KR20030086660A - 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조설비에서 베쓰에 투입되는 웨이퍼 매수에 대응하여 케미컬 온도를 제어하는 케미컬온도 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 케미컬 베쓰내에 투입되는 웨이퍼의 매수에 대응하여 항상 일정온도로 공정이 진행되도록 온도를 제어하기 위한 케미컬 온도제어방법은, 케미컬 베쓰에 투입하기 위한 웨이퍼 매수를 카운트하고, 상기 카운트한 웨이퍼 매수데이터에 대응하는 기준설정온도를 세팅하며, 상기 케미컬 베쓰에 담겨져 있는 케미컬용액의 온도를 상기 세팅한 기준설정온도로 조절하여 그 온도가 도달되었을 시 웨이퍼를 투입하여 공정을 진행하도록 한다.

Description

반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법{METHOD AND EQUIPMENT FOR CONTROLLING CHEMICAL TEMPERATURE IN SEMICONDUCTOR PRODUCT DEVICE}
본 발명은 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제조설비에서 베쓰에 투입되는 웨이퍼 매수에 대응하여 케미컬 온도를 제어하는 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 다양한 단위공정을 수행함으로써 제조되고, 이러한 다양한 단위공정의 수행에서는 각종 케미컬(Chemical)을 이용한다. 여기서 상기 케미컬을 이용한 단위공정은 주로 상기 케미컬이 수용되는 베쓰를 이용하여 공정을 수행한다. 이러한 베쓰를 이용하는 반도체 제조공정에서는 불필요한 막을 제거하는 식각(Etching) 또는 웨이퍼의 표면세정(Cleaning)은 필수적인 공정이다.
여기서 세정 및 식각은 케미컬 베쓰의 순수, 케미컬 등을 흘러 넘치게 하여 공정이 수행되는 오버플로우 방식을 주로 이용한다.
상기와 같은 케미컬을 이용하는 습식장치인웨트/크린스테이션(Wet/Clean Station)을 살펴보면, 먼저 세정을 위한 베쓰1 및 베쓰2가 구비되고, QDR(Quick Drop Rinse)베쓰 및 파이널베쓰(Final Bath) 등이 구비된다.
이와 같은 베쓰에서 케미컬을 이용하여 세정공정이나 습식식각 공정을 수행할 시 해당 공정에 적합한 온도를 일정하게 유지시켜야만 원하는 공정효과를 얻을 수 있다. 즉, 케미컬의 특성상 온도와 식각율과의 관계는 비례하므로 온도가 상승 또는 하강하는 것에 따라 식각율이 달라져 오버에칭(overetching)이나 언에칭(unetching)이 발생하여 품질에 치명적인 악영향을 미치게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 케미컬 온도검출장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 케미컬용액을 적재하는 케미컬베쓰(10)와, 상기 케미컬베쓰(10)의 하단에 설치되어 케미컬용액의 온도를 센싱하는 온도센서(12)와, 상기 온도센서(12)로부터 센싱된 온도를 검출하는 온도검출부(14)와, 상기 온도검출부(14)로부터 검출된 온도 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 A/D변환기(16)와, 상기 A/D변환기(16)로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 표시하기 위한 콘트롤러(18)와, 상기 콘트롤러(18)의 제어에 의해 히터(22)를 가열하도록 히터전원을 공급하는 가열부(20)와, 상기 가열부(20)로부터 공급된 전원에 의해 가열되어 케미컬용액을 설정된 온도까지 상승시키는 히터(22)로 구성되어 있다.
케미컬베쓰(10)의 하단에 설치된 온도센서(12)는 케미컬베쓰(10)에 적재되어 있는 온도를 센싱한다. 이때 온도검출부(14)는 온도센서(12)로부터 센싱된 온도를 검출하여 A/D변환기(16)로 인가한다. 상기 A/D변환기(16)는 온도검출부(14)로부터검출된 온도 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 콘트롤러(18)로 인가한다. 콘트롤러(18)는 상기 A/D변환기(16)로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 미리 설정된 기준온도 데이터와 비교하여 상기 가열부(20)를 제어하여 케미컬용액의 온도를 제어한다.
그런데 케미컬베쓰(10)에 담겨져 있는 케미컬용액의 온도는 투입되는 웨이퍼 매수에 따라 기준 설정온도까지 회복되는 시간이 도 2a 및 도 2b에 도시된 그래프에서 바와 같이 다르게 나타난다. 동일매수의 웨이퍼들이라도 처리 시간에 따라 평균온도의 차이가 발생한다. 도 2a는 HB 120℃를 기준으로 웨이퍼 투입매수에 따라 기준설정온도까지 회복되는 시간을 나타낸 그래프로 웨이퍼를 50매 투입하였을 경우 30초 동안 케미컬용액의 온도가 117.5℃ 정도로 급격히 하강하고 30초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 약 270초가 되어야만 기준 설정온도인 120℃로 상승된다. 그리고 25매가 투입되었을 경우 30초 동안 케미컬용액의 온도가 117.5℃ 정도로 급격히 하강하고 30초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 약 120초가 되어야만 기준 설정온도인 120℃로 상승된다. 또한 2매가 투입되었을 경우 30초 동안 케미컬용액의 온도가 117.5℃ 정도로 급격히 하강하고 30초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 270초가 되어야만 기준 설정온도인 120℃로 상승된다.
도 2b는 SC-1 70℃를 기준으로 웨이퍼 투입매수에 따라 기준설정온도까지 회복되는 시간을 나타낸 그래프로 웨이퍼를 50매 투입하였을 경우 40초 동안 케미컬용액의 온도가 68.8℃ 정도로 급격히 하강하고 40초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 약 140초가 되어야만 기준 설정온도인 70℃로 상승된다. 그리고 25매가 투입되었을 경우 40초 동안 케미컬용액의 온도가 69.4℃ 정도로 급격히 하강하고 40초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 약 60초가 되어야만 기준 설정온도인 70℃로 상승된다. 또한 2매가 투입되었을 경우 40초 동안 케미컬용액의 온도가 69.7℃ 정도로 급격히 하강하고 40초가 경과된 후부터 서서히 온도가 상승되어 70초가 되어야만 기준 설정온도인 70℃로 상승된다.
상기와 같이 케미컬베쓰(10)에 투입되는 웨이퍼 매수에 따라 온도회복시간의 차이가 발생하며, 회복온도의 차이에 의해 평균온도에서도 아래의 도 3a 및 도 3b의 그래프에서 보는 바와 차이가 발생한다.
도 3a는 HB120℃의 평균진행온도에 대한 그래프로서, 50매의 웨이퍼가 투입되면 100초동안 118℃에서 진행되고 200초동안 118.5℃에서 진행되며, 300초동안 118.8℃에서 진행되고, 400초동안 119.2℃에서 진행된다.
도 3b는 SC-1 70℃의 평균진행온도에 대한 그래프로서, 50매의 웨이퍼가 투입되면 100초동안 69.2℃에서 진행되고 200초동안 70℃에서 진행되며, 300초동안 70.5℃에서 진행된다.
따라서 설정온도 HB120℃의 공정을 진행할 때 100초동안에 118℃에서 진행되어 실제 설정온도보다 2℃낮은 상태에서 공정이 진행되고, 설정온도 SC-1 70℃의 공정을 진행할 때 100초동안에 69.2℃에서 진행되어 실제 설정온도보다 0.8℃낮은 상태에서 공정이 진행되어 웨이퍼의 식각량의 차이를 가져오게 된다.
도 4a는 온도변화에 따른 H2O2 및 NH4OH 농도변화 그래프이고,
도 4b는 온도변화에 따른 HF농도 및 E/R(ERROR/RATE) 변화 그래프이다.
상술한 바와 같이 웨이퍼 매수에 따라 케미컬용액의 온도가 변화되므로 인해 도 4a 및 도 4b에서 보는 바와 같이 케미컬용액 농도의 차이를 유발하고 그에 따른 웨이퍼 표면 식각량의 차이를 발생시킨다.
상기와 같이 구성된 종래의 케미컬용액 온도 제어장치는 투입되는 웨이퍼의 매수에 상관없이 항상 동일한 온도에서 공정을 처리하도록 하여 케미컬 베쓰(10)로 투입되는 웨이퍼에 따라 케미컬 온도가 변화되어 식각량의 차이로 인해 웨이퍼의 불량이 발생하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 케미컬 베쓰내에 투입되는 웨이퍼의 매수에 대응하여 항상 일정온도로 공정이 진행되도록 온도를 제어하는 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 투입되는 웨이퍼의 매수에 대응하여 케미컬용액의 온도를 일정하게 제어하여 웨이퍼의 식각량의 차이를 최소화하여 웨이퍼의 불량을 방지하는 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 케미컬 온도제어장치의 구성도
도 2a는 HB 120℃를 기준으로 웨이퍼 투입매수에 따라 기준설정온도까지 회복되는 시간을 나타낸 그래프
도 2b는 SC-1 70℃를 기준으로 웨이퍼 투입매수에 따라 기준설정온도까지 회복되는 시간을 나타낸 그래프
도 3a는 HB120℃의 평균진행온도에 대한 그래프
도 3b는 SC-1 70℃의 평균진행온도에 대한 그래프
도 4a는 온도변화에 따른 H2O2 및 NH4OH 농도변화 그래프이고,
도 4b는 온도변화에 따른 HF농도 및 E/R(ERROR/RATE) 변화 그래프
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 케미컬온도 제어장치의 구성도
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 매수에 따라 케미컬용액의 온도를 제어하기 위한 흐름도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100: 케미컬 베쓰 12, 102: 온도센서
14, 104: 온도검출부 16, 106: A/D변환기
18, 108: 콘트롤러 20, 110: 가열부
22, 112: 히터 114: 웨이퍼 공급부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치는, 케미컬용액을 적재하는 케미컬베쓰와, 상기 케미컬베쓰의 하단에 설치되어케미컬용액의 온도를 센싱하는 온도센서와, 상기 온도센서로부터 센싱된 온도를 각각 검출하는 온도검출부와, 상기 온도검출부로부터 검출된 온도 데이터를 각각 디지털 데이터로 변환하는 A/D변환기와, 상기 케미컬베쓰에 투입하기 위한 웨이퍼의 매수를 카운터하는 웨이퍼공급부와, 상기 A/D변환기로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 상기 웨이퍼공급부로부터 인가되는 웨이퍼 매수에 따른 기준 설정온도 데이터와 비교하여 온도제어신호를 출력하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어에 의해 히터를 가열하도록 히터전원을 공급하는 가열부와, 상기 가열부로부터 공급된 전원에 의해 가열되어 케미컬용액을 설정된 온도까지 상승시키는 히터로 구성함을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어방법은, 케미컬 베쓰에 투입하기 위한 웨이퍼 매수를 카운트하는 과정과, 상기 카운트한 웨이퍼 매수데이터에 대응하는 기준설정온도를 세팅하는 과정과, 상기 케미컬 베쓰에 담겨져 있는 케미컬용액의 온도를 상기 세팅한 기준설정온도로 조절하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 케미컬온도 제어장치의 구성도이다.
케미컬용액을 적재하는 케미컬베쓰(100)와, 상기 케미컬베쓰(100)의 하단에설치되어 케미컬용액의 온도를 센싱하는 온도센서(102)와, 상기 온도센서(102)로부터 센싱된 온도를 각각 검출하는 온도검출부(104)와, 상기 온도검출부(104)로부터 검출된 온도 데이터를 각각 디지털 데이터로 변환하는 A/D변환기(106)와, 케미컬베쓰(100)에 투입하기 위한 웨이퍼의 매수를 카운터하는 웨이퍼공급부(114)와, 상기 A/D변환기(106)로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 상기 웨이퍼공급부(114)로부터 인가되는 웨이퍼 매수에 따른 기준 설정온도 데이터와 비교하여 온도제어신호를 출력하는 콘트롤러(108)와, 상기 콘트롤러(108)의 제어에 의해 히터(112)를 가열하도록 히터전원을 공급하는 가열부(110)와, 상기 가열부(110)로부터 공급된 전원에 의해 가열되어 케미컬용액을 설정된 온도까지 상승시키는 히터(112)로 구성되어 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 매수에 따라 케미컬용액의 온도를 제어하기 위한 흐름도이다.
상술한 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.
웨이퍼 공급부(114)는 웨이퍼 캐리어(도시하지 않음)로 웨이퍼를 로딩하여 웨이퍼 로딩이 완료되면 공정을 진행하기 위해 케미컬베쓰(100)로 웨이퍼를 투입한다. 이때 웨이퍼 공급부(114)는 케미컬베쓰(100)에 웨이퍼를 공급하기 전에 캐리어에 몇 매의 웨이퍼가 투입되었는지 검출하며, 그 검출된 웨이퍼 매수를 콘트롤러(108)로 통보한다. 콘트롤러(108)는 이 웨이퍼 매수에 대응하는 온도를 세팅하고 가열부(110)를 제어하여 그 세팅한 설정온도까지 케미컬용액의 온도가 상승되도록 한다. 상기 설정온도로 상승되면 웨이퍼 공급부(114)로 웨이퍼를 공급하도록 제어한다.
이러한 웨이퍼 매수에 따른 케미컬용액의 온도를 제어하는 동작을 도 6의 흐름도를 참조하여 설명하면, 먼저 201단계에서 장미의 롯을 투입하고 202단계에서 웨이퍼 공급부(114)는 투입되는 웨이퍼 매수를 카운트하여 콘트롤러(108)로 통보한다. 그런 후 203단계에서 콘트롤러(108)는 카운트한 웨이퍼 매수에 대응하는 설정온도를 기준 설정온도로 세팅한다. 그리고 204단계에서 콘트롤러(108)는 가열부(110)를 제어하여 기준 설정온도로 케미컬베쓰(100)에 담겨져 있는 케미컬 용액의 온도를 조절한다. 온도조절동작을 보면, 케미컬베쓰(100)의 하단에 설치된 온도센서(102)는 케미컬베쓰(100)에 담겨져 있는 온도를 센싱한다. 이때 온도검출부(104)는 온도센서(102)로부터 센싱된 온도를 검출하여 A/D변환기(106)로 인가한다. 상기 A/D변환기(106)는 온도검출부(104)로부터 검출된 온도 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 콘트롤러(108)로 인가한다. 이때 204단계에서 콘트롤러(108)는 상기 A/D변환기(106)로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 세팅한 기준설정온도와 비교하여 기준 설정 온도가 되었는가 검사하여 기준설정온도가 되지 않았으면 상기 204단계로 돌아가 가열부(110)을 제어하여 기준 설정온도가 될 때까지 히터(112)를 가열한다. 그러나 상기 기준설정온도가 되었으면 206단계로 진행하여 케미컬베쓰(100)에 웨이퍼 캐리어를 투입하여 공정을 진행한다. 상기 웨이퍼 매수에 따른 기준 설정온도는 예를 들어 공정온도가 HB120℃일 때 웨이퍼의 투입매수가 50매이면 122℃로 세팅하고, 25매이면 121℃로 세팅하고, 2매이면 120℃로 세팅한다. 그리고 예를 들어 공정온도가 SC-170℃인 경우에 웨이퍼가 50매 일 때 기준설정온도는 71.5℃로 세팅하고, 25매일 때 70.5℃로 설정하며, 2매일 때 70.2℃로 설정한다. 상기 기준 설정온도는 상기 웨이퍼가 투입되면서 상기 웨이퍼로 인해 온도가 하강되는 것을 보상하기 위한 온도로 세팅한다.
따라서 공정온도가 HB120℃일 때 웨이퍼의 투입매수가 50매이면 122℃로 세팅하여 케미컬용액의 온도가 122℃가 되도록 한 후 50매의 웨이퍼를 투입하게 되면 2℃가 낮아져 120℃에서 공정이 진행되므로 농도 및 식각량의 차이로 인한 웨이퍼 불량을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조설비에서 케미컬베쓰에 웨이퍼를 투입하기 전에 투입하기 위한 웨이퍼 매수에 따라 기준 설정온도를 다르게 세팅하여 미리 온도를 상승시켜 놓은 상태에서 웨이퍼를 투입하여 웨이퍼 투입에 따라 온도가 하강되더라도 기준 공정온도로 공정을 진행할 수 있도록 하므로, 케미컬용액의 농도 및 식각량의 차이로 인한 웨이퍼 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치에 있어서,
    케미컬용액을 적재하는 케미컬베쓰와,
    상기 케미컬베쓰의 하단에 설치되어 케미컬용액의 온도를 센싱하는 온도센서와,
    상기 온도센서로부터 센싱된 온도를 각각 검출하는 온도검출부와,
    상기 온도검출부로부터 검출된 온도 데이터를 각각 디지털 데이터로 변환하는 A/D변환기와,
    상기 케미컬베쓰에 투입하기 위한 웨이퍼의 매수를 카운터하는 웨이퍼공급부와,
    상기 A/D변환기로부터 디지털 변환된 온도데이터를 받아 상기 웨이퍼공급부로부터 인가되는 웨이퍼 매수에 따른 기준 설정온도 데이터와 비교하여 온도제어신호를 출력하는 콘트롤러와,
    상기 콘트롤러의 제어에 의해 히터를 가열하도록 히터전원을 공급하는 가열부와,
    상기 가열부로부터 공급된 전원에 의해 가열되어 케미컬용액을 설정된 온도까지 상승시키는 히터로 구성함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 설정온도는 공정진행 온도보다 높게 세팅함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 설정온도는 상기 웨이퍼가 투입되면서 상기 웨이퍼로 인해 온도가 하강되는 것을 보상하기 위한 온도로 세팅함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어장치.
  4. 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어방법에 있어서,
    케미컬 베쓰에 투입하기 위한 웨이퍼 매수를 카운트하는 과정과,
    상기 카운트한 웨이퍼 매수데이터에 대응하는 기준설정온도를 세팅하는 과정과,
    상기 케미컬 베쓰에 담겨져 있는 케미컬용액의 온도를 상기 세팅한 기준설정온도로 조절하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 설정온도는 공정진행 온도보다 높게 세팅함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기준 설정온도는 상기 웨이퍼가 투입되면서 상기 웨이퍼로 인해 온도가 하강되는 것을 보상하기 위한 온도로 세팅함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어장치.
  7. 상기 케미컬용액이 세팅한 기준설정온도로 조절될 시 상기 케미컬베쓰에 웨이퍼 캐리어를 투입하여 공정을 진행하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 케미컬 온도제어방법.
KR1020020024766A 2002-05-06 2002-05-06 반도체 제조설비의 케미컬온도 제어장치 및 그 제어방법 KR20030086660A (ko)

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