KR20220097014A - 웨이퍼 센서 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 센서는 웨이퍼, 상기 웨이퍼 상에 배치되고, 압전성 물질로 이루어진 압전층, 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서 및 상기 표면탄성파 센서 사이에 전기적 신호를 전송하는 안테나를 구비함으로써 공정 조건에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부, 상기 표면탄성파 센서 및 상기 안테나를 덮도록 구비된 보호층 및 상기 웨이퍼의 하면 상에 구비되고, 외부로부터 전달되는 복사열을 반사시키는 복사열 반사층을 포함한다. 이로써, 복사열이 상기 웨이퍼 센서로 전달되는 것이 억제될 수 있다.
Description
본 발명은 표면탄성파(Surface Acoustic Wave)를 기반으로 처리 설비 내에 공정 상태를 계측하고 평가하는 웨이퍼 센서(wafer sensor)에 관한 것이다.
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.
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.
이와 같은 종래의 웨이퍼 센서는 로봇 핸드에서 지지된 상태에서 진공 상태의 챔버 내부에서 상기 챔버 내부의 환경, 예를 들면 온도, 습도, 진동 등을 감지할 수 있다. 상기 챔버의 하부 또는 척의 상부으로부터 이격된 상태에서 상기 웨이퍼 센서가 센싱할 때, 복사열로 인하여 상기 웨이퍼 센서의 안정성 문제가 제기될 수 있다.
특히, 상기 웨이퍼 센서가 컨트롤러 및 배터리를 포함할 경우, 상기 컨트롤러 및 배터리는 복사열에 의한 고온 상태 하에서 매우 취약한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 복수열로부터 웨이퍼 센서를 보호할 필요가 있다..
본 발명의 실시예들은 복사열로부터 보호할 수 있는 웨이퍼 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼, 상기 웨이퍼 상에 배치되고, 압전성 물질로 이루어진 압전층, 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서 및 상기 표면탄성파 센서 사이에 전기적 신호를 전송하는 안테나를 구비함으로써 공정 조건에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부, 상기 표면탄성파 센서 및 상기 안테나를 덮도록 구비된 보호층 및 상기 웨이퍼의 하면 상에 구비되고, 외부로부터 전달되는 복사열을 반사시키는 복사열 반사층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복사열 반사층은 상기 금(Au) 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복사열 반사층은 상기 웨이퍼의 하면 및 상기 보호층 상에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 복사열 반사층은 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보호층은 상기 압전층의 상면에 형성된 탄소섬유강화 플라스틱층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 웨이퍼의 하면 상에 구비되고, 외부로부터 전달되는 복사열을 반사시키는 복사열 반사층이 구비된다. 따라서, 상기 복사열 반사층이 외부로부터 입사되는 복사열을 반사시킴으로써, 웨이퍼 센서에 포함된, 배터리 또는 제어부 등이 복사열에 의해 야기되는 고온 열충격이 억제될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼 센서의 평면도이다.
도 3은 도 2의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼 센서의 평면도이다.
도 3은 도 2의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 유사한 요소들에 대하여는 전체적으로 유사한 참조 부호들이 사용될 것이며 또한, "및/또는"이란 용어는 관련된 항목들 중 어느 하나 또는 그 이상의 조합을 포함한다.
다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다. 이들 용어들은 단지 다른 요소로부터 하나의 요소를 구별하기 위하여 사용되는 것이다. 따라서, 하기에서 설명되는 제1 요소, 조성, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 제2 요소, 조성, 영역, 층 또는 부분으로 표현될 수 있을 것이다.
공간적으로 상대적인 용어들, 예를 들면, "하부" 또는 "바닥" 그리고 "상부" 또는 "맨위" 등의 용어들은 도면들에 설명된 바와 같이 다른 요소들에 대하여 한 요소의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면에 도시된 방위에 더하여 장치의 다른 방위들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도면들 중 하나에서 장치가 방향이 바뀐다면, 다른 요소들의 하부 쪽에 있는 것으로 설명된 요소들이 상기 다른 요소들의 상부 쪽에 있는 것으로 맞추어질 것이다. 따라서, "하부"라는 전형적인 용어는 도면의 특정 방위에 대하여 "하부" 및 "상부" 방위 모두를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 도면들 중 하나에서 장치가 방향이 바뀐다면, 다른 요소들의 "아래" 또는 "밑"으로서 설명된 요소들은 상기 다른 요소들의 "위"로 맞추어질 것이다. 따라서, "아래" 또는 "밑"이란 전형적인 용어는 "아래"와 "위"의 방위 모두를 포함할 수 있다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 하기에서 사용된 바와 같이, 단수의 형태로 표시되는 것은 특별히 명확하게 지시되지 않는 이상 복수의 형태도 포함한다. 또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이란 용어가 사용되는 경우, 이는 언급된 형태들, 영역들, 완전체들, 단계들, 작용들, 요소들 및/또는 성분들의 존재를 특징짓는 것이며, 다른 하나 이상의 형태들, 영역들, 완전체들, 단계들, 작용들, 요소들, 성분들 및/또는 이들 그룹들의 추가를 배제하는 것은 아니다.
달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이다. 예를 들면, 평평한 것으로서 설명된 영역은 일반적으로 거칠기 및/또는 비선형적인 형태들을 가질 수 있다. 또한, 도해로서 설명된 뾰족한 모서리들은 둥글게 될 수도 있다. 따라서, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 센서의 사시도이다. 도 2는 도 1의 웨이퍼 센서의 평면도이다. 도 3은 도 2의 'A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 웨이퍼 센서는 웨이퍼(10), 표면탄성파 센서부(20), 보호층(30) 및 복사열 반사층(40)을 포함한다.
웨이퍼(10)는 반도체 설비에 의해 처리 가능한 표준 규격의 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼(10)는 예를 들어, 실리콘 기판으로 제공될 수 있다. 웨이퍼(10)는 플라즈마, 약액 등의 다양한 공정 조건에 대응할 수 있도록 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3)등 으로 이루진 기판을 포함할 수 있다. 한편, 상기 웨이퍼는 표면 개질을 하여 사용할 수 있다.
상기 웨이퍼(10)는 상면에 공동(cavity)(12)이 형성될 수 있다. 상기 공동(12) 내에는 표면탄성파 센서부(20)가 매립될 수 있다 일 실시예로, 웨이퍼(10)의 공동(12)은 웨이퍼(10)의 상면에 표면탄성파 센서부(20)의 두께 이상의 깊이를 가질 수 있다.
표면탄성파 센서부(20)는 웨이퍼의 상에 배치된다. 상기 표면탄성파 센서부(20)은 프로세스 상태를 측정하여, 측정된 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력한다. 상기 표면탄성파 센서부(20)는 공동(12) 내에 매립될 수 있다.
상기 표면탄성파 센서부(20)는 압전성 물질을 포함하는 압전층(22), 압전성 기판(22) 상에 형성되는 표면탄성파 센서(24) 및 안테나(26)를 포함할 수 있다.
압전층(22)은 온도, 압력 등의 외부 환경에 민감한 압전성 물질로 제공될 수 있다. 압전성 물질은 기계적 신호의 인가시 변화되는 전기적 특성을 가지며(압전효과), 전기적 신호의 인가시 기계적 신호를 발생시기는(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.
표면탄성파 센서(24) 및 안테나(26)는 압전층(22)의 표면에 형성된 금속 패턴을 포함할 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 압전층(22)의 표면에 기계적 진동을 일으킨다. 이때 발생하는 압전층(22)의 기계적 진동은 프로세스 상태에 따라 발생하는 외력에 의해 영향을 받아 변하게 된다.
표면탄성파 센서(24)는 프로세스 상태에 의해 변화하는 압전층(22)의 기계적 진동값을 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 표면탄성파 센서(24)에 의해 출력되는 전기적 신호는 안테나(26)를 통해 외부 리더기(미도시)로 무선 전송된다. 외부 리더기는 표면탄성파 센서부(20)로부터 수신한 전기적 신호를 기반으로 압전층(22)에 가해지는 외력의 크기를 계측/평가하여, 웨이퍼(10) 주변의 프로세스 상태를 측정한다. 외력 변화에 따라 압전층(22)이 변형되면 진동 특성이 변하게 되는데, 이러한 진동 특성의 변화를 표면탄성파 센서(22)를 통해 검출하여 압전층(22)에 가해지는 외력과 프로세스 상태를 알 수 있게 된다.
보호층(30)은 웨이퍼(10) 상에 형성되고, 표면탄성파 센서부(20)를 덮는다. 상기 보호층(30)은 표면탄성파 센서부(20)를 고온, 고압, 플라즈마 등의 외부 환경 조건으로부터 보호한다. 보호층은 탄소섬유강화 플라스틱층으로 이루어질 수 있다.
이와 다르게, 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. 보호층(30)(표면웨이퍼)은 웨이퍼(10)와 마찬가지로, 실리콘, 산화 실리콘(SiO2), 석영, 알루미나(Al2O3) 등의 기판 또는 표면 개질된 기판이 사용될 수 있다.
복사열 반사층(40)은 상기 웨이퍼(10)의 하면 상에 구비될 수 있다. 이로써, 상기 웨이퍼 센서를 향하여 상방으로 상승되는 복사열을 반사시켜 상기 복사열 반사층(40)이 효과적으로 차단할 수 있다.
이와 다르게, 상기 복사열 반사층은 상기 웨이퍼(10)의 하면 및 보호층 상면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 복사열 반사층은 웨이퍼(10) 및 보호층(30)을 전체적으로 둘러싸도록 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복사열 반사층은 상기 금(Au) 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 복사열 반사층은 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 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.
한편, 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.
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.
10: 웨이퍼
12: 공동(cavity)
20: 표면탄성파 센서부 22: 압전성 기판
22a: 압전층 24: 표면탄성파 센서
26: 안테나 30: 보호층
40: 복사열 반사층
20: 표면탄성파 센서부 22: 압전성 기판
22a: 압전층 24: 표면탄성파 센서
26: 안테나 30: 보호층
40: 복사열 반사층
Claims (5)
- 웨이퍼;
상기 웨이퍼 상에 배치되고, 압전성 물질로 이루어진 압전층, 프로세스 상태에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서 및 상기 표면탄성파 센서 사이에 전기적 신호를 전송하는 안테나를 구비함으로써 공정 조건에 따라 가변적인 주파수 신호를 출력하는 표면탄성파 센서부;
상기 표면탄성파 센서 및 상기 안테나를 덮도록 구비된 보호층; 및
상기 웨이퍼의 하면 상에 구비되고, 외부로부터 전달되는 복사열을 반사시키는 복사열 반사층을 포함하는 웨이퍼 센서. - 제1항에 있어서, 상기 복사열 반사층은 상기 금(Au) 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 복사열 반사층은 상기 웨이퍼의 하면 및 상기 보호층상에 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 복사열 반사층은 스퍼터링 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 압전층의 상면에 형성된 탄소섬유강화 플라스틱층을 포함하는 웨이퍼 센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200189965A KR20220097014A (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 웨이퍼 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200189965A KR20220097014A (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 웨이퍼 센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220097014A true KR20220097014A (ko) | 2022-07-07 |
Family
ID=82397918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200189965A KR20220097014A (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 웨이퍼 센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220097014A (ko) |
-
2020
- 2020-12-31 KR KR1020200189965A patent/KR20220097014A/ko unknown
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