KR100325294B1

KR100325294B1 - 웨이퍼 가공기의 웨이퍼 온도 제어장치

Info

Publication number: KR100325294B1
Application number: KR1019990014244A
Authority: KR
Inventors: 김윤경
Original assignee: .
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2002-02-21
Also published as: KR20000066861A

Abstract

본 발명은 웨이퍼 스테이지의 상부면에 웨이퍼의 온도를 직접적으로 검출하기 위함과 함께 상기 검출된 온도값에 따라 웨이퍼의 온도를 직접적으로 제어하도록 구성하여 웨이퍼의 정확한 온도 검출에 의한 온도 제어가 신속하고 정밀하게 이루어지도록 함에 따라 신뢰성이 확보되도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 웨이퍼(2)를 지지할 수 있도록 웨이퍼 스테이지(3)의 상부면에 보호막(5)이 표면처리된 웨이퍼 가공기에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지(3)와 보호막(5) 사이의 상부에 위치되어 웨이퍼(2)의 온도를 직접적으로 검출하기 위한 박막상태의 온도검출센서(101)와, 기기의 모든 동작을 제어하는 콘트롤러를 구성하면서 상기 온도검출센서에 의해 검출된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교하는 비교부(102)와, 상기 웨이퍼 스테이지(3)와 보호막(5) 사이의 하부에 위치되어 콘트롤러의 제어에 따라 펠티어효과에 의해 웨이퍼(2)의 온도를 제어하는 온도제어수단으로 구성하여서 된 웨이퍼 가공기의 웨이퍼 온도 제어장치이다.

Description

웨이퍼 가공기의 웨이퍼 온도 제어장치{control device wafer temperature of wafer processing machinery}

본 발명은 반도체 제조장치 중에서 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공기 분야에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 가공기에 의해 웨이퍼가 가공되는 과정에서 상기 웨이퍼의 온도를 적정온도로 유지시켜 주는 웨이퍼 가공기용 웨이퍼 온도 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조에 있어서 웨이퍼 가공기는 반도체 제조에 사용되는 웨이퍼의 표면을 식각하는 용도로 사용되는 반도체 제조장비의 일종으로, 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.

챔버(1)와, 상기 챔버 내의 하부에 구비되어 웨이퍼(2)를 지지할 수 있도록 하면서 고주파 전원 전극으로 이용되는 웨이퍼 스테이지(3)와, 상기 챔버(1) 내의 상부에 구비되어 고주파 전원 전극으로 이용되는 상부 일렉트로드(4)와, 상기 웨이퍼(2)가 지지되는 면인 웨이퍼 스테이지(3)의 상부면에 표면처리되어 웨이퍼 스테이지를 보호하는 보호막(5)으로 크게 구성되어 있다.

따라서, 챔버(1) 내의 하부에 구비되어 있는 웨이퍼 스테이지(3) 위로 가공하고자 하는 웨이퍼(2)를 올려 지지시킨 다음 고주파 전류 공급장치(도시는 생략함)에 의해 발생된 고주파 전류를 하부 적극 역할을 하는 상기 웨이퍼 스테이지(3)로 공급함과 함께 챔버(1) 내의 상부에 구비되어 상부 전극 역할을 하는 상부 일렉트로드(4)로 공급하면 이 고주파에 의해 챔버(1) 내에서 플라즈마(plasma)가 생성되는데, 이때 상기 웨이퍼 스테이지(3) 위로 올려져 있는 웨이퍼(2)는 적절한 공정조건에 의하여 생성된 상기 플라즈마에 노출되므로 결국 표면이 식각되는 가공이 일어나게 된다.

한편 플라즈마에 의해 웨이퍼(2)의 표면이 식각될 때 웨이퍼 스테이지(3)가 상기 플라즈마로 인하여 손상될 수도 있지만 상기 웨이퍼 스테이지의 웨이퍼(2) 지지면인 상부면에는 보호막(5)이 표면처리되어 있음에 따라 실제로 웨이퍼 스테이지(3)가 플라즈마로 인하여 손상되는 문제는 없게된다.

이와같은 웨이퍼 가공기에 의해 웨이퍼(2)가 가공될 때는 상기 웨이퍼의 온도가 상승하게 되므로 이 과정에서 웨이퍼(2)의 온도가 변화하게 되고, 상기 웨이퍼의 온도가 변화하게 되면 웨이퍼상에 나타나는 가공의 상태도 같이 변화하게 된다.

따라서 웨이퍼(2)의 가공시 가공조건의 변화는 매우 민감하게 일어나므로 이에따른 균일성의 변화 및 가공속도의 변화는 결정적인 요소로 작용함에 따라 상기 웨이퍼의 가공과정중에 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하는 기술을 필요로 하고 있고, 이로인해 웨이퍼 가공기를 구성하는 웨이퍼 스테이지(3)에는 공정중 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위한 웨이퍼 온도 제어장치를 갖추고 있다.

그럼 먼저 공정중 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위한 종래 웨이퍼 온도 제어장치에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

종래의 웨이퍼 온도 제어장치는 웨이퍼 스테이지(3)에 구비되어 웨이퍼 스테이지의 온도를 감지하는 온도센서(11)와, 기기의 전체적인 동작을 제어하는 콘트롤러를 구성하면서 상기 온도센서(11)에 의해 감지된 온도값과 기 입력되어 있는 기준 온도값을 비교하는 비교부(12)와, 별도로 구비되어 비교부에 의한 온도 비교값에 따라 선택적으로 동작하면서 냉매를 공급하는 냉매공급기(13)와, 상기 웨이퍼 스테이지(3) 내에 구비되어 냉매공급기(13)에 의해 공급된 냉매가 순환되는 유로인 냉매유로(14)로 구성된다.

이와같은 구성의 종래 장치는, 챔버(1) 내의 웨이퍼 스테이지(3) 위로 웨이퍼(2)가 올려진 상태에서는 실제로 상기 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(3)의 상부면에 지지되어 있게 되는데, 상기 웨이퍼 스테이지의 상부면에는 보호막(5)이 표면처리되어 있음에 따라 웨이퍼(2)는 상기 보호막(5)에 접촉된 상태로 있게된다.

이와같이 웨이퍼(2)가 하부 일렉트로드(3)를 구성하는 웨이퍼 스테이지(3)에 올려져 있는 상태에서 상기 웨이퍼(2)가 플라즈마에 의해 가공될 때 웨이퍼는 온도가 상승하게 되므로 결국 웨이퍼 스테이지(3)의 온도도 상승되는데, 이때 상기 웨이퍼 스테이지에 구비되어 있는 온도센서(11)가 웨이퍼 스테이지(3)의 온도를 감지하여 이 감지값을 기기의 모든 동작을 제어하는 콘트롤러로 보내준다.

상기 콘트롤러로 온도센서(11)에 의해 감지된 온도값이 보내지면, 상기 콘트롤러를 구성하는 비교부(12)는 이 감지된 온도값과 기 입력되어 있는 기준 온도값을 비교하는데, 이때 감지된 온도값이 기준 온도값 이상일 경우에는 웨이퍼(2)의 온도가 플라즈마의 영향을 받아 적정온도 이상으로 상승하였다고 판단하여 상기 콘트롤러의 제어에 의해 별도로 구비된 냉매공급기(13)를 작동시켜 주고, 상기 냉매공급기의 작동에 따라 공급된 냉매는 웨이퍼 스테이지(3) 내에 구비되어 있는 냉매유로(14)를 따라 순환하게 되므로 상기 웨이퍼 스테이지(3)의 온도가 떨어짐에 따라 결국 웨이퍼(2)의 온도도 떨어지게 되어 웨이퍼가 적정온도를 유지하게 된다.

또한 콘트롤러의 비교부(12)에 의해 감지된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교한 상태에서 상기 감지된 온도값이 기준 온도값 이하였을 경우에는 웨이퍼(2)의 온도가 적정온도 이하로 하강하였다고 판단하여 상기 콘트롤러의 제어에 의해 별도로 구비된 냉매공급기(13)의 작동을 정지시켜 냉매의 공급을 중단시키고, 이 경우에는 웨이퍼 스테이지(3)에 구비된 냉매유로(14)를 통한 냉매공급이 이루어지지 않으므로 상기 웨이퍼 스테이지(3)의 온도가 올라감에 따라 결국 웨이퍼(2)의 온도도 올라가게되어 웨이퍼가 적정온도를 유지하게 된다.

그러나 종래 이와같은 웨이퍼 스테이지의 웨이퍼 온도 조절장치는 웨이퍼의 온도 감지 및 감지된 온도에 따른 적정온도로의 조절이 웨이퍼 스테이지를 통해 간접적으로 이루어지는 구조이므로 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 웨이퍼의 온도와 웨이퍼 스테이지의 온도가 큰 차이를 보이고 있음을 감안할 때 제어 대상인 웨이퍼의 온도를 정확하게 알아내지 못하므로 웨이퍼의 온도 제어가 신속하게 행하여지지 못함에 따라 신뢰성이 떨어지는 원천적인 문제가 있다.

둘째, 상기한 첫째 문제를 해결하고자 별도의 장치에 의해 웨이퍼 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지에 지지된 웨이퍼 사이로 헬륨가스를 채우거나 흐르도록 하고 있는데, 이 경우에는 그만큼 제작비용이 증가됨은 물론 헬륨가스라는 중간단계를 하나 더 거치는 관계로 인하여 온도 제어가 더욱 정밀하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 웨이퍼 스테이지의 상부면에 웨이퍼의 온도를 직접적으로 검출하기 위함과 함께 상기 검출된 온도값에 따라 웨이퍼의 온도를 직접적으로 제어하는 구조를 추가하여 웨이퍼의 정확한 온도 검출에 의한 온도 제어가 신속하고 정밀하게 이루어지도록 함에 따라 신뢰성이 확보되도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 형태에 따르면, 웨이퍼를 지지할 수 있도록 웨이퍼 스테이지의 상부면에 보호막이 표면처리된 웨이퍼 가공기에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지와 보호막 사이의 상부에 위치되어 웨이퍼의 온도를 직접적으로 검출하기 위한 박막상태의 온도검출센서와, 기기의 모든 동작을 제어하는 콘트롤러를 구성하면서 상기 온도검출센서에 의해 검출된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교하는 비교부와, 상기 웨이퍼 스테이지와 보호막 사이의 하부에 위치되어 콘트롤러의 제어에 따라 펠티어효과에 의해 웨이퍼의 온도를 제어하는 온도제어수단으로 구성하여서 된 웨이퍼 가공기의 웨이퍼 온도 제어장치가 제공된다.

도 1은 웨이퍼 가공기를 전체적으로 나타낸 개략구성도

도 2는 종래 웨이퍼 온도 제어장치를 갖는 웨이퍼 가공기의 요부 종단면도

도 3은 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 갖는 웨이퍼 가공기의 요부 종단면도

도 4는 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 갖는 웨이퍼 가공기의 요부 횡단면도

도 5는 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 구성하는 온도검출수단을 확대하여 나타낸 종단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2. 웨이퍼 3. 웨이퍼 스테이지

5. 보호막 101. 온도검출센서

102. 비교부

104. 열전반도체 105. 접촉층

이하 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 3은 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 갖는 웨이퍼 가공기의 요부 종단면도이고, 도 4는 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 갖는 웨이퍼 가공기의 요부 횡단면도이며, 도 5는 본 발명 웨이퍼 온도 제어장치를 구성하는 온도검출수단을 확대하여 나타낸 종단면도로서, 본 발명은 웨이퍼(2)를 지지할 수 있도록 웨이퍼스테이지(3)의 상부면에 보호막(5)이 표면처리된 웨이퍼 가공기에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지(3)와 보호막(5) 사이의 상부에 위치되도록 박판상태의 온도검출센서(101)를 설치하여 웨이퍼(2)의 온도를 상기 온도검출센서(101)가 검지하도록 하고, 기기의 전체적인 동작을 콘트롤하는 콘트롤러에는 상기 온도검출센서(101)에 의해 검출된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교하도록 비교부(102)를 구비하며, 상기 웨이퍼 스테이지(3)와 보호막(5) 사이의 하부에 위치되도록 온도제어수단을 설치하여 상기 온도제어수단이 콘트롤러의 제어에 따라 펠티어효과를 내면서 웨이퍼(2)의 온도를 제어하도록 한 구조이다.

상기에서 온도제어수단은 공급되는 전류량에 따라 흡열하거나 발열하는 열전반도체(thermoelectric semiconductor)(104)와, 상기 열전반도체의 상부면에 도포되어 열전반도체(104)를 보호하는 접촉층(105)으로 구성되어 있다.

이와같은 구성의 본 발명 장치는, 챔버(1) 내의 웨이퍼 스테이지(3) 위로 웨이퍼(2)가 올려진 상태에서 상기 웨이퍼(2)가 플라즈마에 의해 가공될 때 웨이퍼의 온도는 상승하게 되는데, 이때 상기 웨이퍼 스테이지(3)와 보호막(5) 사이의 상부에 위치되도록 박판상태의 온도검출센서(101)가 설치되어 있음에 따라 상기 웨이퍼(2)의 온도를 온도검출센서(101)가 직접 감지하여 이 감지값을 기기의 모든 동작을 제어하는 콘트롤러로 보내준다.

상기 콘트롤러로 온도검출센서(101)에 의해 감지된 온도값이 보내지면, 상기 콘트롤러를 구성하는 비교부(102)는 이 감지된 온도값과 기 입력되어 있는 기준 온도값을 비교하는데, 이때 감지된 온도값이 기준 온도값 이상일 경우에는 웨이퍼(2)의 온도가 플라즈마의 영향을 받아 적정온도 이상으로 상승하였다고 판단하여 상기 콘트롤러의 제어에 의해 온도제어수단을 구성하는 열전반도체로의 전류공급량이 그만큼 감소되고, 이에따라 상기 열전반도체(thermoelectric semiconductor)(104)가 공급되는 전류량에 비례된 만큼 주위의 열을 흡열하므로 결국 웨이퍼(2)의 온도도 떨어지게 되어 웨이퍼가 적정온도를 유지하게 된다.

또한 콘트롤러의 비교부(102)에 의해 감지된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교한 상태에서 상기 감지된 온도값이 기준 온도값 이하였을 경우에는 웨이퍼(2)의 온도가 적정온도 이하로 하강하였다고 판단하여 상기 콘트롤러의 제어에 의해 온도제어수단을 구성하는 열전반도체로의 전류공급량이 그만큼 증가되고, 이에따라 상기 열전반도체(thermoelectric semiconductor)(104)가 공급되는 전류량에 비례된 만큼의 열을 발열하므로 결국 웨이퍼(2)의 온도도 올라가게되어 웨이퍼가 적정온도를 유지하게 된다.

상기에서 온도제어수단을 구성하는 열전반도체(104)의 상부면에는 접촉층(105)이 도포되어 있는데, 이는 상기 접촉층이 열전반도체(104)를 외부적인 조건으로 부터 보호하도록 하기 위함에 있다.

그러므로 본 발명은 웨이퍼의 온도 감지가 직접적으로 이루어 짐은 물론 감지된 온도에 따른 적정온도로의 조절이 웨이퍼에 직접적으로 이루어지는 구조이므로 제어 대상인 웨이퍼의 온도를 정확하게 알아낼 수 있어 웨이퍼의 온도 제어가 신속하고 정밀하게 행하여짐에 따라 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

웨이퍼를 지지할 수 있도록 웨이퍼 스테이지의 상부면에 보호막이 표면처리된 웨이퍼 가공기에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지와 보호막 사이의 상부에 위치되어 웨이퍼의 온도를 직접적으로 검출하기 위한 박막상태의 온도검출센서와,

기기의 모든 동작을 제어하는 콘트롤러를 구성하면서 상기 온도검출센서에 의해 검출된 온도값과 기 입력된 기준 온도값을 비교하는 비교부와,

상기 웨이퍼 스테이지와 보호막 사이의 하부에 위치하며 공급되는 전류의 방향에 따라 발열 또는 흡열을 행하는 열전반도체와,

상기 열전반도체의 상부면에 보호를 위해 도포되는 접촉층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 가공기의 웨이퍼 온도 제어장치.