KR20050062695A - Temperature controller and etching apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
온도 컨트롤러는 냉매가 저장된 하나의 냉매조를 포함한다. 하나의 냉각 라인의 일단이 냉매조에 연결된다. 냉각 라인의 타단은 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인으로 분기된다. 제 1 분기 라인은 피냉각체의 외곽부에 연결된다. 제 2 분기 라인은 피냉각체의 중간부에 연결된다. 제 3 분기 라인은 피냉각체의 중앙부에 연결된다. 피냉각체를 향하는 제 1 내지 제 3 분기 라인의 입구 각각에 냉매 유량을 제어하는 제 1 내지 제 3 밸브가 설치된다. 피냉각체로부터 나오는 제 1 내지 제 3 분기 라인의 출구 각각에 제 1 내지 제 3 온도 센서가 설치된다. 제어부가 제 1 내지 제 3 온도 센서로부터 감지된 각 냉매들의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브의 개도각을 조절한다. The temperature controller includes one refrigerant tank in which refrigerant is stored. One end of one cooling line is connected to the refrigerant tank. The other end of the cooling line branches into three first to third branch lines. The first branch line is connected to the outer portion of the object to be cooled. The second branch line is connected to the intermediate portion of the object to be cooled. The third branch line is connected to the central portion of the object to be cooled. At each inlet of the first to third branch lines facing the object to be cooled, first to third valves for controlling the flow rate of the refrigerant are provided. First to third temperature sensors are provided at the outlets of the first to third branch lines from the cooled object. The controller adjusts the opening angles of the first to third valves according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors.
Description
본 발명은 온도 컨트롤러 및 이를 갖는 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼가 안치되는 스테이지의 온도를 조절하는 컨트롤러와, 이러한 온도 컨트롤러를 이용해서 스테이지 상에 안치된 웨이퍼 표면을 균일한 두께로 식각하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature controller and an etching apparatus having the same, and more particularly, to a controller for adjusting a temperature of a stage on which a wafer is placed, and to etching a surface of a wafer deposited on a stage using such a temperature controller with a uniform thickness. It relates to a device to.
반도체 장치는 반도체 기판 상에 여러 층의 반도체, 도체, 부도체 물질 등을 적층하고, 이러한 적층막을 패터닝하여 제조된다. 패터닝 공정은 감광성 물질인 반도체 기판 상의 하층막에 도포된 포토레지스트를 마스크를 이용하여 노광 및 현상함으로써 포토레지스트 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정과, 포토레지스트 패턴에 따라 하층막을 식각하는 공정을 포함한다. 이와 같이, 반도체 제조 공정에서 식각 공정은 가장 빈번하게 실시되는 공정 중의 하나이다. 식각 공정에서 대상 물질을 원하는 형태로 제거하기 위해, 여러 가지 식각 기술이 개방되고 또한 다향한 식각 장비가 운용되고 있다.A semiconductor device is manufactured by stacking several layers of semiconductors, conductors, non-conductive materials, and the like on a semiconductor substrate, and patterning the laminated film. The patterning process includes a photolithography step of forming a photoresist pattern by exposing and developing a photoresist applied to a lower layer film on a semiconductor substrate, which is a photosensitive material, using a mask, and etching the lower layer film according to the photoresist pattern. As such, the etching process is one of the most frequently performed processes in the semiconductor manufacturing process. In order to remove the desired material in the etching process, various etching techniques are open and various etching equipments are operated.
식각 방식은 크게 등방성 식각과 비등방성 식각으로 구분할 수 있다. 등방성 식각은 특정 방향을 따라 식각이 이루어지는 방식이다. 기본적으로 화학적인 성격만을 가지는 반응에 의한 식각은 등방성 식각이 되고, 습식 식각과 배럴 플라즈마 식각이 등방성 식각에 속한다. 비등방성 식각으로는 반응성 이온 식각(reactive ion etching)이 대표적이다. 반응성 이온 식각에서는 반응 가스가 공정 챔버에서 이온화되고 전기적으로 가속되어, 주로 전계 방향을 따라 식각을 하게 된다. 건식 식각에서는 대개 반응 가스에 활성을 주기 위해 플라즈마를 형성하게 되는데, 플라즈마를 형성하기 위한 방법으로 주로 사용하는 것이 고주파 전계를 반응 가스에 인가하는 방법이다.Etching methods can be roughly divided into isotropic etching and anisotropic etching. Isotropic etching is a method in which etching is performed along a specific direction. Basically, the etching by the reaction having only chemical properties becomes isotropic etching, and wet etching and barrel plasma etching belong to isotropic etching. Reactive ion etching is typical for anisotropic etching. In reactive ion etching, the reactant gases are ionized and electrically accelerated in the process chamber to etch mainly along the electric field. In dry etching, plasma is usually formed to activate a reaction gas. A method of forming plasma is a method of applying a high frequency electric field to the reaction gas.
플라즈마를 형성하는 방법은 다음과 같다. 플라즈마 챔버 내의 상하부 전극 사이에 전압을 걸어 전계를 형성한다. 상하부 전극 사이의 공간으로 저압을 유지시키면서 반응 가스를 공급한다. 상하부 전극 사이에 인가되는 전압은 직류일 수도 있으나 대개 고주파 교류를 사용한다. 직류를 사용하게 되면, 전류의 흐름이 차단되어 전극 상에 절연물질을 덮어 사용할 수가 없게 된다. 따라서, 고주파 교류를 사용하게 되면, 전극 단부를 반드시 전도성 물질로 할 필요가 없다. 또한, 전계의 진동에 의해 상하부 전극 사이에 존재하는 전자들이 충분한 에너지를 얻을 수가 있게 되므로, 전자가 중성 원자와 충돌하여 보다 많은 하전입자를 생성할 수도 있게 된다. 상하부 전극 사이의 공간에서 생성된 전자는 중성가스와 충돌하여 분해 및 발광을 일으키게 되어 더 많은 이온과 전자를 발생시킨다. 양이온은 전계에 의해 가속되어 전극과 충돌할 때도 전자를 추가로 발생시킨다.The method of forming the plasma is as follows. A voltage is applied between the upper and lower electrodes in the plasma chamber to form an electric field. The reaction gas is supplied while maintaining a low pressure into the space between the upper and lower electrodes. The voltage applied between the upper and lower electrodes may be direct current, but high frequency alternating current is usually used. When the direct current is used, the flow of current is cut off and the insulating material is not covered on the electrode. Therefore, when high frequency alternating current is used, the electrode end does not necessarily have to be a conductive material. In addition, since the electrons existing between the upper and lower electrodes can obtain sufficient energy due to the vibration of the electric field, the electrons may collide with the neutral atoms to generate more charged particles. The electrons generated in the space between the upper and lower electrodes collide with the neutral gas to cause decomposition and light emission, thereby generating more ions and electrons. The cations are further accelerated by the electric field to generate electrons even when they collide with the electrodes.
한편, 플라즈마를 구성하는 하전입자가 증가하면, 다른 극성의 하전입자끼리 서로 충돌하게 됨으로써, 하전입자의 수가 줄어들게 된다. 에칭 공정 중에 발생되는 하전입자와 중성입자로 전환되는 하전입자의 수가 균형을 이루면, 플라즈마는 안정된 상태를 이루게 된다. 플라즈마의 안정된 상태는 대개 부분적으로 이온화된 입자와 중성 입자를 갖는 낮은 압력의 가스 상태이다.On the other hand, when the charged particles constituting the plasma increase, the charged particles having different polarities collide with each other, thereby reducing the number of charged particles. When the number of charged particles generated during the etching process and the charged particles converted into neutral particles is balanced, the plasma is in a stable state. The steady state of the plasma is usually a low pressure gas state with partially ionized and neutral particles.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조로, 종래의 플라즈마 식각 장치는 플라즈마를 형성하기 위한 반응 가스가 공급되는 식각 챔버(1)를 포함한다. 웨이퍼(W)가 안치되는 정전척(2:ElectroStatic Chuck:ESC)이 식각 챔버(1)의 저면에 배치된다. 정전척(2)의 하부에는 하부 전극(미도시)이 배치된다.1 is a cross-sectional view showing a conventional plasma etching apparatus. Referring to FIG. 1, a conventional plasma etching apparatus includes an etching chamber 1 to which a reactive gas for forming plasma is supplied. An electrostatic chuck (ESC) 2 on which the wafer W is placed is disposed on the bottom surface of the etching chamber 1. A lower electrode (not shown) is disposed below the electrostatic chuck 2.
반응 가스로 고주파 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극(3)이 식각 챔버(1)의 상부에 배치된다. 상부 전극(3)을 냉각시키기 위한 냉각판(8)이 상부 전극(3)의 상면에 설치된다. 반응 가스를 식각 챔버(1) 내로 제공하는 가스 확산링(7:gas diffusing ring)이 상부 전극(3)의 가장자리 하부에 배치된다.An upper electrode 3 for forming a plasma by applying a high frequency voltage to the reaction gas is disposed above the etching chamber 1. A cooling plate 8 for cooling the upper electrode 3 is provided on the upper surface of the upper electrode 3. A gas diffusing ring (7) which provides the reactant gas into the etching chamber 1 is disposed below the edge of the upper electrode 3.
상부 전극(3)으로 RF 파워를 인가하기 위한 RF 정합기(6)가 식각 챔버(1)의 상부에 배치된다. 즉, RF 정합기(6)는 상부 전극(3) 상에 배치된다. 식각 챔버(1)로 진공을 제공하기 위한 진공 펌프(5)가 식각 챔버(1)의 하부에 연결된다. 진공 센서(4)가 식각 챔버(1)의 측면에 부착된다.An RF matcher 6 for applying RF power to the upper electrode 3 is arranged on top of the etching chamber 1. That is, the RF matcher 6 is arranged on the upper electrode 3. A vacuum pump 5 for providing a vacuum to the etching chamber 1 is connected to the bottom of the etching chamber 1. The vacuum sensor 4 is attached to the side of the etching chamber 1.
한편, 웨이퍼(W)는 식각 공정 중에 고온으로 가열되므로, 웨이퍼(W)를 냉각시켜 웨이퍼(W)의 온도를 적절하게 조절하는 것이 요구된다. 이를 위해서, 스테이지(2)에는 온도 컨트롤러가 구비되는데, 종래의 온도 컨트롤러가 도 2에 도시되어 있다.On the other hand, since the wafer W is heated to a high temperature during the etching process, it is required to cool the wafer W to appropriately adjust the temperature of the wafer W. For this purpose, the stage 2 is equipped with a temperature controller, which is shown in FIG. 2.
도 2를 참조로, 종래의 온도 컨트롤러는 정전척(2)에 형성된 냉각 라인(10)을 포함한다. 냉각 라인(10)은 정전척(2)의 외곽부로부터 중간부를 경유해서 중앙부로 이어지는 나선형의 단일 경로이다. 정전척(2)의 외곽부에 위치한 냉각 라인(10) 부분이 냉매가 유입되는 입구가 되고, 중앙부에 위치한 냉각 라인(10) 부분이 냉매가 유출되는 출구가 된다.Referring to FIG. 2, a conventional temperature controller includes a cooling line 10 formed in the electrostatic chuck 2. The cooling line 10 is a helical single path from the outside of the electrostatic chuck 2 to the center via the middle. A portion of the cooling line 10 located at the outer portion of the electrostatic chuck 2 is an inlet through which refrigerant flows, and a portion of the cooling line 10 located at the center is an outlet through which the refrigerant flows out.
냉매가 저장된 냉매조(11)가 냉각 라인(10)의 입구에 연결된다. 냉매의 유량 제어를 위한 밸브(12)가 냉각 라인(10)의 입구에 설치된다. 냉매의 온도를 감지하는 온도 센서(13)가 냉각 라인(10)의 출구에 설치된다. The refrigerant tank 11 in which the refrigerant is stored is connected to the inlet of the cooling line 10. A valve 12 for controlling the flow rate of the refrigerant is installed at the inlet of the cooling line 10. A temperature sensor 13 for sensing the temperature of the refrigerant is installed at the outlet of the cooling line 10.
종래의 온도 컨트롤러는 냉매가 단일 경로인 냉각 라인(10)을 통해 흐르면서 정전척(2) 상에 안치된 웨이퍼(W)를 냉각하는 방식이다. 따라서, 스테이지(2)의 중앙부와 중간부 및 외곽부 온도를 독립적으로 조절할 수가 없다. 특히, 냉매 입구측인 정전척(2)의 외곽부가 중앙부보다 더 많이 냉각될 수밖에 없다. 결국, 웨이퍼(W)의 외곽부가 중앙부보다 더 낮은 온도로 냉각된다. 식각비는 온도에 반비례하므로, 식각비(etching rate)는 웨이퍼(W)의 중앙부보다 외곽부에서 더 높아지게 된다. 따라서, 웨이퍼를 균일한 두께로 식각할 수 없는 문제가 있다.The conventional temperature controller cools the wafer W placed on the electrostatic chuck 2 while the refrigerant flows through the cooling line 10 which is a single path. Therefore, it is not possible to independently adjust the central, intermediate and outer temperature of the stage 2. In particular, the outer portion of the electrostatic chuck 2 on the refrigerant inlet side is inevitably cooled more than the center portion. As a result, the outer portion of the wafer W is cooled to a temperature lower than the center portion. Since the etch rate is inversely proportional to temperature, the etching rate is higher at the outer portion than at the center portion of the wafer W. Therefore, there is a problem that the wafer cannot be etched to a uniform thickness.
상기와 같은 문제를 해소하기 위해, 일본공개특허 특개평5-243191호에 개시된 종래의 온도 컨트롤러가 도 3에 도시되어 있다.In order to solve the above problem, the conventional temperature controller disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-243191 is shown in FIG.
도 3을 참조로, 종래의 온도 컨트롤러는 3개의 제 1 내지 제 3 냉매조(21,22,23)를 갖는다. 제 1 냉매조(21)로부터 제 1 냉각 라인(31)이 정전척(50)의 외곽부에 연결된다. 제 2 냉매조(22)로부터 제 2 냉각 라인(32)이 정전척(50)의 중간부에 연결된다. 제 3 냉매조(23)로부터 제 3 냉각 라인(33)이 정전척(50)의 중앙부로 연결된다. 제 1 내지 제 3 냉각 라인(31,32,33)의 입구에는 제 1 내지 제 3 밸브(41,42,43)가 설치된다. 한편, 제 1 내지 제 3 온도 센서(61,62,63)가 제 1 내지 제 3 냉각 라인(31,32,33)에 설치된다. 제 1 내지 제 3 온도 센서(61,62,63)에서 감지된 온도에 따라 제 1 내지 제 3 제어부(71,72,73)가 제 1 내지 제 3 밸브(41,42,43)의 개도각을 제어한다.Referring to Fig. 3, the conventional temperature controller has three first to third refrigerant tanks 21, 22 and 23. The first cooling line 31 is connected to the outer portion of the electrostatic chuck 50 from the first refrigerant tank 21. The second cooling line 32 is connected to the intermediate portion of the electrostatic chuck 50 from the second refrigerant tank 22. The third cooling line 33 is connected to the central portion of the electrostatic chuck 50 from the third refrigerant tank 23. First to third valves 41, 42, and 43 are installed at the inlets of the first to third cooling lines 31, 32, and 33. Meanwhile, the first to third temperature sensors 61, 62, and 63 are installed in the first to third cooling lines 31, 32, and 33. The opening angles of the first to third valves 41, 42, and 43 are controlled by the first to third control units 71, 72, and 73 according to the temperatures sensed by the first to third temperature sensors 61, 62, and 63. To control.
상기된 종래의 온도 컨트롤러는 독립된 제 1 내지 제 3 냉매조(21,22,23)로부터 별개의 냉매들을 제 1 내지 제 3 냉각 라인(31,32,33)을 통해서 정전척(50)의 외곽부와 중간부 및 중앙부 각각으로 개별적으로 공급하는 방식이다. 따라서, 정전척(50)의 외곽부와 중간부 및 중앙부 각각의 온도를 독립적으로 제어할 수가 있다.The above-described conventional temperature controller may be configured to separate the refrigerants from the independent first to third refrigerant tanks 21, 22, and 23 through the first to third cooling lines 31, 32, and 33 to the outside of the electrostatic chuck 50. It is supplied separately to each of the part, middle part and center part. Therefore, the temperature of each of the outer part, the intermediate part, and the center part of the electrostatic chuck 50 can be controlled independently.
그러나, 종래의 온도 컨트롤러는 정전척의 온도를 영역별로 제어할 수는 있지만, 3개의 냉매조를 필요로 한다는 문제가 있다. 냉매조가 3개가 되면, 온도 컨트롤러의 구조가 복잡해지고 또한 크기도 커지게 되므로, 온도 컨트롤러의 가격이 상승되는 단점이 있다. However, although the conventional temperature controller can control the temperature of the electrostatic chuck for each region, there is a problem that three refrigerant tanks are required. When there are three refrigerant tanks, the structure of the temperature controller becomes complicated and the size thereof becomes large, resulting in an increase in the price of the temperature controller.
또한, 3개의 냉매조로부터의 냉매 공급량을 제어하기도 용이하지 않다. 더욱이, 3개의 냉매조를 별도로 관리해야만 하는 번거로움도 있다.Also, it is not easy to control the amount of coolant supplied from the three coolant tanks. Moreover, there is also the trouble of having to manage three refrigerant tanks separately.
본 발명의 제 1 목적은 하나의 냉매조만으로 스테이지의 온도를 영역별로 조절할 수 있는 온도 컨트롤러를 제공하는데 있다.It is a first object of the present invention to provide a temperature controller capable of controlling the temperature of a stage for each region by only one refrigerant tank.
본 발명의 제 2 목적은 웨이퍼가 안치되는 스테이지의 온도를 영역별로 조절할 수 있는 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide an etching apparatus having a temperature controller that can adjust the temperature of a stage on which a wafer is placed, for each region.
본 발명의 제 3 목적은 스테이지 상에 안치된 웨이퍼로 전압을 인가하는 상부 전극의 온도를 영역별로 조절할 수 있는 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 제공하는데 있다.It is a third object of the present invention to provide an etching apparatus having a temperature controller capable of adjusting the temperature of an upper electrode for applying a voltage to a wafer placed on a stage for each region.
본 발명의 제 4 목적은 웨이퍼가 안치되는 스테이지와, 스테이지 상에 안치된 웨이퍼로 전압을 인가하는 상부 전극의 각 온도를 영역별로 조절할 수 있는 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 제공하는데 있다.It is a fourth object of the present invention to provide an etching apparatus having a stage on which a wafer is placed, and a temperature controller that can adjust each temperature of an upper electrode for applying a voltage to a wafer placed on a stage for each region.
본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 온도 컨트롤러는 냉매가 저장된 하나의 냉매조를 포함한다. 하나의 냉각 라인의 일단이 냉매조에 연결된다. 냉각 라인의 타단은 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인으로 분기된다. 제 1 분기 라인은 피냉각체의 외곽부에 연결된다. 제 2 분기 라인은 피냉각체의 중간부에 연결된다. 제 3 분기 라인은 피냉각체의 중앙부에 연결된다. 피냉각체를 향하는 제 1 내지 제 3 분기 라인의 입구 각각에 냉매 유량을 제어하는 제 1 내지 제 3 밸브가 설치된다. 피냉각체로부터 나오는 제 1 내지 제 3 분기 라인의 출구 각각에 제 1 내지 제 3 온도 센서가 설치된다. 제어부가 제 1 내지 제 3 온도 센서로부터 감지된 각 냉매들의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브의 개도각을 조절한다.In order to achieve the first object of the present invention, the temperature controller according to the present invention includes one refrigerant tank in which a refrigerant is stored. One end of one cooling line is connected to the refrigerant tank. The other end of the cooling line branches into three first to third branch lines. The first branch line is connected to the outer portion of the object to be cooled. The second branch line is connected to the intermediate portion of the object to be cooled. The third branch line is connected to the central portion of the object to be cooled. At each inlet of the first to third branch lines facing the object to be cooled, first to third valves for controlling the flow rate of the refrigerant are provided. First to third temperature sensors are provided at the outlets of the first to third branch lines from the cooled object. The controller adjusts the opening angles of the first to third valves according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors.
본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 식각 장치는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버를 포함한다. 웨이퍼가 안치되는 정전척이 식각 챔버의 저면에 배치된다. 반응 가스로 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극이 식각 챔버의 상부에 배치된다. 상부 전극의 상면에 냉각판이 부착된다. 정전척에는 웨이퍼를 냉각시키는 온도 컨트롤러가 연결된다. 온도 컨트롤러는 냉매가 저장된 하나의 냉매조를 포함한다. 하나의 냉각 라인의 일단이 냉매조에 연결된다. 냉각 라인의 타단은 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인으로 분기된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인은 정전척의 외곽부, 중간부 및 중앙부에 독립적으로 연결된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 입구 각각에 제 1 내지 제 3 밸브가 설치된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 출구 각각에 제 1 내지 제 3 온도 센서가 설치된다. 제어부가 제 1 내지 제 3 온도 센서로부터 감지된 각 냉매들의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브의 개도각을 조절한다.In order to achieve the second object of the present invention, the etching apparatus according to the present invention includes an etching chamber provided with a reaction gas for plasma formation. An electrostatic chuck on which the wafer is placed is disposed at the bottom of the etching chamber. An upper electrode for forming a plasma by applying a voltage to the reaction gas is disposed above the etching chamber. The cooling plate is attached to the upper surface of the upper electrode. The electrostatic chuck is connected to a temperature controller that cools the wafer. The temperature controller includes one refrigerant tank in which refrigerant is stored. One end of one cooling line is connected to the refrigerant tank. The other end of the cooling line branches into three first to third branch lines. The first to third branch lines are independently connected to the outer, middle and center portions of the electrostatic chuck. First to third valves are installed at each inlet of the first to third branch lines. First to third temperature sensors are installed at each outlet of the first to third branch lines. The controller adjusts the opening angles of the first to third valves according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors.
본 발명의 제 3 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 식각 장치는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버를 포함한다. 웨이퍼가 안치되는 정전척이 식각 챔버의 저면에 배치된다. 반응 가스로 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극이 식각 챔버의 상부에 배치된다. 상부 전극의 상면에 냉각판이 부착된다. 냉각판에는 상부 전극을 냉각시키는 온도 컨트롤러가 연결된다. 온도 컨트롤러는 냉매가 저장된 하나의 냉매조를 포함한다. 하나의 냉각 라인의 일단이 냉매조에 연결된다. 냉각 라인의 타단은 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인으로 분기된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인은 냉각판의 외곽부, 중간부 및 중앙부에 독립적으로 연결된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 입구 각각에 제 1 내지 제 3 밸브가 설치된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 출구 각각에 제 1 내지 제 3 온도 센서가 설치된다. 제어부가 제 1 내지 제 3 온도 센서로부터 감지된 각 냉매들의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브의 개도각을 조절한다.In order to achieve the third object of the present invention, the etching apparatus according to the present invention includes an etching chamber in which a reaction gas for plasma formation is provided. An electrostatic chuck on which the wafer is placed is disposed at the bottom of the etching chamber. An upper electrode for forming a plasma by applying a voltage to the reaction gas is disposed above the etching chamber. The cooling plate is attached to the upper surface of the upper electrode. The cooling plate is connected to a temperature controller for cooling the upper electrode. The temperature controller includes one refrigerant tank in which refrigerant is stored. One end of one cooling line is connected to the refrigerant tank. The other end of the cooling line branches into three first to third branch lines. The first to third branch lines are independently connected to the outer, middle and center portions of the cold plate. First to third valves are installed at each inlet of the first to third branch lines. First to third temperature sensors are installed at each outlet of the first to third branch lines. The controller adjusts the opening angles of the first to third valves according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors.
본 발명의 제 4 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 식각 장치는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버를 포함한다. 웨이퍼가 안치되는 정전척이 식각 챔버의 저면에 배치된다. 정전척에는 웨이퍼를 냉각시키는 제 1 온도 컨트롤러가 연결된다. 반응 가스로 전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극이 식각 챔버의 상부에 배치된다. 상부 전극의 상면에 냉각판이 부착된다. 냉각판에는 상부 전극을 냉각시키는 제 2 온도 컨트롤러가 연결된다. 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러는 냉매가 저장된 하나의 냉매조를 포함한다. 하나의 냉각 라인의 일단이 냉매조에 연결된다. 냉각 라인의 타단은 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인으로 분기된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인은 냉각판의 외곽부, 중간부 및 중앙부에 독립적으로 연결된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 입구 각각에 제 1 내지 제 3 밸브가 설치된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인의 출구 각각에 제 1 내지 제 3 온도 센서가 설치된다. 제어부가 제 1 내지 제 3 온도 센서로부터 감지된 각 냉매들의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브의 개도각을 조절한다.In order to achieve the fourth object of the present invention, the etching apparatus according to the present invention includes an etching chamber in which a reaction gas for plasma formation is provided. An electrostatic chuck on which the wafer is placed is disposed at the bottom of the etching chamber. A first temperature controller for cooling the wafer is connected to the electrostatic chuck. An upper electrode for forming a plasma by applying a voltage to the reaction gas is disposed above the etching chamber. The cooling plate is attached to the upper surface of the upper electrode. A second temperature controller for cooling the upper electrode is connected to the cooling plate. The first and second temperature controllers include one refrigerant tank in which refrigerant is stored. One end of one cooling line is connected to the refrigerant tank. The other end of the cooling line branches into three first to third branch lines. The first to third branch lines are independently connected to the outer, middle and center portions of the cold plate. First to third valves are installed at each inlet of the first to third branch lines. First to third temperature sensors are installed at each outlet of the first to third branch lines. The controller adjusts the opening angles of the first to third valves according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러를 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러가 적용된 정전척을 나타낸 단면도이다.4 is a front view showing a temperature controller according to a first embodiment of the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view showing an electrostatic chuck to which the temperature controller according to a first embodiment of the present invention is applied.
도 4를 참조로, 본 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러(100)는 냉매가 저장된 하나의 냉매조(110)를 포함한다. 하나의 냉각 라인(120)의 일단이 냉매조(110)에 연결된다. 3개의 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)이 냉각 라인(120)의 타단에 연결된다.Referring to FIG. 4, the temperature controller 100 according to the first exemplary embodiment includes one refrigerant tank 110 in which a refrigerant is stored. One end of one cooling line 120 is connected to the refrigerant tank 110. Three first to third branch lines 131, 132, and 133 are connected to the other end of the cooling line 120.
제 1 분기 라인(131)은 피냉각체(240)의 외곽부, 예를 들어서 웨이퍼가 안치되는 정전척의 외곽부에 연결된다. 제 2 분기 라인(132)은 피냉각체(240)의 중간부에 연결된다. 제 3 분기 라인(133)은 피냉각체(240)의 중앙부에 연결된다. The first branch line 131 is connected to an outer portion of the object to be cooled 240, for example, an outer portion of the electrostatic chuck on which the wafer is placed. The second branch line 132 is connected to an intermediate portion of the object to be cooled 240. The third branch line 133 is connected to the central portion of the object to be cooled 240.
도 5를 참조로, 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)은 피냉각체(240)에 동심원 형태로 배열된다. 즉, 제 1 분기 라인(131)은 피냉각체(240)의 중앙부에 제 1 직경을 갖는 원 형태로 형성된다. 제 2 분기 라인(132)은 피냉각체(240)의 중간부에 제 1 직경보다 긴 제 2 직경을 갖는 원 형태로 형성된다. 제 3 분기 라인(133)은 피냉각체(240)의 외곽부에 제 2 직경보다 긴 제 3 직경을 갖는 원 형태로 배열된다. 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)은 본 실시예 1과 같이 동심원 형상을 가질 수도 있지만, 각각이 나선형으로 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)은 원 형상 뿐만이 아니라 사각형이나 삼각형 형태로 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 5, the first to third branch lines 131, 132, and 133 are arranged concentrically on the object to be cooled 240. That is, the first branch line 131 is formed in a circle shape having a first diameter at the center portion of the object to be cooled 240. The second branch line 132 is formed in the shape of a circle having a second diameter longer than the first diameter in the middle portion of the object to be cooled 240. The third branch line 133 is arranged in the shape of a circle having a third diameter longer than the second diameter on the outer portion of the object to be cooled 240. The first to third branch lines 131, 132, and 133 may have concentric shapes as in the first embodiment, but each may be formed in a spiral shape. In addition, the first to third branch lines 131, 132, and 133 may be formed in a rectangular or triangular shape as well as a circular shape.
다시, 도 4를 참조로, 제 1 내지 제 3 밸브(141,142,143)가 피냉각체(240)를 향하는 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)의 입구에 설치된다. 즉, 제 1 밸브(141)는 제 1 분기 라인(131)의 입구에 설치된다. 제 2 밸브(142)는 제 2 분기 라인(132)의 입구에 설치된다. 제 3 밸브(143)는 제 3 분기 라인(133)의 입구에 설치된다. Again, referring to FIG. 4, first to third valves 141, 142, and 143 are installed at the inlets of the first to third branch lines 131, 132, 133 facing the cooled object 240. That is, the first valve 141 is installed at the inlet of the first branch line 131. The second valve 142 is installed at the inlet of the second branch line 132. The third valve 143 is installed at the inlet of the third branch line 133.
즉, 본 발명에 따른 온도 컨트롤러는 하나의 냉매조(110)를 갖지만, 하나의 냉각 라인(120)으로부터 분기된 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)마다 제 1 내지 제 3 밸브(141,142,143)을 설치하여, 각 분기 라인(131,132,133)을 통해 흐르는 냉매의 유량을 독립적으로 제어하게 된다.That is, the temperature controller according to the present invention has one refrigerant tank 110, but the first to third valves (141, 142, 143) for each of the first to third branch lines (131, 132, 133) branched from one cooling line (120). It is installed to independently control the flow rate of the refrigerant flowing through each branch line (131, 132, 133).
한편, 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)은 피냉각체(240)로부터 나오는 출구를 각각 갖는다. 냉매의 온도를 감지하는 제 1 내지 제 3 온도 센서(151,152,153)가 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)의 출구에 각각 설치된다. On the other hand, the first to third branch lines (131, 132, 133) has an outlet exiting the object to be cooled 240, respectively. First to third temperature sensors 151, 152 and 153 for sensing the temperature of the refrigerant are respectively installed at the outlets of the first to third branch lines 131, 132 and 133.
제어부(160)는 제 1 내지 제 3 온도 센서(151,152,153)에서 감지된 각 냉매의 온도에 따라 제 1 내지 제 3 밸브(141,142,143)의 개도각을 조절함으로써, 피냉각체(240)가 균일하게 냉각될 수 있도록 한다.The controller 160 adjusts the opening angles of the first to third valves 141, 142, and 143 according to the temperatures of the refrigerants sensed by the first to third temperature sensors 151, 152, and 153, thereby cooling the cooled object 240 uniformly. To be possible.
냉매는 하나의 냉매조(110)로부터 냉각 라인(120)을 통해 각 분기 라인(131,132,133)으로 흐른다. 여기서, 제 1 내지 제 3 밸브(141,142,143)에 의해 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,1321,33)을 통해 흐르는 각 냉매의 유량이 독립적으로 제어된다. 또한, 냉각 작용을 완료한 각 냉매는 제 1 내지 제 3 분기 라인(131,132,133)의 출구로 유출되는데, 제 1 내지 제 3 온도 센서(151,152,153)에 의해 각 냉매의 유출 온도가 감지된다.The coolant flows from one coolant tank 110 to each branch line 131, 132, 133 through the cooling line 120. Here, the flow rates of the respective refrigerants flowing through the first to third branch lines 131, 1321 and 33 are independently controlled by the first to third valves 141, 142 and 143. In addition, the refrigerant having completed the cooling action is discharged to the outlet of the first to third branch lines (131, 132, 133), the outlet temperature of each refrigerant is sensed by the first to third temperature sensors (151, 152, 153).
감지된 각 냉매의 온도는 제어부(160)로 전송된다. 제어부(160)는 제 1 내지 제 3 밸브(141,142,143)의 개도각을 적절하게 조정함으로써, 피냉각체(240)를 균일한 온도로 냉각시키게 된다.The sensed temperature of each refrigerant is transmitted to the controller 160. The controller 160 cools the cooled object 240 to a uniform temperature by appropriately adjusting the opening angles of the first to third valves 141, 142, and 143.
예를 들어서, 피냉각체(240)의 중앙부 온도가 외곽부보다 더 높게 감지되면, 제어부(160)는 제 3 밸브(143)를 제 1 밸브(141)보다 더 많이 개방시킴으로써, 제 3 분기 라인(133)을 통해 흐르는 냉매의 유량을 제 1 분기 라인(131)보다 증가시킨다. 이러한 제어 동작으로, 피냉각체(240)를 균일하게 냉각시킬 수가 있게 된다.For example, if the central temperature of the to-be-cooled body 240 is detected to be higher than the outer portion, the controller 160 opens the third valve 143 more than the first valve 141, thereby causing the third branch line. The flow rate of the refrigerant flowing through 133 is increased than that of the first branch line 131. By such a control operation, the object to be cooled 240 can be cooled uniformly.
실시예 2Example 2
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an etching apparatus having a temperature controller according to Embodiment 2 of the present invention.
도 6을 참조로, 본 실시예 2에 따른 식각 장치(200)는 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러(100)를 갖는다. 따라서, 온도 컨트롤러(100)에 대한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, the etching apparatus 200 according to the second embodiment includes the temperature controller 100 according to the first embodiment. Therefore, description of the temperature controller 100 is omitted.
식각 장치(200)는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버(210)를 포함한다. 웨이퍼(W)가 안치되는 정전척(240)이 식각 챔버(210)의 저면에 배치된다. 하부 전극(미도시)은 정전척(240)의 하부에 배치된다. 한편, 온도 컨트롤러(100)는 정전척(240)에 연결된다.The etching apparatus 200 includes an etching chamber 210 provided with a reaction gas for plasma formation. An electrostatic chuck 240 on which the wafer W is placed is disposed on the bottom surface of the etching chamber 210. The lower electrode (not shown) is disposed below the electrostatic chuck 240. Meanwhile, the temperature controller 100 is connected to the electrostatic chuck 240.
반응 가스로 고전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극(220)이 식각 챔버(210)의 상부에 배치된다. 상부 전극(220)을 냉각시키기 위한 냉각판(230)이 상부 전극(220)의 상면에 설치된다. 반응 가스를 식각 챔버(210) 내로 균일하게 제공하는 가스 확산링(270)이 상부 전극(220)의 가장자리 하부에 배치된다.An upper electrode 220 for forming a plasma by applying a high voltage to the reaction gas is disposed on the etching chamber 210. A cooling plate 230 for cooling the upper electrode 220 is installed on the upper surface of the upper electrode 220. A gas diffusion ring 270 that uniformly provides the reaction gas into the etching chamber 210 is disposed below the edge of the upper electrode 220.
상부 전극(220)으로 RF 파워를 인가하기 위한 RF 정합기(260)가 식각 챔버(210)의 상부에 배치된다. 식각 챔버(210)로 진공을 제공하기 위한 진공 펌프(250)가 식각 챔버(210)의 하부에 연결된다. 진공 센서(240)가 식각 챔버(210)의 측면에 부착된다.An RF matcher 260 for applying RF power to the upper electrode 220 is disposed above the etching chamber 210. A vacuum pump 250 for providing a vacuum to the etching chamber 210 is connected to the bottom of the etching chamber 210. The vacuum sensor 240 is attached to the side of the etching chamber 210.
실시예 3Example 3
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따라 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing an etching apparatus having a temperature controller according to Embodiment 3 of the present invention.
도 7을 참조로, 본 실시예 3에 따른 식각 장치(300)는 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러(100)를 갖는다. 따라서, 온도 컨트롤러(100)에 대한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 7, the etching apparatus 300 according to the third exemplary embodiment includes a temperature controller 100 according to the first exemplary embodiment. Therefore, description of the temperature controller 100 is omitted.
식각 장치(300)는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버(310)를 포함한다. 웨이퍼(W)가 안치되는 정전척(340)이 식각 챔버(310)의 저면에 배치된다. 하부 전극(미도시)은 정전척(340)의 하부에 배치된다. The etching apparatus 300 includes an etching chamber 310 provided with a reaction gas for plasma formation. An electrostatic chuck 340 on which the wafer W is placed is disposed on the bottom surface of the etching chamber 310. The lower electrode (not shown) is disposed below the electrostatic chuck 340.
반응 가스로 고전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극(320)이 식각 챔버(310)의 상부에 배치된다. 상부 전극(320)을 냉각시키기 위한 냉각판(330)이 상부 전극(320)의 상면에 설치된다. 온도 컨트롤러(100)는 냉각판(330)에 연결된다.An upper electrode 320 for forming a plasma by applying a high voltage to the reaction gas is disposed on the etching chamber 310. A cooling plate 330 for cooling the upper electrode 320 is installed on the upper surface of the upper electrode 320. The temperature controller 100 is connected to the cold plate 330.
반응 가스를 식각 챔버(310) 내로 균일하게 제공하는 가스 확산링(370)이 상부 전극(320)의 가장자리 하부에 배치된다. 상부 전극(320)으로 RF 파워를 인가하기 위한 RF 정합기(360)가 식각 챔버(310)의 상부에 배치된다. 식각 챔버(310)로 진공을 제공하기 위한 진공 펌프(350)가 식각 챔버(310)의 하부에 연결된다. 진공 센서(340)가 식각 챔버(310)의 측면에 부착된다.A gas diffusion ring 370 that uniformly provides the reaction gas into the etching chamber 310 is disposed below the edge of the upper electrode 320. An RF matcher 360 for applying RF power to the upper electrode 320 is disposed above the etching chamber 310. A vacuum pump 350 for providing a vacuum to the etching chamber 310 is connected to the bottom of the etching chamber 310. The vacuum sensor 340 is attached to the side of the etching chamber 310.
실시예 4Example 4
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing an etching apparatus having a temperature controller according to Embodiment 4 of the present invention.
도 8을 참조로, 본 실시예 4에 따른 식각 장치(400)는 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 제공되는 식각 챔버(410)를 포함한다. 웨이퍼(W)가 안치되는 정전척(440)이 식각 챔버(410)의 저면에 배치된다. 하부 전극(미도시)은 정전척(440)의 하부에 배치된다. 제 1 온도 컨트롤러(100a)가 정전척(440)에 연결된다. 제 1 온도 컨트롤러(100a)는 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러(100)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 여기에서는 제 1 온도 컨트롤러(100a)에 대한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 8, the etching apparatus 400 according to the fourth exemplary embodiment includes an etching chamber 410 provided with a reaction gas for plasma formation. An electrostatic chuck 440 on which the wafer W is placed is disposed on the bottom surface of the etching chamber 410. The lower electrode (not shown) is disposed below the electrostatic chuck 440. The first temperature controller 100a is connected to the electrostatic chuck 440. The first temperature controller 100a has the same configuration as the temperature controller 100 according to the first embodiment. Therefore, the description of the first temperature controller 100a is omitted here.
반응 가스로 고전압을 인가하여 플라즈마를 형성시키는 상부 전극(420)이 식각 챔버(410)의 상부에 배치된다. 상부 전극(420)을 냉각시키기 위한 냉각판(430)이 상부 전극(420)의 상면에 설치된다. 제 2 온도 컨트롤러(100b)가 냉각판(430)에 연결된다. 제 2 온도 컨트롤러(100b)도 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러(100)와 동일한 구성을 가지므로, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.An upper electrode 420 is disposed above the etching chamber 410 to form a plasma by applying a high voltage to the reaction gas. A cooling plate 430 for cooling the upper electrode 420 is installed on the upper surface of the upper electrode 420. The second temperature controller 100b is connected to the cold plate 430. Since the second temperature controller 100b also has the same configuration as the temperature controller 100 according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.
반응 가스를 식각 챔버(410) 내로 균일하게 제공하는 가스 확산링(470)이 상부 전극(420)의 가장자리 하부에 배치된다. 상부 전극(420)으로 RF 파워를 인가하기 위한 RF 정합기(460)가 식각 챔버(410)의 상부에 배치된다. 식각 챔버(410)로 진공을 제공하기 위한 진공 펌프(450)가 식각 챔버(410)의 하부에 연결된다. 진공 센서(440)가 식각 챔버(410)의 측면에 부착된다.A gas diffusion ring 470 that uniformly provides the reaction gas into the etching chamber 410 is disposed below the edge of the upper electrode 420. An RF matcher 460 for applying RF power to the upper electrode 420 is disposed above the etching chamber 410. A vacuum pump 450 for providing a vacuum to the etching chamber 410 is connected to the bottom of the etching chamber 410. The vacuum sensor 440 is attached to the side of the etching chamber 410.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하나의 냉매조로부터 분기된 라인들에 냉매의 유량을 제어하는 밸브들이 설치됨으로써, 하나의 냉매조를 갖는 온도 컨트롤러로 웨이퍼를 균일하게 냉각시킬 수가 있게 된다. 따라서, 온도 컨트롤러의 구조가 간단해지면서 크기도 줄어들게 된다.As described above, according to the present invention, the valves for controlling the flow rate of the refrigerant are provided in the lines branched from one refrigerant tank, thereby enabling the wafer to be uniformly cooled by the temperature controller having one refrigerant tank. Therefore, the structure of the temperature controller is simplified and the size is reduced.
또한, 상기와 같은 온도 컨트롤러가 식각 장치에 적용됨으로써, 저렴한 가격의 식각 장치로 웨이퍼를 균일한 두께로 식각할 수가 있게 된다. In addition, by applying the temperature controller as described above to the etching apparatus, it is possible to etch the wafer to a uniform thickness with an inexpensive etching apparatus.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
도 1은 일반적인 식각 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a general etching apparatus.
도 2는 종래의 온도 컨트롤러를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing a conventional temperature controller.
도 3은 종래의 온도 컨트롤러를 갖는 식각 장치를 나타낸 부분 단면도이다.3 is a partial cross-sectional view showing an etching apparatus having a conventional temperature controller.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a temperature controller according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 온도 컨트롤러가 적용된 정전척의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck to which a temperature controller according to Embodiment 1 of the present invention is applied.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 식각 장치를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view of an etching apparatus according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 식각 장치를 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing an etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 식각 장치를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing an etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
110 : 냉매조 120 : 냉각 라인110: refrigerant tank 120: cooling line
131 : 제 1 분기 라인 132 : 제 2 분기 라인131: first branch line 132: second branch line
133 : 제 3 분기 라인 141 : 제 1 밸브133: third branch line 141: first valve
142 : 제 2 밸브 143 : 제 3 밸브142: second valve 143: third valve
151 : 제 1 온도 센서 152 : 제 2 온도 센서151: first temperature sensor 152: second temperature sensor
153 : 제 3 온도 센서 160 : 제어부153: third temperature sensor 160: control unit
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