CN112889128B - 磁性壳体系统 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施例关于磁性和电磁系统以及用于控制PECVD腔室的处理空间中产生的等离子体的密度分布以影响膜的沉积分布的方法。在一个实施例中，多个固定架设置在磁性壳体系统的旋转磁性壳体中。所述多个固定架中的每个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d。所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁。当旋转磁性壳体绕圆形中心开口旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形路径中行进。

Description

磁性壳体系统
【技术领域】
本公开案的实施例总的来说关于用于控制所产生的等离子体的性质的磁性壳体系统，以及具有此磁性壳体系统的等离子体增强沉积系统。
【背景技术】
通常采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来在基板(诸如半导体晶片)上沉积膜。通常采用等离子体蚀刻来蚀刻设置在基板上的膜。通过将一种或多种气体引入包含基板的处理腔室的处理空间中来完成PECVD和等离子体蚀刻。所述一种或多种气体在位于腔室顶部附近的扩散器中混合，并经由扩散器的多个孔或喷嘴被注入处理空间。在PECVD和等离子体蚀刻期间，通过将来自与腔室耦接的一个或多个RF源的射频(RF)能量施加于腔室来为处理空间中的一种或多种气体的混合物供给能量(energize，如激发(excite))以产生等离子体。在处理空间中产生电场，使得处理空间中存在的一种或多种气体的混合物的原子被离子化并释放电子。在PECVD中加速到基板支撑件的离子化的原子利于膜在基板上的沉积。在等离子体蚀刻中加速到基板支撑件的离子化的原子利于设置在基板上的膜的蚀刻。
在处理空间中产生的等离子体具有诸如密度分布(density profile)的性质。不均匀的密度分布可能会导致基板上膜的不均匀沉积或蚀刻。具体而言，等离子体的密度分布影响横跨基板表面的膜的沉积厚度或蚀刻分布。因此，在本领域中需要用于控制在PECVD腔室的处理空间中产生的等离子体的性质的系统和方法。
【发明内容】
在一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括旋转磁性壳体，该旋转磁性壳体具有上板、外侧壁、内侧壁和下板，内侧壁界定圆形(round)中心开口。多个固定架设置在旋转磁性壳体中。所述多个固定架中的每个固定架设置在旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d。所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁。所述多个磁铁中的每个磁铁被固持在相应固定架中，多个磁铁中的每个磁铁之间的间距(pitch)为p，并且当旋转磁性壳体绕所述圆形中心开口旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形(circular)路径上行进。
在另一个实施例中，提供了腔室。该腔室包括腔室主体、腔室盖件、基板支撑件、射频(RF)源及旋转磁性壳体系统，所述腔室盖件具有气体分配组件，所述基板支撑件与所述气体分配组件相对地定位以界定处理空间，该处理空间具有中心轴，所述射频(RF)源可操作地耦接到设置在基板支撑件内的电极，所述旋转磁性壳体系统具有耦接到所述腔室的旋转磁性壳体。旋转磁性壳体具有上板、外侧壁、内侧壁和下板，内侧壁界定圆形中心开口。多个固定架设置在所述旋转磁性壳体中。所述多个固定架中的每个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d。所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁。所述多个磁铁中的每个磁铁被固持在相应固定架中，多个磁铁中的每个磁铁之间的间距(pitch)为p，并且当所述旋转磁性壳体旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形路径上行进。
在又一个实施例中，提供了腔室。该腔室包括腔室主体、腔室盖件、基板支撑件、射频(RF)源及电磁铁磁性壳体系统，所述腔室盖件具有气体分配组件，所述基板支撑件与所述气体分配组件相对地定位以界定处理空间，该处理空间具有中心轴，所述射频(RF)源可操作地耦接到设置在基板支撑件内的电极。所述电磁铁磁性壳体系统包括耦接到所述腔室的电磁铁壳体。所述电磁铁壳体具有上板、外侧壁、内侧壁、下板及两个或更多个导线，内侧壁界定圆形中心开口。所述导线中的每一个在电磁铁壳体的各个部分中盘绕一次或多次。所述导线中的每一个可操作以个别地连接到电源。
【附图说明】
本公开案已在上面作了简要概述，为了可以详细地理解本公开案的上述特征，可以通过参考实施例来对本公开案作更详细的描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，值得注意的是，附图只示出了示例性实施例且因此不会被视为限制其范围，且可允许其他等效的实施例。
图1A是根据一个实施例的具有旋转磁性壳体系统的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的示意性截面图，该旋转磁性壳体系统具有设置在腔室外部的旋转磁性壳体。
图1B是根据一个实施例的旋转磁性壳体系统的示意性顶视图。
图1C是根据一个实施例的具有电磁铁壳体系统的PECVD腔室的示意性截面图，该电磁铁壳体系统具有设置在腔室外部的电磁铁磁性壳体。
图1D是根据一个实施例的电磁铁壳体系统的示意性顶视图。
图1E是根据一个实施例的具有电磁铁系统的PECVD腔室的示意性截面图。
图2是根据一个实施例的控制在PECVD腔室的处理空间中形成的等离子体的密度分布的方法的流程图。
图3A和3B是示出根据实施例的在处理空间中的等离子体的密度分布的曲线图。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来代表各图共用的相同元件。可以预期的是，一个实施例的元件与特征可有利地合并到其他实施例中而无需赘述。
【具体实施方式】
本文描述的实施例提供磁性和电磁壳体系统以及用于控制PECVD腔室的处理空间中产生的等离子体的性质以影响膜的沉积性质的方法。在一个实施例中，多个固定架设置在磁性壳体系统的旋转磁性壳体中。所述多个固定架中的每个固定架设置在旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d。所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁。所述多个磁铁中的每个磁铁被固持在相应固定架中，多个磁铁中的每个磁铁之间的间距(pitch)为p，并且当所述旋转磁性壳体绕圆形中心开口旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形(circular)路径上行进。
图1A、1C和1E是根据各种实施例的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统100的示意性截面图。系统100的一个示例是由位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司制造的系统。应该理解，以下描述的系统是示例性腔室，并且可与其他系统(包括来自其他制造商的系统)一起使用或修改其他系统以实现本公开案的各个方面。系统100包括腔室101a(如第一腔室)和腔室101b(如第二腔室)。在可以与本文描述的其他实施例组合的一个实施例中，腔室101a、101b共享资源。例如，腔室101a、101b可共享至少一个或多个气体源144、安装板112、和泵150。腔室101a、101b以类似的方式配置。然而，也可以设想，腔室101a、101b中的每一个均具有专用资源。
在图1A的实施例中，每个腔室101a、101b具有旋转磁性壳体系统102，旋转磁性壳体系统102具有设置在腔室101a、101b外部的旋转磁性壳体104。在图1C的实施例中，每个腔室101a、101b具有电磁铁壳体系统170，电磁铁壳体系统170具有设置在腔室101a、101b外部的电磁铁壳体172。在图1E的实施例中，每个腔室101a、101b具有设置在腔室盖组件108的间隔件114中的电磁铁系统171。尽管讨论了腔室101a的各个方面，但是应当理解，腔室101b以类似的方式配备。为了清楚起见，在图1A、1C和1E中，在腔室101b上可以省略附图标记。
腔室101a、101b具有腔室主体组件106和腔室盖组件108。图1A和1C的实施例的腔室主体组件106包括耦接到安装板112的腔室主体110。图1A和1C的实施例的腔室盖组件108包括间隔件114与腔室盖件116，间隔件114具有耦接至安装板112的第一凸缘118，腔室盖件116耦接至间隔件114的第二凸缘120。图1E的实施例的腔室盖组件108包括间隔件114与腔室盖件116，间隔件114具有耦接至腔室主体110的第一凸缘118，腔室盖件116耦接至间隔件114的第二凸缘120。腔室盖件116包括气体分配组件122。气体分配组件122与基板支撑组件124相对定位，从而在气体分配组件122与基板支撑组件124之间界定处理空间126。图1A和1C的实施例的处理空间126进一步由腔室盖件116、间隔件114的内壁128、安装板112和腔室主体110所界定。图1E的实施例的处理空间126进一步由腔室盖件116、间隔件114的内壁128和腔室主体110所界定。
基板支撑组件124设置在处理空间126内。基板支撑组件124包括基板支撑件130和杆132。基板支撑件130具有用于支撑基板165的支撑表面134。基板支撑件130通常包括加热元件(未图示)。基板支撑件130通过杆132可移动地设置在处理空间126中，杆132在杆132与基板支撑件驱动系统136连接的地方延伸穿过腔室主体110。基板支撑件驱动系统136使基板支撑件130在升高的处理位置(如图所示)和降低的位置之间移动，这利于通过狭缝阀138向处理空间126传送基板或从处理空间126将基板传送出，狭缝阀138穿过腔室主体110形成。在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，基板支撑件驱动系统136旋转杆132和基板支撑件130。
在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，气体分配组件122经配置将气体均匀地分配到腔室101a、101b的处理空间126中，以利于在位于基板支撑组件124的基板支撑件130上的基板165上进行膜(诸如先进(advanced)图案化膜)的沉积。在可以与本文描述的其他实施例结合的另一个实施例中，气体分配组件122经配置将气体均匀地分配到腔室101a、101b的处理空间126中，以利于在设置在位于基板支撑组件124的基板支撑件130上的基板165上的膜(诸如先进(advanced)图案化膜)的蚀刻。
气体分配组件122包括气体入口通道140，气体入口通道140通过从悬挂板148悬挂的扩散器146输送来自与一个或多个气体源144耦接的流量控制器142的气体。扩散器146包括多个孔或喷嘴(未图示)，在处理期间，气态混合物经由所述多个孔或喷嘴注入到处理空间126中。泵150耦接至腔室主体110的出口152，以用于控制处理空间126内的压力并从处理空间126排出副产物。气体分配组件122的扩散器146可以连接到RF回程(或接地)，从而允许将RF能量施加到基板支撑件130，以在处理空间126内产生电场，该电场用于产生用于处理基板165的等离子体。
RF源154通过穿过杆132设置的导电杆158耦接到设置在基板支撑件130内的电极156。在可以与本文描述的其他实施例组合的一个实施例中，电极156通过匹配盒163连接到RF源154，匹配盒163具有用于调整的匹配电路和用于测量电极156的电特性(诸如电压、电流和阻抗)的传感器。所述匹配电路可利于调整电压、电流或阻抗以响应来自传感器的信号。连接到RF回程(RF return)的气体分配组件122的扩散器146以及电极156有助于电容性等离子体耦合的形成。RF源154向基板支撑件130提供RF能量，以利于在基板支撑件130与气体分配组件122的扩散器146之间的电容性耦合等离子体的产生。当将RF功率供应给电极156时，在扩散器146与基板支撑件130之间产生电场，使得在基板支撑件130与扩散器146之间的处理空间126中存在的气体的原子被离子化并释放电子。加速到基板支撑件130的离子化的原子有助于沉积或蚀刻位于基板支撑件130上的基板165的膜。
如图3A所示，等离子体在处理空间126中具有密度分布301。密度分布301对应于处理空间126中水平面167上位置304处的离子密度302(离子/au(原子单位)3)。密度分布301包括与离子密度的最大值305对应的最高峰303和与等离子体的直径对应的宽度307。旋转磁性壳体系统102、电磁铁壳体系统170和电磁铁系统171中的一者以及本文描述的方法提供了对等离子体的密度分布301的控制以调节沉积或蚀刻的膜的均匀性和性质。在图1A的实施例中，可以调整磁铁的旋转速度、磁铁的强度(高斯)以及磁铁的垂直位置，以利于等离子体的密度分布中的相应调整。在图1C的实施例中，可以调整电磁铁的电流、电磁铁的强度(高斯)以及电磁铁的垂直位置，以利于等离子体的密度分布中的相应调整。在图1E的实施例中，可以调整电磁铁的电流和电磁铁的强度，以利于等离子体的密度分布中的相应调整。例如，可以对以下各者中的一个或多个作调整：等离子体相对于基板的垂直位置、密度分布的峰值位置或相对于基板的特定位置处的离子密度的值。
如图1A中所示，耦接到腔室101a、101b和旋转磁性壳体系统102的控制器164经配置在处理期间控制腔室101a、101b和旋转磁性壳体系统102的各个方面。如图1C所示，耦接到腔室101a、101b和电磁铁壳体系统170的控制器164经配置在处理期间控制腔室101a、101b和电磁铁壳体系统170的各个方面。如图1E中所示，耦接到腔室101a、101b和电磁铁系统171的控制器164经配置在处理期间控制腔室101a、101b和电磁铁系统171的各个方面。
如图3A中所示，所述这些磁铁143之一和电磁铁的芯材料的强度(在图1C和1E中示出)压缩处理空间126中的等离子体的密度分布301并使等离子体的壳层(sheath)往腔室主体110的侧壁延伸。压缩等离子体的密度分布301导致在基板165上(在基板上方的相对高度处)有更均匀的离子和自由基的浓度，以用于均匀的沉积分布。此外，密度分布301的压缩使等离子体壳层往腔室主体110的侧壁径向向外延伸。使等离子体的壳层往腔室主体110的侧壁延伸，为RF能量从所述侧壁传播到地面提供了短且对称的路径。RF能量从所述侧壁传播到地面的路径通过提高的效率改善了电流流动并减少基板支撑件130的电极156所需的电流量。电极156所需的电流量的减少允许通过提高的效率将增加的电压输送到电极156。增加的电压导致等离子体壳层的更大的离子化，以用于增加基板165的离子或自由基轰击(bombardment)。基板165的增加的离子或自由基轰击减小了待沉积或蚀刻的膜的应力。此外，密度分布301的压缩和等离子体壳层的延伸提供沉积或蚀刻的膜的应力分量的基本均匀的分布。
图1B示出了旋转磁性壳体系统102的示意性顶视图。参照图1A和图1B，旋转磁性壳体系统102包括旋转磁性壳体104，旋转磁性壳体104经配置绕处理空间126的中心轴103旋转以产生静态或动态磁场。所述磁场改变等离子体的形状、离子和自由基的浓度以及离子和自由基的浓度的移动，以控制处理空间126内等离子体的密度分布301。
具有旋转磁性壳体104的旋转磁性壳体系统102设置在腔室101a、101b的外部。旋转磁性壳体系统102包括上板105、下板107、内侧壁109、外侧壁113、壳体升举系统168和壳体驱动系统115，下板107与上板105相对设置，外侧壁113与内侧壁109相对设置。内壁128界定圆形中心开口。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，上板105、下板107和间隔件114中的至少一个包括一个或多个通道(未图示)，该一个或多个通道连接到热交换器(未图示)以控制旋转磁性壳体104的温度分布。间隔件114的外壁162包括聚合物材料，诸如PTFE(polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)。在可与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，外壁162是聚合物材料片。间隔件114的外壁162的聚合物材料允许旋转磁性壳体104围绕间隔件114绕着处理空间126的中心轴103旋转。
旋转磁性壳体104包括多个固定架129。多个固定架129中的每个固定架以每个固定架129之间的距离为d的方式设置在旋转磁性壳体104中。所述多个固定架129使多个磁铁143能够被设置在旋转磁性壳体104中或从旋转磁性壳体104移除。在一个实施例中，多个磁铁143中的每个磁铁143以多个磁铁143中的每个磁铁143之间的间距为p的方式被固持在固定架129中。间距p对应于多个磁铁143中的每个相邻磁铁143之间的距离。节距p调节通过对旋转磁性壳体104进行旋转所产生的磁场。在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，固定架129中的每一个耦接至轨道131。固定架129经致动，使得固定架129中的每一个可操作以在径向方向上沿轨道131滑动，以改变从每个磁铁143到处理空间126的中心轴103的水平距离133。
如图1C中所示，将具有电磁铁壳体172的电磁铁壳体系统170设置在腔室101a、101b的外部。电磁铁壳体172包括上板173、下板174、内侧壁176、外侧壁175和壳体升举系统168，下板174与上板173相对设置，外侧壁175与内侧壁176相对设置。内壁128界定圆形中心开口。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，上板173、下板174和间隔件114中的至少一个包括一个或多个通道(未图示)，该一个或多个通道连接到热交换器(未图示)以控制电磁铁壳体172的温度分布。导电线178设置在电磁铁壳体172中且绕间隔件114盘绕一次或多次以形成限定(circumscribe)间隔件114的单一电磁铁。电源180耦接到导线178，以使电流在绕处理空间126的圆环形路径中流动。在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，导线178的至少一匝(turn)耦接到轨道181。致动轨道181，使得耦接到轨道181之一的导线178的每一匝可操作以在径向方向上沿着轨道181滑动，以改变从导线178到处理空间126的中心轴103的水平距离133。如图1E中所示，导电线178设置在间隔件114中且绕处理空间126盘绕一次或多次。
在可以与本文所述的其他实施例组合的一个实施例中，如图1B中所示，旋转磁性壳体104的第一半部(half)137(如环绕(encompassing)旋转磁性壳体104约180度)具有具朝向处理空间126定向的北极141的磁铁143，且旋转磁性壳体104的第二半部139(如环绕旋转磁性壳体104约180度)具有与处理空间126相反定向的南极145的磁铁143。如图3B中所示，具有相反定向的磁铁143的第一半部137和第二半部139提供密度分布301的最高峰303的移位(shifting)。磁铁143的相反极性使经由磁铁143产生的B场偏斜(skew)。B场的偏斜使密度分布301的最高峰303移位。最高峰303的移位对应于等离子体壳层的移位。旋转磁性壳体104的旋转有助于基板165更均匀地暴露于偏斜的等离子体壳层的离子和自由基。
旋转磁性壳体104耦接至壳体驱动系统115。壳体驱动系统115包括皮带147和马达149。旋转磁性壳体104包括多个凹槽151，多个凹槽151形成在旋转磁性壳体104的外侧壁113中。多个凹槽151中的每个凹槽对应于皮带161的多个凸耳155中的一个凸耳155。皮带161经配置围绕旋转磁性壳体104设置且耦接到马达149(诸如无刷DC电动马达)。壳体驱动系统115经配置使旋转磁性壳体104以一旋转速率绕处理空间126的中心轴103旋转。所述旋转速率控制由改变的磁场所产生的基板165的电流。在一个示例中，可以设想的是，腔室101a、101b中的各者包括各自的壳体驱动系统115。在另一个示例中，可以设想的是，腔室101a、101b中的各者共享一个壳体驱动系统115。
在可以与本文描述的其他实施例结合的图1C和1E的一些实施例中，导线178包括以下各者中的至少一个：导线178的芯材料中的气隙(air gap)、芯材料的变化横截面积、及导线178的每匝之间的变化距离。导线178的第一半部(如环绕导线204约180度)的芯材料可比导线178的第二半部(如环绕导线178约180度)具有更多气隙。导线178的第一半部的芯材料可具有与导线178的第二半部的横截面积相比更大的横截面积。第一半部的导线178的每匝之间的距离可小于第二半部的导线178的每匝之间的距离。导线178的气隙、横截面积和每一匝之间的距离中的至少一个的调整使经由流过导线178的电流所产生的B场偏斜。电流的圆环形流动有助于使基板165更均匀地暴露于偏斜的等离子体壳层的离子和自由基。
在可以与本文描述的其他实施例结合的图1C和1E的一些实施例中，电磁铁壳体172(图1C)和电磁铁系统171(图1E)包括两个或更多个导电线178。电磁铁壳体172的每个导线178设置在电磁铁壳体172的相应部分中。在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，导线178在电磁铁壳体172中彼此等距间隔。电磁铁系统171的每个导线178设置在间隔件114的相应部分中。在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，导线178在间隔件114中彼此等距间隔。电源180(如图1D中所示的180a、180b、180c和180d)各自耦接到每个导线178。电源180可电性操作连接到控制器164。控制器164可操作以顺序地打开或关闭每个电源180，并同时(concurrently)打开或关闭每个电源180，以控制向每个导线178的供电。同时关闭每个电源180可使电磁铁产生的磁场分路(shunting)。在一个示例中，第一导线以半圆(semi-circle)的方式盘绕(coil)一次或多次并设置在电磁铁壳体172(图1C)或间隔件114(图1E)的第一半部中以形成第一电磁铁，该电磁铁壳体172或间隔件110的第一半部对应于处理空间126的第一半部。第二导线以半圆的方式盘绕一次或多次并设置在电磁铁壳体172(图1C)或间隔件110(图1E)的第二半部中以形成第二电磁铁，该电磁铁壳体172或间隔件114的第二半部对应于处理空间126的第二半部。第一和第二电磁铁可具有相反的极性。
如图1D中所示，电磁铁壳体系统170的示意性顶视图，在一个示例中，第一导线178a以具有90度或更小角度角弧(angular arc)的半圆的方式盘绕一次或多次并设置在电磁铁壳体172的第一四分之一圆179a中以形成第一电磁铁，该电磁铁壳体172的第一四分之一圆179a对应于处理空间126的第一四分之一圆126a。第二导线178b以具有90度或更小角度角弧的半圆的方式盘绕一次或多次并设置在电磁铁壳体172的第二四分之一圆179b中以形成第二电磁铁，该电磁铁壳体172的第二四分之一圆179b对应于处理空间126的第二四分之一圆126b。第三导线178c以具有90度或更小角度角弧的半圆的方式盘绕一次或多次并设置在电磁铁壳体172的第三四分之一圆179c中以形成第三电磁铁，该电磁铁壳体172的第三四分之一圆179c对应于处理空间126的第三四分之一圆126c。第四导线178d以具有90度或更小角度角弧的半圆的方式盘绕一次或多次并设置在电磁铁壳体172的第四四分之一圆179d中以形成第四电磁铁，该电磁铁壳体172的第四四分之一圆179d对应于处理空间126的第四四分之一圆126d。第一、第二、第三和第四电磁铁可具有交替的极性。
壳体驱动系统115和旋转磁性壳体104耦接至壳体升举系统168。将壳体驱动系统115和旋转磁性壳体104耦接至壳体升举系统168，这有助于旋转磁性壳体104相对于基板165的垂直调整。将电磁铁壳体172耦接至壳体升举系统168，这有助于电磁铁壳体172相对于基板165的垂直调整。例如，可以增加或减小由穿过每个磁铁143的中心到基板165形成的平面所界定的垂直距离135，以调整保持在对应的腔室101a或101b内的等离子体的性质。例如，可以增加或减小由穿过导线178的中心形成的平面所界定的垂直距离182，以调整保持在相应腔室101a或101b内的等离子体的性质。壳体升举系统168可操作以同时地升高和降低旋转磁性壳体104和壳体驱动系统115，但是，也可以设想各自单独的致动。升高和降低与基板165相距的垂直距离135、182提供了对等离子体壳层到基板165的距离的调整，并因此控制离子和自由基的浓度的运动以控制沉积或蚀刻的膜的均匀性和性质(诸如应力)。为便于垂直致动，壳体升举系统168可包括一个或多个致动器(诸如电动马达、步进马达、具有螺杆的螺丝驱动器等)，以利于相对于安装板112的垂直致动。在可以与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，马达149通过架座157耦接到壳体升举系统168。
在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，外侧壁113、175具有厚度159。外侧壁113、175的材料和厚度159通过控制外侧壁113、175的磁导率而将磁场限制在处理空间126。如图1E中所示，与导线178对准并耦接到间隔件114的外壁162的屏蔽件184的材料和厚度提供将磁场限制在处理空间126。将磁场限制在处理空间126，这减轻了磁场对相邻处理腔室的附近处理空间的影响，从而改善处理均匀性。在可以与本文描述的其他实施例组合的一个实施例中，如图1A和1C中所示，腔室101a、101b包括经致动的屏蔽件186，经致动的屏蔽件186可操作以升高和降低，使得经致动的屏蔽件186的主体188的开口190与导线178和磁铁143之一对准。在可以与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，如图1E中所示，腔室101a、101b包括屏蔽件192，屏蔽件192的主体194的开口196与导线对准。经致动的屏蔽件186和屏蔽件192的材料和厚度将磁场限制在处理空间126。
图2是控制在PECVD腔室的处理空间126中形成的等离子体的密度分布301的方法200的流程图。为了便于说明，将参考图1A-1E来描述图2。然而，应当注意，可将系统100以外的PECVD系统与方法200结合使用，且应当注意到，可将旋转磁性壳体系统102以外的磁性壳体组件与方法200结合使用。
在操作201，将基板165设置在基板支撑件130的支撑表面134上。在一个实施例中，基板通过狭缝阀138被传送到腔室101a、101b中，狭缝阀138穿过腔室主体110形成并设置在基板支撑件130上。接着，基板支撑件130被基板支撑件驱动系统136升高到处理空间126中的升高的处理位置。
在操作202，一种或多种气体以一流动速率被提供到腔室101a、101b的处理空间126中。在一个实施例中，流量控制器142将一种或多种气体从一个或多个气体源144输送到扩散器146。一种或多种气体混合并透过扩散器146的多个孔或喷嘴被注入到处理空间126中。在一个实施例中，将一种或多种气体连续地提供到扩散器146，在扩散器146中混合，并被注入到处理空间126中。在另一个实施例中，泵150维持处理空间中的压力。虽然图1A中所示的泵150耦接腔室101a、101b两者，但是可以设想，腔室101a、101b中的每一个可使用各自分立的泵150。
在操作203，将RF功率施加于一种或多种气体的混合物。在一实施例中，RF源154向基板支撑件130提供RF能量以利于在基板支撑件130与气体分配组件122的扩散器146之间产生电容性耦合的等离子体。将RF功率供应到电极156，且在扩散器146和基板支撑件130之间产生电场，使得基板支撑件130和扩散器146之间的处理空间126中存在的气体的原子被离子化并释放电子。将离子化的原子加速到基板支撑件130，这有助于位于基板支撑件130上的基板165上的膜的沉积或蚀刻。
在操作204，调整在处理空间126中形成的等离子体的密度分布301。在可以与本文所述的其他实施例组合的一个实施例中，旋转磁性壳体系统102的旋转磁性壳体104经由壳体驱动系统115绕处理空间126的中心轴103以所述旋转速率旋转。可在操作204期间调整以下各者中的至少一个：旋转速率、从每个磁铁143到中心轴103的水平距离133、及每个磁铁143的中心到基板165的垂直距离135。在可以与本文描述的其他实施例组合的一个实施例中，电流在一圆环形路径中被提供给导线178。可通过升高和降低旋转磁性壳体104和基板支撑件130中的至少一个来调整垂直距离135。旋转磁性壳体104产生动态磁场。所述磁场改变等离子体的形状、离子和自由基的浓度及离子和自由基的浓度的运动，以控制密度分布301、离子密度302和等离子体的直径。控制密度分布301、离子密度302和等离子体的直径，这调节沉积的膜的均匀性和性质。多个磁铁143中的每个磁铁被固持在固定架中，多个磁铁143中的每个磁铁之间的间距为p。间距p对应于多个磁铁143中的每个相邻磁铁之间的距离。间距p调节通过对旋转磁性壳体104进行旋转所产生的磁场。调整垂直距离135，这改变等离子体壳层到基板的距离，并因此控制离子和自由基的浓度的运动以控制沉积的膜的均匀性和性质(诸如应力)。
在另一实施例中，可在操作204期间调整以下各者中的至少一个：电流、功率、从导线178到中心轴103的水平距离133、及每个导线178的中心到基板165的垂直距离182。可通过升高和降低电磁铁壳体172和基板支撑件130中的至少一个来调整垂直距离182。电磁铁壳体172产生动态磁场。所述磁场改变等离子体的形状、离子和自由基的浓度及离子和自由基的运动，以控制密度分布301、离子密度302和等离子体的直径。控制密度分布301、离子密度302和等离子体的直径，这调节沉积的膜的均匀性和性质。调整垂直距离182，这改变等离子体壳层到基板的距离，并从而控制离子和自由基的运动以控制沉积的膜的均匀性和性质(诸如应力)。
在可以与本文描述的其他实施例结合的一个实施例中，在操作204，旋转磁性壳体104的第一半部137和第二半部139具有相反定向的磁铁143。在可以与本文描述的其他实施例结合的另一实施例中，在操作204，可以调整以下各者中的至少一个：气隙、横截面积和导线178的每匝之间的距离。在可以与本文描述的其他实施例组合的另一实施例中，在操作204，向具有相反或交替极性的两个或更多个电磁铁顺序地提供功率。
在一些实施例中，基板支撑件驱动系统136使基板支撑件130以所述旋转速率绕处理空间126的中心轴103旋转。选择磁铁143的强度以将等离子体分布的最高峰(peak)定位在待处理的基板的表面上方的期望的径向位置。在包括相反定向的磁铁143的实施例中，经由磁铁143产生的B场是偏斜的(skewed)。在包括对气隙、横截面积及导线178的每匝之间的距离中的至少一个进行调整的实施例中，经由通过导线178的电流产生的B场是偏斜的。在包括向具有相反或交替极性的两个或更多个电磁铁顺序地提供功率的实施例中，经由通过导线178的电流产生的B场是偏斜的。B场的偏斜使等离子体壳层的最高峰移位(shift)。然而，在处理期间，磁铁143的旋转和绕处理空间126的圆环形路径中的通过导线178的电流有助于基板更均匀地暴露于偏斜的等离子体壳层的离子和自由基。在其他实施例中，旋转基板，而产生均匀的沉积分布。相反地，常规工艺利用最高峰位于基板上方的中心的等离子体分布。即使在基板旋转的情况下，由于相对于基板的径向向外的边缘，在基板的中心处离子密度增加，所以这种配置导致不均匀的沉积(如中央厚重的沉积(center-heavydeposition))。
可以设想的是，本公开案的各个方面可与永磁铁、电磁铁或其组合一起使用。另外，可以设想的是，可以以交替极性的配置来设置磁铁，或者可将类似定向极性的磁铁分组设置，诸如环绕约180度的组。
总而言之，本文描述了磁性和电磁系统以及控制PECVD腔室的处理空间中形成的等离子体的密度分布的方法。在一个实施例中，旋转磁性壳体经配置绕处理空间的中心轴旋转以产生静态或动态磁场。所述磁场改变等离子体的形状、离子和自由基的浓度以及离子和自由基的浓度的运动，以控制等离子体的密度分布。控制等离子体的密度分布，这调节沉积或蚀刻的膜的均匀性和性质。
虽然前面所述针对本公开案的示例，但在不背离本公开案的基本范围下，可设计本公开案的其他以及进一步的示例，且本公开案的范围由以下权利要求书的范围限定。

Claims (19)

1.一种磁性壳体系统，包括：
旋转磁性壳体，该旋转磁性壳体包含：
上板；
外侧壁；
内侧壁，该内侧壁界定圆形中心开口；和
下板；以及
多个固定架，该多个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，其中
所述多个固定架中的每个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d；
每个固定架具有耦接至所述旋转磁性壳体的所述上板的上表面以及耦接至所述旋转磁性壳体的所述下板的下表面；以及
所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁，该多个磁铁中的每个磁铁被固持在对应的固定架中，所述多个磁铁中的每个磁铁之间的间距为p，且当所述旋转磁性壳体绕所述圆形中心开口旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形路径中行进。
2.如权利要求1所述的磁性壳体系统，其中所述旋转磁性壳体耦接至驱动系统，该驱动系统包括：
马达，该马达与皮带耦接，其中该皮带绕所述旋转磁性壳体设置，所述皮带具有多个凸耳，且每个凸耳对应于所述旋转磁性壳体的所述外侧壁的多个凹槽中的一个凹槽。
3.如权利要求2所述的磁性壳体系统，其中所述驱动系统和所述旋转磁性壳体耦接至壳体升举系统，该壳体升举系统可操作以升高和降低所述旋转磁性壳体和所述驱动系统。
4.如权利要求3所述的磁性壳体系统，其中所述旋转磁性壳体可耦接至腔室的外侧壁。
5.如权利要求1所述的磁性壳体系统，其中所述固定架耦接至轨道，且致动所述固定架以在所述轨道上移动。
6.一种腔室，包括：
腔室主体；
腔室盖件，该腔室盖件具有气体分配组件；
基板支撑件，该基板支撑件与所述气体分配组件相对地定位以界定处理空间，该处理空间具有中心轴；
射频(RF)源，该射频(RF)源可操作以耦接到设置在基板支撑件内的电极；以及
旋转磁性壳体系统，该旋转磁性壳体系统具有耦接至所述腔室的旋转磁性壳体，其中所述旋转磁性壳体包含：
上板；
外侧壁；
内侧壁，该内侧壁界定圆形中心开口；
下板；和
多个固定架，该多个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，其中：
所述多个固定架中的每个固定架设置在所述旋转磁性壳体中，每个固定架之间的距离为d；
每个固定架具有耦接至所述旋转磁性壳体的所述上板的上表面以及耦接至所述旋转磁性壳体的所述下板的下表面；以及
所述多个固定架具有可移除地设置在其中的多个磁铁，其中该多个磁铁中的每个磁铁被固持在相应的固定架中，所述多个磁铁中的每个磁铁之间的间距为p，且当所述旋转磁性壳体绕所述圆形中心开口旋转时，所述多个磁铁经配置在圆环形路径中行进。
7.如权利要求6所述的腔室，其中所述旋转磁性壳体的所述内侧壁耦接至腔室间隔件的外壁，所述腔室间隔件具有：
第一凸缘，该第一凸缘耦接到所述腔室主体的安装板；以及
第二凸缘，该第二凸缘耦接到所述腔室盖件。
8.如权利要求7所述的腔室，其中所述旋转磁性壳体耦接至驱动系统，该驱动系统包括耦接至皮带的马达，所述皮带将绕所述旋转磁性壳体设置，所述皮带具有多个凸耳，且每个凸耳对应于所述旋转磁性壳体的所述外侧壁的多个凹槽中的一个凹槽。
9.如权利要求8所述的腔室，其中所述驱动系统和所述旋转磁性壳体耦接至壳体升举系统，该壳体升举系统可操作以升高和降低所述旋转磁性壳体和所述驱动系统。
10.如权利要求7所述的腔室，其中所述腔室间隔件的所述外壁包括聚合物材料。
11.如权利要求6所述的腔室，其中所述基板支撑件耦接至基板支撑件驱动系统，该基板支撑件驱动系统经配置使所述基板支撑件绕所述处理空间的所述中心轴旋转。
12.如权利要求6所述的腔室，其中所述固定架耦接至轨道，且致动所述固定架以在所述轨道上移动。
13.一种腔室，包括：
腔室主体；
腔室盖件，该腔室盖件具有气体分配组件；
基板支撑件，该基板支撑件与所述气体分配组件相对地定位以界定处理空间，该处理空间具有中心轴；
射频(RF)源，该射频(RF)源可操作以耦接到设置在基板支撑件内的电极；以及
电磁铁磁性壳体系统，该电磁铁磁性壳体系统具有耦接至所述腔室的电磁铁壳体，该电磁铁壳体包含：
上板；
外侧壁；
内侧壁，该内侧壁界定圆形中心开口；
下板；和
两个或更多个导线，所述导线中的每个导线在所述电磁铁壳体的相应部分中盘绕一次或多次，所述导线中的每个导线可操作以各自连接到电源，其中所述两个或更多个导线具有交替的极性。
14.如权利要求13所述的腔室，其中所述两个或更多个导线在所述电磁铁壳体中彼此等距间隔。
15.如权利要求13所述的腔室，其中所述两个或更多个导线包括：
第一导线，该第一导线以半圆的方式盘绕并设置在所述电磁铁壳体的第一四分之一圆中，所述半圆具有约90度或更小角度的角弧，所述电磁铁壳体的所述第一四分之一圆对应于所述处理空间的第一四分之一圆；
第二导线，该第二导线以半圆的方式盘绕并设置在所述电磁铁壳体的第二四分之一圆中，所述半圆具有约90度或更小角度的角弧，所述电磁铁壳体的所述第二四分之一圆对应于所述处理空间的第二四分之一圆；
第三导线，该第三导线以半圆的方式盘绕并设置在所述电磁铁壳体的第三四分之一圆中，所述半圆具有约90度或更小角度的角弧，所述电磁铁壳体的所述第三四分之一圆对应于所述处理空间的第三四分之一圆；以及
第四导线，该第四导线以半圆的方式盘绕一次或多次并设置在所述电磁铁壳体的第四四分之一圆中，所述半圆具有约90度或更小角度的角弧，所述电磁铁壳体的所述第四四分之一圆对应于第四四分之一圆，其中所述第一、第二、第三和第四导线具有交替的极性。
16.如权利要求13所述的腔室，其中所述电磁铁壳体耦接至壳体升举系统，该壳体升举系统可操作以升高和降低所述电磁铁壳体。
17.如权利要求13所述的腔室，进一步包括经致动的屏蔽件，该经致动的屏蔽件可操作以升高和降低，使得该经致动的屏蔽件的开口与所述两个或更多个导线对准。
18.如权利要求13所述的腔室，其中所述导线耦接到轨道，且所述导线可沿着所述轨道致动。
19.如权利要求13所述的腔室，其中所述电磁铁壳体的所述内侧壁耦接至腔室间隔件的外壁，所述腔室间隔件具有：
第一凸缘，该第一凸缘耦接到所述腔室主体的安装板；以及
第二凸缘，该第二凸缘耦接到所述腔室盖件。
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