KR20020086487A - 플라즈마 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

처리 챔버(10), 챔버내에 위치한 전기적 플로우팅 기판 홀더(12), 챔버로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 소스(54), 챔버내에 위치한 적어도 하나의 이온 소스(20), 선택된 시간 평균화된 전류를 유지하기 위한 치수 및 선택적으로 가변 가능한 듀티사이클의 펄스 열로 캐소드를 마이너스로 바이어싱하고 애노드를 플러스로 바이어싱함으로써 이온 소스를 활성화하는 전원 소스(19b), 상기 바이어스는 챔버와 관련된 각 실제예로 이루어진 것이다. 이온 소스(20)는 챔버내에서 플로우팅 기판 홀더(12)상에 배치된 기판을 처리하기 위한 이온을 생성하는 처리 가스를 이온화한다. 플로우팅 기판은 활성화 전자 플럭스에 의해 제어됨으로써 알짜 전하에 따라 바이어스된다. 실시예 중 하나는 이러한 2개의 이온 소스를 포함한다. 이 경우, 전원 소스는 제 1 및 제 2 이온 소스 중 단 하나가 언제든 활성화되고 이온 소스간의 상호 작용을 제거하도록 시간 평균화된 방식으로 제 1 및 제 2 애노드(30, 40)와 캐소드(22, 42)를 활성화한다.

Description

플라즈마 처리 시스템 및 방법{PLASMA PROCESSING SYSTEM AND METHOD}
상업적 플라즈마 소스들은 다양한 산업적 응용들, 특히 반도체, 광학 및 자기 박막 처리를 위해 표면상에 제어된 증착 및 에칭하는 데 사용된다. 이러한 가스에 의해 형성된 플라즈마는 물질을 증착 또는 제거하기 위해 표면과 화학적 및/또는 물리적으로 상호 작용할 수 있는 반응성 중성 종 및 이온성 종들을 생성한다.
많은 공정들에서, 플라즈마 소스로부터의 활성(energetic)이온들의 사용은 독특한 특성을 가지는 물질들을 증착할 수 있거나 다른 상태에서 비효율적일 조건하에서 표면의 에칭이 가능하도록 한다. 플라즈마에서 기판을 처리하는 방법은 일반적으로 기판이 존재하는 진공 챔버내에 배치된 이온 소스를 포함한다. 특정 화학 특성을 가지는 가스는 이온화를 위해 이온 소스에 공급된다. 생성된 플라즈마는 활성 전자들뿐만 아니라 반응 중성 및 이온성 화학 종들로부터 선택된 혼합물이다. 표면과 상호작용하는 이온성 종들의 에너지는 플라즈마 전기적 특성, 기판의 전위 및 챔버의 압력에 의존한다. 종래에 있어, 기판을 이온 충격(bombarding)의에너지는 기판에 인가된 바이어스 수단에 의해 제어된다. 현 시점에서 대안으로 기판이 전기적으로 플로우팅되고 알짜 전하(net charge)를 획득함으로써 기판의 전위를 안정화하는 연구가 발표되었다. 이온 에너지는 플라즈마 전위와 순전류가 제로인 기판 표면에서의 전위차에 의해 결정된다. 기판의 플로우팅 전위는 본 발명에 따라 제어된다.
기판 처리를 위해 중요한 파라미터를 처리하는 것을 근거한 플라즈마의 다양성은 이온의 운동에너지가 기판을 차단하는 것이다. 이온 운동에너지는 예를 들어 압력, 온도, 특정 플라즈마 가스, 이온 소스 파라미터와 같은 플라즈마의 특성을 나타내는 몇몇의 가변한 개연적 기능이다. 기판의 전위는 운동 에너지를 가변시키는 중요한 요인이다. 기판을 처리하는 이러한 경우에, 이 전위는 종래 기술에서 일반적으로 실시되는 것과 같이 적절한 전원소스에 직접 연결함으로써 제어될 수 있다. 유전체 기판과 같은 극단적인 경우, 이러한 절차는 기판의 표면상에 균일하고 일정한 전위를 발생시킬 수 없다. 기술한 바와 같이, 전원소스에 직접 결합하는 것이 기판 전위를 제어 하기에 충분하지 않거나 이러한 기판에 대한 전기적 결합이 다른 한편 바람직하지 않은 어떠한 상황에서도 본 발명은 적용가능하다. 본 발명은 완전한 유전체 기판에 한정되는 것이 아니며, 발명의 전형적인 이용 형태로써 여기에 기재된 특정한 처리들에 한정되는 것도 아니다.
몇몇의 응용에서는, 기판의 양면 모두를 동시에 처리하는 것이 바람직하다. 자기 메모리 시스템에서 사용되는 자기 하드 디스크 제조 공정에서 다양한 재료의 박막층을 증착하는 것이 대표적이다. 이 경우, 이온 소스는 디스크의 반대 쪽에위치된다. 하지만, 이온 소스는 두개의 소스가 동시에 처리 챔버내에서 작용할 때 플라즈마의 불안정성 및 진동을 나타내기 쉬운 플라즈마 전위를 안정화하는 애노드를 이용한다. 이러한 불안정한 반응은 예견되는 이온 발생 및 처리 안정도를 불가능하게 한다. 선행 동시 출원된 출원 번호 076,971은 각 이온 소스 단위로 시분할 복합 증착함으로써 각 기판의 표면의 대칭적 코팅을 획득함을 통하여 이러한 문제점을 제기하였다. 또한, 예를 들어 컴퓨터 데이터 저장용의 하드 디스크상의 보호층의 요구 조건을 만족시키는 명세들에 일치하는 박막을 코팅하는 것은 어렵다는 것을 증명하였다. 보다 얇은 코팅은 기록된 정보의 애리얼 밀도(Arial density)에 있어 증가를 허용하는 것처럼 디스크의 표면에서 헤드를 자화 영역으로 보다 가깝게 띄울 수 있다. 자기 표면의 오버코팅 증착에 있어, 코팅은 완성된 디스크의 실제적 품질뿐만 아니라 충분한 경도, 밀도 및 점착도를 가져야만 하고, 표면상에 높은 증착율 및 육안으로 보이는 파티클의 수가 적어야만 한다. 따라서, 이온 소스가 처리 챔버내에서 안정된 방식으로 작용할 수 있고 증착된 층의 특성이 소정의 목적을 달성할 수 있는 개선된 기판 처리 시스템 및 방법이 필요하다.
상기 언급한 동시 출원 중인 출원은, 챔버 벽상의 증착은 보다 낮은 이온 에너지로부터 기인한 낮은 내부 압력에 의해 특성화되고, 반면 박막 물질은 기판에 관한 보다 높은 운동에너지의 이온에 의한 증착으로부터 기인한 바람직한 경도, 밀도 및 점착 특성을 가지는 기판에 동시에 증착함으로써 기판 및 챔버 벽의 차별적 바이어싱으로 얻을 수 있는 이점을 보여준다.
상기 기술된 동일한 실제적 필요조건들은 자기 미디어뿐만 아니라 광학에도적합하다. 예를 들어 보호층이 광학 기판용으로 필요하다면, 디스크의 용도가 요구하는 코팅이 극히 얇고 변화하는 파티클의 존재를 통한 변화량이 최소화되는 동안 증착되어야 할 적정한 경도, 밀도 및 고속의 점착이 증착된다.
본 발명은 생성된 이온을 통해 만들어진 플라즈마를 이용하여 단면 또는 양면의 플로우팅(floating) 기판을 처리하는 시스템 및 방법, 더 구체적으로 제어된 기판 표면의 처리를 위한 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 증착 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 전자 에너지 분배를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 홀로 캐소드 이온 소스의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 4는 복수의 이온 소스 플라즈마 증착 시스템의 애노드 및 캐소드에 부과된 각각 펄스된 전압 파형을 도시하는 것이다.
도 5는 강화된 플라즈마 밀도를 얻기 위한 배치를 나타내는 것이다.
도 6a는 제어 파라미터의 제 1 설정값에 대한 기판 전위 제어의 측정을 나타내는 것이다.
도 6b는 압력을 낮춘 상태에서 도 6a와 동일한 측정을 나타내는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 새로운 기판 처리 시스템이 공급된다. 이 기판 처리 시스템은 처리 챔버, 챔버내에 위치한 전기적 플로우팅 기판 홀더, 처리 챔버에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 소스, 처리 챔버내에 위치한 적어도 하나의 이온 소스와 이온 소스 또는 소스(이 경우 하나 이상의 소스가 존재)에 다양한 전압을 인가하기 위해 또한 챔버의 다른 표면을 활성화하기 위한 전원 소스, 및 각 이온 소스의 전자 소스 부분에 의존하는 시간의 듀티사이클(duty cycle)을 조절하는 컨트롤러를 포함한다. 각 이온 소스는 기판 홀더상에 배치된 기판을 처리하기 위한 이온을 발생하기 위해 처리 가스를 이온화한다. 각 이온 소스는 캐소드와 애노드를 가진다. 각 이온 소스는 또한 현재 활동중인 플라즈마 내에 기판상의 마이너스 알짜 전하의 축적을 생성하기 위한 적절한 이온 에너지 분배에 충분한 전자 플럭스를 생성하고, 나아가 보다 낮은 기판 전위를 생성한다. 전원 소스는 하나 이상의 애노드뿐만 아니라 이온 소스 또는 소스의 하나 이상의 캐소드를 활성화한다. 이 경우 하나 이상의 이온 소스는 사용될 것이고, 전원 소스는 이온 소스 중 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 이온 소스들을 활성화한다.
컨트롤러는 압력 센서를 통해 챔버 압력을 감지하고 또한 전자 소스 방사 전류, 애노드 및 캐소드 전위(각 이온 소스의)와 같은 전기적 파라미터를 모니터한다. 이들 파라미터를 제어함으로써, 소정의 기판 전위를 유지할 수 있다.
캐소드에 의해 방사된 전자의 에너지와 밀도는 기판상에 알짜 전하 축적을 결정함으로써 기판 전위를 제어한다. 캐소드에 의해 방사된 전자의 에너지 스펙트럼은 애노드와 캐소드간의 전압 차이에 의해 제어되고, 캐소드에 의해 방사된 전자의 밀도는 방사 전류(캐소드를 떠나는 전자의 비율)와 벽으로의 전자 수송에 의해 결정된다. 중대한 기판 전위 범위를 획득하기 위해, 다소의 전자 가둠 형태가 요구되고, 자기장(다중극 필드와 같은)이나 정전기 필드(벽 전위와 동등 또는 보다 큰 캐소드 전위)를 사용한다. 발명의 다른 실시예에서는 플라즈마를 생성하기 위해 그리고 전자를 가열하기 위해 RF 웨이브를 사용할 수 있다. 본 발명은 플로우팅 기판을 사용하고 캐소드와 애노드 전위 값을 이용하며 이온 소스의 전자 소스 부분으로부터 방사된 전자 부분이 소정의 마이너스 전위를 얻기 위해 기판 전위를 야기하는 기판상에 충분한 운동에너지의 마이너스 전하 축적을 가지는 것을 보장하기 위해 가스 압력은 충분히 낮다. 이온 소스의 구성 요소의 바이어싱 및/또는 상기에서 달성된 것과 같은 효과적인 기판 전위는 특정 표면에 도달하여 상호 작용하는 이온 소스에 의해 이온 에너지를 선택적으로 제어하는 본 발명에 따라 사용할 수도 있다. 예를 들어, 기판의 전위를 조절하거나 기판에서 증착을 위해 보다 높은 이온 에너지와 챔버 벽상에 증착되는 이온의 보다 낮은 에너지를 동시에 만들 수 있는 이온 소스의 구성요소를 바이어싱하는 것이다. 이렇게, 본 발명은 표면에서의 증착 조건을 예정하여 제어 가능하고 이온 에너지에 따라 증착된 필름의 특성에 대한 선택성을 허용한다.
특히, 에칠렌과 같은 탄화수소를 함유하는 플라즈마로부터 탄소(DLC)와 같은 다이아몬드 박막을 형성할 때에, 처리 챔버의 벽상에 낮은 에너지 이온(< 100eV)으로 증착된 탄소는 보다 활성화된 이온(180-200eV)으로 기판상에 형성된 탄소보다 훨씬 낮은 스트레스를 나타낸다. 벽상에 탄소 증착이 형성됨에 따라, 보다 낮은 스트레스는 박편보다 더 작게 만들고, 작은 파티클의 보다 낮은 레벨은 코팅되어야 할 기판의 표면상에 존재할 것이다. 이 예에서 비록 기판상에 증착된 층은 벽상에 증착된 탄소보다 더 높은 스트레스를 나타낸다고 할지라도, 증착된 층은 너무 얇고 단단하여 증착된 표면은 층 하부에 대해 매우 효과적인 보호 코팅으로써 행동하기 때문에 시스템에 대하여 문제점이 될 수 없다.
기판이 절연 물질인 것으로, 종래 기술은 이온 빔의 선택가능한 에너지를 이용한다. Kimock,et al, Datatech 2판, 1999년 봄 판, 페이지 69-77(ICG Publishing Ltd.,14 Greville Street, London EC1N8SB)를 보라. 전형적인 증착 장치의 종래기술은 이온을 가속하기 위해 바이어스된 그리드 구조를 사용한다. 이러한 그리드 구조는 본질적으로 플라즈마로부터 이온을 가속하는 구멍(aperture)의 배열로 형성되는 컨덕터로 형성된다. 이러한 구멍은 치수에 있어 적지 않은 디바이 길이(Debye length : 플라즈마 속으로 연장된 전기장에 대한 길이의 측정)에 의해 제한되어, 플라즈마 밀도를 제한한다. 생성된 이온 전류는 공간 전하(space charge)를 제한한다. 결과적으로, 증착 속도는 오히려 낮아지고 처리에 대한 스루풋은 그에 따라 낮아진다. 자기장을 가지는 공간적 국한에 의해 격리되어야 할 높은 전위에서의 플라즈마에 관해서는 널리 공지되어 있다. 이러한 배치는 변화 영역과 이 변화 영역 위로 이온 충돌을 회피하기 위한 낮은 중성 압력 배경을 수용하기 위해 처리 챔버의 치수면에서 상당한 증가를 요구한다.
본 발명은 챔버 벽과 같은 플라즈마 주변의 동작하는 전위와 관련하여 기판의 전위를 제어하기 위한 전기적 플로우팅 기판(유전체 물질이든 아니든)을 챠징하기 위해 전자 플럭스를 사용한다. 이 비접촉 바이어싱에 대한 전자 소스는 증착(또는 다른 처리) 펄스동안 소정의 기판 전위를 발생하기 위해 변조된다.
비록 전자 소스가 다른 형태를 취하더라도, 홀로(hollow) 캐소드 구현은 플라즈마 여기와 동작 주기의 각 간격 동안 기판 바이어싱하는 양자를 공급하는 것이 낫다. 홀로 캐소드 소스의 안정도 및 제어는 다수의 플라즈마 소스를 사용하는 애노드 펄스의 낮은 주파수 변조에 비례하여 비교적 높은 홀로 캐소드 소스 주파수 변조에 대한 캐소드 듀티사이클의 조절로서 달성된다. 이러한 변조는 캐소드로부터 출력되는 전자 전류상의 캐소드 듀티사이클 변화를 발생시키기 위한 애노드 펄스에 비례한 고 주파수에서 적용된다. 본 발명 내내 언급되는 "캐소드 듀티사이클"이란 의미는 어떤 애노드가 온인 동안 캐소드가 온으로 바이어스되는, 캐소드에 의해 방사될 전자를 허용하는, 시간의 단편(fraction)이라 이해할 수 있다.
본 발명은 기판의 전위가 전하의 순 축적에 의해 직접적으로 영향을 받는다는 것을 깨달았다. 본 출원에 대한 바람직한 실시예에서, 접지된 벽과 이온 소스 캐소드의 마이너스 전위 사이의 중간일 뿐 접지(챔버 벽)에 관한 기판에 대하여 미리 선택된 마이너스 전위를 수행하고 유지하는 것이 바람직하다. 이는 부분적으로, 전자 플럭스의 최대 운동 에너지라는 현명한 선택으로 본 발명에서 획득된 것이다. 캐소드(전형적 소스의)로부터 방사된 전자는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 비교적 넓게 나타나고, 캐소드 전자 소스에 의해 생산된 전자 에너지 분배의 고 에너지 끝단 부분이 나타난다. 전자는 문턱 V문턱= e(V플라즈마- V플로우팅),여기서 e는 전자에 관한 전하, 보다 작은 운동 에너지를 가지며 기판 표면에 의해 팅겨질 것이다. 전기량 V문턱은 주로 플라즈마의 특질과 가스 압력의 함수이다. 문턱(threshold)보다 더 큰 운동 에너지의 전자는 다소의 운동 에너지를 위치 에너지로 이동시킨다. 하지만 이 전자는 기판에 도달하고 차단하기에 충분한 에너지를 가진다. 이러한 보다 높은 에너지 전자는 플라즈마로부터 기판을 충격하는 플러스 이온과 균형을 이루는 네트 마이너스 전위에 이르도록 기판을 챠징하는데 공헌한다. 그래서 기판에 대해 전기적으로 0 인 네트 전류이다. 분배의 형태와 문턱 값은 기판의 전위 균형을 결정한다. 증착 속도의 조절은 시간 평균 전자 방사 전류을 제어하여 기판에 도달하는 시간 평균 이온 수를 제어함으로써 달성된다.
본 발명의 절실한 요구 중 하나는 효율적이고 제어가능한 전자 플럭스이다. 바람직한 실시예로서, 전자 플럭스는 소정의 방향으로 공간적으로 균일하고 캐소드에서 전자 방사의 우세한 방향은 4π스테라디안(steradian)으로 방사하는 것보다 오히려 기판쪽으로 향하며, 전자 에너지 분배는 고 에너지 전자의 적당한 단편을 제공하는 신뢰되고 알려진 형태에 의해 특징 지워진다. 홀로 캐소드 이온 소스는 이러한 요구 사항들의 답이다.
플라즈마 밀도는 캐소드의 중심(重心) 및 기판의 중심에 의해 형성된 축에대하여 횡단하는 자기 축을 가지는 챔버 벽을 따라 다수의 이산(discrete) 영구 자석의 배치에 의해 개선된다. 인접한 자석들은 다중극 자기장의 결과에 기인하는 보다 크고 보다 균일한 플라즈마 밀도를 생성하기 위한 교호(交互) 극성을 가지는 챔버 주위에 방위각상으로 배치된다. 이 자기장은 또한 활성화 전자의 가둠(confinement)을 개선시키고 활성화 전자의 밀도를 증가시키며, 플라즈마와 기판간의 전위 차를 증가시킨다.
따라서, 제어된 기판 전위에 의존한 처리들에 근거한 규정된 플라즈마는 신규한 방식으로 실시된다. 특히, DLC 코팅의 얇은 층은 스퍼터된 탄소 막에 비교하여 우수한 성과를 가지는 자석, 유전체 또는 다른 매체(예를 들어 광학의)의 한 면 또는 양 면에 보호 코팅으로서 증착될 수 있다. 이 실시예에서 증착된 층은, 만들어진 디스크가 만족스러운지 그리고 시장성이 있는지 여부를 제조업자가 결정하기 위해 전형적으로 사용된 글라이드(glide) 또는 검증 수율 테스트의 결과로부터 제조 공정에서 폐기되는 디스크를 최소화하기 위해 충분히 낮은 작은 파티클의 수를 가지는 단단한 보호층으로써 증착된다. 결국, 디스크는 이러한 테스트를 통과하는 데 실패하고 제조업자는 생산성과 이익을 감소시키는 디스크를 폐기하지 않을 수 없다. 본 발명은 이러한 문제점을 상당히 감소시킨다.
본 발명은 평판 기판의 반대 표면상에 대칭적으로 DLC 오버코팅 증착을 위한 응용 배경하에서 서술된 것이다. 이 응용은 전술한 출원 중인 동시 출원에 이미 개시되어 있다. 이 응용은 전원 소스에 대해 워크피스(workpiece)가 물리적으로 접촉할 필요 없이, 워크피스의 전위가 본 발명에 따라 안정화되는 다른 플라즈마 처리 및 기하학적 구조를 대표하는 것이다.
도 1로 돌아와서, 이온 소스(20)는 애노드(30) 및 전자 소스(22)를 포함한다. 전자 소스 바이어스 공급기(19a)는 전자 소스(22)에 연결된다. 이온 소스(220)는 애노드(40)와 애노드(40) 근처에 위치한 전자 소스(42)와 전자 소스(42)에 연결된 전자 소스 바이어스 공급기(19b)를 포함한다. 전자 소스의 선택에 따라, 전자 소스 전원들은, 도시하지 않았지만, 뜨거운 필라멘트 전자 소스 내에서 필라메트 히터에 의해 전자의 발생을 여기할 수 있거나 각각의 이온 소스(20, 220)내에서 홀로 캐소드 전자 소스의 차가운 캐소드 전하를 빠르게 일으킬 수도 있다. 전자 소스(22, 42)는 이온 소스에 대해 캐소드로서 기능한다. 비록 홀로 캐소드 소스가 하기하는 바와 같이 본 발명의 실제에서 바람직하지만, 다른 실시예는 뜨거운 텅스텐 필라멘트, 광전자 또는 전자 방사 장치와 같은 것을 이용하거나 전자를 가속화하기 위한 RF분야를 사용할 수 있다. 애노드(30, 40)는 하기하는 바와 같이 각 이온 소스(220, 20)를 활성화할 수 있도록 출력(16, 17)을 통해 통신하는 애노드 변조기(modulator:도시하지 않음)를 포함하는 전원 소스(50a, 50b)에 연결되어 있다. 또한 전자 소스(22, 42)는 캐소드 변조기(19a, 19b)에 연결되어 있다.
가스 소스(54)는 처리 챔버(10)에 처리 가스 또는 가스 혼합물을 공급한다. 특히, 가스 소스(54)는 애노드(30, 40)와 기판(14) 사이 영역에서 이온 소스(20, 220) 각각에 가스를 공급할 수 있다. 처리가스로서 적합한 예로서, 한정하는 것은 아니지만, 다이아몬드와 같은 탄소의 증착을 위해 에칠렌, 메탄 및 아세틸렌, 질화 실리콘의 증착을 위해 실란 혼합물 및 암모니아, 에칭을 위한 아르곤, 산소 또는 수소를 포함한다.
가스는 챔버에 연결된 진공 펌프(60)에 의해 챔버(10)으로부터 배출된다. 이 가스 소스(54)와 진공 펌프(61)는 자기 미디어용 DLC 오버코팅의 증착과 같은 특정 처리와 관련하여 하기에 논의되는 바와 같이 챔버(10)내에서 가스 유속 및 압력을 제어하는 것을 허용한다.
챔버 압력 센서(60)는 전형적인 챔버 압력 신호를 프로세서(62)에 공급한다. 이는 프로세서(62)가 몇몇 변수의 제어의 집합체로 표현되고 널리 알려진 마이크로 프로세서 장치로 구현될 수 있거나 어떠한 몇몇 변수의 제어도 매뉴얼 또는 다른수단으로 관리될 수 있음을 이해할 수 있다.
본 발명을 통한 기판 전위를 선택하고 유지하는 능력은 주어진 기하학적 장치 및 동작 조건의 범위에 대하여 확립된 것이다. 유전체 또는 다른 기판상에 축적된 알짜 전하는 제어되고 측정된 조건하에서 관찰된 기판 전위의 연구에 의해 확립된 것이다. 보정을 위해, 수행되는 기판은 고 임피던스 전압 측정 장치(150)과 통신하여 차례로 배치된 기판 홀더(12)내에서 대체된다. 고 임피던스 프로브(107오옴 급의)를 구비한 오실로스코프는 하찮은 전류를 그라운드로 끌어당기는 측정 장치로 흔히 볼 수 있는 것이다. 이 기판 전위 측정은 통신로(152)상의 보정 장치(150)로부터 지시받고 있다. 이와 같은 방식으로, 전원 소스(50a, 50b)로부터 끌어당겨진 전자 방사 전류는 감지되고 각 신호(15a, 15b)를 경유하여 프로세서(62)에 통신된다. 전자 소스(22, 42)와 애노드(30, 40)에 인가된 바이어스 전압은 이와 같은 방식으로 감지된다. 프로세서(62)는 전자 소스(22, 42)상의 고 주파 펄스 열을 지시하기 위해 캐소드 변조기(18a, 18b)를 제어하는 신호를 발생시킴으로써 기판으로 향하는 시간 평균화된 전자 플럭스(flux)를 제어한다. 관찰된 변수와 선택된 캐소드 듀티사이클의 범위를 얻기 위해, 보정 장치(150)로부터 얻은 테스트 기판의 측정된 전위는 기록되고 기판 전위에 대한 표 응답 기능이 얻어진다. 플로우팅 워크피스를 사용하는 다음 동작에서, 달성되어야 할 처리는 이 데이터를 이용하고 소정의 기판 전위를 정한다. 소정의 기판 전위 및 챔버 압력의 관찰된 변수 값에 관련하여, 전기 전압을 전자 소스(22, 42), 애노드(30, 40) 및각 전자 방사 전류에 인가하고, 프로세서(62)는 소정의 시간 평균화된 전자 플럭스를 유지하기 위해(또는 미리 선택된 방식을 변경하기 위해) 캐소드 듀티사이클을 조정한다. 다른 변수들에 의해 표현된 동작 조건을 확립하기 위해, 캐소드 듀티사이클은 프로그램된 시간 평균 전자 플럭스(일정 시간 평균화된 플라즈마 생산)를 유지함으로써 증착 속도를 결정한다. 동작 중, 각 이온 소스(20, 220)는 처리 가스 이온을 형성하기 위해 처리 가스를 이온화한다. 이온은 증착 또는 에칭을 위해 기판(14)쪽을 향한다. 이온 소스(20, 220)가 활성화될 때, 처리 챔버(10) 내에서 플라즈마는 형성된다. 전자 소스(22, 42)는 플라즈마내 처리 가스 분자의 이온화를 위해 전자를 공급한다. 이어 이온은 기판 표면에서 플라즈마 덮개(sheath)를 가로질러 기판(1)을 향해 가속화된다. 도 1의 처리 시스템은 대칭적으로, 그리고 실질적으로 동시에 처리되어야 할 기판 양면에 적용가능하다.
또한, 다른 장비와 기술을 사용하여 플라즈마를 발생시킴으로써 이 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 적정한 가스가 시스템의 이온 전류 제어 전극에 의해 흘러 들어가고 바이어스될 수 있는 플라즈마를 생성하기 위해 전자를 가속하는데 사용되는 전자기 에너지가 있는 어떤 영역을 통과할 수 있다.
바람직한 실시예는 전자 소스를 위해 홀로 캐소드 소스를 사용한다. 홀로 캐소드 소스는 고 플라즈마 밀도 영역내에서 전자 에너지 및 평균 전자 전류의 독립된 제어를 인정한다. 도 3은 적절한 이온 소스 구조를 형성하는 전형적인 홀로 캐소드 전자 소스 및 애노드를 도시하고 있다. 이러한 홀로 캐소드 소스는 잘 알려져 있다.
상기한 바와 같이, 불안정성과 진동은 이온 소스(20, 220)가 동시에 활성화될 때 관찰된다. 이러한 불안정과 진동의 이유는 챔버(10) 내의 플라즈마가 전자 소스(22, 42)에 의해 생성된 전자에 대해 낮은 임피던스 통로이기 때문이라고 여겨진다. 따라서, 모든 이온 소스가 활성화될 때, 안정화되어야 할 제 1 플라즈마는 모든 전자에 대해 낮은 저항 통로를 만들고 다른 플라즈마 소스로부터 벗어나 전자를 인도한다. 모든 플라즈마 소스가 동작할 수 있다 하더라도, 플라즈마 임피던스는 매치되지 않고, 따라서 불균형된 전자 분배와 진동을 생성한다. 뜨거운 전자 소스를 사용하는 소스의 일반적 동작 중, 주어진 애노드가 바이어스될 때, 전자 소스로부터 방사된 모든 전자 전류는 하나의 바이어스된 애노드에 의해 집약된다.
본 발명의 일 측면에 따라, 이온 소스(20, 220)는 동시에 활성화되고, 애노드 중 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 활성화된다. 특히, 시간 다중화된 전압은 애노드(30, 40)에 인가되는 상기 전압이 시간에 맞춰 중복되지 않도록 각 이온 소스(20, 220)의 애노드(30, 40)에 인가될 수 있다. 소스의 온 및 오프하는 횟수의 교체는 소스간의 플라즈마 전자와 이온의 상호 작용을 제거한다. 전자는 하나의 애노드에 의해 집약되고 그 다음에 교대로 다른 것에 의한다. 전자 소스(22, 42)는 역 효과 없이 동시에 여기될 수 있고 보다 큰 최대값은 기판 챠징을 위한 시간 평균화된 전자 플럭스 동안 동적 범위에서 도달할 수 있다. 동시에, 또는 시간 다중화된 애노드 동작은 복합 차페 또는 다른 것으로부터 하나의 플라즈마를 전기적으로 절연하기 위한 그리드의 필요성을 제거시킨다. 교체되는 여기(excitation)는 가급적 대략 100kHz 이하의 주파수를 가지는 애노드 변조기 라인(16, 17)을 통해 애노드(30, 40)에 인가된다. 바람직한 실시예에서, 각 애노드를 위한 듀티사이클은 50% 이하이고, 아크(arc)의 발생을 줄이기 위해 어느 애노드도 활성화되지 못하는 짧은 주기를 허용한다. 모든 애노드가 오프일 때 양 캐소드는 오프이고, 애노드 중 어느 하나가 온일 때, 모든 캐소드는 온이다. 홀로 캐소드가 전자 소스로서 사용될 때, 어느 하나의 애노드가 온인 동안의 애노드보다 상당히 더 높은 주파수로 변조된다. 일반적으로, 애노드 전압의 주파수는 플라즈마가 안정화되기 위해 요구되는 시간에 비교해서 낮아야만 한다. 이는 각 이온 소스가 애노드 전압의 온 및 오프 횟수에 비교하여 빠르게 온 및 오프로 스위치되는 것을 보장한다. 바람직한 실시예에서, 애노드 전압은 대략 1 ~ 5kHz 범위의 주파수를 가진다. 애노드에 인가되는 전압 파형은 구형파인 것이 바람직하다. 하지만, 특정 처리에서는 다른 형태가 유리할 수 있다.
애노드가 플러스 전위에 펄스되는 시각에, 전자 소스상의 바이어스 또한 펄스되거나 바이어스되지만, 하기에 기술하는 바와 같이, 도 4에 도시된 것과 같이 마이너스의 방향을 가진다. 이런 식으로 전자 소스와 애노드간의 전압 차는 플라즈마를 생성하기에 충분하다. 본 발명에 따라, 기판은 충분한 마이너스 알짜 전하를 획득하고, 결합된 마이너스 표면 전위는 제어된 운동 에너지에서 플라즈마로부터 이온을 가속화시킨다. 그러므로, 매우 얇은 막이 증착될지라도 보호 코팅을 공급할 수 있는 극히 단단한 표면이 생성된다. 보다 낮은 전압 차 때문에 벽을 차단하는 이온의 운동에너지는 매우 낮아지기 때문에 시스템 내에서 계속 펄스된 다른 구성 요소는 보다 부드러운 물질 증착을 야기하는 시간 동안 챔버(10)의 벽은 아직도 접지되어 있다.
두 개의 이온을 가지는 처리 챔버를 위해, 애노드 전압의 듀티사이클은 50% 미만이거나 같은 것이 바람직하다. 동등하지 않은 듀티사이클이 사용될 수도 있지만 기판(14)의 양 면에 불균형된 처리를 초래한다. 각 애노드 전압(캐소드에 마이너스 바이어스되는)은 대략 30%의 애노드 듀티사이클을 가지며, 이러한 모든 이온 소스(20, 220)는 애노드 전압의 각 사이클 부분 동안 오프된다. 적합한 전원 소스(50a 또는 50b)는 당업자에게 자명하다. 애노드 전원 공급기(50a, 50b)는 동일한 물리적 모듈로부터 얻을 수 있다. 소스는 상기 언급한 동시 출원한 출원에 논의되고 제시되어 있으며, 이러한 논의와 공개는 언급된 출원에 포함되어 있다. 전원 소스는 다중화된 방식의 고유 시간내에서 정확한 애노드, 캐소드 및 변조 제어의 바이어스를 보장하기 위해 적절한 제어와 스위칭 능력을 요구하는 시스템 내의 모든 구성 요소에 파워를 공급하기 위해 사용된다. 그러한 구조를 집합하기 위한 그러한 구성 요소는 공지되어 있다.
도 4에는 시간에 걸친 본 발명의 듀얼 이온 소스 처리 시스템의 구성 요소에 인가된 바이어스가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 맨 위의 그래프(a)는 코팅되어야 할 기판의 측면 1상의 애노드에 바이어스된 것을 나타낸다. 그래프(b)는 기판의 제 2 면 또는 다른 측면에 향한 애노드에 바이어스된 것을 나타낸다. 그래프(c, d)는 각각 도 1의 전자 소스(22, 42)와 같은 전자 소스에 인가된 전압을 도시한다. 도시된 바와 같이 플러스 바이어스는 활성화되었을 때 애노드에 인가된다. 따라서, 도시된 바와 같이 플러스 전압은 코팅되어야 할 기판 또는 디스크의 한 측면에 향한 애노드에 맨 처음 인가된다. 동시에 전자 소스 예를 들면, 캐소드는 전자 소스로부터 선택된 평균 전자 플럭스를 부과하는 펄스 열로 마이너스 바이어스된다. 이 전압, 전자 소스 바이어스, 디스크의 양 측면에 향한 애노드상의 플러스 바이어스는 이온 소스간의 상호작용을 막기 위해 모두 접지쪽으로 이끌려진다. 그 후에, 플러스 전압은 기판 또는 디스크의 다른 측면에 향한 애노드에 인가되며 마이너스 바이어스는 캐소드 변조기(18a, 18b)를 통해 전자 소스(바람직하게는 양 쪽 모두)에 인가된다. 또한 이 인가된 바이어스 모두는 이온 소스가 비활성화되는 사이클 시간 동안 접지쪽으로 이끌려진다. 이 사이클은 애노드가 활성화되어야 할 기간 동안 계속된다. 일반적으로 각 애노드를 활성화하기 위한 애노드 듀티사이클은 구성 요소가 모두 접지되는 동안 시간의 20 내지 40%는 남긴 채로 주기 시간의 대략 30 내지 40%를 포함할 것이다. 애노드가 활성화될 때, 캐소드 듀티사이클은 소정의 평균 전자 방사 전류를 유지하기 위해 변화될 것이다. 캐소드 듀티사이클은 피드백 회로 또는 도 4의 그래프(c, d)와 같이 애노드 여기 동안 미리 선택된 방식으로 동적으로 변화하는 듀티사이클에 의해 제어될 수 있다.
도 5는 챔버 몸체 내에 위치하고 이산(discrete) 영구 자석(102)으로 구성될 수 있는 챔버 몸체(10a)의 내부 벽을 도시하고 있다. 자석의 자기 축은 챔버 축(104)에 대해 방사형이며, 인접한 자석은 반대 방향을 향하는 자기장을 가지며, 그 결과 자속선(106)으로 나타난다. 자기장의 세기는 전자 가둠뿐만 아니라 약간의 이온 가둠을 공급하기에 충분(벽에서 1kG 보다 큰)하다. 벽에서 이온 가둠을 제공함으로써 플라즈마의 코어에서 보다 균등한 플라즈마 밀도를 얻으며 기판(14)상에 보다 균일한 증착을 얻는다. 활성화 전자의 가둠은 플라즈마에 관련한 기판 바이어스의 범위가 보다 클 수 있는 가능성을 제공한다. 포트(108)를 통해 챔버 몸체(10a)에 접속하는 것은 기판의 착탈을 제공한다.
기판에 활성화 전자 바이어싱하는 기본적인 예가 도 6a에 도시되어 있다. 이 경우, 아르곤 가스는 감금 뾰족 마당(cusp field)을 형성하기 위해 사용된 영구 자석이 늘어선 뜨거운 텅스텐 필라멘트 사용하여 이온화된다.
플라즈마를 가두기 위해 사용된 영구 자석의 기하학적 구조는 도 5에서 도시된 것과 같다. 각각(챔버 주위에 15도 간격으로 배치된) 24개로 이루어진 자석의 2개의 섹션이 사용되었다. 자석은 대략적 치수가 .25″×.75″×3″(두께에 평행한 자기 축)로 NdFeB 합금으로 만들어지고 그 결과 대략 1.1kG의 진공/벽 접점에서 최대 자기장 세기를 갖는다. 2개의 직경 1″의 부가 자석은 챔버 속으로 향하는 북극을 가지는 각 끝단(진공 바깥쪽)에서 챔버 축상에 위치된다. 이 끝단 자석으로부터의 자기장은 다소의 활성화 전자의 축 가둠의 공급을 돕는다. 주 진공 챔버는 대략 7.5″의 내부 직경과 길이 9″를 갖는다.
애노드는 플라즈마 전위를 ~ 60 볼트로 설정하기 위해 + 60 볼트에서 바이어스된다. 캐소드 바이어스는 듀티사이클 38% 및 51.5kHz 주파수로 펄스된다. 피크 방사 전류는 대략 8 암페어이다. 만약 바이어스가 펄스되지 않거나 낮은 주파수로 펄스된다면 기판 바이어스 효과는 감소되는 것으로 관측되었다. 이 시간 의존성의 이유는 완전히 이해되지는 않지만, 2개의 스트림 불안정성(N.A.Krall 및 A.W.Trivelpiece, Principles of Plasma Physics, p 449-476, San FranciscoPress, Inc. 1986)과 같이 활성화 전자의 열 중성자화 비율이 증가하여 플라즈마의 불안정성이 커지는 것에 기인하는 것일 수 있다. 도 6a, 도 6b에 나타난 측정에 있어, 고 임피던스 오실로스코프 프로브는 다른 전기적 연결이 없는(즉, 기판에 전기적으로 0 인 네트 전류가 흐르는) 알루미늄 기판의 전위를 측정하기 위해 사용된다. 애노드 전압, 캐소드 바이어스 전압, 및 전자 방사 전류는 또한 100MS/s 디지털 오실로스코프로 측정되었다. 플라즈마 전위는 대략 애노드 전압과 동등하고, 전자는 대략 애노드 전압에서 캐소드 바이어스 전압을 뺀 것(그래프의 X 축)에 동등한 에너지를 가지고 방사된다. 또한, 기판 표면에 충돌하는 이온의 에너지는 대략 애노드 전압에서 기판 전위를 뺀 것(그래프의 Y 축)에 동등할 것이다. 도 6a에는 1.3mtorr의 아르곤 중성 압력에서 기판 바이어스 대 전자 에너지의 관계를 나타내고, 한편 도 6b에는 0.7mtorr의 아르곤 중성 압력에서의 관계를 나타내고 있다. 보다 높은 압력의 경우 주어진 애노드 및 캐소드 바이어스 전압에 대해 기판 전위에서 다소의 변화를 보여주는 데, 이는 아마 보다 높은 충돌율에 기인한 것으로 보인다. 보다 낮은 압력에서, 기판 전위와 애노드 캐소드 바이어스 전압간의 매우 선형적 관계가 획득된다.
쉴드(shild) 또는 라이너(liner)는 반도체 분야에서 공지되어 있고 사용된다. 본 발명에서의 쉴드 또는 라이너는 챔버 벽상의 증착을 방지하기 위해 그리고 소제를 간단히 하기 위해 사용된다. 전형적 라이너는 약 102시간 또는 그 보다 한층 긴 기간동안 사용될 수 있다. 게다가 챔버를 소제하기 위해 챔버로부터 쉽게제거될 수 있다. 이것은 신속하게 이루어지고 벽의 소제가 수행되는 동안 챔버를 사용하지 못하게 하는 것이 아니다. 그러므로 라이너 또는 쉴드는 벽을 소제하기 위해 지체없이 펌프로 빼내어야 할 챔버를 시스템에 두는 것을 허용하여야 하는 것을 보다 빠르게 동작할 수 있는 것으로 신속하게 변화시킨다.
약 한 시간 동안 순수한 아르곤 플라즈마에 대한 챔버의 노출과 같이 챔버를 조절하는 것은 디스크가 시스템 내에서 처리되면서 기판 표면상에 파티클이 증착되는 것을 감소시키는 것이 발견되었다. 이러한 형태의 조절은 디스크를 코팅하기 위한 동작에 앞서 챔버와 관련된 챔버 또는 라이너 내의 오염 물질을 제거함으로써 챔버 내에서 사용되어질 챔버 또는 쉴드 또는 라이너의 내부를 정화시킨다.
한개 또는 두개의 이온 소스를 가지는 처리 시스템은 지금까지 논의되어 왔다. 도 1에 관련하여 기술된 바와 같이 듀얼 이온 소스의 시간 다중화된 동작은 이온 소스의 수를 보다 넓힐 것이다. 이 경우, 단 하나의 이온 소스는 언제든 온이 되도록 이온 소스들은 활성화된다. 예를 들어, 네개의 이온 소스를 가지는 처리 시스템은 듀티사이클 25% 또는 그 미만을 가지는 중복되지 않는 애노드 전압으로 활성화될 수 있다. 애노드 전압은 소정의 애노드 듀티사이클, 소정의 동작 주파수 및 구조 형태 또는 처리될 표면 등 이온 소스들의 수에 따라 둘 또는 그 이상의 이온 소스에 적용된다. 각각에 있어, 이온 소스간의 상호 작용은 제거될 수 있고 다른 전압에 따라 인가되고, 증착에 있어 선택성 또는 재료 질에 있어 선택성은 미리 선택되고 예정될 수 있다.
싱글 이온 소스를 사용하는 본 발명의 처리 시스템은 논의된 다중 소스 시스템과 단순한 관계가 있다. 이러한 배치에 있어, 애노드의 변조는 상기 논의된 이유에 대하여 요구하지 않는다(비록 애노드 변조를 위한 몇몇의 특정 처리 필요조건일지라도).
전압은 워킹 가스(working gas : 대략 50V)의 중요한 이온화를 얻기 위한 최소한의 필요성에 의해 결정된 낮은 값, 그리고 접지된 벽(전형적으로 > 200V 애노드 전압 및 벽 전압간의 차)상의 아크의 개시에 의해 결정된 최대 값으로부터 변화할 수 있는 애노드에 적용된다. 기판의 표면상의 파티클의 수는 애노드 전압 그리고 애노드와 벽간의 보다 큰 전압 차 때문에 증가하는 경향이 있고, 따라서 최적의 애노드 전압은 일반적으로 요구된 증착율, 필름 특성, 및 신뢰할 수 있는 방전 개시를 획득 할 수 있는 가장 낮은 전압이다. 관련된 전압을 제어하는 것은 경도의 제어 및 증착된 필름의 스트레스(stress)를 허용한다. 기판의 양 면에 동시에 DLC 박막을 증착할 때 이러한 상황이 특히 발견될 수 있다. 게다가, 애노드 전위 Va 그리고 기판 전위 Vs에 대하여, Va - Vs > 120V는 높은 스트레스(대략 3-4 GPa)를 가진 매우 단단한(> 25 GPa) 필름을 생성하고; 반면 대략 40V의 Va - Vs에서 필름은 낮은 스트레스(< 0.5 GPa)를 가지며 훨씬 덜 단단(대략 9 GPa)하다.
벽과 기판상에 발생하는 이온 에너지 차이의 제어를 통해 기판 및 벽 증착내에서 스트레스를 제어한 성과는 상기한 동시 출원중인 출원에 공개되어 있다.
비록 본 발명의 메카니즘은 완전히 이해되지 않았지만, 플라즈마는 형성되고, 접지된 벽에 관련하여 플러스로 바이어스되며, 이온은 플라즈마와 바이어스된 기판간의 접점에서 덮개를 가로질러 가속화되며, 이 경우 기판은 바이어스된다고여겨졌다. 예를 들어 이온 빔이 아닌 플라즈마를 사용하는 것은 타 가능 방법보다 더 높은 증착율을 얻는다. 이런 맥락에서 본 발명에 따르면 15Å/sec 속도로 보호 오버코팅 층의 증착을 달성한다.
바이어스된 플라즈마가 온 오프 가능한 그리드된 이온 빔 소스로 접근하는 이점은 일반적으로 가속 그리드에서 공간 전하가 제한되기 때문에 낮은 이온 에너지에서 높은 증착율을 얻기 어렵다는 것이다. 또한, 플라즈마 덮개의 특성은 전 표면 영역에 걸쳐 기판의 표면에 대해 이온 가속이 수직인 것을 보장한다. 반면 이온 빔은 기판 축으로부터 벗어나 수직 입사로부터 다소의 일탈을 보일 것이다.
현 시점에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 기술하였지만, 추가 청구항에 의해 한정됨으로써 발명의 범위가 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 다양한 변화와 변경을 할 수 있는 것은 명백하다.

Claims (38)

  1. 기판 처리 시스템으로서,
    접지되는 처리 챔버;
    상기 처리 챔버내에 위치하고 전기적으로 플로우팅되는 기판 홀더;
    상기 처리 챔버에 처리 가스를 공급하기 위해 상기 처리 챔버에 결합된 가스 소스;
    이온 소스는 애노드와 전자 소스를 포함하는데, 상기 이온 소스에 향한 상기 기판 홀더상에 배치된 기판 표면 처리를 위한 가스를 발생하기 위한 처리 가스를 이온화하는 상기 챔버내의 이온 소스;
    전자 소스를 챠징하는 기판으로서, 캐소드 듀티사이클을 포함하는 시간 평균화된 전류 및 선택된 에너지로 상기 기판 홀더에 의해 지지되는 기판에 전자 플럭스 펄스 열을 넘겨 주기 위해 배치된 전자 소스를 챠징함으로써, 접지에 대하여 선택된 마이너스 전위로 바이어스를 지속할 수 있는 기판, 그리고
    상기 애노드, 상기 제 1 전자 소스 및 상기 기판을 바이어싱하기 위한 전원 소스로서, 상기 애노드가 플러스 전압으로 바이어스되도록, 상기 전자 소스는 캐소드 듀티사이클로 마이너스 전압으로 바이어스되도록, 상기 기판 홀더상의 기판은 전자 소스와 처리 챔버 사이 중간의 전위로 바이어스되도록 전자 소스를 챠징하는 전원 소스를 포함하는 기판 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 소스를 챠징하는 기판과 제 1 전자 소스는 동일한 구조인 기판 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 소스는 홀로 캐소드를 포함하는 기판 처리 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 가스의 압력에 반응하는 압력 센서와 전자 소스를 챠징하는 상기 기판의 전자 방사 전류에 반응하는 전류 감지 센서를 포함하는 전원 소스를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력 센서, 상기 애노드 전위 및 압력의 우세한 관계를 확증하기 위한 전원 소스, 상기 전자 소스 전위 및 상기 애노드 소스 전위 및 상기 전자 방사 전류와 통신하는 프로세서를 포함하는 기판 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 압력의 보정된 관계, 상기 전자 소스 전위, 상기 기판 및 미리 선택된 전위 세트 포인트 값에 의해 지속된 관측된 전위 결과에 의한 상기애노드 전위 및 상기 시간 평균화된 전자 플럭스를 계속 유지하기 위한 메모리를 포함하는 기판 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정된 관계에 대해 우세한 관계의 우세 값을 비교하기 위해 또 상기 선택된 듀티사이클을 표현하는 듀티사이클 신호를 발생하기 위한 논리적 수단을 포함하는 기판 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐소드 듀티사이클 신호에 응답하여 상기 펄스 열을 발생시키기 위해 동작하는 변조기를 포함하는데,
    상기 변조기는 상기 관계에 대하여 상기 기판상에 발생하는 시간 평균화된 전자 플럭스를 제한함으로써 상기 기판의 전기적 전위를 제한하는 기판 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 2 애노드 및 제 2 전자 소스를 포함하는 제 2 이온 소스는 상기 기판 홀더상의 기판의 반대 표면을 향해 위치되며, 상기 전원 소스는 각 제 1 애노드 및 제 2 애노드에 대해 시간 다중화된 전압을 인가하도록 하는 기판 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 대략 100kHz 보다 낮은 주파수로 상기 각 제 1 애노드 및 제 2 애노드에 펄스되고 주기적인 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 기판 처리 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 상기 챔버내에서 플라즈마의 반응 시간보다 낮은 주파수로 상기 각 제 1 애노드 및 제 2 애노드에 펄스되고 주기적인 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 기판 처리 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 대략 40%와 같거나 낮은 듀티사이클로 상기 각 제 1 애노드 및 제 2 애노드에 펄스되고 주기적인 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하며, 상기 전자 소스는 애노드가 플러스 전압으로 펄스되는 동안 마이너스로 바이어스되는 기판 처리 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 대략 40%와 같거나 낮은 애노드 듀티사이클로 상기 각 애노드에 펄스되고 주기적인 플러스 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하며, 상기 제 1 이온 소스 및 제 2 이온 소스는 펄스되고 주기적인 전압의 각 사이클 부분 동안이온 소스 양쪽 모두 오프되는 기판 처리 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 챔버에 C2H4를 공급하는 기판 처리 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 챔버에 에칠렌 및 아르곤을 공급하는 기판 처리 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 제 1 및 제 2 펄스된 출력을 가지는 전원 공급기를 포함하고, 각 상기 펄스된 출력은 각각 상기 제 1 및 제 2 애노드에 결합하며, 상기 제 1 및 제 2 출력은 상기 제 1 및 제 2 애노드가 다른 시각에 활성화되도록, 반면 상기 전자 소스가 펄스된 출력에 적용될 때 상기 전자 소스가 상기 캐소드 듀티사이클로 활성화되도록 단계적으로 시프트된 펄스를 포함하는 기판 처리 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 에칠렌이며 가스가 챔버 속으로 공급되어야 할 시간 동안 챔버내에 압력은 대략 4mtorr에 도달하는 기판 처리 시스템.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전자 소스는 전자를 발생시키기 위한 홀로 캐소드와 상기 캐소드 듀티사이클로 상기 홀로 캐소드로 마이너스 바이어스를 공급하기 위한 변조기를 각 포함하는 기판 처리 시스템.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 전원 소스는 대략 1 내지 5kHz 범위의 주파수로 상기 각 제 1 애노드 및 제 2 애노드에 펄스되고 주기적인 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 기판 처리 시스템.
  20. 제 9 항에 있어서,
    상기 이온 소스는 상기 기판을 에칭하기 위해 상기 처리 가스의 이온을 생성하는 기판 처리 시스템.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 이온 소스는 상기 기판을 에칭하기 위해 상기 처리 가스의 이온을 생성하는 기판 처리 시스템.
  22. 기판 처리 방법으로서,
    처리 챔버내에서 기판을 위치시키고 전기적 플로우팅으로서 상기 기판을 유지하는 단계;
    상기 처리 챔버를 접지시키는 단계;
    처리 챔버에 처리 가스를 공급하는 단계;
    이온 소스는 애노드 및 전자 소스를 포함하는 데, 기판 표면을 처리하기 위한 상기 처리 가스의 이온을 발생하기 위해 기판 표면에 향한 상기 챔버내 위치한 이온 소스를 가지는 상기 처리 가스를 이온화하는 단계;
    상기 이온 소스로부터 전자 플럭스를 추출하고 상기 기판쪽으로 상기 전자 플럭스가 향하도록 전자 소스에 마이너스 바이어스를 인가하는 동안 상기 애노드에 플러스 바이어스를 인가하는 단계; 그리고
    상기 기판은 선택된 에너지와 캐소드 듀티사이클을 포함하는 시간 평균화된 전류를 경험하게 하여 알짜 전하를 획득하도록 선택된 간격으로 추출된 전자 플럭스를 차단하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 챔버 속으로 상기 처리 가스로서 에칠렌 및 아르곤 가스를 공급하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 기판은 시간 평균화된 전자 플럭스가 상기 기판쪽으로 상기 이온 소스로부터 추출되도록 적어도 제 2 애노드와 적어도 제 2 전자 소스를 포함하는 적어도 제 2 이온 소스에 대하여 기판의 다른 표면에서 노출되고 각 제 1 및 적어도 제 2 애노드에 대하여 각각 제 1 및 제 2 애노드 듀티사이클을 포함하는 펄스되고 주기적인 플러스 전압을 공급함으로써 제 1 애노드 및 제 2 애노드를 활성화하는 단계와 제 1 캐소드 듀티사이클로 전자 소스에 마이너스 바이어스를 인가하는 단계; 그리고
    또 다른 시간 평균화된 전자 플럭스가 상기 기판의 다른 표면 쪽으로 상기 다른 시간 평균화된 전자 플럭스를 향하게 하고 상기 제 2 이온 소스로부터 추출되고, 상기 제 1 캐소드 듀티사이클 및 제 2 캐소드 듀티사이클이 각각 상기 제 1 애노드 듀티사이클 및 제 2 애노드 듀티사이클보다 작게 존재하도록 제 2 듀티사이클로 상기 제 2 전자 소스에 대해 마이너스 바이어스를 인가하는 단계를 가지는 기판 처리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 애노드와 그들의 상기 전자 소스를 활성화하는 단계는 제 1 및 제 2 주기적 전압으로 각각 위상 차를 가지는 제 1 및 상기 제 2 애노드와 상기 전자 소스를 활성화하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주기적 전압은 대략 40% 보다 낮은 듀티사이클을 가지며상기 제 1 및 제 2 이온 소스와 관련된 전자 소스는 주기적 전압의 각 사이클 부분동안 양쪽 모두 오프인 기판 처리 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 캐소드 듀티사이클과 상기 제 2 캐소드 듀티사이클은 동일하며 동상인 기판 처리 방법.
  28. 처리 챔버내에서 2 이상의 이온 소스의 동작 방법으로서, 상기 2 이상의 이온 소스는 각 애노드와 전자 소스를 가지며,
    상기 2 이상의 이온 소스의 애노드를 상기 2 이상의 이온 소스 중 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 상기 2 이상의 이온 소스의 애노드를 활성화하는 단계; 그리고
    선택된 에너지의 마이너스 바이어스 펄스 열과 상기 애노드가 활성화되는 간격동안 시간 평균화된 전류를 가지는 전자 소스를 여기시키는 단계를 포함하는 2 이상의 이온 소스 동작 방법.
  29. 기판 처리 시스템으로서,
    처리 챔버;
    상기 처리 챔버에 위치한 전기적 플로우팅 기판 홀더;
    상기 처리 챔버로 처리 가스를 공급하기 위한 가스;
    상기 처리 챔버내에 위치한 제 1 및 제 2 애노드;
    선택된 에너지와 처리를 위해 이온을 생성하는 상기 처리 가스를 이온화하기 위한 상기 챔버내에 시간 평균화된 전류로 그리고 기판 홀더상에 배치된 기판을 전기적으로 챠징하여 전자를 생성하기 위한 상기 챔버내 마이너스로 바이어스된 전자 소스; 그리고
    상기 전자 소스에 대하여 상기 캐소드 듀티사이클로 마이너스 바이어스를 공급할 수 있고, 상기 애노드 중 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 챔버에 관한 제 1 및 제 2 애노드를 플러스 바이어스로 활성화하기 위한 전원 소스를 포함하는 기판 처리 시스템.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 기판의 다른 측면상에 이온 소스가 위치하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  31. 상기 기판의 각 측면에 처리 가스를 공급하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  32. 처리소에서 전기적 플로우팅 기판의 두 측면상에 탄소같은 다이아몬드를 증착하기 위한 처리 시스템으로서,
    처리 챔버;
    전기적으로 플로우팅되고 상기 처리 챔버내에 위치한 기판 홀더;
    상기 챔버 속으로 가스를 공급하기 위해 상기 처리 챔버와 결합된 탄화수소 소스;
    전원 소스와 제 1 및 제 2 플라즈마 발생기로서, 상기 각 플라즈마 발생기는 플라즈마를 발생하기 위해 상기 기판 홀더상에 기판의 표면 측면상에 위치한 애노드 및 전자 소스를 포함하며;
    선택가능한 간격으로 상기 전자 소스에 선택된 크기의 마이너스 바이어스 전압에 의존하는 시간을 공급하고, 상기 플라즈마 발생기의 상기 애노드 중의 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 상기 발생기의 애노드에 플러스 전압을 인가함으로써 상기 플라즈마 발생기를 활성화하기 위한 제 1 및 제 2 플라즈마 발생기와 연결된 전원 소스; 그리고
    플러스 전압이 상기 플라즈마 발생기의 애노드에 인가되는 동안 상기 선택가능한 간격으로 상기 전자 소스에 선택된 마이너스 전압을 인가하는 것을 포함하는 처리 시스템.
  33. 기판 처리 시스템으로서,
    처리 챔버;
    전기적으로 플로우팅되고 상기 처리 챔버내에 위치한 기판 홀더;
    상기 처리 챔버에 처리 가스를 공급하기 위한 상기 처리 챔버와 결합된 가스 소스;
    상기 기판 홀더상에 배치된 기판을 처리하기 위한 이온을 생성하기 위해 상기 처리 가스를 이온화하는 전원 소스와 연결된 상기 챔버내 제 1 플라즈마 발생기;
    상기 기판 홀더상에 배치된 기판을 처리하기 위한 이온을 생성하기 위해 상기 처리 가스를 이온화하는 전원 소스와 연결된 상기 챔버내 제 2 플라즈마 발생기로서, 상기 각 플라즈마 발생기는 상기 기판 홀더상에 기판 표면의 반대 측면에 배치되며,
    상기 발생기 중 단 하나는 언제든 활성화되도록 시간 다중화된 방식으로 활성화하기 위한 전원 소스; 그리고
    선택된 속도 및 선택가능한 최대 전자 에너지로 상기 기판상에 마이너스 챠지를 증착하기 위해 배치된 전자 소스를 포함하는 기판 처리 시스템.
  34. 제 32 항에 있어서,
    증착물로부터 챔버 벽을 보호하고 챔버내에 위치된 라이너를 포함하는 기판 처리 시스템.
  35. 제 1 항 또는 9 항에 있어서,
    상기 챔버내 쉴드 표면상의 증착물을 에칭하기 위한 상기 처리 가스의 이온을 생성하는 이온 소스를 포함하는 기판 처리 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    처리 가스는 아르곤을 포함하는 기판 처리 시스템.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 이온 소스는 챔버 축과 상기 챔버내 소정의 자기장을 생성하기 위해 상기 축에 대해 배치된 다수의 자석을 규정하며, 상기 자기장은 상기 챔버 축에 가장 가까운 이온의 밀도를 증가시키는 기판 처리 시스템.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 탄화질소 가스는 에칠렌인 처리 시스템.
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