KR100858529B1 - 반도체 제조장비의 온도제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 온도제어장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에서 웨이퍼 제조공정 진행을 위해서 물리 화학적 반응을 가해주기 위한 RF 발생기와 웨이퍼를 지지하는 척을 구비하는 반도체 제조장비의 온도제어장치에 있어서, RF 발생기가 소모하는 전력 측정값과, 척으로 공급 또는 귀환되는 냉매의 온도를 측정한 온도 측정값을 함께 이용하여 척에 공급되는 냉매의 온도를 제어함으로써 웨이퍼의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치에 관한 것이다.
Figure R1020070038392
반도체, 제조장비, 웨이퍼, 온도, 챔버, 전류

Description

반도체 제조장비의 온도제어장치{Temperature control device of semiconductor manufacture equipment}
도 1은 종래 반도체 제조장비의 온도제어장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 반도체 제조장비의 온도제어장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100 : 전원 200 : 챔버
210 : RF발생기 220 : 웨이퍼
230 : 척(Chuck) 240 : 온도센서
250 : 이송관 300 : 온도제어장치(또는 칠러(Chiller))
310 : 제어부 311 : 변동열량연산모듈
312 : PID연산모듈 320 : 전력측정부
330 : 멀티플렉서 340 : 온도제어부
350 : 전력센서 360,361,362 : 온도센서
본 발명은 반도체 제조장비의 온도제어장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에서 RF발생기가 소모하는 전력과 챔버 내에 발생되는 발열관계를 이용하기 위해서 RF발생기가 소비하는 전력을 측정하고, 웨이퍼를 지지하는 척의 온도를 측정하여 챔버 내의 웨이퍼 온도를 조절하는 반도체 제조장비의 온도제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 산화공정, 확산공정, 화학기상증착공정, 사진공정, 식각공정, 금속공정 등과 같은 다수의 단위공정들을 거쳐 제조된다.
이러한 공정들 중에서 반도체 웨이퍼에 산화막을 형성하기 위한 산화(Oxidation)공정이나 원하는 패턴을 형성하기 위한 식각(Etching)공정 과정은 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지해주는 것이 양질의 웨이퍼를 생산하는데 있어서 매우 중요하며, 이를 위해 반도체 웨이퍼 가공 공정이 진행되는 공간인 공정 챔버(Chamber)는 소정의 가열 및 냉각수단을 갖게 된다.
또한 챔버 외부에는 냉매를 냉각하여 순환공급 함으로써 챔버 내에 발생되는 열을 제어, 일정 온도가 유지되도록 해줌으로써 양질의 웨이퍼를 생산해주기 위한 자동냉각장치인 칠러(Chiller)가 구비된다.
도 1은 종래의 반도체 제조장비의 온도제어장치(칠러, 300)의 일례를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 RF발생기에 의해 일정 온도로 가열 되어진 반도체 웨이퍼는 챔버 외부의 칠러(Chiller)로부터 순환공급되는 냉매에 의해 일정 온도로 유지되는 척(Chuck)에 고정됨으로써 소정 온도로 냉각 및 유지되게 된다.
그 과정을 살펴보면, 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버(200) 내에 물리 화학적 반응을 가해주기 위한 RF(무선주파수)유도 가열시스템인 RF 발생기(210)가 RF파워를 인가하게 되면, 챔버(200) 내의 온도가 상승하면서 웨이퍼(220)가 고정된 척(Chuck)(230)의 온도 역시 상승하게 된다. 상기 척(Chuck)(230)의 온도 상승은 척(Chuck)(230)으로부터 칠러(Chiller)(300)로 냉매(Coolant)를 이송해주는 이송관(250)에 구비된 온도센서(240)에 의해 감지되고, 감지된 온도는 칠러(Chiller)(300)에 전달되게 된다. 칠러(Chiller)(300)는 감지된 온도를 이용하여 소정 온도로 제어된 냉매(Coolant)를 이송관(250)을 통해 척(Chuck)(230)으로 공급해줌으로써 척(Chuck)(230)의 온도가 항상 소정 온도로 냉각 및 유지될 수 있도록 해주며, 척(Chuck)(230)에 고정된 웨이퍼(220) 역시 척(Chuck)과 동일한 온도로 냉각 및 유지되게 되는 방식이다.
하지만, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 칠러(Chiller)(300)는 온도센서(240)만을 사용해서 온도변화를 감지한 후 제어가 시작되기 때문에 냉매(Coolant)를 순환공급해주는 칠러(Chiller)(300)와 척(Chuck)(230) 사이의 이송관(250)의 길이로 인하여 온도 감지 후 이송관을 통해 척(Chuck)(230)에 냉매가 도달할 때까지의 시간 지연에 따른 냉매 온도편차(deviation)가 발생함으로써 양질의 웨이퍼를 생산함에 있어서 품질불량이 발생한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에서 웨이퍼에 물리 화학적인 반응을 일으키기 위한 RF 발생기에서 소모되는 전력과 웨이퍼를 지지하는 척의 온도를 측정하여 챔버 내의 웨이퍼 온도를 일정하게 유지하는 반도체 제조장비의 온도제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적은, 반도체 제조장비의 온도제어장치에 있어서, 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에서 물리 화학적인 처리를 하기 위한 RF 발생기가 소모하는 전력을 측정한 전력 측정값과, 웨이퍼를 지지하는 척으로 공급 또는/및 귀환되는 냉매의 온도를 측정한 온도 측정값을 이용하여 척에 공급되는 냉매의 온도를 제어함으로써 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치를 제공함으로써 달성된다.
이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 반도체 제조장비의 온도제어장치에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 반도체 제조장비의 온도제어장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면으로서 도시된 바와 같이, RF 발생기의 소비 전력을 측정하기 위한 전력센서(350)와, 상기 전력센서(350)에서 계측된 소비전력 신호를 전력값으로 변환하는 전력측정부(320)와, 척(Chuck)(230)으로 공급 또는/및 귀환되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(360, 361, 362)와, 상기 온도센서(360, 361, 362)에서 측정된 공급 또는/및 귀환되는 냉매의 온도값을 입력받아 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(330)와, 상기 전력측정부(320)로부터 입력받은 전력값과, 상기 멀티플렉서(330)로부터 입력된 온도값을 이용하여 제어신호를 발생하는 제어부(310)와, 상기 제어부(310)에서 출력된 제어신호에 따라 척으로 순환공급되는 냉매의 온도를 제어하는 온도제어부(Chiller)(340)로 구성되어 있다.
이하, 상술한 바와 같이 본 발명인 반도체 제조장비의 온도제어장치의 동작원리를 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버(200) 내에 RF 발생기(210)가 RF파워를 인가하게 되면, 결과적으로 열이 발생하게 되고 챔버(200) 내의 온도가 상승하면서 웨이퍼(220)가 고정된 척(Chuck)(230)의 온도 역시 상승하게 된다.
이때 챔버(200) 내의 온도는 인가되는 RF파워의 크기 즉, RF 발생기(210)에 공급되는 전력의 크기에 따르게 되는데, 이 전력의 크기는 전력센서(350)에 의해 측정되고 온도제어장치인 칠러(300) 내의 전력측정부(320)에서 전력값으로 변환된다.
상기 전력측정부(320)로부터 출력된 전력값은 다시 제어부(310)의 변동열량연산모듈(311)에서 변동열량으로 연산되어 출력된다.
척(Chuck)(230)으로 공급 또는/및 귀환되는 냉매의 온도는 하나 이상의 온도센서, 바람직하게는 공급 및 귀환되는 냉매의 온도를 각각 측정하기 위한 2 이상의 온도센서(360, 361, 362)에 의해 측정되고, 측정된 온도값은 이 값들을 선택적으로 출력해주는 멀티플렉서(330)로 입력된다.
PID연산모듈(312)은 상기 멀티플렉서(330)의 출력신호 변동분에 대한 PID연산을 수행함으로써 온도 제어값을 생성한다.
여기서, 상기 온도센서(360, 361, 362)는 온도제어부(340)에서 척(Chuck)(230)으로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(361)와 척(Chuck)(230)에서 온도제어부(340)로 귀환되는 냉매의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도센서(360, 362)로 구성할 수 있는데 이는 공정 특성에 따라서 온도 제어위치를 변경해서 사용할 수 있도록 하기 위함이다.
제어부(310)는 상기 변동열량연산모듈(311)과 PID연산모듈(312)을 포함해서 구성되며 두 모듈로부터 생성된 변동열량 및 온도측정값은 척(230)으로 순환공급되는 냉매의 온도를 제어하는 온도제어부(340)로 입력된다.
즉, 상기 제어부(310)의 제어신호인 변동열량이나 온도측정값 중 하나 이상이 증가하게 되면 상기 온도제어부(340)는 상기 척(Chuck)(230)으로 공급되는 냉매의 온도를 낮추게 되는데, 특히 챔버 내에 물리 화학적 반응을 가해주기 위한 RF 발생기(210)에서 소모되는 전력의 증가와 동시에 커지게 되는 변동열량에 의한 냉매 온도를 제어할 수 있도록 해줌으로써 상기 온도제어부(340)와 척(Chuck)(230)사이의 이송관의 길이에 따른 냉매 온도편차를 줄일 수 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명인 반도체 제조장비의 온도제어장치는 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에 물리 화학적 반응을 가해주기 위한 RF발생기가 소모하는 전력과 웨이퍼를 지지하는 척의 온도를 측정하여 챔버 내의 웨이퍼 온도를 조절하도록 함으로써, 웨이퍼가 적정 온도범위를 벗어남으로써 발생되는 불량으로 인한 품질불량의 발생을 줄여줌과 함께 냉매를 순환공급해주는 칠러와 척사이의 이송관의 길이로 인하여 온도 감지 후 이송관을 통해 척에 냉매가 도달할 때까지의 시간 소요에 따른 냉매 온도편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 웨이퍼 가공 공간인 공정 챔버 내에 물리 화학적 반응을 가해주기 위한 RF 발생기와 웨이퍼를 지지하는 척을 구비하는 반도체 제조장비의 온도제어장치에 있어서,
    상기 RF 발생기에서 소비되는 전력을 측정한 전력 측정값과 상기 척으로 공급 또는 귀환되는 냉매의 온도를 측정한 온도 측정값을 이용하여 척에 공급되는 냉매의 온도를 제어함으로써 웨이퍼의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 제조장비의 온도제어장치는
    RF 발생기의 소비 전력을 측정하는 전력센서;
    상기 전력센서에서 측정된 신호로부터 전력값을 추출하는 전력측정부;
    척으로 공급 및 귀환되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서들;
    상기 온도센서들에서 측정된 공급 및 귀환되는 냉매의 온도값을 입력받아 출력하는 멀티플렉서;
    상기 전력측정부로부터 입력받은 전력값과, 상기 멀티플렉서로부터 입력된 온도값을 이용하여 제어신호를 발생하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력된 제어신호에 따라 척으로 순환공급되는 냉매의 온도를 제어하는 온도제어부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도센서들은
    상기 칠러에서 척으로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서1; 및
    척에서 칠러로 귀환되는 냉매의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도센서2; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전력측정부로부터 입력받은 전력값을 이용하여 변동열량을 연산하는 변동열량연산모듈; 및
    상기 멀티플렉서로부터 입력된 온도값을 이용하여 PID연산을 수행하고 온도 제어값을 생성하는 PID연산모듈; 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비의 온도제어장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19990039395A (ko) * 1997-11-12 1999-06-05 윤종용 반도체소자 제조장비
KR20050119632A (ko) * 2005-12-05 2005-12-21 (주)피티씨 히트펌프 구조를 이용한 에너지 절전형 반도체용온도제어장치

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