專利名稱：表面紋理化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及使用電磁輻射束來(lái)改性材料表面。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種使用電子束來(lái)改性處理室中所用部件的表面，以在室部件上提供紋理化表面的方法。
背景技術(shù)：
隨著制備的集成電路器件的尺寸持續(xù)減小，由于污染，這些器件的生產(chǎn)產(chǎn)量變得更易降低。結(jié)果，制備集成電路器件，尤其是制備那些物理尺寸更小的器件，與先前被認(rèn)為是必要的程度相比，要求更大程度地來(lái)控制污染。
集成電路器件的污染可能是諸如在薄膜沉積、蝕刻或其他半導(dǎo)體制備工藝過(guò)程中撞擊在襯底上的不希望有的雜散粒子之類的來(lái)源導(dǎo)致的。一般來(lái)說(shuō)，集成電路器件的制備包括下列這些室的使用，例如物理氣相沉積(PVD)和濺射室、化學(xué)氣相沉積(CVD)室、等離子體蝕刻室等。在沉積和蝕刻工藝過(guò)程中，材料經(jīng)常由氣相凝聚到室的各個(gè)內(nèi)表面上，從而形成駐留在室的這些表面上的固體塊。這種凝聚的外來(lái)物質(zhì)堆積在室的內(nèi)表面上，并且在晶片處理工序之間或在晶片處理工序期間往往會(huì)從內(nèi)表面脫離或從內(nèi)表面上剝落。于是這種脫離的外來(lái)物質(zhì)可能撞擊并污染晶片襯底及襯底上的器件。被污染的器件經(jīng)常必須被扔棄，從而降低了工藝的生產(chǎn)產(chǎn)量。
為了防止已凝聚在處理室內(nèi)表面上的外來(lái)物質(zhì)脫離，可以將內(nèi)表面紋理化，這樣使得形成在這些表面上的凝聚的外來(lái)物質(zhì)與表面之間的粘附增強(qiáng)，降低脫離并污染晶片襯底的可能性。目前用來(lái)紋理化室表面的方法包括“噴珠處理”(bead blasting)。噴珠處理包括將硬顆粒噴射到表面上，以起到粗糙化表面的作用?；蛘?，通過(guò)將涂層涂到表面上，可以紋理化表面，所述涂層例如是通過(guò)鋁電弧噴涂所沉積的薄的鋁涂層。但是，這些和其他普遍使用的用來(lái)改性處理室內(nèi)的表面的方法有時(shí)候?qū)υ谀蹓K和室表面之間形成足夠的粘附并沒(méi)有效果。
為了規(guī)避這些與脫離的外來(lái)物質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題，室表面需要頻繁的、有時(shí)候是漫長(zhǎng)的清洗步驟，以去除室表面的凝聚塊。而且，盡管進(jìn)行了大量清洗，某些情況下仍可能發(fā)生脫離的外來(lái)物質(zhì)污染的問(wèn)題。
因此，需要減小來(lái)自凝聚在處理室內(nèi)表面上的外來(lái)物質(zhì)的污染，并需要開(kāi)發(fā)出一種方法來(lái)提高凝聚的外來(lái)物質(zhì)在處理室的內(nèi)表面上的粘附。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地提供了為工件表面提供紋理的方法。本方法包括將工件提供給紋理化室，并在工件表面上掃掠電磁能量束，以在其上形成多個(gè)特征(feature)。所形成的特征選自由凹陷、凸起及其組合所組成的組。
本發(fā)明一般地提供了為工件表面提供紋理的方法。本方法包括將工件提供給紋理化室，并在工件表面上掃掠電子束，以在其上形成多個(gè)特征。所形成的特征選自由凹陷、凸起及其組合所組成的組。
這里也提供了一種減少處理室內(nèi)污染的方法。本方法包括在一個(gè)或多個(gè)處理室部件的表面上掃掠電磁能量束，以在其上形成多個(gè)特征。所形成的特征選自由凹陷、凸起及其組合所組成的組。本方法還包括將所述一個(gè)或多個(gè)室部件置入處理室內(nèi)，并在處理室內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行處理工序。


為了詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點(diǎn)和目的，參照附圖中示出的本發(fā)明實(shí)施例，來(lái)更具體地描述以上簡(jiǎn)述的本發(fā)明。
圖1描繪了可用來(lái)實(shí)施這里所述實(shí)施例的表面紋理化裝置的示意性橫截面圖；圖2描繪了可耦合到用來(lái)實(shí)施這里所述實(shí)施例的表面紋理化裝置的控制系統(tǒng)的示意性橫截面視圖；圖3A描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖3B描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖3C描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖3D描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖3E描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖3F描繪了利用這里所述的實(shí)施例，可用來(lái)改性材料表面的一系列方法步驟；圖4描繪了為改性工件表面，電子束順序地接觸其各個(gè)部分的示意圖；圖5A描繪了利用這里所述實(shí)施例，已被紋理化的工件表面的俯視示意圖；圖5B描繪了圖5A的工件表面以及其上特征的特寫(xiě)俯視圖；圖5C描繪了其上包含六角緊密堆積陣列特征的工件表面的特寫(xiě)俯視圖；圖5D描繪了其上包含交疊陣列特征的工件表面的特寫(xiě)俯視圖；圖6描繪了根據(jù)這里所述實(shí)施例在工件表面上形成的特征的示意性橫截面圖；圖7描繪了利用這里所述實(shí)施例，其中污染可被減少的濺射反應(yīng)器的示意性橫截面圖；圖8描繪了利用這里所述實(shí)施例，可用來(lái)減少處理室內(nèi)污染的一系列方法步驟。
具體實(shí)施例方式
圖1描繪了可用來(lái)改性工件104表面的表面紋理化裝置100的橫截面示意圖。表面紋理化裝置100一般包括鏡筒(column)120。位于該鏡筒內(nèi)的是環(huán)繞陰極106的偏壓帽(bias cup)116。例如，陰極106可以是包括諸如鎢之類材料的絲狀體。高壓電纜122耦合到陰極106，其將高壓電源連接到陰極106和陽(yáng)極108。
與陰極106隔開(kāi)并在陰極106下方的是陽(yáng)極108和兩對(duì)高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b。通孔118形成在陽(yáng)極108內(nèi)。通常設(shè)計(jì)為環(huán)狀且與鏡筒120同心的快速聚焦線圈110位于陽(yáng)極108的下方。這兩對(duì)高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b位于快速聚焦線圈110的下方。與鏡筒120耦合并在其下方的是具有頂表面114T的工作室114。工作室114一般包括襯底支架140。襯底支架140可耦合到用來(lái)移動(dòng)襯底支架140的致動(dòng)裝置142，例如能夠平移工件104或使工件104沿一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的致動(dòng)器或旋轉(zhuǎn)軸。致動(dòng)裝置142使襯底相對(duì)于電磁束102移動(dòng)。電磁束102例如可以是電子束。襯底支架140還可以包括加熱元件150，例如電阻加熱器或熱電器件。位于陽(yáng)極108和快速聚焦線圈110之間的隔離閥128一般將鏡筒120分開(kāi)，使得室114可以保持在與隔離閥128以上的鏡筒120部分不同的壓力下。
例如擴(kuò)散泵或渦輪分子泵的泵124通過(guò)閥126耦合到鏡筒120。泵124用來(lái)抽空鏡筒120。通常，真空泵130通過(guò)隔離閥132耦合到室114，以抽空室114。可用在或改進(jìn)后可用在這里所述工藝中的電子束設(shè)備的實(shí)例包括康涅狄格州恩菲爾德(Enfield，CT)的Precision Technologies或英國(guó)劍橋水灘(Waterbeach，Cabs)的Cambridge Vacuum Engineering的電子束焊接系統(tǒng)。
雖然圖1具體地描繪了包括電子束的表面紋理化裝置，但是使用任意電磁波或粒子束仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述電磁波和粒子束例如是質(zhì)子束、中子束、X射線、激光、電弧等。而且術(shù)語(yǔ)電磁束的使用并非意在限于帶電粒子束，而是意在涵蓋被傳遞給工件的任意形式的聚焦能量，例如電子束、質(zhì)子束或中子束、X射線、高強(qiáng)度光輻射(例如激光)或電弧型加工(例如放電加工(EDM)等)。表面紋理化裝置一般包括用于控制能量粒子束并將其聚焦到工件表面上的裝置。被用來(lái)控制并聚焦所述束的具體裝置一般取決于所采用的電磁輻射的具體類型。
表面紋理化處理圖3A、3B、3C、3D、3E和3F中描繪了各種用于向工件104的表面提供紋理的方法。具體地，圖3A描述了一系列方法步驟300，從步驟301開(kāi)始一直繼續(xù)到步驟304，其中工件104被置于表面紋理化室，例如圖1的室114。圖3B描述了如圖3A中的方法300，但添加了其中工件104在進(jìn)行紋理化處理之前被預(yù)熱的步驟307。圖3C描述了如圖3A中的一系列方法步驟300，但是添加了其中工件104在步驟304之前進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟302和其中工件104在進(jìn)行紋理化處理之前被預(yù)熱的步驟307。圖3D描述了如圖3A中的一系列方法步驟300，但是添加了其中工件104在步驟304之前進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟302。預(yù)熱步驟和應(yīng)力消除步驟可以在獨(dú)立的室中或在與紋理化處理相同的室中進(jìn)行。圖3E描述了如圖3A中的一系列方法步驟300，但是添加了步驟311，在步驟310中完成紋理化處理之后，在步驟311中對(duì)工件進(jìn)行應(yīng)力消除，來(lái)消除任何在紋理化處理過(guò)程中產(chǎn)生的或在紋理化處理之后仍保留的應(yīng)力。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可將步驟311添加到如圖3B、3C、3D和3F中所描述的其他方法步驟300中，來(lái)消除由于紋理化處理而在工件中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力或去除工件中保留的應(yīng)力。圖3F描述了如圖3A中的一系列方法步驟300，但是添加了步驟312，在步驟310中完成紋理化處理之后，在步驟312中對(duì)工件進(jìn)行化學(xué)清洗，來(lái)減小或防止污染影響后續(xù)處理，并改善第二材料對(duì)工件的粘附。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可將步驟312添加到如圖3B、3C、3D和3E中所描述的其他方法步驟300中，來(lái)減小或防止污染影響將用到工件的后續(xù)處理，并改善第二材料對(duì)工件的粘附。
工件一般包括例如金屬或金屬合金的材料、陶瓷材料、聚合物材料、復(fù)合材料或它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，工件包括選自由鋼、不銹鋼、鉭、鎢、鈦、銅、鋁、鎳、氧化鋁、氮化鋁、氧化硅、碳化硅、藍(lán)寶石(Al2O3)和它們的組合所組成的組中的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，工件包括金屬合金，例如奧氏體不銹鋼、鐵-鎳-鉻合金(例如Inconel合金)、鎳-鉻-鉬-鎢合金(例如Hastelloy)、銅鋅合金、鉻銅合金(例如5％或10％鉻與平衡量的銅)等。在另一個(gè)實(shí)施例中，工件包括石英。工件還可包括聚合物，例如聚酰亞胺(Vespel)、聚醚醚酮、聚芳酯(Ardel)等。
參照步驟306，室114和鏡筒120的壓力被抽空到約1×10-3至1×10-5托范圍中。在一個(gè)實(shí)施例中，電磁束102是通過(guò)利用電阻加熱器(未示出)加熱陰極106，并利用電源(未示出)將電流施加到陰極上而形成的。電子從陰極逸出，并聚集在偏壓帽116中。相對(duì)于陽(yáng)極108，被稱之為加速電壓的負(fù)高壓電勢(shì)通過(guò)電纜122被施加到陰極106上，并且一般比加速電壓小的第二負(fù)電勢(shì)被施加到偏壓帽上。加速電壓可以在約50至約160kV的范圍中。第二電勢(shì)用來(lái)控制輸送到工件104的電子束能量的大小。
電子運(yùn)動(dòng)通過(guò)陽(yáng)極中的通孔118，并開(kāi)始發(fā)散。位于陽(yáng)極108下方的快速聚焦線圈110將電子束聚焦到工件104的較窄的直徑范圍內(nèi)，而高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b磁性地使電子束偏轉(zhuǎn)到工件104表面的某一具體位置上。電流被施加到快速聚焦線圈110以及高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b，以產(chǎn)生足夠的磁通量來(lái)控制電磁束102。電子束一旦穿過(guò)快速聚焦線圈110和高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b，就被提供給工件表面，如圖3中步驟308所示的。室114的頂面114T與工件104之間的距離是所述束的工作距離。在一個(gè)實(shí)施例中，工作距離為約50mm至約1000mm，優(yōu)選為約200mm至約350mm。
參照?qǐng)D2，微處理器控制器200優(yōu)選地耦合到聚焦線圈110和高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b。微處理器控制器200可以是可在工業(yè)裝置中使用的、用于控制各種室和子處理器的任一種形式的通用計(jì)算機(jī)處理器(CPU)。計(jì)算機(jī)可以使用任意合適的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、硬盤(pán)或任意其他形式的本地或遠(yuǎn)程的數(shù)字存儲(chǔ)器。各種輔助電路可耦合到CPU，用來(lái)以常規(guī)方式輔助處理器。所需的軟件程序可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，或由遠(yuǎn)程的第二CPU來(lái)執(zhí)行。
一旦工件104被置入室114中，軟件程序就被執(zhí)行。當(dāng)軟件程序被執(zhí)行時(shí)，通用計(jì)算機(jī)即轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂剖也僮鞯膶Ｓ锰幚碛?jì)算機(jī)，這樣以進(jìn)行室處理。或者，本發(fā)明的工藝可以硬件來(lái)被執(zhí)行，例如專用集成電路或其他類型的硬件實(shí)施方式，或軟件和硬件的組合。
再參照?qǐng)D2，通常一組指令被編碼到提供給控制器200的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。通過(guò)執(zhí)行這些指令而生成的控制信號(hào)從控制器200通過(guò)一個(gè)或多個(gè)函數(shù)發(fā)生器204被傳送給快速聚焦線圈110和高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)5個(gè)函數(shù)發(fā)生器204來(lái)傳送指令。這5個(gè)函數(shù)發(fā)生器的其中一個(gè)用于快速聚焦。其中2個(gè)函數(shù)發(fā)生器用于初級(jí)束偏轉(zhuǎn)，2個(gè)函數(shù)發(fā)生器用于次級(jí)束偏轉(zhuǎn)。函數(shù)發(fā)生器配有相應(yīng)的功率放大器(未示出)。指令通常使得快速聚焦線圈110和高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b能夠通過(guò)將電磁束102移動(dòng)到工件表面上的某個(gè)具體位置，從而控制該電磁束，以在工件104的表面上產(chǎn)生特定圖案、間距和特性的特征。
函數(shù)發(fā)生器204能夠產(chǎn)生各種頻率的信號(hào)波形。這樣使得電子束104的位置和聚焦直徑能夠快速地調(diào)整適應(yīng)源自控制器200的信號(hào)，且使得在工件表面上能夠快速地形成特征。函數(shù)發(fā)生器204優(yōu)選地耦合到一個(gè)或多個(gè)功率放大器、電源等(未示出)，以便于控制器200與快速聚焦線圈110以及高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b之間的信號(hào)傳送。
如圖3的步驟310中所示的，在工件104的表面上掃掠電磁束102。在工件104的表面上掃掠該電磁束之前，可將工件104加熱到預(yù)熱溫度。預(yù)熱溫度一般取決于制成工件104的材料。例如，工件104可加熱到某一預(yù)熱溫度，該預(yù)熱溫度低于工件104開(kāi)始熔化、發(fā)生物態(tài)變化或發(fā)生實(shí)質(zhì)性的(substantial)分解的溫度。例如可利用圖1中所示的加熱元件150來(lái)加熱工件104。也可在紋理化工件之前通過(guò)利用電子束掃描部件來(lái)加熱工件。這個(gè)初步掃描步驟可這樣進(jìn)行，即在表面上方按照一定的圖案快速地移動(dòng)電子束，以加熱其中將要進(jìn)行紋理化處理的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，在預(yù)熱工件的工藝過(guò)程中變化電子束或其他能量源，諸如焦距和處理功率之類的工藝參數(shù)。在預(yù)熱工藝過(guò)程中使用的工藝參數(shù)可能依賴于所期望的預(yù)熱溫度、電子束在工件表面上移動(dòng)的速度、和/或在紋理化之前正被預(yù)熱的工件材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行紋理化工藝之前預(yù)熱工件的工藝過(guò)程可以是通過(guò)使用安裝在室114中、工件104附近的能量源181來(lái)完成的，該能量源181將某種形式的能量傳送到工件104。本領(lǐng)域公知的典型能量源實(shí)例包括但不限于輻射熱燈、感應(yīng)加熱器或IR(紅外)型電阻加熱器。在這種配置中，能量源181被開(kāi)啟，并保持一特定時(shí)間段，或保持到工件達(dá)到在開(kāi)始紋理化工藝之前所期望的溫度為止(步驟307)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可在室114外部預(yù)熱工件104，然后就在進(jìn)行紋理化處理之前將其轉(zhuǎn)移到室中(在步驟304之前完成)。
在預(yù)熱和紋理化工藝之前還可進(jìn)行應(yīng)力消除工藝，來(lái)防止由于在工件104中的、來(lái)自其他先前制備工藝的殘余應(yīng)力的松弛而引起的工件變形。殘余應(yīng)力可以是各種先前的制備操作產(chǎn)生的，例如噴砂處理和各種材料形成工藝(例如碾磨、回火、燒結(jié)、模制成型等)。應(yīng)力消除的方法或工藝是零件制備和/或生產(chǎn)領(lǐng)域中所公知的，這種工藝方法將取決于材料類型、所用形成工藝的數(shù)量和類型以及工件變形的容限度。
參照?qǐng)D4，電子束行進(jìn)穿過(guò)聚焦線圈110以及高速偏轉(zhuǎn)線圈112a和112b。依據(jù)從控制器202通過(guò)函數(shù)發(fā)生器204所發(fā)送的信號(hào)的屬性，在工件104表面的某些特定部分上掃掠束102。這導(dǎo)致在工件104的表面上形成多個(gè)特征500。特征500可以呈特定的幾何圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，在紋理化工藝過(guò)程中相對(duì)于撞擊電磁束102來(lái)移動(dòng)工件104。例如，可以以相對(duì)于電磁束102約1m/min至約1.7m/min范圍的行進(jìn)速度來(lái)移動(dòng)工件。在一個(gè)實(shí)施例中，工件在暴露于電磁束102的過(guò)程中沿著一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。例如，旋轉(zhuǎn)軸可以垂直或平行于入射束。由于工件的大小或形狀，物理地移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)工件可能不切實(shí)際，這時(shí)可將電磁束102在工件104上移動(dòng)來(lái)形成所期望的紋理。
一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)由電子束、離子束或電弧生成電磁束102時(shí)，電流將流向工件104。如果電磁束102是電子束，則電流可以在約15-50毫安(mA)的范圍內(nèi)，優(yōu)選在15-40毫安(mA)的范圍內(nèi)。電磁束102所傳送的能量可用功率密度來(lái)定義，所述功率密度是在工件表面上的特定橫截面面積內(nèi)被傳送的平均功率。在一個(gè)實(shí)施例中，電磁束102的平均功率密度在該束所指向的工件表面上的某點(diǎn)處可以例如在約104W/mm2至約105W/mm2的范圍內(nèi)。電磁束102的峰值功率密度在工件表面上的某點(diǎn)處可以例如在約105W/mm2至約107W/mm2的范圍內(nèi)。峰值功率密度可定義為電磁束在給定功率設(shè)置下其最大聚焦處(即可能的最小斑點(diǎn)尺寸)的工藝設(shè)置。應(yīng)該注意到，由于工件的吸收率或能量傳遞到工件的效率，在工件表面上形成特征500所需的能量可能一種類型的能量源不同于另一種類型(例如電子束、激光等)。
電磁束傳送到工件表面的功率或能量并非意在導(dǎo)致工件發(fā)生明顯或嚴(yán)重的變形(例如熔化、翹曲、破裂等)。工件明顯或嚴(yán)重的變形一般可定義為由于紋理化工藝的應(yīng)用而導(dǎo)致工件不能用于其預(yù)期目的的狀態(tài)。導(dǎo)致工件發(fā)生明顯變形所需的能量將取決于制成工件的材料、工件鄰近正被紋理化區(qū)域的厚度和/或質(zhì)量、工件的形狀(例如扁平的、圓柱形的等)、工件內(nèi)殘余應(yīng)力的大小、傳送到工件的實(shí)際功率、電磁束在工件上的移動(dòng)速度、工件表面上被紋理化特征(特征500)的密度、和/或電磁束在工件上任意點(diǎn)處的停留時(shí)間。在一個(gè)為防止較薄工件或?qū)y理化工藝引起的熱應(yīng)力敏感的工件發(fā)生明顯變形的實(shí)施例中，可完成下列步驟可增加束的移動(dòng)速度，在移動(dòng)期間可使束散焦，或者在移動(dòng)期間可減小束的功率，以盡力減小沒(méi)有被用來(lái)在工件表面上形成特征500的傳遞到工件的能量。為減小易于變形的工件(例如幾何形狀扁平，材料的熱膨脹高等)中的變形，在一個(gè)實(shí)施例中，紋理化工藝可能需要在工件的兩側(cè)都進(jìn)行紋理化，來(lái)補(bǔ)償在工件的一側(cè)進(jìn)行紋理化工藝所引起的應(yīng)力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在紋理化工藝過(guò)程中可調(diào)節(jié)襯底支架140內(nèi)的加熱元件150來(lái)冷卻工件104，以降低在紋理化工藝過(guò)程中所達(dá)到的最高溫度，和/或在紋理化之后提供受控的冷卻速率來(lái)防止或減小工件變形。在這個(gè)實(shí)施例中的加熱元件150可以由熱電器件制成，例如可從密歇根州Traverse市的TE Technology公司或新罕布什爾州Nashua的FerrotecAmerica公司購(gòu)買(mǎi)的熱電器件。在另一個(gè)實(shí)施例中，工件可以被夾持到襯底支架140上，以限制工件的偏轉(zhuǎn)，并防止工件在紋理化期間變形。
一般來(lái)說(shuō)，所述的束具有依據(jù)工件的組成而變化的能量空間分布。一般地，該束具有在中心值附近變化的能量空間分布，例如可以是高斯分布。在其他實(shí)施例中，束可以具有非高斯分布。例如，該束可以具有沿著束直徑的能量空間分布，沿著束直徑這種分布比高斯分布遠(yuǎn)遠(yuǎn)更均勻。在一個(gè)可用于處理奧氏體鋼的實(shí)施例中，約90％至約98％、優(yōu)選約98％的束能量被包含在約0.4mm的束直徑內(nèi)，其余能量在約0.4mm的直徑的外部，但一般在1mm的直徑以內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b，而不利用聚焦線圈110在工件表面上掃掠所述的束。在這個(gè)實(shí)施例中，該束在整個(gè)紋理化工藝中都保持聚焦。圖5A描繪了已被紋理化的工件表面104的俯視示意圖。利用高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b該束經(jīng)歷了初級(jí)偏轉(zhuǎn)。高速偏轉(zhuǎn)線圈112a、112b在各個(gè)參考點(diǎn)R的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)移動(dòng)電磁束。該束以初級(jí)偏轉(zhuǎn)頻率在參考點(diǎn)R之間偏轉(zhuǎn)。初級(jí)偏轉(zhuǎn)頻率可以在約23至約32Hz的范圍內(nèi)。一旦該束被引入某個(gè)參考點(diǎn)的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)，該束即經(jīng)歷多個(gè)次級(jí)偏轉(zhuǎn)。每個(gè)次級(jí)偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致該束移動(dòng)到某個(gè)次級(jí)參考點(diǎn)，例如圖5A中所示的R。一旦經(jīng)歷了特定的次級(jí)偏轉(zhuǎn)，該束即與工件104的表面相互作用，以便在其上形成特征。次級(jí)偏轉(zhuǎn)頻率可以在約400至約10000Hz的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)偏轉(zhuǎn)頻率在約2000至約4000Hz的范圍內(nèi)。
可以空間地設(shè)置次級(jí)偏轉(zhuǎn)，以使特征500在參考點(diǎn)R附近形成圖案520。在圖5A中所示的圖案520是線型圖案。當(dāng)然，其他圖案也是可以的，包括環(huán)形、橢圓形、三角形、星型、具有中心點(diǎn)的圓形等。每個(gè)參考點(diǎn)R附近的次級(jí)偏轉(zhuǎn)數(shù)目是可變化的，例如可以達(dá)到約100。
在一個(gè)實(shí)施例中，特征500排列成如圖5C中所示的六角緊密堆積(HCP)圖案，其可被定義為一個(gè)特征500(如A1所示的)被6個(gè)緊密排列的特征500(如A2-A7所示的)所包圍。可重復(fù)該HCP圖案，從而在工件表面上形成特征陣列。使用六方緊密堆積圖案使得表面上特征500的密度達(dá)到最大，以使經(jīng)紋理化的工件104在隨后沉積工藝(以下將描述)中的使用過(guò)程中，沉積材料在工件104的表面上的粘附得以改進(jìn)。紋理密度可被定義為工件104上1平方厘米的表面面積內(nèi)的特征500的數(shù)量，并可用這個(gè)數(shù)量來(lái)對(duì)其進(jìn)行度量。紋理密度隨工件材料、在隨后工藝中所沉積的材料類型、電磁束的入射角以及各個(gè)特征500的大小和間距而變化，但一般在約1至約300個(gè)特征/平方厘米之間，優(yōu)選在約20至約260個(gè)特征/平方厘米之間?？蓮募永Ｄ醽喼菔タ死膽?yīng)用材料公司購(gòu)買(mǎi)的、在PVD鉭沉積工藝中使用的由鈦制得的型號(hào)為0020-46649的部件在每平方厘米的經(jīng)紋理化表面上可包含約200至約260個(gè)特征。在另一個(gè)實(shí)例中，應(yīng)用材料公司的、在PVD鉭或氮化鉭沉積工藝中使用的由鋁制得的型號(hào)為0020-44438的部件在每平方厘米的經(jīng)紋理化表面上可包含約30至約50個(gè)特征。
圖5B描繪了已被紋理化的工件104的表面的特寫(xiě)俯視圖。電磁束102具有束直徑504。電磁束102與工件104表面的接觸點(diǎn)處的束直徑504的直徑可以為約0.4mm至約1mm，優(yōu)選為約0.4mm。該束聚焦到工件104表面上的區(qū)域502上，并在區(qū)域502上保持聚焦一段時(shí)間，即稱為停留時(shí)間。在停留時(shí)間期間，該束與工件104表面的區(qū)域502相互作用，以在其上形成特征。
如圖5B中所示的，這樣所形成特征的直徑506大小基本等于在電磁束102與工件104表面接觸點(diǎn)處的束直徑504的大小。
一般來(lái)說(shuō)，電磁束的停留時(shí)間可以在約0.1毫秒至約2毫秒的范圍內(nèi)。每個(gè)次級(jí)偏轉(zhuǎn)之間經(jīng)歷的轉(zhuǎn)移時(shí)間可以為約1微秒至約50微秒。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在諸如奧氏體鋼之類的材料上應(yīng)用如此短的轉(zhuǎn)移時(shí)間時(shí)，在從一個(gè)特征到下一個(gè)特征的轉(zhuǎn)移期間無(wú)需使電磁束散焦或減少功率。僅在電磁束轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)暴露于所述束的表面不會(huì)發(fā)生明顯熔化，這樣，特征僅在電磁束停留的那些區(qū)域內(nèi)形成。一旦停留時(shí)間已過(guò)去，電磁束102就偏轉(zhuǎn)到工件104表面上的另一個(gè)區(qū)域，例如區(qū)域510。在一個(gè)實(shí)施例中，停留時(shí)間可以減少到1毫秒以下，例如約0.1毫秒，并且/或轉(zhuǎn)移時(shí)間可以減少到1微秒以下，來(lái)防止由特征500正形成于其中的工件的幾何尺寸上薄的或脆性的區(qū)域所導(dǎo)致的工件變形。
在另一實(shí)施例中，聚焦線圈110將電磁束102快速地移到焦點(diǎn)上以及將其移到焦點(diǎn)外，以減小在轉(zhuǎn)移時(shí)間期間撞擊到工件104表面上的束功率。以這種方式能更嚴(yán)密地控制傳遞到工件104表面的能量。類似于上述方法，多個(gè)特征500被形成在工件104表面上。
該多個(gè)特征500可以是凹陷，凸起，或其組合。多個(gè)特征500可排列成在特征500之間具有大致均勻間隔508的圖案。雖然圖5A、5B和5C描繪了離散特征500的圖案，但特征500可彼此接觸，交疊或合并。圖5D示出了交疊設(shè)計(jì)的一個(gè)可能的實(shí)施例。在另一實(shí)施例中，也可能形成交疊特征500的陣列，從而在工件表面上形成溝或槽，來(lái)促進(jìn)沉積膜的粘附。
圖6描繪了已與例如具有束直徑606的電磁束102的電磁束接觸過(guò)的工件104表面的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面圖。如所示的，電磁束102以某一入射角610沖擊表面。入射角610定義為工件104表面的法線610A與平行于電磁束102的射線610B之間的夾角。入射角可以在約-45度到約45度的范圍內(nèi)，優(yōu)選在約-30度到約30度的范圍內(nèi)。換句話說(shuō)，入射角可以在相對(duì)于法線610A約成45度的范圍內(nèi)。特征500一般包括一旦暴露在電磁束102下即形成的凹陷602和凸起604。
電磁束以入射角610偏轉(zhuǎn)還可能具有提高硬件壽命或硬件運(yùn)轉(zhuǎn)周期的效果，這是因?yàn)殓R筒120內(nèi)的各種硬件部件在紋理化工藝過(guò)程中能夠從視線上躲避脫離表面的材料。電磁束相對(duì)于鏡筒120的偏轉(zhuǎn)可最小化，并優(yōu)選地防止離子在鏡筒內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)并損壞鏡筒120內(nèi)的陰極106和其他部件。
雖然發(fā)明人并不希望拘泥于對(duì)這些特征500形成機(jī)理的任一種具體解釋，但仍認(rèn)為工件104的表面和內(nèi)部的材料被加熱至高溫，在某些情況下可能超過(guò)構(gòu)成工件104的材料的沸點(diǎn)。快速加熱工件的這些部分導(dǎo)致材料被向外噴射出。這樣在材料已被噴出的位置處形成凹陷602，并在被噴出材料已沉積的位置處形成凸起604。
凹陷602表征為具有表面622。凹陷602具有深度612，其被定義為從工件104的頂表面620到凹陷602的底部之間的垂直距離，在約0.001英寸-0.060英寸的范圍內(nèi)。凹陷的表面直徑614在約0.005英寸至約0.100英寸的范圍內(nèi)，但優(yōu)選在約0.008至約0.089英寸之間。凹陷具有內(nèi)徑616。內(nèi)徑616被定義為表面622上的兩點(diǎn)之間、平行于工件104的頂表面620的最大距離。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷的內(nèi)徑616大于表面直徑614。在另一實(shí)施例中，凹陷的內(nèi)徑616小于表面直徑614。在一個(gè)實(shí)施例中，凸起604的高度618在約0.002英寸至約0.060英寸的范圍內(nèi)，優(yōu)選在約0.002至約0.046英寸之間。在應(yīng)用材料公司的型號(hào)為0020-44438的鋁工件內(nèi)形成的特征500的一系列尺寸的實(shí)例為表面直徑614在約0.029至約0.089英寸之間，高度618在約0.017至約0.046英寸之間，深度612在約0.023至約0.036英寸之間。在型號(hào)為0020-46649的鈦工件內(nèi)形成的特征500的一系列典型尺寸的另一實(shí)例為表面直徑614在約0.012至約0.031英寸之間，高度618在約0.002至約0.004英寸之間，深度612在約0.006至約0.011英寸之間。
雖然圖6描繪了特征的具體構(gòu)成，包括一個(gè)凹陷602和兩個(gè)凸起604，但僅形成凹陷或凸起，或具有可變比例和組合的凹陷和凸起，也都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，凹陷的形狀、深度、表面直徑和內(nèi)徑都可以變化。類似地，凸起的形狀和高度，以及與工件表面的接觸角都可以變化。凸起和凹陷可以彼此接觸、交疊或合并，或者彼此隔開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，凸起之間或凹陷之間的間隔小于約0.02英寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，在電磁束的停留時(shí)間期間該束可以進(jìn)行小的偏轉(zhuǎn)，從而形成并非是電磁束投射到工件表面上的靜態(tài)形狀的特征。由電磁束在停留時(shí)間期間的偏轉(zhuǎn)所形成的所期望形狀可以包括例如星形、橢圓形、菱形、三角形、長(zhǎng)方形、五邊形、六邊形或其他多邊形狀。
在一個(gè)實(shí)施例中，在用電磁束102進(jìn)行表面紋理化處理之后，用硬粒子流噴射工件104(“噴珠處理”)。這些硬粒子可以包括例如氧化鋁、石榴石、碳化硅、或氧化硅，粒子大小可以為約24至約80粒度(約535微米至約192微米)。通?！皣娭樘幚怼痹诩s5至約70psi之間的傳送壓力下完成。硬粒子可以從噴嘴噴射出，并且可以干噴，或作為液漿組合物的一部分而被噴射出。一般來(lái)說(shuō)，噴珠處理使得工件104的表面具有比利用電磁束102而產(chǎn)生的粗糙度更優(yōu)良的粗糙度。噴珠處理還去除了由紋理化工藝形成的任何松散附著的材料，例如凸起。當(dāng)材料沉積在被紋理化部件上時(shí)，由噴珠處理所形成的粗糙度增加了部件的滯留或粘附性能。此外，噴珠處理可用來(lái)清洗使用后的部件。噴珠處理去除了沉積在部件上的材料，并將表面恢復(fù)成沉積處理之前最初提供給部件的光潔度。
在另一實(shí)施例中，工件104在表面紋理化工藝之后被化學(xué)粗糙化。術(shù)語(yǔ)化學(xué)粗糙化應(yīng)該被寬泛地理解為且包括但不限于用化學(xué)方法蝕刻部件表面，用電化學(xué)方法蝕刻部件表面，或這兩種方法的組合。與上述噴珠處理類似，化學(xué)粗糙化工藝用來(lái)形成可以有助于提高沉積膜對(duì)工件104的粘附的粗糙表面?；瘜W(xué)粗糙化工件104表面的方法依賴于制成工件的材料，并應(yīng)該被化學(xué)清洗、金相學(xué)和化學(xué)加工領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知或理解。術(shù)語(yǔ)化學(xué)蝕刻意在一般地描述但不限于利用化學(xué)活性從工件表面上去除材料的工藝?？墒褂玫牡湫突瘜W(xué)試劑的實(shí)例可以是酸性水溶液，含有諸如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl)或其組合之類的酸；或堿性水溶液，含有諸如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)或其組合之類的化學(xué)試劑。在另一實(shí)施例中，也可利用干法蝕刻(等離子體蝕刻)工藝來(lái)完成工件表面的化學(xué)蝕刻工藝。干法蝕刻一般是產(chǎn)生等離子體來(lái)激發(fā)或離解與工件表面的材料相互作用并最終從工件表面去除材料的反應(yīng)氣體的工藝。術(shù)語(yǔ)電化學(xué)蝕刻意在一般地描述但不限于通過(guò)相對(duì)于充當(dāng)陰極并且也被浸沒(méi)在電解質(zhì)溶液中的另一元件，向工件施加陽(yáng)極偏壓來(lái)去除工件表面的材料的工藝。在2001年7月27日提交的、序列號(hào)為09/918,683、題為“Electrochemically Roughened Aluminum SemiconductorProcessing Apparatus Surface”的專利申請(qǐng)(代理案卷號(hào)No.5431)中描述了可被適應(yīng)性修改而受益于本發(fā)明的電化學(xué)蝕刻工藝的一個(gè)實(shí)例，該申請(qǐng)以與本發(fā)明的權(quán)利要求、方面和描述不相矛盾的程度被包含引用在這里。
減小粒子污染的方法在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了減小處理室中污染的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法減小了對(duì)提供給處理室的襯底的污染。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)室是任何易于在室的內(nèi)表面上或室內(nèi)部件表面上發(fā)生材料凝聚的封閉室或部分封閉室。在一個(gè)實(shí)施例中，該室是襯底處理室。該室可以是適于對(duì)半導(dǎo)體襯底或玻璃板進(jìn)行真空處理的室。晶片處理室例如可以是沉積室。代表性的沉積室包括濺射、物理氣相沉積(PVD)和離子金屬等離子體(IMP)室、化學(xué)氣相沉積(CVD)室、蝕刻室、分子束外延(MBE)、原子層沉積(ALD)室等。這種室例如還可以是諸如等離子體蝕刻室的蝕刻室。其他合適的處理室實(shí)例包括離子注入室、退火室以及其他爐體室。在優(yōu)選的實(shí)施例中，這種室是其中襯底暴露于一種或多種氣相材料的襯底處理室。
圖7示出了可利用這里所述的實(shí)施例來(lái)減小其中的污染的濺射反應(yīng)器700的簡(jiǎn)化示意性橫截面圖。反應(yīng)器700包含真空室716和具有頂表面736A的襯底支架736。襯底支架736例如可以是靜電卡盤(pán)。反應(yīng)器700還包括防護(hù)組件718和升降器系統(tǒng)732。襯底720(例如半導(dǎo)體晶片)置于襯底支架736的頂表面736A上。在示例性結(jié)構(gòu)中，襯底支架736通過(guò)多個(gè)螺釘與常規(guī)的垂直可移動(dòng)的升降器系統(tǒng)732相連接。為清楚起見(jiàn)，省略了例如進(jìn)氣歧管和/或真空泵的某些硬件。
示例性的真空室716包括圓柱室壁714和安裝在室壁頂部的支承環(huán)712。室的頂部由具有內(nèi)表面706A的靶盤(pán)706封閉。靶盤(pán)706通過(guò)位于靶盤(pán)706和支承環(huán)712之間的環(huán)狀絕緣體710而與室壁714電絕緣。一般來(lái)說(shuō)，為確保室716中的真空完整性，在絕緣體710的上方和下方都使用O型環(huán)(未示出)來(lái)提供真空密封。靶盤(pán)706可以由將成為沉積物的材料制成，或者它可包含沉積物的涂層。為方便濺射工藝，高壓電源702被連接到靶706。
襯底支架736夾持并支撐室716內(nèi)的襯底720。襯底支架736可包含一個(gè)或多個(gè)嵌在支架體738內(nèi)的電極734。電極由來(lái)自電極電源704的電壓驅(qū)動(dòng)，并且響應(yīng)于該電壓的施加，襯底720被靜電固定在卡盤(pán)的支撐表面上?？ūP(pán)主體例如可以包括陶瓷材料。
類似壁的圓柱防護(hù)部件742被安裝到支承環(huán)712上。防護(hù)部件742的圓柱形狀是說(shuō)明適應(yīng)室和/或襯底形狀的防護(hù)部件的示例。當(dāng)然，這種防護(hù)部件742可以是任意形狀。示例性部件可以包括可從加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司獲得的0020-45544、0020-47654、0020-BW101、0020-BW302、0190-11821、0020-44375、0020-44438、0020-43498、0021-JW077、0020-19122、0020-JW096、0021-KS556、0020-45695。
除了防護(hù)部件742以外，防護(hù)組件718還包括環(huán)狀沉積環(huán)730，其內(nèi)徑被選擇為使環(huán)的周?chē)c襯底無(wú)接觸地安裝在襯底720的邊緣上方。遮蔽環(huán)(shadow ring)位于對(duì)準(zhǔn)環(huán)728上，而對(duì)準(zhǔn)環(huán)728由從襯底支架736延伸出的凸緣(未示出)支撐。此外，可根據(jù)這里所述的工藝來(lái)紋理化其他部件，例如物理氣相沉積(PVD)中使用的夾持環(huán)，并將其用在這里所預(yù)期的應(yīng)用中。示例性環(huán)狀遮蔽環(huán)和/或夾持環(huán)包括可從加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司獲得的0020-43171和0020-46649。
在濺射沉積工藝過(guò)程中，處理氣被供給室，而電源被供給靶盤(pán)706。處理氣被激發(fā)成等離子體，并被加速向靶盤(pán)706前進(jìn)。處理氣由此將粒子驅(qū)離靶盤(pán)，并且這些粒子沉積到襯底720上，在其上形成沉積材料涂層。
雖然防護(hù)組件718一般將等離子體和被濺射粒子限制在反應(yīng)區(qū)777內(nèi)，但不可避免地，最初呈等離子體或氣態(tài)的被濺射粒子會(huì)凝聚在室的各個(gè)內(nèi)表面上。例如，被濺射粒子可以凝聚在防護(hù)組件718的內(nèi)表面718A上、靶盤(pán)706的內(nèi)表面706A上、支承環(huán)712的內(nèi)表面712A上、沉積環(huán)730的內(nèi)表面730A上以及室的其他內(nèi)表面上。而且，其他表面，例如襯底支架736的頂表面736A，在每次沉積期間或沉積工序之間也可能被污染。
一般來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)表面”指與室716具有界面的任意表面。室部件指完全或部分置于處理室內(nèi)的任意可拆卸元件。室部件可以是真空室部件，即位于例如室716的真空室內(nèi)的室部件。在室部件的內(nèi)表面上形成的凝聚物質(zhì)一般僅具有有限的粘附力，并可能脫離部件從而污染襯底720。
為了減小凝聚的外來(lái)物質(zhì)脫離處理室部件的這種趨勢(shì)，例如防護(hù)組件718、靶706、支承環(huán)712、沉積環(huán)730、線圈(未示出)、線圈支架(未示出)、沉積準(zhǔn)直儀(未示出)、支座738、對(duì)準(zhǔn)環(huán)728、遮擋盤(pán)(shutterdisk，未示出)或襯底支架736之類的室部件被提供給紋理化室，例如裝置100的工作室114。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，一系列方法步驟800開(kāi)始于步驟802，并繼續(xù)到步驟804，在該步驟中電磁能量束掃掠一個(gè)或多個(gè)室部件的表面，從而在其上形成多個(gè)特征。這些特征可以是凹陷、凸起或其組合。包括在室部件表面上這樣形成的凹陷和凸起的特征屬性如前面針對(duì)工件104所描述的。一般來(lái)說(shuō)，步驟804涵蓋了圖3A、3B、3C、3D、3E和3F中所描述的方法步驟301-314。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括通過(guò)電磁束102在表面上形成特征500之后，粗糙化處理部件或工件的表面。在特征500形成之后粗糙化工件表面的工藝，例如“噴珠”或化學(xué)粗糙化，可改善沉積材料對(duì)工件的粘附，因?yàn)橥ㄟ^(guò)表面紋理化處理所形成的表面622和凸起604的表面往往相當(dāng)光滑(表面粗糙度(Ra)約為64微英寸)。紋理化處理所產(chǎn)生的光滑表面被認(rèn)為是作用在紋理化工藝過(guò)程中所產(chǎn)生的熔融表面上的表面張力所導(dǎo)致的。通過(guò)“噴珠處理”或化學(xué)粗糙化所得的粗糙表面很重要，因?yàn)樵诔练e材料中出現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力(例如結(jié)晶缺陷、堆垛缺陷等)和/或外應(yīng)力(例如工件和沉積材料之間的溫度差異、熱膨脹失配等)可能導(dǎo)致沉積材料彎曲和/或破裂。沉積材料的彎曲或破裂可能產(chǎn)生粒子，而這些粒子可能導(dǎo)致污染襯底720。通過(guò)局部機(jī)械連接或粘結(jié)，本發(fā)明表面粗糙化方面的加入有助于改善沉積材料對(duì)工件表面的粘附性能。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)向部件表面噴射硬粒子流(“噴珠”)，在步驟804的紋理化處理之后進(jìn)一步將室部件表面或工件表面粗糙化。硬粒子例如可以包括氧化鋁、石榴石、氧化硅或碳化硅，粒子大小可以為約24至約80粒度。通常，“噴珠”處理在約5至約70psi之間的傳送壓力下完成。對(duì)部件進(jìn)行噴珠處理的工藝還具有去除在紋理化工藝中所遺留的輕微粘附的材料的效果。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在紋理化工藝之后化學(xué)清洗處理設(shè)備的部件(或工件)。由于為滿足半導(dǎo)體生產(chǎn)器件產(chǎn)量目標(biāo)所需的嚴(yán)格的清潔度要求，在處理過(guò)程中可能?；?、分解、汽化或從處理部件脫離的任何材料必須達(dá)到最少。在紋理化處理之后發(fā)現(xiàn)的某些典型的污染源例如可以包括由于電磁束的局部加熱而由處理部件材料的“噴發(fā)”所產(chǎn)生的輕微粘附材料，對(duì)處理部件進(jìn)行搬運(yùn)所導(dǎo)致的污染物，和/或來(lái)自紋理化室、噴珠室、應(yīng)力消除室或化學(xué)粗糙化室的任何污染物。典型的清洗工藝?yán)缈梢园ǜg劑蝕刻/脫脂步驟、在去離子水中沖洗、在酸溶液或堿溶液中蝕刻來(lái)去除處理部件表面層內(nèi)或表面層上的污染物、高壓去離子水沖洗、超聲波或兆頻超聲波去離子沖洗、和真空烘箱干燥或氮?dú)夤娘L(fēng)干燥的工藝步驟。為滿足半導(dǎo)體生產(chǎn)器件產(chǎn)量目標(biāo)所需的清洗要求對(duì)于UHV化學(xué)清洗和/或半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)該是公知的或被理解的。
在一個(gè)實(shí)施例中，清洗工藝在所有的紋理化工藝步驟已完成之后，但在將部件放置到處理室內(nèi)的步驟之前完成。這樣，該實(shí)施例有助于保證在處理部件在處理室中使用之前去除了所有的污染物。在另一實(shí)施例中，清洗工藝僅在噴珠工藝之后完成，來(lái)去除紋理化工藝之后剩余的任何污染物、由搬運(yùn)產(chǎn)生的污染物和任何剩余的噴珠粒子。在另一實(shí)施例中，只要在封裝或傳送到處理室之前在干凈環(huán)境中處理并在去離子水中沖洗處理部件，就有可能在完成紋理化工藝之前清洗部件。
參照步驟806，一個(gè)或多個(gè)室部件然后被放置到處理室內(nèi)，所述處理室例如是濺射反應(yīng)器700的室716。如步驟808所示的，在反應(yīng)器內(nèi)開(kāi)始工藝工序，例如在反應(yīng)器700內(nèi)的襯底720上形成濺射層。該方法結(jié)束于步驟810。
雖然以上討論詳述了減少濺射反應(yīng)器中污染物的方法，但使用用于減少任意數(shù)目的不同類型的處理室中污染物的方法都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明適于任何包括有其上可能凝聚材料的內(nèi)表面的處理室。任何部分或全部處在處理室內(nèi)的、可以從室中移出并被置于例如裝置100的紋理化裝置中的部件，都適于利用本發(fā)明的方法來(lái)進(jìn)行處理。
本方法可用來(lái)減少處理室中的污染，所述處理室是為沉積、蝕刻、加熱或用其他方式改性置于其內(nèi)的工件、襯底或?qū)佣O(shè)計(jì)的。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法用來(lái)減少為在襯底上濺射沉積難熔金屬層或難熔金屬化合物層(例如鈦層、氮化鈦層、鉭層、鎢層、或氮化鉭層)而設(shè)計(jì)的室中的污染。在本發(fā)明的其他類似實(shí)施例中，紋理化方法可用來(lái)減少分子束外延(MBE)室、原子層沉積(ALD)室、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或干法蝕刻處理室等中的污染。可能需要紋理化處理的部件一般包括在處理循環(huán)過(guò)程中(在沉積或清洗工藝過(guò)程中)會(huì)接收到一定量沉積，并且該沉積膜往往會(huì)直接地或間接地污染襯底的部件。在例如從加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司購(gòu)買(mǎi)的MxP+、Super-e或eMax蝕刻系統(tǒng)的非濺噴射反應(yīng)器中需要紋理化的典型部件實(shí)例是如下部件0040-41188、0040-41189、0021-15694、0040-45966、0040-44917、0020-17482、0020-07569、0020-07570、0020-07571、0200-07567和0020-07568。
在另一實(shí)施例中，在步驟808之后可將所述一個(gè)或多個(gè)室部件移出處理室，并開(kāi)始去除可能粘附在經(jīng)紋理化表面上的凝聚的外來(lái)物質(zhì)的工藝。
可以用硬粒子流噴射所述一個(gè)或多個(gè)處理室部件的表面來(lái)去除凝聚的外來(lái)物質(zhì)。硬粒子例如可以包括氧化鋁、石榴石、氧化硅或碳化硅，粒子大小可以為約24至約80粒度。優(yōu)選地，這種噴射足以去除外來(lái)物質(zhì)，而基本不會(huì)改變部件表面上的紋理(即凹陷和凸起)。
在另一實(shí)施例中，為去除凝聚在所述一個(gè)或多個(gè)處理室部件的表面上的外來(lái)物質(zhì)，將化學(xué)流體作用在該表面上。這種化學(xué)流體處理例如可以包括用化學(xué)試劑浸泡或噴射表面，所述化學(xué)試劑例如是脫脂組合物、氫氧化鈉、高錳酸鉀、氫氧化鉀、氫氧化銨、過(guò)氧化氫、硝酸、氫氟酸、鹽酸及其組合。
除硬粒子噴射之外還可以進(jìn)行化學(xué)流體處理，或者可以由化學(xué)流體處理代替硬粒子噴射?；蛘撸部煽紤]其他去除紋理化表面上的外來(lái)物質(zhì)的方法。優(yōu)選地，化學(xué)處理不會(huì)減小在紋理化工藝過(guò)程中形成的凹陷的宏觀粗糙度。以這種方式，部件可以被重新置入室內(nèi)，并再次為凝聚在表面上的物質(zhì)提供了加強(qiáng)的粘附作用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，紋理化工藝可能需要例如通過(guò)電弧焊、MIG焊、MBE或其他可用來(lái)在工件表面上形成凸起的類似工藝來(lái)將類似組分的材料添加到工件中。為確保所附加材料的粘附，這種工藝可能要求在真空室、在非氧化的(例如無(wú)氧)環(huán)境中、和/或在其中工件被加熱至接近材料熔點(diǎn)溫度的環(huán)境下來(lái)完成。這樣，附加材料來(lái)形成凸起，意在促進(jìn)沉積膜對(duì)工件的粘附?？梢栽O(shè)想，這個(gè)實(shí)施例可以替換或被加入分別在圖3A-3F中和圖8中所描述的工藝步驟310和804。
雖然已詳細(xì)示出并描述了包括本發(fā)明教導(dǎo)的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地設(shè)計(jì)出許多其他各種各樣的、但仍包括這些教導(dǎo)的實(shí)施例。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)通過(guò)引用包含了2003年6月18日提交的、題為“Method ofSurface Texturizing”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/479,755[代理案卷號(hào)為No.6162L]；以及2002年3月13日提交的、題為“Method of SurfaceTexturizing”[代理案卷號(hào)為No.6162]的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/099,307。
權(quán)利要求
1.一種為用于半導(dǎo)體處理室中的部件的表面提供紋理的方法，包括將電磁束在所述部件表面上掃掠足夠的時(shí)間，以在其上形成多個(gè)特征；以及粗糙化所述部件的所述表面和特征。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中掃掠步驟包括轉(zhuǎn)移時(shí)間和停留時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電磁束在所述束所指向的所述部件表面上的某點(diǎn)處的功率密度在約104W/mm2至約107W/mm2的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中粗糙化所述部件表面的步驟包括噴珠處理所述部件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中粗糙化所述部件表面的步驟包括化學(xué)粗糙化所述部件。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在掃掠所述電磁束之前加熱所述部件的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中加熱所述部件的步驟包括將所述部件預(yù)熱至低于所述部件開(kāi)始熔化、流動(dòng)或發(fā)生實(shí)質(zhì)性的分解的溫度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中利用輻射熱燈、感應(yīng)加熱器或IR型電阻加熱器來(lái)加熱所述部件。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中利用包括氧化鋁、石榴石、碳化硅、氧化硅或其組合的砂粒來(lái)進(jìn)行噴珠處理。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在噴珠處理所述部件之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在化學(xué)地粗糙化所述部件之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述部件上形成所述多個(gè)特征之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在為所述部件的表面提供紋理之前對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述多個(gè)特征之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在為表面提供紋理之前對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟和在其上形成所述多個(gè)特征之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
16.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在噴珠處理所述部件之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用所述電磁束在所述部件的第二表面上形成特征，以補(bǔ)償由于在第一表面上形成特征而引起的任何可能的變形。
18.一種為部件表面提供紋理的方法，包括將紋理化室的壓力抽到約10-3托至約10-5托的范圍內(nèi)；在約15至約50毫安之間的電子束電流以及約50至約160千伏之間的加速電壓下在所述部件表面上掃掠電子束，以在其上形成多個(gè)特征；以及粗糙化所述部件的所述表面和特征。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中掃掠步驟包括轉(zhuǎn)移時(shí)間和停留時(shí)間。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述電磁束在所述束所指向的所述部件表面上的某點(diǎn)處的功率密度在約104W/mm2至約107W/mm2的范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中粗糙化所述部件表面的步驟包括噴珠處理所述部件。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中粗糙化所述部件表面的步驟包括化學(xué)粗糙化所述部件。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在掃掠所述電磁束之前加熱所述部件的步驟。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述加熱步驟包括將所述部件預(yù)熱至低于所述部件開(kāi)始熔化、流動(dòng)或發(fā)生實(shí)質(zhì)性的分解的溫度。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中利用輻射熱燈、感應(yīng)加熱器或IR型電阻加熱器來(lái)加熱所述部件。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中利用包括氧化鋁、石榴石、碳化硅、氧化硅或其組合的砂粒來(lái)進(jìn)行所述噴珠處理。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括在噴珠處理所述部件之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括在化學(xué)地粗糙化所述部件之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在所述部件上形成所述多個(gè)特征之后化學(xué)清洗所述部件的步驟。
30.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在為所述部件的表面提供紋理之前對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
31.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在形成所述多個(gè)特征之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
32.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在為表面提供紋理之前對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟和在其上形成所述多個(gè)特征之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
33.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括在噴珠處理所述部件之后對(duì)所述部件進(jìn)行應(yīng)力消除的步驟。
34.如權(quán)利要求18所述的方法，其中使用所述電磁束在所述部件的第二表面上形成特征，以補(bǔ)償由于在第一表面上形成特征而引起的任何可能的變形。
35.一種用在處理室中的處理室部件，包括具有一個(gè)或多個(gè)表面的主體；和在所述表面上形成的多個(gè)特征，其中所述特征是通過(guò)在所述處理室部件的表面上掃掠電磁能量束而形成的，并且所形成的所述特征選自由凹陷、凸起及其組合所組成的組。
36.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述處理室部件選自由室防護(hù)件、靶、遮蔽環(huán)、沉積準(zhǔn)直儀、沉積環(huán)、接觸環(huán)、線圈、線圈支架、對(duì)準(zhǔn)環(huán)、遮擋盤(pán)和襯底支架所組成的組。
37.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述表面還包括噴珠處理。
38.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述處理室部件由選自鋼、不銹鋼、鐵-鎳-鉻合金、鎳-鉻-鉬-鎢合金、鉻銅合金、銅鋅合金、鎳、鈦、鉭、鎢、銅、鋁、碳化硅、藍(lán)寶石、氧化鋁、氮化鋁、氧化硅、石英、聚酰亞胺、聚芳酯、聚醚醚酮及其組合所組成的組中的材料制成。
39.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述表面上的特征的密度在約1至約300個(gè)特征/平方厘米之間。
40.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述表面在其上形成了所述多個(gè)特征之后被化學(xué)粗糙化。
41.如權(quán)利要求37所述的處理室部件，其中在噴珠處理所述處理室部件之后所述表面被化學(xué)清洗。
42.如權(quán)利要求40所述的處理室部件，其中在化學(xué)粗糙化所述處理室部件之后所述表面被化學(xué)清洗。
43.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中所述表面在其上形成了所述多個(gè)特征之后被化學(xué)清洗。
44.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中在所述處理室部件表面上掃掠所述電磁束之前，所述部件被進(jìn)行應(yīng)力消除。
45.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中在掃掠所述電磁束的步驟之前，所述部件達(dá)到預(yù)熱溫度。
46.如權(quán)利要求45所述的處理室部件，其中所述預(yù)熱溫度低于所述處理室部件開(kāi)始熔化、流動(dòng)或發(fā)生實(shí)質(zhì)性的分解的溫度。
47.如權(quán)利要求45所述的處理室部件，其中在加熱至預(yù)熱溫度之前，所述部件被進(jìn)行應(yīng)力消除。
48.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中在形成所述多個(gè)特征之后，所述部件被進(jìn)行應(yīng)力消除。
49.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中在為表面提供紋理之前和在所述表面上形成所述多個(gè)特征之后，所述部件被進(jìn)行應(yīng)力消除。
50.如權(quán)利要求45所述的處理室部件，其中在形成所述多個(gè)特征之后，所述部件被進(jìn)行應(yīng)力消除。
51.如權(quán)利要求45所述的處理室部件，其中所述處理室部件是利用輻射熱燈、感應(yīng)加熱器或IR型電阻加熱器來(lái)加熱的。
52.如權(quán)利要求35所述的處理室部件，其中，所述部件具有在第一和第二表面上形成的特征，其中在所述第二表面上的所述特征補(bǔ)償由在所述第一表面上形成特征而引起的應(yīng)力。
53.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述部件表面上某處的功率密度在約104至約105Wmm2的范圍內(nèi)。
54.如權(quán)利要求5所述的方法，其中化學(xué)粗糙化所述表面包括電化學(xué)粗糙化所述表面。
55.如權(quán)利要求22所述的方法，其中化學(xué)粗糙化所述表面包括電化學(xué)粗糙化所述表面。
56.如權(quán)利要求40所述的處理室部件，其中所述表面被電化學(xué)粗糙化。
全文摘要
本發(fā)明提供了為諸如室部件的工件表面提供紋理的方法和系統(tǒng)。本方法包括將工件提供給紋理化室，并在工件表面上掃掠電磁能量束，以在其上形成多個(gè)特征。所形成的特征一般是凹陷、凸起及其組合。所述室部件可以包括例如室防護(hù)件和相關(guān)組件、靶、遮蔽環(huán)、接觸環(huán)、襯底支架或其他可設(shè)置在處理室內(nèi)的部件。還提供了一種減少處理室內(nèi)污染的方法。本方法包括在一個(gè)或多個(gè)處理室部件的表面上掃掠電磁能量束，以在其上形成多個(gè)特征；將所述一個(gè)或多個(gè)室部件置入處理室內(nèi)；以及在處理室內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行處理工序。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1577732SQ200410069788
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者艾倫·R·波皮奧科維斯基, 香農(nóng)·M·哈特, 馬克·O·施韋策, 艾倫·B·劉, 詹尼弗·L·瓦茨亞, 布賴恩·韋斯特, 馬克·孟席 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司