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KR20020073937A - 온도 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

온도 제어 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR20020073937A
KR20020073937A KR1020010013899A KR20010013899A KR20020073937A KR 20020073937 A KR20020073937 A KR 20020073937A KR 1020010013899 A KR1020010013899 A KR 1020010013899A KR 20010013899 A KR20010013899 A KR 20010013899A KR 20020073937 A KR20020073937 A KR 20020073937A
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KR
South Korea
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temperature
electrode
chamber
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coolant
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KR1020010013899A
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Inventor
김희준
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삼성전자 주식회사
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Abstract

공정 조건별로 시간에 대한 전극의 실제 온도 변화율, 즉 공정이 진행되는 챔버 안의 시간에 대한 온도 변화율을 미리 계산하여 공정의 진행과 동시에 온도 및 공급량이 결정된 냉각액을 전극에 공급함으로써, 전극의 실제 온도와 공정 설정 온도 사이의 차이를 줄일 수 있는 온도 제어 방법 및 그 장치에 관해 개시한다.

Description

온도 제어 방법 및 그 장치{Method of controlling temperature and apparatus thereof}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 특히 시간에 대한 온도의 변화율을 사전에 예측하여 온도를 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 소정의 막을 증착하거나 식각하고자 할 때 플라즈마를 이용한다. 예를 들면, 반도체 기판에 미세한 패턴을 형성하기 위해서, 이방성 식각 특성이 좋고 반도체 기판을 오염시키지 않는 플라즈마 식각 방법을 이용한다. 플라즈마를 이용한 식각 공정을 진행하는 경우, 반응 챔버 안의 온도, 압력 및 반응 가스의 유입 속도 등과 같은 여러가지 공정 조건을 정확히 제어해야만 원하는 배선의 선폭을 얻을 수 있다. 특히, 가장 중요한 공정 조건이 온도이다. 실제로 플라즈마를 이용한 식각 공정을 진행 시 공정이 진행됨에 따라 반응 챔버 안의 온도가 상승한다. 그런데, 플라즈마를 이용한 식각 공정 중에 웨이퍼의 표면 온도를 공정에 적합한 소정의 온도, 즉 설정 온도로 제어하지 못하면, 배선의 미세 선폭 패턴을 일정하게 유지할 수 없다. 따라서, 반도체 소자 생산의 수율이 떨어진다.
상기와 같은 문제는 플라즈마를 이용하는 증착 공정의 경우에도 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 플라즈마를 이용하는 증착/식각 장치에는 웨이퍼를 올려놓는 전극의 온도를 일정하게 제어하기 위한 냉각기(chiller)가 사용되고 있다. 냉각기에는 냉각액 탱크 및 탱크의 온도를 결정하는 온도 제어 장치가 내장되어 있다. 식각 공정 중 전극의 온도가 상승하면 전극에 부착된 센서에 의해 전극의 온도가 감지되고, 온도 제어 장치에 상승된 전극의 온도가 전달된다. 온도 제어 장치에서는 전극의 온도 변화로부터 전극이 받은 열량을 계산하여, 전극의 상승 온도를 공정 설정 온도로 낮출 수 있도록 냉각액 탱크의 온도 및 냉각액의 공급량을 결정한다. 온도 및 공급량이 결정된 냉각액이 전극과 연결된 냉각 호스(brain line)를 통해 전극에 공급되어 전극의 온도를 낮춤으로써, 전극의 온도를 공정 설정 온도로 일정하게 유지시킨다. 전극 온도의 상승폭이 미세하고 냉각액의 온도를 미세하게 결정하기 어려운 경우에는 공급량을 조절하고, 공급량의 한계가 있는 경우에는 온도 변화의 폭을 조절하는 등, 빠른 시간 내에 전극의 온도를 낮출 수 있도록 냉각액의 온도 및 공급량을 결정한다.
하지만, 종래의 온도 제어 장치는 전극의 온도가 상승한 뒤에 그 상승폭에맞추어 냉각액의 온도 및 공급량을 결정하고 냉각을 시작하는데, 센서에 의해 감지된 상승 온도가 제어 장치에 전달되고 냉각액이 공급되는 동안에도 실제로 전극의 온도 즉, 반응 챔버 안의 온도는 계속 상승한다. 즉, 전극 온도의 상승과 냉각 사이의 시간 차로 인해 전극의 온도를 공정 설정 온도로 제어하기가 쉽지 않다. 따라서, 공정 설정 온도 즉, 전극에 설정된 온도와 공정 진행 중 전극의 실제 온도 사이에는 많은 차이가 생긴다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극의 실제 온도 변화율을 미리 계산하여 공정 진행 시간에 따른 냉각액의 온도 및 공급량을 미리 결정하여 전극에 냉각액을 공급함으로써 전극의 실제 온도와 공정 설정 온도의 차이를 최소화할 수 있는 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전극의 실제 온도 변화율을 미리 계산하여 공정 진행 시간에 따른 냉각액의 온도 및 공급량을 미리 결정하여 전극에 냉각액을 공급함으로써, 전극의 실제 온도와 공정 설정 온도의 차이를 최소화할 수 있는 온도 제어 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 온도 제어 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 온도 제어 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제조 공정이 행해지는 챔버 안의 공정 조건이 입력되는 입력부, 시간에 대한 챔버 안의 온도 변화율이 공정 조건별로 분류되어 저장된 데이타 저장부 및 입력된 공정 조건을 데이타 저장부의 공정 조건과 비교하여 입력된 공정 조건에 부합되는 데이타 저장부의 시간에 대한 온도 변화율에 따라 냉각액의 온도 및/또는 공급량을 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 냉각액이 포함된 냉각기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제조 공정이 행해지는 챔버 안의 공정 조건을 설정하는 단계, 공정 조건을 입력하는 단계, 입력된 공정 조건을 저장된 공정 조건과 비교하여, 입력된 공정 조건에 부합되는 시간에 대한 온도 변화율을 찾아내는 단계 및 부합되는 시간에 대한 온도 변화율에 따라 냉각액의 온도 및/또는 공급량을 결정하는 단계로 이루어진다.
상기 냉각액을 상기 결정된 온도 및/또는 공급량에 따라 상기 챔버로 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명의 개시가 완전해지도록 하며, 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 구성 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명에 의한 온도 제어 장치를 모식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 온도 제어 장치는 입력부(12), 데이타 저장부(14), 제어부(16) 및 냉각기(18)로 구성된다. 입력부(12)에서는 진행하려는 식각/증착 공정 조건, 즉 식각/증착 공정이 행해지는 챔버(미도시) 안의 온도, 압력 및 반응 가스의 유입 속도등이 입력된다. 데이타 저장부(14)에는 식각/증착 공정 조건을 변화시키면서 측정한, 시간에 대한 웨이퍼가 놓여지는 전극의 온도 변화율이 저장되어 있다. 전극의 온도 변화율은 챔버 내의 온도 변화율을 의미한다. 제어부(16)에서는 입력된 공정 조건을 데이타 저장부(14)의 공정 조건과 비교하여, 입력된 공정 조건에 부합되는 데이타 저장부(14)의 시간에 대한 온도 변화율 데이타를 찾아낸다. 다음, 부합되는 데이타를 찾아내어 공정 진행 중 전극의 온도를 공정 설정 온도로 유지시키도록, 공정 진행 시간에 따른 냉각액의 온도 및 공급량을 결정한다. 공정이 시작되면 냉각기(18)에서는 제어부(16)에 의해 결정된 냉각액을 전극(미도시)에 공급하기 시작한다.
도 2는 본 발명에 의한 온도 제어 방법 순서를 나타내는 흐름도이다.
단계 Ⅰ(20)에서, 먼저 식각 공정 조건을 변화시키면서 측정한, 시간에 대한 전극의 온도 변화율을 수백개 이상 데이타 저장부(14)에 저장한다. 단계 Ⅱ(22)에서, 새로이 진행하려는 식각/증착 공정 조건을 입력부(12)에 입력한다. 단계 Ⅲ(24)에서, 제어부(16)는 저장된 데이타 중에서 입력된 공정 조건과 부합되는 시간에 대한 온도 변화율 데이타를 데이타 저장부(14)에서 찾아낸다. 단계 Ⅳ(26)에서, 전극의 온도, 즉 챔버 안의 온도를 공정 설정 온도로 일정하게 유지하도록 냉각기(18)에 포함된 냉각액의 온도 및 공급량을 결정한다. 단계 Ⅴ(28)에서, 공정이 시작되면 냉각액이 냉각 호스를 통해 전극에 공급된다. 즉, 전극의 온도가 상승한 뒤에 냉각을 시작하는 종래의 온도 제어 방법과 달리 본 발명에서는 식각/증착 공정의 진행과 동시에 냉각을 시작한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 조건별로 시간에 대한 전극의 실제 온도 변화율을 미리 계산하여 공정의 진행과 동시에 온도 및 공급량이 결정된 냉각액을 전극에 공급함으로써, 전극의 실제 온도와 공정 설정 온도 사이의 차이를 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 제조 공정이 행해지는 챔버 안의 공정 조건이 입력되는 입력부;
    시간에 대한 상기 챔버 안의 온도 변화율이 공정 조건별로 분류되어 저장된 데이타 저장부; 및
    상기 입력된 공정 조건을 상기 데이타 저장부의 공정 조건과 비교하여 부합되는 상기 데이타 저장부의 시간에 대한 온도 변화율에 따라 냉각액의 온도 및/또는 공급량을 결정하는 제어부를 포함하는 온도 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 챔버 안에서 행해지는 공정은 식각 공정인 온도 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 챔버 안에서 행해지는 공정은 증착 공정인 온도 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 냉각액이 포함된 냉각기를 더 구비하는 온도 제어 장치.
  5. 제조 공정이 행해지는 챔버 안의 공정 조건을 설정하는 단계;
    상기 공정 조건을 입력하는 단계;
    상기 입력된 공정 조건을 저장된 공정 조건과 비교하여, 입력된 공정 조건에부합되는 시간에 대한 온도 변화율을 찾아내는 단계; 및
    상기 부합되는 시간에 대한 온도 변화율에 따라 냉각액의 온도 및/또는 공급량을 결정하는 단계를 포함하는 온도 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 챔버 안에서 행해지는 공정은 식각 공정인 온도 제어 방법.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 챔버 안에서 행해지는 공정은 증착 공정인 온도 제어 방법.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 냉각액을 상기 결정된 온도 및/또는 공급량에 따라 상기 챔버로 공급하는 단계를 더 포함하는 온도 제어 방법.
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