KR20010089116A

KR20010089116A - 플라즈마 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20010089116A
Application number: KR1020007010483A
Authority: KR
Inventors: 테리 블럭; 제임스 에이치. 로저스; 준 시에
Original assignee: 노만 에이취. 폰드; 인테벡, 인코포레이티드
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2001-09-29
Also published as: DE10080124T1; CN1293717A; JP3547402B2; DE10080124B3; JP2002535490A; KR100354413B1; WO2000043566A1; CN1158404C; US6101972A

Abstract

기판 처리 시스템은 공정 챔버(10), 챔버에 위치한 기판 홀더(12), 챔버로 공정 개스를 공급하는 개스 소스(54), 챔버에 위치한 적어도 하나의 이온 소스(20) 및 양극(30)을 순방향으로 바이어싱하며 음극(32)을 역방향으로 바이어싱함으로써, 각 경우에 바이어스는 챔버에 관련되어 있으며, 이온 소스들에 전원을 공급하는 파워 소스를 포함한다. 이온 소스는 챔버의 기판 홀더상에 배치된 기판을 공정하는 이온들을 생성하는 공정 개스를 이온화한다. 하나의 실시예는 두개의 상기 이온 소스들을 포함한다. 이경우에, 파워 소스는 제 1 또는 제 2 이온 소스들 중 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 그리고 이온 소스들간의 상호 작용들이 제거되도록 시간 다중화 방식에서 제 1 및 제 2 양극들(30, 40) 및 음극들(32, 42)에 전원을 공급한다.

Description

플라즈마 처리 시스템 및 방법{PLASMA PROCESSING SYSTEM AND METHOD}

상업적인 플라즈마 소스들은 다양한 산업적 응용들, 특히 반도체, 광학 박막 필름 및 자기 박막 필름 처리를 위해 표면상에 증착 및 에칭하는데 사용된다. 그런 소스들에 의해 형성된 플라즈마는 물질을 제거하거나 증착하도록 표면과 화학적으로 및/또는 물리적으로 상호작용할 수 있는 반응성 중성 종 및 이온성 종들을 생성한다.

많은 공정들에서, 플라즈마 소스로부터의 활성(energetic)이온들의 사용은 독특한 특성들을 갖는 물질들을 증착할 수 있거나, 또는 만약 그렇지 않으면 비효율적이게 될 조건들하에서 표면들을 에칭하도록 한다. 플라즈마에서 기판을 처리하는 방법은 기판이 존재하는 진공 챔버내에 배치된 이온 소스를 포함할 수 있다. 특정 화학 특성을 갖는 개스는 이온화를 위해 이온 소스에 공급된다. 생성된 플라즈마는 활성 전자들 뿐만 아니라 다양한 반응성 중성 및 이온성 화학 종들의 혼합물이다. 표면과 상호작용하는 이온성 종들의 에너지는 플라즈마 전기 특성들 및압력에 좌우한다. 일반적으로, 기판에 충돌하는 이온들의 에너지는 기판 바이어스에 의하여 제어된다. 선택적으로, 기판이 전기적으로 플로팅상태면, 이온 에너지는 플라즈마 전위와 순전류가 제로인 표면에서의 전위(플로팅 전위)사이의 전위차를 결정하는 전자 에너지 분배에 의해 결정될 것이다. 증착 또는 에칭 공정 특성들 및 최종 물질 특성이 종종 이 파라미터에 강하게 의존되기 때문에 이온 에너지의 제어가 바람직하다.

몇몇 응용들에서, 기판의 양측면들을 동시에 처리하는 것이 바람직하다. 이것은 자기 메모리 시스템들에 사용되는 자기 하드 디스크의 제조에서 다양한 물질들의 얇은 층을 증착하는데 일반적이다. 이 경우에, 이온 소스들은 디스크의 양쪽 측면들상에 놓여진다. 그러나 플라즈마 전위를 만드는데 양극을 이용하는 이온 소스들은 그러한 두 이온 소스들이 공정 챔버에서 동시에 동작될 때에 플라즈마 불안정성 및 진동을 나타내는 경향이 있다. 그런 불안정한 반응은 예측가능한 이온 생성 및 공정 안정성을 허용하지 않는다. 또한 예를 들어, 컴퓨터 메모리 응용들에 대한, 하드 디스크상에 보호 필름의 요구조건을 만족하는 성질을 가진 얇은 필름들을 코팅하는 것이 어렵다고 입증되었다. 그러한 경우에 더 얇은 코팅은 면적 밀도의 증가를 허용하도록 디스크의 자석에 헤드가 더 가깝게 되도록 한다. 오버코팅 증착시, 코팅은 완성된 기판상에 적은 숫자의 큰 입자들과 고속 증착을 포함하는 완성된 디스크에서의 실제의 품질뿐만 아니라 충분한 경도, 밀도 및 접착성을 가져야 한다. 따라서, 이온 소스들이 공정 챔버에서 안정된 방식으로 동작할 수 있으며 증착된 층들의 특성들이 의도된 목적들에 대해 향상될 수 있는 개선된 기판 처리 시스템 및 방법이 필요하다.

이러한 동일한 실제적 필요성때문에 마찬가지로 단일면 코팅에 대한 표준들이 설립되었다. 예를 들어 보호 코팅이 광학 기판에 대해 요구된다면, 디스크의 사용은 극도로 얇으면서 고속도에서 증착된 코팅이 원하는 경도, 밀도 및 접착성을 가지도록 증착되는것을 필요로 하며, 변화하는 입자들의 존재로 인한 변화들이 최소화되는 것을 필요로 한다.

본 발명은 생성된 이온들을 통해 만들어진 플라즈마를 이용하여 단면 또는 양면 기판을 처리하는 시스템 및 방법, 더 구체적으로 기판 표면상에 코팅을 증착하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 단일면 증착 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 양면 처리 시스템의 개략도이다.

도 3은 두 개의 다른 전압 장치들에서 처리되는 디스크들의 표면상에서 측정된 입자들을 나타내는 그래프이다.

도 4는 도 2에서 도시된 실시예에서의 시간 함수로서 가해진 바이어스들의 그래프도이다.

도 5는 양극 전압들의 변화들에 따른 필름들의 응력의 변화들의 그래프도이다.

본 발명의 첫 번째 특징에 따라, 신규한 기판 처리 시스템이 제공된다. 기판 처리 시스템은 공정 챔버, 챔버내에 위치하는 기판 홀더, 공정 챔버에 공정 개스를 공급하는 개스 소스, 공정 챔버내에 위치하는 적어도 하나의 이온 소스 및 상기 이온 소스 또는 소스들(결국 하나 이상의 소스가 존재함)에 전압을 가하며, 또한 챔버의 다른 표면들에 전원을 공급하는 파워 소스를 포함한다.

각각의 이온 소스들은 기판 홀더상에 배치되는 기판을 처리하는 이온들을 생성하도록 공정 개스를 이온화한다. 각각의 이온 소스는 음극과 양극을 갖는다. 파워 소스는 이온 소스나 소스들의 하나나 그 이상의 양극들 뿐만 아니라 하나나 그 이상의 음극들에 전원을 공급해준다. 하나 이상의 양극이 사용되는 경우에는, 파워 소스는 양극들 중에 하나에만 언제나 전원을 공급하도록 하는 시간 다중화 방식으로 이온 소스들에 전원을 공급해준다.

엘리먼트들의 바이어싱은 또한 본 발명에 따라 특정 표면들에 도달하며 이와 상호작용하는 이온 소스로부터 이온들의 에너지를 선택적으로 제어하는데 사용될수 있다. 예를 들어, 이온 소스의 엘리먼트들을 바이어싱함으로써, 기판상에 증착을 위한 높은 에너지 이온들 및 챔버 벽들상에 증착을 위한 낮은 에너지 이온들을 만들 수 있다. 따라서 본 발명은 표면상에 증착형태의 미리 결정된 제어를 할 수 있도록 해주고 증착된 필름의 특성들을 선택적으로 수용한다.

특히, 에틸렌과 같은 탄화수소 개스를 포함하는 플라즈마로부터 다이아몬드 유사 탄소(DLC)를 형성할 때, 낮은 에너지 이온들(<100eV)로 벽들위에 증착된 탄소는 더욱 에너지가 큰 이온들(180-200eV)로 기판상에 형성된 탄소보다 훨씬 더 낮은 응력을 가진다. 벽위에 탄소가 형성되면, 응력이 낮아져 플레이크(flake) 되기 쉬운 경향을 완화할 것이며, 더 낮은 레벨의 작은 입자들이 코팅되는 기판의 표면상에 존재할 것이다. 이런 예에서 기판상에 증착된 층이 벽위에 증착된 탄소보다 더 높은 응력을 가지더라도, 증착된 층은 매우 얇으며 강하게 증착된 표면은 하위의 층들에 대해 가장 효과적인 보호 코팅으로 작용하기 때문에 이것은 시스템에 관한 문제가 아니다.

따라서 DLC 코팅들의 얇은 층들은 스퍼터링된 탄소 필름들에 비해 더 우수한 결과들을 가지도록 자기 또는 다른 매체(예를 들어 광)의 한쪽 또는 양쪽 측면들상에 보호 코팅으로서 증착될 수 있다. 이 경우에 증착된 층들은 제조업자들이 만족스럽고 수요가 있는 디스크들이 만들어졌는지를 결정하는데 사용하는 "글라이드(glide)" 또는 "검증" 산출 테스트에 기인하는 제조 공정에서의 디스크 불량을 최소화하도록 충분히 적은 수의 작은 입자들을 가진 하드 보호 층들로서 증착된다. 디스크가 상기의 테스트들을 통과하는데 실패하는 경우, 제조업자는 산출량과 수익성을 감소시키는 디스크들을 어쩔 수 없이 버려야 할 수도 있다. 본 발명은 이러한 문제들을 상당히 감소시킨다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 참조되는 첨부 도면들과 함께 설명될 것이다.

도 1에 도시된 개략도는 본 발명의 동작 기초 원리들을 설명하는데 사용되는 본 발명의 한 실시예를 구성하는 기판의 한 면상에 물질들을 증착하는 시스템을 나타낸다. 특히, 챔버(111)는 양극(112) 및 필라멘트(113)를 수용한다. 필라멘트 (113)와 양극(112)의 조합은 일반적으로 (115)라 표시된 이온 소스를 함께 포함한다. 또한 챔버(111)내에 위치한 기판(116)은 이온 소스(115)와 접하고 있다. 챔버(111)는 접지되어 있다. 양극(112)은 양극 스위치(117)를 통해 파워 서플라이(118)에 접속된다. 스위치(117)는 도 1에서 그라운드로 접속되는 것으로 설명된다. 필라멘트(113)에 접속되는 것은 필라멘트 파워 서플라이(120)이다. 필라멘트 바이어스 서플라이(121)는 필라멘트 파워 서플라이를 통과하는 바이어스 스위치 (122)를 통해 필라멘트(113)에 접속된다. 설명된 실시예에서, 바이어스 서플라이는 그라운드에서 필라멘트를 바이어스한다. 바이어스 스위치(122)가 그것의 반대 위치로 놓여지면, 필라멘트(113)는 필라멘트 바이어스 서플라이(121)로부터 바이어스된다. 기판 홀더(도 1에는 도시되지 않고 도 2에 도시되는)에 위치하는 기판(116)은 도 1에서의 위치에 도시된다. 바이어스 스위치(122)(필라멘트(113)의 각각과 기판 (116)에 또는 기판(116)이 놓여지는 기판 홀더에 선택적으로 회로들을 접속하도록 조로 편성된)가 그것의 반대 위치에 놓여지면 기판(116)은 기판 바이어스 서플라이(123)로부터 바이어스된다.

동작에 있어서 챔버 벽들은 그라운드된 채로 남아있다. 이것은 도 1에 도시된 장비가 자연 환경에서 위험해지지 않도록 한다. 장비 스위치(117)를 동작시키는 것이 바람직할 때 스위치(122)는 필라멘트(113)를 바이어스 전압에 접속하고 양극(112)을 바이어스 전압에 접속하기 위해 닫힌다. 이런 다른 위치들에 놓여진 스위치들을 통해, 양극 파워 서플라이(118)로부터 양극(112)으로 또 필라멘트 파워 서플라이(120)를 통과하여 필라멘트 바이어스 서플라이(121)로부터 필라멘트 (113)로 전압이 가해진다. 바이어스 되었을때 양극은 약 50에서 250V사이의 양전압으로 바람직하게는 약 80V의 전압으로 올라간다. 동시에 필라멘트에 가해진 전압 바이어스는 0V에서 약 -150V사이이며 바람직하게는 약 -120V이다. 이것은 필라멘트와챔버 벽들사이에 약 100V 이하의 전압을 형성한다. 동시에 기판(116) 전압은 필라멘트상에 바이어스로 거의 같은 음전압으로 취해지지만 가해진 전압들은 필라멘트상의 바이어스와 같은 필라멘트(113)와 챔버 벽들(111)사이의 전위차 및 약 200V의 기판과 양극사이의 전위차를 일반적으로 형성하도록 하는 동작 챔버의 다른 조건들 및 증착되는 물질을 포함하는 다양한 요인들에 좌우하는 이런 형태들과는 구별될 수 있다.

상기 챔버가 다양한 동작 부품들에 바이어스들을 공급하는 것을 포함하는 동작 모드에 있을 때, 플라즈마를 생성하는 개스는 밸브(127)가 열리면 개스 서플라이(126)로부터 개스 포트(125)를 통해 챔버(111)로 주입된다. 제 2 개스 서플라이(128), 제 2 밸브(130) 및 제 2 개스 포트(131)는 챔버(111)로 제 2 개스를 공급하는데 사용될 수 있다.

동작하는 동안, 음극 또는 필라멘트(113)는 챔버(111)에 대해 음으로 바이어스된다. 동시에 양극은 챔버(111)의 벽들에 관하여 양으로 바이어스된다. 그리고 동시에 기판(116)은 챔버(111)의 벽들에 관하여 음으로 바이어스된다. 이런 식의 접근은 기판(116) 및 챔버(111)의 벽들에 미치는 이온들의 에너지 제어를 제공한다. 이런 식의 접근은 챔버(111)의 벽들상에 증착된 필름의 특성들 및 기판(116)상에 증착된 필름의 특성들의 제어를 허용한다. 기술되는 실시예에서, 탄화수소를 함유하는 플라즈마가 예를 들어 개스 서플라이(126)로부터 공급되는데 사용된다면, 챔버(111)의 벽들상에 그리고 기판(116)상에 다른 특성들의 필름들에 증착될 것이다. 입자 제어에 관련하여, DLC 증착의 경우에 가장 중요한 특성은 필름 응력이다. 플레이킹이 발생하지 않도록 그리고 클리닝 및/또는 새로운 진공 환경을 만들 필요없이 적당한 시간 주기동안 챔버를 가동시킬 수 있도록 챔버의 벽들상에 낮은 응력 필름이 요구된다. 이것은 벽들상에 낮은 응력 물질로 증착될 때만 이루어질 수 있다. 동시에 기판(116)상에 높은 응력의 얇은 필름이 증착되며 이것은 하위 층들에 대해 보호 코팅으로 작용한다. 이 실시예에서 이온 소스(115)의 양극과 기판(116)상의 바이어스사이의 전위차때문에 기판을 때리는 이온들은 더 큰 이온 에너지를 방출한다. 동시에 양극과 기판사이의 전위차보다 더 낮은 양극과 벽들사이의 전위차때문에 더 낮은 에너지의 이온들이 챔버(111)의 벽들을 때린다.

에칭 응용들에 대해, 이런 제어 설계는 기판(116)상에 에칭하는 동안 벽들에 대한 이온 가속을 감소시킴으로써 챔버(111) 벽들의 에칭의 축소 또는 제거를 허용할 것이다. 선택적으로 에칭은 벽들에 인접한 챔버내에 위치한 벽들이나 실드를 제거하는데 사용될 수 있다. 이것은 챔버에서 순수 아르곤 플라즈마를 사용하여 이루어진다. 다른 응용들에 대해 탄화불소 또는 염소 함유 개스가 사용될 수 있다. 공정 개스로서 산소나 수소를 사용하여 에칭하는 것도 가능하다.

증착용 챔버는 사이클의 시작시 또는 챔버로 개스를 유출시키기 전에

10^-7torr로 펌핑 다운된다. 양쪽 개스들이 시스템으로 흘러들어가는 시간동안, 챔버의 압력은 일반적으로 약 4 mtorr로 올라간다. 시스템은 약 1 에서 약 5 mtorr사이의 챔버 압력에서 동작되는 것이 바람직하지만, 0.1 에서 20 mtorr범위의 압력들을 사용하는 것도 가능하다.

도 1과 관련한 설명이 서플라이 소스들(128, 126)로부터 유출하는 개스들을 포함하더라도, 시스템은 예를 들어 탄소 증착의 경우에 에틸렌이 될 수 있는 능동 개스로부터의 이온들만을 증착시킴으로써 기능을 다할 수 있다. 이런 경우 예를 들어 아르곤이 될 수 있는 다른 서플라이가 상기 서플라이상에 제어 밸브를 사용하여 잠궈진다.

자기 도체들에 대한 DLC 보호 오버코트의 여러 필요조건들이 있다. 한가지는 예를 들어 약 50Å의 매우 얇은 필름이 도체를 충족시키며 효과적으로 보호하도록 필름이 충분하게 단단한 것이다. 또 다른 필요조건은 낮은 플라잉 헤드가 입자들의 충돌때문에 "파괴"되지 않도록 기판상에 입자들이 충분히 적은 것이다. 3 mtorr보다 더 큰 압력하에서 동작하면, 기판상의 입자 레벨들이 감소된다는 것이 발견되었다. 이것은 아마도 큰 전기적으로 충전된 입자들이 전하를 교환하고나서 중성화될 더 큰 가능성 때문일 것이다. 반면에, 에틸렌 압력이 약 2.3 mtorr보다 더 크면, DLC 필름은 더 소프트해진다. 이것은 기판에 느슨하게 본드된 중성 에틸렌 분자들에 약간의 에너지를 전달하는 기판 표면을 때리는 활성 이온들 때문이다.

하드 필름과 낮은 입자 레벨들을 얻기 위해, 우리는 챔버내의 개스에 아르곤과 같은 불활성 개스를 첨가할 수 있다는 것을 발견하였다. 입자 레벨들의 감소는 명백하게 개스 혼합에 상관없이 총 개스 압력 때문이다. 그러나 필름 특성들은 이 경우에는 에틸렌으로, 활성 개스의 부분 압력에만 좌우하며, 이 경우에는 아르곤으로 불활성 개스의 부분 압력과 독립적이다. 따라서 약 2 mtorr의 에틸렌 부분 압력에서 동작시킴으로써 하드 DLC 필름들을 달성하며 동시에 4 mtorr의 총압력에 대한 2 mtorr의 아르곤 부분압력을 유지함으로써 낮은 입자 레벨들을 얻는다.

양쪽 개스들이 탄소가 증착되는 증착모드에서 유출할 때, 에틸렌 개스는 일반적으로 약 14 sccm의 속도로 유출하는 반면 아르곤은 같은 속도로 유출하지만 2개 소스로부터 챔버로 주입될 것이므로 각각이 유출의 반씩을 제공한다. 진공 시스템이 계속 동작하도록 그 시간동안 내내 개스는 챔버로 주입된다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공정이 기판의 양면에 수행되는 본 발명의 실시예가 도시된다. 이러한 형태의 증착은 오늘날 컴퓨터 메모리 응용들에 대한 자기 메모리 디스크들을 만드는데 사용될 것이다. 이 도면에 도시된 증착 공정은 또한 기판의 표면상에 원하지 않는 입자들의 증착을 최소화하기 위해 챔버의 벽들상에 증착된 물질의 품질을 제어한다. 도 2에서, 스위치(9)를 통한 바이어스 전압(8)에 전기 접속(11)을 갖는 기판 홀더(12), 둘러싸인 공정 챔버(10)가 도시된다. 기판 홀더(12)는 공정 챔버(10)내에 기판(14)을 지지한다. 이온 소스들(20, 22)은 기판(14)과 대치된 양쪽에 놓여진다. 공정 챔버(10)는 바람직하게는 도전성이며, 그라운드에 접속된다. 만약 알루미늄 디스크나 다른 도전 물질이 예를 들어 자기 하드 디스크의 제작에 사용된다면 공정동안 전기적 바이어스가 기판(14)에 가해진다. 예를 들어 랩톱(laptop) 유니트들과 같은 작은 휴대용 컴퓨터들에 사용하는 메모리 디스크들을 제조하기 위해 글래스, 플라스틱 또는 다른 가벼운 베이스 물질들과 같은 다른 디스크 베이스 물질들을 사용하는 것이 또한 가능하다.

도 1에서처럼, 순방향 바이어스는 접지된 챔버에 대해 양극에 가해진다. 본 발명의 모체에서, 필라멘트 바이어스는 접지된 채로 유지되었다. 음극에 의해 또는 이 경우에 필라멘트에 의해 전자들이 공급되는 전자 중성 개스 충돌들에 의해 플라즈마가 생성된다. 필라멘트로부터 방출되는 전자들의 에너지는 필라멘트와 순방향으로 바이어스된 양극사이의 전위차에 의해 결정된다. 플라즈마의 전압은 일반적으로 양극의 전압과 거의 같다. 플라즈마를 생성하기 위한 일반적인 동작에서, 음극과 양극사이의 적절한 전위차를 발생시키는 것이 필요하다. 따라서 두 극들이 거의 같은 전위에 있는 동안은 플라즈마는 생성되지 않는다. 그러나, 시스템을 통해 유출하는, 또는 시스템에 흘러들어가는 적합한 개스들에 의해, 그리고 음극과 양극사이의 적절한 전위차에 의해, 플라즈마는 이온 소스에서 형성될 것이다. 확실한 플라즈마 생성을 달성하기 위해 약 100V의 전위차가 요구된다. 챔버가 그라운드에 고정되는 동안 하나가 양극을 증가시키면, 탄소의 경우 하나는 그라운드된 표면들상에 더 높은 응력 필름들을 증착한다. 더 높은 응력의 탄소가 챔버의 벽들위에 증착될 때 기판의 표면상에 더 많은 입자의 증착이 발생한다는 것이 발견되었다. 따라서, 벽들위에 증착되는 물질상에 더 낮은 응력에 대해, 하나는 더 낮은 양극 전압들하에서 동작할 수 있다. 그러나, 고에너지의 플라즈마를 지지하도록 적절한 전위차를 형성하기 위해 그리고 기판상에 고응력 필름들의 증착을 달성하기 위해, 음극 또는 음극들에 가해지는 전압은 음극들이 그라운드에 대해 역방향으로 바이어스되도록 한다. 이것은 챔버의 벽들을 음극과 양극의 극단들 사이의 전압 바이어스에 놓는다. 네트(net) 효과는 고응력된 고에너지 이온들의 더 많은 기판상 증착인데 왜냐하면 챔버의 벽들상에 더 낮은 응력 물질의 증착동안 기판이 또한 역방향으로 바이어스되기 때문이다. 그러한 더 낮은 응력 증착들은, 더 높은응력 물질들이 벽들상에 증착되는 경우만큼 기판 표면상에 입자들의 증착을 발생시키지 않는 것으로 나타난다. 또한 아크(arc)를 방지하거나 줄이기 위해, 도 2에 도시된 것처럼 둘 이상의 양극 시스템에서 양극들은 어느 양극도 바이어스되지 않는 동안의 펄스들 사이의 시간주기로 선택적으로 펄스된다. 양극의 펄스동안, 만약 한 양극이 접지상태라면(전원이 공급되지 않음), 관련된 필라멘트 또는 음극은 또한 반대경우에 대해 및 전위차에 따라 접지되며, 플라즈마는 지속될 수 있을 것이다.

이온 소스(20)는 양극(30) 및 전자 소스를 포함한다. 전자 소스는 양극(30) 근처에 놓여진 필라멘트(32)를 포함할 수 있다. 필라멘트 파워 서플라이(34)는 필라멘트(32)에 접속된다. 이온 소스(22)는 양극(40) 및 전자 소스를 포함하며, 전자 소스는 양극(40) 근처에 놓여진 필라멘트(42)와 필라멘트(42)에 접속된 필라멘트 파워 서플라이(44)를 포함한다. 필라멘트 파워 서플라이들(34, 44)은 각각 이온 소스들 (20, 22)내에서 전자들의 생성을 위해 각각 필라멘트들(32, 42)을 전기적으로 가열한다. 필라멘트들(32, 42)은 이온 소스들에 대해 음극으로서 기능한다. 냉음극 전자 소스들과 같은 다른 전자 소스들은 본 발명의 범위내에서 이용될 수 있다. 양극들(30, 40)은 각각 이온 소스들(22, 20)이 아래 기술된대로 전원이 공급되도록 스위치들(16, 17)을 통해 파워 소스(50)에 접속된다. 또한 필라멘트들(32, 42)은 바이어스 소스(19)와 필라멘트(42)사이의 스위치(21)및 바이어스 소스(19)와 필라멘트 (32)사이의 스위치(23)를 통해 바이어스 소스(19)에 접속된다.

개스 소스(54)는 공정 챔버(10)에 공정 개스를 공급한다. 특히, 개스 소스 (54)는 양극들(30, 40)과 기판(14)사이의 영역들에서 이온 소스들(20, 22)의 각각에 개스를 공급할 수 있다. 적합한 공정 개스들의 예들은 다이아몬드 유사 탄소의 증착에 대해 에틸렌, 메탄 및 아세틸렌을, 실리콘 질화물의 증착에 대해 시레인과 암모니아의 혼합물을, 그리고 에칭에 대해 아르곤, 산소 또는 수소를 포함하나 이것에 국한되는 것은 아니다.

개스는 챔버에 접속된 진공 펌프(60)에 의해 챔버(10)로부터 배출된다. 개스 소스(54) 및 진공 펌프(60)는 도 1에 관련하여 설명된 것처럼, 챔버(10)의 개스 유출 속도 및 압력을 제어하는 것을 허용한다.

동작에 있어서, 각각의 이온 소스들(20, 22)은 공정 개스의 이온들을 형성하기 위해 공정 개스들을 이온화한다. 상기 이온들은 증착 또는 에칭을 위해 기판(14)으로 인도된다. 이온 소스들(20, 22)은 전원이 공급되면, 공정 챔버(10)에서 플라즈마가 형성된다. 필라멘트들(32, 42)은 플라즈마 내에서 공정 개스 분자들의 이온화를 위한 전자들을 공급한다. 그리고 나면 상기 이온들은 기판(14)을 향한 기판 표면에 플라즈마 시스를 가로질러 가속화된다. 도 2의 공정 시스템은 기판 (14)의 양쪽이 동시에 처리되는 것을 허용한다.

다른 장비 및 기술들을 사용하여 플라즈마를 생성함으로써 이 공정을 실행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 시스템의 양극들에 의해 바이어스되고 주입될 수 있는 플라즈마를 형성하기 위해 전자들을 가속화하도록 전자기 에너지가 사용될 수 있는 영역에 적합한 개스가 통과될 수 있다.

전술한 바와 같이, 이온 소스들(20, 22)에 동시에 전원이 가해지면 불안정성 및 진동이 관찰된다. 그러한 불안정성 및 진동에 대한 이유는 챔버(10)내의 플라즈마가 필라멘트들(32, 42)에 의해 생성된 전자들에 대해 낮은 임피던스 경로이기 때문인 것으로 여겨진다. 따라서, 양쪽 이온 소스들에 전원이 가해지면, 생성되는 제 1 플라즈마는 모든 전자들에 대해 낮은 저항 경로를 생성하며 다른 하나의 플라즈마 소스로부터 전자들을 끌어낸다. 양쪽 플라즈마 소스들이 동작이 가능할 지라도, 플라즈마 임피던스들이 매치하지 않아서, 그로인해 불균형한 전자 분배 및 진동을 발생시킨다. 핫 필라멘트 전자 소스들을 사용하는 소스들의 일반 동작동안, 주어진 양극이 바이어스되면, 전자 소스들로부터 방출된 모든 전자 전류는 하나의 바이어스된 양극에 의해 수집된다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 이온 소스들(20, 22)은 양극들의 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 동기의, 시간 멀티플렉싱 방식으로 전원이 공급된다. 특히, 시간 다중화 전압들은 각각의 이온 소스들(20, 22)의 양극들(30, 40)에 가해질 수 있다. 이온 소스들의 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 양극들(30, 40)에 가해지는 전압들은 시간상으로 오버랩하지 않는다. 소스들은 온, 오프 시간들을 교체하며, 그러므로 소스들간에 플라즈마 전자들 및 이온들의 상호작용을 제거한다. 전자들은 선택적으로 하나의 양극 및 남은 다른 양극에 의해 집속된다. 동기의, 시간 다중화 동작은 하나의 플라즈마를 다른 하나로부터 전기적으로 절연시키기 위해 복합 실드 또는 그리드의 필요성을 제거한다.

양극들(30, 40)에 교류 전압들은 바람직하게는 약 100 kHz이하의 주파수들을갖는다. 일반적으로, 양극 전압의 주파수들은 이온 소스들(20, 22)에서의 이온들의 반응 시간들에 비해 낮아야 한다. 이것은 각 이온 소스가 양극 전압들의 온 시간 및 오프 시간에 비해 빠르게 스위칭 온 및 오프 되도록 한다. 바람직한 실시예에서는, 양극 전압은 약 1에서 5 kHz 범위의 주파수를 갖는다.

양극이 양 전압으로 펄스될 때, 필라멘트들 상에 바이어스는 또한 펄스되거나 바이어스되지만 역방향을 갖는다. 또한 기판은 동시에 역방향으로 바이어스된다. 이런 방법으로 필라멘트와 양극 사이의 전위차는 고에너지 플라즈마를 형성하는데 충분하며 기판은 플라즈마로부터 고에너지 이온들로 증착되도록 충분히 음으로 되며 따라서 증착된 필름이 아주 얇을 수 있음에도 불구하고 보호 코팅들을 제공할 수 있는 극도로 단단한 표면이 형성된다. 그러나 시스템의 다른 엘리멘트들이 펄스되었던 시간동안 내내 접지되었던 챔버(10)의 벽들은 더 소프트한 물질로 증착되는데 왜냐하면 벽들에 대한 에너지 레벨은 더 낮은 전위차들 때문에 훨씬 더 낮으며 따라서 더 낮은 에너지 이온들이 그 표면상에 증착하기 때문이다.

두개의 이온 소스들을 갖는 공정 챔버에 대해서, 양극 전압들의 듀티 사이클들은 바람직하게는 50% 이하이며 상기 듀티 사이클들은 바람직하게는 같다. 불균등한 듀티 사이클들이 이용될 수도 있으나 기판(14) 양쪽 측면들을 불균형하게 처리할 것이다. 양극 전압들은 시간상으로 오버랩하지 않는다. 양극 전압들의 각 사이클의 한 부분동안 양쪽 이온 소스들(20, 22)이 오프되도록 양극 전압들은(따라서 음극에 대한 역방향 바이어스)각각 바람직하게는 약 40%의 듀티 사이클을 갖는다.

적합한 파워 소스(50)는 당업자에게 공지되어 있다. 소스들은 본 출원의 모체 출원에서 또한 검토되고 나타나며 상기 발표 및 검토는 여기서 참조로 언급된다. 시스템의 모든 엘리먼트들에 전원을 가하는데 사용되는 파워 소스는 적절한 시간 다중화 형식에서 양극들, 음극들 및 기판들의 보정 바이어스를 정하도록 적절한 제어와 스위치들을 요구한다. 상기 구조들을 조립하는 상기 엘리먼트들은 기술분야에 공지되어 있다.

본 발명의 효과들을 도시하는 비교 그래프들이 도 3에 참조되어 있다. 도 3a에서는, 다중화 양극들 및 접지된 필라멘트들 및 벽들 및 바이어스된 기판들을 사용하여 실행된 탄소 증착동안의 이온 소스의 입자 데이터의 그래프가 도시된다. 기판 또는 디스크의 양쪽 표면들은 표면 입자 증착들의 전형을 발견하도록 측정되었다. 특히, 데이터는 약 7시간에 걸쳐 수집되었다. 각 시간당 290개의 기판들이 연속적으로 코팅되었다. 이러한 테스트들은 자기 하드 디스크들의 상업적 제조에 사용된 조건들과 비슷한 조건들하에서 수행되었다. 간략하게, NiP 도금된 알루미늄 기판은 섭씨 약 200 도로 미리 가열되었으며, 약 300Å의 크롬 및 250Å의 코발트 합금의 얇은 금속 필름층들이 증착되었으며 그 후에 표면은 탄소 필름들로 코팅되었다. 상기 공정들 각각은 개별 공정 챔버에서 이루어졌으며 기판들은 오염을 피하도록 약 10^-7torr의 진공하에서 유지된 주 챔버를 통해 한 챔버에서 다른 챔버로 전달되었다. 기판의 표면상에 입자들은 정해진 눈금의 크기 및 세기의 스폿 레이저로 반사된 입자들로부터 산란된 빛을 분석하는 Tencor Surfscan 364D로 측정되었다. 100개의 기판들이 처리될 때마다, 하나의 기판은 양쪽 표면들의 각각위의 입자수들 (입자의 크기는 2 ㎛ 이상)가 측정되었으며 평균 입자수들은 도시되었다. 게다가, 탄소 증착된 이온 소스로 코팅되지 않은 백그라운드 디스크로부터의 입자수들은 또한 비교의 목적들로 기록되었다(채워진 사각형을 보라). 기판의 기계적 핸드링으로부터의 입자들, 원래 기판 표면 결함들 및 다른 공정 단계들에 의해 생성된 입자들은 상기 표면 백그라운드 수들에 기여할 수 있다. 이런 실험들에 사용되는 이온 소스의 주요 세팅들을 다음과 같다: 양극 전압 = 120 V, 기판 바이어스 = -80 V, 필라멘트 전압 = 접지, 실드 전압 = 접지, 음극 또는 필라멘트 이미션 = 0.35 A, 개스들 및 개스 유출속도: C₂H₄= 14 sccm(x2) Ar = 14 sccm, 총 압력 = 4 mtorr, 공정 지속시간 = 8 초. 스프레이 형의 알루미늄 아크의 이온 소스 챔버 라이너들(실드들)은 90 분동안 Ar 플라즈마(3.0 mtorr에서)로 제거되었다. 데이터는 기판 표면상에 관찰된 입자들의 총수는 증착이 시작되고 2시간내에 피크에 도달한 후에 한시간 내에 급속히 증가한 것을 나타낸다. 그러고 나면 입자들의 수는 천천히 약 100 개/면의 일정한 레벨로 접근하였다. 전체 실험에 대한 중앙값 수들은 사이드 당 131이었다. 기판 표면(백그라운드위에 부가한)상의 상기 입자들은 스캐닝 전자 현미경을 사용함으로써 후에 식별되며 탄소 필름들이 증착된 이온 소스의 고응력때문에 이온 소스 챔버 라이너들을 벗겨낸 탄소 플레이크들이 되도록 에너지 전파성 X-레이 분광기 사용에 의해 식별된다. 게다가, 많은 실험들이 더 높은 양극 전압들(120V 이상) 및 더 적은 기판 바이어스를 제외한 비슷한 조건들하에서 수행되었다. 양극 전압을 더 높게 가할수록, 입자수들의 초기 피크가 더 커지고 입자수의 지속 베이스라인이 더 높아지는데, 이것은 입자 생성이 챔버 벽이나 실드상의 탄소 응력과 직접 관련된다는 것을 의미한다는 것을 알아내었다.

도 3b는 플라즈마 시스템이 본 발명에 따라 가동될 때, 탄소 증착동안의 입자 생성의 일반 데이터를 도시한다. 다시 상기 시스템은 시간당 약 290개의 기판 처리량으로 약 7시간동안 가동되었다. 이온 소스의 주 세팅들은 다음과 같다: 50에서 100V의 양극, -150에서 -100V의 기판 바이어스, -150에서 -100V의 필라멘트 전압, 접지의 실드 전압, 0.50 A의 필라멘트 이미션, 개스 및 개스 유출속도들: C₂H₄= 14 sccm(x2) Ar = 7 sccm(x2), 총 압력 = 4 mtorr, 공정 지속시간 = 8 초. 챔버 벽들이나 아크 스프레이 형의 라이너들(실드들)은 60 분 동안 3.0 mtorr에서의 Ar 플라즈마로 제거되었다. 공정된 모든 100개의 기판들에 대해 세개의 기판들은 양쪽 사이드들에 2 ㎛이상 입자 크기들의 입자들 수가 측정되었으며 면 당 중앙값 입자수는 계획되었다(다이아몬드를 열라). 게다가 탄소 증착된 이온 소스로 코팅되지 않은 두 개의 백그라운드 디스크들(하나는 시작에 주어졌고 다른 하나는 끝에 주어짐)로부터의 입자 수들은 비교 목적으로 도시되었다. 이것들은 그래프상에서 꽉 채워진 네모들이다. 이 데이터는 기판 표면상에서 관찰된 입자들의 총수가 본 실험의 7시간에 걸쳐 백그라운드 레벨(약 50-70 개/면)에 머물러 있는 것을 나타낸다. 전체 실험에 대한 면 당 중앙값 수들은 겨우 면 당 52이며, 이것은 도 3a에 도시된 결과들을 넘어선 상당한 개선이다. 실제 생산 환경에서는, 상기 도면들에 도시된 백그라운드 입자수들은 더 나은 기판 핸드링 및 준비를 통해 감소될 것이다. 생산 실패 및 더 낮은 산출들을 발생시키는 것은 증착 공정에 의해 생성되는 입자들이다. 따라서 백그라운드 입자 수들을 공제하는 것은 본 발명의 모체 출원의 공정들 및 방법들에 의해 달성된 결과들에 비해 본 발명의 후속 특성들에서 달성되는 상당한 개선을 나타낸다.

도 4에서는 공정 시스템의 엘리먼트들에 가해진 바이어스가 시간에 따라 도시된다. 이 도면에 도시된 대로, 맨 위 그래프는 코팅되는 기판의 면(1)상의 양극에 대한 바이어스를 도시한다. 중간 그래프는 기판의 제 2 또는 다른 면과 대치하는 양극에 대한 바이어스를 도시한다. 마지막으로 아래에 있는 그래프는 디스크 또는 도 2의 기판(14)과 같은 기판에 그리고 또 도 2에서의 필라멘트들(32, 42)과 같은 필라멘트들에 가해지는 전압을 나타낸다. 도시된대로, 전원이 공급되면 순방향 바이어스가 양극들에 가해진다. 따라서 도시된대로 양극 전압은 먼저 코팅되는 기판 또는 디스크의 제 2 면과 접하는 양극에 가해진다. 동시에 디스크 및 필라멘트들은 역방향으로 바이어스된다. 상기 전압들, 필라멘트 바이어스들, 디스크 또는 기판상의 역방향 바이어스 및 디스크의 제 2 면과 접하는 양극상에 순방향 바이어스는 모두 접지된다. 그 후에, 양전압이 기판 또는 디스크의 제 1 면과 접하는 양극에 가해지며 역방향 바이어스는 필라멘트들에 가해진다. 상기 모든 가해진 바이어스들은 이온 소스들에 전원이 공급되지 않도록 사이클 시간동안 또한 접지된다. 이 사이클은 양극들에 전원이 공급되도록 주기동안 계속된다. 일반적으로 각 양극에 전원을 공급하는 사이클 시간은 엘리먼트들이 모두 접지되는 동안 남아있는20%에서 30%의 시간을 갖는 약 35%에서 40%의 사이클 시간을 포함할 것이다.

도 4에 도시된 그래프들을 만드는 실험들을 검토하는데 있어서, 실드 또는 라이너의 사용이 언급되었다. 실드 또는 라이너는 기술분야에 공지되어 있으며 반도체 분야에서 사용된다. 본 발명에서는 실드 또는 라이너는 챔버 벽들상에 증착들을 막으며 챔버 세척을 간소화하는데 사용된다. 일반적으로 라이너는 약 1 주일 또는 더 긴 시간주기와 같은 시간주기 동안 사용될 수 있다. 라이너는 챔버를 세척하기 위해 챔버로부터 쉽게 제거될 수 있다. 이것은 급속히 이루어지며 벽들을 세척하는 동안 챔버는 사용할 수 있다. 따라서 시스템이 더 빨리 동작하도록 벽들을 세척하는데 오랜 지연없이 챔버가 펌프 다운되는 것을 허용하면서 라이너들 또는 실드들은 급속히 교환된다.

약 한시간동안 순수 아르곤 플라즈마에 대한 챔버의 노출을 통해 챔버를 프리컨디셔닝(preconditioning)하는 것은 디스크들이 시스템에서 처리됨에 따라 기판의 표면상에 입자 증착들을 감소시킨다. 이러한 유형의 조건은 디스크들을 코팅하도록 시스템을 동작시키기 전에 챔버에 결합된 라이너들에 또는 챔버에 있는 오염물들을 제거함으로써 챔버에 사용되는 라이너 또는 실드 또는 챔버 내부를 정화시킨다.

하나 또는 두 개의 이온 소스들을 갖는 공정 시스템은 이제까지 검토되었다.도 2와 관련하여 기술되고, 도 4에 도시된 이온 소스들의 시간 다중화 동작은 두 개 이상의 이온 소스들을 갖는 공정 시스템들에 적용될 수 있다. 각 경우에, 하나의 이온 소스만이 항상 온 상태에 있도록 이온 소스들에 전원이 공급된다. 예를들어, 네 개 이온 소스들을 갖는 공정 시스템에는 25% 이하의 듀티 사이클들을 갖는 오버랩하지않는 양극 전압들에 의해 전원이 공급될 수 있다. 두 개 이상의 이온 소스들에 가해지는 양극 전압들은 이온소스들의 수, 원하는 듀티 사이클, 원하는 동작 주파수 및 구조 유형 또는 다루어지는 표면들에 좌우된다. 각 경우에 있어서, 이온 소스들간의 상호작용은 제거될 수 있으며 가해진 다른 전압들에 따라, 증착의 선택도 및 재료 품질의 선택도는 미리 선택되고 결정될 수 있다.

양극들에 가해진 전압은 작용 개스의 상당한 이온화(약 50V)를 얻는데 최소한 필요한 낮은 값(약 50V)으로부터 접지된 벽들상에 아크의 시작에 의해 결정된 최대값(일반적으로 양극 전압과 벽 전압의 전위차 200V 보다 큰)으로 변화될 수 있다. 기판의 표면상에 입자들의 수는 양극 전압 및 양극과 벽사이의 큰 전위차에 의해 증가하는 경향이 있으며, 따라서 최적 양극 전압은 일반적으로 요구되는 증착 속도, 필름 특성들 및 신뢰성 있는 방전 개시가 얻어질 수 있는 가장 낮은 전압이다.

관계되는 전압들을 제어함으로써 증착된 필름의 강도 및 응력을 제어할 수 있다. 이것은 특히 DLC의 얇은 필름들을 기판의 양쪽 사이드에 동시에 증착할 때 문제가 되는 것으로 알려졌다. 게다가, 우리는 V_A- V_S>120V의 경우에 고응력(약 3-4 Gpa)을 갖는 매우 단단한(>25 GPa) 필름들을 생성하며; 그에 반해, V_A- V_S가 약 40V인 경우, 낮은 응력(<0.5 Gpa)을 갖는 훨씬 단단하지 않은(약 9 Gpa) 필름들이 생성된다는 것을 알게 되었다.

이것은 시스템에서 코팅되는 디스크 또는 기판상에 그리고 벽들 상에 증착들의 압축 응력을 나타내는 도 5에 도시되어 있다. 이 경우에, 도 4의 경우에서처럼, 동작 파라미터들은 2.3 mtorr의 C₂H₄의 압력, 1.8 mtorr의 Ar의 압력 및 0.5A의 필라멘트 이미션이었다. 벽 또는 실드는 접지되었다. 필라멘트는 디스크와 같은 전위로 바이어스되었으며 둘다 양극 전압보다 적은 200V로 유지되도록 변화되었다. 따라서, 양극 전압이 120V이면, 디스크 및 필라멘트 전압은 -80V이다. 검은 원들은 챔버의 실드 또는 벽들상에 증착의 응력 또는 GPa를 나타낸다. 검은 네모들은 기판 또는 디스크상의 증착들의 응력을 나타낸다. 이온 가속화는 양극 전압과 이온들이 충돌하는 표면 전압과 거의 같다. 양극과 기판사이의 전위차는 일정하게 유지되며, 이온들은 약 200eV의 에너지로 기판을 충돌한다. 그리고 양극 전압이 변함에 따라, 전위차가 일정하게 유지된 이후 필름의 응력은 거의 일정하다. 그러나 벽들은 영 전위로 남아있으며 따라서 벽들에 대한 이온들의 가속화는 60eV에서 120eV로 변하며 벽들상에 증착된 탄소의 응력은 상당히 변화한다. 벽들상에 증착된 탄소의 응력이 낮으면(2 Gpa 이하) 탄소는 쉽게 플레이크되지 않으며, 기판 표면상의 입자 레벨은 낮아진다.

본 발명의 메카니즘이 충분히 이해되지 않더라도, 플라즈마가 접지된 벽들에 대하여 양으로 바이어스되고 형성되며, 기판이 바이어스되는 경우에는, 이온들은 플라즈마와 바이어스된 기판사이의 인터페이스에서의 시스(sheath)를 가로질러 가속되는 것으로 여겨진다.

예를 들어 이온 빔보다는 플라즈마를 사용하는 것이 다른 방법으로 가능한 것보다 훨씬 더 높은 증착 속도를 허용한다. 이 점에 대해서 우리는 초당 15Å 또는 그것을 초과하는 속도에서 본 발명에 따른 보호 오버코팅 층들의 증착을 달성하였다.

턴온, 턴오프될 수 있는 소스로, 그리드된 이온 빔 소스에 의해 바이어스된 플라즈마 방법의 장점은 일반적으로 가속화 그리드들에서 공간 전하 제한들때문에 낮은 이온 에너지에서 높은 증착 속도를 얻는 것이 어렵다는 것이다. 또한, 플라즈마 시스의 성질은 이온 가속화가 전 표면 영역에 걸쳐 기판의 표면에 수직이 되지만, 그에 반해 이온 빔들은 기판의 축으로부터의 수직 입사로부터 약간의 발산성을 가질 것이다.

현재 숙고되는 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술되고 도시되는 동안, 다양한 변경 및 변형들이 다음의 청구항들에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 이탈하지 않고서 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims

접지된 공정 챔버;

상기 공정 챔버에 위치하는 기판 홀더;

상기 공정 챔버에 공정 개스를 공급하기 위한 상기 공정 챔버에 결합된 개스 소스;

상기 챔버내에서, 상기 기판 홀더상에 배치된 기판 표면을 처리하기 위한 이온들을 생성하도록 상기 공정 개스를 이온화하는 이온 소스를 포함하는데, 상기 기판 홀더는 상기 이온 소스와 면하며, 상기 이온 소스는 제 1 양극 및 제 1 전자 소스를 포함하며; 및

상기 전자 소스가 음전압으로 바이어스되는 동안 상기 양극 및 상기 기판 홀더상의 기판이 양전압 레벨로 바이어스되도록 상기 양극, 상기 전자 소스, 상기 기판을 바이어스하는 파워 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더상에 기판의 반대 표면을 면하도록 배치된 제 2 양극 및 제 2 전자 소스를 포함하는 제 2 이온 소스를 더 포함하며, 상기 파워 소스는 제 1 양극 및 상기 제 2 양극 각각에 시간 다중화된 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 파워 소스는 약 100 kHz이하의 주파수에서 상기 제1 양극 및 상기 제 2 양극의 각각에, 주기적인 펄스 전압을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 파워 소스는 상기 챔버에서 플라즈마의 반응 시간보다 작은 주파수에서 상기 제 1 양극 및 상기 제 2 양극의 각각에 주기적인 펄스 전압을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 파워 소스는 50%이하의 듀티 사이클에서 상기 제 1 양극 및 상기 제 2 양극의 각각에 대해 주기적인 펄스 전압을 가하는 수단을 포함하며, 상기 전자 소스들은 양극이 양전압으로 펄스되는 시간동안 역방향으로 바이어스되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 파워 소스는 50%이하의 듀티 사이클에서 제 1 및 제 2 양극들의 전자 소스들 각각에는 음전압을 그리고 상기 양극들의 각각에는 주기적인 펄스 양전압을 가하는 수단을 포함하며, 상기 제 1 이온 소스 및 상기 제 2 이온 소스는 주기적인 펄스 전압들의 각 사이클의 일부 중에 양쪽 다 오프되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 개스 소스는 상기 챔버에 C₂H₄를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 개스 소스는 상기 챔버에 에틸렌 및 아르곤을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 파워 소스는 제 1 및 제 2 펄스 출력을 갖는 파워 서플라이를 포함하며, 상기 펄스 출력 각각은 상기 제 1 및 제 2 양극들에, 그리고 상기 전자 소스들에 각각 결합되며, 상기 제 1 및 제 2 출력들은 제 1 및 제 2 양극들이 다른 시간에 전원이 공급되도록 하는 반면에 상기 전자 소스들은 펄스 출력이 상기 전자 소스들에 가해질 때 전원이 공급되도록 위상 시프트되는 펄스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 공정 개스는 에틸렌이고 개스가 챔버로 주입되는 시간동안 챔버의 압력은 약 4 mtorr에 도달하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자 소스들은 각각 전자들을 생성하는 필라멘트와 상기 필라멘트를 가열하고 상기 필라멘트들에 음의 바이어스를 가하기 위해 상기 필라멘트에 결합된 필라멘트 파워 서플라이를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 파워 소스는 약 1에서 5 kHz사이의 범위의 주파수에서 제 1 양극 및 상기 제 2 양극 각각에 주기적인 펄스 전압을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 이온 소스는 상기 기판을 에칭하는 상기 공정 개스의 이온들을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 이온 소스들은 상기 기판을 에칭하는 상기 공정 개스의 이온들을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
기판을 처리하는 방법에 있어서,

공정 챔버에 기판을 놓는 단계;

상기 공정 챔버를 접지시키는 단계;

공정 챔버에 공정 개스를 공급하는 단계;

상기 챔버내에 위치하며, 기판의 표면을 처리하는 상기 공정 개스의 이온들을 생성하도록 기판의 표면과 면하며 양극 및 전자 소스를 포함하는 이온 소스로 상기 공정 개스를 이온화하는 단계; 및

전자 소스 및 상기 기판에 음의 바이어스를 가하는 동안 상기 양극에 양의 바이어스를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 공정 개스로 에틸렌 및 아르곤을 상기 챔버로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 기판은 적어도 제 2 양극 및 적어도 제 2 전자 소스를 포함하며 약 1에서 5 kHz의 범위의 주파수에서 제 1 및 적어도 제 2 양극 각각에 주기적인 펄스 양전압 및 제 1 및 적어도 상기 제 2 전자 소스에 음전압들을 가함으로써 제 1 양극 및 상기 제 2 양극에 전원을 공급하는 적어도 제 2 이온 소스에 다른 표면에 접하게 되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제 17 항에 있어서, 제 1 양극 및 상기 제 2 양극 및 그것들의 상기 전자 소스들에 전원을 공급하는 단계는 각각 위상이 다른 제 1 및 제 2 주기적인 전압들에 의해 상기 제 1 양극과 상기 제 2 양극 및 상기 전자 소스들에 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 주기적인 전압들은 50%이하의 듀티 사이클들을 가지며 상기 제 1 및 제 2 이온 소스들 및 관련된 전자 소스들은 상기 주기적인 전압들의 각 사이클의 일부분동안 모두 오프되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
공정 챔버에서 각각 하나의 양극 및 하나의 전자 소스를 가지는 두개 이상의 이온 소스들을 동작시키는 방법에 있어서,

상기 두개 이상의 이온 소스들 중 하나만 언제나 전원이 공급되도록 시간 다중화 방식에서 상기 두개 이상의 이온 소스들의 양극들에 전원을 공급하는 단계; 및

상기 양극들과 동시에 전자 소스들에 음의 바이어스 전압을 동시에 공급하는 단계를 포함하는 두개 이상의 이온 소스들을 동작시키는 방법.
기판 처리 시스템에 있어서,

공정 챔버;

상기 공정 챔버에 위치한 기판 홀더;

상기 공정 챔버에 공정 개스를 공급하기 위한 개스;

상기 공정 챔버에 위치한 제 1 및 제 2 양극들;

기판 홀더상에 배치되고 음으로 바이어스된 기판을 처리하기 위한 이온들을 생성하도록 상기 공정 개스를 이온화하는 상기 챔버에 전자들을 생성하는 상기 챔버에 음으로 바이어스된 전자 소스; 및

상기 양극들 중 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 시간 다중화 방식으로 상기 제 1 및 제 2 양극들을 챔버에 대해 양의 바이어스로 상기 전자 소스들 및 상기 기판에 음의 바이어스로 전원을 공급하는 파워 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 21 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 상기 기판 홀더상의 정확한 위치에 기판의 바이어싱을 용이하게 하기 위해 파워소스에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 상기 기판 홀더상의 정확한 위치에 기판의 바이어싱을 허용하도록 파워 서플라이에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 기판 공정 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 기판의 다른 면들상에 이온 소스들을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 기판의 각 면에 공정 개스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
공정 스테이션에서 박막 도전성 기판의 두 표면들상에 다이아몬드 유사 탄소를 증착하는 처리 시스템에 있어서,

공정 챔버;

상기 공정 챔버에 위치하는 기판 홀더;

상기 챔버에 개스를 주입하도록 상기 공정 챔버에 결합된 에틸렌 개스 소스;및

플라즈마를 생성하기 위해 상기 기판 홀더상에서 기판의 한 표면상에 배치된 하나의 양극 및 하나의 전자 소스를 각각 포함하는 제 1 과 제 2 플라즈마 제너레이터 및 파워 소스를 포함하며,

상기 제 1 과 제 2 플라즈마 제너레이터들에 접속된 상기 파워 소스는 상기 플라즈마 제너레이터들의 상기 양극들 중 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 시간 다중화 방식으로 상기 제너레이터들의 양극들에 양의 전압을 그리고 제너레이터들의 전자소스들에 음의 전압을 가함으로써, 그리고 양의 전압이 상기 플라즈마 제너레이터들의 양극에 가해지는 동안 상기 전자 소스들 및 상기 기판에 음의 전압을 가함으로써 상기 플라즈마 제너레이터들에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 유사 탄소를 증착하는 처리 시스템.
기판 처리 시스템에 있어서,

공정 챔버;

상기 공정 챔버에 위치한 기판 홀더;

상기 공정 챔버에 공정 개스들을 공급하도록 상기 공정 챔버에 결합된 개스 소스;

상기 챔버에서 상기 기판 홀더상에 배치된 기판을 처리하는 이온들을 생성하기 위해 상기 공정 개스를 이온화하기 위해 파워 소스에 접속되는 제 1 플라즈마 제너레이터;

상기 챔버에서 상기 기판 홀더상에 배치된 기판을 처리하는 이온들을 생성하기 위해 상기 공정 개스를 이온화하는 파워 소스에 접속되는 제 2 플라즈마 제너레이터를 포함하는데, 상기 플라즈마 제너레이터들 각각은 상기 기판 홀더상의 기판의 표면들의 양쪽 면들에 배치되며;

상기 제너레이터들 중 하나에만 언제나 전원이 공급되도록 시간 다중화 방식으로 전원을 공급하는 파워 소스; 및

처리를 위해 상기 홀더 상에 배치된 기판을 바이어스하도록 상기 기판 홀더에 접속되는 전기 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 24 항에 있어서, 챔버내에 위치하며 챔버의 벽들이 증착되는 것을 방지하는 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 이온 소스는 상기 챔버의 실드 표면상의 증착물들을 에칭하기 위해 상기 공정 개스의 이온들을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
제 27 항에 있어서, 공정 개스는 아르곤을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.