TW200301935A - Etching apparatus - Google Patents

Description

200301935 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種蝕刻設備，特別是一種用來視操作 狀態而控制溫度的姓刻設備。 【先前技術】 反應性離子束蝕刻（RIE，Reactive I〇ri beam E t c h i n g )设備已被用來於基板（如玻璃基板及晶圓，即 進行處理的物體）上以氣相的狀態來形成蝕刻圖案。其 中’一電漿餘刻設備利用一電漿產生之反應性氣體，在位

於反應室中電極上之晶圓上進行蝕刻圖案的形成。在蝕刻 圖案形成的製程中，基板的溫度會隨著反應性氣體中的自 由基與基板表面碰撞以於其上進行化學反應而增加。基板 溫度的上升會導致其變形，因此在縮微製程中便會發生問 題。根據慣例，為了要避免這樣的變形，通常利用一冷 系統來控制基板溫度，在該冷卻系統中一冷卻裝置設置 作為基板底座之電極上。 4 α

圖2為習知冷卻系統結構的示意圖。習知冷卻系统丨 連接到一操作裝置110且用來帶走操作裝置11()中的基 160的熱量。換句話說，儲存在冷卻劑槽122中的 著-泵m以一預樹，透過一冷卻劑循環管路12心 電極112内部。然後’電極112中的冷卻劑吸收埶量來 1極112上的基m 6〇。接下來，此吸收熱量 ^ ，劑循環管路121回到冷卻劑槽122内，然後此冷卻= 精者冷郃劑槽m中的第一熱交換器125而冷卻，接著再利

200301935 五、發明說明（2) 用此冷卻劑來冷卻基板1 6 0 在此，在冷部系統1 2 0中，一溫度感應器丨2 3不斷的監 控冷卻劑槽122中冷卻劑的溫度。溫度控制裝置13〇藉著壓 縮機126來控制氣體冷卻劑的流速，如此可使溫度感應器 1 23所監控的溫度符合預定溫度，以透過第一熱交換器} 25 來控制冷卻劑槽1 2 2中冷卻劑的温度或流速。 關於藉著操作裝置110於基板丨60上形成蝕刻圖案的製 程，在製程開始之前並不需要大規模的冷卻基板16〇，因 為並沒有熱量累積於其中。在這個例子中，即是在製程開 始=前，/並沒有直接之熱負載由電漿傳到電極i i 2。換句 話說，當基板不斷的進行蝕刻製程時，熱量也逐漸的累積 於基板中，因此基板需要更廣泛的冷卻。 ’' 、 然而，在習知冷卻系統中，+管製程是在早期狀態或 是後期狀態，冷卻劑的流速總是維持不變。因此，產生 一個問題··當所處理之基板數目較少時電極溫度相對較 低，但電極溫度卻會隨著所處理基板數目增加而上升。

I 關於這個問題，舉例來說，我們測量第一基板上蝕 圖案形成的製程起始時的基板溫度與第二十二片基板上 製程起始時的基板溫度之間的差異，結果溫度差2。〇、 (即在第一蝕刻製程起始時為30 t，而第二十二個蝕 程起始時為35. 2 )。此外，第一基板上的蝕 呈完成 時的基板溫度與第二十二片基板上的#刻製程完成時的2 板溫度之間的差異為3. 〇 t (即在第一蝕刻製程完成時為土 34· 8 °C，而第二十二個蝕刻製程完成時為37· 8 π )。…

200301935 五、發明說明（3) 圖3為當基板連續進行處+ 與第-基板及第三基板 ：，已處理的基板數目， 移量[㈣j)之關係圖。在這C間形狀差異量（即CD偏 蝕刻目標物（即每一 CD偏移量」表示製程後 刻…線寬；得A寬=刻圖案形成的 才不物為—氣化 f如圖所不，當餘刻目 變化約為4 nm (第一片二：度為3.8 nm)，CD偏移量的 其後的CD偏移量為一。㈣）。：量為-36 nm ’而第三片或 所要求裝置的縮微製造。 D偏移量之熱變化會影響 此外，^品 所需要的量，因此會造成過度冷別肌速^本上會超過其 電功率消耗增加的問題，因p。因此逛會造成另一個 狀態時，冷卻劑的流速一直處於操作或停止操作 利用狀態。 寺口疋，部無視於冷卻劑的 【發明内容】 本發明的一種蝕刻設備，包含：一 反應室，豆中酡罟古 βπ邊、人/、 ’、乍衷置 具有一 和步罢:I 有 建冷部劑循環管路的電極；—a 冷卻劑循環管路中以一預定流速循環；一 2;;:=該 =控制冷卻劑之溫度；及一狀態監控器，用來監控操作 r悲，其中该溫度控制裝置基於操作狀態的資訊，夢荖 制冷卻劑的溫度來控制該電極的溫度。 g 工

五、發明說明（4) 四、【實施方式】 現在參考圖1來說明本發明。在圖中，顯示了一蝕 設備的結構。此蝕刻設備包含：—具有反應室u之操 二〇，在反應室U中配置有一内建冷卻劑循環 電 極m來冷卻冷卻㈣一預定溫度，及使冷卻 ， 冷卻劑循環管路21中以—預定流速循環之冷卻裝置2〇 ;二 用來控制冷卻劑溫度或流速的控制裝置3〇或4〇，·及一 ί控：刻設備的操作狀態之狀態監控器50。在該蝕刻設備 f制本發明設備的溫度之過程包含步驟··藉著該狀離、 監f器50監控該操作裝置! 〇的操作狀態；基於所得到； .._ ^ 適§方式使用此蝕刻設備方為可能。 換吕之，當操作裝置10在操作中（ 目標物數目與摔作日卑鬥而—、^ 祝私作衣置10的 溫度。此外，當 冷卻來避免過度冷卻，，此 此，再π圖1 ?妾下來將說明本發明之第一實施例。在 此具施例中，一蝕刻設備包含：一 置20、-溫度控制f置3〇 、"ϊ作裴置10、-冷卻裝 監控器5。。制表置3°…速控制裝置40、及一狀態 操作裝置10用來於—基板6〇上進 (即電漿蝕刻圖案形成）之製 ：二案形成 衣杜丑由一反應室11及一電 200301935 五、發明說明（5) 極1 2所組成。 反應至1 1被設置作為基板6 〇上蝕刻圖宰形成 I置， ，其中-上電極與一下電極（即電極12匕㈡置而

相對於彼此。 敬卞仃旳，又I 電極1 2為設置在反應室丨丨中電極對的下端部分且設置 1乍為基板60可固定於其上之底座。此外，在電極12中，一 P伤作為維持基板β 〇冷卻在一預定溫度的冷卻管路 21設置於電極丨2中。

々部裝置2 0被設置為具有一冷卻冷凍劑之機構的冷卻 :置。冷卻裝置2 0包含一部份的冷卻劑循環管路2 1、一冷 卻劑槽、一溫度感應器23、一反轉泵24、一第一熱交換器 25、一壓縮機26、一熱交換管路27、一閥28、及一 埶 交換器2 9。 ” 冷卻劑循環管路2 1設置作為冷卻劑在冷卻劑槽22與電 極1 2之間循環的流動通道。換言之，冷 設置為冷卻劑流通之入口與出口分別連接 流動通道。此外，一部份的流動通道21包含於電極12中， 如此其可通過電極12之内部，而且反轉泵24連接到流 道2 1的另一部份。 冷卻劑槽22設置於冷卻裝置20中且作為通過電極12並 使其冷卻之冷卻劑的蓄積容器。冷卻劑槽22包含第一熱交 換裔2 5、而溫度感應器2 3連接於冷卻劑循環管路2丨出口之 附近區域。因此，冷卻劑槽22被設置作為連接冷卻劑循環 管路21出口與入口之間的流動通道。 ” 衣

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溫度感應器2 3被設置作；泪丨丨晷、人％兔丨0 n ^ 、 饥0又且丨f钧/則里冷部劑槽2 2中冷卻劑溫 度的感應裔且電性連接到溫度控制裝置3 〇。 途使冷卻劑循 裝置40且藉著裝 反轉泵24用來於冷卻劑循環管路21中 環。此外，反轉泵24電性連接到流速控制 置40來控制。 第一熱交換器25用來冷卻冷卻劑槽22中的冷卻劑（即 用為吸收冷卻劑之熱量）。 壓縮機26用來於冷卻劑循環管路21中途使氡相的冷卻 劑循環，而且可降低第一熱交換器2 5端的壓力，而增加第 一熱父換裔2 9端的壓力。此外，壓縮機2 6電性連接到溫度 控制裝置30，如此壓縮機26的溫度可由溫度控制裝置3〇 = 控制。 熱乂換W路27為用來循j哀在第一與第二熱交換哭25、 2 9中的氣態冷卻劑之流動通道。在此流動通道之間設置有 壓縮機26與閥28。因此，壓縮機26降低第一熱交換器25端 的壓力且增加第二熱交換器29端的壓力，且藉著閥^來限 制此流動通道。 閥2 8設置於熱交換管路2 7中間且限制了此流動通道。 第二熱交換器2 9用來冷卻氣態冷卻劑，且一部份之熱 交換管路27配置於其中。第一熱交換器25由冷卻劑吸收熱 量，如此由壓縮機26所加壓之氣態冷卻劑熱量被由冷卻裝 置2 0外引入的冷卻介質（如冷卻水）所吸收，接著冷卻氣 態冷卻劑，而使由冷卻裝置2 〇外引入的冷卻介質來冷卻氣 態冷卻劑。接下來，吸收熱量的冷卻介質被排出冷卻裝置

200301935 五、發明說明（7) 20之外 溫度控制裝置30用來控制冷卻劑槽22中冷卻劑的溫 度。溫度感應器2 3電性連接到壓縮機2 6以及流速控制裳置 40。温度控制裝置30由流速控制裝置40得到關於操作^態 的資訊，且獲得由溫度感應器23所偵測到之溫度資訊。& 用所得到之資訊並依照一事先定義之溫度控制程式來控制 壓縮機26。因此，冷卻劑的溫度可被調整而適合於操作狀 悲。在此，溫度控制程式係一基於電漿所引起之熱負載、 此熱負載所造成於電極丨2上之熱量累積、製程起始後處理 基板的數目、蝕刻設備的操作時間等來控制壓縮機26之運 2的程式，並用來調整冷卻劑的溫度使其適合於操作狀 冷卻劑的流速 3 〇、與狀態監 收關於操作狀 狀態的資訊與 運轉，以調整 將關於操作狀 程式基於操作 劑的流速使其 狀態監控 電腦等等而且 狀態監控器5 〇 自動地 接到反 速控制 然後， 流速控 速使其 送至溫 控制反 狀態。 制監控 操作裝 性的收 k速控制裝置40用來 而且電性連 控器5 0。流 態的資訊。 事先定義的 冷卻劑的流 態的資訊傳 狀態的資訊 適合於操作 為5 0用來控 電性連接到 連續或週期 控制冷卻劑循環管 轉泵2 4、溫度控制 裝置4 0由狀態監控 其基於所接收到關 制程式來控制反轉 適合於操作狀態， 度控制裝置3 0。流 轉泵2 4，以便於調 操作裝置1 〇的操作 置1 〇與流速控制裝 集關於操作裝置J 〇 裝置 器5 0招 於操竹 泵2 4的 而其又 速控制 整冷卻

第12頁 200301935 五、發明說明（8) ^ f訊’接著將此資訊傳送至流速控制裝置40。在此， ^述操作狀態資訊表示出操作裝置是否處於運轉中，包含 起始後處理基板的數目、製程起始後所經過的時間 二：操作裝置10運轉的時間週期卜與製程結束後所經過 的蚪間（即操作裝置1 〇停止運轉的時間週期）。 ，下來，將說明依據本發明第一實施例之乾蝕備 的刼作。 ，先"兒明§操作裝置10運轉時（即連續處理基板期 、日1 )系統之操作。每一片在反應室丨丨中將被處理之基板6〇 被置放於電極12上然後藉著電漿來蝕刻。為了要在稃定的 狀態蝕刻基板60，電極12的溫度應該要保持固定。^操作 的初始狀態時，電極12並不會遭受電漿所引起之埶負載。 既然如此，便沒有熱量累積，也因此不需要很強之冷卻能 力。然而，隨著累積之熱量因基板連續處理而逐漸详加， 蝕刻設備也需要更強的冷卻能力。因此，在此實施中， 蝕刻設備施行下述的操作。

在此，溫度感應器23連續監控冷卻裝置2〇之冷卻劑槽 22中冷卻劑的溫度。此外，溫度控制裝置3〇控制壓縮機26 中氣態冷卻劑的流速，以使溫度感應器23所偵測之冷卻劑 溫度調整至一預定溫度。因此，溫度控制裝置3 〇透過第 一熱交換器2 5來調整冷卻劑槽2 2中冷卻劑的溫度至一預定 值。接著，反轉泵24透過冷卻劑循環管路21將調整溫度之 冷卻劑由冷卻劑槽2 2輸送至反應室η中的電極12: MX 再次參考圖1，首先，狀態監控器5〇由操作裝置1〇

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(運轉中）獲取餘刻設備的操作資訊作為維持反應室丨〗中 電極12的溫度在一預定值的資訊（步驟A1 )。此操作資訊 包含製程起始後處理基板的數目與蝕刻設備的操作時^ 其次，狀態監控器5 0傳送操作資訊至流速控制裝置 (步驟A2 )。 < 接 度控制 作資訊 量地供 作時間 最 器2 3所 訊與溫 劑的 控制裝 溫度。 下來， 裝置30 及流速 應冷卻 )增加 後，溫 偵測之 度貢訊 流速（ 置30與 制裝置 段讓反 基板的 步驟A 4 資訊及 得之操 機26增 、、田 rfe —- ✓皿度可 整至維 流返控制 (步驟A3 控制程式 劑，且讓 而逐漸增 度控制裝 溫度資訊 之溫度控 步驟A5 ) 流速控制 裝置40傳 )。然後 ，在製程 反轉泵24 加冷卻劑 置3 0接收 ，並依據 制程式， 。因此， 裝置40的 ，流速控 的早期階 隨著處理 的流速（ 操作狀態 基於所獲 來讓壓縮 電極1 2的 作用而調 貝汛主溫 4 〇依據操 轉泵2 4少 數目（操 )° 溫度感應 作狀態資 加氣態冷 藉著溫度 持一預定 重覆上述步驟A1到A5 因此，當操作装置丨0處於運轉中，電 =續處理基板階段的溫度差可以減到最 :餘刻設備的穩定製程能力，而不受處理基板的數目匕：達 接下來，將說明當 板上進行餘刻之期間） 在操作裝置1 〇中， 操作裝置1 0停止運轉時 ，蝕刻設備的操作。 基板上未進行餘刻製程 (即未於基 。然而，溫

第14頁 200301935 五、發明說明（ίο) 5 J :2::斷ί t剩冷卻裝置20中冷卻劑槽22裡冷卻劑 劑的流速以使其符合預2置30控制壓縮機26中氣態冷卻 卻劑的溫度透過第一執如V，冷卻劑槽22中冷 透過冷卻劑循環管路2、ί將整…卜，反轉泵24 輸送至反應室U中的電=整溫度之冷卻劑由冷卻劑槽22 沒有因電漿而引起之冷：1 負2#如；反應室11停止運轉’便 性的步驟。 P負載。因此，將實施接下來替代 摔作：$拎：:悲監控器5 0由操作裝置1 〇 (停止運轉）獲取

絲作I置處於停止運韓的P 中電極12的溫度在一預資訊作為維持反應室11 韓Μ # r ^ β ^ ^ ^ 疋值的貧訊（步驟B1 )。此停止運 轉的；：資'包含製程結束後所經過的時間資訊。 作&二=二Ϊ&控器50傳送操作裝置處於停止運轉的操 作狀恶資訊至流速控制裝置40 (步驟Β2)。 停止= 速控制裝置4°傳送接收到的操作裝置處於 U =作狀態資訊至溫度控制裝置3。（步驟Β3)， 流速控^户二於ί 2裝置處於停止運轉的操作狀態資訊之 β4)、二1壬工，猎著反轉泵24來降低冷卻劑的流速（步驟 操作：It 一'皿度控制裝置30接收操作裝置處於停止運轉的 基於訊；溫度感應器23所偵测之溫度資m，並依據 度資π Γ付之刼作裝置處於停止運轉的操作狀態資訊與溫 的流速程式，藉著麼縮機26來降低氣態冷卻劑 200301935 五、發明說明（11)

因此’當餘刻裝置停止運轉時 之冷卻能力來減少功率消耗。 如上所述’視操作狀態而定， 功率消耗可藉著適當控制電極12的 降到最少。 ’可精者降低冷卻裝 反轉泵24與壓縮機26 溫度與冷卻劑的流速 置 的 而 對 發明之 而來之 備停止 裝置往 卻裝置 雖 制性者 明，當 之申請 於以另 第二實 操作裝 運轉時 其上無 停止作 然本發 。很明 可對.本 專利範 一種方式來 施例。在此 置處於停止 (閒置狀態 電漿引起之 用’所以可 明已藉特定 顯地，熟悉 發明進行各 圍意義相等 降低功 實施例 運轉的 )，冷 冷卻負 降低功 實施例 本技藝 種修改 之變化 丁 π和，银 中’基於由 操作狀態資 卻裝置停止 載的電極流 率消耗。 來說明，但 者藉著參考 與變化。因 均應包含於 下來將說明本 操作裝置傳送 訊，當蝕刻設 冷卻劑由冷卻 動。因此，冷 不代表其係限 本發明之說 此所有與隨附 本發明之中。

200301935 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 以上所述與本發明其他元件、特徵與優點藉著參考附 圖將可更容易瞭解，其中： 圖1為依據本發明第一實施例的蝕刻設備結構之方塊 示意圖； 圖2為一例示性的習知蝕刻設備結構之方塊示意圖； 及 ❿ 圖3為當基板連續進行處理時，已處理的基板數目與 CD偏移量之關係圖。

元件符號說明： 10 操作裝置 11 反應室 12 電極 20 冷卻裝置 21 冷卻劑循環管路 22 冷卻劑槽 23 溫度感應器 24 反轉泵 25 熱交換器 26 壓縮機 27 熱交換管路 28 閥 29 第二熱交換器 第17頁 200301935

第18頁 圖式簡單說明 30 溫度控制裝置 40 流速控制裝置 50 狀態監控器 60 基板 110 操作裝置 112 電極 120 冷卻系統 121 冷卻劑循環管路 122 冷卻劑槽 123 溫度感應器 124 泵 125 第一熱交換器 126 壓縮機 130 溫度控制裝置 160 基板

Claims (1)

1. 200301935 六、申請專利範圍 1 · 一種蝕刻設備，包含·· 一操作裝置’具有一反應室，其中配置有一内建冷卻 劑循環管路的電極； ^ 一冷部裝置’用來冷卻冷卻劑在一預定温度，及使冷 部劑在该冷部劑循環管路中以一預定流速循環； 一溫度控制裝置，用來控制冷卻劑之溫度；及 一狀態監控器，用來監控操作狀態， 、 '其中該温度控制裝置基於操作狀態的資訊，藉著控制 冷卻劑的溫度來控制該電極的溫度。 2 · 一種餘刻設備，包含： 其中配置有一内建冷卻 一操作裝置，具有一反應室 劑循環管路的電極； 一冷卻裝置，用來冷卻 卻劑在該冷卻劑循環管路中 一流速控制裝置，用來 一狀態監控器，用來監 其中該流速控制裝置基 冷卻劑的流速來控制該電極 3.如申請專利範圍第2 該流速控制裝置基於指 作狀態資訊’精著隨處理目 冷卻劑流速的方法，來維持 當該操作裝置停止運轉 該操作裝置停止運轉的操作 冷卻劑在一預定溫度，及使冷 以一預定流速循環； 控制冷卻劑之流速；及 控操作狀態， =狀態的資訊’藉著控制 項之蝕刻設備，其中 示該操作裝置正在運轉 :物質的數目增加:呆 電極溫度的固定，且 研$曰加 時，該流速控制襄 狀態資訊，降低冷=於指示 200301935

   4·、如申請專利範圍第2項之蝕刻設備，其中 該^速控制裝置基於指示該操作裝置正在運轉中的操 作狀悲資汛，藉著隨處理目標物質的數目增加而逐漸增加 冷卻劑流速的方法，來維持電極溫度的固定。 5 ·如申睛專利範圍第3項或第4項之蝕刻設備，其中 該操作狀態資訊包含操作起始後，已處理之目標物質 數目的資訊。

   6 ·如申請專利範圍第2項之蝕刻設備，其中 ^ 當該操作裝置停止運轉時，該流速控制裝置基於指示 該操作裝置停止運轉的操作狀態資訊，降低冷卻劑的流 速。 7 ·如申請專利範圍第2項之蝕刻設備，其中 當該操作裝置停止運轉時，該流速控制裝置基於指示 亥才呆作裝置停止運轉的彳呆作狀態資訊，停止冷卻劑的循 isa 土衣0

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