KR101925424B1 - 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 모니터링 기술에 있어서, 특히 챔버 내부 및 챔버에 로딩된 웨이퍼를 실시간으로 모니터링을 위해 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로에 관한 것으로, 웨이퍼의 정해진 센싱 위치에 내장되는 다수 개의 센서와, 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 센싱 값을 상기 웨이퍼의 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 마이크로제어유닛과, 상기 마이크로제어유닛으로부터 주기적으로 전달되는 상기 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 무선데이터통신회로를 포함하되, 상기 마이크로제어유닛은 상기 다수 개의 센서와 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되고, 상기 무선데이터통신회로는 상기 마이크로제어유닛과 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것이 특징인 발명이다.

Description

웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로{Process monitoring circuit being embeded on wafer}

본 발명은 공정 모니터링 기술에 관한 것으로, 특히 챔버 내부 및 챔버에 로딩된 웨이퍼를 실시간으로 모니터링을 위해 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로에 관한 것이다.

종래에는 각 공정에서의 챔버 내부 상태나 챔버에 로딩된 웨이퍼의 상태를 모니터링하기 위한 기술이 연구되었다. 그 중 하나가 웨이퍼의 온도 센싱 기술로 SOW(Sensor On Wafer)에 기반하여 각 센서에 리드선을 연결하는 방식이 소개되었다.

상기와 같은 종래의 각 센서에 리드선을 연결하는 방식은, 테스트용 웨이퍼 상에 센서를 장착하고, 각각의 센서를 리드선으로 연결하는 구조를 가지고 있었다. 이러한 구조는 단품 생산 시에는 비용이 저렴한 장점을 가지지만 대량 생산 시에는 리드선 연결을 위한 수작업 공정에 의해 생산 단가가 상승하는 단점이 있었다.

그에 따라, 등록특허 제10-1618629호에는 센서를 회로패턴(메탈패턴)으로 연결하여 수작업 공정을 줄이기 위한 구조가 소개되었다. 그 기술에서는 메탈 패턴을 적용함에 따라 리드선을 수작업으로 연결할 필요는 없게 되었으나 센싱 값을 전송하기 위한 커넥터를 웨이퍼에 구비하면서 그 커넥터를 리더기에 유선으로 연결하여 공정 모니터링을 진행할 수 있었기 때문에 여전히 구조의 복잡도 문제를 해결할 수 없을 뿐만 아니라 생산 단가도 크게 줄지 않는다는 단점이 있다.

또한, 웨이퍼를 이용하는 공정 모니터링 기술에서는 웨이퍼에 내장되는 회로들에 자체적으로 전원을 공급하는 문제, 내장 센서의 센싱 값을 전송하는 구조 문제, 그리고 센싱의 정밀도와 정확도 등에 문제가 아직 남아있다.

본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 특히 공정 모니터링을 위한 센싱과 교정(calibration), 센싱 값의 무선 전송, 그리고 내장 회로들에 전원 공급을 위한 구성을 웨이퍼 자체에 내장하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로의 특징은, 웨이퍼의 정해진 센싱 위치에 내장되는 다수 개의 센서와, 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 센싱 값을 상기 웨이퍼의 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 마이크로제어유닛과, 상기 마이크로제어유닛으로부터 주기적으로 전달되는 상기 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 무선데이터통신회로를 포함하되, 상기 마이크로제어유닛은 상기 다수 개의 센서와 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되고, 상기 무선데이터통신회로는 상기 마이크로제어유닛과 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것이다.

바람직하게, 상기 다수 개의 센서는 각각 고유한 식별번호를 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 각 센싱 값을 식별하여 상기 마이크로제어유닛에 전달하는 스위칭 먹스를 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 마이크로제어유닛은 상기 다수 개의 센서가 가지는 식별번호로부터 상기 다수 개의 센서의 각 위치를 파악하거나 상기 스위칭 먹스에 의해 각 센싱 값을 식별한 결과로부터 상기 다수 개의 센서의 각 위치를 파악하고, 상기 파악된 각 위치에 기반하여 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 값을 상기 각 위치 별 센싱 값으로 교정할 수 있다.

바람직하게, 상기 무선데이터통신회로와 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 안테나를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 다수 개의 센서와 상기 마이크로제어유닛과 상기 무선데이터통신회로에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함하되, 상기 배터리는 상기 다수 개의 센서와 상기 마이크로제어유닛과 상기 무선데이터통신회로에 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 배터리의 충전을 위한 무선충전회로를 더 포함하되, 상기 무선충전회로는 상기 배터리에 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장될 수 있다.

바람직하게, 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 센싱 값을 상기 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 기록과 상기 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 기록을 저장하는 메모리를 더 포함하되, 상기 메모리는 상기 마이크로제어유닛과 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장될 수 있다.

본 발명에 따르면, 공정 모니터링을 위한 센서는 물론 센싱 값을 교정(calibration)하기 위한 회로와 센싱 값을 무선 전송하기 위한 회로와 내장된 센서 및 회로들의 동작에 필요한 전원을 공급하는 회로까지 웨이퍼 자체에 내장하여 센싱의 정밀도 및 정확도를 높일 수 있으면서 공정 모니터링의 전체 구조에서는 복잡도를 현저히 줄여준다.

특히, 센싱 값에 대한 교정을 통해 웨이퍼의 각 지점에서의 센싱 값을 구별하여 공정 모니터링의 정밀도를 높일 수 있으며, 센싱 값의 무선 전송을 통해 실시간 공정 모니터링을 실현해 준다.

또한, 공정 모니터링을 위한 웨이퍼와 센싱 값의 처리를 위한 장비 간에 유선통신라인이나, 공정 모니터링을 위한 웨이퍼에 전원을 공급하기 위한 유선전원공급라인이 요구되지 않는다는 것이 가장 큰 장점이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로의 전체 구성을 도시한 블록다이어그램이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정 모니터링 회로가 웨이퍼에 임베디드된 구성 예를 도시한 다이어그램이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로의 전체 구성을 도시한 블록다이어그램이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정 모니터링 회로가 웨이퍼에 임베디드된 구성 예를 도시한 다이어그램이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로는 다수 개의 센서(10), 마이크로제어유닛(MCU)(20), 무선데이터통신회로(30), 안테나(40), 배터리(50), 무선충전회로(60), 메모리(70), 그리고 스위칭 먹스(80)로 구성된다.

다수 개의 센서(10)는 웨이퍼(1)의 정해진 센싱 위치에 내장되어 해당 위치에서 공정 모니터링을 위한 센싱을 담당한다. 다수 개의 센서(10)는 온도센서나 압력센서 등 다양한 공정환경을 센싱한다. 일 예로, 다수 개의 센서(10)는 웨이퍼(1)가 로딩된 챔버 내부 상태(온도, 압력, 기체 등)나 챔버에 로딩된 웨이퍼의 자체 상태(온도 등)를 센싱할 수 있다.

다수 개의 센서(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 여러 위치에 내장되며, 각각 고유한 식별번호를 가진다. 여기서, 고유한 식별번호에 대응되는 각 센서의 내장 위치에 대한 정보로부터 수신된 센싱 값이 어느 위치에서의 센싱 값인지를 파악할 수 있다.

한편, 다수 개의 센서(10)가 자체적으로 고유한 식별번호를 가질 수는 있으나, 센서의 종류에 따라 고유한 식별번호를 가지지 않는 경우에 대비하여 본 발명의 회로는 다수 개의 센서(10)에서 센싱된 각 센싱 값을 식별하여 마이크로제어유닛(20)에 전달하는 스위칭 먹스(80)를 더 포함할 수 있다. 스위칭 먹스(80)는 다수 개의 센서(10)에서 입력되는 센싱 값에 식별번호를 정의하여 마이크로제어유닛(20)에 전달하는 구성이다.

마이크로제어유닛(20)은 다수 개의 센서(10)에서 센싱된 센싱 값을 웨이퍼(1)의 각 위치 별 센싱 값으로 교정한다.

다수 개의 센서(10)가 각각 고유한 식별번호를 가지는 경우에, 마이크로제어유닛(20)은 다수 개의 센서(10)가 가지는 식별번호로부터 다수 개의 센서(10)의 각 위치를 파악한다. 여기서, 다수 개의 센서(10)는 센싱 값과 함께 자신의 고유한 식별번호를 마이크로제어유닛(20)에 직접 전달하는 것이 바람직하다. 또는, 스위칭 먹스(80)가 다수 개의 센서(10)에서 입력되는 센싱 값에 식별번호를 정의하여 마이크로제어유닛(20)에 전달하는 경우에, 마이크로제어유닛(20)은 스위칭 먹스(80)에 의해 각 센싱 값을 식별한 결과로부터 다수 개의 센서의 각 위치를 파악한다.

그에 따라, 마이크로제어유닛(20)은 그 파악된 센싱 값의 각 위치에 기반하여 다수 개의 센서(10)에서 센싱된 값을 각 위치 별 센싱 값으로 교정할 수 있다.

마이크로제어유닛(20)에 의한 센싱 값에 대한 교정 처리는 주기적으로 실시되는 것이 바람직하다.

무선데이터통신회로(30)는 마이크로제어유닛(20)으로부터 주기적으로 전달되는 교정 값 즉, 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신한다. 이를 위해, 무선데이터통신회로(30)는 안테나(40)와 연동하며, 그 안테나(40)는 무선데이터통신회로(30)와 전기적으로 연결된다. 안테나(40)는 웨이퍼(1)에 내장되게 금속패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.

배터리(50)는 전술된 다수 개의 센서(10)와 마이크로제어유닛(20)과 무선데이터통신회로(30)와 스위칭 먹스(80)의 동작을 위한 전원을 공급한다.

무선충전회로(60)는 배터리(50)에 필요한 전원을 충전하는 것으로, 배터리로의 충전을 위해 안테나(미도시)와 연동한다. 그 안테나(미도시)는 무선충전회로(60)와 전기적으로 연결되며, 웨이퍼(1)에 내장되게 금속패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.

메모리(70)는 센싱 처리 및 전송 처리에 대한 로그 데이터를 저장하는 것으로, 다수 개의 센서(10)에서 센싱된 센싱 값을 마이크로제어유닛(20)이 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 기록과 무선데이터통신회로(30)가 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 기록을 저장한다.

한편, 다수 개의 센서(10)는 웨이퍼(1)에 내장되며, 스위칭 먹스(80)도 웨이퍼(1)에 내장된다. 마이크로제어유닛(20)은 다수 개의 센서(10)와 스위칭 먹스(80)와 전기적으로 연결되게 웨이퍼(1)에 내장된다. 또한, 무선데이터통신회로(30)도 마이크로제어유닛(20)과 전기적으로 연결되며 웨이퍼(1)에 내장된다.

또한, 배터리(50)는 다수 개의 센서(10)와 마이크로제어유닛(20)과 무선데이터통신회로(30)와 스위칭 먹스(80)에 전기적으로 연결되게 웨이퍼(1)에 내장될 수 있으며, 무선충전회로(60)도 배터리(50)에 전기적으로 연결되게 웨이퍼(1)에 내장될 수 있다.

또한, 메모리(70)는 마이크로제어유닛(20)과 전기적으로 연결되게 웨이퍼에 내장될 수 있다.

즉, 상기한 본 발명에 따른 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로를 구성하는 모든 요소들은 웨이퍼(1)에 내장된다.

이를 위해 회로들(다수 개의 센서, 마이크로제어유닛, 무선데이터통신회로, 배터리, 무선충전회로, 메모리, 스위칭 먹스)과 그들을 전기적으로 연결하기 위한 금속패턴이나 안테나를 형성하기 위한 금속패턴의 배치 설계에 따라 웨이퍼(1)에 내장된다.

웨이퍼(1)에 회로들(다수 개의 센서, 마이크로제어유닛, 무선데이터통신회로, 배터리, 무선충전회로, 메모리, 스위칭 먹스)과 그들을 전기적으로 연결하기 위한 금속패턴이나 안테나를 형성하기 위한 금속패턴을 내장시키기 위해, 그 웨이퍼(1)에 배치 설계에 따른 식각패턴으로 트렌치를 형성한 후에 그 트렌치 내에 금속패턴을 먼저 형성시키고, 그 금속패턴에 연결되게 회로들을 트렌치 내부에 장착하는 것이 바람직하다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 웨이퍼
10: 센서
20: 마이크로제어유닛(MCU)
30: 무선데이터통신회로
40: 안테나
50: 배터리
60: 무선충전회로
70: 메모리
80: 스위칭 먹스

Claims (8)

1. 웨이퍼의 정해진 센싱 위치에 내장되는 다수 개의 센서와;
   상기 다수 개의 센서에서 센싱된 센싱 값을 상기 웨이퍼의 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 마이크로제어유닛과;
   상기 마이크로제어유닛으로부터 주기적으로 전달되는 상기 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 무선데이터통신회로를 포함하되,
   상기 마이크로제어유닛은 상기 다수 개의 센서와 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되고,
   상기 무선데이터통신회로는 상기 마이크로제어유닛과 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수 개의 센서는 각각 고유한 식별번호를 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 다수 개의 센서에서 센싱된 각 센싱 값을 식별하여 상기 마이크로제어유닛에 전달하는 스위칭 먹스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 마이크로제어유닛은,
   상기 다수 개의 센서가 가지는 식별번호로부터 상기 다수 개의 센서의 각 위치를 파악하거나 상기 스위칭 먹스에 의해 각 센싱 값을 식별한 결과로부터 상기 다수 개의 센서의 각 위치를 파악하고, 상기 파악된 각 위치에 기반하여 상기 다수 개의 센서에서 센싱된 값을 상기 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 무선데이터통신회로와 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수 개의 센서와 상기 마이크로제어유닛과 상기 무선데이터통신회로에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함하되,
   상기 배터리는 상기 다수 개의 센서와 상기 마이크로제어유닛과 상기 무선데이터통신회로에 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 배터리의 충전을 위한 무선충전회로를 더 포함하되,
   상기 무선충전회로는 상기 배터리에 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수 개의 센서에서 센싱된 센싱 값을 상기 각 위치 별 센싱 값으로 교정하는 기록과 상기 각 위치 별 센싱 값을 무선으로 송신하는 기록을 저장하는 메모리를 더 포함하되,
   상기 메모리는 상기 마이크로제어유닛과 전기적으로 연결되게 상기 웨이퍼에 내장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼에 임베디드된 공정 모니터링 회로.
   

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