KR100642630B1 - Equpiment for fabricating semiconductor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소정 반도체 공정이 진행되는 웨이퍼의 온도 분포를 공정상 요구되는 온도로 조절할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼의 온도 분포에 의하여 공정 불량이 발생하지 않도록 하는 기능을 갖는 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 균일한 웨이퍼 온도를 필요로 하는 반도체 설비에서 웨이퍼의 온도 조절 구역을 복수개로 나누고 각 구역에 웨이퍼의 온도를 조절하는 매체를 공급함과 동시에 매체의 유량을 웨이퍼의 온도에 따라 조절함으로써 웨이퍼의 온도 분포 불균일에 따른 공정 불량을 사전에 예방할 수 있다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing equipment having a function of preventing a process defect from occurring due to a temperature distribution of a wafer by adjusting a temperature distribution of a wafer through which a semiconductor process is performed to a temperature required for the process. According to the present invention, a semiconductor device requiring a uniform wafer temperature is divided into a plurality of temperature control zones of a wafer, and a medium for controlling the temperature of the wafer is supplied to each zone, and the flow rate of the medium is adjusted according to the temperature of the wafer. Process defects due to uneven temperature distribution can be prevented in advance.

웨이퍼, 온도 조절Wafer, Temperature Control

Description

반도체 제조 설비{Equpiment for fabricating semiconductor}Semiconductor manufacturing equipment {Equpiment for fabricating semiconductor}

도 1은 본 발명에 의한 반도체 제조 설비를 개념적으로 도시한 개념도.1 is a conceptual diagram conceptually showing a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention;

본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 특히 소정 반도체 공정이 진행되는 웨이퍼의 온도 분포를 공정상 요구되는 온도로 조절할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼의 온도 분포에 의하여 공정 불량이 발생하지 않도록 하는 기능을 갖는 반도체 제조 설비에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing facility. In particular, a semiconductor having a function of preventing a process defect from occurring due to a temperature distribution of a wafer by adjusting a temperature distribution of a wafer through which a predetermined semiconductor process proceeds to a temperature required in the process. It relates to a manufacturing facility.

최근 기술 개발이 급속히 이루어지고 있는 반도체 제품은 순수 실리콘 웨이퍼에 소정 반도체 박막을 형성함으로써 단위 면적에 방대한 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 단시간내 연산 처리하는 반도체 칩을 제작하고, 반도체 칩을 패키징하여 소정 기기에 장착함으로써 소정 기기가 보다 작아지면서 고유의 기능을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다.BACKGROUND ART In recent years, semiconductor products, which have undergone rapid technological development, form a semiconductor thin film on a pure silicon wafer to store a large amount of data in a unit area, or fabricate a semiconductor chip that computes the stored data in a short time, and then package the semiconductor chip. By attaching to a device, a predetermined device becomes smaller and serves to perform a unique function more smoothly.

이와 같은 기능을 수행하는 반도체 제품을 제작하기 위해서는 매우 정밀한 제어 및 정밀한 공정을 수행하는 복수개의 반도체 제조 설비를 필요로 하는 바, 대부분의 반도체 설비들은 독특한 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 독특한 환경을 필요로 한다.To manufacture a semiconductor product that performs these functions requires a plurality of semiconductor manufacturing facilities that perform very precise control and precise processes, most semiconductor equipment requires a unique environment for performing a unique semiconductor manufacturing process do.

특히, 반도체 제조 공정중 하나인 플라즈마 식각 설비의 경우, 공정 특성상 플라즈마에 의한 열이 많이 발생하고, 이와 같이 공정 특성상 발생한 열을 제어하지 않을 경우 웨이퍼의 상면에 형성된 포토레지스트가 버닝되는 경우가 빈번하게 발생함으로 웨이퍼가 고온 플라즈마 환경에서도 적정 온도를 유지하도록 해야만 한다.In particular, in the case of plasma etching equipment, which is one of the semiconductor manufacturing processes, a lot of heat is generated by the plasma due to the process characteristics, and if the heat generated due to the process characteristics is not controlled, the photoresist formed on the upper surface of the wafer is frequently burned. In order to ensure that the wafer maintains its proper temperature even in a hot plasma environment.

한편, 최근 플라즈마 식각과 데포(depo)가 함께 진행되는 반도체 제조 설비가 선보인 바 있는데, 이와 같은 반도체 제조 설비의 경우 웨이퍼의 온도에 따라서 식각률 및 데포률이 변경되는 공정 특성을 갖는다.Meanwhile, recently, a semiconductor manufacturing facility in which plasma etching and depo are performed together has been introduced. In the case of such a semiconductor manufacturing facility, the etching rate and the depot rate are changed according to the temperature of the wafer.

이 경우 전체 웨이퍼 면적이 균일한 온도 분포를 갖도록 해야만 공정 균일성이 보장되는 바, 최근 이와 같이 다양한 이유에 의하여 웨이퍼의 온도 분포를 조절하기 위한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.In this case, the process uniformity is ensured only when the entire wafer area has a uniform temperature distribution. Recently, there is a demand for technology development for controlling the temperature distribution of the wafer for various reasons.

따라서, 본 발명은 이와 같은 기술 개발 요구에 부응한 것으로써, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 전체 면적 온도 분포를 공정 특성에 적합하게 조절할 수 있도록 함은 물론 웨이퍼의 일부 온도 분포를 변경할 수 있도록 함에 있다.Accordingly, the present invention is in response to the demands of the technical development, and an object of the present invention is to be able to adjust the overall area temperature distribution of the wafer to suit process characteristics as well as to change the temperature distribution of a portion of the wafer. .

본 발명의 또다른 목적은 상세하게 후술될 본 발명의 상세한 설명에 의하여 보다 명확해질 것이다.Another object of the present invention will become more apparent from the detailed description of the present invention to be described later in detail.

이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 본 발명에 의한 반도체 제조 설 비는 전면적에 걸쳐 균일한 온도 분포가 형성된 웨이퍼가 지정된 위치에 안착된 상태로 소정 반도체 공정이 진행되는 반도체 장치와, 웨이퍼를 복수개의 구역으로 나누고, 구역들에 개별적으로 일정량의 냉각 물질을 공급하여 웨이퍼의 온도를 조절하는 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단과, 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단에 의하여 조절된 웨이퍼의 온도를 구역별로 다시 미세 조절하는 제 2 웨이퍼 온도 분포 조절 수단을 포함한다.The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention for realizing the object of the present invention is a plurality of wafers and a semiconductor device in which a predetermined semiconductor process proceeds in a state in which a wafer having a uniform temperature distribution over the entire area is seated at a specified position The first wafer temperature distribution control means for controlling the temperature of the wafer by dividing into zones and supplying a certain amount of cooling material to the zones separately, and resetting the temperature of the wafer controlled by the first wafer temperature distribution control means for each zone. A second wafer temperature distribution adjusting means for fine-tuning.

이하, 본 발명에 의한 반도체 제조 설비의 보다 구체적인 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 본 발명에서는 웨이퍼의 상면에 형성된 산화막(oxide film)을 식각하는 플라즈마 식각 설비를 바람직한 일실시예로 설명하기로 한다.Hereinafter, a more specific embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present invention, a plasma etching apparatus for etching an oxide film formed on an upper surface of a wafer is preferable. An embodiment will be described.

본 발명에 의한 플라즈마 식각 설비(300)는 전체적으로 보아 플라즈마 식각 장치(100), 배기 장치(150), 냉각 유체 공급 시스템(200) 및 웨이퍼 온도 분포 조절 장치(250)로 구성된다.The plasma etching apparatus 300 according to the present invention is generally composed of a plasma etching apparatus 100, an exhaust apparatus 150, a cooling fluid supply system 200, and a wafer temperature distribution adjusting apparatus 250.

플라즈마 식각 장치(100)는 다시 플라즈마 식각 챔버(10), 플라즈마 생성 장치(20)로 구성된다.The plasma etching apparatus 100 is composed of a plasma etching chamber 10 and a plasma generating apparatus 20 again.

플라즈마 생성 장치(20)는 플라즈마 식각 챔버(10)의 내측 상부에 설치된 캐소드 전극판(21), 내측 하부에 설치되며 웨이퍼(1)가 안착되는 애노드 전극판(22), 캐소드 전극판(21)에 설치되어 소정 전원이 인가되도록 하는 전원공급장치(23) 및 캐소드 전극판(21)에 설치되어 플라즈마화되기 쉬운 반응가스를 플라즈마 식각 챔버(10) 내부로 공급하는 반응가스 공급장치(24)로 구성된다. The plasma generating apparatus 20 includes a cathode electrode plate 21 disposed on the upper inside of the plasma etching chamber 10, an anode electrode plate 22 mounted on the inner lower side, and the wafer 1 seated thereon, and a cathode electrode plate 21. The reaction gas supply device 24 is installed in the power supply device 23 and the cathode electrode plate 21 to supply a predetermined power to the reaction gas supply device 24 for supplying the reaction gas which is easy to be plasmaized into the plasma etching chamber 10. It is composed.                     

이때, 애노드 전극판(22)에 안착된 웨이퍼(1)의 중심 부분과 대향하는 애노드 전극판(22)의 상면에는 소정 깊이로 소정 형상을 갖는 제 1 홈(22a)이 형성되고, 애노드 전극판(22)에는 제 1 홈(22a)을 감싸면서 웨이퍼(1)의 에지 부분과 대향하도록 소정 깊이로 소정 형상을 갖는 제 2 홈(22b)이 형성된다.At this time, a first groove 22a having a predetermined shape with a predetermined depth is formed on the upper surface of the anode electrode plate 22 facing the center portion of the wafer 1 seated on the anode electrode plate 22, and the anode electrode plate A second groove 22b having a predetermined shape with a predetermined depth is formed in the 22 to face the edge portion of the wafer 1 while surrounding the first groove 22a.

이와 같은 제 1 홈(22a) 및 제 2 홈(22b)은 애노드 전극판(22)을 관통하는 2 개의 관통공(22c,22d)과 개별적으로 연결된다.The first groove 22a and the second groove 22b are individually connected to two through holes 22c and 22d passing through the anode electrode plate 22.

이와 같은 2 개의 관통공(22c,22c)에는 냉각 유체 공급 시스템(200)이 연결되어 2 개의 관통공(22c,22c)을 통하여 냉각유체가 제 1 홈(22c), 제 2 홈(22b)에 각각 공급되어 웨이퍼(1)를 냉각시킨다.The cooling fluid supply system 200 is connected to the two through holes 22c and 22c such that the cooling fluid flows into the first groove 22c and the second groove 22b through the two through holes 22c and 22c. Each is supplied to cool the wafer 1.

이와 같은 역할을 수행하는 냉각 유체 공급 시스템(200)은 전체적으로 각각의 관통공(22c,22c)과 연결된 2 개의 냉각 유체 분기 배관(210,220;230), 2 개의 냉각 유체 분기 배관(210,220)과 연통되는 메인 냉각 유체 배관(240), 각각의 냉각 유체 분기 배관(210,220)에 형성된 질량 유량 제어기(MFC, Mass Flow Controller;215,225), 메인 냉각 유체 배관(240)에 연통되어 저온 헬륨 가스를 공급하는 냉각 유체 공급장치(245), 냉각 유체 공급장치(245)에서 토출되는 냉각 유체의 압력을 측정하는 압력계(260)를 포함한다. 미설명 도면부호 270은 개폐 밸브.The cooling fluid supply system 200 which performs this role is in communication with two cooling fluid branch pipes 210, 220 and 230 and two cooling fluid branch pipes 210 and 220 which are connected to the respective through holes 22c and 22c as a whole. Cooling fluid which is connected to the main cooling fluid pipe 240, the mass flow controller (MFC, 215, 225) formed in each of the cooling fluid branch pipe (210, 220), the main cooling fluid pipe 240 to supply low-temperature helium gas The supply device 245 and the pressure gauge 260 for measuring the pressure of the cooling fluid discharged from the cooling fluid supply device 245. Reference numeral 270 denotes an on-off valve.

이때, 질량 유량 제어기(215,225)는 냉각 유체 공급장치(245)에서 토출되는 냉각 유체가 일정량 만큼 냉각 유체 분기 배관(210,220)으로 공급되도록 하는 역할을 한다.In this case, the mass flow controllers 215 and 225 serve to supply the cooling fluid discharged from the cooling fluid supply device 245 to the cooling fluid branch pipes 210 and 220 by a predetermined amount.

이와 같은 구성을 갖는 냉각 유체 공급 시스템(200)에 의하여 저온의 냉각 유체는 메인 냉각 유체 배관(240) - 냉각 유체 분기 배관(210,220) - 관통홀(22c,22c,) - 제 1 홈(22a), 제 2 홈(22b)으로 공급되어 웨이퍼(1)의 후면을 냉각시키게 된다.By the cooling fluid supply system 200 having such a configuration, the low temperature cooling fluid is supplied to the main cooling fluid pipe 240-the cooling fluid branch pipes 210 and 220-the through holes 22c and 22c, and the first groove 22a. The second groove 22b is supplied to cool the rear surface of the wafer 1.

이때, 냉각 유체는 제 1 홈(22a), 제 2 홈(22b)에 개별적으로 공급되기 때문에 제 1 홈(22a)에 공급된 냉각 유체는 제 2 홈(22b)에 공급된 냉각 유체의 압력, 온도에 영향을 미치지 않고, 역시 제 2 홈(22b)에 공급된 냉각 유체는 제 1 홈(22a)에 공급된 냉각 유체의 압력, 온도에 영향을 미치지 않고 독자적으로 웨이퍼(1)중 할당된 영역을 냉각시킨다.At this time, since the cooling fluid is supplied to the first groove 22a and the second groove 22b separately, the cooling fluid supplied to the first groove 22a is the pressure of the cooling fluid supplied to the second groove 22b, The cooling fluid supplied to the second grooves 22b without affecting the temperature is independently assigned to the area of the wafer 1 without affecting the pressure and temperature of the cooling fluid supplied to the first grooves 22a. Cool down.

그러나, 이와 같이 웨이퍼(1)를 여러 구역으로 구획한 상태에서 각 구역을 냉각유체가 독자적으로 냉각시키더라도 결국 제 1 홈(22a) 및 제 2 홈(22b)의 경로 길이 및 경로 및 열방출 정도가 동일하지 않기 때문에 동일한 질량의 냉각 유체가 제 1 홈(22a) 및 제 2 홈(22b)에 공급되더라도 냉각 성능에 차이가 발생할 수 밖에 없다.However, even in the state in which the wafer 1 is divided into several zones, even if the cooling fluid independently cools each zone, the path length, the path and the degree of heat dissipation of the first grooves 22a and the second grooves 22b are eventually obtained. Since is not the same, even if a cooling fluid of the same mass is supplied to the first groove 22a and the second groove 22b, a difference in cooling performance is inevitably caused.

이처럼 제 1 홈(22a) 및 제 2 홈(22b)을 따라 웨이퍼(1)의 후면을 냉각시키는 냉각 유체에 의한 웨이퍼(1)의 냉각 성능에 차이가 발생할 경우 웨이퍼(1)의 온도는 국부적으로 조금씩 차이가 발생하게 되고, 이와 같이 국부적으로 웨이퍼(1)의 온도가 다를 경우, 웨이퍼(1)의 온도차가 공정에 영향을 미쳐 예상하지 못한 공정 불량이 발생하게 된다.As such, when a difference in cooling performance of the wafer 1 occurs due to a cooling fluid that cools the rear surface of the wafer 1 along the first grooves 22a and the second grooves 22b, the temperature of the wafer 1 may be locally. A little difference occurs, and if the temperature of the wafer 1 is locally different in this way, the temperature difference of the wafer 1 affects the process, which causes unexpected process defects.

본 발명에서는 이를 극복하기 위하여 냉각 유체 분기 배관(210,220)에 웨이퍼 온도 분포 조절 장치(250)가 설치된다. In the present invention, the wafer temperature distribution control unit 250 is installed in the cooling fluid branch pipes 210 and 220 to overcome this problem.                     

웨이퍼 온도 분포 조절 장치(250)는 다시 냉각 유체 분기 배관(210,220)의 소정 위치에 연통된 헬륨 유량 조절 배관(252,254) 및 헬륨 유량 조절 배관(252,254)에 연통되어 소정량의 헬륨이 선택적으로 배출되도록 하는 헬륨 유량 조절 장치(256)로 구성된다.Wafer temperature distribution control unit 250 is in communication with the helium flow control pipe 252,254 and the helium flow control pipe 252,254 communicated to the predetermined position of the cooling fluid branch pipe (210,220) again to selectively discharge a predetermined amount of helium. It is composed of a helium flow control device (256).

이때, 헬륨 유량 조절 장치(256)는 가장 단순하게는 작업자가 직접 헬륨의 유량을 조절할 수 있도록 하는 메뉴얼 밸브이거나, 전기적 시그널에 의하여 정밀하게 헬륨의 유량을 조절하도록 하는 전자식 개폐 밸브가 사용될 수 있다.At this time, helium flow rate control device 256 is the most simple manual valve that allows the operator to directly adjust the flow rate of helium, or may be used an electronic on-off valve to precisely control the flow rate of helium by an electrical signal.

다른 실시예로 헬륨 유량 조절 장치(256)는 냉각 유체 분기 배관(210,220)에 저온 상태의 헬륨을 강제적으로 공급하는 보조 헬륨 공급장치가 사용될 수 있다.In another embodiment, the helium flow regulating device 256 may use an auxiliary helium supply device for forcibly supplying helium in a low temperature state to the cooling fluid branch pipes 210 and 220.

이와 같은 웨이퍼 온도 분포 조절 장치(250)는 질량 유량 제어기(215,225)로부터 일정량의 헬륨이 냉각 유체 분기 배관(210,220)으로 공급되는 것을 감안하여 일정량이 공급된 헬륨에 의하여 웨이퍼(1) 중 온도차가 발생하는 부분의 헬륨을 소정량 배기시키거나 강제적으로 공급함으로써 웨이퍼(1) 전면적에 걸쳐 온도 분포를 균일하게 콘트롤 할 수 있게 된다.The wafer temperature distribution controller 250 as described above generates a temperature difference in the wafer 1 due to helium supplied with a certain amount in consideration of a certain amount of helium supplied from the mass flow controllers 215 and 225 to the cooling fluid branch pipes 210 and 220. It is possible to uniformly control the temperature distribution over the entire area of the wafer 1 by exhausting or forcibly supplying a predetermined amount of helium in the portion.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 균일한 웨이퍼 온도를 필요로 하는 반도체 설비에서 웨이퍼의 온도 조절 구역을 복수개로 나누고 각 구역에 웨이퍼의 온도를 조절하는 매체를 공급함과 동시에 매체의 유량을 웨이퍼의 온도에 따라 조절함으로써 웨이퍼의 온도 분포 불균일에 따른 공정 불량을 사전에 예방하는 효과가 있다.As described in detail above, in a semiconductor facility that requires a uniform wafer temperature, the temperature control zone of the wafer is divided into a plurality, and a medium for controlling the temperature of the wafer is supplied to each zone, and the flow rate of the medium is adjusted to the temperature of the wafer. By adjusting accordingly, there is an effect of preventing process defects due to uneven temperature distribution of the wafer.

Claims (3)

전면적에 걸쳐 균일한 온도 분포가 형성된 웨이퍼가 지정된 위치에 안착된 상태로 소정 반도체 공정이 진행되는 반도체 장치와;A semiconductor device in which a predetermined semiconductor process is performed in a state in which a wafer having a uniform temperature distribution over the entire area is seated at a designated position; 상기 웨이퍼를 복수개의 구역으로 나누고, 상기 구역들에 개별적으로 일정량의 냉각 물질을 공급하여 상기 웨이퍼의 온도를 조절하는 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단과;First wafer temperature distribution adjusting means for dividing the wafer into a plurality of zones, and supplying a predetermined amount of cooling material to the zones to adjust the temperature of the wafer; 상기 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단에 의하여 조절된 상기 웨이퍼의 온도를 상기 구역별로 다시 미세 조절하는 제 2 웨이퍼 온도 분포 조절 수단을 포함하는 반도체 제조 설비.And second wafer temperature distribution adjusting means for finely controlling the temperature of the wafer controlled by the first wafer temperature distribution adjusting means again for each of the zones. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단은 냉각 물질 공급 수단, 상기 냉각 물질 공급 수단에 연결된 메인 냉각 물질 공급 배관, 상기 메인 냉각 물질 공급 배관으로부터 상기 구역의 개수만큼 분기된 복수개의 냉각 물질 공급용 분기 배관, 상기 냉각 물질이 일정량 만큼 상기 냉각 물질 공급용 분기 배관으로 공급되도록 하는 냉각 물질 제어기로 구성되고,2. The cooling apparatus of claim 1, wherein the first wafer temperature distribution adjusting means comprises: a cooling material supply means, a main cooling material supply pipe connected to the cooling material supply means, and a plurality of cooling branches branched from the main cooling material supply pipe by the number of zones. A branch pipe for supplying material, and a cooling material controller for supplying the cooling material to the branch pipe for supplying the cooling material by a predetermined amount; 상기 제 2 웨이퍼 온도 분포 조절 수단은 각각의 상기 냉각 물질 공급용 분기 배관에 연통되어 상기 냉각 물질을 소정량 만큼 배출하면서 상기 웨이퍼의 온도를 조절하는 냉각 물질 배출 수단인 반도체 제조 설비.And the second wafer temperature distribution adjusting means is cooling material discharge means for communicating with each of the cooling material supply branch pipes and controlling the temperature of the wafer while discharging the cooling material by a predetermined amount. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 웨이퍼 온도 분포 조절 수단은 냉각 물질 공급 수단, 상기 냉각 물질 공급 수단에 연결된 메인 냉각 물질 공급 배관, 상기 메인 냉각 물질 공급 배관으로부터 상기 구역의 개수만큼 분기된 복수개의 냉각 물질 공급용 분기 배관, 상기 냉각 물질이 일정량 만큼 상기 냉각 물질 공급용 분기 배관으로 공급되도록 하는 냉각 물질 제어기로 구성되고,2. The cooling apparatus of claim 1, wherein the first wafer temperature distribution adjusting means comprises: a cooling material supply means, a main cooling material supply pipe connected to the cooling material supply means, and a plurality of cooling branches branched from the main cooling material supply pipe by the number of zones. A branch pipe for supplying material, and a cooling material controller for supplying the cooling material to the branch pipe for supplying the cooling material by a predetermined amount; 상기 제 2 웨이퍼 온도 분포 조절 수단은 각각의 상기 냉각 물질 공급용 분기 배관에 연통되어 상기 냉각 물질 공급용 분기 배관에 상기 냉각 물질을 소정량 만큼 공급하면서 상기 웨이퍼의 온도를 조절하는 냉각 물질 공급 수단인 반도체 제조 설비.The second wafer temperature distribution adjusting means is a cooling material supply means communicating with each of the cooling material supply branch pipes and controlling the temperature of the wafer while supplying the cooling material to the cooling material supply branch pipe by a predetermined amount. Semiconductor manufacturing equipment.
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