TWI822758B - 真空處理基板或製造經真空處理基板之方法及真空沉積設備 - Google Patents

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Abstract

一種真空處理基板或製造經真空處理基板之方法，該方法包括下列步驟：提供一真空室(1)；在該真空室中提供至少一個基板(30)；在該真空室中產生一電漿環境(2)且將該至少一個基板暴露於該電漿環境，其中該電漿環境包括材料沉積源的一第一電漿(11)及非沉積源的一第二電漿(21)；在一第一狀態與一第二狀態之間重複操作該電漿環境，該第一狀態(S1)由下列者來定義：一較高電漿供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較高材料沉積速率；以及一較低電漿供應功率，被輸送至該第二電漿；該第二狀態(S2)由下列者來定義：相較於被輸送至該第一電漿的該較高電漿供應功率之一較低電漿供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較低材料沉積速率；以及相較於被輸送至該第二電漿的該較低電漿供應功率之一較高電漿供應功率，被輸送至該第二電漿。
本發明進一步係有關於一種適合於執行該方法之真空沉積設備。

Description

真空處理基板或製造經真空處理基板之方法及真空沉積設備
在此所提出之本發明係有關於一種在真空環境中處理基板的方法，該方法包括在基板上的材料沉積。在其他態樣，本發明係有關於適合於執行該方法之真空沉積設備。
在基板上沉積薄層之製程，例如，實施於光學塗層的生產中。這樣的製程通常在真空環境中進行。基板上的材料沉積可能涉及電漿的產生，例如，在濺鍍沉積的情況下。除了實際的沉積步驟之外，還可以在相同的真空環境中之第二電漿源的電漿中，例如，在所謂的蝕刻源(亦稱為表面處理電漿源)的電漿中，處理成長層。基板可以重複地且交替地暴露於兩個電漿源中之一者。
然而，在相同真空環境中操作兩個電漿源具有數個缺點。製程參數(例如，一種電漿的離子能量或電流密度)可能取決於另一種電漿的存在或不存在及實際特性。兩種電漿源的同時操作可能引起製程漂移(process drifts)，這在個別源的單獨操作期間不會發生。
本發明的目的係提供一種克服這些缺點中之至少一者的方法。
此目的藉由如請求項1之方法來實現。依據本發明之方法係一種真空處理基板或製造經真空處理基板之方法。該方法包括下列步驟：提供一真空室；在該真空室中提供至少一個基板；在該真空室中產生一電漿環境且將該至少一個基板暴露於該電漿環境，其中該電漿環境包括材料沉積源的一第一電漿及非沉積源的一第二電漿；在一第一狀態與一第二狀態之間重複操作該電漿環境，該第一狀態由下列者來定義：一較高電漿供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較高材料沉積速率；以及一較低電漿供應功率，被輸送至該第二電漿；該第二狀態由下列者來定義：相較於被輸送至該第一電漿的該較高供應功率之一較低供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較低材料沉積速率；以及相較於被輸送至該第二電漿的該較低供應功率之一較高供應功率，被輸送至該第二電漿。
本發明人已經認識到，用該方法來減少製程漂移。這具有下面效果：因為增加在接近期望製程參數的條件下所花費的時間，所以對基板的處理更有效。本發明人已經認識到，藉由依據本發明之方法操作一電漿環境，可以加寬特別是關於離子能量及離子電流密度之可行製程範圍(process window)。本發明人 進一步認識到，藉由實施該方法，可以成功地減少材料沉積區域中之第一電漿與非沉積電漿處理區域中之第二電漿之間的不期望的交互作用。
該方法的基本原理在於在涉及兩種電漿的兩個功率供應狀態之間重複交替並且藉由同步交替，使得在操作該電漿環境期間重複地實現上述定義的第一及第二狀態。在該第一狀態中，一第一較高電漿供應功率被輸送至該第一電漿，而一第二較低電漿供應功率被輸送至該第二電漿。在該第二狀態中，情況是相反的，亦即，一第一較低電漿供應功率被輸送至該第一電漿，而一第二較高電漿供應功率被輸送至該第二電漿。第一/第二較低及第一/第二較高電漿供應功率在各自情況下分別就該較高電漿供應功率被輸送至該第一電漿及該較高電漿供應功率被輸送至該第二電漿來定義。第一及第二較低電漿供應功率可以低於維持個別電漿所需的功率。被輸送至該第一電漿的較低電漿供應功率及/或被輸送至該第二電漿的較低電漿供應功率可以是零功率。
依據該方法，在該電漿環境中提供至少一個基板。在該電漿環境中可能存在多個基板。在後者情況下，個別基板可以同時或相繼地受到由該第一電漿所引起的材料沉積。
該方法可以被描述為一種使用交替源操作方案的表面沉積及處理的方法。
交替源操作方案影響至少兩個電漿源的共同電漿環境。我們用術語電漿環境來提及一個以上的電漿源在操作時具有效果或產生影響的空間。
在依據本發明的方法之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提出的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該電漿環境在該第一狀態與該第二狀態之間以變動或固定週期週期性地重複操作。
該第一狀態與該第二狀態之間的週期性操作可以用簡單的手段來實現，並且可以由少量參數來控制。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何仍待提出的變形例組合，該方法包括建立一處理時間間隔，在該處理時間間隔期間，將該至少一個基板暴露於該電漿環境，並且其中在該處理時間間隔的至少90%期間，較佳地在該處理時間間隔的至少99%期間，該第一狀態及該第二狀態中僅有一個狀態佔主導地位。
以這種方式，在該處理時間跨度的主要部分中，該第一電漿的較高功率電漿供應狀態與該第二電漿的較高功率電漿供應狀態沒有時間重疊。本發明人已經認識到，以這種方式可以實現兩個電漿的有效去耦。一個電漿的操作條件與另一個電漿的操作條件幾乎沒有相依性。這開創出不僅在同一個真空室中而且在空間鄰近下操作該第一及第二電漿之方式。
除非有相互矛盾，依據本發明的方法之一個變形例可以與任何預先提出的變形例及任何仍待提出的變形例組合，其包括當相對於該電漿環境移動該至少一個基板時，將該至少一個基板的至少一部分保持在該電漿環境中。
本發明人已經認識到，藉由實施此變形例的方法，可以在一基板上沉積均勻厚度及低粗糙度的層。移動可以包括圍繞軸線旋轉該至少一個基板。移動可以包括在整個該電漿環境中的 軸線旋轉該至少一個基板。移動可以包括在整個該電漿環境中的平移或旋轉運動以及這樣的運動之組合。移動可以包括從該第一電漿引起高材料沉積之位置移動該至少一個基板至該第二電漿具有高強度的位置。移動可以藉由移動一基板保持器來實施，該基板保持器保持一個或數個基板。該基板保持器可以例如以每分鐘10至240轉的旋轉速度圍繞旋轉軸線來旋轉，使得每個基板以0.25至6秒的時間間隔重複地通過同一個位置。或者，該基板相對於該電漿環境的運動可以藉由移動除該基板以外的其他部分，特別是該等電漿源的部分來實現，使得該電漿環境的位置相對於該基板成相對運動。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提出的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該電漿環境以一變動或固定週期在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作，以及選擇該週期T為：2μsec
Figure 108113010-A0202-12-0005-17
T
Figure 108113010-A0202-12-0005-18
50μsec。
關於這樣的短週期T，其對應於在20kHz至500kHz範圍內的重複頻率，不需要使該第一狀態與該第二狀態之間的交替與諸如移動基板之其他較慢製程同步。甚至關於運動中的基板，該電漿環境的第一及第二狀態對於沿其軌跡的每個位置皆是有效的。
除非有相互矛盾，否則依據本發明的方法之一個變形例可以與任何預先提出的變形例及任何仍待提出的變形例組合，其包括另外在一第三狀態下操作該電漿環境，該第三狀態由下列者來定義：同時輸送該較高電漿供應功率至該第一電漿及輸送該較高電漿供應功率至該第二電漿。
假如被輸送至該第二電漿的較低電漿供應功率在該第一狀態期間不維持該第二電漿，從該第一狀態經由該第三狀態至該第二狀態可以有助於啟動該第二電漿。於是，假如被輸送至該第一電漿的較低電漿供應功率在該第二狀態期間不維持該第一電漿，從該第二狀態經由該第三狀態至該一狀態可以有助於啟動該第一電漿。在該第一或第二電漿的啟動階段期間，當建立該第三狀態至少達一個短時間間隔時，可以實現個別離子電流的更快上升。再者，藉由本變形例可以降低電漿啟動之偶然失敗的風險。甚至假如不需要電漿的再次啟動，在該第一狀態與該第二狀態之間存在該第三狀態可以有助於在狀態改變之後更快地達到穩定的操作條件。該第三狀態佔主導地位的時間間隔可以比該第一狀態佔主導地位的時間間隔還短或比該第二狀態佔主導地位的時間間隔還短。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將在該電漿環境中之用於該基板的一第一處理區域至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域至少主要暴露於該第二電漿。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，進一步佔主導地位的是：該第一處理區域與該第二處理區域重合；或該第一處理區域與該第二處理區域重疊；或該第一處理區域位於該第二處理區域內；或該第二處理區域位於該第一處理區域內；或該第一及第二處理區域共同暴露於該電漿環境。
關於本發明的方法，該第一及第二處理區域的各種空間配置係是可能的。由於本發明的方法，該第一及第二電漿隨時間的顯著去耦能使該第一及第二處理區域在空間中重疊或甚至該第一及第二處理區域重合。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法進一步包括：在該操作的超過一次重複期間將該至少一個基板的至少一部分暴露於該第一處理區域，接著將該基板的該至少一部分移動至該第二處理區域中。
本發明人已經認識到，本變形例能夠處理該基板，其中需要以有效的方式進行一連串的電漿沉積及非沉積電漿處理。該至少一個基板的該部分在該第一處理區域中，亦即，在電漿沉積區域中保持有足夠長時間，使得其在該第二處理區域中經歷非沉積電漿處理的步驟之前，在該第一狀態期間至少一次暴露於由該第一電漿所引起之較高材料沉積速率。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法進一步包括：在超過一次重複期間，將該至少一部分暴露於該第二處理區域。
該至少一個基板的該部分在該第二處理區域，亦即，非沉積電漿處理區域中保持有足夠長時間，使得其在再次經歷電漿沉積步驟之前，在將較高電漿供應功率輸送至該第二電漿期間至少一次暴露於該第二電漿。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括在至少由該第二電漿增強之該第二處理區域中蝕刻該至少一個基板。
電漿蝕刻或電漿表面處理係非沉積製程步驟，亦即，電漿蝕刻利用適合於不在基板上建立材料沉積之電漿。在所謂的電漿輔助沉積製程中，當與沈積步驟交替實施時，由該第二電漿所引起之電漿蝕刻或電漿增強蝕刻可以改善層的品質。具體地，可以實現藉由沉積製程結合蝕刻製程產生之層的非常低粗糙度。依據本變形例的方法使電漿蝕刻的操作條件保持非常穩定。依據本變形例的方法允許在一個靠近該第一處理區域，亦即，靠近材料沉積區域之區域中或甚至在一個與該第一處理區域重疊，亦即，與材料沉積區域重疊之區域中執行電漿蝕刻。藉由實施本方法，可以及時地使涉及電漿的材料沉積製程與電漿蝕刻製程去耦。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括藉由該第一電漿執行物理氣相沉積(PVD)及電漿增強化學氣相沉積(PECVD)中之一者。
PVD以及PECVD製程適合於在該至少一個基板上沉積材料。兩種類型的製程皆適合於在基板上生產光學塗層，特別是用於生產非常光滑的多層塗層。兩種類型製程之所得產品的品質受益於與非沉積電漿處理的組合，特別是受益於先前變形例中所定義之電漿蝕刻處理。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該第一電漿係濺鍍源的電漿，較佳地係磁控濺鍍源的電漿。
依據該方法的變形例之電漿濺鍍沉積製程適合於在該至少一個基板上沉積材料。它們適用於在基板上生產光學塗層，特別是用於生產非常光滑的多層塗層。所得產品的品質受益於與非沉積電漿處理的組合，特別是亦受益於先前變形例中所定義之電漿蝕刻處理。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該第一電漿及該第二電漿中之至少一者在包含一反應氣體的環境中操作。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，被輸送至該第一電漿的較低電漿供應功率係藉由供應該第一電漿至多消失的供應功率來建立的。
在這種變形例中，在該第二狀態期間，將被輸送至該第一電漿的較低電漿供應功率設定為實質零功率。這減小對在該第二狀態期間接收較高電漿供應功率之該第二電漿的可能影響至最小程度。依據這種變形例，被輸送至該第一電漿的電漿供應功率在「打開」與「關閉」之間作切換。該方法的這種變形例可以藉由中斷與在一段時間間隔內供應該第一電漿的產生器之間的連接(例如，藉由致動在產生器的功率輸出處的開關)來實施。它可以藉由在一段時間間隔期間關閉供應該第一電漿的產生器 (例如，藉由致動控制開關)來實施。它亦可以藉由將供應該第一電漿之產生器的輸出功率位準降低至非常低的數值來實施。它亦可以藉由將供應該第一電漿之產生器的輸出功率之極性顛倒來實施。顛倒極性具有使對目標表面的充電效應最小化之效果。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，被輸送至該第二電漿的較低電漿供應功率係藉由供應該第二電漿至多消失的供電功率來建立的。
在這種變形例中，在該第一狀態期間，將被輸送至該第二電漿的較低電漿供應功率設定為實質零功率。這減小對在該第一狀態期間接收較高電漿供應功率之該第一電漿的可能影響至最小程度。依據這種變形例，被輸送至該第二電漿的電漿供應功率在「打開」與「關閉」之間作切換。該方法的這種變形例可以藉由中斷與在一段時間間隔內供應該第二電漿的產生器之間的連接(例如，藉由致動在產生器的功率輸出處的開關)來實施。它可以藉由在一段時間間隔期間關閉供應該第二電漿的產生器(例如，藉由致動控制開關)來實施。它亦可以藉由將供應該第二電漿之產生器的輸出功率位準降低至非常低的數值來實施。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括以一變動或固定週期在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境，從而在一時間間隔△期間對該第二電漿建立較高電漿供應功率，同時對該第一電漿建立較高電漿供應功率，該時間間隔△比該操作的週期T還短。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，選擇重複地操作該電漿環境的變動或固定週期T為：2μsec
Figure 108113010-A0202-12-0011-19
T
Figure 108113010-A0202-12-0011-20
50μsec，使該操作的一第三狀態能夠用於一第三時間間隔t3，有效的該第三時間間隔t3如下：0μsec<t3
Figure 108113010-A0202-12-0011-21
2μsec。
在依據本發明的方法之一個變形例中，包括另外在一第三狀態下操作該電漿環境，該第三狀態由下列者來定義：同時輸送該較高電漿供應功率至該第一電漿及輸送該較高電漿供應功率至該第二電漿，並且包括另外還在一第四狀態下操作該電漿環境，該第四狀態由下列者來定義：同時輸送該第一較低電漿供應功率至該第一電漿及該第二較低電漿供應功率至該第二電漿。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境，從而在一時間間隔△期間對該第二電漿建立該較高電漿供應功率，同時對該第一電漿建立該較高電漿供應功率，該時間間隔△比該操作的週期T還短。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括在一第四時間間隔t4期間建立該第四狀態，有效的該第四時間間隔t4如下：0μsec<t4
Figure 108113010-A0202-12-0011-22
2μsec。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將在該電漿環境中之用於該基板的一第一處理區域至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域至少主要暴露於該第二電漿，並且同時將該至少一個基板的一第一部分專門定位在該第一處理區域中及將該至少一個基板的一不同的第二部分專門定位在該第二處理區域中。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將該至少一個基板的另一不同部分定位在該第一處理區域與第二處理區域的一重疊區域中。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將在該電漿環境中之用於該基板的一第一處理區域至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域至少主要暴露於該第二電漿，並且同時將一第一基板的一部分專門定位在該第一區域中及將一第二基板的一部分專門定位在該第二處理區域中。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將該第一基板的另一部分定位在該第一處理區域與該第二處理區域的一重疊區域中，同時將該第一基板的該一部分專門定位在該第一處理區域中。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將該第二基板的另一部分定位在該第一處理區域與第二處理區域的一重疊區域中，同時將第二基板的該一部分專門定位在該第一處理區域中。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括以一變動或固定週期T在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境，並且將被定義為啟用該第一狀態的時間間隔與該操作的該週期之比率的一第一工作週期DC1保持在25%
Figure 108113010-A0202-12-0013-23
DC1
Figure 108113010-A0202-12-0013-24
90%的範圍內。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括以一變動或固定週期T在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境，並且將被定義為啟用該第二狀態的時間間隔與該操作的該週期之比率的一第二工作週期DC2保持在25%
Figure 108113010-A0202-12-0013-25
DC2
Figure 108113010-A0202-12-0013-26
95%的範圍內。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，該方法包括將在該電漿環境中之用於該基板的一第一處理區域至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域至少主要暴露於該第二電漿，並且在該第一及第二處理區域中建立包含相同氣體或由相同氣體構成之氣體環境。
在依據本發明的方法之一個變形例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的變形例及任何仍待提出的變形例組合，提供適合於在該至少一個基板上沉積材料的另一電漿及適合於在該至少一個基板上不沉積材料的另一電漿中之至少一者。
本發明進一步係有關於如請求項31之真空沉積設備。
依據本發明之真空沉積設備包括：一真空室，在該真空室中有一材料沉積的第一處理區域及一非材料沉積的第二處理區域；一可驅動移動的基板保持器，其係為可在該第一處理區域與該第二處理區域之間移動及可在該第一處理區域及該第二處理區域中之至少一者內移動中之至少一者；一第一電漿源，其至少主要在該第一處理區域中產生一第一電漿；一第二電漿源，其至少主要在該第二處理區域中產生一第二電漿；一可控制第一電漿供電裝置，其可操作地連接至該第一電漿源及包括用於控制不同供應功率位準的一第一控制輸入；一可控制第二電漿供電裝置，其可操作地連接至該第二電漿源及包括用於控制不同供應功率位準的一第二控制輸入；以及一控制裝置，其可操作地連接至該等控制輸入，其中該控制裝置構成為經由該第一控制輸入對該第一電漿供電裝置進行第一控制，以重複供應維持電漿的一第一較高功率位準及一第一較低功率位準， 其中該控制裝置構成為經由該第二控制輸入對該第二電漿供電裝置進行第二控制，以重複供應維持電漿的一第二較高功率位準及一第二較低功率位準，以及其中該控制裝置進一步構成為使該第一控制與該第二控制器時間同步。
依據本發明之真空沉積設備適合於執行依據本發明之方法。具體地，該控制裝置適合於以同步方式控制該第一及第二電漿供電裝置的功率位準之間的切換時間，以致於可以實現根據該方法中所定義之該第一及第二狀態。該控制裝置可以包括用於傳送控制信號的一網路，例如，啟動及停止信號。這樣的控制信號可以作為電信號、射頻信號或光信號來傳送。該控制裝置可以包括一中央控制單元。
簡而言之，該設備可以被描述為適合於執行交替源操作方案的真空沉積設備。
該設備的實施例由請求項32至39的特徵來說明。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該第一處理區域及該第二處理區域係一共同區域或該第一處理區域與該第二處理區域重疊或該第一處理區域與該第二處理區域處於開放連通。
在本實施例中，該第一及第二處理具有相互空間定向，這使得它們能夠處於第一電漿及第二電漿的共同電漿環境中。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，下列至少一者係有效的： 該第一電漿供電裝置係一受控直流電源裝置，該第二電源係一受控射頻電源。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該控制裝置控制該第一較高功率位準與該第二較低功率位準的時間重疊以及該第一較低功率位準與該第二較高功率位準的時間重疊。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該控制裝置適合於且構造成使依據本發明的方法中所述之第一狀態與第二狀態之間的操作同步。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該第一電漿源係一脈衝直流磁控管源，特別是一具有疊加射頻的脈衝直流磁控管源。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該第一電漿源包括一可旋轉磁鐵裝置及/或一可旋轉靶材。
該第一電漿源可以應用一旋轉磁鐵，其中該旋轉磁鐵裝置提供穿過該第一電漿的磁場。該第一電漿源可以用於從靶材濺射材料，所述靶材相對於濺鍍區旋轉。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該基板保持器適合於保持複數個基板，特別是該基板保持器設計成台子或可圍繞各自中心軸線旋轉的鼓輪(drum)。
本實施例可用於塗佈複數個基板。可以沿著圍繞設計成旋轉台之該基板保持器的中心旋轉軸線之共同圓來配置數個基板。複數個基板可以附著至鼓輪的圓柱形表面，鼓輪圍繞其圓柱軸線旋轉。每個個別基板可以在一個或數個材料沉積站及一個或數個非沉積電漿處理站中依序地進行處理，所述一個或數個材料沉積站及一個或數個非沉積電漿處理站沿著順著台面或圍繞鼓輪的共同圓來配置。此外，每個基板可以圍繞其自身軸線來個別旋轉，以便改善層的均勻性。
在依據本發明的設備之一個實施例中，除非有相互矛盾，否則其可以與任何預先提供的實施例及任何仍待提出的實施例組合，該基板保持器適合於將該複數個基板中之兩個相鄰基板彼此保持一定距離，該距離小於或等於該第一處理區域與該第二處理區域之間的距離。
1‧‧‧真空室
2‧‧‧電漿環境
10‧‧‧第一處理區域
11‧‧‧(材料沉積源的)第一電漿
12‧‧‧第一電漿源
13‧‧‧第一電漿供電裝置
20‧‧‧第二處理區域
21‧‧‧(非沉積源的)第二電漿
22‧‧‧第二電漿源
23‧‧‧第二電漿供電裝置
30‧‧‧基板
31‧‧‧基板保持器
32‧‧‧同步單元
33‧‧‧弱電漿
P1‧‧‧供應至第一電漿之功率
P2‧‧‧供應至第二電漿之功率
S1‧‧‧第一狀態
S2‧‧‧第二狀態
S3‧‧‧第三狀態
S4‧‧‧第四狀態
ST‧‧‧過渡功率狀態
T‧‧‧週期
TDCon‧‧‧直流電源處於打開的時間
TDCoff‧‧‧直流電源處於關閉的時間
TRFon‧‧‧射頻電源處於打開的時間
TRFoff‧‧‧射頻電源處於關閉的時間
t1‧‧‧第一狀態佔主導地位的第一時間間隔
t2‧‧‧第二狀態佔主導地位的第二時間間隔
t3‧‧‧第三狀態佔主導地位的第三時間間隔
t4‧‧‧第四狀態佔主導地位的第四時間間隔
△‧‧‧時間延遲
HIGH/LOW‧‧‧電漿供電狀態的指示
ON/OFF‧‧‧電漿供電狀態的指示
Utarget‧‧‧靶材電壓
Urf‧‧‧射頻電壓
UDC self-bias‧‧‧自偏壓
現在應該藉助附圖來進一步例示本發明。所述附圖顯示：第1圖係處於在依據本發明的方法中實現之兩個不同狀態的真空室及基板之示意性剖面圖；第2圖係例示在第一狀態與第二狀態之間操作電漿環境的狀態圖；第3圖係在六個子圖3.a)至3.f)中例示在第一狀態與第二狀態之間操作電漿環境的變形例且涉及第三狀態及/或第四狀態之六個個別狀態圖；第4圖係處於在所述方法的一個實施例中實現之四個不同狀態的真空室及基板之示意性剖面圖； 第5圖係顯示在所述方法的一個實施例中輸送至第一電漿的功率及輸送至第二電漿的功率之時程的時序圖；第6圖係顯示在所述方法的另一個實施例中輸送至第一電漿的功率及輸送至第二電漿的功率之時程的時序圖；第7圖係顯示在所述方法的另一個實施例中輸送至第一電漿的功率及輸送至第二電漿的功率之時程的時序圖；第8圖係依據本發明的設備之一個實施例的示意圖；第9圖在子圖9.a)至圖9.b)中顯示在依據本發明的方法之兩個變形例期間在第一及第二源處測量的電壓之時間相依性；第10圖顯示在依據當時技術水準的方法期間在第一及第二源處測量的電壓之時間相依性。
第1圖示意性地且簡化地顯示處於兩個不同狀態之真空室及基板的剖面圖，一個在圖的上部，一個在圖的下部。在兩種狀態下，基板30位於真空室1中且暴露於電漿環境2。第一電漿11適合於在基板上沉積材料。第二電漿21適合於不在至少一個基板上沉積材料，亦即，以不會導致材料沉積的方式來處理基板。如象徵性顯示的第一電漿源12以較高功率的「P1：HIGH」及較低功率的「P1：LOW」所示，第一電漿11可以用較高或較低的電漿功率來操作。同樣地，如象徵性顯示的第二電漿源22以較高功率的「P2：HIGH」及較低功率的「P2：LOW」所示，第二電漿21可以用較高或較低的電漿功率來操作。依據本發明的方法，電漿環境2在第一狀態S1，如圖的上部所示，與第二狀態S2，如圖的下部所示，之間重複操作。圖的左側及右側之彎曲箭頭表示兩個狀態之間的重複交替。
在第一狀態S1下，輸送較高的電漿供應功率至第一電漿。如由高密度的點所象徵性表示，這導致較高的材料沉積速率。同時，輸送較低的電漿供應功率至第二電漿，其由低密度的點來表示。在第二狀態S2下，輸送較高的電漿供應功率(亦即，比在第一狀態下輸送之較低的電漿供應功率還高)至第二電漿。同時，輸送較低的電漿供應功率至第一電漿。與在第一狀態期間輸送至第一電漿的較高電漿供應功率相比，功率較低。輸送至第一電漿的較低電漿供應功率導致較低的材料沉積速率。這藉由在第一電漿11的區域中之較低密度的點來象徵性表示。
電漿環境2由點劃線包圍的區域來示意性表示。它的邊界可能沒有明確的界定。無論如何，電漿環境2在真空室內形成連續區域。
第2圖係例示在第一狀態與第二狀態之間操作電漿環境的狀態圖。所涉及的狀態分別由輸送至第一電漿及第二電漿的功率量來定義。在水平列中，表示輸送至第一電漿的電漿供應功率，而在垂直列中，表示輸送至第二電漿的電漿供應功率。圖顯示三個水平列及三個垂直列。上水平列對應於輸送至第一電漿的較低電漿供應功率，其以「P1：LOW」來標記。下水平列對應於輸送至第一電漿的較高電漿供應功率，其以「P1：HIGH」來標記。中間水平列對應於輸送至第一電漿的功率之過渡狀態。左垂直列對應於輸送至第二電漿的較低電漿供應功率，其以「P2：LOW」來標記。右垂直列對應於輸送至第二電漿的較高電漿供應功率，其以「P2：HIGH」來標記。中間垂直列對應於輸送至第二電漿的功率之過渡狀態。圖中的五個區域用交叉影線來標記。這五個區域對應於過渡功率狀態ST。因此，第一狀態S1對應於 圖的左下區域，而電漿環境的第二狀態S2因此對應於圖的右上區域。依據本發明，如兩個方向上的箭頭所示，包括第一電漿及第二電漿的電漿環境在第一狀態與第二狀態之間重複操作。圖確實表示達到的狀態之接替，但是它沒有暗示關於在第一狀態S1或第二狀態S2中花費的時間之任何資訊，亦沒有暗示越過過渡狀態ST的區域需要多長時間。
第3圖顯示與第2圖說明之狀態圖相似的狀態圖。例示所述方法的實施例。實施例涉及狀態接替中的附加狀態。
第3.a)圖顯示一個實施例，其中電漿環境的操作涉及第三狀態S3，第三狀態S3由下列者來定義：同時輸送該較高電漿供應功率至該第一電漿及輸送該較高電漿供應功率至該第二電漿。於是，第三狀態位於圖的右下區域。在第3.a)圖所例示之方法的實施例中，在從第一狀態至第二狀態的過渡中，將輸送至第一電漿的電漿供應功率保持在其較高位準，同時將輸送至第二電漿的電漿供應功率切換至其較高位準，從而達到第三狀態。在第三狀態下，第二電漿可以快速且可再現地啟動，或者如果已經啟動，則可以快速達到穩定的操作條件。在下一步驟中，將輸送至第一電漿的電漿供應功率降低至其較低位準，從而達到第二狀態。在所示的實施例中，直接採取從第二狀態S2返回至第一狀態S1的步驟。
第3.b)圖顯示與第圖3.a)相似的方法之實施例，但是在這種情況下，在從第二狀態S2至第一狀態S1的過渡中建立第三狀態。
第3.c)圖再次顯示所述方法的相似實施例。在這種情況下，在第一狀態與第二狀態之間的兩個方向上建立第三狀態。
第3.d)圖顯示一個實施例，其中電漿環境的操作涉及第四狀態S4，所述第四狀態由下列者來定義：同時輸送第一較低電漿供應功率至第一電漿及第二較低電漿供應功率至第二電漿。在第四狀態中，第一及第二電漿皆在各自的較低功率位準上運行，使得相互作用特別低。在本實施例中，在第二狀態與第一狀態之間建立第四狀態。
第3.e)圖顯示一個實施例，其中當往返於第一狀態與第二狀態之間時，在兩個方向上建立第四狀態。
第3.f)圖作為另一個實例顯示涉及如上定義之第一、第二、第三及第四狀態的方法之一個實施例。在所示的實施例中，建立第一狀態S1、第三狀態S3、第二狀態S2、第四狀態S4及第一狀態S1(再次)的順序。在此，在第三狀態期間，輸送至第一電漿的較高功率位準可以有助於引起第二電漿的快速增強，而在返回第一狀態的途中，可以在再次達到第一狀態之前藉由將兩個電漿切換至它們的較低功率位準達一段中間時間間隔來實現徹底去耦，在所述中間時間間隔期間建立第四狀態。
第4圖以簡化方式顯示相似於第1圖之方法的一個實施例，所述方法包括在電漿環境中移動至少一個基板的至少一部分。具體地，基板30位於基板保持器31上，基板保持器31可圍繞軸線旋轉，因此能夠將基板從第一電漿11的區域中之位置輸送至第二電漿21的區域中之位置。如上局部圖與第二局部圖之間的雙箭頭所示，真空室1中之電漿環境在第一狀態S1與第二狀態S2之間來回切換。與電漿環境的第一狀態與第二狀態之間的交替相比，移動過程可能是緩慢的。在較長的時間間隔內，如從第二局部圖至第三局部圖的彎曲箭頭所示，由於移動，基板 到達第二電漿21的區域中。不管基板的位置如何，如下局部圖所示，其中再次建立第二狀態S2，電漿環境的第一狀態與第二狀態之間的交替係不間斷的。在較長的時間間隔內，如從下局部圖開始的長彎曲箭頭所示，由於移動，基板再次到達如上局部圖所示的原始位置。取代在各自位置中具有完整的基板30，大基板的一部分可以扮演在此所示之基板的角色。可以將數個基板放置在基板保持器的不同位置處，使得每個個別基板經歷與此圖中所示之基板相似的程序。
第5圖顯示電漿環境的操作之時序圖。時間軸從左延伸至右。輸送至第一電漿的第一功率P1及輸送至第二電漿的第二功率P2之時程各自顯示在標記為細線之其自身的零功率基準之上。第一及第二功率在較高與較低位準之間重複交替。為了更容易識別，對於第一及第二功率，各自的時間間隔用「HIGH」及「LOW」來表示。此圖係示意性的且未按比例來繪製。具體地，與材料沉積相關的第一功率及與非沉積處理電漿功率相關的第二功率之絕對功率位準可以具有不同的數量級。需要一些時間從一種狀態切換至另一種狀態，在這種情況下導致功率位準的梯形時程。如下面時間軸所標記，交替地建立電漿環境的第一狀態及第二狀態。交替可以是週期性的。週期T，亦即，一次重複的時間，可以例如在2至50微秒的範圍內。
第6圖顯示相似於第5圖中所示之時序圖的時序圖。在本情況下，輸送至第一及第二電漿的較低功率位準對應於零功率。於是，可以看到交替是在「ON」與「OFF」值之間而不是在較高與較低功率之間作切換。具體地，在這裡所示之情況下，輸送至第一電漿的功率可以以脈衝直流電流的形式來施加，脈動對 應於「ON」/「OFF」功率位準P1。第二電漿可以以射頻功率的形式來施加，例如，以具有13.56MHz頻率之射頻的形式。實現第一狀態S1與第二狀態S2的接替。例如可以如下實現兩個狀態的同步。第一電源，其可以是直流電源及第二電源，其可以是射頻電源回應觸發信號而產生矩形輸出功率脈衝。在時間間隔TDCon期間，第一功率P1為「ON」，在隨後的時間TDCoff期間，功率P1為「OFF」。在時間間隔TRFoff期間，第二功率P2為「OFF」，在時間間隔TRFon期間，第二功率P2為「ON」。傳送至第二電源的觸發信號可以相對於傳送至第一電源的觸發信號延遲Tdelay。然後，可以藉由將時間間隔TDCon、TRFoff及Tdelay設定為相等值來實現依據第6圖的時序圖所示之時序。同樣地，將TDCoff及TRFon設定為彼此相等，但是後者可能與TDCon等不同。如此，輸送功率至第一電漿的期間之時間間隔不與輸送功率至第二電漿的期間之時間間隔重疊。
第7圖顯示與第6圖相似的時序圖。關於時間間隔，使用相同的記號。然而，在本實施例中，選擇時間間隔TDCon略長於TRFoff。再者，選擇Tdelay，使得在輸送較高電漿供應功率至第一電漿之時間間隔的開始時及在此時間間隔的結束時，產生與輸送較高電漿供應功率至第二電漿之時間間隔的重疊。亦即，在第一狀態S1與第二狀態S2的發生之間建立電漿環境的第三狀態S3。如果使序列為週期性的，則週期T，其在這種情況下被定義為總和TDCon+TDCoff，可以在2至50微秒的範圍內。TDCon可以在1至48微秒的範圍內。TRFon可以在2至48微秒的範圍內。由於建立狀態S3的時間間隔，亦即，兩個「ON」狀態重疊，總和TDCon+TRFon可以大於週期T。
第8圖示意性地且以部分剖面圖方式顯示依據本發明的設備之一個實施例。在真空室1中，提供第一電漿源12及第二電漿源22。第一電漿源12產生第一電漿11。第一電漿11適合於在基板30上沉積材料。在所示實施例中，第一電漿的區域構成PVD站。第一電漿源12設計成磁控管。第一電漿供電裝置13(在這種情況下是直流電源)將電力輸送至第一電漿。稠密電漿的區域以高密度的點來表示。第二電漿源22由射頻電源來驅動，所述射頻電源構成第二電漿供電裝置23。第二電漿21適合於以非沉積方式來處理基板，例如，藉由電漿蝕刻或藉由用電漿實施緊緻化處理。第二電漿21中的稠密電漿區域亦以高密度的點來表示。弱電漿33與第一及第二電漿接觸，可能在第一電漿與第二電漿之間建立耦合效應。弱電漿可能包括源自第一或第二電漿源的離子及/或電子。本發明人已經認識到，藉由實施依據本發明的方法，可以減少這種耦合或串擾，可以完全阻止這種耦合或串擾，或者可以選擇性地應用這種耦合或串擾，以控製程參數。所述方法可以實質上涉及關於第一電漿及第二電漿的操作之交替或「反同步」操作方案。在此所例示之情況下，電漿環境包括第一電漿11、第二電漿21以及弱電漿33。
呈工作台形式的基板保持器31承載基板30。在所示的剖面圖中，兩個基板係可見的，一個基板30位於第一電漿11的區域中之電漿沉積區域10內，另一個基板30位於第二電漿21的區域中之非沉積電漿處理區域20內。同步單元32可操作地連接至第一電漿供電裝置及第二電漿供電裝置的功率位準控制輸入。所述連接可以藉由電線連接或無線來實現。同步單元及至電源的連接構成控制裝置。控制裝置構造成控制第一電源以 交替地供應維持電漿的第一較高功率位準及第一較低功率位準。控制裝置構造成控制第二電漿供電裝置以交替地供應維持電漿的第二較高功率位準及第二較低功率位準，並且控制裝置進一步構造成使第一及第二電源的供電同步。
為了說明下面進一步呈現的測量結果，參考以下任選的測量裝置。一種是用於測量第一電漿源側的靶材電壓Utarget。另一種是用於測量第二電漿側的射頻電壓Urf及直流自偏壓UDC self-bias。這些電壓的時間穩定性對於真空沉積製程的穩定性是重要的指標。
第9.a)圖及第9.b)圖顯示在所述方法的兩個變形例期間在第一和第二源處測量之電壓的時間相依性，兩種變形例皆在如第8圖所示的設備中執行。下面適用於兩種變形例以及第10圖。由Utarget測量源1電壓。其伏特值對照左側軸繪製成虛線曲線。由Urf測量源2電壓。其伏特值對照圖的右側軸繪製成連續的黑色曲線。源2電壓係快速振盪的射頻電壓，使得曲線覆蓋由其振幅界定的區域。源2處之直流自偏壓UDC self-bias，亦即，源2處之射頻電壓的時間平均值繪製成連續灰色曲線。橫軸顯示以微秒為單位的時間。
第9.a)圖顯示所述方法的一個變形例之電壓的時間相依性，其實施以下狀態的序列：S3→S1→S2→S3→S1→S2→S3→...。三種狀態中之每一者佔主導地位約4微秒。兩個源皆以脈衝方式來操作。在第一狀態S1及第三狀態S3中，直流電源輸送-400V至-1kV範圍內的負電壓至第一電漿，亦即，它輸送較高電漿供應功率至第一電漿。在 第二狀態中，關閉直流電源，使得源1電壓變成大約0V。在第二狀態S2及第三狀態S3中，射頻電源輸送射頻功率，亦即，它輸送較高電漿供應功率至第二電漿。在第一狀態S1中，關閉射頻電源。第二源處之振幅及平均射頻電壓在第二狀態S2期間增加而在第三狀態S3內減少。時間相依性的這種變化係由第一源側的較低功率變成較高功率所引起。本發明人已認識到，藉由使第二源的脈衝操作與第一源的脈衝操作同步，可以有效地減少第二源處之操作參數的系統漂移。
第9.b)圖顯示相較於第9.a)圖具有略微修改的脈衝時序之所述方法的一個變形例。在此，輸送至第二源的射頻脈衝在射頻脈衝的開始及結束時與輸送至第一源的直流脈衝重疊，以致於產生以下狀態序列：S3→S1→S3→S2→S3→S1→...。對於這種序列，射頻振幅及平均射頻電壓在射頻脈衝開始時上升得更快，並且它們在射頻脈衝結束時衰減得更快。總之，射頻振幅及平均射頻電壓皆是對所產生之層的特性具有顯著影響之操作參數，可以在射頻脈衝持續時間的相對大部分內保持接近期望值。
第10圖係在依據與第9圖的內容中所述之方法的變形例相同的設備中執行之根據當時技術水準的方法期間在第一及第二源處測量之電壓的時間相依性，但用不同的時序方案。在此，射頻電源持續打開，而直流電源係脈衝式的。於是，產生以下狀態序列：S3→S2→S3→S2→...。直流自偏壓的時程受到直流電源脈衝的強烈影響。直流自偏壓的符號甚至隨時間改變。在此方法中，第二電漿源的操作參數僅在總操作時間的一小部分內接近它們的期望值。
[典型的操作參數]
操作參數的典型數值可以與上述各種實施例組合，可以是：脈衝重複頻率為50-100kHz，脈衝直流電源的工作週期在1kW至10kW的功率位準(或靶材表面積的每平方公分1.5W至15W)下為50%至80%。對於射頻源，在2-60MHz的頻率範圍內(最常見的是13.56MHz)且在1-10kW的功率位準下及在50-1000V的電壓位準下操作。典型的沉積速率是在0.1-10nm/s的範圍內。每個沉積步驟的典型時間是在幾秒至約60分鐘之間。
[示例實施例]
在下文中，更詳細討論與上述數個實施例的特定特徵組合之一個示例實施例。雖然此示例實施例提出更具體的細節，但是元件符號與第8圖相配。
基板30放置在載物台上，所述載物台構成基板保持器31且在兩個源(第一電漿源及第二電漿源)下面旋轉。以這種方式，使基板重複地暴露於第一電漿源12的塗佈環境及第二電漿源22的電漿處理環境。在第一源內的載物台上表面與靶材表面之間使用75mm的典型距離。矽靶材安裝在第一電漿源處。為了提高製程速率及靶材材料利用率，靶材旋轉，並且藉由位於靶材背側後面的永久磁鐵靜態系統產生典型磁控管型磁場配置。無論在第一電漿源12處，靶材旋轉而磁鐵配置不旋轉或者磁鐵配置旋轉而靶材不旋轉，在此所述的方法皆起作用。氬氣與氧分子氣體的混合物在第一電漿源處進入真空室。氧氣流量由反饋迴路來控制，所述反饋迴路調節氧氣流量以將靶材的電位保持在預設位準。典型的氣體流量在第一電漿源處為氬氣有35-45sccm及氧氣有30-45sccm。第一電漿源以5-6kW的直流功率來操作， 直流功率在80kHz的頻率及68%的工作週期(12.5us週期，8.5us「打開時間」，4us「關閉時間」)下係脈衝式的。在基板表面上形成的層由二氧化矽組成。此層以0.25-0.5nm/s的典型沉積速率來沉積。此外，在第二電漿源22處引入10sccm的氧氣。第二電漿源使用具有1-2kW(相較於當時技術水準情況，持續打開)或2-6kW(依據本發明，脈衝操作在80kHz及5us的打開時間下進行)的功率位準之13.56MHz的射頻電源來操作。使第一電漿源12處之直流功率的脈衝週期與由RF電源驅動之第二電漿源的脈衝週期同步，以致於可以調節兩個源之打開時間的相對時序。
依據本示例實施例，電容耦合電漿配置用作第二電漿源。在這種配置中，設置是不對稱的，亦即，這個源由一個用電表面區域所構成，所述用電表面區域相較於引出柵極(extraction grid)的接地表面區域(第8圖中之灰色虛線)係相對大的，其中電漿從第二電漿源流向基板表面。由於不對稱配置，直流自偏壓(通常為100-1000V)形成且電漿源內的電漿電位係高的，導致到達源下方之基板的離子之一部分的足夠高能量，以有助於期望表面處理(例如，成長層的平滑處理)。由環繞電漿源的直流用電線圈或永久磁鐵產生的靜磁場可以用於進一步最佳化電漿電位及在引出柵極處離開電漿源之活性物種的空間分佈。
在本示例實施例中，輸送至第二電漿的較低電漿供應功率通常相當於輸送至第二電漿的較高電漿供應功率的<10%。它可能低至零功率。在第一電漿源處的脈衝直流功率的「打開時間」期間，啟動輸送至第二電漿的這種較低電漿供應功率。在第一電漿源處的脈衝直流功率的「關閉時間」期間施加相 對高的功率位準(通常為1-10kW，與具有固定功率位準之電漿源的已知連續操作相比係較高的)。
如果與本發明的方法相反，第一電漿源係脈衝式的，並且第二電漿源係持續活動的，則在第一電漿源的「打開時間」期間兩個源處所產生的電漿之間的耦合會干擾電位分佈。結果，大大地降低第二電漿源的用電電極處的射頻週期平均電位，亦稱為直流自偏壓(它在本示例中甚至變為負，參見第10圖)，並且製程不在期望條件下運行，亦即，到達基板之離子的能量係不足的，以及第一電漿源處之電漿的帶電物種被吸向第二電漿源。然而，依據本示例實施例，第一源保持處於脈衝操作，並且亦改變第二電漿源為處於脈衝操作(參見第9.a)圖及第9.b)圖)。
第一電漿源處之直流脈衝與第二電漿源處之射頻脈衝的時序係同步的，從而定義第一電漿源與第二電漿源的打開時間之間的固定但可調節之延遲。同步可以如下來完成。直流電源在TDCon的開始時產生TTL高信號，其觸發同步單元32。在同步單元中，在可調整延遲Tdelay之後，將具有時間長度TRFon的TTL高信號傳送至射頻電源。由於在此使用之第一電漿源處的特定直流產生器之最大關閉時間(4us)以及在此使用之第二電漿源處的特定射頻產生器之最小打開時間(5us)，一定存在重疊。可以應用不具有重疊之第6圖及具有重疊之第7圖所示的功率時序方案。
第一電漿源處之時序及功率位準的典型值為：1-15us的「打開時間」(「TDCon」)及「關閉時間」(「TDCoff」)、2-20us的脈衝重複週期(「TDCon」+「TDCoff」)(或50-100kHz的脈衝頻率)、50-80%的工作週期(「TDCon」/(「TDCon」 +「TDCoff」))、1-10kW的功率位準(或靶材表面積的每平方公分1.5-15W)。延遲「Tdelay」設定成等於「TDCon」(在射頻脈衝開始時沒有重疊)或略微(約1μs)比「TDCon」短(在射頻脈衝開始時重疊)。射頻脈衝打開(「TRFon」)達等於或非常相似於「TDCoff」的一段時間及關閉(「TRFoff」)達等於或非常相似於「TDCon」的一段時間。這裡考慮的方法在具有及沒有這種重疊的情況下運行，並且它亦可以在沒有重疊的情況下使用小於TDCoff的時間TRFon來運行，使得兩個源中沒有一個在此時段的一小部分內被供電。脈衝的重疊實際上可以在第二電漿源處促進更快的電漿啟動。
利用依據本示例實施例的方法，可以觀察到以下的改進。對於在本示例中沉積的SiO2層(具有600nm的厚度)，我們觀察到表面粗糙度(Rq值)從在關閉第二電漿源之情況下的約1.8nm減少至在最佳條件下打開電漿源之情況下(亦即，電漿源在兩個脈衝的短重疊下以6kW射頻功率成脈衝式)的0.5nm以下。在放置在旋轉載物台上的16個直徑為200mm的晶圓上，沉積速率是在0.4nm/s至0.5nm/s之間。同時，光損耗從大於6%減少至小於0.1%(在300nm的波長下測量)。
所描述的方法可以用在由一層或多層不同材料組成之光學塗層的一個或多個製程步驟中(在製程順序中使用多個濺鍍源)。所述方法可以應用於各種應用之介電塗層的真空沉積，例如，在半導體製造中之高縱橫比結構化晶圓上的間隙填充。如果使用直流脈衝及疊加的射頻功率或甚至僅使用射頻功率來操作第一電漿源，則可以實施上述相同的方法。然後，第一電漿源處之射頻功率的脈衝方案必須與上述直流脈衝功率的方案相同。在 這樣的情況下，第一電漿源及第二電漿源之每一者可以使用一個射頻電源。或者，可以使用單個射頻電源並在第一電漿源與第二電漿源之間重複地切換輸出功率(在這種情況下，在「打開」時間之間沒有重疊)。
可以在用HiPIMS(高功率脈衝磁控濺射)電源對第一電漿源進行供電之情況下使用依據本發明的方法，其中在低脈衝頻率(通常為100Hz-500Hz)下施加在靶材表面具有高功率密度(大約為每平方公分kW，比傳統濺鍍沉積高兩個數量級)的短脈衝(通常為50us-500us)。由於小的工作週期(通常低於10%)，時間平均功率與傳統的濺鍍沉積保持相似，因而使用相同的源硬體可以實現HiPIMS。在HiPIMS濺鍍中，將大部分濺鍍材料離子化，導致基於金屬電漿及以動力金屬粒子改善對基板表面轟擊的控制。這允許調整薄膜特性，例如，平滑度、密度及結構。使用在第一電漿源處利用HiPIMS的操作方案，可以根據第一電漿源之減少的工作週期增加第二電漿源處的工作週期，及/或可以增加被供應給兩個源之低功率的時間(狀態S4)。較低的脈衝頻率與電漿源2處之較長工作週期結合可在工作週期的較大部分上導致穩定的直流自偏壓，從而允許在較低峰值射頻功率值下對離子能量分佈/離子電流分佈進行先進的修改。這可以改善表面處理條件及改善源硬體壽命。
1‧‧‧真空室
2‧‧‧電漿環境
11‧‧‧(材料沉積源的)第一電漿
12‧‧‧第一電漿源
21‧‧‧(非沉積源的)第二電漿
22‧‧‧第二電漿源
30‧‧‧基板
S1‧‧‧第一狀態
S2‧‧‧第二狀態

Claims (42)

  1. 一種真空處理基板或製造經真空處理基板之方法，該方法包括下列步驟：提供一真空室(1)；在該真空室中提供至少一個基板(30)；在該真空室中產生一電漿環境(2)且將該至少一個基板暴露於該電漿環境，其中該電漿環境包括材料沉積源的一第一電漿(11)及非沉積源的一第二電漿(21)；在一第一狀態與一第二狀態之間重複操作該電漿環境(2)，該第一狀態(S1)由下列者來定義：一較高電漿供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較高材料沉積速率；以及一較低電漿供應功率，被輸送至該第二電漿，該第二狀態(S2)由下列者來定義：相較於被輸送至該第一電漿的該較高電漿供應功率之一較低電漿供應功率，被輸送至該第一電漿，導致一較低材料沉積速率；以及相較於被輸送至該第二電漿的該較低電漿供應功率之一較高電漿供應功率，被輸送至該第二電漿。
  2. 如請求項1之方法，其包括以一變動或固定週期在該第一狀態(S1)與該第二狀態(S2)之間週期性地重複操作該電漿環境(2)。
  3. 如請求項1或2之方法，其包括建立一處理時間間隔，在該處理時間間隔期間，將該至少一個基板 暴露於該電漿環境(2)，並且其中在該處理時間間隔的至少90%期間，該第一狀態及該第二狀態中僅有一個狀態佔主導地位。
  4. 如請求項1或2之方法，其包括建立一處理時間間隔，在該處理時間間隔期間，將該至少一個基板暴露於該電漿環境(2)，並且其中在該處理時間間隔的至少99%期間，該第一狀態及該第二狀態中僅有一個狀態佔主導地位。
  5. 如請求項1或2之方法，其包括當相對於該電漿環境移動該至少一個基板時，將該至少一個基板的至少一部分保持在該電漿環境(2)中。
  6. 如請求項1或2之方法，其包括以一變動或固定週期在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境(2)，以及其中選擇該週期T為：2μsec
    Figure 108113010-A0305-02-0038-3
    T
    Figure 108113010-A0305-02-0038-4
    50μsec。
  7. 如請求項1或2之方法，其包括另外在一第三狀態下操作該電漿環境(2)，該第三狀態由下列者來定義：同時輸送該較高電漿供應功率至該第一電漿及輸送該較高電漿供應功率至該第二電漿。
  8. 如請求項1或2之方法，其包括將在該電漿環境(2)中之用於該基板的一第一處理區域(10)至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域(20)至少主要暴露於該第二電漿。
  9. 如請求項8之方法，其中進一步佔主導地位的是： 該第一處理區域(10)與該第二處理區域(20)重合；或該第一處理區域(10)與該第二處理區域(20)重疊；或該第一處理區域(10)位於該第二處理區域(20)內；或該第二處理區域(20)位於該第一處理區域(10)內；或該第一及第二處理區域共同暴露於該電漿環境。
  10. 如請求項8之方法，該方法包括：在該操作的超過一次重複期間將該至少一個基板的至少一部分暴露於該第一處理區域(10)，接著將該基板的該至少一部分移動至該第二處理區域(20)中。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括：在該超過一次重複期間，將該至少一部分暴露於該第二處理區域(20)。
  12. 如請求項1或2之方法，其包括在至少由該第二電漿(21)增強的該第二處理區域(20)中蝕刻該至少一個基板。
  13. 如請求項1或2之方法，其包括藉由該第一電漿(11)實施PVD及PECVD中之一者。
  14. 如請求項1或2之方法，其中該第一電漿(11)係濺鍍源的電漿。
  15. 如請求項1或2之方法，其中該第一電漿(11)係磁控濺鍍源的電漿。
  16. 如請求項1或2之方法，其中該第一電漿(11)及該第二電漿(21)中之至少一者在包含一反應氣體的環境中操作。
  17. 如請求項1或2之方法，其中被輸送至該第一電漿(11)的該較低電漿供應功率係藉由供應該第一電漿至多消失的供應功率來建立的。
  18. 如請求項1或2之方法，其中被輸送至該第二電漿(21)的該較低電漿供應功率係藉由供應該第二電漿至多消失的供電功率來建立的。
  19. 如請求項1或2之方法，其包括以一變動或固定週期T在該第一狀態(S1)與該第二狀態(S2)之間週期性地重複操作該電漿環境(2)，從而在一時間間隔△期間對該第二電漿建立該較高電漿供應功率，同時對該第一電漿建立該較高電漿供應功率，該時間間隔△比該操作的該週期T還短。
  20. 如請求項1或2之方法，其中選擇重複地操作該電漿環境(2)的變動或固定週期T為：2μsec
    Figure 108113010-A0305-02-0040-5
    T
    Figure 108113010-A0305-02-0040-6
    50μsec，使該操作的一第三狀態能夠用於一第三時間間隔t3，有效的該第三時間間隔t3如下：0μsec<t3
    Figure 108113010-A0305-02-0040-7
    2μsec。
  21. 如請求項1或2之方法，其包括另外在一第三狀態下操作該電漿環境，該第三狀態由下列者來定 義：同時輸送該較高電漿供應功率至該第一電漿及輸送該較高電漿供應功率至該第二電漿，並且包括另外還在一第四狀態下操作該電漿環境，該第四狀態由下列者來定義：同時輸送該第一較低電漿供應功率至該第一電漿及該第二較低電漿供應功率至該第二電漿。
  22. 如請求項21之方法，其包括在該第一狀態與該第二狀態之間週期性地重複操作該電漿環境(2)，從而在一時間間隔△期間對該第二電漿建立該較高電漿供應功率，同時對該第一電漿建立該較高電漿供應功率，該時間間隔△比該操作的該週期T還短。
  23. 如請求項21之方法，其包括在一第四時間間隔t4期間建立該第四狀態，有效的該第四時間間隔t4如下：0μsec<t4
    Figure 108113010-A0305-02-0041-8
    2μsec。
  24. 如請求項1或2之方法，其包括將在該電漿環境(2)中之用於該基板的一第一處理區域(10)至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域(20)至少主要暴露於該第二電漿，並且同時將該至少一個基板的一第一部分專門定位在該第一處理區域(10)中及將該至少一個基板的一不同的第二部分專門定位在該第二處理區域(20)中。
  25. 如請求項24之方法，其包括將該至少一個基板的另一不同部分定位在該第一處理區域(10)與第二處理區域(20)的一重疊區域中。
  26. 如請求項1或2之方法，其包括將在該電漿環境(2)中之用於該基板的一第一處理區域(10)至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域(20)至少主要暴露於該第二電漿，並且同時將一第一基板的一部分專門定位在該第一處理區域中及將一第二基板的一部分專門定位在該第二處理區域中。
  27. 如請求項26之方法，其包括將該第一基板的另一部分定位在該第一處理區域(10)與該第二處理區域(20)的一重疊區域中，同時將該第一基板的該一部分專門定位在該第一處理區域中。
  28. 如請求項26之方法，其包括將該第二基板的另一部分定位在該第一處理區域(10)與第二處理區域(20)的一重疊區域中，同時將第二基板的該一部分專門定位在該第一處理區域中。
  29. 如請求項1或2之方法，其包括以一變動或固定週期T在該第一狀態(S1)與該第二狀態(S2)之間週期性地重複操作該電漿環境(2)，並且其中將被定義為啟用該第一狀態的時間間隔與該操作的該週期之比率的一第一工作週期DC1保持在25%
    Figure 108113010-A0305-02-0042-9
    DC1
    Figure 108113010-A0305-02-0042-10
    90%的範圍內。
  30. 如請求項1或2之方法，其包括以一變動或固定週期T在該第一狀態(S1)與該第二狀態(S2)之間週期性地重複操作該電漿環境(2)，並且其中將被定義為啟用該第二狀態的時間間隔與該操作的該週期之比率 的一第二工作週期DC2保持在25%
    Figure 108113010-A0305-02-0043-11
    DC2
    Figure 108113010-A0305-02-0043-12
    95%的範圍內。
  31. 如請求項1或2之方法，其包括將在該電漿環境(2)中之用於該基板的一第一處理區域(10)至少主要暴露於該第一電漿且將在該電漿環境中之用於該基板的一第二處理區域(20)至少主要暴露於該第二電漿，並且在該第一及第二處理區域中建立包含相同氣體或由相同氣體構成之氣體環境。
  32. 如請求項1或2之方法，從而提供適合於在該至少一個基板上沉積材料的另一電漿及適合於在該至少一個基板上不沉積材料的另一電漿中之至少一者。
  33. 一種真空沉積設備，其包括：一真空室(1)，在該真空室中有一材料沉積的第一處理區域(10)及一非材料沉積的第二處理區域(20)；一可驅動移動的基板保持器(31)，其係為可在該第一處理區域與該第二處理區域之間移動及可在該第一處理區域及該第二處理區域中之至少一者內移動中之至少一者；一第一電漿源(12)，其至少主要在該第一處理區域中產生一第一電漿(11)；一第二電漿源(22)，其至少主要在該第二處理區域中產生一第二電漿(21)；一可控制第一電漿供電裝置(13)，其可操作地連接至該第一電漿源及包括用於控制不同供應功率位準的一第一控制輸入； 一可控制第二電漿供電裝置(23)，其可操作地連接至該第二電漿源及包括用於控制不同供應功率位準的一第二控制輸入；以及一控制裝置，其可操作地連接至該等控制輸入；其中該控制裝置構成為經由該第一控制輸入對該第一電漿供電裝置進行第一控制，以重複供應維持電漿的一第一較高功率位準及一第一較低功率位準，其中該控制裝置構成為經由該第二控制輸入對該第二電漿供電裝置進行第二控制，以重複供應維持電漿的一第二較高功率位準及一第二較低功率位準，其中該控制裝置進一步構成為使該第一控制與該第二控制器時間同步，以及其中該控制裝置適合於且構造成使如請求項1至32中任一項所述之方法的一第一狀態與一第二狀態之間的操作同步。
  34. 如請求項33之真空沉積設備，其中該第一處理區域(10)及該第二處理區域(20)係一共同區域或該第一處理區域與該第二處理區域重疊或該第一處理區域與該第二處理區域處於開放連通。
  35. 如請求項33或34之真空沉積設備，其中下列至少一者係有效的：該第一電漿供電裝置係一受控直流電源裝置，該第二電源係一受控射頻電源。
  36. 如請求項33或34的真空沉積設備，其中該控制裝置控制該第一較高功率位準與該第二較低功率 位準的時間重疊以及該第一較低功率位準與該第二較高功率位準的時間重疊。
  37. 如請求項33或34之真空沉積設備，其中該第一電漿源係一脈衝直流磁控管源。
  38. 如請求項33或34之真空沉積設備，其中該第一電漿源係一具有疊加射頻的脈衝直流磁控管源。
  39. 如請求項33或34之真空沉積設備，其中該第一電漿源包括一可旋轉磁鐵裝置及/或一可旋轉靶材。
  40. 如請求項33或34之真空沉積設備，其中該基板保持器(31)適合於保持複數個基板。
  41. 如請求項40之真空沉積設備，其中該基板保持器係設計成台子或可圍繞各自中心軸線旋轉的鼓輪。
  42. 如請求項40之真空沉積設備，其中該基板保持器(31)適合於將該複數個基板中之兩個相鄰基板彼此保持一定距離，該距離小於或等於該第一處理區域(10)與該第二處理區域(20)之間的距離。
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