KR101339931B1 - 이온 에너지 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 챔버의 이온 에너지를 조정하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 기술된다. 예시적 시스템은 이온 에너지 제어부를 포함하고, 이 이온 에너지 제어부는, 기판의 표면에 충돌하는 이온들의 에너지의 소망 분포를 나타내는 적어도 하나의 이온-에너지 세팅에 응답하여 적어도 하나의 이온 에너지 제어 신호를 제공한다. 콘트롤러가 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 결합되고, 콘트롤러는 적어도 두 개의 구동 제어 신호를 제공한다. 또한, 스위칭 모드 파워 서플라이가 기판 지지부, 이온 에너지 제어부 및 콘트롤러에 결합된다. 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는, 기판의 표면에 충돌하는 이온들의 소망 에너지 분포를 구현하기 위해 상기 하나 이상의 구동 신호와 상기 이온 에너지 신호에 응답하여 기판에 파워를 인가하도록 구성되는 스위칭 부재들을 포함한다.

Description

이온 에너지 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING ION ENERGY DISTRIBUTION}
본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리에 관한 것이다. 특히, 이에 한정되지는 않지만, 본 발명은 플라즈마 응용 에칭 및/또는 증착을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 형태의 반도체 장치들은 플라즈마 기반 에칭 기술을 사용하여 제조된다. 그것이 에칭되는 도체인 경우, 기판 도체의 표면을 가로질러 실질적으로 균일한 마이너스 전압을 생성하기 위해 그라운드에 대해 마이너스 전압이 도전성 기판에 인가될 수 있으며, 상기 기판은 도체를 향해 플러스로 대전된 이온들을 흡인하며, 이에 따라 도체에 충돌하는 플러스 이온은 실질적으로 동일한 에너지를 갖는다.
그러나, 기판이 유전체인 경우, 불변(non-varying) 전압은 기판의 표면을 가로질러 전압을 인가하는 데에 효과가 없다. 그러나, AC 전계가 기판의 표면에 전압을 유기하도록 AC 전압(예컨대, 고주파)이 도전성 플레이트(또는 척)에 인가될 수도 있다. AC 주기의 플러스 반주기 동안, 기판은 포지티브 이온들의 질량에 대해 가벼운 전자들은 흡인하며, 이에 따라 많은 전자들이 사이클의 플러스 반주기 동안 기판의 표면에 흡인된다. 따라서, 기판의 표면은 마이너스 상태로 대전되며, 이는 마이너스 상태로 대전된 표면을 향해 이온들이 흡인되도록 한다. 이온들이 기판의 표면에 충돌할 때, 그 충돌은 물질이 기판의 표면으로부터 벗어나게 하며, 이는 에칭에 영향을 준다.
많은 예에서, 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 것이 바람직하나, 기판에 사인파형을 인가하는 것은 넓은 이온 에너지의 분포를 야기하며, 이는 소망 에칭 프로파일을 행하기 위한 플라즈마 공정의 성능을 제한한다. 좁은 이온 에너지 분포를달성하기 위한 공지된 기술은 고가이고, 비능률적이고, 제어하기가 어려우며, 플라즈마 밀도에 악영향을 준다. 이에 따라, 이들 공지 기술들은 상업적으로 채용되지 못했다. 따라서, 현재 기술의 단점을 극복하고 다른 새롭고 혁신적인 특징을 제공하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다.
도시된 본 발명의 예시적 실시예는 하기와 같이 요약된다. 이들 및 다른 실시예는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 보다 상세히 기재되어 있다.
그러나, 이들 발명의 상세한 설명이나 실시예에 기술된 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 특허청구범위에 표현된 발명의 정신 및 관점 내에 들어가는 수많은 개조, 등가물 및 다른 구성이 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
1 실시예에 따르면, 본 발명은 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템으로서 특정될 수 있다. 이 실시예의 시스템은 플라즈마를 포함하도록 구성되는 플라즈마 처리 챔버, 상기 플라즈마 처리 챔버 내에 위치되고 기판을 지지하도록 배치된 기판 지지부, 기판의 표면에 이온들의 소망 에너지 분포를 나타내는 적어도 하나의 이온 에너지 세팅에 응답하여 적어도 하나의 이온 에너지 제어 신호를 제공하는 이온 에너지 제어부, 및 하나 이상의 구동 제어 신호를 제공하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 결합된 콘트롤러를 포함한다. 또한, 상기 기판 지지부, 이온 에너지 제어부, 및 콘트롤러에 스위칭 모드 파워 서플라이가 결합되고, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는, 기판의 표면에 이온들의 소망 에너지 분포를 구현하기 위해 상기 하나 이상의 구동 신호와 상기 이온 에너지 신호에 응답하여 기판에 파워를 인가하도록 구성되는 하나 이상의 스위칭 부재들을 포함한다.
다른 실시예에 의하면, 본 발명은 플라즈마 기반 처리를 위한 방법으로 특정될 수 있으며, 상기 방법은, 플라즈마 챔버에 기판을 위치시키고; 플라즈마 챔버에 플라즈마를 형성하고; 기판의 표면에 이온들의 소망 에너지 분포를 나타내는 적어도 하나의 이온 에너지 세팅을 수용하고; 이온 에너지의 소망 분포를 구현하기 위해 기판에 대해 파워를 제어가능하게 스위칭하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 플라즈마 기반 처리 장치로서 특정될 수 있으며, 상기 장치는, 기판의 표면에 이온들의 소망 에너지 분포를 나타내는 적어도 하나의 이온 에너지 세팅에 응답하여 적어도 하나의 이온 에너지 제어 신호를 제공하는 이온 에너지 제어부 및 하나 이상의 구동제어 신호를 제공하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 결합된 콘트롤러를 포함한다. 또한, 하나 이상의 스위칭 부재들이, 기판의 표면에 이온들의 소망 에너지 분포를 구현하기 위해 상기 이온 에너지 제어 신호 및 하나 이상의 구동제어 신호에 응답하여 기판에 파워를 인가한다.
이들 및 다른 실시예들은 후에 상세히 설명된다.
본 발명의 각종 목적과 이점 및 보다 완전한 이해를 위해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 블록도이다.
도2는 도1에 나타낸 스위칭 모드 파워 시스템의 예시적 실시예를 도시한 블록도이다.
도3은 도2를 참조하여 기술된 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 실현하기 위해 이용될 수 있는 부재들의 개략도이다.
도4는 두 개의 구동 신호 파형을 도시한 타이밍도이다.
도5는 특정 이온 에너지에 집중된 이온 에너지 분포를 구현하는 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 동작시키는 단일 모드의 그래픽도이다.
도6은 이온 에너지 분포에 있어서 두 개의 분리 피크가 발생되는 두 가지 모드(bi-modal mode)를 도시한 그래프이다.
플라즈마 처리 시스템의 예시적 실시예가 도1에 일반적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 파워 서플라이(102)가 플라즈마 처리 챔버(104)에 결합되고 기판(110)이 챔버(104) 내에 놓이는 지지부(108)에 스위칭 모드 파워 서플라이(106)가 결합된다. 또한, 콘트롤러(112)가 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 결합되어 있다.
이 예시적 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버(104)는 ((예컨대, 펌프(들)(도시되지 않음)에 의해 배출되는 진공 인클로저를 포함하는) 실질적으로 종래 구성의 챔버로 실현될 수도 있다. 그리고, 당업자에 의하면, 챔버(104)에 있어서의 플라즈마 여기는, 리액터에 있어서 플라즈마(114)를 점화시키고 유지하기 위한 자성 코일 (magnetic coil) 및 안테나를 포함하는 예컨대 헬리콘형(helicon ype) 플라즈마 소소스를 포함하는 다양한 소스의 어느 하나일 수도 있으며, 챔버(104) 내에 가스를 도입하기 위해 가스 입구가 제공될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 예시적 플라즈마 처리 챔버(104)는 기판(110)은 격렬한 이온 충돌을 이용하여 재료의 플라즈마 기반 에칭을 행하도록 배치되고 구성된다. 이 실시예의 플라즈마 파워 서플라이(102)는 플라즈마(114)를 점화시키고 유지하기 위해 챔버(104)에 하나 이상의 주파수들(예컨대, 13.56 MHz)로 매칭 회로(도시되지 않음)를 통해 파워(예컨대, RF 파워)를 인가하도록 구성된다. 본 발명은 챔버(104)에 파워를 결합하기 위해 특정 형태의 플라즈마 파워 서플라이(102) 또는 소스에 한정되지 않으며, 다양한 주파수 또는 파워 레벨이 용량적으로 또는 유도적으로 플라즈마(114)에 결합될 수 있음을 이해해야 한다.
도시된 바와 같이, (예컨대, 반도체 웨이퍼와 같은) 처리될 유전체 기판(110)이 (예컨대, 반도체 웨이퍼 처리를 위해) 종래 웨이퍼 척의 일부를 포함할 수도 있는 지지부(108)에 의해 적어도 일부에서 지지된다. 상기 지지부(108)는, 기판(110)이 플랫폼에 용량적으로 결합되나 지지부(108)보다 상이한 전압으로 플로팅될 수도 있는 상태로 지지부(108)와 기판(110) 간에 절연층을 갖도록 형성될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 기판(110) 및 지지부(108)가 도체인 경우, 지지부(108)에 불변(non-varying) 전압을 인가하는 것이 가능하며, 기판(110)을 통한 도전에 따라 지지부(108)에 인가되는 전압도 기판(110)의 표면에 인가된다.
그러나, 기판(110)이 유전체인 경우, 기판(108)에 대한 불변 전압의 인가는 기판(110)의 처리된 면을 가로질러 전압을 인가하는 데에 효과가 없다. 따라서, 예시적 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는, 기판(110)의 제어된 에칭 및/또는 증착을 행하기 위해 기판(110)과 충돌하도록 플라즈마(114)에 있어서 이온을 흡인할 수 있는 기판(110)의 표면에 전압을 가하기 위해 제어되도록 구성된다.
또한, 후술하는 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 실시예들은, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 기판(110)에 인가되는 파워와 플라즈마 파워 서플라이(102)에 의해 (플라즈마 114에) 인가되는 파워 사이에 미약한 상호작용이 있도록 동작하도록 구성된다. 예컨대, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 인가되는 파워 서플라이는 플라즈마(114)의 밀도에 실질적으로 영향을 미치지 않고 이온 에너지의 제어를 가능하게 하도록 제어할 수 있다.
또한, 도1에 나타낸 예시적 스위칭 모드 파워 서플라이(106의 많은 실시예는 비교적 간단한 제어 알고리즘에 의해 제어가능할 수도 있는 비교적 저렴한 부재들로 실현된다. 종래 기술에 비해, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 많은 실시예는 대단히 효율적이며; 이에 따라 초과 열 에너지를 제거하여 조합되는 고가의 재료들 및 에너지 비용을 절감한다.
유전체 기판에 전압을 인가하기 위한 하나의 공지 기술은 기판 지지부에 파워를 인가하기 위해 복잡한 콘트롤 기구와 연관되어 고출력 선형 증폭기를 이용하며, 이는 기판의 표면에 전압을 유도한다. 그러나, 이 기술은 플라즈마 밀도에 악영향을 주는 것이 발견되었는 데 그 이유는 기판에 인가되는 고주파 파워가 플라즈마 밀도에 영향을 미치기 때문이다. 특히, 이용되는 선형 증폭기는 전형적으로 크고, 매우 고가이고, 비능률적이고, 제어하기가 어렵다.
기판에 (예컨대, 하나 이상의 선형 증폭기로) 고주파 파워를 인가하는 다른 기술이 고려되고 있다. 그러나, 이 기술은 기판에 인가되는 고주파 파워가 플라즈마 밀도에 영향을 주기 때문에 플라즈마 밀도에 악영향을 미치는 것이 발견되었다.
어떤 실시예에서, 도1에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 벅(buck), 부스트(boost), 벅-부스트형 파워 기술들에 의해 실현될 수도 있다. 이들 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 기판(110)의 표면에 전위를 유도하도록 가변 레벨의 펄스 파워를 인가하도록 제어될 수도 있다.
다른 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 다른 보다 정교한 스위칭 모드 파워 및 콘트롤 기술에 의해 실현된다. 예컨대, 도2를 참조하면, 도1을 참조하여 기술된 스위칭 모드 파워 서플라이는, 기판(110)에 충돌하는 이온들의 하나 이상의 소망 에너지를 구현하도록 기판(110)에 파워를 인가하가 위해 이용되는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)에 의해 실현된다. 또한, 이온 에너지 제어 부재(220), 아크 검출 부재(222), 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206) 및 파형 메모리(224) 모두에 결합되는 콘트롤러(212)가 도시되어 있다.
이들 부재의 예시적인 배치는 단지 논리적인 것이며, 따라서 그 부재들은 실제 구현에 있어서는 결합 또는 더 분리될 수 있으며, 그 부재들은 기스템의 기본 동작을 변경함이 없이 다양하게 연결될 수 있다. 예컨대, 어떤 실시예에서, 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 실현될 수도 있는 콘트롤러(212)는 파워 서플라이(202) 및 스위칭 모드 파워 서플라이(206) 모두를 제어하도록 이용될 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 파워 서플라이(202) 및 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 완전히 분리된 기능 유닛들에 의해 실현된다. 다른 예에서, 콘트롤러(212), 파형 메모리(224), 이온 에너지 제어부(220) 및 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 (공통 하우징에 있는) 단일 부품으로 통합될 수도 있고, 또는 개별 부품들 간에 분포될 수도 있다.
이 실시예의 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 기판의 표면에 충돌하는 이온들의 에너지의 소망 분포를 구현하도록 제어가능한 상태로 지지부(208)에 전압을 인가하도록 일반적으로 구성된다. 보다 상세히 설명하면, 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 기판에 특정 파워 레벨로 하나 이상의 특정 파형을 인가함으로써 이온 에너지의 소망 분포를 구현하도록 구성된다. 특히, 이온 에너지 제어부(220)로부터의 입력에 응답하여, 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 특정 이온 에너지를 구현하도록 특정 파워 레벨을 인가하고, 파형 메모리(224)에 있어서의 파형 데이터에 의해 규정된 하나 이상의 전압 파형을 사용하여 특정 파워 레벨을 인가한다.
따라서, 하나 이상의 특정 이온 충돌 에너지가 기판의 제어된 에칭을 행하기 위해 이온 제어부에 의해 선택될 수 있다.
도시된 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 대응하는 구동 부재(228', 228")로부터의 구동 신호에 응답하여 기판(210)의 지지부(208)에 대한 파워를 스위칭하기에 적합한 스위칭 부재(226',226")(예컨대, 고출력 전계 효과 트랜지스터)를 포함한다. 그리고 구동 부재(228',228")에 의해 발생되는 구동 신호들(230', 230")은 파형 메모리(224)의 내용에 의해 규정되는 타이밍에 기초하여 콘트롤러(212)에 의해 제어된다. 예컨대, 많은 실시예에서의 콘트롤러(212)는 파형 메모리의 내용을 해석하고 구동 제어 신호(232', 232")을 발생시키기에 적합하며, 상기 신호들은 스위칭 부재(226', 226")에 대한 구동 신호들(230',230")을 제어하기 위해 구동 부재(228',228")에 의해 이용된다. 비록 하프 브리지(half-bridge) 구성으로 배치될 수도 있는 두 개의 스위칭 부재(226',226")가 예시적 목적을 위해 도시되었으나, 더 적거나 부가적 스위칭 부재들이 다양한 구조((예컨대, H 브리지 (H-bridge) 구성)로 구현될 수도 있음을 고려해야 한다.
많은 동작 모드에 있어서, (예컨대, 파형 데이터를 사용한) 콘트롤러(212)는 기판(210)의 지지부(208)에서 소망 파형을 구현하도록 구동 제어 신호(232', 232")의 타이밍을 변조한다. 그러나 이는 반드시 필요한 것은 아니고 다른 동작 모드에서 구동 제어 신호(232', 232")의 타이밍은 일정하거나 또는 많은 사이클에서 일정할 수도 있다. 또한, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는, DC 신호 또는 시변(time-varying) 파형일 수도 있는 이온 에너지 제어 신호(234)에 기초하여 기판(210)에 파워를 공급하기에 적합하다. 이에 따라, 본 실시예는 스위칭 부재에 대한 타이밍 신호들을 제어하고 스위칭 부재(226',226")에 의해 인가되는 (이온 에너지 제어 신호 234에 의해 제어되는) 파워를 제어함으로써 이온 분포 에너지의 제어를 행할 수 있다.
더욱이, 이 실시예의 콘트롤러(212)는, 아크 검출 부재(222)에 의해 검출되는 플라즈마 챔버(204)에서의 아크에 응답하여, 아크 처리 기능을 행하도록 구성된다. 어떤 실시예에서, 아크의 검출 시, 콘트롤러(212)는 구동 제어 신호(232', 232")를 변경시켜 스위칭 모드 바이어스 서플라이(236)의 출력에서 인가되는 파형이 플라즈마(214)에서 아크를 소멸시키도록 한다. 다른 실시예에서, 콘트롤러(212)는 구동 제어 신호(232', 232")의 인가를 간단히 차단시킴으로서 아크를 소멸시켜 스위칭 모드 바이어스 서플라이(236)의 출력의 인가가 차단되도록 한다.
도3을 참조하면, 도2를 참조하여 기술된 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)를 실현하기 위해 이용될 수도 있는 부재들의 개략도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이 실시예의 스위칭 부재 T1 및 T2는 하프 브리지(half-bridge)(토템 폴이이라고도 지칭)형 토폴로지로 배치된다. 집합적으로, R2, R3, C1 및 C2는 플라즈마 부하를 나타내고, C3는, 기판의 표면에 유기되는 전압으로부터의 또는 정전형 척(도시되지 않음)의 전압으로부터의 DC 전류가 회로를 통해 흐르지 않도록 하기 위한 선택사양의 물리적 커패시터이다. 도시된 바와 같이, L1은 표류 인덕턴스(stray inductance)(예컨대, 파워를 부하에 전송하는 도체의 자연 인덕턴스)이다. 또한 이 실시예에서는, 3개의 입력; Vbus, V2 및 V4가 있다.
V2 및 V4는 구동 신호(예컨대, 도2를 참조하여 기술되는 구동 부재 228', 228"에 의해 출력되는 구동 신호 230',230")를 나타내고, 이 실시예에서 V2 및 V4는, T1 및 T2의 종료가 기판 지지부에 인가되는 Vout에서 전압 출력의 형상을 제어하기 위해 변조될 수 있도록 시간적(펄스의 길이 및/또는 상호 지연) 일 수 있다. 많은 구체예에서, 스위칭 부재 T1 및 T2를 실현하기 위해 사용되는 트랜지스터들은 이상적 스위치들이 아니며, 소망 파형에 달하기 위해서는, 트랜지스터 특정 특성이 고려된다. 많은 동작 모드에서, V2 및 V4의 타이밍을 간단히 변경하면 소망 파형이 Vout에서 인가될 수 있도록 된다.
예컨대, 기판(110, 210)의 표면에서의 전압이 일반적으로 플러스 전압 기준을 다소 초과 및/또는 그에 접근하는 주기적 전압 펄스를 갖는 네가티브로 되도록 스위치 T1, T2가 동작될 수도 있다. 기판(110, 210)의 표면에서의 전압 치는, 이온 에너지 분포 함수(IEDF)로 환산하여 특정될 수도 있는 이온의 에너지를 정의한 것이다. 기판(110, 210)의 표면에서 소망 전압(들)을 구현하기 위해, Vout에서의 펄스들은 일반적으로 구형(rectangular)일 수도 있으며 소망 전압(들) 및 대응하는 이온 에너지를 달성하기 위해 기판(110, 210)의 표면으로 전자들을 충분히 흡인하도록 기판(110, 210)의 표면에서 간단한 플러스 전압을 유도하기에 충분히 긴 폭을 갖는다.
이 실시예의 Vbus는 Vout에 인가되는 펄스의 진폭을 정의하며, 이는 기판의 표면에서의 전압을 정의하며, 따라서, 이온 에너지이다. 다시 도2를 간단히 참조하면, Vbus는 이온 에너지 제어부에 결합될 수도 있으며, 이는 DC 신호 또는 시변 파형을 Vbus에 인가하기에 적합한 DC 파워 서플라이에 의해 실현될 수도 있다.
두 개의 신호 V2, V4의 펄스 폭, 펄스 형상 및/또는 상호 지연은 Vout에서 소망 파형에 달하도록 변조되며, Vbus에 인가되는 전압은 펄스의 특성에 영향을 미칠 수도 있다. 즉, 전압 Vbus는 신호 V2, V4의 펄스 폭, 펄스 형상 및/또는 관련 위상에 영향을 미칠 수도 있다. 예컨대, 도4를 간략히 참조하면, 도4에 도시된 Vout 신호를 발생하기 위해 (V2 및 V4로서) T1 및 T2에 인가될 수도 있는 두 개의 구동 신호 파형을 나타낸 타이밍도가 도시되어 있다. (예컨대, 펄스의 피크치에 달하나, Vout에서 펄스에 대한 최소 시간을 달성하도록) Vout에서 펄스들의 형상을 변조하기 위해, 두 개의 게이트 구동 신호 V2, V4의 타이밍이 제어될 수도 있다.
예컨대, 펄스들의 각각이 Vout에서 인가되는 시간이 펄스들 간의 시간 T에 비교하여 짧지만, 기판(110,210)의 표면에 전자들을 흡인하도록 기판의 표면에 플러스 전압을 유지할 정도로 길어질 수 있도록 두 개의 게이트 구동 신호 V2 및 V4가 스위칭 부재 T1, T2에 인가될 수도 있다. 또한, 펄스들 간의 게이트 전압 레벨을 변경함으로서 (예컨대, 펄스들 간의 기판의 표면에서 실질적으로 일정한 전압을 달성하도록) 펄스들 간에 Vout에 인가되는 전압의 구배를 제어할 수 있다는 것을 발견했다. 어떤 동작 모드에 있어서, 게이트 펄스의 반복률은 약 400 kHz이나, 이 비율은 응용에 따라 임의로 변경할 수 있다.
비록 요구되지는 않지만, 실제로, 실제 구현에 따른 모델링 및 리파이닝에 기초하여, 소망 이온 에너지 분포를 발생시키기 위해 사용될 수 있는 파형이 정의될 수도 있으며, 그 파형들은 (예컨대, 전압 레벨의 시퀀스로서 도1을 참조하여 기술된 파형 메모리부에) 저장될 수 있다. 또한, 많은 구체예에서, 파형들은 (예컨대, Vout로부터의 피드백 없이) 직접 발생될 수 있으며; 이에 따라, (예컨대, 설정 시간과 같은) 피드백 제어 시스템의 바람직하지 않은 상태를 회피한다.
도3을 참조하면, Vbus는 이온들의 에너지를 제어하기 위해 변조될 수 있으 며, 저장된 파형들은, 펄스 폭을 최소화하면서 Vout에서 소망 펄스 진폭을 달성하기 위해 게이트 구동 신호 V2, V4를 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 다시, 이는 트랜지스터의 특정 특성에 따라 행해지며, 이는 모델로 되거나 또는 구체화되거나 또는 실증적으로 확립될 수도 있다. 도5를 참조하면, 예컨대, Vbus 대 전압, 기판(110,210)의 표면에서의 전압 대 시간, 및 대응하는 이온 에너지 분포를 나타낸 그래프들이 도시되어 있다.
도5의 그래프들은 특정 이온 에너지에 집중된 이온 에너지 분포를 구현하는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106,206)를 통작시키는 단일 모드를 도시한다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 이온 에너지의 단일 집중을 구현하기 위해, Vbus에 인가되는 전압이 일정하게 유지되는 반면 V2 및 V4에 인가되는 전압은 (예컨대, 도3에 도시된 구동 신호를 사용하여) 제어되어 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106,206)의 출력에서 펄스들을 발생시키며 이는 도5에 나타낸 대응하는 이온 에너지 분포를 구현한다.
도5에 나타낸 바와 같이, 기판(110,210)의 표면에서의 전위는 기판(110,210)의 표면에 충돌하여 에칭하는 이온들을 흡인하기 위해 일반적으로 네가티브이다. (Vout에 펄스들을 인가함으로써) 기판(110,210)에 인가되는 주기적 짧은 펄스들은 Vbus에 인가되는 전위에 의해 정의되는 진폭을 가지며, 이들 펄스들은 (포지티브 또는 다소 포지티브 전위에 가까운) 기판(110,210)의 전위의 간단한 변화를 야기시키며, 이는 기판(110,210)의 표면을 따라 일반적으로 네가타브 전위를 달성하도록 기판의 표면에 전자들을 흡인한다. 도5에 나타낸 바와 같이, Vbus에 인가되는 정전압은 특정 이온 에너지로 이온 플럭스의 단일 집중을 구현하며; 이에 따라 Vbus를 특정 전위로 간단히 설정함으로써 특정 이온 충돌 에너지가 선택될 수도 있다. 다른 동작 모드에 있어서, 이온 에너지의 둘 이상의 분리된 집중이 발생될 수도 있다.
도6을 참조하면, 예컨대, 이온 에너지 분포의 두 개의 분리된 피크들이 발생되는 두 가지 모드(bi-modal mode)를 나타낸 그래프가 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 동작 모드에 있어서, 기판들은 두 개의 별개의 레벨들의 전압 및 주기적 펄스들을 가지며, 이에 따라, 이온 에너지의 두 개의 분리된 집중이 생성된다. 도시된 바와 같이, 두 개의 별개의 이온 에너지 집중을 구현하기 위해, Vbus에 인가되는 전압은 두 레벨들 간에 번갈아 행해지며, 각 레벨은 두 개의 이온 에너지 집중들의 에너지 레벨을 정의한다.
비록 도6은 모든 펄스 후 교번하는 것으로 기판(110,210)에서의 두 전압을 도시했으나, 이는 반드시 요구되는 것은 아니다. 예컨대 다른 동작 모드에 있어서, V2 및 V4에 인가되는 전압들은 Vout에 인가되는 전압에 대해 (예컨대, 도3에 도시된 구동 신호들을 사용하여) 스위칭되어 기판의 표면에서 유도된 전압이 둘 이상의 펄스 후 제1 전압으로부터 제2 전압으로(또는 그 반대) 교번한다.
종래 기술에 있어서, 선형 증폭기에 (파형 발생기에 의해 발생된) 두 파형들의 결합을 인가하고 기판에 두 파형들의 증폭된 결합을 인가하여 다중 이온 에너지를 구현하기 위한 시도가 행해졌다. 그러나, 이러한 시도는 대단히 복잡하고 도6을 참조하여 기술된 어프로치는 고가의 선형 증폭기 및 파형 발생기를 필요로 한다.
이에 따라 스위칭 모드 파워 서플라이(106,206)의 실시예는, 기판(110,210)에 대해 스위칭되는 전압의 레벨을 변조하고, 많은 동작 모드에 있어서, 스위치들에 인가되는 신호들의 타이밍을 제어함으로써 하나 이상의 에너지 레벨에서 좁은 이온 에너지 분포를 발생하기 위해 간단하고, 저렴하고, 효율적인 어프로치를 제공한다.
결론적으로, 본 발명은 무엇보다도, 스위칭 모드 파워 서플라이를 사용하여 이온 에너지를 선택적으로 발생시키는 방법 및 장치를 제공한다.
당업자들은 본 발명에 있어서 여러가지 변형 예 및 대체 예가 이루어질 수 있음을 용이하게 인식할 것이며, 상기 예를 실질적으로 달성하기 위한 사용 및 그의 구성은 본 명세서에서 기술된 실시예들에 의해 성취된다. 따라서, 본 발명은 기술된 예시적 형태들에 한정되지 않으며, 많은 변형예, 개조 및 대안적 구성은 특허청구범위에 기재된 발명의 관점 및 정신 내에 들어가는 것이다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템으로서,
    플라즈마를 포함하도록 구성되는 플라즈마 처리 챔버;
    상기 플라즈마 처리 챔버 내에 위치되고 유전체 또는 반도체 기판을 지지하도록 배치된 기판 지지부;
    제어가능한 DC 전압원을 포함하고, 상기 DC 전압원의 출력 전압은, 기판의 표면에서 소망 이온 에너지의 단일 집중을 나타내는 대응하는 특정 이온 에너지를 설정하는, 이온 에너지 제어부;
    상기 기판 지지부 및 이온 에너지 제어부에 결합되고, 상기 DC 전압원의 출력 전압을 특정 전압 파형으로 변환하고 또한 비교적 짧은 포지티브 전압 펄스들 간에 기판의 표면에서 일정한 네가티브 전압을 발생하도록 상기 기판 지지부에 특정 전압 파형을 인가하기 위한 적어도 두 개의 스위칭 부재들을 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이; 및
    상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 결합되고, 상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들에 구동 제어 신호를 제공하고 또한 상기 기판 지지부에서 소망 이온 에너지의 단일 집중을 야기하도록 상기 특정 전압 파형을 발생하기 위해 상기 구동 제어 신호의 타이밍을 제어하는 콘트롤러를 포함하는, 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들은 하프 브리지 (half-bridge) 구성 및 풀 브리지(full-bridge) 구성으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 구성으로 배치되는, 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 파형 메모리를 포함하고, 상기 파형 메모리는 구동 제어 신호들 위한 타이밍 정보를 포함하는, 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 플라즈마를 점화하고 유지하기 위해 플라즈마 처리 챔버에 하나 이상의 주파수로 파워를 인가하도록 구성되는 플라즈마 파워 서플라이를 포함하는, 플라즈마 기반 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 아크 검출 부재를 포함하고, 상기 아크 검출 부재는, 아크의 지시를 검출하고 상기 아크의 지시에 응답하여 상기 콘트롤러에 아크 신호를 제공하는, 플라즈마 기반 처리를 위한 시스템.
  7. 플라즈마 기반 처리 방법으로서,
    플라즈마 챔버에 있어서의 기판 홀더상에 기판을 위치시키고;
    플라즈마 챔버에 플라즈마를 형성하고;
    기판의 표면에 소망 이온 에너지의 단일 집중을 나타내는 이온 에너지 설정에 응답하여 이온 에너지 제어 신호를 수신하고;
    상기 이온 에너지 설정에 기초하여, 상기 소망 이온 에너지에 대응하는 크기를 갖는 DC 전압을, 제어가능한 DC 전압원으로 발생하고;
    스위칭 모드 파워 서플라이의 적어도 두 개의 스위칭 부재들에 상기 DC 전압을 인가하고;
    적어도 두 개의 스위칭 부재들에 구동 제어 신호를 제공하고, 상기 DC 전압으로부터, 특정 파형을 발생하도록 상기 구동제어 신호들의 타이밍을 제어하고;
    상기 기판의 표면에서 소망 이온 에너지의 단일 집중을 야기하도록 비교적 짧은 포지티브 전압 펄스들 간에 기판의 표면에서 일정한 네가티브 전압을 발생하도록 기판 홀더에 상기 특정 파형을 인가하는 것을 포함하는, 플라즈마 기반 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 구동 제어 신호들의 타이밍을 제어하는 것은, 파형 데이터에 기초하여 상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들을 제어가능하게 스위칭하는 것을 포함하는, 플라즈마 기반 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 아크의 지시에 응답하여 아크를 소멸시키기 위해 기판에 파워를 제어가능하게 스위칭하는 것을 포함하는, 플라즈마 기반 처리 방법.
  12. 플라즈마 기반 처리 장치로서,
    이온 에너지 제어 설정에 기초하여 출력 전압을 제공하기 위한 제어가능한 DC 전압원;
    상기 DC 전압원과, 기판 홀더에 결합하도록 구성되는 출력 사이에 배치되는 적어도 두 개의 스위칭 부재들로, 상기 스위칭 부재들은 상기 DC 전압원의 출력 전압을 특정 전압 파형으로 변환하고, 기판 홀더상의 유전체 또는 반도체 기판에 인가될 때, 비교적 짧은 포지티브 전압 펄스들 간에 기판의 표면에서 일정한 네가티브 전압을 발생하고, 상기 일정한 네가티브 전압은 소망 이온 에너지의 단일 집중을 야기하는, 적어도 두 개의 스위칭 부재들; 및
    상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들에 결합되고, 상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들에 구동 제어 신호들을 제공하고 특정 전압 파형을 발생하기 위해 상기 구동 제어 신호들의 타이밍을 제어하는 콘트롤러를 포함하는, 플라즈마 기반 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 스위칭 부재들은 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는, 플라즈마 기반 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 콘트롤러는 FPGA, 디지털 신호 프로세서, 디지털 콘트롤러, 및 프로세서로 구성되는 그룹에서 선택되는 콘트롤러를 포함하는, 플라즈마 기반 처리 장치.
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