KR20010090151A - Method for controlling surface temperature of wafer - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A control method of a surface temperature of a wafer is provided to improve a uniformity of the whole wafer surface temperature by a heating plate. CONSTITUTION: A heating plate(200) is divided by a plurality of point cell units. Each point cell units have a thermocouple semiconductor. A wafer is then loaded on the heating plate(200). A point cell region(210b) having locally low temperature is applied to a positive bias, thereby increasing the surface temperature of the wafer. Also, a point cell region(210c) having locally high temperature is applied to a negative bias, thereby decreasing the surface temperature of the wafer.

Description

웨이퍼의 표면 온도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING SURFACE TEMPERATURE OF WAFER}Surface Temperature Control Method of Wafers {METHOD FOR CONTROLLING SURFACE TEMPERATURE OF WAFER}

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로써, 좀 더 구체적으로 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to a method for controlling the surface temperature of a wafer.

반도체를 생산하는 설비 중 챔버(chamber) 내부의 고온을 유지하는 상태에서 공정을 진행하기 위하여 히터(heater)로 가열하는데 각 부위별 온도 편차가 발생하여 공정 불량을 유발한다.In order to proceed the process in the state of maintaining the high temperature inside the chamber (chamber) of the equipment for producing a semiconductor, a temperature deviation for each part occurs, causing a process failure.

온도 편차에 따른 공정 불량 현황을 살펴보면, 먼저 건식 식각(dry ethe)에서는 반도체 제품을 생산하는 제조 공정 중 폴리실리콘막(poly-silicon layer), 산화막 및 금속막(metal layer)과 관련 있는 설비 챔버의 온도가 상승하여 버닝아웃(burning-out), CD(Crtical Dimension) 폭 변화 및 금속 콘택(MC:Metal Contact)의 낫 오픈(not open)과 같은 공정 불량이 발생한다.Looking at the status of process failure due to temperature deviation, first, in dry ethe, the process chamber of a facility chamber related to a poly-silicon layer, an oxide film, and a metal layer during a manufacturing process for producing a semiconductor product is used. Temperature rises cause process failures, such as burning-out, changes in the width of the CD (critical dimensions) and not open of metal contacts (MC).

다음, 확산과 사진 공정 중에는 확산 공정에서 HSG(HemiSpherical Grain) 공정을 진행하는 설비, 사진 공정의 오븐(oven) 설비 등에서 웨이퍼에 히터를 이용하여 열을 전달하는 과정에서 온도가 일정하지 않아 특성이 변하는 현상이 발생한다.Next, during the diffusion and the photolithography process, the characteristics change because the temperature is not constant in the process of transferring heat by using a heater to the wafer in the equipment that performs the HSG (HemiSpherical Grain) process in the diffusion process and the oven equipment of the photolithography process. Phenomenon occurs.

상기와 같은 온도 편차의 원인으로서는 첫째, 히터의 구조적 문제가 있다. 열선을 따라 가열되어 온도가 상승되기 때문에 열선에서 떨어진 곳과 가까운 곳과의 온도 편차가 발생한다. 또한, 하나의 전원으로 동작을 하여 부분적으로 특성이 노하되어 가열에 문제가 생길 때 부분적으로 제어가 불가능하여 온도 편차가 발생한다. 둘째, 챔버(chamber) 구조에 의한 온도 편차가 있다. 챔버의 열배기 위치에 따라 웨이퍼에 전달되는 온도 편차가 발생하는데 배기가 있는 곳에 저온현상이 발생한다. 또한, 배기량의 차이에 따라 온도 편차가 비례적으로 편차가 발생한다. 셋째, 온도관리 시스템(system)의 문제가 있다. 히터 중심위치에서 온도를 센싱(sensing)하여 관리함으로써 위치별 온도편차를 가지고 관리하게 되고 온도관리 상한값을 넘어갔을 때 냉각되는 시간이 길어 정밀유지시간지연이라는 문제가 발생한다.As a cause of the temperature deviation as described above, first, there is a structural problem of the heater. Because the temperature rises by heating along the hot wire, a temperature deviation occurs near and away from the hot wire. In addition, when operating with a single power source, the characteristics are partially degraded, and when the heating problem occurs, it is partially impossible to control and temperature deviation occurs. Second, there is a temperature deviation due to the chamber structure. According to the heat exhaust position of the chamber, a temperature deviation that is transmitted to the wafer occurs, and a low temperature phenomenon occurs where the exhaust exists. In addition, a deviation occurs in proportion to the temperature deviation depending on the difference in the displacement. Third, there is a problem of a temperature management system. Sensing and managing the temperature at the center of the heater to manage with the temperature deviation for each location and when the temperature exceeds the upper limit of temperature management, the cooling time is long, there is a problem of precision holding time delay.

현재로서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 히터의 열을 전달하는 매개체 일부를 그랜딩(granding)하여 사용하고 있지만 정밀하지 못하고 공정이 바뀔때마다 재작업이 필요하다. 그리고, 배기분산 및 위치 변경을 하여 문제를 해결하는 방법이 있지만 설비구조를 변경하면 다른 파라미터(parameter)가 변경되는 문제가 또한 발생된다.At present, some of the media that transfer heat of the heater are used to be grounded to solve this problem, but it is not accurate and requires reworking every time the process changes. In addition, there is a method of solving the problem by performing exhaust dispersion and changing the position, but there is also a problem that other parameters are changed when the facility structure is changed.

본 발명은 웨이퍼의 표면 온도를 표면 전체에 대하여 일정하게 유지시키기 위하여 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method of controlling the surface temperature of a wafer in order to keep the surface temperature of the wafer constant over the entire surface.

도 1은 열전반도체읠 구조를 보여주는 단면도;1 is a cross-sectional view showing a thermoelectric semiconductor 전 structure;

도 2는 포인트 셀 단위로 구획된 가열판의 평면도;2 is a plan view of a heating plate partitioned by point cells;

도 3은 상기 가열판의 일부분을 확대한 확대도; 및3 is an enlarged view of a portion of the heating plate; And

도 4는 상기 가열판 상에 웨이퍼가 놓여진 배치도이다.4 is a layout view in which a wafer is placed on the heating plate.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

200 : 가열판 210 : 포인트 셀200: heating plate 210: point cell

300 : 웨이퍼300 wafer

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법은 가열판을 포인트 셀(point cell) 단위로 구획한다. 상기 각 포인트 셀 단위로 열전반도체를 구비한다. 상기 가열판 상에 웨이퍼를 구비한다. 정적 온도보다 낮은 상기 웨이퍼의 일 영역 하부의 상기 가열판의 포인트 셀에는 양성의 전압을 가하여 상기 웨이퍼의 일 영역의 온도를 높이고, 적정 온도보다 높은 상기 웨이퍼의 다른 영역 하부의 가열판의 포인트 셀에는 음성의 전압을 가하여 상기 웨이퍼의 다른 영역의 온도를 낮춘다.According to the present invention for achieving the above object, the method for controlling the surface temperature of a wafer partitions the heating plate in point cell units. A thermoelectric semiconductor is provided in each point cell unit. A wafer is provided on the heating plate. A positive voltage is applied to the point cell of the heating plate below one region of the wafer lower than the static temperature to increase the temperature of one region of the wafer, and negative to the point cell of the heating plate below the other region of the wafer higher than an appropriate temperature. A voltage is applied to lower the temperature of the other regions of the wafer.

(실시예)(Example)

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법을 자세히 설명한다.1 to 4 will be described in detail a method for controlling the surface temperature of a wafer according to the present invention.

본 발명의 신규한 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법은 열전반도체를 사용하여 포인트 셀 단위로 구획된 가열판을 사용한다. 열전효과 중 다른 종류의 도체 또는반도체 접점에 전류를 흘리면 그 접점에 줄열(Joule heat) 외에 다른 종류의 열이 발생 또는 흡수가 일어나는데 전류의 방향을 바꾸면 열의 발생과 흡수가 바뀌는 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용하여 가열판을 제작한다.The novel wafer surface temperature control method of the present invention uses a heating plate partitioned by point cell units using a thermoelectric semiconductor. Among the thermoelectric effects, when a current is applied to a different kind of conductor or semiconductor contact, other types of heat are generated or absorbed in addition to joule heat.The Peltier effect changes the generation and absorption of heat by changing the direction of the current. Prepare a heating plate using.

도 1을 참조하면, 열전반도체가 도시되어 있다. 상기 열전반도체는 Bi와 Te를 공유결합을 한 상태에서 불순물을 투여해서 P형(104) 및 N형(108)을 만들어서 PN 접합 다이오드(diode)를 멀티 어레이(multi array)로 제작한다. 그리고, 가로축과 세로축에 동작 전원(100)을 연결하고 각 영역별로 전원을 분리하여 공급함으로써 미세조절을 더욱 세분화 할 수 있다.Referring to FIG. 1, a thermoelectric semiconductor is shown. The thermoelectric semiconductor is formed of a PN junction diode in a multi array by forming a P-type 104 and an N-108 by administering impurities in a state in which Bi and Te are covalently bonded. And, by connecting the operating power supply 100 to the horizontal axis and the vertical axis and by supplying separate power for each area it can be further subdivided fine control.

도 2를 참조하면, 상기 열전반도체로 구성된 가열판(200)이 도시되어 있다. 상기 가열판은 포인트 셀(point cell, 210) 단위로 구획되어 있고 상기 각 포인트 셀(210)에는 한 개의 상기 열전반도체가 구비된다. 상기 가열판(200)의 가로변과 세로변에는 각각 양성 및 음성으로 가변이 가능한 직류 전원이 연결되어 상기 각각의 포인트 셀(210)마다 제어가 가능하다.Referring to FIG. 2, a heating plate 200 composed of the thermoelectric semiconductors is illustrated. The heating plate is partitioned in unit of point cells 210, and each of the point cells 210 is provided with one thermoelectric semiconductor. A DC power source capable of varying positive and negative, respectively, is connected to the horizontal and vertical sides of the heating plate 200 to control the respective point cells 210.

PN 접합으로 이루어진 상기 열전반도체에 직류 전류(DC:Direct Current)를 가해줄 때 음의 전원을 가하면 음(negative)으로 대전된 금속과 반도체 접점에서는 주위로부터 열에너지를 흡수한 전자가 열전반도체 내부로 이동하여 흡열이 일어나며, 양의 전원을 가하면 양(positive)으로 대전된 접점에서는 전자의 열에너지 방출에 의해서 발열이 일어난다.When a direct current (DC) is applied to the thermoelectric semiconductor made of a PN junction, when a negative power is applied, electrons absorbing thermal energy from the surroundings move into the thermoelectric semiconductor at a negatively charged metal and semiconductor contact point. Endotherm occurs, and when a positive power is applied, heat is generated by the release of heat energy of electrons at a positively charged contact point.

도 3을 참조하면, 도 2의 부분 확대도로서 상기 개별 포인트 셀(210)들이 확대되어 있다. 상기 각 포인트 셀(210)에는 가변 가능한 전원 전압이 가해져 상기포인트 셀(210) 별로 양성 또는 음성의 전원이 부가될 수 있다. 양성의 전원이 부가된 상기 포인트 셀(210)은 전자의 열에너지 방출에 의해 열이 발생되고 음성의 전원이 부가된 상기 포인트 셀(210)은 전자의 열에너지 흡수에 의해 냉각된다. 도 4를 참조하면, 상기 가열판(200) 상에 웨이퍼(300)가 놓여져 있다. 상기 웨이퍼 표면의 온도를 측정한다. 상기 웨이퍼 표면의 온도가 적정 온도보다 높은 영역과 낮은 영역을 선택한다. 각 선택 영역에 대응하는 상기 가열판(200)의 각 포인트 셀(210)을 선택한다. 상기 웨이퍼 표면 온도가 높은 영역에 대응하는 상기 가열판(200)의 상기 포인트 셀(210)에는 음의 전원을 부가하여 상기 웨이퍼의 열을 흡열하여 온도를 낮추고, 상기 웨이퍼 표면 온도가 낮은 영역에 대응하는 상기 가열판(200)의 포인트 셀(210)에는 양의 전원을 부가하여 상기 웨이퍼에 열을 전도시켜 온도를 높인다. 도 3에서 참조번호 210a는 전원이 가해지지 않아 온도 변화를 일으키지 않는 포인트 셀을 보여준다. 참조번호 210b는 양의 전원이 가해져서 발열을 하는 포인트 셀을 보여준다. 참조번호 210c는 음의 전원이 가해져서 흡열을 하는 포인트 셀을 보여준다. 따라서, 상기 각 포인트 셀(210b, 210c)에 접촉하는 웨이퍼의 일부분은 열을 전달 받아 웨이퍼 표면 온도가 상승하거나, 반대로 냉각되어 웨이퍼 표면 온도가 내려간다.Referring to FIG. 3, the individual point cells 210 are enlarged as a partial enlarged view of FIG. 2. A variable power supply voltage is applied to each point cell 210 so that a positive or negative power may be added to each point cell 210. The point cell 210 to which positive power is added is generated by the release of heat energy of electrons, and the point cell 210 to which negative power is added is cooled by absorption of heat energy of electrons. Referring to FIG. 4, a wafer 300 is placed on the heating plate 200. The temperature of the wafer surface is measured. The areas where the temperature of the wafer surface is higher than the appropriate temperature are selected. Each point cell 210 of the heating plate 200 corresponding to each selection area is selected. A negative power is added to the point cell 210 of the heating plate 200 corresponding to the region where the wafer surface temperature is high to absorb heat of the wafer to lower the temperature, and to correspond to the region where the wafer surface temperature is low. A positive power is added to the point cell 210 of the heating plate 200 to conduct heat to the wafer to increase the temperature. In FIG. 3, reference numeral 210a shows a point cell that does not cause a temperature change because no power is applied. Reference numeral 210b shows a point cell that is heated by a positive power source. Reference numeral 210c denotes a point cell that is endothermed by applying a negative power. Therefore, a portion of the wafer contacting each of the point cells 210b and 210c receives heat to increase the wafer surface temperature or, conversely, cools the wafer surface temperature.

이와 같이 제작된 히터는 첫때, 상기 각 포인트 셀(210)마다 개별 동작이 가능하다. 가로축 및 세로축 각 어레이 포인트 셀(210)에 전원 공급 유무에 따라 개별적으로 온/오프(on/off) 동작이 가능하다. 둘째, 상기 각 개별 포인트 셀(210)의 미세 가변이 가능하다. 각 포인트 셀(210)의 공급전원의 가변에 따라 온도가비례적으로 변화한다. 세째, 냉각 기능이 가능하다. 상기 각 포인트 셀(210)에 공급하는 전원의 극성을 반대로 하면 발열에서 흡열 반을을 하며 전압의 크기에 따라 가변 냉각이 가능하다.The heater manufactured as described above may be individually operated for each point cell 210 at the first time. The horizontal and vertical axes may be individually turned on or off depending on whether each array point cell 210 is supplied with power. Second, fine variation of each individual point cell 210 is possible. The temperature changes in proportion to the change in the power supply of each point cell 210. Third, the cooling function is possible. If the polarity of the power supplied to each of the point cells 210 is reversed, the heat absorbing half is generated in the heat generation, and variable cooling is possible according to the magnitude of the voltage.

웨이퍼에 일정한 온도전달용 히터를 사용하여 공급 전원을 동일하게 공급하여 전체 온도가 동일하게 동작하여 일정한 온도를 유지시킨다.Using a constant temperature transfer heater to the wafer to supply the same power supply, the entire temperature is operated the same to maintain a constant temperature.

주 히터에서 가열된 후 세부 온도 보상용으로 상기 열전반도체 가열판이 사용될 수도 있으며, 아니면 상기 열전반도체 가열판이 단독으로 사용된다. 주 히터의 세부 온도 보상용으로 사용할 때는 히터의 열선을 따라 온도가 높은 만큼 상대적으로 온도를 낮추어 웨이퍼에 전달되는 온도를 일정하게 유지한다. 온도 편차가 생긴 웨이퍼에 온도 보상용 히터를 사용하여 온도 차이를 보상할 수 있다. 챔버내 배기에 의해 온도차가 발생되는 포인트에 온도를 높여줌으로써 보정할 수 있다.The thermoelectric semiconductor heating plate may be used for detailed temperature compensation after being heated in the main heater, or the thermoelectric heating plate may be used alone. When used to compensate the temperature of the main heater, the temperature is relatively lowered as the temperature increases along the heater wire to keep the temperature delivered to the wafer constant. The temperature difference heater can be compensated for by using a temperature compensating heater on a wafer having a temperature deviation. This can be corrected by raising the temperature at the point where the temperature difference occurs due to the exhaust in the chamber.

본 발명은 가열판의 온도를 셀 단위로 조정하여 가열판 상에 놓인 웨이퍼 표면 상의 국부적인 온도차이를 해소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the local temperature difference on the wafer surface placed on the heating plate by adjusting the temperature of the heating plate in units of cells.

또한, 본 발명은 웨이퍼의 표면 온도를 모든 표면에 대하여 동일하게 유지시킴으로써 온도 차이에서 발생되는 공정 불향을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the process deflection caused by the temperature difference by keeping the surface temperature of the wafer the same for all surfaces.

Claims (3)

반도체 생산용 설비를 포함하는 가열 장치에 장착된 가열판에 있어서,In the heating plate mounted to a heating apparatus including a facility for producing a semiconductor, 가열판을 포인트 셀(point cell) 단위로 구획하는 단계;Partitioning the heating plate into point cell units; 상기 각 포인트 셀 단위로 열전반도체를 구비하는 단계;Providing a thermoconductor in each point cell unit; 상기 가열판 상에 웨이퍼를 구비하는 단계; 및Providing a wafer on the heating plate; And 정적 온도보다 낮은 상기 웨이퍼의 일 영역 하부의 상기 가열판의 포인트 셀에는 양성의 전압을 가하여 상기 웨이퍼의 일 영역의 온도를 높이고, 적정 온도보다 높은 상기 웨이퍼의 다른 영역 하부의 가열판의 포인트 셀에는 음성의 전압을 가하여 상기 웨이퍼의 다른 영역의 온도를 낮추는 단계를 포함하는 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법.A positive voltage is applied to the point cell of the heating plate below one region of the wafer lower than the static temperature to increase the temperature of one region of the wafer, and negative to the point cell of the heating plate below the other region of the wafer higher than an appropriate temperature. Applying a voltage to lower the temperature of the other region of the wafer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전반도체는 포인트 셀 단위로 가열 및 냉각이 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법.The thermoelectric semiconductor is a surface temperature control method of the wafer, characterized in that the heating and cooling in units of point cells. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전반도체는 Bi 및 Te를 사용한 PN 접합 다이오드인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 표면 온도 제어 방법.The thermoelectric semiconductor is a surface temperature control method of a wafer, characterized in that the PN junction diode using Bi and Te.
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