TW202044928A

TW202044928A - 能夠時間性及/或空間性調變一或更多電漿的基板處理工具

Info

Publication number: TW202044928A
Application number: TW109103139A
Authority: TW
Inventors: 立陳; 幸紀崎山; 卡爾費德瑞克李瑟
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN113474483A; WO2020163115A1; KR20210114072A; US20220119954A1

Abstract

一電漿工具，在該電漿工具中在處理腔室內用以處理基板的二或更多電漿之生成係於時間上、空間上或兩者上調變。二電漿的調變用以在基板上形成類鑽碳(DLC)層。一電漿用以形成非晶碳層而第二電漿用以經由離子轟擊將非晶碳層轉變為DLC。

Description

能夠時間性及/或空間性調變一或更多電漿的基板處理工具

本發明關於基板處理工具，尤其關於電漿工具，在該電漿工具中二或更多在處理腔室內用以處理基板的電漿之生成係於時間上、空間上或兩者上調變。本發明也關於基板上之類鑽碳(Diamond Like Carbon；DLC)層的形成，其係利用時間性及/或空間性調變電漿而以一電漿形成非晶碳層以及之後以另一電漿經由離子轟擊將該非晶碳層轉變為DLC層。

相關申請案的交互參照本申請案主張申請號為第62/802, 528號且於2019年2月7日申請的美國專利申請案的優先權，該美國專利申請案為了所有目的以參照的方式在此併入本申請案。

電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)工具被用在各式各樣的工件（例如半導體晶圓、平面顯示器或光伏裝置）上生成高品質的薄膜。PECVD工具包含了一處理腔室。工件上所沉積的薄膜之類型依被導入處理腔室內的氣體的化學性質而定。舉例來說，在半導體產業中，例示性的氣體包含但不限於用於沉積多晶矽的矽烷(SiH₄ )或三氯矽烷(SiHCL₃ )，用於沉積二氧化矽的矽烷及氧氣(O₂ )、二氯矽烷(H₂ SiCl₂ )、一氧化二氮(N₂ O)及/或四乙氧基矽烷(TEOS)，用於沉積鎢的六氟化鎢(WF₆ )等等。此外，諸如水、乙醇或兩者的反應氣體也經常被導入腔室內。當射頻電位被施加時，電漿生成於腔室內。在電漿內，電漿中的受激電子會離子化或「開裂」而生成化學反應性自由基。當這些自由基反應時，它們在半導體晶圓上沉積並形成薄膜。各種類型的PECVD工具包括低壓型(LPCVD)、超高真空型(UHVCVD)、原子層沉積(ALD)、電漿輔助原子層沉積(PEALD)等等。

有了上述工具，可以一次處理一或多個晶圓。就一個給定的處理週期而言，一或多個晶圓被裝入處理腔室，一或更多氣體被導入腔室且電漿被生成及維持，直到沉積的膜具有所需厚度。一旦沉積完成，上述製程重複於新的一批晶圓。通常，在晶圓或基板的表面上的一個層的沉積期間，這樣的PECVD工具僅依賴於單一電漿。

類鑽碳或「DLC」是一類非晶態的碳材料，其表現出如鑽石般的特性，包括極高的硬度、耐磨性和「光滑性」。最常見的DLC是四面體非晶碳或「ta-C」，它是此類中最硬、最耐磨且最光滑的。由於這些特性，DLC材料普遍用作各種工件上的保護塗層，且可應用於能與真空環境兼容的幾乎任何材料。

各種基於電漿的沉積技術已被用來沉積ta-C至諸如半導體晶圓的基板上。這樣的技術包括質量選擇離子束(Mass Selected Ion Beam；MSIB)、濾波陰極真空電弧(Filtered Cathodic Vacuum Arc；FCVA)、脈衝雷射消融(Pulsed Laser Ablation；PLA)和電子迴旋共振(Electron Cyclotron Wave Resonance ECWR)。儘管各個這些基於電漿的技術可在實驗室環境中用以在基板上形成ta-C，但對於半導體晶圓的全尺寸製造並不實用。例如，MSIB、FCVA和PLA的沉積速率非常低，因為每一者都依賴於必須掃描整個晶圓的以束為型態的電漿源。結果，對於大的、工業尺寸的半導體晶圓製造而言，沉積速率太慢。ECWR在某種程度上克服了上述其他技術的低沉積速率。然而，ECWR工具非常昂貴且太昂貴以致於不能在大的、工業規模的半導體晶圓製造上實用。上面已提及的普遍用於工業規模的半導體晶圓製造之慣用PECVD工具，以往無法生成單一能量離子，這對沉積ta-C和其他類似DLC之材料而言是必須的。

一電漿工具，於此二或更多在一處理腔室內用以處理一基板之電漿之生成係於時間上、空間上或兩者上調變。就時間上調變而言，二電漿係於下列期間被交替活化：(a)在離散非重疊的脈衝期間或(b)在部分重疊脈衝之非重疊部分期間。就空間上調變而言，二電漿係於相同時間而連續地或在脈衝的重疊部分期間活化。

在一非互斥實施例中，二電漿被用以沉積和在基板上形成各式各樣的不同材料。就這樣的實施例而言，第一電漿被用以將在基板之表面上所收集或雨落的原子加以沉積，而第二電漿被用以生成轟擊基板表面的離子。

在另一非互斥實施例中，基板表面上的表面電荷被二電漿控制以維持平衡。藉由利用一陽極以控制第二電漿相對於基板之電位，轟擊基板之離子的能量可被控制以維持平衡。

在又一實施例中，基板被用以作為相對於第二電漿的一穩定地面路徑。

在一具體的、但非互斥的實施例中，二電漿的調變被用以在基板上形成類鑽碳(DLC)層。一電漿被用以形成非晶碳層，而第二電漿被用以經由離子轟擊將非晶碳層轉變為一DLC。DLC膜由包含氫化非晶碳(a-C：H)和氫化四面體非晶碳(ta-C：H)和四面體非晶碳或「ta-C」之群組組成。

本申請將參考附隨圖示所示的一些本申請的非互斥實施例來詳細描述。在底下描述中，提出許多具體細節以提供本揭露容的全面理解。然而，對本領域的通常知識者顯而易見的是，本揭露內容的實施可以不需要這些具體細節的部份或全部。在其他情況下，已知的製程步驟及/或結構沒有被詳細描述，以免不必要地模糊本揭露內容。

參照圖1A，顯示在處理腔室12中能夠生成及調變二或更多電漿的沉積工具10的圖。如底下所詳述的，沉積工具10在處理基板時，具有生成二\可在時間上、空間上或兩者上進行調變之二種電漿的能力。

沉積工具10包括由腔牆14界定的處理腔室12、用以選擇性地生成第一電漿16A的第一電漿源16、用以在處理腔室12中選擇性地活化第二電漿20的RF源18、設置於第一電漿源16相鄰處且位於經活化的第二電漿20上方的網目22、用以將基板26固定在處理腔室12中的基板固持器24、設置在第二電漿20和基板26之間的中和阻擋層28、一陽極30、一雙向電源供應器32、一電漿排出部34及一控制器36。

界定處理腔室的腔牆14至少有部分是由非導電材料製成。在各種非互斥實施例中，非導電材料可以是陶瓷(例如(Al₂ O₃ )、石英、藍寶石或其他介電材料)。一給定沉積工具10的側牆14所用的確切材料取決於許多因素，包括與處理腔室12中使用的一或多個化學性質的相容性。所期望的還有在處理腔室12的大氣側上，在介電牆14和形成在工具10周圍的射頻地面屏蔽之間，建立或維持「氣隙」。此「氣隙」在處理腔室12周圍提供「低電容」。結果，設置之VHF接地回路係通過基板26而不是通過處理腔室12的牆14加以設置。由於對於幾乎任何用以商業生產的沉積工具10而言，基板26是最可靠的可重複表面，因此迫使VHF接地回路通過基板26提供了可預測性且幾乎完全消除了處理腔室12的牆14上形成之不同程度的偶然沉積材料所引起的變化。

第一電漿源16被配置為生成待沉積至基板26上的材料的第一電漿16A。在一非互斥實施例中，第一電漿源16是至少部分由待沉積至基板26上的材料製成的中空陰極放電(Hollow Cathode Discharge；HCD)裝置。例如，如果要沉積的材料是碳原子，則HCD裝置可以由諸如石墨的含碳材料製成。在另一個非互斥實施例中，第一電漿源16是由未沉積在基板26上但配置用以容納或接收待沉積材料的材料所製成的HCD裝置。例如，HCD裝置可以由鋁或摻雜的矽製成，但配置用以容納或以其他方式接收待沉積材料(例如，當待沉積者為碳時的石墨棒）。在又一個非互斥實施例中，第一電漿源16是配置用以將基板26上的待沉積材料之原子或其他粒子濺射出的磁控管。再次地，如果待沉積至基板26上的材料是碳原子，則第一電漿源16的磁控管實現方式將被配置成濺射出碳原子。在顯示的特定實施例中，第一電漿源16界定出多個單元或腔室。在每個單元或腔室內，生成第一電漿16A的區域。

連接到第一電漿源16的RF源18是用以選擇性地活化處理腔室內的第二電漿20。在各種實施例中，RF源是100MHz、13MHz、27MHz或任何其他合適在處理腔室12內生成第二電漿20的RF頻率。這樣的合適頻率可落在通常被認為是低、中或高的射頻頻率範圍內，且可從400kHz到5GHz。

當射頻源18被活化時，第二電漿20在處理腔室12內生成。在非互斥實施例中，第二電漿是電容耦合電漿(CCP)。在其他實施例中，電漿也可以是電感耦合電漿。

網目22設置在第一電漿源16的下方和第二電漿20的上方。網目22包括多個面向基板26的孔。在此配置下，網目22允許第一電漿16A生成的原子或其他粒子穿過網目22的孔。當這些原子或粒子離開網目22時，它們以相對低的能量「雨落（rain down）」且沉積在基板26上。另一方面，如底下更為詳細的描述，若被活化且被激發的第二電漿20，以及隨之的一定百分比的原子或粒子可能離子化並轟擊基板26。

基板固持器24設置在處理腔室12中。基板固持器24的目的是在腔室12內的處理過程中將基板26固定或夾持在適當的位置。在各種實施例中，基板固持器24可以利用靜電夾持力、機械夾持或其任意組合的方式來固定或夾持基板26。

例如，若基板固持器24是靜電夾具(Electrostatic Clamp；ESC)，則基板26僅為電容性接地，而不必是DC接地。由於與基板26接觸的ESC夾頭表面通常是絕緣體或半導體，因此基板26通常被認為是電性「浮動」的，意味著基板相對於第一電漿16A和第二電漿20係電容性接地(或稱主動偏壓)，但不是DC接地。

在使用主動偏壓的實施例中，偏壓可為廣範圍的。舉例來說，主動偏壓的範圍可以從負1kV到正1kV。應注意的是，主動偏壓的電壓值可以在大於或小於正/負1KV的範圍內。

在又一實施例中，基板固持器24還具有在處理期間控制基板26之溫度的能力。例如，在基板沉積期間，腔室12內的溫度升高並且可以在介於室溫或環境溫度至約300℃的範圍內。在這樣的環境中，基板固持器24通常運作以將基板26保持在低於300℃的溫度，例如低於100℃或200℃。應理解的是，上面列出的溫度僅是例示性的，並且不應解釋為在任何方面構成限制。處理腔室12內的操作範圍可比室溫或環境溫度高或低乃至約300℃，且因此，基板26可以保持在比上面列出的溫度較高或較低的溫度。這樣一來，非互斥實施例中的基板固持器24可備選地具有將基板的溫度控制在自20℃或20℃以下至300℃或300℃以上之任何溫度的能力。

中和阻擋層28設置在第二電漿20和基板26之間，其中，中和阻擋層28還包括多個面向基板26的孔。中和阻擋層28執行至少兩個功能。一個功能是在第二電漿20和基板26之間提供了物理屏障，實質上防止第二電漿20與基板26接觸。在某些非互斥實施例中，中和阻擋層28還用以幫助降低基板26上的能量通量。在這樣的實施例中，中和阻擋層28由能夠提供帶電粒子的材料製成。當帶電離子或單一極性的其他粒子穿過中和阻擋層28的孔時，它們傾向於吸引由中和阻擋層28供應的相反極性的帶電粒子。當離子或粒子穿過中和阻擋層28時，它們的電荷在轟擊基板26之前就被中和。因此，基板26表面上的能量通量可以經由中和阻擋層28而至少部分地加以控制或以其他方式降低。例如，如果電漿生成的粒子是正帶電離子時，則中和阻擋層28優選地由能夠承載電子的材料（例如石墨）製成。帶正電的離子在轟擊基板26前係因而被電子中和。

在非互斥實施例中呈環形的陽極30，在處理腔室12中係設置在基板26的附近或周圍並處於第二電漿20的位置之下。陽極30的功能是選擇性地施加正電壓至第二電漿20，使得第二電漿20和基板26之間存在電壓差。經由控制第二電漿20的電壓，離子化的原子或粒子的能階可以相對於基板26而被控制。在各種實施例中，視製程條件而定，由陽極30所施加至第二電漿20的電壓可為廣範圍的。例如，施加至陽極30的電壓可以在從約+30eV到約+1kV的範圍內的任何處調整。同樣地，此範圍僅是例示性的且施加至陽極30的實際電壓的大小可以更大或更小。當陽極30未被開啟時，電壓值處於或接近接地。

只要陽極30的表面積足夠大，第二電漿20的電壓，有時被稱為「人造電漿電位」或「邊界驅動電漿電位」，典型地比由陽極（陽極環）30施加的電壓稍大。例如，當陽極30的面積足夠大且陽極30施加+100V時，所得到的人造電漿電位被驅動至大於+100V的電位，例如約+110V。換句話說，電漿20的自然電位或人造電位高於和所提供電漿接觸的陽極30的任何表面的最高電壓，只要該表面「足夠大」。

儘管圖中描繪的陽極30是環形的，應理解的是，陽極30可具有各式各樣的不同形狀。不管所使用的形狀如何，陽極的表面積相對於基板26而言係較佳為「足夠大」。儘管足夠大的定義可因情況而異，通常來說，陽極30的表面積應大致相同或更大於基板26的表面積。也就是說，陽極30的表面積相同於或更大於基板26的表面積不是絕對要件。相反地，陽極30的表面積可小於基板26。基板26和陽極30的相對表面積至少部分取決於電漿20的「人造電位」或「邊界驅動電位」所被需要或期望的程度。

電源供應器32是設置以選擇地供應電力至第一電漿源16。在非互斥性實施例中，電源供應器是能夠供應高達+/-700eV或更多的電壓至第一電漿源16的一個脈衝的直流DC雙向(+/-)電源供應器。在非互斥實施例中，電源供應器32是Matsusada AMPS-0.6B2000型的電源供應器。應理解的是，其他電源供應器也可被使用。

電漿排出部34設置在腔室12的底部或底部附近，且被設置成從處理腔室12排出或以其他方式移除電漿和其他氣體及/或材料。在非互斥實施例中，電漿排出部34仰賴真空從腔室12中抽出電漿、氣體及/或其他材料。

控制器36用於在沉積前、中、後控制工具10的操作和製程條件。尤其，控制器36設置以透過操作各種元件來管理和控制沉積工具10的整體操作，此等元件包括但不限於第一電漿源16、RF源18、包含對基板26所施加之任何偏壓及/或控制基板26之溫度的基板固持器24、用以控制第二電漿之電壓的陽極30、耦合到第一電漿源16的電源供應器32和電漿排出部34。

控制器36通常包括一或更多用以儲存系統控制軟體或程式碼的非暫態的電腦可讀取媒體元件以及一或更多用以執行該程式碼的處理器。術語「非暫態的電腦可讀取媒體元件」通常用以指稱諸如主記憶體、次記憶體、可移除儲存器之類的媒體以及諸如硬碟、快閃記憶體、磁碟驅動記憶體、CD-ROM之類的儲存元件和其他形式的持久性記憶體，但非諸如載波或信號之類的過渡性標的物。處理器可涵蓋一CPU或計算機、多數的CPU或計算機、類比及/或數位的輸入/輸出連接、電動機控制器板等。

在某些實施例中，運行或執行系統軟體或程式碼的控制器36控制工具10之全部或至少大部分的活動，包括諸如控制RF產生器18之處理運作的時序、頻率和運作功率、處理腔室12內的壓力、進入處理腔室12之任何氣體的流速、濃度和溫度及和它們相關的混合、由基板固持器24所支撐的基板26的溫度等等。

控制器36還可包括使用者界面(未示出)。使用者界面可包括顯示螢幕、指示工具10之操作參數及/或製程條件的圖形化軟體顯示器、以及諸如指向元件、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等之類的允許人類操作者和工具10互動的使用者輸入裝置。

在控制器36和工具10之上面所列各種元件之間所傳遞的資訊可以信號形式表現，例如電子、電磁、光學或其他能夠經由任何通信線路而被發送及/或接收的信號，該通信線路承載信號且可使用電線或電纜、光纖、電話線、蜂巢式電話線路、射頻線路及/或其他通信通道來實現。電漿調變

在控制器36控制下的工具10能夠時間性、空間性、或時間性和空間性一起地調變第一電漿16A及第二電漿20。

參考圖1B和圖1C，顯示第一電漿16A和第二電漿20的時間性調變的圖。藉由脈衝開啟二電漿之一者但脈衝關斷另一電漿，將二電漿16A和20加以時間性調變。底下的討論中，第一模式被定義為當第一電漿16A被活化而第二電漿20被去活化。第二模式被定義為第一模式的互補模式，意味著第二電漿20被活化而第一電漿16A被去活化。

在第一模式中，如圖1B所示，控制器36操作以(a)引導電源供應器32向第一電漿源16施加負電壓，(b)關閉RF源18，及(c)將陽極30接地。結果，第一電漿16A在第一電漿源16的單元內被活化，而第二電漿20被去活化。在此第一組條件下，由第一電漿源16生成的粒子或原子「A」穿過網目22的孔落下並「雨落」和沉積在基板26上。

在第二模式中，如圖1C所示，控制器36操作以(a)引導電源供應器32向第一電漿源16施加零電壓，(b)開啟RF源18及(c)活化陽極30。結果，第一電漿16A被去活化，而第二電漿20被活化且相對於基板26保持在陽極30的正電壓下。在此第二組條件下，先前由第一電漿16A生成並穿過網目孔22之一特定百分比的粒子或原子被電漿解離為「I」且具有相同於陽極30的電壓的能階。因此，帶正電離子加速並轟擊維持在接地或一偏壓的基板26。

時間調變因而涉及將往晶圓上的原子A的噴出(熱)通量與往基板26上的高能離子(100eV C+)時間上交替。在各種實施例中，可以用下列方式之一於時間上調變二電漿16A和20:(a)以離散的、不重疊的脈衝交替第一電漿16A和第二電漿20的活化；或者(b)以部分重疊的脈衝交替第一電漿16A和第二電漿20的活化。在脈衝不重疊的範圍內，二電漿係被時間性調變。

當二電漿16A和20同時被活化時發生空間性調變。在二電漿被活化的情況下，往晶圓上的原子A的噴出(熱)通量與往基板上的高能離子(100eV C+)同時發生。換句話說，基板26表面的某些離散部分接收原子的熱流入量，且基板表面的某些離散部分同時地被離子轟擊。因此，在二電漿16A、20同時被活化的範圍內，在部分重疊脈衝期間或連續地，空間性調變正在發生。

圖1D及1E分別顯示源自一第一電漿源所生成之電子在第一模式及第二模式中的行為。

在第一電漿源16的中空陰極內，自由電子沿多個方向行進。如箭頭70所示，實質上水平行進的電子將撞擊第一電漿源16內部的表面。結果，這些電子將不通過網目22的孔22A。另一方面，如垂直箭頭72所示，沿著幾乎垂直於孔22A的方向行進的電子將穿過網目22並朝著基板26行進。這些「逃逸」電子的行為依操作模式而有所不同。

在第一模式中，第二電漿20不被活化。由於基板26是接地的或被施加偏壓的，因此電子將朝向基板行進。另一方面，在第二模式中，帶正電的電漿20被活化且其鞘層至少部分地擴展到第一電漿源16所佔據的區域中。結果，逸出的電子「彈道化（go ballistic）」，意味著電漿20的正電壓造成電子以與在沒有鞘層的影響下所發生相比更高的速度向基板26加速。調變示例

參照圖2A，顯示二電漿16A、20於一段時間內之個別脈衝下之時間性調變的時序圖40。

在圖中，數個電壓值被繪製在垂直軸上，包括從上到下的(a)被施加至陽極30用以控制第二電漿20之電壓的正電壓、(b)在第二模式操作期間被選擇性地施加至第一電漿源16的負偏壓電位、以及(c)在第一模式操作期間被電源供應器32施加至第一電漿源16的負電壓。時間係沿著水平軸繪製。如下所述，數個用以活化二電漿16A和20之定時、不重疊的脈衝沿著水平軸依時間順序發生。

最初，在參照數字42指示的時間區段內，第二電漿20係經由活化RF源18而開啟及「預熱」。預熱期間讓RF源18(由振盪波44指示)及所產生的第二電漿20穩定。

接著，在時間脈衝46內，第一電漿源16經由開啟電源32而活化。結果是，生成第一電漿16A並給予其時間穩定。在此期間，第一電漿16A和第二電漿20兩者被活化足夠的時間以達穩定。

在時間區段48內，第一電漿16A及第二電漿20兩者在穩定後被關斷一短暫時間(例如15微秒)。第一電漿16A經由關閉電源供應器32而去活化，而RF源18係被關斷以將第二電漿20去活化。調變的順序現在準備開始。

從時間脈衝50開始，第一電漿16A係藉由電源供應器32脈衝開啟（模式1）該脈衝的持續時間，而RF源18保持關斷。隨著第一電漿16A的活化，生成低能量之均質化的熱粒子或原子。這些粒子或原子中的一些穿過網目22並進入處理腔室12的主腔、掉落或雨落到基板26上。當時間脈衝50到期時，電源供應器32使第一電漿16A去活化。

在時間區段52，重新開啟RF功率源18並給其時間(例如15微秒)穩定。時間區段52應足夠長以使第二電漿20穩定並成為電容性耦合。在100MHz時，穩定和耦合相對快，通常發生在1到10微秒的範圍內。

從時間脈衝54開始，第二電漿20因應RF功率源18而被活化(模式2)。當被活化時，來自第一電漿源16穿過網目22之一定百分比的粒子或原子在第二電漿20中變成離子化且具有藉著(a)由陽極30確定之電漿20的電壓和(b)接地或於一偏壓之基板26的電壓之間的電壓差量得的高能量。當時間脈衝54到期時，將RF源關閉且將電漿20去活化。

時間脈衝56在很大程度上與時間脈衝54重疊。在時間脈衝56期間，電源供應器32向第一電漿源16提供負電壓。在該脈衝期間(模式2)被施加至第一電漿源16的負電壓的大小通常小於時間脈衝50(模式1)的電壓大小。在此時間脈衝56中，第一電漿源16生成原子或粒子，儘管其速率低於時間脈衝50中的原子或粒子的速率。此外，也生成了「彈道化」電子。在此時間脈衝56期間生成的原子的一定百分比在電漿20中被離子化。當這些離子轟擊基板26時，正的表面電荷累積。然而，彈道化電子具有抵消正電荷累積的作用，有助於中和基板26上的表面電荷。

時間脈衝50、時間區段52和時間脈衝54、56的順序可以無限地重複。在每個循環中，(a)粒子或原子在第一電漿16A中生成並沉積在基板26上且(b)第二電漿將原子或粒子離子化，造成基板的轟擊。

時間脈衝50、54、56的持續時間以及脈衝之間的時間區段52可廣泛地變化。在一個特定但非互斥的實施例中，時間脈衝50的範圍為70至90微秒，時間區段52約(15微秒)，且時間脈衝54、56的範圍為90至95微秒。應當理解的是，這些時間值是例示性的且不應被解釋為限制性的。相反地，時間脈衝50、時間區段52、時間脈衝54和56的持續時間可各自廣泛變動並取決於數個因素，例如對於給定的沉積層製程而言，所沉積的一或多數膜、沉積原子或粒子於基板26上的期望持續時間、轟擊基板26的期望持續時間，二電漿16A和20達穩定所需時間區段及/或第二電漿源達到人造電位或邊界驅動電位的時間。這些只是可用以決定各種脈衝的時間值以及脈衝之間的時間區段的因素中的一些。因此，在備選實施例中，時間脈衝50可廣泛變化而具有比這裡提出示例中的持續時間更長或更短的時間寬度。

在圖2A提出的實施例中，時間脈衝50及54是離散且不重疊的。時間脈衝50及54也可被配置成重疊或連續。

參照圖2B，顯示用以活化第一電漿16A和第二電漿20之重疊脈衝的實施例。從此時序圖中顯而易見的，電源供應器32和RF源18大約在同一時間重複脈衝。結果，時間脈衝50和56實質上重疊。

參照圖2C，顯示連續時間脈衝50和54的實施例。如在此時序圖中顯而易見的，在二電漿16A、20穩定後，電源供應器32和RF源18連續地脈衝開啟。結果，時間脈衝50和56在第一電漿16A和第二電漿20被活化時係連續的。

如圖2A所示，第一電漿16A相對於第二電漿20的離散脈衝造成二電漿相對於彼此的時間調變。如前所述，這造成將往晶圓上之原子A的噴出(熱)通量與往基板26上的高能離子(100eV C+)時間上交替。

當第一電漿16A和第二電漿20兩者係藉由重疊脈衝或連續脈衝而同時活化時，二電漿係空間性調變。換句話說，基板26表面的某些離散部分接收原子的熱流入量，而同時基板表面的某些離散部分受到離子轟擊。

因此，上述過程提供了用以前不可能的方式選擇性地和可控制地(1)選擇待沉積的物質和(2)調節沉積工具10之處理腔室12內的離子分佈的能力。類鑽碳層的形成

如前所述，類鑽碳或「DLC」是一類非晶態的碳材料，其表現出如鑽石般的特性，包括極高的硬度、耐磨性和「光滑性」。常見的DLC材料包括氫化非晶碳(a-C：H)和氫化四面體非晶碳(ta-C：H)和四面體非晶碳或「ta-C」，它是此群組中最硬、最耐磨和最光滑的。

DLC材料的使用在許多應用中是被期望的，例如在半導體晶圓製造中用以形成硬遮罩。硬遮罩較佳被使用在半導體工業中作為蝕刻遮罩，以取代諸如高分子光阻的其他「軟的」有機材料。使用電漿蝕刻中所用的通常蝕刻劑氣體，例如氟，氯等，「軟的」高分子遮罩易遭受降解。結果，半導體晶圓上的蝕刻特徵部較不精確。另一方面，非晶碳DLC遮罩，例如ta-C，係顯著更穩定，具有非常低但可預測的蝕刻速率。因此，相比於高分子樹脂，當Ta-C硬遮罩暴露於氟和/或氯的蝕刻化學性時，具有顯著較低的降解，造成更精確的蝕刻、更精細的幾何形狀以及更少的處理缺陷。

上述電漿調變技術可以利用現有的PECVD工具以微小變更或不變更而實施。結果，這樣的PECVD工具可用以沉積並形成在半導體晶圓上被用來作為硬遮罩的DLC層，其生產量足以支持大尺寸的工業生產。

參照圖3，顯示能夠沉積諸如ta-C之類的DLC層的沉積工具60的圖。沉積工具60包括由腔牆14界定的處理腔室12、用於生成第一電漿16A的第一電漿源62、用以在處理腔室12內選擇性地活化第二電漿20的RF源18、設置在第一電漿源16下方及第二電漿源12上方的網目22、用以將基板26固定在處理腔室12中的基板固持器24、設置在第二電漿20和基板26之間的中和阻擋層28、一陽極30、一電源供應器32、一電漿排出部34及一控制器36(未示出)。上面所列出的具有相同於前面提到的元件符號的元件本質上是相同的，並且為了簡潔起見在此不再贅述。此外，沉積工具60包括先前未描述的數個附加元件和特徵。

第一電漿源62是用以生成碳原子的中空陰極。在非互斥實施例中，中空陰極由非含碳材料製成，例如鋁或摻雜的矽。為了生成所需碳原子，中空陰極被配置為接收含碳材料。在所示的特定實施例中，這是經由將石墨棒64引入第一電漿源62之中空陰極內所界定的個別單元中來實現的。

當碳的第一電漿16A待生成時，開始下列順序： (a)第一電漿源的單元充滿諸如氦氣或氬氣的點燃氣體； (b)電源供應器32施加負電壓(例如-400eV)至第一電漿源62。結果，在各個單元中生成點燃氣體的電漿；及 (c)以電壓源65提供的DC電壓施加偏壓的石墨棒64被***各個單元內的電漿中。在不同的實施例中，石墨棒64可以是負偏壓的或正偏壓的。在負偏壓操作中，石墨被第一電漿源16或HCD內生成的離子濺射。在正偏壓操作中，自+100至+500伏特之範圍內的電壓被施加至石墨棒。在此範圍內，HCD中的電子轟擊石墨棒64。由此產生的高電子電流使石墨棒64加熱到碳昇華開始的溫度(例如＞2000^o C；大氣中的石墨昇華在＞4000^o C且這個值在真空中大大地降為2000^o C或更低)。一旦碳原子生成經由昇華達到穩定狀態，點燃氣體的源頭就中斷，最終完全關閉。最終結果是均質的、熱的碳原子之實質純淨電漿。應注意的是，石墨棒64僅僅是可被使用的碳源的一個類型。

所得到的碳原子之後穿過網目22並進入第二電漿20所佔據的區域。在非互斥實施例中，網目22是具有透明性的德拜出口板，其透明性由具有明顯大於第一電漿16A之德拜(Debye)長度的直徑的孔界定。在這配置下，第一電漿16A界定了高度均勻的碳原子的來源。當這些原子離開超級德拜(super-Debye)板時，一定程度的碳原子被熱化。離開網目的被高度熱化的C原子「濃霧(soup)」讓非晶碳層更均勻地沉積到基板26的表面上，等待著透過高能碳離子的次植入轉變為ta-C。

在非互斥實施例中，第二電漿20是高頻(例如100MHz)的電容耦合電漿。在較高頻率例如100MHZ左右的頻率下，第二電漿20的存在不論在100Mhz-ccp的餘輝後或100Mhz-ccp穩定後的幾微秒，都有助於第一電漿源16中第一電漿16A的點燃。

藉著圖3所示的工具60的配置，基板26有效地提供關於RF源18之高度穩定且可靠的RF接地回路路徑。第一電漿源62(或HCD)以100MHz的頻率耦接到RF源18。HCD之位於處理腔室12內的部分保持真空，而外側部分係在大氣中。由於處理腔室12的牆14由介電材料製成，100MHz的射頻輻射穿過，但被接地屏蔽66阻擋。表示為68的雜散電容是處理腔室12相對於由接地屏蔽66所定義的「實際接地」的電容。由於大氣(例如空氣)具有低介電常數，因此電容68通常非常小。結果，在100MHz之RF的HCD看見相對於接地屏蔽66之非常高的阻抗。另一方面，依所使用的夾頭類型而定，基板26係處於直流接地或電抗接地。無論哪種方式，基板26和基板固持器24提供穩定的接地回路路徑。因此，以基板26用作VHF接地回路提供高度可靠且可重複的回路路徑。

第一電漿16A和第二電漿20的調變係用以生成DLC層，例如ta-C。

在第一模式中，碳電漿係藉由第一電漿源62以上述方式生成。結果，生成均質的、低或熱能的、非晶的碳原子。當這些非晶碳原子穿過網目22時，它們雨落並沉積在基板26上，形成主要具有sp2鍵的非晶碳層。

在第二模式中，第二電漿20係經由開啟RF電源18來活化。RF電源使處理腔室12中一定百分比的碳原子在非常快的一段時間(例如約10微秒)內離子化。結果，在基板26的上方建立包含碳離子的電漿鞘層。

陽極30施加正電壓至電漿20，這使碳離子相對於基板26帶正電，基板26係保持接地或選擇性偏壓。結果，這些單能碳離子加速朝向基板26並轟擊基板26。

陽極30為基板26表面相關的電漿20的電位或電壓控制提供了獨特角色。例如，陽極30可以在很短的一段時間，從1到10微秒的範圍且通常在1或2微秒內，將自然電漿電位提升到邊界驅動電漿電位。當邊界驅動電漿電位被建立時，形成強的電漿鞘層，且碳離子具有的能量比在自然電漿電位下產生的能量更多。當正的碳離子轟擊基板26的表面時，其浮動表面電壓可能向上漂移，意味著邊界驅動電漿電位下降。但經由增加陽極30的電位，可增加邊界驅動電漿電位。此外，第一電漿16A可被微弱地開啟，造成擊打基板表面的電子注入。結果，基板26上的電荷可被進一步控制，這又意味著離子轟擊的持續時間可被延長。此方法不同於將基板26的電位降低以增加電漿電位的正常情況。

藉由單能碳離子轟擊非晶碳層造成sp3鍵藉由已知為次植入的過程而自發形成。sp3鍵依次造成非晶碳層轉變為類鑽ta-C層。因此，實現在基板26上的ta-C層係經由：(a)由純碳源形成非晶碳層於基板26上以及(b)控制碳離子的轟擊能量來實現。

用以生成碳原子的第一電漿和用以使碳原子離子化的第二電漿可以於時間上、空間上或兩者上進行調變。這可經由以(a)離散時間間隔(b)重疊的時間間隔或(c)兩者連續之方式實施上述兩個模式來實現。特別是：

圖4A顯示第一電漿和第二電漿在離散的、不重疊的時間脈衝50和重疊的時間脈衝54/56二者中的活化。在時間脈衝50期間，電源供應器32提供-700eV的負電壓至第一電漿源16。結果，生成熱能的非晶碳原子。因重疊的時間脈衝54和56，(a)射頻源18被開啟，活化第二電漿，(b)陽極30將第二電漿20充電達120eV，及(c)電源供應器32施加-200eV的負電壓至第一電漿源16。

當第一電漿源16被啟動時，產生了非晶碳原子的來源。這些碳原子雨落並在基板26上形成非晶層。當第二電漿20被活化時，一定百分比的非晶碳原子離子化。離子化的碳離子轟擊基板，造成藉由次植入之sp3鍵的自發形成。未離子化的碳原子繼續沉積在基板26的表面上，增加至非晶碳層。

上述二電漿之時間性調變定義出形成ta-C之二步驟製程： (1)非晶碳層於基板表面上的沉積；及 (2)非晶碳層經由離子轟擊轉變為ta-C。

在ta-C的轉變期間，帶正電離子的轟擊產生正電荷的堆積和離子能量分佈函數(Ion Energy Distribution function；IEDf)的放寬，這可能會妨礙ta-C的轉變。為了抵消這種堆積，使用了二電漿的調變。經由將第一電漿與第二電漿重疊(時間脈衝54、56)，不僅生成了非晶碳原子，且彈道化電子如上關於圖1E所描述的那樣衝向基板26的表面。這些電子或多或少地中和了離子轟擊在基板26的二維表面上所引起的正電荷堆積。結果，電荷堆積可被減少或依其他方式被控制。類似地，二電漿16A和20的連續活化也可被用來控制基板26表面上的電荷堆積。

該二步驟製程不同於原子層沉積法，因為二步驟的每個步驟的時間非常短，通常小於100微秒，且離子轉變率比較小(小於0.01％)。

圖4B顯示第一電漿和第二電漿於重疊脈衝下的活化。

圖4C顯示連續之第一電漿和第二電漿活化。

在圖4B和圖4C的兩個實施例中，ta-C的轉變發生方式實質上相同於上述二步驟製程。換言之，當第一電漿16被活化時，(a)非晶碳原子被生成且沉積在基板26的表面上，且(b)電子被生成以作為表面電荷控制之用。當第二電漿20被活化時，一定百分比的碳原子離子化並轟擊基板，造成ta-Ca的轉變。在圖4B中，時間脈衝54和56重疊。在圖4C中，時間脈衝54和56是連續的。

因此，上述製程提供了能力：選擇性地和可控制地(1)沉積非晶碳於基板上和(2)調節處理腔室12內的離子分佈和(3)以過往被認為不可能的方式控制表面電荷堆積。經由於時間上控制二電漿的活化，在橫跨整個晶圓表面的二維度內的非晶碳層的沉積、離子植入和表面電荷可獲得空間性控制。結果，以經由次植入之sp3鍵的自發形成，非晶碳層可被轉變為DLC。

由於上述製程可在慣用的PECVD工具中進行，它可被立即地擴展為用於某些類型基板，例如半導體晶片、平板顯示器及/或光伏裝置的工業生產。 ta-C轉變

在第一電漿16A的活化期間，碳原子被沉積在基板26的表面上，形成非常薄的非晶碳原子單碳層(「C」)，其厚度可能僅為2-3個原子。當第二電漿20被活化時，約100eV的碳離子(「+C」)具有足夠的能量貫穿到基板26表面上的頂部非晶、單碳層的下方。當碳離子C+貫穿時，它們由於碰撞而開始失去能量。在不到一皮秒的級數內，C+離子由於碰撞(亦即，可能在2至5次之間的碰撞)而損失了足夠的能量，而到達更低的能階，可能僅有幾個eV。這時，碳原子和碳離子C+之間形成了sp3鍵。換言之，碳離子C+變成「被籠罩」進亞穩態，造成sp3鍵的形成。

以上的轉變製程可用一例來說明。考慮下列情況：(1)將大約-150V施加至HCD以生成碳原子，及(2)將+100V施加至陽極環30。結果，邊界驅動電漿電位大約為100V。一開始，形成100V的電漿20的鞘層且離子開始以大約100eV的能量轟擊表面。隨著帶有約-150eV的電子同時注入到基板26上，入射電子將開始抵銷經由正C離子轟擊的荷正電（positive charging）。現在，如果電子通量(不是單一能量而是有著分佈的IEDf，其峰值能量在〜150eV附近)高於正C離子通量，則Vf(基板表面浮置電位)可能實際上往負向下漂移。現在，依IEDf的確切功能形式而定，最終的Vf可能是例如-100V。由於陽極30保持在+100V，造成200V的動態平衡鞘層且大約200eV之連續+離子能量正撞擊基板26的表面，在相等數量的電子撞擊該表面之情況下，維持了動態平衡。此時，陽極30的電壓可被調節至+50V以維持動態平衡並將邊界驅動電漿電位復歸至大約+50V。這造成大約+150V的動態平衡鞘層。因此，經由動態地調整陽極的電壓，離子和電子的表面平衡可以因應製程條件的改變而獲得維持和控制。結果，二電漿16A和20可被連續地和同時地活化。

在替代的實施例中，基板26的表面平衡可經由二電漿16A和20的時間調變來達成。脈衝時序

脈衝寬度是54和56且被指定用於控制Vf向上漂移，其被定義為C+離子轟擊造成的基板26表面的向上漂移。一實施例中，如果可以在時間脈衝54和56的周期中消除Vf漂移，則可在如圖4C所示的連續模式下執行「ta-C轉變」操作。當不在連續的ta-C轉變模式下操作時，時間脈衝54和56的寬度範圍可以很廣。

時間脈衝54和56之間的起始時間差也很關鍵。當時間脈衝54係脈衝開啟時，第二電漿20的電位增加到高於陽極30的電壓的人造電位或邊界驅動電位。安全裕度是將花費約一微秒的時間來安定人造或邊界驅動電位。因此，經由在脈衝56之前大約5至15微秒啟動時間脈衝54，提供了比適當更多的時間使電漿20在其人造或邊界驅動電位處穩定。超過十(10)到十五(15)微秒，Vf可能會由於離子轟擊基板26的表面而開始向上漂移。帶著這份考慮，時間脈衝54和56之間的時間間隔較佳為5到10微秒左右且應該不超過15微秒。此外，經由防止Vf漂移過大，碳離子C+的能量保持在所需的能階。如果Vf漂移太高，則處於人造電位或邊界驅動電位下的電漿20與基板26之間的電壓差減小，造成具有較少的轟擊能量的碳離子C+。附帶的基板表面電荷控制

在某些非互斥實施例中，中和阻擋層28也可以用以控制基板26上的表面電荷。經由以含電子的材料（例如帶孔的石墨板）來製作中和阻擋層28，有效的電子被吸引到這些轟擊基板26時通過的帶正電離子。結果，離子的電荷變得有點中和，且基板26表面上的能量通量可被減少。中和阻擋層及彈道化電子的使用，可以一起也可以分開，以控制基板表面上的能量通量。大尺寸半導體晶圓製造

在慣用的PECVD工具中形成DLC層（諸如ta-C）的能力開啟了半導體晶圓之大規模工業生產的可能性。

參照圖5，顯示半導體晶圓之大規模、工業的製造過程中利用DLC層作為硬遮罩的流程圖80。

在初始步驟82中，形成任何要被圖案化及/或摻雜入半導體晶圓上的層。這樣的層可以包括但不限於矽層、多晶矽層、諸如鋁、銅、鎢等的金屬層、絕緣層及氧化物層等。

在步驟84中，DLC硬遮罩層形成於這裡所述的半導體晶圓上。此DLC層可以是任何前面提到的類鑽材料，包含ta-C。

在步驟86中，DLC硬遮罩層經圖案化以暴露特定區域並覆蓋其他區域。

在步驟88中，半導體晶圓上的暴露區域係被蝕刻、摻雜或兩者兼施。半導體晶圓之仍然被DLC層覆蓋的區域係保持著受保護的且未被蝕刻的及/或被摻雜的。

在判斷步驟90中，判斷是否需要在半導體晶圓上形成、蝕刻及/或摻雜額外的層。如果是，之後重複操作82-88。如果不是，則該製程完成，但晶圓通常將經歷其他製程步驟直到製造完成，就如半導體技術領域中所已知者。

再次地，由於DLC層可以在慣用的PECVD工具中形成及/或圖案化，上述製程可以大的工業規模加以實施。

應理解的是，儘管這裡所述的實施例大部分與沈積工具有關，但這絕不解釋為限制性的。相反地，無關乎工件的類型或工件的處理方式，這裡所述的標的可以與任何類型的工件處理工具一起使用，包括電漿蝕刻工具。

應理解的是，這裡所提出的實施例僅僅為例示性且不應被解釋成在各方面構成限制。儘管只有一些實施例已被具體地描述，應理解的是本申請可在不超出這裡所提出的揭示內容的精神或範圍內以許多其他形式實施。因此，所提出的實施例應該被解釋為說明性的且非限制性的以及不被這裡提出的細節所限制，而是可在後附的請求項的範圍及等效範圍內進行變更。

10:沉積工具 12:處理腔室 14:牆 16:第一電漿源 16A:第一電漿 18:RF源 20:第二電漿 22:網目 22A:孔 24:基板固持器 26:基板 28:中和阻擋層 30:陽極 32:電源供應器 34:電漿排出部 36:控制器 40:時序圖 42:參照數字 44:振盪波 46:時間脈衝 48:時間區段 50:脈衝 52:時間區段 54:時間脈衝 56:脈衝 60:沉積工具 62:第一電漿源 64:石墨棒 65:電壓源 66:接地屏蔽 68:雜散電容 70:箭頭 72:垂直箭頭 80:流程圖 82:初始步驟 84:步驟 86:步驟 88:步驟 90:判斷步驟

本申請及其優點可在附隨圖式結合於底下描述的參照下被最佳地理解，其中：

圖1A至圖1C是依據本發明一非互斥實施例之在處理腔室內能夠於時間上、空間上或兩者上生成及調變二或更多電漿的一沉積工具的圖示。

圖1D及圖1E顯示依據本發明一非互斥實施例之源自一第一電漿源所生成之電子的行為。

圖2A至圖2C顯示依據本發明一非互斥實施例之一處理腔室內之二電漿的調變的時序圖。

圖3是依據本發明另一非互斥實施例之在處理腔室內能夠生成及調變二或更多電漿的另一沉積工具的圖示。

圖4A至圖4C是顯示依據本發明非互斥實施例之用以時間性及/或空間性調變圖3之沉積工具所生成之二電漿的各種實施例的圖示。

圖5是顯示藉由以依據本發明之沉積工具所形成之類鑽碳遮罩製造半導體晶圓的一流程圖的圖示。

圖式中，相同的參照數字有時用來指定相同的結構元件。應理解的是圖中的描繪是示意性的且不必然按比例繪製。

10:沉積工具

12:處理腔室

14:腔牆

16:第一電漿源

16A:第一電漿

18:RF源

20:第二電漿

22:網目

24:基板固持器

26:基板

28:中和阻擋層

30:陽極

32:電源供應器

34:電漿排出部

36:控制器

Claims

一種沉積工具，包含：一處理腔室；一基板固持器，用以在該處理腔室內固定一基板；一第一電漿源，被配置以在該處理腔室內生成一第一電漿；一第二電漿源，被配置以在該處理腔室內生成一第二電漿；及一控制器，被配置以在該處理腔室內將該第一電漿及該第二電漿的活化於時間上或空間上相對於彼此而調變。
如請求項1之沉積工具，其中，該控制器被配置以經由選擇性控制該第一電漿及該第二電漿係相對彼此於何時活化，於時間上調變該第一電漿及該第二電漿，該第一電漿造成待沉積至該基板上之一材料的原子的生成，且該第二電漿造成轟擊該基板之該材料的離子。
如請求項2之沉積工具，其中，該控制器以下列至少一方式於時間上調變該第一電漿及該第二電漿； (a)在離散、非重疊的脈衝中交替該第一電漿及該第二電漿的活化；或 (b)在部分重疊的脈衝中交替該第一電漿及該第二電漿的活化，其中該時間上的調變發生於該部分重疊的脈衝之非重疊部分的期間。
如請求項1之沉積工具，其中，該第一電漿及該第二電漿的該空間上的調變造成跨越該基板之表面的離散部分之該第一電漿所生成的原子與該第二電漿所生成的離子的轟擊之空間上的調變。
如請求項1之沉積工具，其中，該第一電漿被配置以生成沉積至該基板上的低能量原子而該第二電漿被配置以生成轟擊該基板之表面的高能量離子。
如請求項1之沉積工具，其中，該第一電漿係經由下列其中之一生成的： (a)一中空陰極，其係至少部分由待沉積至該處理腔室內該基板上的一材料所製成； (b)一中空陰極，其係配置以含有或接收待沉積至該處理腔室內該基板上之一材料；或 (c)一磁控管，其係配置以生成待沉積至該處理腔室內該基板上之一材料之粒子。
如請求項1之沉積工具，更包含：一網目，其包括位於該處理腔室內該第一電漿源附近之複數孔，該複數孔面向該處理腔室內之該基板且允許由該第一電漿源生成之原子自該第一電漿到達該基板。
如請求項7之沉積工具，其中，該網目更被配置以至少部分阻擋在該第一電漿中存在之電子轟擊該基板。
如請求項1之沉積工具，其中，該基板係接地或相對於該第一電漿及該第二電漿被施加偏壓。
如請求項1之沉積工具，更包含：一陽極，其在該第二電漿相對該基板被活化時，用以選擇性地及動態地控制該第二電漿之電壓，俾維持該基板上表面電荷的平衡。
如請求項1之沉積工具，更包含：一負電力源，用以於該第一電漿相對於該基板被活化時，選擇性地施加一負電壓至該第一電漿。
如請求項11之沉積工具，其中，該負電壓係介於-100 eV至-200 eV的範圍。
如請求項1之沉積工具，其中，該第二電漿係電容耦合電漿(CCP)。
如請求項1之沉積工具，其中，該第二電漿源包含一射頻功率源，用以活化該第二電漿。
如請求項14之沉積工具，其中，該射頻功率源係下列其中之一： (a)約100MHz； (b)約27MHz； (c)13.56MHz;或 (e)介於400KHz至5.0GHz之間。
如請求項1之沉積工具，其中，該處理腔室係至少部分由非導電材料製成。
如請求項16之沉積工具，其中，該非導電材料係選自於包含陶瓷、石英或其他介電材料之群組。
如請求項1之沉積工具，更包含：一RF回路，其耦合於該基板及用以生成該第二電漿之RF源之間，其中該RF回路在該處理腔室周圍有效地界定一接地屏蔽。
如請求項1之沉積工具，更包含：一阻擋層，被設置於該第二電漿及該基板之間，該阻擋層實質上防止該第二電漿接觸該基板。
如請求項1之沉積工具，更包含：一中和元件，被設置於該基板及該第二電漿之間，該中和元件用以藉由在離子轟擊該基板之前使電子能和離子結合來降低該基板上的能量通量。
如請求項1之沉積工具，其中，該材料係碳且待沉積至該基板上的原子係被轉變成具有sp3鍵之非晶碳層的非晶碳原子。
一種沉積工具，包含：一處理腔室；一基板固持器，用以在該處理腔室內固定一基板；一第一碳電漿源，用以在該處理腔室內生成一第一碳電漿，該第一碳電漿被配置以生成沉積在該基板之一表面上之具有低能量的碳原子；及一第二電漿，被配置以離子化該等碳原子，該碳離子轟擊該基板的該表面；其中，該等碳離子之轟擊將已沉積的碳原子轉變為該基板之該表面上的一類鑽碳(DLC)膜。
如請求項22之沉積工具，其中，形成在該基板之該表面上的該類鑽碳膜經由轟擊該基板之該表面的離子化之碳粒子所造成之sp3鍵之形成而發生。
如請求項22之沉積工具，其中，該類鑽碳膜由包含氫化非晶碳(a-C：H)和氫化四面體非晶碳(ta-C：H)和四面體非晶碳或「ta-C」之群組組成。
如請求項22之沉積工具，其中該碳離子係單能量的，具有相對於該基板之範圍自100eV至500eV的能階。
如請求項22之沉積工具，更包含：一控制器，被配置以在該處理腔室內於時間上調變該第一碳電漿及該第二電漿。
如請求項26之沉積工具，其中，該控制器經由於離散的、非重疊的脈衝中交替該第一碳電漿及第二電漿的活化而於時間上調變該第一碳電漿及該第二電漿。
如請求項26之沉積工具，其中，該控制器經由分別於部分重疊脈衝中的非重疊部分期間之該第一碳電漿及第二電漿的活化而於時間上調變該第一碳電漿及該第二電漿。
如請求項26之沉積工具，其中，該控制器於空間上調變該第一碳電漿及該第二電漿，以於該DLC膜形成於該基板之該表面上時連續地活化該第一碳電漿及該第二電漿。
如請求項26之沉積工具，其中，該控制器調變該第一碳電漿及該第二電漿以維持及控制該基板之該表面上的表面電荷的平衡。
如請求項30之沉積工具，其中，該控制器係藉由控制撞擊該基板之該表面之電子的能量而控制該基板之該表面上的表面電荷，該等電子抵銷因碳離子之轟擊而收集於該基板之該表面上的正電荷。
如請求項31之沉積工具，其中，該控制器致使該等電子經由活化該第一電漿而生成。
如請求項22之沉積工具，其中，該第一電漿及該第二電漿之空間上調變，跨越該基板之該表面上的離散位置分別地造成碳原子與碳離子的轟擊之空間上調變。
如請求項22之沉積工具，更包含：一中和元件，被設置於該基板及該第二電漿之間，該中和元件在轟擊該基板之該表面之前中和碳離子之電荷。
如請求項34之沉積工具，其中，該中和元件係一石墨板，其具有於碳離子通過該中和元件時允許碳離子吸引電子的複數個孔。
如請求項22之沉積工具，更包含：一阻擋元件，被配置以防止該第二電漿接觸該基板。
如請求項22之沉積工具，其中，該基板固持器被配置以維持該基板之溫度在約300°C或低於約300°C。
如請求項22之沉積工具，其中，該第一碳電漿源為一中空陰極。
如請求項38之沉積工具，其中，該中空陰極由石墨製成。
如請求項38之沉積工具，其中，該中空陰極包含複數單元且一碳粒子生成材料被配置以被***或包含於該複數單元內。
如請求項22之沉積工具，其中，該第一碳電漿源為一磁控管。
如請求項22之沉積工具，其中，該第一碳電漿藉由以下步驟由該第一碳電漿源加以生成：藉由供應一點燃氣體進入該第一碳電漿源內包含的一中空腔室，點燃該中空腔室內的碳；在碳點燃之後，將通入該中空腔室之該點燃氣體的供應斷絕或停止；其中，在該點燃氣體之該供應斷絕或停止之後，該第一碳電漿實質上僅包含碳。
如請求項22之沉積工具，其中，當該第一碳電漿被生成時，一負電壓被施加至該第一電漿源，該負電壓介於-100eV至-200eV的範圍。
如請求項22之沉積工具，其中，該第二電漿為電容耦合電漿(CCP)。
如請求項22之沉積工具，其中，該第二電漿被一射頻(RF)功率源所活化，其中該RF功率源為下列其中之一： (a)約100MHz; (b)約27MHz; (c)13.56MHz;或 (e)介於400KHz至5.0GHz之間。
如請求項22之沉積工具，更包含：一陽極，用以選擇性地控制該第二電漿的電壓。
如請求項22之沉積工具，其中，該基板被保持在接地或相對於該第一碳電漿及該第二電漿被施加偏壓。