JP2025003950A - 回転式磁気ハウジングを利用したチューニング可能な均一性制御 - Google Patents

Abstract

【課題】膜の堆積性に影響を与える処理チャンバの処理空間に発生したプラズマの性質を制御する、磁気ハウジングシステム、電磁ハウジングシステム、および方法を提供する。
【解決手段】ある実施形態では、この方法は、処理空間の中心軸を中心とする回転式磁気ハウジングの回転により、動的磁場を生み出すことを含む。この磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの濃度推移を修正し、プラズマの密度プロファイルを制御する。プラズマの密度プロファイルを制御することで、堆積膜またはエッチング膜の均一性および性質がチューニングされる。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示の実施形態は、概して、生じたプラズマの性質を制御する回転式磁気ハウジングシステム、およびそれを利用した方法に関するものである。

関連技術の相互参照
プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、一般に半導体ウエハなどの基板上に膜を堆積させるのに採用される。プラズマエッチングは、一般に基板に堆積した膜をエッチングするのに採用される。ＰＥＣＶＤとプラズマエッチングは、基板が入っている処理チャンバの処理空間に１つまたは複数の気体を導入することで達成される。１つまたは複数の気体は、チャンバの上面付近にあるディフューザで混合され、ディフューザの複数の孔またはノズルを通して処理空間に投入される。ＰＥＣＶＤおよびプラズマエッチングの間、処理空間内の１つまたは複数の気体の混合物は、チャンバに結合された１つまたは複数のＲＦ源からチャンバに高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）エネルギを印加することによってプラズマを生じさせるエネルギが与えられる（例えば、励起される）。処理空間にある１つまたは複数の気体の混合物の原子がイオン化され、電子を放出するような電場が処理空間に起こされる。ＰＥＣＶＤでは、基板支持体に加速したイオン化原子によって、基板上の膜の堆積が促進される。プラズマエッチングでは、基板支持体に加速したイオン化原子によって、基板に堆積した膜のエッチングが促進される。

処理空間に生じたプラズマには、密度プロファイルなどの性質がある。密度プロファイルが非均一であると、基板上の膜の堆積またはエッチングが非均一になる可能性がある。具体的には、プラズマの密度プロファイルは、基板表面にわたる膜の堆積厚やエッチプロファイルに影響を与える。したがって、当技術分野で必要とされているのは、処理チャンバの処理空間に生じるプラズマの性質を制御する方法である。

ある実施形態において、方法を提供する。この方法は、処理システムのチャンバ本体に基板を配置することを含む。処理システムは、チャンバ本体内に配置された基板支持体および回転式磁気ハウジングを備える。基板は、電極が配置されている基板支持体に配置されている。回転式磁気ハウジングは、チャンバの外側に配置され、円形中央開口を画定する。回転式磁気ハウジングには複数の磁石が配置されている。ＲＦ電力を電極に供給し、チャンバ本体内にプラズマを生じさせる。磁石のそれぞれがチャンバ本体周りの円形路を移動するように円形中央開口を中心に回転式磁気ハウジングが回転する。

別の実施形態において、方法を提供する。この方法は、処理システムのチャンバ本体に基板を配置することを含む。処理システムは、チャンバ本体内に配置された基板支持体、基板支持体内部に配置された電極、および回転式磁気ハウジングを備える。基板は、基板支持体に配置されている。回転式磁気ハウジングは、チャンバの外側に配置され、円形中央開口を画定する。回転式磁気ハウジングには複数の磁石が配置されている。磁石のそれぞれは、基板からある垂直間隔を空けている。垂直間隔は、磁石のそれぞれの中心を通って形成された平面から基板までの間隔に相当する。電極にＲＦ電力を与え、チャンバ本体にプラズマを生じさせる。磁石のそれぞれがチャンバ本体周りの円形路を移動するように円形中央開口を中心に回転式磁気ハウジングが回転する。回転式磁気ハウジングまたは基板支持体のうちの少なくとも１つを上げるかまたは下げて、基板からの磁石の垂直間隔を変える。

別の実施形態において、方法を提供する。この方法は、処理システムのチャンバ本体に基板を配置することを含む。処理システムは、チャンバ本体内に配置された基板支持体、基板支持体内部に配置された電極、および回転式磁気ハウジングを備える。基板は、基板支持体に配置されている。回転式磁気ハウジングは、チャンバの外側に配置され、円形中央開口を画定する。回転式磁気ハウジングには複数の磁石が配置されている。複数の磁石の各磁石は、複数の磁石の各磁石間に、あるピッチを空けた状態で、回転式磁気ハウジングの対応する保持ブラケット内に取り外し可能に保持される。磁石のそれぞれは、基板からある垂直間隔を空けている。この垂直間隔は、磁石のそれぞれの中心を通って形成された平面から基板までの間隔に相当する。磁石のそれぞれは、チャンバ本体の中心軸からある水平間隔を空けている。電極にＲＦ電力を与え、チャンバ本体にプラズマを生じさせる。磁石のそれぞれがチャンバ本体周りの円形路を移動するように円形中央開口を中心に回転式磁気ハウジングが回転する。回転速度、ピッチ、垂直間隔、または水平間隔のうちの少なくとも１つが調整される。

本開示の上で挙げた特徴を詳しく理解することができるように、その一部を添付図面に示している実施形態について述べることによって、上で簡単にまとめた本開示をより具体的に説明することができる。しかし、添付図面が例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、その範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の同様に有効な実施形態を認めることができる、ということに留意されたい。

ある実施形態による、チャンバの外側に配置された回転式磁気ハウジングを有する回転式磁気ハウジングシステムを有する、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバの概略断面図である。 ある実施形態による、回転式磁気ハウジングシステムの概略上面図である。 ある実施形態による、チャンバの外側に配置された電磁石ハウジングを有する電磁石ハウジングシステムを有する、ＰＥＣＶＤチャンバの概略断面図である。 ある実施形態による、電磁石ハウジングシステムの概略上面図である。 ある実施形態による、電磁石システムを有するＰＥＣＶＤチャンバの概略断面図である。 ある実施形態による、処理チャンバの処理空間に形成されたプラズマの密度プロファイルを制御する方法の流れ図である。 実施形態による、処理空間内のプラズマの密度プロファイルを示すグラフである。

分かりやすいように、図に共通している同一の要素を示すのに、可能な限り同一の参照番号を使用している。ある実施形態の要素および特徴が、それ以上詳述することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得る、ということが意図されている。

本明細書に記載の実施形態では、膜の堆積性に影響を及ぼすような処理チャンバの処理空間に生じたプラズマの特性を制御する磁気ハウジングシステム、電磁ハウジングシステム、および方法を提供する。ある実施形態において、この方法は、処理空間の中心軸を中心とした回転式磁気ハウジングの回転により、動的磁場を生み出すことを含む。この磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの濃度推移を修正し、プラズマの密度プロファイルを制御する。プラズマの密度プロファイルを制御することで、堆積膜やエッチング膜の均一性および性質がチューニングされる。

図１Ａ、図１Ｃ、および図１Ｅは、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システムなど、様々な実施形態による、処理システム１００の概略断面図である。システム１００のある例として、カリフォルニア州サンタクララに所在するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｌｎｃ製のＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムがある。以下に述べるシステムが例示的なチャンバであり、他の製造元からのシステムを含む他のシステムが、本開示の態様を達成するために、一緒に使用されても、修正されてもよい、ということを理解されたい。システム１００は、チャンバ１０１ａ（例えば、第１のチャンバ）、およびチャンバ１０１ｂ（例えば、第２のチャンバ）を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、チャンバ１０１ａと１０１ｂとが、リソースを共有する。例えば、チャンバ１０１ａ、１０１ｂは、少なくとも１つまたは複数のガス源１４４、取付板１１２、およびポンプ１５０を共有し得る。チャンバ１０１ａと１０１ｂとは、同様に構成されている。しかし、チャンバ１０１ａ、１０１ｂのそれぞれが専用のリソースを有することも、意図されている。

図１Ａの実施形態において、それぞれのチャンバ１０１ａ、１０１ｂは、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの外側に配置された回転式磁気ハウジング１０４を有する回転式磁気ハウジングシステム１０２を有する。図１Ｃの実施形態において、それぞれのチャンバ１０１ａ、１０１ｂは、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの外側に配置された電磁石ハウジング１７２を有する電磁石ハウジングシステム１７０を有する。図１Ｅの実施形態において、それぞれのチャンバ１０１ａ、１０１ｂには、チャンバリッドアセンブリ１０８のスペーサ１１４に電磁石システム１７１が配置されている。チャンバ１０１ａの態様を述べているが、チャンバ１０１ｂも同様に装備されている、ということを理解されたい。図１Ａ、図１Ｃ、および図１Ｅでは、分かりやすいように、チャンバ１０１ｂに関しては、参照番号を省略していることがある。

チャンバ１０１ａ、１０１ｂは、チャンバ本体アセンブリ１０６、およびチャンバリッドアセンブリ１０８を有する。図１Ａおよび図１Ｃの実施形態のチャンバ本体アセンブリ１０６は、取付板１１２に結合されたチャンバ本体１１０を含む。図１Ａおよび図１Ｃの実施形態のチャンバリッドアセンブリ１０８は、取付板１１２に結合された第１のフランジ１１８を有するスペーサ１１４と、スペーサ１１４の第２のフランジ１２０に結合されたチャンバリッド１１６とを含む。図１Ｅの実施形態のチャンバリッドアセンブリ１０８は、チャンバ本体１１０に結合された第１のフランジ１１８を有するスペーサ１１４と、スペーサ１１４の第２のフランジ１２０に結合されたチャンバリッド１１６とを含む。チャンバリッド１１６は、ガス分配アセンブリ１２２を含む。ガス分配アセンブリ１２２は、その間に処理空間１２６を画定する基板支持アセンブリ１２４に対向して位置付けられる。図１Ａおよび図１Ｃの実施形態の処理空間１２６は、チャンバリッド１１６、スペーサ１１４の内壁１２８、取付板１１２、およびチャンバ本体１１０によってさらに画定される。図１Ｅの実施形態の処理空間１２６は、チャンバリッド１１６、スペーサ１１４の内壁１２８、およびチャンバ本体１１０によってさらに画定される。

基板支持アセンブリ１２４は、処理空間１２６内に配置されている。基板支持アセンブリ１２４は、基板支持体１３０およびステム１３２を含む。基板支持体１３０には、基板１６５を支える支持面１３４がある。基板支持体１３０は、通常、加熱素子（図示せず）を含む。基板支持体１３０は、ステム１３２が基板支持体駆動システム１３６に接続されるチャンバ本体１１０を貫通して延在するステム１３２によって、処理空間１２６に可動に配置されている。基板支持体駆動システム１３６は、基板支持体１３０を、チャンバ本体１１０を貫通して形成されたスリットバルブ１３８を通して、処理空間１２６への基板移送、また処理空間からの基板移送を容易にする、上がった処理位置（図示の通り）と下がった位置との間で動かす。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、基板支持体駆動システム１３６は、ステム１３２および基板支持体１３０を回転させる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、ガス分配アセンブリ１２２が、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの処理空間１２６に気体を均一に分配して、基板支持アセンブリ１２４の基板支持体１３０に位置付けられた基板１６５上の先端パターニング膜などの膜の堆積を促進するように構成されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態において、ガス分配アセンブリ１２２が、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの処理空間１２６に気体を均一に分配して、基板支持アセンブリ１２４の基板支持体１３０に位置付けられた基板１６５に堆積した先端パターニング膜などの膜のエッチングを促進するように構成されている。

ガス分配アセンブリ１２２は、１つまたは複数のガス源１４４に結合された流量コントローラ１４２からの気体を、ハンガー板１４８から吊り下げられたディフューザ１４６を通して送達する気体入口通路１４０を含む。ディフューザ１４６には、複数の孔またはノズル（図示せず）があり、これを通して、処理中に気体混合物が処理空間１２６に投入される。処理空間１２６内の圧力を制御し、処理空間１２６から副産物を排出するように、チャンバ本体１１０の出口１５２にポンプ１５０が結合される。ガス分配アセンブリ１２２のディフューザ１４６をＲＦリターン（または接地）に接続することができ、基板支持体１３０に印加されたＲＦエネルギによって、基板１６５の処理時にプラズマを生じさせるのに使用される電場を処理空間１２６内に起こすのを可能にする。

ＲＦ源１５４は、ステム１３２を貫通して配置された導電性ロッド１５８を通して、基板支持体１３０内に配置された電極１５６に結合される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、電極１５６が、電極１５６の電圧、電流、およびインピーダンスなどの電気的特性を調整するマッチ回路と、その電気的特性を測定するセンサとを有するマッチボックス１６３を通してＲＦ源１５４に接続される。マッチ回路は、センサからの信号に応答して、電圧、電流、またはインピーダンスの調整を容易にすることができる。ＲＦリターンに接続されているガス分配アセンブリ１２２のディフューザ１４６と電極１５６とは、容量プラズマ結合の形成を促進する。ＲＦ源１５４は、ＲＦエネルギを基板支持体１３０に与え、基板支持体１３０とガス分配アセンブリ１２２のディフューザ１４６との間の容量結合プラズマの発生を促進する。ＲＦ電力が電極１５６に供給されると、基板支持体１３０とディフューザ１４６との間の処理空間１２６にある気体の原子がイオン化されて電子を放出するような電場が、ディフューザ１４６と基板支持体１３０との間に起こる。基板支持体１３０に加速したイオン化原子により、基板支持体１３０に位置付けられた基板１６５の膜の堆積またはエッチングが促進される。

図３Ａに示すように、プラズマには、処理空間１２６に密度プロファイル３０１がある。密度プロファイル３０１は、処理空間１２６内の水平面１６７上の位置３０４におけるイオン密度３０２（ｉｏｎｓ／ａｕ^３）に相当する。密度プロファイル３０１は、イオン密度の最大値３０５に相当するピーク３０３と、プラズマの直径に相当する幅３０７とを含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、本明細書に記載の回転式磁気ハウジングシステム１０２、電磁石ハウジングシステム１７０、および電磁石システム１７１のうちの１つと方法が、プラズマの密度プロファイル３０１を制御して、堆積膜またはエッチング膜の均一性および性質をチューニングすることをもたらす。性質の一例としては、堆積膜の局所応力ベクトルが挙げられる。本明細書にさらに記載の実施形態によっては、プラズマの密度プロファイル３０１の制御により、応力ベクトルの分布がほぼ均一である堆積膜をもたらすように局所応力ベクトルがチューニングされる。図１Ａの実施形態において、磁石の回転速度、磁石の強さ（ガウス）、および磁石の垂直位置が、プラズマの密度プロファイルにおける対応する調整を容易にするように調整され得る。図１Ｃの実施形態において、電磁石の電流の流れ、電磁石の強さ（ガウス）、および電磁石の垂直位置が、プラズマの密度プロファイルにおける対応する調整を容易にするように調整され得る。図１Ｅの実施形態において、電磁石の電流の流れおよび電磁石の強さが、プラズマの密度プロファイルにおける対応する調整を容易にするように調整され得る。例えば、基板に対するプラズマの垂直位置、プラズマの密度プロファイルのピーク位置、または基板に対する特定の位置でのイオン密度の値のうちの１つまたは複数に対して調整を行うことができる。

図１Ａに示す通り、チャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および回転式磁気ハウジングシステム１０２に結合されたコントローラ１６４は、処理中にチャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および回転式磁気ハウジングシステム１０２のアスペクトを制御するように構成されている。図１Ｃに示す通り、チャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および電磁石ハウジングシステム１７０に結合されたコントローラ１６４は、処理中にチャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および電磁石ハウジングシステム１７０のアスペクトを制御するように構成されている。図１Ｅに示す通り、チャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および電磁石システム１７１に結合されたコントローラ１６４は、処理中にチャンバ１０１ａ、１０１ｂ、および電磁石システム１７１のアスペクトを制御するように構成されている。

図３Ａに示す通り、磁石１４３のうちの１つと電磁石の芯材料と（図１Ｃおよび図１Ｅに示す）の強さにより、処理空間１２６内のプラズマの密度プロファイル３０１が圧縮され、プラズマのシースがチャンバ本体１１０の側壁へ及ぶ。プラズマの密度プロファイル３０１を圧縮すると、均一な堆積プロファイルに向けて、基板１６５にわたるイオンおよびラジカルの濃度がより均一になることにつながる（基板上の相対的な高さにおいて）。さらに、密度プロファイル３０１の圧縮は、プラズマシースをチャンバ本体１１０の側壁に向かって半径方向外側に及ぼす。プラズマのシースをチャンバ本体１１０の側壁まで及ぼすことにより、ＲＦエネルギが側壁から接地に伝播するのに短く対称的な路がもたらされる。ＲＦエネルギが側壁から接地に伝播する路により、電流の流れが改善され、効率の向上により、基板支持体１３０の電極１５６が必要とする電流量が減る。電極１５６が必要とする電流量が減ることで、効率の向上により、電極１５６により多くの電圧を送達することが可能になる。電圧増加は、基板１６５のイオンまたはラジカルのボンバードメントの増加に向けてのプラズマシースのより大きなイオン化をもたらす。基板１６５のイオンまたはラジカルのボンバードメントの増加により、堆積対象またはエッチング対象の膜の応力が弱くなる。さらに、密度プロファイル３０１の圧縮およびプラズマシースの拡張は、堆積膜またはエッチング膜の応力ベクトルのほぼ均一な分布をもたらす。

図１Ｂには、回転式磁気ハウジングシステム１０２の概略上面図を示す。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、回転式磁気ハウジングシステム１０２には、処理空間１２６の中心軸１０３を中心に回転して、静的磁場または動的磁場を生み出すように構成された回転式磁気ハウジング１０４が含まれる。この磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの濃度推移を修正し、処理空間１２６内のプラズマの密度プロファイル３０１を制御する。

回転式磁気ハウジング１０４を有する回転式磁気ハウジングシステム１０２は、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの外側に配置されている。回転式磁気ハウジングシステム１０２は、上板１０５、上板１０５に対向して配置された下板１０７、内側側壁１０９、内側側壁１０９に対向して配置された外側側壁１１３、ハウジングリフトシステム１６８、およびハウジング駆動システム１１５を備える。内壁１２８が、円形中央開口を画定している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、上板１０５、下板１０７、またはスペーサ１１４のうちの少なくとも１つには、回転式磁気ハウジング１０４の温度プロファイルを制御する熱交換器（図示せず）に接続された１つまたは複数のチャネル（図示せず）がある。スペーサ１１４の外壁１６２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの高分子材料から成る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、外壁１６２は、高分子材料の薄板である。スペーサ１１４の外壁１６２の高分子材料により、回転式磁気ハウジング１０４は、処理空間１２６の中心軸１０３を中心にスペーサ１１４周りを回転することができる。

回転式磁気ハウジング１０４は、複数の保持ブラケット１２９を含む。複数の保持ブラケット１２９の各保持ブラケットは、各保持ブラケット１２９間に間隔ｄを空けて回転式磁気ハウジング１０４に配置されている。複数の保持ブラケット１２９により、複数の磁石１４３を、回転式磁気ハウジング１０４に配置することも回転式磁気ハウジング１０４から取り外すことも可能になる。ある実施形態において、複数の磁石１４３の各磁石１４３が、複数の磁石１４３の各磁石１４３間にピッチｐを空けた状態で、保持ブラケット１２９に保持される。ピッチｐは、複数の磁石１４３のうちのそれぞれ隣り合う磁石１４３間の間隔に相当する。回転式磁気ハウジング１０４を回転させることによって起こった磁場がピッチｐによりチューニングされる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、保持ブラケット１２９のそれぞれが、軌道１３１に結合されている。保持ブラケット１２９のそれぞれが、半径方向に軌道１３１に沿ってスライドして、磁石１４３のそれぞれから処理空間１２６の中心軸１０３までの水平間隔１３３を変えるように動作可能であるように、保持ブラケット１２９を作動させる。

図１Ｃに示す通り、電磁石ハウジング１７２を有する電磁石ハウジングシステム１７０がチャンバ１０１ａ、１０１ｂの外側に配置されている。電磁石ハウジング１７２は、上板１７３、上板１７３に対向して配置された下板１７４、内側側壁１７６、内側側壁１７６に対向して配置された外側側壁１７５、およびハウジングリフトシステム１６８を備える。内壁１２８が、円形中央開口を画定している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、上板１７３、下板１７４、またはスペーサ１１４のうちの少なくとも１つには、電磁石ハウジング１７２の温度プロファイルを制御する熱交換器（図示せず）に接続された１つまたは複数のチャネル（図示せず）がある。導電線１７８が電磁石ハウジング１７２に配置され、１回または複数回スペーサ１１４にコイル巻きされ、スペーサ１１４に外接する１つの電磁石を成す。電源１８０が、処理空間１２６周りの円形路において電流を流す導電線１７８に結合されている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、導電線１７８の少なくとも一巻きが、軌道１８１に結合されている。軌道１８１のうちの１つに結合された導電線１７８の各一巻きが、半径方向に軌道１８１に沿ってスライドして、導電線１７８から処理空間１２６の中心軸１０３までの水平間隔１３３を変えるように動作可能であるように軌道１８１を作動させる。図１Ｅに示す通り、導電線１７８がスペーサ１１４に配置され、処理空間１２６に１回または複数回コイル巻きされている。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る図１Ｂに示す通りのある実施形態では、回転式磁気ハウジング１０４の第１の半片１３７（例えば、ほぼ１８０度に及ぶ）の磁石１４３は、そのＮ極１４１が処理空間１２６に向き、回転式磁気ハウジング１０４の第２の半片１３９（例えば、ほぼ１８０度に及ぶ）の磁石１４３は、そのＳ極１４５が処理空間１２６と反対に向く。図３Ｂに示す通り、磁石１４３が互いに逆向きの第１の半片１３７と第２の半片１３９とが、密度プロファイル３０１のピーク３０３のずれをもたらす。磁石１４３の互いに逆の極性は、磁石１４３によってもたらされたＢ場を歪める。Ｂ場の歪みにより、密度プロファイル３０１のピーク３０３がずれる。ピーク３０３のずれは、プラズマシースのずれに対応する。回転式磁気ハウジング１０４の回転により、歪んだプラズマシースのイオンおよびラジカルに対する基板１６５のより均一な露出が促進される。

回転式磁気ハウジング１０４は、ハウジング駆動システム１１５に結合される。ハウジング駆動システム１１５は、ベルト１４７およびモータ１４９から成る。回転式磁気ハウジング１０４には、複数の溝１５１が回転式磁気ハウジング１０４の外側側壁１１３に形成されている。複数の溝１５１の各溝は、ベルト１６１の複数の突起１５５のうちの１つの突起１５５に対応する。ベルト１６１は、回転式磁気ハウジング１０４周りに配置されるように構成され、ブラシレスＤＣ電動モータなどのモータ１４９に結合される。ハウジング駆動システム１１５は、ある回転速度で処理空間１２６の中心軸１０３を中心に回転式磁気ハウジング１０４を回転させるように構成されている。この回転速度により、修正済み磁場からもたらされる基板１６５の電流が制御される。ある例では、チャンバ１０１ａ、１０１ｂのそれぞれが別々のハウジング駆動システム１１５を含む、ということが意図されている。別の例では、チャンバ１０１ａ、１０１ｂのそれぞれがハウジング駆動システム１１５を共有する、ということが意図されている。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る図１Ｃおよび図１Ｅの実施形態によっては、導電線１７８には、導電線１７８の芯材に空隙の少なくとも１つがあり、芯材の断面積には、ばらつきがあり、導電線１７８の各巻き間の間隔にも、ばらつきがある。導電線１７８の第１の半片（例えば、ほぼ１８０度に及ぶ）の芯材には、導電線１７８の第２の半片（例えば、ほぼ１８０度に及ぶ）よりも空隙が多い可能性がある。導電線１７８の第１の半片の芯材の断面積は、導電線１７８の第２の半片の断面積より大きい可能性がある。第１の半片の導電線１７８の各巻き間の間隔は、第２の半片の導電線１７８の各巻き間の間隔よりも狭い可能性がある。導電線１７８の空隙、断面積、または各巻き間の間隔のうちの少なくとも１つの調整により、導電線１７８を流れる電流によりもたらされたＢ場が歪む。電流円環流により、歪んだプラズマシースのイオンおよびラジカルに対する基板１６５のより均一な露出が促進される。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る図１Ｃおよび図１Ｅの他の実施形態では、電磁石ハウジング１７２（図１Ｃ）および電磁石システム１７１（図１Ｅ）は、２つ以上の導電線１７８を含む。電磁石ハウジング１７２の導電線１７８のそれぞれは、電磁石ハウジング１７２のそれぞれの部分に配置されている。電磁石システム１７１の導電線１７８のそれぞれは、スペーサ１１４のそれぞれの部分に配置されている。電源１８０（図１Ｄに示す際には１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、および１８０ｄ）は、導電線１７８のそれぞれに別々に結合される。電気的であるように動作可能な電源１８０は、コントローラ１６４に接続可能である。コントローラ１６４は、電源１８０のそれぞれを連続して入り切りし、また電源１８０のそれぞれを同時に入り切りして、導電線１７８のそれぞれへの電力の供給を制御するように動作可能である。電源１８０のそれぞれを同時に切ることによって、電磁石によってもたらされた磁場のシャンティングが可能になる。ある例では、第１の導電線が、半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第１の半片に対応する、電磁石ハウジング１７２（図１Ｃ）の第１の半片またはスペーサ１１４（図１Ｅ）に配置され、第１の電磁石を成す。第２の導電線が、半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第２の半片に対応する、電磁石ハウジング１７２（図１Ｃ）の第２の半片またはスペーサ１１４（図１Ｅ）に配置され、第２の電磁石を成す。第１の電磁石の極性と第２の電磁石の極性とが逆であってもよい。

図１Ｄの電磁石ハウジングシステム１７０の概略上面図に示す通り、ある例において、第１の導電線１７８ａが９０度以下の角度弧を呈する半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第１の四分円１２６ａに対応する電磁石ハウジング１７２の第１の四分円１７９ａに配置され、第１の電磁石を成す。第２の導電線１７８ｂが９０度以下の角度弧を呈する半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第２の四分円１２６ｂに対応する電磁石ハウジング１７２の第２の四分円１７９ｂに配置され、第２の電磁石を成す。第３の導電線１７８ｃが９０度以下の角度弧を呈する半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第３の四分円１２６ｃに対応する電磁石ハウジング１７２の第３の四分円１７９ｃに配置され、第３の電磁石を成す。第４の導電線１７８ｄが９０度以下の角度弧を呈する半円状に１回または複数回コイル巻きされ、処理空間１２６の第４の四分円１２６ｄに対応する電磁石ハウジング１７２の第４の四分円１７９ｄに配置され、第４の電磁石を成す。第１、第２、第３、および第４の電磁石の極性は、交互に変わる極性であり得る。

ハウジング駆動システム１１５および回転式磁気ハウジング１０４がハウジングリフトシステム１６８に結合される。ハウジング駆動システム１１５と回転式磁気ハウジング１０４とをつなぎ合わせることで、基板１６５に対する回転式磁気ハウジング１０４の垂直調整がやりやすくなる。電磁石ハウジング１７２をハウジングリフトシステム１６８に結合することで、基板１６５に対する電磁石ハウジング１７２の垂直調整がやりやすくなる。例えば、磁石１４３のそれぞれの中心を通って形成された平面から基板１６５までで画定された垂直間隔１３５を広げるか狭めるかして、対応するチャンバ１０１ａまたは１０１ｂ内に維持されたプラズマの性質を調整することができる。例えば、導電線１７８の中心を通って形成された平面で画定された垂直間隔１８２を広げるか狭めるかして、対応するチャンバ１０１ａまたは１０１ｂ内に維持されたプラズマの性質を調整することができる。ハウジングリフトシステム１６８は、回転式磁気ハウジング１０４とハウジング駆動システム１１５とを同時に上げ下げするように動作可能であるが、別々の作動も意図されている。基板１６５から垂直間隔１３５、１８２だけ上げ下げすることにより、プラズマシースから基板１６５までの間隔を調整し、それにより、堆積膜またはエッチング膜の均一性と応力などの性質とを制御するようにイオンおよびラジカルの濃度推移を制御する。垂直作動を容易にするために、ハウジングリフトシステム１６８には、取付板１１２に対する垂直作動を容易にする、電動モータ、ステッパモータ、寸切りボルト付きスクリュードライバなど、１つまたは複数のアクチュエータを含めることができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、モータ１４９がマウント１５７によってハウジングリフトシステム１６８に結合される。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、外側側壁１１３、１１７の厚みは、厚み１５９である。外側側壁１１３、１７５の材料および厚み１５９により、外側側壁１１３、１７５の透磁率を制御することによって、処理空間１２６への磁場の閉じ込めをもたらす。図１Ｅに示す通り、導電線１７８と位置が揃い、スペーサ１１４の外壁１６２に結合されたシールド１８４の材料および厚みにより、処理空間１２６への磁場の閉じ込めがもたらされる。処理空間１２６への磁場の閉じ込めによって、隣り合う処理チャンバの近くの処理空間に対する磁場の影響が和らげられ、それにより、処理の均一性が高められる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態において、図１Ａおよび図１Ｃに示す通り、チャンバ１０１ａ、１０１ｂが、上げ下げするように動作可能である作動式シールド１８６を含み、この作動式シールド１８６は、その本体１８８の開口１９０が、導電線１７８および磁石１４３のうちの１つと位置が揃うようなものである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態において、図１Ｅに示す通り、チャンバ１０１ａ、１０１ｂが、シールド１９２を含み、シールド１９２の本体１９４の開口１９６は、導電線と位置が揃う。作動式シールド１８６およびシールド１９２の材料および厚みにより、処理空間１２６への磁場の閉じ込めがもたらされる。

図２は、処理チャンバの処理空間１２６に形成されたプラズマの密度プロファイル３０１を制御する方法２００の流れ図である。説明の便宜上、図２は、図１Ａ～１Ｅに関連して説明することにする。しかし、システム１００以外の処理システムが方法２００と併用されてもよい、ということに留意すべきであり、また回転式磁気ハウジングシステム１０２以外の磁気ハウジングアセンブリが方法２００と併用されてもよい、ということに留意すべきである。

作業２０１において、基板１６５が基板支持体１３０の支持面１３４に配置されている。ある実施形態において、基板が、チャンバ本体１１０を貫通して形成されたスリットバルブ１３８を通してチャンバ１０１ａ、１０１ｂに送り込まれ、基板支持体１３０に配置されている。次に、基板支持体１３０が、基板支持体駆動システム１３６によって、処理空間１２６における上がった処理位置に上げられる。

作業２０２において、１つまたは複数の気体が、ある流量で、チャンバ１０１ａ、１０１ｂの処理空間１２６に供給される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態では、流量コントローラ１４２が、１つまたは複数の気体を１つまたは複数のガス源１４４からディフィーザ１４６に送達する。１つまたは複数の気体混合物がディフューザ１４６の複数の孔またはノズルを通して処理空間１２６に投入される。ある実施形態において、１つまたは複数の気体が、ディフューザ１４６に途切れなく供給され、ディフューザ１４６で混合され、処理空間１２６に投入される。別の実施形態では、ポンプ１５０が処理空間内の圧力を維持する、図１Ａには、チャンバ１０１ａにも１０１ｂにも結合されるとしてポンプ１５０を示しているが、チャンバ１０１ａ、１０１ｂのそれぞれが別々のポンプ１５０を利用してもよいことが意図されている。

作業２０３において、１つまたは複数の気体の混合物にＲＦ電力が印加される。ある実施形態において、ＲＦ源１５４が、ＲＦエネルギを基板支持体１３０に与え、基板支持体１３０とガス分配アセンブリ１２２のディフューザ１４６との間に容量結合プラズマの発生を促進する。ＲＦ電力が電極１５６に供給され、ディフューザ１４６と基板支持体１３０との間に、基板支持体１３０とディフューザ１４６との間の処理空間１２６にある気体の原子がイオン化され、電子を放出するような電場が起こる。イオン化原子が基板支持体１３０に加速し、基板支持体１３０に位置付けられた基板１６５上の膜の堆積または膜のエッチングを促進する。

作業２０４において、処理空間１２６に形成されたプラズマの密度プロファイル３０１が調整される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態では、回転式磁気ハウジングシステム１０２の回転式磁気ハウジング１０４が、処理空間１２６の中心軸１０３を中心にハウジング駆動システム１１５を介して、ある回転速度で回転する。回転速度、磁石１４３のそれぞれから中心軸１０３までの水平間隔１３３、または磁石１４３のそれぞれの中心から基板１６５までの垂直間隔１３５のうちの少なくとも１つが作業２０４中に調整され得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態では、円形路にある導電線１７８に電流が印加される。垂直間隔１３５が、回転式磁気ハウジング１０４または基板支持体１３０のうちの少なくとも１つを上げ下げすることによって調整され得る。回転式磁気ハウジング１０４が動的磁場を生み出す。磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの濃度推移を修正し、プラズマの密度プロファイル３０１、イオン密度３０２、および直径を制御する。プラズマの密度プロファイル３０１、イオン密度３０２、および直径を制御することで、堆積膜の均一性および性質がチューニングされる。複数の磁石１４３の各磁石が、複数の磁石１４３の各磁石間に、あるピッチｐを空けた状態で、保持ブラケット内に保持される。ピッチｐは、複数の磁石１４３の各隣り合う磁石間の間隔に相当する。ピッチｐにより、回転式磁気ハウジング１０４を回転させることで起こった磁場がチューニングされる。垂直間隔１３５を調整することにより、プラズマシースから基板までの間隔を修正し、それにより、イオンおよびラジカルの濃度推移を制御し、堆積膜の均一性と応力などの性質とを制御する。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る実施形態によっては、プラズマの発生の前に磁石１４３のそれぞれの中心が基板１６５から垂直間隔１３５を空けて固定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、垂直間隔１３５は、プラズマの発生中にばらついてくる。垂直間隔１３５は、プラズマの発生中、静的であることも動的であることもある。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る実施形態によっては、プラズマの発生の前に、磁石１４３のそれぞれから中心軸１０３までの水平間隔１３３が固定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、水平間隔１３３は、プラズマの発生の間、ばらつく。水平間隔３３は、プラズマ発生の間、静的であることも動的であることもある。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る実施形態によっては、プラズマの発生の前に、導電線１７８の中心が基板１６５からある垂直間隔１８２を空けて固定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、垂直間隔１８２は、プラズマの発生の間、ばらつく。垂直間隔１８２は、プラズマの発生の間、静的であることも動的であることもある。垂直間隔１８２は、電磁石ハウジング１７２または基板支持体１３０のうちの少なくとも１つを上げ下げすることによって調整され得る。電磁石ハウジング１７２が、動的磁場を生み出す。この磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの動きを修正し、プラズマの密度プロファイル３０１、イオン密度３０２、および直径を制御する。プラズマの密度プロファイル３０１、イオン密度３０２、および直径を制御することで、堆積膜の均一性および性質がチューニングされる。垂直間隔１８２を調整することで、基板までのプラズマシースの間隔を修正し、それにより、堆積膜の均一性と応力などの性質とを制御するように、イオンの動きおよびラジカルの動きを制御する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る実施形態によっては、導電線１７８から中心軸１０３までの水平間隔１３３が、プラズマの発生の前に固定される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るその他の実施形態では、この水平間隔１３３が、プラズマの発生の間ばらつく。水平間隔１３３は、プラズマの発生の間、静的であることも動的であることもある。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、作業２０４において、回転式磁気ハウジング１０４の第１の半片１３７の磁石１４３の向きと第２の半片１３９の磁石１４３の向きとが、逆である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得るある実施形態では、作業２０４において、導電線１７８の空隙、断面積、または各巻き間の間隔のうちの少なくとも１つの調整が調整され得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、作業２０４において、極性が相反するかまたは交互に変わる２つ以上の電磁石に電力が連続して印加される。

実施形態によっては、基板支持体駆動システム１３６が、ある回転速度で処理空間１２６の中心軸１０３を中心に基板支持体１３０を回転させる。処理する対象の基板の表面上の望ましい半径方向位置にプラズマプロファイルのピークを位置付けるような磁石１４３の強度が選択される。互いに逆向きの磁石１４３を含む実施形態では、磁石１４３によりもたらされたＢ場が歪められる。導電線１７８の空隙、断面積、または各巻き間の間隔のうちの少なくとも１つの調整を含む実施形態では、導電線１７８を通る電流の流れによりもたらされたＢ場が歪められる。極性が相反するかまたは交互に変わる２つ以上の電磁石に電力を連続して与えることを含む実施形態では、導電線１７８を通る電流の流れによりもたらされたＢ場が歪められる。Ｂ場の歪みによって、プラズマシースのピークがずれる。しかし、処理時、磁石１４３の回転と処理空間１２６周りの円形路にある導電線１７８を通る電流の流れとが、歪んだプラズマシースのイオンおよびラジカルに対する基板のより均一な露出を促進する。他の実施形態では、基板が回されると、均一な堆積プロファイルをもたらす。これに対し、従来のプロセスでは、ピークが基板上の中央にあるプラズマプロファイルを利用する。このような構成は、基板の半径方向外側縁に対する基板の中心におけるイオン密度上昇に起因して、基板が回るとしても、非均一な堆積（例えば、中央が密の堆積）をもたらす。

本開示の態様を永久磁石、電磁石、またはその組合せに利用することができる、ということが意図されている。さらに、磁石が、極性が交互に変わる構成で配列されてもよく、同じ向きの極性の磁石が、ほぼ１８０度に及ぶ群などの群で配列されてもよい、ということが意図されている。

まとめると、本明細書では、処理チャンバの処理空間に形成されたプラズマの密度プロファイルを制御する、磁気システム、電磁システム、および方法について述べた。ある実施形態において、この方法は、処理空間の中心軸を中心とする回転式磁気ハウジングの回転により、静的磁場または動的磁場を生み出すことを含む。この磁場が、プラズマの形状、イオンおよびラジカルの濃度、またイオンおよびラジカルの濃度推移を修正し、プラズマの密度ファイルを制御する。プラズマの密度プロファイルを制御することで、堆積膜またはエッチング膜の均一性および性質がチューニングされる。

これまで述べたことは、本開示の例を対象としてきたが、本開示の基本的な範囲を外れない限り、本開示の他のさらなる例が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下に続く特許請求の範囲によって定められる。

Claims (20)

1. 処理システムのチャンバ本体内に配置された基板支持体上に基板を配置することと、
   前記基板支持体内に配置された電極にＲＦ電力を印加して、前記チャンバ本体内にプラズマを生じさせることと、
   回転式磁気ハウジングの磁石が前記チャンバ本体周りの円形路を移動するように前記チャンバ本体の外側周りに前記処理システムの前記回転式磁気ハウジングを回転させることと、
   前記回転式磁気ハウジングを上げるかまたは下げて、前記磁石のそれぞれの中心を通って形成された平面から前記基板までの間隔に相当する垂直間隔を調整することと、を含む方法。
2. 前記回転式磁気ハウジングがある回転速度で回転する、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の磁石の各磁石間にあるピッチを空けた状態で、複数の前記磁石の各磁石が、前記回転式磁気ハウジングの対応する保持ブラケット内に取り外し可能に保持される、請求項２に記載の方法。
4. 前記磁石のそれぞれが、前記チャンバ本体の中心軸からある水平間隔を空けている、請求項３に記載の方法。
5. 前記回転速度、前記ピッチ、前記垂直間隔、または前記水平間隔のうちの少なくとも１つを調整することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記基板支持体を上げるかまたは下げて、前記基板からの前記磁石の前記垂直間隔を変えることをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記回転式磁気ハウジングに結合されたハウジングリフトシステムが前記回転式磁気ハウジングを上げ下げする、請求項６に記載の方法。
8. 前記保持ブラケットが軌道に結合され、前記保持ブラケットが作動して前記軌道上を動く、請求項３に記載の方法。
9. １つまたは複数の気体が前記チャンバ本体の処理空間に供給される、請求項１に記載の方法。
10. 前記１つまたは複数の気体がディフューザを通して前記処理空間に供給され、容量結合プラズマが前記基板支持体と前記ディフューザとの間に生じる、請求項９に記載の方法。
11. 前記回転式磁気ハウジングの第１の半片の前記磁石が、前記回転式磁気ハウジングの中央開口に向く正極を有し、前記回転式磁気ハウジングの第２の半片の前記磁石が、前記中央開口と反対を向く負極を有する、請求項１に記載の方法。
12. 前記回転式磁気ハウジングが駆動システムに結合され、前記駆動システムが、
    ベルトに結合されたモータを備え、前記ベルトが前記回転式磁気ハウジング周りに配置されるようになっており、前記ベルトには複数の突起があり、各突起が前記回転式磁気ハウジングの外側側壁の複数の溝のうちの１つの溝に対応する、請求項１に記載の方法。
13. 処理システムのチャンバ本体内の基板支持体上に基板を配置することと、
    前記基板支持体内に配置された電極にＲＦ電力を印加して、前記チャンバ本体にプラズマを生じさせることと、
    回転式磁気ハウジングの磁石が前記チャンバ本体周りの円形路を移動するように前記チャンバ本体の外側周りに前記処理システムの前記回転式磁気ハウジングを回転させることと、
    前記磁石のそれぞれの中心を通って形成された平面から前記基板までの間隔に相当する垂直間隔を変えるように、前記回転式磁気ハウジングを上げるかまたは下げ、前記基板支持体を上げるかまたは下げることと、を含む方法。
14. 前記回転式磁気ハウジングの回転速度、前記複数の磁石の各磁石間のピッチ、前記垂直間隔、または、前記チャンバ本体の中心軸までの前記複数の磁石の水平間隔のうちの少なくとも１つを調整することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の磁石の各磁石が、前記複数の磁石の各磁石間に、前記ピッチを空けた状態で、前記回転式磁気ハウジングの対応する保持ブラケット内に取り外し可能に保持される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記保持ブラケットが軌道に結合され、前記保持ブラケットが作動して前記軌道上を動く、請求項１５に記載の方法。
17. 前記回転式磁気ハウジングに結合されたハウジングリフトシステムが前記回転式磁気ハウジングを上げ下げする、請求項１３に記載の方法。
18. 前記回転式磁気ハウジングの第１の半片の前記磁石が、前記回転式磁気ハウジングの中央開口に向く正極を有し、前記回転式磁気ハウジングの第２の半片の前記磁石が、前記中央開口と反対を向く負極を有する、請求項１３に記載の方法。
19. 処理システムのチャンバ本体内に配置された基板支持体上に基板を配置することと、
    前記基板支持体内に配置された電極にＲＦ電力を印加して、前記チャンバ本体内にプラズマを生じさせることと、
    回転式磁気ハウジングの複数の磁石が前記チャンバ本体周りの円形路を移動するように前記チャンバ本体の外側周りにある回転速度で前記処理システムの前記回転式磁気ハウジングを回転させることと、
    前記回転式磁気ハウジングを上げるかまたは下げて、前記磁石のそれぞれの中心を通って形成された平面から前記基板までの間隔に相当する垂直間隔を調整することと、
    前記回転速度、
    前記回転式磁気ハウジングの対応する保持ブラケット内に取り外し可能に保持された前記複数の磁石の各磁石間のピッチ、または
    前記チャンバ本体の中心軸からの前記複数の磁石の水平間隔、
    のうちの少なくとも１つを調整することと、を含む方法。
20. １つまたは複数の気体が前記チャンバ本体の処理空間に供給される、請求項１４に記載の方法。
    

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