TW201840249A - 用於沉積、佈植及處理之具多反應氣體、高偏壓功率及高功率脈衝源的pvd腔室之延伸部 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容的實施例提供了具有原位離子佈植能力之濺射腔室。在一個實施例中，濺射腔室包含靶材、耦接至該靶材的RF及DC功率供應器、包含平坦基板接納表面的支撐件主體、耦接至支撐件主體的偏壓功率源、耦接至偏壓功率源的脈衝控制器及排放組件，其中該脈衝控制器施加脈衝控制訊號至偏壓功率源，使得偏壓功率在規律脈衝模式或高頻率脈衝模式中傳送，規律脈衝模式具有約100至200微秒的脈衝期及約1至200 Hz的脈衝重複頻率，而高頻率脈衝模式具有約100至300微秒的脈衝期及約200 Hz至約20 KHz的脈衝重複頻率，且排放組件具有穿過處理腔室的底部形成之同心狀泵送埠。

Description

用於沉積、佈植及處理之具多反應氣體、高偏壓功率及高功率脈衝源的PVD腔室之延伸部
一般而言，本揭示內容的實施例是關於金屬及介電質層的形成和離子佈植之設備及方法。
半導體元件的製造部份涉及了將摻雜元素導入半導體基板中，以形成經摻雜區域。可選擇摻雜元素以與半導體材料結合以便產生電載子(electrical carrier)，從而改變半導體材料的導電性。電載子可以是電子(由N型摻質產生)或電洞(由P型摻質產生)。如此引入的摻質元素的濃度決定了所得區域的導電性。許多這樣的N型和P型摻雜區域被產生，以形成電晶體結構、隔離結構和其它電子結構，該等結構共同用作半導體元件。某些其它應用可能包括將金屬佈植到閘極金屬材料以用於表面功能改質。
一種將摻質導入半導體基板的方法是通過離子佈植。離子佈植是指期望的摻質材料在離子源中離子化且離子在電場中加速以形成離子束的製程。藉由控制離子束的能量，可將離子束導引到基板處以將離子以可控制的摻雜分佈方式佈植到基板中。可以在任何給定的時間段內傳送到基板的佈植劑量主要是離子束的電流密度和功率的函數。離子佈植製程遭遇的一個問題是離子束可能變得難以操作，並且當佈植電流升高到某個閾值(例如， 約75毫安培)以上時，熱損壞或不穩定的佈植分佈隨之發生。由於某些摻質材料(如稀土金屬)的高熔點之故需要較高的離子束功率來離子化，因此不希望限制離子束功率。
因此，需要改進的電漿摻雜系統，以供各種類型材料的離子佈植所用。
一般而言，本揭示內容的實施例提供了改良的濺射腔室，其具有原位離子佈植能力可用於具高膜質量之各種材料(從金屬到介電質)。在一個實施例中，濺射腔室包含：靶材，具有第一表面及第二表面，第一表面設置於處理腔室的處理區域中，而第二表面與第一表面相對；耦接至靶材的RF及DC功率供應器；支撐件主體，包含平坦的基板接納表面在基板支撐件的整個直徑上；耦接至支撐件主體的偏壓功率源；耦接至偏壓功率源的脈衝控制器，其中所述脈衝控制器可將脈衝控制訊號施加至偏壓功率源，使得偏壓功率在規律脈衝模式或高頻率脈衝模式中傳送，所述規律脈衝模式可具有約100微秒至約200微秒之脈衝期(pulse duration)，及約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率(pulse repetition frequency)，而所述高頻率脈衝模式可具有約100微秒至約300微秒之脈衝期，及約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率；及排放組件，具有同心狀泵送埠，所述同心狀泵送埠穿過處理腔室的底部而形成。
在另一實施例中，濺射腔室包含：濺射靶材；旋轉磁電管，經設置而與濺射靶材的表面相鄰；耦接至濺射靶材的RF功率供應器；耦接至濺射靶材的DC功率供應器；支撐件主體，包含基板接納表面，其中緊鄰基板接納表面下方的至少一部分在基板接納表面的直徑上具有均勻厚度；耦接至支撐件主體的偏壓功率源；耦接至偏壓功率源的脈衝控制器，所述脈衝控制器可施加脈衝控制訊號至偏壓功率源，使得偏壓功率在規律脈衝模式或高頻率脈衝模式中傳送，該規律脈衝模式具有約100微秒至約200微秒之脈衝期和約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率，而該高頻率脈衝模式具有約100微秒至約300微秒之脈衝期和約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率；設置在處理腔室之側壁處的氣體導管；耦接至處理腔室的側壁之屏蔽件，其中屏蔽件向下延伸，以至少部份地限制處理區域的一部分；及排放組件，具有泵送埠，所述泵送埠穿過處理腔室的底部而形成，其中泵送埠繞著中心軸對稱地設置，而所述中心軸通過處理腔室的中心。
在又一實施例中，提供了用於處理基板的方法。所述方法可包含下列步驟： 提供基板至基板支撐件上，所述基板支撐件設置於處理腔室的處理區域中，其中處理腔室具有RF功率供應器及DC功率供應器耦接至靶材，所述靶材設置於處理腔室中；抽吸處理區域至毫托範圍；提供RF功率至靶材，以在處理區域中形成電漿；提供DC功率至靶材，以在基板的表面上形成膜層；及在形成預定厚度之膜層後，關閉RF功率供應器及DC功率供應器，並提供約1 kW至約30 kW之偏壓功率至基板支撐件達一短時段，以將留在處理區域中之離子佈植進入基板的表面內。
第1圖繪示根據本揭示內容的實施例之範例處理腔室100。處理腔室100通常可包括上製程組件108、製程套組150及基座組件120，其全部經配置以對設置於處理區域110中之基板105進行處理。在所示的實施例中，處理腔室100可為能從靶材132將單一或多種成分的材料沉積至基板105上的濺射腔室，如物理氣相沉積(PVD)腔室。儘管討論和顯示的是PVD腔室，可預期的是，本揭示內容的實施例可等效地用於其它製程腔室，如電漿蝕刻腔室、電漿增強化學氣相沉積腔室、電漿處理腔室、離子佈植腔室或其它合適的真空處理腔室。可預期的是，其它處理腔室(包括來自其它製造商的那些處理腔室)也可受惠於本文所描述之揭示內容的一或多個實施例。
處理腔室100可包括腔室主體101，腔室主體101可具有封圍處理區域110或電漿區塊之側壁104、底壁106及上製程組件108。一般可由經陽極處理或未經陽極處理之焊接的不鏽鋼板或單一鋁塊製造腔室主體101。在一個實施例中，側壁包含鋁，且底壁包含不鏽鋼板。側壁104可含有狹縫閥124，以供基板105進入處理腔室100和自處理腔室100離開。
製程套組150可包含各種部件，可輕易地自腔室100移出所述部件，例如，以自部件表面清除濺射沉積物、替換或修復受侵蝕部件，或改動腔室100以供其它製程所用。在一個實施例中，製程套組150包含屏蔽件160及分隔器環組件(isolator ring assembly) 180。可將屏蔽件160固定至配接器(adaptor) 102的突出部161並由所述突出部支撐。配接器102可耦接至側壁104，並經配置以有助於移出上製程組件108及分隔器環組件180。屏蔽件160可向下延伸，且可具有大致呈直徑恆定之管狀外形。在一個實施例中，屏蔽件160可沿著側壁104向下延伸至與氣體導管144相鄰的某點。在一個實施例中，屏蔽件160可電性耦接至接地。屏蔽件160可至少部份地包圍基板接納表面上方之處理區域110的一部分。處理腔室100的上製程組件108中的部件可與屏蔽件160和基座組件120配合，以減少微粒產生，並減少處理區域110外部的雜散電漿。具體而言，屏蔽件160的管狀外形可將處理區域110中形成之電漿限制在基板105上方的內處理區域，從而增加電漿與基板105的表面之交互作用，同時減少濺射材料在腔室部件(如，側壁104)上的非期望沉積。
第2圖為處理腔室100的等角視圖，處理腔室100耦接至叢集工具(cluster tool) 103的處理位置。叢集工具103尚可含有其它處理腔室(未顯示)，所述處理腔室適於在處理腔室100中進行沉積製程之前或之後，在基板上進行一或多個處理步驟。範例叢集工具103包括可自美國加州聖克拉拉之應用材料公司獲得的CenturaTM 或EnduraTM 系統。叢集工具103可包括一或多個負載鎖定腔室(未顯示)、一或多個處理腔室，和冷卻腔室(未顯示)，所有這些腔室都附接至中央移送腔室103A。在一個實例中，叢集工具103可具有處理腔室，其經配置以進行多種基板處理操作，如，循環層沉積、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、蝕刻、預潔、除氣、退火、定向和其它基板處理。可使用移送工具，例如，設置於移送腔室103A中之機器人(未顯示)，來移送基板進出附接至叢集工具103的一或多個腔室。基座組件
一般而言，基座組件120可包括支撐件126耦接至平台128。平台128通常由諸如不鏽鋼或鋁等金屬材料製成。支撐件126可由鋁或陶瓷組成。冷卻通道125可設置於平台128內，以藉由循環來自介質源(未顯示)的熱傳遞介質來調節支撐件126的溫度。或者，可使用冷卻板。在這樣的情況中，冷卻板可經設置而抵靠支撐件126的底表面。冷卻板可由具有良好導熱性的材料製成，以增進冷卻板與支撐件126之間的均勻熱傳遞。舉例而言，可由銅、不鏽鋼、鎢或鉬等製成冷卻板。冷卻板應具有低的線性熱膨脹係數，或具有與平台128及/或支撐件126匹配的熱膨脹係數。在一個實例中，冷卻板由鎢或鉬製成。
基座組件120可從底部106支撐，或以懸吊方式安裝在腔室100的側壁104上。在所示的實施例中，基座組件120透過平台128由腔室100的側壁104支撐。腔室壁的一部分，如側壁104，可接地。此外又或者，平台128可經由腔室壁接地。雖然圖示的基座組件120為固定式配置以降低電路佈線複雜性，但可預期的是，基座組件120可經配置以藉由舉升機構122的舉升銷123在不同處理位置之間垂直地移動。
支撐件126可具有基板接納表面127以在處理期間接納並支撐基板105，基板接納表面127實質上平行於靶材132的濺射表面133。支撐件126也可具有外緣129，外緣129在基板105的懸垂邊緣之前終止。支撐件126可為靜電夾盤、陶瓷主體、加熱器、冷卻器或以上各者之任意組合。在一個實施例中，支撐件126為陶瓷主體，所述陶瓷主體中設置有一或多個電極(如，偏壓電極143)之。在另一實施例中，支撐件126為靜電夾盤，所述靜電夾盤包括介電質主體，所述介電質主體中設置有一或多個電極(如，偏壓電極143)。介電質主體通常由高導熱性介電質材料(如，熱解氮化硼、氮化鋁、氮化矽、氧化鋁或等效材料)製成。
基座組件120一起支撐沉積環502和基板105。一般將沉積環502形成為圍繞支撐件126的環形或環帶。沉積環502可經配置以於處理期間減少在支撐件126的外緣129上形成之濺射沉積物。在所示的實施例中，沉積環502也可包括從沉積環502的頂表面向上延伸之凸塊或突出部，以阻礙或防止電漿物種進入而在外緣周圍接觸基板105的背側。沉積環502可由能抵抗濺射電漿侵蝕的材料製成，例如，金屬材料(如，不鏽鋼、鈦或鋁)，或陶瓷材料(如，氧化鋁)。在一個實施例中，沉積環502由不鏽鋼材料製成。
舉升機構122可經配置以移動舉升銷123，以將基板定位在距基座組件120某距離處，而有助於以基板傳送機構(未顯示，設置在處理腔室100外部)通過狹縫閥124交換基板。
在一個實施例中，可提供偏壓功率源141並透過匹配網路137將偏壓功率源141與嵌設在支撐件126中之偏壓電極143連接。如圖所示，偏壓電極143可為在支撐件126的直徑上延伸之單一電極板。或者，偏壓電極143可由任何期望排列(如，同心圓圖案、類螺旋圖案或徑像輻條圖案等)之離散的偏壓電極143組成。偏壓功率源141可將高負偏電壓施加至支撐件126，並因此施加至置於基板接納表面127上的基板105。在多種實例中，偏壓功率源141可經配置以提供約0.1 kW至約50 kW的偏壓功率，如介於約0.5 kW與約30 kW之間，例如約1 kW至約25 kW。在一個實施例中，偏壓功率源141經配置以提供約10 kW至約16 kW的偏壓功率，例如約14 kW。
可藉由設置在支撐件126中之至少一電偏壓絕緣體161及/或內密封環163將偏壓電極143直接或間接地支撐於支撐件126內。電偏壓絕緣體161及內密封環163可包括介電質材料，如石英及其它絕緣體。如圖所示，內密封環163可透過電偏壓絕緣體161延伸，以允許偏壓功率源141至偏壓電極143的佈線。可設定電偏壓絕緣體161和內密封環163的尺寸，以在支撐件126與偏壓電極143之間提供低電容。在某些實施例中，可設定電偏壓絕緣體161的尺寸，以使支撐件126的上方部分(如， 在基板接納表面127正下方或與基板接納表面127相鄰的部分)與基座組件120電性隔離，從而在將高偏電壓(如， 1 kW或更高)供應至偏壓電極143時防止處理腔室100內的電弧放電。在所示的實施例中，電偏壓絕緣體161可徑向延伸跨越支撐件126的整個直徑。偏壓功率源141可使用雙極DC電源或RF電源。
不同於習用基座設計(其在基座組件120的上表面中提供氣體導管或溝道，以促進基板與基座組件之間的冷卻氣體(如， 氦)在低壓或真空環境中之熱傳遞)，本揭示內容的基座組件120使用無氣體導管或溝道之平坦的基板接納表面127。習用基座設計的常見問題為：當基座承受高偏電壓(如， 400 W或更高)及緊鄰基板上方的高密度電漿時，習用基座設計可能很容易導致在基座的上表面處之電弧放電。導致此電弧放電發生的一個原因是：基座的平整上表面中之氣體導管或溝道形成氣體間隙，並在基座表面中引致不連續性而扭曲不連續位置附近的電場，提高電弧放電的可能性。氣體導管或溝道也會藉由減少在基板接納表面的直徑上之固體對固體接觸面積，而降低基板與基座之間的熱傳遞效率。
為了減少電弧放電並增進冷卻通道125與基板105之間的熱傳遞效率，本揭示內容之基座組件120的支撐件126使用陶瓷主體，所述陶瓷主體在支撐件126的整個直徑上具有平坦的基板接納表面127。可將本文所述之「平坦的(flat)」基板接納表面定義為完全水平的表面，其中沒有形成任何空腔、孔洞或溝道。在所示的實施例中，緊靠著基板接納表面127下方之支撐件126的至少一部分，或將與基板105產生實體接觸之支撐件126部分，在基板接納表面127的直徑上具有均勻厚度。以塊狀陶瓷製成支撐件126可防止支撐件126容易被製程期間使用之高偏電壓破壞。由於平坦的基板接納表面127消除了基座組件與基板之間的空氣間隙(在使用氣體導管或溝道進行背側冷卻之習用基座設計中可見到所述空氣間隙)，即便是對偏壓電極143供給高偏電壓時，也可大幅減少或消除電弧放電。由於基板105與基板接納表面127有完全的固體對固體接觸，因此也增進了熱傳遞效率。因此，基座組件120有能力應付更高的偏壓功率(即， 1 kW以上)，這樣的偏壓功率使濺射腔室能進行原位 離子佈植製程，這在過去不可能以習用的PVD腔室完成。
脈衝控制器173可連接至偏壓功率源141並施加脈衝控制訊號至偏壓功率源141。或者，可以恆定方式提供高負偏電壓。可程式化脈衝控制器173，以針對偏壓功率源141產生期望的脈衝模式及/或工作週期。舉例而言，偏壓功率源141可以規律脈衝模式或高頻率脈衝模式運作。在規律脈衝模式中，高負偏電壓可具有約100微秒至約200微秒之脈衝期，及約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率(例如，約50 Hz至約100 Hz)。可在1%至10%的工作週期下提供高負偏電壓。在高頻率脈衝模式中，高負偏電壓可具有約100微秒至約300微秒之脈衝期，及約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率(例如，約300 Hz至約600 Hz)。可在1%至20%的工作週期下提供高負偏電壓。可微調脈衝期或重複頻率，以實現預定的膜厚度及生長速率。
如將在下文更詳細討論的，可在濺射沉積之各循環結束時開啟偏壓功率源141達短時間段，以對沉積膜進行離子佈植，這可釋放膜應力並平滑化膜粗糙度。偏壓功率源141可向偏壓電極143提供高負偏電壓，以吸引濺射沉積製程所留下的正濺射離子。特別是，高負偏電壓可藉由在支撐件126的前方之電漿鞘(plasma sheath)中產生電位梯度(electrical potential gradient)，而增加濺射離子朝向基板105的方向性，這繼而提供了力量來加速正離子化之濺射摻質材料朝向基板表面並到達基板表面上。由於偏電壓為高的，離子碰撞基板的動能將會更大。結果，可實現更大的摻雜分佈。
在某些實施例中，可將探針151安置在介於匹配網路137與嵌入式偏壓電極143之間的饋電點(feedpoint) 153上，以同步或幾乎同步測量及/或監測佈植DC電壓、DC電流(或RF電壓/電流，若使用RF電源的話)和瞬間劑量。所測得之電流可用於估計離子劑量率及/或劑量分佈，劑量率及/或劑量分佈可以被用來控制劑量或決定終點。探針151可為電壓/電流探針。或者，可以獨立的儀器(如電壓感測器和電流感測器)來取代探針151。
為了監測電漿物種以達到精確的劑量控制，可在處理腔室100中提供諸如光學發射光譜儀(optical emission spectrometer；OES) 170等質量分佈感測器，以定量測量來自處理腔室100內產生之電漿中的激發物種之光發射。在所顯示的一個實施例中，光學發射光譜儀170設置在石英窗172鄰近處，而石英窗172形成在腔室主體101上。光學發射光譜儀170可包含透鏡174，透鏡174設置在石英窗172旁。連接至光譜儀176的透鏡174可經配置以使通過石英窗172之電漿或激發物種之輻射準直。接著，光譜儀176可基於波長在光譜上分離輻射，並就一或多個在空間上分離的波長產生偵測訊號。激發物種，如離子化濺射摻質材料，可藉由發光而從激發能級衰退回較低的能級。由於轉換是在不同的原子能級之間，因此發射光的波長可用於識別激發物種。此外，發射光的強度也可反映電漿中不同物種的濃度或分佈。因此，使用光學發射光譜儀170可藉由偵測這些發射的一部分來監測電漿物種，以進行精確的劑量控制。可使用控制器190中的數據收集元件，在周期性採樣速率下，收集代表分離之波長的數據，因而收集電漿中之離子物種的性質。可處理並分析收集到的數據，以產生控制訊號給偏壓功率源141或處理腔室100的任何其它可控制部件，以調整製程參數，如基板上的偏電壓，以控制處理期間在基板表面上之轟擊程度。置中的排放組件
可藉由排放組件148在處理區域110中維持真空，排放組件148可經由排出區域111從處理腔室100去除廢處理氣體、汙染物及副產物。排放組件148可包括真空泵149，真空泵149經設置而鄰近處理腔室100的底部。真空泵149透過排放導管171而流體連通排出區域111。排放導管171可連接泵送埠146，泵送埠146穿過處理腔室100的底部而形成。可在排放導管171中提供節流閥147，以在真空泵149不使用時確保真空泵149的隔離。真空泵149可以是任何合適的泵，如，渦輪分子泵。節流閥147與真空泵149結合使用，以藉由將廢氣從處理區域110對稱地抽取至排出區域111並經由泵送埠146離開處理腔室100，而容許將處理區域110內的壓力精確控制在毫托範圍。
在多種實施例中，泵送埠146直接設置在基座組件120下方。在一個實施例中，泵送埠146可與處理腔室100實質上同心。舉例而言，泵送埠146可繞著中心軸194而對稱地設置，所述中心軸194垂直地穿過處理腔室100的中心。泵送埠146繞著中心軸194的對稱安置可提供改良的處理腔室100內氣流對稱性，以容許基板表面上方之更均勻的氣流繞著基板表面的整個周緣並從處理腔室100徑向朝下並朝外流動。因此，相較於因為腔室中之泵送埠的不對稱性而難以提供均勻電漿密度之習用電漿系統而言，置中定位的泵送埠促進了均勻的電漿形成，並容許更大程度地控制處理區域110中之電漿物種及氣流。蓋組件
上製程組件108可包含RF源181、直流(DC)源182、配接器102、馬達193及蓋組件130。一般而言，蓋組件130可包含靶材132、磁電管系統189及蓋殼體191。如第1圖所示，當處在關閉位置時，上製程組件108可由側壁104支撐。可將陶瓷靶材分隔器(isolator) 136設置在分隔器環組件180、靶材132與蓋組件130的配接器102之間，以防止其間的真空洩漏。如上文所討論，配接器102可耦接至側壁104，並經配置以協助移出上製程組件108和分隔器環組件180。
當處在處理位置時，靶材132可經設置而與配接器102相鄰，並暴露於處理腔室100的處理區域110。靶材132可含有將在濺射或離子佈植製程期間在基板105上佈植或沉積的材料。分隔器環組件180可經設置而位於靶材132與屏蔽件160與腔室主體101之間，以使靶材132與屏蔽件160及腔室主體101電性隔離。
在濺射處理期間，藉由在高壓下設置在RF源181和直流(DC)源182中的源功率，相對於處理腔室的接地區域(如，腔室主體101和配接器102)偏壓靶材132。與單獨的RF源相比，RF和DC功率源的組合容許在處理期間使用較低的整體RF功率，這可有助於減少與電漿相關的基板損壞，並增加元件產率。此外，將RF功率傳送至DC供電之靶材可降低靶材電壓，並提供相應的鞘(sheath)，所述鞘環繞並支配DC功率感應鞘。儘管RF-DC供電之靶材在靶材下方形成較厚的電漿鞘，且在靶材與電漿之間有整體較高的電壓降，但由於電漿中的離子濃度增加，將使電漿的導電率增加，這將導致在低至中等的RF功率下之靶材電壓降。因此，甚至可以較厚的鞘使氬離子(Ar+)進一步加速，而提供更高的濺射離子能量。較厚的電漿鞘也將增加散射產率(scattering yield)。RF功率的添加也增加了電漿的電離，這有助於改善基板偏壓對沉積離子的影響，並因而有助於改善膜的階梯覆蓋率(step coverage)。
在一個實施例中，RF源181包含RF功率源181A及RF匹配181B，RF功率源181A及RF匹配181B可經配置以有效率地將RF功率傳送至靶材132。在大多數實例中，RF功率源181A能產生介於約1 MHz與約128 MHz之間(如約2 MHz至約13.56 MHz)的頻率下、介於約0與約20千瓦之間(如約2 kW至約10 kW)的功率下之RF電流。在一個實例中，RF功率源181A可經配置以提供在13.56 MHz的頻率下與在5 kW的功率下之RF電流。DC源182中之DC功率供應器182A能傳送介於約0與約10千瓦之間的DC功率，例如約4 kW。無論在製程期間採用規律脈衝模式或高頻率脈衝模式，RF功率源181A可經配置以在靶材處產生介於約0與約33千瓦/m2 之間的RF功率密度，且DC源182可經配置以傳送介於約0與約66千瓦/m2 之間的功率密度。
脈衝控制器173可連接並施加脈衝控制訊號至各個RF功率源181A及DC源182。或者，可以恆定方式提供源功率。可程式化脈衝控制器173，以針對RF功率源181A及DC源182產生期望的脈衝模式及/或工作週期關係。類似地，RF功率和DC功率可以規律脈衝模式或高頻率脈衝模式運作。在規律脈衝模式中，RF功率和DC功率可具有約300微秒至約800微秒之脈衝期，及約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率(例如，約50 Hz至約100 Hz)。可在50%至90%的工作週期下提供RF功率和DC功率。在高頻率脈衝模式中，RF功率和DC功率可具有約100微秒至約300微秒之脈衝期，及約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率(例如，約300 Hz至約600 Hz)。可在1%至10%的工作週期下提供RF功率和DC功率。在任一模式中，可同步地或非同步地脈衝RF源181及DC源182。可微調脈衝期或重複頻率，以實現預定的膜厚度及生長速率。高-脈衝高頻率功率源有助於使靶材化學鍵斷裂，並產生大部分是靶材材料離子物種之電漿。
在濺射沉積製程期間，可自氣體源142經由氣體導管144 (僅顯示一個)將氣體(如，氬)供給至處理區域110，氣體導管144設置在腔室主體101的側壁104處。氣體源142可包含非反應性氣體，如氬、氪、氦或氙，所述非反應性氣體能夠在能量上撞擊並濺射來自靶材132的材料。氣體源142也可包括任何期望的反應性氣體，如含氧氣體或含氮氣體中之一或多種，所述反應性氣體能與濺射材料反應，以在基板上形成層。可提供多重氣體源及氣體導管，以容許其他摻雜物種。可在基板105與靶材132之間從氣體形成電漿。電漿內的離子經加速朝向靶材132並導致材料從靶材132脫離。當對基座組件120施加高偏壓功率時，脫離的靶材材料隨後沉積於基板上，或佈植進入基板內。
用過的製程氣體和副產物可經由泵送埠146自腔室100排出，泵送埠146可接收用過的製程氣體，並將用過的製程氣體導引至具有可調節位置節流閥147的排放導管171，以控制處理腔室100中之處理區域110中之壓力。排放導管171可連接到一或多個真空泵149。典型地，可將處理期間之腔室100中之濺射氣體的壓力設定在諸如真空環境之次大氣壓(sub-atmospheric)水平，例如，約0.6毫托至約400毫托的壓力。在一個實施例中，將處理壓力設定至約5毫托至約100毫托。儘管只顯示一個氣體導管144，但可預期多個氣體導管可被設置在側壁104處，以允許其它摻雜物種可流經處理腔室的側面，並容許摻雜物種在腔室運作壓力下擴散。
一般而言，蓋殼體191可包含導電壁185、中心饋電件184及屏蔽件186。在如圖所顯示的一種配置中，導電壁185、中心饋電件184、靶材132和部分馬達193包圍並形成背部區域134。背部區域134為設置在靶材132的背側上之密封的區域，並通常在處理期間填充有流動的液體，以在處理期間移去靶材132處產生的熱。屏蔽件186可包含一或多種介電材料，所述介電材料經安置以包圍並防止輸送到靶材132之RF能量干擾並影響叢集工具103 (第2圖)中設置的其它處理腔室。在一個實施例中，導電壁185及中心饋電件184可經配置以支撐馬達193和磁電管系統189，使得馬達193可在處理期間轉動磁電管系統189。可藉由使用介電層193B而使馬達193與自電源供應器傳送的RF或DC功率電性隔離。磁電管組件
為了提供有效率的濺射，可將磁電管系統189安置在上製程組件108中之靶材132的背面，以在與靶材132的濺射表面133相鄰之處理區域110中產生磁場。磁場產生是為捕集電子和離子，從而提高電漿密度並亦加快濺射速率。根據本揭示內容的一個實施例，磁電管系統189可包括源磁電管組件(source magnetron assembly) 320，其可包含旋轉板(rotation plate) 313、外磁極321和內磁極322。旋轉板313可容許源磁電管組件320中之磁場生成部件的定位可相對於處理腔室100的中心軸194移動。
第3A、3B及3D圖繪示源磁電管組件320，從靶材132的濺射表面133側觀之，源磁電管組件320相對於中心軸194安置在第一徑向位置處。第3C圖繪示相對於中心軸194安置在第二徑向位置處的源磁電管組件320，第二徑向位置不同於第一徑向位置，且如下所述，可藉由調整轉向和速度來產生第二徑向位置。旋轉板313一般適於在垂直方向上支撐並磁性耦接外磁極321與內磁極322，外磁極321具有第一磁極性，且內磁極322具有第二磁極性，而第二磁極性與第一磁極性相反。內磁極322可藉由間隙326與外磁極321隔開，且各磁極通常包含一或多個磁鐵和極片(pole piece) 329。在兩個磁極321、322之間延伸的磁場可產生與靶材132的濺射面之第一部分相鄰之電漿區域「P」 (第3D圖)。電漿區域「P」可形成高密度電漿區域，該區域一般依循間隙326的形狀。
在一個實施例中，如第3A至3D圖所示，磁電管系統189為非閉合迴路設計(如， 開放迴路設計)，以降低電漿區域「P」中形成之電漿的強度，以補償從RF源181到靶材132之RF功率輸送所產生的較高離子化電位之使用。將可注意到，對於增加電漿中之原子(如， 氣體原子及經濺射之原子)的離子化而言，經RF能量化的電漿比經DC能量化的電漿更有效率，這是因為施加之能量可更有效率地耦合至電漿中的電子，還有可提高電子能量並增進電漿中的離子化程度之其它電子-電漿交互作用現象。
一般而言，可形成「閉合迴路(closed-loop)」磁電管配置，使得磁電管的外磁極圍繞磁電管的內磁極，而於所述磁極間形成間隙，其為連續迴路。在閉合迴路配置中，經過靶材的表面射出及重返之磁場形成「閉合迴路」圖案，以用於將電子限制在靶材的表面附近呈閉合圖案，其常稱作「軌道(racetrack)」型圖案。相對於開放迴路(open-loop)，閉合迴路磁電管配置能限制電子，並在靶材132的濺射表面133附近產生高密度電漿，以提高濺射率。
在開放迴路磁電管配置中，在內磁極與外磁極之間捕集的電子將遷移、外漏並逸出磁電管的開放端處所產生的B場(B-fields)，由於電子的限制減少，故在濺射製程期間只能固持電子一小段時間。然而，已意外地發現，當配合本文所述之靶材的RF及DC濺射使用時，如本文所述之開放迴路磁電管配置可改善基板表面各處的材料組成均勻性。
在磁電管系統189的一個實施例中，由馬達193驅動之旋轉軸桿193A沿著中心軸194延伸並支撐徑向位移機構310，而位移機構310可包含旋轉板313、配重體315及源磁電管組件320。藉此，當馬達193在順時針方向R1 和逆時針方向R2 上轉動(第3B、3C圖)時，徑向位移機構310可在互補徑向方向上移動源磁電管組件320，例如逕向朝向或遠離中心軸194 (即，第3A圖中的元件符號「S」)。
第3A圖為磁電管系統189的一個實施例之等角視圖，磁電管系統189一般可包括橫臂(cross arm) 314，可藉由鉗夾314A將橫臂314的中心處固定至旋轉軸桿193A。橫臂314的一端可支撐配重體315。從配重體315跨過旋轉軸194之橫臂314的另一端可支撐樞紐312或旋轉軸承，樞紐312或旋轉軸承用於可旋轉地支撐源磁電管組件320繞著偏移垂直樞軸319旋轉。在一種配置中，樞軸319可實質上平行於旋轉軸194。在此配置中，橫臂314上的磁電管320容許其相對旋轉中心194朝不同和互補徑向方向擺動。互補運動乃因源磁電管組件320的質心相距樞軸319一段距離所致。因此，當藉由馬達193轉動橫臂314及源磁電管組件320時，作用於源磁電管組件320上的向心加速度導致其繞著樞軸319在一個方向或另一個方向(取決於馬達193轉動的方向)上樞轉。源磁電管組件320的質心可界定為源磁電管組件320的重心，就第3A至3D圖所繪示之配置而言，其可位於內磁極322的內側或靠近旋轉軸194。
藉由將旋轉軸桿193A繞著旋轉軸194旋轉的方向反轉(且因而將整個磁電管系統189繞著旋轉軸194旋轉的方向反轉)，可實現兩個位置之間切換。如第3D圖之頂部平面視圖所繪示，當旋轉軸桿193A在逆時針方向R1 上繞著旋轉軸194轉動橫臂314時，慣性和阻力可導致源磁電管組件320在逆時針方向上繞著樞軸319旋轉，直到固定於源磁電管組件320之緩衝器316與橫臂314的一側銜接為止。在此處理配置(或磁電管處理位置)中，可將源磁電管組件320設置在靠近靶材132的邊緣之其逕向朝外位置處，致使源磁電管組件320可支撐電漿用於濺射沉積或濺射佈植基板105。此位置可稱為磁電管「向外(out)」位置或第一處理位置。
或者，如第3C圖的頂部平面視圖所繪示，當旋轉軸桿193A在逆時針方向R2 上繞著旋轉軸194轉動橫臂314時，慣性和阻力可導致源磁電管組件320在順時針方向上繞著樞軸319旋轉，直到固定於源磁電管組件320之緩衝器317 (第3A圖)與橫臂314的另一側銜接為止。在此配置中，可將源磁電管組件320設置在遠離靶材132的邊緣且靠近旋轉軸194之其向內位置處，使得源磁電管組件320可支撐靠近靶材中心處的電漿以清潔此區域。此位置可稱為磁電管「向內(in)」位置或第二處理位置。
在一個實施例中，如上文所註記和第3A及3D圖所繪示，源磁電管組件320可形成為非閉合迴路設計，以降低電漿區域「P」中形成之電漿的強度。在此配置中，可將非閉合迴路設計形成為具有半徑D的弧形(第3B及3D圖)，半徑D從弧形中心延伸到間隙326的中心。當弧形之半徑D的中心設置在處於第一處理位置之磁電管中時，可調整弧形的大小及位置，致使弧形的半徑D之中心與旋轉軸194的中心可共同延伸。在一個實施例中，所形成之弧形具有的半徑D介於約7.3吋(185 mm)與8.3吋(210 mm)之間，且靶材132具有約17.8吋(454 mm)的直徑。在一個實施例中，弧形可為圓的外形，且對向角度341 (第3D圖)介於約70度與約180度之間，如約130度。在一個實施例中，從旋轉軸194到樞軸319的距離約等於弧形的半徑D。
在多種實施例中，外磁極321和內磁極322各包含複數個磁鐵323，所述磁鐵323呈陣列圖案安置在間隙326的各側，並由極片329覆蓋(第3A圖)。在一種配置中，以遠離旋轉板313的方式安置外磁極321中之磁鐵323的北(N)極，且以遠離旋轉板313的方式安置內磁極322中之磁鐵323的南(S)極。在某些配置中，可在內磁極和外磁極之磁鐵與旋轉板313之間設置磁軛(未顯示)。在一個實例中，源磁電管組件320所包含之外磁極321內含18個磁鐵，而所包含之內磁極322內含17個磁鐵。在一個實施例中，各個磁鐵323可經配置以產生磁場，在所述磁鐵的端部處或附近，所述磁場可具有介於約1.1仟高斯(kGauss)與約2.3仟高斯之間的強度。範例製程
與CVD和ALD系統相比，已證實如上文所述之改良的濺射腔室能夠提供具有高膜質量之各種金屬及介電質的低溫沉積。可受益於改良的濺射腔室之一個範例製程為用於3D NAND快閃記憶體應用中的碳系硬遮罩膜。由於具有化學惰性、光學透明性及良好的機械性能的緣故，諸如非晶氫化碳膜(a-C:H)等碳系材料已被用作金屬、介電材料或多晶矽之蝕刻硬遮罩。然而，具有高濃度的氫之碳膜時常顯現出不良的膜結構和本質膜應力(intrinsic film stress)，其可能導致在後續蝕刻製程期間導致圖案化線彎曲或線斷裂。實質上僅由碳組成的非晶碳膜已顯現出很高的膜硬度及優異的蝕刻選擇性，這是由於所述膜含有高比例的鑽石鍵(sp3 鍵)。可使用PVD方法形成無氫的非晶碳膜。然而，PVD沉積的非晶碳膜也面臨了大表面粗糙度和高壓縮應力的問題。已發現，使用上文所提出之改良的濺射腔室，以碳離子佈植無氫膜，可顯著地釋放膜應力並侵蝕表面粗糙度。最終的膜後佈植可顯現出緩和的應力(relaxed stress)、平滑的表面，還有比現有技術水平的碳系硬遮罩高3倍的蝕刻選擇性。下文將使用就第1A-1B至3A-3D圖而於上文討論的處理腔室來討論範例製程。
第4圖為根據本揭示內容的實施例之用於形成碳系膜的範例製程流程圖。第5A至5C圖繪示了使用第4圖的製程流程圖所形成之碳系膜之示意截面視圖。所述製程可藉由將基板安置於基座組件120上而始於方塊402，基座組件120則設置於第1圖所描繪的處理腔室100內。如第5A圖所示，基板502可具有實質上平坦的表面。或者，基板502可具有經圖案化的結構、其中形成有溝槽、孔洞或介層孔之表面。儘管將基板502繪示成單一主體，但應理解的是，基板502可視應用包含一或多個金屬層、一或多種介電材料、半導體材料或前述各者之組合。
於方塊404，可使用第1圖所示之真空泵149，將處理腔室100的壓力設定在介於約0.6毫托至約400毫托之間的次大氣壓水平(例如，約5毫托至約30毫托)。可透過處理腔室的氣體導管144將惰性氣體(如，氬)導入處理區域110內。惰性氣體的流速可作為腔室尺寸的函數而變化，範圍自約30-300 sccm (就具有200 mm直徑之處理區域110的處理腔室而言)至800-2000 sccm (就具有面積為1300 mm x 1500 mm之處理區域110的處理腔室而言)。本案所屬技術領域中具通常知識者可依據處理腔室的尺寸而輕易地決定合適的流速和本文所討論之相關製程參數。
於方塊406，可藉由將RF功率(來自RF源181)耦接至設置於處理腔室100中之靶材132，而在處理腔室100之處理區域110中形成電漿。在期望碳膜的情況下，可使用碳靶材或含碳靶材。可將約2 MHz至約13.56 MHz的頻率下，約0 kW至約10 kW範圍中之RF功率(例如，約1 kW至約5 kW)供應至靶材132。
於方塊408，在由RF功率電性偏壓靶材132時，開啟DC源182以對靶材132提供DC功率。耦接至靶材之DC功率可向處理區域110中的氬離子提供較高的濺射離子能量，從而導致對碳靶材表面的強轟擊，以使碳原子從靶材132脫離。如第5A圖所示，被濺射的碳原子朝向基板502的表面行進並著陸在基板502的表面上，以在基板502的表面上形成第一層碳膜504。在濺射製程期間，可將13.56 MHz的頻率下之約0 kW至約20 kW之範圍中的RF功率(例如，約1 kW至約10 kW)，及約0 kW至約10 kW之範圍中的DC功率(例如，約1 kW至約5 kW)，供應至靶材132。在一個實施例中，將約1 kW/m2 之RF功率密度及約5 kW/m2 之DC功率密度耦接至靶材。濺射製程可進行例如約0.1秒至約120秒之時間段，所述時間段可視期望的碳膜厚度而改變。
可以恆定或脈衝方式提供源功率(即，RF功率和DC功率)。在某些實施例中，可以恆定方式提供RF功率，同時以脈衝方式提供DC功率，反之亦然。在某些實施例中，RF功率和DC功率在脈衝方式中運作 (脈衝式RF-DC運作)。如先前所討論，脈衝式RF-DC運作可包括由第1圖所示之脈衝控制器173控制的規律脈衝模式及高頻率脈衝模式。若期望規律脈衝模式的話，提供至靶材132之各RF/DC脈衝可具有約300微秒至約800微秒的脈衝期(例如，約350微秒至約650微秒)。提供至靶材132之各RF/DC脈衝可具有範圍自約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率(如約5 Hz至約100 Hz)。可在50%至90%的工作週期下提供RF功率和DC功率。若期望高頻率脈衝模式的話，提供至靶材132之各RF/DC脈衝可具有約100微秒至約300微秒的持續時間(例如，約150微秒至約250微秒)。提供至靶材132之各RF/DC脈衝可具有範圍自約200 Hz至約20 KHz的脈衝重複頻率(例如，約300 Hz至約600 Hz)。可在1%至10%的工作週期下提供RF功率和DC功率。可微調脈衝期或重複頻率，以實現預定的膜厚度及生長速率。在任一模式中，可同步地或非同步地脈衝RF源181和DC源182。咸信，高頻率脈衝模式有助於使靶材化學鍵斷裂，並產生大部分是靶材材料離子物種之電漿。
在濺射製程期間，可相對於靶材132使第1圖所示之磁電管系統189位移，致使磁電管系統189定位在第一處理位置(如第3D圖所描繪)。或者，可藉由繞著靶材的中心點轉動磁電管系統189，而使磁電管系統189位移至第3B至3C圖所繪示的任何期望處理位置。磁電管系統可包括外磁極321和內磁極322，外磁極321可包含複數個磁鐵323，而內磁極322可包含複數個磁鐵323，其中外磁極和內磁極可形成開放迴路磁電管組件。如先前所討論，當與靶材的高壓力RF及DC濺射結合使用時，開放迴路磁電管配置的使用可提供整個基板表面上之改良的材料成分均勻性。或者，在某些實施例中，外磁極和內磁極可形成閉合迴路磁電管配置。
於方塊410，一旦碳膜的第一層已沉積於基板502的表面上，可將RF源181及DC源182二者關閉。如第5B圖所示，接著可將高負偏電壓提供(藉由偏壓功率源141)至第1圖的基座組件120達短時間段，以用仍留存在處理區域110中之碳離子506佈植所沉積之碳膜。負偏電壓可介於約1 kW與約30 kW之間，例如，約5 kW至約10 kW。在此高負偏電壓下，與基板碰撞之碳離子的動能將更大，且經處理之碳膜將因非晶和粗糙紋理之故而具有低密度。此外，當使用高偏電壓時，基板溫度因高能碳離子輻照之故而升高。結果，所沉積之碳膜中的殘留應力受到緩解。第5C圖顯示具有舒緩的膜應力及平滑的表面粗糙度之經處理的碳膜。
可以恆定的方式將高負偏電壓施加至基座組件120。如先前所討論，在某些實施例中，可以規律脈衝模式或高頻率脈衝模式將高負偏電壓施加至基座組件120。若期望規律脈衝模式的話，高負偏電壓可具有約100微秒至約200微秒的脈衝期，及約1 Hz至約200 Hz的脈衝重複頻率(例如約50 Hz至約100 Hz)。可在1%至10%的工作週期下提供高負偏電壓。若期望高頻率脈衝模式的話，高負偏電壓可具有約100微秒至約300微秒的脈衝期，及約200 Hz至約20 KHz的脈衝重複頻率(例如約300 Hz至約600 Hz)。可在1%至20%的工作週期下提供高負偏電壓。可微調脈衝期或重複頻率，以實現預定的膜厚度及生長速率。在採用高頻率脈衝模式的一個實施例中，可使偏電壓和源功率同步，使得由高頻率脈衝源所激發之高密度靶材離子物種沉積並佈植在基板表面上。結果，可實現較高的沉積速率。
第6A及6B圖顯示使用第1圖的處理腔室，偏電壓與佈植特性之間的關係。具體而言，第6A圖繪示根據本揭示內容的實施例之DC電壓和劑量作為偏壓功率之函數的作圖。第6B圖繪示根據本揭示內容的實施例之濺射率作為偏壓功率之函數的作圖。如所見，當提高偏壓功率時，佈植劑量及濺射率二者均增加。這是因為高的負偏壓功率可影響撞擊基板表面之離子的能量還有摻雜程度。第6C圖顯示根據本揭示內容的實施例之離子物種佈植分布的模擬數據之作圖。特別是，第6C圖繪示藉由模擬和二次離子質譜儀(simulation and secondary ion mass spectrometry；SIMS)分析之標的膜中之摻雜的氬及碳離子蹤跡的特性。藉由所有這些資訊，本案所屬技術領域中具通常知識者可基於DC偏電壓監測來調整或控制預定的佈植能量，並控制、計算總劑量，並如此揭示內容所討論般藉由控制偏壓、源功率、壓力及脈衝期來調節濺射率，以進行沉積-佈植循環。
第7A及7B圖分別是用於規律脈衝模式和高頻率脈衝模式之工作週期和脈衝變化的示意圖，所述規律脈衝模式及高頻率脈衝模式可適用於本揭示內容的各種實施例。如可見於第7A圖，源功率(即， RF功率和DC功率)及偏電壓的脈衝和工作週期可受到控制，以進行循環的沉積和處理製程，其中在源功率關閉「T(off)」循環期間開啟「T(on)」偏電壓，並使用從源電漿離開的自由基進行離子佈植。第7B圖顯示偏電壓及源功率同步，以提高沉積速率。
於方塊412，一旦已用碳離子處理所沉積的碳膜，可冷卻基板502以進行下一個生長循環。
於方塊414，可重複於方塊406至412所描述的製程，直到期望厚度的碳膜達成為止。第5D至5I圖示意性地顯示另外兩個生長循環，其中第二層碳膜510及第三層碳膜512依序形成在第一層碳膜504上方並以碳離子處理。儘管繪示了三層碳膜，本揭示內容的實施例並不限於特定數目的層。
儘管以上描述主要討論了碳膜形成的製程，但此概念並不欲為本文所述之本揭示內容的範圍之限制。本揭示內容的實施例提供了沉積金屬的能力，所述金屬可包括，但不限於：鈧(Sc)、釔(Y)、鋯(Zr)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Th)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(lutetium；Lu)及鉿(Hf)。諸如鋁、銅、鎳、鉑、銀、鉻、金、鉬、矽、釕、鉭、氮化鉭、碳化鉭、氮化鈦、鎢、氮化鎢、氧化鋁、氧化鑭、鎳鉑合金及鈦，及或前述各者之組合等其它材料也可受益於本揭示內容。
綜上所述，本揭示內容的實施例藉由將高偏電壓(如， 1 kW或更高)耦接至基座組件，而使濺射腔室能提供原位 離子佈植能力。基座組件具有平坦的基板接納表面，並由塊狀陶瓷製成而不具有氣體導管或溝道形成於基板接納表面中(所述氣體導管或溝道可能易於導致高功率下的電弧放電)。濺射腔室可利用耦接至靶材的RF-DC功率源，以提供對靶材的強轟擊同時最小化與電漿相關的基板損壞。將RF功率施加至靶材也可增加電漿的電離，這有助於改善基板偏壓對沉積離子的影響。可將光學發射光譜儀設置於濺射腔室內部，以與裝配於基座組件中之探針一起工作，以同步或幾乎同步測量及/或控制佈植偏電壓及劑量，以進行精確的劑量控制。濺射腔室也提供了側邊氣體注入及排放組件，所述排放組件具有泵送埠，所述泵送埠與濺射腔室成同心的方式設置。泵送埠的對稱定位可提供改進的濺射腔室內氣體流動對稱性，以允許更均勻的氣體流過基板表面上方，並促進均勻的電漿形成。相較於習用PVD、CVD或ALD系統而言，組合這些獨特的腔室設計可允許具有高的膜質量之多種材料(從金屬至介電質)的低溫沉積。
儘管前文涉及本揭示內容的實施例，然可在不悖離本揭示內容之基本範圍的情況下，衍伸本揭示內容之其它和進一步的實施例，且本揭示內容的範圍當由隨附申請專利範圍所界定。
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧腔室主體
102‧‧‧配接器
103‧‧‧叢集工具
103A‧‧‧移送腔室
104‧‧‧側壁
105‧‧‧基板
106‧‧‧底壁
108‧‧‧上製程組件
110‧‧‧處理區域
111‧‧‧排出區域
120‧‧‧基座組件
122‧‧‧舉升機構
123‧‧‧舉升銷
124‧‧‧狹縫閥
125‧‧‧冷卻通道
126‧‧‧支撐件
127‧‧‧基板接納表面
128‧‧‧平台
129‧‧‧外緣
130‧‧‧蓋組件
132‧‧‧靶材
133‧‧‧濺射表面
134‧‧‧背部區域
136‧‧‧分隔器
137‧‧‧匹配網路
141‧‧‧偏壓功率源
142‧‧‧氣體源
143‧‧‧偏壓電極
144‧‧‧氣體導管
146‧‧‧泵送埠
147‧‧‧節流閥
148‧‧‧排放組件
149‧‧‧真空泵
150‧‧‧製程套組
151‧‧‧探針
153‧‧‧饋電點
160‧‧‧屏蔽件
161‧‧‧電偏壓絕緣體
163‧‧‧內密封環
170‧‧‧光學發射光譜儀
171‧‧‧排放導管
172‧‧‧石英窗
173‧‧‧脈衝控制器
174‧‧‧透鏡
176‧‧‧光譜儀
180‧‧‧分隔器環組件
181‧‧‧RF源
181A‧‧‧RF功率源
181B‧‧‧RF匹配
182‧‧‧直流(DC)源
184‧‧‧中心饋電件
185‧‧‧導電壁
186‧‧‧屏蔽件
189‧‧‧磁電管系統
190‧‧‧控制器
191‧‧‧蓋殼體
193‧‧‧馬達
193A‧‧‧旋轉軸桿
193B‧‧‧介電層
194‧‧‧中心軸
310‧‧‧位移機構
312‧‧‧樞紐
313‧‧‧旋轉板
314‧‧‧橫臂
314A‧‧‧鉗夾
315‧‧‧配重體
316、317‧‧‧緩衝器
319‧‧‧樞軸
320‧‧‧源磁電管組件
321‧‧‧外磁極
322‧‧‧內磁極
323‧‧‧磁鐵
326‧‧‧間隙
329‧‧‧極片
341‧‧‧角度
400‧‧‧方法
402~414‧‧‧方塊
502‧‧‧基板
504‧‧‧第一層碳膜
506‧‧‧碳離子
510‧‧‧第二層碳膜
512‧‧‧第三層碳膜
為了能夠詳細理解本揭示內容的上述特徵的方式，可以通過參考實施例來獲得以上簡要總結的本揭示內容的更具體描述，其中某些實施例繪示於隨附圖式中。然而，請注意，隨附圖式僅繪示此揭示內容的典型實施例，且因此不應被視為此揭示內容的範圍之限制，因為本揭示內容可允許其它等效實施例。
第1圖繪示根據本揭示內容的實施例之範例處理腔室。
第2圖為處理腔室的等角視圖，該處理腔室耦接至叢集工具的處理位置。
第3A圖為根據此揭示內容的一個實施例，從靶材側觀之的磁電管的等角視圖。
第3B圖為根據此揭示內容的一個實施例之磁電管的一部分之底視圖。
第3C圖為根據此揭示內容的一個實施例之磁電管的一部分之底視圖。
第3D圖為根據此揭示內容的一個實施例之磁電管的一部分之底視圖。
第4圖為根據本揭示內容的實施例之用於形成碳系膜的範例製程流程圖。
第5A至5I圖為使用第4圖的製程流程圖所形成之碳系膜之示意截面視圖。
第6A圖為根據本揭示內容的實施例，DC電壓及劑量作為偏壓功率之函數的作圖。
第6B圖為根據本揭示內容的實施例，濺射率作為偏壓功率之函數的作圖。
第6C圖為根據本揭示內容的實施例，離子物種佈植分布的模擬數據之作圖。
第7A及7B圖分別是根據本揭示內容的實施例，用於規律脈衝模式和高頻率脈衝模式之工作週期和脈衝變化的示意圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (20)

  1. 一種處理腔室，用於處理一基板，該處理腔室包含： 一靶材，具有一第一表面及一第二表面，該第一表面設置於該處理腔室之一處理區域中，且該第二表面與該第一表面相對；一RF功率供應器，耦接至該靶材；一DC功率供應器耦接至該靶材；一基板支撐件，包含一支撐件主體，該支撐件主體在該基板支撐件的整個直徑上具有一平坦的基板接納表面；一偏壓功率源，耦接至該基板支撐件；一脈衝控制器，耦接至該偏壓功率源，該脈衝控制器經配置以施加一脈衝控制訊號至該偏壓功率源，使得偏壓功率在一規律脈衝模式或一高頻率脈衝模式中傳送，該規律脈衝模式具有約100微秒至約200微秒之脈衝期(pulse duration)和約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率(pulse repetition frequency)，而該高頻率脈衝模式具有約100微秒至約300微秒之脈衝期和約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率；以及一排放組件，具有一同心狀泵送埠，該同心狀泵送埠穿過該處理腔室之一底部而形成。
  2. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包含： 一可旋轉的磁電管，經設置而與該靶材的該第二表面相鄰。
  3. 如請求項1所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在約300微秒至約800微秒之脈衝期及約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率下運作。
  4. 如請求項3所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在50%至90%之工作週期下運作。
  5. 如請求項1所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在約100微秒至約300微秒之脈衝期及約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率下運作。
  6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在1%至10%之工作週期下運作。
  7. 如請求項1所述之處理腔室，其中該偏壓功率源經配置以提供約1 kW至約25 kW之負偏電壓。
  8. 如請求項7所述之處理腔室，其中該偏壓功率源經配置以在規律脈衝模式中運作，該規律脈衝模式在1%至10%之工作週期下運行。
  9. 如請求項7所述之處理腔室，其中該偏壓功率經配置以在高頻率脈衝模式中運作，該高頻率脈衝模式在1%至20%之工作週期下運行。
  10. 如請求項1所述之處理腔室，其中該支撐件主體係一靜電夾盤、一陶瓷主體、一鋁主體、一加熱器、一冷卻器或任何前述者之組合。
  11. 如請求項1所述之處理腔室，其中該基板支撐件以自該處理腔室之一側壁懸吊的方式安裝。
  12. 一種電漿處理腔室，包含： 一濺射靶材； 一旋轉磁電管，經設置而與該濺射靶材的一表面相鄰； 一RF功率供應器，耦接至該濺射靶材； 一DC功率供應器，耦接至該濺射靶材； 一支撐件主體，包含一基板接納表面，其中緊鄰該基板接納表面下方的至少一部分在該基板接納表面的直徑上具有一均勻厚度； 一偏壓功率源，耦接至該支撐件主體； 一脈衝控制器，耦接至該偏壓功率源，該脈衝控制器施加一脈衝控制訊號至該偏壓功率源，使得偏壓功率在一規律脈衝模式或一高頻率脈衝模式中傳送，該規律脈衝模式具有約100微秒至約200微秒之脈衝期(pulse duration)和約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率，而該高頻率脈衝模式具有約100微秒至約300微秒之脈衝期和約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率； 一氣體導管，設置在該處理腔室之一側壁處； 一屏蔽件，耦接至該處理腔室之該側壁，其中該屏蔽件向下延伸，以至少部份地限制一處理區域的一部分；以及 一排放組件，具有一泵送埠，該泵送埠穿過該處理腔室之一底部而形成，其中該泵送埠繞著一中心軸對稱地設置，該中心軸通過該處理腔室的中心。
  13. 如請求項12所述之電漿處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以與該偏壓功率源同步地運作。
  14. 如請求項12所述之電漿處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以與該偏壓功率源非同步地運作。
  15. 如請求項12所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在50%至90%之工作週期下運作。
  16. 如請求項12所述之處理腔室，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器經配置以在1%至10%之工作週期下運作。
  17. 如請求項12所述之處理腔室，其中該偏壓功率源經配置以提供約1 kW至約25 kW之負偏電壓。
  18. 一種處理一基板之方法，包含下列步驟： 提供一基板至一基板支撐件上，該基板支撐件設置於一處理腔室之一處理區域中，其中該處理腔室具有耦接至一靶材的一RF功率供應器及一DC功率供應器，該靶材設置於該處理腔室中； 抽吸該處理區域至毫托範圍； 提供一RF功率至該靶材，以在該處理區域中形成一電漿； 提供一DC功率至該靶材，以在該基板之一表面上形成一膜層；以及 在形成預定厚度之該膜層之後，關閉該RF功率供應器及該DC功率供應器，並提供約1 kW至約30 kW之偏壓功率至該基板支撐件達一短時段，以將留在該處理區域中之離子佈植進入該基板之該表面內。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該RF功率供應器及該DC功率供應器係在一規律脈衝模式或一高頻率脈衝模式中運作，該規律脈衝模式具有約300微秒至約800微秒之脈衝期、約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率、50%至90%之工作週期，而該高頻率脈衝模式具有約100微秒至約300微秒之脈衝期、約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率及1%至10%之工作週期。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該偏壓功率在一規律脈衝模式或一高頻率脈衝模式中傳送，該規律脈衝模式具有約100微秒至約200微秒之脈衝期、約1 Hz至約200 Hz之脈衝重複頻率及1%至10%之工作週期，而該高頻率脈衝模式具有約100微秒至約300微秒之脈衝期、約200 Hz至約20 KHz之脈衝重複頻率及1%至20%之工作週期。
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