KR19990084599A

KR19990084599A - Method of maintaining uniform temperature of wafer stage and wafer placed on wafer stage of semiconductor device

Info

Publication number: KR19990084599A
Application number: KR1019980016495A
Authority: KR
Inventors: 최철
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-12-06

Abstract

본 발명은 반도체 장치 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 표면 온도가 웨이퍼 스테이지 중앙부에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서 더 상승하는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법에 관한 것이다. 웨이퍼 스테이지 상부에는 웨이퍼가 얹혀진다. 다수의 냉매관들은 웨이퍼 스테이지 내부에 내장되며, 웨이퍼 스테이지의 중앙부에서 보다 가장자리부에서 그 크기가 더 크다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device using the same, and more particularly, a wafer stage of a semiconductor device that can effectively prevent a phenomenon in which the surface temperature of the wafer rises further at the edge of the wafer stage than at the center of the wafer stage. And a method for maintaining a uniform temperature of a wafer placed on a wafer stage. The wafer is placed on the wafer stage. Many refrigerant tubes are embedded inside the wafer stage and are larger at the edges than at the center of the wafer stage.

Description

Method of maintaining uniform temperature of wafer stage of semiconductor device and wafer placed on wafer stage

본 발명은 반도체 장치 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 표면 온도가 웨이퍼 스테이지 중앙부에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서 더 상승하는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device using the same, and more particularly, a wafer stage of a semiconductor device that can effectively prevent a phenomenon in which the surface temperature of the wafer rises further at the edge of the wafer stage than at the center of the wafer stage. And a method for maintaining a uniform temperature of a wafer placed on a wafer stage.

현재 반도체 제조 장치 중 건식식각의 설비에서는 웨이퍼를 놓기위한 웨이퍼 스테이지(stage)가 사용된다. 이 웨이퍼 스테이지는 그 상부에 놓여지는 웨이퍼의 표면 온도를 조절하기 위한 냉매(cooling water)가 흐르는 냉매관을 내장하고 있다. 냉매는 시각공정 중 웨이퍼의 표면온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 냉매관을 통해 웨이퍼 스테이지 내부로 흘러들어 순환하게 된다. 한번 순환된 냉매는 온도 조절 유니트(temperture control unit)로 유입되어 셋팅(setting)된 온도로 맞추어진 후 다시 웨이퍼 스테이지로 들어가게 된다.Currently, a wafer etching apparatus is used in a dry etching facility of a semiconductor manufacturing apparatus. This wafer stage has a built-in coolant tube through which cooling water flows for adjusting the surface temperature of the wafer placed thereon. The refrigerant is to prevent the surface temperature of the wafer from rising during the visual process, and flows into the wafer stage through the refrigerant pipe to circulate. Once circulated, the refrigerant is introduced into a temperature control unit, adjusted to a set temperature, and then returned to the wafer stage.

도 1은 냉매가 웨이퍼 스테이지의 가장자리부와 중앙부에서 균일한 양으로 운송되는 종래의 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도면부호 "10"은 웨이퍼 스테이지를, "12"는 링을, "14"는 냉매관들을, 그리고 "16"은 하부 전극을 나타낸다.1 is a cross-sectional view schematically showing a wafer stage of a conventional semiconductor device in which a coolant is transported in a uniform amount at the edge and the center of the wafer stage, with reference numeral 10 denoted a wafer stage and 12 denoted a ring; "14" represents refrigerant tubes and "16" represents a lower electrode.

상기 도 1에 도시한 웨이퍼 스테이지(10)은 중앙부에서 가장자리부까지의 한쪽면만을 도시한 것으로, 완전한 웨이퍼 스테이지는 상기 도 1과 대칭되는 다른 한쪽면까지 포함한다.The wafer stage 10 shown in FIG. 1 shows only one side from the center portion to the edge portion, and the complete wafer stage includes the other side symmetrical with FIG.

냉매관들(14)은 웨이퍼 스테이지(10) 내에 내장되어 있고, 링(12)는 상기 냉매관들(14) 속을 흐르는 냉매가 새는 것을 방지하기 위해 상기 냉매관들(14)의 가장자리를 따라 설치된다. 상기 냉매관들(14) 하부에 설치된 하부 전극(16)에는 챔버 내에 플라즈마 등을 발생시키기 위해 일정이상의 전원이 공급된다. 이때, 상기 냉매관들(14)은 그 크기가 일정하게 (균일한 크기로) 형성되어 있다.Refrigerant tubes 14 are embedded in the wafer stage 10, and a ring 12 is along the edge of the refrigerant tubes 14 to prevent leakage of the refrigerant flowing through the refrigerant tubes 14. Is installed. The lower electrode 16 provided below the refrigerant pipes 14 is supplied with a predetermined power or more to generate plasma in the chamber. At this time, the refrigerant pipes 14 are formed in a constant size (to a uniform size).

상기 도 1의 종래의 웨이퍼 스테이지에 의하면, 상기 냉매관들(14)의 크기가 웨이퍼 스테이지의 가장자리부에서와 중앙부에서 균일하므로 냉매에 의해 웨이퍼가 받는 영향도 동일하다. 즉, 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서의 웨이퍼의 온도 감소와 웨이퍼 스테이지 중앙부에서의 웨이퍼의 온도 감소는 동일하다.According to the conventional wafer stage of FIG. 1, the size of the coolant tubes 14 is uniform at the edge portion and the center portion of the wafer stage, so the influence of the wafer by the coolant is also the same. That is, the temperature decrease of the wafer at the wafer stage edge portion and the temperature decrease of the wafer at the wafer stage center portion are the same.

현재의 반도체 건식식각 공정에서는, 식각 시, 웨이퍼 표면의 온도는 웨이퍼 스테이지의 가장자리쪽이 중앙쪽보다 일반적으로 높게 된다. 따라서, 웨이퍼 표면의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하기 위해서는, 웨이퍼 스테이지 중앙쪽에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽에서 더 빠른 웨이퍼 표면 온도의 감소가 이루어져야 한다.In current semiconductor dry etching processes, during etching, the temperature of the wafer surface is generally higher at the edge of the wafer stage than at the center. Therefore, in order to keep the temperature of the wafer surface as a whole uniform, a faster reduction of the wafer surface temperature must be made at the wafer stage edge side than at the wafer stage center side.

그러나, 종래의 웨이퍼 스테이지에 의하면, 냉매관들이 웨이퍼 스테이지 가장자리부와 중앙부에 걸쳐 동일한 크기로 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽과 중앙쪽에서 흐르는 냉매의 양 또한 동일하다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽과 중앙쪽에서의 웨이퍼 표면 온도의 감소 또한 동일하므로, 더 많은 온도 감소가 이루어져야하는 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽의 경우, 충분한 온도 감소가 이루어지지 않게 된다.However, according to the conventional wafer stage, since the coolant tubes are formed in the same size over the wafer stage edge portion and the center portion, the amount of refrigerant flowing in the wafer stage edge side and the center side is also the same. Therefore, the reduction of the wafer surface temperature at the wafer stage edge side and the center side is also the same, so that in the case of the wafer stage edge side where more temperature reduction is to be made, there is no sufficient temperature reduction.

따라서, 종래의 경우, 웨이퍼 스테이지 상에 놓여지는 웨이퍼의 온도가 웨이퍼 스테이지 가장자리부와 중앙부에서 동일하게 조절되므로, 식각 공정 시, 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽에서의 온도상승으로 인해, 예컨대 포토레지스트 버닝(PR buring) 등과 같은 공정 이상이 발생한다.Therefore, in the conventional case, since the temperature of the wafer placed on the wafer stage is controlled equally at the edge of the wafer stage and at the center, the temperature rise at the edge of the wafer stage during the etching process, for example, photoresist burning (PR buring) Process abnormalities such as these occur.

본 발명의 목적은 웨이퍼의 표면 온도가 웨이퍼 스테이지 중앙부에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서 더 상승하는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a wafer stage of a semiconductor device that can effectively prevent the phenomenon that the surface temperature of the wafer rises further at the wafer stage edge portion than at the wafer stage center portion.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for maintaining a uniform temperature of a wafer placed on a wafer stage.

도 1은 냉매가 웨이퍼 스테이지의 가장자리부와 중앙부에서 균일한 양으로 운송되는 종래의 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a wafer stage of a conventional semiconductor device in which refrigerant is transported in uniform amounts at the edge and center of the wafer stage.

도 2는 냉매가 웨이퍼 스테이지의 중앙부에서보다 가장자리부에서 더 많이 운송되는 본 발명에 의한 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지를 개략적으로 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a wafer stage of a semiconductor device according to the invention in which refrigerant is transported more at the edge than at the center of the wafer stage.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지는, 그 상부에 웨이퍼가 얹혀지는 웨이퍼 스테이지; 및 상기 스테이지 내부에 내장된, 상기 웨이퍼 스테이지의 중앙부에서 보다 가장자리부에서 그 크기가 더 큰 다수의 냉매관들을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a wafer stage of a semiconductor device according to the present invention comprises: a wafer stage on which a wafer is placed; And a plurality of refrigerant pipes embedded in the stage and larger in size at an edge portion than at a center portion of the wafer stage.

이때, 상기 냉매관들은 상기 웨이퍼 스테이지의 형상을 따라 도너츠 모양으로 되어 있으며, 서로 인접하여 연결되어 있다.At this time, the refrigerant pipes are donut-shaped along the shape of the wafer stage and are adjacent to each other.

상기 다른 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법은, 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 얹는 단계; 및 상기 웨이퍼에 임의의 공정을 행하면서, 웨이퍼 스테이지 내부에 내장된 냉매관을 통해 운송되는 냉매의 양을 상기 웨이퍼 스테이지 중앙부 보다 가장자리부에 더 많게하여 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 상기 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above another object, a method for maintaining a uniform temperature of a wafer placed on a wafer stage according to the present invention comprises: placing a wafer on the wafer stage; And performing an arbitrary process on the wafer while increasing the amount of the refrigerant transported through the refrigerant pipe embedded in the wafer stage to the edge portion rather than the center portion of the wafer stage so as to uniformly adjust the temperature of the wafer placed on the wafer stage. And maintaining the same.

따라서, 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 표면 온도가 웨이퍼 스테이지 중앙부에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서 더 상승하는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the phenomenon that the surface temperature of the wafer rises further at the wafer stage edge portion than at the wafer stage center portion.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법에 대해 더욱 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail with respect to the wafer stage of the semiconductor device according to the present invention and a method for uniformly maintaining the temperature of the wafer placed on the wafer stage.

예컨대 현재의 반도체 건식식각 공정에서는, 웨이퍼 식각 시, 웨이퍼 스테이지의 중앙쪽에서 보다 가장자리쪽에서 웨이퍼 표면 온도가 더 높게 형성된다. 본 발명은, 웨이퍼의 표면 온도를 전체적으로 균일하게 유지하기 위해, 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽을 흐르는 냉매의 양을 웨이퍼 스테이지 중앙쪽을 흐르는 냉매의 양보다 더 많게 한다.For example, in the current semiconductor dry etching process, during wafer etching, the wafer surface temperature is formed higher at the edge side than at the center side of the wafer stage. The present invention allows the amount of refrigerant flowing through the wafer stage edge to be greater than the amount of refrigerant flowing through the wafer stage center in order to maintain the overall surface temperature of the wafer.

도 2는 냉매가 웨이퍼 스테이지의 중앙부에서보다 가장자리부에서 더 많이 운송되는 본 발명에 의한 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도면부호 "20"은 웨이퍼 스테이지(wafer stage)를, "22"는 링(ring)을, "24"는 냉매관(cooling water hole)들을, 그리고 "26"은 하부 전극(lower electrode)을 나타낸다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a wafer stage of a semiconductor device according to the present invention in which refrigerant is transported more at the edge portion than at the center portion of the wafer stage, wherein reference numeral 20 denotes a wafer stage; 22 "denotes a ring," 24 "denotes cooling water holes, and" 26 "denotes a lower electrode.

상기 도 2에 도시한 웨이퍼 스테이지(20)는 중앙부에서 가장자리부까지의 한쪽면만을 도시한 것으로, 완전한 웨이퍼 스테이지는 상기 도 2와 대칭되는 다른 한쪽면까지 포함한다.The wafer stage 20 shown in FIG. 2 shows only one side from the center portion to the edge portion, and the complete wafer stage includes the other side symmetrical with FIG.

냉매관들(24)은 웨이퍼 스테이지(20) 내에 내장되어 있고, 링(22)는 상기 냉매관들(24) 속을 흐르는 냉매가 새는 것을 방지하기 위해 상기 냉매관들(24)의 가장자리를 따라 설치된다. 상기 냉매관들(24) 하부에 설치된 하부 전극(26)에는 챔버 내에 플라즈마 등을 발생시키기 위해 일정이상의 전원이 공급된다. 이때, 웨이퍼 스테이지 가장자리쪽의 냉매관은 중앙쪽의 냉매관 보다 더 크게 형성되어 있다.Refrigerant tubes 24 are embedded within the wafer stage 20, and a ring 22 is along the edge of the refrigerant tubes 24 to prevent leakage of refrigerant flowing through the refrigerant tubes 24. Is installed. The lower electrode 26 installed below the coolant tubes 24 is supplied with a predetermined power or more to generate plasma in the chamber. At this time, the coolant tube at the edge of the wafer stage is larger than the coolant tube at the center.

상기 냉매관들(24)은 상기 웨이퍼 스테이지(20)의 형상을 따라 도너츠 모양으로 되어 있고, 서로 인접하여 연결되어 있다. 웨이퍼 (도시되지 않음)는 상기 웨이퍼 스테이지(20) 상에 놓인다.The coolant tubes 24 have a donut shape along the shape of the wafer stage 20 and are adjacent to each other. A wafer (not shown) is placed on the wafer stage 20.

웨이퍼 스테이지(20) 상에 웨이퍼를 얹은 후, 예컨대 식각과 같은 공정을 진행하면 상기 웨이퍼 스테이지(20) 상에 얹혀진 웨이퍼의 표면 온도는 상승하게 된다. 웨이퍼의 표면 온도 상승을 그대로 방치할 경우, 웨이퍼 표면에 형성되어 있을 포토레지스트 패턴 등과 같은 구조물이 손상되는 문제가 발생하기 때문에, 웨이퍼 스테이지 내부에 냉매관들을 내장하고 이 냉매관들을 통해 냉매를 흐르게 하여 상승된 웨이퍼 온도를 낮춘다.After the wafer is placed on the wafer stage 20, for example, an etching process is performed, the surface temperature of the wafer placed on the wafer stage 20 increases. If the surface temperature rise of the wafer is left as it is, problems such as a structure such as a photoresist pattern formed on the surface of the wafer are damaged. Thus, refrigerant tubes are built into the wafer stage and the refrigerant flows through the refrigerant tubes. Lower the elevated wafer temperature.

본 발명에서는 웨이퍼의 온도 상승이 다른 부분보다 더 높은 부분, 즉 웨이퍼 스테이지의 가장자리부를 흐르는 냉매의 양을 웨이퍼 스테이지의 중앙부를 흐르는 냉매의 양보다 많게 하여, 이부분에서의 웨이퍼 온도 상승을 방지한다.In the present invention, the amount of the coolant flowing in the portion where the temperature rise of the wafer is higher than the other portion, that is, the edge of the wafer stage is made larger than the amount of the coolant flowing in the center portion of the wafer stage, thereby preventing the rise of the wafer temperature at this portion.

웨이퍼 스테이지 가장자리부에 내장된 냉매관은 웨이퍼 스테이지 중앙부에 내장된 냉매관보다 더 크기 때문에 더 많은 양의 냉매를 흐르게 할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼 스테이지 가장자리부의 웨이퍼 온도를 더 낮게 조절할 수 있다.The coolant tube embedded in the wafer stage edge portion is larger than the refrigerant tube embedded in the wafer stage edge portion, so that a larger amount of refrigerant can flow, thereby lowering the wafer temperature at the wafer stage edge portion.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

본 발명에 의한 반도체 장치의 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 상에 얹혀진 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 방법에 의하면, 웨이퍼 스테이지 가장자리부에 내장된 냉매관을 웨이퍼 스테이지 중앙부에 내장된 냉매관 보다 더 크게 형성하여 웨이퍼 스테이지 가장자리부를 흐르는 냉매의 양을 웨이퍼 스테이지 중앙부를 흐르는 냉매의 양보다 더 많게 함으로써 웨이퍼의 표면 온도가 웨이퍼 스테이지 중앙부에서 보다 웨이퍼 스테이지 가장자리부에서 더 상승하는 현상을 별도의 장비를 구비하지 않으면서도 효율적으로 방지한다.According to the method for maintaining the temperature of the wafer stage and the wafer placed on the wafer stage of the semiconductor device according to the present invention uniformly, the refrigerant tube embedded in the edge of the wafer stage is formed larger than the refrigerant tube embedded in the center of the wafer stage. By making the amount of the refrigerant flowing in the wafer stage edge more than the amount of the refrigerant flowing in the wafer stage center portion, the surface temperature of the wafer is increased more at the wafer stage edge portion than at the wafer stage center portion, without any additional equipment. To prevent.

Claims

A wafer stage on which a wafer is placed; And

And a plurality of refrigerant pipes embedded in the wafer stage, the refrigerant pipes having a larger size at an edge portion than at a center portion of the wafer stage.

The method of claim 1,

And the coolant tubes are in the shape of a donut along the shape of the wafer stage.

The method of claim 2,

And the coolant tubes are adjacently connected to each other.

Placing a wafer on the wafer stage; And

While performing any process on the wafer, the amount of refrigerant transported through the coolant tube embedded in the wafer stage is increased to the edge portion rather than the center portion of the wafer stage to maintain a uniform temperature of the wafer placed on the wafer stage. And maintaining a uniform temperature of the wafer on the wafer stage.