CN114072535A

CN114072535A - 用于增强等离子体控制的em源

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Publication number: CN114072535A
Application number: CN202080049329.0A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·詹森; 基思·A·米勒; 普拉沙斯·科斯努; 马丁·瑞克; 大卫·冈瑟; 艾米莉·斯库利
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-02-18
Also published as: US11692262B2; JP2024050576A; JP7416906B2; US20220341029A1; TW202119873A; JP2022539246A; US20210017639A1; KR20220034215A; WO2021011756A1

Abstract

公开用于在PVD沉积工艺期间控制等离子体分布的设备和方法。一些实施方式在沉积期间利用放置在靶上方的EM线圈来控制等离子体分布。

Description

用于增强等离子体控制的EM源

技术领域

本公开内容的实施方式总体涉及用于控制等离子体的设备和方法。更特定言之，本公开内容的实施方式涉及用于使用电磁铁在PVD沉积工艺中控制等离子体分布的设备和方法。

背景

溅射，或者称为物理气相沉积(PVD)，用于在半导体集成电路的制造中沉积金属和相关材料。溅射的用途也已扩展到将金属层沉积到高纵横比(aspect ratio)的孔(例如过孔或其他垂直互连结构)的侧壁上，以及在极紫外(EUV)掩模坯料的制造中。

在诸如物理气相沉积(PVD)腔室的等离子体增强基板处理系统中，具有高磁场和高DC功率的高功率密度PVD溅射可在溅射靶处产生高能量，并且导致溅射靶的表面温度大幅上升。通过使靶背板与冷却流体接触来冷却溅射靶。在通常在商业上实践的等离子体溅射中，将要溅射沉积的材料的靶密封到包含要涂覆的晶片的真空室腔中。使氩气进入室。在溅射工艺中，溅射靶被诸如等离子体的高能离子轰击，造成材料从靶移位并且以膜的形式沉积在放置在腔室中的基板上。

因此，随着装置尺寸的缩小，控制沉积工艺至关重要。此外，将等离子体控制为在整个溅射靶上均匀，以改善侵蚀特性并且随着时间推移使靶材料的磨损均匀，并且控制靶的寿命。

等离子体溅射可以使用DC溅射或RF溅射来完成。等离子体溅射通常包括位于溅射靶背面的磁控管，磁控管包括至少两个相反极性的磁铁，所述磁铁经由磁轭在磁铁的背面处磁性地耦合，从而将磁场投射到处理空间中，以增加等离子体的密度并且增强来自靶正面的溅射速率。磁控管中使用的磁铁对于DC溅射通常是闭回路，对于RF溅射通常是开回路。

当前用于PVD工艺中等离子体控制的硬件解决方案依赖于在靶后面旋转的各种配置中的这些固态磁铁。磁铁配置的调节或修改需要大量的硬件工作和腔室停机时间。因此，需要一种硬件解决方案，这种硬件解决方案允许对磁场进行软件控制并且消除对新磁铁设计的需求。

许多光学多层涂层堆叠结构(stack)的厚度公差可能非常苛刻，并且需要精确的沉积控制和监控。除了与工艺控制和层厚度监控相关的常见问题外(特别是对于具有较小误差容限的涂层)，大的基板还增加了另一个困难点，因为涂层厚度的不均匀性可能会超出设计的误差容限。

因此，还需要用于控制PVD沉积工艺中的等离子体分布以控制沉积速率、膜性质和其他工艺改进的方法和设备。

发明内容

本公开内容的一个或多个实施方式针对一种等离子体阴极组件，等离子体阴极组件包括阴极壳体，阴极壳体具有包围内部容积的顶部、侧壁和背板，阴极壳体具有中心轴线。背板被配置为在溅射工艺期间支撑靶。第一EM线圈位于阴极壳体的内部容积内部。第一EM线圈具有限定第一线圈宽度的第一内直径和第一外直径、和限定第一线圈厚度的第一底表面和第一顶表面。第二EM线圈位于阴极壳体的内部容积内部。第二EM线圈具有限定第二线圈宽度的第二内直径和第二外直径、和限定第二线圈厚度的第二底表面和第二顶表面。第一EM线圈在第二EM线圈的第二内直径内。

本公开内容另外的实施方式涉及一种等离子体处理腔室，包括腔室主体，腔室主体包括包围工艺容积的底部、侧壁和盖。基板保持器位于工艺容积内。等离子体阴极组件位于基板保持器上方。等离子体阴极组件包括阴极壳体，阴极壳体具有包围内部容积的顶部、侧壁和背板，阴极壳体具有中心轴线。背板被配置为支撑靶。第一EM线圈位于阴极壳体的内部容积内部。第一EM线圈具有限定第一线圈宽度的第一内直径和第一外直径。第二EM线圈位于阴极壳体的内部容积内部。第二EM线圈具有限定第二线圈宽度的第二内直径和第二外直径。第一EM线圈在第二EM线圈的第二内直径内。

本公开内容的其他实施方式针对一种调节等离子体分布的方法。方法包括以下步骤中的一者或多者：控制等离子体阴极组件内的EM线圈的间隔；调制流过等离子体阴极组件内的EM线圈的电流的方向或量；或控制EM线圈在等离子体阴极组件内的位置。

附图简要说明

可通过参考实施方式获得上文简要概述的本公开内容的更具体说明，以更详细地理解本公开内容的上述特征，附图中图示实施方式中的一些实施方式。然而应注意到，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，且因此不应被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。

图1是根据本公开内容的一个或多个实施方式的PVD沉积腔室的截面侧视图；

图2是根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体阴极组件的截面透视图；

图3A至图3C图示由条形磁铁的旋转引起的磁场的改变；

图4A至图4B图示由中心轴线附近的永久磁铁引起的磁场的改变；并且

图5图示根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体阴极组件的截面图。

在附图中，类似的部件和/或特征可具有相同的参考标记。再者，相同类型的各个部件可由参考标记之后的破折号和区分类似的部件的第二标记来区分。若说明书中仅使用首个参考标记，则该说明可适用于具有相同的首个参考标记的类似部件中的任何一者，不论该部件的第二标记为何。

具体说明

在描述本公开内容的若干示例性实施方式之前，应当理解，本公开内容不限于在以下说明中阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式被实践或执行。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“基板”是指表面或表面的一部分，工艺作用在所述表面或表面的一部分上。本领域技术人员也将理解的是，除非上下文另外明确指出，否则对基板的引用也可以仅指基板的一部分。另外，提及在基板上沉积，可以指裸基板和在具有沉积或形成在基板上的一个或多个膜或特征的基板两者。

如在本文中所使用的“基板”是指任何基板或形成在基板上的材料表面，在制造工艺期间在所述基板或形成在基板上的材料表面上执行膜处理。例如，基板表面(可以在所述基板表面上执行处理)包括诸如以下项的材料：硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂的氧化硅、非晶硅、经掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石和任何其他材料(诸如金属、金属氮化物、金属合金和其他导电材料)，视应用而定。基板包括但不限于半导体晶片。可以将基板暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、UV固化、电子束固化和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上进行膜处理外，在本公开内容中，所公开的任何膜处理步骤也可以在形成于基板上的下层上进行，如下面更详细地公开的，并且术语“基板表面”意图包括上下文所指示的这样的下层。因此，例如，在膜/层或部分的膜/层已经沉积到基板表面上的情况下，新沉积的膜/层的暴露表面成为基板表面。

如本文所使用的术语“水平的”定义为与掩模坯料的平面或表面平行的平面，而不论该平面的取向如何。术语“竖直的”是指垂直于上面所定义的水平的方向。诸如“上方”、“下方”、“底”、“顶”、“侧”(如在“侧壁”中)、“较高”、“较低”、“上部”、“之上”和“之下”的术语，如图所示，是相对于水平面定义的。

本公开内容的实施方式涉及等离子体阴极组件，组件包括在靶材料后面的复数个电磁(EM)线圈。EM线圈经定位而使一个线圈在另一线圈内。本公开内容的其他实施方式涉及使用本文公开的等离子体阴极组件来控制PVD沉积腔室中的等离子体场的方法。在一些实施方式中，控制等离子体密度和/或等离子体位置。

本公开内容的一些实施方式有利地在基于等离子体的沉积工艺(例如，物理气相沉积(PVD))中提供对等离子体分布的快速(例如，实时)调节。本公开内容的一些实施方式有利地为新的PVD工艺提供显著减少的开发时间。类似地，本公开内容的一些实施方式有利地提供具有受控的沉积速率的沉积工艺。

本公开内容的一些实施方式有利地提供靶材料的全面侵蚀。本公开内容的一些实施方式有利地提供在沉积工艺期间操纵膜性质的能力。在一些实施方式中，实时控制和操纵膜性质的能力使得能够进行沉积具有多层性质的膜的工艺。

图1图示根据本发明的一个或多个实施方式的适用于溅射沉积材料的普遍物理气相沉积(PVD)腔室100，也称为“溅射腔室”、“工艺腔室”或“溅射工艺腔室”。工艺腔室100包括腔室主体108，腔室主体108中限定有处理容积118。腔室主体108具有侧壁110和底部146。腔室主体108和工艺腔室100的相关部件的尺寸不受限制，并且通常成比例地大于要处理的基板114的尺寸。可以处理任何合适的基板尺寸，并且处理腔室100的尺寸可以潜在地不受限制。

盖组件104安装在腔室主体108的顶部上。腔室主体108可以由铝或其他合适的材料制成。穿过腔室主体108的侧壁110形成基板进出端口130，以协助将基板114(即，太阳能面板、平板显示器基板、半导体晶片或其他工件)传送进出工艺腔室100。进出端口130可以耦接到基板处理系统的传送腔室和/或其他腔室。

气体源128耦接至腔室主体108，以将工艺气体供应到处理容积118中。在各种实施方式中，工艺气体可以包括惰性气体、非反应性气体和反应性气体。气体源128可以提供的工艺气体的实例包括但不限于氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氢气(H₂)和上述项的组合。预期其他处理气体并且将其他处理气体包括在本发明的范围内。

穿过腔室主体108的底部146形成有泵送端口150。泵送装置152耦接至工艺容积118以排空并且控制工艺容积118中的压力。在一个实施方式中，工艺腔室100的压力水平可维持在约10^-10托至约1托的范围中。在特定的实施方式中，压力维持在约0.1mTorr至约10mTorr的范围内。

盖组件104通常包括靶120和耦接至靶120的接地屏蔽组件126。靶120提供可以在PVD工艺期间溅射并且沉积到基板114的表面上的材料源。盖组件104还可包括腔室顶板127，腔室顶板127可在靶120的顶部上或在靶120周围。在一些实施方式中，靶120可以充当顶板127。靶120可以邻近腔室顶板而放置。靶120或靶板可由用于沉积物质的材料制成。甚高频功率(VHF)源132和高频(HF)功率源133连接到靶120，以协助从靶120溅射材料。靶120可以由任何合适的材料制成，包括导电和非导电材料。

靶120通常包括外围部分124和中央部分116。在一些实施方式中，外围部分124设置在腔室的侧壁110之上。靶120的中央部分116可以具有曲率表面，曲率表面朝向设置在基板支撑件138上的基板114的表面稍微延伸。靶120与基板支撑件138之间的间隔可以被控制。在一些实施方式中，间隔维持在约50mm与约150mm之间，但是其他间隔在本发明的范围内。注意，靶120的尺寸、形状、材料、配置和直径可针对特定工艺或基板要求而变化。在一些实施方式中，靶120可以进一步包括具有中央部分的背板，中央部分由期望被溅射到基板表面上的材料结合和/或制造。靶120还可包括一起形成靶的相邻瓦(tile)或分段材料。

可选地，盖组件104还可包括安装在靶120上方的磁控管组件102，磁控管组件102在处理期间增强从靶120有效地溅射材料。磁控管组件的实例包括线性磁控管、蛇形(serpentine)磁控管、螺旋磁控管、双指型(double-digitated)磁控管、矩形螺旋磁控管等等。

盖组件104的接地屏蔽组件126包括接地框架106和接地屏蔽物112。接地屏蔽组件126还可包括其他腔室屏蔽构件、靶屏蔽构件、暗区(dark space)屏蔽物、暗区屏蔽框架。接地屏蔽物112通过接地框架106耦接到外围部分124，在工艺容积118中在靶120的中央部分下方限定上处理区域154。接地框架106使接地屏蔽物112与靶120电绝缘，同时经由侧壁110向工艺腔室100的腔室主体108提供接地路径。接地屏蔽物112将在处理期间产生的等离子体约束在上处理区域154内，并且从靶120的受限的中央部分116撞出靶源材料，从而使得被撞出的靶源主要沉积在基板表面而不是侧壁110上。在一个实施方式中，接地屏蔽物112可以由一个或多个工件片段和/或通过本领域已知的工艺结合的若干这些件而形成，工艺例如焊接、胶合、高压压缩等。

图1中所示的实施方式进一步包括延伸穿过腔室主体108的底部146的轴140，轴140耦接至提升机构144。提升机构144被配置为使基板支撑件138在下传送位置与上处理位置之间移动。波纹管142外接轴140并且耦接至基板支撑件138以在其间提供柔性密封，从而维持处理容积118的真空完整性。

阴影框架122可以设置在基板支撑件138的外围区域上，并且被配置为将从靶120溅射的源材料的沉积限制到基板表面的期望部分。腔室屏蔽物136可设置在腔室主体108的内壁上，并且具有向内延伸至处理容积118的唇部156，唇部156被配置为支撑围绕基板支撑件138设置的阴影框架122。当基板支撑件138升高到用于处理的上部位置时，设置在基板支撑件138上的基板114的外边缘被阴影框架122接合，并且阴影框架122被提升并且与腔室屏蔽物136间隔开。当基板支撑件138下降到邻近基板进出端口130的传送位置时，阴影框架122被放回到腔室屏蔽物136上。升降杆(未示出)被选择性地移动经过基板支撑件138，以将基板114提升到基板支撑件138上方，以利于通过传送机械手或其他合适的传送机构存取基板114。

至少一个控制器148耦接至工艺腔室100和/或工艺腔室100的各种部件。例如，控制器148可以被配置为控制工艺顺序、调节从气体源128进入腔室100的气体流、调节功率源的功率和频率以控制靶120的离子轰击、调节等离子体的密度和溅射物质的离子化程度。

在一些实施方式中，有多于一个的控制器148连接到个别的部件，并且主控制处理器耦合到每个单独的控制器以控制腔室100。控制器148可为可用于工业设定中以控制各种腔室与子处理器的通用计算机处理器的任何形式中的一者。

至少一个控制器148可具有处理器160、耦合至处理器160的存储器158、耦合至处理器160的输入/输出装置、和支持电路162，以在不同电子部件之间进行通信。存储器158可以包括暂时性存储器(例如，随机存取存储器)和非暂时性存储器(例如，储存器)中的一个或多个。

处理器160的存储器158或计算机可读介质，可为可容易取得的存储器中的一者或多者，可容易取得的存储器诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或本地或远程的任何其他形式的数字储存器。存储器158可以保留可由处理器160操作以控制腔室100的参数和部件的指令集。支持电路162耦合至处理器160以由常规方式支持处理器。电路可例如包含高速缓存、功率供应器、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统和类似物。

工艺可以作为软件例程储存在存储器中，软件例程在被处理器执行时使工艺腔室执行本公开内容的工艺。软件例程也可由第二处理器(未示出)储存和/或执行，第二处理器远离由处理器控制的硬件而定位。

本公开内容的一些或全部方法也可以在硬件中执行。照此，工艺可以以软件实施并且可以使用计算机系统执行，可以以硬件(作为例如专用集成电路或其他类型的硬件实施方式)或者作为软件和硬件的组合来执行。当由处理器执行时，软件例程将通用计算机转换成控制腔室操作以执行工艺的专用计算机(控制器)。

在一些实施方式中，控制器148具有一种或多种配置以执行单独的工艺或子工艺以执行方法。控制器148可以连接到中间部件并且配置成操作中间部件以执行方法的功能。例如，控制器148可以连接到并配置成控制气体阀、致动器、马达、狭缝阀、真空控制、功率供应器中的一个或多个。

在处理期间，从靶120溅射的材料被离子化在等离子体中并且沉积在基板114的表面上。靶120和基板支撑件138被VHF功率源132和HF功率源133相对于接地而偏压，以维持由通过气体源128供应的工艺气体形成的等离子体、在等离子体内形成离子、并将离子定向溅射到基板114上。等离子体内的离子和激发的物质撞击靶120，造成靶材料从靶120撞出。撞出的靶材料和工艺气体在等离子体内经历高能碰撞，造成形成离子性靶材料，离子性靶材料朝基板114加速，从而在基板114上形成与靶120具有相同成分的层。

本发明的一个或多个实施方式涉及在物理气相沉积(PVD)真空腔室100中处理基板的方法。邻近腔室的顶板127设置靶120。或者，靶120可以用作腔室100的顶板127，或者顶板127可以位于磁控管组件102上方。将基板114放置在面对靶120的基板支撑件138上。将来自工艺气体源128的工艺气体引入腔室100中至选定的压力。将工艺气体的压力调整至足够高，以引起从靶溅射的大部分物质发生离子化。通过以足够高而能激发运动电子的频率而将处于第一频率的第一功率施加到靶，来维持电容耦合的高密度等离子体。将第二功率以低于第一频率的第二频率施加到基板，以产生足以将离子从靶溅射到基板上以沉积来自靶的溅射离子膜的壳层电位。可以控制所选压力和壳层电位中的一项或多项以控制沉积膜的微观结构。

在特定实施方式中，供应给靶的功率大体上不包括直流分量。当特别是向由非导电材料构成的靶供应直流电时，存在在腔室内产生电弧的倾向。电弧放电通常会损坏所溅射的基板。这些方法的实施方式能够在不使用DC功率的情况下产生和调节等离子体密度和溅射速率。

基于期望形成的膜来选择靶材料。溅射的特征在于，所形成的膜具有与靶材料相同的成分。因此，靶可以是金属、纯物质、掺杂的物质等，结果是膜由相同材料形成。在一个或多个实施方式中，靶选自由以下项组成的群组：硅、掺杂的硅、氧化锌、铟锡氧化物、透明导电氧化物、金属和上述项的组合。在一个详细的实施方式中，靶是具有或不具有掺杂剂的硅。

基板支撑件138可以包括加热或冷却系统，以允许改变基板支撑件138和基板114的温度。在本发明的一个或多个实施方式中，控制基板的温度。本领域技术人员将认识到合适的处理参数，包括功率、频率、温度、压力和类似物。

本公开内容的一些实施方式涉及等离子体阴极组件。本文所述的等离子体阴极组件可以理解为上述处理腔室100的盖组件104。

图2图示根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体阴极组件200。等离子体阴极组件200包括阴极壳体210，阴极壳体210具有包围内部容积220的顶部212、侧壁214和背板216，阴极壳体210具有中心轴线215。在一些实施方式中，背板216被配置为在溅射工艺期间支撑靶230。

等离子体阴极组件200还包括位于阴极壳体210的内部容积220内的第一EM线圈240。第一EM线圈240具有限定第一线圈宽度W1的第一内直径242和第一外直径244，和限定第一线圈厚度T1的第一底表面246和第一顶表面248。

等离子体阴极组件200包括在阴极壳体210的内部容积220内的第二EM线圈250。第二EM线圈250具有限定第二线圈宽度W2的第二内直径252和第二外直径254，和限定第二线圈厚度T2的第二底表面256和第二顶表面258。

第一EM线圈240在第二EM线圈250的第二内直径252内。虽然图2示出三个EM线圈，但是注意，对于本公开内容的一些实施方式来说，仅需要两个EM线圈。

在一些实施方式中，等离子体阴极组件210进一步包括在阴极壳体210的内部容积220内的至少一个额外的EM线圈260。每个额外的EM线圈具有限定线圈宽度的内直径和外直径，和限定线圈厚度的底表面和顶表面。此外，每个额外EM线圈定位为使得第一EM线圈240或第二EM线圈250中的至少一个在额外EM线圈260的内直径之内。在一些实施方式中，等离子体阴极包括多于两个EM线圈。在一些实施方式中，等离子体阴极包括六个或更多个EM线圈。

图5图示具有6个线圈(510-560)的等离子体阴极组件500。在一些实施方式中，最外侧线圈560位于背板216上的靶230的外直径234附近。如在这方面所使用的，“附近”意味着外线圈560的直径在靶230的直径的±5％之内、±2％之内、±1％之内或±0.5％之内。

在一些实施方式中，最外侧线圈560位于背板216上的靶230的外直径234的外部。在一些实施方式中，最外侧线圈560位于背板216上的靶230的外直径234的内部。如在这方面所使用的，当最外侧线圈560位于靶230的外直径234的内部或外部时，线圈560和靶230分别与具有比最外侧线圈560的内直径更大或更小的外直径234的靶同心。

在一些实施方式中，内线圈(510-550)在第一方向上运行，而最外侧线圈560在相反的第二方向上运行。不受理论的束缚，相信将线圈放置在阴极面的外部并且在相反的方向中运行允许约束磁场。约束磁场减少沉积在工艺配件上的材料量。

尽管说明书和附图讨论并且示出圆形EM线圈，但是本公开内容不限于任何特定形状的EM线圈。线圈可以是圆形、椭圆形、多边形或上述项的任何组合。

此外，尽管说明书和附图讨论并且示出在共享平面内的EM线圈，但是本公开内容不限于在共享平面内的EM线圈。线圈可以竖直移动，以使线圈完全重叠(如图所示)、部分重叠或不竖直重叠。

在一些实施方式中，如图2中所示，第一EM线圈240和第二EM线圈250同心地定位。在一些实施方式中，第一EM线圈240和第二EM线圈250不同心地定位。

在一些实施方式中，EM线圈240、250中的一个或两个的中心在中心轴线215处。在一些实施方式中，第一EM线圈240的中心或第二EM线圈250的中心都不在中心轴线处。

在一些实施方式中，第一EM线圈240和第二EM线圈250中的至少一个相对于阴极壳体210是可移动的。在一些实施方式中，至少一个线圈平移。在此描述的平移移动可以理解为包括在垂直于中心轴线215的平面内的移动。在一些实施方式中，至少一个EM线圈旋转。在此描述的旋转可理解为围绕平行于中心轴线215的轴线的旋转。

不受理论的束缚，相信在处理期间被启用的EM线圈的移动可允许由此产生的磁场扭曲(distort)。换言之，被启用的EM线圈的移动可以改变由此产生的磁场的形状。如图3A至图3C中所示，可以理解的是，当条形磁铁以圆周运动快速平移时，由该磁铁产生的磁场如图3B和图3C中所示的扭曲。

如本文所使用的，术语EM线圈是指导电材料的线圈。当电流穿过材料时，启用的EM线圈将作为电磁铁运行。

本公开内容的一些实施方式涉及一种处理腔室，处理腔室包括如本文所公开的等离子体阴极组件。

如以上针对图1所描述的，本公开内容的一些实施方式涉及等离子体处理腔室。在一些实施方式中，等离子体处理腔室包括腔室主体108，腔室主体108包括包围工艺容积118的底部146、侧壁110和顶板127。

等离子体处理室进一步包括定位于工艺容积118内的基板支撑件138。在一些实施方式中，等离子体处理腔室包括定位于基板支撑件138上方的等离子体阴极组件200。等离子体阴极组件200如上所述。

本公开内容的一些实施方式提供用于调节等离子体分布的方法。在一些实施方式中，方法使用本文其他地方描述的等离子体阴极组件。

控制等离子体分布的方法包括以下一者或多者：控制等离子体阴极组件内的EM线圈的间隔；调制流过等离子体阴极组件内的一个或多个EM线圈的电流的方向或量；或控制EM线圈在等离子体阴极组件内的位置。

控制EM线圈的间隔可以包括使电流流过不相邻的线圈而不使电流流过其间的线圈。例如，等离子体阴极组件可以包含六个依次更大尺寸的EM线圈。可以启用最外侧线圈(环6)和最内侧线圈(环1)，而不启用其他线圈。也可以启用环6和环4、环3和/或环2。预期每个产生的磁场在处理期间会对产生的等离子体分布具有不同的影响。

在一些实施方式中，通过调制流过等离子体阴极组件内的一个或多个EM线圈的电流的方向或量来控制等离子体分布。例如，预定的EM线圈可以具有流过线圈的交变电流，以便启用EM线圈。预期交变电流会产生与直流电流不同的磁场。类似地，预期脉冲电流(或者高/低或者开/关)会产生与稳定电流不同的磁场。

在一些实施方式中，通过控制等离子体阴极组件内的EM线圈的位置来控制等离子体分布。在一些实施方式中，可以仅在等离子体处理发生之前控制EM线圈的位置。在这些实施方式中，EM线圈可以与其他EM线圈或与阴极壳体同心地或“偏离中心”地布置。随着EM线圈数量的增加，空间选项呈指数增长。这些空间布置中的每一个都提供不同的等离子体分布。

此外，在一些实施方式中，可以在等离子体处理期间控制EM线圈的位置。在这些实施方式中，EM线圈可以旋转或平移。这些移动在上文更详细地描述。如图3B和图3C中所示，与固定的条形磁铁相比，旋转的条形磁铁提供扭曲的磁场。磁场中的这些修改允许控制等离子体的分布，因为移动的磁铁可以能够提供扭曲的磁场，从而提供以其它方式无法获得的形状。

类似地，在一些实施方式中，等离子体阴极组件200进一步包括至少一个永久磁铁280。在一些实施方式中，至少一个永久磁铁280定位于第一EM线圈240的第一内直径242内。在一些实施方式中，至少一个永久磁铁280绕中心轴线215旋转。

如图4A和图4B中所示，当存在至少一个磁铁时，至少一个磁铁提供扭曲的磁场。图4A图示当内线圈410和外线圈420以相反的电流运行时的磁场的俯视图。为了简单起见，内线圈410和外线圈420被示为线圈的中线。对于图4A，切向磁场450以虚线示出，此磁场大致是圆形的并且与内线圈410和外线圈420同心。

相比之下，图4B图示当复数个永久磁铁430放置在内线圈410内时磁场的俯视图。对于图4B中所示的模拟结果，永久磁铁430A具有最靠近观看者的南极，并且永久磁铁430B具有最接近观看者的北极。切向磁场450(显示为虚线)是“D形”，切向磁场450的一侧被永久磁铁430向内弯曲。

在一些实施方式中，调节等离子体分布的方法调节等离子体位置或等离子体密度中的一个或多个。在一些实施方式中，经调节的等离子体分布允许靶材料的全面侵蚀。

现有的磁控管布置不允许靶边缘处的靶材料受到由磁控管产生的磁场的影响。这导致侵蚀分布不像其他部分那样多地影响靶的边缘。不受理论的束缚，EM线圈在线圈的正下方实现切向场，从而允许侵蚀直至靶边缘并且包括靶边缘。

本说明书中对于“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个或多个实施方式”或“一实施方式”等的参照，表示关联于此实施方式而描述的特定特征、结构、材料或特性被包含在本公开内容的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语诸如“在一个或多个实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”等，不一定是指本公开内容的相同实施方式。此外，特定特征、结构、材料或特性可以在一个或多个实施方式中以任何合适的方式组合。

虽然本文的公开内容参考特定实施方式而描述，但是本领域技术人员将理解，所描述的这些实施方式仅用于说明本公开内容的原理与应用。对本领域技术人员来数，显然可对本公开内容的方法与设备进行各种修改与变异，而不脱离本公开内容的精神与范围。因此，本公开内容可包括在所附权利要求及其等同物的范围之内的修改与变异。

Claims

1.一种等离子体阴极组件，包括：

阴极壳体，所述阴极壳体具有包围内部容积的顶部、侧壁和背板，所述阴极壳体具有中心轴线，所述背板经配置为在溅射工艺期间支撑靶；

第一EM线圈，所述第一EM线圈在所述阴极壳体的所述内部容积内，所述第一EM线圈具有限定第一线圈宽度的第一内直径和第一外直径、和限定第一线圈厚度的第一底表面和第一顶表面；和

第二EM线圈，所述第二EM线圈在所述阴极壳体的所述内部容积内，所述第二EM线圈具有限定第二线圈宽度的第二内直径和第二外直径、和限定第二线圈厚度的第二底表面和第二顶表面，

其中所述第一EM线圈在所述第二EM线圈的所述第二内直径之内。

2.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，其中所述第一EM线圈和所述第二EM线圈同心地定位。

3.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，其中所述第一EM线圈或所述第二EM线圈中的至少一个被定位成使得所述第一EM线圈或所述第二EM线圈的中心与所述阴极壳体的所述中心轴线对准。

4.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，其中所述第一EM线圈和所述第二EM线圈中的至少一个相对于所述阴极壳体可移动。

5.如权利要求4所述的等离子体阴极组件，其中所述可移动EM线圈平移。

6.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，其中在溅射工艺期间所述第二EM线圈的所述第二内直径在靶的外直径附近。

7.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，所述等离子体阴极组件进一步包括在所述阴极壳体的所述内部容积内的至少一个额外EM线圈，每个额外EM线圈具有限定线圈宽度的内直径和外直径、和限定线圈厚度的底表面和顶表面，其中每个额外EM线圈定位为使所述第一EM线圈或所述第二EM线圈中的至少一个位于所述额外EM线圈的所述内直径之内。

8.如权利要求1所述的等离子体阴极组件，所述等离子体阴极组件进一步包括至少一个永久磁铁，所述至少一个永久磁铁定位于所述第一EM线圈的所述第一内直径内。

9.如权利要求8所述的等离子体阴极组件，其中所述至少一个永久磁铁绕所述阴极壳体的所述中心轴线旋转。

10.一种等离子体处理腔室，包含：

腔室主体，所述腔室主体包括包围工艺容积的底部、侧壁和顶板；

基板支撑件，所述基板支撑件定位于所述工艺容积内；和

等离子体阴极组件，所述等离子体阴极组件定位于所述基板支撑件上方，所述等离子体阴极组件包括：

阴极壳体，所述阴极壳体具有包围内部容积的顶部、侧壁和背板，所述阴极壳体具有中心轴线，所述背板经配置为支撑靶；

第一EM线圈，所述第一EM线圈在所述阴极壳体的所述内部容积内，所述第一EM线圈具有限定第一线圈宽度的第一内直径和第一外直径；和

第二EM线圈，所述第二EM线圈在所述阴极壳体的所述内部容积内，所述第二EM线圈具有限定第二线圈宽度的第二内直径和第二外直径，

11.如权利要求10所述的等离子体处理腔室，其中所述第一EM线圈和所述第二EM线圈同心地定位，并且所述第一EM线圈或所述第二EM线圈中的至少一个被定位成使得所述第一EM线圈或所述第二EM线圈的中心与所述阴极壳体的所述中心轴线对准。

12.如权利要求10所述的等离子体处理腔室，其中所述第一EM线圈和所述第二EM线圈中的至少一个相对于所述阴极壳体可移动。

13.如权利要求10所述的等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室进一步包括至少一个永久磁铁，所述至少一个永久磁铁定位于所述第一EM线圈的所述第一内直径内。

14.如权利要求10所述的等离子体处理腔室，其中所述等离子体阴极组件进一步包括在所述阴极壳体的所述内部容积内的至少一个额外EM线圈，每个额外EM线圈具有限定线圈宽度的内直径和外直径，其中每个额外EM线圈定位为使所述第一EM线圈或所述第二EM线圈中的至少一个位于所述额外EM线圈的所述内直径之内。

15.一种调节等离子体分布的方法，所述方法包括以下项中的一项或多项步骤：

控制等离子体阴极组件内的EM线圈的间隔；

调制流过等离子体阴极组件内的EM线圈的电流的方向或量；或

控制等离子体阴极组件内的EM线圈的位置。

16.如权利要求15所述的方法，其中控制EM线圈的所述间隔包括：使电流流过不相邻的线圈而不使电流流过其间的线圈。

17.如权利要求15所述的方法，其中控制EM线圈的所述位置包括：通过平移或旋转来移动EM线圈。

18.如权利要求15所述的方法，其中调节等离子体密度。

19.如权利要求15所述的方法，其中调节等离子体位置。

20.如权利要求15所述的方法，其中实现全面侵蚀。