KR20150047599A

KR20150047599A - 스위칭 모드 이온 에너지 분포 시스템을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR20150047599A
Application number: KR1020157007771A
Authority: KR
Inventors: 빅터 브룩; 다니엘 제이. 호프만; 다니엘 카터
Original assignee: 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-05-04
Also published as: CN104782233A; WO2014035899A8; JP6329543B2; KR101952563B1; CN104782233B; JP2015534718A; WO2014035899A1

Abstract

플라즈마 챔버에 이온 에너지를 조정하며 기판을 기판 지지부에 척킹하는 시스템, 방법 및 장치가 개시된다. 예시적인 방법은 플라즈마 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 상기 플라즈마 챔버에 플라즈마를 형성하는 단계, 상기 기판에 주기 전압 함수(또는 변경된 주기 전압 함수)를 인가하기 위해 기판에 대한 파워를 제어 가능하게 스위칭하는 단계, 및 주기 전압 함수의 다중 사이클에 걸쳐 기판의 표면에서 소망하는 이온 에너지 분포에 응답하여 주기 전압 함수를 변조하여 시간-평균 방식으로 정의된 이온 에너지 분포를 달성하는 단계를 포함한다.

Description

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

본 출원은 2011. 7. 28.자에 출원된 미국 특허출원 13/193,299호의 일부계속출원(CIP) 및 2010. 8. 29.자로 출원된 미국 가특허출원 12/870,837호의 일부계속출원(CIP)이다. 상기 출원 13/193,299호와 12/870,837호의 상세한 사항은 전체적으로 그리고 모든 적절한 목적을 위해 본 출원에 참고로 통합된다.

본 발명은 일반적으로 플라즈마 처리(plasma processing)에 관한 것이다. 특히, 그러나 제한되지 않는 것으로, 본 발명은 플라즈마-지원(plasma-assisted) 에칭, 증착 및/또는 다른 플라즈마-지원 처리용 장치와 방법에 관한 것이다.

많은 종류의 반도체 장치는 플라즈마-기반 에칭 기술을 사용하여 제조된다. 만약 에칭될 도체가 있을 때, 접지에 대하여 음전압이 기판 도체의 표면을 따라 실질적으로 균일한 음전압을 발생하도록 도전성 기판에 인가될 수 있으며, 이는 도체로 양전하로 대전된 이온을 끌어당기며, 그 결과 도체와 충돌하는 양이온이 실질적으로 동일한 에너지를 갖는다.

그러나, 만약 기판이 유전체인 경우, 변하지 않는 전압은 기판의 표면을 따라 전압을 인가하지 못한다. 그러나, AC 전계가 기판의 표면에 전압을 유도하도록 도전성 플레이트(또는 척)에 AC 전압(예를 들어, 고주파)이 인가될 수 있다. AC 사이클의 양(positive)의 1/2 기간 동안 기판은 전자를 끌어당기며, 이는 양이온들의 질량에 대해 가볍다; 따라서 많은 전자가 양 사이클 기간 동안 기판의 표면에 끌어당겨질 것이다. 그 결과, 기판 표면은 음으로 대전될 것이고, 이는 이온들이 음으로 대전된 표면을 향하여 끌어당겨지도록 한다. 그리고 이온이 기판 표면에 충돌할 때, 이 충돌은 기판의 표면으로부터 재료를 이동시키며, 에칭을 유발한다.

많은 예에서 이온 에너지 분포가 좁은 것이 바람직하나, 기판에 사인파 파형을 인가하는 것은 넓은 이온 에너지 분포를 유도하며, 이는 플라즈마 처리의 능력을 제한하여 소망하는 에칭 프로파일을 실현한다. 좁은 이온 에너지 분포를 달성하는 주지된 기술은 고가이고, 효율이 낮고, 제어가 어려우며, 플라즈마 밀도에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 그 결과 이들 공지 기술은 상업적으로 채택되지 않고 있다. 따라서, 시스템 및 방법은 현 기술의 단점에 초점을 맞추어서 다른 새롭고 혁신적인 특징을 제공하는 것이 요구된다.

도면에 도시된 본 개시서의 예시적인 실시예가 이하에 요약된다. 이들 및 다른 실시예가 상세한 설명 부분에서 좀더 충분하게 설명된다. 그러나, 본 발명을 발명의 요약 또는 상세한 설명에 설명된 형태로 제한하려는 의도는 없다는 점은 이해되어야 할 것이다. 이 기술 분야의 숙련된 자는 청구범위에 표현된 것과 같은 본 발명의 정신과 범위 내에서 수많은 변경, 균등물 및 대체 가능한 구성이 존재하는 것을 인지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수(modified periodic voltage function)를 제공하기 위한 장치로서, 상기 전기적 노드는 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 결합되도록 구성되어 있다. 장치는 파워 서플라이, 이온 전류 보상 요소 및 제어부를 포함할 수 있다. 파워 서플라이는 전기적 노드에 주기 전압 함수를 제공할 수 있으며, 상기 주기 전압 함수는 펄스와, 펄스들 사이의 부분을 갖는다. 이온 전류 보상 요소는 펄스들 사이의 부분의 기울기(slope)를 변경하여, 변경된 주기 전압 함수를 형성하는 이온 전류 보상을 제공할 수 있다. 제어부는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS) 및 이온 전류 보상 요소와 교신하여, 전기적 노드에 공급되는 경우 기판 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수로 나타나는 이온 전류 보상의 값을 식별하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 본 발명은 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 방법으로서, 상기 전기적 노드는 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 전기적으로 결합되도록 구성된다. 상기 방법은 전기적 노드에 이온 전류 보상(Ic)을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 더욱이 전기적 노드에 주기 전압 함수를 제공하는 것을 포함할 수 있으며, 상기 주기 전압 함수는 변경된 주기 전압 함수를 형성하도록 이온 전류 보상(Ic)에 의해 변경된다. 상기 방법은 또한 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 것을 포함할 수 있으며, 변경된 주기 전압 함수는 펄스와, 펄스들 사이의 부분을 갖는다. 상기 방법은 또한 기판 지지부의 최소 용량을 나타내는 유효 용량 값(C1)을 액세스하는 것을 포함한다. 동시에 상기 방법은 변경된 주기 전압 함수의 펄스들 사이의 부분의 기울기(dVo/dt)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 끝으로, 상기 방법은 기판의 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수가 되는 이온 전류 보상(Ic)의 값을 식별하는 것을 포함할 수 있으며, 상기 식별은 펄스들 사이의 부분에 대한 기울기(dVo/dt)와 유효 용량(C1)의 함수이다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 인가하는 단계, 샘플링하는 단계, 견적하는 단계 및 조정하는 단계를 포함하는 방법인 것을 특징으로 할 수 있다. 첫째로, 상기 방법은 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상에 의해 변경된 주기 전압 함수를 구성한다. 전기적 노드는 플라즈마 처리 챔버에서 기판에 결합된 기판 지지부에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 방법은 또한 전압 데이터 포인트(voltage data point)를 발생하도록 변경된 주기 전압 함수의 적어도 1사이클을 샘플링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 더욱이 기판의 표면에 도달하는 이온에 대한 제1 이온 에너지 값을 전압 데이터 포인트(voltage data point)에 기초하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 끝으로, 상기 방법은 제1이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하게 될 때까지 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 제공하는 단계, 샘플링하는 단계, 계산하는 단계, 비교하는 단계 및 조정하는 단계를 포함하는 방법인 것을 특징으로 할 수 있다. 첫째로, 상기 방법은 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 제공할 수 있으며, 전기적 노드는 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 결합되도록 구성된다. 상기 방법은 또한 첫 번째 및 두 번째 시간에 변경된 주기 전압 함수로부터 적어도 2개 전압을 샘플링할 수 있다. 또한 상기 방법은 적어도 2개 전압의 기울기(slope)를 dV/dt로서 계산할 수 있다. 상기 방법은 또한 이온 에너지 분포 함수 폭에 대응하도록 공지된 기준 기울기에 상기 기울기를 비교할 수 있다. 끝으로 상기 방법은 기울기가 기준 기울기에 도달하도록 변경된 주기 전압 함수를 조정할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 정의된 이온 전류 보상(Ic)을 식별하는 방법을 수행하기 위하여 프로세서로 판독 가능한 명령으로 인코딩된 비일시적인, 유형의 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체인 것을 특징으로 한다. 상기 방법은 제1값을 갖는 이온 전류 보상(Ic)이 이루어진 경우 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 것을 포함할 수 있다. 더욱이 상기 방법은 제2값을 갖는 이온 전류 보상(Ic)이 이루어진 경우 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 플라즈마 처리 챔버에 대하여 유효 용량(C1)을 액세스할 수 있다. 더욱이, 상기 방법은 상기 제1 및 제2 샘플링에 기초하여 변경된 주기 전압 함수의 기울기(dVo/dt)를 결정할 수 있다. 끝으로 상기 방법은 다음 수학식을 참(true)으로 만드는 이온 전류 보상(Ic)의 제3값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다:

이들 및 다른 실시예가 다음에 더욱 상세하게 설명된다.

본 발명의 다양한 목적 및 이점과 더 완전한 이해가 명백하며 첨부 도면과 함께 이루어진 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위를 참고함에 의해 더욱 쉽게 인식되며, 첨부 도면에서 닮거나 유사한 소자는 몇가지 조사를 통하여 동일한 참조번호가 지정되었다:
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 다른 플라즈마 처리 시스템의 블록도를 나타낸다;
도 2는 도 1에 도시된 스위칭 모드 파워 시스템(SMPS)의 예시적인 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 3은 도 2를 참고하여 설명되는 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 실현하는 데 이용될 수 있는 부품의 개략 표시도이다;
도 4는 2개의 구동신호 파형을 나타내는 타이밍도이다;
도 5는 특정 이온 에너지에서 집중된 이온 에너지 분포를 실현하는 스위칭 모드 바이어스 서플라이를 동작시키는 단일 모드의 그래픽 표시도이다;
도 6은 이온 에너지 분포에 2개의 분리된 피크가 발생된 바이-모달 모드 동작을 나타내는 그래프;
도 7a 및 도 7b는 각각 플라즈마에서 만들어진 실제의 직접 이온 에너지 측정을 나타내는 그래프;
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 9a는 사인파 변조 함수(sinusoidal modulating function)에 의해 변조되는 예시적인 주기 전압 함수를 나타내는 그래프이다;
도 9b는 도 9A에 도시된 주기적인 전압 함수의 일 부분의 확대도이다;
도 9c는 주기적인 전압 함수의 사인파 변조로부터 나타나는 시간-평균 방식으로 결과적인 이온 에너지 분포를 나타낸다;
도 9d는 주기 전압 함수가 사인파 변조 함수(sinusoidal modulating function)에 의해 변조될 때 결과적인 시간 평균 IEDF의 플라즈마에서 이루어진 실제의 직접 이온 에너지 측정을 나타낸다;
도 10a는 톱니 변조 함수에 의해 변조된 주기 전압 함수를 나타낸다;
도 10b는 도 10a에 도시된 주기 전압 함수의 일부분의 분해도이다;
도 10c는 도 10a 및 도 10b에서 주기 전압 함수의 사인파 변조로 인하여 시간 평균 기준으로 이온 에너지의 결과적인 분배를 나타내는 그래프이다;
도 11은 우측 컬럼에 IEDF 함수 그리고 좌측 컬럼에 관련 변조 함수를 나타낸 그래프이다;
도 12는 이온 전류 보상부가 플라즈마 챔버에서 이온 전류를 보상하는 실시예를 나타낸 블록도이다;
도 13은 예시적인 이온 전류 보상부를 나타낸 도이다;
도 14는 도 13에 도시된 노드(Vo)에서 전압 예를 나타낸 그래프이다;
도 15a 내지 도 15c는 보상 전류에 응답하여 기판 또는 웨이퍼의 표면에 나타나는 전압 파형이다;
도 16은 도 13을 참고하여 설명된 전류원을 실현하도록 구현될 수 있는 전류원의 예시적인 실시예이다;
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 20은 도 1 내지 도 19를 참고하여 설명된 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 입력 파라미터와 제어 출력의 블록도이다;
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다;
도 28은 본 개시서의 실시예에 따른 방법을 나타낸다;
도 29는 본 개시서의 실시예에 따른 다른 방법을 나타낸다;
도 30은 기판의 표면에 충돌하는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 나타낸다;
도 31은 IEDF와 이온 에너지를 설정하는 방법을 나타낸다;
도 32는 본 개시서의 일 실시예에 따라 기판 지지부에 전달된 2개의 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다;
도 33은 플라즈마 소스 불안정성 또는 플라즈마 밀도의 변화를 지시할 수 있는 이온 전류 파형을 나타낸다;
도 34는 비 주기성(non-cyclical) 형상을 갖는 변경된 주기 전압 함수 파형의 이온 전류(I_I)를 나타낸다;
도 35는 바이어스 서플라이 내부에 고장을 지시할 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다;
도 36은 시스템 용량에서 다이나믹 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다;
도 37은 플라즈마 밀도에서 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다;
도 38은 이온 전류의 드리프트가 시스템 드리프트를 지시할 수 있는 상이한 처리 실행에 대한 이온 전류의 샘플링을 나타낸다;
도 39는 상이한 처리 파라미터에 대한 이온 전류의 샘플링을 나타낸다;
도 40은 챔버에 플라즈마 없이 모니터링된 2개의 바이어스 파형을 나타낸다;
도 41은 플라즈마 처리를 확인하는데 사용될 수 있는 2개의 바이어스 파형을 나타낸다;
도 42는 파워 서플라이 전압과 이온 에너지 사이의 관계를 나타내는 다수의 파워 서플라이 전압과 이온 에너지 플롯을 나타낸다;
도 43은 기판의 표면에 충돌하는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 나타낸다;
도 44는 여기에 개시된 시스템에서 상이한 지점에서 다양한 파형을 나타낸다;
도 45는 이온 전류 보상(Ic)을 이온 전류(I_I)에 맞추도록 이온 전류 보상(Ic)에 최종 증가 변화를 실시한 결과를 나타낸다;
도 46은 이온 에너지의 선택을 나타낸다;
도 47은 이온 에너지 분포 함수 폭의 선택과 확장을 나타낸다;
도 48은 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF 폭을 갖는 하나의 이온 에너지 레벨 이상을 달성하는데 사용될 수 있는 파워 서플라이 전압(V_PS)의 하나의 패턴을 나타낸다;
도 49는 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF 폭을 갖는 하나의 이온 에너지 레벨 이상을 달성하는데 사용될 수 있는 파워 서플라이 전압(V_PS)의 다른 패턴을 나타낸다;
도 50은 파워 서플라이 전압(V_PS)과 정의된IEDF를 생성하는 데 사용될 수 있는 이온 전류 보상(Ic)의 하나의 조합을 나타낸다.

플라즈마 처리 시스템의 전형적인 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 파워 서플라이(power supply)(102)는 플라즈마 처리 챔버(104)에 결합되어 있고 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 챔버(104) 내에 기판(110)이 놓여 있는 지지부(108)에 결합되어 있다. 또한, 스위칭-모드 파워 서플라이(106)에 결합되는 제어부(112)가 도시되어 있다.

이 전형적인 실시예에서 플라즈마 처리 챔버(104)는 실질적으로 종래의 구성(예를 들어, 펌프 또는 펌프들(도시되지 않음)에 의해 배출되는 진공 인클로저 포함)의 챔버에 의해 실현될 수 있다. 그리고, 이 분야의 통상의 기술을 가진 자가 알고 있는 바와 같이, 챔버(104) 내부의 플라즈마 여기는 예를 들어, 헬리콘 형 플라즈마 소스를 포함하는 다양한 소스 중 어느 하나에 의해 이루어질 수 있으며, 플라즈마 소스는 반응기 내에 플라즈마(114)를 점화시키고 유지하기 위한 자기 코일과 안테나를 포함하며, 챔버(104)로 가스의 도입을 위해 가스 입구가 제공될 수 있다.

도시된 바와 같이, 기판(110)의 강력한 이온 충격을 이용하는 물질의 플라즈마-지원 에칭 및 다른 플라즈마 처리(예를 들어, 플라즈마 증착 및 플라즈마 지원 이온 주입)를 실행하도록 전형적인 플라즈마 챔버(104)가 배열되고 구성되어 있다. 이 실시예의 플라즈마 파워 서플라이(102)는 플라즈마(114)를 점화 및 유지하도록 챔버(104)에 일 이상의 주파수(예를 들어, 13.56MHz)에서 매칭 네트웍(도시되지 않음)을 통하여 파워(예를 들어, RF 파워)를 인가하도록 구성되어 있다. 본 발명은 챔버(104)에 파워를 결합하는 임의의 특정한 타입의 플라즈마 파워 서플라이(102) 또는 소스에 제한되지 않으며, 다양한 주파수와 파워 레벨이 플라즈마(1140에 용량적 또는 유도적으로 결합될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

도시된 바와 같이 처리될 유전체 기판(110)(예를 들어, 반도체 웨이퍼)이 종래의 웨이퍼 척(예를 들어, 반도체 웨이퍼 처리를 위한)의 일부분을 포함할 수 있는 지지부(108)에 의해 적어도 부분적으로 지지된다. 지지부(108)는 지지부(108)와 기판(110) 사이에 절연층을 갖도록 형성될 수 있으며, 기판(110)은 플랫폼에 용량적으로 결합되어 있으며, 지지부(108)와 다른 전압으로 플로팅될 수 있다.

상기한 바와 같이, 만약 기판(110)과 지지부(108)가 도체인 경우, 지지부(108)에 변하지 않는 전압을 인가하는 것이 가능하며, 기판(110)을 통한 전기적 도통의 결과로서 지지부(108)에 인가되는 전압은 또한 기판(110)의 표면에 인가된다.

그러나, 기판(110)이 유전체일 때, 지지부(108)에 변하지 않는 전압을 인가하는 것은 기판(110)의 처리된 표면을 따라 전압을 인가하는 것이 효과가 없다. 결과적으로, 전형적인 스위칭 모드 파워 서플라이(106)가 기판(110)에 충돌하도록 플라즈마(114)에 이온을 끌어당길 수 있는 기판(110)의 표면에 전압이 인가되도록 제어되게 구성되어, 기판(110)의 제어 에칭 및/또는 증착과 다른 플라즈마-보조 처리를 실행한다.

더욱이, 다음에 논의되는 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 실시예는 플라즈마 파워 서플라이(102)에 의해 (플라즈마(114)에) 인가되는 파워와 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 기판(110)에 인가되는 파워 사이에 실질적인 상호작용이 존재하지 않도록 구성되어 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(106)에 의해 인가되는 파워는 예를 들어, 플라즈마(114)의 밀도에 실질적인 영향을 미치는 것 없이 이온 에너지의 제어가 가능하도록 제어될 수 있다.

더욱이, 도 1에 도시된 전형적인 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 많은 실시예가 상대적으로 단순한 제어 알고리즘에 의해 제어될 수 있는 비교적 비싸지 않은 부품들로 실현될 수 있다. 종래의 접근과 비교할 때, 스위칭 모드 파워 서플라이(106)의 많은 실시예가 더욱 효과적이다; 따라서 과도한 열 에너지를 제거하는 것과 관련된 에너지 비용과 값비싼 재료를 절감할 수 있다.

유전체 기판에 전압을 인가하기 위한 하나의 주지된 기술은 기판의 표면에 전압을 유도하는 기판 지지부에 전압을 인가하는 복잡한 제어기술과 관련된 고출력 선형 증폭기를 이용한다. 그러나, 이 기술은 가격이 효과적이고 충분히 관리할 수 있는 것이 입증되지 않았기 때문에 상업적인 법인에 의해 채택되지 못하였다. 특히, 이용되는 선형 증폭기는 전형적으로 크고, 매우 비싸며, 비능률적이고 제어가 어렵다. 더욱이, 선형 증폭기는 본래 AC 커플링(예를 들어, 블록킹 커패시터)을 필요로 하며 척킹(chucking)과 같은 보조 기능이 척을 구비한 소스를 위한 시스템의 AC 스펙트럼 순도를 손상시키는 병렬 피드 회로(feed circuit)에 의해 성취된다.

고려되어온 다른 기술은 기판에 고주파 파워(예를 들어, 하나 이상의 선형 증폭기를 갖는)를 인가하는 것이다. 그러나, 이 기술은 기판에 인가되는 고주파 파워가 플라즈마 밀도에 영향을 미치기 때문에 플라즈마 밀도에 해롭게 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

몇 실시예에서 도 1에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 벅(buck), 부스트(boost) 및/또는 벅-부스트 타입의 파워 기술에 의해 실현될 수 있다. 이들 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 기판(110)의 표면에 포텐셜을 유도하도록 레벨이 변하는 펄스형 파워를 인가하도록 제어될 수 있다.

다른 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(106)는 다른 더욱 정교한 스위칭 모드 파워 및 제어 기술에 의해 실현될 수 있다. 도 2를 참고하면, 예를 들어, 도 1과 관련하여 설명된 스위칭 모드 파워 서플라이는 기판(110)에 충돌하는 이온의 하나 이상의 소망하는 에너지를 실현하기 위해 기판(110)에 파워를 인가하도록 활용되는 스위칭 모드 파워 서플라이(206)에 의해 실현된다. 또한, 이온 에너지 제어부(220), 아크 검출부(222) 및 스위칭 모드 파워 서플라이(206)와 파형 메모리(224)에 결합된 제어부(212)가 표시되어 있다.

이들 부품의 도시된 배열은 논리적이다; 따라서 실제 실행시에 부품들이 결합되거나 더욱 분리될 수 있으며, 시스템의 기본 작동을 변경하는 것 없이 다양한 방법으로 부품들이 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서 예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 결합에 의해 실현될 수 있는 제어부(212)는 파워 서플라이(202)와 스위칭 모드 파워 서플라이(206) 모두를 제어하도록 이용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 파워 서플라이(202)와 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 완전히 별개의 기능 유닛에 의해 실현될 수 있다. 대안 예로서, 제어부(212), 파형 메모리(224), 이온 에너지 제어부(220) 및 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)가 단일 부품(예를 들어, 공통 하우징 내에 존재함)내에 통합되거나 또는 개별 부품 중에 분포될 수 있다.

이 실시예의 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 기판의 표면에 충돌하는 이온의 에너지의 소망하는(또는 정의된) 분포를 달성하도록 제어 가능한 방식으로 지지부(208)에 전압을 인가하도록 전체적으로 구성되어 있다. 더욱 구체적으로 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 기판에 특정한 파워 레벨의 일 이상의 특정한 파형을 인가함에 의해 이온 에너지의 소망하는(또는 정의된) 분포를 달성하도록 구성되어 있다. 더욱 구체적으로는 이온 에너지 제어부(220)로부터의 입력에 응답하여 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 특정한 이온 에너지를 달성하도록 특정 파워 레벨을 인가하고 파형 메모리(224)에 파형 데이터에 의해 한정된 일 이상의 전압 파형을 사용하여 특정한 파워 레벨을 인가한다. 그 결과 일 이상의 특정 이온 충돌 에너지가 기판의 제어 에칭(또는 다른 형태의 플라즈마 처리)을 실현하기 위해 이온 제어부에 의해 선택될 수 있다.

도시된 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(206)는 대응하는 구동부(228,228)으로부터 구동신호에 응답하여 기판(210)의 지지부(208)에 파워를 절환하도록 적응되는 스위칭 부재(226,226)(예를 들어, 고출력 FET)을 포함한다. 그리고 구동부(228,228)에 의해 발생되는 구동신호(230,230)는 파형 메모리(224)의 내용에 의해 정의되는 타이밍에 기초하여 제어부(212)에 의해 제어된다. 예를 들어, 많은 실시예에서 제어부(212)는 파형 메모리의 내용을 해석하여 구동 제어신호(232,232)를 발생하며, 구동 제어신호(232,232)는 구동부(228,228)에 의해 활용되어 스위칭 부재(226,226)에 대한 구동신호(232,232)를 제어한다. 비록 하프-브리지 구성으로 배열된 2개의 스위칭 부재(226,226)가 예시 목적으로 도시될지라도 더 적은 수 또는 부가적인 스위칭 부재가 다양한 구조(예를 들어, H-브리지 구성)로 구현될 수 있다는 것은 확실하게 예측된다. 많은 동작 모드에서 제어부(212)(예를 들어, 파형 데이터를 사용하는)는 구동 제어 신호(232,232)의 타이밍을 변조하여 기판(210)의 지지부(208)에 소망하는 파형을 실현한다. 더욱이, 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)는 DC 신호 또는 시간-변화 파형일 수 있는 이온-에너지 제어신호(234)에 기초하여 기판(210)에 파워를 공급하도록 적응된다. 따라서, 본 실시예는 스위칭 부재에 대한 타이밍 신호를 제어하고 스위칭 부재(226,226)에 의해 인가되는 파워(이온 에너지 제어부(220)에 의해 제어됨)를 제어함에 의해 이온 분배 에너지의 제어를 가능하게 한다.

또한, 이 실시예의 제어부(212)는 아크 검출부(222)에 의해 플라즈마 챔버(204)에서 검출되는 아크에 응답하여 아크 관리 기능을 실행하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시예에서 아크가 검출될 때 제어부(212)는 구동 제어신호(232,232)를 변경하여 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)의 출력(236)에 인가된 파형이 플라즈마(214)에서 아크를 소멸시킨다. 다른 실시예에서 제어부(212)는 구동 제어신호(232,232)의 인가를 단순히 차단함에 의해 아크를 소멸시키며, 그 결과 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)의 출력(236)에 파워 인가는 차단된다.

다음에 도 3을 참고하면, 도 2를 참고하여 설명된 스위칭 모드 바이어스 서플라이(206)를 실현하기 위해 이용될 수 있는 부품의 개략 구성도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 스위칭 부재(T1,T2)는 하프-브리지(또한 토템 폴(totem pole)이라 부른다.) 형태의 구성으로 배치되어 있다. 집합적으로 R2, R3, C1 및 C2는 플라즈마 부하를 나타내고, C1O는 유효 용량(이하에 직렬 용량 또는 척 용량으로 부른다)이고, C3은 기판의 표면에 유도되는 전압으로부터 DC 전류가 흐르는 것을 방지하며 또한 회로를 통하여 흐르는 정전 척(도시되지 않음)의 전압으로부터 DC 전류가 흐르는 것을 방지하는 선택 가능한 물리적인 커패시터이다. C1O은 절연체 및 기판으로서 바이어스의 인가에 고유한 다른 용량 뿐 아니라 기판 지지부 및 정전 척(또는 e-척)의 직렬 용량(또한 척 용량으로서 부른다)을 포함하기 때문에 유효 용량으로 부른다. 도시된 바와 같이, L1은 부유 인덕턴스(예를 들어, 부하에 파워를 공급하는 도체의 자연 인덕턴스)이다. 그리고 이 실시예에서 3개의 입력: Vbus, V2 및 V3이 존재한다.

V2 및 V4는 구동신호(예를 들어, 도 2를 참고하여 설명된 구동부(228, 228)에 의해 출력된 구동신호(230', 230")를 나타내며, 이 실시예에서 V2 및 V4는 T1과 T2의 닫힘이 기판 지지부에 인가되는 전압 출력(Vout)의 형상을 제어하기 위해 변조되도록 시간(예를 들어, 펄스 및/또는 상호 지연의 길이)이 맞추어질 수 있다. 많은 구체예에서 스위칭 부재(T1,T2)를 실현하는 데 사용된 트랜지스터는 소망하는 파형에 도달하기 위한 이상적인 스위치가 아니며, 트랜지스터-특정(transistor-specific) 특성이 고려된다. 많은 모드의 동작에서 V2와 V4의 타이밍을 단순히 변경하는 것은 소망하는 파형이 Vout에 인가되게 한다.

예를 들어, 스위치(T1,T2)는 기판(110,210)의 표면의 전압이 양전압 기준에 접근 및/또는 약간 초과하는 주기적인 전압 펄스이며 전체적으로 음이 되도록 동작될 수 있다. 기판(110,210)의 표면의 전압값은 이온의 에너지를 정의하는 것이며, 이온 에너지 분포 함수(IEDF)의 식으로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다. 기판(110,210)의 표면에 소망하는 전압을 달성하기 위하여 Vout에서의 펄스는 전체적으로 직사각형이며 기판(110,210)의 표면에 짧은 양전압을 유도하는 데 충분히 긴 폭을 가지며, 소망하는 전압과 대응하는 이온 에너지를 달성하도록 기판(110,210)의 표면에 충분한 전자를 흡인한다.

양의 전압기준에 접근 및/또는 약간 초과하는 주기 전압 펄스는 스위치(T1,T2)의 스위칭 능력에 의해 정의된 최소 시간을 가질 수 있다. 전체적으로 음 부분의 전압은 스위치를 손상시키는 레벨에 전압이 도달하지 않는 한 연장할 수 있다. 동시에 음 부분의 전압의 길이는 이온 통과 시간을 초과하여야 한다.

이 실시예에서 Vbus는 Vout에서 측정된 펄스의 진폭을 정의하며, 이는 기판 표면의 전압, 결국 이온 에너지를 정의한다. 도 2를 다시 짧게 참조하면 Vbus는 이온 에너지 제어부에 결합될 수 있으며, 이는 DC 신호 또는 시간-가변 파형을 Vbus에 인가하도록 채택된 DC 파워 서플라이에 의해 실현될 수 있다.

두 신호(V2,V4)의 펄스폭, 펄스 형상 및/또는 상호 지연은 Vout에서 소망하는 파형(또한 여기서는 변경된 주기 전압 함수로 불린다)에 도달하도록 변조될 수 있으며, Vbus에 인가된 전압은 펄스의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 환원하면, 전압(Vbus)은 신호(V2,V4)의 펄스폭, 펄스 형상 및/또는 상대적인 위상에 영향을 미친다. 도 4를 짧게 참조하면, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 Vout에서 주기 전압 함수를 발생하도록 T1 및 T2(V2,V4)에 인가될 수 있는 2개의 구동신호 파형을 나타내는 타이밍도가 도시되어 있다. Vout에서 펄스의 형상을 변조하기 위해(예를 들어, 이미 펄스의 피크값에 도달한 Vout에서 펄스에 대해 가장 작은 시간동안 달성하기 위해) 2개의 게이트 구동신호(V2,V4)의 타이밍이 제어될 수 있다.

예를 들어, 각각의 펄스가 Vout에서 인가되는 시간은 펄스 사이의 시간(T)에 비교하여 짧을 수 있으나, 기판(110,210)의 표면에 대하여 전자를 끌어당기도록 기판(110,210)의 표면에 양전압을 유도하는 데 충분히 길도록 스위칭 부재(T1,T2)에 2개의 게이트 구동신호(V2,V4)가 인가될 수 있다. 더욱이, 펄스 사이에 게이트 전압 레벨을 변경함에 의해 펄스 사이에 Vout에 인가되는 전압의 기울기를 제어하는 것(예를 들어, 펄스 사이에 기판의 표면에 실질적으로 일정한 전압을 달성하는 것)이 가능한 것으로 알려졌다. 몇가지 모드의 동작에서 게이트 펄스의 반복률(repetition rate)은 약 400kHz이나, 이러한 반복률은 확실히 애플리케이션에 따라 변할 수 있다.

비록 실제로 요구되지 않으나 모델링 및 실제 실시예를 다듬는 것에 기초하여 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포를 발생하는 데 사용될 수 있는 파형은 정의될 수 있으며, 파형은 (예를 들어, 일련의 전압 레벨로서 도 1을 참고하여 설명된 파형 메모리부에) 저장될 수 있다. 또한, 많은 구현예에서 파형은 직접적으로(예를 들어, Vout로부터 피드백 없이)발생될 수 있으며; 따라서 피드백 제어 시스템의 바람직하지 않은 양태(예를 들어, 설정 시간)를 피할 수 있다.

다시 도 3을 참고하면, Vbus는 이온의 에너지를 제어하도록 변조될 수 있으며, 저장된 파형은 게이트 구동신호(V2,V4)를 제어하는 데 사용되어 펄스폭을 최소화하는 동안 Vout에 소망하는 펄스 진폭을 구현한다. 또한, 이는 트랜지스터의 특정 특성에 따라 행하여질 수 있으며, 이는 모델링되거나 또는 실행되며 경험적으로 설정될 수 있다. 도 5를 참고하면, 예를 들어, Vbus 대 시간, 기판 (110,210)의 표면 전압 대 시간 및 대응하는 이온 에너지 분포를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.

도 5의 그래프는 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106,206)를 동작시키는 싱글 모드를 나타내며, 이는 특정 이온 에너지에서 집중된 이온 에너지 분포를 달성한다. 도시된 바와 같이 이 예에서 이온 에너지의 단일 집중을 달성하기 위해 Vbus에 인가된 전압은 일정하게 유지되며 한편 V2 및 V4에 인가된 전압은 스위칭 모드 바이어스 서플라이(106,206)의 출력에 펄스를 발생하도록 제어되며(예를 들어, 도 3에 도시된 구동신호를 사용하여), 이는 도 5에 도시된 대응하는 이온 에너지 분포를 달성한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 기판(110,210)의 표면의 전위는 기판(110,210)의 표면에 충돌하여 에칭각하는 이온을 흡인하도록 전체적으로 음(negative)으로 된다. 기판(110,210)에 인가되는(Vbus에 펄스를 인가함에 의해) 주기적인 짧은 펄스는 Vbus에 인가된 전위에 의해 정의되는 크기를 가지며, 이들 펄스는 기판(110,210)의 전위에 간단한 변경(예를 들어, 양 또는 약간 양 전위에 근접)을 초래하며, 이는 기판(110,210)의 표면을 따라 전체적으로 음 전위를 달성하도록 기판의 표면에 전자를 끌어당긴다. 도 5에 도시된 바와 같이, Vbus에 인가되는 일정한 전압은 특정 이온 에너지로 이온 플럭스의 단일 집중을 달성한다; 따라서 특정 이온 충돌 에너지는 특정 전위로 Vbus를 단순하게 설정함에 의해 선택될 수 있다. 다른 모드의 동작에서 이온 에너지의 2이상의 분리 집중이 만들어질 수 있다(예를 들어, 도 49 참조).

이 분야에 숙련된 자는 파워 서플라이는 스위칭 모드 파워 서플라이에 제한될 필요가 없으며 파워 서플라이의 출력은 또한 어떤 이온 에너지에 영향을 미치도록 제어될 수 있다. 그 자체로 스위칭 모드든 또는 그렇치 않은 것이든 파워 서플라이의 출력은, 이온 전류 보상 또는 이온 전류와 결합되는 것 없이 고려될 때, 또한 파워 서플라이 전압(VPS)으로 불린다.

도 6을 참고하면, 예를 들어, 이온 에너지 분포에 2개의 분리된 피크가 발생된 바이-모달(bi-modal) 모드의 동작을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 모드의 동작에서 기판은 2개의 별개 레벨의 전압 및 주기적인 펄스를 경험하며, 그 결과 이온 에너지의 2개의 분리된 집중이 만들어졌다. 도시된 바와 같이, 2개의 별개의 이온 에너지 집중을 달성하기 위하여 Vbus에 인가된 전압은 2 레벨 사이를 오가며 각 레벨은 2 이온 에너지 집중의 에너지 레벨을 정의한다.

비록 도 6은 기판(110,210)에 2개 전압이 모든 펄스 다음에 번갈아 나올지라도(예를 들어, 도 48), 이것은 반드시 요구되지 않는다. 다른 모드의 동작시에 예를 들어, V2와 V4에 인가된 전압은 Vout에 인가된 전압에 관련하여(예를 들어, 도 3에 도시된 구동신호를 사용하여) 스위칭되며, 그 결과 기판 표면에 유도된 전압은 2 이상의 펄스(도 49) 후에 제1 전압으로부터 제2 전압으로(그리고 그 반대로) 변한다.

종래 기술에서 다중 이온 에너지를 달성하기 위해 선형 증폭기에 2 파형(파형 발생기들에 의해 발생된)의 조합을 인가하고 기판에 2 파형의 증폭된 조합을 인가하는 시도가 이루어져 왔다. 그러나, 이러한 접근은 도 6을 참고하여 설명된 접근보다 더 복잡하며 고가의 선형 증폭기와 파형 발생기들을 필요로 한다.

도 7a 및 도 7b를 참고하면, 각각 Vbus에 인가된 DC 전압의 단일 에너지 및 듀얼 레벨 조정에 대응하여 플라즈마에서 이루어진 실제 직접 이온 에너지 측정을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이 이온 에너지 분포는 Vbus(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이)에 변하지 않는 전압의 인가에 응답하여 80eV 근처로 집중된다. 그리고 도 7b에서와 같이 이온 에너지의 2개의 분리된 집중이 Vbus(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은)의 듀얼 레벨 조정에 응답하여 85eV 및 115eV 근처에 존재한다.

디음에 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이(806)가 제어부(812), 이온 에너지 제어부(820) 및 아크 검출부(822)를 통하여 기판 지지부(808)에 결합되어 있다. 제어부(812), 스위칭 모드 파워 서플라이(806) 및 이온 에너지 제어부(820)는 함께 기판 지지부(808)에 파워를 인가하도록 동작하며 시간-평균 방식으로 기판(810)의 표면에 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포를 달성한다.

간단히 도 9a를 참고하면, 예를 들어, 주기 전압 함수의 다중 사이클을 넘어 약 5kHz의 사인파 변조 함수에 의해 변조되는 400kHz의 주파수를 갖는 주기 전압 함수가 도시되어 있다. 도 9b는 도 9a에 원으로 표시한 주기 전압 함수의 일부의 분해도이고, 도 9c는 주기 전압 함수의 사인파 변조로 인하여 시간-평균 방식으로 이온 에너지의 결과적인 분배를 나타낸다. 그리고 도 9d는 주기 전압 함수가 사인파 변조 함수에 의해 변조될 때 결과적인 시간-평균의 IEDF의 플라즈마에 이루어진 실제의 직접 이온 에너지 측정을 나타낸다. 여기서 더 논의되는 바와 같이, 시간-평균 방식으로 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포를 달성하는 것은 주기적 전압에 인가되는 변조 함수를 단순히 변경함에 의해 달성될 수 있다.

도 10a 및 도 10b를 참고하면, 다른 예로서 400kHz 주기 전압 함수는 시간-평균 방식으로 도 10c에 도시된 이온 에너지의 분배에 도달하도록 대략 5kHz의 톱니 변조 함수에 의해 변조된다. 도시된 바와 같이, 도 10과 관련하여 이용된 주기 전압 함수는 도 10에서 주기 전압 함수가 사인파 함수 대신에 톱니 함수에 의해 변조된 것을 제외하고 도 9와 동일하다.

도 9c 및 도 10c에 도시된 이온 에너지 분포 함수는 기판(810)의 표면의 이온 에너지의 순간적인 분배를 나타내지 않으며, 그러나 그 대신 이온 에너지의 시간 평균을 나타내는 것을 인정하여야 한다. 도 9c를 참고하면 예를 들어, 이윽고 특정 순간에 이온 에너지의 분배는 변조 함수의 풀 사이클 동안 존재하는 이온 에너지의 분배를 나타낸 부분 집합이다.

변조 함수는 고정된 함수일 필요는 없고 고정된 주파수일 필요도 없다는 것을 인정하여야 한다. 몇몇 경우에 예를 들어, 특정한 시간-평균 이온 에너지 분포를 달성하도록 특정 변조 함수의 1 이상의 사이클을 갖는 주기 전압 함수를 변조한 후, 다른 시간-평균 이온 에너지 분포를 달성하도록 다른 변조 함수의 1 이상의 사이클을 갖는 주기 전압 함수를 변조하는 것이 바람직하다. 변조 함수(주기 전압 함수를 변조하는)에 대한 이러한 변경은 많은 경우에 유익하다. 예를 들어, 만약 이온 에너지의 특정한 분배가 특정 기하학적 구성을 에칭하거나 또는 특정 물질을 통하여 에칭하는 것이 요구되는 경우, 제1변조 함수가 사용되고 그 후 다른 변조 함수가 계속해서 다른 에칭 구조를 달성하거나 또는 다른 물질을 에칭하도록 사용될 수 있다.

유사하게 주기 전압 함수(예를 들어, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b의 400kHz 부품 및 도 4의 Vout)는 엄격하게 고정될 필요가 없으며(예를 들어, 주기 전압 함수의 형상과 주파수는 변할 수 있다), 그러나 전체적으로 그것의 주파수는 기판(810)에 인가되는 전압에 의해 챔버의 이온이 영향을 받도록 챔버 내에 이온의 주행시간에 의해 설정된다.

도 8을 다시 참고하면, 제어부(812)는 스위칭 모드 파워 서플라이(806)에 구동 제어신호(832', 832")를 제공하여 스위칭 모드 파워 서플라이(806)는 주기 전압 함수를 발생한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(806)는 도 3에 도시된 부품(도 4에 도시된 주기 전압 함수를 발생하도록)에 의해 실현될 수 있으며, 그러나 다른 스위칭 구조가 이용될 수 있다는 점은 확실하게 예상된다.

일반적으로 이온 에너지 제어부(820)는 주기 전압 함수(스위칭 모드 파워 서플라이(806)와 관련하여 제어부(812)에 의해 발생되는)에 변조 함수를 인가하도록 역할을 한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이온 에너지 제어부(820)는 커스덤 IEDF 부(850), IEDF 함수 메모리(848), 사용자 인터페이스(846) 및 파워부(844)와 통신이 이루어지는 변조 제어부(840)를 포함한다. 이들 부품의 묘사는 실제로 공통 또는 다른 부품에 의해 달성될 수 있는 기능적 부품을 시사하도록 의도될 수 있는 점을 인정하여야 한다.

이 실시예에서 변조 제어부(840)는 변조 함수를 정의하는 데이터에 기초하여 파워부(844)(그리고 그것의 출력(834))를 전체적으로 제어하며, 파워부(844)는 스위칭 모드 파워 서플라이(806)에 의해 발생되는 주기 전압 함수에 인가되는 변조 함수(834)(변조 제어부(840)로부터 제어신호(842)에 기초한)를 발생한다. 이 실시예에서 사용자 인터페이스(846)는 사용자가 IEDF 함수 메모리(848)에 저장된 미리 정해진 IEDF 함수를 선택하거나 또는 커스텀 IEDF 부(840)와 관련하여 커스텀 IEDF를 정의할 수 있도록 구성되어 있다.

많은 구현예에서 파워부(844)는 DC 파워 서플라이(예를 들어, DC 스위칭 모드 파워 서플라이 또는 선형 증폭기)를 포함하며, 이는 스위칭 모드 파워 서플라이에(예를 들어, 도 3에 도시된 스위칭 모드 파워 서플라이의 Vbus에) 변조 함수(예를 들어, 변화하는 DC 전압)를 인가한다. 이들 구현예에서 변조 제어부(840)는 파워부(844)가 변조 함수에 순응하는 전압을 인가하도록 파워부(844)에 의해 출력되는 전압 레벨을 제어한다.

몇몇 구현예에서 IEDF 함수 메모리(848)는 다수의 IEDF 분배 함수 각각에 대응하는 다수의 데이터 세트를 포함하며, 사용자 인터페이스(846)는 사용자가 소망하는(또는 정의된) IEDF 함수를 선택할 수 있게 한다. 도 11을 참고하면, 예를 들어, 우측 컬럼에 사용자가 선택할 수 있는 예시적인 IEDF 함수가 도시되어 있다. 좌측 컬럼에는 파워부(844)와 관련된 변조 제어부(840)가 대응하는 IEDF 함수를 달성하도록 주기 전압 함수에 인가하는 관련 변조 함수가 도시되어 있다. 도 11에 도시된 IEDF 함수는 단지 예시적인 것이며 다른 IEDF 함수가 선택에 이용될 수 있음을 인정하여야 한다.

커스텀 IEDF 부(850)는 일반적으로 사용자 인터페이스(846)를 통하여 사용자가 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포 함수를 정의할 수 있게 기능을 한다. 몇몇 구현예에서 커스텀 IEDF 부(850)는 사용자가 이온 에너지의 분배를 정의하는 특정 파라미터에 대한 값을 설정할 수 있게 한다.

예를 들어, 커스텀 IEDF 부(850)는 IEDF 함수가 이들 에너지 레벨 사이에 IEDF를 정의하는 함수와 관련하여 하이 레벨(IF-high), 미들-레벨(IF-mid) 및 로우 레벨(IF-low)에서 플럭스의 상대적인 레벨의 항으로(예를 들어, 플럭스의 퍼센트 항으로) 정의될 수 있게 한다. 많은 예에서 단지 IF-high, IF-low 및 이들 레벨 사이의 IEDF 함수는 IEDF 함수를 정의하는데 충분하다. 구체적인 예로서 사용자는 20% 분배 레벨(전체 IEDF에 대한 기여)에서 1200eV, 이들 2 레벨 사이에 사인파 IEDF를 갖는 30% 기여 레벨에서 700eV를 요구한다.

커스텀 IEDF 부(850)는 사용자가 1 이상의(예를 들어, 다중) 에너지 레벨 및 IEDF에 대한 각 에너지 레벨의 대응하는 퍼센트 기여의 목록을 갖는 표를 덧붙일 수 있게 또한 고려되어야 한다. 그리고 또 다른 실시예에서 사용자 인터페이스(846)와 관련된 커스텀 IEDF 부(850)는 사용자가 소망하는(또는 정의된) IEDF를 선택할 수 있게 하는 그래픽 툴을 사용자에게 제공함에 의해 사용자가 소망하는(또는 정의된) IEDF를 그래픽으로 생성할 수 있게 만드는 것도 고려될 수 있다.

더욱이, IEDF 함수 메모리(848) 및 커스텀 IEDF 부(850)는 사용자가 미리 정해진 IEDF 함수를 선택한 후 미리 정해진 IEDF 함수를 변경할 수 있게하여 미리 정해진 IEDF 함수로부터 유도된 커스텀 IEDF 함수를 생성하도록 또한 고려될 수 있다.

일단 IEDF 함수가 정의되면 변조 제어부(840)는 소망하는(또는 정의된) IEDF 함수를 정의하는 데이터를 파워부(844)를 제어하는 제어신호(842)로 해석하며, 이에 따라 파워부(844)는 소망하는(또는 정의된) IEDF 함수에 대응하는 변조 함수를 달성한다. 예를 들어, 제어신호(842)는 파워부(844)를 제어하며 파워부(844)는 변조 함수에 의해 정의되는 전압을 출력한다.

다음에 도 12를 참고하면, 이온 전류 보상부(1260)가 플라즈마 챔버(1204)에 이온 전류를 보상하는 실시예를 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 출원인은 더 높은 에너지 레벨에서 챔버 내부에 더 높은 레벨의 이온 전류는 기판의 표면 전압에 영향을 미치며, 그 결과 이온 에너지 분포도 영향을 받는다는 것을 발견하였다. 간단하게 도 15a-도 15c를 참고하면, 기판(1210) 또는 웨이퍼의 표면에 나타나는 전압 파형 및 IEDF에 대한 그들의 관계가 도시되어 있다.

보다 상세하게, 도 15a는 이온 전류(I_I)가 보상 전류(Ic)와 동일할 때 기판(1210)의 표면에 주기 전압 함수를 나타내며; 도 15b는 이온 전류(I_I)가 보상 전류(Ic)보다 더 클 때 기판(1210)의 표면에 전압 파형을 나타내고; 도 15c는 이온 전류(I_I)가 보상 전류(Ic)보다 작을 때 기판(1210)의 표면에 전압 파형을 나타낸다.

도 15a에 도시된 바와 같이, I_I=Ic일 때, 이온 에너지(1470)의 확산(spread)은, 도 15b에 도시된 바와 같이 I_I＞Ic일때의 이온 에너지(1470)의 균일한 확산(1472) 또는 도 15c에 도시된 바와 같이 I_I＜Ic일때의 이온 에너지(1470)의 균일한 확산(1474)에 비해 비교적 좁다. 따라서, 이온 전류 보상부(1260)는 이온 전류가 하이일 때(예를 들어, 이온 전류의 영향을 보상함에 의해), 이온 에너지의 확산을 좁게 하며, 이온 전류 보상부(1260)는 또한 일정한 이온 에너지의 확산(1572,1574)이 제어될 수 있게 한다(예를 들어, 이온 에너지의 확산을 갖는 것이 바람직할 때).

도 15b에 도시된 바와 같이, 이온 전류 보상 없이(I_I＞Ic일 때) 주기 전압 함수의 양의 부분 사이의 기판 표면의 전압은 램프형 방식으로 거의 음으로 되며, 이는 이온 에너지의 더 넓은 확산(1572)을 생성한다. 유사하게 이온 전류 보상이 도 15c에 나타낸 바와 같이 이온 전류를 초과하는 레벨(I_I＜Ic일 때)로 보상 전류의 레벨을 증가시키는 데 이용되며, 기판 표면의 전압은 주기 전압 함수의 양의 부분 사이에 램프(ramp)형 방식으로 더 음극성으로 되고, 일정한 이온 에너지의 더 넓은 확산(1574)이 생성된다.

다시 도 12를 참고하면, 이온 전류 보상부(1260)는 스위칭 모드 파워 서플라이(1206)와 제어부(1212)에 선택적으로 부가될 수 있는 분리된 액세서리로서 실현될 수 있다. 다른 실시예에서는(예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이), 이온 전류 보상부(1260)는 여기에 설명된 다른 부품(예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이(106,206,806,1206) 및 이온 에너지 제어부(220,820))과 공통 하우징(1366)을 공유할 수 있다. 이 실시예에서 플라즈마 챔버(1204)에 제공된 주기 전압 함수는, 이온 전류 보상부(1260)로부터 이온 전류 보상에 의해 변경된 주기 전압 함수로 구성되기 때문에 변경된 주기 전압 함수로서 불리워질 수 있다. 제어부(1212)는 스위칭 모드 파워 서플라이(1206)와 이온 전류 보상부(1260)의 출력이 결합된 전기적 노드에 다른 시간에 전압을 샘플링할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 스위칭 모드 파워 서플라이의 출력(1336)에 결합된 전류원(1364)과, 상기 전류원(1364)과 출력(1336)에 모두 결합된 전류 제어부(1362)를 포함하는 예시적인 이온 전류 보상부(1360)가 도시되어 있다. 또한, 도 13에는 플라즈마 챔버(1304)가 도시되어 있으며, 플라즈마 챔버 내에는 용량성 소자(C1,C2) 및 이온 전류(I_I)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, C1은 챔버(1304)와 관련된 성분의 고유 용량(inherent capacitance)(또한 이후에 유효 용량으로서 불려진다)을 나타내고, 챔버(1304)는 제한되지 않으나 절연체, 기판, 기판 지지부 및 e-척(e-chuck)을 포함하며, C2는 시스 용량 및 부유 용량을 나타낸다. 이 실시예에서 플라즈마 챔버(1304)에 제공되며 Vo에서 측정 가능한 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(Ic)에 의해 수정되는 주기 전압 함수를 구성하기 때문에 변경된 주기 전압 함수로 불린다.

시스(sheath)(또한 여기서는 플라즈마 시스로 언급된다)는 기판 표면과, 그리고 고밀도 양이온 및 따라서 전면적으로 과다한 양전하로 채워진 플라즈마 처리 챔버의 모든 벽 근처의 플라즈마에 있는 층이다. 시스가 접촉하고 있는 표면은 전형적으로 음전하가 우세하다. 시스는 양이온보다 더빠른 속도의 전자에 의해 발생하며 따라서 더 큰 부분의 전자가 기판 표면 또는 벽에 도달하도록 하여, 따라서 시스는 전자가 고갈된다. 시스 두께(_sheath)는 플라즈마 밀도와 플라즈마 온도와 같은 플라즈마 특성의 함수이다.

이 실시예에서 C1은 챔버(1304)와 관련된 성분의 고유(또한 여기서는 유효로 언급함) 용량이기 때문에 처리를 제어하기 위해 부가되는 접근 가능한 용량은 아닌 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 선형 증폭기를 이용하는 몇몇 종래 기술의 접근은 기판에 대한 바이어스 파워를 차단 커패시터에 결합하며, 그 후 선형 증폭기를 제어하기 위해 피드백으로서 차단 커패시터 양단의 모니터된 전압을 이용한다. 비록 커패시터가 여기에 개시된 많은 실시예에서 기판 지지부에 스위칭 모드 파워 서플라이를 결합할지라도 차단 커패시터를 사용하는 피드백 제어가 본 발명의 몇몇 실시예에서 요구되는 것은 아니기 때문에 그렇게 하는 것은 불필요한 것이다.

도 13을 참고하면서, 동시에 도 14를 참고하면 도 13에 도시된 Vo에서의 예시적인 전압(예를 들어, 변경된 주기 전압 함수)을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 동작에서 전류 제어부(1362)는 Vo에서 전압을 모니터링하며, 이온 전류는 간격(t)(도 14에 도시됨)에 따라 하기 수학식 1로 계산된다:

이온 전류(I_I)와 고유 용량(또한 유효 용량으로 언급됨)(C1)은 둘다 또는 각각 시간에 따라 변동이 이루어질 수 있다. C1은 주어진 툴에 대하여 실질적으로 상수이고 측정 가능하며, 단지 Vo는 보상 전류의 진행 제어가 가능하도록 모니터링 되는 것이 요구된다. 상기한 바와 같이, 이온 에너지의 더 많은 단일 에너지의 분배(예를 들어, 도 15a에 도시된 것과 같은)를 얻기 위하여 전류 제어부는 Ic가 I_I와 실질적으로 동일하도록(또는 변형예에서 수학식 2에 따라 관련되게) 전류원(1364)을 제어한다. 이 방법으로 이온 전류가 기판 표면의 전압에 영향을 미치는 레벨에 도달할 때 조차도 좁은 폭의 이온 에너지가 유지될 수 있다. 더욱이, 만약 소망한다면 이온 에너지의 폭은 부가적인 이온 에너지가 기판 표면에서 실현되도록 도 15b 및 도 15c에 도시된 바와 같이 제어될 수 있다.

또한 이온 에너지 분포를 제어하는 것과 관련하여 이용될 수 있는 피드백 라인(1370)이 도 13에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 △V의 값(또한 여기서는 전압 스텝 또는 제3 부분(1406)이라 언급한다)은 순간적인 이온 에너지를 나타내며 피드백 제어 루프의 일부로서 많은 실시예에 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서 전압 스텝(△V)은 수학식 4에 따라 이온 에너지와 관련이 있다. 다른 실시예에서 첨두 대 첨두 전압(V_pp)은 순간적인 이온 에너지와 관련될 수 있다. 다른 예에서 첨두 대 첨두 전압(V_pp)과, 제4 부분(1408)의 기울기(dVo/dt)와 시간(t)의 곱 사이의 차이는 순간적인 이온 에너지와 상관관계를 갖는다(예를 들어, V_pp-dVo/dtt).

다음에 도 16을 참고하면, 도 13을 참고하여 설명된 전류원(1364)을 실현하도록 구현될 수 있는 전류원(1664)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서 직렬 인덕터(L2)와 관련된 제어 가능한 음 DC 전압원은 전류원으로 역할을 하나, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 이 명세서에 비추어 전류원은 다른 부품 및/또는 구성으로 실현될 수 있는 점을 이해할 것이다.

도 43은 기판의 표면에 충돌하는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 일 실시예를 나타낸다. 방법(4300)은 플라즈마 처리 챔버 내부에 기판을 지지하는 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수(4302)(도 44에서 수정 주기 전압 함수(4302) 참조)를 인가함에 의해 시작한다. 변경된 주기 전압 함수는 이온 전류 보상(Ic)(도 44의 Ic(4404) 참조)와 파워 서플라이 전압(Vps)(도 44에서 파워 서플라이 전압 참조)과 같은 적어도 2개의 노브(knob)를 통하여 제어될 수 있다. 파워 서플라이 전압을 발생하기 위한 예시적인 부품은 도 1에서 스위칭 모드 파워 서플라이(106)이다. 파워 서플라이 전압(Vps)을 설명하는 것을 돕기 위하여 만약 이온 전류 및 이온 전류 보상에 결합없이 측정되는 경우와 같이 여기에 도시되어 있다. 변경된 주기 전압 함수는 그 후 이온 전류 보상(4304)의 제1 및 제2 값으로 샘플링된다. 변경된 주기 전압 함수의 적어도 2개 샘플 전압이 이온 전류 보상(Ic)의 각 값에 대하여 취하여진다. 샘플링(4304)은 이온 전류(I_I)와 시스 용량(C_sheath, 4306)의 계산(4306)(또는 결정)이 가능하도록 수행된다. 이러한 결정은 기판 지지부에 인가되는 경우(또는 기판 지지부에 인가될 때) 좁은(예를 들어, 최소) 이온 에너지 분포 함수(IEDF) 폭을 발생하는 이온 전류 보상(Ic)을 발견하는 것을 포함할 수 있다. 계산(4306)은 또한 옵션으로 변경된 주기 전압 함수의 파형의 샘플링(4304)에 기초하여 전압 스텝(△V)(또한 변경된 주기 전압 함수(1406)의 제3 부분으로 알려짐)을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 전압 스텝(△V)은 기판의 표면에 도달하는 이온의 이온 에너지에 관련될 수 있다. 제1시간 동안 이온 전류(I_I)를 발견한 때, 전압 스텝(△V)은 무시될 수 있다. 샘플링(4304) 및 계산(4306)의 상세한 것은 후속되는 도 30의 설명에 제공될 것이다.

일단 이온 전류(I_I)와 시스 용량(C_sheath)이 알려진 경우 방법(4300)은 이온 에너지와 IEDF의 형상(예를 들어, 폭)을 설정하고 모니터링하는 것을 포함하는 도 31의 방법(3100)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 도 46은 어떻게 파워 서플라이 전압의 변화가 이온 에너지의 변화에 영향을 미칠 수 있는 지를 보여준다. 특히, 도시된 파워 서플라이 전압의 크기가 감소하면 이온 에너지의 크기도 감소하는 결과로 나타난다. 더욱이, 도 47은 좁은 IEDF(4714)인 경우 IEDF는 이온 전류 보상(Ic)을 조절함에 의해 넓혀질 수 있는 것을 나타낸다. 대신 또는 병행하여 방법(4300)은 도 32 내지 도 41을 참고하여 설명된 바와 같이 이온 전류(I_I), 시스 용량(C_sheath) 및 변경된 주기 전압 함수의 파형의 다른 양상을 사용하는 다양한 메트릭스를 실행할 수 있다.

이온 에너지 및/또는 IEDF 폭을 설정하는 것에 더하여 방법(4300)은 이온 에너지와 IEDF 폭을 유지하기 위하여 변경된 주기 전압 함수의 파형(4308)을 조정할 수 있다. 특히 이온 전류 보상부에 의해 제공된 이온 전류 보상(Ic)의 조정과 파워 서플라이 전압의 조정은 4308에서 실행된다. 몇몇 실시예에서 파워 서플라이 전압은 파워 서플라이(예를 들어, 도 3의 버스 전압(Vbus))의 버스 전압(Vbus)에 의해 제어될 수 있다. 이온 전류 보상(Ic)은 IEDF 폭을 제어하며 파워 서플라이 전압은 이온 에너지를 제어한다.

이들 조정(4308) 이후에 변경된 주기 전압 함수는 4304에서 다시 샘플링이 이루어지고, 이온 전류(I_I), 시스 용량(C_sheath) 및 전압 스탭(V)이 다시 4306에서 실행될 수 있다. 만약 이온 전류(I_I) 또는 전압 스탭(V)이 정의된 값(또는 대체 소망값)과 다른 경우, 이온 전류 보상(Ic) 및/또는 파워 서플라이 전압은 4308에서 조정될 수 있다. 샘플링(4304), 계산(4306) 및 조정(4308)의 루핑(looping)은 이온 에너지(eV) 및/또는 IEDF 폭을 유지하기 위하여 발생할 수 있다.

도 30은 기판의 표면에 충돌하는 이온의 이온 에너지 분포를 제어하는 방법의 다른 실시예를 나타낸다. 몇몇 실시예에서 상기한 바와 같이, 좁은 IEDF 폭(예를 들어, 최소 IEDF 폭 또는 대체로 ~6% 반값 전폭)을 달성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 방법(3000)은 기판의 표면에 일정한 기판 전압 및 때문에 시스 전압이 존재하는 그러한 것으로 챔버 및 기판 지지부에 변경된 주기 전압 함수를 제공할 수 있다. 이것은 결국 실질적으로 일정한 전압으로 시스 양단에 이온을 가속시켜서, 따라서 이온이 실질적으로 동일한 이온 에너지를 갖는 기판과 충돌하게 하여 교대로 좁은 IEDF 폭을 제공한다. 예를 들어, 도 45에서 이온 전류 보상(Ic)을 조정하는 것은 펄스 사이의 기판 전압(Vsub)이 일정한 또는 실질적으로 일정한 전압을 갖게 하며, 따라서 IEDF가 좁아지게 한다.

이러한 변경된 주기 전압 함수는, 이온 전류 보상(Ic)이 어떤 부유 용량도 없다고 가정할 때 이온 전류(I_I)와 동일할 때 달성된다(도 45에 주기 전압 함수(Vo)의 마지막 5 사이클 참조). 대체예에서 부유 용량(C_stray)이 고려되는 경우, 이온 전류 보상(Ic)은 하기 수학식 2에 따라 이온 전류(I_I)와 관련된다:

여기서, C₁은 유효 용량(예를 들어, 도 3 및 도 13을 참고하여 설명된 고유 용량)이다. 유효 용량(C15)은 시간에 맞춰 변하거나 또는 일정하다. 이 개시서의 목적을 위해 좁은 IEDF 폭은 I_I=Ic 이거나 또는 수학식 2가 만족될 때 존재할 수 있다. 도 45 내지 도 50은 명명법, I_I=Ic를 사용하며, 그러나 이들 동등함은 수학식 2의 단지 단순화이고, 따라서 수학식 2는 도 45 내지 도 50에 사용된 동등함을 대체할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 부유 용량(C_stray)은 파워 서플라이에 의해 보여진 바와 같이 플라즈마 챔버의 누적(cumulative) 용량이다. 도 45에는 8개 사이클이 존재한다.

방법(3000)은 변경된 주기 전압 함수(예를 들어, 도 14에 도시된 변경된 주기 전압 함수 또는 도 44에 도시된 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 2 또는 그 이상 3004에서 샘플링되며, 이 샘플링으로부터 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클의 일부에 대한 기울기(dVo/dt)(예를 들어, 펄스들 사이의 부분 또는 제4 부분(1408)의 기울기)가 3006에서 계산될 수 있다. 결정(3010) 전의 동이란 포인트에서 유효 용량(C1)의 미리 결정된 값(예를 들어, 도 13의 고유 용량(C1) 및 도 3의 고유 용량(C10))이 3008(예를 들어, 메모리 또는 사용자 입력으로부터)에서 액세스될 수 있다. 기울기(dVo/dt), 유효 용량(C1)과 이온 전류 보상(Ic)에 기초하여 함수(f)가 다음의 수학식 3과 같이 이온 전류 보상(Ic)의 각 값에 대하여 평가될 수 있다:

만약 함수(f)가 참(true)인 경우, 이온 전류 보상(Ic)은 이온 전류(I_I)와 동일하며 또는 대체예에서 수학식 2를 참으로 보며 좁은 IEDF 폭이 3010(도 45 참조)에서 달성되어졌다. 만약 함수(f)가 참(true)이 아닌 경우, 이온 전류 보상(Ic)은 함수(f)가 참이 될 때까지 3012에서 더 조정될 수 있다. 이점에서 보는 다른 방법은 이온 전류 보상(Ic)이 이온 전류(I_I)와 매칭될 때까지(다른 경우에 수학식 2의 관계를 만족할 때)조정될 수 있으며, 이 점에서 좁은 IEDF 폭이 존재한다. 이온 전류 보상(Ic)에 대한 이러한 조정과 IEDF를 좁히는 결과는 도 45에서 확인될 수 있다. 이온 전류(I_I) 및 대응하는 이온 전류 보상(Ic)은 저장 동작(3014)에서(예를 들어, 메모리에) 저장될 수 있다. 이온 전류 보상(Ic)은 유효 용량(C₁)과 같이 시간에 따라 변할 수 있다.

수학식 3이 만족될 때, 이온 전류(I_I)는 알게 된다(I_I=Ic이기 때문이거나 수학식 2가 참이기 때문에). 따라서, 방법(3000)은 플라즈마에 영향을 미치지 않고 실시간으로 이온 전류(I_I)의 원격 및 비국부적으로 측정을 가능하게 한다. 이는 도 32 내지 도 41을 참고하여 설명되는 것과 같은 다수의 신규한 메트릭스로 이어진다(예를 들어, 플라즈마 밀도의 원격 모니터링 및 플라즈마 소스의 원격 고장 검출).

이온 보상 전류(Ic)를 3012에서 조정하는 동안 이온 전류는 델타 함수보다 넓어지기 쉽게 되며 이온 에너지는 도 15b, 도 15c 또는 도 44 중의 하나를 닮을 것이다. 그러나, 일단 이온 보상 전류(Ic)가 수학식 2를 만족하는 것이 확인되면, IEDF는 도 15a 또는 도 45의 우측에 도시된 바와 같이 좁은 IEDF 폭(예를 들어, 최소 IEDF 폭)을 갖는 것으로 나타날 것이다. 이것은 변경된 주기 전압 함수의 펄스 사이의 전압이 I_I=Ic일 때(또는 다른 대안으로 수학식 2가 참일 때) 실질적으로 일정한 시스 또는 기판 전압 그리고 금후 이온 에너지를 야기하기 때문이다. 도 46에서 기판 전압(4608)은 일정한 전압부분 사이의 펄스를 포함한다. 이들 펄스는 지속시간이 너무 짧기 때문에 이온 에너지 및 IEDF에 대한 그들의 영향은 무시할 수 있으며 따라서 기판 전압(4608)은 실질적으로 일정한 것으로 불린다.

다음은 도 30에 도시된 각 방법의 단계에 대하여 더욱 상세하게 제공한다.

일 실시예에서 변경된 주기 전압 함수는 도 14에 도시된 것과 같은 파형을 가질 수 있고 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 포함하며, 제3 부분은 전압 스텝(△V)을 가질 수 있으며 제4 부분은 기울기(dVo/dt)를 가질 수 있다. 기울기(dVo/dt)는 양, 음 또는 제로 일 수 있다. 변경된 주기 전압 함수(1400)는 또한 제1 부분(1402), 제2 부분(1404), 제3 부분(1406), 및 펄스들 사이의 부분(제4 부분(1408))을 구성하는 펄스를 갖는 것으로 설명될 수 있다.

변경된 주기 전압 함수는 도 3에 Vo로서 측정될 수 있으며 도 44에 변경된 주기 전압 함수(4402)로서 나타날 수 있다. 변경된 주기 전압 함수(4402)는 파워 서플라이 전압(4406)(또한 주기 전압 함수로 알려짐)을 이온 전류 보상(4404)과 결합함에 의해 생성된다. 파워 서플라이 전압(4406)은 변경된 주기 전압 함수(4402)의 펄스를 발생하여 정형함에 의해 크게 관련되고 이온 전류 보상(4404)은 종종 직선 기울기 전압인 펄스 사이의 부분을 발생하여 정형함에 의해 크게 관련된다. 이온 전류 보상(Ic)을 증가시키면 도 45에 도시된 바와 같이 펄스 사이의 부분의 기울기 크기가 감소하게 된다. 파워 서플라이 전압(4606)의 크기를 감소시키면 도 46에 도시된 바와 같이 변경된 주기 전압 함수(4602)의 첨두 대 첨두 전압과 펄스의 진폭의 크기가 감소하게 된다.

파워 서플라이가 스위칭 모드 파워 서플라이인 경우, 제1 스위치(T1)와 제2 스위치(T2)의 스위칭 다이어그램(4410)이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1스위치(T1)는 도 3에서 제1 스위치(T1)로 구현될 수 있고, 제2스위치(T2)는 도 3에서 제2 스위치(T2)로서 구현될 수 있다. 두 스위치들은 동일한 스위칭 시간을 가지나 180 위상차가 있는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서 스위칭은 도 4에 도시된 것과 같은 약간의 위상 오프셋을 가질 수 있다. 제1스위칭(T1)가 온(ON)일 때, 파워 서플라이 전압은, 파워 서플라이가 음의 버스 전압을 가지므로 도 44에서 음값인 최대 크기로 끌어당겨진다. 제2 스위칭(T2)은 이 기간 동안 오프 상태이며 파워 서플라이 전압(4406)은 접지로부터 절연되어 있다. 스위칭이 역전될 때, 파워 서플라이 전압(4406)은 접지에 접근하여 약간 접지를 통과한다. 도시된 실시예에서 2 펄스 폭이 존재하나 이는 요구되지 않는다. 다른 실시예에서 펄스폭은 모든 사이클 동안 동일할 수 있다. 다른 실시예에서 펄스폭은 가변되거나 또는 시간에 따라 변조될 수 있다.

변경된 주기 전압 함수는 기판 지지부(3002)에 인가되어 변경된 주기 전압 함수가 기판 지지부(예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이와 유효 용량 사이)에 도달하기 전에 마지막 액세스 가능한 포인트의 Vo가 3004에서 샘플링된다. 변경되지 않은 주기 전압 함수(또는 도 44에서 파워 서플라이 전압(4406))는 도 12에 스위칭 모드 파워 서플라이(1206)와 같이 파워 서플라이로부터 얻어질 수 있다. 도 44의 이온 전류 보상(4404)은 도 12의 이온 전류 보상부(1260) 또는 도 13의 1360과 같은 전류원으로부터 얻어질 수 있다.

변경된 주기 전압 함수의 일부 또는 전체는 3004에서 샘플링될 수 있다. 예를 들어, 제4 부분(예를 들어, 제4 부분(1408))은 샘플링될 수 있다. 샘플링(3004)은 파워 서플라이와 기판 지지부 사이에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 샘플링(3004)은 스위칭 모드 파워 서플라이(106)와 지지부(108) 사이에서 수행될 수 있다. 도 3에서 샘플링(3004)은 인덕터(L1)와 고유 용량(C10) 사이에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서 샘플링(3004)은 용량(C3)과 고유 용량(C10) 사이의 Vo에서 수행될 수 있다. 고유 용량(C10)과 플라즈마(R2,R3,C1,C2)를 나타내는 요소들은 실시간 측정을 위해 액세스 가능하지 않기 때문에 샘플링(3004)은 전형적으로 도 3에서 고유 용량(C10)의 좌측에서 수행된다. 비록 고유 용량(C10)이 전형적으로 처리 중에 측정되지 않을지라도 그것은 전형적으로 주지된 상수이며 따라서 제조하는 동안 설정될 수 있다. 동시에 몇몇 경우에 고유 용량(C10)은 시간에 따라 가변될 수 있다.

변경된 주기 전압 함수의 단지 2개 샘플이 몇몇 실시예에서 필요로 하는 반면에 기타 실시예에서는 백, 천 또는 수만의 샘플이 변경된 주기 전압 함수의 각 사이클 동안 취해질 수 있다. 예를 들어, 샘플링 레이트는 400kHz 이상이 될 수 있다. 이들 샘플링 레이트는 변경된 주기 전압 함수와 그 형상의 보다 정확하고 상세한 모니터링을 가능하게 한다. 이와 동일한 맥락으로 변경된 주기 전압 함수의 보다 상세한 모니터링은 사이클 사이, 상이한 처리조건 사이, 상이한 처리 사이, 상이한 챔버 사이, 상이한 소스 사이 등의 파형의 보다 정밀한 비교를 가능하게 한다. 예를 들어, 이러한 샘플링 레이트에서 도 14에 도시된 변경된 주기 전압 함수의 제1 내지 제4 부분(1402,1404,1406,1408)은 구별될 수 있으며, 이는 전통적인 샘플링 레이트에서 가능하지 않을 수 있다. 몇몇 실시예에서 더 높은 샘플링 레이트는 종래에는 가능하지 않은 전압 스텝(△V) 및 기울기(dVo/dt)의 분해를 가능하게 한다. 몇몇 실시예에서 변경된 주기 전압 함수의 일 부분은 다른 부분이 샘플링 되지 않는 동안 샘플링될 수 있다.

기울기(dVo/dt)의 계산(3006)은 시간(t)(예를 들어, 제4 부분(1408)) 동안 취해진 다수의 Vo 측정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 선형 맞춤(linear fit)은 라인의 기울기가 기울기(dVo/dt)를 제공하는 경우 Vo값에 라인을 맞추도록 실행될 수 있다. 다른 실시예에서 도 14에서 시작과 끝 시간(t)(예를 들어, 제4 부분(1408))에 Vo 값은 확인될 수 있으며, 라인은 라인의 기울기가 dVo/dt로서 주어진 경우 이들 2 포인트 사이에 맞추어질 수 있다. 이들은 펄스 사이의 부분의 기울기(dVo/dt)를 계산할 수 있는 다수의 방법 중 단지 2가지이다.

판단(3010)은 IEDF를 좁은 폭(예를 들어, 최소 폭 또는 대안으로 6% 반값전폭(FWHM: full width half maximum))에 맞추는 데 사용된 반복적 루프의 일부일 수 있다. 수학식 3은 단지 이온 전류 보상(Ic)이 이온 전류(I_I)(또는 대안으로 수학식 2에 따른 I_I)에 관련되는)와 동일한 경우에 적용되며, 이는 일정한 기판 전압이 존재하고 따라서 일정하고 실질적으로 단일 이온 에너지(좁은 IEDF 폭)가 존재하는 경우에만 발생한다. 일정한 기판 전압(4608)(Vsub)은 도 46에서 볼 수 있다. 따라서, 이온 전류(I_I) 또는 대안으로 이온 전류 보상(Ic)이 수학식 3에 사용될 수 있다.

대안으로 제4 부분(1408)을 따른 2개의 값(또한 펄스 사이의 부분으로 언급됨)은 제1 사이클과 제2 사이클 동안 샘플링될 수 있으며, 제1 및 제2 기울기는 각각 각 사이클 마다 결정될 수 있다. 이들 2 기울기로부터 이온 전류 보상(Ic)은 결정될 수 있으며, 이는 제3기울기(그러나 아직 측정되지 않음)에 대하여 수학식 3이 참이 되게 예상된다. 따라서, 이온 전류(I_I)는 좁은 IEDF 폭에 대응하기 위해 예상되는 것이 추정될 수 있다. 여기에는 좁은 IEDF 폭을 결정할 수 있는 많은 방법 중 단지 2가지가 있으며, 대응하는 이온 전류 보상(Ic) 및/또는 대응하는 이온 전류(I_I)가 발견될 수 있다.

이온 전류 보상(Ic)(3012)에 대한 조정은 이온 전류 보상(Ic)에 증가 또는 감소를 포함할 수 있으며, 각 조정에 대한 스텝 크기에 어떤 제한이 없다. 몇몇 실시예에서는 수학식 3에서 함수(f)의 사인은 이온 전류 보상을 증가 또는 감소시키는 지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 만약 사인이 음인 경우, 이온 전류 보상(Ic)은 감소되며 반면에 양의 사인인 경우 이온 전류 보상(Ic)을 증가시키는 데 요구되는 것을 지시한다.

일단 이온 전류 보상(Ic)은 이온 전류(I_I)(또는 대안으로 수학식 2에 따라 여기에 관련됨)와 동일한 것으로 확인되면, 방법(3000)은 후속 셋 포인트 동작(도 31 참조) 또는 원격 챔버 및 소스 모니터링 동작(도 32 내지 도 41 참조)으로 진행할 수 있다. 후속 셋 포인트 동작은 이온 에너지(또한 도 46 참조) 및 이온 에너지의 분배 또는 IEDF 폭(또한 도 47 참조)을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 소스 및 챔버 모니터링은 플라즈마 밀도, 소스 서플라이 이상, 플라즈마 아크 및 기타를 모니터링하는 것을 포함할 수 있다.

더욱이, 방법(3000)은 이온 전류 보상(Ic)을 연속적으로(또는 대안으로 주기적으로) 업데이트하기 위하여 샘플링(3004)으로 돌아가는 것을 선택할 수 있다. 예를 들어, 샘플링(3004), 계산(3006), 결정(3010) 및 조정(3012)이 수학식 3이 계속하여 만족하는 것을 보장하도록 이온 전류 보상(Ic)을 고려해볼 때 주기적으로 실행될 수 있다. 동시에 만약 소학식 3을 만족하는 이온 전류 보상(Ic)이 업데이트되면 그 후 이온 전류(I_I)는 또한 업데이트될 수 있고 업데이트된 값은 3014에서 저장될 수 있다.

방법(3000)이 이온 전류(I_I)와 동일하도록 또는 대안으로 수학식 2를 만족하도록 이온 전류 보상(Ic)를 발견하여 설정하는 동안 좁은 IEDF 폭을 달성하는 데 요구되는 이온 전류 보상(Ic)에 대한 값은 이온 전류(I_I)를 그 값에 설정하는 것 없이(또는 대안으로 이온 전류(I_I)를 그 값에 설정하기 전에) 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 사이클 동안 제1이온 전류 보상(Ic₁)을 인가하고 펄스들 사이의 전압의 제1기울기(dV₀₁/dt)를 측정하며, 제2 사이클 동안 제2이온 전류 보상(Ic₂)을 인가하고 펄스들 사이의 전압의 제2기울기(dV₀₂/dt)를 측정함에 의해, 제3이온 전류 보상(Ic₃)와 연관된 제3기울기(dV₀₃/dt)는 수학식 3이 참이 될 예정인 지가 판단될 수 있다. 제3이온 전류 보상(Ic₃)은 만약 인가되는 경우 좁은 IEDF 폭으로 귀착되는 하나가 될 수 있다. 이런 이유로 수학식 3을 만족하며 따라서 이온 전류(I_I)에 대응하는 이온 전류 보상(Ic)는 단지 이온 전류 보상의 단일 조정만으로 결정될 수 있다. 방법(3000)은 그 후 이온 전류(Ic)를 좁은 IEDF 폭을 달성하는 데 요구되는 값으로 항상 설정되는 것 없이 도 31 및/또는 도 32 내지 도 41에 기술된 방법으로 이동할 수 있다. 이러한 실시예는 튜닝 속도를 증가시키기 위해 실행될 수 있다.

도 31은 IEDF 폭과 이온 에너지를 설정하는 방법을 나타낸다. 방법은 도 30에 도시된 방법(3000)으로부터 시작하며 좌측 경로(3100)(또한, IEDF 브랜치라 언급한다) 또는 우측 경로(3101)(또한 이온 에너지 브랜치라 언급한다) 중 어느 하나를 취할 수 있으며, 각각 IEDF 폭과 이온 에너지를 설정하는 것을 수반한다. 이온 에너지(eV)는 전압 스텝(△V) 또는 도 14의 변경된 주기 전압 함수의 제3 부분(1406)에 비례한다. 이온 에너지(eV)와 전압 스텝(△V) 사이의 관계는 하기 수학식 4로 쓰여질 수 있다:

여기서, C₁은 유효 용량(예를 들어, 척 용량; 도 3에서 고유 용량(C10); 또는 도 13에서 고유 용량(C1))이고, C₂는 시스 용량(sheath capacitance)(예를 들어, 도 3에서 시스 용량(C4) 또는 도 13에서 시스 용량(C2))이다. 시스 용량(C₂)은 부유 용량(stray capacitance)을 포함할 수 있으며, 이온 전류(I_I)에 따른다. 전압 스텝(△V)은 변경된 주기 전압 함수(1400)의 제2 부분(1404)과 제4 부분(1408) 사이의 전압 변화로서 측정될 수 있다. 전압 스텝(△V)(이는 파워 서플라이 전압 또는 도 3에서 버스 전압(Vbus)과 같은 버스 전압의 함수이다)을 제어 및 모니터링 함에 의해 이온 에너지(eV)가 제어 및 알려질 수 있다.

동시에 IEDF 폭(IEDF width)은 하기 수학식 5에 따라 근사치로 될 수 있다:

여기서, I는 C가 C_series인 경우 I_I이며, 또한 I는 C가 C_effective인 경우 I_C이다. 시간(t)은 펄스 사이의 시간이며, V_PP는 첨두 대 첨두 전압이고, △V는 전압 스텝이다.

또한, 시스 용량(C₂)은 다양한 계산 및 모니터링 동작에 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이 시스 거리(Debye sheath distance)(_sheath)는 다음 수학식 6에 따라 근사치로 될 수 있다:

여기서, ε은 진공 유전율(vacuum permittivity)이고, A는 기판의 면적(또는 대안으로 기판 지지부의 표면 면적)이다. 몇몇 고전압 응용에서 수학식 6은 하기 수학식 7로 표현된다:

더욱이, 시스에서 e-필드(e-field)는 시스 용량(C2), 시스 거리(_sheath) 및 이온 에너지(eV)의 함수로서 근사치로 될 수 있다. 이온 전류(I_I)에 따른 시스 용량(C₂)은 또한, 포화 전류(I_sat)는 단일 이온화 플라즈마에 대하여 보상 전류(I_C)에 선형적으로 관련이 있는 수학식 8로부터 플라즈마 밀도(n_e)를 결정하는 데 사용될 수 있다.

기판 표면에 이온의 유효 질량은 시스 용량(C₂)과 포화 전류(I_sat)를 사용하여 계산될 수 있다. 플라즈마 밀도(n_e), 시스 내부의 전계, 이온 에너지(eV), 이온의 유효 질량 및 기판(VDC)의 DC 전위(VDC)는 단지 이 분야에 간접 수단을 통하여 단지 전형적으로 모니터되는 기본적인 플라즈마 파라미터이다. 이러한 개시서는 이들 파라미터의 직접 측정을 가능하게 하며 따라서 실시간으로 플라즈마 특성의 보다 정밀한 모니터링이 가능하게 된다.

수학식 4에 보여지는 바와 같이, 시스 용량(C₂)은 또한 도 31의 이온 에너지 브랜치(3101)에 도시된 바와 같이 이온 에너지(eV)를 모니터 및 제어하는 데 사용될 수 있다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 이온 에너지(3102)의 사용자 선택을 수신하는 것으로부터 시작한다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 그 후 주기 전압 함수(3104)를 공급하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 대한 초기 파워 서플라이 전압을 설정할 수 있다. 샘플 주기 전압 동작(3108) 전에 몇가지 포인트에서 이온 전류는 또한 3106에서 액세스될 수 있다(예를 들어, 메모리로부터 액세스됨). 주기 전압은 3108에서 샘플링될 수 있으며, 변경된 주기 전압 함수의 제3 부분의 측정은 3110에서 측정될 수 있다. 이온 전류(I_I)는 변경된 주기 전압 함수(3112)의 전압 스텝(△V)(또한 제3 부분(예를 들어, 제3 부분(1406))으로 언급된다)으로부터 계산될 수 있다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 그 후 이온 에너지가 정의된 이온 에너지(3114)와 동일한지 여부를 판단할 수 있으며, 만약 그런 경우 이온 에너지는 소망하는 설정 포인트에 있으며 이온 에너지 브랜치(3101)는 종료한다. 만약 이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하지 않은 경우, 그 후 이온 에너지 브랜치(3101)는 파워 서플라이 전압(3116)을 조정할 수 있고 주기 전압(3108)을 다시 샘플링할 수 있다. 이온 에너지 브랜치(3101)는 그 후 이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하게 될 때 까지 샘플링(3108), 측정(3110), 계산(3112), 판단(3114) 및 설정(3116)의 루프를 순환한다.

IEDF 폭을 모니터링 및 제어하는 방법은 도 31이 IEDF 브랜치(3100)에 도시되어 있다. IEDF 브랜치(3100)는 IEDF 폭의 사용자 선택 수신(3150)과 현 IEDF 폭 샘플링(3152)을 포함하고 있다. 판단(3154)은 그 후 정의된 IEDF 폭이 현 IEDF 폭과 동일한 지를 판단하며, 만약 동일한 것으로 판단(3152)된 경우 IEDF 폭은 소망하는(또는 정의된) 것과 같은 것이며 IEDF 브랜치(3100)는 종료한다. 그러나, 만약 현 IEDF 폭이 정의된 IEDF 폭과 동일하지 않은 경우 이온 전류 보상(Ic)이 3156에서 조정될 수 있다. 이러한 판단(3154) 및 조정(3156)은 현 IEDF 폭이 정의된 IEDF 폭과 동일할 때까지 루프 순환방식으로 계속될 수 있다.

몇몇 실시예에서 IEDF 브랜치(3100)는 또한 소망하는 IEDF 형상을 확보하도록 구현될 수 있다. 다양한 IEDF 형상이 발생될 수 있고 각각은 다른 이온 에너지 및 IEDF 폭과 연관될 수 있다. 예를 들어, 제1 IEDF 형상은 델타 함수일 수 있고, 제2 IEDF 형상은 사각형 함수일 수 있다. 다른 IEDF 형상이 컵 형상이 될 수 있다. 다양한 IEDF 형상의 예가 도 11에 도시되어 있다.

이온 전류(I_I)와 전압 스텝(△V)을 알게 되면 수학식 4는 이온 에너지(eV)에 대하여 풀 수 있다. 전압 스텝(△V)은 파워 서플라이 전압을 변경함에 의해 제어될 수 있으며, 파워 서플라이 전압은 교대로 전압 스텝(△V)을 변하게 한다. 더 큰 파워 서플라이 전압은 전압 스텝(△V)이 증가되게 하며, 파워 서플라이 전압의 감소는 전압 스텝(△V)이 감소되게 한다. 요컨대, 파워 서플라이 전압을 증가시키면 이온 에너지(eV)는 증가하게 된다.

더욱이, 상기 시스템 및 방법은 연속적으로 변하는 피드백 루프상에서 작동되기 때문에 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지와 IEDF 폭은 플라즈마 소스 또는 챔버 조건에 대한 변화 또는 의도적인 조정으로 인하여 플라즈마의 변경에도 불구하고 유지될 수 있다.

비록 도 30 내지 도 41이 단일 이온 에너지에 관하여 설명되었을지라도 통상의 지식을 가진 자는 소망하는(또는 정의된) IEDF 폭(또는 IEDF 형상) 및 이온 에너지를 발생하여 모니터링 하는 방법은 각각 자신의 IEDF 폭(또는 IEDF 형상)을 갖는 2 이상의 이온 에너지를 발생 및 모니터링 하는데 이용될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 예를 들어, 제1, 제3 및 제5 사이클에서 제1파워 서플라이 전압(V_PS)을 제공하고 제2, 제4 및 제6 사이클에서 제2파워 서플라이 전압을 제공함에 의해 2개의 상이하고 좁은 이온 에너지가 기판 표면에 도달하는 이온에 달성될 수 있다(예를 들어, 도 42A). 3개의 다른 파워 서플라이 전압을 사용하면 3개의 다른 이온 에너지가 얻어진다(예를 들어, 도 42B). 다중 파워 서플라이 전압의 각각이 인가되는 시간 또는 각각의 파워 서플라이 전압 레벨이 인가되는 동안 사이클 수를 변경함에 의해 다른 이온 에너지의 이온 플럭스가 제어될 수 있다(예를 들어, 도 42C).

상기 판단은 파워 서플라이에 의해 제공되는 주기 전압 함수를 이온 전류 보상부에 의해 제공되는 이온 전류 보상과 결합시키는 것은 이온 에너지 및 플라즈마 처리 동안 기판의 표면에 도달하는 이온의 IEDF 폭 및/또는 IEDF 형상을 제어하는 데 사용되는 방법을 나타낸다.

앞에서 언급한 몇몇의 제어는 다음의 몇가지 조합에 의해 가능해진다: (1) 고정된 파형(파형의 연속 사이클이 동일하다); (2) 이온 에너지 및 IEDF(예를 들어, 도 14에 도시된 제3 및 제4 부분(1406,1408))에 비례하는 적어도 2개 부분을 갖는 파형; 및 (3) 파형의 상이한 특징의 정확한 모니터링을 가능하게 하는 높은 샘플링 레이트(예를 들어, 125MHz). 예를 들어, 선형 증폭기와 같은 종래기술은 변경된 주기 전압 함수와 유사한 기판에 파형을 보내는 경우, 사이클 사이에 원하지 않은 변화는 이온 에너지 또는 IEDF 폭(또는 IEDF 형상)에 특징이 있는 이들 종래의 파형을 사용하는 것을 어렵게 한다.

선형 증폭기가 기판 지지부를 바이어스 하는데 사용된 경우, 파형이 사이클마다 일치하지 않으며, 따라서 파형의 특징 분석(예를 들어, 펄스 사이 부분의 기울기)이 전형적으로 유용한 정보를 제공하지 않기 때문에 고율로 샘플링할 필요성은 보이지 않았다. 이 개시서 및 관련 개시서에서 알 수 있는 바와 같이 고정된 파형이 사용될 때 이러한 유용한 정보가 발생한다.

여기에 개시된 고정 파형 및 높은 샘플링 레이트는 보다 더 정확한 통계적인 관찰이 가능하게 한다. 이러한 증가된 정밀도로 인하여 플라즈마 소스 및 챔버의 플라즈마의 동작 및 처리 특성은 변경된 주기 전압 함수의 다양한 특성을 모니터링 하는 것을 통하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 변경된 주기 전압 함수의 측정은 시스 용량과 이온 전류의 원격 모니터링을 가능하게 하며, 챔버 처리를 알거나 또는 다른 챔버의 상세한 사항 없이 모니터될 수 있다. 다수의 사례는 앞에서 언급된 시스템과 방법이 비국부적 모니터링 및 소스와 챔버의 고장 검출에 사용될 수 있다는 많은 방법 중 단지 몇 개를 보여주기 위한 것이다.

모니터링의 예로서 도 14를 참고하면, 파형(1400)의 DC 오프셋은 플라즈마 소스(이후에 소스로 칭한다.)의 상태를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서 변경된 주기 전압 함수의 펄스의 최상부(1404)(제2 부분)의 기울기는 소스 내에 댐핑 효과와 관련이 있다. 수평(기울기가 제로(0)인 것으로 도시됨)으로부터 최상부(1404)의 기울기의 표준 편차는 파형(1400)의 양상에 기초하여 소스 상태를 모니터링하는 다른 방법이다. 다른 양상은 변경된 주기 전압 함수의 제4 부분(1408)을 따라 샘플링된 Vo 포인트의 표준 편차를 측정하고 챔버 링잉(ringing)에 표준 편차를 상관시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 표준 편차가 연속된 펄스들 중에 모니터링 되고 표준 편차가 시간에 따라 증가하는 경우, 이것은 예를 들어, e-척 안의 챔버에 링잉이 있는 것을 지시할 수 있다. 링잉은 챔버에 또는 내부에 또는 부가적인 원하지 않는 인덕턴스 또는 용량의 불량한 전기 접속의 신호일 수 있다.

도 32는 본 개시서의 일 실시예에 따라 기판 지지부에 전달된 2개의 변경된 주기 전압 함수를 나타낸다. 비교될 때, 2개의 변경된 주기 전압 함수는 챔버 매칭 또는 원래의 이상 또는 고장 검출에 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 변경된 주기 전압 함수의 하나는 기준 파형이 될 수 있고, 나머지 하나는 교정 동안 플라즈마 처리 챔버로부터 취해질 수 있다. 2개의 변경된 주기 전압 함수 사이의 차이(예를 들어, 첨두 대 첨두 전압, V_PP)는 플라즈마 처리 챔버를 교정하는 데 사용될 수 있다. 대안으로 두 번째 변경된 주기 전압 함수는 처리기간 동안 기준 파형과 비교될 수 있으며 파형 특성의 차이(예를 들어, 시프트)는 고장(예를 들어, 변경된 주기 전압 함수의 제4 부분(3202)의 기울기의 차이)를 나타낼 수 있다.

도 33은 플라즈마 소스 불안정성 및 플라즈마 밀도의 변화를 지시할 수 있는 이온 전류 파형을 나타낸다. 도 33에 도시된 것과 같은 이온 전류(I_I)의 변동은 시스템의 고장 및 이상을 나타내는 것으로 분석될 수 있다. 예를 들어, 도 33의 주기적인 변동은 플라즈마 소스(예를 들어, 플라즈마 파워 소스(102))에서 저주파 불안정성을 지시할 수 있다. 이러한 이온 전류(I_I)의 변동은 또한 플라즈마 밀도의 주기적인 변화를 나타낸다. 이러한 지시기(indicator) 및 그것이 지시하는 것일 수 있는 가능한 고장 또는 이상은 이온 전류(I_I)의 원격 모니터링이 특정 이점에 사용될 수 있는 많은 방법 중 단지 하나이다.

도 34는 비 주기성(non-cyclical) 형상을 갖는 변경된 주기 전압 함수 파형의 이온 전류(I_I)를 나타낸다. 이온 전류(I_I)의 이 실시예는 플라즈마 불안정성 및 플라즈마 밀도의 변화와 같은 비 주기성(non-cyclical) 변동을 나타낸다. 이러한 변동은 또한 아크 발생, 기생 플라즈마의 형성 또는 플라즈마 밀도의 드리프트와 같은 다양한 플라즈마 불안정성을 나타낼 수 있다.

도 35는 바이어스 서플라이 내부에 고장을 지시할 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다. 3번째 도시된 사이클의 최상부(또한 제2 부분으로 언급된다)는 바이어스 서플라이(예를 들어, 도 12에서 파워 서플라이(1206))에 링잉(ringing)을 지시하는 이상 거동을 나타낸다. 이러한 링잉은 바이어스 서플라이 내부에 고장을 지시할 수도 있다. 이러한 링잉의 추가 분석은 파워 시스템 내의 고장을 식별하는 것을 돕는 특성을 식별할 수 있다.

도 36은 시스템 용량에서 다이나믹(비선형) 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수 파형을 나타낸다. 예를 들어, 전압에 따라 비선형적으로 따르는 부유 용량으로 인하여 이러한 변경된 주기 전압 함수의 결과로 나타날 수 있다. 다른 예에서 척에서 플라즈마 붕괴 또는 고장은 또한 이러한 변경된 주기 전압 함수의 결과로 나타날 수 있다. 3개의 도시된 사이클 각각에서 각 사이클의 제4 부분(3602)의 비선형성은 시스템 용량의 다이나믹 변화를 지시할 수 있다. 예를 들어, 비선형성은 시스템 용량의 다른 부품이 대부분 고정되어 있기 때문에 시스 용량의 변화를 지시할 수 있다.

도 37은 플라즈마 밀도에서 변화를 나타낼 수 있는 변경된 주기 전압 함수를 나타낸다. 도시된 변경된 주기 전압 함수는 플라즈마 밀도에서 변화를 나타낼 수 있는 기울기(dVo/dt)에서 단조로운 이동을 보여준다. 이러한 단조로운 이동은 처리 에칭 종점과 같은 예상된 사건의 단적인 대변을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서 이러한 단조로운 시프트는 어떤 예상 사건도 존재하지 않는 경우에 처리에 고장이 있는 것을 지시할 수 있다.

도 38은 이온 전류의 드리프트가 시스템 드리프트를 지시할 수 있는 상이한 처리 실행에 대한 이온 전류의 샘플링을 나타낸다. 각각의 데이터 포인트(data point)는 받아들일 수 있는 허용 가능한 한계가 받아들일 수 있는 이온 전류를 정의하는 사용자-정의 또는 자동 한계인 경우, 주어진 런에 대한 이온 전류를 나타낼 수 있다. 받아들일 수 있는 한계를 초과하는 이온 전류를 점차적으로 밀어올리는 이온 전류의 드리프트는 기판 손상이 일어날 수 있는 것을 지시할 수 있다. 이러한 타입의 모니터링은 또한 광학적 탈락, 두께 측정 등과 같은 임의 수의 다른 전통적인 모니터와 결합될 수 있다. 이온 전류의 드리프트를 모니터링 하는 것에 부가하여 이러한 전통적인 타입의 모니터는 현존하는 모니터링 및 통계적인 제어를 향상시킬 수 있다.

도 39는 상이한 처리 파라미터에 대한 이온 전류의 샘플링을 나타낸다. 이 실시예에서 이온 전류는 상이한 처리 및 상이한 처리 특성을 구별하는 성능지수로서 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 플라즈마 레시피 및 처리 개발시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 11개의 처리 조건을 시험하여 11개의 도시된 이온 전류 데이터 포인트가 얻어졌으며, 바람직한 이온 전류를 나타내는 처리는 이상적인 처리 또는 대안으로 바람직한 처리로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 가장 낮은 이온 전류는 이상적인 처리로서 선택될 수 있으며, 그 후 바람직한 처리와 연관된 이온 전류는 처리가 바람직한 처리 조건에 따라 실행되었는지 여부를 판단하기 위한 측정 기준으로서 사용될 수 있다. 이러한 성능지수는 거의 제한되지 않는 예로 명명하기 위해 레이트, 선택도 및 프로파일 각과 같은 유사한 전통적인 성능 특징에 대한 대안 또는 이에 부가하여 사용될 수 있다.

도 40은 챔버에 플라즈마 없이 모니터링된 2개의 변경된 주기 전압 함수를 나타낸다. 이들 2개의 변경된 주기 전압 함수는 플라즈마 챔버를 특징지우는 데 비교되고 사용될 수 있다. 실시예에서 제1변경된 주기 전압 함수는 기준 파형이 될 수 있고, 제2 변경된 주기 전압 함수는 현재-모니터링되고 있는 파형일 수 있다. 이들 파형은 예를 들어, 챔버 세정 또는 예방점검 이후에 처리 챔버에 플라즈마 없이 취해질 수 있으며, 따라서, 제2파형은 제작(또는 반품)으로의 챔버의 릴리스 전에 챔버의 전기적 상태의 확인을 제공하는 데 사용될 수 있다.

도 41은 플라즈마 처리를 확인하는데 사용될 수 있는 2개의 변경된 주기 전압 함수를 나타낸다. 제1 변경된 주기 전압 함수는 기준 파형일 수 있고, 제2 변경된 주기 전압 함수는 현재 모니터 되고 있는 파형일 수 있다. 현재 모니터 되고 있는 파형은 기준 파형과 비교되며, 어떤 차이는 전통적인 모니터링 방법을 사용하여 검출할 수 없는 기생 및/또는 비-용량성 임피던스 이슈를 지시할 수 있다. 예를 들어, 도 35의 파형에서 보여지는 링잉은 검출될 수 있고 파워 서플라이에 링잉을 의미할 수 있다.

도 32 내지 도 41에 도시된 임의의 측정기준은 모니터될 수 있으며, 방법(3000)은 이온 전류 보상(Ic), 이온 전류(I_I) 및/또는 시스 용량(C_sheath)을 업데이트하기 위해 루프를 순환한다. 예를 들어, 각각의 이온 전류(I_I) 샘플링이 도 38에서 취해진 후, 방법(3000)은 업데이트된 이온 전류(I_I)를 결정하기 위하여 샘플링(3004)으로 귀환할 수 있다. 다른 실시예에서 모니터링 동작의 결과로서 이온 전류(I_I), 이온 에너지(eV) 또는 IEDF 폭에 대한 정정이 요망될 수 있다. 대응하는 정정이 이루어질 수 있으며, 방법(300)은 수학식 3을 만족하는 새로운 이온 전류 보상(Ic)을 발견하기 위해 샘플링으로 다시 반복실행할 수 있다.

이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 도 30, 도 31 및 도 43에 도시된 방법은 어떤 특정한 또는 기술된 동작 순서를 요구하지 않으며 또는 도면에 도시되거나 또는 도면에 함축된 어떤 순서에도 제한되지 않는 다는 것을 인정할 것이다. 예를 들어, 측정기준(도 32 내지 도 41)은 IEDF 폭 및/또는 이온 에너지(eV)를 설정하고 모니터링하기 전, 모니터링 도중 또는 모니터링 후에 모니터될 수 있다.

도 44는 여기에 개시된 시스템에서 상이한 지점에서 다양한 파형을 나타낸다. 스위칭 모드 파워 서플라이의 스위칭 부재에 대한 도시된 스위칭 패턴(4410), 파워 서플라이 전압(Vps, 4406)(또한 주기 전압 함수로서 불린다), 이온 전류 보상(Ic,4404), 변경된 주기 전압 함수(4402) 및 기판 전압(Vsub,4412)이 주어지면, IEDF는 도시된 폭(4414)(축소되어 그려질 수 없는 것) 또는 IEDF 형상(4414)을 갖는다. 이 폭은 본 개시서에서 좁은 폭으로 불리는 것 보다 더 넓다. 보여지는 바와 같이 이온 전류 보상(Ic,4404)은 이온 전류(I_I) 보다 더 크며, 기판 전압(Vsub,4412)은 일정하지 않다. IEDF 폭(4414)은 기판 전압(Vsub,4412)의 펄스 사이의 경사부의 전압차에 비례한다.

이러한 좁지 않은 IEDF 폭(4414)이 주어진 경우, 방법은 Ic=I_I이 될 때 까지(또는 대안으로 수학식 2에 따라 관련될 때 까지)조정되도록 이온 전류 보상(Ic)에 대한 호출을 개시하고 있다. 도 45는 이온 전류 보상(Ic)를 이온 전류(I_I)에 맞추도록 이온 전류 보상(Ic)에 최종 증가 변화를 실시한 결과를 나타낸다. Ic=I_I일 때 기판 전압(Vsub,4412)은 실질적으로 일정하게 되며, IEDF 폭 (4514)은 좁지 않음에서 좁음으로 진행한다.

일단 좁은 IEDF가 달성되면 도 46에 도시된 바와 같이 소망하는 또는 정의된 값으로 이온 에너지를 조정할 수 있다. 여기서 파워 서플라이 전압(대안으로 스위칭 모드 파워 서플라이의 버스 전압(Vbus))의 크기는 감소된다(예를 들어, 파워 서플라이 전압(4606) 펄스의 최대 음의 진폭이 감소된다). 결국, 첨두 대 첨두 전압이 V_PP1에서 V_PP2로 변함에 따라 V1은 V2로 감소한다. 실질적으로 일정한 기판 전압(Vsub,4608)의 크기는 결과적으로 감소하며, 따라서 좁은 IEDF 폭을 유지하는 동안 4615에서 4614로 이온 에너지의 크기가 감소한다.

이온 에너지의 조정 여부에 무관하게, IEDF 폭은 좁은 IEDF 폭이 도 47에 표시된 바와 같이 달성된 후 넓어질 수 있다. 여기서 Ic=I_I이면(또는 대안으로 Ic와 I_I 사이의 관계를 수학식 2가 제공하면), Ic는 조정될 수 있으며, 따라서 변경된 주기 전압 함수(4702)의 펄스 사이 부분의 기울기도 변경된다. 이온 전류 보상(Ic)과 I_I가 동일하지 않은 결과, 기판 전압은 실질적인 일정에서 일정하지 않음으로 변경된다. 다른 결과는 IEDF 폭(4714)이 좁은 IEDF(4714)에서 좁지 않은 IEDF(4702)로 넓어진 것이다. Ic가 I_I로부터 멀어지게 조정되면 될수록 IEDF(4714) 폭은 더 커진다.

도 48은 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF(4814) 폭을 갖는 하나의 이온 에너지 레벨 이상을 달성하는데 사용될 수 있는 파워 서플라이 전압의 하나의 패턴을 나타낸다. 파워 서플라이 전압(4806)의 크기는 각 사이클마다 변한다. 이러한 결과는 변경된 주기 전압 함수(4802)의 각 사이클에 대한 V와 첨두 대 첨두 전압을 변경시킨다. 기판 전압(4812)은 교대로 기판 전압의 펄스 사이를 번갈아 교대하는 2개의 실질적인 일정한 전압을 가진다. 이는 결과적으로 2개의 상이한 이온 에너지가 각각 좁은 IEDF(4814) 폭을 갖게 된다.

도 49는 각 이온 에너지 레벨이 좁은 IEDF(4914) 폭을 갖는 경우 하나의 이온 에너지 레벨 이상을 달성하는데 사용될 수 있는 파워 서플라이 전압의 다른 패턴을 나타낸다. 여기서 파워 서플라이 전압(4906)은 2개의 다른 크기 사이에서 번갈아 변하며, 그러나 변경 전 시간에 2사이클 동안 그렇게 된다. 도시된 바와 같이 평균 이온 에너지는 만약 V_ps(4906)가 모든 사이클마다 변경된 경우에도 동일하다. 이는 V_ps(4906)의 다양한 다른 패턴이 동일한 이온 에너지를 달성하기 위해 어떻게 사용될 수 있는 지의 단지 하나의 예를 보여준다.

도 50은 파워 서플라이 전압(V_PS,5006)과 정의된 IEDF(5014)를 생성하는 데 사용될 수 있는 이온 전류 보상(Ic,5004)의 하나의 조합을 나타낸다. 여기서, 파워 서플라이 전압(5006)의 변동은 2개의 상이한 이온 에너지를 발생한다. 또한, 이온 전류 보상(5004)을 이온 전류(I_I)와 멀어지게 조정함에 의해 각 이온 에너지에 대한 IEDF(5014) 폭은 확장된다. 만약 이온 에너지가 도시된 실시예에 있는 것과 같이 충분히 근접한 경우 2개의 이온 에너지에 대한 IEDF(5014)는 오버랩되어 하나의 큰 IEDF(5014)가 생성된다. 다른 변화가 또한 가능하며, 그러나 이러한 예는 V_ps(5006)에 대한 어떤 조정의 조합을 보여주는 것을 의미하며, Ic(5004)는 정의된 이온 에너지와 정의된 IEDF(5014)를 달성하는 데 사용될 수 있다.

다음에 도 17a 및 도 17b를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 기판 지지부(1708)는 정전 척(1782)을 포함하며, 정전 척 서플라이(1780)는 정전 척(1782)에 파워를 인가하는 데 사용된다. 몇몇 변형예에서 도 17a에 도시된 바와 같이, 정전 척 서플라이(1780)는 기판 지지부(1708)에 직접 파워를 인가하도록 위치설정되고, 다른 변형예에서 정전 척 서플라이(1780)는 스위칭 모드 파워 서플라이와 연결되어 파워를 인가하도록 위치설정되어 있다. 직렬 척킹은 순수한 DC 척킹 기능을 실현하도록 제어부를 사용하거나 또는 분리된 서플라이에 의해 실현될 수 있는 것에 유의하여야 한다. 이러한 DC-결합(예를 들어, 어떤 저지 커패시터도 없이) 직렬 척킹 기능에서 다른 RF 소스와 원하지 않는 간섭이 최소화될 수 있다.

도 18은 플라즈마 밀도를 생성하도록 기능을 하는 플라즈마 파워 서플라이(1884)는 또한 스위칭 모드 파워 서플라이(1806) 및 정전 척 서플라이(1880)와 함께 기판 지지부(1808)를 구동하도록 구성된 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다. 이 구현예에서 플라즈마 파워 서플라이(1884), 정전 척 서플라이(1880) 및 스위칭 모드 파워 서플라이(1806) 각각은 분리된 조립체로 존재하거나 또는 2 이상의 서플라이(1806,1880,1884)가 동일한 물리적인 조립체 내에 존재하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 도 18에 도시된 실시예는 상부 전극(1886)(예를 들어, 샤워 헤드)가 전기적으로 접지되어 전기적 대칭이며 더 적은 아크 발생으로 손상이 감소된다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예의 스위칭 모드 파워 서플라이(1906)는 기판 지지부와 챔버(1904)에 파워를 인가하도록 구성되어, 기판을 바이어스하고 부가적인 플라즈마 파워 서플라이의 도움 없이(예를 들어, 플라즈마 파워 서플라이(102,202,1202,1702,1884) 없이) 플라즈마를 점화(그리고 유지)한다. 예를 들어, 스위칭 모드 파워 서플라이(1806)는 기판 지지부에 바이어스를 제공하는 동안 플라즈마를 점화 및 유지하는 데 충분한 듀티 사이클로 동작될 수 있다.

도 20은 도 1 내지 도 19를 참고하여 설명된 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 제어부의 입력 파라미터와 제어 출력을 나타내는 블록도이다. 제어부의 묘사는 예시적인 제어 입력과 출력의 단순한 묘사를 제공하기 위한 것이며, 이는 여기에 논의된 실시예와 관련하여 이용될 수 있으며 이는 하드웨어 도면이 되기 위한 것은 아니다. 실제 구현예에서 묘사된 제어부는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합에 의해 실현될 수 있는 몇 개의 개별 부품 중에 분포될 수 있다.

여기에 앞에서 논의된 실시예와 관련하여 도 20에 도시된 제어부는 다음의 기능성을 제공할 수 있다; 1 이상의 제어부(112)가 도 1과 관련하여 설명되고; 제어부(212)와 이온 에너지 제어부(220)가 도 2와 관련하여 설명되며; 제어부(812)와 이온 에너지 제어부(820)가 도 8과 관련하여 설명되고; 이온 전류 보상부(1260)가 도 12와 관련하여 설명되며; 전류 제어부(1362)가 도 13과 관련하여 설명되고; Icc 제어가 도 16에 묘사되며; 제어부(1712A, 1712B)가 각각 도 17a 및 도 17b에 묘사되고; 제어부(1812, 1912)가 각각 도 18 및 도 19에 묘사되어 있다.

도시된 바와 같이, 제어부에 입력으로 이용될 수 있는 파라미터는 도 13 및 도 14와 관련하여 더욱 상세하게 설명된 dVo/dt 및 V를 포함한다. 논의된 바와 같이, dVo/dt는 제어신호(Icc)를 제공하기 위하여 이온-에너지-분포-확산 입력(△E)과 관련하여 이용될 수 있으며, 이는 도 12, 도 13, 도 14, 도 15a 내지 도 15c 및 도 16과 관련하여 설명된 것과 같은 이온 에너지 분포 전개의 폭을 제어한다. 더욱이, 선택적 피드백(V)과 관련된 이온 에너지 제어 입력(Ei)은 도 1 내지 도 11과 관련하여 더욱 상세하게 설명된 바와 같이 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포를 달성하기 위해 이온 에너지 제어 신호(예를 들어, 도 3에 묘사된 Vbus에 영향을 미치는)를 발생하는 데 이용될 수 있다. 그리고 많은 e-척킹 실시예와 관련하여 이용될 수 있는 다른 파라미터는 DC 옵셋 입력이며, 이는 효율적인 온도 제어를 위해 척에 웨이퍼를 유지하기 위한 정전력을 제공한다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템(2100)을 나타낸다. 시스템(2100)은 기판(2106)(그리고 다른 플라즈마 처리)의 상부면(2118)을 에칭하기 위하여 플라즈마(2104)를 둘러싸는 플라즈마 처리 챔버(2102)를 포함한다. 플라즈마는 플라즈마 파워 서플라이(2122)에 의해 파워가 공급되는 플라즈마 소스(2112)(예를 들어, 원위치 또는 원격 또는 돌출)에 의해 발생된다. 플라즈마(2104)와 기판(2106)의 상부면(2118) 사이에서 측정된 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 플라즈마(2104)로부터 플라즈마 시스(2115)를 따라 이온을 가속시키며, 이로 인하여 가속된 이온이 기판(2106)의 상부면(2118)에 충돌하여 기판(2106)(또는 포토레지스트에 의해 보호되지 않는 기판(2106) 부분)을 에칭한다. 플라즈마(2104)는 접지(예를 들어, 플라즈마 처리 챔버(2102) 벽)에 상대적으로 플라즈마 전위(V₃)에 있다. 기판(2106)은 정전 척(2111)을 통하여 지지부(2108)에 정전기적으로 지지되는 하부면(2120)과, 정전 척(2111)의 상부면(2121)과 기판(2106) 사이에 척킹 전위(V_chuck)를 갖는다. 기판(2106)은 유전체이고, 따라서 상부면(2118)에 제1 전위(V₁)를 가지고 하부면(2120)에 제2 전위(V₂)를 가진다. 정전 척(2121)의 상부면은 기판의 하부면(2120)과 접촉되어 있고, 따라서 이들 2면(2120,2121)은 동일한 전위(V₂)를 가진다. 제1 전위(V₁), 척킹 전위(V_chuck) 및 제2 전위(V₂)는 DC 바이어스 또는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 의해 발생된 옵셋을 갖는 AC 파형을 통하여 제어되며 제1도체(2124)를 통하여 정전 척(2111)에 제공된다. 선택적으로 AC 파형은 제1도체(2124)를 통하여 제공되고 DC 파형은 선택적인 제2도체(2125)를 통하여 제공된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 AC 및 DC 출력은 제어부(2132)를 통하여 제어될 수 있으며, 이는 또한 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 다양한 양상을 제어하도록 구성된다.

이온 에너지와 이온 에너지 분포는 제1 전위(V₁)의 함수이다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 및 이온 에너지 분포를 발생하는 데 공지된 소망하는 제1 전위(V₁)를 실현하도록 맞춤된 AC 파형을 제공한다. AC 파형은 RF일 수 있으며 도 5, 도 6, 도 11, 도 14, 도 15a, 도 15b 및 도 15c에 도시된 파형과 같은 비-사인파형을 가진다. 제1 전위(V₁)는 도 14에 도시된 전압(V)의 변화에 비례할 수 있다. 제1 전위(V₁)는 또한 플라즈마 전위(V₃)에서 플라즈마 시스 전압(V_sheath)을 뺀 것과 동일하다. 그러나 플라즈마 전위(V₃)는 종종 플라즈마 시스 전압(V_sheath)(예를 들어, 50V-2000V)과 비교하여 작기(예를 들어, 20V보다 작다) 때문에 제1 전위(V₁)와 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 대략 동일하며 구현의 목적으로 동일한 것으로 처리될 수 있다. 따라서, 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 이온 에너지를 좌우하기 때문에, 제1 전위(V₁)는 이온 에너지 분포에 비례한다. 일정한 제1 전위(V₁)를 유지함에 의해 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 일정하게 되며, 따라서 실질적으로 모든 이온은 동일한 에너지를 통하여 가속되며, 따라서 좁은 이온 에너지 분포가 달성된다. 플라즈마 전압(V₃)은 플라즈마 소스(2112)를 통하여 플라즈마(2104)에 전달된 에너지로부터 얻어진다.

기판(2106)의 상부면(2118)의 제1 전위(V₁)는 정전 척(2111)으로부터의 용량성 충전과 시스(2115)를 통과한 전자와 이온으로부터 전하 형성의 조합을 통하여 형성된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)로부터의 AC 파형은 시스(2115)를 통한 이온과 전자의 이동과 기판(2106)의 상부면(2118)에 결과적인 전하 형성의 영향을 상쇄하도록 만들어져서 제1 전위(V₁)는 실질적으로 일정하게 유지된다.

정전 척(2111)에 기판(2106)을 유지하는 척킹력은 척킹 전위(V_chuck)의 함수이다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 DC 바이어스 또는 DC 옵셋을 AC 파형에 제공하며, 그 결과 제2 전위(V₂)는 제1 전위(V₁)와 다른 전위를 갖는다. 이러한 전위차는 척킹 전압(V_chuck)을 야기한다. 척킹 전압(V_chuck)은 정전 척(2111)의 상부면(2221)으로부터 기판(2106) 내측의 기준 층까지에서 축정될 수 있으며, 이는 기준 층이 기판(2106)의 하부면(2120)을 제외하고 기판 내측의 임의의 높이를 포함한다(기준 층의 기판(2106) 내부의 정확한 위치는 변할 수 있다). 따라서, 척킹은 제2 전위(V₂)에 의해 제어되고 제2 전위(V₂)에 비례한다.

실시예에서 제2 전위(V₂)는 AC 파형에 의해 변형된 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 DC 옵셋과 동일하다(환언하면 DC 옵셋은 AC 파형의 첨두 대 첨두 전압보다 더 큰 경우 DC 옵셋을 갖는 AC 파형). DC 옵셋은 AC 파형보다 실질적으로 더 크며, 그 결과 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) 출력의 DC 부품은 제2 전위(V₂)를 지배하며 AC 부품은 무시되거나 방치될 수 있다.

기판(2106) 내부의 전위는 제1 및 제2 전위(V₁,V₂) 사이에서 변한다. 기판(2106)과 정전 척(2111) 사이의 쿨롱 인력(coulombic attractive force)은 척킹 전위(V_chuck)와 관계없이 존재하기 때문에 척킹 전위(V_chuck)는 양 또는 음이다(예를 들어, V₁ > V₂ 또는 V₁< V₂).

제어부(2132)와 함께 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 결정론적으로 센서 없이 다양한 전압을 모니터할 수 있다. 특히, 이온 에너지(예를 들어, 평균 에너지와 이온 에너지 분포)는 AC 파형(예를 들어 기울기 및 스텝)의 파라미터에 기초하여 결정론적으로 모니터될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전압(V₃), 이온 에너지 및 이온 에너지 분포는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 의해 생산되는 AC 파형의 파라미터에 비례한다. 특히, AC 파형(도 14를 참조)의 하강에지의 V는 제1 전위(V₁) 그리고 따라서 이온 에너지에 비례한다. 제1 전위(V₁)를 일정하게 유지함에 의해 이온 전위 분포는 좁게 유지될 수 있다.

비록 제1 전위(V₁)가 직접적으로 측정될 수 없고 스위칭 모드 파워 서플라이 출력과 제1전압(V₁) 사이의 상관관계가 기판(216)의 용량과 처리 파라미터에 기초하여 변할지라도, V와 제1 전위(V₁) 사이의 비례상수는 짧은 시간이 경과한 후에 경험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, AC 파형의 하강에지(V)가 50V이고, 비례상수가 주어진 기판과 프로세스에 대하여 2인 것이 경험적으로 발견된 경우 제1 전위(V₁)는 100V가 되는 것으로 예상될 수 있다. 스텝 전압(△V)과 제1 전위(V₁)(그리고 따라서 이온 에너지(eV)) 사이의 비례는 수학식 4에 의해 설명된다. 따라서, 이온 에너지와 이온 에너지 분포와 함께 제1 전위(V₁)는 플라즈마 처리 챔버(2102) 내부에 어떤 센서도 없이 스위칭 모드 파워 서플라이의 AC 파형의 인식에 기초하여 결정될 수 있다. 더욱이, 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 척킹이 이루어질 때 그리고 이루어지는 경우(예를 들어, 기판(2106)은 척킹 전위(V_chuck)를 통하여 정전 척(2111)에 유지되고 있는 지 여부)를 모니터할 수 있다.

척킹 해제는 척킹 전위(V_chuck)를 제거하거나 감소시킴에 의해 수행된다. 이는 제1 전위(V₁)와 동일하게 제2 전위(V₂)를 설정함에 의해 수행될 수 있다. 환언하면 DC 옵셋과 AC 파형은 척킹 전압(V_chuck)이 0V에 근접하도록 조정될 수 있다. 종래의 척킹 해제 방법과 비교하여 DC 옵셋과 AC 파형이 척킹 해제를 달성하도록 조정될 수 있기 때문에 시스템(2100)은 더 빠르게 척킹 해제와 이에 따른 더 높은 처리능력을 달성할 수 있다. 또한, DC 및 AC 파워 서플라이가 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 구비될 때, 회로는 더욱 통합되고, 더 근접되며 단일 제어부(2132)를 통하여 제어될 수 있으며(DC 및 AC 파워 서플라이가 전형적으로 병렬 배치와 비교할 때), 출력이 더 빠르게 변경된다. 여기에 개시된 실시예에 의해 가능해지는 척킹 해제 속도는 또한 플라즈마(2104)가 진화된 후 또는 적어도 플라즈마 소스(2112)로부터 파워가 턴오프된 이후에 척킹 해제가 가능하게 된다.

플라즈마 소스(2112)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 플라즈마 소스(2112)는 플라즈마(2104)를 점화하고 유지하는 챔버(2102) 내부에 RF 필드를 형성하는 플라즈마 처리 챔버(2102) 내측에 전극을 포함하고 있다. 다른 실시예에서 플라즈마 소스(2112)는 이온화 전자계를 원격적으로 발생하여, 투영하거나 또는 처리 챔버(2102)로 이온화 전자계를 확장시키는 원격 투영 플라즈마 소스를 포함하며, 이온화 전자계를 사용하여 플라즈마 처리 챔버 내부에 플라즈마(2104)를 점화하여 유지한다. 또한, 원격 투영 플라즈마 소스는, 전자계 필드가 우선 원격 투영 플라즈마 소스에서 발생될 때 플라즈마 처리 챔버(2102) 내의 필드 세기가 단지 1/10, 1/100 또는 1/1000 또는 필드 세기의 아주 더 작은 부분이 되도록 이온화 전자계가 감쇄되는 시간 동안 이온화 전자계가 플라즈마 처리 챔버(2102)로 가는 도중에 통과하는 필드 이송부(예를 들어, 전도성 튜브)를 포함한다. 플라즈마 소스(2112)는 비율에 따라 그려진 것이 아니다.

스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 플로팅될 수 있으며 따라서 접지와 스위칭 모드 파워 서플라이(2130) 사이에 직렬로 접속된 DC 파워 소스(도시되지 않음)에 의한 임의의 DC 옵셋에 의해 바이어스될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 내부의 AC 및 DC 파워 소스(예를 들어 도 22, 도 23, 도 26 참조)를 통하거나 또는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 내부에 있는 AC 파워 소스와 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 외부에 있는 DC 파워 서플라이를 통하여(예를 들어 도 24, 도 27 참조) DC 옵셋을 갖는 AC 파형을 제공할 수 있다. 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)는 접지될 수 있으며 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)와 정전 척(2111) 사이에 직렬 결합된 플로팅 DC 파워 소스에 직렬 결합될 수 있다.

제어부(2132)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)가 AC 및 DC 파워 소스를 모두 포함할 때 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 AC 및 DC 출력을 제어할 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)가 DC 파워 소스와 직렬로 접속될 때, 제어부(2132)는 단지 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)의 AC 출력을 제어할 수 있다. 대체 실시예에서 제어부(2130)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)에 접속된 DC 파워 서플라이와 스위칭 모드 파워 서플라이(2130)를 모두 제어할 수 있다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 단일 제어부(2132)가 도시되어 있을지라도 다른 제어부가 또한 정전 척(2111)에 제공되는 DC 옵셋과 AC 파형을 제어하도록 구현될 수 있는 것을 인지할 것이다.

정전 척(2111)은 유전체일 수 있으며, 따라서 실질적으로 DC 전압의 통로를 차단할 수 있으며 또한 도핑된 세라믹과 같은 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 어느 경우든 정전 척(2111)은 제1전압(V₁)을 형성하도록 기판(2106)(보통 유전체)의 상부면(2118)에 용량적으로 결합되는 정전 척(2111)의 상부면(2121)에 제2전압(V₂)을 가질 수 있다.

플라즈마(2104)의 형상과 크기는 반드시 비율에 따라 그려진 것이 아니다. 예를 들어, 플라즈마(2104)의 에지는 도시된 플라즈마(2104)가 마음에 어떤 특정한 플라즈마 밀도를 가지고 그려지지 않은 어떤 플라즈마 밀도에 의해 정의될 수 있다. 유사하게 적어도 몇몇 플라즈마 밀도는 도시된 플라즈마(2104)의 형상에도 불구하고 전체의 플라즈마 처리 챔버(2102)를 채운다. 도시된 플라즈마(2104)의 형상은 시스(2115)를 우선적으로 보여주려는 의도가 있으며, 시스(2115)는 플라즈마(2104) 보다 실질적으로 더 작은 플라즈마 밀도를 가지고 있다.

도 22는 플라즈마 처리 시스템(2200)의 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 직렬 접속되는 DC 파워 소스(2234)와 AC 파워 소스(2236)를 포함하고 있다. 제어부(2232)는 AC 파워 소스(2236) 파형과 DC 파워 소스(2234) 바이어스 또는 옵셋을 모두 제어함에 의해 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)의 DC 옵셋 출력을 갖는 AC 파형을 제어하도록 구성되어 있다. 이 실시예는 또한 척(2211)에 매입된 그리드 또는 메시 전극(2210)을 구비한 정전 척(2211)을 포함하고 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 그리드 전극(2210)에 AC 및 DC 바이어스를 제공한다. DC 바이어스 보다 실질적으로 더 작고 따라서 무시될 수 있는 AC 부품과 함께 DC 바이어스는 그리드 전극(2210)에 제3전위(V₄)를 형성한다. 제3전위(V₄)가 기판(2206) 내부의 임의의 기준 층에서의 전위와 상이한 경우(기판(2206)의 하부면(2220)을 제외하고), 척킹 전위(V_chuck)와 쿨롱 척킹력은 정전 척(2211)에 기판(2206)을 유지하도록 형성된다. 기준 층은 그리드 전극(2210)과 평행한 가상면이다. AC 파형은 정전 척(2211)의 일부를 통하여 그리드 전극(2210)으로부터 용량성 결합이 이루어지고 기판(2206)을 통하여 기판(2206)의 상부면(2218)에 대한 제1 전위(V₁)를 제어한다. 플라즈마 전위(V₃)는 플라즈마 시스 전압(V_sheath)에 상대적으로 무시 가능하기 때문에 제1 전위(V₁)와 플라즈마 시스 전압(V_sheath)은 대략 동일하고 사실상 동일한 것으로 고려된다. 따라서, 제1 전위(V₁)는 시스(2215)를 통하여 이온을 가속하는 데 사용되는 전위와 동일하다.

실시예에서 정전 척(2211)은 충분히 도전성으로 되도록 도핑이 될 수 있으며, 그 결과 척(2211)의 몸체를 통하여 임의의 전위차가 무시될 수 있으며, 따라서 그리드 또는 메시 전극(2210)이 제2 전위(V₂)와 실질적으로 동일한 전압이 될 수 있다.

그리드 전극(2210)은 기판(2206)에 평행하게 배열되고 정전 척(2211)에 매입된 임의의 도전성 평면 장치일 수 있으며, 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)에 의해 바이어스되어 척킹 전위(V_chuck)를 형성하도록 구성될 수 있다. 비록 그리드 전극(2210)이 정전 척(2211)의 하측 부분에 매입되어 있는 것으로 도시되어 있을지라도 그리드 전극(2210)은 기판(2206)에 더 근접되거나 또는 기판으로부터 더 멀리 위치될 수 있다. 그리드 전극(2210)은 또한 그리드 패턴을 가질 필요가 없다. 실시예에서 그리드 전극(2210)은 고체 전극이거나 또는 비-그리드 형상을 갖는 비-고체 구조(체커판 패턴)일 수 있다. 실시예에서 정전 척(2211)은 세라믹 또는 다른 유전체이므로 따라서 그리드 전극(2210)의 제3전위(V₄)는 정전 척(2211)의 상부면(2221)에 대한 제1 전위(V₁)와 동일하지 않다. 다른 실시예에서 정전 척(2211)은 약간 도전성인 도핑된 세라믹으로 이루어지며, 따라서 그리드 전극(2210)에 대한 제3전위(V₄)는 정전 척(2211)의 상부면(2221)에 대한 제2 전위(V₂)와 동일하게 될 수 있다.

스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 비-사인파일 수 있는 AC 출력을 발생한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)는 DC 파워 소스(2234)가 AC-도전성이고 AC 파워 소스(2236)는 DC-도전성이기 때문에 DC 및 AC 소스(2234,2236)가 직렬로 동작할 수 있다. DC-도전성이 아닌 예시적인 AC 파워 소스는 DC 전압 또는 전류가 공급될 때 손상될 수 있는 어떤 선형 증폭기이다. AC-도전성 및 DC-도전성 파워 소스의 사용은 스위칭 모드 파워 서플라이(2230)에 사용되는 부품 수를 줄인다. 예를 들어, 만약 DC 파워 소스(2234)가 AC-차단인 경우, 그 후 AC-바이패스 또는 DC-차단 부품(예를 들어, 커패시터)은 DC 파워 소스(2234)와 병렬로 배열되어야 한다. 만약 AC 파워 소스(2236)가 DC-차단인 경우, DC-바이패스 또는 AC-차단 부품(예를 들어, 인덕터)은 AC 파워 소스(2236)와 병렬로 배열되어야 한다.

이 실시예에서 AC 파워 소스(2238)는 제어 가능한 방식으로 정전 척(2211)에 전압 바이어스를 인가하도록 전체적으로 구성되어 있으며, 그 결과 기판(2206)의 상부면(2218)에 충돌하는 이온에 대한 소망하는(정의된) 이온 에너지 분포를 달성한다. 좀더 상세하게는 AC 파워 소스(2236)는 그리드 전극(2210)에 특정 파워 레벨로 일 이상의 특정 파형을 인가함에 의해 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지 분포를 달성하도록 구성되어 있다. 좀더 구체적으로는 AC 파워 소스(2236)는 특정 이온 에너지를 달성하도록 특정 파워 레벨을 인가하며 파형 메모리(도시되지 않음)에 저장된 파형 데이터에 의해 정의된 일 이상의 전압 파형을 사용하여 특정 파워 레벨을 인가한다. 결국, 일 이상의 특정 이온 충돌 에너지는 기판(2206)의 제어된 에칭(또는 다른 플라즈마-보조 처리)을 실현하도록 선택될 수 있다. 하나의 실시예에서 AC 파워 소스(2236)는 스위칭 모드 구성(예를 들어 도 25 내지 도 27 참조)을 사용할 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2230) 및 특히 AC 파워 소스(2236)는 이 개시서의 다양한 실시예에서 기술된 것과 같은 AC 파형을 생산할 수 있다.

이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 그리드 전극(2210)은 필수적인 것은 아니고 다른 실시예는 그리드 전극(2210) 없이 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 또한 그리드 전극(2110)은 척킹 전위(V_chuck)를 형성하는 데 사용될 수 있는 다수의 장치 중 단지 하나의 예인 것을 인식할 것이다.

도 23은 플라즈마 처리 시스템(2300)의 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 실시예는 정전 척(2311)에 AC 파형 및 DC 바이어스를 제공하기 위한 스위칭 모드 파워 서플라이(2330)를 포함한다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2330)는 각각 접지될 수 있는 DC 파워 소스(2334) 및 AC 파워 소스(2336)를 포함한다. AC 파워 소스(2336)는 제1도체(2324)를 통하여 정전 척(2311)에 매입된 제1그리드 또는 메시 전극(2310)에 제공되는 AC 파형을 발생한다. AC 파워 소스(2336)는 제1그리드 또는 메시 전극(2310)에 전위(V₄)를 형성한다.

DC 파워 소스(2334)는 제2도체(2325)를 통하여 정전 척(2311)에 매입된 제2그리드 또는 메시 전극(2312)에 제공되는 DC 바이어스를 발생한다. DC 파워 소스(2334)는 제2그리드 또는 메시 전극(2312)에 전위(V₅)를 형성한다. 전위(V₄,V₅)는 각각 AC 및 DC 파워 소스(2336,2334)를 통하여 독립적으로 제어될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 그리드 또는 메시 전극(2310,2312)은 또한 용량성 결합될 수 있으며, 정전 척(2311)의 일 부분을 통하여 그리드 또는 메시 전극(2310,2312) 사이에 DC 커플링이 이루어질 수 있다. 만약 AC 또는 DC 커플링이 존재하는 경우, 그 후 전위(V₄,V₅)는 결합될 수 있다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 제2 그리드 전극(2312) 보다 기판(2306)에 더 근접하여 제1 그리드 전극(2310)을 배열하는 것을 포함하여 제1 및 제2 그리드 전극(2310,2312)이 정전 척(2311)을 통하여 다양한 위치에 배열될 수 있다.

도 24는 플라즈마 처리 시스템(2400)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)는 정전 척(2411)에 AC 파형을 제공하며, 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)의 출력은 DC 파워 서플라이(2434)에 의해 제공되는 DC 바이어스에 의해 옵셋된다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)의 AC 파형은 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 플라즈마(2404)로부터 이온이 기판(2406)에 충돌하도록 제어부(2435)에 의해 선택된 파형을 갖는다. AC 파형은 비-사인파일 수 있으며(예를 들어, 구형파 또는 펄스파), 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)의 AC 파워 소스(2436)를 통하여 발생될 수 있다. 척킹은 제어부(2433)에 의해 제어되는 DC 파워 서플라이(2434)로부터 DC 옵셋을 통하여 제어된다. DC 파워 서플라이(2434)는 접지와 스위칭 모드 파워 서플라이(2430) 사이에 직렬로 결합될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2430)는 DC 파워 서플라이(2434)에 의해 DC 바이어스가 설정될 수 있도록 플로팅 상태에 있다.

이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 도시된 실시예는 2개의 독립된 제어부(2433,2435)를 보여주고 있으나, 선택적인 제어부(2432)와 같은 단일 기능성 유닛, 장치 또는 시스템으로 결합될 수 있음을 인지할 것이다. 더욱이, 제어부(2433,2435)는 각자 서로 그리고 분산 처리 자원과 통신하도록 결합될 수 있다.

도 25는 플라즈마 처리 시스템(2500)의 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 실시예는 DC 파워 서플라이(도시되지 않음)에 의해 제공되는 DC 옵셋을 갖는 AC 파형을 생성하는 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)를 포함한다. 스위칭 모드 파워 서플라이는 전압과 전류 제어부(2537,2539)를 포함하는 선택적인 제어부(2535)를 통하여 제어될 수 있다. 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)는 전압 제어부(2537)에 의해 제어되는 전압 출력을 갖는 제어 가능한 전압원(2538)과 전류 제어부(2539)에 의해 제어되는 전류 출력을 갖는 제어 가능한 전류원(2540)을 포함할 수 있다. 제어 가능한 전압 및 전류 원(2538,2540)은 병렬 배열로 이루어질 수 있다. 제어 가능한 전류원(2540)은 플라즈마(2504)와 기판(2506) 사이에 이온 전류를 보상하도록 구성된다.

전압과 전류 제어부(2537,2539)는 결합되어 서로 통신할 수 있다. 전압 제어부(2537)는 또한 제어 가능한 전압원(2538)의 스위칭 출력(2539)을 제어할 수 있다. 스위칭 출력(2539)은 도시된 바와 같은 병렬 접속된 2개의 스위치를 포함하며 또한 소망하는 AC 파형(예를 들어, 비-사인파)으로 제어 가능한 전압원(2538)의 출력을 변환하는 임의의 회로를 포함할 수 있다. 2개의 스위치를 통하여 제어 가능한 전압원(2538)으로부터 제어된 전압 또는 AC 파형이 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)의 AC 파형 출력을 발생하기 위해 제어 가능한 전류원(2540)의 제어된 전류 출력과 결합될 수 있다.

제어 가능한 전압원(2538)은 주어진 극성을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 반대 극성이 도시된 것과 등가인 것을 인지할 것이다. 선택적으로 선택된 출력(2539)과 함께 제어 가능한 전압 및 전류 원(2538,2540)은 AC 파워 소스(2536)의 일부일 수 있으며, AC 파워 소스(2536)는 스위칭 모드 파워 서플라이(2530)의 내측 또는 외측에 있는 DC 파워 소스(도시되지 않음)와 직렬로 배열될 수 있다.

도 26은 플라즈마 처리 시스템(2600)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도시된 실시예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)는 정전 척(2611)에 DC 옵셋을 갖는 AC 파형을 제공한다. 파형의 AC 성분은 스위칭 출력(2639)을 통하여 서로 접속되는 제어 가능한 전압원(2638)과 제어 가능한 전류원(2640)의 병렬 결합을 통하여 발생된다. DC 옵셋은 접지와 제어 가능한 전압원(2638) 사이에 직렬로 결합된 DC 파워 소스(2634)에 의해 발생된다. 실시예에서 DC 파워 소스(2634)는 접지보다 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 일 이상의 제어부를 포함하고 있다. 제1제어부(2632)는 예를 들어, 제2 및 제3 제어부(2633,2635)를 통하여 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 출력을 제어할 수 있다. 제2제어부(2633)는 DC 파워 소스(2634)에 의해 발생된 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 DC 옵셋을 제어할 수 있다. 제3제어부(2635)는 제어 가능한 전압원(2638)과 제어 가능한 전류원(2640)을 제어함에 의해 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)의 AC 파형을 제어할 수 있다. 실시예에서 전압 제어부(2637)는 제어 가능한 전압원(2638)의 전압 출력을 제어하며, 전류 제어부(2639)는 제어 가능한 전류원(2640)의 전류를 제어한다. 전압 및 전류 제어부(2637,2639)는 상호 통신 가능하며 제3제어부(2635)의 일부가 될 수 있다.

이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 파워 소스(2634,2638,2640)와 관련된 제어부의 다양한 구성을 설명하는 상기 실시예는 제한되지 않으며, 다양한 다른 구성이 이 개시서로부터 벗어나지 않고 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 제3제어부(2635)와 전압 제어부(2637)는 제어 가능한 전압원(2638)과 제어 가능한 전류원(2640) 사이에 스위칭 출력(2639)을 제어할 수 있다. 다른 실시예로서 제2 및 제3 제어부(2633,2635)는 서로 통신 가능하다(비록 그 자체로 도시되지 않았지만). 제어 가능한 전압 및 전류 원(2638,2640)의 극성은 단지 예시를 위한 것이고 제한되는 것을 의미하지 않음을 또한 이해하여야 할 것이다.

스위칭 출력(2639)은 AC 파형을 정형하기 위해 2개의 병렬 스위치를 교대로 스위칭함에 의해 동작한다. 스위칭 출력(2639)은 제한되지 않는 것으로 MOSFET 및 BJT를 포함하는 다양한 스위치를 포함할 수 있다. 하나의 변형예에서 DC 파워 소스(2634)는 제어 가능한 전류원(2640)과 정전 척(2611) 사이에 배열될 수 있으며(다른 말로 DC 파워 소스(2634)는 플로팅될 수 있다), 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)는 접지될 수 있다.

도 27은 플라즈마 처리 시스템(2700)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 변형예에서 스위칭 모드 파워 서플라이(2734)는 다시 접지되며, 그러나 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)와 일체화되는 대신에 DC 파워 소스(2734)는 분리된 부품으로 구성되고, 스위칭 모드 파워 서플라이(2630) 내부의 당연한 부품 대신에 전체 스위칭 모드 파워 서플라이(2630)에 대한 DC 옵셋을 제공한다.

도 28은 본 발명의 실시예에 따른 방법(2800)을 나타낸다. 방법(2800)은 플라즈마 챔버 동작(2802)에서 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 방법(2800)은 또한 플라즈마 챔버 동작(2804)에서 플라즈마를 형성하는 것을 포함한다. 이러한 플라즈마는 제자리 또는 원격 돌출 소스를 통하여 형성될 수 있다. 방법(2800)은 스위칭 파워 동작(2806)을 포함한다. 스위칭 파워 동작(2806)은 기판에 주기 전압 함수를 인가하도록 기판에 대한 파워를 제어 가능하게 스위칭하는 것을 포함한다. 주기 전압 함수는 펄스형 파형(예를 들어, 구형파) 또는 AC 파형일 수 있으며, 스위칭 모드 파워 서플라이와 직렬로 DC 파워 소스에 의해 발생된 DC 옵셋을 포함한다. 실시예에서 DC 파워 소스는 스위칭 모드 파워 서플라이와 일체화될 수 있으며 따라서 스위칭 모드 파워 서플라이의 AC 파워 소스와 직렬로 구성될 수 있다. DC 옵셋은 정전 척의 상부면과 기판 내부의 기준 층 사이에 전위차를 발생하며, 이 전위차는 척킹 전위로 불려진다. 정전 척과 기판 사이의 척킹 전위는 정전 척에 기판을 유지하여 따라서 기판이 처리동안 이동하는 것을 방지한다. 방법(2800)은 또한 주기 전압 함수가 다중 사이클에 걸쳐서 변조되는 변조 동작(2808)을 포함한다. 변조는 시간-평균 방식(time-averaged basis)으로 소망하는(정의된) 이온 에너지 분포를 달성하도록 기판의 표면에 소망하는(정의된) 이온 에너지 분포에 응답한다.

도 29는 본 발명의 실시예에 따른 다른 방법을 나타낸다. 방법(2900)은 플라즈마 챔버 동작(2902)에서 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 방법(2900)은 또한 플라즈마 챔버 동작(2904)에서 플라즈마를 형성하는 것을 포함한다. 이러한 플라즈마는 제자리 또는 원격 돌출 소스를 통하여 형성될 수 있다. 방법(2900)은 또한 적어도 하나의 이온 에너지 분포 설정 동작(2906)을 수신하는 것을 포함한다. 수신 동작(2906)에 수신된 설정은 기판의 표면에 일 이상의 이온 에너지를 지시할 수 있다. 방법(2900)은 또한 하기를 달성하도록 기판에 대한 파워가 제어 가능하게 스위칭되는 스위칭 파워 동작(2908)을 포함한다: (1) 소망하는(또는 정의된) 시간-평균 방식으로 소망하는(정의된) 이온 에너지 분포; 및 시간-평균 방식으로 소망하는 척킹 전위. 파워는 AC 파형과 DC 옵셋을 가질 수 있다.

결론으로 본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이를 사용하여 소망하는(또는 정의된) 이온 에너지를 선택적으로 발생하기 위한 방법 및 장치를 다른 것들 사이에서 제공할 수 있다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 자는 다수의 변형과 대체가 본 발명, 사용 및 여기에 설명된 실시예에 의해 달성된 것과 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 구성에서 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 인지 가능하다. 따라서, 개시된 예시적인 형태에 본 발명을 제한할 의도는 없다. 많은 변형, 수정 및 대안 구성은 개시된 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않는다.

Claims

플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 결합되도록 구성된 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수(modified periodic voltage function)를 제공하기 위한 장치로서, 상기 장치는
전기적 노드에 주기 전압 함수를 제공하며, 상기 주기 전압 함수는 펄스와, 펄스들 사이의 부분을 갖는 파워 서플라이;
펄스들 사이의 부분의 기울기(slope)를 수정하여 변경된 주기 전압 함수를 형성하여 이온 전류 보상을 제공하는 이온 전류 보상부; 및
제어부는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS) 및 이온 전류 보상 요소와 교신하여, 전기적 노드에 공급되는 경우 기판 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수로 나타나는 이온 전류 보상의 값을 식별하도록 구성되는 제어부를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 파워 서플라이는 스위칭 모드 파워 서플라이인 장치.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 일 이상의 스위칭 부재를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 변경된 주기 전압 함수로부터 2 이상의 전압을 샘플링하며 2 이상의 전압의 기울기(dVo/dt)를 계산하는 시스템.
제4항에 있어서, 상기 기울기(dVo/dt)는 변경된 주기 전압 함수의 펄스 사이에 변경된 주기 전압 함수의 일 부분으로부터 샘플링된 2 이상의 전압에 기초하여 계산되는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 제어부는 기판의 표면에 도달하는 제1세트의 이온의 평균 이온 에너지를 형성하도록 처음으로 스위칭 모드 파워 서플라이 전압을 조정하도록 구성되는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제어부는 기판의 표면에 도달하는 제2세트의 이온의 평균 이온 에너지를 형성하도록 두번째로 스위칭 모드 파워 서플라이 전압을 조정하도록 구성되는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 기판의 표면에 도달하는 제1세트의 이온의 평균 이온 에너지를 형성하도록 변경된 주기 전압 함수의 전압 스텝을 조정하도록 구성되는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 기판의 표면에 도달하는 제1세트의 이온의 평균 이온 에너지를 형성하도록 변경된 주기 전압 함수의 첨두 대 첨두 전압을 조정하도록 구성되는 시스템.
제5항에 있어서, 변경된 주기 전압 함수의 펄스 사이의 변경된 주기 전압 함수의 일부분에 대한 기울기에 영향을 미치도록 1 이상의 스위칭 부재의 스위칭은 시간을 맞추는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 기판의 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수가 달성될 때까지 이온 전류 보상의 진폭을 조정하는 장치.
플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 전기적으로 결합되도록 구성되는 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 제공하기 위한 방법으로서,
상기 전기적 노드에 이온 전류 보상(Ic)을 제공하는 단계;
상기 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 형성하도록 이온 전류 보상(Ic)에 의해 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계;
상기 전기적 노드에 펄스와, 펄스들 사이의 부분을 갖는 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계;
상기 기판 지지부의 최소 용량을 나타내는 유효 용량 값(C1)을 액세스하는 단계;
상기 변경된 주기 전압 함수의 펄스들 사이의 부분의 기울기(dVo/dt)를 결정하는 단계; 및
상기 기판의 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수가 되는 이온 전류 보상(I_C)의 값을 식별하는 단계를 포함하며, 상기 식별은 펄스들 사이의 부분에 대한 기울기(dV₀/dt)와 유효 용량(C₁)의 함수인 방법.
제12항에 있어서, 상기 정의된 이온 에너지 분포는 좁은 이온 에너지 분포인 방법.
제12항에 있어서, 상기 기판의 표면에 도달하는 이온의 정의된 이온 에너지 분포 함수가 되는 이온 전류 보상(I_C)의 값은 다음 수학식의 함수(f)를 만족하는 값인 방법.
제14항에 있어서,
상기 이온 전류 보상(I_C)을 제1값으로 설정하는 단계;
상기 함수(f)의 부호를 결정하는 단계; 및
만약 상기 함수(f)의 부호가 양인 경우 상기 이온 전류 보상(I_C)을 증가시키고 상기 함수(f)의 부호가 음인 경우 상기 이온 전류 보상(I_C)을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 식별하는 단계는 상기 변경된 주기 전압 함수의 펄스들 사이의 부분의 전압을 2회 이상 샘플링하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 식별하는 단계는 2회 이상 샘플링된 전압으로부터 기울기(dV₀/dt)를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 식별하는 단계는 2이상의 사이클 각각이 상기 이온 전류 보상(I_C)의 다른 값과 연관되는 경우 상기 변경된 주기 전압 함수의 2 이상의 사이클에 대하여 기울기(dV₀/dt)를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 식별하는 단계는 제1 사이클 및 제2 사이클 동안 상기 변경된 주기 전압 함수의 펄스들 사이의 부분의 전압을 샘플링하는 단계와, 적어도 이들 2개의 샘플링된 전압으로부터 기울기(dV₀/dt)를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은 플라즈마 처리 챔버에 형성되는 플라즈마의 플라즈마 시스를 따른 이온 전류(I_I)에 선형적으로 관련되는 방법.
제10항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은 다음 수학식에 따른 이온 전류(I_I)에 선형적으로 관련되는 방법.

여기서, C₁은 플라즈마 챔버의 유효 용량이고 C_stray는 플라즈마 챔버의 축적 부유 용량이다.
제21항에 있어서, 상기 유효 용량(C₁)은 시간에 따라 변하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 이온 전류 보상(I_C)은 시간에 따라 변하는 방법.
제12항에 있어서,
이온들이 제1이온 에너지를 가지고 기판의 표면에 도달하도록 상기 변경된 주기 전압 함수를 전기적 노드에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 변경된 주기 전압 함수는 상기 제1이온 에너지에 대응하는 제1전압 스텝을 가지는 방법.
제24항에 있어서,
상기 이온 에너지 분포 함수를 확장하도록 제2값의 이온 전류 보상(I_C)을 갖는 상기 변경된 주기 전압 함수를 전기적 노드에 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 제1전압 스텝 및 제2전압 스텝이 상기 변경된 주기 전압 함수의 인접한 사이클에 제공되는 방법.
제24항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 플라즈마의 밀도에 대한 무시 가능한 영향을 미치는 방법.
플라즈마 처리 챔버에서 기판에 결합된 기판 지지부에 결합되도록 구성되는 전기적 노드에 이온 전류 보상에 의해 변경된 주기 전압 함수를 구성하는 변경된 주기 전압 함수를 인가하는 단계;
전압 데이터 포인트(voltage data point)를 발생하도록 변경된 주기 전압 함수의 적어도 1사이클을 샘플링하는 단계;
상기 기판의 표면에 도달하는 이온에 대한 제1이온 에너지 값을 상기 전압 데이터 포인트에 기초하여 견적하는 단계; 및
상기 제1이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하게 될 때까지 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
상기 변경된 주기 전압 함수의 적어도 하나의 사이클을 샘플링하는 단계 및 각각의 전압 증분을 조정한 후 제1이온 에너지의 값을 견적하는 단계를 더 포함하는 방법.
제29항에 있어서, 상기 견적은 이온 전류의 함수인 방법.
제31항에 있어서, 상기 이온 전류는 이온 전류 보상의 함수인 방법.
제32항에 있어서, 상기 제1이온 에너지의 값을 견적하는 데 다음 수학식이 사용되는 방법.

여기서, △V는 상기 변경된 주기 전압 함수의 각 사이클의 전압 스텝이고, C₁은 챔버의 유효 용량이며, C_sheath는 이온 전류에 영향을 받는 플라즈마 시스의 시스 용량이다.
제33항에 있어서,
상기 조정하는 단계는 상기 제1이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하게 될 때까지 변경된 주기 전압 함수의 스텝 전압(△V)을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
상기 이온 에너지의 분포의 폭을 확장하도록 제1값의 이온 전류 보상(I_C)을 제2값으로 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제29항에 있어서, 상기 조정하는 단계는 상기 제1이온 에너지가 정의된 이온 에너지와 동일하게 될 때까지 바이어스 서플라이 전압을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
플라즈마 처리 챔버의 기판 지지부에 결합되도록 구성된 전기적 노드에 변경된 주기 전압 함수를 제공하는 단계;
첫 번째 시간 및 두 번째 시간에 변경된 주기 전압 함수로부터 적어도 2개 전압을 샘플링하는 단계;
적어도 2개 전압의 기울기(slope)를 dV/dt로서 계산하는 단계;
이온 에너지 분포 함수 폭에 대응하도록 주지된 기준 기울기에 상기 기울기를 비교하는 단계; 및
상기 기울기가 기준 기울기에 도달하도록 변경된 주기 전압 함수를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 첫 번째 시간은 변경된 주기 전압 함수의 제1 사이클 동안 일어나고, 상기 두 번째 시간은 변경된 주기 전압 함수의 제2 사이클 동안 일어나는 방법.
제37항에 있어서, 상기 첫 번째 시간 및 두 번째 시간은 변경된 주기 전압 함수의 동일한 사이클 동안 일어나는 방법.
제37항에 있어서, 상기 샘플링하는 단계는 적어도 400kHz의 샘플링 레이트에서 수행되는 방법.
정의된 이온 전류 보상(Ic)을 식별하는 방법을 행하기 위하여 프로세서로 판독 가능한 명령으로 인코딩된 비일시적인 유형의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서, 상기 방법은,
제1값을 갖는 이온 전류 보상(Ic)이 이루어진 경우 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계;
제2값을 갖는 이온 전류 보상(Ic)이 이루어진 경우 변경된 주기 전압 함수를 샘플링하는 단계;
플라즈마 처리 챔버에 대하여 유효 용량(C₁)을 액세스하는 단계;
상기 제1 및 제2 샘플링에 기초하여 변경된 주기 전압 함수의 기울기(dVo/dt)를 결정하는 단계; 및
수학식:

을 참(true)으로 하는 이온 전류 보상(Ic)의 제3값을 계산하는 것을 포함하는 비일시적인 유형의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
제41항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 챔버의 플라즈마의 플라즈마 시스에 걸쳐 시스 전압을 계산하는 단계를 더 포함하는 비일시적인 유형의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.