CN113529043A - 沉积系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种沉积系统和方法，本公开的沉积系统提供透过延长靶材替换间隔来降低溅镀制程成本的特征。沉积系统提供磁性元件的阵列，此磁性元件的阵列会产生磁场并基于靶材厚度测量数据来重新定向磁场。阵列中的至少一个磁性元件会倾斜以调节或改变磁场方向并使磁场聚焦在靶材的一个区域上，其中此区域具有比其他区域更多的靶材材料。因此，在此区域上会发生更多的离子(例如，氩离子)轰击，以在靶材表面上产生更均匀的侵蚀。

Description

沉积系统和方法
技术领域
本公开是关于一种沉积系统和方法。
背景技术
为了生产半导体装置，作为半导体装置的原材料的半导体基板(例如，硅晶片)必须经历一系列复杂而精确的制程步骤(例如，扩散、离子布植、化学气相沉积、微影、蚀刻、物理气相沉积、化学机械平坦化和电化学电镀)。
物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)通常用于在半导体基板上沉积一层或多层。例如，通常会在半导体制造制程中使用溅镀(物理气相沉积的一种形式)，以在基板上沉积复合的合金和金属(例如，银、铜、黄铜、钛、硅、氮化硅和氮化碳)。溅镀包括在真空罩(室)中彼此平行地定位的靶材(target)(源(source))和基板(晶片)。当基板(阳极)具有正电位时，靶材(阴极)电接地。相对较重并且是化学惰性气体的氩气常在溅镀过程中作为溅镀的离子种类。当将氩气引入腔室中时，其会与从阴极释放的电子发生多次碰撞。这会导致氩气失去其外部电子并变成带正电的氩离子。带正电的氩离子会被阴极靶材的负电位强烈地吸引。当带正电的氩离子撞击靶材表面时，带正电的氩离子的动量会转移到靶材材料上，以使一个或多个原子离开原位，这些原子最后会沉积在基板上。
溅镀可采用配置在靶材后面和周围的磁铁，以透过在靶材的表面附近捕获电子来吸引更多带正电的离子，这将导致靶材表面上更多的氩离子轰击。
发明内容
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种沉积方法，用以在一物理气相沉积室中将一材料从一靶材沉积到一基板上，沉积方法包含沉积材料的薄膜于初始基板上；测量在多个位置的初始基板上的薄膜的厚度；基于在这些位置的测量，决定初始基板上的薄膜的平均厚度；决定这些位置中薄膜的厚度小于薄膜的平均厚度的至少一个位置；以及基于所决定的该至少一个位置将信号传输到第一磁性元件，信号调整由第一磁性元件提供的磁场。
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种在物理气相沉积室内将材料从靶材沉积到基板上的方法，方法包含测量在多个位置的靶材的厚度；基于在这些位置测量靶材的厚度来决定靶材的平均厚度；决定这些位置中靶材的厚度大于靶材的平均厚度的至少一个位置；使用所决定的该至少一个位置来调整第一磁性元件的取向。
根据本公开的一个或多个实施例，提供了一种沉积系统，包括基板处理室、在基板处理室中的基板卡盘和环绕基板处理室的靶材，以及在靶材上方的磁性元件的阵列。磁性元件的阵列中的多个磁性元件可以共同地或单独地倾斜。
附图说明
当结合附图阅读时，根据以下的详细描述可以最好地理解本公开的各方面。应理解，根据行业中的标准实践，各种特征并未按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各种特征的尺寸可以任意地增加或减小。
图1是根据本公开中一个或多个实施例的整个沉积系统的截面图；
图2是根据本公开中一个或多个实施例的沉积系统中的靶材以及磁性元件的阵列和超音波感测器的截面图；
图3是磁性元件的阵列的截面图，此磁性元件的阵列产生的磁场可聚焦在靶材上多个决定的位置；
图4的截面图绘示在对磁性元件进行任何调整之前的沉积系统的示例性结果；
图5绘示根据本公开的一个或多个实施例在对磁性元件施加调整之后的沉积系统的示例性结果的截面图；
图6绘示根据本公开的一个或多个实施例中磁性元件的阵列如何用于清洁基板处理室中的制程防护罩的截面图；
图7是根据本公开的一个或多个实施例的磁性元件的阵列的顶视图；
图8和图9是根据一个或多个实施例的磁性元件的正视截面图和侧视截面图；
图10是根据一个或多个实施例的磁性元件的正视截面图；
图11绘示根据本公开的一个或多个实施例的增加在后续基板上薄膜的均匀性的方法的流程图；
图12绘示根据本公开的一个或多个实施例的增加靶材替换间隔的方法的流程图。
【符号说明】
100:沉积系统
200:基板处理室
202:基板卡盘
204:靶材
206:磁性元件的阵列
208:超音波感测器
300:控制器
302:输入电路
304:记忆体
306:处理器
308:输出电路
402:磁性元件,永磁性元件
403:永久磁铁
404:磁性元件,电磁性元件
405:电磁铁
412:圆柱体
414:第一引导元件
416:第二引导元件
418:第三引导元件
422:第一滑动槽
424:第二滑动槽
426:第一榫卯
428:第二榫卯
432:第一致动器
434:第二致动器
442:驱动机构
446:第一轴
502:薄膜
504:初始基板
602:薄膜
604:后续基板
700:制程防护罩
S100:步骤
S200:步骤
S300:步骤
S400:步骤
S500:步骤
S1100:步骤
S1200:步骤
S1300:步骤
S1400:步骤
A,B:靶材表面
具体实施方式
以下公开提供了用于实现所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。以下描述元件和配置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而无意于进行限制。例如，在下面的描述中，在第二特征之上或上方形成第一特征可以包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中在第一特征和第二特征之间形成附加的特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各个示例中重复参考数字和/或文字。此重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
更甚者，空间相对的词汇(例如，“低于”、“下方”、“之下”、“上方”、“之上”等相关词汇)于此用以简单描述如图所示的元件或特征与另一元件或特征的关系。在使用或操作时，除了图中所绘示的转向之外，这些空间相对的词汇涵盖装置的不同转向。再者，这些装置可旋转(旋转90度或其他角度)，且在此使用的空间相对的描述语可作对应的解读。
根据本文描述的主题的实施例包括一种沉积系统，此沉积系统能够透过调节位于靶材后面(和/或周围)的一个或多个磁性元件的取向来改变磁场的方向。
这样的沉积系统的实施例包括在靶材后面(和/或周围)的磁性元件的阵列以及配置为控制磁性元件的取向的控制器。作为非限制性示例，磁性元件阵列中的至少一些磁性元件可共同地或单独地倾斜。透过共同地或单独地倾斜磁性元件，由可倾斜的磁性元件产生的磁场从预设的位置重定向到靶材上的目标位置。因此，将改变施加到目标位置的磁场大小。换句话说，根据本公开描述的部分实施例的沉积系统可以选择性地调节施加到靶材上的特定位置的磁场的量或大小。透过使用可倾斜的磁性元件增加施加到特定位置的磁场大小，也会增加在靶材的特定位置上的离子轰击。更高或更多的离子轰击意味着可从靶材的特定位置去除更多的靶材材料(例如，金属原子)。最后，从靶材的特定位置去除的材料会沉积在基板上。
图1是根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100的截面图。
参照图1，沉积系统100包括基板处理室200、基板处理室200中的基板卡盘202、环绕基板处理室200的靶材204、位于靶材204上方的磁性元件的阵列206和控制器300。根据本公开的一个或多个实施例，磁性元件的阵列206包括至少一个永磁性元件402和至少一个电磁性元件404。在部分实施例中，磁性元件的阵列206中的磁性元件402、404中的至少一个是可倾斜的。在部分实施例中，可倾斜的磁性元件也是可旋转的。在本公开的一个或多个实施例中，磁性元件的阵列206中的磁性元件402、404中的至少一些能够共同地或单独地倾斜(和/或旋转)。
如本文所用，除非另外明确地指出，否则术语“可旋转的磁性元件”是指一个或多个能够相对于垂直于平行靶材204的上表面的水平线(或与平行靶材204的上表面的水平线具有一定的角度)配置的垂直轴旋转的可旋转的磁性元件。
如本公开所示，除非另外具体地指出，否则术语“可倾斜的磁性元件”是指能够透过改变在可倾斜的磁性元件和平行于靶材204的上表面的水平线之间的斜率而能够倾斜的一个或多个可倾斜的磁性元件。
如在本公开中所使用的，除非另外特别地指出，术语“可倾斜和可旋转的磁性元件”或“可旋转和可旋转的磁性元件”是指能够如上所定义的倾斜和旋转的一个或多个可倾斜和可旋转的磁性元件。
永磁性元件402由可以长时间保持磁化而不会改变其磁性并且能够抵抗由外部磁场引起的磁性衰退的任何合适的材料构成。例如，永磁性元件402可以由铝镍钴合金、铁氧体等、钕、铁和硼的合金及其组合构成。永磁性元件402不限于由上述的示例性材料构成，而是可以由可以长时间保持磁化而不会改变其磁性并且可以抵抗由外部磁场引起的磁性衰退的任何材料形成。
电磁性元件404由当将电流施加到此材料时，此材料可以保持磁化，并且能够抵抗由外部磁场引起的磁性衰退的任何合适的材料构成。例如，电磁性元件404可以由缠绕在一材料的核心上的铜线或其他导电线的线圈构成，其会在电流流过导电线时产生磁场。适合作为电磁铁核心的材料的示例包括铁、镍或钴。电磁性元件404不限于由上述的示例性材料构成，而是可以由当将电流施加到此材料时能够保持磁化并且能够抵抗由外部磁场引起的磁性衰退的任何材料形成。
控制器300控制永磁性元件402和电磁性元件404之间的可倾斜的和/或可旋转的磁性元件的取向。根据本公开的一个或多个实施例，控制器300包括输入电路302、记忆体304、处理器306和输出电路308。控制器300包括配置为执行本公开所述的各种功能和操作的(计算机)处理器306，其中本公开所述的各种功能和操作包括透过输入电路302从各种数据源(例如，超音波感测器208和度量衡工具)接收输入数据并透过输出电路308传送输出数据(倾斜信号和旋转信号)。输入电路302从一个或多个超音波感测器208接收靶材厚度测量值，并从度量衡工具接收薄膜厚度测量值。在靶材204的多个位置处进行靶材厚度测量。在基板的多个位置处进行薄膜厚度测量。在部分实施例中，输入电路302还从操作员接收制程方法讯息(例如，靶材薄膜厚度)。输入电路302、记忆体304、输出电路308、超音波感测器208和度量衡工具的细节将在本公开的后续部分中提供。根据在输入电路302处接收到的测量，处理器306决定靶材204的平均厚度和薄膜502的平均厚度(在图4中)。输入电路302可以是或包括一个或多个输入端子，此一个或多个输入端子可通信地耦合到任何期望数量的讯息源(例如，超音波感测器208、度量衡工具和其他系统)。在部分实施例中，处理器306还会在多个位置中决定薄膜502厚度小于或大于薄膜502平均厚度的至少一个位置。类似地，处理器306会在多个位置中决定靶材204厚度小于或大于靶材204平均厚度的至少一个位置。记忆体304储存经由输入电路302接收的讯息以及经处理的数据(例如，来自处理器306的决定的位置讯息)。记忆体304可以是或可以包括任何计算机可读储存介质，包括，例如，只读记忆体(read-only memory,ROM)、随机存取记忆体(random access memory,RAM)、快闪记忆体、硬盘驱动机、光学储存装置、磁盘储存装置、电性可抹除程序化只读记忆体(electrically erasable programmable read-only memory,EEPROM)、有机储存介质等。输出电路308基于所决定的位置将倾斜(和/或旋转)信号传输到永磁性元件402和电磁性元件404之间的可倾斜的(和/或可旋转的)磁性元件。输出电路308可以是或包括一个或多个输出端子，此一个或多个输出端子通信地耦合至沉积系统100的任何期望数量的元件(例如，可倾斜的(和/或可旋转的)磁性元件)。来自薄膜502和靶材204的测量细节将在本公开的后续部分中提供。
根据一个或多个实施例，沉积系统100包括一个或多个能够在多个位置测量靶材204厚度的超音波感测器208。超音波感测器208可以是适合执行非破坏性检查的任何类型的感测器。例如，超音波感测器208可以是定位在靶材204上方的超音波感测器。超音波感测器208不限于超音波的类型，而可以是以非破坏性的方式在多个位置处测量靶材204厚度的任何类型的感测器。图1所示的实施例绘示位于靶材204上方的三个超音波感测器208。然而，本公开并不限制超音波感测器208的位置。超音波感测器208可以放置在用于监测靶材204的厚度的任何合适的位置。
图2是根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100中靶材204和磁性元件的阵列206以及超音波感测器208的截面图。
参考图2，根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100包括在靶材204上面或上方的三个超音波感测器208和磁性元件的阵列206。
在所示的实施例中，三个超音波感测器208位于靶材204上方。每个超音波感测器208基于超音波的传播使用至少一种非破坏性测试技术测量在相应区域中靶材204的厚度。例如，根据图2所示的实施例，每个超音波感测器208产生中心频率在约0.1百万赫(MHz)和50MHz之间的短超音波脉冲并将超音波脉冲传播到靶材204中。超音波感测器208透过比较由超音波感测器208产生的初始超音波脉冲和从靶材204反射的超音波脉冲波来测量各个区域中靶材204的厚度。
根据本公开的实施例不限于使用中心频率在0.1MHz和50MHz之间的短超音波脉冲。作为非限制性示例，在根据本公开的其他实施例中，中心频率低于0.1MHz或高于50MHz。根据本公开的实施例，由超音波感测器208产生的波形不限于脉冲波。对于非限制性示例，在根据本公开的其他实施例中，此波形可以是能够测量靶材204的厚度的任何合适的波形(例如，正弦波形、三角波形和锯齿波形)。
根据本公开的实施例不限于使用三个超音波感测器208。例如，在根据本公开的其他实施例中，基于靶材204的尺寸，两个或更多个超音波感测器208(均匀或不均匀地)定位在靶材204上方。然而，如果具有一个超音波感测器208足以在多个位置上测量靶材204的厚度，则可以只有一个超音波感测器208定位在靶材204上。亦或是，可使用一个或多个可移动的超音波感测器208来测量多个位置处靶材的厚度。
根据图2所示的实施例，控制器300从每个超音波感测器208接收厚度测量值。基于接收到的厚度测量值，控制器300决定在靶材204表面上的一个或多个位置，并将更多的磁场聚焦在此一个或多个位置。基于所决定的位置，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到在磁性元件的阵列206中对应的磁性元件402、404，以引起个别的磁性元件402、404倾斜和/或旋转。这种倾斜或旋转会导致由磁性元件的阵列206产生的磁场的焦点变化。这种磁场的焦点变化意味着，与靶材204表面上的其他位置相比，靶材204表面上的一个或多个位置会暴露于更大的磁场。如本文所用，除非另外明确指出，术语“对应的磁性元件”是指位于距离所决定的位置一定范围内的一个或多个可倾斜的(和/或可旋转的)磁性元件，透过倾斜(和/或旋转)此或这些磁性元件可将更多的磁场施加到所决定的位置。例如，透过倾斜对应的磁性元件402、404，会增加施加到靶材204上所决定的位置的磁场强度。
根据本公开的一个或多个实施例，控制器300从每个超音波感测器208接收原始测量值(例如，由超音波感测器208产生的初始超音波脉冲和透过输入电路302从靶材204反射的超音波脉冲)。控制器300的处理器306透过比较由超音波感测器208产生的初始超音脉冲波与从靶材204反射的超音脉冲波来测量各个区域中靶材204的厚度。基于此厚度测量，控制器300决定在靶材204的表面上将要被聚焦更多磁场的一个或多个位置。基于所决定的位置，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到磁性元件的阵列206中对应的磁性元件402、404，以引起个别的磁性元件402、404倾斜和/或旋转。这种倾斜或旋转会引起由磁性元件的阵列206产生的磁场的焦点变化。这种磁场的焦点变化意味着靶材204表面上的一个或多个位置相对于靶材204表面上的其他位置会暴露于更大的磁场。
图3是磁性元件的阵列206的截面图，此磁性元件的阵列206会产生聚焦在靶材204上多个决定的位置上的磁场。
参照图3，在根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100中，控制器300将倾斜信号发送到磁性元件的阵列206中对应的磁性元件404。基于由一个或多个超音波感测器208测量的厚度测量，控制器300产生的倾斜信号会改变对应的磁性元件404的取向。透过将每个对应的磁性元件404以特定的角度朝着匹配的决定位置倾斜，会增加施加到靶材204上每个决定位置的磁场强度。
根据图3所示的实施例，将八个电磁性元件404和五个永磁性元件402配置在一起以形成磁性元件的阵列206。图3所示的实施例绘示电磁性元件404是可倾斜的。然而，本公开不限于仅有电磁性元件404为可倾斜的。在根据本公开的其他实施例中，永磁性元件402也是可倾斜的。
基于从控制器300传输到八个可倾斜的电磁性元件404的倾斜信号，每个可倾斜的电磁性元件404倾斜以将磁场重定向到靶材204上的决定位置。
在图3所示的实施例中，每个电磁性元件404以特定的角度倾斜，从而将由电磁性元件404产生的磁场重新定向到最接近残留有较多靶材材料的靶材表面A。由电磁性元件404产生的磁场，会增加在每个靶材表面A上的离子轰击。
如上所述，根据本公开的实施例不限于倾斜对应的电磁性元件404以重新定向磁场。例如，在根据本公开的其他实施例中，透过倾斜至少一个对应的永磁性元件402或一起倾斜至少一个对应的永磁性元件402和至少一个对应的电磁性元件404来调节或改变磁场。在本公开的部分实施例中，磁性元件402、404中的至少一种类型可旋转以精确地重定向磁场。
能够重定向和聚焦的具有可倾斜的磁性元件402、404的磁场的益处包括可透过延长靶材替换之间的间隔来节省大量成本。例如，在某些位置具有足够材料厚度的靶材204，有时会由于在靶材的不同位置处的靶材材料的不均匀消耗或侵蚀而引起的靶材表面的不均匀而过早丢弃。然而，透过重定向磁场，靶材204上的侵蚀轮廓将变得更均匀，并且在更换靶材之前可以使用更大比例的靶材材料。同时，也可以增加基板处理室200的定期维护间隔。
根据本公开的一个或多个实施例，除了发送控制磁性元件402、404的倾斜角度的倾斜信号之外，控制器300还可用以发送旋转信号。控制器300还可控制每个可旋转的磁性元件402、404的旋转速度。在部分实施例中，磁性元件402、404中的至少一些以特定的速度旋转以提供更均匀的电磁场。在本公开的一个或多个实施例中，将磁性元件402、404的旋转设置在60转每分(rpm)和120rpm之间。根据本公开的实施例不限于使磁性元件402、404在60rpm和120rpm之间旋转。例如，在根据本公开的其他实施例中，将磁性元件402、404的旋转设置为低于60rpm(例如，0rpm)或高于120rpm。根据本公开的实施例，选择每个磁性元件402、404旋转的特定转速，使得其基于操作员设定的制程要求。如上所述，在本公开的部分实施例中，磁性元件402、404中的至少一种类型也可旋转以将磁场精确地重新定向到所决定的位置。
根据本公开的一个或多个实施例，除了或代替发送控制磁性元件402、404的倾斜角度的倾斜信号之外，控制器300会基于厚度测量值控制提供给在磁性元件的阵列206中每个电磁性元件404的电流。例如，透过改变施加到电磁性元件404的电流，也会改变施加到靶材204上特定位置的磁场大小。在本公开的一些其他实施例中，控制器300控制提供给至少一些电磁性元件404的电流。
在本公开的部分实施例中，控制器300会将更多的电流施加到一个或多个对应的电磁性元件404，以在残留有较多靶材材料的靶材表面A产生更强的磁场。在此，“对应的磁性元件”是指位于距所决定的位置一定范围内的一个或多个磁性元件402、404。由于由电磁性元件404产生的磁场较强，因此会增加在每个靶材表面A上的离子轰击。
在本公开的部分实施例中，控制器300向一个或多个非对应的电磁性元件404施加更少的电流或不施加电流，以在残留有较少或没有靶材材料的靶材表面B上产生围绕靶材表面B的较弱的磁场。由于由电磁性元件404产生的磁场较弱，因此会减少在每个靶材表面B上的离子轰击。
在本公开的部分实施例中，控制器300将更多的电流施加到一个或多个对应的电磁性元件404，以在残留有较多靶材材料的靶材表面A产生更强的磁场。同时，控制器300向一个或多个非对应的电磁性元件404施加更少的电流或不施加电流，以在残留有较少或没有靶材材料的对应的靶材表面B上产生围绕对应的靶材表面B的较弱的磁场。
在本公开的部分实施例中，基于来自超音波感测器208的测量，控制器300的处理器306会决定靶材204的平均厚度。控制器300会决定靶材204的厚度大于平均厚度的一个或多个位置。基于在靶材上的决定位置，控制器300会调整磁场以增加在决定位置处的靶材204的表面上的离子轰击。如上所述，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到对应的磁性元件402、404，以增加所决定的位置上的离子轰击。在部分实施例中，控制器300向对应的磁性元件404供应更多的电流以增加在所决定的位置上的离子轰击。在部分实施例中，控制器300对非对应的磁性元件404不供应电流或更少的电流。在部分实施例中，控制器300将旋转信号传输到对应的磁性元件402、404以增加所决定位置上的离子轰击。控制器300可以使用上述方法的任何组合来控制磁性元件402、404。
图4是截面图，绘示在对磁性元件402、404进行任何调整之前沉积系统100的示例性结果。
参考图4，在所示的实施例中，沉积系统100透过执行制程方法在初始基板504上沉积薄膜502。此制程方法包括一些制程条件(例如，沉积时间、腔室压力和氩气流速)，以在厚度的目标范围内将薄膜502沉积在初始基板504上。
由于在初始基板504的边缘上的薄膜502的厚度小于在薄膜502的中心区域中所示的厚度的目标范围，因此在初始基板504上所示的薄膜502不具有均匀的厚度。在初始基板504上沉积薄膜502之后，将初始基板504转移到度量衡工具。在度量衡工具处，度量衡工具在多个位置处测量在初始基板504上的薄膜502的厚度。
图5绘示根据本公开的一个或多个实施例在对磁性元件402、404施加调整之后的沉积系统100的示例性结果的截面图。
参照图5，沉积系统100的控制器300从度量衡工具接收厚度测量数据。基于测量数据，控制器300决定初始基板504上的薄膜502厚度小于厚度的目标范围的一个或多个位置。在图5所示的示例中，控制器300决定在初始基板504的边缘上薄膜502的厚度小于厚度的目标范围。基于在初始基板504上决定的位置，控制器300使用上述方法的任意组合来调节磁场，以增加在初始基板504上的所决定的位置上方或正上方的靶材204表面的离子轰击，以使初始基板504用于后续基板604。例如，在本公开的一个或多个实施例中，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到对应的磁性元件402、404以增加在初始基板504上的所决定的位置上方或正上方的靶材204表面上的离子轰击。在本公开的部分实施例中，除了或代替传输控制磁性元件402、404的倾斜角度的倾斜信号之外，控制器300将更多电流提供给对应的磁性元件404，以增加在初始基板504上的决定的位置上方或正上方的靶材204表面上的离子轰击。换句话说，控制器300基于从初始基板504收集的测量数据，使用上述方法的任意组合来调整磁场以使初始基板504用于后续基板604。
如图5所示，在根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100中，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到对应的磁性元件402、404，透过基于来自初始基板504的测量，将更多的磁场引导到靶材204的边缘上以增加在靶材204边缘上的离子轰击。因此，透过在后续基板604的边缘上沉积更多的靶材材料，可增加在后续基板604上的后续薄膜602的均匀性。
具有能够控制在基板上的薄膜层的均匀性的控制器300的益处之一是可以在制程鉴定过程中节省宝贵的时间。为了提高在基板上的薄膜的均匀性，一组制程工程师必须经历冗长的鉴定过程，其中包括微调几个制程条件。然而，由于控制器300能够基于来自度量工具的厚度测量来微调此过程，因此沉积系统100的控制器300可以加快鉴定过程。
在本公开的部分实施例中，控制器300从度量衡工具接收厚度测量值。基于此测量值，控制器300决定在基板上的薄膜的平均厚度。控制器300决定薄膜502的厚度小于所决定的平均厚度的一个或多个位置。基于在初始基板504上的所决定的位置，控制器300会调整磁场以增加在所决定的位置上方或正上方的靶材204表面上的离子轰击。
如上所述，控制器300能够将倾斜(和/或旋转)信号传输到对应的磁性元件402、404，以增加靶材204表面上的离子轰击，此离子轰击可能会影响在所决定位置的薄膜厚度。除了或代替传送控制磁性元件402、404的倾斜角度的倾斜信号之外，控制器300能够向对应的磁性元件404提供更多的电流，以增加靶材204表面上的离子轰击率，此离子轰击可能会影响在所决定位置的薄膜厚度。
具有能够基于所决定的薄膜的平均厚度来控制后续基板604上的薄膜的均匀性的控制器300的益处之一是为操作者提供了增加均匀性的侵入性较小的方法。换句话说，控制器300可以在不影响整体制程结果的情况下提供一些细微的改进。
图6绘示根据本公开的一个或多个实施例中磁性元件的阵列206是如何用于清洁基板处理室200中的制程防护罩的截面图。
参照图6，根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100包括控制器300、靶材204上的磁性元件的阵列206以及制程防护罩(process shield)700。制程防护罩700覆盖基板处理室200的内壁以防止在溅镀过程中的物质沉积在内壁上。
在所示的实施例中，沉积系统100的控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输至靶材204的外围区域上的磁性元件402、404。透过使(在外围区域上的)磁性元件402、404朝向制程防护罩700倾斜和/或旋转特定的角度，控制器300可将磁场重定向到制程防护罩700的内表面。因此，制程防护罩700的内表面会被氩离子轰击。在制程防护罩700的表面上使用离子轰击，可以清洁制程防护罩700上的沉积的靶材材料而无需使基板处理室200排气。在本公开的部分实施例中，在新安装的制程防护罩700的表面上的离子轰击用于去除制程防护罩700表面上的任何污染物质(例如，灰尘)。
图7绘示根据本公开的一个或多个实施例的磁性元件的阵列206的顶视图。
参照图7，根据本公开的一个或多个实施例的沉积系统100包括磁性元件的阵列206，此磁性元件的阵列206包括至少一个永磁性元件402和至少一个电磁性元件404。磁性元件的阵列206不限于由上述两种类型的磁性元件构成，而是可以仅由一种类型的磁性元件形成。
如上所述，永磁性元件402由可以在长时间内保持磁化而不会改变其磁性并且耐外部磁场引起的磁性衰退的任何合适的材料构成。例如，永磁性元件402可以由铝镍钴合金、铁氧体等、钕、铁和硼的合金及其组合构成。在本公开的部分实施例中，永磁性元件402能够进行诸如可倾斜和可旋转的运动中的至少一种。
如上所述，电磁性元件404由任何合适的材料构成，当将电流施加到此材料时，此材料可以保持磁化，并且能够抵抗由外部磁场引起的磁性衰退。例如，电磁性元件404可以由缠绕在由铁、镍或钴制成的核心上的铜线线圈构成。在本公开的部分实施例中，电磁性元件404能够进行诸如可倾斜和可旋转的运动中的至少一种。
在图7所示的实施例中，永磁性元件402在由电磁性元件404围绕的靶材204(图7中未示出)上呈星号形式。然而，根据本公开的实施例不仅限于星号或星形的形式。例如，在根据本公开的其他实施例中，永磁性元件402在靶材204上呈圆形形式。根据本公开的部分实施例，基于制程方法来选择永磁性元件402的特定布置。
图8和图9是根据一个或多个实施例中磁性元件402的正视截面图和侧视截面图。
参照图8和图9，永磁性元件402包括圆柱体412，此圆柱体包括第一引导元件414、第三引导元件418和位于第一引导元件414和第三引导元件之间的第二引导元件416。配置在圆柱体412的底部上的第一引导元件414包括第一滑动槽422(在图8中未绘示但是在图9中有绘示)。配置在圆柱体412的顶部上的第三引导元件418包括第二滑动槽424(在图8中未绘示但是在图9中有绘示)。
根据本公开的图示的实施例，第二引导元件416包括在底端上的第一榫卯426和在顶端上的第二榫卯428，其中第一榫卯426和第二榫卯428分别透过耦合至第一滑动槽422和第二滑动槽424而倾斜。第二引导元件416可透过第一致动器432和第二致动器434在至少两个方向上倾斜多达45度。
根据本公开的一个或多个实施例，第一致动器432和第二致动器434基于来自控制器300的倾斜信号而延伸或收缩。例如，第一致动器432延伸以将第二引导元件416的底端向右推动(在图8中)并且第二致动器434收缩以为第二引导元件416的底端向右滑动提供空间(在图8中)。类似地，第二致动器434延伸以将第二引导元件416的底端向左推动(在图8中)，并且第一致动器432收缩以为第二引导元件416的底端向左滑动提供空间(在图8中)。
第一致动器432和第二致动器434由可以基于倾斜信号延伸或收缩而不会因为外部磁场而引起磁性衰退的任何合适的材料构成。作为非限制性示例，第一致动器432和第二致动器434包括机械致动器、电致动器或由压电材料制成的致动器中的至少一个，所述压电材料诸如钠、锆钛酸铅、铌酸钾、铌酸钠钾、铁酸铋、石英和其他合适的陶瓷或非陶瓷压电材料。在部分实施例中，倾斜信号包括直流电电压，此直流电电压会使由压电材料制成的致动器延伸。在此实施例中，由压电材料制成的致动器随着施加到致动器的直流电电压的减小而收缩。
第二引导元件416包括耦合至驱动机构442(即，马达和步进马达)的永久磁铁403。在图8所示的实施例中，将步进马达作为驱动机构442，此驱动机构442透过第一轴446耦合到永久磁铁。根据本公开的部分实施例，驱动机构442基于来自控制器300的旋转信号旋转永久磁铁403。根据部分实施例，如果马达用于使永久磁铁403旋转，则驱动机构442由任何合适的外壳材料构成，此外壳材料可以使驱动机构442免受外部磁场的影响。
图10是根据一个或多个实施例的磁性元件404的正视截面图。
参照图10，电磁性元件404包括第一引导元件414、第二引导元件416和第三引导元件418。然而，电磁性元件404包括电磁铁405而不是如图8和图9所描述的永久磁铁403。根据本公开的部分实施例，如上所述，控制器300控制提供给电磁铁405的电流以调节磁场的大小。
除了所使用的磁铁的类型之外，图10所示的实施例类似于图8和图9所示的实施例，并且图8和图9的实施例的元件描述适用于图10所示的实施例的元件。因此，在此不再重复对图10的实施例的其他元件的描述。
图11绘示根据本公开的一个或多个实施例的增加在后续基板604上薄膜602的均匀性的方法的流程图。
参照图11，增加基板上薄膜的均匀性的方法包括：步骤S100，在基板上沉积薄膜；步骤S200，在多个位置测量基板上薄膜的厚度；步骤S300，基于在多个位置的测量，决定基板上薄膜的平均厚度；步骤S400，在这些位置中决定薄膜厚度小于薄膜平均厚度的至少一个位置；步骤S500，基于所决定的位置，将信号传输至第一磁性元件，此信号会调整由第一磁性元件所提供的磁场(电磁场)。
在基板上沉积薄膜的步骤S100是在初始基板504上沉积薄膜502的步骤。如上所述，在溅镀过程中，带正电的氩离子会轰击靶材204，并且带正电的氩离子的动量会转移到靶材材料上，以使一个或多个原子离开原位，这些原子最终会落在(沉积在)初始基板504上。
在多个位置处测量基板上薄膜厚度的步骤S200是使用度量工具在多个位置处测量薄膜502厚度的步骤。度量衡工具将测量数据直接或间接地传输到沉积系统100的控制器300。
基于在多个位置处的测量来决定在基板上的薄膜的平均厚度的步骤S300是基于所接收的测量数据来决定薄膜502的平均厚度的步骤。如上所述，控制器300的输入电路302从度量衡工具接收测量数据。控制器300的处理器306基于测量数据决定平均厚度。在其他实施例中，度量衡工具包括处理器，此处理器基于测量数据决定平均厚度，并将决定的平均厚度传送给控制器300。
在多个位置中决定薄膜厚度小于薄膜平均厚度的至少一个位置的步骤S400是在初始基板504上决定至少一个位置，其中在此位置的薄膜502的厚度小于所决定的薄膜502的平均厚度的步骤。如上所述，控制器300的处理器306决定初始基板504上的至少一个位置，在此位置的薄膜502厚度小于决定的薄膜502的平均厚度。在其他实施例中，度量工具包括处理器，此处理器决定初始基板504上的至少一个位置，其中此位置的薄膜502的厚度小于决定的薄膜502的平均厚度。
步骤S500是基于所决定的位置将信号传输到第一磁性元件的步骤，此信号调节由第一磁性元件提供的磁场(电磁场)。如上所述，控制器300将倾斜(和/或旋转)信号传输到对应的磁性元件402、404，以增加在所决定位置处的磁场大小，这将增加在所决定位置上的离子轰击。在根据本公开的部分实施例中，控制器300向对应的磁性元件404供应更多的电流以增加磁场的大小，从而增加在所决定的位置上的离子轰击。在根据本公开的部分实施例中，控制器300不会向非对应的磁性元件404供应电流或向非对应的磁性元件404供应较少的电流。控制器300可以使用上述方法的任意组合来控制磁性元件402、404。
图12绘示根据本公开的一个或多个实施例的增加靶材替换间隔的方法的流程图。
参照图12，增加靶材替换间隔的方法包括：步骤S1100，在多个位置处测量靶材的厚度；步骤S1200，基于在多个位置处测量靶材的厚度，决定靶材的平均厚度；步骤S1300，在这些位置中决定靶材厚度大于靶材平均厚度的至少一个位置；以及步骤S1400，使用所决定的位置来调整第一磁铁的方向。
在多个位置处测量靶材厚度的步骤S1100是在靶材表面上的多个位置处测量厚度的步骤。如上所述，一个或多个超音波感测器208位于靶材204上方。每个超音波感测器208使用基于超音波传播的非破坏性测试技术在相应区域中测量靶材204的厚度。根据一个或多个实施例，控制器300从每个超音波感测器208接收在多个位置处的厚度测量值或代表靶材厚度的信号。
基于在多个位置处测量靶材的厚度来决定靶材的平均厚度的步骤S1200是决定靶材204的平均厚度的步骤。在部分实施例中，控制器300的输入电路302从超音波感测器208接收测量数据。基于测量数据，控制器300的处理器306决定靶材204的平均厚度。在下一个步骤中，将靶材204的平均厚度作为阈值以决定靶材厚度大于靶材204平均厚度的位置。在部分实施例中，阈值也可以由操作员决定。根据本公开的部分实施例，可以基于靶材204的使用情况来将阈值设置为预定值。例如，在本公开的部分实施例中，随着靶材204使用率的增加，阈值的预定值会减小。
在多个位置中决定靶材厚度大于靶材平均厚度的至少一个位置的步骤S1300是决定在靶材204上应集中更多磁场的一个或多个位置的步骤。控制器300的处理器306决定靶材204上的一个或多个位置，其中靶材204的厚度大于所决定的靶材204的平均厚度。如上所述，在本公开的部分实施例中，平均值可以是预定值，此预定值根据靶材的使用情况而变化。
使用所决定的位置来调节第一磁铁的取向的步骤S1400是调节由磁性元件的阵列206产生的磁场的步骤。如上所述，控制器300发送倾斜(和/或(或旋转)信号到对应的磁性元件402、404，以调整所决定的位置周围的磁场，以增加或减少在所决定的位置上的离子轰击。在根据本公开的部分实施例中，控制器300会向对应的磁性元件404供应更多的电流以增加在所决定的位置上的离子轰击。在根据本公开的部分实施例中，控制器300不会向非对应的磁性元件404供应电流或向非对应的磁性元件404供应较少的电流。控制器300可以使用上述方法的任意组合来控制磁性元件402、404。
利用可倾斜和/或可旋转的磁性元件402、404将透过延长靶材替换之间的间隔来节省大量成本。例如，由于靶材材料的不均匀侵蚀或消耗，经常会过早地丢弃剩余有足够材料的靶材204。然而，根据本文所述的部分实施例，透过重新定向磁场方向，靶材204上的材料侵蚀会更加均匀，并且可使用靶材204上更多的材料。
利用能够基于所决定的薄膜平均厚度来控制在后续基板604上的薄膜均匀性的控制器300，为操作者提供一种增加薄膜均匀性的侵入性较小的方法。换句话说，控制器300可以在不影响整体制程结果的情况下提高薄膜均匀性。
根据本公开的一个或多个实施例，一种在基板上增加薄膜均匀性的方法包括在基板上沉积薄膜。使用溅镀制程将薄膜沉积在基板上。此方法包括在多个位置测量基板上薄膜的厚度。可以使用度量衡工具进行测量。然而，如果沉积工具配备了度量衡系统，则可以在沉积系统内进行测量。此方法包括基于在多个位置处的测量来决定在基板上薄膜的平均厚度。控制器基于来自度量衡工具的测量数据决定基板上薄膜的平均厚度。此方法包括在多个位置中决定薄膜厚度小于薄膜平均厚度的至少一个位置。控制器根据平均厚度决定一个或多个应沉积更多靶材材料的位置。此方法包括基于所决定的位置将信号传输到第一磁性元件，此信号调整由第一磁性元件提供的磁场(电磁场)。
根据本公开的一个或多个实施例，一种增加靶材替换间隔的方法包括在多个位置测量靶材的厚度。一个或多个超音波感测器可用于测量靶材的厚度。此方法包括基于在多个位置处测量靶材的厚度来决定靶材的平均厚度。例如，控制器的输入电路从感测器接收测量数据，并且控制器的处理器决定靶材的平均厚度。此方法包括在多个位置中决定靶材厚度大于靶材平均厚度的至少一个位置。基于所决定的平均值，处理器决定靶材厚度大于靶材平均厚度的一个或多个位置。此方法包括使用所决定的位置来调整第一磁性元件的取向。
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种沉积方法，用以在一物理气相沉积室中将一材料从一靶材沉积到一基板上，沉积方法包含沉积材料的薄膜于初始基板上；测量在多个位置的初始基板上的薄膜的厚度；基于在这些位置的测量，决定初始基板上的薄膜的平均厚度；决定这些位置中薄膜的厚度小于薄膜的平均厚度的至少一个位置；以及基于所决定的该至少一个位置将信号传输到第一磁性元件，信号调整由第一磁性元件提供的磁场。在一些实施例中，第一磁性元件包含多个磁铁。在一些实施例中，第一磁性元件包含永久磁铁和电磁铁。在一些实施例中，方法还包含倾斜第一磁性元件以将磁场施加到在所决定的该至少一个位置正上方的靶材上的区域。在一些实施例中，方法还包含施加更多的电流于第一磁性元件，以及增加在所决定的该至少一个位置正上方的靶材上的区域上的离子轰击的规模。
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种在物理气相沉积室内将材料从靶材沉积到基板上的方法，方法包含测量在多个位置的靶材的厚度；基于在这些位置测量靶材的厚度来决定靶材的平均厚度；决定这些位置中靶材的厚度大于靶材的平均厚度的至少一个位置；使用所决定的该至少一个位置来调整第一磁性元件的取向。在一些实施例中，第一磁性元件包含多个磁铁。在一些实施例中，第一磁性元件包含永久磁铁和电磁铁。在一些实施例中，使用所决定的该至少一个位置来调节第一磁性元件的取向包含将第一磁性元件的磁场聚焦到所决定的该至少一个位置。在一些实施例中，测量靶材的厚度包含利用至少一个超音波感测器来分析靶材的厚度。
根据本公开的一个或多个实施例，提供了一种沉积系统，其能够提供更长的靶材替换间隔和更均匀的沉积。根据本公开的沉积系统包括基板处理室、在基板处理室中的基板卡盘和环绕基板处理室的靶材，以及在靶材上方的磁性元件的阵列。磁性元件的阵列中的多个磁性元件可以共同地或单独地倾斜。在一些实施例中，磁性元件的阵列包含至少一个永久磁铁。在一些实施例中，磁性元件的阵列包含至少一个电磁铁。在一些实施例中，磁性元件的阵列中的磁性元件可共同地或单独地旋转。在一些实施例中，磁性元件的阵列中的至少一个磁性元件包含一磁铁和耦合到该磁铁的驱动机构。在一些实施例中，驱动机构使磁性元件的磁铁旋转。在一些实施例中，磁性元件的阵列中的至少一个磁性元件包含一磁铁和耦合到该磁铁的致动器。在一些实施例中，致动器是倾斜的致动器。在一些实施例中，磁性元件的阵列中的至少一个磁性元件包含第一引导元件、第三引导元件以及在第一引导元件和第三引导元件之间的第二引导元件，其中第二引导元件包含驱动机构和磁铁。在一些实施例中，第二引导元件可倾斜多达45度。
前述概述了几个实施例的特征，使得本领域具普通知识者可以更好地理解本公开的各方面。本领域具普通知识者应该理解，他们可以容易地将本公开用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的益处。本领域具普通知识者还应该理解，这样的等效构造并不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，它们可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种沉积方法，用以在一物理气相沉积室中将一材料从一靶材沉积到一基板上，其特征在于，该沉积方法包含：
沉积该材料的一薄膜于一初始基板上；
测量在多个位置的该初始基板上的该薄膜的一厚度；
基于在所述多个位置的测量，决定该初始基板上的该薄膜的一平均厚度；
决定所述多个位置中该薄膜的该厚度小于该薄膜的该平均厚度的至少一个位置；以及
基于所决定的该至少一个位置将一信号传输到一第一磁性元件，该信号调整由该第一磁性元件提供的一磁场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一磁性元件包含一永久磁铁和一电磁铁。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含倾斜该第一磁性元件以将该磁场施加到在所决定的该至少一个位置正上方的该靶材上的一区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：
施加更多的电流于该第一磁性元件；以及
增加在所决定的该至少一个位置正上方的该靶材上的一区域上的离子轰击的一规模。
5.一种在一物理气相沉积室内将材料从一靶材沉积到一基板上的方法，其特征在于，该方法包含：
测量在多个位置的该靶材的一厚度；
基于在所述多个位置测量该靶材的该厚度来决定该靶材的一平均厚度；
决定所述多个位置中该靶材的该厚度大于该靶材的该平均厚度的至少一个位置；以及
使用所决定的该至少一个位置来调整一第一磁性元件的一取向。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用所决定的该至少一个位置来调节该第一磁性元件的该取向包含将该第一磁性元件的一磁场聚焦到所决定的该至少一个位置。
7.一种沉积系统，其特征在于，包含：
一基板处理室；
一基板卡盘，在该基板处理室中；
一靶材，环绕该基板处理室；以及
一磁性元件的阵列，在该靶材上，该磁性元件的阵列中的多个磁性元件可共同地或单独地倾斜。
8.根据权利要求7所述的沉积系统，其特征在于，在该磁性元件的阵列中的至少一个磁性元件包含一磁铁和耦合到该磁铁的一致动器。
9.根据权利要求8所述的沉积系统，其特征在于，该致动器是一倾斜的致动器。
10.根据权利要求7所述的沉积系统，其特征在于，在该磁性元件的阵列中的至少一个磁性元件包含一第一引导元件、一第三引导元件以及在该第一引导元件和该第三引导元件之间的一第二引导元件，
其中，该第二引导元件包含一驱动机构和一磁铁。
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