KR20040059262A - multi channel cooling device and its method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 웨이퍼 하면의 영역별 냉각 온도를 다르게 설정하여, 웨이퍼 상면의 식각력이 균일해지도록 한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel wafer cooling apparatus and a method thereof, and more specifically, to a multi-channel wafer cooling apparatus and method for setting the cooling temperature for each region of the lower surface of the wafer differently, so that the etching force of the upper surface of the wafer is uniform. It is about.
도1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 냉각 장치에 대한 구성이 도시되어 있다.Referring to Fig. 1, a configuration of a conventional wafer cooling apparatus is shown.
도시된 바와 같이 종래의 웨이퍼 냉각 장치는 밀폐된 챔버(2')와, 상기 챔버(2')의 최하단에 위치되어 소정 냉각 개스가 상부로 분출되는 하부 전극(6')과, 상기 하부 전극(6')을 통하여 냉각 개스를 공급하는 냉각 개스 공급 장치(18')와, 상기 하부 전극(6')에 안착되어 냉각이 수행되는 웨이퍼(4')와, 상기 웨이퍼(4')를 하부 전극(6')에 밀착 및 고정시키는 상부 접촉부(8')와, 상기 웨이퍼(4')에 식각 개스를 분출함과 동시에 소정 전위차를 발생시키는 상부 전극(16')과, 상기 상부 전극(16')에 연결되어 식각 개스를 공급하는 공정 개스 공급 장치(18')로 이루어져 있다. 도면중 미설명 부호 10'는 냉각 가스관이다.As shown in the drawing, a conventional wafer cooling apparatus includes a sealed chamber 2 ', a lower electrode 6' positioned at the bottom of the chamber 2 'and having a predetermined cooling gas blown upward, and the lower electrode ( A cooling gas supply device 18 'for supplying cooling gas through 6'), a wafer 4 'mounted on the lower electrode 6' for cooling, and a lower electrode for the wafer 4 '. An upper contact portion 8 'that is in close contact with and fixed to 6', an upper electrode 16 'that ejects an etching gas to the wafer 4' and generates a predetermined potential difference, and the upper electrode 16 ' It is composed of a process gas supply device (18 ') which is connected to the) to supply the etching gas. In the figure, reference numeral 10 'is a cooling gas pipe.
이러한 종래의 웨이퍼 냉각 장치는 웨이퍼(4')의 식각 공정중 상기 하부 전극(6')을 통하여 상기 웨이퍼(4')의 하면에 소정 냉각 개스를 분사함으로써, 상기 식각 공정중 웨이퍼(4')의 온도를 소정 온도로 일정하게 유지하여, 웨이퍼(4') 상면의 식각력이 전체적으로 균일해지도록 하는 역할을 한다.The conventional wafer cooling apparatus sprays a predetermined cooling gas on the lower surface of the wafer 4 'through the lower electrode 6' during the etching process of the wafer 4 ', thereby providing the wafer 4' during the etching process. Maintains the temperature at a predetermined temperature, thereby making the etching force of the upper surface of the wafer 4 'uniform.
한편, 도2를 참조하면, 종래 웨이퍼 냉각 장치를 이용한 웨이퍼의 식각력이 도시되어 있다.On the other hand, referring to Figure 2, the etching force of the wafer using a conventional wafer cooling apparatus is shown.
도시된 바와 같이 웨이퍼는 비록 냉각 개스 공급 장치에 의해 냉각이 수행되고 있지만, 웨이퍼의 중앙부에서 식각력이 가장 크고, 웨이퍼의 주변부로 갈수록 식각력이 크게 저하됨을 볼 수 있다. 도면중 가장 진한 음영 영역이 식각력이 가장 센 영역이고, 흐린 음영 영역일 수록 식각력이 작은 영역이다. 이러한 식각력의 차이는 웨이퍼의 하면에 비록 균일한 유량으로 냉각 개스가 흐른다고 해도, 다른 요인 즉, 플라즈마에 의한 열전달이 웨이퍼 중앙부와 주변부에서 다르고, 기타 여러가지 요인으로 인해 웨이퍼의 중앙부와 주변부에서 온도차가 발생하기 때문인 것으로 파악되고 있다.As shown, although the wafer is being cooled by the cooling gas supply device, it can be seen that the etching force is greatest in the center portion of the wafer, and the etching force decreases toward the periphery of the wafer. In the drawing, the darkest shaded area is the region with the strongest etching power, and the lighter shaded region is the area with the smaller etching force. The difference in etching power is that even though the cooling gas flows at a uniform flow rate on the lower surface of the wafer, other factors, that is, heat transfer by plasma are different at the center and periphery of the wafer, and due to various factors, the temperature difference at the center and periphery of the wafer is different. This is because it occurs.
더우기, 도3을 참조하면, 웨이퍼의 하면 온도에 따른 식각력이 도시되어 있다.Furthermore, referring to FIG. 3, an etching force according to the lower surface temperature of the wafer is shown.
도시된 바와 같이 웨이퍼의 하면 온도가 낮으면 식각력이 작고, 웨이퍼의 하면 온도가 높으면 식각력이 높은 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 하면 온도가 대략 10℃이면 식각력은 4280Å/min이고, 웨이퍼의 하면 온도가 대략 40℃이면 식각력은 4520Å이다.As shown in the drawing, when the lower surface temperature of the wafer is low, the etching power is low, and when the lower surface temperature of the wafer is high, the etching power can be seen. For example, if the lower surface temperature of the wafer is approximately 10 占 폚, the etching force is 4280 Pa / min, and if the lower surface temperature of the wafer is approximately 40 占 폚, the etching force is 4520 Pa.
이와 같은 웨이퍼의 중앙부와 주변부에서의 식각력 차이는 반도체 소자의 집적도 증가에 큰 장애 요소로 작용할 뿐만 아니라, 또한 현재 웨이퍼의 대형화 추세에도 큰 장애 요소로 작용하고 있다. 더우기, 완성된 웨이퍼의 신뢰성 및 수율을 크게 저하시키는 문제도 있다.The difference in etching power in the center and peripheral portions of the wafer not only acts as a significant obstacle to increasing the integration of semiconductor devices, but also acts as a significant obstacle to the current trend of larger wafers. Moreover, there is also a problem of greatly lowering the reliability and yield of the finished wafer.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 하면의 영역별 냉각 온도를 다르게 설정하여, 웨이퍼 상면의 식각력이 균일해지도록 한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.Disclosure of Invention The present invention is to overcome the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a multi-channel wafer cooling apparatus and a method for uniformly etching the upper surface of a wafer by differently setting the cooling temperature for each region of the lower surface of the wafer. To provide.
도1은 종래의 웨이퍼 냉각 장치를 도시한 구성 설명도이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a conventional wafer cooling apparatus.
도2는 종래 웨이퍼 냉각 장치를 이용한 웨이퍼의 식각력을 도시한 설명도이다.2 is an explanatory diagram showing an etching force of a wafer using a conventional wafer cooling apparatus.
도3은 웨이퍼의 온도에 따른 식각력을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing an etching force according to the temperature of a wafer.
도4는 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치를 도시한 구성 설명도이다.4 is an explanatory diagram showing the configuration of a multi-channel wafer cooling apparatus according to the present invention.
도5는 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치를 이용한 웨이퍼의 식각력을 도시한 설명도이다.5 is an explanatory view showing the etching force of the wafer using the multi-channel wafer cooling apparatus according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
2; 챔버 4; 웨이퍼2; Chamber 4; wafer
6; 하부 전극 8; 상부 접촉부6; Lower electrode 8; Upper contact
10; 냉각수 관 11; 채널110; Coolant tube 11; Channel 1
12; 채널2 13; 채널312; Channel 2 13; Channel 3
14; 냉각수 공급 장치 16; 상부 전극14; Cooling water supply unit 16; Upper electrode
18; 공정 개스 공급 장치18; Process gas feeder
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치는 웨이퍼가 위치되어 하면은 냉각되고, 상면은 식각되는 챔버와, 상기 챔버의 하부에 위치되어 상기 웨이퍼의 하면이 고정되는 동시에, 상기 웨이퍼의 하면을 냉각시킬 수 있도록 냉각수가 공급되는 하부 전극과, 상기 하부 전극에 다중 채널로 연결된 동시에, 각 채널로 서로 다른 온도의 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 장치와, 상기 웨이퍼를 하부 전극에 밀착 및 고정시키는 상부 접촉부와, 상기 웨이퍼의 상면에 식각 개스를 분출함과 동시에 소정 전위차를 발생시키는 상부 전극과, 상기 상부 전극에 연결되어 식각 개스를 공급하는 공정 개스 공급 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the multi-channel wafer cooling apparatus according to the present invention has a chamber in which a wafer is positioned and cooled when the wafer is positioned, and an upper surface is etched, and a lower surface of the wafer is fixed at the bottom of the chamber, A lower electrode to which cooling water is supplied to cool the lower surface of the wafer, a cooling water supply device connected to the lower electrode in multiple channels and supplying cooling water at different temperatures to each channel, and closely contacting the wafer to the lower electrode; And an upper electrode for fixing the upper electrode, an upper electrode for ejecting an etching gas on the upper surface of the wafer, and generating a predetermined potential difference, and a process gas supply device connected to the upper electrode to supply the etching gas. .
여기서, 상기 냉각수 공급 장치는 상대적으로 가장 저온의 냉각수가 채널1을 통하여 하부 전극의 중앙부에 공급되도록 연결되고, 상대적으로 중온의 냉각수가 채널2를 통하여 하부 전극의 중앙부 외곽에 공급되도록 연결되며, 상대적으로 고온의 냉각수가 채널3을 통하여 하부 전극의 주변부에 공급되도록 연결되어 있다.Here, the cooling water supply device is connected so that the coolest cooling water at a relatively low temperature is supplied to the center of the lower electrode through channel 1, and the cooling medium at relatively low temperature is supplied to be supplied to the outer periphery of the lower electrode through the channel 2. The high temperature cooling water is connected to the peripheral portion of the lower electrode through the channel 3.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 웨이퍼 상면을 식각하면서, 웨이퍼의 하면을 냉각하는 방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 중앙부와 주변부의 냉각온도를 다르게 설정하여, 웨이퍼의 상면 식각률이 균일해지도록 함을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a method for cooling the lower surface of the wafer while etching the upper surface of the wafer, wherein the cooling temperature of the center portion and the peripheral portion of the wafer is set differently so that the upper surface etching rate of the wafer is uniform. It is characterized by.
여기서, 상기 웨이퍼의 중앙부는 상대적으로 저온 냉각이 되도록 하고, 상기 웨이퍼의 주변부는 상대적으로 고온 냉각이 되도록 함이 바람직하다.Here, it is preferable that the center portion of the wafer is cooled at a relatively low temperature, and the peripheral portion of the wafer is relatively cooled at a high temperature.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법에 의하면, 웨이퍼 하면의 중앙부 및 그 주변부의 냉각 온도를 다르게 설정하여, 결국 웨이퍼 전체의 온도가 균일해지도록 함으로써, 웨이퍼 상면의 식각률이 동일해지도록 하는 장점이 있다.According to the multi-channel wafer cooling apparatus and the method according to the present invention as described above, by setting the cooling temperature of the central portion and the peripheral portion of the lower surface of the wafer differently, the temperature of the entire wafer is uniform, the etching rate of the upper surface of the wafer is There is an advantage to being identical.
더불어, 이러한 식각률의 균일성은 반도체 소자의 집적도가 클 수록, 웨이퍼가 대형화될수록 더욱 신뢰성 좋고, 수율이 좋은 웨이퍼를 제공하게 되는 장점이 있다.In addition, the uniformity of the etching rate has the advantage that the greater the degree of integration of the semiconductor device, the larger the size of the wafer, the more reliable, the yield is better to provide a wafer.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도4를 참조하면, 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치의 구성도가 도시되어 있다.4, a schematic diagram of a multi-channel wafer cooling apparatus according to the present invention is shown.
먼저, 웨이퍼(4)가 위치되어 하면은 냉각되고, 상면은 식각되는 챔버(2)가 구비되어 있다.First, the wafer 4 is located, the lower surface is cooled, and the upper surface is provided with a chamber 2 to be etched.
상기 챔버(2)의 내측 하부에는 하부 전극(6)이 위치되어 있으며, 이것에는상기 웨이퍼(4)의 하면이 고정되는 동시에, 상기 웨이퍼(4)의 하면을 냉각시킬 수 있도록 냉각수가 공급되는 다수의 냉각관(10)이 연결되어 있다.The lower electrode 6 is positioned at an inner lower portion of the chamber 2, and the lower surface of the wafer 4 is fixed, and a plurality of coolants are supplied to cool the lower surface of the wafer 4. Cooling tube 10 is connected.
상기 챔버(2)의 외측에는 상기 하부 전극(6)에 다중 채널(11,12,13)로 연결된 동시에, 각 채널(11,12,13)별로 서로 다른 온도의 냉각수를 공급할 수 있도록, 냉각수 공급 장치(14)가 설치되어 있다. 즉, 상기 냉각수 공급 장치(14)의 각 채널(11,12,13)은 각각의 냉각관(10)에 의해 상기 하부 전극(6)에 연결되어 있다.Cooling water is supplied to the outside of the chamber 2 so as to be connected to the lower electrode 6 by multiple channels 11, 12, 13, and to supply cooling water at different temperatures for each channel 11, 12, 13. The device 14 is installed. That is, each channel 11, 12, 13 of the cooling water supply device 14 is connected to the lower electrode 6 by a respective cooling tube 10.
상기 하부 전극(6)의 상부에는 상기 웨이퍼(4)를 상부에서 상기 하부 전극(6)에 밀착 및 고정시킬 수 있도록, 상부 접촉부(8)가 설치되어 있다.An upper contact portion 8 is provided on the lower electrode 6 so that the wafer 4 can be adhered to and fixed to the lower electrode 6 from the upper side.
상기 웨이퍼(4)의 상면에는 식각 개스를 분출함과 동시에 소정 전위차를 발생시킬 수 있도록 상부 전극(16)이 설치되어 있다.The upper electrode 16 is provided on the upper surface of the wafer 4 so as to eject the etching gas and generate a predetermined potential difference.
상기 챔버(2)의 외측에는 상기 상부 전극(16)에 연결되어 식각 개스를 공급하는 공정 개스 공급 장치(18)가 설치되어 있다.At the outside of the chamber 2, a process gas supply device 18 is connected to the upper electrode 16 to supply an etching gas.
여기서, 상기 냉각수 공급 장치(14)는 상대적으로 가장 저온의 냉각수가 채널1(11)을 통하여 하부 전극(6)의 중앙부에 공급되도록 냉각관(10)으로 연결되고, 상대적으로 중온의 냉각수가 채널2(12)를 통하여 하부 전극(6)의 중앙부 외곽에 공급되도록 냉각관(10)으로 연결되며, 상대적으로 고온의 냉각수가 채널3(13)을 통하여 하부 전극(6)의 주변부에 공급되도록 냉각관(10)으로 연결되어 있다.Here, the cooling water supply device 14 is connected to the cooling pipe 10 so that the coolest cooling water of the relatively low temperature is supplied to the center of the lower electrode 6 through the channel 1 (11), the relatively cool water cooling channel It is connected to the cooling pipe 10 to be supplied to the outer periphery of the central portion of the lower electrode 6 through 2 (12), the cooling so that relatively high temperature coolant is supplied to the periphery of the lower electrode 6 through the channel 3 It is connected to the tube (10).
예를 들면, 채널1(11)을 통하여 대략 10℃의 냉각수가 하부 전극(6)의 중앙부에 공급되도록 하고, 채널2(12)를 통하여 대략 20℃의 냉각수가 하부 전극(6)의 중앙부 외곽에 공급되도록 하고, 채널3(13)을 통하여 대략 30℃의 냉각수가 하부전극(6)의 주변부에 공급되도록 되어 있다.For example, the cooling water at approximately 10 ° C. is supplied to the center of the lower electrode 6 through the channel 1 11, and the cooling water at approximately 20 ° C. is provided at the center of the lower electrode 6 through the channel 2 12. The cooling water at approximately 30 ° C. is supplied to the periphery of the lower electrode 6 through the channel 3 (13).
따라서, 식각 공정에서 플라즈마에 의한 열이 웨이퍼(4)의 중앙부에 집중 전달되어 그 중앙부가 가장 뜨겁고, 웨이퍼(4)의 주변부에는 상대적으로 적게 전달되어 덜 뜨겁지만, 상술한 바와 같이 하부 전극(6)을 통해 웨이퍼(4)의 중앙부가 가장 낮은 온도로 냉각되고, 웨이퍼(4)의 주변부는 상대적으로 높은 온도로 냉각됨으로써, 결과적으로 웨이퍼(4)의 전체 냉각 온도는 균일해진다. 따라서, 웨이퍼(4) 상면 전체의 식각률이 균일해 지는 것이다.Accordingly, in the etching process, heat by the plasma is concentrated in the center of the wafer 4 so that the center thereof is the hottest and relatively little is transferred to the periphery of the wafer 4 so as to be less hot, but as described above, the lower electrode 6 ), The center of the wafer 4 is cooled to the lowest temperature, and the periphery of the wafer 4 is cooled to a relatively high temperature, resulting in a uniform cooling temperature of the wafer 4. Therefore, the etching rate of the entire upper surface of the wafer 4 becomes uniform.
실제로, 도5를 참조하면, 본 발명에 의한 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치를 이용한 웨이퍼의 식각력을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이 식각률의 차이를 나타내는 동고선의 갯수가 종래(도2 참조)에 비해 현저히 감소되었음을 볼 수 있으며, 이것은 웨이퍼의 중앙부나 주변부의 식각률이 거의 균일함을 의미한다.In fact, referring to FIG. 5, the etching force of the wafer using the multi-channel wafer cooling apparatus according to the present invention can be seen. As shown in the drawing, the number of ridges representing the difference in the etching rate is significantly reduced compared to the conventional method (see FIG. 2), which means that the etching rate of the center portion or the peripheral portion of the wafer is almost uniform.
다음으로, 본 발명에 의한 웨이퍼의 냉각 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.Next, the cooling method of the wafer by this invention is demonstrated briefly as follows.
웨이퍼 상면을 식각하면서, 웨이퍼의 하면을 냉각하는 방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 중앙부와 주변부의 냉각 온도를 다르게 설정하여, 웨이퍼의 상면 식각률이 균일해지도록 한다.In the method of cooling the lower surface of the wafer while etching the upper surface of the wafer, the cooling temperature of the central portion and the peripheral portion of the wafer is set differently so that the upper surface etching rate of the wafer becomes uniform.
예를 들면, 웨이퍼의 중앙부는 상대적으로 저온 냉각이 되도록 하고, 상기 웨이퍼의 주변부는 상대적으로 고온 냉각이 되도록 한다.For example, the center portion of the wafer allows for relatively low temperature cooling and the periphery of the wafer allows for relatively high temperature cooling.
더욱 구체적으로, 웨이퍼의 중앙부는 10℃로 냉각하고, 그 중앙부의 외곽은 20℃로 냉각하며, 가장 주변부는 30℃로 냉각한다.More specifically, the center portion of the wafer is cooled to 10 ° C, the outer portion of the center portion is cooled to 20 ° C, and the outermost part is cooled to 30 ° C.
한편, 이때 상기 웨이퍼의 상면 중앙부에는 가장 고온의 열이 전달되고, 그 외곽으로 갈수록 저온의 열이 전달된다. 그렇치만, 상술한 바와 같이 중앙부가 가장 저온으로 냉각되고, 그 주변부로 갈수록 고온으로 냉각됨으로써, 결국 웨이퍼 전체의 온도는 균일해진다. 따라서, 웨이퍼 전체의 식각률도 균일해지는 것이다.Meanwhile, at this time, the highest temperature heat is transferred to the center of the upper surface of the wafer, and the lower temperature heat is transferred toward the outer portion. However, as described above, the central portion is cooled to the lowest temperature and cooled to a higher temperature toward its periphery, so that the temperature of the entire wafer becomes uniform. Therefore, the etching rate of the entire wafer is also uniform.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법은 웨이퍼 하면의 중앙부 및 그 주변부의 냉각 온도를 다르게 설정하여, 결국 웨이퍼 전체의 온도가 균일해지도록 함으로써, 웨이퍼 상면의 식각률이 동일해지도록 하는 효과가 있다.As described above, the multi-channel wafer cooling apparatus and the method according to the present invention set the cooling temperature of the central portion and the peripheral portion of the lower surface of the wafer differently, so that the temperature of the entire wafer becomes uniform, so that the etching rate of the upper surface of the wafer is the same. It has the effect of being terminated.
더불어, 이러한 식각률의 균일성은 반도체 소자의 집적도가 클 수록, 웨이퍼가 대형화될수록 더욱 신뢰성 좋고, 수율이 좋은 웨이퍼를 제공하게 되는 효과가 있다.In addition, the uniformity of the etching rate has the effect of providing a wafer having a higher reliability and a higher yield as the degree of integration of the semiconductor device increases and the size of the wafer increases.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 다중 채널 웨이퍼 냉각 장치 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the multi-channel wafer cooling apparatus and method thereof according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, as claimed in the following claims. Without departing from the gist of the present invention, anyone of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
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2002
- 2002-12-28 KR KR1020020085849A patent/KR20040059262A/en not_active Application Discontinuation
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