CN105316647B - 亥姆霍兹线圈辅助pecvd碳源 - Google Patents

亥姆霍兹线圈辅助pecvd碳源 Download PDF

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Abstract

公开了一种亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源。本实施例公开了装置，所述装置包括至少两个碳源沉积工具用于发射电子、集成在所述碳源沉积工具内的至少两个反射极性后钮扣永磁体用于反射发射电子，以及集成在所述碳源沉积工具内的至少两个成对极性亥姆霍兹线圈用于形成均匀平行磁场线以便限制所述发射电子以使碳均匀地沉积在两侧介质盘的表面上。

Description

亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源
技术领域
本文提供了涉及等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)的装置和方法。
背景技术
控制介质碳覆盖(COC)膜生长的均匀性能影响介质的机械和记录性能。对于介质腐蚀、碳润滑问题和耐久性问题，具有最薄COC的盘的面积引起最大的风险。由于磁头-介质间隔变化，圆周周围一圈(OAR)碳厚度均匀性影响位错误率(BER)OAR性能。记录子系统性能受到由于介质覆盖不均匀性引起的BER变化的限制。
发明内容
本文提供了亥姆霍兹线圈辅助PECVD的装置和方法。
例如在某些实施例中，装置包括至少两个碳源沉积工具用于发射电子、集成在碳源沉积工具内的至少两个反射极性后钮扣永磁体用于反射发射电子，以及集成在碳源沉积工具内的至少两个成对极性亥姆霍兹线圈用于形成均匀平行磁场线以便限制发射电子以使碳均匀地沉积在两侧介质盘的表面上。
附图说明
图1示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源的概览的框图。
图2示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源的概览流程图的框图。
图3示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源装置的概览流程图的框图。
图4示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源沉积的概览流程图的框图。
图5仅出于说明性目的示出一个实施例的阳极柱周围电子环形漂移的示例。
图6仅出于说明性目的示出一个实施例的成对极性亥姆霍兹线圈的示例。
图7仅出于说明性目的示出一个实施例的磁瓶的概念的示例。
图8仅出于说明性目的示出一个实施例的安装在碳源上H线圈的示例。
图9仅出于说明性目的示出一个实施例的集成在两侧碳源上的成对极性亥姆霍兹线圈的示例。
图10仅出于说明性目的示出一个实施例的具有集成成对亥姆霍兹线圈的NCT源对的截面图的示例。
图11仅出于说明性目的示出一个实施例的集中电子的示例。
图12仅出于说明性目的示出一个实施例的不均匀碳覆盖在盘上的示例。
图13仅出于说明性目的示出一个实施例的均匀碳覆盖在盘上的示例。
图14仅出于说明性目的示出一个实施例的H线圈磁场与电流的关系的示例。
具体实施方式
在以下描述中，对附图进行了参考，附图构成了示例的一部分且在其中作为示例示出了可实践本发明的具体示例。要理解，可应用其它实施例并作出结构改变而不会脱离实施例的范围。
概览：
应当注意，接下来的描述，例如，就亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源而言是出于说明性目的而进行描述的并且下面的系统能应用于任意数量和多种类型的材料沉积处理。在一个实施例中，可使用成对极性亥姆霍兹线圈配置亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源。使用本发明，亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源可被配置为包括至少两个反射极性后钮扣永磁体并且可被配置为包括与成对极性亥姆霍兹线圈连接的至少两个成对电流。
图1示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源的概览的框图。图1示出第一碳源沉积工具100，包括第一反射极性后钮扣永磁体110、第一成对极性亥姆霍兹线圈120、第一电流130、第一等离子体160、均匀平行轴向磁场线140、2侧介质盘的第一侧151以及2侧介质盘150。图1示出第二碳源沉积工具101，包括第二反射极性后钮扣永磁体111、第二成对极性亥姆霍兹线圈121、第二电流131、第二等离子体161、均匀平行轴向磁场线140、2侧介质盘的第二侧152以及2侧介质盘150。亥姆霍兹线圈被用于产生能控制碳源内等离子体密度和均匀性的磁场。
通过热电子发射，NCT(新技术碳)源使用热细丝阴极来发射电子。那些电子的加速导致了PECVD(等离子体增强化学汽相沉积)介质覆盖工艺中的等离子体。等离子体物理学和表面化学(在室内所有表面上，包括盘)规定了碳薄膜的均匀性、沉积率以及性质。尽管永磁体用于使等离子体离开腔室壁，然而在腔室的中心部分内没有显著的磁场用以控制源腔室内等离子体密度及分布。
由于热细丝阴极(电流流过其中的金属丝)的基本性质，来自细丝的主电子对等离子体的贡献很大程度上是不受控制的。磁场能强烈地影响电子迁移率，即电子喜欢沿着磁场线而不是垂直于磁场线传播。增加对从第一成对极性亥姆霍兹线圈120与第二成对极性亥姆霍兹线圈121磁场的控制稳定了NCT源的中心处很大程度上不受控制的等离子体。
详细描述：
图2示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源的概览流程图的框图。磁场用于控制PECVD碳源内的等离子体密度及分布。亥姆霍兹线圈在安装在2侧沉积系统的每个碳源上的分开的线圈之间产生均匀磁场。磁场强度及梯度能被控制以优化碳沉积过程。
图2示出从2侧碳源沉积工具发射电子200。使用亥姆霍兹线圈成对极性模块集中电子210。使用配置为在磁瓶的末端收缩磁场的后钮扣永磁体模块反射电子发射220。均匀的碳覆盖层等离子体沉积在2侧介质盘上230。因为介质沉积工具是2侧的，在腔室的每侧(盘在中间)的每个NCT源上放置单个线圈产生用于亥姆霍兹场产生的自然配置，这将使两个源受益。场与源同轴，或垂直于盘表面。亥姆霍兹场产生控制了电子的传播路径，其中，由于平行磁场，电子被限制在中间，并且由于磁镜效应，电子从末端反射。由于较高的磁场密度，发生了在末端的反射，而该反射导致了在瓶的中心的高能电子的较大密度。一个实施例的NCT源的后钮扣永磁体被配置有极性，当2个NCT源被组合在溅射工具上时，该极性产生磁瓶。
图3示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源装置的概览流程图的框图。图3示出将等直径的至少两个亥姆霍兹线圈集成在2侧碳源沉积工具的每侧上300。集成包括关于线圈直径隔开至少两个亥姆霍兹线圈310。通过对碳源的后钮扣永磁体配置极性以使高能电子反射到亥姆霍兹线圈磁场密度的中间315，增强由均匀轴向磁场对电子的集中。
通过使等极性电流流过每个亥姆霍兹线圈的金属线320，产生均匀轴向磁场。当线圈的直径或放置(位置)改变时，电流调整器可用于调节通过成对极性亥姆霍兹线圈的电流。电流调整器可用于调节通过成对极性亥姆霍兹线圈的电流以改变磁场的形状和大小，例如磁瓶形状。在亥姆霍兹线圈之间的空间里沿着亥姆霍兹线圈的轴产生均匀轴向磁场330限制电子的传播路径。通过在介质2侧碳源沉积工具腔室的中间放置介质基片340，获得碳的均匀沉积。一个实施例的通过热电子发射从每个碳源沉积工具发射电子350，提供碳材料。
图4示出一个实施例的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源沉积的概览流程图的框图。图4示出包括通过热电子发射从每个碳源沉积工具发射电子450的亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源沉积过程。亥姆霍兹线圈施加的场将平行于正向偏置阳极表面，柱及环部分两者。沿着亥姆霍兹线圈的轴控制沿着均匀平行轴向磁场线的电子热电子发射的传播路径460。磁瓶的创建将增加NCT等离子体的电离，因为电子将花费更多的时间在源的中心。
通过用轴向磁场将电子限制在源的中心470，增加电子的密度。由交叉的电场和磁场(E×B漂移)引起的围绕中心柱并且沿着环的表面的环形电子漂移将增强在阳极表面的电离并且改善阳极柱附近的圆周等离子体均匀性。通过在碳源腔室的中心均匀地分布高能电子480，获得等离子体均匀性。成对亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源沉积过程被用于在介质盘的2侧上同时地均匀地分布等离子体增强化学汽相沉积490。
图5仅出于说明性目的，示出一个实施例的由阳极柱发射的电子环形漂移的示例。随着阳极柱550电场(E)与磁场(B)540的相互作用，发生环形电子漂移。环形电子漂移发生具有漂移速度v～E×B。由亥姆霍兹线圈施加的磁场(B)540将平行于阳极表面(柱和这些正向偏置表面(见截面图的图)。由交叉的电场和磁场(E×B漂移)引起的围绕中心阳极柱550并且沿着阳极环的表面的环形电子漂移可增强在阳极表面的电离并且改善腔室的体积内总体等离子体均匀性。
图6仅出于说明性目的，示出一个实施例的成对极性亥姆霍兹线圈的示例。图6示出成对极性亥姆霍兹线圈695。亥姆霍兹线圈是线轴或线筒上细金属线的线圈。通过电流流过每个线圈的金属线，产生磁场(由毕奥-萨伐尔定律描述，由右手定则指出方向)。成对极性亥姆霍兹线圈695包括第一成对极性亥姆霍兹线圈120以及第二成对极性亥姆霍兹线圈121。
第一成对极性亥姆霍兹线圈120包括与第一电流130和用于调节流过第一成对极性亥姆霍兹线圈120的电流的第一电流调整器660的连接。第一电流130包括第一负极650和第一正极655。在此图示中，第一成对极性亥姆霍兹线圈120支撑在第一成对极性亥姆霍兹线圈底座620上。第一电流130产生第一成对极性亥姆霍兹电流流向680。
第二成对极性亥姆霍兹线圈121包括与第二电流131和用于调节流过第二成对极性亥姆霍兹线圈121的电流的第二电流调整器661的连接。第二电流131包括第二负极651和第二正极656。第二成对极性亥姆霍兹线圈121支撑在第二成对极性亥姆霍兹线圈底座730上。第二电流131产生第二成对极性亥姆霍兹电流流向690。
在线圈之间的空间670内，亥姆霍兹线圈能提供均匀轴向磁场。电流极性对于每个线圈(成对的)是相同的。当电流极性的感测对于每个线圈(成对的)相同时，则沿着线圈之间的空间670内线圈的轴，将产生高度均匀的场。当线圈直径相似于线圈的间隔时，优化了场的均匀性。通过改变间隔和/或线圈的直径，能改变磁场线的形状。因为电子的传播路径与磁场线强烈地反应，电子可被平行磁场限制并且更加均匀地分布。
图7仅出于说明性目的，示出一个实施例的磁瓶的概念的示例。图7示出了通过图3的对碳源的后钮扣永磁体配置极性以使高能电子反射到亥姆霍兹线圈磁场密度315的中间所形成磁瓶的概念。图3的使具有等极性的电流流过每个亥姆霍兹线圈的金属线320被用于图3的在亥姆霍兹线圈之间的空间里沿着亥姆霍兹线圈的轴产生均匀轴向磁场330。具有等极性的电流700通过每个亥姆霍兹线圈。
磁场的形状由至少两个亥姆霍兹线圈760的间隔预先确定。电子720经历了螺旋运动710。磁场730控制了电子720的传播路径。一个实施例的运动710传播在由垂直于介质盘的表面的均匀平行轴向磁场线750形成的磁瓶740内。由于磁场随着它们会聚于纽扣磁体而收缩，电子的反射发生在“瓶”的末端。
图8仅出于说明性目的示出了一个实施例的安装在碳源上H线圈的示例。图8示出一个实施例的具有集成亥姆霍兹线圈810的碳源沉积工具800的外视图。
图9仅出于说明性目的，示出了一个实施例的集成在两侧碳源上的成对极性亥姆霍兹线圈的示例。图9示出了具有第一成对极性亥姆霍兹线圈120的第一碳源沉积工具100以及具有第二成对极性亥姆霍兹线圈121的第二碳源沉积工具101的外视图。在2侧碳源沉积工具之间的是放置了2侧介质盘150的沉积腔室900。图10示出一个实施例的如截面线990描绘的横截面图。
图10仅出于说明性目的，示出一个实施例的具有集成成对亥姆霍兹线圈的NCT源对的截面图的示例。图10示出第一碳源沉积工具100和第二碳源沉积工具101。第一碳源沉积工具100包括第一成对极性亥姆霍兹线圈120。第二碳源沉积工具101包括第二成对极性亥姆霍兹线圈121。由两个碳源沉积工具形成的腔室900容纳2侧介质盘150。第一细丝阴极1010和第二细丝阴极1012被加热并且是电子发射的源。细丝被配置为使用细丝阴极来被加热以发射经加速以形成等离子体的电子。第一碳源沉积工具100包括第一阳极环1020、第一阳极柱1040和第一后钮扣永磁体1000。一个实施例的第二碳源沉积工具101包括第二阳极环1021、第二阳极柱1041和第二后钮扣永磁体1001。
图11仅出于说明性目的，示出了一个实施例的集中电子的示例。图11示出第一碳源沉积工具100和第二碳源沉积工具101。第一碳源沉积工具100包括集成第一成对极性亥姆霍兹线圈120。第二碳源沉积工具101包括集成第二成对极性亥姆霍兹线圈121。第一碳源沉积工具100和第二碳源沉积工具101形成包括沉积腔室900的2侧碳源沉积工具。沉积腔室900包括用于2侧介质盘150的支架。
第一碳源沉积工具100包括第一细丝阴极1010、第一阳极环1020、第一阳极柱1040和配置有预定反射极性的第一后钮扣永磁体1000。第二碳源沉积工具101包括第二细丝阴极1012、第二阳极环1021、第二阳极柱1041和配置有预定反射极性的第二后钮扣永磁体1001。
图11示出了由第一成对极性亥姆霍兹线圈120和第二成对极性亥姆霍兹线圈121产生的均匀平行轴向磁场线750。均匀平行轴向磁场线750限制发射电子和反射电子以使碳覆盖层均匀地沉积在两侧介质盘的表面上。一个实施例的每个电子720对均匀平行轴向磁场线750起反应，其中，电子传播集中在垂直于2侧介质盘的表面的磁瓶内并且均匀地沉积在在表面上。
图12仅出于说明性目的，示出一个实施例的不均匀碳覆盖在盘上的示例。图12示出介质盘基片1200的一侧，包括盘的内部边缘1202、内部半径1204、外部半径1206以及盘的外部边缘1208。不使用亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源进行碳沉积，其中，产生了不均匀覆盖沉积，包括第一碳沉积物厚度1210、第二碳沉积物厚度1215、第三碳沉积物厚度1225。第四碳沉积物厚度1230以及第五碳沉积物厚度1220。
图13仅出于说明性目的，示出了一个实施例的均匀碳覆盖在盘上的示例。图13示出介质盘基片1200的一侧，包括盘的内部边缘1202、内部半径1204、外部半径1206以及盘的外部边缘1208。一个实施例的介质盘表面包括使用亥姆霍兹线圈辅助PECVD碳源沉积的均匀碳覆盖沉积物厚度1360。
图14仅出于说明性目的，示出了一个实施例的H线圈磁场与电流的关系的示例。图14示出了H线圈磁场与电流的关系的图表示图1400，示出多种预定电流(A)1420流过线圈的亥姆霍兹线圈所产生磁场(Oe)1410的大小。在此图表上的描述中，“垂直(perp)”表示垂直。图表示出了在线圈之间中心间隔处的垂直场1430上的磁场强度值远大于其他场值。一个实施例的在中心间隔沿z偏移4"处的垂直场1440上、在细丝处的垂直场1450上、在细丝沿z偏移4"处的垂直场1460上、在线圈的顶部处的垂直场1470上以及在线圈的顶部沿z偏移4"处的垂直场1480上，磁场强度的余额较小。
在一个实施例中，装置，包括至少两个碳源沉积工具用于发射电子、集成在碳源沉积工具内的至少两个反射极性后钮扣永磁体用于反射发射电子以及集成在碳源沉积工具内的至少两个成对极性亥姆霍兹线圈用于形成均匀平行磁场线以便限制发射电子以使碳均匀地沉积在两侧介质盘的表面上。在一个实施例中，装置进一步包括配置为形成沉积腔室的第一碳源沉积工具和第二碳源沉积工具。在另一个实施例中，装置进一步包括集成在第一碳源沉积工具内的第一成对极性亥姆霍兹线圈。
装置的一个实施例进一步包括集成在第二碳源沉积工具内的第二成对极性亥姆霍兹线圈。根据一个实施例，装置进一步包括第一电流，配置为与第一成对极性亥姆霍兹线圈连接并且配置为形成第一成对极性亥姆霍兹线圈电流流动方向。在一个实施例中，装置进一步包括第二电流，配置为与第二成对极性亥姆霍兹线圈连接并且配置为形成第二成对极性亥姆霍兹线圈电流流动方向。在一个实施例中，装置进一步包括集成在第一和第二碳源沉积工具内配置为产生第一和第二均匀平行磁场线的第一和第二成对极性亥姆霍兹线圈以使第一和第二发射电子限制和集中在沉积腔室内。
在另一个实施例中，装置进一步包括集成在第一碳源沉积工具内的第一反射极性后钮扣永磁体和集成在第二碳源沉积工具内的第二反射极性后钮扣永磁体，被配置有预定磁场用于将第一和第二发射电子反射进沉积腔室内。装置的一个实施例进一步包括沉积腔室，被配置为在沉积过程期间在第一和第二均匀平行磁场线内容纳两侧介质盘。根据一个实施例，装置进一步包括成对极性亥姆霍兹线圈，被配置有关于线圈直径的线圈之间的预定间隔用于产生第一和第二均匀平行磁场线以限制和集中发射电子。
在一个实施例中，方法包括从2侧碳源沉积工具模块发射电子；使用集成在2侧碳源沉积工具内的亥姆霍兹线圈配对极性模块集中发射电子；以及使用至少两个后钮扣永磁体模块反射电子发射用于使所集中电子均匀地沉积在2侧介质盘上。在一个实施例中，2侧碳源沉积工具模块形成配置为容纳2侧介质盘的沉积腔室。
根据一个实施例，亥姆霍兹线圈成对极性模块被配置为包括与有预定极性的至少两个电流连接的至少两个亥姆霍兹线圈。在另一个实施例中，成对极性亥姆霍兹线圈被配置有线圈之间的预定间隔用于产生第一和第二均匀平行磁场线以限制和集中发射电子。在一个实施例中，从2侧碳源沉积工具模块发射电子被配置为形成沉积腔室，该沉积腔室被配置为在沉积过程期间在第一和第二均匀平行磁场线内容纳两侧介质盘。
本文还提供了装置，包括从2侧碳源发射电子的装置、沿着预定均匀亥姆霍兹平行轴向磁场线限制和反射发射电子传播路径的装置，以及使经限制和反射的发射电子均匀地沉积在2侧介质盘的两侧上的装置。在另一个实施例中，装置进一步包括用于产生有预定极性的两个成对亥姆霍兹磁场产生以形成均匀平行轴向磁场线的装置。根据一个实施例，装置进一步包括用于在沉积腔室内容纳具有表面垂直于沿着预定均匀平行轴向磁场线的经限制和反射的发射电子传播路径的2侧介质盘的装置。
装置的一个实施例进一步包括用于使等直径的至少两个亥姆霍兹线圈集成在2侧碳源沉积工具的每侧上的装置。在一个实施例中，装置进一步包括用于使至少两个后钮扣永磁体集成在2侧碳源沉积工具的每侧，该至少两个后钮扣永磁体被配置有极性以使高能电子反射进亥姆霍兹线圈磁场线密度的中间的装置。
前述内容已描述了实施例的原理、实施例和工作模式。然而，本发明不应被解释为限于所讨论的特定实施例。以上所描述的实施例应当被看作说明性的而非限制性的，并且应当理解本领域技术人员在不背离由下述权利要求所限定的实施例的范围的情况下可以对这些实施例进行变动。

Claims (20)

1.一种用于材料沉积的装置，包括：
至少两个碳源沉积工具，用于发射电子；以及
至少两个成对极性亥姆霍兹线圈，集成在所述碳源沉积工具内，被配置为形成垂直于两侧介质盘的均匀平行磁场线用于限制所述发射电子，以使碳均匀地沉积在所述两侧介质盘的表面上。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括集成在第一碳源沉积工具内的第一成对极性亥姆霍兹线圈。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括集成在第二碳源沉积工具内的第二成对极性亥姆霍兹线圈。
4.如权利要求1所述的装置，进一步包括第一电流，配置为与第一成对极性亥姆霍兹线圈连接并且配置为形成第一成对极性亥姆霍兹线圈电流流动方向。
5.如权利要求1所述的装置，进一步包括第二电流，配置为与第二成对极性亥姆霍兹线圈连接并且配置为形成第二成对极性亥姆霍兹线圈电流流动方向。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括第一和第二成对极性亥姆霍兹线圈，集成在第一和第二碳源沉积工具内，被配置为产生第一和第二均匀平行磁场线，以使第一和第二发射电子限制并集中在沉积腔室内。
7.如权利要求1所述的装置，进一步包括沉积腔室，被配置为在沉积过程期间在第一和第二均匀平行磁场线内容纳两侧介质盘。
8.如权利要求1所述的装置，进一步包括成对极性亥姆霍兹线圈，被配置有线圈之间的关于所述线圈直径的预定间隔，用于产生第一和第二均匀平行磁场线，以便限制和集中发射电子。
9.如权利要求1所述的装置，进一步包括集成在碳源沉积工具内的第一和第二反射极性后钮扣永磁体。
10.如权利要求1所述的装置，进一步包括用于调节通过所述成对极性亥姆霍兹线圈的电流的电流调整器。
11.一种用于材料沉积的方法，包括：
从2侧碳源沉积工具模块垂直于两侧介质盘发射电子；
使用集成在所述2侧碳源沉积工具内的亥姆霍兹线圈成对极性模块来集中所述发射电子。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈成对极性模块包括与具有预定极性的至少两个电流连接的至少两个亥姆霍兹线圈。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，成对极性亥姆霍兹线圈被配置有线圈之间的预定间隔用于产生第一和第二均匀平行磁场线以限制和集中发射电子。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，从2侧碳源沉积工具模块发射电子被配置为形成沉积腔室，所述沉积腔室被配置为在沉积过程期间在第一和第二均匀平行磁场线内容纳两侧介质盘。
15.如权利要求11所述的方法，进一步包括集成在碳源沉积工具内的第一和第二反射极性后钮扣永磁体，其中所述第一和第二反射极性后钮扣永磁体被配置为在磁瓶的末端收缩磁场。
16.一种用于材料沉积的装置，包括：
至少两个成对极性亥姆霍兹线圈，被集成在两侧碳源沉积工具内，被配置为将碳的电子沉积垂直地引导至两侧介质盘上；
至少两个反射极性后钮扣永磁体，被集成在所述碳源沉积工具内；以及
电流调整器被用于调节通过所述成对极性亥姆霍兹线圈的所述电流并且，
其中，至少一个电子发射细丝的预定线圈间隔、电流和温度被调整以控制均匀碳沉积速率以及沉积厚度。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述两个成对极性亥姆霍兹线圈产生均匀平行磁场线用于限制和集中发射电子。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述两侧碳源沉积工具产生配置为被集中在所述两个成对极性亥姆霍兹线圈产生的均匀平行磁场线内的第一和第二等离子体。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少一个电子发射细丝被配置为使用细丝阴极来被加热，以发射经加速以形成等离子体的电子。
20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少两个反射极性后钮扣永磁体被配置为在磁瓶的末端收缩磁场。
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