[發(fā)明專利]用于增強(qiáng)等離子體控制的EM源

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080049329.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114072535A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亞歷山大·詹森;基思·A·米勒;普拉沙斯·科斯努;馬丁·瑞克;大衛(wèi)·岡瑟;艾米莉·斯庫(kù)利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號(hào): C23C14/34
• 分類號(hào): C23C14/34;C23C14/35
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國(guó);趙靜

公開(kāi)用于在PVD沉積工藝期間控制等離子體分布的設(shè)備和方法。一些實(shí)施方式在沉積期間利用放置在靶上方的EM線圈來(lái)控制等離子體分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式總體涉及用于控制等離子體的設(shè)備和方法。更特定言之，本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式涉及用于使用電磁鐵在PVD沉積工藝中控制等離子體分布的設(shè)備和方法。

背景

濺射，或者稱為物理氣相沉積(PVD)，用于在半導(dǎo)體集成電路的制造中沉積金屬和相關(guān)材料。濺射的用途也已擴(kuò)展到將金屬層沉積到高縱橫比(aspect ratio)的孔(例如過(guò)孔或其他垂直互連結(jié)構(gòu))的側(cè)壁上，以及在極紫外(EUV)掩模坯料的制造中。

在諸如物理氣相沉積(PVD)腔室的等離子體增強(qiáng)基板處理系統(tǒng)中，具有高磁場(chǎng)和高DC功率的高功率密度PVD濺射可在濺射靶處產(chǎn)生高能量，并且導(dǎo)致濺射靶的表面溫度大幅上升。通過(guò)使靶背板與冷卻流體接觸來(lái)冷卻濺射靶。在通常在商業(yè)上實(shí)踐的等離子體濺射中，將要濺射沉積的材料的靶密封到包含要涂覆的晶片的真空室腔中。使氬氣進(jìn)入室。在濺射工藝中，濺射靶被諸如等離子體的高能離子轟擊，造成材料從靶移位并且以膜的形式沉積在放置在腔室中的基板上。

因此，隨著裝置尺寸的縮小，控制沉積工藝至關(guān)重要。此外，將等離子體控制為在整個(gè)濺射靶上均勻，以改善侵蝕特性并且隨著時(shí)間推移使靶材料的磨損均勻，并且控制靶的壽命。

等離子體濺射可以使用DC濺射或RF濺射來(lái)完成。等離子體濺射通常包括位于濺射靶背面的磁控管，磁控管包括至少兩個(gè)相反極性的磁鐵，所述磁鐵經(jīng)由磁軛在磁鐵的背面處磁性地耦合，從而將磁場(chǎng)投射到處理空間中，以增加等離子體的密度并且增強(qiáng)來(lái)自靶正面的濺射速率。磁控管中使用的磁鐵對(duì)于DC濺射通常是閉回路，對(duì)于RF濺射通常是開(kāi)回路。

當(dāng)前用于PVD工藝中等離子體控制的硬件解決方案依賴于在靶后面旋轉(zhuǎn)的各種配置中的這些固態(tài)磁鐵。磁鐵配置的調(diào)節(jié)或修改需要大量的硬件工作和腔室停機(jī)時(shí)間。因此，需要一種硬件解決方案，這種硬件解決方案允許對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行軟件控制并且消除對(duì)新磁鐵設(shè)計(jì)的需求。

許多光學(xué)多層涂層堆疊結(jié)構(gòu)(stack)的厚度公差可能非?？量?，并且需要精確的沉積控制和監(jiān)控。除了與工藝控制和層厚度監(jiān)控相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題外(特別是對(duì)于具有較小誤差容限的涂層)，大的基板還增加了另一個(gè)困難點(diǎn)，因?yàn)橥繉雍穸鹊牟痪鶆蛐钥赡軙?huì)超出設(shè)計(jì)的誤差容限。

因此，還需要用于控制PVD沉積工藝中的等離子體分布以控制沉積速率、膜性質(zhì)和其他工藝改進(jìn)的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式針對(duì)一種等離子體陰極組件，等離子體陰極組件包括陰極殼體，陰極殼體具有包圍內(nèi)部容積的頂部、側(cè)壁和背板，陰極殼體具有中心軸線。背板被配置為在濺射工藝期間支撐靶。第一EM線圈位于陰極殼體的內(nèi)部容積內(nèi)部。第一EM線圈具有限定第一線圈寬度的第一內(nèi)直徑和第一外直徑、和限定第一線圈厚度的第一底表面和第一頂表面。第二EM線圈位于陰極殼體的內(nèi)部容積內(nèi)部。第二EM線圈具有限定第二線圈寬度的第二內(nèi)直徑和第二外直徑、和限定第二線圈厚度的第二底表面和第二頂表面。第一EM線圈在第二EM線圈的第二內(nèi)直徑內(nèi)。

本公開(kāi)內(nèi)容另外的實(shí)施方式涉及一種等離子體處理腔室，包括腔室主體，腔室主體包括包圍工藝容積的底部、側(cè)壁和蓋?；灞３制魑挥诠に嚾莘e內(nèi)。等離子體陰極組件位于基板保持器上方。等離子體陰極組件包括陰極殼體，陰極殼體具有包圍內(nèi)部容積的頂部、側(cè)壁和背板，陰極殼體具有中心軸線。背板被配置為支撐靶。第一EM線圈位于陰極殼體的內(nèi)部容積內(nèi)部。第一EM線圈具有限定第一線圈寬度的第一內(nèi)直徑和第一外直徑。第二EM線圈位于陰極殼體的內(nèi)部容積內(nèi)部。第二EM線圈具有限定第二線圈寬度的第二內(nèi)直徑和第二外直徑。第一EM線圈在第二EM線圈的第二內(nèi)直徑內(nèi)。