성될 수 있으며, 표준 기판과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 즉, 웨이퍼 센서(300)가 실리콘 웨이퍼를 처리하는 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 공정 파리미터를 모니터링하기 위해 사용된다면, 기판(200)은 실리콘 웨이퍼로 제조될 수 있으며, 표준 사이즈인 150 mm, 200 mm, 300 mm, 450 mm 등의 크기를 가질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 센서(300)의 일 실시예를 보인 것으로서, 기판(200)에 여러 센서(210)가 구비되며, 실제 반도체 제품 생산에 사용되는 웨이퍼를 대신하여 챔버 내로 로딩되어 다양한 공정 파라미터를 모니터링한다.

특히, 웨이퍼 센서(300)에는 각 센서(210)와 배선(221)을 통해 전기적으로 연결되고, 센서(210)를 통해 측정된 정보를 처리하는 메인 회로부(230)와, 메인 회로부(230)를 열로부터 보호하는 방열 케이스(250)가 구비된다.

본 발명에서 '방열'이라는 용어는 열로부터 보호한다는 의미로 사용되며, 한자로는 '防熱', 영문 뜻으로는 'protection against heat'로 이해될 수 있다.

메인 회로부(230)는 각 센서(210)를 통해 측정된 정보를 처리하는 역할을 수행하며, 인쇄회로기판(PCB, 230-1)에 배터리, 메모리, 무선통신모듈, 마이크로 프로세서 등 센서(210)를 통해 측정된 정보를 처리하기 위한 다양한 구성요소(230-2)가 장착된 상태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

메인 회로부(230)는 각 센서(210)로부터 측정된 정보를 저장하거나 별도의 관리 장치(미도시)로 송신하는 등 필요에 따라 다양한 역할을 수행하도록 구성될 수 있다.

메인 회로부(230)는 방열 케이스(250)로 감싸지며, 방열 케이스(250)는 메인 회로부(230)를 열로부터 보호한다.

방열 케이스(250)는 제1 공간(253)과 제2 공간(255)을 포함하도록 구성된다.

제1 공간(253)은 메인 회로부(230)를 감싸는 공간이며, 제2 공간(255)은 제1 공간(253)의 아래 방향으로 구비되는 빈 공간으로서, 기판(200)의 하부에서 전달되는 열을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.

제1 공간(253)과 제2 공간(255)은 모두 방열 케이스(250)의 내부에 형성되는 공간으로서, 서로 분리된 공간이다. 제1 공간(253)과 제2 공간(255)은 밀폐된 공간으로 구성될 수 있고, 열을 더욱 효과적으로 차단하기 위하여 진공 또는 진공에 가까운 상태로 구성될 수도 있다.

제1 공간(253)과 제2 공간(255)은 각각 하나 이상 구비될 수 있다.

도 3은 하나의 제1 공간(253)과 2개의 제2 공간(255-1, 255-2)으로 이루어진 실시예가 나타나 있으나, 제1 공간(253)과 제2 공간(255)의 크기, 개수, 형태 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

방열 케이스(250)는 효과적인 열 차단을 위하여 다양한 재질로 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 방열 케이스(250)는 온도 상승에 큰 열 에너지를 필요로 하는 스테인리스 금속 재질로 구성되거나, 테프론, 폴리이미드, 에어로젤, 내열 도료 등 낮은 열 전도도를 갖는 소재를 이용하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

방열 케이스(250)의 외측 벽을 구성하는 부분과, 내측에서 각 공간을 구분하는 부분은 모두 같은 소재로 구성될 수 있으나, 필요에 따라서는 서로 다른 소재로 구성될 수도 있다.

예를 들어, 방열 케이스(250)의 외측 벽을 구성하는 부분은 열 전도도가 낮은 금속 재질로 구성하고, 방열 케이스(250)의 내측에서 각 공간을 구분하는 부분(250-1)은 폴리이미드를 이용하여 구성할 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서와 같이, 방열 케이스(250)의 아랫 면(250-2)은 기판(200)의 표면(203)에 의해 지지되도록 구성될 수 있지만, 방열 케이스(250)의 아랫 면(250-2)이 기판(200)의 표면(203)보다 아래에 위치하도록 구성될 수도 있다.

도 4는 이러한 실시예를 보인 것으로서, 기판(200)의 표면에 방열 케이스 장착용 홈(203)이 구비되고, 방열 케이스(250)는 방열 케이스 장착용 홈(203-1)에 장착될 수 있다.

그러면, 방열 케이스(250)의 아랫 면(250-2)은 기판(200)의 표면(203)보다 아래에 위치하게 된다.

이와 같이 구성하면, 방열 케이스(250)까지 포함하여 웨이퍼 센서(300)에서 가장 두꺼운 부분을 더 얇게 구성할 수 있으므로, 웨이퍼 센서(300)의 두께가 중요한 분야에 효율적으로 사용될 수 있다.

또한, 제1 공간(253)이나 제2 공간(255)의 높이를 늘릴 수 있어, 열 차단 효과를 더 개선할 수 있게 된다.

각 센서(210)로부터의 배선(221)은 방열 케이스(250)의 제1 공간(253)에 배치된 메인 회로부(230)와 다양한 방법으로 연결될 수 있다.

예를 들자면, 센서(210)로부터의 배선(221)은 도 2에 보인 예와 같이 방열 케이스(250)의 아랫 면(250-2)을 통해 메인 회로부(230)에 연결될 수도 있고, 도 4에 보인 예와 같이 방열 케이스(250)의 측면을 통해 메인 회로부(230)에 연결될 수도 있다. 각 센서(210)로부터의 배선(221)을 메인 회로부(230)에 연결하는 방법은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 센서(300)는 메인 회로부(230)에 전달되는 열을 더욱 효과적으로 차단하기 위하여, 열 차단 홈(270)과, 열 차단 막(280) 중 하나 이상을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 실시예에 열 차단 홈(270)과 열 차단 막(280)이 더 구비된 실시예를 보인 것이고, 도 6은 도 4에 도시된 실시예에 열 차단 홈(270)과 열 차단 막(280)이 더 구비된 실시예를 보인 것이다.

열 차단 홈(270)은 기판(200)의 표면에 형성되는 홈으로서, 방열 케이스(250)의 아랫 면(250-2) 중 적어도 일부 영역에 대응하여 구비된다. 이러한 열 차단 홈(270)은 웨이퍼 센서(300)가 놓인 곳의 하부로부터 전달되는 열을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.

열 차단 홈(270)은 빈 공간으로 구성될 수도 있지만, 열 차단 홈(270)에 열 차단 소재가 구비될 수도 있다. 열 차단 홈(270)에 구비되는 열 차단 소재는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 열 차단 소재는 테프론, 폴리이미드, 에어로젤, 내열 도료 등 낮은 열 전도도를 갖는 소재를 이용하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 방열 케이스(250)에서 기판(200)의 외부로 노출되는 부분은 복사 열을 차단하기 위한 열 차단 막(280)으로 덮히도록 구성될 수 있다.

열 차단 막(280)은 챔버 내부의 복사 열 등으로부터 메인 회로부(230)를 보호하기 위한 것으로서, 방열 케이스(250)의 윗 면과, 그 주변의 일정 영역을 덮도록 구성될 수 있으며, 다양한 소재로 구성될 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.

200: 기판
210: 센서
221: 배선
230: 메인 회로부
250: 방열 케이스
253: 제1 공간
255: 제2 공간
270: 열 차단 홈
280: 열 차단 막
300: 웨이퍼 센서

Claims (6)

1. 하나 이상의 센서가 배치된 기판;
   상기 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 센서를 통해 측정된 정보를 처리하는 메인 회로부; 및
   상기 메인 회로부를 열로부터 보호하는 방열 케이스를 포함하고,
   상기 방열 케이스는,
   상기 메인 회로부를 감싸는 제1 공간과,
   상기 제1 공간의 아래 방향으로 구비되는 하나 이상의 제2 공간을 포함하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 케이스의 아랫 면은 상기 기판의 표면에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판의 표면에는 방열 케이스 장착용 홈이 구비되고, 상기 방열 케이스는 상기 방열 케이스 장착용 홈에 장착되며,
   상기 방열 케이스의 아랫 면이 상기 기판의 표면 아래에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 케이스의 아랫 면과 상기 기판의 사이에는 열을 차단하는 열 차단 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 열 차단 홈에는 열 차단 소재가 구비되는 것을 특징으로 하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 케이스에서 상기 기판의 외부로 노출되는 부분은 열 차단 막으로 덮히는 것을 특징으로 하는 고온 공정 진단이 가능한 웨이퍼 센서.

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