KR20070013100A - 반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤웨헤드의 냉각방법 - Google Patents

반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤웨헤드의 냉각방법 Download PDF

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Abstract

반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤워헤드의 냉각방법을 제공한다. 제공된 반도체소자 제조설비는 공정챔버와, 공정챔버의 하부에 마련되며 웨이퍼가 안착되는 히터블록과, 히터블록과 대향되도록 공정챔버의 상부에 소정 간격 이격위치되며 웨이퍼 상에 소정 공정가스를 공급하는 샤워헤드 및 샤워헤드에 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하여 샤워헤드의 온도를 조절하도록 하는 냉각장치가 구비되고, 이때의 냉각장치는 샤워헤드의 내부에 마련된 냉각유로와, 냉각유로로 냉각유체를 공급하는 칠러와, 냉각유로로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브 및 샤워헤드의 일측에 마련되어 샤워헤드의 온도를 측정하는 온도게이지로 구성된다. 따라서, 제공된 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법은 온도게이지에서 측정된 샤워헤드의 온도에 따라 유량조절밸브를 조절하여 냉각유체의 유량을 조절함으로써 샤워헤드의 온도를 일정상태로 유지시키게 된다.

Description

반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤웨헤드의 냉각방법{Semiconductor manufacturing equipment and cooling method of showerhead using the same}
도 1은 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비에 대해 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법을 도시한 블록도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 반도체소자 제조설비
110 : 공정챔버
120 : 샤워헤드
130 : 히터블록
200 : 냉각장치
210 : 칠러
215 : 냉각유체공급원
220 : 냉각유체공급라인
230 : 냉각유체배출라인
240 : 컨트롤러
250 : 유량조절밸브
260 : 온도게이지
270 : 냉각유로
본 발명은 반도체소자를 제조하기 위한 설비 및 이를 이용한 공정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체소자를 제조하기 위하여 고온의 분위기를 필요로 하는 공정챔버의 샤워헤드를 냉각하는 반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤워헤드의 냉각방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 공정을 선택적으로 반복 수행함으로써 적어도 하나 이상의 도전층, 반도체층, 부도체층 등을 적층하여 조합되게 하는 것으로 만들어진다.
이러한 반도체소자 제조공정 중 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 금속증착 등의 공정은 진공압 또는 고온의 분위기를 이루는 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하고 이들 공정가스를 플라즈마 상태로 변환하거나 다른 공정가스와 결합하도록 하여 웨이퍼 상에 원하는 반응이 이루어지도록 한다.
한편, 고온의 분위기를 이루는 공정챔버에는 이 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 샤워헤드가 마련되고, 공정챔버의 내부에는 이 공정챔버의 내부로 이송된 웨이퍼가 안착되고 이 안착된 웨이퍼를 소정 온도로 가열하는 히터블록이 마련된다.
여기서, 히터블록에는 이 히터블록을 샤워헤드쪽으로 승강시키는 승강유닛이 마련되며, 공정챔버의 내부에서는 이 승강유닛을 이용하여 웨이퍼가 안착된 히터블록을 샤워헤드쪽으로 상승시킴으로써 고온의 분위기로 형성하여 소정 공정을 수행하게 된다.
한편, 상기 공정의 과정에서 샤워헤드의 온도는 히터블록이 상승됨으로써 상승되며, 이 히터블록에 의해 상승된 샤워헤드의 온도를 하강시키기 위한 냉각장치가 마련된다.
이때의 냉각장치는 샤워헤드의 내부에 마련되어 냉각유체가 순환되는 냉각유로와 이 냉각유로로 냉각유체를 공급하는 외부의 칠러(Chiller) 및 이 칠러와 냉각유로를 연결하는 냉각유체공급라인과 냉각유체배출라인으로 구성된다.
하지만 종래의 반도체소자 제조설비는 샤워헤드와 히터블록의 간격에 따라 샤워헤드의 온도가 변화되는데, 종래의 냉각장치는 일정온도와 일정유량의 냉각유체를 일률적으로 샤워헤드로 공급한다. 따라서, 승강되는 히터블록의 위치에 따라 변하는 샤워헤드의 온도를 종래의 냉각장치는 대응하지 못하여 샤워헤드의 온도 편차가 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 샤워헤드의 온도변화에 따라 대처할 수 있는 반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤워헤드의 냉각방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제 1관점에 의하면, 공정챔버와, 공정챔버의 하부에 마련되며 웨이퍼가 안착되는 히터블록과, 히터블록과 대향되도록 공정챔버의 상부에 소정 간격 이격위치되며 웨이퍼 상에 소정 공정가스를 공급하는 샤워헤드 및 샤워헤드에 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하여 샤워헤드의 온도를 조절하도록 하는 냉각장치를 포함하는 반도체소자 제조설비를 제공한다.
여기서, 상기 냉각장치는 샤워헤드의 내부에 마련된 냉각유로와, 냉각유로로 냉각유체를 공급하는 칠러와, 냉각유로로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브 및 샤워헤드의 일측에 마련되어 샤워헤드의 온도를 측정하는 온도게이지를 포함한다.
이때, 상기 칠러는 냉각유체가 저장된 냉각유체공급원과, 냉각유체공급원과 냉각유로의 일측과 연결하여 냉각유체를 냉각유로로 공급하는 냉각유체공급라인 및 냉각유체공급원과 냉각유로의 타측과 연결하여 냉각유로에서 냉각유체공급원으로 냉각유체를 회수하는 냉각유체배출라인으로 구성된다. 그리고, 상기 유량조절밸브는 냉각유체공급라인 상에 마련되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 온도게이지는 써모커플게이지인 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제 2관점에 의하면, 소정 공정을 수행하기 위해 웨이퍼가 안착된 히터블록을 샤워헤드쪽으로 상승시킴과 아울러 샤워헤드로 냉각유체를 공급하는 단계와, 히터블록의 상승으로 인해 상승된 샤워헤드의 온도를 온도게이지에 의해 측정하는 단계와, 온도게이지에 의해 측정된 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값인지 판단하는 단계 및 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값이면 지속적으로 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법을 제공한다.
그리고, 제공된 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법에는 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값이 아니면 상기 냉각유체의 유량을 조절하여 샤워헤드의 온도를 조절하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비(100)에는 소정 공정이 수행되는 공정챔버(110)와 후술할 이 공정챔버(110) 내부의 샤워헤드(120)를 냉 각시키는 냉각장치(200)가 마련된다.
여기서, 공정챔버(110)에는 이 공정챔버(110)의 내부로 이송된 웨이퍼(W)가 안착되는 히터블록(130)이 마련되고, 이 히터블록(130)의 상부에는 히터블록(130)에 대향되도록 소정 간격 이격된 위치에 샤워헤드(120)가 마련된다. 그리고, 공정챔버(110)의 일측에는 히터블록(130)에 웨이퍼(W)를 안착시키기 위해 웨이퍼 이송장치(미도시)가 출입할 수 있도록 슬릿밸브도어(115)가 마련된다.
이때, 히터블록(130)에는 이 히터블록(130)에 안착된 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 다수의 히터(135)가 내장되고, 웨이퍼(W)를 히터블록(130)에 안착시키기 위한 리프트핀(140)이 관통되도록 마련된다. 그리고, 히터블록(130)의 하부에는 소정 공정을 수행하기 위하여 이 히터블록(130)을 샤웨헤드(120)쪽으로 승강시키는 승강유닛(150)이 마련된다.
그리고, 샤워헤드(120)에는 공정챔버(110)의 내부로 소정 공정가스를 공급하여 히터블록(130)에 안착된 웨이퍼(W) 상에 소정 반응을 일으키게 하는 공정가스유로(125)가 형성된다.
한편, 냉각장치(200)는 크게 샤워헤드(120)의 내부에 마련된 냉각유로(270)와, 샤워헤드(120)의 온도를 측정하는 온도게이지(260) 및 냉각유로(270)로 냉각유체를 공급하는 칠러(210)로 구성된다.
이때, 냉각유로(270)는 샤워헤드(120)의 내부에 마련되어 칠러(210)로부터 공급받은 냉각유체가 이 냉각유로(270)를 따라 유통됨으로써 샤워헤드(120)의 온도를 하강시키게 된다.
그리고, 온도게이지(260)는 냉각유로(270)와 같이 샤워헤드(120)의 내부 일측에 마련되어 샤워헤드(120)의 온도를 측정하는 역할을 한다. 이때의 온도게이지(260)는 두 개의 전극판의 전위차에 따라 온도를 측정할 수 있는 써모커플게이지일 수가 있다.
또한, 칠러(210)는 공정챔버(110)의 외부에 배치되며, 이 칠러(210)의 내부에는 냉각유체가 저장된 냉각유체공급원(215)과, 상술한 온도게이지(260)와 전기적으로 연결되어 이 온도게이지(260)에서 측정된 온도값을 전달받는 컨트롤러(240)가 마련된다.
여기서, 칠러(210)의 냉각유체공급원(215)과 샤워헤드(120)에 마련된 냉각유로(270)의 일측에는 냉각유체의 냉각유체공급라인(220)이 연결되고, 냉각유체공급원(215)과 냉각유로(170)의 타측에는 냉각유체배출라인(230)이 각각 연결된다. 이때의 냉각유체공급라인(220)과 냉각유체배출라인(230)은 냉각유체공급원(215)으로부터 냉각유로(270)로 냉각유체를 공급 또는 회수하는 통로역할을 한다.
그리고, 상술한 냉각유체공급라인(220) 상에는 이 냉각유체공급라인(220)을 통해 샤워헤드(120)의 냉각유로(270)로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절할 수 있도록 유량조절밸브(250)가 마련된다. 이때의 유량조절밸브(250)는 컨트롤러(240)와 전기적으로 연결되며, 온도게이지(260)로부터 샤워헤드(120)의 온도값을 전달받은 컨트롤러(240)는 유량조절밸브(250)를 제어하여 냉각유로(270)로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하게 되는 것이다. 여기서, 상술한 유량조절밸브(250)는 칠러(210)의 내부에 내장되는 것이 바람직하며, 유량조절밸브(250)는 냉각유체공급라인 (220) 상에 설치되는 플래퍼(미도시)의 회전에 따라 유체의 유량을 조절하는 스로틀밸브일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 소정 공정을 수행하기 위해서는 공정챔버(110)의 내부로 웨이퍼(W)를 이송하고, 이송된 웨이퍼(W)를 히터블록(130)의 상부로 안착시킨다. 이후, 웨이퍼(W)가 안착되면 공정챔버(110)에서는 히터블록(130)을 샤워헤드쪽(120)으로 승강유닛(150)을 이용하여 상승시키고, 샤웨헤드(120)의 공정가스유로(125)를 통해 이 공정챔버(110)의 내부로 소정의 공정가스를 공급하게 된다. 이때, 샤워헤드(120)는 냉각장치(200)의 냉각유체공급원(215)으로부터 공급된 냉각유체가 상시 공급되고 다시 냉각유체공급원(215)으로 배출되는 과정을 지속적으로 유지하여 샤워헤드(120)의 온도를 냉각시킨다(S10).
한편, 상기의 과정에서 승강유닛(150)의 작동에 의해 히터블록(130)이 샤워헤드(120)쪽으로 상승됨으로써 이 히터블록(130)의 위치에 따라 샤워헤드(120)의 온도는 변화하게 된다.
이때, 샤워헤드(120)의 온도변화에 따라 공정불량이 발생되는 것을 방지하기 위해 본 발명에서는 먼저 냉각장치(200)의 온도게이지(260)를 이용하여 이 샤워헤드(120)의 온도를 측정하는 과정을 수행한다(S20).
이후, 온도게이지(260)에서 측정된 샤워헤드(120)의 온도값은 컨트롤러(240)에 전달되며, 컨트롤러(240)는 측정된 샤워헤드(120)의 온도값이 미리 설정된 온도 값인지를 판단하게 된다(S30).
이때, 컨트롤러(240)에서 판단된 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값이면 반도체소자 제조설비는 소정의 공정을 지속적으로 수행하게 된다(S40).
그러나, 컨트롤러(240)에서 판단된 샤워헤드(120)의 온도값이 미리 설정된 온도값을 벗어나게 되면, 컨트롤러(240)는 유량조절밸브(250)를 조절하여 냉각유로(270)로 유통되는 냉각유체의 유량을 조절함으로써 샤워헤드(120의 온도를 설정된 온도값으로 조절하게 되는 것이다. 예를 들면, 승강유닛(150)에 의해 히터블록(130)이 샤워헤드(120)에 가까워지면 이 히터블록(130)으로 인해 샤워헤드(120)의 온도가 올라가게 되어 냉각유로(270)로 공급되는 냉각유체의 유량은 증가되어야 하고, 히터블록(130)이 샤워헤드(120)로부터 멀어지게 되면 샤워헤드(120)의 온도가 내려가게 되어 냉각유로(270)로 공급되는 냉각유체의 유량은 감소되어야 한다(S50).
한편, 본 발명은 도시된 도면을 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비 및 이를 이용한 샤워헤드의 냉각방법은 히터블록의 위치에 따라 변화되는 샤워헤드의 온도변 화를 냉각유체의 유량을 조절함으로써 샤워헤드의 온도를 설정된 온도로 유지시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 공정챔버;
    상기 공정챔버의 하부에 마련되며, 웨이퍼가 안착되는 히터블록;
    상기 히터블록과 대향되도록 상기 공정챔버의 상부에 소정 간격 이격위치되며, 상기 웨이퍼 상에 소정 공정가스를 공급하는 샤워헤드; 및
    상기 샤워헤드에 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하여 상기 샤워헤드의 온도를 조절하도록 하는 냉각장치를 포함하는 반도체소자 제조설비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 상기 샤워헤드의 내부에 마련된 냉각유로와, 상기 냉각유로로 냉각유체를 공급하는 칠러와, 상기 냉각유로로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브 및 상기 샤워헤드의 일측에 마련되어 상기 샤워헤드의 온도를 측정하는 온도게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조설비.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 칠러는 냉각유체가 저장된 냉각유체공급원과, 상기 냉각유체공급원과 상기 냉각유로의 일측과 연결하여 냉각유체를 상기 냉각유로로 공급하는 냉각유체 공급라인 및 상기 냉각유체공급원과 상기 냉각유로의 타측과 연결하여 냉각유로에서 상기 냉각유체공급원으로 냉각유체를 회수하는 냉각유체배출라인으로 구성하고,
    상기 유량조절밸브는 상기 냉각유체공급라인 상에 마련된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조설비.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 온도게이지는 써모커플게이지인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조설비.
  5. 소정 공정을 수행하기 위해 웨이퍼가 안착된 히터블록을 샤워헤드측으로 상승시킴과 아울러 상기 샤워헤드로 냉각유체를 공급하는 단계;
    상기 히터블록으로 인해 상승된 상기 샤워헤드의 온도를 온도게이지에 의해 측정하는 단계;
    상기 온도게이지에 의해 측정된 상기 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값인지 판단하는 단계;
    상기 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값이면 지속적으로 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 온도값이 미리 설정된 온도값이 아니면 상기 냉각유체의 유량을 조절하여 상기 샤워헤드의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조설비를 이용한 샤워헤드의 냉각방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013105730A1 (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 주식회사 유진테크 냉각 방식의 샤워헤드 및 이를 구비하는 기판 처리 장치
TWI499461B (zh) * 2010-07-29 2015-09-11 Hermes Epitek Corp 氣體噴頭

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