TW201636446A - 透過靶壽命控制一或多個薄膜性質的自動電容調節器電流補償 - Google Patents

透過靶壽命控制一或多個薄膜性質的自動電容調節器電流補償 Download PDF

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Abstract

在一些實施例中，一種將含金屬層沉積於設置在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板上之方法，包括以下步驟：提供電漿形成氣體給該PVD腔室的處理區域；提供第一量的RF功率給相對於該基板設置的靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料是在第一侵蝕狀態；及當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的表面處之離子能在一預定範圍內的同時，調節與基板支撐件耦接的自動電容調節器。

Description

透過靶壽命控制一或多個薄膜性質的自動電容調節器電流 補償
本發明揭露的實施例一般係關於基板處理系統。
用在後段(BEOL)硬遮罩應用的高密度、低應力薄膜(如氮化鈦(TiN)膜)用於減少用在圖案化低介電常數的介電(low-k dielectric)溝槽之線彎曲以及藉由降低線邊緣粗糙度和臨界尺寸(CD)變化來改善低k蝕刻剖面。
射頻(RF)功率可提供至主要DC電漿以增加電漿中濺射材料的離子化率。增加的離子化率允許改善到達原子的表面流動性，而導致結晶膜定向，其有利於產生低應力且緻密薄膜。此外，到達基板水平面(level)的高比例離子化材料允許藉由晶圓基座阻抗電路的裝置調節輸入的離子能。
RF功率平行供應於腔室陰極處(即濺射靶)。磁控管用於增加靶表面處的電子約束以改善電漿 穩定性和濺射速率。侵蝕軌道建立於材料被優先濺射所在的靶表面上。
使用供應RF功率給靶並結合靶表面處磁性約束的一個缺點是：當靶材料被侵蝕時，RF功率傳輸的效率降低。當靶材料因為以下原因被侵蝕時，而RF功率傳輸的效率降低：隨著靶變薄，磁鐵表面到靶的濺射表面之物理距離減少。此外，靶表面上的侵蝕軌道進一步降低了RF功率輸送的效率，而侵蝕軌道可進一步限制電子並因此降低在基板水平處的電漿密度。隨著磁性約束增大，RF電流供應的電子遵循增強(為侵蝕深度的函數)磁場線，RF電流供應的電子無法有效傳播進入電漿。
傳送到電漿的RF功率之減少降低了離子化率，離子化率的減少直接見於基板支撐件阻抗電路處所測量的電流之減少以及間接見於薄膜性質上的影響。由於磁性約束的增加，與更高離子化相關之有利的薄膜性質(如低應力與高密度)開始以靶壽命(target life)的函數退化。
因此，本發明人已提供了一種用於處理基板的改進方法和設備。
本發明揭露的實施例包括用於處理基板的方法與設備。在一些實施例中，一種將含金屬層沉積於設置在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板上之方法，包括以下步驟：提供電漿形成氣體給該PVD腔室的處理區 域；提供第一量的RF功率給相對於該基板設置的靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料是在第一侵蝕狀態；及當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的表面處之離子能在一預定範圍內的同時，調節與基板支撐件耦接的自動電容調節器。
在一些實施例中，一種將含金屬層沉積於設置在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板上之方法，包括以下步驟：提供電漿形成氣體給該PVD腔室的處理區域；提供第一量的RF功率給相對於該基板設置的靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料在第一侵蝕狀態是實質上未侵蝕的；及當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的表面處之離子能在一預定範圍內的同時，調節與基板支撐件耦接的自動電容調節器，其中該源材料在該第二侵蝕狀態是實質上已侵蝕的。
在一些實施例中，提供一種電腦可讀取媒體，具有儲存於其上之指令，當執行該等指令時，導致物理氣相沉積(PVD)腔室執行一種將含金屬層沉積於基板上之方法。該方法可包括本發明所揭露實施例中的任一者。
本說明書揭露的其他和進一步的實施例描述如下。
100‧‧‧PVD處理腔室
102‧‧‧腔室蓋
103‧‧‧接地組件
104‧‧‧處理腔室
106‧‧‧基板支撐件
108‧‧‧基板
110‧‧‧下部接地外殼壁
112‧‧‧接地屏蔽
114‧‧‧靶組件
116‧‧‧上部接地外殼壁
118‧‧‧中央處理單元(CPU)
120‧‧‧處理區域
122‧‧‧波紋管
124‧‧‧底部腔室壁
126‧‧‧氣體源
128‧‧‧質量流量控制器
130‧‧‧排氣口
132‧‧‧閥
134‧‧‧RF偏壓電源
136‧‧‧自動電容調節器
138‧‧‧屏蔽
140‧‧‧突出部分
146‧‧‧蓋環
148‧‧‧可旋轉磁體組件
150‧‧‧複數個磁體
152‧‧‧磁體
154‧‧‧電極
156‧‧‧接地板
157‧‧‧第一表面
158‧‧‧源分配板
160‧‧‧背板組件
161‧‧‧第一背板
162‧‧‧第二背板
164‧‧‧導電支撐環
166‧‧‧第一端
168‧‧‧第二端
169‧‧‧通道
170‧‧‧凹孔
172‧‧‧記憶體
173‧‧‧支援電路
174‧‧‧馬達軸
175‧‧‧支撐構件
176‧‧‧馬達
178‧‧‧齒輪組件
180‧‧‧絕緣間隙
181‧‧‧密封環
182‧‧‧RF電源
183‧‧‧第二能量源
186‧‧‧中心軸
192‧‧‧中心支撐構件
194‧‧‧控制器
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
本發明揭露之實施例已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了本發明揭露的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
圖1繪示根據本發明揭露的一些實施例之處理腔室的概要截面圖。
圖2繪示根據本發明揭露的一些實施例之處理基板的方法之流程圖。
圖3繪示根據本發明揭露的一些實施例之自動電容調節器的電路實施。
圖4繪示根據本發明揭露的一些實施例之示例性自動電容調節器的共振曲線(resonance curve)。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。該等圖示未依比例繪示，且可為求清楚而簡化。一個實施例的元件與特徵可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
本發明係關於一種處理基板的方法。在一些實施例中，本發明揭露係關於將含金屬層沉積於設置在物理氣相沉積(PVD)腔室中的基板上之方法。在一些實施例中，本文描述的發明方法有利地促進含金屬層的沉積適宜作為硬遮罩層，例如氮化鈦層，具有改進的應力，電阻率和密度均勻的特性。例如，用在後段(BEOL)硬遮罩應用的高密度、低應力氮化鈦(TiN)膜或類似物用來減少用在圖案化低介電常數的介電(low-k dielectric)溝槽之線彎曲以及藉由減少線邊緣粗糙度和臨界尺寸(CD)變化來改善低k蝕刻剖面。
圖1繪示根據本發明揭露的一些實施例之物理氣相沉積(PVD)處理腔室100的簡化截面圖。圖2繪示將層沉積於基板上之方法200的流程圖，基板設置在圖l所述類型的物理氣相沉積處理系統中。適合用於執行本發明所述的方法200的其他PVD腔室之示範例包括可自美國加州聖克拉拉的應用材料公司購得的CIRRUSTM與AVENIRTM PVD處理腔室。
該方法200執行於處理腔室內的基板108上，例如在圖1所示的物理氣相沉積(PVD)處理腔室(處理腔室104)。圖1所示的處理腔室104包括基板支撐件106、靶組件114及源材料113，靶組件114具有可選的背板組件160，源材料113設置於面向背板組件160側的基板支撐件上。處理腔室104進一步包括射頻(RF)功率源182以提供RF能到靶組件114。
基板108可以是具有任何合適的幾何形狀之任何合適的基板，如圓形晶圓、方形、矩形或類似物。基板108可包括任何合適的材料，如矽(Si)、氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、玻璃、其他介電材料或類似物中的一或多個，且可具有設置於基板108之上的其它材料中的一或多個層。在一些實施例中，基板108可包括低k介電材料的上層，且在一些實施例中，可包括超低k電介質材料(ultra-low k dielectric material)。如本發明所用的超低k介電材料包括具有小於或等於約2.5的k值之介電材料。基板108可係空白(blank)基板(如於其上不具有特徵)，或基板108可具有形成於基板中或基板上的特徵，如通孔或溝槽，或高深寬比的特徵，例如，針對通過矽通孔(TSV)的應用或類似物。本說明書所用的高寬比特徵可包括具有至少約5：1的高度比寬度的深寬比之特徵。
方法200開始於202，其中提供電漿形成氣體給處理腔室104的處理區域120。電漿形成氣體可包括一或多個惰性氣體，如稀有氣體或其它惰性氣體。例如，電漿形成氣體之非限制性示範例包括氬(Ar)、氦(He)、氙(Xe)、氖(Ne)、氫(H2)、氮(N2)、氧(O2)等中的一或多種。
在204處，提供第一量的RF功率給靶組件114以在PVD腔室104的處理區域120內引燃電漿形成氣體而成為電漿。RF功率是於處理區域120內形成電漿 之適合的量之RF功率，其可根據腔室尺寸、幾何形狀或類似物而改變。例如，在一些實施例中，第一量的RF功率是約500至約20000瓦。在一些實施例中，提供給靶組件的RF功率之量可以在整個靶的壽命中保持恆定。在一些實施例中，RF功率之量可以隨著靶的壽命增加，以補償隨著靶侵蝕時電漿內減少的離子化率。
在206處，源材料113從靶組件114濺射以將含金屬層沉積於基板108上。當源材料113開始濺射時，源材料113在第一侵蝕狀態。在一些實施例中，源材料113在第一侵蝕狀態實質上是未侵蝕的(即處於或非常接近靶壽命的開始)。源材料113可包括適於在基板108上形成含有金屬的層之金屬、金屬合金或類似物中的一或多種。例如，該源材料113可包括鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎢(W)或鋁(Al)或類似物中的一或多個。當使用電漿濺射來自源材料113的金屬原子時，於處理腔室104中保持在第一壓力。第一壓力係足以將自靶組件114濺射的金屬原子之主要部分離子化的壓力。第一壓力可取決於處理腔室的幾何形狀(如基板尺寸、靶到基板的距離等)。
當沉積含金屬層(如氮化鈦層)時，發明人已經觀察到，藉由施加RF功率於靶組件114增加了電漿內的氮和鈦的離子化率而允許改善到達原子的表面流動性，因而提供結晶膜定向，其有利於產生低應力且緻密薄膜。此外，到達基板108水平面的高比例離子化材料 允許使用基板支撐件阻抗電路(如以下相對於圖1與3所述的自動電容調節器136)來調節輸入的離子能(即在基板表面處的離子能)，以控制基板電流(如在基板水平面處的離子能)而進一步利於控制結晶膜定向，其有利於形成低應力且緻密薄膜。自動電容調節器136調整自基板支撐基座電極至接地的電容(以及阻抗)。示例性基板支撐阻抗電路(如自動電容調節器136)可提供約0.5至約20安培的電流。除了在靶壽命中維持期望的薄膜性質，本發明人進一步觀察到，當使用根據本發明揭露的方法時，可用的靶壽命可以有利地從約1000kWh增加到約4000kWh。
然而，本發明人還觀察到，隨著靶材料侵蝕，施加到靶組件114的RF功率之效率降低，導致電漿中的離子密度減少。雖然可以增加RF功率的量以補償降低的靶壽命中之離子化率，但是發明人觀察到只有這種補償是不足以維持在靶壽命中一致的沉積薄膜性質。不希望受理論的限制，發明人相信在RF功率的效率之降低是因為當靶變薄時，從磁體表面到靶的濺射表面之物理距離的減小。此外，來自濺射處理在源材料113表面上形成的侵蝕軌道限制了電子並因此降低在基板水平處的電漿密度。隨著磁性約束增大，RF電流供應的電子遵循(follow)增強的(為侵蝕深度的函數)磁場線，RF電流供應的電子無法有效傳播進入電漿。本發明人還發現通過在靶壽命的過程中控制離子能並提供離子能(如 電流)補償以在基板水平面處提供受控增加量的離子能以補償減少的離子密度，而有利地達到改善薄膜性質的控制。
PVD處理系統100進一步包括基板支撐阻抗電路(如自動電容調節器136)，其耦接至基板支撐件106以用於在基板108處調整電漿鞘(plasma sheath)電壓。例如，在自動電容調節器136可用於控制基板108處的鞘電壓，以及因此控制基板電流(例如，在基板水平面處的離子能)。因此，在208，當濺射源材料113時，自動電容調節器136經調諧而將在基板支撐件處的RF電流之量維持在一預定的設定點值或維持於預定的設定點值的一個預定範圍內。
在一些實施例中，調整自動電容調節器136包括計算預定的設定點值及計算預定的設定點位置。預定的設定點位置可根據經驗決定或通過將自動電容調節器136位置與最高電流輸出建模(modeling)來決定。
計算預定的設定點值以當源材料113侵蝕時(即從第一侵蝕狀態到第二侵蝕狀態)，在基板的表面處維持實質恆定的離子能。如本文所用的術語「實質恆定的離子能」指的是將離子能維持於第一侵蝕狀態離子能的20%以內，或維持於第一侵蝕狀態離子能的10%以內。在一些實施例中，可計算預定的設定點值將基板表面處的離子能維持於靶在第一侵蝕狀態時基板表面處的離子能之約10%至20%之間。例如，可藉由決定預定義 的基於靶壽命的補償係數(「係數」)來計算預定的設定點值。該係數可根據經驗決定或藉由基於靶壽命的建模來決定，以當源材料113在第二侵蝕狀態時(如相較第一侵蝕狀態有更多的侵蝕)維持基板表面處的一恆定離子能。該係數是為了維持從靶壽命開始到靶壽命結束的等效薄膜性質所需的從靶壽命開始到靶壽命結束之電流差除以所用的靶壽命之百分比。該係數可儲存於控制器194中，如下所述且描繪於圖1中。在一些實施例中，源材料113在第二侵蝕狀態是實質上已侵蝕的(即處於靶壽命結束或很接近靶壽命結束)。在一些實施例中，源材料113在第一侵蝕狀態實質上是未侵蝕的(即未使用或準備開始處理基板)，而源材料113在第二侵蝕狀態是實質上已侵蝕的(即處於靶壽命結束或很接近靶壽命結束)。
因此，在一些實施例中，跨自動電容調節器136的電流可經測量以測定基板處的離子能，以及如果需要回應測得的電流而為了維持基板處的離子能在上述所需的程度，可以調整自動電容調節器136的位置或設定點。可替代地或組合地，可以測量基板上的偏壓(且將其與基板處的離子能根據經驗相關聯(correlate)或藉由建模相關聯)並用此偏壓來決定實際的離子能是否需要增加或減少(並調整自動電容調節器136)以將基板處的離子能維持於所需的程度。
在一些實施例中，調整自動電容調節器136包括將自動電容調節器136的位置與預定的設定點位置比較。在一些實施例中，自動電容調節器136的位置大於(greater)預定的設定點位置，而自動電容調節器136控制的RF功率之量(如藉由來自自動電容調節器136的電流所測得的基板水平面處的離子電流)小於預定的設定點值。在此實施例中，減少自動電容調節器136的位置直到自動電容調節器136所控制的RF功率之量(在自動電容調節器136測量的電流)等於預定的設定點值。
在一些實施例中，自動電容調節器136的位置大於(greater)預定的設定點位置，而自動電容調節器136控制的RF功率之量(如藉由來自自動電容調節器136的電流所測得的基板水平面處的離子電流)大於預定的設定點值。在此實施例中，增加自動電容調節器136的位置直到自動電容調節器136所控制的RF功率之量(在自動電容調節器136測量的電流)等於預定的設定點值。
在一些實施例中，自動電容調節器136的位置少於(less than)預定的設定點位置，而自動電容調節器136控制的RF功率之量(如藉由來自自動電容調節器136的電流所測得的基板水平面處的離子電流)小於預定的設定點值。在此實施例中，增加自動電容調節器136的位置直到自動電容調節器136所控制的RF功 率之量(在自動電容調節器136測量的電流)等於預定的設定點值。
在一些實施例中，自動電容調節器136的位置少於(less than)預定的設定點位置，而自動電容調節器136控制的RF功率之量(如藉由來自自動電容調節器136的電流所測得的基板水平面處的離子電流)大於預定的設定點值。在此實施例中，減少自動電容調節器136的位置直到自動電容調節器136所控制的RF功率之量(在自動電容調節器136測量的電流)等於預定的設定點值。
圖4繪示根據調節自動電容調節器136(將自動電容調節器136的位置與預定的設定點位置比較)的一些實施例之示例性自動電容調節器的共振曲線。自動電容調節器136的位置所示為圖4中的P電流。預定的設定點位置所示為圖4中的P共振且對應於產生最高電流之自動電容調節器136的位置。如上所述，自動電容調節器136的位置(P電流)可以大於或小於預定的設定點位置(P共振)。圖4說明性地繪示自動電容調節器136的位置(P電流)大於預定的設定點位置(P共振)。自動電容調節器136所控制的RF功率之量(藉由來自自動電容調節器136的電流所測量的基板水平面處的離子電流)所示為圖4中A電流。預定的設定點值所示為圖4中的A設定點。如上所述，藉由來自自動電容調節器136的電流所測量的基板水平面處的離子電流(圖4中的A電流)可以大 於或小於預定的設定點值(A設定點)。因此，可以增加或減少自動電容調節器136的位置(P電流)直到在自動電容調節器136所測得的電流(A電流)等於預定的設定點值(A設定點)。圖4繪示了A電流大於A設定點的一個實施例。因此，可以增加自動電容調節器136的位置(P電流)直到在自動電容調節器136所測得的電流之量(A電流)等於預定的設定點值(A設定點)。
在一些實施例中，控制器194(如下所述且繪示於圖1中)可經提供並耦接於PVD處理系統100的各式元件以控制其操作。在一些實施例中，控制器194耦接至自動電容調節器136。在一些實施例中，相較於類比通訊機制，使用數位通訊機制將自動電容調節器136耦接至控制器194來改善自動電容調節器136與控制器194之間的通訊準確率。
圖3繪示自動電容調節器136的一個實施例。合適的自動電容調節器的進一步實施例由美國專利公開號2011/0209995(Rasheed等人)共同擁有且於2011年9月1日公開。在圖3中，自動電容調節器136包括一陣列的可變頻帶組(「凹口(notch)」)濾波器(即陷波濾波器陣列(notch filter array)352)以及一陣列的可變頻帶通(「通(pass)」)濾波器(即通濾波器陣列(pass filter array)354)。陷波濾波器陣列352由許多陷波濾波器組成，每個陷波濾波器阻擋一窄頻帶，一個陷波濾波器提供用於各個興趣頻率 (frequency of interest)。每個陷波濾波器所呈現的阻抗可係可變的，以對於各個興趣頻率提供阻抗的完全控制。興趣頻率包括偏頻(bias frequency)fb、源頻fs、fs的諧波、fb的諧波、fs與fb的互調產物以及該等互調產物的諧波。通濾波器陣列354由許多通濾波器組成，每個通濾波器讓一窄頻帶通過(呈現一低阻抗)，一個通濾波器提供用於各個興趣頻率。每個通濾波器所呈現的阻抗可係可變的，以對於各個興趣頻率提供阻抗的完全控制。興趣頻率包括偏頻fb、源頻fs、fs的諧波、fb的諧波、fs與fb的互調產物以及該等互調產物的諧波。
圖3繪示具有陷波濾波器陣列352與通濾波器陣列354的一個實施之自動電容調節器136。陷波濾波器陣列352包括一組m個(其中m是整數)由356-1到356-m以串聯連接的個別陷波濾波器。每個個別陷波濾波器356由電容C的可變電容器358和電感L的電感器360組成，個別陷波濾波器具有共振頻率fr=1/[2 π(LC)1/2]。每個陷波濾波器356的電抗L和C是不同的，且經選擇而使得特定陷波濾波器的共振頻率fr對應於興趣頻率中的一個，每個陷波濾波器356具有不同的共振頻率。每個陷波濾波器356的共振頻率是陷波濾波器356所阻斷的頻率之窄頻帶的中心。圖3的通濾波器陣列354包括一組n個(其中n是整數)由362-1到362-n以並聯連接的個別通濾波器。各個通濾波器362由電容C 的可變電容器364和電感L的電感器366組成，通濾波器362具有共振頻率fr=1/[2 π(LC)1/2]。每個通濾波器362可選擇地包括(額外的)一系列開關363，以允許使通濾波器失效。每個通濾波器362的電抗L和C是不同的，且經選擇而使得在共振頻率fr對應於興趣頻率中的一個，每個通濾波器362具有不同的共振頻率。每個通濾波器362的共振頻率是由通濾波器362傳遞(pass)或允許的頻率之窄頻帶的中心。在圖3的實施中，有在通濾波器陣列354中的n個通濾波器362以及在陷波濾波器陣列352中的m個陷波濾波器。
回到圖1，第二能量源183(選擇性地耦接至靶組件114)可提供DC電力給靶組件114而將電漿導向靶組件114。在一些實施例中，雖然施加的DC功率之量可根據腔室的幾何形狀(如，靶大小等)改變，DC功率的範圍可為約1至約20千瓦(kW)。在一些實施例中，DC功率亦可如上述對RF功率之相同方式而隨靶壽命調整。可調整DC功率以控制濺射金屬原子於基板上的沉積速率。例如，增加的DC功率可能導致電漿與源材料113增加的交互作用以及來自靶組件114的金屬原子增加之濺射。在一些實施例中，可調整DC功率以維持DC功率對RF功率的比例為約2：1至約10：1。
PVD處理系統100包括可移除地設置在處理腔室104頂部上之腔室蓋102。腔室蓋102可包括在靶組件114和接地組件103。處理腔室104包含用於接 收基板108的基板支撐件106。基板支撐件106可位於下部接地外殼壁110內，下部接地外殼壁110可以是處理腔室104的腔室壁。下部接地外殼壁110可電耦接至腔室蓋102的接地組件103，使得RF返回路徑被提供給設置在腔室蓋102之上的RF電源182。RF電源182可如下述向靶組件114提供RF能量。可替代地或組合地，DC電源可類似地耦接至靶組件114。
PVD處理系統100可包括源分配板158，源分配板158相對於靶組件114的背側且沿著靶組件114的週緣而耦接至靶組件114。在PVD處理系統100可包括凹孔170，凹孔170設置於靶組件114的背側和源分配板158之間。凹孔170可至少部分地容納如下所述的磁控管組件196。凹孔170由導電支撐環164的內表面、源分配板158的面向靶之表面以及靶組件114(或背板組件160)的面向源分配板之表面(如背側)所至少部分界定。
PVD處理系統100進一步包括磁控管組件196。磁控管組件196提供靠近靶組件114處的旋轉磁場以協助處理腔室104內的電漿處理。磁控管組件包括設置於凹孔170內的可旋轉磁體組件148。可旋轉磁體組件148圍繞處理腔室104的中心軸186旋轉。
在一些實施例中，磁控管組件196包括馬達176、馬達軸174、齒輪組件178以及可旋轉磁體組件148。可旋轉磁體組件148包括複數個磁體150且經配 置而將複數個磁體150繞下述的中心軸186旋轉。馬達176可係電動馬達，氣動或液壓驅動，或可以提供適合扭矩的任何其他處理兼容機構。雖然本發明所述的一個示例性實施例說明可旋轉磁體組件148可如何旋轉，但亦可使用其他配置。
在使用中，磁控管組件196旋轉凹孔170內的可旋轉磁體組件148。例如，在一些實施例中，可提供馬達176、馬達軸174和齒輪組件178以旋轉可旋轉磁體組件148。在一些實施例中，電極154與處理腔室104的中心軸186對齊，而磁控管的馬達軸174可通過接地板156偏離中心的開口而設置。自接地板156凸出的馬達軸174之端部耦接至馬達176。馬達軸174通過源分配板158偏離中心的開口進一步設置並耦接至齒輪組件178。
齒輪組件178可用任何合適的手段來支撐，例如藉由與源分配板158的底表面耦接。齒輪組件178可藉由以下方法而與源分配板158絕緣：由介電材料至少製造齒輪組件178的上表面、或於齒輪組件178與源分配板158之間插入絕緣層(未示出)或類似方法，或由適當的介電材料建構馬達軸174。齒輪組件178進一步耦接至可旋轉磁體組件148而將馬達176提供的旋轉運動傳輸至可旋轉磁體組件148。齒輪組件178可通過使用滑輪、齒輪或將馬達176提供的旋轉運動傳輸的其他合適的構件來耦接至可旋轉磁體組件148。
基板支撐件106具有面向靶組件114的主要表面之材料接收表面且支撐基板108以濺射塗層於相對靶組件114的主要表面之共平面位置。基板支撐件106可支撐基板108於處理腔室104的處理區域120中。處理區域120被界定為處理過程期間基板支撐件106上方的區域(例如，在處理位置時，靶組件114和基板支撐件106之間)。
在一些實施例中，基板支撐件106可垂直移動，以允許基板108通過在處理腔室104的下部分中的負載鎖定閥(未示出)而傳送於基板支撐件106上並接著被升高到沉積或處理位置。可提供連接至底部腔室壁124的波紋管122以維持處理腔室104的內部空間從處理腔室104外的大氣中分離，同時利於基板支撐件106的垂直運動。一或多個氣體可從氣體源126通過質量流量控制器128供應到處理腔室104的下部部分。排氣口130可被提供且經由閥132耦接至泵(未圖示)以用於將處理腔室104的內部排氣且利於維持處理腔室104內於適合的壓力。
在一些實施例中，RF偏壓電源134可耦接至基板支撐件106以為了將引導負DC偏壓於基板108上。此外，在一些實施例中，負DC自偏壓可在處理期間形成在基板108上。例如，RF偏壓電源134供應的RF能量的頻率範圍可係在約2MHz至約60MHz，例如，可以使用非限制性的頻率，如2MHz、13.56MHz或 60MHz。在一些實施例中，RF偏壓功率可於約100W至約2kW的範圍供應。在一些實施例中，DC功率可於約2kW至約40kW的範圍供應。在其它應用中，基板支撐件106可接地或留電浮動(left electrically floating)。
處理腔室104進一步包括處理套組屏蔽或屏蔽138，以圍繞處理腔室104的處理空間或中心區域及保護其他腔室元件免於來自處理的損壞與(或)污染。在一些實施例中，屏蔽138可連接至處理腔室104的上部接地外殼壁116的突出部分140。如圖1所示，腔室蓋102可靜置於上部接地外殼壁116的突出部分140上。相似於下部接地外殼壁110，上部接地外殼壁116可提供下部接地外殼壁110與腔室蓋102的接地組件103之間的RF返回路徑的一部分。然而，其他的RF返回路徑是可能的，如通過接地屏蔽138。
屏蔽138向下延伸且可包括具有通常為定值的直徑之一般管狀部分，其通常圍繞處理區域120。屏蔽138沿著上部接地外殼壁116與下部接地外殼壁110向下延伸基板支撐件106的頂表面之下並向上返回直至到達基板支撐件106的頂表面(如在屏蔽138底部形成u型部分)。當基板支撐件106在下部的負載位置時，蓋環146靜置於向上延伸的屏蔽138之內部部分的頂部上，但當基板支撐件在上部的沉積位置時，蓋環146靜置於基板支撐件106的外周邊上以保護基板支撐件106 免於濺射沉積。額外的沉積環(未示出)可用於保護基板支撐件106的邊緣免受繞基板108邊緣之沉積。
在一些實施例中，磁體152可繞處理腔室104設置以用於選擇性地提供在基板支撐件106和靶組件114之間的磁場。例如，如圖1所示，當在處理位置時，磁體152可繞外殼壁110外部而設置於基板支撐件106之上的區域中。在一些實施例中，磁體152可額外地或替代地設置於其他位置中，如鄰近於上部接地外殼壁116。磁體152可以是電磁體且可耦接至電源(未示出)以用於控制由電磁體產生的磁場之大小。
腔室蓋102通常包括繞靶組件114設置的接地組件103。接地組件103可包括具有第一表面157的接地板156，接地板156可大致平行於靶組件114的背側且相對於靶組件114的背側。接地屏蔽112可自接地板156的第一表面157延伸且環繞靶組件114。接地組件103可包括支撐構件175，以支撐接地組件103內的靶組件114。
在一些實施例中，支撐構件175可耦接至靠近支撐構件175的外周緣之接地屏蔽112的下端且徑向向內延伸以支撐密封環181與靶組件114。密封環181可係環或具有適合截面的環形。密封環181可包括兩個相對平面且通常平行的表面，以利於與密封環181的第一側上的靶組件114(如背板組件160)連接(interfacing)且與密封環181的第二側上的支撐構 件175連接。密封環181可由介電材料製成，如陶瓷。密封環181可讓靶組件114與接地組件103絕緣。
支撐構件175可以是具有中心開口的一般為平面的構件，以容納靶組件114。在一些實施例中，支撐構件175可以是圓形或盤狀，雖然支撐構件175的形狀可根據對應的腔室蓋形狀與(或)PVD處理系統100中被處理的基板之形狀而改變。
靶組件114可包括源材料113，如欲沉積於基板(如濺射期間的基板108)上的金屬、金屬氧化物、金屬合金或類似物。在一些實施例中，靶組件114實質上可由源材料113製成，而無任何背板以支撐源材料113。在一些實施例中，靶組件114包括背板組件160以支撐源材料113。如圖1所示，源材料113可設置在背板組件160的面向基板支撐件的一側上。背板組件160可包括導電材料，如銅-鋅、銅-鉻，或作為靶的相同材料，使得RF和DC功率可以通過背板組件160耦接至源材料113。或者，背板組件160可以是非導電的，且可包括導電元件(未示出)，如電引線(electrical feedthrough)或類似物。
在一些實施例中，背板組件160包括第一背板161和第二背板162。第一背板161和第二背板162可係盤形、矩形、方形，或者可由PVD處理系統100容納的任何其它形狀。第一背板161的前側經配置而支撐源材料113，使得當源材料存在時，源材料的前表面相 對於基板108。源材料113可用任何合適方式連接至第一背板161。例如，在一些實施例中，源材料113可以是結合到第一背板161的擴散部(diffusion)。
複數組通道169可設置於第一和第二背板161、162之間。第一和第二背板161、162可耦接在一起以形成實質上水密密封(如第一和第二背板之間的流體密封)，以防止提供給複數組通道169的冷卻劑洩漏。在一些實施例中，靶組件114可進一步包括中心支撐構件192，以支撐處理腔室104內的靶組件114。
在一些實施例中，導電支撐環164可設置在源分配板158和靶組件114的背側之間，以將RF能量從源分配板傳播到靶組件114的週緣。導電支撐環164可以是圓柱形的，具有第一端166與第二端168，其中第一端166耦接至靠近源分配板158周緣的源分配板158之面向靶的表面，第二端168耦接至靠近靶組件114周緣的靶組件114之面向源分配板的表面。在一些實施例中，第二端168耦接至靠近背板組件160周緣的背板組件160之面向源分佈板的表面。
絕緣間隙180提供於接地板156與源分配板158的外表面，導電支撐環164，以及靶組件114(和/或背板組件160)之間。絕緣間隙180可用空氣或一些其它合適的介電材料填充，如陶瓷、塑料或類似物。接地板156和源分配板158之間的距離取決於接地板156和源分配板158之間的介電材料。介電材料主要是空氣 的地方，接地板156和源分配板158之間的距離可係約15mm至約40mm之間。
接地組件103和靶組件114可藉由密封環181以及藉由設置於接地板156的第一表面157與靶組件114的背側之間(如源分配板158的不是面向靶的一側)的一或多個絕緣體(未示出)來電隔離。
PVD處理系統100具有連接到電極154(如RF反饋結構)的RF電源182。電極154可通過接地板156而耦接至源分配板158。RF電源182可包括RF產生器和匹配電路，例如以最小化操作期間反射回RF產生器的所反射的RF能量。例如，RF電源182供應的RF能量的頻率範圍可係在約13.56MHz至約162MHz或以上。例如，可以使用非限制性的頻率，如13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、60MHz或162MHz。
在一些實施例中，PVD處理系統100可包括第二能量源183以在處理期間提供額外的能量給靶組件114。在一些實施例中，第二能量源183可以是直流電源提供以提供直流能量，例如以提升靶材料的濺射速率(以及因此在基板上的沉積速率)。在一些實施例中，第二能量源183可以是第二RF電源(類似於RF電源182)，以提供如第二頻率的RF能量，其不同於RF電源182的RF能量之第一頻率。在第二能量源183是DC電源的實施例中，可在適合將DC能量電耦接至靶組件114的任何位置(如電極154或某些其他導電構件(如 下述的源分配板158))將第二能量源耦接至靶組件114。在第二能量源183是第二RF電源的實施例中，第二能量源可經由電極154耦接至靶組件114。
電極154可以是圓柱形的或其它棒狀，且可與處理腔室104的中心軸186對齊(如電極154可在與靶的中心軸重合的一個點(其與中心軸186重合)與靶組件耦接)。(與處理腔室104的中心軸186對齊的)電極154利於將RF能量以非對稱的方式(如電極154可將RF能量耦接至靶，該靶係在與PVD腔室的中心軸對齊的「單一點」處)從RF電源施加於靶組件114。電極154的中心位置有助於消除或減少基板沉積處理中的沉積不對稱性。電極154可具有任何合適的直徑。例如，雖然可使用其它直徑，在一些實施例中，電極154的直徑可為約0.5至約2英吋。電極154一般可具有取決於PVD腔室的配置之任何適合的長度。在一些實施例中，電極可具有約0.5至約12英吋的長度。電極154可由任何合適的導電材料製成，如鋁、銅、銀或類似物。或者，在一些實施例中，電極154可以是管狀。在一些實施例中，管狀電極154的直徑可以是合適的，如以利於提供用於磁控管的中心軸。
電極154可通過接地板156並耦接至源分配板158。接地板156可以包括任何合適的導電材料，如鋁、銅或類似物。一或多個絕緣體(未示出)之間的開放空間允許RF波沿源分配板158的表面傳播。在一些實 施例中，一或多個絕緣體可相對於PVD處理系統的中心軸186對稱地定位。這樣的定位可利於RF波沿著源分配板158的表面對稱傳播，且最終傳播到與源分配板158耦接的靶組件114。相較於傳統的PVD腔室，至少部分因為電極154的中心位置，可用更對稱和均勻的方式提供RF能量。
控制器194可提供並耦接於PVD處理系統100的各式元件以控制其操作。控制器194包含中央處理單元(CPU)118、記憶體172與支援電路173。控制器194可直接控制PVD處理系統100，或經由與特定處理腔室與(或)支援系統元件相關聯的電腦(或控制器)控制。控制器194可係通用電腦處理器的任何形式中的一種，通用電腦處理器可以在工業裝置中用於控制各式腔室與副處理器。控制器194的記憶體172(或電腦可讀取媒體)可係一或多個容易取得之記憶體，如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、光儲存媒體(如光碟或數位視訊光碟)、隨身碟或任何其他的數位儲存格式，本地端的或是遠端的。支援電路173與CPU 118耦接而用傳統方式支援處理器。這些電路包括快取、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路與子系統以及類似物。上述本發明方法可儲存在記憶體264中，作為可經執行或引起以本發明所述方法控制PVD處理系統100的操作之軟體子程式。該軟件子程式 亦可由第二CPU(未示出)儲存和/或執行，第二CPU位於CPU 118正控制的硬體之遠端。
雖然前面所述係針對本發明揭露的特定實施例，但在不背離本發明揭露的基本範圍下，可設計本發明揭露的其他與進一步的實施例。
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種將含金屬層沉積於設置在一物理氣相沉積(PVD)腔室中的一基板上之方法，包括以下步驟：提供一電漿形成氣體給該PVD腔室的一處理區域；提供一第一量的RF功率給相對於該基板設置的一靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成一電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將一含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料是在一第一侵蝕狀態；及當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至一第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的一表面處之一離子能在一預定範圍內的同時，調節與一基板支撐件耦接的一自動電容調節器。
  2. 如請求項1所述之方法，其中調節該自動電容調節器的步驟包括將該自動電容調節器的一位置與該自動電容調節器的一預定設定點位置比較。
  3. 如請求項2所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量少於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括減少該自動電容調節器的該位置直到在該自 動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  4. 如請求項2所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量多於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括增加該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  5. 如請求項2所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量少於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括增加該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  6. 如請求項2所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量多於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括減少該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中在該第一侵蝕狀態下的該源材料是實質上未侵蝕的。
  8. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中在該第二侵蝕狀態下的該源材料是實質上已侵蝕的。
  9. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中該源材料係鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎢(W)或鋁(Al)中之一種。
  10. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中該電漿形成氣體包括氬(Ar)、氦(He)、氙(Xe)、氖(Ne)、氫(H2)、氮(N2)、氧(O2)中的一或多種。
  11. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中該第一量的RF功率為約500W至約20000W。
  12. 一種將含金屬層沉積於設置在一物理氣相沉積(PVD)腔室中的一基板上之方法，包括以下步驟：提供一電漿形成氣體給該PVD腔室的一處理區域；提供一第一量的RF功率給相對於該基板設置的一靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成一電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將一含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料在一第一侵蝕狀態是實質上未侵蝕的；及 當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至一第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的一表面處之一離子能在一預定範圍內的同時，調節與一基板支撐件耦接的一自動電容調節器，其中該源材料在該第二侵蝕狀態是實質上已侵蝕的。
  13. 如請求項12所述之方法，其中調節一自動電容調節器的步驟進一步包括將該自動電容調節器的一位置與該自動電容調節器的一預定設定點位置比較。
  14. 如請求項13所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量少於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括減少該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  15. 如請求項12所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量多於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括增加該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  16. 如請求項12所述之方法，其中由該自動 電容調節器控制的該基板處之離子能的一量少於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括增加該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  17. 如請求項12所述之方法，其中由該自動電容調節器控制的該基板處之離子能的一量多於該預定設定點值，及其中調節該自動電容調節器的步驟進一步包括減少該自動電容調節器的該位置直到在該自動電容調節器處測量的電流之量等於該預定設定點值。
  18. 如請求項12至17中任一項所述之方法，其中該源材料係鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎢(W)或鋁(Al)中之一種。
  19. 如請求項12至17中任一項所述之方法，其中該電漿形成氣體包括氬(Ar)、氦(He)、氙(Xe)、氖(Ne)、氫(H2)、氮(N2)、氧(O2)中的一或多種。
  20. 一種電腦可讀取媒體，具有儲存於其上之指令，當執行該等指令時，導致物理氣相沉積(PVD)腔室執行一種將含金屬層沉積於設置在一物理氣相沉積(PVD)腔室中的一基板上之方法，該方法包括 以下步驟：提供一電漿形成氣體給該PVD腔室的一處理區域；提供一第一量的RF功率給相對於該基板設置的一靶組件以在該PVD腔室的該處理區域內形成一電漿；將來自該靶組件的源材料濺射以將一含金屬層沉積於該基板上，其中該源材料是在一第一侵蝕狀態；及當該靶從該第一侵蝕狀態侵蝕至一第二侵蝕狀態，濺射源材料以維持該基板的一表面處之一離子能在一預定範圍內的同時，調節與一基板支撐件耦接的一自動電容調節器。
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