TW202206629A - 沉積系統和方法 - Google Patents

Abstract

本公開的沉積系統提供透過延長靶材替換間隔來降低濺鍍製程成本的特徵。沉積系統提供磁性元件的陣列，此磁性元件的陣列會產生磁場並基於靶材厚度測量數據來重新定向磁場。陣列中的至少一個磁性元件會傾斜以調節或改變磁場方向並使磁場聚焦在靶材的一個區域上，其中此區域具有比其他區域更多的靶材材料。因此，在此區域上會發生更多的離子（例如，氬離子）轟擊，以在靶材表面上產生更均勻的侵蝕。

Description

沉積系統和方法

無

為了生產半導體裝置，作為半導體裝置之原材料的半導體基板（例如，矽晶片）必須經歷一系列複雜而精確的製程步驟（例如，擴散、離子佈植、化學氣相沉積、微影、蝕刻、物理氣相沉積、化學機械平坦化和電化學電鍍）。

物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD）通常用於在半導體基板上沉積一層或多層。例如，通常會在半導體製造製程中使用濺鍍（物理氣相沉積的一種形式），以在基板上沉積複合的合金和金屬（例如，銀、銅、黃銅、鈦、矽、氮化矽和氮化碳）。濺鍍包括在真空罩（室）中彼此平行地定位的靶材（target）（源（source））和基板（晶片）。當基板（陽極）具有正電位時，靶材（陰極）電接地。相對較重並且是化學惰性氣體的氬氣常在濺鍍過程中作為濺鍍的離子種類。當將氬氣引入腔室中時，其會與從陰極釋放的電子發生多次碰撞。這會導致氬氣失去其外部電子並變成帶正電的氬離子。帶正電的氬離子會被陰極靶材的負電位強烈地吸引。當帶正電的氬離子撞擊靶材表面時，帶正電之氬離子的動量會轉移到靶材材料上，以使一個或多個原子離開原位，這些原子最後會沉積在基板上。

濺鍍可採用配置在靶材後面和周圍的磁鐵，以透過在靶材的表面附近捕獲電子來吸引更多帶正電的離子，這將導致靶材表面上更多的氬離子轟擊。

無

以下公開提供了用於實現所提供之主題的不同特徵之許多不同的實施例或示例。以下描述元件和配置的特定示例以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例，而無意於進行限制。例如，在下面的描述中，在第二特徵之上或上方形成第一特徵可以包括其中第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括其中在第一特徵和第二特徵之間形成附加的特徵，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本公開可以在各個示例中重複參考數字和/或文字。此重複是出於簡單和清楚的目的，並且其本身並不指示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。

更甚者，空間相對的詞彙（例如，「低於」、「下方」、「之下」、「上方」、「之上」等相關詞彙）於此用以簡單描述如圖所示之元件或特徵與另一元件或特徵的關係。在使用或操作時，除了圖中所繪示的轉向之外，這些空間相對的詞彙涵蓋裝置的不同轉向。再者，這些裝置可旋轉（旋轉90度或其他角度），且在此使用之空間相對的描述語可作對應的解讀。

根據本文描述之主題的實施例包括一種沉積系統，此沉積系統能夠透過調節位於靶材後面（和/或周圍）的一個或多個磁性元件的取向來改變磁場的方向。

這樣的沉積系統的實施例包括在靶材後面（和/或周圍）的磁性元件的陣列以及配置為控制磁性元件的取向的控制器。作為非限制性示例，磁性元件陣列中的至少一些磁性元件可共同地或單獨地傾斜。透過共同地或單獨地傾斜磁性元件，由可傾斜的磁性元件產生的磁場從預設的位置重定向到靶材上的目標位置。因此，將改變施加到目標位置的磁場大小。換句話說，根據本公開描述之部份實施例的沉積系統可以選擇性地調節施加到靶材上之特定位置的磁場的量或大小。透過使用可傾斜的磁性元件增加施加到特定位置的磁場大小，也會增加在靶材之特定位置上的離子轟擊。更高或更多的離子轟擊意味著可從靶材的特定位置去除更多的靶材材料（例如，金屬原子）。最後，從靶材的特定位置去除的材料會沉積在基板上。

第1圖是根據本公開之一個或多個實施例的沉積系統100的截面圖。

參照第1圖，沉積系統100包括基板處理室200、基板處理室200中的基板卡盤202、環繞基板處理室200的靶材204、位於靶材204上方之磁性元件的陣列206和控制器300。根據本公開的一個或多個實施例，磁性元件的陣列206包括至少一個永磁性元件402和至少一個電磁性元件404。在部份實施例中，磁性元件的陣列206中的磁性元件402、404中的至少一個是可傾斜的。在部份實施例中，可傾斜的磁性元件也是可旋轉的。在本公開的一個或多個實施例中，磁性元件的陣列206中的磁性元件402、404中的至少一些能夠共同地或單獨地傾斜（和/或旋轉）。

如本文所用，除非另外明確地指出，否則術語「可旋轉的磁性元件」是指一個或多個能夠相對於垂直於平行靶材204的上表面的水平線（或與平行靶材204的上表面的水平線具有一定的角度）配置的垂直軸旋轉之可旋轉的磁性元件。

如本公開所示，除非另外具體地指出，否則術語「可傾斜的磁性元件」是指能夠透過改變在可傾斜的磁性元件和平行於靶材204的上表面的水平線之間的斜率而能夠傾斜之一個或多個可傾斜的磁性元件。

如在本公開中所使用的，除非另外特別地指出，術語「可傾斜和可旋轉的磁性元件」或「可旋轉和可旋轉的磁性元件」是指能夠如上所定義之傾斜和旋轉的一個或多個可傾斜和可旋轉的磁性元件。

永磁性元件402由可以長時間保持磁化而不會改變其磁性並且能夠抵抗由外部磁場引起的磁性衰退之任何合適的材料構成。例如，永磁性元件402可以由鋁鎳鈷合金、鐵氧體等、釹、鐵和硼的合金及其組合構成。永磁性元件402不限於由上述的示例性材料構成，而是可以由可以長時間保持磁化而不會改變其磁性並且可以抵抗由外部磁場引起的磁性衰退的任何材料形成。

電磁性元件404由當將電流施加到此材料時，此材料可以保持磁化，並且能夠抵抗由外部磁場引起的磁性衰退之任何合適的材料構成。例如，電磁性元件404可以由纏繞在一材料的核心上的銅線或其他導電線的線圈構成，其會在電流流過導電線時產生磁場。適合作為電磁鐵核心的材料的示例包括鐵、鎳或鈷。電磁性元件404不限於由上述的示例性材料構成，而是可以由當將電流施加到此材料時能夠保持磁化並且能夠抵抗由外部磁場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和電磁性元件404之間之可傾斜的和/或可旋轉的磁性元件的取向。根據本公開的一個或多個實施例，控制器300包括輸入電路302、記憶體304、處理器306和輸出電路308。控制器300包括配置為執行本公開所述之各種功能和操作的（電腦）處理器306，其中本公開所述之各種功能和操作包括透過輸入電路302從各種數據源（例如，超音波感測器208和度量衡工具）接收輸入數據並透過輸出電路308傳送輸出數據（傾斜訊號和旋轉訊號）。輸入電路302從一個或多個超音波感測器208接收靶材厚度測量值，並從度量衡工具接收薄膜厚度測量值。在靶材204的多個位置處進行靶材厚度測量。在基板的多個位置處進行薄膜厚度測量。在部份實施例中，輸入電路302還從操作員接收製程方法訊息（例如，靶材薄膜厚度）。輸入電路302、記憶體304、輸出電路308、超音波感測器208和度量衡工具的細節將在本公開的後續部分中提供。根據在輸入電路302處接收到的測量，處理器306決定靶材204的平均厚度和薄膜502的平均厚度（在第4圖中）。輸入電路302可以是或包括一個或多個輸入端子，此一個或多個輸入端子可通信地耦合到任何期望數量的訊息源（例如，超音波感測器208、度量衡工具和其他系統）。在部份實施例中，處理器306還會在多個位置中決定薄膜502厚度小於或大於薄膜502平均厚度的至少一個位置。類似地，處理器306會在多個位置中決定靶材204厚度小於或大於靶材204平均厚度的至少一個位置。記憶體304儲存經由輸入電路302接收的訊息以及經處理的數據（例如，來自處理器306之決定的位置訊息）。記憶體304可以是或可以包括任何電腦可讀儲存介質，包括，例如，唯讀記憶體（read-only memory, ROM）、隨機存取記憶體（random access memory, RAM）、快閃記憶體、硬碟驅動機、光學儲存裝置、磁碟儲存裝置、電性可抹除程式化唯讀記憶體（electrically erasable programmable read-only memory, EEPROM）、有機儲存介質等。輸出電路308基於所決定的位置將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到永磁性元件402和電磁性元件404之間之可傾斜的（和/或可旋轉的）磁性元件。輸出電路308可以是或包括一個或多個輸出端子，此一個或多個輸出端子通信地耦合至沉積系統100之任何期望數量的元件（例如，可傾斜的（和/或可旋轉的）磁性元件）。來自薄膜502和靶材204的測量細節將在本公開的後續部分中提供。

根據一個或多個實施例，沉積系統100包括一個或多個能夠在多個位置測量靶材204厚度的超音波感測器208。超音波感測器208可以是適合執行非破壞性檢查之任何類型的感測器。例如，超音波感測器208可以是定位在靶材204上方的超音波感測器。超音波感測器208不限於超音波的類型，而可以是以非破壞性的方式在多個位置處測量靶材204厚度之任何類型的感測器。第1圖所示的實施例繪示位於靶材204上方之三個超音波感測器208。然而，本公開並不限制超音波感測器208的位置。超音波感測器208可以放置在用於監測靶材204的厚度之任何合適的位置。

第2圖是根據本公開的一個或多個實施例之沉積系統100中靶材204和磁性元件的陣列206以及超音波感測器208的截面圖。

參考第2圖，根據本公開的一個或多個實施例的沉積系統100包括在靶材204上面或上方的三個超音波感測器208和磁性元件的陣列206。

在所示的實施例中，三個超音波感測器208位於靶材204上方。每個超音波感測器208基於超音波的傳播使用至少一種非破壞性測試技術測量在相應區域中靶材204的厚度。例如，根據第2圖所示的實施例，每個超音波感測器208產生中心頻率在約0.1百萬赫（MHz）和50 MHz之間的短超音波脈衝並將超音波脈衝傳播到靶材204中。超音波感測器208透過比較由超音波感測器208產生的初始超音波脈衝和從靶材204反射的超音波脈衝波來測量各個區域中靶材204的厚度。

根據本公開的實施例不限於使用中心頻率在0.1 MHz和50 MHz之間的短超音波脈衝。作為非限制性示例，在根據本公開的其他實施例中，中心頻率低於0.1MHz或高於50MHz。根據本公開的實施例，由超音波感測器208產生的波形不限於脈衝波。對於非限制性示例，在根據本公開的其他實施例中，此波形可以是能夠測量靶材204的厚度之任何合適的波形（例如，正弦波形、三角波形和鋸齒波形）。

根據本公開的實施例不限於使用三個超音波感測器208。例如，在根據本公開的其他實施例中，基於靶材204的尺寸，兩個或更多個超音波感測器208（均勻或不均勻地）定位在靶材204上方。然而，如果具有一個超音波感測器208足以在多個位置上測量靶材204的厚度，則可以只有一個超音波感測器208定位在靶材204上。亦或是，可使用一個或多個可移動的超音波感測器208來測量多個位置處靶材的厚度。

根據第2圖所示的實施例，控制器300從每個超音波感測器208接收厚度測量值。基於接收到的厚度測量值，控制器300決定在靶材204表面上的一個或多個位置，並將更多的磁場聚焦在此一個或多個位置。基於所決定的位置，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到在磁性元件的陣列206中對應的磁性元件402、404，以引起個別的磁性元件402、404傾斜和/或旋轉。這種傾斜或旋轉會導致由磁性元件的陣列206產生之磁場的焦點變化。這種磁場的焦點變化意味著，與靶材204表面上的其他位置相比，靶材204表面上的一個或多個位置會暴露於更大的磁場。如本文所用，除非另外明確指出，術語「對應的磁性元件」是指位於距離所決定的位置一定範圍內之一個或多個可傾斜的（和/或可旋轉的）磁性元件，透過傾斜（和/或旋轉）此或這些磁性元件可將更多的磁場施加到所決定的位置。例如，透過傾斜對應的磁性元件402、404，會增加施加到靶材204上所決定的位置的磁場強度。

根據本公開的一個或多個實施例，控制器300從每個超音波感測器208接收原始測量值（例如，由超音波感測器208產生的初始超音波脈衝和透過輸入電路302從靶材204反射的超音波脈衝）。控制器300的處理器306透過比較由超音波感測器208產生的初始超音脈衝波與從靶材204反射的超音脈衝波來測量各個區域中靶材204的厚度。基於此厚度測量，控制器300決定在靶材204的表面上將要被聚焦更多磁場的一個或多個位置。基於所決定的位置，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到磁性元件的陣列206中對應的磁性元件402、404，以引起個別的磁性元件402、404傾斜和/或旋轉。這種傾斜或旋轉會引起由磁性元件的陣列206產生的磁場的焦點變化。這種磁場的焦點變化意味著靶材204表面上的一個或多個位置相對於靶材204表面上的其他位置會暴露於更大的磁場。

第3圖是磁性元件的陣列206的截面圖，此磁性元件的陣列206會產生聚焦在靶材204上多個決定的位置上的磁場。

參照第3圖，在根據本公開的一個或多個實施例的沉積系統100中，控制器300將傾斜訊號發送到磁性元件的陣列206中對應的磁性元件404。基於由一個或多個超音波感測器208測量的厚度測量，控制器300產生的傾斜訊號會改變對應的磁性元件404的取向。透過將每個對應的磁性元件404以特定的角度朝著匹配的決定位置傾斜，會增加施加到靶材204上每個決定位置的磁場強度。

根據第3圖所示的實施例，將八個電磁性元件404和五個永磁性元件402配置在一起以形成磁性元件的陣列206。第3圖所示的實施例繪示電磁性元件404是可傾斜的。 然而，本公開不限於僅有電磁性元件404為可傾斜的。在根據本公開的其他實施例中，永磁性元件402也是可傾斜的。

基於從控制器300傳輸到八個可傾斜的電磁性元件404的傾斜訊號，每個可傾斜的電磁性元件404傾斜以將磁場重定向到靶材204上的決定位置。

在第3圖所示的實施例中，每個電磁性元件404以特定的角度傾斜，從而將由電磁性元件404產生的磁場重新定向到最接近殘留有較多靶材材料的靶材表面A。由電磁性元件404產生的磁場，會增加在每個靶材表面A上的離子轟擊。

如上所述，根據本公開的實施例不限於傾斜對應的電磁性元件404以重新定向磁場。例如，在根據本公開的其他實施例中，透過傾斜至少一個對應的永磁性元件402或一起傾斜至少一個對應的永磁性元件402和至少一個對應的電磁性元件404來調節或改變磁場。 在本公開的部份實施例中，磁性元件402、404中的至少一種類型可旋轉以精確地重定向磁場。

能夠重定向和聚焦之具有可傾斜的磁性元件402、404的磁場的益處包括可透過延長靶材替換之間的間隔來節省大量成本。例如，在某些位置具有足夠材料厚度的靶材204，有時會由於在靶材的不同位置處之靶材材料的不均勻消耗或侵蝕而引起之靶材表面的不均勻而過早丟棄。然而，透過重定向磁場，靶材204上的侵蝕輪廓將變得更均勻，並且在更換靶材之前可以使用更大比例的靶材材料。同時，也可以增加基板處理室200的定期維護間隔。

根據本公開的一個或多個實施例，除了發送控制磁性元件402、404的傾斜角度的傾斜訊號之外，控制器300還可用以發送旋轉訊號。控制器300還可控制每個可旋轉的磁性元件402、404的旋轉速度。在部份實施例中，磁性元件402、404中的至少一些以特定的速度旋轉以提供更均勻的電磁場。在本公開的一個或多個實施例中，將磁性元件402、404的旋轉設置在60轉每分 （rpm）和120 rpm之間。根據本公開的實施例不限於使磁性元件402、404在60 rpm和120 rpm之間旋轉。例如，在根據本公開的其他實施例中，將磁性元件402、404的旋轉設置為低於60 rpm（例如，0 rpm）或高於120 rpm。根據本公開的實施例，選擇每個磁性元件402、404旋轉的特定轉速，使得其基於操作員設定的製程要求。如上所述，在本公開的部份實施例中，磁性元件402、404中的至少一種類型也可旋轉以將磁場精確地重新定向到所決定的位置。

根據本公開的一個或多個實施例，除了或代替發送控制磁性元件402、404的傾斜角度的傾斜訊號之外，控制器300會基於厚度測量值控制提供給在磁性元件的陣列206中每個電磁性元件404的電流。例如，透過改變施加到電磁性元件404的電流，也會改變施加到靶材204上特定位置的磁場大小。在本公開的一些其他實施例中，控制器300控制提供給至少一些電磁性元件404的電流。

在本公開的部份實施例中，控制器300會將更多的電流施加到一個或多個對應的電磁性元件404，以在殘留有較多靶材材料的靶材表面A產生更強的磁場。在此，「對應的磁性元件」是指位於距所決定的位置一定範圍內的一個或多個磁性元件402、404。由於由電磁性元件404產生的磁場較強，因此會增加在每個靶材表面A上的離子轟擊。

在本公開的部份實施例中，控制器300向一個或多個非對應的電磁性元件404施加更少的電流或不施加電流，以在殘留有較少或沒有靶材材料的靶材表面B上產生圍繞靶材表面B之較弱的磁場。由於由電磁性元件404產生的磁場較弱，因此會減少在每個靶材表面B上的離子轟擊。

在本公開的部份實施例中，控制器300將更多的電流施加到一個或多個對應的電磁性元件404，以在殘留有較多靶材材料的靶材表面A產生更強的磁場。同時，控制器300向一個或多個非對應的電磁性元件404施加更少的電流或不施加電流，以在殘留有較少或沒有靶材材料之對應的靶材表面B上產生圍繞對應的靶材表面B之較弱的磁場。

在本公開的部份實施例中，基於來自超音波感測器208的測量，控制器300的處理器306會決定靶材204的平均厚度。控制器300會決定靶材204的厚度大於平均厚度的一個或多個位置。基於在靶材上的決定位置，控制器300會調整磁場以增加在決定位置處之靶材204的表面上的離子轟擊。如上所述，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到對應的磁性元件402、404，以增加所決定的位置上的離子轟擊。在部份實施例中，控制器300向對應的磁性元件404供應更多的電流以增加在所決定的位置上的離子轟擊。在部份實施例中，控制器300對非對應的磁性元件404不供應電流或更少的電流。在部份實施例中，控制器300將旋轉訊號傳輸到對應的磁性元件402、404以增加所決定位置上的離子轟擊。控制器300可以使用上述方法的任何組合來控制磁性元件402、404。

第4圖是截面圖，繪示在對磁性元件402、404進行任何調整之前沉積系統100的示例性結果。

參考第4圖，在所示的實施例中，沉積系統100透過執行製程方法在初始基板504上沉積薄膜502。此製程方法包括一些製程條件（例如，沉積時間、腔室壓力和氬氣流速），以在厚度的目標範圍內將薄膜502沉積在初始基板504上。

由於在初始基板504的邊緣上之薄膜502的厚度小於在薄膜502的中心區域中所示之厚度的目標範圍，因此在初始基板504上所示之薄膜502不具有均勻的厚度。在初始基板504上沉積薄膜502之後，將初始基板504轉移到度量衡工具。在度量衡工具處，度量衡工具在多個位置處測量在初始基板504上之薄膜502的厚度。

第5圖繪示根據本公開的一個或多個實施例在對磁性元件402、404施加調整之後之沉積系統100的示例性結果的截面圖。

參照第5圖，沉積系統100的控制器300從度量衡工具接收厚度測量數據。基於測量數據，控制器300決定初始基板504上之薄膜502厚度小於厚度的目標範圍的一個或多個位置。在第5圖所示的示例中，控制器300決定在初始基板504的邊緣上薄膜502的厚度小於厚度的目標範圍。基於在初始基板504上決定的位置，控制器300使用上述方法的任意組合來調節磁場，以增加在初始基板504上之所決定的位置上方或正上方之靶材204表面的離子轟擊，以使初始基板504用於後續基板604。例如，在本公開的一個或多個實施例中，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到對應的磁性元件402、404以增加在初始基板504上之所決定的位置上方或正上方之靶材204表面上的離子轟擊。在本公開的部份實施例中，除了或代替傳輸控制磁性元件402、404的傾斜角度的傾斜訊號之外，控制器300將更多電流提供給對應的磁性元件404，以增加在初始基板504上之決定的位置上方或正上方之靶材204表面上的離子轟擊。換句話說，控制器300基於從初始基板504收集的測量數據，使用上述方法的任意組合來調整磁場以使初始基板504用於後續基板604。

如第5圖所示，在根據本公開的一個或多個實施例的沉積系統100中，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到對應的磁性元件402、404，透過基於來自初始基板504的測量，將更多的磁場引導到靶材204的邊緣上以增加在靶材204邊緣上的離子轟擊。因此，透過在後續基板604的邊緣上沉積更多的靶材材料，可增加在後續基板604上之後續薄膜602的均勻性。

具有能夠控制在基板上之薄膜層的均勻性的控制器300的益處之一是可以在製程鑑定過程中節省寶貴的時間。為了提高在基板上之薄膜的均勻性，一組製程工程師必須經歷冗長的鑑定過程，其中包括微調幾個製程條件。然而，由於控制器300能夠基於來自度量工具的厚度測量來微調此過程，因此沉積系統100的控制器300可以加快鑑定過程。

在本公開的部份實施例中，控制器300從度量衡工具接收厚度測量值。基於此測量值，控制器300決定在基板上之薄膜的平均厚度。控制器300決定薄膜502的厚度小於所決定的平均厚度的一個或多個位置。基於在初始基板504上之所決定的位置，控制器300會調整磁場以增加在所決定的位置上方或正上方之靶材204表面上的離子轟擊。

如上所述，控制器300能夠將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到對應的磁性元件402、404，以增加靶材204表面上的離子轟擊，此離子轟擊可能會影響在所決定位置的薄膜厚度。除了或代替傳送控制磁性元件402、404的傾斜角度的傾斜訊號之外，控制器300能夠向對應的磁性元件404提供更多的電流，以增加靶材204表面上的離子轟擊率，此離子轟擊可能會影響在所決定位置的薄膜厚度。

具有能夠基於所決定之薄膜的平均厚度來控制後續基板604上的薄膜的均勻性的控制器300的益處之一是為操作者提供了增加均勻性之侵入性較小的方法。換句話說，控制器300可以在不影響整體製程結果的情況下提供一些細微的改進。

第6圖繪示根據本公開的一個或多個實施例中磁性元件的陣列206是如何用於清潔基板處理室200中的製程防護罩的截面圖。

參照第6圖，根據本公開的一個或多個實施例的沉積系統100包括控制器300、靶材204上的磁性元件的陣列206以及製程防護罩（process shield）700。製程防護罩700覆蓋基板處理室200的內壁以防止在濺鍍過程中的物質沉積在內壁上。

在所示的實施例中，沉積系統100的控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸至靶材204的外圍區域上的磁性元件402、404。透過使（在外圍區域上的）磁性元件402、404朝向製程防護罩700傾斜和/或旋轉特定的角度，控制器300可將磁場重定向到製程防護罩700的內表面。因此，製程防護罩700的內表面會被氬離子轟擊。在製程防護罩700的表面上使用離子轟擊，可以清潔製程防護罩700上之沉積的靶材材料而無需使基板處理室200排氣。在本公開的部份實施例中，在新安裝的製程防護罩700的表面上的離子轟擊用於去除製程防護罩700表面上的任何污染物質（例如，灰塵）。

第7圖繪示根據本公開的一個或多個實施例之磁性元件的陣列206的頂視圖。

參照第7圖，根據本公開的一個或多個實施例的沉積系統100包括磁性元件的陣列206，此磁性元件的陣列206包括至少一個永磁性元件402和至少一個電磁性元件404。磁性元件的陣列206不限於由上述兩種類型的磁性元件構成，而是可以僅由一種類型的磁性元件形成。

如上所述，永磁性元件402由可以在長時間內保持磁化而不會改變其磁性並且耐外部磁場引起的磁性衰退之任何合適的材料構成。例如，永磁性元件402可以由鋁鎳鈷合金、鐵氧體等、釹、鐵和硼的合金及其組合構成。在本公開的部份實施例中，永磁性元件402能夠進行諸如可傾斜和可旋轉的運動中的至少一種。

如上所述，電磁性元件404由任何合適的材料構成，當將電流施加到此材料時，此材料可以保持磁化，並且能夠抵抗由外部磁場引起的磁性衰退。例如，電磁性元件404可以由纏繞在由鐵、鎳或鈷製成的核心上的銅線線圈構成。在本公開的部份實施例中，電磁性元件404能夠進行諸如可傾斜和可旋轉的運動中的至少一種。

在第7圖所示的實施例中，永磁性元件402在由電磁性元件404圍繞的靶材204（第7圖中未示出）上呈星號形式。然而，根據本公開的實施例不僅限於星號或星形的形式。例如，在根據本公開的其他實施例中，永磁性元件402在靶材204上呈圓形形式。根據本公開的部份實施例，基於製程方法來選擇永磁性元件402的特定佈置。

第8圖和第9圖是根據一個或多個實施例中磁性元件402的正視截面圖和側視截面圖。

參照第8圖和第9圖，永磁性元件402包括圓柱體412，此圓柱體包括第一引導元件414、第三引導元件418和位於第一引導元件414和第三引導元件之間的第二引導元件416。配置在圓柱體412的底部上的第一引導元件414包括第一滑動槽422（在第8圖中未繪示但是在第9圖中有繪示）。配置在圓柱體412的頂部上的第三引導元件418包括第二滑動槽424（在第8圖中未繪示但是在第9圖中有繪示）。

根據本公開的圖示的實施例，第二引導元件416包括在底端上的第一榫卯426和在頂端上的第二榫卯428，其中第一榫卯426和第二榫卯428分別透過耦合至第一滑動槽422和第二滑動槽424而傾斜。第二引導元件416可透過第一致動器432和第二致動器434在至少兩個方向上傾斜多達45度。

根據本公開的一個或多個實施例，第一致動器432和第二致動器434基於​​來自控制器300的傾斜訊號而延伸或收縮。例如，第一致動器432延伸以將第二引導元件416的底端向右推動（在第8圖中）並且第二致動器434收縮以為第二引導元件416的底端向右滑動提供空間（在第8圖中）。類似地，第二致動器434延伸以將第二引導元件416的底端向左推動（在第8圖中），並且第一致動器432收縮以為第二引導元件416的底端向左滑動提供空間（在第8圖中）。

第一致動器432和第二致動器434由可以基於傾斜訊號延伸或收縮而不會因為外部磁場而引起磁性衰退之任何合適的材料構成。作為非限制性示例，第一致動器432和第二致動器434包括機械致動器、電致動器或由壓電材料製成的致動器中的至少一個，所述壓電材料諸如鈉、鋯鈦酸鉛、鈮酸鉀、鈮酸鈉鉀、鐵酸鉍、石英和其他合適的陶瓷或非陶瓷壓電材料。在部份實施例中，傾斜訊號包括直流電電壓，此直流電電壓會使由壓電材料製成的致動器延伸。在此實施例中，由壓電材料製成的致動器隨著施加到致動器的直流電電壓的減小而收縮。

第二引導元件416包括耦合至驅動機構442（即，馬達和步進馬達）的永久磁鐵403。在第8圖所示的實施例中，將步進馬達作為驅動機構442，此驅動機構442透過第一軸446耦合到永久磁鐵。根據本公開的部份實施例，驅動機構442基於來自控制器300的旋轉訊號旋轉永久磁鐵403。根據部份實施例，如果馬達用於使永久磁鐵403旋轉，則驅動機構442由任何合適的外殼材料構成，此外殼材料可以使驅動機構442免受外部磁場的影響。

第10圖是根據一個或多個實施例的磁性元件404的正視截面圖。

參照第10圖，電磁性元件404包括第一引導元件414、第二引導元件416和第三引導元件418。然而，電磁性元件404包括電磁鐵405而不是如第8圖和第9圖所描述的永久磁鐵403。根據本公開的部份實施例，如上所述，控制器300控制提供給電磁鐵405的電流以調節磁場的大小。

除了所使用的磁鐵的類型之外，第10圖所示的實施例類似於第8圖和第9圖所示的實施例，並且第8圖和第9圖之實施例的元件描述適用於第10圖所示之實施例的元件。因此，在此不再重複對第10圖之實施例的其他元件的描述。

第11圖繪示根據本公開的一個或多個實施例之增加在後續基板604上薄膜602的均勻性的方法的流程圖。

參照第11圖，增加基板上薄膜的均勻性的方法包括：步驟S100，在基板上沉積薄膜；步驟S200，在多個位置測量基板上薄膜的厚度；步驟S300，基於在多個位置的測量，決定基板上薄膜的平均厚度；步驟S400，在這些位置中決定薄膜厚度小於薄膜平均厚度的至少一個位置；步驟S500，基於所決定的位置，將訊號傳輸至第一磁性元件，此訊號會調整由第一磁性元件所提供的磁場（電磁場）。

在基板上沉積薄膜的步驟S100是在初始基板504上沉積薄膜502的步驟。如上所述，在濺鍍過程中，帶正電的氬離子會轟擊靶材204，並且帶正電的氬離子的動量會轉移到靶材材料上，以使一個或多個原子離開原位，這些原子最終會落在（沉積在）初始基板504上。

在多個位置處測量基板上薄膜厚度的步驟S200是使用度量工具在多個位置處測量薄膜502厚度的步驟。度量衡工具將測量數據直接或間接地傳輸到沉積系統100的控制器300。

基於在多個位置處的測量來決定在基板上之薄膜的平均厚度的步驟S300是基於所接收的測量數據來決定薄膜502的平均厚度的步驟。如上所述，控制器300的輸入電路302從度量衡工具接收測量數據。控制器300的處理器306基於測量數據決定平均厚度。在其他實施例中，度量衡工具包括處理器，此處理器基於測量數據決定平均厚度，並將決定的平均厚度傳送給控制器300。

在多個位置中決定薄膜厚度小於薄膜平均厚度的至少一個位置的步驟S400是在初始基板504上決定至少一個位置，其中在此位置之薄膜502的厚度小於所決定之薄膜502的平均厚度的步驟。如上所述，控制器300的處理器306決定初始基板504上的至少一個位置，在此位置的薄膜502厚度小於決定之薄膜502的平均厚度。在其他實施例中，度量工具包括處理器，此處理器決定初始基板504上的至少一個位置，其中此位置之薄膜502的厚度小於決定之薄膜502的平均厚度。

步驟S500是基於所決定的位置將訊號傳輸到第一磁性元件的步驟，此訊號調節由第一磁性元件提供的磁場（電磁場）。如上所述，控制器300將傾斜（和/或旋轉）訊號傳輸到對應的磁性元件402、404，以增加在所決定位置處的磁場大小，這將增加在所決定位置上的離子轟擊。在根據本公開的部份實施例中，控制器300向對應的磁性元件404供應更多的電流以增加磁場的大小，從而增加在所決定的位置上的離子轟擊。在根據本公開的部份實施例中，控制器300不會向非對應的磁性元件404供應電流或向非對應的磁性元件404供應較少的電流。控制器300可以使用上述方法的任意組合來控制磁性元件402、404。

第12圖繪示根據本公開的一個或多個實施例之增加靶材替換間隔的方法的流程圖。

參照第12圖，增加靶材替換間隔的方法包括：步驟S1100，在多個位置處測量靶材的厚度；步驟S1200，基於在多個位置處測量靶材的厚度，決定靶材的平均厚度；步驟S1300，在這些位置中決定靶材厚度大於靶材平均厚度的至少一個位置；以及步驟S1400，使用所決定的位置來調整第一磁鐵的方向。

在多個位置處測量靶材厚度的步驟S1100是在靶材表面上的多個位置處測量厚度的步驟。如上所述，一個或多個超音波感測器208位於靶材204上方。每個超音波感測器208使用基於超音波傳播的非破壞性測試技術在相應區域中測量靶材204的厚度。根據一個或多個實施例，控制器300從每個超音波感測器208接收在多個位置處的厚度測量值或代表靶材厚度的訊號。

基於在多個位置處測量靶材的厚度來決定靶材的平均厚度的步驟S1200是決定靶材204的平均厚度的步驟。在部份實施例中，控制器300的輸入電路302從超音波感測器208接收測量數據。基於測量數據，控制器300的處理器306決定靶材204的平均厚度。在下一個步驟中，將靶材204的平均厚度作為閾值以決定靶材厚度大於靶材204平均厚度的位置。在部份實施例中，閾值也可以由操作員決定。根據本公開的部份實施例，可以基於靶材204的使用情況來將閾值設置為預定值。例如，在本公開的部份實施例中，隨著靶材204使用率的增加，閾值的預定值會減小。

在多個位置中決定靶材厚度大於靶材平均厚度的至少一個位置的步驟S1300是決定在靶材204上應集中更多磁場的一個或多個位置的步驟。控制器300的處理器306決定靶材204上的一個或多個位置，其中靶材204的厚度大於所決定之靶材204的平均厚度。如上所述，在本公開的部份實施例中，平均值可以是預定值，此預定值根據靶材的使用情況而變化。

使用所決定的位置來調節第一磁鐵的取向的步驟S1400是調節由磁性元件的陣列206產生的磁場的步驟。如上所述，控制器300發送傾斜（和/或（或旋轉）訊號到對應的磁性元件402、404，以調整所決定的位置周圍的磁場，以增加或減少在所決定的位置上的離子轟擊。在根據本公開的部份實施例中，控制器300會向對應的磁性元件404供應更多的電流以增加在所決定的位置上的離子轟擊。在根據本公開的部份實施例中，控制器300不會向非對應的磁性元件404供應電流或向非對應的磁性元件404供應較少的電流。控制器300可以使用上述方法的任意組合來控制磁性元件402、404。

利用可傾斜和/或可旋轉的磁性元件402、404將透過延長靶材替換之間的間隔來節省大量成本。例如，由於靶材材料的不均勻侵蝕或消耗，經常會過早地丟棄剩餘有足夠材料的靶材204。然而，根據本文所述之部份實施例，透過重新定向磁場方向，靶材204上的材料侵蝕會更加均勻，並且可使用靶材204上更多的材料。

利用能夠基於所決定的薄膜平均厚度來控制在後續基板604上之薄膜均勻性的控制器300，為操作者提供一種增加薄膜均勻性之侵入性較小的方法。換句話說，控制器300可以在不影響整體製程結果的情況下提高薄膜均勻性。

根據本公開的一個或多個實施例，一種在基板上增加薄膜均勻性的方法包括在基板上沉積薄膜。使用濺鍍製程將薄膜沉積在基板上。此方法包括在多個位置測量基板上薄膜的厚度。可以使用度量衡工具進行測量。然而，如果沉積工具配備了度量衡系統，則可以在沉積系統內進行測量。此方法包括基於在多個位置處的測量來決定在基板上薄膜的平均厚度。控制器基於來自度量衡工具的測量數據決定基板上薄膜的平均厚度。此方法包括在多個位置中決定薄膜厚度小於薄膜平均厚度的至少一個位置。控制器根據平均厚度決定一個或多個應沉積更多靶材材料的位置。此方法包括基於所決定的位置將訊號傳輸到第一磁性元件，此訊號調整由第一磁性元件提供的磁場（電磁場）。

根據本公開的一個或多個實施例，一種增加靶材替換間隔的方法包括在多個位置測量靶材的厚度。一個或多個超音波感測器可用於測量靶材的厚度。此方法包括基於在多個位置處測量靶材的厚度來決定靶材的平均厚度。例如，控制器的輸入電路從感測器接收測量數據，並且控制器的處理器決定靶材的平均厚度。此方法包括在多個位置中決定靶材厚度大於靶材平均厚度的至少一個位置。基於所決定的平均值，處理器決定靶材厚度大於靶材平均厚度的一個或多個位置。此方法包括使用所決定的位置來調整第一磁性元件的取向。

根據本公開的一個或多個實施例，提供了一種沉積系統，其能夠提供更長的靶材替換間隔和更均勻的沉積。根據本公開的沉積系統包括基板處理室、在基板處理室中的基板卡盤和環繞基板處理室的靶材，以及在靶材上方的磁性元件的陣列。磁性元件的陣列中的多個磁性元件可以共同地或單獨地傾斜。

前述概述了幾個實施例的特徵，使得本領域具普通知識者可以更好地理解本公開的各方面。本領域具普通知識者應該理解，他們可以容易地將本公開用作設計或修改其他過程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的和/或實現相同的益處。本領域具普通知識者還應該理解，這樣的等效構造並不脫離本公開的精神和範圍，並且在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，它們可以進行各種改變、替換和變更。

100:沉積系統 200:基板處理室 202:基板卡盤 204:靶材 206:磁性元件的陣列 208:超音波感測器 300:控制器 302:輸入電路 304:記憶體 306:處理器 308:輸出電路 402:磁性元件,永磁性元件 403:永久磁鐵 404:磁性元件,電磁性元件 405:電磁鐵 412:圓柱體 414:第一引導元件 416:第二引導元件 418:第三引導元件 422:第一滑動槽 424:第二滑動槽 426:第一榫卯 428:第二榫卯 432:第一致動器 434:第二致動器 442:驅動機構 446:第一軸 502:薄膜 504:初始基板 602:薄膜 604:後續基板 700:製程防護罩 S100:步驟 S200:步驟 S300:步驟 S400:步驟 S500:步驟 S1100:步驟 S1200:步驟 S1300:步驟 S1400:步驟 A,B:靶材表面

當結合附圖閱讀時，根據以下的詳細描述可以最好地理解本公開的各方面。應理解，根據行業中的標準實踐，各種特徵並未按比例繪製。實際上，為了討論的清楚，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減小。 第1圖是根據本公開中一個或多個實施例之整個沉積系統的截面圖。 第2圖是根據本公開中一個或多個實施例之沉積系統中的靶材以及磁性元件的陣列和超音波感測器的截面圖。 第3圖是磁性元件的陣列的截面圖，此磁性元件的陣列產生的磁場可聚焦在靶材上多個決定的位置。 第4圖的截面圖繪示在對磁性元件進行任何調整之前之沉積系統的示例性結果。 第5圖繪示根據本公開的一個或多個實施例在對磁性元件施加調整之後之沉積系統的示例性結果的截面圖。 第6圖繪示根據本公開的一個或多個實施例中磁性元件的陣列如何用於清潔基板處理室中的製程防護罩的截面圖。 第7圖是根據本公開的一個或多個實施例之磁性元件的陣列的頂視圖。 第8圖和第9圖是根據一個或多個實施例之磁性元件的正視截面圖和側視截面圖。 第10圖是根據一個或多個實施例之磁性元件的正視截面圖。 第11圖繪示根據本公開的一個或多個實施例之增加在後續基板上薄膜的均勻性的方法的流程圖。 第12圖繪示根據本公開的一個或多個實施例之增加靶材替換間隔的方法的流程圖。

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

S100:步驟

S200:步驟

S300:步驟

S400:步驟

S500:步驟

Claims (20)

1. 一種在一物理氣相沉積室中將一材料從一靶材沉積到一基板上的方法，包含： 沉積該材料的一薄膜於一初始基板上； 測量在複數個位置之該初始基板上的該薄膜的一厚度； 基於在該些位置的測量，決定該初始基板上之該薄膜的一平均厚度； 決定該些位置中該薄膜的該厚度小於該薄膜的該平均厚度的至少一個位置；以及 基於所決定的該至少一個位置將一訊號傳輸到一第一磁性元件，該訊號調整由該第一磁性元件提供的一磁場。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一磁性元件包含複數個磁鐵。
3. 如請求項1所述之方法，其中該第一磁性元件包含一永久磁鐵和一電磁鐵。
4. 如請求項1所述之方法，更包含傾斜該第一磁性元件以將該磁場施加到在所決定的該至少一個位置正上方之該靶材上的一區域。
5. 如請求項1所述之方法，更包含： 施加更多的電流於該第一磁性元件；以及 增加在所決定的該至少一個位置正上方之該靶材上的一區域上之離子轟擊的一規模。
6. 一種在一物理氣相沉積室內將材料從一靶材沉積到一基板上的方法，包含： 測量在複數個位置之該靶材的一厚度； 基於在該些位置測量該靶材的該厚度來決定該靶材的一平均厚度； 決定該些位置中該靶材的該厚度大於該靶材的該平均厚度的至少一個位置；以及 使用所決定的該至少一個位置來調整一第一磁性元件的一取向。
7. 如請求項6所述之方法，其中該第一磁性元件包含複數個磁鐵。
8. 如請求項6所述之方法，其中該第一磁性元件包含一永久磁鐵和一電磁鐵。
9. 如請求項6所述之方法，其中使用所決定的該至少一個位置來調節該第一磁性元件的該取向包含將該第一磁性元件的一磁場聚焦到所決定的該至少一個位置。
10. 如請求項6所述之方法，其中測量該靶材的該厚度包含利用至少一個超音波感測器來分析該靶材的該厚度。
11. 一種沉積系統，包含： 一基板處理室； 一基板卡盤，在該基板處理室中； 一靶材，環繞該基板處理室；以及 一磁性元件的陣列，在該靶材上，該磁性元件的陣列中的複數個磁性元件可共同地或單獨地傾斜。
12. 如請求項11所述之沉積系統，其中該磁性元件的陣列包含至少一個永久磁鐵。
13. 如請求項11所述之沉積系統，其中該磁性元件的陣列包含至少一個電磁鐵。
14. 如請求項11所述之沉積系統，其中在該磁性元件的陣列中的該些磁性元件可共同地或單獨地旋轉。
15. 如請求項11所述之沉積系統，其中在該磁性元件的陣列中的至少一個磁性元件包含一磁鐵和耦合到該磁鐵的一驅動機構。
16. 如請求項15所述之沉積系統，其中該驅動機構使該磁性元件的該磁鐵旋轉。
17. 如請求項11所述之沉積系統，其中在該磁性元件的陣列中的至少一個磁性元件包含一磁鐵和耦合到該磁鐵的一致動器。
18. 如請求項17所述之沉積系統，其中該致動器是一傾斜的致動器。
19. 如請求項11所述之沉積系統，其中在該磁性元件的陣列中的至少一個磁性元件包含一第一引導元件、一第三引導元件以及在該第一引導元件和該第三引導元件之間的一第二引導元件， 其中，該第二引導元件包含一驅動機構和一磁鐵。
20. 如請求項19所述之沉積系統，其中該第二引導元件可傾斜多達45度。

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