적외선 카메라를 이용한 마이크로 디바이스 온도 분포 측정

Abstract

최근 반도체 소자가 소형화/집적화 됨에 따라 국소 발열에 의한 성능저하 문제가 대두되고 있다. 이에 따라 효과적인 열 솔루션을 위해서는 소자 단위의 정밀한 온도 측정이 필수적이다. 따라서 본 학위 논문에서는 고해상도 적외선 온도 측정법을 이용하여 마이크로 디바이스의 온도 분포를 측정하였다. 고해상도 적외선 온도 측정법은 상용 적외선 카메라와 반사 대물렌즈를 사용하여 제작한 적외선 현미경으로, 측정 파장에 관계없이 온도를 측정할 수 있고 6.7 μm의 픽셀 분해능, 10.2 μm의 공간 분해능을 가진다. 자체 제작한 마이크로 스케일 흑체를 통해 외부 광학계를 사용함으로써 발생하는 에너지 손실 및 배경 복사를 보정하였다. 히터가 내장된 마이크로 캔틸레버를 모사한 마이크로 디바이스의 온도 분포를 적외선 현미경으로 측정 후, differential method, FFT method 및 COMSOL 시뮬레이션으로 온도를 산출하여 비교하였다. 결과적으로 FFT method와 COMSOL 시뮬레이션 결과는 differential method와 비교하였을 때, 길이 방향으로는 각각 최대 4oC, 8oC의 차이, 폭 방향으로는 최대 2oC, 8oC의 차이로 이차원 온도 분포를 측정하는 것을 확인하였다. 따라서 고해상도 적외선 현미경은 마이크로 스케일에서의 온도 분포 측정이 가능함을 증명하였다.