CN117652010A - 用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例总体涉及用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统。在一个实施方式中，一种处理基板的方法包括将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中，以及在被支撑在设置于处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积膜。所述方法包括向基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率。第一RF功率包括第一RF频率，并且第二RF功率包括小于第一RF频率的第二RF频率。膜的模量保持在预定模量范围内。

Description

用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统
背景
领域
本公开的实施例总体涉及用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统。在可与其他实施例组合的一个实施例中，在实现膜的减小的压缩应力的同时，膜的模量被保持在预定范围内。
背景技术
减小的压缩应力可增强半导体器件(诸如集成电路的半导体器件)的膜的器件性能。然而，减小压缩应力的常规尝试无意中减小了膜的模量，这可能导致摆动，可能以机械方式使膜变形，并且可能使器件性能降级。摆动是指膜以波浪模式移动。随着芯片设计不断涉及更快的电路系统和更大的电路密度，此类缺点可能变得更为明显。
因此，需要促进在减小膜的压缩应力的同时保持膜模量的改进的方法、系统和设备，以促进减小的摆动、减小的变形和增强的器件性能。
发明内容
本公开的实施例总体涉及用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统。在可与其他实施例组合的一个实施例中，在实现膜的减小的压缩应力的同时，膜模量被保持在预定范围内。
在一个实施方式中，一种处理基板的方法包括将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中，以及在被支撑在设置于处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积非晶碳硬模膜。所述方法包括向基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率。第一RF功率包括在11MHz至15MHz的范围内的第一RF频率，并且第二RF功率包括在1.8MHz至2.2MHz的范围内的第二RF频率。非晶碳硬模膜的模量保持在195GPa或更高的预定模量范围内。
在一个实施方式中，一种非暂时性计算机可读介质包括指令，所述指令在被执行时使系统将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中，并在被支撑在设置于处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积膜。所述指令在被执行时使系统向基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率。第一RF功率包括第一RF频率，并且第二RF功率包括小于第一RF频率的第二RF频率。膜的模量保持在预定模量范围内。
在一个实施方式中，一种基板处理系统包括具有处理空间的处理腔室、一个或多个气源、设置在处理空间中的基板支撑件，以及至少部分地设置在基板支撑件中的一个或多个偏置电极。所述基板处理系统包括电耦合至一个或多个偏置电极的双频射频(RF)源，以及具有指令的非暂时性计算机可读介质。所述指令在被执行时使基板处理系统将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中，并在被支撑在设置于处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积膜。所述指令在被执行时使基板处理系统向一个或多个偏置同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率。第一RF功率包括第一RF频率，并且第二RF功率包括小于第一RF频率的第二RF频率。膜的模量保持在预定模量范围内。
附图说明
因此，可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得以上简要概述的本公开的更具体描述，所述实施例中的一些实施例在附图中绘示。然而，应注意，附图仅绘示本公开的典型实施例，并且因此不应被视为对本公开的范围的限制，因为本公开可准许其他同等有效的实施例。
图1为根据一个实施方式的基板处理系统的示意图。
图2为根据一个实施方式的在图1中所示的基板支撑件的示意性横截面图。
图3为根据一个实施方式的基板处理系统的示意图。
图4为根据一个实施方式的处理基板的方法的示意性流程图。
图5为根据一个实施方式的图表的示意图。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同附图标记来表示附图中共有的相同元件。预期一个实施例的元件和特征可有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开的实施例总体涉及用于将膜模量保持在预定模量范围内的方法、设备和系统。在可与其他实施例组合的一个实施例中，膜的模量被保持在预定范围内，同时实现膜的减小的压缩应力。本公开的各方面可与基板处理系统一起使用，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统。
图1为根据一个实施方式的基板处理系统101的示意图。基板处理系统101包括处理腔室100。在图1中的实施方式中图示处理腔室100的侧视横截面图。
处理腔室100被配置成在基板145上执行沉积操作。在可与其他实施例组合的一个实施例中，处理腔室100被配置成将图案化膜沉积至基板145上，基板145诸如硬模膜，例如，非晶碳硬模膜。
处理腔室100包括盖组件105、设置在腔室主体192上的间隔件110、设置在处理空间160中的基板支撑件115，以及可变压力系统120。盖组件105包括盖板125和热交换器130。在可与本文所述的其他实施例组合的所示实施例中，盖组件105还包括喷头135。替代于喷头135，盖组件105可包括凹形或圆顶形的气体引入板。喷头135限定处理空间160的顶板173。
一个或多个第一气源140(在图1中图示了一个)经由盖板125和设置于盖组件105中的气室190流体耦合至处理空间160。一个或多个第一气源140引入处理气体，用于在被支撑在基板支撑件115上的基板145上形成膜。处理气体流至气室190中，流过喷头135，并流至处理空间160中。一个或多个第一气源140被配置成引入诸如含碳气体(诸如烃类气体)、含氢气体和/或氦气之类的处理气体。本公开预期可使用其他气体。在可与其他示例组合的一个示例中，处理气体包括乙炔(C2H2)(其可被称作电石气)、丙烯(C3H6)、甲烷(CH4)、丁烯(C4H8)、1,3-二甲基金刚烷、双环[2.2.1]庚-2,5-二烯(2,5-降冰片二烯)、金刚烷(C10H16)、降冰片烯(C7H10)、以上各项的任何衍生物和/或以上各项的任何异构体中的一者或多者。处理气体可包括一种或多种稀释气体、一种或多种载气、蚀刻剂气体和/或一种或多种净化气体。在可与其他示例组合的一个示例中，处理气体包括氦气、氩气、氙气、氖气、氮气(N2)、氢气(H2)、氯气(Cl2)、四氟化碳(CF4)和/或三氟化氮(NF3)中的一者或多者。
在可与其他实施例组合的一个实施例中，一个或多个第一气源140被配置成将乙炔(C2H2)和氦气(He)引入处理空间160中。
一个或多个第一气源140经由形成在盖组件105中的一个或多个通道(诸如形成在盖板125和热交换器130中的通道181、187)引入处理气体并将处理气体引入气室190中。形成在盖组件105中的一个或多个通道181、187将来自一个或多个第一气源140的处理气体引导经过形成在喷头135中的通道183，并引导至处理空间160中。在可与其他实施例组合的一个实施例中，一个或多个第二气源142(在图1中图示了一个)经由入口144流体耦合至处理空间160，入口144设置成穿过具有附接至间隔件110的喷嘴的气环，或设置成穿过腔室侧壁。
一个或多个第二气源142被配置成引入一种或多种处理气体，诸如含碳气体、含氢气体和/或氦气。本公开预期可使用其他气体。在可与其他实施例组合的一个实施例中，一个或多个第二气源142被配置成将乙炔(C2H2)和氦气(He)引入处理空间160中。在可与其他实施例组合的一个实施例中，进入处理空间160中的处理气体的总流动速率——包括来自一个或多个第一气源140的流动速率和来自一个或多个第二气源142(如果使用)的流动速率——为约100sccm至约2slm。使用一个或多个第二气源142进入处理空间160中的处理气体流均匀地分布在处理空间160中。在可与其他示例组合的一个示例中，多个入口144可围绕间隔件110或围绕腔室侧壁径向地分布。在此示例中，可单独地控制流向入口144中的每一者的气流以进一步促进处理空间160内的气体均匀性。
双频射频(RF)电源161电耦合至一个或多个偏置电极205B(在图2中图示了一个)，使用设施缆线178将一个或多个偏置电极205B至少部分地设置在基板支撑件115中。双频RF电源161包括各自电耦合至一个或多个偏置电极205B的第一RF电源170和第二RF电源171。第一RF电源170被配置成向一个或多个偏置电极205B供应第一RF功率，并且第二RF电源171被配置成与第一RF功率同时地供应第二RF功率。第二RF功率小于第一RF功率。
盖组件105(诸如盖板125)耦合至第三RF电源165。第三RF电源165会促进等离子体的保持或产生，所述等离子体诸如从清洁气体产生的等离子体。第三RF电源165可促进在清洁操作期间将清洁气体原位离子化成等离子体。第三RF电源165被配置成将第三RF功率供应至盖组件105，并且第三RF功率为40MHz或更大。第三RF电源165用于清洁处理空间160的上部部分，诸如喷头135。在不受理论束缚的情况下，据信在处理空间160的靠近喷头135的上部部分中的等离子体可有较小密度，并且因而在上部部分中的沉积气体(例如，离子)的质量有可能是薄弱的。使用双频RF电源161和本文所述的操作参数有助于增强沉积、降低膜压缩应力并保持膜模量。作为示例，第一RF功率用于促进产生反应性物质并提供用于膜沉积的离子密度，并且第二RF功率用于促进增强的离子轰击以减小应力。
由第一RF电源170供应的第一RF功率具有在11MHz至15MHz的范围内的第一频率。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一频率为13MHz或15MHz。由第二RF电源171供应的第二RF功率具有在1.8MHz至2.2MHz的范围内的第二频率。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第二频率为2MHz。本公开预期第一RF电源170和第二RF电源171可集成为用于双频RF电源161的混频RF电源，所述混频RF电源被配置成同时供应第一RF功率和第二RF功率。在图1中所示的实施方式中，盖组件105(诸如盖板125)接地。本公开预期喷头135可接地。本公开预期环绕处理空间160的其他部件(诸如间隔件110)也可接地。本公开预期腔室主体192也可接地。
双频RF电源161会促进保持所沉积的膜(沉积在基板145上的膜)的模量，同时减小所沉积的膜相对于其他膜的压缩应力。双频RF电源161会促进保持模量，同时促进物质至所沉积的膜中的增强注入，增大离子化并增大膜的沉积速率。
在图1中所示的实施方式中，基板145上的膜沉积至3,000埃或更大、诸如5,000埃或更大的厚度。本公开预期本公开的各方面可在其中膜沉积至小于3,000埃的厚度的实施方式中使用。沉积在基板145上的膜为非晶碳硬模膜，所述非晶碳硬模膜可随后在蚀刻操作期间用作硬模。
双频RF电源161和/或第三RF电源165中的一者或多者用于在处理空间160中形成和/或保持等离子体，同时使用一个或多个第一气源140和/或一个或多个第二气源142向处理空间160供应一种或多种处理气体。在可与其他实施例组合的一个实施例中，双频RF电源161在沉积操作期间用于在基板145上沉积膜，并且第三RF电源165在清洁操作期间用于从处理腔室100的内表面移除污染物或膜。
在沉积操作中，双频RF电源161向基板支撑件115的一个或多个偏置电极205B同时供应第一RF功率和第二RF功率。第一RF功率在1.5kW至1.7kW的第一功率范围内，并且第二RF功率在400W至600W的第二功率范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF功率为1.6kW并且第二RF功率为500W。第一RF功率包括第一RF频率，并且第二RF功率包括小于第一RF频率的第二RF频率。第一RF频率在11MHz至15MHz、诸如13MHz至14MHz的范围内，并且第二RF频率在1.8MHz至2.2MHz、诸如1.95MHz至2.05MHz的范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF频率为13MHz或14MHz，并且第二RF频率为2.0MHz。
在沉积操作期间，第三RF电源165可提供在100瓦特(W)至约20kW的第三功率范围内的第三RF功率。第一RF功率、第二RF功率和第三RF功率(如果使用第三RF功率)有助于一种或多种处理气体的离子化，并且一种或多种处理气体的离子轰击至基板145上以在基板145上沉积膜。在可与其他实施例组合的一个实施例中，一种或多种处理气体包括乙炔(C2H2)和氦气(He)。在可与其他示例组合的一个示例中，以在10sccm至1,000sccm、诸如100sccm至200sccm的范围内的流动速率向处理空间160提供乙炔(C2H2)，并且以在50sccm至5,000sccm、诸如100sccm至200sccm的范围内的流动速率提供氦气(He)。在可与其他实施例组合的一个实施例中，以在140sccm至160sccm、诸如145sccm至155sccm的范围内的流动速率向处理空间160提供乙炔(C2H2)，并且以在140sccm至160sccm、诸如145sccm至155sccm的范围内的流动速率提供氦气(He)。在可与其他实施例组合的一个实施例中，以150sccm的流动速率向处理空间160提供乙炔(C2H2)，并且以150sccm的流动速率提供氦气(He)。
基板支撑件115耦合至致动器175(例如，升举致动器)，致动器175提供基板支撑件115沿Z方向的移动。基板支撑件115耦合至柔性的设施缆线178，设施缆线178允许基板支撑件115的竖直移动，同时保持与双频电源161的耦合以及其他电力和流体耦合。间隔件110设置在腔室主体192上。间隔件110的高度允许基板支撑件115在处理空间160内竖直移动。间隔件110的高度为约0.5英寸至约20英寸。在可与其他实施例组合的一个实施例中，基板支撑件115可相对于喷头135所限定的顶板173从第一距离180A移动至第二距离180B。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第二距离180B为第一距离180A的约2/3。第一距离180A与第二距离180B之间的差为约5英寸至约6英寸。从图1中所示的位置，基板支撑件115可相对于喷头135的下表面移动约5英寸至约6英寸。在可与其他实施例组合的一个实施例中，基板支撑件115固定在第一距离180A和第二距离180B中的一者处。
在沉积操作期间，将处理空间160和/或基板145保持在沉积温度和沉积压力下。沉积温度在-50摄氏度至600摄氏度的范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，沉积温度在8摄氏度至12摄氏度的范围内，诸如10摄氏度。沉积压力为次大气压。沉积压力在0.1毫托至500毫托的范围内。沉积压力在3毫托至5毫托的范围内，诸如4毫托。在沉积操作期间，基板支撑件115设置在第二距离180B处，并且第二距离在3.5英寸至4.5英寸的范围内，诸如4.0英寸。
可变压力系统120包括第一泵182和第二泵184。第一泵182为粗抽泵，可在清洁操作和/或基板传送操作期间使用所述粗抽泵。粗抽泵通常配置成用于移动较高的体积流动速率和/或操作相对较高(但仍为次大气压)的压力。在可与其他示例组合的一个示例中，在清洁操作期间，第一泵182保持处理腔室内的压力小于50毫托。在可与其他示例组合的一个示例中，第一泵182保持处理腔室内的压力为约0.5毫托至约10托。在清洁操作期间利用粗抽泵会促进相对较高的压力和/或清洁气体的体积流量(与沉积操作相比较而言)。清洁操作期间的相对较高的压力和/或体积流量会促进改进内部腔室表面的清洁。
第二泵184可以是涡轮泵和/或低温泵。在沉积操作期间利用第二泵184。第二泵184通常被配置成操作相对较低的体积流动速率和/或压力。第二泵184被配置成将处理腔室的处理空间160保持在小于约50毫托的压力下，诸如约0.5毫托至约10托。当沉积碳基硬模时，在沉积期间所保持的处理空间160的减小的压力有助于沉积具有减小的压缩应力和/或增大的sp2至sp3转换的膜。因此，处理腔室100被配置成利用相对较低的压力以有助于改进的沉积并利用相对较高的压力以有助于改进的清洁。
阀186用于控制至第一泵182和第二泵184中的一者或两者的传导路径。阀186还提供从处理空间160的对称泵送。
处理腔室100还包括基板传送端口185。基板传送端口185由内门186A和外门186B选择性地密封。门186A和186B中的每一者耦合至致动器188(例如，门致动器)。门186A和186B有助于处理空间160的真空密封。门186A和186B还提供处理空间160内的对称RF应用和/或等离子体对称性。在一个示例中，至少内门186A由促进RF功率的传导的材料形成，诸如不锈钢、铝或以上各项的合金。设置在间隔件110与腔室主体192的接口处的诸如O形环之类的密封件116可进一步密封处理空间160。
盖组件105耦合至可选的远程等离子体源150。远程等离子体源150流体耦合至清洁气源155，用于向形成在盖组件105与基板145之间的间隔件110内部的处理空间160提供清洁气体。在可与其他示例组合的一个示例中，经由中央导管191提供清洁气体，中央导管191形成为轴向地穿过盖组件105。在可与其他示例组合的一个示例中，经由盖组件105的将处理气体从一个或多个第一气源140引导至处理空间160的相同通道提供清洁气体。示例清洁气体包括以下各项中的一项或多项：含氧气体，诸如氧气和/或臭氧；含氟气体，诸如NF3；和/或含氢气体，诸如氢气。在可与其他实施例组合的一个实施例中，远程等离子体源150用于将自由基引入处理空间160中，诸如氢自由基和/或氧自由基。
通道181、187、中央导管191和通道183可竖直地定向(例如，平行于Z轴)和/或可相对于X-Y平面以一定角度(诸如斜角)定向。
在清洁操作期间，替代于或附加于第三RF电源165，可使用远程等离子体源150。本公开预期可省略远程等离子体源150，并且可使用第三RF电源165使清洁气体原位离子化成等离子体。
基板处理系统101包括控制器194以控制基板处理系统101的操作。控制器194耦合至一个或多个第一气源140、一个或多个第二气源142、一个或多个清洁气源155、致动器175、第一泵182、双频RF电源161、第三RF电源165和/或致动器188以控制控制器194的操作。控制器194包括中央处理单元(CPU)195(处理器)、含有指令的存储器196，以及用于CPU 195的支持电路197。控制器194直接地或经由耦合至处理腔室100的其他计算机和/或控制器(未图示)控制基板处理系统101。控制器194为可用在工业环境中用于控制各种腔室和装备的任何形式的通用计算机处理器及其上或其中的子处理器。
存储器196(非暂时性计算机可读介质)为容易获得的存储器中的一者或多者，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘，或任何其他形式的本地或远程的数字存储。支持电路197耦合至CPU 195，用于支持CPU 195(处理器)。支持电路197包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路系统和子系统等。
基板处理参数和操作作为软件例程被存储在存储器196中，所述软件例程被执行或调用以将控制器194调谐成专用控制器，以控制基板处理系统101的操作。存储在存储器196中的参数可包括例如第一RF频率、第二RF频率、第一功率范围、第二功率范围、频率比率范围、第二距离180B、沉积温度和/或沉积压力。控制器194被配置成执行本文所述的方法和操作中的任一者。存储在存储器196中的指令在由处理器195执行时，导致执行方法400的操作402至410中的一者或多者。
控制器194的存储器196中的指令可包括可附加于本文所述的操作执行的一种或多种机器学习算法和/或一种或多种人工智能算法。作为示例，由控制器194执行的机器学习算法或人工智能算法可基于在诸如沉积操作和/或清洁操作之类的操作期间或之后采取的测量来优化和变更存储在存储器196中的参数。经优化的参数可包括例如第一RF频率、第二RF频率、第一功率范围、第二功率范围、频率比率范围、第二距离180B、沉积温度和/或沉积压力。作为示例，存储在存储器196中并且由处理器195执行的机器学习算法或人工智能算法可使用膜模量和膜压缩应力的测量值来优化双频RF电源161的第一RF频率和第二RF频率。
间隔件110包括约0.5英寸至约20英寸、诸如约0.5英寸至约3英寸、诸如约10英寸至约20英寸、诸如约14英寸至约16英寸的高度。间隔件110提供处理空间160的体积的一部分。处理空间160的高度提供许多益处。一个益处包括减小膜应力，这减少了在其中处理的基板145中的应力引发的弯曲。处理空间160的高度会影响从处理空间160的顶部至底部的等离子体密度分布。本文所提供的方法通过使用双频RF电源161来促进保持处理空间160的下部部分中的等离子体密度，从而适合于在设置于基板支撑件115上的基板145上进行膜沉积。
图2为根据一个实施方式的在图1中所示的基板支撑件115的示意性横截面图。基板支撑件115包括静电卡盘230。静电卡盘230包括圆盘200。圆盘200包括内嵌在其中的一个或多个电极，诸如第一电极205A和第二电极205B。第一电极205A为电耦合至直流(DC)电源的卡紧电极，并且第二电极205B为电耦合至双频RF电源161的RF偏置电极。提供给第二电极205B的频率可以是脉冲的。圆盘200由介电材料形成，所述介电材料诸如陶瓷材料，例如，氮化铝(AlN)。
圆盘由介电板210和基底板215支撑。介电板210可由电绝缘材料(诸如石英)或热塑性材料(诸如以商标销售的高性能塑料)形成。基底板215可由诸如铝之类的金属材料制成。在操作期间，当圆盘200为RF热时，基底板215耦合至接地或电浮置。至少圆盘200和介电板210被绝缘环220环绕。绝缘环220可由诸如石英、硅或陶瓷材料之类的介电材料制成。基底板215以及绝缘环220的一部分被由铝制成的接地环225环绕。绝缘环220在操作期间减少或消除圆盘200与基底板215之间的电弧。设施缆线178的一端被示为在形成于圆盘200、介电板210和基底板215中的开口中。用于圆盘200的电极205A、205B的功率以及从气体供应器至基板支撑件115的流体是由设施缆线178提供。
边缘环235设置成与绝缘环220的内圆周相邻。边缘环235可包括介电材料，诸如石英、硅、交联聚苯乙烯和二乙烯基苯(例如，)、PEEK、Al2O3、AlN等。利用包括此类介电材料的边缘环235有助于调制等离子体耦合、调制等离子体性质(诸如基板支撑件115上的电压(Vdc))，而不必改变等离子体功率，从而有助于改进沉积在基板(诸如基板145)上的硬模膜的性质。通过经由边缘环235的材料来调制对基板145的RF耦合，可使膜模量与膜应力解耦。
图3为根据一个实施方式的基板处理系统301的示意图。基板处理系统301类似于图1中所示的基板处理系统101，并且包括基板处理系统101的各个方面、特征、部件和/或性质中的一者或多者。在图3中所示的实施方式中，省略了远程等离子体源150，并且在清洁操作期间使用扁平线圈310(带有或不带有第三RF电源165)，以在处理空间160中激发清洁等离子体，同时一个或多个清洁气源155会将清洁气体引入处理空间160中。扁平线圈310用于在清洁操作期间原位产生清洁等离子体。
图4为根据一个实施方式的处理基板的方法400的示意性流程图。操作402包括将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中。一种或多种处理气体包括乙炔(C2H2)和氦气(He)。
操作404包括在被支撑在设置于处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积膜。沉积膜可包括使用等离子体将一种或多种处理气体离子化以产生一种或多种处理气体的离子，以及利用离子轰击基板。膜为非晶碳膜。膜沉积至3,000埃或更大的厚度。膜可沉积在一个或多个层上，并且所述一个或多个层包括氧化物和/或氮化物。
操作406包括向基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率。第一RF功率包括第一RF频率，并且第二RF功率包括小于第一RF频率的第二RF频率。第一RF频率在11MHz至15MHz、诸如13MHz至14MHz的范围内，并且第二RF频率在1.8MHz至2.2MHz、诸如1.95MHz至2.05MHz的范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF频率为13MHz、13.56MHz或14MHz，并且第二RF频率为2.0MHz。本公开预期第一RF频率可较高，诸如26MHz、40MHz、60MHz或100MHz。本公开预期第二RF频率可较低，诸如350KHz。
第一RF功率和第二RF功率中的每一者在500W至10kW的范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF功率在1.5kW至1.7kW的第一功率范围内，并且第二RF功率在400W至600W的第二功率范围内。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF功率为1.6kW并且第二RF功率为500W。第一RF功率有助于在处理空间中产生具有反应性物质和足够离子密度的等离子体，并且第二RF功率有助于朝向正被处理的基板吸引处理空间中的离子以用于离子轰击。取决于处理气体的离子的电荷，第一RF功率和第二RF功率的值可为负或正。如果离子带负电荷，则第一RF功率和第二RF功率的值为正。如果离子带正电荷，则第一RF功率和第二RF功率的值为负。
第二RF频率在第二RF频率相对于第一RF频率的频率比率范围内，并且所述频率比率范围为0.1至0.2。作为示例，在其中第一RF频率为13MHz的实施例中，归因于频率比率范围，第二RF频率在1.3MHz至2.6MHz的范围内。总偏置频率(通过将第一RF频率和第二RF频率加在一起来确定)为18MHz或更小。在可与其他实施例组合的一个实施例中，第一RF功率包括第一电压并且第二RF功率包括小于第一电压的第二电压。第一电压和第二电压中的每一者为直流(DC)电压。本公开预期第二电压可等于或大于第一电压。在可与其他实施例组合的一个实施例中，操作402、操作404和操作406被同时地执行。
在操作404的沉积和操作406的同时供应第一RF功率和第二RF功率期间，膜模量保持在预定模量范围内。模量为杨氏模量。预定模量范围为195GPa或更高。膜的压缩应力保持在500MPa至1500MPa的范围内。因为应力为压缩性的，所以压缩应力的值可被视为负值，但压缩应力的值在本文中被描述为正值。
膜模量被保持在一定模量比率。模量比率为模量相对于膜的压缩应力的比率。模量比率为通过将模量除以压缩应力所确定的值。作为示例，在其中压缩应力为687MPa并且模量为199GPa的实施例中，模量比率为约289。模量比率保持在200或更大。在可与其他实施例组合的一个实施例中，模量比率在185至300的模量比率范围内。所沉积的膜可为类金刚石的碳膜。
操作406的供应第一RF功率和第二RF功率与操作404的沉积同时地执行。在沉积期间，通过使用第一RF功率所产生的第一RF场使一种或多种处理气体离子化，以产生具有一种或多种反应性物质的一种或多种等离子体。一种或多种等离子体可为一种或多种电容耦合等离子体。一种或多种等离子体可包括一种或多种电子、一种或多种离子和/或一种或多种自由基。使用来自一种或多种等离子体的离子的高能轰击和一种或多种等离子体与基板的(若干)表面材料之间的(若干)化学反应将膜沉积在基板上。第一RF功率用于促进产生一种或多种等离子体的一种或多种反应性物质并为一种或多种等离子体提供足够的离子密度。第二RF功率促进增强离子轰击以减少所沉积的膜的应力。
可选操作410包括清洁处理腔室。清洁包括从处理腔室的内表面移除污染物和/或膜。清洁包括将第三RF功率供应至处理腔室的盖组件。第三RF功率包括第三频率，所述第三频率为40MHz或更大。图5为根据一个实施方式的图表500的示意图。图表500包括第一曲线501，第一曲线501是在沉积测试操作期间使用本文所公开的参数绘制的。第二曲线502是使用其他参数绘制的。根据第二曲线502，当膜的压缩应力减小时，所沉积的膜的模量会减小。根据第一曲线501，当所沉积的膜的压缩应力减小时，所沉积的膜的模量被保持(相对于第二曲线502而言)。使用本文所述的参数产生第一曲线501，所述参数诸如第一RF频率、第二RF频率、第一功率范围、第二功率范围、频率比率范围、第二距离180B、沉积温度和沉积压力。
作为示例，使用1.6W的第一RF功率、13MHz的第一RF频率、2MHz的第二RF频率、4.0英寸的第二距离180B、10摄氏度的沉积温度和4毫托的沉积压力来形成第一曲线501的三个点511至513。将0W的第二RF功率用于第一点511，这导致1056MPa的压缩应力和202.5GPa的模量。将200W的第二RF功率用于第二点512，这导致848MPa的压缩应力和201.6GPa的模量。将500W的第二RF功率用于第三点513，这导致687MPa的压缩应力和197.3GPa的模量。因而，可沿第一曲线501减小压缩应力，同时相对于第二曲线502的减小的模量保持模量。例如，在687MPa的相同压缩应力处，第二曲线502导致大约188GPa的较低模量值。
如在图5的第一曲线501中所示，本文所述的主题促成了意料之外的结果，因为先前认为减小膜的压缩应力会导致膜的模量的显著减小(如第二曲线502中所示)。本文所公开的参数(诸如第一RF频率、第二RF频率、第一功率范围、第二功率范围、频率比率范围、第二距离180B、沉积温度和沉积压力)会促成所述意料之外的结果。
本公开的益处包括减小所沉积的膜的压缩应力，同时保持所沉积的膜的模量，减小膜摆动，减小膜和基板的变形，增强针对硬模的蚀刻性能，并增强器件性能。
作为示例，据信本公开(诸如通过使用第一RF功率和第二RF功率)会促成膜应力减小35％，同时将模量保持在预定范围内(诸如195GPa或更高的范围)。作为另一示例，据信第二电压小于第一电压并且第二RF频率小于第一RF频率会促进增强膜沉积和离子轰击以减小膜的压缩应力，同时保持所沉积的膜的模量(例如，杨氏模量)。
预期本文所公开的一个或多个方面可相组合。作为示例，基板处理系统101、基板处理系统301、方法400和/或图表500的一个或多个方面、特征、部件和/或性质可相组合。此外，预期本文所公开的一个或多个方面可包括前述益处中的一些或全部。
虽然前文针对本公开的实施例，但可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计出本公开的其他和进一步实施例。本公开还预期本文所述实施例的一个或多个方面可被所述其他方面中的一者或多者取代。本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种处理基板的方法，包括以下步骤：
将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中；
在被支撑在设置于所述处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积非晶碳硬模膜，所述沉积所述非晶碳硬模膜的步骤包括以下步骤：
用一种或多种等离子体的离子轰击所述基板，以及
使所述基板与所述一种或多种等离子体化学反应；
向所述基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率，所述第一RF功率包括在11MHz至15MHz的范围内的第一RF频率，并且所述第二RF功率包括在1.8MHz至2.2MHz的范围内的第二RF频率，其中所述非晶碳硬模膜的模量保持在195GPa或更高的预定模量范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一RF功率在1.5kW至1.7kW的第一功率范围内，并且所述第二RF功率在400W至600W的第二功率范围内。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
所述一种或多种处理气体包括乙炔(C2H2)和氦气(He)；
所述乙炔(C2H2)和所述氦气(He)中的每一者以在145sccm至155sccm的范围内的流动速率被引入所述处理空间中；
所述第一RF功率包括第一电压并且所述第二RF功率包括小于所述第一电压的第二电压；
所述非晶碳硬模膜在8摄氏度至12摄氏度的范围内的沉积温度和3毫托至5毫托的范围内的沉积压力下被沉积；并且
在所述沉积所述非晶碳硬模膜和所述同时供应所述第一RF功率和所述第二RF功率的步骤期间，所述基板支撑件定位在相对于所述处理空间的顶板的一距离处，并且所述距离在3.5英寸至4.5英寸的范围内。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述乙炔(C2H2)和所述氦气(He)中的每一者的所述流动速率为150sccm。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述非晶碳硬模膜沉积至3,000埃或更大的厚度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二RF频率在所述第二RF频率除以所述第一RF频率的频率比率范围内，并且所述频率比率范围为0.1至0.2。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述模量保持在模量比率，所述模量比率为所述模量除以所述非晶碳硬模膜的压缩应力的比率，并且所述模量比率为200或更大。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述非晶碳硬模膜的压缩应力在500MPa至1500MPa的范围内。
9.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括指令，所述指令在被执行时使系统：
将一种或多种处理气体引入处理腔室的处理空间中；
在被支撑在设置于所述处理空间中的基板支撑件上的基板上沉积膜；
向所述基板支撑件的一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率，所述第一RF功率包括第一RF频率，并且所述第二RF功率包括小于所述第一RF频率的第二RF频率，所述膜的模量保持在预定模量范围内。
10.如权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述膜的压缩应力在500MPa至1500MPa的范围内。
11.如权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述第一RF频率在11MHz至15MHz的范围内，并且所述第二RF频率在1.8MHz至2.2MHz的范围内。
12.如权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述第一RF功率在1.5kW至1.7kW的第一功率范围内，并且所述第二RF功率在400W至600W的第二功率范围内。
13.如权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述膜沉积至3,000埃或更大的厚度。
14.如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述膜为非晶碳膜。
15.如权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述第二RF频率在所述第二RF频率除以所述第一RF频率的频率比率范围内，并且所述频率比率范围为0.1至0.2。
16.如权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述模量保持在模量比率，所述模量比率为所述模量除以所述膜的压缩应力的比率，并且所述模量比率为200或更大。
17.一种基板处理系统，包括：
处理腔室，所述处理腔室包括处理空间；
一个或多个气源；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理空间中；
一个或多个偏置电极，所述一个或多个偏置电极至少部分地设置在所述基板支撑件中；
双频射频(RF)源，所述双频射频(RF)源电耦合至所述一个或多个偏置电极；
非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括指令，所述指令在被执行时使所述基板处理系统：
将一种或多种处理气体引入所述处理腔室的所述处理空间中，
在被支撑在设置于所述处理空间中的所述基板支撑件上的基板上沉积膜，
向所述一个或多个偏置电极同时供应第一射频(RF)功率和第二RF功率，所述第一RF功率包括第一RF频率，并且所述第二RF功率包括小于所述第一RF频率的第二RF频率，其中所述膜的模量保持在预定模量范围内。
18.如权利要求17所述的基板处理系统，其中所述预定模量范围为195GPa或更高。
19.如权利要求18所述的基板处理系统，其中所述第一RF频率在11MHz至15MHz的范围内。
20.如权利要求19所述的基板处理系统，其中所述第二RF频率在1.8MHz至2.2MHz的范围内。
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