KR20040050080A - 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치 - Google Patents

플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정정척에 설치되는 포커스 링의 높이와 포커싱 영역을 공정 특성에 따라서 조절할 수 있도록 개선한 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치를 개시한다.
본 발명의 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치는 웨이퍼를 식각하는 플라즈마 공정이 진행되는 플라즈마 공정 챔버 내의 정전척에 안착되는 웨이퍼를 내부에 수용하는 직경이 다른 최소한 둘 이상으로 중첩된 포커스 링들 중 어느 하나를 상하로 구동하며, 각 포커스 링은 정전척의 변부에 설치되는 포커스 링 구동부에 의하여 공정 특성에 따라 가변 설정되는 높이로 상하로 구동되도록 구성된다. 그리고, 포커스 링 구동부는 서보 모터 또는 스테핑 모터를 이용하여 선택된 포커스 링을 구동하도록 구성될 수 있다.
따라서, 다양한 공정 조건에 부합하도록 포커스 링의 높이와 포커싱 영역이 조절될 수 있어서 공정 특성에서 요구되는 플라즈마 포커싱이 가능하여 플라즈마 식각에 따른 웨이퍼 균일도가 개선될 수 있다.

Description

플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치{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 링의 높이와 포커싱 영역을 공정 특성에 따라서 조절할 수 있도록 개선한 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 다양한 단위 공정들을 포함하고 있다.
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.
상기한 플라즈마 공정 챔버 내부에는 RF 인가에 따른 플라즈마(20)가 형성되어 웨이퍼 공정이 진행된다.
반도체 기술이 고집적화될수록 패턴이 조밀해지고, 컨택홀의 깊이 대 크기의 비가 증가된다.
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.
본 발명의 목적은 플라즈마 공정을 진행하기 위한 조건에 맞게 포커스 링의 폭을를 조절함으로써 식각 후 웨이퍼 균일도를 개선시킴에 있다.
본 발명의 다른 목적은 포커스링의 높이를 조절하여 플라즈마 공정을 진행하는 과정에 형성되는 플라즈마의 웨이퍼 포커싱을 조절 가능토록 함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 플라즈마 공정 특성에 따라 포커싱 영역을 가변 적용하여 식각 후 웨이퍼 균일도를 개선시킴에 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 챔버의 개략적 구성을 나타내는 도면
도 2는 도 1의 플라즈마 식각 챔버에 사용되는 포커스 링의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면
도 4는 본 발명에 따른 포커스 링의 평면도를 나타내는 도면
도 5는 도 3의 포커스 링을 구동하기 위한 포커스 링 구동부의 제 1 실시예를 나타내는 회로도
도 6은 도 3의 포커스 링을 구동하기 위한 포커스 링 구동부의 제 2 실시예를 나타내는 회로도
본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치는 웨이퍼를 식각하는 플라즈마 공정이 진행되는 플라즈마 공정 챔버 내의 정전척에 안착되는 웨이퍼를 내부에 수용하는 직경이 다른 최소한 둘 이상으로 중첩된 포커스 링들 중 어느 하느를 상하로 구동하며, 각 포커스 링은 정전척의 변부에 설치되는 포커스 링 구동부에 의하여 공정 특성에 따라 가변 설정되는 높이로 상하로 구동되도록 구성된다.
그리고, 포커스 링 구동부는 서보 모터 또는 스테핑 모터를 이용하여 선택된 포커스 링을 구동하도록 구성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예로써 플라즈마 공정 챔버 내에 설치된다.
도 3을 참조하면, 정전척(30)의 상부에는 공정을 진행하기 위한 웨이퍼(16)가 안착되며, 정전척(30)의 외변에는 포커스 링 구동부(32)가 구성된다.
포커스 링 구동부(32)는 상부에 듀얼로 구성되는 포커스 링(34, 36)을 개별적으로 상승 및 하강시키고, 포커스 링 구동부(32)는 포커스 링(34, 36)의 상승 및 하강 시키는 높이를 공정 특성에 따라 다양하게 조절할 수 있다.
그리고, 실시예는 도 4와 같이 직경이 넓은 포커스 링(34)과 그 보다 직경이좁은 포커스 링(36)을 구비하며, 포커스 링(34)과 포커스 링(36)은 일면이 접하도록 중첩되어 구성됨이 바랍직하다.
포커스 링(34, 36)은 공정 특성에 따라서 구동할 대상이 선택될 수 있으며, 넓은 포커싱 영역을 필요로 하는 경우 해당 모터(40)에 의하여 포커스 링(34)이 구동되고, 좁은 포커싱 영역을 필요로 하는 경우 해당 모터(42)에 의하여 포커스 링이 구동된다.
포커스 링(34)과 모터(40)의 구성과 포커스 링(36)과 모터(42)의 구성 관계는 도 5 및 도 6의 포커스 링 구동부의 실시예와 같이 구성되어 개별적으로 상승 및 하강이 제어될 수 있다.
포커스 링 구동부(32)는 해당 포커스 링을 모터로 구동하도록 구성될 수 있으며, 더욱 상세하게 도 5와 같이 서보 모터로 구성되거나 도 6와 같이 스테핑 모터로 구성될 수 있다. 도 4의 모터(40, 42)는 도 5 및 도 6의 서보 모터 또는 스테핑 모터에 해당된다.
도 5를 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.
스위치(100)는 포커스 링의 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.
스위치(100)의 스위칭 신호를 입력받아서 동작되는 모터 제어부(102)는 제어 모듈(106)과 위치 결정 모듈(108)이 연동되어 동작된다.
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.
그리고, 펄스 파형 신호가 입력되는 서보 모터 구동부(104)는 피드백 신호를 참조하여 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.
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.
즉, 상기한 바와 같이 서보 모터(120)가 구동됨으로써 그에 따라서 포커스 링(34)이 원하는 위치로 상승 또는 하강된다.
그 후 플라즈마 공정이 진행되고, 정해진 위치로 높이가 조절된 포커스 링(34)에 의하여 플라즈마 포커싱이 웨이퍼에 이루어져서, 웨이퍼 균일도가 확보된 상태에서 플라즈마 공정이 진행될 수 있다.
한편, 스테핑 모터(206)를 이용한 실시예인 도 6를 참조하면, 스테핑모터(206)를 구동하기 위하여 포커스 링 구동부(32)는 스위치(200)와 모터 제어부(202)와 스테핑 모터 구동부(204)를 구비한다.
스위치(200)는 포커스 링의 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.
스위치(200)의 스위칭 신호를 입력받아서 동작되는 모터 제어부(202)는 제어 모듈(210)과 위치 결정 모듈(212)이 연동되어 동작된다.
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.
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.
스테핑 모터 구동부(204)의 출력 신호가 스테핑 모터(206)로 인가됨에 따라서 스테핑 모터(206)가 구동되며, 그에 따라서 포커스 링이 원하는 위치로 상승 또는 하강된다.
따라서, 도 6의 실시예와 같이 정해진 위치로 높이가 조절된 포커스 링에 의하여 플라즈마 포커싱이 웨이퍼에 이루어져서, 웨이퍼 균일도가 확보된 상태에서 플라즈마 공정이 진행될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 넓은 영역의 포커싱 영역을 필요로 하는 경우 포커스 링(34)을 공정 특성에 맞는 높이로 설정하여 플라즈마 공정이 진행될 수 있고, 좁은 영역의 포커싱 영역을 필요로 하는 경우 포커스 링(36)을 공정 특성에 맞는 높이로 설정하여 플라즈마 공정이 진행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 다양한 공정 조건에 부합하도록 포커스 링의 높이가 조절될 수 있고, 공정 특성에 따라서 넓은 폭의 포커싱 영역 또는 좁은 폭의 포커싱 영역이 식각 공정이 시작되기 전에 해당 포커스 링의 구동으로 설정될 수 있어서 공정 특성에서 요구되는 플라즈마 포커싱이 가능하여 플라즈마 식각에 따른 웨이퍼 균일도가 개선될 수 있다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 식각 챔버의 정전척에 안착되는 웨이퍼를 내부에 수용하며 직경이 다른 최소한 둘 이상이 중첩되는 포커스 링들; 및
    상기 정전척의 변부에 설치되어서 공정 특성에 따라 상기 포커스 링들 중 어느 하나를 가변 설정되는 높이로 상승 및 하강시키는 포커스 링 구동부를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링 구동부는 각 포커스 링들에 개별적으로 대응되는 서보 모터로 해당 포커스 링을 구동함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 서보 모터 별로 상기 포커스 링 구동부는,
    해당되는 상기 포커스 링을 구동하는 서보 모터;
    상기 포커스 링 위치의 가변 설정을 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위치;
    상기 스위칭 신호로써 상기 포커스 링 위치 제어를 위한 펄스 파형 신호를 출력하는 서보 모터 제어부;
    상기 서보 모터로부터 피드백되는 신호를 참조하여 상기 펄스 파형 신호로써 상기 서보 모터의 구동 신호를 생성하여 출력하는 서보 모터 구동부; 및
    상기 서보 모터의 구동 상태를 검출하여 피드백 신호를 상기 서보 모터 구동부로 제공하는 엔코더를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링 구동부는 각 포커스 링들에 개별적으로 대응되는 스테핑 모터로 해당 포커스 링을 구동함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 챔버용 포커스 링 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스테핑 모터 별로 상기 포커스 링 구동부는,
    해당되는 상기 포커스 링을 구동하는 스테핑 모터;
    상기 포커스 링 위치의 가변 설정을 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위치;
    상기 스위칭 신호로써 상기 포커스 링 위치 제어를 위한 펄스 파형 신호를 출력하는 서보 모터 제어부; 및
    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.
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