TW202035785A - 磁性殼體系統 - Google Patents

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Abstract

本案描述的實施例係關於磁性和電磁系統以及用於控制PECVD腔室的處理空間中產生的電漿的密度分佈以影響膜的沉積分佈的方法。在一個實施例中，複數個固定架設置在磁性殼體系統的旋轉磁性殼體中。複數個固定架中的每個固定架設置在旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的距離為d。複數個固定架具有可移除地設置在其中的複數個磁鐵。當旋轉磁性殼體繞圓形中心開口旋轉時，複數個磁鐵經配置在圓形路徑上行進。

Description

磁性殼體系統
本揭示案的實施例一般係關於用於控制所產生的電漿的性質的磁性殼體系統，以及具有此磁性殼體系統的電漿增強沉積系統。
通常採用電漿增強化學氣相沉積（PECVD）以在基板（如半導體晶圓）上沉積膜。通常採用電漿蝕刻來蝕刻設置在基板上的膜。藉由將一個或多種氣體引入包含基板的處理腔室的處理空間中來完成PECVD和電漿蝕刻。一個或多種氣體在位於腔室頂部附近的擴散器中混合，並經由擴散器的複數個孔或噴嘴注入處理空間。在PECVD和電漿蝕刻中，藉由將來自與腔室耦接的一個或多個RF源的射頻（RF）能量施加於腔室而為處理空間中的一個或多種氣體混合物供給能量（energize，如激發（excite））以產生電漿。在處理空間中產生電場，使得處理空間中存在的一個或多種氣體的混合物的原子被游離並釋放電子。在PECVD中將游離的原子加速到基板支撐件利於膜在基板上的沉積。在電漿蝕刻中將游離的原子加速到基板支撐件利於設置在基板上的膜之蝕刻。
在處理空間中產生的電漿具有諸如密度分佈（density profile）的性質。不均勻的密度分佈可能會導致基板上膜的不均勻沉積或蝕刻。具體言之，電漿的密度分佈影響橫跨基板表面上的膜的沉積厚度或蝕刻分佈。因此，在本領域中需要用於控制在PECVD腔室的處理空間中產生的電漿的性質的系統和方法。
在一個實施例中，提供了一種系統。該系統包括旋轉磁性殼體，該旋轉磁性殼體具有上板、外側壁、內側壁和下板，內側壁界定圓形（round）中心開口。複數個固定架設置在旋轉磁性殼體中。複數個固定架中的每個固定架設置在旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的距離為d 。複數個固定架具有可移除地設置在其中的複數個磁鐵。複數個磁鐵中的每個磁鐵被固持在相應固定架中，其中複數個磁鐵中的每個磁鐵之間的間距（pitch）為p，及當旋轉磁性殼體繞圓形中心開口旋轉時，複數個磁鐵經配置在圓形（circular）路徑上行進。
在另一個實施例中，提供了腔室。該腔室包括腔室主體、腔室蓋件、基板支撐件、射頻（RF）源及旋轉磁性殼體系統，該腔室蓋件具有氣體分配組件，該基板支撐件與該氣體分配組件相對定位以界定處理空間，該處理空間具有中心軸，射頻（RF ）源可操作地耦接到設置在基板支撐件內的電極，該旋轉磁性殼體系統具有耦接到腔室的旋轉磁性殼體。旋轉磁性殼體具有上板、外側壁、內側壁和下板，內側壁界定圓形中心開口。複數個固定架設置在旋轉磁性殼體中。複數個固定架中的每個固定架設置在旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的距離為d 。複數個固定架具有可移除地設置在其中的複數個磁鐵。複數個磁鐵中的每個磁鐵被固持在相應固定架中，其中複數個磁鐵中的每個磁鐵之間的間距（pitch）為p，及當旋轉磁性殼體旋轉時，複數個磁鐵經配置在圓形路徑上行進。
在又一個實施例中，提供了腔室。該腔室包括腔室主體、腔室蓋件、基板支撐件、射頻（RF）源及電磁鐵磁性殼體系統，該腔室蓋件具有氣體分配組件，該基板支撐件與該氣體分配組件相對定位以界定處理空間，該處理空間具有中心軸，射頻（RF ）源可操作地耦接到設置在基板支撐件內的電極。電磁鐵磁性殼體系統包括耦接到腔室的電磁鐵殼體。電磁鐵殼體具有上板、外側壁、內側壁、下板及兩個或更多個導線，內側壁界定圓形中心開口。該等導線的各者在電磁鐵殼體的各個部分中盤繞一次或多次。導線的各者可操作以個別地連接到電源。
本案描述的實施例提供磁性和電磁殼體系統以及用於控制PECVD腔室的處理空間中產生的電漿的性質以影響膜的沉積性質的方法。在一個實施例中，複數個固定架設置在磁性殼體系統的旋轉磁性殼體中。複數個固定架中的每個固定架設置在旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的距離為d 。複數個固定架具有可移除地設置在其中的複數個磁鐵。複數個磁鐵中的每個磁鐵被固持在相應固定架中，其中複數個磁鐵中的每個磁鐵之間的間距（pitch）為p，及當旋轉磁性殼體繞圓形中心開口旋轉時，複數個磁鐵經配置在圓形（circular）路徑上行進。
圖1A、1C和1E是根據各種實施例的電漿增強化學氣相沉積（PECVD）系統100的示意性截面圖。系統100的一個實例是可由位於加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司製造的PRODUCER® 系統。應該理解，以下描述的系統是示例性腔室以及可與其他系統一起使用或經修改以完成本揭示案的態樣之其他系統（其包括來自其他製造商的系統）。系統100包括腔室101a（如第一腔室）和腔室101b（如第二腔室）。在可以與本文描述的其他實施例組合的的一個實施例中，腔室101a、101b共享資源。例如，腔室101a、101b可共享至少一個或多種氣體源144、安裝板112、和泵150。腔室101a、101b以類似的方式經配置。然而，亦可以設想，腔室101a、101b中的各者均具有專用資源。
在圖1A的實施例中，每個腔室101a、101b具有旋轉磁性殼體系統102，旋轉磁性殼體系統102具有設置在腔室101a、101b外部的旋轉磁性殼體104。在圖1C的實施例中，每個腔室101a、101b具有電磁鐵殼體系統170，電磁鐵殼體系統170具有設置在腔室101a、101b外部的電磁鐵殼體172。在圖1E的實施例中，每個腔室101a、101b具有設置在腔室蓋組件108的間隔件114中的電磁鐵系統171。儘管討論了腔室101a的各個態樣，但是應當理解，腔室101b以類似的方式配備。為了清楚起見，在圖1A、1C和1E中，在腔室101b上可以省略符號標記。
腔室101a、101b具有腔室主體組件106和腔室蓋組件108。圖1A和1C的實施例的腔室主體組件106包括耦接到安裝板112的腔室主體110。圖1A和1C的實施例的腔室蓋組件108包括間隔件114與腔室蓋件116，該間隔件114具有耦接至安裝板112的第一凸緣118，腔室蓋件116耦接至間隔件114的第二凸緣120。圖1E的實施例的腔室蓋組件108包括間隔件114與腔室蓋件116，該間隔件114具有耦接至腔室主體110的第一凸緣118，腔室蓋件116耦接至間隔件114的第二凸緣120。腔室蓋116包括氣體分配組件122。氣體分配組件122與基板支撐組件124相對定位，而在其間界定處理空間126。圖1A和1C的實施例的處理空間126進一步由腔室蓋件116、間隔件114的內壁128、安裝板112和腔室主體110所界定。圖1E的實施例的處理空間126進一步由腔室蓋件116、間隔件114的內壁128和腔室主體110所界定。
基板支撐組件124設置在處理空間126內。基板支撐組件124包括基板支撐件130和桿132。基板支撐件130具有用於支撐基板165的支撐表面134。基板支撐件130通常包括加熱元件（未圖示）。基板支撐件130藉由桿132可移動地設置在處理空間126中，桿132延伸穿過腔室主體110，其中桿132與基板支撐驅動系統136連接。基板支撐件驅動系統136使基板支撐件130在升高的處理位置（如圖所示）和降低的位置之間移動，該降低的位置利於基板透過狹縫閥138往返於處理空間126的移送，狹縫閥138穿過腔室主體110形成。在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，基板支撐件驅動系統136旋轉桿132和基板支撐件130。
在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，氣體分配組件122經配置將氣體均勻地分配到腔室101a、101b的處理空間126中，以利於沉積基板支撐組件124的基板支撐件130上的基板165定位上的膜（如進階（advanced）圖案化膜）。在可以與本案描述的其他實施例結合的另一個實施例中，氣體分配組件122經配置將氣體均勻地分配到腔室101a、101b的處理空間126中，以利於蝕刻設置在基板支撐組件124的基板支撐件130上定位的基板165上的膜（如進階（advanced）圖案化膜）。
氣體分配組件122包括氣體入口通道140，氣體入口通道140透過從懸掛板148懸掛的擴散器146而輸送來自與一個或多種氣體源144耦接的流量控制器142的氣體。擴散器146包括複數個孔或噴嘴（未圖示），在處理期間，氣態混合物經由複數個孔或噴嘴注入到處理空間126中。泵150耦接至腔室主體110的出口152，以用於控制處理空間126內的壓力並從處理空間126排出副產物。氣體分配組件122的擴散器146可以連接到RF返回（或接地），而允許將RF能量施加到基板支撐件130，以在處理空間126內產生電場，該電場產生用於處理基板165的電漿。
RF源154透過穿過桿132設置的導電桿158耦接到設置在基板支撐件130內的電極156 。在可以與本案描述的其他實施例組合的一個實施例中，電極156透過匹配盒163連接到RF源154，匹配盒163具有用於調整的匹配電路和用於測量電極156的電特性（如電壓、電流和阻抗）的感測器。匹配電路可利於調整電壓、電流或阻抗以響應來自感測器的信號。連接到RF返回（ RF return）的氣體分配組件122 的擴散器146以及電極156有助於形成電容性電漿耦合。RF源154向基板支撐件130提供RF能量，以利於在基板支撐件130與氣體分配組件122的擴散器146 之間的電容性耦合電漿的產生。當將RF功率供應給電極156時，在擴散器146 與基板支撐件130之間產生電場，使得在基板支撐件130與擴散器146之間的處理空間126中存在的氣體原子被游離並釋放電子。將游離的原子加速到基板支撐件130有助於沉積或蝕刻位於基板支撐件130上的基板165k的膜。
如圖3A所示，電漿在處理空間126中具有密度分佈301。密度分佈圖301對應於處理空間126中水平面167上位置304處的離子密度302（ions/au3 ）。密度分佈301包括與離子密度的最大值305對應的峰303和與電漿的直徑對應的寬度307。旋轉磁性殼體系統102、電磁鐵殼體系統170和電磁鐵系統171中的一者以及本案描述的方法提供了控制電漿的密度分佈301以調節沉積或蝕刻的膜的均勻性和性質。在圖1A的實施例中，可以調整磁鐵的旋轉速度、磁鐵的強度（高斯）以及磁鐵的垂直位置，以利於電漿密度分佈的相應調整。在圖1C的實施例中，可以調整電磁鐵的電流、電磁鐵（高斯）的強度以及電磁鐵的垂直位置，以利於電漿密度分佈的相應調整。在圖1E的實施例中，可以調整電磁鐵的電流和電磁鐵的強度，以利於電漿密度分佈的相應調整。例如，可以對以下各者中的一個或多個作調整：電漿相對於基板的垂直位置、密度分佈的峰值位置或相對於基板的特定位置處的離子密度的值。
如圖1A所示，耦接到腔室101a、101b和旋轉磁性殼體系統102 的控制器164經配置在處理期間控制腔室101a、101b和旋轉磁性殼體系統102的各個態樣。如圖1C所示，耦接到腔室101a、101b和電磁鐵殼體系統170 的控制器164經配置在處理期間控制腔室101a、101b和電磁鐵殼體系統170的各個態樣。如圖1E所示，耦接到腔室101a、101b和電磁系統171 的控制器164經配置在處理期間控制腔室101a、101b和電磁系統171的態樣。
如圖3A中所示，該等磁鐵143之一和電磁鐵的芯材料的強度（在圖1C和1E中示出）壓縮處理空間126中的電漿的密度分佈301並使電漿的鞘（sheath）往腔室主體110的側壁延伸。壓縮電漿的密度分佈301導致在基板165 上方（在基板上方的相對高度處）有更均勻的離子和自由基的濃度，以用於均勻的沉積分佈。此外，密度分佈301的壓縮使電漿鞘層往腔室主體110的側壁徑向向外延伸。使電漿的鞘往腔室主體110的側壁延伸為RF能量從側壁傳播到地面提供短且對稱的路徑。RF能量從側壁傳播到地面的路徑透過增加的效率而改善了電流流動以及減少基板支撐件130的電極156所需的電流量。電極156所需的電流量的減少允許透過增加的效率將增加的電壓輸送到電極156。增加的電壓導致電漿鞘層的更大的游離，以用於增加基板165的離子或自由基轟擊（bombardment）。基板165的增加的離子或自由基轟擊減少待沉積或蝕刻的膜的應力。此外，密度分佈301的壓縮和電漿鞘的延伸提供沉積或蝕刻的膜的應力分量的實質均勻分佈。
圖1B繪示旋轉磁性殼體系統的示意性頂視圖。參照圖1A和圖1B，旋轉磁性殼體系統102包括旋轉磁性殼體104，旋轉磁性殼體104經配置繞處理空間126 的中心軸103旋轉以產生靜態或動態磁場。磁場改變電漿的形狀、離子和自由基的濃度以及離子和自由基的濃度的移動，以控制處理空間126中電漿的密度分佈301。
具有旋轉磁性殼體104的旋轉磁性殼體系統102設置在腔室101a、101b的外部。旋轉磁性殼體系統102包括上板105、下板107、內側壁109、外側壁113、殼體升舉系統與殼體驅動系統115，下板107與上板105相對設置 ，外側壁113與內側壁109相對設置。內壁128界定圓形中心開口。在可與本案所述的其他實施例結合的一個實施例中，上板105、下板107和間隔件114中的至少一個包括一個或多個通道（未圖示），該一個或多個通道連接到熱交換器（未圖示）以控制旋轉磁性殼體104的溫度分佈。間隔件114的外壁162包括聚合物材料，如PTFE（polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯）。在可與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，外壁162是聚合物材料片。間隔件114的外壁162的聚合物材料允許旋轉磁性殼體104圍繞間隔件114旋轉，間隔件114繞著處理空間126的中心軸103。
旋轉磁性殼體104包括複數個固定架129。複數個固定架129中的每個固定架以每個固定架129之間的距離d來設置在旋轉磁性殼體104中。複數個固定架129使複數個磁鐵143能夠被設置在旋轉磁性殼體104中或從旋轉磁性殼體104移除。在一個實施例中，複數個磁鐵143中的每個磁鐵143以在複數個磁鐵143中的每個磁鐵143之間的間距p而被固持在固定架129中。間距p對應於複數個磁鐵143中的每個相鄰磁鐵143之間的距離。節距p調節旋轉旋轉磁性殼體104所產生的磁場。在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，固定架129的各者耦接至軌道131。固定架129經致動，使得固定架129的各者可操作以在鏡像方向上沿軌道131滑動，以改變從每個磁鐵143到處理空間126的中心軸103的水平距離133。
如圖1C所示，將具有電磁鐵殼體172的電磁鐵殼體系統170設置在腔室101a、101b的外部。電磁鐵殼體172包括上板173、下板174、內側壁176、外側壁175與殼體升舉系統168，下板174與上板173相對設置，外側壁175與內側壁176相對設置。內壁128界定圓形中心開口。在可與本案所述的其他實施例結合的一個實施例中，上板173、下板174和間隔件114中的至少一個包括一個或多個通道（未圖示），該一個或多個通道連接到熱交換器（未圖示）以控制電磁鐵殼體172的溫度分佈。導電線178設置在電磁鐵殼體172中且繞間隔件114盤繞一次或多次以形成限定（circumscribe）間隔件114的單一電磁鐵。電源180耦接到導線178，以使電流在繞處理空間126的環形路徑中流動。在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，導線178的至少一匝（turn）耦接到軌道181。致動軌道181，使得耦接到軌道181之一的導線178的每一匝可操作以在徑向方向上沿著軌道181滑動，以改變從導線178到處理空間126的中心軸103的水平距離133。如圖1E所示，導電線178設置在間隔件114中且繞處理空間126盤繞一次或多次。
在一個實施例中，如圖1B所示，其可以與本案所述之其他實施例組合，旋轉磁性殼體104的第一半部（half）137（如環繞（encompassing）約180度）具有具朝向處理空間126定向的北極141的磁鐵143，及旋轉磁性殼體104的第二半部139（如環繞約180度）具有具與處理空間126相反定向的南極145的磁鐵143。如圖3B所示，具有相反定向的磁鐵143的第一半部137和第二半部139提供密度分佈301的峰303的位移（shifting）。磁鐵143的相反極性使經由磁鐵143產生的B場偏斜（skew）。B場的偏斜使密度分佈301的峰303位移。峰303的位移對應於電漿鞘的位移。旋轉磁性殼體104的旋轉有助於基板165更均勻地暴露於偏斜的電漿鞘的離子和自由基。
旋轉磁性殼體104耦接至殼體驅動系統115。殼體驅動系統115包括皮帶147和馬達149。旋轉磁性殼體104包括複數個凹槽151，複數個凹槽151形成在該旋轉磁性殼體104的外側壁113中。複數個凹槽151中的每個凹槽對應於該皮帶161的複數個凸耳155中的一凸耳155。皮帶161經配置圍繞旋轉磁性殼體104設置且耦接到馬達149（如無刷DC電動馬達）。殼體驅動系統115經配置使旋轉磁性殼體104以一旋轉速率繞處理空間126的中心軸103旋轉。該旋轉速率控制由改變的磁場所產生的基板165的電流。在一個實例中，可以設想的是，腔室101a、101b中的各者包括個別的殼體驅動系統115。在另一個實例中，可以設想的是，腔室101a、101b中的各者共享殼體驅動系統115。
在可以與本案描述的其他實施例結合的圖1C和1E的一些實施例中，導線178包括以下各者中的至少一個：導線178的芯材料中的氣隙（air gap）、芯材料的變化截面積、及導線178的每匝之間的變化距離。導線178的第一半部（如環繞約180度）的芯材料可比導線178的第二半部（如環繞約180度）的芯材料具有更多氣隙。導線178的第一半部的芯材料的截面積可大於導線178的第二半部的截面積。第一半部的導線178的每匝之間的距離可小於第二半部的導線178的每匝之間的距離。氣隙、截面積和導線178的每一匝之間的距離中的至少一個的調整使經由流過導線178的電流所產生的B場偏斜。電流的循環流動有助於使基板165更均勻地暴露於偏斜的電漿鞘的離子和自由基。
在可以與本案描述的其他實施例結合的圖1C和1E的一些實施例中，電磁鐵殼體172（圖1C）和電磁鐵系統171（圖1E）包括兩個或更多個導電線178。電磁鐵殼體172的每個導線178設置在電磁鐵殼體172的相應部分中。在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，導線178在電磁鐵殼體172中彼此等距間隔。電磁鐵系統171的每個導線178設置在間隔件114的相應部分中。在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，導線178在間隔件114中彼此等距間隔。電源180（如圖1D所示的180a、180b、180c和180d）分別耦接到每個導線178。電源180可電性操作連接到控制器164。控制器164可操作以順序地打開或關閉每個電源180，並同時（concurrently）打開或關閉每個電源180，以控制向每個導線178的供電。同時關閉每個電源180可使電磁鐵產生的磁場分路（shunting）。在一個實例中，第一導線以半圓（semi-circle）的方式盤繞（coil）一次或多次並設置在電磁鐵殼體172（圖1C）或間隔件114（圖1E）的第一半部中以形成第一電磁鐵，該電磁鐵殼體172或間隔件114的該第一半部對應於該處理空間126的第一半部。第二導線以半圓的方式盤繞一次或多次並設置在電磁鐵殼體172（圖1C）或間隔件114（圖1E）的第二半部中以形成第二電磁鐵，該電磁鐵殼體172或間隔件114的該第二半部對應於該處理空間126的第二半部。第一和第二電磁鐵可具有相反的極性。
如圖1D中所示，電磁鐵殼體系統170的示意性頂視圖，在一個實例中，第一導線178a以具有90度或較少的角弧（angular arc）之半圓的方式盤繞一次或多次並設置在電磁鐵殼體172的第一四分之一圓179a中以形成第一電磁鐵，該電磁鐵殼體172的第一四分之一圓179a對應於處理空間126 的第一四分之一圓126a。第二導線178b以具有90度或較少的角弧之半圓的方式盤繞一次或多次並設置在電磁鐵殼體172的第二四分之一圓179b中以形成第二電磁鐵，該電磁鐵殼體172的第二四分之一圓179b對應於處理空間126的第二四分之一圓126b。第三導線178c以具有90度或較少的角弧之半圓的方式盤繞一次或多次並設置在電磁鐵殼體172的第三四分之一圓179c中以形成第三電磁鐵，該電磁鐵殼體172的第三四分之一圓179c對應於處理空間126的第三四分之一圓126c。第四導線178d以具有90度或較少的角弧之半圓的方式盤繞一次或多次並設置在電磁鐵殼體172的第四四分之一圓179d中以形成第四電磁鐵，該電磁鐵殼體172的第四四分之一圓179d對應於處理空間126的第四四分之一圓126d。第一、第二、第三和第四電磁鐵可具有交替的極性。
殼體驅動系統115和旋轉磁性殼體104耦接至殼體升舉系統168。將殼體驅動系統115和旋轉磁性殼體104耦接至殼體升舉系統168有助於旋轉磁性殼體104相對於基板165的垂直調整。將電磁鐵殼體172耦接至殼體升舉系統168有助於電磁鐵殼體172相對於基板165的垂直調整。例如，可以增加或減小由穿過每個磁鐵143的中心到基板165形成的平面所界定的垂直距離135，以調整保持在對應的腔室101a或101b內的電漿的性質。例如，可以增加或減小由穿過導線178的中心形成的平面所界定的垂直距離182，以調整保持在相應腔室101a或101b中的電漿的性質。殼體升舉系統168可操作以同時地（simultaneously）升高和降低旋轉磁性殼體104和殼體驅動系統115，但是，也可以設想個別的致動。增加和減小與基板165相距的垂直距離135、182提供了對電漿鞘到基板165的距離的調整，並因此控制離子和自由基的濃度的運動以控制沉積或蝕刻的膜的均勻性和性質（如應力）。為便於垂直致動，殼體升舉系統168可包括一個或多個致動器（如馬達、步進馬達、具有螺桿的螺絲驅動器等），以利於相對於安裝板的垂直致動112。在可以與本案所述之其他實施例結合的一個實施例中，馬達149藉由架座157耦接到殼體升舉系統168。
在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，外側壁113、175具有厚度159。外側壁113、175的材料和厚度159藉由控制外側壁113、175的磁導率而將磁場限制在處理空間126。如圖1E所示，與導線178 對準並耦接到間隔件114 的外壁162之屏蔽件184的材料和厚度提供用於將磁場限制在處理空間126 。將磁場限制在處理空間126可減輕磁場對相鄰處理腔室附近處理空間的影響，從而改善處理均勻性。在可以與本案描述的其他實施例組合的一個實施例中，如圖1A和1C所示，腔室101a、101b包括經致動的屏蔽件186，經致動的屏蔽件186可操作以升高和降低，使得經致動的屏蔽件186的主體188的開口190與導線178和磁鐵143之一對準。在可以與本案所述之其他實施例結合的另一實施例中，如圖1E所示，腔室101a、101b包括屏蔽件192，其中屏蔽件192的主體194的開口196與導線對準。經致動的屏蔽件186和屏蔽件192的材料和厚度將磁場限制在處理空間126 。
圖2是控制在PECVD腔室的處理空間126中形成的電漿的密度分佈301的方法200的流程圖。為了便於說明，將參考圖1A-1E來描述圖2。然而，應當注意，可將系統100之外的PECVD系統與方法200結合使用，且應當注意到，可將旋轉磁性殼體系統102之外的磁性殼體組件與方法200結合使用。
在操作201，將基板165設置在基板支撐件130的支撐表面134上。在一個實施例中，基板透過狹縫閥138被移送到腔室101a、101b中，狹縫閥138穿過腔室主體110形成並設置在基板支撐件130上。接著，基板支撐件130被基板支撐件驅動系統136升高到處理空間126中的升高的處理位置。
在操作202，一個或多種氣體以一流動速率被提供到腔室101a、101b的處理空間126中。在一個實施例中，流量控制器142將一個或多種氣體從一個或多種氣體源144輸送到擴散器146。一個或多種氣體混合並透過擴散器146的複數個孔或噴嘴注入到處理空間126中。在一個實施例中，將一個或多種氣體連續地提供到擴散器146，在擴散器146中混合，並注入到處理空間126中。在另一個實施例中，泵150維持處理空間中的壓力。雖然圖1A中所示的泵150耦接腔室101a、101b兩者，但是可以設想，腔室101a、101b的各者可使用個別的泵150。
在操作203，將RF功率施加於一個或多種氣體的混合物。在一實施例中，RF源154向基板支撐件130提供RF能量以利於在基板支撐件130與氣體分配組件122的擴散器146之間產生電容性耦合電漿。將RF功率供應到電極156，且在擴散器146和基板支撐件130之間產生電場，使得基板支撐件130和擴散器146之間的處理空間126中存在的氣體原子被游離並釋放電子。將游離的原子加速到基板支撐件130有助於沉積或蝕刻位於基板支撐件130上的基板165上的膜。
在操作204，調整在處理空間126中形成的電漿的密度分佈301。在可以與本案所述之其他實施例組合的一個實施例中，旋轉磁性殼體系統102的旋轉磁性殼體104經由殼體驅動系統115繞處理空間126的中心軸103以該旋轉速率旋轉。可在操作204期間調整以下各者中的至少一個：旋轉速率、從每個磁鐵143到中心軸103的水平距離133、及每個磁鐵143的中心到基板165的垂直距離135。在可以與本案描述的其他實施例組合的一個實施例中，電流在一圓形路徑上被提供給導線178 。可藉由升高和降低旋轉磁性殼體104和基板支撐件130中的至少一個來調整垂直距離135。旋轉磁性殼體104產生動態磁場。磁場改變電漿的形狀、離子和自由基的濃度及離子和自由基的濃度的運動，以控制密度分佈301、離子密度302和電漿的直徑。控制密度分佈301、離子密度302和電漿的直徑來調節沉積的膜的均勻性和性質。複數個磁鐵143中的每個磁鐵被固持在固定架中，其中複數個磁鐵143中的每個磁鐵之間的間距為p。間距p對應於複數個磁鐵143中的每個相鄰磁鐵之間的距離。節距p調節旋轉旋轉磁性殼體104所產生的磁場。調整垂直距離135來改變電漿鞘到基板的距離，並因此控制離子和自由基的濃度的運動以控制沉積的膜的均勻性和性質（如應力）。
在另一實施例中，可在操作204期間調整以下各者中的至少一個：電流、功率、從導線178到中心軸103的水平距離133、及每個導線178的中心到基板165的垂直距離182。可藉由升高和降低電磁鐵殼體172和基板支撐件130中的至少一個來調整垂直距離182。電磁鐵殼體172產生動態磁場。磁場改變電漿的形狀、離子和自由基的濃度及離子和自由基的運動，以控制密度分佈301、離子密度302和電漿的直徑。控制密度分佈301、離子密度302和電漿的直徑來調節沉積的膜的均勻性和性質。調整垂直距離182改變電漿鞘到基板的距離，並從而控制離子和自由基的運動以控制沉積的膜的均勻性和性質（如應力）。
在可以與本案描述的其他實施例結合的一個實施例中，在操作204，旋轉磁性殼體104的第一半部137和第二半部139具有相反的定向的磁鐵143。在可以與本案描述的其他實施例結合的另一實施例中，在操作204，可以調整以下各者中的至少一個：氣隙、截面積和導線178的每匝之間的距離。在可以與本案描述的其他實施例組合的另一實施例中，在操作204，向具有相反或交替極性的兩個或更多個電磁鐵順序地提供功率。
在一些實施例中，基板支撐件驅動系統136以該旋轉速率使基板支撐件130繞處理空間126的中心軸103旋轉。選擇磁鐵143的強度以將電漿分佈的峰（peak）定位在待處理的基板的表面上方的期望的徑向位置。在包括與相反的定向的磁鐵143的實施例中，經由磁鐵143產生的B場是偏斜的（skewed）。在包括以下各者中的至少一個的調整之實施例中：氣隙、截面積及導線178的每匝之間的距離，經由電流流過導線178而產生的B場是偏斜的。在包括向具有相反或交替極性的兩個或更多個電磁鐵順序地提供功率的實施例中，經由電流流過導線178而產生的B場是偏斜的。B場的偏斜使電漿鞘的峰位移（shift）。然而，在處理期間，磁鐵143的旋轉和繞處理空間126 的圓形路徑上的電流流過導線178有助於基板更均勻地暴露於偏斜的電漿鞘的離子和自由基。在其他實施例中，旋轉基板，而產生均勻的沉積分佈。相反地，習知製程利用峰位於基板上方的中心之電漿分佈。即使在基板旋轉的情況下，由於在基板的中心相對於基板的徑向向外的邊緣的離子密度增加，所以這種配置導致不均勻的沉積（如中央厚重的沉積（center-heavy deposition））。
可以設想的是，本揭示案的態樣可與永磁鐵、電磁鐵或其組合一起使用。另外，可以設想的是，可以以交替極性的配置來設置磁鐵，或者可將類似定向的極性的磁鐵設置成組，如環繞約180度的組。
總而言之，本案描述了磁性和電磁系統以及控制PECVD腔室的處理空間中形成的電漿的密度分佈。在一個實施例中，旋轉磁性殼體經配置繞處理空間的中心軸旋轉以產生靜態或動態磁場。磁場改變電漿的形狀、離子和自由基的濃度以及離子和自由基的濃度的運動，以控制電漿的密度分佈。控制電漿的密度分佈可調整沉積或蝕刻的膜的均勻性和性質。
雖然前面所述係針對本揭示案的實施例，但在不背離本揭示案的基本範圍下，可設計本揭示案的其他與進一步的實施例，且本揭示案的範圍由以下專利申請範圍所界定。
100:電漿增強化學氣相沉積（PECVD）系統 102:旋轉磁性殼體系統 103:中心軸 104:旋轉磁性殼體 105:上板 106:腔室主體組件 107:下板 108:腔室蓋組件 109:內側壁 110:腔室主體 112:安裝板 113:外側壁 114:間隔件 115:殼體驅動系統 116:腔室蓋件 118:第一凸緣 120:第二凸緣 122:氣體分配組件 124:基板支撐組件 126:處理空間 128:內壁 129:固定架 130:基板支撐件 131:軌道 132:桿 133:水平距離 134:支撐表面 135:垂直距離 136:基板支撐驅動系統 137:第一半部 138:狹縫閥 139:第二半部 140:氣體入口通道 141:北極 142:流量控制器 143:磁鐵 144:氣體源 145:南極 146:擴散器 147:皮帶 148:懸掛板 149:馬達 150:泵 151:凹槽 152:出口 154:RF源 155:凸耳 156:電極 157:架座 158:導電桿 159:厚度 161:皮帶 162:外壁 163:匹配盒 164:控制器 165:基板 167:水平面 168:殼體升舉系統 170:電磁鐵殼體系統 171:電磁體系統 172:電磁鐵殼體 173:上板 174:下板 175:外側壁 176:內側壁 178:導線 180:電源 181:軌道 182:垂直距離 184:屏蔽件 186:經致動的屏蔽件 188:主體 190:開口 192:屏蔽件 194:主體 196:開口 200:方法 201:操作 202:操作 203:操作 204:操作 301:密度分佈 302:離子密度 303:峰 304:位置 305:最大值 307:寬度 101a:腔室 101b:腔室 126a:第一四分之一圓 126b:第二四分之一圓 126c:第三四分之一圓 126d:第四四分之一圓 178a:第一導線 178b:第二導線 178c:第三導線 178d:第四導線 179a:第一四分之一圓 179b:第二四分之一圓 179c:第三四分之一圓 179d:第四四分之一圓
本揭示案之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本案實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了示範實施例且不會視為其範圍之限制，本揭示案可允許其他等效之實施例。
圖1A是根據一個實施例的具有旋轉磁性殼體系統的電漿增強化學氣相沉積（PECVD）腔室的示意性截面圖，該旋轉磁性殼體系統具有設置在腔室外部的旋轉磁性殼體。
圖1B是根據一個實施例的旋轉磁性殼體系統的示意性頂視圖。
圖1C是根據一個實施例的具有電磁鐵殼體系統的PECVD腔室的示意性截面圖，該電磁鐵殼體系統具有設置在腔室外部的電磁鐵磁性殼體。
圖1D是根據一個實施例的電磁鐵殼體系統的示意性頂視圖。
圖1E是根據一個實施例的具有電磁鐵系統的PECVD腔室的示意性截面圖。
圖2是根據一個實施例的控制在PECVD腔室的處理空間中形成的電漿的密度分佈的方法的流程圖。
圖3A和3B是繪示根據實施例的在處理空間中的電漿的密度分佈的線圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以預期的是，一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:電漿增強化學氣相沉積(PECVD)系統
102:旋轉磁性殼體系統
103:中心軸
104:旋轉磁性殼體
105:上板
106:腔室主體組件
107:下板
108:腔室蓋組件
109:內側壁
110:腔室主體
112:安裝板
113:外側壁
114:間隔件
115:殼體驅動系統
116:腔室蓋件
118:第一凸緣
120:第二凸緣
122:氣體分配組件
124:基板支撐組件
126:處理空間
128:內壁
129:固定架
130:基板支撐件
131:軌道
132:桿
133:水平距離
134:支撐表面
135:垂直距離
136:基板支撐驅動系統
137:第一半部
138:狹縫閥
139:第二半部
140:氣體入口通道
141:北極
142:流量控制器
143:磁鐵
144:氣體源
145:南極
146:擴散器
147:皮帶
148:懸掛板
149:馬達
150:泵
151:凹槽
152:出口
154:RF源
155:凸耳
156:電極
157:架座
158:導電桿
159:厚度
161:皮帶
162:外壁
163:匹配盒
164:控制器
165:基板
167:水平面
168:殼體升舉系統
186:經致動的屏蔽件
188:主體
190:開口
101a:腔室
101b:腔室

Claims (20)

  1. 一種系統，包括： 一旋轉磁性殼體，該旋轉磁性殼體包含： 一上板； 一外側壁； 一內側壁，該內側壁界定一圓形（round）中心開口；及 一下板; 及 複數個固定架，該複數個固定架設置在該旋轉磁性殼體中，該複數個固定架中的每個固定架設置在該旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的一距離為d ，該複數個固定架具有可拆卸地設置在其中的複數個磁鐵，該複數個磁鐵中的每個磁鐵以該複數個磁鐵中的每個磁鐵之間的一間距p 被固定在一對應的固定架中，且當該旋轉磁性殼體繞該圓形中心開口旋轉時，該複數個磁鐵經配置在一圓形（circular）路徑上行進。
  2. 如請求項1所述之系統，該旋轉磁性殼體耦接至一驅動系統，該驅動系統包括： 一馬達，該馬達與一皮帶（belt）耦接，該皮帶繞該旋轉磁性殼體設置，該皮帶具有複數個凸耳（lug），每個凸耳對應於該旋轉磁性殼體的該外側壁的複數個凹槽中的一凹槽。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該驅動系統和該旋轉磁性殼體耦接至一殼體升舉系統，該殼體升舉系統可操作以升高和降低該旋轉磁性殼體和該驅動系統。
  4. 如請求項3所述之系統，其中該旋轉磁性殼體可耦接至一腔室的一外側壁。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該等固定架耦接至軌道，且致動該等固定架以在該等軌道上移動。
  6. 一種腔室，包括： 一腔室主體； 一腔室蓋件，該腔室蓋件具有一氣體分配組件； 一基板支撐件，該基板支撐件與該氣體分配組件相對定位以界定一處理空間，該處理空間具有一中心軸； 一射頻（RF）源，該射頻（RF）源可操作以耦接到設置在基板支撐件內的一電極；及 一旋轉磁性殼體系統，該旋轉磁性殼體系統具有耦接至該腔室的一旋轉磁性殼體，該旋轉磁性殼體包含： 一上板； 一外側壁； 一內側壁，該內側壁界定一圓形中心開口； 一下板; 及 複數個固定架，該複數個固定架設置在該旋轉磁性殼體中，該複數個固定架中的每個固定架設置在該旋轉磁性殼體中，其中每個固定架之間的一距離為d ，該複數個固定架具有可拆卸地設置在其中的複數個磁鐵，該複數個磁鐵中的每個磁鐵以該複數個磁鐵中的每個磁鐵之間的一間距p 被固定在一相應的固定架中，且當該旋轉磁性殼體繞該圓形中心開口旋轉時，該複數個磁鐵經配置在一圓形（circular）路徑上行進。
  7. 如請求項6所述之腔室，其中該旋轉磁性殼體的該內側壁耦接至一腔室間隔件的一外壁，該腔室間隔件具有： 一第一凸緣，該第一凸緣耦接到該腔室主體的一安裝板；及 一第二凸緣，該第二凸緣耦接到該腔室蓋件。
  8. 如請求項7所述之腔室，其中該旋轉磁性殼體耦接至一驅動系統，該驅動系統包括耦接至一皮帶的一馬達，該皮帶將繞該旋轉磁性殼體設置，該皮帶具有複數個凸耳，每個凸耳對應於該旋轉磁性殼體的該外側壁的複數個凹槽中的一凹槽。
  9. 如請求項8所述之腔室，其中該驅動系統和該旋轉磁性殼體耦接至一殼體升舉系統，該殼體升舉系統可操作以升高和降低該旋轉磁性殼體和該驅動系統。
  10. 如請求項7所述之腔室，其中該腔室間隔件的該外壁包括一聚合物材料。
  11. 如請求項6所述之腔室，其中該旋轉磁性殼體耦接至該基板支撐件，該基板支撐件耦接至一基板支撐件驅動系統，該基板支撐件驅動系統經配置使該基板支撐件繞該處理空間的該中心軸旋轉。
  12. 如請求項6所述之腔室，其中該等固定架耦接至軌道，且致動該等固定架以在該等軌道上移動。
  13. 一種腔室，包括： 一腔室主體； 一腔室蓋件，該腔室蓋件具有一氣體分配組件； 一基板支撐件，該基板支撐件與該氣體分配組件相對定位以界定一處理空間，該處理空間具有一中心軸； 一射頻（RF）源，該射頻（RF）源可操作以耦接到設置在基板支撐件內的一電極；及 一電磁鐵磁性殼體系統，該電磁鐵磁性殼體系統具有耦接至該腔室的一電磁鐵殼體，該電磁鐵殼體包含： 一上板； 一外側壁； 一內側壁，該內側壁界定一圓形中心開口； 一下板; 及 兩個或更多個導線，該等導線的各者在該電磁鐵殼體的相應部分中盤繞一次或多次，該等導線的各者可操作以個別地連接到一電源。
  14. 如請求項13所述之腔室，其中該等兩個或更多個導線具有交替的極性。
  15. 如請求項13所述之腔室，其中該等兩個或更多個導線包括： 一第一導線，該第一導線以一半圓（semi-circle）的方式盤繞並設置在該電磁鐵殼體的一第一半部（half）中，該電磁鐵殼體的該第一半部對應於該處理空間的一第一半部；及 一第二導線，該第二導線以一半圓的方式盤繞並設置在該電磁鐵殼體的一第二半部中，該電磁鐵殼體的該第二半部對應於該處理空間的一第二半部，其中該第一導線和該第二導線具有相反的極性。
  16. 如請求項13所述之腔室，其中該等兩個或更多個導線包括： 一第一導線，該第一導線以一半圓的方式盤繞並設置在該電磁鐵殼體的一第一四分之一圓（quadrant）中，該半圓具有約90度或更小的一角弧（angular arc ），該電磁鐵殼體的該第一四分之一圓對應於該處理空間的一第一四分之一圓； 一第二導線，該第二導線以一半圓的方式盤繞並設置在該電磁鐵殼體的一第二四分之一圓中，該半圓具有約90度或更小的一角弧，該電磁鐵殼體的該第二四分之一圓對應於該處理空間的一第二四分之一圓； 一第三導線，該第三導線以一半圓的方式盤繞並設置在該電磁鐵殼體的一第三四分之一圓中，該半圓具有約90度或更小的一角弧，該電磁鐵殼體的該第三四分之一圓對應於該處理空間的一第三四分之一圓；及 一第四導線，該第四導線以一半圓的方式盤繞一次或多次並設置在該電磁鐵殼體的一第四四分之一圓中，該半圓具有約90度或更小的一角弧，該電磁鐵殼體的該第四四分之一圓對應於一第四四分之一圓，其中該第一、第二、第三與第四導線具有交替的極性。
  17. 如請求項13所述之腔室，其中該電磁鐵殼體耦接至一殼體升舉系統，該殼體升舉系統可操作以升高和降低該電磁鐵殼體。
  18. 如請求項13所述之腔室，進一步包括一經致動的屏蔽件，該經致動的屏蔽件可操作以升高和降低，使得該經致動的屏蔽件的一開口與該等兩個或更多個導線對準。
  19. 如請求項13所述之腔室，其中該等導線耦接到軌道，且該等導線可沿著該等軌道致動。
  20. 如請求項13所述之腔室，其中該電磁鐵殼體的該內側壁耦接至一腔室間隔件的一外壁，該腔室間隔件具有： 一第一凸緣，該第一凸緣耦接到該腔室主體的一安裝板；及 一第二凸緣，該第二凸緣耦接到該腔室蓋件。
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