TW202104628A - 用於控制pvd沉積均勻性的系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭示一種物理氣相沉積腔室，包括具有旋轉軸的旋轉基板支座與第一陰極，第一陰極的徑向中心偏離基板支座的旋轉軸中心。一種處理控制器，包括選自第一配置或第二配置中之一或多者的一或多個處理配置，第一配置用以確定基板支座的旋轉速度(v)以在處理窗口時間(t)中完成圍繞基板旋轉軸的整數旋轉次數(n)，以在基板上形成第一材料層，第二配置以旋轉速度(v)旋轉基板支座。

Description

用於控制PVD沉積均勻性的系統及方法
本揭示內容總體上涉及物理氣相沉積腔室，並且更具體地涉及控制物理氣相沉積腔室中的沉積均勻性。
許多光學多層塗層堆疊的厚度容限可能非常苛刻，並且需要精確的沉積控制和監控。除了與處理控制和層厚度監控相關的常見問題外（特別是對於具有較小誤差容限的塗層），較大的基板還增加了另一個困難點，因為塗層厚度的不均勻性可能會超出設計的誤差容限。
需要高度均勻性的多層塗層堆疊的一個例子是極紫外元素。極紫外(EUV)微影蝕刻技術也稱為軟X射線投影微影蝕刻技術，可用於製造0.0135微米和更小的最小特徵尺寸的半導體裝置。但是，實際上在所有材料中都強烈吸收了通常在5到100奈米波長範圍內的極紫外光。因此，極紫外系統藉由反射來工作，而不是藉由光透射來工作。透過使用塗覆有非反射吸收器遮罩圖案的一系列反射鏡（或透鏡元件）以及反射元件（或遮罩坯料），將圖案化的光化光反射到塗覆有抗蝕劑的半導體基板上。EUV反射元件根據分佈式布拉格反射器原理工作。基板支撐20至80對兩種材料（例如鉬和矽）交替層的多層(ML)鏡。
通常，將形成光學塗層的多層堆疊（例如EUV遮罩坯料）的材料在物理沉積(PVD)腔室中沉積到諸如低熱膨脹基板或矽基板的基板上。晶圓/基板上的薄膜均勻性是PVD系統最基本的要求之一。仍然需要提高材料層在PVD腔室中沉積到基板上的均勻性。
在本揭示內容的第一態樣中，一種基板處理方法包含以下步驟：將基板支撐在具有旋轉軸和旋轉速度(v)的旋轉基板支座上，以在處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)；以及在處理窗口時間(t)內將基板暴露於物理氣相沉積處理，以在基板上形成第一材料層。
在第二態樣中，一種物理氣相沉積腔室，包含：旋轉基板支座，旋轉基板支座具有旋轉軸；第一陰極，第一陰極的徑向中心偏離基板支座的旋轉軸；以及處理控制器，處理控制器包括選自第一配置或第二配置中一或多者之一或多個處理配置，第一配置用以確定基板支座的旋轉速度(v)以在處理窗口時間(t)中完成圍繞基板支座的旋轉軸的整數次數旋轉(n)，以在基板上形成第一材料層，第二配置以旋轉速度(v)旋轉基板支座。
在第三態樣中，一種非暫態性電腦可讀取儲存媒體，其上包含指令，指令在由處理系統的處理單元執行時使處理系統執行以下操作：以旋轉速度(v)旋轉基板，基板支撐在具有旋轉軸的基板支座上，以在處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)；以及向處理系統內的陰極施加功率，陰極的徑向中心相對於基板支座的旋轉軸偏移，以在處理窗口時間(t)內在處理系統內生成電漿，以使材料層沉積在基板上。
第四態樣涉及一種基板處理方法，包含以下步驟：將基板放置在基板支座上；在物理氣相沉積腔室中以動態旋轉速度輪廓圍繞旋轉軸旋轉基板支座，動態旋轉速度輪廓隨著基板支座相對於旋轉軸的角位置而變化；以及在旋轉基板支座的同時藉由物理氣相沉積來沉積材料層。
在第五態樣中，一種非暫態性電腦可讀取儲存媒體，其上包含指令，指令在由物理沉積腔室的處理單元執行時使物理沉積腔室執行以下操作：以動態旋轉速度輪廓旋轉物理沉積腔室內的基板支座，動態旋轉速度輪廓包括複數個與角度相關的旋轉速度；以及在處理系統中向陰極施加功率以在處理窗口時間(t)內在處理系統內生成電漿，從而在基板上形成第一材料層。
在描述本揭示內容的幾個示例性具體實施例之前，應當理解，本揭示內容不限於在以下說明中闡述的構造或處理步驟的細節。本揭示內容能夠具有其他具體實施例，並且能夠以各種方式被實踐或執行。
本領域技術人員將理解，使用諸如「第一」和「第二」之類的序號描述的處理區域，並不意味著處理腔室內的特定位置或處理腔室內的曝光順序。
本文所使用的術語「水平的」被定義為與遮罩坯料的平面或表面平行的平面，而不論其取向如何。術語「垂直」是指垂直於上面所定義的水平方向。例如「在……上方」、「在……下方」、「底部」、「頂部」、「側面」（如在「側壁」中）、「較高」、「較低」、「上部」、「上方」和「下方」的術語，如圖所示，是相對於水平面定義的。
術語「在……上」表示元件之間直接接觸。術語「直接在……上」表示元件之間存在直接接觸，而沒有中間元件。
EUV反射元件（例如透鏡元件和EUV遮罩坯料）必須對EUV光具有高反射率。極紫外微影蝕刻系統的透鏡元件和遮罩坯料均塗有反射性多層材料塗層（例如鉬和矽）。藉由使用塗有多層塗層的基板獲得的每個透鏡元件或遮罩坯料的反射值為約65%，此多層塗層可在極窄的紫外線帶通（例如對於13.5奈米EUV光的12.5至14.5奈米帶通）內強烈反射光。
圖1根據本揭示內容的第一具體實施例示出了PVD腔室201的實例。PVD腔室201包括複數個陰極組件211a和211b。儘管在圖1的側視圖中僅示出了兩個陰極組件211a和211b，但是，多陰極腔室可包括兩個以上的陰極組件，例如圍繞腔室201的頂蓋佈置的五個、六個或六個以上的陰極組件。在複數個陰極組件211a和211b的下方設置有上屏蔽件213，上屏蔽件213具有兩個屏蔽孔204a和204b，以將設置在陰極組件211a和211b的底部的靶材205a、205b暴露於PVD腔室201的內部空間221。中間屏蔽件226設置在上屏蔽件213下方並與上屏蔽件213相鄰，下屏蔽件228設置在上屏蔽件213下方並與上屏蔽件213相鄰。在所示的具體實施例中，存在上屏蔽件213、中間屏蔽件226和下屏蔽件228。然而，本揭示內容不限於此配置。根據一或多個具體實施例，中間屏蔽件226和下屏蔽件228可以組合成單個屏蔽件單元。
在圖1中揭示了模組化腔室主體，其中中間腔室主體225位於下腔室主體227的上方並與下腔室主體227相鄰。中間腔室主體225固定至下腔室主體227以形成模組化腔室主體，模組化腔室主體圍繞下屏蔽件228和中間屏蔽件。頂部適配器蓋273設置在中間腔室主體225上方以圍繞上屏蔽件213。然而，將理解到，本揭示內容不限於具有如圖1所示的模組化腔室主體的PVD腔室201。
PVD腔室201還設置有旋轉基板支座270，旋轉基板支座270可以是旋轉基板支座以支撐基板202。也可由電阻加熱系統加熱旋轉基板支座270。PVD腔室201包括複數個陰極組件，複數個陰極組件包括第一陰極組件211a和第二陰極組件211b，第一陰極組件211a包括用以在濺射處理中支撐第一靶材205a的第一背板291a，第二陰極組件211b包括用以在物理氣相沉積或濺射處理中支撐第二靶材205b的第二背板291b。
PVD腔室201進一步包括在複數個陰極組件211a、211b下方的上屏蔽件213，上屏蔽件213具有第一屏蔽件孔204a與第二屏蔽件孔204b，第一屏蔽件孔204a的直徑為D1並且位於上屏蔽件上以暴露第一陰極組件211a，第二屏蔽件孔204b的直徑為D2並且位於上屏蔽件213上以暴露第二陰極組件211b，除了第一屏蔽件孔204a和第二屏蔽件孔204b之間的區域207之外，上屏蔽件213具有實質平坦的內表面203。
上屏蔽件213在第一屏蔽件孔和第二屏蔽件孔之間的區域207中包括凸起區域209，凸起區域209相對於實質平坦的內表面203具有高度「H」，高度「H」距平坦的內表面203大於一公分，並且凸起區域209具有長度「L」，長度「L」大於第一屏蔽件孔204a的直徑D1和第二屏蔽件孔204b的直徑D2，其中PVD腔室經配置以交替地從第一靶材205a和第二靶材205b濺射材料而不旋轉上屏蔽件213。
在一或多個具體實施例中，凸起區域209具有高度H，以便凸起區域高度H足以在濺射處理中防止從第一靶材205a濺射出的材料沉積在第二靶材205b上，並防止從第二靶材205b濺射出的材料沉積在第一靶材205a上。
根據本揭示內容的一或多個具體實施例，第一陰極組件211a包括以第一距離d1與第一背板291a間隔開的第一磁體，第二陰極組件211b包括以第二距離d2與第二背板291b間隔開的第二磁體220b，其中第一磁體220a和第二磁體220b可移動，使得第一距離d1可以改變且第二距離d2可以改變。可以由線性致動器223a改變距離d1，並由線性致動器223b改變距離d2，來改變距離d1和距離d2。線性致動器223a和線性致動器223b可包括可分別影響第一磁體組件215a和第二磁體組件215b的線性運動的任何合適的裝置。第一磁體組件215a包括旋轉馬達217a，旋轉馬達217a可包括伺服馬達，以經由耦合至旋轉馬達217a的軸219a旋轉第一磁體220a。第二磁體組件215b包括旋轉馬達217b，旋轉馬達217b可包括伺服馬達，以經由耦合至旋轉馬達217b的軸219b旋轉第二磁體220b。應當理解，除了第一磁體220a之外，第一磁體組件215a還可以包括複數個磁體。類似地，第二磁體組件215b除了第二磁體220b之外還可以包括複數個磁體。
在一或多個具體實施例中，其中第一磁體220a和第二磁體220b經配置為移動以減小第一距離d1和第二距離d2而增加由第一磁體220a和第二磁體220b產生的磁場強度，且經配置為移動以增大第一距離d1和第二距離d2而減小由第一磁體220a和第二磁體220b產生的磁場強度。
在一些具體實施例中，第一靶材205a包括鉬靶材，第二靶材205b包括矽靶材，並且PVD腔室201還包括第三陰極組件（未示出）與第四陰極組件（未示出），第三陰極組件包括用於支撐第三靶材205c的第三背板，第四陰極組件包括經配置以支撐第四靶材205d的第四背板。根據一或多個具體實施例的第三陰極組件和第四陰極組件，以與本文所述的第一陰極組件211a和第二陰極組件211b相同的方式配置。在一些具體實施例中，第三靶材205c包括虛擬靶材，並且第四靶材205d包括虛擬靶材。本文所述「虛擬靶材」是指不意圖在PVD設備201中濺射的靶材。
電漿濺射可以在PVD腔室201中使用DC濺射或RF濺射完成。在一些具體實施例中，處理腔室包括用於將RF和DC能量耦合至與每個陰極組件相關聯的靶材的饋送結構。對於陰極組件211a，饋送結構的第一端可以耦合到RF電源248a和DC電源250a，RF電源248a和DC電源250a可以分別用於向第一靶材205a提供RF和DC能量。RF電源248a在249a中耦合到RF功率，而DC電源250a在251a中耦合到DC功率。例如，DC電源250a可以用於向靶材305a施加負電壓或偏壓。在一些具體實施例中，由RF電源248a供應的RF能量的頻率範圍可以從大約2 MHz到大約60 MHz，或者例如可以使用非限制性頻率，諸如2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz、40.68 MHz或60 MHz。在一些具體實施例中，可以提供複數個RF功率源（即兩個或更多個）以提供複數個以上頻率的RF能量。
類似的，對於陰極組件211b，饋送結構的第一端可以耦合到RF電源248b和DC電源250b，RF電源248b和DC電源250b可以分別用於向第二靶材205b提供RF和DC能量。RF電源248b在249a中耦合到RF功率，而DC電源250b在251b中耦合到DC功率。例如，DC電源250b可以用於向第二靶材205b施加負電壓或偏壓。在一些具體實施例中，由RF電源248b供應的RF能量的頻率範圍可以從大約2 MHz到大約60 MHz，或者例如可以使用非限制性頻率，諸如2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz、40.68 MHz或60 MHz。在一些具體實施例中，可以提供複數個RF電源（即兩個或更多個）以提供複數個以上頻率的RF能量。
儘管所示具體實施例包括用於陰極組件211a和211b的單獨的RF電源248a和248b，以及用於陰極組件211a和211b的單獨的DC電源250a和250b，但是PVD腔室可以包括饋送至每個陰極組件的單個RF電源和單個DC電源。
在一些具體實施例中，本文所述的方法在配備有控制器290的PVD腔室201中進行。可能有一個控制器或多個控制器。當存在多於一個控制器時，每個控制器與其他每個控制器通信，以控制PVD腔室201的整體功能。例如，當使用多個控制器時，主控制處理器耦合到每個其他控制器並與之通信以控制系統。控制器為可用於工業設定中以控制各種腔室與子處理器的通用電腦處理器的任何形式中之一者。本文所述「通信中」是指控制器可以經由硬連線的通信線路或無線地發送和接收信號。
每個控制器可以包括處理器292、耦合到處理器的記憶體294、耦合到處理器292的輸入/輸出裝置、以及支援電路296和298以提供不同電子部件之間的通信。記憶體包含一或多個暫態性記憶體（例如隨機存取記憶體）與非暫態性記憶體（例如儲存器），且處理器的記憶體可為一或更多個可輕易取得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或位於本地或遠端的任何其他形式的數位儲存器。記憶體可以保留可由處理器操作以控制系統的參數和部件的指令集。支援電路耦合至處理器以由習知方式支援處理器。電路可例如包含快取、電源供應器、時脈電路、輸入輸出電路系統、子系統等等。
處理可以總體上作為軟體常式儲存在記憶體中，軟體常式在被處理器執行時使處理腔室執行本揭示內容的處理。軟體常式亦可被由第二處理器儲存及/或執行，第二處理器位於由處理器控制的硬體的遠端處。在一或多個具體實施例中，本揭示內容的一些或全部方法是受控硬體。藉此，在一些具體實施例中，處理以軟體實現並且可以使用電腦系統執行，可以以硬體（例如特定應用積體電路或其他類型的硬體實現例）或者以軟體和硬體的組合來執行。當由處理器執行時，軟體常式將通用電腦轉換成控制腔室操作以執行處理的特定用途電腦（控制器）。
在一些具體實施例中，控制器具有一或多種配置以執行單獨的處理或子處理以執行方法。在一些具體實施例中，控制器可以連接到並且經配置以操作中間部件以執行方法的功能。
圖1中所示類型的多陰極(MC)PVD腔室被設計為用於在單個腔室中沉積多層和多層堆疊或合金/化合物的共濺射，這對於諸如濾光器和包括反射多層堆疊和吸收層的EUV反射元件的零件的應用是理想的。
為了在多陰極PVD腔室中安裝多個靶材，每個靶材205a、205b的直徑小於基板支座270上的基板202的直徑。這在基板徑向中心202c中與靶材205b的徑向中心Tc 成一定角度偏移。在任何PVD處理中，源材料都從冷凝相（靶材）開始，隨後在PVD腔室內以蒸汽（電漿）的形式透過真空或低壓氣體環境傳輸。隨後蒸汽凝結在基板上以產生薄膜塗層。來自源材料（靶材）的原子藉由動量傳遞從轟擊粒子（通常是氣態離子）中噴出。在物理氣相沉積期間，產生沉積材料羽流，這導致沉積輪廓不均勻，但對稱於濺射靶材軸中心。通常，在基板區域中的淨沉積羽流高度不均勻。
在圖1中，可以藉由從靶材205b延伸到基板202的虛線229來想像沉積羽流。由虛線229、靶材205b和基板202界定的羽狀沉積材料區域230，在PVD處理期間包圍沉積材料區域230的羽狀區域。
在圖1中，沉積材料區域230的羽流大致由虛線229表示。在PVD處理期間，沉積材料區域230的羽流可具有不均勻的形狀，例如圖2所示的形狀。應當理解，沉積材料區域230的羽流的形狀僅大致如圖所示。然而，將理解的是，沉積在基板202上的沉積材料的羽流通常將是不均勻的，這將導致在基板上的不均勻沉積。因此，在本揭示內容的附圖中提供的表示，並不意為限制在PVD處理期間形成的沉積材料的羽流的形狀。將理解的是，與基板202接觸的羽流的形狀是不均勻的，這導致沉積不均勻。
在EUV反射元件的製造過程中，由於多層堆疊的性質和小的特徵尺寸，層的均勻性的任何缺陷都會被放大並影響最終產品。數奈米級的瑕疵可能表現為成品遮罩上的可印刷出的缺陷，因此需要在沉積多層堆疊之前從遮罩坯料的表面上減少或消除。沉積層的厚度和均勻性必須滿足非常苛刻的規格，以免破壞最終的成品遮罩。
如圖2所示，在PVD處理期間，旋轉馬達260使基板支座270沿箭頭261的方向旋轉。儘管基板支座270的旋轉減少了PVD期間沉積的材料的一些不均勻性，但是對於要求苛刻的均勻性規格的產品，例如EUV反射元件，需要進一步的改進。
特別地，對於許多包括布拉格反射器（例如EUV反射元件）和由不同薄膜材料的多層構成的濾光器的裝置，每層應具有極小的不均勻性。對EUV反射元件（例如EUV反射透鏡和EUV遮罩坯料）的均勻性有嚴格的要求。
考慮到用於製造EUV反射元件的基板的尺寸，具有低度不均勻性的沉積多層堆疊是極具挑戰性的。例如，EUV遮罩坯料由大尺寸（例如通常大於四英寸的正方形或直徑）形成。微影蝕刻品質遮罩坯料的製造容限，要求反射率均勻性在±0.1%的範圍內，質心波長的變化範圍為十分之一埃。跨遮罩坯料的質心波長(CWL)的不均勻度(NU)應小於0.04 nm。
由於CWL與多層的週期性厚度成正比，因此每一層的NU必須遠低於0.04 nm，才能滿足EUV遮罩的規格。進一步論述了滿足用於MC PVD腔室中多層沉積的EUV遮罩坯料的CWL均勻性規範的一些障礙。EUV遮罩坯料的示例性多層，是厚度分別為約3 nm和約4 nm的Mo和Si的交替層的堆疊。
在諸如圖1所示類型並且具有旋轉的基板支座270的CVD腔室中，對於沉積的每一層，在沉積Mo或Si的多層期間基板支座的旋轉週期通常小於10旋轉。已確定每一層的均勻性對基板支座旋轉週期非常敏感。進一步確定的是，非全週期旋轉將導致在不同區域中在整個基板表面上產生不相等的沉積量，從而導致高度厚度不均勻性，從而導致高度CWL不均勻性。此外，當在沉積期間基板支座270上的基板2020的表面相對於PVD靶材表面是非水平的時，在基板202的一側上將比另一側上沉積更多。因此，非水平效應使在基板上沉積的多層堆疊的整體均勻性劣化。
根據第一具體實施例，已經發現根據一或多個具體實施例的一種方法，方法為多層沉積的每一層定量地設置基板支座旋轉以實現完整的基板支座旋轉週期，從而改善了沉積均勻性。完整的基板支座旋轉導致從腔室中的基板表面的所有角度進行相等的材料沉積，在腔室中目標徑向中心和基板徑向中心偏移，如圖1和圖2所示。此方法使得能夠以非常高的均勻性沉積多層堆疊。如本文根據一或多個具體實施例所使用的「完整的基板支座旋轉」，是指基板支座旋轉均勻的次數，而沒有任何分數或部分旋轉超過360度的完整旋轉。
換句話說，若沉積週期包括單次旋轉，則基板支座旋轉360度，並且不小於或大於360度。表1提供了沉積週期的完整基板支座旋轉的旋轉度，沉積週期包括1到10次旋轉：
表1 沉積週期 旋轉角度 1        360 +/-0 2        720 +/-0 3        1080 +/-0 4        1440 +/-0 5        1800 +/-0 6        2160 +/-0 7        2520 +/-0 8        2880 +/-0 9        3240 +/-0 10      3600 +/-0
在特定具體實施例中，可以製造在基板的合格區域上具有厚度和CWL的Mo/Si多層的EUV反射元件。在示例性具體實施例中，每個Mo層沉積週期需要t秒的時間，並且基板支座旋轉n個完整旋轉。用於Mo沉積的基板支座旋轉速度應設置為n/t*60 rpm。可以在EUV反射元件的製造期間將其應用於Si層或其他層的沉積。
進行了實驗，其中鉬和矽的交替層沉積在如圖1所示的PVD腔室中的基板的132 mm X 132 mm區域上。在不是根據本揭示內容的第一測試中，對於每個Mo和Si層都發生了沉積週期，週期發生在非完整旋轉期間：Mo沉積週期為6.3個旋轉，Si沉積週期為9.6個旋轉。在第一測試中，在132 mm X 132 mm的基板區域上量測了49次（7x7點）在不同基板位置沉積的多層的週期性厚度。多層堆疊的平均厚度為13.516 nm，但是厚度在0.039 nm（最大-最小）的範圍內變化。多層表現出0.29%的厚度不均勻性。
在第二測試中，鉬和矽的交替層沉積在如圖1所示的PVD腔室中的基板的132 mm X 132 mm區域上。對於每個Mo和Si層都發生了沉積週期，週期發生在完整旋轉期間：Mo沉積週期剛好為6個旋轉，Si沉積週期剛好為9個旋轉。在第二測試中，在132 mm X 132 mm的基板區域上量測了49次（7x7點）在不同基板位置沉積的多層的週期性厚度。多層堆疊的平均厚度為13.538 nm，但是厚度在0.025 nm（最大-最小）的範圍內變化。多層表現出0.18%的厚度不均勻性。在完整旋轉週期後，不均勻性降低到0.18%。
根據一或多個具體實施例，一種基板處理方法包括以下步驟：將基板支撐在具有旋轉軸和旋轉速度(v)的旋轉基板支座上，以在處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)。在處理窗口時間(t)內將基板暴露於物理氣相沉積處理以在基板上形成第一材料層。根據一或多個具體實施例，「處理窗口時間(t)」指的是完成處理的時間，例如單層材料的沉積。在一或多個具體實施例中，單層材料具有預定的厚度。在一些具體實施例中，處理窗口時間(t)是指在A/B的多層堆疊中沉積單個材料層A的時間或沉積材料層B的時間，例如，其中A為Mo且B為Si。「整數」是指正整數。整數不包括分數或小數點。
在一或多個具體實施例中，物理氣相沉積處理利用具有徑向中心的第一陰極，徑向中心偏離基板支座的旋轉軸。基板支座的旋轉軸與基板的徑向中心202c（在圖1和圖2中）對準。方法可以進一步包括以下步驟：確定旋轉基板支座上的調零位置，並且在旋轉基板支座處於調零位置之後立即開始物理氣相沉積處理。在一或多個具體實施例中，在具有至少第一陰極和第二陰極的多陰極物理氣相沉積腔室中執行物理氣相沉積處理，第二陰極的徑向中心偏離基板支座的旋轉軸。在一或多個具體實施例中，沉積在基板上的材料層在基板的132 mm X 132 mm區域上表現出厚度不均勻性，不均勻性小於0.20%、小於0.19%、小於0.18%、小於0.17%、小於0.16%、小於0.15%或小於0.10%。
在另一個具體實施例中，方法還包括以下步驟：在第一材料層上沉積第二材料層以形成包括第一材料和第二材料的一對層，以及形成另外的39對第一材料和第二材料的層。在一或多個具體實施例中，第一層包括矽，第二層包括鉬。
可以由包括指令的非暫態性電腦可讀取儲存媒體來執行上述方法，指令在由物理沉積腔室的處理單元執行時使物理沉積腔室執行緊接上述的方法或操作。
本揭示內容的第二態樣涉及圖1與圖3所示類型的物理氣相沉積腔室。圖3是圖2所示的PVD腔室201的一部分的示意圖，提供有關旋轉基板支座270和控制器290的細節。
物理氣相沉積腔室201包括旋轉基板支座270與第一陰極205b，旋轉基板支座270藉由旋轉馬達260旋轉，旋轉馬達260與使基板支座繞旋轉軸旋轉的馬達驅動器262連通，第一陰極205b具有徑向中心Tc ，徑向中心Tc 位於偏離基板支座270的旋轉軸263的位置。基板支座270的旋轉軸263與基板202的徑向中心202c對準。PVD腔室還包括處理控制器290，處理控制器290包括選自第一配置或第二配置之一或多個處理配置，第一配置用以確定基板支座的旋轉速度(v)以在處理窗口時間(t)中完成圍繞基板旋轉軸的整數旋轉次數(n)，以在基板202上形成第一材料層280，第二配置以旋轉速度(v)旋轉基板支座。
在一或多個具體實施例中，PVD腔室進一步包括至少第一陰極205b和第二陰極205a（圖1所示），第二陰極205a的徑向中心Tc 偏離基板支座270的旋轉軸263。在一些具體實施例中，物理氣相沉積腔室還包括與旋轉基板支座270相關聯的調零標記272，以及用於檢測調零標記的調零感測器274，其中控制器290經配置以在調零感測器274檢測到調零標記272時發送信號以向第一陰極205b施加功率。在一或多個具體實施例中，調零感測器274可以是紅外感測器。
本揭示內容的另一態樣涉及一種包括指令的非暫態性電腦可讀取儲存媒體，指令在由處理系統的處理單元執行時使處理系統執行旋轉基板202的操作，基板202支撐在具有旋轉速度為(v)的旋轉軸263的基板支座270上，以在處理窗口時間(t)內完成整數旋轉次數(n)；向處理系統內的陰極205b施加功率，陰極205b的徑向中心Tc 相對於基板支座270的旋轉軸263偏移，以在處理窗口時間(t)內在處理系統內生成電漿，以使材料層280沉積在基板202上。
根據一或多個具體實施例，將基板支座旋轉輪廓p(t)實施到PVD腔室中之步驟可包括以下處理。首先，首先將最佳化的基板支座旋轉輪廓p(t)和期望的處理窗口的總沉積時間t0 (s)（例如，以確定預定厚度的材料層280）輸入到控制器中。接下來，以由旋轉馬達260提供動力的任何設定初始速度(rpm)開始基板支座的旋轉。隨後，調零標記272與基板支座270一起旋轉。調零感測器274將定位調零標記272，並將基板支座的調零位置反饋給控制器。
隨後，當控制器290從調零感測器274接收到反饋調零信號時，基板支座270基於來自最佳化的基板支座輪廓p(t)的輸入開始旋轉。同時，控制器290將信號發送到電源249以接通電源而開始在所需的總沉積時間t0 (s)內沉積。
本揭示內容的另一態樣涉及一種基板處理方法，方法包括以下步驟：將基板202放置在基板支座270上；在物理氣相沉積腔室201中以動態旋轉速度輪廓圍繞旋轉軸263旋轉基板支座，此動態旋轉速度輪廓隨著基板支座270相對於旋轉軸263的旋轉（角）位置265而變化；以及在旋轉基板支座270的同時藉由物理氣相沉積來沉積材料層280。在一些具體實施例中，動態旋轉速度輪廓補償了基板上的沉積不均勻性。在一些具體實施例中，方法包括以下步驟：根據旋轉位置265相對於基板支座270的旋轉軸263的函數來編輯動態旋轉速度輪廓。
在一些具體實施例中，動態旋轉速度輪廓包括基板支座270的與角度相關的旋轉速度。在一些具體實施例中，方法進一步包括以下步驟：以動態旋轉速度輪廓繞旋轉軸263旋轉基板支座270，以在處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)，以將材料層280沉積在基板202上。
在另一具體實施例中，針對圖1與圖3所示的一種物理氣相沉積腔室，包括可旋轉的基板支座270、陰極和物理氣相沉積處理控制器290，物理氣相沉積處理控制器290包括選自第一配置或第二配置之一或多個處理配置，第一配置用以使基板支座270在物理氣相沉積腔室201內以動態旋轉速度輪廓旋轉，第二配置用以向物理氣相沉積腔室內的陰極供電。
在一些具體實施例中，動態旋轉速度輪廓補償了基板上的沉積不均勻性。在一些具體實施例中，物理氣相沉積腔室進一步包括調零標記272以校準基板支座270的旋轉角度265。
另一具體實施例涉及一種包括指令的非暫態性電腦可讀取儲存媒體，指令在由物理沉積腔室的處理單元執行時使物理沉積腔室執行以動態旋轉速度輪廓旋轉物理沉積腔室內的基板支座的操作，此動態旋轉速度輪廓包括複數個與角度相關的旋轉速度；並向處理系統內的陰極施加功率以在處理窗口時間(t)內在處理系統內生成電漿，從而在基板202上形成第一材料層280。
根據一或多個具體實施例，本文所述的方法、PVD腔室201和控制器，提供了對起始基板支撐位置的精確控制，這進一步使得能夠如上所述在整個沉積期間內完全控制基板支撐位置。即使實現完整週期基板支座旋轉並控制沉積的起始位置，所謂的非水平效應也會降低沉積均勻性。
因此，根據一或多個具體實施例，提供了用於旋轉基板支座的完全位置p(t)控制的方法（p(t)是作為時間t的函數的基板支座的位置），以補償非水平效應，以改善PVD腔室中基板上的材料層的沉積均勻性，其中0≤p(t)＜1是基板支座相對於調零位置的週期分數。
現在參考圖4A-B、圖5和圖6，由以下方法300提供用於本文所述的基板支座旋轉控制的基板支座旋轉輪廓。首先，在圖6的步驟310中，使用本文所述的PVD方法將材料層280沉積在基板202上，方法具有完整週期基板支座旋轉（即將基板在每個沉積週期中旋轉整數次數）以及受控的基板支座調零位置，使用調零標記作為基板支座的起始位置。在步驟320中，可以根據在晶圓/基板上的複數個位置上的材料層280厚度的經驗量測，來獲得作為基板支座位置p(t)的函數的沉積速率r(p(t))。例如，對於具有132 mm X 132 mm面積的遮罩坯料基板，可以在7 X 7的矩陣中進行厚度量測，以在整個基板區域上均勻分佈的49個位置進行量測。本揭示內容不限於任何特定數量的進行厚度量測的位置。可以藉由能夠量測基板上的材料層的厚度的各種技術來量測厚度，例如藉由光聲量測、X射線反射率量測、透射電子顯微鏡、橢圓偏振光譜法或反射儀。
在獲得複數個位置處的經驗厚度量測值之後，接下來，在步驟330中，為了獲得理想的均勻性，r(p(t))*dt應該在整個基板上保持不變，因此r(p(t))*dt = C，其中C是一個與時間t無關的常數。參數dt（t的導數）是在時間t處的一個無限小的時間間隔。因此，r(p(t))*dt是作為時間函數p(t)在離散的基板支撐位置處沉積在基板上的總材料。基於實驗函數r(p(t))和關係r(p(t))*dt = C，可以獲得最佳化的基板支座旋轉輪廓p(t)作為時間t的函數，以對理想材料層均勻性調整。在步驟340中，可以用一種方法來實現最佳化的基板支座旋轉輪廓p(t)，並且將其輸入到具有控制反饋迴路的PVD控制器中，具有沒有非水平效應的最佳化均勻性，從而使用角度相關的旋轉速度輪廓作為位置的函數來沉積具有均勻厚度的層。
圖4A-B與圖5一起提供了方法的圖示。在圖4A中，繪製了從步驟330獲得的角度位置相對於厚度的曲線，且在圖4B中，繪製了旋轉角度對目標旋轉速度的曲線。從圖4B可以看出，旋轉速度根據旋轉角度而變化。圖5示出具有參考位置285的基板202，參考位置285參考下覆的基板支座270，並且旋轉向量287指示基板202的旋轉。基板202從零度旋轉到90度，再從180度旋轉到270度，再到360度。可以如步驟330中所示確定與角度相關的旋轉速度輪廓，並且如步驟340所示，可以使用此資訊使用與角度相關的旋轉速度輪廓來沉積層。動態旋轉速度輪廓補償了基板上的沉積不均勻性。
在本揭示內容的特定具體實施例中，將基板支座旋轉輪廓p(t)由控制器實施到PVD腔室中之步驟可包括以下處理。首先，將最佳化的基板支座旋轉輪廓p(t)和期望的總沉積時間t0 (s)輸入到控制器中。接下來，以由旋轉馬達提供動力的任何設定初始速度(rpm)開始基板支座的旋轉。調零標記與基板支座一起旋轉。調零感測器將定位調零標記，並將基板支座的調零位置反饋給控制器。當控制器從調零感測器接收到反饋調零信號時，基板支座基於來自最佳化的基板支座輪廓p(t)的輸入開始旋轉。同時，接通電源以施加功率至陰極而開始在所需的總沉積時間t0 (s)內沉積。
因此，根據一或多個具體實施例，提供了一種用於控制基板支座旋轉以改善薄膜均勻性的方法和系統，以用於基於布拉格反射器的光學濾波器和EUV遮罩坯料中的應用。根據特定具體實施例，消除了由任意非完整週期基板支座旋轉引起的問題，並且在一些具體實施例中，解決了非水平效應。提供了一種用於控制基板支座旋轉以進行完整週期基板支座旋轉以提高沉積均勻性的定量方法。還提供了一種具有反饋迴路的控制器，反饋迴路可精確地控制基板支座旋轉的起始位置以改善沉積均勻性。此外，提供了一種實施基板支座旋轉輪廓以消除非水平效應並改善沉積均勻性的控制器。動態旋轉速度輪廓補償了由於各種原因（例如非水平效應、羽狀曲線/形狀、反散射效應或其他處理條件等）而在整個週期旋轉後仍殘留的沉積不均勻性。
PVD腔室201的控制器290可用於控制本文所述的任何處理。控制器290可以發送控制信號以啟動DC、RF或脈衝DC電源，並且在沉積期間控制施加到各個靶材的功率。此外，控制器可以發送控制信號以調整PVD腔室201中的氣壓。控制器290還可用於在上述每個處理中控制上屏蔽件213的旋轉。
本說明書中對於「在一個具體實施例中」、「在某些具體實施例中」、「在一或更多個具體實施例中」或「在一具體實施例中」等的參照，表示所說明的相關聯於此具體實施例的特定特徵、結構或特性，是被包含在本揭示內容的至少一個具體實施例中。因此，貫穿本說明書在各個地方出現的短語「在一或更多個具體實施例中」、「在某些具體實施例中」、「在一個具體實施例中」或「在一具體實施例中」等，不一定是指本揭示內容的相同具體實施例。此外，特定特徵、結構、配置或特性可以在一或多個具體實施例中以任何合適的方式組合。
儘管本文揭示內容是關於特定具體實施例，但應瞭解到這些具體實施例僅用於說明本揭示內容的原理與應用。在本發明技術領域中具有通常知識者將顯然瞭解到，可對本揭示內容的方法與設備進行各種修改與變異，而不脫離本揭示內容的精神與範圍。因此，本揭示內容意為涵蓋這種修改與變異，只要這種修改與變異位於附加申請專利範圍及其均等範圍之內。
201:PVD腔室 202:基板 203:內表面 207:區域 209:凸起區域 213:上屏蔽件 221:內部空間 225:中間腔室主體 226:中間屏蔽件 227:下腔室主體 228:下屏蔽件 229:沉積羽流 230:羽狀沉積材料區域 249:電源 260:旋轉馬達 261:旋轉 262:馬達驅動器 263:旋轉軸 265:旋轉（角）位置 270:基板支座 272:調零標記 273:頂部適配器蓋 274:調零感測器 280:材料層 285:參考位置 287:旋轉向量 290:控制器 292:處理器 294:記憶體 296:支援電路 298:支援電路 300:方法 202c:徑向中心 204a:屏蔽孔 204b:屏蔽孔 205a:靶材 205b:靶材 211a:陰極組件 211b:陰極組件 215a:第一磁體組件 215b:第二磁體組件 217a:旋轉馬達 217b:旋轉馬達 219a:軸 219b:軸 220a:第一磁體 220b:第二磁體 223a:線性致動器 223b:線性致動器 248a:RF電源 248b:RF電源 250a:DC電源 250b:DC電源 310-340:步驟
可參考多個具體實施例以更特定地說明以上簡要總結的本揭示內容，以更詳細瞭解本揭示內容的上述特徵，附加圖式圖示說明了其中一些具體實施例。然而應注意到，附加圖式僅圖示說明本揭示內容的典型具體實施例，且因此不應被視為限制本揭示內容的範圍，因為所揭示內容可允許其他等效的具體實施例。
圖1根據一或多個具體實施例是物理氣相沉積(PVD)腔室的側視圖。
圖2是圖1所示的PVD腔室的一部分的示意圖；
圖3是圖1所示的PVD腔室的一部分的示意圖；
圖4A和圖4B根據本揭示內容的具體實施例是示出方法的圖；
圖5根據本揭示內容的具體實施例是方法的圖示；和
圖6根據本揭示內容的具體實施例示出了方法的步驟。
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
201:PVD腔室
202:基板
229:沉積羽流
230:羽狀沉積材料區域
249:電源
260:旋轉馬達
261:旋轉
262:馬達驅動器
263:旋轉軸
265:旋轉(角)位置
270:基板支座
272:調零標記
274:調零感測器
280:材料層
290:控制器
292:處理器
294:記憶體
296:支援電路
298:支援電路
202c:徑向中心
205b:靶材

Claims (20)

  1. 一種基板處理方法，包含以下步驟： 將一基板支撐在具有一旋轉軸和一旋轉速度(v)的一旋轉基板支座上，以在一處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)；以及 在該處理窗口時間(t)內將該基板暴露於一物理氣相沉積處理，以在該基板上形成一第一材料層。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該物理氣相沉積處理利用具有一徑向中心的一第一陰極，該徑向中心偏離該基板支座的該旋轉軸。
  3. 如請求項2所述之方法，進一步包括以下步驟：確定該旋轉基板支座上的一調零位置，並且在該旋轉基板支座處於該調零位置之後立即開始該物理氣相沉積處理。
  4. 如請求項2所述之方法，其中在具有至少該第一陰極和一第二陰極的一多陰極物理氣相沉積腔室中執行該物理氣相沉積處理，該第二陰極的一徑向中心偏離該基板支座的該旋轉軸。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該基板上的該材料層在該基板的一132 mm X 132 mm區域上表現出一厚度不均勻性，該厚度不均勻性小於0.20%。
  6. 如請求項4所述之方法，進一步包括以下步驟：在該第一材料層上沉積一第二材料層以形成包括該第一材料和該第二材料的一對層，以及形成另外的39對該第一材料和該第二材料的層。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該第一層包括矽，且該第二層包括鉬。
  8. 一種物理氣相沉積腔室，包含：一旋轉基板支座，該旋轉基板支座具有一旋轉軸；一第一陰極，該第一陰極的一徑向中心偏離該基板支座的一旋轉軸中心；以及一處理控制器，該處理控制器包括選自一第一配置或一第二配置之一或多個處理配置，該第一配置用以確定一基板支座的一旋轉速度(v)以在一處理窗口時間(t)中完成圍繞該基板支座的該旋轉軸的整數次數旋轉(n)，以在一基板上形成一第一材料層，該第二配置以該旋轉速度(v)旋轉該基板支座。
  9. 如請求項8所述之物理氣相沉積腔室，進一步包括至少該第一陰極和一第二陰極，該第二陰極的一徑向中心偏離該基板支座的該旋轉軸。
  10. 如請求項8所述之物理氣相沉積腔室，該物理氣相沉積腔室進一步包括與該旋轉基板支座相關聯的一調零標記，以及用於檢測該調零標記的一感測器，其中該控制器經配置以在該感測器檢測到該調零標記時發送一信號以向該第一陰極施加功率。
  11. 一種非暫態性電腦可讀取儲存媒體，其上包含指令，該等指令在由一處理系統的一處理單元執行時使該處理系統執行以下操作： 以一旋轉速度(v)旋轉一基板，該基板被支撐在具有一旋轉軸的一基板支座上，以在一處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)；以及 向該處理系統內的陰極施加功率，該陰極的一徑向中心相對於該基板支座的該旋轉軸偏移，以在該處理窗口時間(t)內在該處理系統內生成一電漿，以使一材料層沉積在該基板上。
  12. 一種基板處理方法，包含以下步驟： 將一基板放置在一基板支座上； 在一物理氣相沉積腔室中以一動態旋轉速度輪廓圍繞一旋轉軸旋轉該基板支座，該動態旋轉速度輪廓隨著該基板支座相對於該旋轉軸的旋轉（角）位置而變化；以及 在旋轉該基板支座的同時藉由物理氣相沉積來沉積一材料層。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該動態旋轉速度輪廓補償了該基板上的沉積不均勻性。
  14. 如請求項12所述之方法，進一步包括以下步驟：根據旋轉位置相對於該基板支座的該旋轉軸的函數來編輯該動態旋轉速度輪廓。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該動態旋轉速度輪廓包括該基板支座的與角度相關的旋轉速度。
  16. 如請求項15所述之方法，進一步包括以下步驟：以該動態旋轉速度輪廓繞該旋轉軸旋轉該基板支座，以在一處理窗口時間(t)內完成整數次數旋轉(n)，以將該材料層沉積在該基板上。
  17. 一種物理氣相沉積腔室，包括一可旋轉的基板支座、一陰極和一物理氣相沉積處理控制器，該物理氣相沉積處理控制器包括選自一第一配置或一第二配置之一或多個處理配置，該第一配置用以使一基板支座在該物理氣相沉積腔室內以一動態旋轉速度輪廓旋轉，該第二配置用以向物理氣相沉積腔室內的一陰極供電。
  18. 如請求項16所述之物理氣相沉積腔室，其中該動態旋轉速度輪廓補償了該基板上的沉積不均勻性。
  19. 如請求項16所述之物理氣相沉積腔室，進一步包括一調零標記以校準該基板支座的該旋轉角度。
  20. 一種非暫態性電腦可讀取儲存媒體，其上包含指令，該等指令在由一物理沉積腔室的一處理單元執行時使該物理沉積腔室執行以下操作： 以一動態旋轉速度輪廓旋轉該物理沉積腔室內的一基板支座，該動態旋轉速度輪廓包括複數個與角度相關的旋轉速度；以及 在該物理氣相沉積腔室中向陰極施加功率以在一處理窗口時間(t)內在該處理系統內生成一電漿，從而在該基板上形成一第一材料層。
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