KR20040050079A - Apparatus for driving focus ring of plasma etch chamber - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for driving a focus ring of a plasma etch chamber is provided to improve the uniformity of a wafer by controlling the height of a focus ring according to each divided portion for applying a variety of process conditions. CONSTITUTION: An apparatus for driving a focus ring of a plasma etch chamber includes a focus ring(34) for holding a wafer loaded on an electrostatic chuck(30). The focus ring is divided into a plurality of portions. The apparatus for driving the focus ring further includes a focus ring driving part(32) installed at the edge portion of the electrostatic chuck for moving at least one out of the divided portions up and down according to a variety of process conditions. Each divided portion is capable of being moved by using a corresponding servo motor.

Description

플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치{Apparatus for driving focus ring of plasma etch chamber}Apparatus for driving focus ring of plasma etch chamber

본 발명은 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정정척에 설치되는 포커스 링을 영역별로 분할하고, 필요한 영역에 해당하는 포커스 링의 높이를 공정 특성에 따라서 조절할 수 있도록 개선한 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a focus ring driving apparatus for a plasma etching chamber, and more particularly, to divide a focus ring installed in a correction chuck for each region and to adjust a height of a focus ring corresponding to a required region according to process characteristics. A focus ring drive device for a plasma etching chamber is provided.

반도체 제조 공정은 다양한 단위 공정들을 포함하고 있다.The semiconductor manufacturing process includes various unit processes.

그 중 식각 또는 증착에 플라즈마 공정이 많이 이용되고 있으며, 플라즈마 공정 챔버(10)는 도 1과 같이 내부에 정전척(ESC : Electro Static Chuck)(12)이 구성되고, 그 상부에 웨이퍼(16)가 안착되며, 웨이퍼(16)가 안착되는 주변에 포커스 링(18)이 구성된다. 그리고, 플라즈마 공정 챔버(10)에는 플라즈마 형성을 위한 RF를 제공하는 전워(14)이 구성된다.Among them, a plasma process is widely used for etching or deposition, and the plasma process chamber 10 has an electrostatic chuck (ESC) 12 formed therein as shown in FIG. 1, and a wafer 16 thereon. Is seated, and a focus ring 18 is formed around the wafer 16. In the plasma process chamber 10, an electric power 14 for providing RF for plasma formation is configured.

상기한 플라즈마 공정 챔버 내부에는 RF 인가에 따른 플라즈마(20)가 형성되어 웨이퍼 공정이 진행된다.In the plasma process chamber, a plasma 20 is formed by applying RF, and a wafer process is performed.

반도체 기술이 고집적화될수록 패턴이 조밀해지고, 컨택홀의 깊이 대 크기의 비가 증가된다.As semiconductor technology becomes more integrated, the pattern becomes denser and the ratio of the depth to the size of the contact hole increases.

그러나, 도 1과 같은 구성을 같는 플라즈마 공정 챔버(10)에 플라즈마 포커싱을 위하여 설치되는 도 2와 같은 형상을 갖는 포커스 링(18)은 그 높이가 제한적이어서 새로운 조건의 플라즈마를 이용하여 식각을 할 경우 웨이퍼 균일도를 조절하기 어려운 문제점이 있다.However, the focus ring 18 having the shape as shown in FIG. 2 installed in the plasma processing chamber 10 having the same configuration as that of FIG. 1 for plasma focusing has a limited height so that etching can be performed using a plasma having a new condition. In this case, it is difficult to control wafer uniformity.

본 발명의 목적은 포커스 링을 분할하여 플라즈마 공정을 진행하기 위한 조건에 맞게 영역 별로 포커스 링의 높이를 다르게 조절함으로써 식각후 웨이퍼 균일도를 개선시킴에 있다.An object of the present invention is to improve the wafer uniformity after etching by adjusting the height of the focus ring differently according to the conditions for splitting the focus ring and the plasma process.

본 발명의 다른 목적은 포커스링의 높이를 영역 별로 다르게 조절하여 플라즈마 공정을 진행하는 과정에 형성되는 플라즈마의 웨이퍼 포커싱을 조절 가능토록 함에 있다.Another object of the present invention is to adjust the wafer focusing of the plasma formed during the plasma process by adjusting the height of the focus ring for each region.

도 1은 종래의 플라즈마 식각 챔버의 개략적 구성을 나타내는 도면1 is a view showing a schematic configuration of a conventional plasma etching chamber

도 2는 도 1의 플라즈마 식각 챔버에 사용되는 포커스 링의 사시도2 is a perspective view of a focus ring used in the plasma etching chamber of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면3 is a view showing a preferred embodiment of a focus ring driving device for a plasma etching chamber according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 포커스 링의 사시도4 is a perspective view of a focus ring according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 포커스 링의 평면 상태 및 그의 구동 방법을 설명하는 도면5 is a view for explaining a planar state of a focus ring and a driving method thereof according to the present invention;

도 6은 도 3의 포커스 링을 구동하기 위한 제 1 실시예를 나타내는 회로도FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a first embodiment for driving the focus ring of FIG. 3.

도 7은 도 3의 포커스 링을 구동하기 위한 제 2 실시예를 나타내는 회로도FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a second embodiment for driving the focus ring of FIG. 3.

본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치는 웨이퍼를 식각하는 플라즈마 공정이 진행되는 플라즈마 공정 챔버 내의 정전척에 안착되는 웨이퍼를 내부에 수용하는 포커스 링을 영역 별로 분할하여 상하로 구동하며, 포커스 링의 각 분할된 영역은 정전척의 변부에 설치되는 포커스 링 구동부에 의하여 공정 특성에 따라 각각 가변 설정되는 높이로 상하로 구동되도록 구성된다.The focus ring driving apparatus for a plasma etching chamber according to the present invention divides a focus ring for accommodating a wafer seated on an electrostatic chuck in a plasma processing chamber in which a plasma process of etching a wafer is carried out, and drives up and down by region. Each divided region of the ring is configured to be driven up and down at a height that is variablely set according to process characteristics by a focus ring driver provided at the edge of the electrostatic chuck.

그리고, 포커스 링 구동부는 서보 모터 또는 스테핑 모터를 이용하여 포커스 링의 분할된 영역을 최소한 하나 이상 구동하도록 구성될 수 있다.The focus ring driver may be configured to drive at least one divided area of the focus ring by using a servo motor or a stepping motor.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a focus ring driving device for a plasma etching chamber according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 실시예로써 플라즈마 공정 챔버 내에 설치된다.3 is installed in a plasma processing chamber in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 정전척(30)의 상부에는 공정을 진행하기 위한 웨이퍼(16)가 안착되며, 정전척(30)의 외변에는 포커스 링 구동부(32)가 구성된다.Referring to FIG. 3, a wafer 16 for performing a process is mounted on an upper portion of the electrostatic chuck 30, and a focus ring driver 32 is formed on an outer side of the electrostatic chuck 30.

포커스 링 구동부(32)는 상부에 구성되는 포커스 링(34)을 상승 및 하강시키고, 포커스 링 구동부(32)는 포커스 링(34)의 상승 및 하강 시키는 높이는 공정 특성에 따라 다양하게 세팅될 수 있다.The focus ring driver 32 raises and lowers the focus ring 34 configured at an upper portion, and the height of raising and lowering the focus ring driver 32 may be variously set according to process characteristics. .

포커스 링(34)은 도 4와 같이 영역 별로 분할된다. 일 예로 8개 영역 즉, A, B …H로 분할될 수 있으며, 분할된 포커스 링(34)과 포커스 링 구동부(32)이 각 영역 별로 구동될 수 있도록 도 5와 같이 구성되므로 포커스 링(34)는 분할된 영역 별로 상승 및 하강될 수 있으며, 필요에 따라서 둘 이상의 분할된 영역이 서로 다른 높이로 상승 또는 하강되도록 구동될 수 있다.The focus ring 34 is divided into regions as shown in FIG. 4. For example, eight areas, that is, A, B... It may be divided into H, and since the divided focus ring 34 and the focus ring driver 32 are configured as shown in FIG. 5 so as to be driven for each area, the focus ring 34 may be raised and lowered for each divided area. If necessary, two or more divided regions may be driven to rise or fall to different heights.

포커스 링 구동부(32)는 분할된 포커스 링(34)을 분할된 영역 별로 대응되도록 모터를 구성하여 구동이 이루어도록 구성될 수 있으며, 더욱 상세하게 도 6과 같이 모터가 서보 모터로 구성되거나 도 7과 같이 모터가 스테핑 모터로 구성될 수 있다.The focus ring driver 32 may be configured to drive by configuring a motor so as to correspond to the divided focus ring 34 for each divided area. More specifically, as illustrated in FIG. 6, the focus ring driver 32 may be configured as a servo motor. The motor may be configured as a stepping motor as shown.

도 6를 참조하면, 서보 모터(120)를 구동하기 위하여 포커스 링 구동부(32)는 스위치(100)와 모터 제어부(102)와 서보 모터 구동부(104)를 구비한다.Referring to FIG. 6, the focus ring driver 32 includes a switch 100, a motor controller 102, and a servo motor driver 104 to drive the servo motor 120.

스위치(100)는 포커스 링(34)의 분할된 해당 영역의 상승과 하강을 결정하기 위한 키(또는 버턴 등)와 상승 또는 하강 정도를 조작하기 위한 키(또는 버턴 등) 등의 조절 장치가 구비되며 그에 대응되는 스위칭 신호를 출력한다.The switch 100 is provided with an adjusting device such as a key (or a button) for determining the rising and falling of the divided corresponding area of the focus ring 34 and a key (or a button, etc.) for manipulating the degree of raising or lowering. And outputs a corresponding switching signal.

스위치(100)의 스위칭 신호를 입력받아서 동작되는 모터 제어부(102)는 제어 모듈(106)과 위치 결정 모듈(108)이 연동되어 동작된다.The motor controller 102, which is operated by receiving the switching signal of the switch 100, is operated in cooperation with the control module 106 and the positioning module 108.

스위칭 신호가 제어 모듈(106)에 입력되면 제어 모듈(106)은 프로그램밍된 바에 따라서 스위칭 신호에 따른 제어신호를 위치 결정 모듈(108)로 출력하고, 위치 결정 모듈(108)은 제어 신호에 대응되는 펄스 파형 신호를 출력한다. 이때, 위치 결정 모듈(108)로부터 출력되는 펄스 파형 신호는 상승 또는 하강 정보와 위치에 대한 정보를 갖는다.When the switching signal is input to the control module 106, the control module 106 outputs a control signal according to the switching signal to the positioning module 108 according to the programming, and the positioning module 108 corresponds to the control signal. Outputs a pulse waveform signal. At this time, the pulse waveform signal output from the positioning module 108 has rising or falling information and information about the position.

그리고, 펄스 파형 신호가 입력되는 서보 모터 구동부(104)는 피드백 신호를참조하여 현재 모터의 위치와 조정을 위하는 위치의 편차를 계산하여 그 차 만큼의 제어를 위한 결과 값을 출력하는 편차 카운터(110), 편차 카운터(110)의 디지털 출력을 아날로그로 변환시키는 디지털/아날로그 컨버터(112), 아날로그 출력 신호와 피드백 신호를 합성하는 합성부(114), 및 합성된 신호를 증폭하는 증폭부(116)를 구비한다.In addition, the servo motor driver 104 into which the pulse waveform signal is input, calculates a deviation between the current motor position and the position for adjustment by referring to the feedback signal and outputs a result value for the control by the difference. ), A digital / analog converter 112 for converting the digital output of the deviation counter 110 to analog, a synthesizer 114 for synthesizing the analog output signal and a feedback signal, and an amplifier 116 for amplifying the synthesized signal. It is provided.

서보 모터 구동부(104)의 출력 신호가 모터(120)로 인가됨에 따라서 서보 모터(120)가 구동되며, 서보 모터(120)의 구동 상태는 엔코더(122)에 의하여 검출되어서 편차 카운터(110)와 합성부(114)로 피드백된다.As the output signal of the servo motor driver 104 is applied to the motor 120, the servo motor 120 is driven, and the driving state of the servo motor 120 is detected by the encoder 122 to detect the deviation counter 110. It is fed back to the combining unit 114.

즉, 상기한 바와 같이 서보 모터(120)가 구동됨으로써 그에 따라서 포커스 링(34)의 해당 영역이 원하는 위치로 상승 또는 하강된다.That is, as described above, the servo motor 120 is driven so that the corresponding region of the focus ring 34 is raised or lowered to a desired position.

그 후 플라즈마 공정이 진행되고, 영역 별로 상승되는 위치가 제어된 포커스 링(34)에 의하여 플라즈마 포커싱이 웨이퍼에 이루어져서, 웨이퍼 균일도가 확보된 상태에서 플라즈마 공정이 진행될 수 있다.Thereafter, the plasma process is performed, and the plasma focusing is performed on the wafer by the focus ring 34 whose position is raised for each region, so that the plasma process may be performed while the wafer uniformity is secured.

한편, 스테핑 모터(206)를 이용한 실시예인 도 7를 참조하면, 스테핑 모터(206)를 구동하기 위하여 포커스 링 구동부(32)는 스위치(200)와 모터 제어부(202)와 스테핑 모터 구동부(204)를 구비한다.Meanwhile, referring to FIG. 7, which is an embodiment using the stepping motor 206, the focus ring driver 32 may include the switch 200, the motor controller 202, and the stepping motor driver 204 to drive the stepping motor 206. It is provided.

스위치(200)는 포커스 링(34)의 분할된 해당 영역의 상승과 하강을 결정하기 위한 키(또는 버턴 등)와 상승 또는 하강 정도를 조작하기 위한 키(또는 버턴 등) 등의 조절 장치가 구비되며 그에 대응되는 스위칭 신호를 출력한다.The switch 200 is provided with an adjusting device such as a key (or a button) for determining the rising and falling of the divided area of the focus ring 34 and a key (or a button, etc.) for manipulating the degree of raising or lowering. And outputs a corresponding switching signal.

스위치(200)의 스위칭 신호를 입력받아서 동작되는 모터 제어부(202)는 제어모듈(210)과 위치 결정 모듈(212)이 연동되어 동작된다.The motor control unit 202 operated by receiving the switching signal of the switch 200 is operated in conjunction with the control module 210 and the positioning module 212.

스위칭 신호가 제어 모듈(210)에 입력되면 제어 모듈(210)은 프로그램밍된 바에 따라서 스위칭 신호에 따른 제어신호를 위치 결정 모듈(212)로 출력하고, 위치 결정 모듈(212)은 제어 신호에 대응되는 펄스 파형 신호를 출력한다. 이때, 위치 결정 모듈(212)로부터 출력되는 펄스 파형 신호는 상승 또는 하강 정보와 위치에 대한 정보를 갖는다.When the switching signal is input to the control module 210, the control module 210 outputs a control signal according to the switching signal to the positioning module 212 according to the programmed, the positioning module 212 corresponding to the control signal Outputs a pulse waveform signal. In this case, the pulse waveform signal output from the positioning module 212 includes rising or falling information and information about a position.

그리고, 펄스 파형 신호가 입력되는 스테핑 모터 구동부(204)는 펄스 파형 신호로써 다상 펄스를 발생하는 다상 펄스 발생기(214)와 출력된 다상 펄스를 증폭하는 펄스 증폭기(216)를 구비한다. 여기에서 다상 펄스 발생기(214)는 일예로 스테핑 모터(206)가 삼상으로 구동되는 경우 삼상 펄스를 출력한다.The stepping motor driver 204 to which the pulse waveform signal is input includes a polyphase pulse generator 214 for generating a polyphase pulse as a pulse waveform signal and a pulse amplifier 216 for amplifying the output polyphase pulse. Here, the multiphase pulse generator 214 outputs a three phase pulse when the stepping motor 206 is driven in three phases, for example.

스테핑 모터 구동부(204)의 출력 신호가 스테핑 모터(206)로 인가됨에 따라서 스테핑 모터(206)가 구동되며, 그에 따라서 포커스 링(34)의 해당 영역이 원하는 위치로 상승 또는 하강된다.As the output signal of the stepping motor driver 204 is applied to the stepping motor 206, the stepping motor 206 is driven so that the corresponding region of the focus ring 34 is raised or lowered to a desired position.

따라서, 실시예와 같이 포커스 링이 분할된 영역 별로 서로 다른 위치로 높이가 조절됨에 의하여 플라즈마 포커싱이 웨이퍼에 이루어져서, 웨이퍼 균일도가 확보된 상태에서 플라즈마 공정이 진행될 수 있다.Therefore, as in the embodiment, the plasma focusing is performed on the wafer by adjusting the height to different positions for each divided region of the focus ring, so that the plasma process may be performed in a state where wafer uniformity is secured.

본 발명에 따른 실시예는 제작자의 의도에 따라서 고정 또는 승하강이 제어 가능한 포커스 링이 둘 이상 중첩되어 공정 특성에 접합한 포커싱 영역을 설정하도록 구현될 수 있으며, 이때도 본 발명의 실시예와 같이 중첩된 포커싱 링들 중 최소한 하나 이상의 포커스 링이 분할 구동되도록 구현될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be implemented to set a focusing area bonded to the process characteristics by overlapping two or more focus ring that can be fixed or raised and lowered according to the manufacturer's intention, and in this case, as in the embodiment of the present invention At least one of the overlapping focusing rings may be implemented to be dividedly driven.

따라서, 본 발명에 의하면 다양한 공정 조건에 부합하도록 포커스 링의 높이가 영역 별로 조절될 수 있어서 공정 특성에서 요구되는 플라즈마 포커싱이 가능하여 플라즈마 식각에 따른 웨이퍼 균일도가 개선될 수 있다.Therefore, according to the present invention, the height of the focus ring may be adjusted for each region to meet various process conditions, thereby enabling plasma focusing required in process characteristics, thereby improving wafer uniformity due to plasma etching.

Claims (5)

플라즈마 식각 챔버의 정전척에 안착되는 웨이퍼를 내부에 수용하며 영역별로 분할된 포커스 링; 및A focus ring accommodating a wafer seated on the electrostatic chuck of the plasma etching chamber and divided into regions; And 상기 정전척의 변부에 설치되어서 공정 특성에 따라 상기 포커스 링의 분할된 최소한 하나 이상의 영역을 가변 설정되는 높이로 상승 및 하강시키는 포커스 링 구동부를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.And a focus ring driver installed at an edge of the electrostatic chuck and configured to raise and lower at least one divided area of the focus ring to a variable setting height according to process characteristics. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포커스 링 구동부는 상기 포커스 링의 분할된 영역 별로 대응되는 서보 모터로 구동됨을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.And the focus ring driver is driven by a servo motor corresponding to each of the divided regions of the focus ring. 제 2 항에 있어서, 상기 서보 모터 별로 상기 포커스 링 구동부는,The method of claim 2, wherein the focus ring driver for each servo motor, 상기 포커스 링의 분할 영역을 구동하는 서보 모터;A servo motor driving a divided area of the focus ring; 상기 포커스 링의 분할 영역의 위치를 가변 설정하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위치;A switch for outputting a switching signal for variably setting the position of the divided area of the focus ring; 상기 스위칭 신호로써 상기 포커스 링의 분할 영역의 위치를 제어하는 펄스 파형 신호를 출력하는 서보 모터 제어부;A servo motor controller which outputs a pulse waveform signal for controlling the position of the divided region of the focus ring as the switching signal; 상기 서보 모터로부터 피드백되는 신호를 참조하여 상기 펄스 파형 신호로써 상기 서보 모터의 구동 신호를 생성하여 출력하는 서보 모터 구동부; 및A servo motor driving unit generating and outputting a driving signal of the servo motor as the pulse waveform signal by referring to a signal fed back from the servo motor; And 상기 서보 모터의 구동 상태를 검출하여 피드백 신호를 상기 서보 모터 구동부로 제공하는 엔코더를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.And an encoder for detecting a driving state of the servo motor and providing a feedback signal to the servo motor driving unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포커스 링 구동부는 상기 포커스 링의 분할된 영역 별로 대응되는 스테핑 모터로 구동됨을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.And the focus ring driver is driven by a stepping motor corresponding to each divided area of the focus ring. 제 4 항에 있어서, 상기 스테핑 모터 별로 상기 포커스 링 구동부는,The method of claim 4, wherein the focus ring driver for each stepping motor, 상기 포커스 링의 분할 영역을 구동하는 스테핑 모터;A stepping motor driving a divided area of the focus ring; 상기 포커스 링의 분할 영역의 위치를 가변 설정하는 스위칭 신호를 출력하는 스위치;A switch for outputting a switching signal for variably setting the position of the divided region of the focus ring; 상기 스위칭 신호로써 상기 포커스 링의 분할 영역의 위치를 제어하는 펄스 파형 신호를 출력하는 서보 모터 제어부; 및A servo motor controller which outputs a pulse waveform signal for controlling the position of the divided region of the focus ring as the switching signal; And 상기 펄스 파형 신호로써 상기 스테핑 모터의 다상 제어를 위한 구동 신호를 생성하여 출력하는 스테핑 모터 구동부를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.And a stepping motor driver for generating and outputting a driving signal for the multiphase control of the stepping motor as the pulse waveform signal.
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