KR100567967B1 - 가스온도측정을이용한반도체웨이퍼온도측정및제어장치와그방법 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼(W) 처리 공정 동안 반도체 웨이퍼의 온도를 측정 및 제어하기 위한 향상된 장치 및 방법이 제공된다. 이 장치는 공정이 진행되는 동안 웨이퍼를 고정시키기 위한 척, 냉각 가스 공급 장치(16), 공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 온도를 측정 및 제어하기 위한 온도 감지기를 포함한다. 척(22)의 상면부상에는 웨이퍼가 놓이는데, 이 척은 헬륨과 같은 냉각 가스가 제어된 유속 및 압력으로 유입되는 다수의 유입 구멍들(34)을 가지도록 형성되어 있다. 척의 상면부와 웨이퍼의 하면부 사이의 좁은 공간을 통과하는 냉각 가스는 웨이퍼의 온도(또는 그 온도 가까이)로 가열된 후에 배출관(30)을 통해 배출된다. 가열된 냉각 가스의 온도는 온도 감지기에 의해 계속적으로 측정되고, 온도 감지기는 웨이퍼로 흐르는 냉각 가스의 압력 및 유속을 제어하는 신호를 발생시킨다. 이로 인해 웨이퍼 온도의 정밀한 제어가 공정이 진행되는 동안 원하는 값에서 계속적으로 유지된다.

Description

가스 온도 측정을 이용한 반도체 웨이퍼 온도 측정 및 제어 장치와 그 방법 {SEMICONDUCTOR WAFER TEMPERATURE MEASUREMENT AND CONTROL THEREOF USING GAS TEMPERATURE MEASUREMENT}

본 발명은 웨이퍼를 집적 회로로 제조하는 동안 발생하는 임의의 여러 서로 다른 공정이 진행되는 동안 반도체 웨이퍼의 온도를 더욱 정확하고 용이하게 측정 및 제어하는 것에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼를 개개의 집적 회로들로 가공하는 단계들은 당업계에 잘 알려져 있다. 널리 사용되는 한 제조 방법에 따르면, (통상 직경이 6 또는 8인치인)반도체 웨이퍼는 여러 단계를 통해 화학적으로 그리고 광학적으로 처리되어 웨이퍼상에 매우 가까운 간격의 정밀한 집적 회로들로 가공된다. 그 처리중에, 가스들의 반응성 이온들로 웨이퍼의 상부 표면에 매우 정교한 세부 요소들(라인, 존, 등등)을 에칭하기 위해, 웨이퍼가 반응기내에서 특별한 가스 또는 가스들의 매우 활성화된 플라즈마에 노출되게 된다. 이어서 웨이퍼는 개개의 집적 회로들로 절단된다. 이러한 일반적 기술은 당업계에 잘 알려져 있으므로 더 이상 설명할 필요가 없을 것이다.

통상적인 집적 회로(IC) 가공 장치들은 반응 가스 또는 가스들이 흐르는 챔버가 있는 반응기와, 웨이퍼의 상부 표면이 반응 가스에 노출되도록 하기 위해 하나 이상의 웨이퍼를 챔버내의 적절한 위치에 고정시켜주기 위한 척(chuck) 또는 받침대(pedestal)와 같은 지지물을 포함한다.

일 예로서, 통상적인 플라즈마 에칭 공정에서 에칭이 일어나는 동안, 플라즈마 가스의 반응성 이온들은 반도체 웨이퍼 표면상의 재료의 일부와 화학적으로 반응하게 된다. 이 공정은 발열 반응이며, 웨이퍼를 어느 정도 가열하게 된다. 한편, 가스(이온과 라디칼)와 웨이퍼 재료 사이의 화학 반응은 이러한 웨이퍼의 온도 상승에 의해 가속화된다. 웨이퍼의 온도가 원하는 값과 너무 차이가 크면 웨이퍼 표면상에서 유해한 재료의 오버 에칭(over-etching)(또는 언더 에칭(under-etching))이 쉽게 일어날 수 있다는 점에서 웨이퍼 온도와 화학 반응의 속도는 관련이 있다. 따라서, 주어진 공정(예를 들어, 반응성 이온 에칭(RIE))과 관련하여 웨이퍼 온도가 정확하게 제어되는 것이 매우 바람직한데, 이는 그렇지 않을 경우 웨이퍼상에 재조되는 IC들이 바람직한 정도 이상으로 그 설계와 어긋나는 전기적 특성을 가질 것이기 때문이다.

IC 제조 동안 웨이퍼의 온도 상승 문제는 잘 알려져 있는 것이다. 웨이퍼 온도를 원하는 값으로 제어하는 효과적인 방법 중의 하나는 웨이퍼의 바닥과 그 웨이퍼를 고정시키고 있는 척 또는 받침대의 상부 사이의 좁은 공간 사이로 냉각 가스(헬륨과 같은)를 적절한 압력과 유속으로 흘려주는 것이다. 그러나, 공정 중에 웨이퍼의 온도를 측정하는 데에는 어려움이 있다. 열전대(thermocouple)와 같은 온도 탐침을 웨이퍼와 실제로 접촉시키면 웨이퍼 자체의 온도 분포에 왜곡을 일으킬 수 있으며, 따라서 웨이퍼의 가공뿐 아니라 측정의 정확도에도 영항을 미치게 된다. 반면에, 적외선 스캐너로 웨이퍼의 온도를 원격 감지하는 것은 본질적으로 순수한 실리콘의 얇은 조각인 웨이퍼가 (마치 보통의 유리창이 가시광선에 대해 투명한 것처럼) 특정 파장의 적외선에 대해 투명하다는 사실 때문에 문제가 있다. 즉, 적외선 센서가 웨이퍼 온도만을 감지하는 것이 아니라 웨이퍼가 지지되어 있는 척의 온도를 감지하며, 또한 웨이퍼가 가공되는 반응 챔버의 측벽의 온도를 감지할 수도 있다. 이로 인해 가공되는 웨이퍼의 열 방사율뿐만 아니라 척의 열 방사율외에도 어쩌면 반응 챔버의 내벽의 열 방사율에 대해서도 적외선 센서를 교정해야 할 필요가 생기게 된다.

상기한 바와 같이, 공정이 진행되는 동안 웨이퍼 온도를 쉽고 정확하게 측정 및 제어하는 것이 필요한 바, 본 발명은 그러한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정이 진행되는 동안 웨이퍼 온도를 측정하고 원하는 값으로 제어하기 위하여 척, 냉각 가스 공급 장치, 및 온도 감지 장치를 포함하는 장치가 제공된다. 웨이퍼가 놓여지는 (기계적 또는 정전기적) 척(chuck)의 상부 표면에는 헬륨과 같은 냉각 가스가 흡기관을 통해 제어된 속도와 압력으로 유입되는 다수의 유입 구멍들이 있다. 냉각 가스는 척의 상부 표면과 웨이퍼의 하부 표면 사이의 좁은 공간을 통과하며 웨이퍼의 온도(또는 그에 가까운 온도)로 가열된 후에 다른 구멍(배출 구멍)을 통해 배기관 속으로 배출된다. 웨이퍼로부터 냉각 가스로 전달되는 열의 양은 냉각 가스의 압력과 흐름을 설정함으로서 제어되고, 이어서 이 열의 양이 웨이퍼의 온도를 제어하게 된다. 선택적으로, 냉각 가스의 온도 또한 제어될 수 있다. 웨이퍼의 아래쪽으로부터 배출된 직후에, 이제 가열된 냉각 가스는 배기관을 통해 그 안에 설치된 온도 센서를 통과하게 된다. 이 센서는 가열된 냉각 가스의 온도를 측정함으로서 섭씨 몇 도 정도의 예상가능한 오차내에서 웨이퍼 자체의 실제 온도를 측정하는 것이다. 온도 센서로부터의 연속적인 신호는 전자 온도 모니터로 입력되고, 모니터는 적절한 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호는 냉각 가스 공급 장치로 피드백되어 흡기관 속으로의 그리고 흡기관에서 공정 중의 웨이퍼 아래 공간으로의 차가운 냉각 가스의 흐름을 제어한다. 이러한 방식으로 웨이퍼 온도의 정밀한 제어가 공정이 진행되는 동안 원하는 값에서 계속적으로 유지된다.

본 발명의 일 측면은 가공물의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치에 관한 것이다. 온도 제어 장치는 가스 공급 장치, 온도 센서, 온도 제어기, 및 제어 수단을 포함한다. 가스 공급 장치는 가공물 위로 선택된 온도, 압력, 및 유속으로 가스를 공급하여 그 결과 에너지 전달이 일어나게 한다. 온도 센서는 가스가 가공물과 접촉한 후에 그 가스의 온도를 측정하여 그 온도를 나타내는 출력 신호를 발생시킨다. 온도 센서의 출력 신호에 반응하는 온도 제어기는 가공물의 온도에 있어서의 원하는 변화를 나타내는 제어 신호를 발생시킨다. 제어 수단은 가스 공급 장치에 연결되어 있으며, 온도 제어기의 제어 신호에 반응하여 가공물의 온도를 조정하기 위해 가스가 가공물과 접촉하기 전에 가스의 온도, 압력, 및 유속 중의 적어도 하나를 제어한다.

본 발명의 다른 일 측면은 공정이 진행되는 동안 가공물의 온도를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 가공물과 가스 사이에서 에너지 전달을 일으키기 위해 가공물의 위로 가스를 흐르게 하는 제 1 단계; 가스가 가공물을 통과한 후에 가스의 온도를 측정하는 제 2 단계; 그리고 공정이 진행되는 동안 가공물의 온도가 원하는 온도 범위 내에서 조정되도록 가공물로 향하는 가스의 온도, 압력, 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위해 가공물을 통과한 가스의 온도를 사용하는 제 3 단계를 포함한다.

본 발명은 첨부 도면 및 청구의 범위와 함께 아래의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 반도체 웨이퍼(W)와 같은 가공물을 가공하기 위한, 본 발명의 특징을 이용한 반응기 장치(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 이 반응기 장치(10)가 유용하게 사용되는 통상적 공정에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 반응성 이온 에칭이 있다. 그러나 본 발명은 반응성 이온 에칭 공정에만 한정되는 것은 아니며, 가공되는 웨이퍼의 온도가 이 공정과 다를 것을 요하는 다른 공정에도 사용될 수 있다.

반응기 장치(10)에는 그 속에 반도체 웨이퍼(W)가 도시되어 있다. 다수의 웨이퍼들을 처리하는 반응기들도 역시 유용하다. 반응기 장치(10)의 기본적 구성 요소들이 개략적으로 도시되어 있으며(또는 전혀 도시되어 있지 않으며), 반응기 장치(10)의 일반적 구조와 동작은 상업적으로 사용되는 것들의 그것과 유사할 수도 있다.

공정이 진행되는 동안 웨이퍼(W)의 온도를 측정하고 제어하기 위한, 예시적인 반응기 장치(10)는 본 발명에 따라 하우징(11), 전원 공급 장치(12), 반응 가스 공급 장치(14), 냉각 가스 공급 장치(16)와 제어 밸브(52), 상부 전극(18), 플라즈마 제한 챔버(20)(점선으로 윤곽이 도시됨), 지지물(받침대)(22), 온도 센서(44)(도 2에만 도시됨), 및 온도 제어기(48)를 구비하고 있다.

도시된 바와 같이 지지물(22)이 웨이퍼(W)를 지지한다. 지지물은 웨이퍼를 지지하기 위한 것으로서 당업계에 알려진 어떠한 형태의 척(때로는 수용기라고도 불림)이어도 무방하다. 일 실시예에서는, 척이 하부 전극의 역할도 하는데, 이는 웨이퍼(W)의 반응성 이온 에칭 공정이 진행되는 동안 상부 전극(18)과 함께 챔버(20)내에서 플라즈마(도시되지 않음)를 발생시킨다. 웨이퍼(W)의 상부 표면(54)은 척(22)의 순부(lip portion)(최상부)(42)에 인접하여 지지된다. 제어된 압력, 온도, 및 유속을 가진 반응 가스 또는 가스들은 흡기관(24)을 통해 반응 가스 공급 장치(14)로부터 하우징(11)으로 유입되고 배기관(26)을 통해 하우징(11)으로부터 배출(제거)된다. 통상 (예를 들어, 20℃의) 주위 온도에서 제어된 압력과 유속을 가지고 사용되는 냉각 가스는 냉각 가스 공급 장치(16)에서 공급관(28)을 통해 척(22)과 웨이퍼(W)로 공급되고, 진공 또는 배출관(30)을 통해 척(22)과 웨이퍼(W)로부터 배출된다.

일 실시예에서는, 온도 센서(44)(도 2에 도시됨)가 배출관(30)에 설치되어, 웨이퍼(W)를 지나 배출관(30)으로 배출되는 냉각 가스의 온도를 측정한다. 온도 센서(44)의 출력은 도선(46)을 통해 온도 제어기(48)의 입력에 연결되며, 온도 제어기(48)는 그 출력에서 제어 신호를 발생시킨다. 제어 신호는 도선(50)을 통해 냉각 가스 공급 장치(16)의 제어 밸브(52)의 입력에 연결된다.

도 2는 도 1에서의 척(22)의 일점쇄선(II-II)을 따라 절단한 확대 횡단면도로서 제어 밸브(52)가 달린 냉각 가스 공급 장치(16), 온도 제어기(48), 온도 센서(44), 및 웨이퍼(W)가 도시되어 있다. 척(22)은 순부(42), 상면부(32), 및 상면부(32)에 각거리를 두고 떨어져 있는 다수의 냉각 가스 유입 구멍(34)을 구비하고 있다. 공급관(28)을 통해 냉각 가스가 이들 냉각 가스 유입 구멍(34)들로 공급된다. 냉각 가스는 이들 냉각 가스 유입 구멍(34)들로부터 웨이퍼(W)의 하면(56)과 척의 상면부(32) 사이의 좁은 공간(채널)(36)으로 흐른다. 척(22)의 순부(42)는 웨이퍼(W)의 상면(54)을 지지하고 있다. 채널(36)은 웨이퍼(W)의 하면(56)과 척(22)의 상면부(32)를 분리시킨다. 웨이퍼(W)는 가해진 반도체 공정의 결과로 가열된다. 냉각 가스는 웨이퍼(W)에 의해 가열된 후 배출 구멍(40)과 배출관(30)을 통해 채널(36)로부터 배출된다.

예시적으로, 웨이퍼(W)는 원형 순부(42)에 의해 척(22)의 상면부와 마주하는 위치에 고정되는데, 이 때 원형 순부(42)는 웨이퍼(W)를 그 가장자리에 고정시키고 적당한 보유력을 가한다. 척(22)의 상면부(32)는 대략 웨이퍼(W)의 직경과 동일한 직경을 가진다. 전형적인 예의 경우, 척(22)의 상면부(32)의 직경은 약 8인치이고 연마되고 산화막 처리된 알루미늄으로 만들어진다. 척(22)에 대해 클램핑되는(clamped) 동안 웨이퍼(W)의 하면(56)은 척(22)의 상면부(32)와 매우 근접하게 된다. 그렇게 배치된 상태에서 웨이퍼(W)의 상면(54)은 공정 동안 하부 전극의 역할을 하기도 하는 척(22)과 상부 전극(18) 사이의 챔버(20)내에 있는 반응성 이온 플라즈마(도시되지 않음)에 노출된다.

온도 센서(44)는 냉각 가스 배출관(30)내에서 웨이퍼(W) 아래에 있는 배출 구멍(40)에 매우 근접하게 배치된다. 온도 센서(44)는 예를 들어 배출관(30)을 통해 흐르는 냉각 가스의 온도에 비례하는 전기적 신호를 발생시키는 열전대(thermocouple)일 수 있다. 온도 센서(44)의 출력 신호는 도선(46)을 통해 온도 제어기(48)에 인가된다. 온도 제어기는 예를 들어 유지되길 원하는 공정 중의 웨이퍼(W) 온도에 따른 출력 제어 신호를 제공하도록 조정될 수 있는 (당업계에 잘 알려진) 프로그램 가능한 전자 회로일 수 있다. 온도 제어기(48)는 온도 센서(44)로부터 도선(46)을 통해 웨이퍼(W)에 의해 가열된 가스의 측정 온도를 수신하여 그 온도를 원하는 공정 중의 웨이퍼(W) 온도와 비교한다. 온도 제어기(48)는 측정 온도와 원하는 공정 중의 웨이퍼(W) 온도 사이의 온도 차이를 나타내는 제어 신호를 출력에서 발생시킨다. 온도 센서(44)를 통과하여 흐르는 가열된 냉각 가스는 웨이퍼(W)의 실제 온도에 대해 섭씨 몇 도의 예측가능한 차이만을 가진다. 따라서 온도 센서(44)는 웨이퍼 온도를 정확하게 측정하게 된다.

온도 제어기(48)는 냉각 가스 공급 장치(16)의 제어 밸브(52)에 연결된 도선(50)에 그 출력 신호를 인가한다. 제어 밸브(52)는 도선(50)상의 제어 신호에 응답하여 가스 공급 장치(16)로부터 가스 공급관(28)으로의 냉각 가스의 유속과 압력을 제어한다. 선택적으로, 제어 밸브(52)는 가스 공급관(28)으로 들어가는 가스의 온도도 역시 제어한다. 공정 중의 웨이퍼(W) 온도는 가스 공급관(28)을 통과하는 냉각 가스의 압력 및 유속의 조절에 의해 원하는 값으로 조정된다. 선택적으로, 가스 공급 장치(16)로부터 나오는 가스도 또한 공정 중의 웨이퍼(W) 온도의 조정을 돕기 위해 조절될 수 있다.

한 예로, (반응성 이온 에칭이 아닌) 어떤 공정에서는 웨이퍼(W) 온도가 본 발명의 장치 및 방법에 의해 400℃(플러스 또는 마이너스 섭씨 몇 도 정도)로 제어될 수 있다. 상기 설명된 반응성 이온 에칭 공정에서는, 웨이퍼(W)의 온도가 보통 약 30℃로 제어된다.

첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위 및 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 개시된 장치 및 방법에 대한 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다. 예를 들어, 냉각 가스 유입 구멍들의 개수 또는 형태가 변할 수도 있다. 더욱이, 헬륨이 아닌 냉각 가스들도 사용될 수 있으며, 가스 압력, 유속 및 웨이퍼 온도도 개개의 웨이퍼 공정에서 요구되는 대로 달라질 수 있다. 게다가, 본 발명은 (반응성 이온 에칭과 같은) 특정 공정이나 특정 반도체 웨이퍼 직경 또는 특정 종류의 척에 한정되지도 않는다.

본 발명에 의하면, 냉각 가스가 웨이퍼 아래쪽에서 가열된 후 배기관을 통해 그 안에 설치된 온도 센서를 통과하게 되므로 섭씨 몇 도 정도의 예상가능한 오차내에서 웨이퍼 자체의 실제 온도를 측정할 수 있게 된다.

또한, 온도 센서로부터의 연속적인 신호는 전자 온도 모니터로 입력되고, 모니터는 적절한 제어 신호를 발생시켜 이 제어 신호가 냉각 가스 공급 장치로 피드백되어 냉각 가스의 흐름을 제어하므로 웨이퍼 온도의 정밀한 제어가 공정이 진행되는 동안 원하는 값에서 계속적으로 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라, 개선된 온도 제어 장치를 가진 웨이퍼 고정 척을 가지는, 반도체 웨이퍼의 반응성 이온 에칭 및 이와 유사한 공정에 사용되는 반응기 장치의 일 실시예의 개략도.

도 2는 본 발명에 따라, 도 1의 다른 구성 요소들을 도시하고 있는, 도 1의 일점쇄선(II-II)에 따라 절단한 확대 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 반응기 장치 11 : 하우징

12 : 전원 공급 장치 14 : 반응 가스 공급 장치

16 : 냉각 가스 공급 장치 20 : 챔버

22 : 척 28 : 공급관

30 : 배출관 32 : 상면부

34 : 유입 구멍 36 : 채널

40 : 배출 구멍 42 : 순부

44 : 온도 센서 48 : 온도 제어기

52 : 제어 밸브

Claims (12)

1. 가공물(workpiece)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치로서,

   (a) 가공물 위로 흘러서 에너지 전달을 일으키는 가스를 선택된 온도, 압력, 및 유속으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치;

   (b) 상기 가스가 상기 가공물에 접촉된 후에 상기 가스의 온도를 측정하고 상기 가스가 상기 가공물과 접촉된 후의 상기 가스 온도를 나타내는 출력 신호를 발생시키기 위한 온도 센서;

   (c) 상기 온도 센서의 출력 신호에 응답하여 상기 가공물 온도에 있어서의 원하는 변화를 나타내는 제어 신호를 발생시키기 위한 온도 제어기; 및

   (d) 상기 가스 공급 장치에 연결되며, 상기 온도 제어기의 제어 신호에 응답하여 상기 가공물의 온도를 조절하기 위해 상기 가스가 상기 가공물과 접촉하기 이전의 상기 가스의 온도, 압력, 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위한 가스 제어기를 포함하는 가공물 온도 제어 장치.
2. 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치로서,

   (a) 웨이퍼를 고정시키는 순부(lip portion), 및 온도, 압력과 유속 중 적어도 하나에 의하여 제어가능한 냉각 가스가 통과하는 공간에 의해 상기 웨이퍼와 분리되는 상면부를 가지며, 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼의 온도를 제어 및 유지하기에 적합한 냉각기 겸용 척(chuck and cooler);

   (b) 상기 냉각 가스가 상기 웨이퍼의 열을 흡수한 후에 상기 냉각 가스의 온도를 측정하여 상기 냉각 가스가 상기 웨이퍼와 접촉한 후의 상기 냉각 가스의 온도를 나타내는 출력 신호를 발생시키기 위한 가스 온도 감지 장치;

   (c) 상기 가스 온도 감지 장치의 출력 신호에 응답하여, 상기 웨이퍼의 온도에 있어서의 원하는 변화를 나타내는 제어 신호를 발생시키기 위한 온도 제어기; 및

   (d) 상기 온도 제어기의 제어 신호에 응답하여, 상기 웨이퍼의 온도를 제어하기 위해 상기 냉각 가스가 상기 웨이퍼와 접촉하기 전에 상기 냉각 가스의 온도, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위한 가스 제어기를 포함하는 웨이퍼 온도 제어 장치.
3. 처리 공정이 진행되는 동안 가공물의 온도를 제어하기 위한 장치로서,

   (a) 공정이 진행되는 동안 챔버내에 가공물을 고정시키기 위한 척;

   (b) 상기 가공물로부터 열을 흡수할 수 있도록 가공물에 대하여 온도, 압력 및 유속 중 적어도 하나에 의해 제어가능한 냉각 가스를 흐르게 하기 위한 냉각 가스 공급 장치;

   (c) 상기 가공물의 근처에서 가열된 냉각 가스를 제거하기 위한 배출 수단;

   (d) 상기 배출 수단에 의해 상기 가공물의 근처로부터 제거된 상기 가열된 냉각 가스의 온도를 측정하기 위한 온도 센서;

   (e) 상기 온도 센서의 출력 신호에 응답하여, 상기 가공물의 온도에 있어서의 원하는 변화를 나타내는 제어 신호를 발생시키기 위한 온도 제어기; 및

   (f) 상기 가스 공급 장치에 연결되어 있으며, 상기 온도 제어기의 제어 신호에 응답하여 상기 가공물의 온도를 조절하기 위해 상기 냉각 가스가 상기 가공물과 접촉하기 전에 상기 냉각 가스의 온도, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 가공물 온도 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 배출 수단은 상기 냉각 가스가 상기 가공물에 의해 가열된 후에 상기 냉각 가스를 받아들이기 위한 개구를 한정하는 진공 라인(vacuum line)을 포함하는 가공물 온도 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 온도 센서는 상기 냉각 가스가 상기 가공물에 의해 가열된 후에 상기 냉각 가스의 온도를 측정하기 위하여 상기 배출 수단에 실장되며,

   상기 온도 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신된 온도 측정치에 근거한 제어 신호를 발생시키기 위해 상기 온도 센서에 연결된 제어 회로이며, 그리고

   상기 웨이퍼로 흐르는 상기 냉각 가스의 변수들을 제어하여 상기 가공물을 원하는 온도로 유지시키기 위해 상기 제어 회로로부터의 상기 제어 신호를 상기 냉각 가스 공급 장치에 연결시키는 피드백 루프(feedback loop)를 포함하는 가공물 온도 제어 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 온도 센서는 열전대(thermocouple)이며,

   상기 제어 회로는 프로그램가능한 전자 회로이며, 그리고

   상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 제어 신호에 응답하여 상기 가공물로 흐르는 상기 냉각 가스의 압력 및 유속을 조절하기 위한 제어 값을 가지는 가공물 온도 제어 장치.
7. 웨이퍼 처리 공정이 진행되는 동안 가공물의 온도를 제어하기 위한 방법으로서,

   (a) 가공물과 가스 사이에서 에너지 전달이 일어나도록 상기 가공물 상으로 상기 가스를 흐르게 하는 단계;

   (b) 상기 가스가 상기 가공물을 통과한 후에 상기 가스의 온도를 측정하는 단계; 및

   (c) 상기 가공물의 온도가 공정이 진행되는 동안 원하는 온도 범위내로 조정되도록 상기 가공물로 흐르는 상기 가스의 온도, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위해 상기 가공물을 통과한 상기 가스의 온도를 이용하는 단계를 포함하는 가공물 온도 제어 방법.
8. 웨이퍼의 온도 변화를 야기하는 웨이퍼 처리 공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 온도를 제어하기 위한 방법으로서,

   (a) 공정이 진행되는 동안 반응 챔버내에 있는 척 상에 상기 웨이퍼를 고정시키는 단계로서, 상기 척은 상기 웨이퍼가 고정되는 순부와 상기 웨이퍼로부터 간격을 두고 떨어져 있는 상면부를 가지며, 상기 척의 상면부는 냉각 가스가 유입되는 적어도 하나의 유입 구멍과 상기 냉각 가스가 배출되는 하나의 배출 구멍을 가지는 웨이퍼 고정 단계;

   (b) 상기 냉각 가스가 상기 반도체 웨이퍼를 통과하며 거기에서 열을 흡수하도록 제어가능한 압력 및 유속으로 상기 냉각 가스를 상기 유입 구멍으로 공급하는 단계;

   (c) 상기 냉각 가스를 상기 배출 구멍으로 배출시키는 단계;

   (d) 상기 냉각 가스가 상기 배출 구멍으로부터 배출될 때 상기 냉각 가스의 온도를 감지하는 단계; 및

   (e) 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼의 온도가 제어되도록 상기 배출된 냉각 가스의 온도에 따라 상기 냉각 가스의 변수들을 제어하는 단계를 포함하는 웨이퍼 온도 제어 방법.
9. 웨이퍼 처리 공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 온도를 제어하기 위한 방법으로서,

   (a) 냉각 가스가 웨이퍼로부터 열을 흡수할 수 있도록 상기 냉각 가스를 상기 웨이퍼에 매우 근접시켜 통과시키는 단계;

   (b) 상기 냉각 가스가 상기 웨이퍼와 접촉한 후에 가열된 상기 냉각 가스를 배출시키는 단계;

   (c) 상기 배출된 냉각 가스의 온도를 측정하는 단계;

   (d) 상기 배출된 냉각 가스의 온도에 따라 제어 신호를 발생시키는 단계; 및

   (e) 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼의 온도가 원하는 값으로 유지되도록 상기 웨이퍼로 흐르는 상기 냉각 가스의 온도, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 이용하는 단계를 포함하는 웨이퍼 온도 제어 방법.
10. 웨이퍼 처리 공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 온도를 제어하기 위한 방법으로서,

    (a) 냉각 가스가 웨이퍼로부터 열을 흡수하도록 상기 냉각 가스를 상기 웨이퍼로 흐르게 하는 단계;

    (b) 상기 냉각 가스가 상기 웨이퍼를 통과한 후에 가열된 상기 냉각 가스의 온도를 측정하는 단계; 및

    (c) 공정이 진행되는 동안 상기 웨이퍼의 온도가 원하는 값에서 실질적으로 일정하게 유지되도록 상기 웨이퍼로 흐르는 상기 냉각 가스의 압력 및 유속을 제어하기 위해 상기 가열된 냉각 가스의 온도를 이용하는 단계를 포함하는 웨이퍼 온도 제어 방법.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 척과 상기 가공물 사이에 상기 냉각 가스가 흘려지게 되는 공간이 제공되는 가공물 온도 제어 장치.
12. 제 3 항 내지 제 6 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공물은 반도체 웨이퍼인 가공물 온도 제어 장치.