KR100607750B1 - 반도체 공정 챔버의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정 챔버의 제어 방법에 관한 것으로, 하부전극 및 상부전극에 RF 파워를 공급하며, 웨이퍼 뒷면에 냉각가스를 공급하여 웨이퍼를 적정 온도로 유지하여 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 공정 챔버의 제어 방법에 있어서, 웨이퍼 뒷면에 공급되는 냉각가스의 불안전한 흐름 또는 요동에 의한 가스 흐름 알람 발생 여부를 판단하는 단계와, 가스 흐름 알람이 발생되면 설정된 안정화 시간의 경과 여부를 판단하는 단계와, 안정화 시간이 경과하면 공급되는 냉각가스를 차단함과 동시에 하부전극 및 상부전극에 공급하던 RF 파워를 차단하는 단계를 포함하며, 가스 흐름 알람 발생 이후에도 안정화 시간동안 웨이퍼가 냉각가스에 의하여 냉각되어 가스 흐름의 문제로 인한 웨이퍼의 충격을 최소화하여 웨이퍼 금속 라인의 손상을 방지하는 이점이 있다.

반도체, 챔버, RF 파워, 냉각가스

Description

반도체 공정 챔버의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING SEMICONDUCTOR PROCESS CHAMBER}

도 1은 일반적인 반도체 공정 챔버 제어 장치의 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 공정 챔버의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 공정 챔버의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 챔버 2 : 웨이퍼

3 : 냉각가스 공급원 110 : 하부전극

140 : 냉각가스 공급부 141 : 공급관

142 : 레규레이터 143 : 공급 에어밸브

144 : 압력 게이지 145 : UPC

150 : 냉각가스 배기부 151 : 배기관

152 : 배기 에어밸브

본 발명은 반도체 공정 챔버(Chamber)의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼를 가공하는 반도체 공정 챔버의 제어 방법에 관한 것이다.

주지와 같이, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼는 챔버내에 안착되어 반도체 제조를 위한 여러 가지 가공이 실시되며, 이때 웨이퍼는 고온상태가 되고, 웨이퍼의 뒷면은 챔버 냉각 장치에 의해 공급되는 냉각가스에 의해서 냉각된다.

일반적인 반도체 공정 챔버는 도 1의 구성도에 나타낸 바와 같이, 챔버(chamber)(1)내에 설치되어 웨이퍼(2)가 상면에 안착되고 그 중앙부위에 다수의 관통관이 형성된 하부전극(110)과, RF 파워를 발생시켜 하부전극(110)과 상부전극(도시 생략됨)에 공급하는 RF 발생기(130)와, 냉각가스 공급원(3)으로부터 냉각가스를 웨이퍼 뒷면으로 공급하는 냉각가스 공급부(140)와, 냉각가스 공급부(140)에 의해서 웨이퍼 뒷면으로 공급된 냉각가스가 배기되는 냉각가스 배기부(150)로 구성된다.

냉각가스 공급부(140)는 냉각가스 공급원(3)에 보관된 냉각가스가 공급되는 공급관(141)과, 공급관(141)을 통하여 공급되는 냉각가스의 압력을 진공압력으로 낮추어서 공급하는 레규레이터(regulator)(142)와, 레규레이터(142)에 의해 일정 압력으로 공급되는 냉각가스의 웨이퍼 뒷면 공급을 조절하는 공급 에어밸브(143)와, 공급 에어밸브(143)와 하부전극(110) 사이에 설치되어 공급되는 냉각가스의 압력을 측정하는 압력 게이지(144)와, 레규레이터(142)와 공급 에어밸브(143)의 사이 에 설치되어 압력 게이지(144)의 압력 측정값을 피이드백 받아 냉각가스의 압력을 조절하는 UPC(Unit Pressure Controller)(145)로 이루어진다.

냉각가스 배기부(150)는 공급관(141)을 통하여 웨이퍼 뒷면으로 주입된 냉각가스가 배기되는 배기관(151)과, 배기관(151)에 부착되어 배기관(151)을 개폐시켜서 냉각가스의 배기를 조절하는 배기 에어밸브(152)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 반도체 공정 챔버에 의하여 수행되는 반도체 제도 공정 중의 종래 기술에 따른 반도체 공정 챔버의 동작 과정을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명되는 모든 제어과정은 도시 생략된 컨트롤러에 의하여 수행되는 경우를 예로서 한다.

먼저, 웨이퍼(2)가 이송되어 챔버(1)내의 하부전극(110) 상면에 안착된다.

그리고, RF 발생기(130)는 RF 파워를 발생시켜 하부전극(110)과 상부전극(도시 생략됨)에 공급하며, 작업자에 의해 웨이퍼 뒷면의 냉각가스 압력의 설정치가 셋팅(setting)되면 공급 에어밸브(143) 및 UPC(145)가 열려서 웨이퍼 뒷면에 냉각가스(예컨대, 헬륨 가스)가 공급되고, 웨이퍼 뒷면의 냉각가스 압력은 상승하게 되며, 이 상승된 압력은 압력 게이지(144)에 의해 측정된다. 이때, 배기 에어밸브(152)는 닫혀 있는 상태이다(201∼202).

이어서, 압력 게이지(144)에 의해 측정된 웨이퍼 뒷면의 상승된 냉각가스 압력 측정값에 의거하여 UPC(145)에 의하여 공급 압력이 조절되며, 측정값과 셋팅된 설정치과 같으면 이후의 반도체 제조공정이 진행된다. 즉 압력 게이지(144)의 측정값이 셋팅된 설정치보다 낮으면 UPC(145)가 더 열려 냉각가스의 유량을 증가시켜 압력 게이지(144)의 측정값을 높이고, 압력 게이지(144)의 측정값이 셋팅된 설정치보다 높으면 UPC(145)가 닫혀 냉각가스의 유량을 증가시켜 압력 게이지(144)의 측정값이 낮아지도록 한다. 이러한 냉각가스는 웨이퍼(2)의 온도를 증착 공정에 맞는 약 350℃로 유지할 수 있도록 도와주는 것이다.

이때, 냉각가스의 불안전한 흐름 또는 요동이 발생되면 가스 흐름 알람이 발생되며, 공급 에어밸브(143)가 자동으로 폐쇄되어 웨이퍼 뒷면으로 더 이상 냉각가스가 공급되지 않게 한다(203∼211). 물론 가스 흐름 알람이 발생되지 않은 경우에는 지속적으로 정상 제어된다(221).

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 제어방법은 가스 흐름 알람 발생시에 웨이퍼 뒷면으로의 냉각가스 공급은 차단되지만 RF 파워가 인가되는 상태로 반도체 제조 공정이 진행됨을 알 수 있다.

따라서, 가스 흐름 알람 발생 이후에는 웨이퍼의 온도가 RF 파워에 의하여 급속히 상승하여 웨이퍼 표면 온도가 약 450℃ 이상으로 상승하며, 이로서 이미 증착되어 있는 금속 라인이 녹아 웨이퍼 에지로부터 중앙으로 용해 현상이 발생하거나 웨이퍼 전체에 치명적인 손상을 입히는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 그 목적하는 바는 반도체 공정 챔버에서 웨이퍼 냉각을 위해 공급되는 가스 흐름의 문제로 인한 웨이퍼의 충격을 최소화하여 웨이퍼 금속 라인의 손상을 방지하는 데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서 냉각가스의 흐름에 이상이 발생할 경우에 소정의 안정화 시간 경과 이후에 RF 파워와 냉각가스를 차단하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 하부전극 및 상부전극에 RF 파워를 공급하며, 웨이퍼 뒷면에 냉각가스를 공급하여 웨이퍼를 적정 온도로 유지하여 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 공정 챔버의 제어 방법에 있어서: 상기 웨이퍼 뒷면에 공급되는 냉각가스의 불안전한 흐름 또는 요동에 의한 가스 흐름 알람 발생 여부를 판단하는 단계와, 상기 가스 흐름 알람이 발생되면 설정된 안정화 시간의 경과 여부를 판단하는 단계와, 상기 안정화 시간이 경과하면 상기 공급되는 냉각가스를 차단함과 동시에 상기 하부전극 및 상부전극에 공급하던 RF 파워를 차단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 공정 챔버의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이에 나타낸 바와 같이 본 발명은, 챔버내에서 수행되는 웨이퍼 제조 공정 중 RF 발생기에서 발생된 RF 파워를 하부전극 및 상부전극에 공급하는 단계(301)와, 상기 RF 파워 공급과 함께 공급 에어밸브를 개방하여 냉각가스 공급원으로부터 공급되는 냉각가스를 소정 압력으로 웨이퍼 뒷면에 공급하는 단계(302)와, 냉각가 스의 불안전한 흐름 또는 요동에 의한 가스 흐름 알람 발생 여부를 판단하는 단계(303)와, 상기 가스 흐름 알람이 발생되면 기 설정된 소정의 안정화 시간의 경과 여부를 판단하는 단계(311)와, 상기 안정화 시간이 경과하면 하부전극 및 상부전극에 공급하던 RF 파워를 차단하는 단계(312)와, 상기 RF 파워 차단과 함께 공급 에어밸브를 차단하여 웨이퍼 뒷면에 공급하던 냉각가스를 차단하는 단계(313)와, 상기 가스 흐름 알람이 발생하지 않으면 정상 제어하는 단계(321)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제어 방법에 의한 반도체 공정 챔버의 동작 과정을 도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명되는 모든 제어과정은 도시 생략된 컨트롤러에 의하여 수행되는 경우를 예로서 한다.

먼저, 웨이퍼(2)가 이송되어 챔버(1)내의 하부전극(110) 상면에 안착된다.

그리고, RF 발생기(130)는 RF 파워를 발생시켜 하부전극(110)과 상부전극(도시 생략됨)에 공급하며, 작업자에 의해 웨이퍼 뒷면의 냉각가스 압력의 설정치가 셋팅(setting)되면 공급 에어밸브(143) 및 UPC(145)가 열려서 웨이퍼 뒷면에 냉각가스(예컨대, 헬륨 가스)가 공급되고, 웨이퍼 뒷면의 냉각가스 압력은 상승하게 되며, 이 상승된 압력은 압력 게이지(144)에 의해 측정된다. 이때, 배기 에어밸브(152)는 닫혀 있는 상태이다(301∼302).

이어서, 압력 게이지(144)에 의해 측정된 웨이퍼 뒷면의 상승된 냉각가스 압력 측정값에 의거하여 UPC(145)에 의하여 공급 압력이 조절되며, 측정값과 셋팅된 설정치과 같으면 이후의 반도체 제조 공정이 진행된다. 즉 압력 게이지(144)의 측정값이 셋팅된 설정치보다 낮으면 UPC(145)가 더 열려 냉각가스의 유량을 증가시켜 압력 게이지(144)의 측정값을 높이고, 압력 게이지(144)의 측정값이 셋팅된 설정치보다 높으면 UPC(145)가 닫혀 냉각가스의 유량을 증가시켜 압력 게이지(144)의 측정값이 낮아지도록 한다. 이러한 냉각가스는 웨이퍼(2)의 온도를 증착 공정에 맞는 약 350℃로 유지할 수 있도록 도와주는 것이다.

이때, 냉각가스의 불안전한 흐름 또는 요동이 발생되어 가스 흐름 알람이 발생되면 기 설정된 안정화 시간의 경과 여부가 판단되며, 안정화 시간이 경과되면 RF 발생기(130)는 하부전극(110) 및 상부전극으로의 RF 파워 공급을 차단한다(303∼312). 바람직하기로 안정화 시간은 5초 내지 7초로 설정되는데, 특히 실시 결과에 의하면 안정화 시간을 6초로 설정하였을 때에 매우 우수한 결과가 출력되었다.

또한, RF 파워의 공급 차단과 함께 공급 에어밸브(143)를 폐쇄하여 웨이퍼 뒷면으로 더 이상 냉각가스가 공급되지 않게 한다(313).

여기서, 안정화 시간 동안 냉각가스에 의하여 웨이퍼(2)가 충분히 냉각되어 가스 흐름 알람의 발생 이후에도 웨이퍼(2)의 온도는 증착 공정에 맞는 약 350℃로 유지되는 것이며, 가스 흐름 알람이 발생되지 않은 경우에는 지속적으로 정상 제어되어 RF 파워의 인가 및 냉각가스의 공급이 이루어진다(321).

전술한 바와 같은 본 발명은 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서 냉각가스의 흐름에 이상이 발생할 경우에 소정의 안정화 시간 경과 이후에 RF 파워와 냉각가스를 차단함으로써, 가스 흐름 알람 발생 이후에도 안정화 시간동안 웨이퍼가 냉각가스에 의하여 냉각되어 가스 흐름의 문제로 인한 웨이퍼의 충격을 최소화하여 웨이퍼 금속 라인의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 하부전극 및 상부전극에 RF 파워를 공급하며, 웨이퍼 뒷면에 냉각가스를 공급하여 웨이퍼를 적정 온도로 유지하여 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 공정 챔버의 제어 방법에 있어서:

   상기 웨이퍼 뒷면에 공급되는 냉각가스의 불안전한 흐름 또는 요동에 의한 가스 흐름 알람 발생 여부를 판단하는 단계와,

   상기 가스 흐름 알람이 발생되면 설정된 안정화 시간의 경과 여부를 판단하는 단계와,

   상기 안정화 시간이 경과하면 상기 공급되는 냉각가스를 차단함과 동시에 상기 하부전극 및 상부전극에 공급하던 RF 파워를 차단하는 단계를 포함하는 반도체 공정 챔버의 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안정화 시간은,

   5초 내지 7초인 것을 특징으로 한 반도체 공정 챔버의 제어 방법.

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