KR19980068793A

KR19980068793A - Semiconductor manufacturing equipment

Info

Publication number: KR19980068793A
Application number: KR1019970005575A
Authority: KR
Inventors: 강창석
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-10-26

Abstract

반도체 제조장비에 대해 개시한다. 본 발명에 의한 장비는, 박막을 형성하거나 에칭할 때 필요한 소스 혹은 가스가 챔버로 인입되는 인입부분에 열전냉각소자를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 반응가스가 챔버로 인입되는 부분인 노즐 부분에 TEC를 장착함으로써 종래에 비해 이 부분의 온도를 정확하게 조절할 수 있다.Disclosed is a semiconductor manufacturing equipment. The apparatus according to the present invention is characterized in that the thermoelectric cooling element is mounted on an inlet portion through which a source or gas necessary for forming or etching a thin film is introduced into a chamber. Therefore, by mounting the TEC on the nozzle portion, which is a portion where the reaction gas is introduced into the chamber, it is possible to accurately control the temperature of this portion compared to the conventional.

Description

Semiconductor manufacturing equipment

본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 특히 박막을 형성하거나 에칭하는데 필요한 소스 혹은 가스가 챔버로 인입되는 부분인 노즐의 온도조절을 위한 제조장비에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing equipment, and more particularly, to manufacturing equipment for temperature control of a nozzle, which is a portion where a source or gas necessary for forming or etching a thin film is introduced into a chamber.

반도체 장치를 제작하는 데에는 박막 형성공정이 많이 필요하며, 이들 박막은 스퍼터링(sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막 증착방법에 의해 형성된다. 이중에서, CVD법은 증착속도가 빠르고, 박막의 특성을 조절하기가 쉽고, 스텝 커버리지(step coverage)가 좋기 때문에 반도체 소자의 제조에 있어서 가장 중요한 박막형성 방법으로서 자리를 잡고 있다.In order to fabricate a semiconductor device, many thin film forming processes are required, and these thin films are formed by thin film deposition methods such as sputtering and chemical vapor deposition (CVD). Among them, the CVD method has become the most important thin film formation method in the manufacture of semiconductor devices because of its fast deposition rate, easy control of thin film properties, and good step coverage.

이러한 CVD법은 챔버(chamber)의 형태, 박막을 형성하는데 필요한 에너지의 공급방법, 사용하는 CVD 소스(source), 웨이퍼의 로딩(loading) 방법, 및 반응챔버 방식 등에 의해서 여러가지 방법으로 나눌 수 있다. 예를들어, CVD의 반응에 필요한 에너지의 공급방식에 따라서는 열CVD, ECR CVD, 플라즈마(plasma) CVD 등의 방식으로 나눌 수 있고, 반응챔버의 방식에 의해서는 콜드 월(cold wall) 형식과 핫 월(hot wall) 방식으로 나눌 수 있다. 이러한 어떤 형태의 반응챔버이더라도 박막형성에 필요한 소스가 공급되는 노즐(nozzle)을 가지고 있다.The CVD method can be divided into various methods by the shape of a chamber, a method of supplying energy required to form a thin film, a CVD source to be used, a method of loading a wafer, a reaction chamber method, and the like. For example, depending on the method of supplying the energy required for the CVD reaction, the method can be divided into thermal CVD, ECR CVD, plasma CVD, etc., and the reaction chamber method can be used for the cold wall type and It can be divided into a hot wall method. Any type of reaction chamber has a nozzle to which a source for forming a thin film is supplied.

그리고, CVD법에 사용되는 챔버의 설계에 있어서 가장 중요한 요건은, 반응가스들이 기판 표면에서만 박막을 형성하도록 기상반응은 최대한 억제가 되고 기판 표면에서만 박막 형성반응이 일어나도록 하는 것과 동시에 웨이퍼 면내에 균일하게 박막이 형성되도록 하는 것이다. 이러한 점을 위해서는 반응가스들이 기판위에 균일하게 분사되도록 해주는 분사 노즐의 디자인이 잘 되어야 한다. 또한, 분사노즐은 기판위에 위치하고 있으므로, 기판의 열을 받아서 가열되기 쉬우며, 분사노즐이 가열되면 분사노즐을 통과하는 CVD 소스들이 열분해를 일으키거나, 분사노즐에 증착이 된다. 이렇게 될 경우 박막에 증착되는 박막의 증착속도 및 조성의 조절이 어렵게 되며, 파티클(particle)이 많이 발생하게 된다. 따라서, 분사노즐의 온도를 일정온도로 잘 조절할 수 있는 것은 재현성 있는 공정의 확보를 위한 기본 전제이다.In addition, the most important requirement in the design of the chamber used in the CVD method is that the gas phase reaction is suppressed as much as possible so that the reaction gases form a thin film only on the substrate surface, and the thin film formation reaction occurs only on the substrate surface, and at the same time, uniformity in the wafer surface. To form a thin film. This requires a well-designed spray nozzle that allows the reactant gases to be evenly sprayed onto the substrate. In addition, since the injection nozzle is located on the substrate, it is easy to be heated by the heat of the substrate. When the injection nozzle is heated, CVD sources passing through the injection nozzle cause thermal decomposition or are deposited on the injection nozzle. In this case, it becomes difficult to control the deposition rate and the composition of the thin film deposited on the thin film, and particles are generated a lot. Therefore, it is a basic premise to secure a reproducible process that can control the temperature of the injection nozzle well to a certain temperature.

반응챔버내로 이와 같은 소스 및 산화제를 공급하는 노즐(혹은 샤워 헤드(shower head))은, T.Kawahara 등이 BST(BaSrTiO₃) 등과 같은 산화물을 형성하기 위해 사용한것으로, 도 1에 도시된 것과 같은 방식이 있다(JJAP, Vol.33(1994), pp.5807-5902).A nozzle (or shower head) that supplies such a source and an oxidant into the reaction chamber is used by T. Kawahara et al to form oxides such as BST (BaSrTiO ₃ ), as shown in FIG. Method (JJAP, Vol. 33 (1994), pp. 5807-5902).

도 1을 참조하면, 이 방식은 소스(10) 예컨대 Ba, Sr, Ti의 소스와 산화제(20) 예컨대 O₂, N₂O가 섞인 후에 꿀벌집(honey comb)과 같은 모양의 노즐(30)을 통하여 챔버(40)로 공급된다. 이러한 노즐(30)의 온도조절은 TC(ThermoCouple), 히터(heater), 및 냉매라인(냉매는 냉각수(cooling water), 냉각공기(cooling air), 냉각오일(cooling oil))를 조합하여 조절해 왔다. 그러나, 냉각수나 냉각오일을 냉매로 사용하는 경우에는 냉매의 끓는점에서 녹는점 사이의 온도 범위 밖에서는 사용할 수가 없고, 냉각공기를 사용할 경우에는 설정온도 이상의 온도가 되어 냉각공기가 흐를 때는 노즐의 온도가 과냉되는 것을 피할 수 없다. 따라서, 미세한 온도조절에는 부적한 것으로 판단되고 있다.Referring to FIG. 1, this method involves a nozzle 30 shaped like a honey comb after a source 10 such as Ba, Sr, Ti and an oxidant 20 such as O ₂ , N ₂ O are mixed. It is supplied to the chamber 40 through. The temperature control of the nozzle 30 is controlled by combining TC (ThermoCouple), heater, and refrigerant line (the refrigerant is cooling water, cooling air, cooling oil). come. However, when cooling water or cooling oil is used as the refrigerant, it cannot be used outside the temperature range between the boiling point and the melting point of the refrigerant, and when the cooling air is used, the temperature of the nozzle becomes higher than the set temperature. Subcooling is inevitable. Therefore, it is judged to be inadequate for fine temperature control.

도 2는 종래기술에서의 노즐의 냉각방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.2 is a schematic view for explaining a cooling method of a nozzle in the prior art.

도 2를 참조하면, 꿀벌집 모양으로 이루어진 노즐판(30)의 내부에 냉매가 흐를 수 있는 냉매라인(31)이 만들어져 있는 구조를 하고 있는 것으로, 이 냉매라인(31)을 통하여 냉각수(또는 냉각오일)나 냉각공기가 흐른다.Referring to FIG. 2, a coolant line 31 through which a coolant flows is formed in a nozzle plate 30 having a honeycomb shape. The coolant (or cooling) is cooled through the coolant line 31. Oil) or cooling air.

본 발명이 이루고자 하는 기술적과제는, 반응가스가 챔버로 인입되는 부분인 노즐 부분에 TEC를 장착함으로써 이 부분의 온도를 정확하게 조절할 수 있는 반도체 제조장비를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor manufacturing equipment that can precisely control the temperature of this portion by mounting the TEC in the nozzle portion which is a portion of the reaction gas is introduced into the chamber.

도 1은 노즐을 사용한 CVD 챔버의 일반적인 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a general appearance of a CVD chamber using a nozzle.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a first embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a second embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 5는 일반적인 에칭장비의 도면으로서, 여기에 사용되는 소스의 노즐에 TEC를 장착한 예이다.FIG. 5 is a diagram of a general etching apparatus, and an example in which TEC is mounted on a nozzle of a source used herein.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10...소스 20...산화제10 Source 20 Oxidizer

30...노즐, 혹은 샤워 헤드 31...냉매라인30 Nozzle or shower head 31 Refrigerant line

40...챔버 50...냉각판40 ... chamber 50 ... cooling plate

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 박막을 형성하거나 에칭할 때 필요한 소스 혹은 가스가 챔버로 인입되는 인입부분에 열전냉각소자를 장착하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the thermoelectric cooling element is mounted on an inlet portion into which a source or gas necessary for forming or etching a thin film is introduced into the chamber.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention.

본 발명에서 TEC(ThermoElectric Cooler:열전냉각소자)를 노즐(샤워 헤드) 및 소스 공급장치의 노즐에 장착하여 샤워 헤드의 온도를 조절하는 방법을 제시한다.The present invention provides a method of controlling the temperature of a shower head by mounting a thermoelectric cooler (TEC) to a nozzle (shower head) and a nozzle of a source supply device.

TEC를 사용한 종래의 기술은 많이 있다. H.R. Howqrd 등은 물을 냉각하는 장치에 TEC를 사용하였고(USP 569,708), 포드 에어스페이스사(Ford airspace)에서는 멀티-템퍼러쳐 라디오미트릭 리퍼런스(multi-temperatuer radiometric reference) 장치에 TEC를 이용하고 있으며(USP 5,023,459), Melissa Zicler 등은 음료의 공급 및 냉각장치에 TEC를 이용하고 있다(USP 4,996,847). 이중 Melissa Zicker는 도 2에서 도시한 것과 같은 꿀벌집 모양의 TEC 블럭(block)의 홀(hole) 사이로 음료가 지나가게 하여 냉각하는 방식을 채용하고 있다. 본 발명에서는 TEC를 반도체 제조장비의 박막형성 장비에 사용되는 소스 공급노즐의 히팅장치로 사용한다.There are many conventional techniques using TECs. H.R. Howqrd et al. Used TEC for water-cooling devices (USP 569,708), and Ford Airspace uses TEC for multi-temperatuer radiometric reference devices ( USP 5,023,459) and Melissa Zicler et al. Use TEC for the supply and cooling of beverages (USP 4,996,847). Melissa Zicker employs a method of cooling a beverage by passing it through a hole of a honeycomb-shaped TEC block as shown in FIG. In the present invention, TEC is used as a heating device for source supply nozzles used in thin film forming equipment of semiconductor manufacturing equipment.

TEC는 기전력에 의한 냉각효과(cooling effect;Peltier effect)를 이용하는 소자로서, 정밀한 냉각이 요구되는 여러가지 부분에 이용이 되고 있다. 또한, 이 냉각기는 냉매를 전혀 이용하지 않는다는 점에서 부피가 작고, 여러가지 모양의 냉각시스템(cooling system)에 사용될 수 있다는 장점을 가지고 있다.TEC is an element using a cooling effect (Peltier effect) by the electromotive force, and is used in various parts that require precise cooling. In addition, the cooler has a small volume in that it does not use any refrigerant, and has the advantage that it can be used for various types of cooling systems.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 제1실시예를 나타낸 도면으로, 샤워 헤드에 TEC 소자가 장착되어 있는 냉각판(cooing plate:50)을 샤워 헤드에 추가한다. 도 3의 (a)는 샤워 헤드(30)의 가운데에 냉각용 TEC가 장착된 냉각판(50)이 삽입된 것이고, 도 3의 (b) 및 (c)는 샤워 헤드(30)의 위 및 아래에 냉각판이 장착되어 있는 것이다. 여기서, 상기 샤워 헤드(30)의 재질은 스테인레스 스틸, 알루미늄 등이 될 수 있으며, 요구되는 특성은 높은 열전도율, 파티클의 발생이 적은 것이다. 본 발명에 있어서의 냉각판(50)은 상기 Melissa Zicker의 특허에서의 꿀벌집 모양의 TEC 블럭(block)과 유사하다.3 is a view illustrating a first embodiment of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, in which a cooling plate 50 having a TEC element mounted on a shower head is added to the shower head. 3 (a) is a cooling plate 50 equipped with a cooling TEC is inserted in the center of the shower head 30, Figure 3 (b) and (c) is a shower head 30 and The cold plate is installed below. Here, the material of the shower head 30 may be stainless steel, aluminum, and the like, and the required properties are high thermal conductivity and less generation of particles. The cold plate 50 in the present invention is similar to the honeycomb TEC block in Melissa Zicker's patent.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 제2실시예를 나타낸 도면으로, 샤워 헤드가 아닌 소스의 노즐도 본 발명의 개념을 이용하여 냉각을 한다. 즉, 노즐 아래에 있는 기판의 열을 받아서 노즐이 가열되면, 이를 통과하는 소스의 열분해가 일어나, 파티클이 생기게 된다. 본 발명에 의하면, 노즐의 둘레에 TEC를 장착하고, 노즐의 온도를 일정온도로 세팅(Ts)해 두면, 노즐의 온도가 TC에 의해 검출되어 TEC 콘트롤러(controller)로 보내진다. 이, 노즐의 온도가 Ts 보다 높은 경우는 TEC로 파워(power)가 공급되어 노즐이 냉각된다.Figure 4 is a view showing a second embodiment of the semiconductor manufacturing equipment according to the present invention, the nozzle of the source other than the shower head is also cooled by using the concept of the present invention. That is, when the nozzle is heated by receiving heat from the substrate under the nozzle, pyrolysis of the source passing therethrough occurs, resulting in particles. According to the present invention, when the TEC is mounted around the nozzle and the nozzle temperature is set at a constant temperature (Ts), the temperature of the nozzle is detected by the TC and sent to the TEC controller. When the temperature of the nozzle is higher than Ts, power is supplied to TEC and the nozzle is cooled.

도 5는 일반적인 에칭장비의 도면으로서(S.M.SZE, 피냐 technology, 2nd edition, pp.216), 여기에 사용되는 소스의 노즐(30)에 TEC를 장착한 예이다. 도 5에는 에칭챔버로 유입되는 가스의 유입관 혹은 분사노즐에도 TEC를 장착하여 냉각할 수 있다.FIG. 5 is a diagram of a general etching equipment (S.M.SZE, Piña technology, 2nd edition, pp. 216), and an example in which TEC is mounted on a nozzle 30 of a source used here. In FIG. 5, the inlet pipe or the injection nozzle of the gas flowing into the etching chamber may be cooled by installing the TEC.

상기 반응챔버가 Ta₂O₅, SiO₂, SiN₃, SrTiO₃, (Ba,Sr)TiO₃, PbZrTiO₃, SrBi₂Ta₂O₉, (Pb,La)(Zr,Ti)O₃, Bi₄Ti₃O₁₂의 군 중에서 선택된 하나 혹은 하나 이상의 물질을 증착 혹은 에칭하는데 사용될 수 있다.The reaction chamber is Ta ₂ O ₅ , SiO ₂ , SiN ₃ , SrTiO ₃ , (Ba, Sr) TiO ₃ , PbZrTiO ₃ , SrBi ₂ Ta ₂ O ₉ , (Pb, La) (Zr, Ti) O ₃ , Bi _It can be used to deposit or etch one or more materials selected from the group of ₄ Ti ₃ O ₁₂ .

샤워 헤드의 냉각판은 샤워 헤드의 온도를 측정하는 TC와 TEC, TEC 콘트롤러로 되어 있다. 샤워 헤드의 온도를 Ts로 설정할 경우, 샤워 헤드가 기판의 열을 받아서 가열되어 원하는 온도 Ts 이상이 되면, TEC 콘트롤러가 TEC로 파워를 보내어 냉각을 한다. 또한, 온도가 Ts 보다도 TC의 검출한계에서 조금이라도 낮게 되면, TEC는 콘트롤러로 부터 파워를 받지 못하게 되므로, 과냉각(over cooling)이 되는 정도가 아주 작다. 반면, 공기로 냉각할 경우는 온도가 Ts 이상이 되면, 냉각공기의 밸브(valve)가 열려 공기가 흘러들어가는 것이므로 과냉각에 의한 온도 편차를 줄이기 어렵다. 또한, 이는 전기적인 것이 아니므로 미세한 온도 조절을 하는 것은 어렵다. 따라서, 본 발명은 종래의 예에 비해 소스 인입노즐의 온도를 조절하는데에 우수한 효과를 가진다.The cold plate of the shower head consists of a TC, a TEC and a TEC controller that measures the temperature of the shower head. When the temperature of the shower head is set to Ts, when the shower head receives heat from the substrate and heats up to the desired temperature Ts, the TEC controller sends power to the TEC to cool it. In addition, if the temperature is slightly lower than the detection limit of TC than Ts, the TEC will not receive power from the controller, so the degree of over cooling is very small. On the other hand, when cooling with air, when the temperature is Ts or more, the valve of the cooling air is opened and air flows in, so it is difficult to reduce the temperature variation due to supercooling. It is also difficult to make fine temperature control since it is not electrical. Therefore, the present invention has an excellent effect in controlling the temperature of the source inlet nozzle compared with the conventional example.

본 발명의 기본적인 개념은 반응가스가 챔버로 인입되는 부분을 TEC가 장착하여 냉각함으로써 이 부분의 온도를 정확하게 조절하는 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 제1실시예, 제2실시예와 같은 CVD 챔버에만 한정되지 않는다. 즉, 반응가스가 들어와서 박막을 에칭하는 에칭장비 및 기타 정확한 온도의 조절이 요구되는 반도체 제조장비의 챔버에서 가스 인입구의 온도조절 장치에는 전부 적용이 가능하다.The basic concept of the present invention is to precisely control the temperature of this part by mounting and cooling the part where the reaction gas enters the chamber. Therefore, the present invention is not limited to the CVD chambers as in the first and second embodiments. That is, it is possible to apply to the temperature control device of the gas inlet in the chamber of the semiconductor manufacturing equipment that requires the control of the etching temperature and other precise temperature control the reaction gas enters the thin film.

이상에서 설명한 바와 같이,반응가스가 챔버로 인입되는 부분인 노즐 부분에 TEC를 장착함으로써 종래에 비해 이 부분의 온도를 정확하게 조절할 수 있다. 또한, 상기 TEC가 냉매를 전혀 이용하지 않기 때문에 부피가 작고, 여러 가지 모양으로 냉각시스템에 사용될 수 있다.As described above, by mounting the TEC on the nozzle portion, which is a portion where the reaction gas is introduced into the chamber, it is possible to accurately adjust the temperature of this portion compared to the prior art. In addition, since the TEC uses no refrigerant at all, it is small in volume and can be used in a cooling system in various shapes.

Claims

A semiconductor manufacturing equipment comprising a thermoelectric cooling element mounted on an inlet portion into which a source or gas necessary for forming or etching a thin film is introduced into a chamber.

The method of claim 1, wherein the thermoelectric cooling device

Semiconductor manufacturing equipment, characterized in that mounted in the middle, above, or below the inlet portion to be introduced into the chamber.