KR20150046251A - 스위칭 모드 이온 에너지 분포 시스템을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

플라즈마 처리 챔버의 이온 에너지들을 조정하고 기판 지지부에 기판을 척킹하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 개시되어 있다. 예시적 방법은, 플라즈마 챔버에 기판을 위치시키고, 플라즈마 챔버에 플라즈마를 형성하고, 기판에 대한 파워를 스위칭가능하게 제어하여 기판에 주기 전압 함수(또는 변경된 주기 전압 함수)를 인가하고, 주기 전압 함수의 다수의 사이클들에 걸쳐, 기판의 표면에서의 이온들의 에너지의 규정된 분포에 응답하여 주기 전압 함수를 변조하여 시간 평균법으로 이온 에너지들의 규정된 분포를 유발하도록 하는 단계를 포함한다.

Description

스위칭 모드 이온 에너지 분포 시스템을 제어하기 위한 방법{A METHOD OF CONTROLLING THE SWITCHED MODE ION ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM}

본 출원은, 2011년 7월 28일자 출원된 미국 특허출원 제13/193,299호의 일부 계속출원, 및 2010년 8월 29일자 출원된 미국 특허출원 제12/870,837호의 일부 계속출원이다. 상기 제13/193,299호 및 제12/870,837호는 모든 적절한 목적을 위해 전반적으로 본 명세서에 참고로 채용되어 있다.

본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리에 관한 것이다. 특히, 비제한적으로, 본 발명은 플라즈마-지원(plasma-assisted) 에칭, 증착, 및/또는 기타 플라즈마-지원 처리를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

많은 형태의 반도체 장치가 플라즈마-기반 에칭 기술을 이용하여 제작된다. 에칭된 도체인 경우, 양으로 하전된 이온을 도체쪽으로 흡인하는, 기판 도체의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 음전압을 생성하기 위하여, 그라운드(ground)에 관하여 음전압을 도전성 기판에 인가할 수 있고, 그 결과, 도체에 영향을 주는 양이온은 실질적으로 동일한 에너지를 갖는다.

그러나, 기판이 유전체이면, 비가변 전압은 기판의 표면에 걸쳐 전압을 인가하기에는 효과적이지 않다. 그러나 AC 전압(예를 들어, 고주파)은 도전판(또는 척(chuck))에 인가될 수 있으므로 AC 전계가 기판 표면상에서 전압을 유기한다. AC 사이클의 포지티브 절반부(positive half) 동안, 기판은 양이온의 질량에 대하여 가벼운 전자를 흡인한다; 따라서 상기 사이클의 포지티브 부분 동안 많은 전자들이 기판의 표면에 흡인될 것이다. 그 결과, 기판의 표면은 음으로 하전될 것이고, 이는 이온들로 하여금 음으로 하전된 표면을 향하여 흡인되도록 한다. 이온들이 기판의 표면에 영향을 주면, 그 영향은 기판의 표면으로부터 물질을 제거하는, 즉 에칭을 유발한다.

많은 경우에서, 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 것이 바람직하지만, 사인파 파형을 기판에 인가하는 것은 이온 에너지의 넓은 분포를 유도하여, 소망하는 에칭 프로파일을 실시하는 플라즈마 처리능을 제한한다. 좁은 이온 에너지 분포를 달성하는 공지된 수법은 비용이 많이 들고, 비효율적이며, 제어하기가 곤란하고, 또 플라즈마 밀도에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 그 결과, 이들 공지 기술은 상업적으로 채용되지 않고 있다. 따라서, 본 기술의 결점을 해결하고 다른 새로운 혁신적 특징을 제공하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다.

요약

도면에 도시된 본 발명의 예시적 실시예가 이하에 요약된다. 이들 및 다른 실시예는 상세한 설명 부분에 더욱 자세하게 기재된다. 그러나, 본 발명을 발명의 요약 또는 상세한 설명에 기재된 형태에 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 당업자는 특허청구범위에 표시된 본 발명의 정신과 범위 내에 드는 무수한 변형, 등가물, 및 다른 구조가 존재함을 인지할 수 있을 것이다.

일 실시예에 의하면, 본 발명은 하나 이상의 플라즈마 시스 전압을 설정하기 위한 방법으로 특정될 수 있다. 상기 방법은, 플라즈마 챔버의 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부는 플라즈마에서의 처리를 위해 구성되는 기판에 결합될 수 있다. 또한, 상기 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(I_C)에 의해 변경된 주기 전압 함수를 포함할 수 있다.상기 변경된 주기 전압 함수는 펄스들 및 펄스들 사이의 일부분을 포함할 수 있다. 또한, 상기 펄스들은 주기 전압 함수의 함수이고, 상기 펄스들 사이의 일부분의 기울기는 이온 전류 보상(I_C)의 함수일 수 있다. 상기 방법은 또한, 적어도 상기 기판 지지부의 용량(capacitance)를 나타내는 유효 용량 값(C₁)을 액세스하는 단계를 포함할 수 있다. 끝으로, 상기 방법은, 기판의 표면에 도달한 이온들의 규정된 이온 에너지 분포 함수로 되는 이온 전류 보상(I_C)을 식별하는 단계로서, 상기 식별은 펄스들 사이의 일부분의 기울기 dV₀/dt 및 유효 용량(C₁)의 함수인, 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 의하면, 본 발명은 플라즈마 처리 챔버 내의 기판의 표면에 규정된 이온 에너지를 달성하기 위한 플라즈마 바이어스 방법으로서 기술될 수 있다. 상기 방법은, 이온 전류 보상에 의해 변경된 주기 전압 함수를 포함하는 변경된 주기 전압 함수를 기판 지지부에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클을 샘플링하여 전압 데이터 포인트들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 전압 데이터 포인트들로부터 기판 지지부에서 제1 이온 에너지의 값을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은, 제1 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 같아질 때까지 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 의하면, 본 발명은, 이온 에너지 분포 함수 폭을 달성하기 위한 방법으로 특정될 수 있다. 상기 방법은, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 제1 시간 및 제2 시간에 비사인 파형으로부터 적어도 두 개의 전압들을 샘플링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, dV/dt로서 상기 적어도 두 개의 전압들의 기울기를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은, 상기 기울기를 공지된 기준 기울기와 비교하여 이온 에너지 분포 함수 폭에 대응하도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 끝으로, 상기 방법은, 기울기가 기준 기울기에 접근하도록 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 파워 서플라이, 이온 전류 보상 부재 및 제어부를 포함하는 장치로 특정될 수 있다. 파워 서플라이는 펄스들 및 이 펄스들 사이의 일부를 갖는 주기 전압 함수를 제공할 수 있다. 이온 전류 보상 부재는 변경된 주기 전압 함수를 형성하기 위해 펄스들 간의 일부분의 기울기를 변경할 수 있다. 상기 변경된 주기 전압 함수는 플라즈마 처리 챔버에서의 처리를 위해 기판 지지부에 제공하도록 구성될 수 있다. 제어부는 스위칭 모드 파워 서플라이와 이온 전류 보상 부재에 결합될 수 있다. 제어부는 또한, 기판 지지부에 제공된 경우, 기판의 표면에 도달하는 이온들의 규정된 이온 에너지 분포 함수로 되는 이온 전류 보상의 값을 식별하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 기판을 처리하도록 구성되는 플라즈마의 이온 전류를 모니터하는 방법을 실행하기 위한, 프로세서 판독가능한 명령들로 인코딩된, 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체로 특정될 수 있다. 상기 방법은, 제1 값을 갖는 이온 전류 보상이 주어진 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계, 및 제2 값을 갖는 이온 전류 보상이 주어진 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 및 제2 샘플링에 기초하여 시간의 함수로서 상기 변경된 주기 전압 함수의 기울기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 끝으로, 상기 기울기에 기초하여, 기판상의 정 전압이 상기 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클 동안 존재하는, 이온 전류 보상의 제3 값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 목적과 이점 및 본 발명의 더욱 완전한 이해는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명과 첨부된 특허청구범위를 참조하는 것에 의해 명확해지고 더욱 용이하게 인지될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템의 블록도를 도시한다;
도 2는 도 1에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 3은 도 2를 참조하여 예시된 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 실현하기 위해 이용될 수 있는 부재의 개략도이다;
도 4는 2개의 구동 신호 파형을 도시하는 타이밍도이다;
도 5는 특정 이온 에너지에 집중된 이온 에너지 분포를 유발하는, 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 동작시키는 단일 모드의 그래프도이다;
도 6은 이온 에너지 분포에서 2개의 별개의 피크가 생성된 동작의 바이-모달(bi-modal) 모드를 도시하는 그래프이다;
도 7a 및 7b는 플라즈마에서 행해진 실제의 직접적 이온 에너지 측정을 도시하는 그래프이다;
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 9a는 사인파 변조 함수에 의해 변조된 예시적 주기 전압 함수를 도시하는 그래프이다;
도 9b는 도 9a에 도시된 주기 전압 함수의 일부의 확대도이다;
도 9c는 주기 전압 함수의 사인파 변조로부터 기인하는, 시간-평균법(time-averaged basis)으로, 얻어진 이온 에너지의 분포를 도시한다;
도 9d는 주기 전압 함수가 사인파 변조 함수에 의해 변조될 때, 얻어진 시간-평균된 IEDF의 플라즈마에서 행해진 실제의 직접적 이온 에너지 측정을 도시한다;
도 10a는 톱니 변조 함수에 의해 변조된 주기 전압 함수를 도시한다;
도 10b는 도 10a에 도시된 주기 전압 함수의 일부의 확대도이다;
도 10c는 도 10a 및 10b에서 주기 전압의 사인파 변조로부터 기인하는, 시간-평균법으로, 얻어진 이온 에너지의 분포를 도시하는 그래프이다;
도 11은 우측 컬럼에 IEDF 함수 및 좌측 컬럼에 관련 변조 함수를 도시하는 그래프이다;
도 12는 이온 전류 보상 부재가 플라즈마 챔버에서 이온 전류를 보상하는 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 13은 예시적 이온 전류 보상 부재를 도시하는 도면이다;
도 14는 도 13에 도시된 노드에서 예시적 전압(Vo)을 도시하는 그래프이다;
도 15a-15c는 보상 전류에 응답한 기판 또는 웨이퍼의 표면에서 나타나는 전압 파형이다;
도 16은 도 13을 참조하여 기재된 전류원을 실현하기 위해 실시될 수 있는 전류원의 예시적 실시예이다;
도 17a 및 17b는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 20은 도 1-19를 참조하여 기재된 실시예에 관련하여 이용될 수 있는 블록도 입력 변수 및 제어 출력이다;
도 21은 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 22는 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 23은 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 24는 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 25는 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 26은 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 27은 본 발명의 더 다른 실시예를 도시하는 블록도이다;
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한다;
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 방법을 도시한다;
도 30은 기판의 표면에 영향을 주는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 도시한다;
도 31은 IEDF 및 이온 에너지를 설정하는 방법을 도시한다;
도 32는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 기판 지지부(support)에 전달된 2개의 변경된 주기 전압 함수 파형을 도시한다;
도 33은 플라즈마 소스 불안정성 또는 플라즈마 밀도에서의 변화를 나타낼 수 있는 이온 전류 파형을 도시한다;
도 34는 비-주기적 형상을 갖는 변경된 주기 전압 함수 파형의 이온 전류, I_I를 도시한다;
도 35는 상기 바이어스 서플라이 내에서의 고장(fault)을 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 도시한다;
도 36은 시스템 용량에서 동적 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 도시한다;
도 37은 플라즈마 밀도에서 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 도시한다;
도 38은 이온 전류에서의 드리프트(drift)가 시스템 드리프트를 나타낼 수 있는, 상이한 처리가 실시하는 동안 이온 전류의 샘플링을 도시한다;
도 39는 상이한 처리 변수에 대한 이온 전류의 샘플링을 도시한다;
도 40은 챔버에서 플라즈마 없이 모니터링되는 2개의 바이어스 파형을 도시한다;
도 41은 플라즈마 처리를 확인하는데 이용될 수 있는 2개의 바이어스 파형을 도시한다;
도 42는 다수의 파워 서플라이 전압 및 파워 서플라이 전압과 이온 에너지 사이의 관계를 나타내는 이온 에너지 플럿을 도시한다;
도 43은 기판의 표면에 영향을 주는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 도시한다;
도 44는 본 발명에 기재된 시스템 중의 상이한 지점에서 다양한 파형을 도시한다;
도 45는 이온 전류 보상(Ic)의 최종 증분 변화를 이온 전류(I_I)에 매칭시키기 위한 것의 효과를 도시한다;
도 46은 이온 에너지의 선택을 도시한다;
도 47은 이온 에너지 분포 함수 폭의 선택 및 확대를 도시한다;
도 48은 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF 폭을 가질 때 하나 이상의 이온 에너지 레벨을 달성하기 위하여 이용될 수 있는, 파워 서플라이 전압(V_PS)의 하나의 패턴을 도시한다;
도 49는 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF 폭을 가질 때 하나 이상의 이온 에너지 레벨을 달성하기 위하여 이용될 수 있는, 파워 서플라이 전압(V_PS)의 다른 패턴을 도시한다;
도 50은 규정된 IEDF를 생성하기 위하여 이용될 수 있는, 파워 서플라이 전압(V_PS), 및 이온 전류 보상(I_C)의 하나의 조합을 도시한다.

상세한 설명

플라즈마 처리 시스템의 예시적 실시양태는 도 1에 일반적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 파워 서플라이(102)는 플라즈마 처리 챔버(104)에 결합되고 또 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 지지부(108)에 결합되고 챔버(104) 내에서 상기 지지부(108) 위에 기판(110)이 놓인다. 또한, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 연결된 제어부(112)도 도시되어 있다.

이 예시적 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버(104)는 실질적으로 통상의 구성의 챔버(예를 들어, 펌프 또는 펌프들(도시되지 않음)에 의해 진공처리되는 진공 인클로져 포함)에 의해 실현될 수 있다. 또한, 당해 분야의 당업자가 인지하는 바와 같이, 챔버(104)에서 플라즈마 여기는 응답기에서 플라즈마(114)를 점화 및 유지하도록 자기 코일 및 안테나를 포함하는, 예컨대 헬리콘형 플라즈마 소스를 비롯한 다양한 소스 중의 하나에 의해 행해질 수 있고, 또 가스를 챔버(104)로 도입하기 위해 가스 입구가 제공될 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 예시적 플라즈마 챔버(104)는 기판(110)의 고에너지의 이온 충돌(energetic ion bombardment), 및 다른 플라즈마 처리(예를 들어, 플라즈마 증착 및 플라즈마 지원 이온 주입)를 이용하는 물질의 플라즈마-지원 에칭을 실시하도록 배열되고 구성된다. 이 실시예에서 플라즈마 파워 서플라이(102)는 플라즈마(114)를 점화하고 유지하기 위하여 하나 이상의 주파수(예를 들어, 13.56 MHz)에서 매칭 네트워크(도시되지 않음)를 통하여 파워 (예를 들어, RF 파워)을 챔버(104)에 인가하도록 구성되어 있다. 본 발명은 특정 유형의 플라즈마 파워 서플라이(102) 또는 파워를 챔버(104)에 결합하는 소스에 한정되지 않고, 다양한 주파수 및 파워 레벨이 플라즈마(114)에 용량적 또는 유도적으로 결합될 수 있음을 이해해야한다.

도시된 바와 같이, 처리될 유전체 기판(110) (예를 들어, 반도체 웨이퍼)은 통상의 웨이퍼 척(예를 들어, 반도체 웨이퍼 처리를 위한)의 일부를 포함할 수 있는 지지부(108)에 의해 적어도 일부 지지된다. 지지부(108)는, 기판(110)이 플랫폼에 용량 결합되면서 지지부(108)와 기판(110) 사이에 절연층을 갖도록 형성될 수 있지만, 지지부(108)와는 상이한 전압에서 플로팅(float)할 수 있다.

상기한 바와 같이, 기판(110)과 지지부(108)가 도체이면, 비-가변 전압을 지지부(108)에 인가할 수 있고, 또 기판(110)을 통한 전기 도전의 결과로, 지지부(108)에 인가된 전압은 또한 기판(110)의 표면에도 인가된다.

그러나, 기판(110)이 유전체이면, 비-가변 전압을 지지부(108)에 인가하는 것은 기판(110)의 처리면에 걸쳐 전압을 인가하기에 효과적이지 않다. 그 결과, 예시적 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 기판(110)의 제어된 에칭 및/또는 증착, 및/또는 기타 플라즈마-지원 처리들을 실시하기 위하여 기판(110)과 충돌하는 플라즈마(114) 내의 이온을 끌어당길 수 있는 기판(110)의 표면 상에서 전압을 유발하기 위하여 제어되도록 구성된다.

또한, 본 명세서에서 자세히 기술되는 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 실시예는 플라즈마 파워 서플라이(102)에 의해 (플라즈마(114))에 인가된 파워과 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 기판(110)에 인가된 파워 사이에 약한 상호작용이 있게 동작하도록 구성된다. 예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 인가된 파워는 플라즈마(114)의 밀도에 실질적으로 영향을 주지 않고도 이온 에너지를 제어할 수 있도록 제어될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 예시적 스위칭 모드 파워(106)의 다수의 실시예는 비교적 단순한 제어 알고리즘(algorithms)에 의해 제어될 수 있는 비교적 저렴한 부재에 의해 실현된다. 종래 기술의 방법과 비교하여, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 다수의 실시예가 훨씬 더 효율적이다; 따라서 에너지 비용 및 과량의 열적 에너지를 제거하는 것과 관련된 고가의 재료를 절감할 수 있다.

유전체 기판에 전압을 인가하기 위한 하나의 공지된 기술은 파워를 기판 지지부에 인가하는 복잡한 제어 구성과 관련하여 고출력 선형 증폭기를 이용하며, 이는 기판의 표면에서 전압을 유도한다. 그러나, 이러한 기술은 비용면에서 효과적이지 않고 충분히 관리가능한 것으로도 밝혀져 있지 않기 때문에 상업적 실체로 채용되어 있지 않다. 특히, 이용되는 선형 증폭기는 전형적으로 대형이고, 매우 고가이며, 비효율적이고, 또 제어하기가 곤란하다. 또한, 선형 증폭기는 본질적으로 AC 결합(예를 들어, 블로킹 커패시터)을 필요로 하고 또 척킹(chucking)과 같은 보조 기능은 척을 갖는 소스에 대한 시스템의 AC 스펙트럼 순도를 손상시키는, 병렬 공급 회로(parallel feed circuit)에 의해 달성된다.

고려되는 다른 기술은 고주파 파워(예를 들어, 하나 이상의 선형 증폭기를 이용)을 기판에 인가하는 것이다. 그러나, 이 수법은 기판에 인가된 고주파 파워이 플라즈마 밀도에 영향을 주기 때문에 플라즈마 밀도에 나쁜 영향을 주는 것으로 밝혀져 있다.

일부 실시예에서, 도 1에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 벅(buck), 부스트(boost) 및/또는 벅-부스트 유형 파워 기술에 의해 실현될 수 있다. 이들 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 기판(110)의 표면 상에 전위를 유도하기 위해 펄스 파워의 가변 레벨을 인가하도록 제어될 수 있다.

다른 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 더욱 정교한 다른 스위칭 모드 파워 및 제어 기술에 의해 실현된다. 이어, 도 2를 참조하여, 예를 들어, 도 1을 참조하여 기재된 스위칭 모드 파워 서플라이는 기판(110)을 충돌하는 하나 이상의 소망하는 이온 에너지를 유발하기 위하여 기판(110)에 파워를 인가하는데 이용되는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)에 의해 실현된다. 이온 에너지 제어 부재(220), 아크(arc) 검출 부재(222), 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206) 및 파형 메모리(224)에 결합된 제어부(212)가 또한 도시되어 있다.

이들 부재의 예시된 배열은 논리적이다; 따라서 상기 부재들은 실제의 실시에서 결합되거나 또는 더 분리될 수 있고, 또 이들 부재는 시스템의 기본 동작을 변경하지 않고 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그의 조합에 의해 실현될 수 있는 제어부(212)는 파워 서플라이(202) 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206) 양쪽을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 파워 서플라이(202) 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 완전히 분리된 기능 단위에 의해 실현될 수 있다. 다른 예로서, 제어부(212), 파형 메모리(224), 이온 에너지 제어부(220) 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 단일 부재(예를 들어, 공통 하우징 내에 존재하는)에 통합되거나 또는 개별 부재들 사이에 분포될 수 있다.

상기 실시예에서 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 기판의 표면을 이온 충돌하는 소망하는 (또는 규정된) 에너지 분포를 유발하기 위하여 제어가능한 방식으로 지지부(208)에 전압을 인가하도록 일반적으로 구성된다. 더욱 자세하게는, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 특정 파워 레벨에서 하나 이상의 특정 파형을 기판에 인가하는 것에 의해 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 유발하도록 구성된다. 더욱 특히, 이온 에너지 제어부(220)로부터의 입력에 응답하여, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 특정 이온 에너지를 유발하도록 특정 파워 레벨을 인가하고, 또 파형 메모리(224)에서 파형 데이터에 의해 규정된 하나 이상의 전압 파형을 이용하여 특정 파워 레벨을 인가한다. 그 결과, 하나 이상의 특정 이온 충돌 에너지는 기판의 제어 에칭(또는 플라즈마 처리의 다른 형태)을 실시하기 위한 이온 제어부와 함께 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(280)에 대한 스위치 파워에 적합한 스위치 부재(226', 226") (예를 들어, 고파워 전계효과 트랜지스터)를 포함한다. 그리고 구동 부재(228',228")에 의해 생성된 구동 신호(230', 230")는 파형 메모리(224)의 내용에 의해 규정된 타이밍을 기본으로 하여 제어부(212)에 의해 제어된다. 예를 들어, 많은 실시예에서의 제어부(212)는 파형 메모리의 내용을 해석하여 구동-제어 신호(232',232")를 생성하기에 적합하며, 이는 구동 부재(228',228")에 의해 이용되어 스위치 부재(226',226")에 대한 구동 신호(230', 230")를 제어한다. 하프 브리지 구조(half-bridge configuartion)로 배열될 수 있는 2개의 스위치 부재(226',226")가 예시적으로 도시되어 있지만, 몇 개의 또는 부가적 스위치 부재가 다양한 구조 (예를 들어, H-브리지 구조)로 구현될 수 있음이 확실히 고려된다.

많은 동작 모드에서, 제어부(212) (예를 들어, 파형 데이터를 이용)는 기판(210)의 지지부(208)에서 소망하는 파형을 유발하도록 구동-제어 신호(232',232")의 타이밍을 변조한다. 또한, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 DC 신호 또는 시간가변적 파형일 수 있는 이온 에너지 제어 신호(234)를 기본으로 하여 기판(210)에 파워를 공급하기에 적합하다. 따라서, 본 발명의 실시예는 스위치 부재에 대한 타이밍 신호를 제어하고 또 스위치 부재(226',226")에 의해 인가되는 파워 (이온 에너지 제어 부재(220)에 의해 제어됨)을 제어하는 것에 의해 이온 분포 에너지의 제어를 가능하게 한다.

또한, 이 실시예에서 제어부(212)는 아크 검출 부재(222)에 의해 검출될 플라즈마 챔버(204) 중의 아크에 응답하여 아크 관리 기능을 실시하도록 구성되어 있다. 일부 실시예에서, 아크가 검출되면 제어부(212)는 구동-제어 신호 (232',232")를 변경하여 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)의 출력(236)에 인가된 파형이 플라즈마(214) 내의 아크를 소멸(extinguish)시키도록 한다. 다른 실시예에서, 제어부(212)는 구동-제어 신호(232',232")의 인가를 단순히 중단하는 것에 의해 아크를 소멸하여, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)의 출력(236)에서 파워의 인가가 중단된다.

다음, 도 3을 참조하면, 도 2를 참조하여 기재된 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)를 실현하기 위해 이용될 수 있는 부재의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서의 스위치 부재(T1, T2)는 하프 브리지(또한 토템 폴이라고도 불림) 유형 토폴로지로 배열된다. 집합적으로, R2, R3, C1, 및 C2는 플라즈마 부하를 나타내고, C10은 유효 용량(또한 직렬 용량 또는 척 용량이라고도 함)이며, 또 C3은 기판의 표면 상에서 유도된 전압으로부터 또는 회로를 통하여 흐르는 정전 척(도시되지 않음)의 전압으로부터 DC 전류를 방지하기 위한 임의의 물리적 커패시터이다. C10은 유효 용량이라 지칭되는데, 이는 기판 지지부 및 정전 척(또는 e-척)의 직렬 용량(또는 척 용량이라고도 함)뿐만 아니라 절연과 같은 바이어스 및 기판의 적용에 고유한 다른 용량을 포함하기 때문이다. 도시된 바와 같이, L1은 스트레이 인덕턴스(stray inductance) (예를 들어, 부하에 파워를 공급하는 도체의 자연 인덕턴스)이다. 또한 이 실시예에서는 3개의 입력: Vbus, V2, 및 V4이 존재한다.

V2 및 V4는 구동 신호(예를 들어, 도 2를 참조하여 기재된 구동 부재(228',228")에 의한 구동 신호(230', 230") 출력)를 나타내고, 또 본 실시예에서, V2 및 V4는 시간이 걸릴 (예를 들어, 펄스의 길이 및/또는 상호 지연) 수 있으므로 T1 및 T2의 클로즈(closure)는 기판 지지부에 인가되는 전압 출력(Vout)의 형상을 제어하도록 변조될 수 있다. 다수의 실시예에서, 스위치 부재(T1, T2)를 실현하기 위하여 사용된 트랜지스터는 소망하는 파형에 도달하기 위하여 이상적 스위치가 아니므로, 트랜지스터-특이적 특징이 고려된다. 다수의 동작 모드에서, V2 및 V4의 타이밍을 단순히 변경하는 것은 소망하는 파형이 Vout에서 인가될 수 있게 한다.

예를 들어, 스위치(T1, T2)는 기판(110, 210)의 표면에서 전압이 양의 전압 기준에 근접하거나 및/또는 약간 초과하는 주기 전압 펄스에 대해 일반적으로 음극성이 되도록 동작할 수 있다. 기판(110, 210)의 표면에서 전압 값은 이온 에너지를 규정하는 것으로, 이온 에너지 분포 함수(IEDF: Ion Energy Distribution Function) 면에서 특정될 수 있다. 기판(110, 210)의 표면에서 소망하는 전압(들)을 유발시키기 위하여, Vout에서 펄스는 일반적으로 직사각형일 수 있고 또 소망하는 전압(들) 및 대응하는 이온 에너지를 달성하기 위하여 기판(110, 210)의 표면에 대하여 충분한 전자를 끌어들이도록 기판(110, 210)의 표면에서 양의 전압을 짧게 유기하기에 충분히 긴 폭을 가질 수 있다.

양(포지티브)의 전압 기준에 근접하거나 및/또는 약간 초과하는 주기 전압 펄스는 스위치(T1, T2)의 스위칭 능력에 의해 제한된 최소 시간을 가질 수 있다. 전압의 일반적으로 음극성 부분은 전압이 스위치를 손상하는 레벨까지 증가하지 않는 한 연장될 수 있다. 동시에, 전압의 음극성 부분의 길이는 이온 전달 시간을 연장해야 한다.

본 실시예에서 Vbus는 Vout에서 측정된 펄스의 진폭을 규정하며, 이는 기판의 표면에서 전압, 따라서 이온 에너지를 규정한다. 도 2를 다시 간단히 참조하면, Vbus는 이온 에너지 제어 부분에 결합될 수 있고, 이는 DC 신호 또는 시간가변적 파형을 Vbus에 인가하기에 적합한 DC 파워 서플라이에 의해 실현될 수 있다.

두 개의 신호들 V2, V4의 펄스 폭, 펄스 형상, 및/또는 상호 지연은 Vout (본원에서 변경된 주기 전압 함수라고도 지칭됨)에서 소망하는 파형에 도달하도록 변조될 수 있고, 또 Vbus에 인가된 전압은 펄스의 특징에 영향을 줄 수 있다. 즉, 상기 전압 Vbus는 신호 V2, V4의 펄스 폭, 펄스 형상 및/또는 상대적 위상에 영향을 줄 수 있다. 도 4를 간단히 참조하면, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 Vout에서 주기 전압 함수를 생성하기 위하여 T1 및 T2에 인가될 수 있는 2개의 구동 신호 파형(V2 및 V4로)을 도시하는 타이밍도가 도시되어 있다. Vout에서 펄스의 형상을 변조하기 위하여 (예를 들어 Vout에서 펄스에 대한 최소 시간을 달성하지만, 펄스의 피크 값에 도달하기 위하여), 2개의 게이트 구동 신호 V2, V4의 타이밍이 제어될 수 있다.

예를 들어, 2개의 게이트 구동 신호(V2, V4)가 스위치 부재(T1, T2)에 인가될 수 있으므로, Vout에서 펄스 각각이 인가되는 시간은 펄스 사이의 시간(T)과 비교하여 짧을 수 있지만, 기판(110, 2210)의 표면에 대하여 전자를 끌어들이도록 기판(110, 210)의 표면에서 양의 전압을 유도할 만큼 충분히 길다. 또한, 펄스 사이의 게이트 전압 레벨을 변경하는 것에 의해, 펄스 사이의 Vout에 인가되는 전압의 기울기를 제어(예를 들어, 펄스 사이의 기판의 표면에 실질적으로 일정한 전압을 달성)할 수 있음이 밝혀졌다. 일부 동작 모드에서, 게이트 펄스의 반복률repetition rate)는 약 400 kHz이지만, 이 반복률은 적용에 따라 확실히 다양할 수 있다.

비록 반드시 필요로 하는 것은 아니나, 실제 구현에 의한 모델링 및 리파이닝(refining)을 기본으로 하여, 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 생성하기 위해 이용될 수 있는 파형이 규정될 수 있고, 또 파형은 저장될 수 있다(예를 들어, 전압 레벨의 결과로서 도 1을 참조하여 기재된 파형 메모리 부분에). 또한, 많은 구현예에서, 파형은 직접적으로(예를 들어, Vout로부터 피드백 없이) 생성될 수 있다; 따라서 피드백 제어 시스템(예를 들어, 정착 시간)의 바람직하지 않은 특징을 피할 수 있다.

도 3을 다시 참조하면, Vbus는 이온 에너지를 제어하도록 변조될 수 있고, 또 저장된 파형은 게이트 구동 신호(V2, V4)를 제어하기 위해 이용되어 Vout에서 소망하는 펄스 진폭을 달성하는 한편, 펄스 폭을 최소화할 수 있다. 다시, 이것은 트랜지스터의 특별한 특징에 따라서 행해지며, 이는 모델링되거나 또는 구현되고 또 실험적으로 확립될 수 있다. 도 5를 참조하면, 예를 들어, Vbus 대 시간, 기판(110, 210)의 표면에서 전압 대 시간, 및 대응하는 이온 에너지 분포를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.

도 5의 그래프는 특정 이온 에너지에 집중된 이온 에너지 분포를 유발하는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106, 206)를 동작하는 단일 모드를 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 이온 에너지의 단일 집중을 유발하기 위하여, Vbus에서 인가된 전압은 일정하게 유지되는 반면에 V2 및 V4에 인가된 전압은, 도 5에 도시된 대응하는 이온 에너지 분포를 유발하는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106, 206)의 출력에서 펄스를 생성하기 위하여 제어된다 (예를 들어, 도 3에 도시된 구동 신호를 이용하여).

도 5에 도시된 바와 같이, 기판(110, 210)의 표면에서의 전위는 일반적으로 음극성(네가티브0이어서 기판(110, 210)의 표면을 충돌하여 에칭하는 이온을 끌어들인다. 기판(110, 210)에 인가되는 주기적인 짧은 펄스들(펄스를 Vout에 인가하는 것에 의해)은 Vbus에 인가된 전위에 의해 규정된 크기를 가지며, 또 이들 펄스는 기판의 표면에 전자를 끌어들이는 기판(110, 210)의 전위 (예를 들어, 양(포지티브)의 전위 또는 약간 양의 전위에 가까운)에서 간단한 변경을 유발하여 기판(110, 210)의 표면을 따라 일반적으로 음의 전위를 달성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, Vbus에 인가된 일정한 전압은 특정 이온 에너지의 이온 플럭스(ion flux)의 단일 집중화를 유발한다; 따라서 Vbus를 특정 전위로 단순히 설정하는 것에 의해 특정 이온 충돌 에너지를 선택할 수 있다. 다른 동작 모드에서, 2 이상의 별개의 이온 에너지 집중화가 생성될 수 있다(예를 들어, 도 49 참조).

당업자는 파워 서플라이는 스위칭 모드 파워 서플라이에 한정될 필요가 없고, 또 파워 서플라이의 출력은 특정 이온 에너지를 내도록 제어될 수 있음을 인식할 것이다. 그와 같이, 파워 서플라이의 출력은, 스위칭 모드이건 또는 다른 것이든, 이온 전류 보상 또는 이온 전류와 결합되지 않는 것으로 고려될 때, 파워 서플라이 전압(V_PS)으로 지칭될 수 있다.

도 6을 참조하면, 예를 들어, 이온 에너지 분포에서 2개의 별개의 피크가 생성되는 바이-모달 모드(bi-modal mode)를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 동작 모드에서, 기판은 2개의 분명한 레벨의 전압 및 주기적 펄스를 경험하며, 그 결과, 2개의 별개의 이온 에너지 집중화가 생성된다. 도시된 바와 같이, 2개의 명백한 이온 에너지 집중화를 유발하기 위하여, Vbus에 인가된 전압은 2개 레벨 사이에서 교번(alternate)하며, 또 각 레벨은 2개의 이온 에너지 집중화의 에너지 레벨을 규정한다.

도 6은 기판(110, 210)에서 2개 전압이 매 펄스 이후 교번되는 것으로 도시되어 있지만(예를 들어, 도 48), 확실히 필요로 하는 것은 아니다. 다른 동작 모드에서, 예를 들어, V2 및 V4에 인가된 전압은 Vout에 인가된 전압에 관련하여 스위칭(예를 들어, 도 3에 도시된 구동 신호를 이용하여)되므로 기판의 표면에서 유도된 전압은 2 이상의 펄스 이후 제1 전압에서 제2 전압으로 교번된다(예를 들어, 도 49).

종래 기술에서는, 2개 파형의 조합 (파형 발생기에 의해 생성됨)을 선형 증폭기에 인가하여 2개 파형의 증폭된 조합을 기판에 인가하여 다수의 이온 에너지를 유발하려는 시도가 행해져 왔다. 그러나, 이러한 방법은 도 6을 참조하여 기재된 방법에 비하여 훨씬 더 복잡하고, 또 고가의 선형 증폭기 및 파형 발생기를 필요로 한다.

이어, 도 7a 및 7b를 참조하면, Vbus에 인가된 DC 전압의 모노에너제틱 및 듀얼-레벨 조절 각각에 대응하는 플라즈마에서 행해진 실제의 직접적 이온 에너지 측정을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 이온 에너지 분포는 Vbus에 전압을 비가변적으로 인가(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이)하는 것에 응답하여 약 80 eV 주변에서 집중된다. 또한 도 7b에는, Vbus의 듀얼-레벨 조절(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이)에 응답하여 2개의 별개의 이온 에너지 집중화가 85 eV 및 115 eV 근처에 존재한다.

다음, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(806)는 제어부(812), 이온 에너지 제어 부재(820), 및 아크 검출 부재(822)를 통하여 기판 지지부(808)에 결합된다. 제어부(812), 스위칭 모드 서플라이(806), 및 이온 에너지 제어 부재(820)는 기판(810)의 표면에서 시간-평균법으로 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 유발하기 위해 파워를 기판 지지부(808)에 인가하도록 단체로 동작한다.

간단히 도 9a를 참조하면, 예를 들어, 다중 사이클의 주기 전압 함수에 걸쳐 약 5 kHz의 사인파 변조 함수에 의해 변조되는 약 400 kHz의 주파수와 주기 전압 함수가 도시되어 있다. 도 9b는 도 9a 중에 원으로 표시된 주기 전압 함수 부분의 확대도이고, 또 도 9c는 주기 전압 함수의 사인파 변조에 기인하는, 시간-평균법으로, 얻어진 이온 에너지 분포를 도시한다. 또한 도 9d는 주기 전압 함수가 사인파 변조 함수에 의해 변조될 때 얻어진, 시간-평균된 IEDF의 플라즈마에서 행해진 실제의 직접 이온 에너지 측정을 도시한다. 본 명세서에서 더욱 논의되는 바와 같이, 시간-평균법으로 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 얻는 것은 주기 전압에 인가된 변조 함수를 단순히 변경하는 것에 의해 달성될 수 있다.

다른 예로서 도 10a 및 10b를 참조하면, 400 kHz 주기 전압 함수는 대략 5 kHz의 톱니 변조 함수에 의해 변조되어 시간-평균법으로 도 10c에 도시된 이온 에너지 분포에 도달한다. 도시된 바와 같이, 도 10과 관련하여 이용된 주기 전압 함수는 도 10 중의 주기 전압 함수가 사인파 함수 대신 톱니파 함수에 의해 변조되는 것을 제외하고는 도 9에서와 동일하다.

도 9c 및 10c에 도시된 이온 에너지 분포 함수는 이온 에너지의 순간적인 분포를 나타내지 않지만, 대신 이온 에너지의 시간 평균을 나타냄을 인지해야 한다. 도 9c를 참조하면, 예를 들어, 시간 중의 특정 순간에서, 이온 에너지 분포는 변조 함수의 전체 사이클 경로에 걸쳐 존재하는 도시된 이온 에너지 분포의 서브셋트(subset)일 것이다.

변조 함수는 고정 함수일 필요도 없고 고정 주파수일 필요도 없음을 인지해야 한다. 일부 경우에서, 예를 들어, 특정한 시간-평균 이온 에너지 분포를 유발하기 위하여 특정 변조 함수의 하나 이상의 사이클에 의해 주기 전압 함수를 변조한 다음, 다른 시간-평균 이온 에너지 분포를 유발하도록 다른 변조 함수의 하나 이상의 사이클에 의해 주기 전압 함수를 변조하는 것이 바람직할 수 있다. 변조 함수에 대한 이러한 변경(주기 전압 함수를 변조하는)은 많은 경우에서 유용할 수 있다. 예를 들어, 특정 기하학적 구조를 에칭하기 위해 또는 특정 물질을 통하여 에칭하기 위하여 특정 이온 에너지 분포가 필요한 경우, 제1 변조 함수가 이용된 다음, 상이한 에칭 구조를 유발하기 위해 또는 다른 물질을 통하여 에칭하기 위하여 다른 변조 함수가 이용될 수 있다.

유사하게, 주기 전압 함수(예를 들어, 도 9a, 9b, 10a, 및 10b 중의 400 kHz 부재 및 도 4 중의 Vout)는 강성 고정될 필요없지만 (예를 들어, 주기 전압 함수의 형상 및 주파수는 다양할 수 있다), 일반적으로 그의 주파수는 챔버 내의 이온의 전달 시간에 의해 확립되므로 챔버 내의 이온은 기판(810)에 인가된 전압에 의해 영향을 받을 것이다.

다시 도 8을 참조하면, 제어부(812)는 구동 제어 신호(832', 832")를 스위칭 모드 서플라이(806)에 제공하므로 스위칭 모드 서플라이(806)는 주기 전압 함수를 생성한다. 스위칭 모드 서플라이(806)는 도 3에 도시된 부재에 의해 실현될 수 있지만(예를 들어, 도 4에 도시된 주기 전압 함수를 생성), 다른 스위칭 구조도 이용될 수 있음이 확실히 고려된다.

일반적으로, 이온 에너지 제어 부재(820)는 변조 함수를 스위칭 모드 파워 서플라이(806))에 대하여 제어부(812)에 의해 주기 전압 함수로 인가(즉, 제어부(812)에 의해 생성)하도록 작용한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이온 에너지 제어 부재(820)는 커스텀 IEDF부(850)와 소통되는 변조 제어부(840), IEDF 함수 메모리(848), 사용자 인터페이스(846), 및 파워 부재(844)를 포함한다. 이들 부재의 도시는 실제로 공통되는 또는 별개의 부재에 의해 유도될 수 있는 기능적 부재를 전달하기 위한 것임을 인지해야 한다.

본 실시예 중의 변조 제어부(840)는 일반적으로 변조 함수를 규정하는 데이터를 기본으로 하여 파워 부재(844)(및 따라서 그의 출력(834))을 제어하고, 또 파워 부재(844)는 스위칭 모드 서플라이(806)에 의해 생성된 주기 전압 함수에 인가된 변조 제어부(840)로부터 변조 함수(834)(제어 신호(842)를 기본으로 하는)를 생성한다. 본 실시예에서 사용자 인터페이스(846)는 사용자가 IEDF 함수 메모리(848)에 저장된 소규정 IEDF 함수를 선택할 수 있게 하거나, 또는 커스텀 IEDF 부재(850)와 관련하여, 커스텀 IEDF를 규정하도록 구성된다.

다수의 구현예에서, 파워 부재(844)는 변조 함수(예를 들어 DC 전압을 달리하는)를 스위칭 모드 파워 서플라이(예를 들어, 도 3에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이의 Vbus에) 인가하는 DC 파워 서플라이(예를 들어, DC 스위칭 모드 파워 서플라이 또는 선형 증폭기)를 포함한다. 이들 구현예에서, 변조 제어부(840)는 상기 파워 부재(844)에 의해 출력되는 전압 레벨을 제어하므로 파워 부재(844)는 변조 함수에 일치하는 전압을 인가한다.

일부 구현예에서, IEDF 함수 메모리(848)는 복수의 IEDF 분포 함수 각각에 대응하는 복수의 데이터 세트를 포함하고, 또 사용자 인터페이스(846)는 사용자가 소망하는 (또는 규정된) IEDF 함수를 선택하게 한다. 도 11을 참조하면, 예를 들어, 우측 컬럼에는 사용자들이 선택하게 하는데 유용할 수 있는 예시적 IEDF 함수가 도시되어 있다. 또한 좌측 컬럼에는 파워 부재(844)와 관련된 변조 제어부(840)가 주기 전압 함수에 인가되어 대응하는 IEDF 함수를 유발하게 하는 관련 변조 함수가 도시되어 있다. 도 11에 도시된 IEDF 함수는 예시적으로 든 것일 뿐 다른 IEDF 함수도 선택에 유용할 수 있음을 인지해야 한다.

커스텀 IEDF 부재(850)는 일반적으로 사용자가 사용자 인터페이스(846)를 통하여 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포 함수를 규정할 수 있게 하는 작용을 한다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 커스텀 IEDF 부재(850)는 사용자가 이온 에너지 분포를 규정하는 특정 변수에 대한 값을 확립하도록 할 수 있다.

예를 들어, 커스텀 IEDF 부재(850)는 에너지 레벨 사이에서 IEDF를 규정하는 함수(들)과 관련하여 낮은 레벨(IF-높음), 중간 레벨(IF-중간) 및 낮은 레벨(IF-높음)에서 플럭스의 상대적 레벨(예를 들어, 플럭스의 % 측면) 측면에서 IEDF 함수가 규정될 수 있게 한다. 많은 경우에서, IF-높음, IF-낮음, 및 이들 레벨 사이의 IEDF 함수만이 IEDF 함수를 규정하는데 충분하다. 특정 예로서, 사용자는 20% 기여 레벨(전체 IEDF에 대한 기여)에서 1200 eV, 30% 기여 레벨에서 700 eV를 필요로 할 수 있고, 이들 2개 레벨 사이에는 사인파 IEDF가 존재한다.

커스텀 IEDF부(850)는 사용자가 하나 이상의 (예를 들어, 다수의) 에너지 레벨 및 각 에너지 레벨의 IEDF에 대한 대응하는 퍼센트 기여 목록을 갖는 표를 작성할 수 있게 한다. 또한 다른 실시예에서, 사용자 인터페이스(846)와 관련된 커스텀 IEDF 부재(850)는 사용자가 소망하는 (또는 규정된) IEDF를 그릴 수 있게 하는 그래프 도구를 사용자에게 제공하는 것에 의해 소망하는 (또는 규정된) IEDF를 그래프적으로 생성할 수 있게 하는 것으로 고려된다.

또한, IEDF 함수 메모리(848) 및 커스텀 IEDF 부재(850)는 사용자가 소정의 IEDF 함수를 선택한 다음 상기 소정의 IEDF 함수를 변조하여 소정의 IEDF 함수로부터 유도된 커스텀 IEDF 함수를 생성하게 할 수 있도록 상호동작할 수 있다.

IEDF 함수가 규정되면, 변조 제어부(840)는 소망하는 (또는 규정된) IEDF 함수를 규정하는 데이터를 파워 부재(844)를 제어하는 제어 신호(842)로 전환하므로, 파워 부재(844)는 소망하는 (또는 규정된) IEDF에 대응하는 변소 함수를 유발한다. 예를 들어, 제어 신호(842)는 파워 부재(844)를 제어하므로, 파워 부재(844)는 변조 함수에 의해 규정된 전압을 출력한다.

이어, 도 12를 참조하면, 이온 전류 보상 부재(1260)가 플라즈마 챔버(1204) 내의 이온 전류를 보상하는 실시예를 도시하는 블록도이다. 본 출원인들은 더 높은 에너지 레벨에서는, 챔버 내의 더 높은 레벨의 이온 전류가 기판의 표면에서 전압에 영향을 주고, 그 결과, 이온 에너지 분포가 또한 영향을 받는다는 것을 밝혀내었다. 간단히 도 15a-15c를 참조하면, 예를 들어, 기판(1210) 또는 웨이퍼의 표면에서 나타나는 전압 파형과 이들의 IEDF에 대한 관계가 도시되어 있다.

보다 구체적으로, 도 15a는 이온 전류(I_I)가 보상 전류(Ic)와 동일할 때 기판(1210)의 표면에서 주기 전압 함수를 도시하고; 도 15b는 이온 전류 (I_I)가 보상 전류(Ic)보다 클 때 기판(1210)의 표면에서 전압 파형을 도시하며; 또 도 15c는 이온 전류가 보상 전류(Ic) 미만일 때 기판의 표면에서 전압 파형을 도시한다.

도 15a에 도시된 바와 같이, I_I = Ic 일 때, 이온 에너지(1570)의 확산은 도 15b에 도시된 바와 같은 I_I > Ic일 때의 이온 에너지의 균일한 확산(1572) 또는 도 15c에 도시된 바와 같은 I_I < Ic일 때 이온 에너지의 균일한 확산(1574)과 비교하여 비교적 좁다. 따라서, 이온 전류 보상 부재(1260)는 이온 전류가 높을 때(예를 들어, 이온 전류의 효과에 대한 보상에 의해) 이온 에너지의 좁은 확산을 가능하게 하고, 또 균일한 이온 에너지의 확산(1572, 1574)의 폭이 제어될 수 있게 한다(예를 들어, 이온 에너지의 확산을 갖는 것을 바람직할 때).

도 15b에 도시된 바와 같이, 이온 전류 보상 없이(I_I > Ic일 때) 주기 전압 함수의 양(포지티브)의 부분 사이의 기판의 표면에서의 전압은 램프형 방식으로 덜 음극성(네기타브)으로 되어, 이온 에너지의 더 넓은 확산(1572)을 생성한다. 유사하게, 도 15c에 도시된 바와 같이, 이온 전류 보상을 이용하여 보상 전류의 레벨을 이온 전류를 초과하는 레벨 (I_I < Ic)로 증가시키면, 기판의 표면에서 전압은 주기 전압 함수의 양의 부분 사이에서 램프형 방식으로 더욱 음극성으로 되고, 또 균일한 이온 에너지의 더 넓은 확산(1574)이 생성된다.

다시 도 12를 참조하면, 이온 전류 보상 부재(1260)는 스위칭 모드 파워 서플라이(1206) 및 제어부(1212)에 경우에 따라 부가될 수 있는 별개의 부품으로서 실현될 수 있다. 다른 실시예에서, (예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이) 이온 전류 보상 부재(1260)는 본 명세서에 기재된 다른 부재(예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이(106, 206, 806, 1206) 및 이온 에너지 제어(220, 820) 부재)를 갖는 공통 하우징(1366)을 공유할 수 있다. 이 실시예에서, 플라즈마 챔버(1204)에 제공된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상 부재(1260)로부터의 이온 전류 보상에 의해 변조된 주기 전압 함수를 포함하기 때문에 변경된 주기 전압 함수로도 지칭될 수 있다. 제어부(1212)는 스위칭 모드 파워 서플라이(1206) 및 이온 전류 보상(1260)의 출력이 결합되는 전기적 노드에서 상이한 시간에서 전압을 샘플링할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 스위칭 모드 서플라이의 출력(1336)에 결합된 전류원(1364) 및 전류원(1364) 및 출력(1336)에 결합된 전류 제어부(1362)를 포함하는 예시적 이온 전류 보상 부재(1360)가 도시되어 있다. 도 13에는 또한 플라즈마 챔버(1304)가 도시되어 있고, 또 플라즈마 챔버 내에는 용량 소자(C₁, C₂) 및 이온 전류(I_I)가 존재한다. 도시된 바와 같이, C₁은 비제한적으로, 절연층, 기판, 기판 지지부, 및 e-척을 포함할 수 있는 챔버(1304)와 관련된 부재의 고유 용량(본 명세서에서는 유효 용량이라고도 지칭됨)을 나타내고, 또 C₂는 시스 용량 및 스트레이 용량을 나타낸다. 본 실시예에서, 플라즈마 챔버(1304)에 제공되고 또 V₀에서 측정가능한 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(Ic)에 의해 변조된 주기 전압 함수를 포함하기 때문에 변경된 주기 전압 함수라고도 지칭될 수 있다.

시스(본 명세서에서는 플라즈마 시스라고도 지칭됨)는 기판 표면 근처의 플라즈마 내의 층 및 가능하게는 고밀도의 양이온을 가져서 전체적으로 과량의 양전하를 갖는 플라즈마 처리 챔버의 벽이다. 시스와 전형적으로 접촉하는 표면은 우세한 음전하를 갖는다. 시스는 양이온보다는 전자의 신속한 속도로 인하여 생기므로, 더 많은 비율의 전자가 기판 표면 또는 벽에 도달하게 하며, 따라서 전가가 고갈된 시스를 남긴다. 시스 두께, λ_sheath는 플라즈마 밀도 및 플라즈마 온도와 같은 플라즈마 특성의 함수이다.

본 실시예에서 C₁은 챔버(1304)와 관련된 부재의 고유 용량(본 명세서에서는 유효 용량이라고 함)이기 때문에, 처리의 제어를 얻기 위해 부가되는 액세스가능한 용량(accessible capacitance)이 아님을 주의해야 한다. 예를 들어, 일부 종래 기술은 블로킹 커패시터를 이용하여 기판에 선형 증폭기 커플 바이어스 파워를 이용한 다음 이들의 선형 증폭기를 제어하는 피드백으로서 블로킹 커패시터에 걸쳐 모니터링된 전압을 이용한다. 본 명세서에 개시된 다수의 실시예에서 커패시터는 스위칭 모드 파워 서플라이를 기판 지지부에 결합시킬 수 있지만, 블로킹 커패시터를 이용한 피드백 제어는 본 발명의 몇 개의 실시예에서는 필요하지 않기 때문에 그렇게 할 필요는 없다.

도 13을 참조하면, 도 13에 도시된 V₉ 에서 예시적 전압 (예를 들어, 변경된 주기 전압 함수)을 도시하는 그래프인 도 14에 대하여 동일 기준이 적용된다. 동작시, 전류 제어부(1362)는 V₉ 에서 전압을 모니터링하고, 또 이온 전류는 간격(t) (도 14에 도시된 바와 같이)에 걸쳐 계산된다:

(식 1)

이온 전류(I_I), 및 고유 용량(유효 용량이라고도 지칭됨) (C₁)의 하나 또는 양자 모두는 시간 가변적일 수 있다. C₁은 소정 도구에 대하여 실질적으로 일정하고 또 측정가능하기 때문에, 오직 Vo 만이 모니터링될 필요가 있어 보상 전류의 진행중 제어를 가능하게 한다. 상기 논의한 바와 같이, 더욱 모노에너제틱한 이온 에너지 분포(예를 들어, 도 15a에 도시된 바와 같은)를 얻기 위하여, 상기 전류 제어부는 전류원(1364)을 제어하므로 Ic는 I_I와 실질적으로 동일하다(또는 대안적으로, 식 2에 따라 그에 관련된다). 이렇게 하여, 이온 전류가 기판의 표면에서 전압에 영향을 주는 레벨에 도달할 때에도 이온 에너지의 좁은 확산이 유지될 수 있다. 또한, 필요한 경우, 이온 에너지의 확산은 도 15b 및 도 15c에 도시된 바와 같이 제어될 수 있으므로, 기판의 표면에서 부가적 이온 에너지가 실현된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 피드백 라인(1370)은 이온 에너지 분포 제어와 관련하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 ΔV 값 (본 명세서에서 전압 스텝 또는 제3 부분 1406이라고도 지칭됨)은 순간적 이온 에너지를 나타내고 또 많은 실시예에서 피드백 제어 루프의 일부로서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 전압 스텝(ΔV)은 식 4에 따른 이온 에너지에 관련된다. 다른 실시예에서, 첨두 대 첨두(peak-to-peak) 전압(V_PP)은 순간적 이온 에너지에 관련될 수 있다. 다르게는, 첨두 대 첨두 전압(V_PP)과 제4 부분(1480)의 기울기(dV_o/dt)와 시간(t)의 곱 사이의 뺀 차이는 순간적 이온 에너지와 관련될 수 있다(예를 들어, V_PP - dV_o/dt·t).

이어, 도 16을 참조하면, 도 13을 참조하여 기재된 전류원(1364)을 실현하도록 실시될 수 있는 전류원(1664)의 예시적 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 직렬 인덕터(L2)와 관련된 제어가능한 음극성 DC 전압원은 전류원으로 작용하지만, 당업자는 본 명세서의 내용을 참조할 때, 다른 부재 및/또는 구조에 의해서도 전류원이 실현될 수 있음을 인지할 것이다.

도 43은 기판의 표면에 영향을 주는 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 도시한다. 이 방법(4300)은 변경된 주기 전압 함수(4302) (도 44 중의 변경된 주기 전압 함수(4402) 참조)를 플라즈마 처리 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지부에 인가하는 것에 의해 시작한다. 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(I_c) (도 44 중의 I_c(4404)) 및 파워 서플라이 전압(V_PS) (도 44 중의 파워 서플라이 전압(4406))과 같은 적어도 2개의 "노브"("knob")를 통하여 제어될 수 있다. 파워 서플라이 전압을 생성하기 위한 예시적 부재는 도 1 중의 스위칭 모드 파워 서플라이(106)이다. 파워 서플라이 전압(V_PS)의 설명을 돕기 위하여, 여기서는 이온 전류 및 이온 전류 보상에 결부되지 않고 측정되는 것으로 설명된다. 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(I_C) (4304)의 제1 및 제2 값으로 샘플링된다. 이온 전류 보상(I_C)의 각각의 값에 대하여 변경된 주기 전압 함수의 전압의 적어도 2개 샘플을 취한다. 샘플링(4304)은 이온 전류(I_I) 및 시스 용량(C_sheath) (4306)의 계산(4306) (또는 결정)을 가능하게 하기 위하여 실시한다. 이러한 결정은 기판 지지부에 인가되면 (또는 기판 지지부에 인가됨에 따라서) 좁은 (예를 들어, 최소의) 이온 에너지 분포 함수(IEDF) 폭을 생성할 이온 전류 보상(I_C)을 찾는 것을 포함할 것이다. 계산(4306)은 변경된 주기 전압 함수의 파형의 샘플링(4304)을 기본으로 한 전압 스텝(ΔV) (변경된 주기 전압 함수(1406)의 제3 부분으로도 공지됨)를 결정하는 것을 경우에 따라 포함할 수 있다. 전압 스텝(ΔV)은 기판의 표면에 도달하는 이온의 이온 에너지에 관련될 수 있다. 이온 전류(I_I)를 처음으로 찾을 때, 전압 스텝(ΔV)은 무시될 수 있다. 샘플링(4304) 및 계산(4306)은 이하의 도 30의 논의에 제공될 것이다.

이온 전류(I_I) 및 시스 용량(C_sheath)이 일단 공지되면, 상기 방법(4300)은 IEDF의 이온 에너지와 형상(예를 들어, 폭)을 설정하고 또 모니터링하는 것을 포함하는 도 31의 방법(3100)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 도 46은 파워 서플라이 전압이 어떻게 이온 에너지 변화에 영향을 줄 수 있음을 나타낸다. 특히, 예시된 파워 서플라이 전압의 크기가 감소되어, 이온 에너지의 크기 감소를 초래한다. 부가적으로, 도 47은 소정의 좁은 IEDF(4714)를 예시하며, IEDF는 이온 전류 보상(I_C) 보상에 의해 확대될 수 있다. 다르게는 또는 동시에, 상기 방법(4300)은 이온 전류(I_I)와 시스 용량(C_sheath), 및 변경된 주기 전압 함수의 파형의 다른 특징을 이용하는 도 32 내지 도 41을 참조하여 기재된 다양한 메트릭스(metrics)를 실시할 수 있다.

이온 에너지 및/또는 IEDF 폭을 설정하는 이외에, 상기 방법(4300)은 이온 에너지 및 IEDF 폭을 유지하기 위하여 변경된 주기 전압 함수(4308)를 조정할 수 있다. 특히, 이온 전류 보상 부재에 의해 제공된 이온 전류 보상(I_C)의 조정 및 파워 서플라이 전압의 조정이 실시될 수 있다(4308). 일부 실시예에서, 파워 서플라이 전압은 파워 서플라이의 버스 전압(Vbus) (예를 들어, 도 3의 버스 전압 Vbus)에 의해 제어될 수 있다. 이온 전류 보상(I_C)은 IEDF 폭을 제어하고, 또 파워 서플라이 전압은 이온 에너지를 제어한다.

이들 조정(4308) 이후, 변경된 주기 전압 함수는 다시 샘플링(4304)될 수 있고 또 이온 전류(I_I), 시스 용량(C_sheath) 및 전압 스텝(ΔV)의 계산이 다시 실시될 수 있다(4306). 이온 전류(I_I) 또는 전압 스텝(ΔV)이 규정된 값(또는 대안적으로, 소망하는 값) 이외의 값이면, 이온 전류 보상(I_C), 및/또는 파워 서플라이 전압이 조정될 수 있다(4308). 이온 에너지(eV) 및/또는 IEDF 폭을 유지하기 위하여 샘플링(4304), 계산(4306), 및 조정(4308)의 반복실행(looping)이 생길 수 있다.

도 30은 기판의 표면에 영향을 주는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 다른 실시예를 예시한다. 일부 실시예에서, 상기 논의한 바와 같이, 좁은 IEDF 폭 (예를 들어, 최소 IEDF 폭 또는 대안적으로, ~6% 반치 전폭)을 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 그와 같이, 상기 방법(3000)은 변경된 주기 전압 함수를 챔버와 기판 지지부에 제공할 수 있어, 일정한 기판 전압 및 그에 따라 시스 전압이 기판의 표면에 존재한다. 이는 다시 순차적으로 일정한 전압에 걸쳐 이온을 가속시키므로, 이온이 순차적으로 동일한 이온 에너지를 이용하여 기판에 영향을 줄 수 있고, 이는 다시 좁은 IEDF 폭을 제공한다. 예를 들어, 도 45에서, 이온 전류 보상(I_C)의 조정은 펄스 사이의 기판 전압(Vsub)이 일정하도록 유발하거나, 또는 순차적으로 일정한 전압으로 되게하여, IEDF를 좁게 만든다는 것을 알 수 있다.

이러한 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(I_C)이 이온 전류(I_I)와 동일할 때 달성되므로, 어떠한 스트레이 용량도 없음을 의미한다(도 45 중의 주기 전압 함수(V₀)의 마지막 5 사이클 참조). 대안적으로, 스트레이 용량(C_stray)을 고려하면, 이온 전류 보상(I_C)은 식 2에 따라 이온 전류(I_I)에 관련된다:

(식 2)

상기 식에서, C₁은 유효 용량 (예를 들어, 도 3 및 도 13을 참조하여 기재된 고유 용량)이다. 상기 유효 용량(C₁)은 시간에 따라 다양할 수 있거나 또는 일정할 수 있다. 상기 개시내용의 목적을 위하여, I_I = I_C 일 때 또는 대안적으로, 식 2가 만족될 때 좁은 IEDF 폭이 존재할 수 있다. 도 45-50은 명명법 I_I = I_C를 이용하지만, 이들 식은 식 2의 단순화이므로, 식 2는 도 45 내지 도 50에 이용된 단순화를 대체할 수 있음을 이해해야 한다. 스트레이 용량(C_stray)은 파워 서플라이에 의해 보여지는 바와 같은 플라즈마 챔버의 누적 용량이다. 도 45에는 8개 사이클이 도시되어 있다.

상기 방법(3000)은 변경된 주기 전압 함수(예를 들어, 도 14에 도시된 상기 변경된 주기 전압 함수 또는 도 44에 도시된 상기 변경된 주기 전압 함수(4402))를 기판 지지부(3002)(예를 들어, 도 1의 기판 지지부(108))에 인가하는 것으로 시작할 수 있다. 변경된 주기 전압 함수의 전압은 2회 이상 샘플링(3004)될 수 있고, 또 이러한 샘플링으로부터, 변경된 주기 전압 함수의 주기의 적어도 일부에 대한 기울기 dV₀/dt가 계산될 수 있다(3006) (예를 들어, 펄스 또는 제4 부분(1408) 사이의 부분의 기울기). 결정(3010)하기 전의 일부 지점에서, 유효 용량(C₁) (예를 들어, 도 13 중의 고유 용량(C₁) 및 도 3 중의 고유 용량(C₁₀))의 이전에 결정된 값이 액세스(3008)될 수 있다(예를 들어, 메모리로부터 또는 사용자 입력으로부터). 기울기(dV₀/dt)에 기초하여, 유효 용량(C₁), 및 이온 전류 보상(I_C), 함수 f (식 3)가 이온 전류 보상(I_C)의 각 값에 대해 다음과 같이 평가될 수 있다:

(식 3)

상기 함수 f가 참이면, 이온 전류 보상(I_C)은 이온 전류(I_I)와 동일하거나, 또는 대안적으로, 식 2를 참으로 만들고, 또 좁은 IEDF 폭이 달성될 수 있다(3010) (예를 들어, 도 45 참조). 함수 f가 참이 아니면, 이온 전류 보상(I_C)은 함수 f가 참이 될 때까지 더 조정(3012)될 수 있다. 이것을 보는 다른 방식은 이온 전류 보상(I_C)이 이온 전류(I_I)와 매칭될 때까지 조정될 수 있고, (또는 대안적으로, 식 2의 관계를 만족하는), 이 지점에서 좁은 IEDF 폭이 존재할 것이다. 이러한 이온 전류 보상(I_C)에 대한 조정 및 얻어지는 IEDF의 협소화는 도 45에서 볼 수 있다. 이온 전류(I_I) 및 대응하는 이온 전류 보상(I_C)은 저장 동작(3014)에 저장될 수 있다(예를 들어, 메모리에). 이온 전류(I_C)는, 유효 용량(C₁)이 그러할 수 있듯이, 시간에 따라 다양할 수 있다.

식 3이 만족되면, 이온 전류(I_I)가 공지된다 (I_C = I_I이기 때문에 또는 식 2가 참이기 때문에). 따라서, 상기 방법(3000)은 플라즈마에 영향을 주지 않고 실시간으로 이온 전류(I_I)의 원격 및 비국부적(non-invasive) 측정을 가능하게 한다. 이는 도 32 내지 도 41을 참조하여 기재되는 것과 같은 다수의 신규 메트릭을 초래한다(예를 들어, 플라즈마 밀도의 원격 모니터링 및 플라즈마 소스의 원격 고장 검출).

보상 전류(I_C)를 조정(3012)하는 동안, 이온 에너지는 델타 함수보다 더 넓을 것이며 또 이온 에너지는 도 15b, 도 15c, 또는 도 44의 이온 에너지와 유사할 것이다. 그러나, 보상 전류(I_C)가 식 2를 만족하는 것으로 밝혀지면, IEDF는 도 15a에 도시된 바와 같이 나타나거나 또는 좁은 IEDF 폭 (예를 들어, 최소 IEDF 폭)을 갖는 도 45의 우측 부분과 같이 나타날 수 있다. 이는 변경된 주기 전압 함수의 펄스 사이의 전압이 실질적으로 일정한 시스 또는 기판 전압 및 그에 따라 I_C = I_I 일 때(또는 대안적으로 식 2가 참일 때) 실질적으로 일정한 이온 에너지를 유발하기 때문이다. 도 46에서, 기판 전압(4608)은 일정한 전압부 사이에 펄스를 포함한다. 이들 펄스는 지속시간이 짧아서 이온 에너지 및 IEDF에 대한 이들의 효과는 무시할만하며 또 따라서 기판 전압(4608)은 실질적으로 일정한 것으로 지칭된다.

다음은 도 30에 예시된 방법 단계 각각을 더욱 자세하게 설명한다. 일 실시예에서, 변경된 주기 전압 함수는 도 14에 예시된 바와 같은 파형을 가질 수 있고 또 제1 부분 (예를 들어, 제1 부분(1402), 제2 부분(예를 들어, (1404)), 제3 부분(예를 들어, 제3 부분(1406)), 및 제4 부분(예를 들어, 제4 부분(1408))을 포함할 수 있고, 제3 부분은 전압 스텝(ΔV)을 가질 수 있고, 또 제4 부분은 기울기(dV_o/dt)를 가질 수 있다. 기울기(dV_o/dt)는 양, 음, 또는 제로일 수 있다. 변경된 주기 전압 함수(1400)는 제1 부분(1402), 제2 부분(1404), 및 제3 부분(1406)을 포함하는 펄스 및 펄스 사이의 부분(제4 부분(1408))을 갖는 것으로 기재될 수 있다.

변경된 주기 전압 함수는 도 3에서 V₀로 측정될 수 있고 또 도 44에서 변경된 주기 전압 함수(4402)로서 나타날 수 있다. 변경된 주기 전압 함수(4402)는 파워 서플라이 전압(4406)(주기 전압 함수로도 공지됨)을 이온 전류 보상(4404)과 결합하는 것에 의해 생성될 수 있다. 파워 서플라이 전압(4406)은 변경된 주기 전압 함수(4402)의 펄스를 생성하고 정형(shaping)하는데 대개 관여하고 또 이온 전류 보상(4404)은 흔히 직선 기울기의 전압인 펄스 사이의 부분을 생성하고 성형하는데 대개 관여한다. 이온 전류 보상(I_C)을 증가시키는 것은 도 45에서 볼 수 있는 바와 같이 펄스 사이의 부분의 기울기 크기 감소를 초래한다. 파워 서플라이 전압(4606)의 크기 감소는 도 46에서 볼 수 있는 바와 같이 펄스의 진폭 크기 및 변경된 주기 전압 함수(4602)의 첨두 대 첨두 전압 크기 감소를 초래한다.

파워 서플라이가 스위칭 모드 파워 서플라이인 경우, 제1 스위치(T1) 및 제2 스위치(T2)의 스위칭 다이아그램(4410)이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(T1)는 도 3 중의 스위치(T1)처럼 구현될 수 있고 또 제2 스위치(T2)는 도 3 중의 제2 스위치(T2)처럼 구현될 수 있다. 상기 2개의 스위치는 동일한 스위칭 시간을 갖는 것으로 예시되지만, 180°위상이 어긋난다. 다른 실시예에서, 이들 스위치는 도 4에 예시된 바와 같이 약간의 위상 옵셋을 가질 수 있다. 제1 스위치(T1)가 온(on)이면, 파워 서플라이 전압은 최대 크기로 향하며, 이는 도 44에서 음의 값인데 파워 서플라이가 음의 버스 전압을 갖기 때문이다. 제2 스위치(T2)는 상기 기간 동안 오프되므로 파워 서플라이 전압(4406)은 그라운드로부터 절연된다. 상기 스위치들이 반전되면, 파워 서플라이 전압(4406)은 그라운드에 접근하거나 약간 통과한다. 예시된 실시예에는 2개의 펄스 폭이 존재하지만, 이는 필수인 것은 아니다. 다른 실시예에서, 펄스 폭은 모든 사이클에 대해 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 펄스 폭은 다양할 수 있거나 또는 시간 경과에 따라 변조될 수 있다.

변경된 주기 전압 함수는 기판 지지부(3002)에 인가되고, 또 변경된 주기 전압 함수가 기판 지지부 (예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이와 유효 용량 사이)에 도달하기 전에 마지막 액세스가능한 지점에서 V_o으로 샘플링(3004)될 수 있다. 비변조 주기 전압 함수 (또는 도 44 중의 파워 서플라이 전압(4406))는 도 12 중의 스위칭 모드 파워 서플라이(1206)와 같이 파워 서플라이로부터 공급될 수 있다. 도 44 중의 이온 전류 보상(4404)은 도 12 중의 이온 전류 보상 부재(1260) 또는 도 13 중의 (1360)과 같은 전류원으로부터 공급될 수 있다.

변조된 주기 전압 함수의 일부 또는 전체가 샘플링(3004)될 수 있다. 예를 들어, 제4 부분(예를 들어, 제4 부분(1408))이 샘플링될 수 있다. 샘플링(3004)은 파워 서플라이와 기판 지지부 사이에서 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 샘플링(3004)은 스위칭 모드 파워 서플라이(106)와 지지부(108) 사이에서 실시될 수 있다. 도 3에서, 샘플링(3004)은 인덕터(L1)와 고유 용량(C10) 사이에서 실시될 수 있다. 일 실시예에서, 샘플링(3004)은 용량(C3)과 고유 용량(C10) 사이의 V_o에서 실시될 수 있다. 고유 용량(C10) 및 플라즈마(R2, R3, C1, 및 C2)를 나타내는 소자는 실시간 측정으로 액세스되지 않기 때문에, 샘플링(3004)은 도 3 중의 고유 용량(C10)의 나머지에 실시된다. 고유 용량(C10)은 전형적으로 처리하는 동안 측정되지 않지만, 일반적으로 공지된 상수이므로, 제작하는 동안 설정될 수 있다. 동시에, 일부 경우에서 고유 용량(C10)은 시간에 따라 달라질 수 있다.

일부 실시예에서는 오직 2개 샘플의 변경된 주기 전압 함수가 필요하지만, 다른 양태에서는, 변경된 주기 전압 함수의 각 사이클에 대해 수백, 수천 또는 수만 개의 샘플을 취할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 레이트는 400 kHz를 초과할 수 있다. 이들 샘플링 레이트는 변경된 주기 전압 함수와 그의 형상의 더욱 정교하고 상세한 모니터링을 가능하게 한다. 이와 동일한 맥락에서, 주기 전압 함수의 더욱 상세한 모니터링은 주기 사이, 상이한 처리 조건 사이, 상이한 처리 사이, 상이한 챔버 사이, 상이한 소스 사이 등의 파형의 더욱 정교한 대조를 허용한다. 예를 들어, 이들 샘플링 레이트에서, 도 14에 도시된 주기 전압 함수의 제1, 제2, 제3, 및 제4 부분(1402, 1404, 1406, 1408)은 구별될 수 있고, 이는 전통적인 샘플링 레이트에서는 가능하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 더 높은 샘플링 레이트는 전압 스텝(ΔV) 및 기울기(dV_o/dt)의 분석(resolving)을 가능하게 하며, 이는 종래 기술에서는 가능하지 않은 것이다. 일부 실시예에서, 변경된 주기 전압 함수의 부분은 샘플링될 수 있는 한편, 다른 부분들은 샘플링되지 않는다.

상기 기울기(dV_o/dt)의 계산(3006)은 시간(t) 동안 (예를 들어, 제4 부분(1408)) 취해진 복수의 V_o 측정을 기본으로 할 수 있다. 예를 들어, 선형 피트(linear fit)가 실시되어 라인을 V_o 값에 맞추며, 이때 라인의 기울기가 기울기 dV_o/dt를 나타낸다. 다른 예에서, 도 14 중의 시간(t) (예를 들어, 제4 부분(1408))의 초기 및 말기에서 V_o 값은 확실하게 될 수 있고 또 dV_o/dt으로 표시된 라인의 기울기를 갖는 2개 지점 사이에 라인이 맞추어질 수 있다. 수많은 방법 중 펄스 사이의 부분의 기울기 (dV_o/dt)가 계산될 수 있는 2개 방법이 존재한다.

결정(3010)은 IEDF를 좁은 폭 (예를 들어, 최소 폭, 또는 대안적으로, 6% 반치전폭)에 동조시키기 위하여 이용된 반복실행 루프(iterative loop)의 일부일 수 있다. 식 3은 이온 전류 보상(I_C)이 이온 전류(I_I)와 동일하면 (또는 대안적으로, 식 2에 따라 (I_I)에 관련되면) 오직 참에 해당되며, 이는 일정한 기판 전압, 따라서 일정한 및 실질적으로 단일한 이온 에너지 (좁은 IEDF 폭)가 있을 때에만 생긴다. 도 46에서는 일정한 기판 전압(4608) (V_sub)을 볼 수 있다. 따라서, 이온 전류(I_I) 또는 다르게는 이온 전류 보상(I_C)이 식 3에 이용될 수 있다.

또+는, 제1 주기 및 제2 주기에 대해 제4 부분(1408) (펄스 사이의 부분으로도 지칭됨)을 따른 2개 값이 샘플링될 수 있고 또 각 사이클에 대해 제1 및 제2 기울기가 각각 결정될 수 있다. 이들 2개 기울기로부터, 제3의, 그러나 아직까지 측정되지 않은 기울기에 대해 식 3을 참으로 만들 것으로 예상되는 이온 전류 보상(I_C)이 결정될 수 있다. 따라서, 이온 전류(I_I)는 좁은 IEDF 폭에 대응하는 것으로 예상되는 것으로 추정될 수 있다. 다수 방식 중 좁은 IEDF 폭이 결정되고 또 대응하는 이온 전류 보상(I_C) 및/또는 대응하는 이온 전류(I_I)가 발견될 수 있는 2개 방법이 존재한다.

이온 전류 보상(I_C)에 대한 조정(3012)은 이온 전류 보상(I_C)의 증가 또는 감소를 포함할 수 있고, 또 각 조정에 대한 스텝 크기에 대해서는 제한이 없다. 일부 실시예에서, 식 3 중의 함수 f의 사인(sign)은 이온 전류 보상을 증가시킬 것인지 또는 감소시킬 것인지 여부를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 상기 사인이 음극성이면, 이온 전류 보상(I_C)은 감소될 수 있는 반면에, 양극성 사인은 이온 전류 보상(I_C)을 증가시킬 필요를 나타낼 수 있다.

이온 전류 보상(I_C)이 이온 전류(I_I)와 동일한 것으로 (또는 대안적으로, 식(2)에 따라 그에 관련되는 것으로) 확인되면, 상기 방법(3000)은 다른 설정점(set point) 동작(도 31 참조) 또는 원격 챔버 및 소스 모니터링 동작(도 32 내지 도 41 참조)으로 진행할 수 있다. 다른 설정점 동작은 이온 에너지의 설정 (또한 도 46 참조) 및 이온 에너지 또는 IEDF 폭의 분포 (또한 도 47 참조)를 포함할 수 있다. 소스 및 챔버 모니터링은 플라즈마 밀도, 소스 공급 비정상, 플라즈마 아크발생 등을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법(3000)은 연속적으로 (또는 대안적으로, 주기적으로) 이온 전류 보상(I_C)을 업데이트하기 위하여 샘플링(3004)으로 경우에 따라 되돌아갈 수 있다. 예를 들어, 샘플링(3004), 계산(3006), 결정(3010), 및 조정(3012)은 식 3이 계속하여 만족되도록 하기 위하여 전류 이온 전류보상(I_C)을 하도록 주기적으로 실시될 수 있다. 동시에, 식 3을 만족하는 이온 전류 보상(I_C)이 업데이트되면, 이온 전류(I_I)가 업데이트될 수 있고 또 업데이트된 값이 저장(3014)될 수 있다.

상기 방법(3000)은 이온 전류(I_I)와 동일하도록, 또는 대안적으로, 식 2를 만족하도록 이온 전류 보상(I_C)을 찾아서 설정할 수 있는 한편, 좁은 IEDF 폭을 달성하는데 필요한 이온 전류 보상(I_C)을 위한 값은 이온 전류(I_C)를 상기 값으로 설정하지 않고 (또는 대안적으로 설정하기 전에) 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 사이클에 대한 제1 이온 전류 보상(I_C1)을 인가하고 또 펄스 사이의 전압의 제1 기울기(dV_o1/dt)를 측정하는 것에 의해, 또 제2 사이클에 대한 제2 이온 전류 보상(I_C2)을 인가하고 또 펄스 사이의 전압의 제2 기울기(dV_o2/dt)를 측정하는 것에 의해, 제3 이온 전류 보상(I_C3)에 관련된 제3 기울기(dV_o3/dt)는, 식 3이 참인 것으로 예상되는 지점에서 결정될 수 있다. 제3 이온 전류 보상(I_C3)은, 인가된다면 좁은 IEDF 폭을 초래할 이온 전류 보상일 수 있다. 따라서, 식 3을 만족하여서 이온 전류(I_I)에 대응하는 이온 전류 보상(I_C)은 이온 전류 보상의 단일 조정에 의해서만 결정될 수 있다. 상기 방법(3000)은 이온 전류(I_C)를 좁은 IEDF 폭을 달성하는데 필요한 값으로 설정함 없이 도 31 및/또는 도 32 내지 도 41에 기재된 방법으로 이동할 수 있다. 이러한 실시예는 동조 속도를 증가시키기 위하여 실시될 수 있다.

도 31은 IEDF 폭 및 이온 에너지를 설정하기 위한 방법을 도시한다. 이 방법은 도 30에 도시된 방법(3000)으로부터 기인하고, 또 좌측 통로(3100)(IEDF 브랜치라고도 지칭됨) 또는 우측 통로(3101) (이온 에너지 브랜치로도 지칭됨)를 취할 수 있고, 이는 IEDF 폭 및 이온 에너지 각각의 설정을 수반한다. 이온 에너지(eV)는 전압 스텝(ΔV), 또는 도 14의 변경된 주기 전압 함수(1400)의 제3 부분(1406)과 비례한다. 이온 에너지(eV)와 전압 스텝(ΔV) 사이의 관계는 다음 식(4)으로 기재될 수 있다:

(식 4)

상기 식에서, C₁은 유효 용량 (예를 들어, 척 용량; 도 3 중의 고유 용량(C10); 또는 도 13 중의 고유 용량(C₁))이고, 또 C₂는 시스 용량 (예를 들어, 도 3 중의 시스 용량(C4) 또는 도 13 중의 시스 용량(C2))이다. 시스 용량(C₂)은 스트레이 용량을 포함하고 또 이온 전류(I_I)에 따라 달라진다. 전압 스텝(ΔV)은 변경된 주기 전압 함수(1400)의 제2 부분(1404)과 제4 부분(1408) 사이의 전압 변화로서 측정될 수 있다. 전압 스텝(ΔV) (파워 서플라이 전압 또는 도 3 중의 버스 전압(V_bus)과 같은 버스 전압의 함수임)을 제어하고 모니터링하는 것에 의해, 이온 에너지(eV)가 제어되고 또 공지될 수 있다.

동시에, IEDF 폭은 식 5에 따라서 계산될 수 있다:

(식 5)

상기 식에서, I는 I_I 이고, C는 C_series이거나, 또는 I는 I_C 이고 C는 C_effective임.

시간(t)은 펄스 간의 시간이고, V_PP는 첨두 대 첨두 전압이며, 또 ΔV는 전압 스텝이다.

부가적으로, 시스 용량(C₂)은 다양한 계산 및 모니터링 동작에 이용될 수 있다. 예를 들어, 디바이(Debye) 시스 거리(λ_sheath)는 다음과 같이 추산될 수 있다:

(식 6)

상기 식에서, ε은 진공 유전율이고 또 A는 기판의 면적 (또는 대안적으로, 기판 지지부의 표면 면적)임. 일부 고 전압 인가시, 식 6은 식 7로 기재될 수 있다:

(식 7)

부가적으로, 시스에서 e-필드는 시스 용량(C₂), 시스 거리(λ_sheath) 및 이온 에너지(eV)의 함수로 추정될 수 있다. 시스 용량(C₂)과 더불어 이온 전류(I_I)를 이용하여 단일 이온화된 플라즈마의 경우 포화 전류(I_sat)가 선형적으로 보상 전류(I_C)에 관련되는 식 8로부터 플라즈마 밀도(n_e)를 결정할 수 있다:

(식 8)

기판 표면에 있는 이온의 유효 질량은 시스 용량(C₂) 및 포화 전류(I_sat)를 이용하여 계산될 수 있다. 플라즈마 밀도(n_e), 시스에서 전기장, 이온 에너지(eV), 이온의 유효 질량, 및 기판의 DC 전위(V_DC)는 당해 분야에서 간접 수단을 통해서만 전형적으로 모니터링되는 기본적인 플라즈마 변수이다. 이러한 기재는 이들 변수의 직접 측정을 가능하게 하므로, 플라즈마 특징을 실시간으로 더욱 정확하게 모티터링할 수 있게 한다.

식 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 시스 용량(C₂)은 도 31의 이온 에너지 브랜치(3101)에 도시된 바와 같은 이온 에너지(eV)를 모니터링하고 제어하기 위해 이용될 수 있다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 이온 에너지(3102)의 사용자 선택을 수신하는 것에 의해 시작한다. 이어 이온 에너지 브랜치(3101)는 주기 전압 함수(3104)를 공급하는 스위칭 모드 파워 서플라이용 초기 파워 서플라이 전압을 설정한다. 샘플링 주기 전압 동작(3108) 이전의 일부 지점에서, 이온 전류는 또한 액세스(3106)될 수 있다(예를 들어, 메모리로부터 액세스됨). 주기 전압은 샘플링(3108)될 수 있고 또 변경된 주기 전압 함수의 제3 부분의 측정치가 측정(3110)될 수 있다. 이온 에너지(I_I)는 변경된 주기 전압 함수(3112)의 전압 스텝(ΔV), (제3 부분, 예를 들어, 제3 부분 1406으로도 지칭됨)으로부터 계산될 수 있다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 이온 에너지가 규정된 이온 에너지(3114)와 동일한지 여부를 결정할 수 있고, 또 그렇다면, 그 이온 에너지는 소망하는 설정점이며 또 이온 에너지 브랜치(3101)는 끝이 날 수 있다. 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 동일하지 않으면, 이온 에너지 브랜치(3101)는 파워 서플라이 전압(3116)을 조정할 수 있고, 또 다시 주기 전압(3108)을 샘플링한다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 동일할 때까지 샘플링(3108), 측정(3110), 계산(3112), 결정(3114), 및 설정(3116)을 통하여 되돌아갈 수 있다.

IEDF 폭을 모니터링하고 제어하는 방법은 도 31의 IEDF 브랜치(3100)에 도시될 수 있다. IEDF 브랜치(3100)는 IEDF 폭(3150)의 사용자 선택을 수신하고 또 현재 IEDF 폭(3152)을 샘플링하는 것을 포함한다. 결정(3154)은 규정된 IEDF 폭이 현재 IEDF 폭과 동일한지 여부를 결정하고, 또 결정(3152)이 만족되면, IEDF 폭은 소망하는 바와 같고 (또는 규정된 바와 같고), 또 IEDF 브랜치(3100)는 끝이 날 수 있다. 그러나, 현재 IEDF 폭이 규정된 IEDF 폭과 동일하지 않으면, 이온 전류 보상(I_C)이 조정(3156)될 수 있다. 이러한 결정(3154) 및 조정(3156)은 현재 IEDF 폭이 규정된 IEDF 폭과 동일할 때까지 되돌아가는 방식으로 계속될 수 있다.

일부 실시예에서, IEDF 브랜치(3100)는 소망하는 IEDF 형상을 확보하기 위해 또한 구현될 수 있다. 다양한 IEDF 형상이 생성될 수 있고 또 각각은 상이한 이온 에너지 및 IEDF 폭과 관련될 수 있다. 예를 들어, 제1 IEDF 형상은 델타 함수일 수 있는 반면에, 제2 IEDF 형상은 사각형 함수일 수 있다. 다른 IEDF 형상은 컵모양일 수 있다. 다양한 IEDF 형상의 예는 도 11에서 볼 수 있다.

이온 전류(I_I) 및 전압 스텝(ΔV)에 관한 지식을 이용하여, 이온 에너지(eV)에 관한 식 4가 해결될 수 있다. 전압 스텝(ΔV)은 파워 서플라이 전압을 변경하는 것에 의해 제어될 수 있고, 이는 다시 전압 스텝(ΔV) 변화를 초래한다. 더 큰 파워 서플라이 전압은 전압 스텝(ΔV)의 증가를 초래하고, 또 파워 서플라이 전압의 감소는 전압 스텝(ΔV) 감소를 초래한다. 즉, 파워 서플라이 전압 증가는 더 큰 이온 에너지(eV)를 초래한다.

또한, 상기 시스템과 방법은 연속적으로 가변적인 피드백 루프 식으로 동작하기 때문에, 플라즈마 소스 또는 챔버 조건에 대한 변동 또는 내부 조정으로 인한 플라즈마에서 변화에도 불구하고 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 및 IEDF 폭이 유지될 수 있다.

도 30 내지 도 41은 단일 이온 에너지의 측면에서 기재하였지만, 당업자는 소망하는 (또는 규정된) IEDF 폭 (또는 IEDF 형상) 및 이온 에너지를 생성하고 모니터링하는 이들 방법은 더욱 이용되어 각자 고유의 IEDF 폭 (또는 IEDF 형상)을 갖는 2 이상의 이온 에너지를 발생하여 모니터링할 수 있음을 인식하고 있을 것이다. 예를 들어, 제1, 제3 및 제5 사이클의 제1 파워 서플라이 전압(V_PS), 및 제2, 제4, 및 제6 사이클의 제2 파워 서플라이 전압을 제공하는 것에 의해, 기판의 표면에 도달하는 이온에 대해 2개의 분명하고 좁은 이온 에너지가 달성될 수 있다(예를 들어, 도 42a). 3개의 상이한 파워 서플라이 전압 이용은 3개의 상이한 이온 에너지 (예를 들어, 도 42b)를 초래한다. 다수의 파워 서플라이 전압 각각이 인가되는 시간, 또는 각 파워 서플라이 전압 레벨이 인가되는 사이클 수를 다양하게 하는 것에 의해, 상이한 이온 에너지의 이온 플럭스가 제어될 수 있다(예를 들어, 도 42c).

상기 설명은 파워 서플라이에 의해 제공된 주기 전압 함수와 이온 전류 보상 부재에 의해 제공된 이온 전류 보상과의 결합이 플라즈마 처리 동안 기판의 표면에 도달하는 이온의 이온 에너지 및 IEDF 폭 및/또는 IEDF 형상을 제어하기 위해 어떻게 이용될 수 있는지를 나타내었다.

앞서 언급된 제어의 일부는 다음의 일부 조합을 이용하는 것에 의해 가능하다: (1) 고정된 파형 (파형의 연속 사이클이 동일함); (2) 이온 에너지 및 IEDF에 비례하는 적어도 2개 부분을 갖는 파형 (예를 들어, 도 14에 도시된 제3 및 제4 부분(1406, 1408)); 및 (3) 파형의 개별 특징의 정확한 모니터링을 가능하게 하는 높은 샘플링 레이트 (예를 들어, 125 MHz). 예를 들어, 선형 증폭기와 같은 종래 기술이 변경된 주기 전압 함수와 유사한 기판에 파형을 보내면, 사이클 간의 바람직하지 않은 변화가 이온 에너지 또는 IEDF 폭 (또는 IEDF 형상)을 특징화하는 이들 종래 기술의 파형을 이용하기 어렵게 만든다.

선형 증폭기가 기판 지지부를 바이어스하기 위해 이용되는 경우, 파형이 사이클 별로 일치하지 않기 때문에 높은 레이트로 샘프링할 필요가 없으므로 파형의 분해 특징(예를 들어, 펄스 간의 부분의 기울기)은 전형적으로 유용한 정보를 제공하지 않을 것이다. 이러한 유용한 정보는, 여기서 및 관련 개시내용에서 볼 수 있는 바와 같이 고정된 파형이 사용될 때 생긴다.

본 명세서에 개시된 고정된 파형 및 높은 샘플링 레이트는 또한 더욱 정확한 통계학적 관찰이 가능하게 하게 한다. 이러한 정확성 증가로 인하여, 챔버 중의 플라즈마 소스 및 플라즈마의 동작 및 처리 특징은 변경된 주기 전압 함수의 다양한 특징을 모니터링하는 것을 통하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 변경된 주기 전압 함수의 측정은 시스 용량 및 이온 전류의 원격 모니터링을 가능하게 하며, 또 챔버 처리 또는 기타 챔버 상세내용에 대한 지식없이도 모니터링될 수 있다. 앞서 언급한 시스템 및 방법이 소스 및 챔버의 비국부적 모니터링 및 고장 검출을 위해 이용될 수 있음을 나타내는 다수의 방식의 일부를 예시하기 위해 다수의 예가 뒤따른다.

모니터링의 일례로서, 도 14를 참조하여, 파형(1400)의 DC 옵셋은 플라즈마 소스 (이후 "소스"라고도 지칭됨)의 상태를 나타낼 수 있다. 다르게는, 변경된 주기 전압 함수의 펄스의 상부 부분(1404) (제2 부분)의 기울기는 소스 내에서 효과를 감소시키는 것과 관련될 수 있다. 수평(0과 동일한 기울기를 갖는 것으로 예시됨)으로부터 상부 부분(1404)의 기울기의 표준 편차는 파형(1400)의 양상을 기본으로 한 소스 상태를 모니터링하는 다른 방식이다. 다른 측면은 변경된 주기 전압 함수의 제4 부분(1408)을 따라 샘플링된 V₀ 점의 표준 편차를 측정하고 또 이러한 표준 편차를 챔버 링잉(chamber ringing)에 관련시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 표준 편차가 연속 펄스 동안 모니터링되고, 또 표준 편차가 시간 경과에 따라 증가하는 경우, 이는 챔버에, 예를 들어 e-척에 링잉이 있는 것을 나타낼 수 있다. 링잉은 챔버에 대한 또는 챔버 내에서 불량한 전기 접속의 징후일 수 있거나 또는 원하지 않는 부가적 인덕턴스 또는 용량의 표시일 수 있다.

도 32는 본 명세서의 일 실시예에 따른 기판 지지부에 전달된 2개의 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 이들을 비교하면, 2개의 변경된 주기 전압 함수는 챔버 매칭 또는 그 자리의 비정상 또는 고장 검출을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 변경된 주기 전압 함수의 하나는 기준 파형일 수 있고 또 두번째 함수는 교정하는 동안 플라즈마 처리 챔버로부터 취할 수 있다. 2개의 변경된 주기 전압 함수 간의 차이 (예를 들어, 첨두 대 첨두 전압(V_PP)의 차이)를 이용하여 플라즈마 처리 챔버를 교정할 수 있다. 다르게는, 제2 변경된 주기 전압 함수는 처리하는 동안 기준 파형과 비교될 수 있고 또 파형 특징에서의 임의 차이(예를 들어, 시프트)는 고장을 나타낼 수 있다(예를 들어, 변경된 주기 전압 함수의 제4 부분(3202)의 기울기에서 차이).

도 33은 플라즈마 소스 불안정성 및 플라즈마 밀도에서 변화를 나타낼 수 있는 이온 전류 파형을 도시한다. 도 33에 도시된 바와 같은 이온 전류(I_I)에서의 변동은 시스템에서의 고장과 비정상을 확인하기 위해 분석될 수 있다. 예를 들어, 도 33에서의 주기적 변동은 플라즈마 소스 (예를 들어, 플라즈마 파워 서플라이(102))에서 저주파수 불안정성을 나타낼 수 있다. 이러한 이온 전류(I_I) 변동은 플라즈마 밀도의 사이클적 변화를 또한 나타낼 수 있다. 이러한 지표 및 이들 지표가 나타낼 수 있는 가능한 고장 또는 비정상은 특정 이점을 위해 이온 전류(I_I)의 원격 모니터링이 이용될 수 있는 다수 방식의 1개이다.

도 34는 비순환적 형상을 갖는 변경된 주기 전압 함수의 이온 전류(I_I)를 도시한다. 이온 전류(I_I)의 이러한 실시예는 플라즈마 불안정성 및 플라즈마 밀도 변화와 같은 비순환적 변동을 나타낼 수 있다. 이러한 변동은 아크발생, 기생 플라즈마의 형성 또는 플라즈마 밀도에서의 드리프트와 같은 다양한 플라즈마 불안정성을 나타낼 수 있다.

도 35는 바이어스 서플라이 내의 고장을 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 세번째로 도시된 사이클의 상부 부분(여기서는 제2 부분으로도 지칭됨)은 바이어스 서플라이 (예를 들어, 도 12 중의 파워 서플라이(1206))에서 링잉을 나타낼 수 있는 비정상적 거동을 도시한다. 이러한 링잉은 바이어스 서플라이 내의 고장을 나타낼 수 있다. 또한 링잉의 다른 분석은 파워 시스템 내의 고장 확인을 돕는 특징을 확인할 수 있다.

도 36은 시스템의 용량의 동적 (또는 비선형) 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 예를 들어, 비선형적으로 전압에 의존하는 스트레이 용량은 변경된 주기 전압 함수를 초래할 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 브레이크다운(plasma breakdown) 또는 척에서의 고장도 또한 변경된 주기 전압 함수를 초래할 수 있다. 3개의 도시된 사이클 각각에서 각 사이클의 제4 부분(3602)의 비선형성은 시스템 용량에서 동적 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 비선형성은, 시스템 용량의 다른 부재가 대개 고정되어 있기 때문에, 시스 용량에서의 변화를 나타낼 수 있다.

도 37은 플라즈마 밀도 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 도시된 변경된 주기 전압 함수는 기울기(dV_o/dt)의 단조로운 시프트(단조로운 시프트)를 나타내며, 이는 플라즈마 밀도 변화를 나타낼 수 있다. 이들 단조로운 시프트는 처리 에칭 엔드 포인트(process etch end point)와 같은 기대되는 이벤트의 직접적 표시를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 단조로운 시프트는 기대되는 이벤트가 존재하지 않을 때 처리에서 고장을 나타낼 수 있다.

도 38은 상이한 처리 실시에 대한 이온 전류의 샘플링을 도시하며, 이온 전류 드리프트는 시스템 드리프트를 나타낼 수 있다. 각 데이터 포인트는 소정 실행(given run)에 대한 이온 전류를 나타낼 수 있고, 허용가능한 한계는 사용자 규정되거나 또는 허용가능한 이온 전류를 규정하는 자동화된 한계이다. 이온 전류를 허용가능한 한계 위로 서서히 미는 이온 전류 드리프트는 기판 손상이 가능함을 나타낼 수 있다. 이 유형의 모니터링은 광학적 누락(omission), 두께 측정, 등과 같은 임의 수의 기타 전통적 모니터와 조합될 수 있다. 이온 전류 드리프트를 모니터링하는 이외에 이들 전통적 유형의 모니터는 기존의 모니터링 및 통계적 제어를 향상시킬 수 있다.

도 39는 상이한 처리 변수에 대한 이온 전류의 샘플링을 도시한다. 이 예시에서 이온 전류는 상이한 처리 및 상이한 처리 특징을 구별하기 위한 성능지수(figure of merit)로 이용될 수 있다. 이러한 데이터는 플라즈마 레시피 및 처리의 발달에 이용될 수 있다. 예를 들어 11개의 처리 조건이 시험될 수 있고, 11개의 예시된 이온 전류 데이터 포인트를 초래하며, 또 바람직한 이온 전류를 초래하는 처리를 이상적인 처리로, 또는 대안적으로 바람직한 처리로 선택할 수 있다. 예를 들어, 최저 이온 전류는 이상적인 처리로 선택될 수 있고, 또 이후 바람직한 처리와 관련된 이온 전류는 처리가 바람직한 처리 조건으로 실시되었는지 여부를 판단할 메트릭스서 사용될 수 있다. 이러한 성능지수는 비제한적으로 몇 개 예로서 레이트, 선택성, 및 프로파일 각도와 같은 유사한 전통적인 특징에 더하여 또는 대안적으로 이용될 수 있다.

도 40은 챔버 내에서 플라즈마 없이 모니터링된 2개의 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 이들 2개의 변경된 주기 전압 함수를 비교하여 또 플라즈마 챔버를 특징화하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서 제1 변경된 주기 전압 함수는 기준 파형일 수 있는 반면에, 제2 변경된 주기 전압 함수는 전류적으로 모니터링되는 파형일 수 있다. 이들 파형은 처리 챔버에서 플라즈마 없이, 예를 들어 챔버 세정 또는 예방적 보수 후에 취할 수 있으므로, 발생을 위해(또는 되돌아가기 위해) 챔버를 방출하기 전에, 제2 파형을 이용하여 챔버의 전기적 상태의 확인을 제공할 수 있다.

도 41은 플라즈마 처리를 확인(validate)하기 위하여 사용될 수 있는 2개의 변경된 주기 전압 함수를 도시한다. 제1 변경된 주기 전압 함수는 기준 파형일 수 있는 반면에, 제2 변경된 주기 전압 함수는 현재 모니터링되는 파형일 수 있다. 현재 모니터링된 파형은 기준 파형과 비교되고 또 차이는 전통적인 모니터링 방법을 이용하여서는 검출될 수 없는 기생 및/또는 비용량성 임피던스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 35의 파형에서 보이는 링잉은 검출될 수 있고 또 파워 서플라이에서의 링잉을 나타낼 수 있다.

도 32 내지 도 41에 도시된 메트릭은 모니터링될 수 있는 한편, 방법(3000)은 이온 전류 보상(I_C), 이온 전류(I_I) 및/또는 시스 용량(C_sheath)을 업데이트하기 위하여 반복된다. 예를 들어, 도 38에서 각 이온 전류(I_I) 샘플링이 행해진 후, 상기 방법(3000)은 샘플링(3004)으로 되돌아가서 업데이트된 이온 전류(I_I)를 결정할 수 있다. 다른 예에서, 모니터링 동작의 결과로, 이온 전류(I_I), 이온 에너지(eV) 또는 IEDF 폭에 대한 정정(correction)이 요망될 수 있다. 대응하는 정정이 행해지고 또 방법(3000)이 샘플링(3004)으로 되돌아가서 식 3을 만족하는 새로운 이온 전류 보상(I_C)을 찾는다.

당업자는 도 30, 31, 및 43에 도시된 방법이 어떠한 특규정 또는 기재된 동작 순서를 필요로 하지 않고 도면에 도시되거나 암시된 임의 순서에 한정되지 않음을 인지할 것이다. 예를 들어, 메트릭스(도 32-41)은 IEDF 폭 및/또는 이온 에너지(eV)를 설정하고 모니터링하기 전, 하는 동안 또는 후에 모니터링될 수 있다.

도 44는 본 명세서에 개시된 시스템에서 상이한 지점에서 다양한 파형을 도시한다. 스위칭 모드 파워 서플라이의 스위치 부재에 대한 도시된 스위칭 패턴(4410), 파워 서플라이 전압(V_PS) (4406) (여기서 주기 전압 함수로도 지칭됨), 이온 전류 보상(I_C) (4404), 변경된 주기 전압 함수(4402), 및 기판 전압(V_sub) (4412)을 고려하면, IEDF는 도시된 폭(4414) (축척대로 도시되지 않을 수 있음) 또는 IEDF 형상(4414)을 갖는다. 이 폭은 본 명세서가 "좁은 폭"이라 지칭하는 것보다 더 넓다. 도시된 바와 같이, 이온 전류 보상(I_C) (4404)이 이온 전류(I_I)를 초과하면, 기판 전압(V_sub) (4412)은 일정하지 않다. IEDF 폭(4414)은 기판 전압(V_sub) (4412)의 펄스 사이의 경사진 부분의 전압 차에 비례한다.

이러한 좁지 않은 IEDF 폭(4414)을 고려하면, 본 명세서에 개시된 방법은 I_C = I_I으로 될때 까지(또는 대안적으로 식 2에 따라 관련될 때까지) 이온 전류 보상(I_C)이 조정되는 것을 필요로 한다. 도 45는 이온 전류 보상(I_C)을 이온 전류(I_I)에 매칭하기 위하여 이온 전류 보상(I_C)에서의 최종적 증가 변화를 만든 효과를 도시한다. I_C = I_I이면, 기판 전압(V_sub)(4512)은 실질적으로 일정하게 되고, 또 IEDF 폭(4514)은 좁지 않은 것에서 좁은 것으로 향한다.

좁은 IEDF가 달성되면, 도 46에 도시된 바와 같이 이온 에너지를 소망하는 또는 규정된 값으로 조정할 수 있다. 여기서, 파워 서플라이 전압(또는 대안적으로 스위칭 모드 파워 서플라이의 버스 전압(V_bus))의 크기는 감소한다(예를 들어, 파워 서플라이 전압(4606) 펄스의 최대 음극성 진폭이 감소된다). 그 결과, 첨두 대 첨두 전압이 V_PP1 에서 V_PP2 로 감소됨에 따라서 ΔV₁은 ΔV₂로 감소한다. 따라서 실질적으로 일정한 기판 전압(V_sub) (4608)의 크기가 감소하므로, 이온 에너지의 크기를 (4615)에서부터 (4614)로 감소시키면서 좁은 IEDF 폭은 유지한다.

이온 에너지가 조정되는지 여부에 따라, IEDF 폭은 도 47에 도시된 바와 같이 좁은 IEDF 폭이 달성된 후 확대될 수 있다. 여기서, I_I = I_C (또는 대안적으로, 식 2이 I_I 와 I_C 사이 관계를 만족함)이라 가정하면, I_C가 조정될 수 있으므로 변경된 주기 전압 함수(4702) 사이의 부분의 기울기를 변경시킨다. 이온 전류 보상(I_C) 및 이온 전류(I_I)가 동일하지 않은 결과로, 기판 전압은 실질적으로 일정한 것에서 일정하지 않게 이동한다. 다른 결과는 IEDF 폭(4714)이 좁은 IEDF(4714)로부터 좁지 않은 IEDF(4702)로 확대되는 점이다. I_C가 I_I로부터 떨어지게 조정될 수록, IEDF(4714) 폭은 더 크다.

도 48은 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF(4814) 폭을 가질 때 하나 이상의 이온 에너지 레벨을 달성하기 위하여 이용될 수 있는 파워 서플라이 전압의 1개 패턴을 도시한다. 파워 서플라이 전압(4806)의 크기는 각 사이클로 교번한다. 이는 각 사이클의 변경된 주기 전압 함수(4802)에 대해 교번하는 ΔV 및 첨두 대 첨두 전압을 초래한다. 기판 전압(4812)은 기판 전압의 펄스 사이에서 교번되는 2개의 실질적으로 일정한 전압을 갖는다. 이는 각각 좁은 IEDF(4814) 폭을 갖는 2개의 상이한 이온 에너지를 초래한다.

도 49는 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF(4914) 폭을 가질 때 하나 이상의 이온 에너지 레벨을 달성하기 위하여 이용될 수 있는 파워 서플라이 전압의 다른 패턴을 도시한다. 여기서, 파워 서플라이 전압(4906)은 2개의 상이한 크기 사이에서 교번하지만, 교번하기 전의 시간에 2 사이클 동안 교번한다. 도시된 바와 같이, V_PS(4906)가 매 사이클 마다 교번하는 것처럼 평균 이온 에너지는 동일하다. 이는 얼마나 다양한 다른 패턴의 V_PS(4906)가 사용되어 동일 이온 에너지를 달성할 수 있는지의 일례를 나타낸다.

도 50은 규정된 IEDF(5014)를 생성하기 위해 이용될 수 있는 파워 서플라이 전압(V_PS)(5006) 및 이온 전류 보상(I_C)(5004)의 하나의 조합을 도시한다. 여기서, 교번하는 파워 서플라이 전압(5006)은 2개의 상이한 이온 에너지를 초래한다. 부가적으로, 이온 전류(I_I)로부터 멀어지도록 이온 전류 보상(5004)을 조정함으로써, 각 이온 에너지에 대한 IEDF(5014) 폭이 확대될 수 있다. 이온 에너지가 충분한 양에 가까우면, 이들은 도시된 실시예에서와 같으므로, 양쪽 이온 에너지에 대한 IEDF(5014)는 중첩되어서 1개의 대형 IEDF(5014)를 초래한다. 다른 변형도 또한 가능하지만, 이 예는 V_PS(5006) 및 I_C (5004)에 대한 조정들의 조합이 규정된 이온 에너지 및 규정된 IEDF(5014)를 달성하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주는 것을 의미한다.

이어서, 도 17a 및 17b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이들 실시예에서 기판 지지부(1708)는 정전 척(1782)을 포함하며, 정전 척 서플라이(1780)를 이용하여 정전 척(1782)에 파워를 인가한다. 일부 변형에서, 도 17a에 도시된 바와 같이, 정전 척 서플라이(1780)를 위치시켜 파워를 직접적으로 기판 지지부(1708)에 인가하며, 또 다른 변형으로, 정전 척 서플라이(1780)를 위치시켜 스위칭 모드 파워 서플라이와 관련하여 파워를 인가한다. 별개의 서플라이에 의해 또는 제어부를 사용하는 것에 의해 직렬 척킹이 실시되어 네트 DC 척킹 함수를 초래할 수 있음에 유의해야 한다. 이러한 DC-커플링된(예를 들어, 블로킹 커패시터 없음) 직렬 척킹 함수에서, 다른 RF 소스와의 바람직하지 않은 간섭이 최소화될 수 있다.

도 18에 도시된 것은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 블록도로서, 일반적으로 플라즈마 밀도를 생성하는 작용을 하는 플라즈마 파워 서플라이(1884)는 또한 스위칭 모드 파워 서플라이(1806) 및 정전 척 서플라이(1880)와 함께 기판 지지부(1808)를 구동하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 플라즈마 파워 서플라이(1884), 정전 척 서플라이(1880), 및 스위칭 모드 파워 서플라이(1806) 각각은 별개의 어셈블리에 존재할 수 있거나, 또는 이들 서플라이(1806, 1880, 1884)의 2개 이상은 동일한 물리적 어셈블리에 존재하도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 도 18에 도시된 실시예는 상부 전극(1886) (예를 들어, 샤워 헤드)이 전기적으로 접지되어 전기적 대칭을 얻고 더 적은 아크발생으로 인한 손상 레벨을 감소시킬 수 있다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(1906)는 파워를 기판 지지부 및 챔버(1904)에 인가하여 기판을 바이어스시키고 또 부가적인 플라즈마 파워 서플라이(예를 들어, 플라즈마 파워 서플라이(102), 202, 1202, 1702, 1884))에 대한 필요없이 플라즈마를 점화(및 유지)하도록 구성된다. 예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이(1806)는 기판 지지부에 바이어스를 제공하면서 플라즈마를 점화 및 유지하기에 충분한 듀티 사이클로 동작될 수 있다.

이어, 도 20을 참조하면, 도 1-19에 관하여 기재된 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 제어부의 입력 변수 및 제어 출력을 도시하는 블록도이다. 제어부의 도시는 본 명세서에서 논의된 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 예시적 제어 입력 및 출력의 간소화된 도시를 제공하는 것을 목적으로 한다 - 하드웨어 다이어그램을 의도하는 것은 아니다. 실제 실시예에서, 도시된 제어부는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그의 조합에 의해 실현될 수 있는 몇 개의 개별 부재들 중에 분포될 수 있다.

본 명세서에서 이전에 논의한 실시예를 기준으로, 도 20에 도시된 제어부는 도 1을 참조하여 기재된 제어부(112); 도 2를 참조하여 기재된 제어부(212) 및 이온 에너지 제어(220) 부재; 도 8을 참조하여 기재된 제어부(812) 및 이온 에너지 제어부(820); 도 12를 참조하여 기재된 이온 전류 보상 부재(1260); 도 13을 참조하여 기재된 전류 제어부(1362); 도 16에 도시된 Icc 제어, 도 17a 및 도 17b에 각각 도시된 제어부(1712A, 1712B); 및 도 18 및 도 19에 도시된 제어부(1812, 1912); 중의 하나 이상의 기능을 제공할 수 있다.

도시된 바와 같이, 제어부에 대한 입력으로 이용될 수 있는 변수는 dVo/dt 및 ΔV를 포함하며, 이들은 도 13 및 도 14를 참조하여 더욱 자세하게 기재된다. 논의된 바와 같이, dVo/dt는 이온 에너지-분포-확산 입력 ΔE과 관련하여 이용되어 제어 신호(Icc)를 제공할 수 있고, 이는 도 12, 13, 14, 15a-c, 및 도 16과 관련하여 기재된 이온 에너지 분포 확산의 폭을 제어한다. 또한, 선택적 피드백 ΔV과 관련한 이온 에너지 제어 입력(Ei)을 이용하여 이온 에너지 제어 신호 (예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같은 V_bus에 영향을 줌)를 생성하여 도 1 내지 도 11과 관련하여 더욱 자세하게 기재된 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 유발할 수 있다. 다수의 e-척킹 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 다른 변수는 DC 옵셋 입력이며, 이는 유효한 열적 제어를 위해 웨이퍼를 척에 유지시키기는 정전기력을 제공한다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템(2100)을 도시한다. 상기 시스템(2100)은 기판(2106)(및 다른 플라즈마 처리)의 상부 표면(2118)을 에칭하기 위한 플라즈마(2104)를 둘러싸는 플라즈마 처리 챔버(2102)를 포함한다. 플라즈마는 플라즈마 파워 서플라이(2122)에 의해 파워공급되는 플라즈마 소스(2112) (예를 들어, 제자리 또는 원격 또는 방사된(projected))에 의해 생성된다. 플라즈마(2104)와 기판(2106)의 상부 표면(2118) 사이에서 측정된 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 이온이 플라즈마(2104)로부터 플라즈마 시스(2115)를 가로지르도록 가속시켜, 가속된 이온이 기판(2106)의 상부 표면(2118)에 영향을 주어 기판(2106)(또는 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 기판(2106) 부분)을 에칭하도록 한다. 플라즈마(2104)는 그라운드 (예를 들어, 플라즈마 처리 챔버(2102) 벽)에 대한 플라즈마 전위(V₃)에 있다. 기판(2106)은 정전 척(2111) 및 정전 척(2111)의 상부 표면(2121)과 기판(2106) 사이의 척킹 전위(V_chuck) 을 통하여 지지부(2108)에 정전기적으로 유지되는 저부 표면(2120)을 갖는다. 기판(2106)은 유전체이므로 상부 표면(2118)에서는 제1 전위(V₁) 및 저부 표면(2120)에서는 제2 전위(V₂)를 가질 수 있다. 정전 척(2121)의 상부 표면은 기판의 저부 표면(2120)과 접촉되므로, 이들 2개의 표면(2120, 2121)은 동일 전위(V₂)이다.제1 전위(V₁), 척킹 전위(V_chuck), 및 제2 전위(V₂)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 의해 생성된 DC 바이어스 또는 옵셋에 의해 AC 파형을 통하여 제어되어 제1 도체(2124)를 통하여 정전 척(2111)에 제공된다. 경우에 따라, 제1 도체(2124)를 통하여 AC 파형이 제공되고, 또 선택적 제2 도체(2125)를 통하여 DC 파형이 제공된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 AC 및 DC 출력은, 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 다양한 측면을 제어하도록 구성된 제어부(2132)를 통하여 제어될 수 있다.

이온 에너지 및 이온 에너지 분포는 제1 전위(V₁)의 함수이다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 및 이온 에너지 분포를 생성하는 것으로 공지된 소망하는 제1 전위(V₁)를 유발하도록 맞춤된 AC 파형을 제공한다. AC 파형은 RF일 수 있고 또 도 5, 6, 11, 14, 15a, 15b, 및 15c에 도시된 바와 같은 비-사인파 파형을 갖는다. 제1 전위(V₁)는 도 14에 도시된 전압(ΔV) 변화에 비례할 수 있다. 제1 전위(V₁)는 또한 플라즈마 전압(V₃) 마이너스 플라즈마 시스 전압(V_sheath)와 동일하다. 그러나 플라즈마 전압(V₃)은 플라즈마 시스 전압(V_sheath) (예를 들어, 50 V - 2000 V)와 비교하여 흔히 작기 때문에 (예를 들어, 20 V 미만), 제1 전위(V₁) 및 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 거의 동일하고 또 실시를 위하여 동일한 것으로 취급될 수 있다. 따라서, 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 이온 에너지에 영향을 끼치기 때문에, 제1 전위(V₁)는 이온 에너지 분포에 비례한다. 일정한 제1 전위(V₁)를 유지함으로써, 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 일정하므로 실질적으로 모든 이온은 동일 에너지를 통하여 가속되고, 또 따라서 좁은 이온 에너지 분포가 달성된다. 플라즈마 전압(V₃)은 에너지로부터 기인하며 플라즈마 소스(2112)을 통하여 플라즈마(2104)에 부여된다.

기판(2106)의 상부 표면(2118)에서의 제1 전위(V₁)는 정전 척(2111)으로부터 하전되는 용량 및 시스(2115)를 통과하는 전자 및 이온으로부터 전하 축적(charge buildup)의 조합을 통하여 형성된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)로부터의 AC 파형은 시스(2115)를 통한 이온 및 전자 전달의 효과를 상쇄하도록 맞춤되고 또 제1 전위(V₁)가 실질적으로 일정하게 유지되도록 기판(2106)의 상부 표면(2118)에서 전하 축적을 초래한다.

기판(2106)을 정전 척(2111)에 유지시키는 척킹력은 척킹 전위(V_chuck)의 함수이다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 DC 바이어스, 또는 DC 옵셋을 AC 파형에 제공하므로, 제2 전위(V₂)는 제1 전위(V₁)와는 상이한 전위이다. 이러한 전위차가 척킹 전압(V_chuck)을 초래한다. 척킹 전압(V_chuck)은 정전 척(2111)의 상부 표면(2221)으로부터 기판(2106) 내부의 기준 층까지 측정될 수 있고, 상기 기준층은 기판(2106)의 저부 표면(2120)(기준 층의 기판(2106) 내의 정확한 위치는 다양할 수 있다)을 제외하고는 기판 내부의 상승을 포함한다. 따라서, 척킹은 제2 전위(V₂)에 의해 제어되고 또한 그에 비례한다.

일 실시예에서, 제2 전위(V₂)는 AC 파형에 의해 변경된 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 DC 옵셋과 동일하다(즉, DC 옵셋을 갖는 AC 파형, 여기서 DC 옵셋은 AC 파형의 첨두 대 첨두 전압보다 더 크다). DC 옵셋은 AC 파형보다 실질적으로 더 크므로, 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) 출력의 DC 부재가 제2 전위(V₂)를 지배하고 또 AC 부재는 묵살되거나 또는 무시될 수 있다.

기판(2106) 내의 전위는 제1 및 제2 전위(V₁, V₂) 사이에서 변화한다. 척킹 전위(V_chuck)는 포지티브 또는 네가티브(예를 들어, V₁ > V₂ 또는 V₁ < V₂)일 수 있는데, 이는 척킹 전위(V_chuck) 극성에 관계없이 기판(2106)과 정전 척(2111) 사이의 쿨롱 인력이 존재하기 때문이다.

제어부(2132)와 관련하여 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 결정적으로 또 센서 없이 다양한 전압을 모니터링할 수 있다. 특히, 이온 에너지 (예를 들어, 평균 에너지 및 이온 에너지 분포)는 AC 파형(예를 들어, 기울기 및 스텝)의 변수를 기본으로 하여 결정적으로 모니터링된다. 예를 들어, 플라즈마 전압(V₃), 이온 에너지, 및 이온 에너지 분포는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 의해 발생한 AC 파형의 변수에 비례한다. 특히 AC 파형(예를 들어, 도 14 참조)의 하강 에지의 ΔV은 제1 전위(V₁)에 비례하므로, 이온 에너지에도 비례한다. 제1 전위(V₁)를 일정하게 유지시킴으로써, 이온 에너지 분포가 좁게 유지될 수 있다.

제1 전위(V₁)는 직접 측정될 수 없고 또 스위칭 모드 파워 서플라이 출력과 제1 전압(V₁) 사이의 상관 관계는 기판(2106)의 용량 및 처리 변수에 따라 다양할 수 있지만, ΔV와 제1 전위(V₁) 사이의 비례 상수는 짧은 처리 시간이 경과한 후 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, AC 파형의 하강 에지(ΔV)는 50V이고, 또 비례 상수가 소정 기판 및 처리에 대해 실험적으로 2로 밝혀지면, 제1 전위(V₁)는 100 V로 예상될 수 있다. 스텝 전압(ΔV)과 제1 전위(V₁) (및 따라서 이온 에너지(eV)) 사이의 비례원리는 식 4에 의해 기재된다. 따라서, 이온 에너지와 함께 제1 전위(V₁), 및 이온 에너지 분포는 플라즈마 처리 챔버(2102) 내부의 센서없이 스위칭 모드 파워 서플라이의 AC 파형의 지식을 기본으로 하여 결정될 수 있다. 부가적으로, 제어부(2132)과 관련된 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 언제 척킹이 생기는지 및 척킹이 일어나는지 여부(예를 들어, 기판(2106)이 척킹 전위(V_chuck)를 통하여 정전 척(2111)에 유지되는지 여부)를 모니터링할 수 있다.

디척킹(dechucking)은 척킹 전위(V_chuck)를 제거 또는 감소시키는 것에 의해 실시된다. 이는 제1 전위(V₁)과 동일한 제2 전위(V₂)를 설정하는 것에 의해 실시될 수 있다. 즉, DC 옵셋 및 AC 파형은 조정되어 척킹 전압(V_chuck)이 0V에 접근하도록 유도한다. 통상의 디척킹 방법과 비교하여, 시스템(2100)은 더 빠른 디척킹 및 더 큰 스루풋(throughput)을 달성하는데 이는 DC 옵셋 및 AC 파형이 조정되어 디척킹을 달성할 수 있기 때문이다. 또한, DC 및 AC 파워 서플라이가 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 존재할 때, 이들의 회로는 더욱 단일화되고, 더 가까와지고, 단일 제어부(2132)를 통하여 제어될 수 있고 (DC 및 AC 파워 서플라이의 전형적인 병렬 배열과 비교하여), 또 출력을 더 빠르게 변화시킨다. 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 가능하게된 디척킹의 속도는 플라즈마(2014)가 소멸된 후 또는 적어도 플라즈마(2104)로부터의 파워를 오프한 후 디척킹을 가능하게 한다.

플라즈마 소스(2112)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 소스(2112)는 플라즈마 처리 챔버(2102) 내에 전극을 포함하여 챔버(2102) 내에 RF 필드를 확립하여 플라즈마(2014)를 점화하고 유지한다. 다른 실시예에서, 플라즈마 소스(2112)는 원격 방사된 플라즈마 소스를 포함하여서 이온화 전자기장을 원격 생성하고, 이온화 전자기장을 처리 챔버(2102)로 방사하거나 연장시켜서, 이온화 전자기장을 이용하여 플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마(2014)를 점화하고 유지한다. 그러나, 원격 방사된 플라즈마 소스는 또한 필드 전송부(예를 들어, 도전성 튜브)를 포함하여 이온화 전자기장이 플라즈마 처리 챔버(2102)를 통과하며, 그 시간 동안 이온화 전자기장이 약화되어 플라즈마 처리 챔버(2102) 내의 필드 세기는 1/10 또는 1/100 또는 1/1000이거나 또는 전기장이 원격 방사된 플라즈마 소스에서 처음으로 생성될 때 전기장 세기의 더 적은 부분이다. 플라즈마 소스(2112)는 축척으로 도시하지 않는다.

스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 플로팅할 수 있으므로 그라운드와 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) 사이에서 직렬로 연결된 DC 파워 소스(도시되지 않음)에 의해 DC 옵셋에서 바이어스될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) (예를 들어 도 22, 23, 26 참조)에 대하여 내부인 AC 및 DC 파워 소스를 통하여, 또는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 대하여 내부인 AC 파워 소스 및 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) (예를 들어 도 24, 27 참조)에 대해 외부인 DC 파워 서플라이를 통하여 DC 옵셋과 함께 AC 파형을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 접지될 수 있고 또 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)와 정전 척(2111) 사이에 직렬로 결합된 플로팅 DC 파워 소스에 직렬로 결합될 수 있다.

제어부(2132)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)가 AC 및 DC 파워 소스를 포함할 때 스위칭 모드 파워 서플라이의 AC 및 DC 출력을 제어할 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)가 DC 파워 소스에 직렬로 접속되면, 제어부(2132)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 AC 출력 만을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어부(2130)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 결합된 DC 파워 서플라이, 및 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) 양쪽을 제어할 수 있다. 당업자는 단일 제어부(2132)가 도시되는 동안, 다른 제어부가 실시되어 정전 척(2111)에 제공된 AC 파형 및 DC 옵셋을 제어할 수 있음을 인지할 것이다.

정전 척(2111)은 유전체(예를 들어, 세라믹)일 수 있으므로 DC 전압의 경로를 실질적으로 차단할 수 있거나, 또는 도핑된 세라믹과 같은 반도체 물질일 수 있다. 어떤 경우에도, 정전 척(2111)은 정전 척(2111)의 상부 표면(2121) 상에 제2 전압(V₂)을 가질 수 있어 전압을 기판(2106) (통상 유전체)의 상부 표면(2118)에 용량적으로 결합되어 제1 전압(V₁)을 형성한다.

플라즈마(2104)의 형상 및 크기는 반드시 축척대로 도시되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라즈마(2104)의 에지는 특정 플라즈마 밀도에 의해 규정될 수 있고, 이 경우 도시된 플라즈마(2104)는 특정 플라즈마 밀도로 도시되지 않는다. 유사하게, 적어도 일부 플라즈마 밀도는 도시된 플라즈마(2104) 형상에도 불구하고 전체 플라즈마 처리 챔버(2102)를 채운다. 도시된 플라즈마(2104) 형상은 시스(2115)를 주로 도시하기 위한 것이고, 플라즈마(2104)에 비하여 실질적으로 더 작은 플라즈마 밀도를 갖는다.

도 22는 플라즈마 처리 시스템(2200)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 직렬로 연결된 DC 파워 소스 (2234) 및 AC 파워 소스(2236)를 포함한다. 제어부(2232)는 AC 파워 소스(2236) 파형 및 DC 파워 소스(2234) 바이어스 또는 옵셋을 제어하는 것에 의해 스위칭 모드 파워 서플라이 (2230)의 DC 옵셋 출력에 의해 AC 파형을 제어하도록 구성된다. 이 실시예는 또한 척(2211)에 매립된 그리드(grid) 또는 메쉬 전극(2210)을 갖는 정전 척(2211)을 포함한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 그리드 전극(2210)에 대하여 AC 및 DC 바이어스를 제공한다. DC 바이어스보다 실질적으로 더 작아서 무시될 수 있는 AC 부재와 더불어 DC 바이어스는 그리드 전극(2210) 위에 제3 전위(V₄)를 확립한다. 제3 전위(V₄)가 기판(2206) (기판(2206)의 저부 표면(2220) 제외) 이내의 기준층에서의 전위보다 상이할 때, 척킹 전위(V_chuck) 및 쿨롱 척킹력이 확립되어 기판(2206)을 정전 척(2211)에 유지시킨다. 기준층은 그리드 전극(2210)에 병렬 가상 면이다. AC 파형은 그리드 전극(2210)으로부터 정전 척(2211)의 일부를 통하여 또 기판(2206)을 통하여 용량적으로 결합되어 기판(2206)의 상부 표면(2218) 상의 제1 전위(V₁)를 제어한다. 플라즈마 전위(V₃)는 플라즈마 시스 전압(V_sheath)에 대하여 무시할 수 있기 때문에, 제1 전위(V₁) 및 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 대략 동일하며, 또 실제적 목적을 위해 동일한 것으로 간주된다. 따라서, 제1 전위(V₁)는 시스(2215)를 통하여 이온을 가속시키기 위해 사용된 전위와 동일하다.

일 실시예에서, 정전 척(2211)은 척(2211)의 본체를 통한 전위차는 무시할 수 있을 정도로 충분히 도전성으로 되도록 도핑될 수 있으므로 그리드 또는 메쉬 전극(2210)은 제2 전위(V₂)와 실질적으로 동일한 전압일 수 있다.

그리드 전극(2210)은 기판(2206)에 대해 병렬이고, 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)에 의해 바이어스되어 척킹 전위(V_chuck)를 설정하도록 구성된 정전 척(2211)에 매립된 도전성 평면 장치일 수 있다. 그리드 전극(2210)은 정전 척(2211)의 하부 부분에 매립되는 것으로 도시되지만, 그리드 전극(2210)은 기판(2206)으로부터 가깝게 또는 더 가깝게 위치할 수 있다. 그리드 전극(2210)은 또한 그리드 패턴을 가질 필요는 없다. 일 실시예에서, 그리드 전극(2210)은 고체 전극일 수 있거나 또는 비-그리드 형상(예를 들어, 체커보드 패턴)의 비-고체 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 정전 척(2211)은 세라믹 또는 기타 유전체이므로 그리드 전극(2210) 상의 제3 전위(V₄)는 정전 척(2211)의 상부 표면(2221) 상의 제1 전위(V₁)와 동일하지 않다. 다른 실시예에서, 정전 척(2211)은 약간 도전성인 도핑된 세라믹이므로 그리드 전극(2210) 상의 제3 전위(V₄)는 정전 척(2211)의 상부 표면(2221) 상의 제2 전위(V₂)와 동일할 수 있다.

스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 비-사인파일 수 있는 AC 출력을 생성한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 DC 및 AC 소스(2234, 2236)를 직렬로 동작시킬 수 있고 이는 DC 파워 소스(2234)가 AC-도전성이고 또 AC 파워 소스(2236)가 DC-도전성이기 때문이다. 비-DC-도전성인 예시적 AC 파워 소스는 DC 전압 또는 전류가 제공될 때 손상될 수 있는 특정 선형 증폭기이다. AC-도전성 및 DC-도전성 파워 소스의 사용은 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)에 사용된 부재의 수를 감소시킨다. 예를 들어, DC 파워 소스(2234)가 AC-차단이면, AC-바이패스 또는 DC-차단 부재(예를 들어, 커패시터)는 DC 파워 소스(2234)와 병렬하게 배열되어야 할 수 있다. AC 파워 소스(2236)가 DC-차단이면, DC-바이패스 또는 AC-차단 부재(예를 들어, 인덕터)는 AC 파워 소스(2236)와 병렬하게 배열되어야 한다.

본 실시예에서, AC 파워 소스(2238)는 기판(2206)의 상부 표면(2218)을 이온 충돌하기 위한 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 유발하기 위해 제어가능한 방식으로 정전 척(2211)에 전압 바이어스를 인가하도록 일반적으로 구성된다. 더욱 자세하게는, AC 파워 소스(2236)는 특정 파워 레벨에서 하나 이상의 특정 파형을 그리드 전극(2210)에 인가하는 것에 의해 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 유발하도록 구성된다. 더욱 자세하게는, AC 파워 소스(2236)는 특정 파워 레벨을 인가하여 특정 이온 에너지를 유발하고, 또 파형 메모리(도시되지 않음)에 저장된 파형 데이터에 의해 규정된 하나 이상의 전압 파형을 이용하여 특정 파워 레벨을 인가한다. 그 결과, 하나 이상의 특정 이온 충돌 에너지는 기판(2206)(또는 기타 플라즈마-지원 처리들)의 제어 에칭을 실시하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, AC 파워 소스(2236)는 스위칭 모드 구조(예를 들어 도 25-27 참조)를 이용할 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230), 및 특히 AC 파워 소스(2236)는 본 발명의 다양한 실시예에 기재된 바와 같이 AC 파형을 발생할 수 있다.

당업자는 그리드 전극(2210)이 필수적인 것은 아니고 또 그리드 전극(2210) 없이 다른 실시예가 실시될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 당업자는 척킹 전위(V_chuck)를 확립하기 위해 이용될 수 있는 다수의 장치의 일례일 뿐임을 또한 인지할 것이다.

도 23은 플라즈마 처리 시스템(2300)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예는 AC 파형 및 DC 바이어스를 정전 척(2311)에 제공하기 위하여 스위칭 모드 파워 서플라이(2330)를 포함한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2330)는 DC 파워 소스(2334) 및 AC 파워 소스(2336)를 포함하며, 양자는 접지될 수 있다. AC 파워 소스(2336)는 제1 도체(2324)를 통하여 정전 척(2311)에 매립된 제1 그리드 또는 메쉬 전극(2310)에 제공된 AC 파형을 생성한다. AC 파워 소스(2336)는 제1 그리드 또는 메쉬 전극(2310) 위에 전위(V₄)를 확립한다. DC 파워 소스(2334)는 제2 도체(2325)를 통하여 정전 척(2311)에 매립된 제2 그리드 또는 메쉬 전극(2312)에 제공된 DC 바이어스를 생성한다. DC 파워 소스(2334)는 제2 그리드 또는 메쉬 전극(2312) 위에 전위(V₅)를 확립한다. 전위(V₄, V₅)는 AC 및 DC 파워 소스(2336, 2334) 각각을 통하여 독립적으로 제어될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 그리드 또는 메쉬 전극(2310, 2312)은 용량적으로 결합될 수 있고 및/또는 정전 척(2311)의 일부를 통하여 그리드 또는 메쉬 전극(2310, 2312) 사이에서 DC 결합될 수 있다. AC 또는 DC 결합이 존재하면, 전위(V₄, V₅)는 결합될 수 있다. 당업자는 제1 및 제2 그리드 전극(2310, 2312)이 제1 그리드 전극(2310)을 제2 그리드 전극(2312) 보다 기판(2306)에 가깝게 배열하는 것을 포함하는 정전 척(2311)을 통하여 다양한 위치에서 배열될 수 있음을 인지할 것이다.

도 24는 플라즈마 처리 시스템(2400)의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)는 AC 파형을 정전 척(2411)에 제공하며, 이때 스위칭 모드 파워 서플라이(2430) 출력은 DC 파워 서플라이(2434)에 의해 제공되는 DC 바이어스에 의해 상쇄된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)의 AC 파형은 제어부(2435)에 의해 선택된 파형을 가져서 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 플라즈마(2404)로부터의 이온을 사용하여 기판(2406)을 충돌한다. AC 파형은 비-사인파(예를 들어, 구형파 또는 펄스화)일 수 있고 또 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)의 AC 파워 소스(2436)을 통하여 생성될 수 있다. 척킹은 DC 파워 서플라이(2434)로부터 DC 옵셋을 통하여 제어되며, 이는 제어부(2433)에 의해 제어된다. DC 파워 서플라이(2434)는 그라운드와 스위칭 모드 파워 서플라이(2430) 사이에서 직렬로 결합될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)는 플로팅하여서 그의 DC 바이어스는 DC 파워 서플라이(2434)에 의해 설정될 수 있다.

당업자는 도시된 실시예가 2개의 독립적인 제어부(2433, 2435)를 도시하며, 이들은 선택적 제어부(2432)와 같은 단일 함수 단위, 장치 또는 시스템에 결합될 수 있음을 인지할 것이다. 부가적으로, 제어부(2433, 2435)는 결합되어 서로 소통되고 처리 자원을 공유할 수 있다.

도 25는 플라즈마 처리 시스템(2500)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예는 DC 파워 서플라이(도시되지 않음)에 의해 제공된 DC 옵셋을 가질 수 있는 AC 파형을 발생하는 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)를 포함한다. 스위칭 모드 파워 서플라이는 전압 및 전류 제어부(2537, 2539)를 포함하는 선택적 제어부(2535)를 통하여 제어될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)는 전압 제어부(2537)에 의해 제어된 전압 출력을 갖는 제어가능한 전압원(2538), 및 전류 제어부(2539)에 의해 제어된 전류 출력을 갖는 제어가능한 전류원(2540)을 포함할 수 있다. 제어가능한 전압 및 전류원(2538, 2540)은 병렬 배열일 수 있다. 제어가능한 전류원(2540)은 플라즈마(2504)와 기판(2506) 사이의 이온 전류에 대해 보상하도록 구성된다.

전압 및 전류 제어부(2537, 2539)는 결합될 수 있고 서로 연통할 수 있다. 전압 제어부(2537)는 또한 제어가능한 전압원(2538)의 스위칭된 출력(2539)을 제어할 수 있다. 스위칭된 출력(2539)은 도시된 바와 같은 병렬 2개의 스위치를 포함할 수 있거나, 또는 제어가능한 전압원(2538)의 출력을 소망하는 AC 파형(예를 들어, 비-사인파)으로 전환하는 회로를 포함할 수 있다. 상기 2개 스위치를 통하여, 제어가능한 전압원(2538)으로부터 제어된 전압 또는 AC 파형은 제어가능한 전류원(2540)의 제어된 전류 출력에 의해 조합되어 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)의 AC 파형 출력을 생성한다.

제어가능한 전압원(2538)은 소정 극성을 갖는 것으로 도시되지만, 당업자는 반대 극성이 도시된 것과 동일한 것임을 인지할 것이다. 경우에 따라, 스위칭된 출력(2539)과 함께 제어가능한 전압 및 전류원(2538, 2540)은 AC 파워 소스(2536)의 일부일 수 있고 또 AC 파워 소스(2536)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)의 내부 또는 외부에 존재하는 DC 파워 소스 (도시되지 않음)에 의해 직렬로 배열될 수 있다.

도 26은 플라즈마 처리 시스템(2600)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)는 DC 옵셋을 갖는 AC 파형을 정전 척(2611)에 제공한다. 파형의 AC 부재는 스위칭된 출력(2639)을 통하여 서로 결합된 제어가능한 전압원(2638) 및 제어가능한 전류원(2640)의 병렬 조합을 통하여 생성된다. DC 옵셋은 그라운드와 제어가능한 전압원(2638) 사이에서 직렬로 결합된 DC 파워 소스(2634)에 의해 생성된다. 일 실시예에서, DC 파워 소스(2634)는 접지되기 보다는 플로팅될 수 있다. 유사하게, 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)는 플로팅 또는 접지될 수 있다.

시스템(2600)은 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 출력을 제어하기 위한 하나 이상의 제어부를 포함할 수 있다. 제1 제어부(2632)는 예를 들어 제2 제어부(2633) 및 제3 제어부(2635)를 통하여 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 출력을 제어할 수 있다. 제2 제어부(2633)는 DC 파워 소스(2634)에 의해 생성되는 바와 같이 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 DC 옵셋을 제어할 수 있다. 제3 제어부(2635)는 제어가능한 전압원(2638) 및 제어가능한 전류원(2640)을 제어하는 것에 의해 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 AC 파형을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 전압 제어부(2637)는 제어가능한 전압원(2638)의 전압 출력을 제어하고 또 전류 제어부(2639)는 제어가능한 전류원 (2640)의 전류를 제어한다. 전압 및 전류 제어부(2637, 2639)는 서로 연통될 수 있고 또 제3 제어부(2635)의 일부일 수 있다.

당업자는 파워 소스(2634, 2638, 2640)에 대한 제어부의 다양한 구조를 기재하는 상기 실시예는 비제한적이며, 또 다양한 다른 구조는 본 명세서에서 벗어나지 않고 실시될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 제3 제어부(2635) 또는 전압 제어부(2637)는 제어가능한 전압원(2638)과 제어가능한 전류원(2640) 사이에서 스위칭된 출력(2639)을 제어할 수 있다. 다른 예로서, 제2 및 제3 제어부(2633, 2635)는 서로 연통될 수 있다(도시되어 있지는 않음). 제어가능한 전압 및 전류원(2638, 2640)의 극성은 예시적일 뿐이고 제한을 의미하지 않음을 이해되어야 한다.

스위칭된 출력(2639)은 AC 파형을 형성하기 위하여 2개의 병렬 스위치를 교번하여 스위칭할 수 있다. 스위칭된 출력(2639)은, 비제한적으로, MOSFET 및 BJT를 포함하는 다양한 스위치를 포함할 수 있다. 일개 변형에서, DC 파워 소스(2634)는 제어가능한 전류원(2640)과 정전 척(2611) (즉, DC 파워 소스(2634)가 플로팅할 수 있음) 사이에서 배열될 수 있고, 또 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)는 접지될 수 있다.

도 27은 플라즈마 처리 시스템(2700)의 다른 실시예를 도시한다. 일개 변형에서, 스위칭 모드 파워 서플라이(2734)는 다시 접지되지만, 스위칭 모드 파워 서플라이(2730)에 통합되기보다는, DC 파워 소스(2734)는 별개 부재이고 또 DC 옵셋을 스위칭 모드 파워 서플라이(2730) 이내의 부재보다는 전체 스위칭 모드 파워 서플라이(2730)에 제공한다.

도 28은 본 발명의 실시예에 따른 방법(2800)을 도시한다. 이 방법(2800)은 기판을 플라즈마 챔버 동작(2802)에 위치시키는 것을 포함한다. 이 방법(2800)은 플라즈마 챔버 동작(2804)에서 플라즈마를 형성하는 것을 더 포함한다. 이러한 플라즈마는 그 자리에 또는 원격 방사된 소스에 의해 형성될 수 있다. 상기 방법(2800)은 또한 스위치 파워 동작(2806)을 포함한다. 스위치 파워 동작(2806)은 주기전압 함수를 기판에 인가하기 위하여 기판에 파워를 제어가능한 스위칭하는 것을 포함한다. 주기 전압 함수는 펄스화된 파형 (예를 들어, 구형파) 또는 AC 파형으로 간주될 수 있고 또 스위칭 모드 파워 서플라이와 직렬로 DC 파워 소스에 의해 생성된 DC 옵셋을 포함한다. 일 실시예에서, DC 파워 소스는 스위칭 모드 파워 서플라이에 통합될 수 있고 또 따라서 스위칭 모드 파워 서플라이의 AC 파워 소스와 직렬일 수 있다. DC 옵셋은 정전 척의 상부 표면과 기판 내의 기준층 사이에서 전위차를 생성하며 또 이러한 전위차는 척킹 전위라 칭한다. 정전 척과 기판 사이의 척킹 전위는 기판을 정전 척에 유지시킴으로써 처리하는 동안 기판이 이동하지 않게 한다. 상기 방법(2800)은 주기 전압 함수가 다수의 사이클에 걸쳐 변조되는 변조 동작(2808)을 더 포함한다. 변조는 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포를 시간-평균법으로 유발하기 위하여 기판의 표면에서 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지 분포에 응답한다.

도 29는 본 발명의 실시예에 따른 다른 방법(2900)을 도시한다. 이 방법(2900)은 플라즈마 챔버 동작(2902)에서 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 이 방법(2900)은 플라즈마 챔버 동작(2904)에서 플라즈마를 형성하는 것을 더 포함한다. 이러한 플라즈마는 그자리에서 또는 원격 방사된 소스를 통하여 형성될 수 있다. 이 방법(2900)은 또한 적어도 하나의 이온 에너지 분포 설정 동작(2906)을 수신하는 것을 포함한다. 수신 동작(2906)에 수신된 설정은 기판의 표면에서 하나 이상의 이온 에너지를 나타낼 수 있다. 이 방법(2900)은 또한 다음을 유발하기 위하여 기판에 대한 파워이 제어가능하게 스위칭되는 스위치 파워 동작(2906)을 더 포함한다: (1) 시간-평균법으로 이온 에너지의 소망하는 (또는 규정된) 분포; 및 (2) 시간-평균법으로 소망하는 척킹 전위. 상기 파워는 AC 파형 및 DC 옵셋을 가질 수 있다.

결론적으로, 본 발명은 다른 것 중에서도, 스위칭 모드 파워 서플라이를 이용하여 소망하는 (또는 규정된) 이온 에너지를 선택적으로 생성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 당업자는 다수의 변형과 치환이 본 발명에서 행해질 수 있고, 또 실질적으로 동일한 결과를 얻기 위한 그의 사용 및 그의 구조는 본 발명에 기재된 실시예에 의해 달성되는 바와 같음을 용이하게 인지할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 예시적 형태에 한정되지 않는다. 다수의 변형, 변이, 및 대안적 구성은 개시된 본 발명의 범위와 정신 내에 포함된다.

Claims (37)

1. 하나 이상의 플라즈마 시스 전압을 설정하기 위한 방법으로,
   플라즈마 챔버의 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계로서, 상기 기판 지지부는 플라즈마에서의 처리를 위해 구성되는 기판에 결합되고, 상기 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(I_C)에 의해 변경된 주기 전압 함수를 포함하고,
   상기 변경된 주기 전압 함수는 펄스들 및 펄스들 사이의 일부분을 포함하고,
   상기 펄스들은 주기 전압 함수의 함수이고,
   상기 펄스들 사이의 일부분의 기울기는 이온 전류 보상(I_C)의 함수인, 단계;
   적어도 상기 기판 지지부의 용량(capacitance)를 나타내는 유효 용량 값(C₁)을 액세스하는 단계; 및
   기판의 표면에 도달한 이온들의 규정된 이온 에너지 분포 함수로 되는 이온 전류 보상(I_C)을 식별하는 단계로서, 상기 식별은 펄스들 사이의 일부분의 기울기 dV₀/dt 및 유효 용량(C₁)의 함수인, 단계;를 포함하는, 하나 이상의 플라즈마 시스 전압을 설정하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 규정된 이온 에너지 분포는 좁은 이온 에너지 분포인, 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 규정된 이온 에너지 분포는, 펄스들 사이의 일부분 동안 기판 표면에서의 정 전압에 대응하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)의 값은, 다음 식:
   

   

   
   과 같이 함수 f를 만족하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이온 전류 보상(I_C)을 제1 값으로 설정하는 단계;
   상기 함수(f)의 사인(sign)을 결정하는 단계; 및
   상기 함수(f)의 사인이 포지티브인 경우, 이온 전류 보상(I_C)을 증가시키고 상기 함수(f)의 사인이 네가티브인 경우, 이온 전류 보상(I_C)을 감소시키는 단계를 도 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 식별 단계는 둘 이상의 시간들에서의 펄스들 사이의 일부분의 전압을 샘플링하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 식별 단계는 둘 이상의 시간들에서 샘플링된 전압으로부터 기울기 dV₀/dt를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 식별 단계는, 변경된 주기 전압 함수의 둘 이상의 사이클들에 대한 기울기 dV₀/dt를 계산하는 단계를 포함하고, 상기 둘 이상의 사이클들의 각각은 다른 값의 이온 전류 보상(I_C)와 관련되는, 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 식별 단계는, 제1 사이클 동안 펄스들 사이의 일부분의 전압을 샘플링하는 단계 및 제2 사이클 동안 적어도 이들 샘플링된 전압들로부터 기울기 dV₀/dt를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은, 플라즈마의 플라즈마 시스에 걸쳐 이온 전류(I_I)에 선형으로 관련되는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은, 다음 식:
    

    

    
    에 따라 이온 전류(I_I)에 선형으로 관련되고,
    상기 식에서 C₁은 바이어스 서플라이에 의해 나타내지는 플라즈마 챔버의 유효 용량이고, C_stray는 바이어스 서플라이에 의해 나타내지는 플라즈마 챔버의 누적 스트레이 용량인, 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 유효 용량(C₁)은 시간에 따라 변하는, 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은 시간에 따라 변하는, 방법.
14. 제1항에 있어서, 이온들이 제1 이온 에너지로 기판의 표면에 도달하도록 기판에 변경된 주기적 전압 함수를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 변경된 주기적 전압 함수는 제1 이온 에너지에 대응하는 제1 전압 스텝을 갖는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 이온 에너지 분포 함수를 넓히기 위해, 이온 전류 보상(I_C)의 제2 값으로 기판 지지부에 변경된 주기적 전압 함수를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 제1 전압 스텝 및 제2 전압 스텝은 변경된 주기적 전압 함수의 인접 사이클들에 제공되는, 방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 제공 단계는. 플라즈마의 밀도에 대해 무시할 수 있는 영향을 갖는, 방법.
19. 플라즈마 처리 챔버 내의 기판의 표면에 규정된 이온 에너지를 달성하기 위한 플라즈마 바이어스 방법으로, 상기 방법은,
    이온 전류 보상에 의해 변경된 주기 전압 함수를 포함하는 변경된 주기 전압 함수를 기판 지지부에 인가하는 단계;
    전압 데이터 포인트들을 생성하기 위해 상기 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클을 샘플링하는 단계;
    상기 전압 데이터 포인트들로부터 기판 지지부에서 제1 이온 에너지의 값을 추정하는 단계; 및
    제1 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 같아질 때까지 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함하는, 플라즈마 바이어스 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클을 샘플링하고 상기 조정 단계의 각각의 전압 증가 후 제1 이온 에너지의 값을 계산하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 바이어스 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 추정 단계는 입력으로서의 이온 전류의 함수인, 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 이온 전류는 이온 전류 보상의 함수인, 방법.
23. 제22항에 있어서, 다음 식이 제1 이온 에너지의 값을 추정할 때 사용되고:
    

    

    
    상기 식에서, △V는 전압 스텝이고, C₁은 바이어스 서플라이에 의해 나타내지는 플라즈마 챔버의 유효 용량이고, C_sheath는 이온 전류에 의존하는 플라즈마 시스의 시스 용량인, 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 조정 단계는, 제1 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 같아질 때까지 변경된 주기 전압 함수의 전압 스텝(△V)을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 제19항에 있어서, 이온 에너지의 분포의 폭을 넓히기 위해 이온 전류 보상의 제1 값을 제2 값으로 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법.
26. 제19항에 있어서, 상기 인가 단계 및 조정 단계는 플라즈마의 플라즈마 밀도에 대해 무시가능한 영향을 갖는, 방법.
27. 제19항에 있어서, 제1 이온 에너지가 규정된 이온 에너지와 같아질 때까지 바이어스 서플라이 전압을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
28. 이온 에너지 분포 함수 폭을 달성하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
    플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계;
    제1 시간 및 제2 시간에 비사인 파형으로부터 적어도 두 개의 전압들을 샘플링하는 단계;
    dV/dt로서 상기 적어도 두 개의 전압들의 기울기를 계산하는 단계;
    상기 기울기를 공지된 기준 기울기와 비교하여 이온 에너지 분포 함수 폭에 대응하도록 하는 단계; 및
    상기 기울기가 기준 기울기에 접근하도록 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
29. 제28항에 있어서, 제1 시간은 변경된 주기 전압 함수의 제1 사이클 동안 일어나고 제2 시간은 변경된 주기 전압 함수의 제2 사이클 동안 일어나는, 방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2 시간은 변경된 주기 전압 함수의 동일한 사이클 동안 일어나는, 방법.
31. 제28항에 있어서, 상기 샘플링 단계는 적어도 400 kHz의 샘플링 레이트로 행해지는, 방법.
32. 플라즈마를 포함하도록 구성되는 플라즈마 처리 챔버;
    플라즈마 처리 챔버 내에 위치되고 플라즈마 처리 동안 기판을 지지하도록 배치되는 기판 지지부;
    펄스들과 이 펄스들 사이의 일부를 갖는 주기 전압 함수를 기판 지지부에 제공하는 파워 서플라이;
    기판 지지부에 제공되는 변경된 주기 전압 함수를 형성하도록 펄스들 간의 일부의 기울기를 변경하는 이온 전류 보상 부재; 및
    스위칭 모드 파워 서플라이 및 이온 전류 보상 부재와 통신하고, 기판 지지부에 제공된 경우, 기판의 표면에 도달하는 이온들의 규정된 이온 에너지 분포 함수로 되는 이온 전류 보상의 값을 식별하도록 구성되는 제어부를 포함하는 시스템.
33. 제32항에 있어서, 상기 제어부는, 기판의 표면에 도달하는 이온들의 규정된 이온 에너지 분포 함수가 달성될 때까지 이온 전류 보상의 진폭을 조정하는 시스템.
34. 제32항에 있어서, 상기 제어부는, 기판 지지부에 제공된 경우, 기판의 표면에 도달하는 이온들의 규정된 이온 에너지로 되는 주기 전압 함수의 펄스들의 진폭을 식별하도록 구성되는 시스템.
35. 제34항에 있어서, 상기 제어부는, 기판의 표면에 도달하는 이온들의 규정된 이온 에너지가 달성될 때까지 주기 전압 함수의 펄스들의 진폭을 조정하는 시스템.
36. 기판을 처리하도록 구성되는 플라즈마의 이온 전류를 모니터하는 방법을 실행하기 위한, 프로세서 판독가능한 명령들로 인코딩된, 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은,
    제1 값을 갖는 이온 전류 보상이 주어진 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계;
    제2 값을 갖는 이온 전류 보상이 주어진 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계;
    상기 제1 및 제2 샘플링에 기초하여 시간의 함수로서 상기 변경된 주기 전압 함수의 기울기를 결정하는 단계; 및
    상기 기울기에 기초하여, 기판상의 정 전압이 상기 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클 동안 존재하는, 이온 전류 보상의 제3 값을 계산하는 단계를 포함하는, 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
37. 제36항에 있어서, 플라즈마의 플라즈마 시스에 걸친 시스 전압을 계산하는 단계를 더 포함하는, 비일시적인, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체.

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