CN109518144A - 用于高脉冲磁控溅射的同步控制器 - Google Patents
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Abstract
本文呈现的实施方式涉及用于在半导体处理系统中处理基板的方法和设备。所述方法开始于将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化。通过脉冲同步控制器将第一时序信号发送至脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器。基于第一时序信号向溅射靶和设置在基板支撑件中的RF电极供电。基于时序信号的结束而使所述靶和电极断电。通过脉冲同步控制器发送第二时序信号至脉冲RF偏压发生器,响应于第二时序信号,在不向靶供电的情况下,电极被供电和断电。
Description
技术领域
本文描述的实施方式大体涉及基板处理系统,且更特定地,涉及用在处理腔室中的脉冲形状系统。
背景技术
随着半导体工业引入具有更高性能和更大功能的新一代集成电路(IC),形成这些IC的元件的密度增加,同时各个部件或元件之间的尺寸、大小和间距减小。尽管在过去,这种减小仅受限于使用光刻法来限定结构的能力,但是具有以微米或纳米测量的尺寸的器件几何结构引发了新的限制因素,诸如导电互连的导电性、互连之间使用的绝缘材料的介电常数、在3D NAND或DRAM形成过程中蚀刻小结构或其他挑战。这些限制可受益于更耐用、更高热导率和更高硬度的硬模。
HiPIMS是基于磁控溅射沉积的薄膜的物理气相沉积方法。HiPIMS使用在<40%的低占空比(诸如约10%的占空比)及几十微秒的短脉冲(脉冲)的情况下的kW/cm2量级的极高功率密度。在碳膜的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)沉积期间,可在2-8kHz之间的频率下,向靶施加高达-2kV的25μs脉冲。对于碳靶,基板工艺腔室中的电流可能会上升到150A的峰值。传统的碳膜的HiPIMS沉积导致粗糙的柱状膜。为了使膜更加无定形和致密,可使用RF。RF偏压增大碳离子能量,并且使沉积的膜更加致密。然而,传统的连续波模式中的RF偏压导致高膜应力。减轻膜应力的一种方式是使RF偏压脉冲化,使得RF仅在源HV DC脉冲开启时导通。然而,碳膜形貌没有得到足够的改善,因为当HiPIMS HV脉冲关闭时,没有载流离子(氪)的轰击。
因此,对用于沉积具有改善的碳膜形貌的膜而不增加碳膜应力的改进的基板处理系统存在需求。
发明内容
本文呈现的实施方式涉及用于在半导体处理系统中处理基板的方法和设备。所述方法开始于将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化。通过脉冲同步控制器将第一时序信号发送至脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器。基于第一时序信号向溅射靶和设置在基板支撑件中的RF电极供电(energize)。基于时序信号的结束而使所述靶和电极断电。通过脉冲同步控制器将第二时序信号发送至脉冲RF偏压发生器,响应于第二时序信号,在不向靶供电的情况下,使电极被供电和断电。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征,可参照实施方式(某些实施方式描绘于附图中)获得以上简要概述的本公开内容更具体的描述。然而,应当理解的是,附图仅描绘本公开内容的典型实施方式,因此不被视为对本公开内容范围的限制,因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1绘示了根据一个实施方式的适合于利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)工艺来溅射沉积材料的物理气相沉积(PVD)工艺腔室。
图2绘示了用于高功率脉冲磁控溅射中的靶脉冲和RF偏压脉冲的功率输送系统的部分示意性方块图。
图3绘示了在使用单同步信号的第一实施方式中,用于靶脉冲和RF偏压脉冲的信号电压。
图4绘示了在使用双同步信号的第二实施方式中,用于靶脉冲和RF偏压脉冲的信号电压。
图5是在高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)期间,使靶脉冲与RF偏压脉冲同步的方法。
为了清楚起见,已在可适用的情况下使用相同的参考数字来标示各图之间共有的相同的元件。另外,一个实施方式的元件可有利地适用于本文描述的其他实施方式中。
具体实施方式
图1绘示了适合于利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)工艺来溅射沉积材料的物理气相沉积(PVD)工艺腔室100(例如溅射工艺腔室)。工艺腔室100包括限定处理容积104的腔室主体102。腔室主体102包括侧壁106和底部108。基板支撑组件140设置在处理容积104中。腔室盖组件110安装在腔室主体102的顶部上。腔室主体102可由铝或其他合适的材料制成。基板进出端口112穿过腔室主体102的侧壁106形成,以便于传送基板101进出工艺腔室100。进出端口112可与基板处理系统的传送腔室和/或其他腔室连通。
腔室盖组件110一般包括靶120和与靶120耦接的接地屏蔽组件122。靶120提供可在PVD工艺期间溅射并沉积到基板101的表面上的材料源。靶120在DC溅射过程中用作等离子体电路的阴极。靶120可由用于沉积层的材料制成,或者可由沉积层的元素制成,所述沉积层待形成于腔室中。高压电源,诸如功率源124(在图2中更详细地论述),连接至靶120,以促进从靶溅射材料。在一个实施方式中,靶120可由含碳材料制成,诸如石墨、无定形碳、上述项的组合、或类似物。
靶120一般包括周边部分126和中心部分128。周边部分126设置在工艺腔室100的侧壁106之上。靶120的中心部分128可具有稍微朝向设置在基板支撑组件140上的基板101的表面延伸的弯曲表面。在一个实施方式中,靶120与基板支撑组件140之间的间距保持在约50mm与约250mm之间。
腔室盖组件110可进一步包括磁控管阴极132。在一个实施方式中,磁控管阴极132安装在靶120上方,其在处理期间增强从靶120有效溅射材料。磁控管阴极132允许有效的工艺控制和调制膜性质,同时确保一致的靶侵蚀和整个基板101上的均匀沉积。
盖组件110的接地屏蔽组件122包括接地框架134和接地屏蔽件136。接地屏蔽件136通过接地框架134而耦接至周边部分126,并且在处理容积104中在靶120的中心部分128下方限定上处理区域138。接地框架134被配置为使接地屏蔽件136与靶120电绝缘,同时经由侧壁106向工艺腔室100的腔室主体102提供接地路径。接地屏蔽件136被配置为限制在处理期间在上处理区域138内产生的等离子体,使得来自等离子体的离子从靶120的中心部分128逐出靶源材料,从而使被逐出的靶源材料主要沉积在基板表面上而不是侧壁106上。
基板支撑组件140包括轴142和耦接至轴142的基板支撑件144。基板支撑件144包括基板接收表面146,基板接收表面146被配置为在处理期间支撑基板101。轴142延伸穿过腔室主体102的底部108,并且耦接至升降机构156。升降机构156被配置为在下部传送位置与上部处理位置之间移动基板支撑件144。波纹管148围绕轴142,并且被配置为在腔室主体102与轴142之间提供柔性密封。
基板支撑件144可被配置为具有嵌入在介电主体内的电极170的静电卡盘。当被配置为静电卡盘(ESC)时,基板支撑件144利用相反电荷的吸引力来保持基板101。DC电源172经由匹配电路173耦接至电极170。DC电源172可向电极170提供约200伏至约2000伏的DC吸附电压。DC电源172还可包括用于通过将DC电流引导到电极170以吸附和解吸附基板101而控制电极170的操作的系统控制器(未示出)。
可经由RF匹配电路173从偏压源178向基板支撑件144中的偏压电极176提供偏压。RF匹配电路173优化从偏压源178到偏压电极176的功率输送,并调整或调谐从偏压源178提供至偏压电极176的功率。当偏压电极176处于导通状态时,偏压电极176使得基板101在沉积工艺的一个或多个阶段期间被等离子体中形成的离子轰击。
工艺腔室100可进一步包括遮蔽框架150和腔室屏蔽件152。遮蔽框架150设置在基板支撑组件140的周边上。遮蔽框架150被配置为将从靶120溅射的源材料的沉积限制在基板表面的期望部分。腔室屏蔽件152可设置在腔室主体102的内壁上。腔室屏蔽件152包括朝向处理容积104向内延伸的唇部154。唇部154被配置为支撑围绕基板支撑组件140设置的遮蔽框架150。当基板支撑件144被提升至上部位置以进行处理时,设置在基板接收表面146上的基板101的外缘与遮蔽框架150接合,并使遮蔽框架150升高并离开腔室屏蔽件152。当基板支撑件144下降至邻近于进出端口112的传送位置时,遮蔽框架150被回置于腔室屏蔽件152上。升降销(未示出)选择性地移动穿过基板支撑件144,以将基板101提升至基板支撑件144上方,以便于通过诸如机械手(未示出)之类的传送机构获取基板101。
气源114耦接至腔室主体102,以将处理气体供应至处理容积104中。在一个实施方式中,处理气体可包括惰性气体、非反应性气体和反应性气体中的一种或多种。可由气源114提供的处理气体的示例包括但不限于氩气(Ar)、氦(He)、氖气(Ne)、氪(Kr)等。
工艺腔室100进一步包括泵送口116和泵送装置118。泵送口116可形成为穿过腔室主体102的底部108。泵送装置118耦接至处理容积104以抽空并控制处理容积104中的压力。在一个示例中,泵送装置118可被配置为将处理腔室100保持在约1mTorr与约500mTorr之间的压力。
系统控制器190耦接至工艺腔室100。系统控制器190包括中央处理单元(CPU)194、存储器192和支持电路196。系统控制器190被配置为控制工艺顺序、调节来自气源114的气流、以及控制靶120的离子轰击。CPU 194可以是能够用在工业设定中的任何形式的通用计算机处理器。软件程序可存储在存储器192中,诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘或硬盘驱动器或其他形式的数字储存器。支持电路196常规地耦接至CPU 194。当由CPU 194执行时,软件程序将CPU转换为控制工艺腔室100的专用计算机(系统控制器190),使得根据本公开内容来执行工艺。软件程序还可以由远离工艺腔室100定位的第二控制器(未示出)储存和/或执行。在处理期间,材料被从靶120溅射出并沉积在基板101的表面上。在一些配置中,通过电源124使靶120相对于地面或基板支撑件144偏置,以产生和维持由气源114供应的处理气体所形成的等离子体。等离子体中产生的离子向靶120加速并撞击靶120,导致靶材料被从靶120逐出。被逐出的靶材料在基板101上形成具有期望的晶体结构和/或组分的层。RF、DC或快速切换脉冲DC电源或其组合提供可调谐的靶偏压,以用于精确地控制纳米晶体金刚石材料的溅射组分和沉积速率。
HiPIMS PVD碳膜在RF偏压断开时可能无法满足规定的粗糙度/形貌。连续波(CW模式)的RF偏压使膜致密而光滑,但导致高应力,例如大于-3GPa的应力,这对于1kA厚的膜来说导致300μm或更大的晶片弓曲(wafer bow)。同时,以脉冲模式脉冲化RF偏压通过增强碳离子能量来提高膜密度。然而,膜形貌没有得到足够的改善,因为当HiPIMS高压(HV)脉冲关闭时,没有载流离子(氪)的轰击。提供同步控制器200,其能够针对每个HiPIMS HV脉冲输出两个同步脉冲,以在关闭HiPIMS高压(HV)脉冲时增加载流离子的轰击,从而在最小化膜应力的同时改善膜形貌(密度)。例如,一个同步脉冲可用于在HiPIMS脉冲被开启时导通RF偏压,以用碳将膜致密化。第二个脉冲可在HiPIMS被关闭时开启,以用载气处理膜从而改善膜形貌。这两个脉冲的持续时间可以单独调整,以实现最佳的膜性质同时最小化膜应力。任何一个脉冲也可以完全关闭以获得最大调谐能力。同步控制器可调谐工艺以实现约0.4nm与约1nm之间的可接受粗糙度以及约-0.2Gpa至约-4GPA之间的应力,此应力对于1kA厚的膜来说导致约10μm至约300μm之间的可接受的弓曲。可在达2μm厚的膜中获得类似的结果。同步控制器200可以是系统控制器190的一部分,或者可提供为单独的控制器,例如与系统控制器190通信的外部控制器。
图2绘示了显示用于图1的高功率脉冲磁控溅射中的靶脉冲和RF偏压脉冲的功率输送系统的部分示意性方块图。同步控制器200适合于使用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)工艺来溅射沉积材料,并且可以如上所述提供在PVD工艺腔室100中。同步控制器200耦接至功率源124和偏压源178。例如,同步控制器200可具有用于与功率源124通信的第一连接208。此外,同步控制器200可具有用于与偏压源178通信的第二连接204。功率源124具有脉冲信号路径282和脉冲返回路径283(未示出脉冲形状控制器)。偏压源178具有与嵌入在基板支撑件144中的偏压电极176(即RF网格)连通的偏压通道272(未示出脉冲形状控制器)。偏压通道272经由图1中示出的RF匹配电路173进行连通,为简明起见,图2中未示出RF匹配电路173。
在HiPIMS PVD碳膜沉积期间,HiPIMS源发生器(功率源)124控制高功率溅射操作。偏压源178控制导向基板101的溅射材料的能量。RF偏压控制器向偏压电极176供电以朝向基板101吸引溅射材料,其中偏压越大,被导向基板101的溅射材料的能量越大。同步控制器200提供用于功率源124和偏压源178二者的操作的指令。同步控制器200具有时钟,并且可被配置成延迟和控制功率源124和偏压源178的占空比。同步控制器200提供一个或多个信号电压,以用于独立地控制功率源124和偏压源178。因此,可协调功率源124和偏压源178的操作。例如,同步控制器200可向偏压源178提供一个同步脉冲和/或另一同步脉冲,所述一个同步脉冲被配置为在HiPIMS HV脉冲期间导通RF偏压,其增强基板表面的碳离子轰击,所述另一同步脉冲被配置为在HiPIMS关闭时导通RF偏压,以便能够通过载气对基板进行表面处理。功率源124和偏压源178延迟和‘接通时间’可由同步控制器200独立地设定,以实现调谐灵活性。连续波偏压沉积改善膜形貌/表面粗糙度和膜密度(RI),但增加了膜应力。与连续波(CW)模式相比,同步控制器200通过同步偏压以在具有减小的膜应力的情况下改善膜表面粗糙度/形貌和折射率(RI)而打开了用于控制形貌/表面粗糙度的新的处理窗口。纳米级多孔膜的RI测量与膜密度的测量有关。表面粗糙度以纳米(nm)记录,其中nm均方根(RMS)单位表示跨整个基板表面的平均粗糙度。同步控制器200允许更高的偏压功率来改善表面粗糙度和形貌,而不增加膜应力超过可接受的水平,即高于0.5GPa。
图3绘示了在使用单同步信号370的第一实施方式中的靶脉冲380和RF偏压脉冲320。尽管x轴是共用于每个曲线的时间表示,但是针对靶脉冲380、RF偏压脉冲320和同步信号370的每一者的y轴具有它们自己的对应标度且向上延伸具有较大的正值。在上述没有标度的图中,靶脉冲380沿y轴的值大于RF偏压脉冲320沿y轴的值。例如,靶可为约2kV,偏压为约几百伏,且同步信号是低于24V的低压,诸如约5V。
同步控制器200提供单同步信号370。单同步信号370可以是信号电压379。信号电压379可在开启状态372和关闭状态373之间变动。在关闭状态373下,信号电压379可具有约为零的电压。或者,关闭状态373的电压可以是任何稳态参考电压,即约5V。开启状态372可具有与关闭状态可测量地不同的电压。例如,关闭状态373与开启状态372之间的电压差可在约1伏与约10伏之间。应当理解,可以使用任何可测量的信号特性来表达关闭状态373或开启状态372。
同步信号370可与同步控制器200的时钟同步。关闭状态373或开启状态372可对应于时间单位,诸如秒、几十秒、几分之一秒或其他适当的时间单位。应当理解,关闭状态373或开启状态372的时间段可以是取决于工艺和性能的任何适当的时段。例如,开启状态372可持续50微秒,随后是200微秒的关闭状态。以这种方式,靶脉冲380和RF偏压脉冲320的时序和/或同步是高度可配置的。
靶脉冲380具有低压状态389和高压状态382。靶脉冲380在低压状态389下被关闭。靶脉冲380可表示为负偏压电压,并且在高压状态382的约(-2kV)与低压状态389的参考电压(诸如接地电压)或其他低压(诸如约-100V)之间的范围内操作。在时间零点381,靶脉冲380可被设定为高压状态382。当靶脉冲380被关断时,高压状态382衰减386,直到达到低压状态389。在高压状态382期间,工艺腔中的气体电离,来自气体的正离子朝向靶加速,从而击出(或溅射)靶材料,所述靶材料最终沉积在位于靶正下方的基板上。来自电离气体的电子远离靶向接地屏蔽件移动。在一个实施方式中,在第一低压状态383(诸如约0V)下的靶脉冲380在时间零点处被导通至约-1.9KV的高压状态382。在时间t之后,靶脉冲380被关断并衰减386,同时从靶提供越来越少的材料,直到靶脉冲380为约0V。
RF偏压脉冲320具有偏压电压310。偏压电压310通常提供偏压状态324和非偏压状态323二者。偏压状态324朝向基板表面吸引腔室环境中由处理气体形成的离子和溅射的材料。RF偏压脉冲320可在非偏压状态323下的约0(零)瓦与偏压状态324下的约600伏之间操作。沉积在基板101上的膜的压应力与偏压电压310成比例地相关。另外,由沉积在基板101上的膜的折射率测量的密度与偏压电压310成比例地相关。随着偏压电压310增大,膜密度以及膜应力增大。
RF偏压脉冲320可以连续波操作,或者利用同步控制器200而与靶脉冲380同步。使用连续波的膜比没有偏压的基准产生更好的膜密度、形貌和粗糙度。然而,所产生的膜应力不期望地高。良好的1K埃膜的粗糙度可以是约1nmRMS或更低,同时具有低于0.5GPa或更小的膜应力。以下提供上述HiPIMS系统中处理的基板上的膜形貌的示例结果,其中系统参数提供碳靶、氪处理气体和与HiPIMS源发生器同步的RF偏压发生器。
下表1中提供了一系列实例。当保持源发生器参数固定时,趋势显示随着RF偏压功率增大,表面粗糙度变好,折射率并且因此密度变好,但压应力变差。
实例1 | 实例2 | 实例3 | |
偏压发生功率(W) | 0 | 300 | 600 |
表面粗糙度(nm RMS) | 1.52 | 1.16 | 0.83 |
压应力(MPa) | 315 | 1660 | 3141 |
折射率 | 2.49 | 2.51 | 2.55 |
表1
同步控制器200可针对每个HiPIMS HV脉冲输出两个同步脉冲。第一同步脉冲用于在HiPIMS HV脉冲处于“开启”状态期间导通RF偏压,以增强腔室中的碳离子。第二同步脉冲用于在HiPIMS处于“关闭”状态时导通RF偏压,使得能够由腔室中的载气和这些碳离子进行表面处理。HiPIMS HV脉冲和偏压脉冲二者均可独立地设定有在开启和关闭时间中的延迟,以实现调谐灵活性。另外,偏压脉冲可以以比源更低的频率(每秒开关循环的次数)运行,以便允许在RF偏压处理之间在基板上积聚一些碳,从而在不增加应力的情况下改善密度和形貌。
图4绘示了在使用双同步信号的第二实施方式中,用于靶脉冲和RF偏压脉冲的信号电压。类似于图3,图4图示了x轴是共用于其中的每个曲线的时间表示。靶脉冲380、RF偏压脉冲320和同步信号370沿y轴提供,各自具有它们自己对应的量级标度。
在时间零点401处,提供第一同步信号471。靶脉冲380可在第一同步信号471处进入“开启”状态481。另外,RF偏压脉冲320可在出现第一同步信号471时进入“开启”状态421。可选地,可在RF偏压脉冲320或靶脉冲380开始之前提供延迟。在一个实施方式中,延迟可介于约0μs与约200μs之间。在第一同步信号471结束时,靶脉冲380可进入“关闭”状态485。另外,在第一同步信号471结束时,RF偏压脉冲320可进入“关闭”状态428。可选地,可在同步信号370发出RF偏压脉冲320或靶脉冲380的“关闭”状态428、485的信号之前或之后提供延迟。在其他情况下,RF偏压脉冲320或靶脉冲380之一可具有进入开启或关闭状态的延迟,而另一个以相反的开启或关闭状态的延迟操作或者甚至没有延迟地操作。例如,在开始401或第一同步信号471时,靶脉冲380可立即启动“开启”状态481,而RF偏压脉冲320在进入“开启”状态421之前经历延迟或3μs。第一同步信号471进入“关闭”状态,其立即向RF偏压脉冲320和靶脉冲380发出进入“关闭”状态428、485的信号。
同步信号370可提供第二信号472。第二信号472可对靶脉冲380没有影响,并且靶脉冲380保持在“关闭”状态485。然而,第二信号472可向RF偏压脉冲320发出进入第二“开启”状态422的信号。第二信号472的结束或持续时间可实质上类似于RF偏压脉冲320的“开启”状态422的结束或持续时间。
同步信号370可提供第三同步信号473。通过第三同步信号473的操作,靶脉冲380可进入第二“开启”状态482。另外,RF偏压脉冲320可在出现第三同步信号473时进入第三“开启”状态423。如上所述,在第三同步信号473的开始409时,RF偏压脉冲320或靶脉冲380可选择性地具有进入或离开“开启”状态的延迟。另外,在第三同步信号473结束时,RF偏压脉冲320或靶脉冲380可选择性地提前结束“开启”状态。
同步信号370可提供第四信号474。第四信号474可对靶脉冲380没有影响,并且靶脉冲380保持在“关闭”状态485。然而,第四信号474可向RF偏压脉冲320发出进入第四“开启”状态的信号。以下两种脉冲期间的RF偏压脉冲320的长度或持续时间可以是不同的:与RF偏压脉冲320和靶脉冲380处于“开启”状态一致的脉冲和与仅RF偏压脉冲320处于“开启”状态相关联的脉冲。例如,与第三同步信号473相关联的第一持续时间444可大于与第四脉冲424相关联的第二持续时间442。
以这种方式,使用图4中所描述的双脉冲方案,能够沉积折射率为2.5、表面粗糙度小于1nm且应力小于1900MPA的膜,而使用图3中所描述的单脉冲方案,相同质量的膜将产生3000MPA的应力。两种膜的总RF导通时间和功率都是相同的。不同之处在于,当源“开启”时单脉冲将传送所有RF功率,而双脉冲方案将只在源“开启”时间期间传送60%的RF功率,而在源关闭时间期间传送剩余功率。从而限制由高能碳离子引起的应力。在源“开启”时间和“关闭”时间皆可调谐RF“开启”时间,以进一步使膜应力最小化。在一些情况下,当源“开启”时完全消除RF脉冲并且只在源“关闭”时导通RF偏压可为有益的。在一个实施方式中,同步信号370实质上导通/关闭RF偏压脉冲320,从同步信号370的上升沿至RF偏压脉冲320的上升沿可能有2.5μs延迟。这一时间可与RF发生器处理指令和开启输出需要的时间一致。
图5是在高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)期间,将靶脉冲与RF偏压脉冲同步的方法500。方法开始于方块501,其中将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化。脉冲RF偏压发生器耦接至基板支撑件中的RF网格,并且HiPIMS发生器耦接至靶。脉冲同步控制器可操作以提供表示开启状态和关闭状态的信号,其中脉冲同步控制器被初始化为处于关闭状态。
在方块502处,脉冲同步控制器向脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器发送第一信号。第一时序信号进行操作以控制脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器二者的操作。时序信号可向HiPIMS发生器提供指令以开始向靶供电,以及向脉冲RF偏压发生器提供指令以开始向RF网格供电。这些指令分别由脉冲RF偏压发生器和HiPIMS发生器二者处理。
在方块503处,基于第一时序信号向靶供电。HiPIMS发生器向靶供电。可自HiPIMS发生器接收到向靶供电的时序信号提供延迟。HiPIMS发生器的操作参数可为靶的供电设定延迟和/或持续时间。例如,HiPIMS发生器可选择性地在接收到第一时序信号之后约零μs与约2μs之间向靶供电。
在方块504处,基于第一时序信号向RF网格供电。RF偏压发生器向RF网格供电,即施加RF偏压。可自RF偏压发生器接收到向RF网格供电的时序信号提供延迟。RF偏压发生器的操作参数可为RF网格的供电设定延迟和/或持续时间。例如,RF偏压发生器可选择性地在接收到第一时序信号之后约零μs与2μs之间向RF网格供电。
在方块505处,基于时序信号的结束使RF网格断电。第一时序信号的结束由RF偏压发生器感知。RF偏压发生器可在第一时序信号终止时停止对RF网格的供电。选择性地,RF偏压发生器可基于针对RF偏压发生器的操作的设定参数,在停止之前开始计数或延迟。或者,RF偏压发生器可由于在操作参数中设定的缩短的RF网格供电持续时间而在第一时序信号结束之前使RF网格断电。
在方块506处,基于第一时序信号的结束使靶断电。第一时序信号的结束由HiPIMS发生器感知。HiPIMS发生器可在第一时序信号终止时停止对靶的供电。选择性地,HiPIMS发生器可基于针对HiPIMS发生器的操作的设定参数,在停止之前开始计数或延迟。或者,HiPIMS发生器可由于在操作参数中设定的缩短的靶供电持续时间而在第一时序信号结束之前使靶断电。
在方块507处,脉冲同步控制器仅向脉冲RF偏压发生器发送第二信号。或者,第二信号也可被发送至HiPIMS发生器。HiPIMS发生器可被配置为忽略某些同步时序信号,诸如按序列。例如,HiPIMS发生器可每隔一个同步时序信号进行忽略。基于第二时序信号向RF网格供电。RF偏压发生器向RF网格供电,即施加RF偏压。可自RF偏压发生器接收到向RF网格供电的时序信号提供延迟。RF偏压发生器的操作参数可为RF网格的供电设定延迟和/或持续时间。例如,RF偏压发生器可选择性地在接收到第一时序信号之后约零μs与2μs之间向RF网格供电。RF网格基于第二时序信号的结束而断电。第二时序信号的结束由RF偏压发生器感知,RF偏压发生器在第一时序信号终止时停止对RF网格的供电。
所述方法可通过重复方块501至507继续,直到达到期望的膜厚度和密度为止。有利地,与CW模式相比,同步控制器通过同步偏压以在具有减小的膜应力的情况下改善膜粗糙度/形貌和折射率(RI)而打开了用于控制形貌/粗糙度的新的处理窗口。同步控制器允许更高的偏压功率将膜粗糙度改善为低于约1.00nm,而不增加膜应力超过可接受水平,即例如高于0.5GPa。
尽管前述内容针对具体的实施方式,但在不背离本发明的基本范围的情况下,可设计出其他和进一步的实施方式,并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。
Claims (17)
1.一种脉冲同步系统,包括:
靶功率源,所述靶功率源与设置在处理腔室中的溅射靶连通,其中所述功率源可操作以在第一靶电压与第二靶电压之间改变靶偏压;
RF偏压源,所述RF偏压源与设置在基板支撑件中的RF电极连通,其中所述RF偏压源被配置为在第一电极电压与第二电极电压之间向所述RF电极供电;和
同步控制器,所述同步控制器耦接至所述RF偏压源和所述靶功率源,其中所述同步控制器提供多个同步信号以用于使所述RF偏压源和所述靶功率源输入各自的第一电压或第二电压。
2.如权利要求1所述的脉冲同步系统,其中所述同步控制器进一步包括:
第一持续时间的第一开启信号,所述第一开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者;
第二持续时间的第一关闭信号,所述第一关闭信号被配置为去激活(deactivate)所述RF偏压源和所述靶功率源;和
第三持续时间的第二开启信号,所述第二开启信号被配置为仅激活所述RF偏压源。
3.如权利要求2所述的脉冲同步系统,其中所述RF偏压源在所述第一开启信号激活时,对所述RF电极供电具有延迟。
4.如权利要求3所述的脉冲同步系统,其中对所述RF电极供电的延迟为约3μs。
5.如权利要求1所述的脉冲同步系统,其中所述同步控制器进一步包括:
第一持续时间的第一开启信号,所述第一开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者;
第二持续时间的第一关闭信号,所述第一关闭信号被配置为去激活所述RF偏压源和所述靶功率源;和
第三持续时间的第二开启信号,所述第二开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者。
6.如权利要求1所述的脉冲同步系统,其中所述同步信号为低于约24V的低压。
7.一种基板处理系统,包括:
基板处理腔室,包括:
腔室主体,所述腔室主体具有侧壁和底部;
盖组件,所述盖组件位于形成内部容积的所述腔室主体上,所述盖组件具有溅射靶;和
基板支撑件,所述基板支撑件具有电极,所述基板支撑件设置在位于所述盖组件下方的所述内部容积中,所述基板支撑件被配置为在处理期间支撑基板;和
脉冲同步系统,包括:
靶功率源,所述靶功率源与设置在处理腔室中的溅射靶连通,其中所述功率源可操作以在第一靶电压与第二靶电压之间改变靶偏压;
RF偏压源,所述RF偏压源与设置在基板支撑件中的RF电极连通,其中所述RF偏压源被配置为在第一电极电压与第二电极电压之间向所述RF电极供电;和
同步控制器,所述同步控制器耦接至所述RF偏压源和所述靶功率源,其中所述同步控制器提供多个同步信号以用于使所述RF偏压源和所述靶功率源输入各自的第一电压或第二电压。
8.如权利要求7所述的基板处理系统,其中所述同步控制器进一步包括:
第一持续时间的第一开启信号,所述第一开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者;
第二持续时间的第一关闭信号,所述第一关闭信号被配置为去激活所述RF偏压源和所述靶功率源;和
第三持续时间的第二开启信号,所述第二开启信号被配置为仅激活所述RF偏压源。
9.如权利要求8所述的基板处理系统,其中所述RF偏压源在所述第一开启信号激活时,对所述RF电极供电具有延迟。
10.如权利要求9所述的基板处理系统,其中对所述RF电极供电的延迟为约3μs。
11.如权利要求7所述的基板处理系统,其中所述同步控制器进一步包括:
第一持续时间的第一开启信号,所述第一开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者;
第二持续时间的第一关闭信号,所述第一关闭信号被配置为去激活所述RF偏压源和所述靶功率源;和
第三持续时间的第二开启信号,所述第二开启信号被配置为激活所述RF偏压源和所述靶功率源二者。
12.如权利要求7所述的基板处理系统,其中所述同步信号为低于约24V的低压。
13.一种在高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)期间使靶脉冲与RF偏压脉冲同步的方法,所述方法包括:
将耦接在脉冲RF偏压发生器与HiPIMS发生器之间的脉冲同步控制器初始化;
通过所述脉冲同步控制器向所述脉冲RF偏压发生器和所述HiPIMS发生器发送第一时序信号;
基于所述第一时序信号向溅射靶和设置在基板支撑件中的RF电极供电;
基于所述时序信号的结束使所述靶和所述电极断电;
通过所述脉冲同步控制器向所述脉冲RF偏压发生器发送第二时序信号;和
响应于所述第二时序信号,在不向所述靶供电的情况下,向所述电极供电和使所述电极断电。
14.如权利要求13所述的方法,进一步包括:
通过所述脉冲同步控制器向所述脉冲RF偏压发生器和所述HiPIMS发生器发送第三时序信号;
基于所述第三时序信号向所述靶和所述RF网格供电;
基于所述第三时序信号的结束使所述靶和所述RF网格断电;
通过所述脉冲同步控制器向所述脉冲RF偏压发生器发送第四时序信号;和
响应于所述第三时序信号,在不向所述靶供电的情况下,向所述RF网格供电和使所述RF网格断电。
15.如权利要求14所述的方法,进一步包括:
在所述第三时序信号开始时,延迟对所述RF网格的供电。
16.如权利要求15所述的方法,其中对所述RF网格供电的延迟为约3μs。
17.如权利要求13所述的方法,其中所述第二时序信号被额外地发送至所述HiPIMS发生器,并且所述HiPIMS发生器向所述靶供电。
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