專利名稱：清潔和刷新具有金屬涂層的室部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及清潔和刷新處理室部件的方法。
背景技術(shù)：
襯底處理室被用于以激發(fā)的處理氣體處理襯底，以制造諸如集成電路芯片和顯示器的電子電路。通常，處理室包含包圍處理區(qū)域的圍壁；激發(fā)氣體的氣體激發(fā)器以及排放和控制氣體壓力的排放系統(tǒng)，其中，所述處理氣體被引入所述處理區(qū)域中。諸如室壁、襯墊和沉積環(huán)之類的室部件容易被用來處理襯底的激發(fā)氣體腐蝕，尤其是當(dāng)處理氣體包含鹵素時。通過在部件上形成諸如經(jīng)雙絲電弧噴鍍的鋁涂層之類的防腐蝕涂層，可以提高防腐蝕性。涂層也可以具有經(jīng)紋理化的表面，而處理殘留物粘附到所述表面上，由此防止了累積的處理殘留物剝落并污染正在室中處理的襯底。
這樣的經(jīng)涂層的部件常常需要經(jīng)常清潔和刷新，以保持其性能。例如，當(dāng)這樣的室部件被用于PVD工藝以將沉積材料從靶濺射到襯底上時，濺射材料也會累積在部件的表面上。累積的處理沉積物產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力，所述熱膨脹應(yīng)力導(dǎo)致剝離、裂縫和涂層從下方結(jié)構(gòu)剝落。室中的等離子體可以穿透涂層的損傷區(qū)域，侵蝕下方結(jié)構(gòu)的暴露表面，最終導(dǎo)致部件的失效。因此，在處理了多個襯底后，通常要進行刷新處理以清潔和刷新經(jīng)涂層的部件。刷新處理可以包括去除已經(jīng)累積在涂層表面上的諸如濺射材料的處理沉積物以及用防腐蝕材料對部件進行重新涂層。刷新處理減少在處理襯底期間涂層從部件散裂和剝落的發(fā)生，由此減小了在室中被處理的襯底的污染。
在一個傳統(tǒng)的刷新工藝中，利用酸和堿清潔溶液清潔金屬部件，以去除累積在涂層上的處理殘留物，并且也從部件溶解和去除金屬涂層，如例如在Wang等人的2002年11月25日遞交并共同轉(zhuǎn)讓給應(yīng)用材料公司(Applied Materials)的美國專利申請No.10/304,535所述的，其中所述美國申請通過引用其全文被包括在本申請中。然后，部件的表面在較苛刻和劇烈的微珠噴砂工藝中被噴砂處理，其中所述微珠噴砂工藝再紋理化(retexture)部件的表面，以提供理想的表面粗糙度，并且由此提高隨后涂覆的涂層的粘附力。較苛刻的微珠噴砂步驟使用具有至少約600微米的尺寸的較大微珠粒子和至少約483kPa(70psi)的高微珠噴砂壓力，以再紋理化表面并提供具有至少約6.35微米(250微英寸)的平均表面粗糙度的表面。在微珠噴砂之后，涂層例如通過雙絲電弧噴鍍工藝被重新涂覆到部件上。
但是，上述工藝的問題是其通常不能充分地去除過量的金屬間化合物，所述金屬間化合物可以在金屬涂層和下方的金屬部件之間的界面上生長，并被認(rèn)為是由處理室中的部件的熱循環(huán)引起的。金屬間化合物弱化了涂層和部件之間的結(jié)合，并且可以導(dǎo)致涂層從部件散裂，這可能減小部件零件壽命以及導(dǎo)致散裂的涂層材料污染襯底。當(dāng)使用高于約300℃的處理室溫度并處理大量的襯底而不引入部件刷新步驟時，可以累積大量的這樣的金屬間化合物。
因此，人們希望獲得一種刷新和清潔經(jīng)涂層的部件的工藝，以提供具有提高的防腐蝕性的部件和更長的部件使用壽命。具體地，人們希望獲得一種基本完全從部件去除金屬間化合物的刷新和清潔經(jīng)涂層的部件的工藝，以在涂層和下方的部件之間提供改善的結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
清潔和刷新處理室的部件，以從部件表面去除金屬間化合物。所述部件包括具有涂層的結(jié)構(gòu)，所述涂層包含金屬間化合物上方的第一金屬層。為了刷新部件，第一金屬層被去除以形成暴露表面，所述暴露表面至少部分地包含金屬間化合物。通過例如將所述第一金屬層的表面浸入清潔溶液中可以去除第一金屬層，其中所述清潔溶液例如是至少部分溶解所述金屬層的酸性或者堿性溶液。在滲透微珠噴砂步驟中，通過利用被加壓到低于約310kPa(45psi)的壓力的氣體朝向暴露表面推進微珠直徑小于約180微米的噴砂微珠，對暴露表面進行微珠噴砂處理，由此從所述結(jié)構(gòu)的暴露表面去除金屬間化合物，以形成經(jīng)清潔的表面。然后例如通過雙絲電弧熱噴鍍法，在經(jīng)清潔的表面上方形成第二金屬層。
還可以通過進行紋理化微珠噴砂步驟，對所述經(jīng)清潔的表面進行紋理化以提供預(yù)定的表面粗糙度，其中所述紋理化微珠噴砂步驟在第二金屬層被形成在所述表面上方之前進行。紋理化微珠噴砂步驟包括利用被加壓到至少約276kPa(40psi)的壓力的氣體朝向所述表面推進微珠直徑大于約400微米的噴砂微珠，由此形成平均表面粗糙度從約3.81微米(150微英寸)到約8.89微米(350微英寸)的紋理化表面。


參考下面的示出了發(fā)明的示例的說明、所附權(quán)利要求和附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)點。但是，應(yīng)該理解每一個特征一般都可以在發(fā)明中使用，而不僅僅是在具體附圖的環(huán)境中，本發(fā)明包括這些特征的任何組合，其中圖1A是部件的實施例的示意性側(cè)視圖，其中所述部件具有上覆的涂層并具有涂層和部件下方結(jié)構(gòu)之間的金屬間化合物；圖1B是圖1A的部件在將涂層浸入清潔溶液以去除涂層之后的示意性側(cè)視圖；圖1C是圖1B的部件在進行滲透微珠噴砂步驟以從部件去除金屬間化合物之后的示意性側(cè)視圖；圖1D是圖1C的部件在進行紋理化微珠噴砂步驟以使部件的表面粗糙之后的示意性側(cè)視圖；圖1E是圖1D的部件在重新將涂層涂覆到部件之后的示意性側(cè)視圖；圖2是示出了部件刷新工藝的實施例的流程圖；以及圖3是具有一個或者多個經(jīng)涂層的部件的處理室的實施例的截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式
本工藝適用于清潔和刷新如例如在圖1A中所示的具有涂層302的部件300。該工藝可以被用于清潔和刷新室106中易于受侵蝕的一個或者多個部件300，所述部件300例如是在室106中提供處理氣體的氣體輸送系統(tǒng)112、在室106中支撐襯底104的襯底支撐114、激發(fā)處理氣體的氣體激發(fā)器116、室圍壁118和護罩120、以及從室106排放氣體的氣體排放裝置122中的一個或者多個的某些部分，所有這些示例性實施例被示出在圖3中。例如，在物理氣相沉積室106中，經(jīng)涂層的部件300可以包括室圍壁118、室護罩120、靶124、覆蓋環(huán)126、沉積環(huán)128、支撐環(huán)130、絕緣體環(huán)132、線圈135、線圈支撐137、擋板盤133、夾持護罩141和襯底支撐114的表面134。
室部件300包含具有上覆涂層302的下方結(jié)構(gòu)304，所述上覆涂層302覆蓋結(jié)構(gòu)304的至少一部分，如圖1A所示。下方結(jié)構(gòu)304包含耐受來自激發(fā)氣體的侵蝕的金屬材料，所述激發(fā)氣體例如是在襯底處理環(huán)境中形成的激發(fā)氣體。例如，結(jié)構(gòu)304可以包含鋁、鈦、不銹鋼、銅和鉭中的至少一種。結(jié)構(gòu)304的上表面306接觸涂層302，并具有改善上覆涂層302到結(jié)構(gòu)304的粘附力的表面粗糙度。例如，上表面306可以具有至少約2.0微米(80微英寸)的表面粗糙度。涂層302也包含在激發(fā)氣體中耐侵蝕的金屬材料，例如鋁、鈦、銅和鉻中的至少一種。涂層302還可以包含經(jīng)紋理化的暴露表面308，以使在襯底104的處理中所產(chǎn)生的處理殘留物粘附到涂層302的表面308上。
部件300在處理一個或者多個襯底104之后被清潔和刷新，以從部件300去除處理殘留物并且清潔結(jié)構(gòu)304的上表面306，提供具有下述特性的表面，所述特性允許改善下方結(jié)構(gòu)304和涂層302之間的結(jié)合。例如，可以清潔結(jié)構(gòu)304的上表面306，以從結(jié)構(gòu)304的表面306去除化合物和微粒，所述化合物或者微粒例如是在涂層302和結(jié)構(gòu)304之間生長的金屬間化合物310，如在圖1A中所示的。表面306還可以通過使表面306粗糙而被紋理化，以在涂層302和結(jié)構(gòu)304之間提供更好的粘附。
用于處理室部件300的清潔和刷新工藝的實施例的示例被示出在圖2的流程圖中。該方法的實施例通常包括從下方結(jié)構(gòu)304去除第一金屬層302a以暴露具有金屬間化合物310的表面306；進行滲透微珠噴砂步驟以去除金屬間化合物310；進行紋理化微珠噴砂步驟以使表面306粗糙到預(yù)定的平均表面粗糙度；以及在表面上形成第二金屬層302b。
在一個方案中，涂層302包括第一金屬層302a，其中，通過將涂層302的表面308浸入例如酸性或者堿性清潔溶液的清潔溶液中，至少部分地從結(jié)構(gòu)304去除第一金屬層302a。合適的酸性清潔溶液可以包含HF、HNO3、HCl、H3PO4和H2SO4中的至少一種。合適的堿性清潔溶液可以包含KOH、NH4OH、NaOH和K2CO3中的至少一種。還可以使清潔溶液適用從部件300去除積累的處理殘留物。在一個方案中，表面308被浸入多于一種的清潔溶液中，以提供對于涂層302和處理殘留物兩者的所期望的去除。例如，涂層302的表面308可以被浸入酸性清潔溶液中，所述酸性清潔溶液包含從約2M到約8M的HF(例如約5M的HF)和從約2M到約15M的HNO3(例如約12M的HNO3)。然后將表面308浸入堿性清潔溶液中，所述堿性清潔溶液包含從約1M到約8M的KOH(例如約3M的KOH)。圖1A示出了具有涂層302的待刷新的部件300，而圖1B示出了部件300，其中涂層302通過作為刷新工藝的一部分的侵入清潔溶液中的操作，已經(jīng)被從所述部件300去除。
一旦涂層302被去除，進行清潔步驟以去除金屬間化合物310，其中所述金屬間化合物310生長在位于下方結(jié)構(gòu)304和涂層302之間的界面處的結(jié)構(gòu)表面306上。如例如在圖1A和圖1B中示出的，這些金屬間化合物可以包含來自涂層302和結(jié)構(gòu)304的金屬物，所述金屬物在涂層302和結(jié)構(gòu)304之間形成金屬化合物的無序的團聚物。人們認(rèn)為金屬間化合物310是由于在室工作期間的經(jīng)涂層部件300的熱循環(huán)形成的，其中所述熱循環(huán)導(dǎo)致涂層302和下方結(jié)構(gòu)304的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的破壞，并且導(dǎo)致結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞的金屬物遷移到界面。金屬間化合物310可以包含來自涂層302和下方結(jié)構(gòu)304的凝聚材料的組合，例如FeAl、Fe3Al和NiAl化合物，并且金屬間化合物310也可以在結(jié)構(gòu)304的表面306上形成化合物層。在涂層302和結(jié)構(gòu)304之間金屬間化合物310的形成減小了表面306和涂層302之間的接觸面積，因此減小了涂層302到結(jié)構(gòu)表面306的粘附。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種從暴露表面306去除金屬間化合物310的改進工藝，所述工藝包括進行滲透微珠噴砂步驟。在微珠噴砂工藝中，加壓氣體將固體噴砂微珠312朝向下方結(jié)構(gòu)304的表面306推進。通過選擇微珠噴砂條件以滲透表面中的裂紋和裂縫311來進行滲透微珠噴砂，以去除金屬間化合物。例如，可以選擇具有更小微珠直徑的噴砂微珠312，所述更小微珠直徑的噴砂微珠能夠更好地滲透窄的裂紋和裂縫311，以提供更好的總體的金屬間化合物的去除。微珠直徑可以是基本上為球形的微珠的直徑，并且也可以是不夠完美球形的微珠的平均尺寸的量度，不夠完美球形的微珠例如是包含橢球或者甚至立方形的微珠。在一個實施例中，將直徑小于約180微米的噴砂微珠312朝向表面306推進，其中，小于約180微米的直徑例如是從約80微米到約180微米，甚至是約100微米到約180微米，例如約150微米。例如，噴砂微珠可以基本由直徑小于約180微米的微珠組成。該直徑可以對應(yīng)于具有至少約80的篩網(wǎng)尺寸，例如為從約80到約120，甚至是約100。也可以選擇比裂縫311的平均寬度更小的微珠直徑，以使微珠滲透到裂縫中。合適的微珠材料可以包括例如氧化鋁、玻璃、硅石或者硬塑料。
滲透微珠噴砂工藝還使用較低壓力的氣體用于推進精細噴砂微珠312。在滲透微珠噴砂工藝中用于將微珠312朝向表面推進的氣體的壓力可以小于約310千帕(45磅/平方英寸)，例如從約172kPa(25psi)到約310kPa(45psi)，甚至為約241kPa(35psi)。適于提供滲透微珠噴砂工藝的其他微珠噴砂條件包括微珠312相對于表面306的入射角度為從約35度到90度，例如從約35度到約55度，甚至是約45度；以及微珠312從微珠噴砂機到下方結(jié)構(gòu)304的表面306行進的投射距離(standoffdistance)為從約10cm到約25cm，例如從約10cm到約15cm。
利用較細微珠和較低微珠噴砂壓力的滲透微珠噴砂工藝提供了對于表面306上的金屬間化合物310的優(yōu)異的清潔性能，而不會損傷表面306的下方結(jié)構(gòu)。由較溫和的滲透微珠噴砂工藝提供的改善結(jié)果是意想不到的，因為人們先前相信從表面306更完全和更徹底去除金屬間化合物310需要更劇烈的微珠噴砂工藝。如例如在圖1C中示出的，較溫和的微珠噴砂工藝提供基本不存在金屬間化合物310的表面306，由此提高部件300的工作壽命，因為同一部件可以被更多次的清潔。
然后，進行隨后的紋理化微珠噴砂步驟，以紋理化下方結(jié)構(gòu)304的表面306來提高隨后所涂敷的涂層302的粘附力?？梢赃M行紋理化微珠噴砂工藝，以將表面恢復(fù)到所期望的表面粗糙度，所述表面粗糙度可能已經(jīng)被減小了，例如被用于去除涂層302的化學(xué)清潔溶液減小了。紋理化微珠噴砂工藝?yán)硐氲匕葷B透微珠噴砂工藝相對更劇烈的微珠噴砂工藝條件，其中噴砂微珠312具有更大的微珠直徑，刻鑿表面306的更大區(qū)域。該工藝還可以包含更高的氣體壓力，所述更高的氣體壓力以更大的力將微珠312向表面306推進，來提供預(yù)定的表面粗糙度。劇烈的紋理化步驟理想地提供至少約3.81微米(150微英寸)、甚至至少約4.32微米(170微英寸)的結(jié)構(gòu)表面306的平均表面粗糙度，例如從約3.81微米(150微英寸)到約8.89微米(350微英寸)、以及甚至從約4.45微米(175微英寸)到約8.89微米(350微英寸)。在一個方案中，包含不銹鋼的結(jié)構(gòu)304的表面306被微珠噴砂到從約4.45微米(175微英寸)到約6.35微米(250微英寸)(例如約5.33微米(210微英寸))的平均粗糙度。在另一個方案中，包含鈦的結(jié)構(gòu)304的表面306被微珠噴砂到從約4.45微米(175微英寸)到約8.89微米(350微英寸)(例如約7.62微米(300微英寸))的平均粗糙度。在圖1D中示出了在紋理化微珠噴砂工藝中被粗糙化的部件300的示例。
在合適的紋理化微珠噴砂步驟的示例中，將直徑為至少約400微米(例如從約400微米到約1000微米，甚至約450微米)噴砂微珠312朝向表面306推進，以將表面306粗糙到預(yù)定的平均表面粗糙度。該微珠尺寸可以對應(yīng)于小于約70的篩網(wǎng)尺寸，例如從約24到約70，甚至是約36。用于推進微珠312的空氣的合適壓力可以是至少約138kPa(20psi)的壓力，例如從約138kPa(20psi)到約827kPa(120psi)，甚至是至少約276kPa(40psi)的壓力，例如從約276kPa(40psi)到約414kPa(60psi)(例如約310kPa(45psi))?？諝鈮毫σ部梢允潜仍跐B透微珠噴砂步驟中使用的壓力高至少約69kPa(10psi)。適合提供紋理化微珠噴砂工藝的其他微珠噴砂條件包括微珠312相對于表面306的入射角度為從約45度到90度，甚至從約50度到約70度；以及微珠312從微珠噴砂機到下方結(jié)構(gòu)304的表面306行進的投射距離為從約10cm到約25cm，例如從約10cm到約15cm。一旦金屬間化合物已經(jīng)被去除，優(yōu)選在滲透微珠噴砂步驟后進行紋理化微珠噴砂步驟。但是，紋理化步驟也可以在滲透噴砂步驟之前進行，并且紋理化和滲透微珠噴砂步驟可以交替或者以其他次序反復(fù)進行。
在測量諸如平均粗糙度的表面306性能時，可以使用國際標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B.46.1-1995規(guī)定的適當(dāng)?shù)娜娱L度(cut-off length)和評價長度(evaluation length)。下面的表1示出了由此標(biāo)準(zhǔn)定義的平均粗糙度的值、適當(dāng)?shù)娜娱L度以及最小和典型評價長度之間的對應(yīng)關(guān)系。
表1

平均粗糙度可以通過表面光度儀(profilometer)或者掃描電鏡測量，其中，所述表面光度儀將探針在表面306上方經(jīng)過并且生成表面306上的凸凹的高度的波動軌跡，而所述掃描電鏡利用從表面306反射的電子束來生成表面306的圖像。
一旦下方結(jié)構(gòu)304的表面306通過上述刷新工藝被清潔和紋理化，就在表面306的至少一部分上方形成包含第二金屬層302b的涂層302。第二金屬層302b可以包含與第一金屬層302a相同的或者不同的材料，例如，第二金屬層302b可以包含基本耐受襯底處理室中的侵蝕的一種或者多種金屬，例如鋁、鈦、銅和鉻中的至少一種。通過在涂層302和下方結(jié)構(gòu)304之間提供較強結(jié)合的方法涂敷涂層302，以保護下方結(jié)構(gòu)304。例如，可以通過一種或者多種化學(xué)或者物理沉積工藝或者通過例如雙絲電弧噴鍍法、等離子體電弧法或者含氧燃料火焰噴鍍法之類的火焰濺鍍或者熱濺鍍，來涂敷涂層302。在圖1E中示出了具有包含第二金屬層的涂層302的經(jīng)刷新的部件300。
在一個方案中，如例如在2001年5月8日授予Lazarz等的美國專利No.6,227,435 B1和1997年12月9日授予Scruggs的美國專利No.5,695,825中所描述的，通過雙絲電弧噴鍍工藝將包含金屬層302b的涂層302涂敷到經(jīng)清潔的表面306，這兩篇專利通過引用其全文被包含于此。在雙絲電弧熱噴鍍工藝中，熱噴鍍器(沒有示出)包含兩個自耗電極，所述兩個電極的形狀和放置角度允許在其間形成電弧。例如，自耗電極可以包含由待涂層在表面上的金屬形成的雙絲，自耗電極成角度地彼此相對以允許在最近點附近形成放電。當(dāng)在自耗電極上施加電壓時，在自耗電極之間產(chǎn)生電弧放電，同時諸如空氣、氮氣或者氬氣中的一種或者多種的載氣在電極之間流動。電極之間的電弧放電使電極上的金屬霧化(atomize)和至少部分液化，并且由電弧放電電極激發(fā)的載氣從熱噴鍍器朝向下方結(jié)構(gòu)304的表面306推進熔融粒子。熔融粒子撞擊在下方結(jié)構(gòu)304的表面306上，在所述表面306上，所述熔融粒子冷卻并凝聚以形成保形的涂層302。當(dāng)絲被用作自耗電極時，可以將絲連續(xù)地供給到熱噴鍍器中，以提供金屬材料的連續(xù)輸入。
選擇在熱噴鍍過程中的操作參數(shù)，以適于調(diào)節(jié)涂層材料應(yīng)用的特性，操作參數(shù)例如是涂層材料在其通過從熱噴鍍器到下方結(jié)構(gòu)表面306的路程時的速度和涂層材料的溫度。例如，可以選擇氣體流量、功率水平、粉末供給速率、載氣流量、從熱噴鍍器到表面306的投射距離以及涂層材料相對于表面306的沉積角度，以改善涂層材料的涂敷和涂層302到下方結(jié)構(gòu)表面306的隨后的粘附。例如，自耗電極之間的電壓可以被選擇為從約10V到約50V，例如為約30V。此外，在自耗電極之間的電流可以被選擇為從約100A到約1000A，例如為約200A。熱噴鍍器的功率水平通常在從約6到約80kW的范圍，例如約為10kW。
還可以選擇投射距離和沉積角度，以調(diào)節(jié)涂層材料在表面306上的沉積特性。例如，投射距離和沉積角度可以被調(diào)節(jié)以修改熔融涂層材料在撞擊表面時濺射的圖案，以形成例如“薄餅”和“薄片”圖案。還可以調(diào)節(jié)透射距離和沉積角度，以修改在涂層材料撞擊表面306時涂層材料的液滴尺寸、速度或者相。在一個實施例中，熱噴鍍器和表面之間的透射距離為約15cm，并且涂層材料到表面306上的沉積角度為約90度。
可以調(diào)節(jié)涂層材料的速度，以適當(dāng)?shù)貙⑼繉硬牧铣练e在表面306上。在一個實施例中，粉末化的涂層材料的速度是從約100到約300米/秒。而且，可以調(diào)整熱噴鍍器，使得在涂層材料撞擊表面時涂層材料的溫度為至少約熔融溫度。熔點以上的溫度可以產(chǎn)生高密度和高結(jié)合強度的涂層。例如，在放電周圍被激發(fā)的載氣的溫度可以超過5000℃。但是，在放電周圍被激發(fā)的載氣的溫度也可以被設(shè)定為足夠低，使得涂層材料在與表面306撞擊時保持一段時間的熔融。例如，合適的時間長度可以至少約數(shù)秒。
理想地選擇熱噴鍍工藝參數(shù)，以提供具有期望結(jié)構(gòu)和表面特性的涂層302，例如具有期望的涂層厚度、涂層表面粗糙度以及涂層的孔隙率，這些對提高經(jīng)涂層的部件的性能有幫助。涂層302的厚度可以影響涂層302到下方結(jié)構(gòu)304的粘附性和部件300的耐侵蝕性能。涂層302的合適的厚度可以例如從約152微米(0.006英寸)到約508微米(0.02英寸)。對于由鋁涂層302覆蓋的下方結(jié)構(gòu)304，涂層302的合適厚度可以從約254微米(0.01英寸)到約508微米(0.02英寸)，例如約304微米(0.012英寸)，所述下方結(jié)構(gòu)304例如為經(jīng)涂層的不銹鋼結(jié)構(gòu)或者鈦結(jié)構(gòu)。還可以選擇熱噴鍍工藝參數(shù)，以提供具有經(jīng)紋理化表面308的涂層302，其中處理殘留物可以粘附到紋理化表面308上。例如，涂層302可以具有紋理化的表面308，所述紋理化表面308具有從約25微米(1000微英寸)到約50.8微米(2000微英寸)的表面粗糙度。
還可以進行另外的清潔步驟，以清潔一個或者多個涂層302和下方結(jié)構(gòu)表面306。例如，可以在微珠噴砂之后而在涂敷涂層302之前，通過進行超生波清潔步驟來清潔下方結(jié)構(gòu)表面306，其中在所述超聲波清潔步驟中，下方結(jié)構(gòu)304被浸入包含去離子水的清潔浴(cleaning bath)中，并且聲波被引入清潔浴中以輕微地攪動表面306。然后可以將表面306加熱到至少100℃的溫度，以干燥部件300并去除揮發(fā)性雜質(zhì)。也可以在去離子水超聲波清潔步驟中清潔涂層302的表面308。也可以提供加壓的N2流來清潔涂層302或者下方結(jié)構(gòu)304的表面。
已經(jīng)根據(jù)所述工藝被清潔和刷新的部件300表現(xiàn)出在涂層302和下方結(jié)構(gòu)304之間明顯提高的結(jié)合力，和提高的部件壽命。例如，根據(jù)該工藝清潔和涂層的部件在沉積室106中提供了提高的性能，其中，在沉積室106中形成的濺射材料可以在部件300的暴露表面上累積到至少約100微米甚至到約300微米的厚度，而基本不會導(dǎo)致涂層302從部件300散裂。而且，根據(jù)本方法清潔和刷新的部件可以被用來處理至少約4個襯底104，而基本不會有涂層302的散裂。此外，改進的刷新工藝允許經(jīng)涂層的部件300被刷新和再使用至少約15次而基本上不會出現(xiàn)部件300的失效。相比而言，沒有充分去除金屬間化合物310的傳統(tǒng)刷新工藝僅僅允許部件300刷新和再使用5次。因此，本刷新工藝提供了一種部件300，其壽命是經(jīng)傳統(tǒng)方法刷新的部件300的壽命長度的至少2倍。
在圖3中示出了具有根據(jù)本工藝被刷新的部件的合適處理室106的示例。室106可以是多室平臺(沒有示出)的一部分，所述多室平臺具有由機械手機構(gòu)連接的一組互連的室，其中所述機械手在室106之間傳送襯底104。在示出的方案中，處理室106包括濺射沉積室，也被稱為物理氣相沉積室或PVD室，所述濺射沉積室能夠?qū)⒊练e材料濺射到襯底104上，所述沉積材料例如是鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、銅、鎢、氮化鎢和鋁中的一種或者多種。室106包含包圍處理區(qū)109的圍壁118，所述圍壁118包括側(cè)壁164、底壁166和頂壁168。支撐環(huán)130可以被布置在側(cè)壁164和頂壁168之間以支撐頂壁168。其他的室壁可以包括一個或者多個護罩120，所述護罩120使圍壁118與濺射環(huán)境隔離。
室106包含用于在濺射沉積室106中支撐襯底的襯底支撐114。襯底支撐114可以是電浮空或者可以包含電極170，其中所述電極170被諸如RF電源的電源172加偏壓。襯底支撐114還可以包含擋板盤133，在沒有襯底104時所述擋板盤133可以保護支撐114的上表面134。在操作中，襯底104通過室106側(cè)壁164上的襯底加載入口(沒有示出)被引入室106中，并被置于支撐114上。支撐114可以通過支撐升降伸縮架(support lift bellows)上升或者下降，并且在將襯底104運送進室106和運送出室106的過程中，可以使用升降臂組件(沒有示出)來將襯底升起和下降到支撐114上。
支撐114還可以包括一個或者多個諸如覆蓋環(huán)126和沉積環(huán)128的環(huán)，其覆蓋支撐114的上表面134的至少一部分以防止支撐114的侵蝕。在一個方案中，沉積環(huán)128至少部分地包圍襯底104以保護支撐114沒有被襯底104覆蓋的部分。覆蓋環(huán)126環(huán)繞和覆蓋沉積環(huán)128的至少一部分，并減少粒子到沉積環(huán)128和下方支撐114上的沉積。
包含處理氣體源的氣體輸送系統(tǒng)112將諸如濺射氣體的處理氣體引入室106中，所述處理氣體源包含一個或者多個氣源174，所述氣源中的每一個提供管道176，所述管道176具有諸如質(zhì)量流量控制器的氣體流量控制閥178，以使設(shè)定流速的氣體從其通過。管道176可以將氣體供給到混合歧管(沒有示出)，在所述混合歧管中，氣體被混合以形成期望的處理氣體組成?；旌掀绻芟驓怏w分配器180供料，所述氣體分配器180具有一個或者多個處在室106中的氣體出口182。處理氣體可以包含諸如氬氣或者氙氣的非反應(yīng)性氣體，所述非反應(yīng)性氣體能夠有力地撞擊到靶上并從靶上濺射出材料。處理氣體還可以包含諸如一種或者多種的含氧氣體或者含氮氣體之類的反應(yīng)性氣體，所述反應(yīng)性氣體能夠與濺射出的材料反應(yīng)，以在襯底104上形成層。用過的處理氣體和副產(chǎn)品通過排氣裝置120被從室106排出，所述排氣裝置120包含一個或者多個排氣端口184，所述排氣端口184接收用過的氣體并使用過的氣體通過排氣管道186，其中所述排氣管道186具有節(jié)流閥188以控制室106中的氣體壓力。排氣管道186提供一個或者多個排氣泵190。通常，室106中濺射氣體的壓力被設(shè)定為次常壓水平。
濺射室106還包括濺射靶124，所述濺射靶124面向襯底104表面105并包含待濺射到襯底104上的材料。靶124通過環(huán)形絕緣體環(huán)132與室106電隔離，并且被連接到電源192。濺射室106還具有護罩120，所述護罩120保護室106的壁118不受濺射出的材料的影響。護罩120可以包含具有上護罩部分120a和下護罩部分120b的壁狀圓筒形，其中所述上護罩部分120a和下護罩部分120b保護室106的上部區(qū)域和下部區(qū)域。在圖3所示的方案中，護罩120具有安裝到支撐環(huán)130上的上部分120a和裝配到覆蓋環(huán)126上的下部分120b。也可以提供包含夾持環(huán)的夾持護罩141，以將上護罩部分120a和下護罩部分120b夾持在一起。也可以提供諸如內(nèi)外護罩的其他可選護罩結(jié)構(gòu)。在一個方案中，電源192、靶124和護罩120中的一個或者多個作為能夠激發(fā)濺射氣體以從靶124濺射材料的氣體激發(fā)器116。電源192給靶124施加相對于護罩120的偏壓。由施加的電壓在室106中產(chǎn)生的電場激發(fā)濺射氣體以形成等離子體，所述等離子體有力地撞擊到靶124上并轟擊靶124，以將材料從靶濺射到襯底104上。具有電極170和支撐電極電源172的支撐114通過激發(fā)和朝向襯底104加速從靶124濺射出的離子化材料，也可以作為氣體激發(fā)器116的一部分。此外，可以提供氣體激發(fā)線圈135，所述氣體激發(fā)線圈135由電源192供電并被置于室106中以提高激發(fā)氣體特性，例如提高激發(fā)氣體的密度。氣體激發(fā)線圈135可以由線圈支撐137支撐，所述線圈支撐137被安裝到護罩120或者室106中的其他壁上。
室106被控制器194控制，所述控制器194包含程序代碼，所述程序代碼具有被設(shè)定來操作室106的部件從而對室106中的襯底104進行處理的指令。例如，控制器194可以包含襯底定位指令，設(shè)定來操作一個或者多個襯底支撐114和襯底運送裝置在室106中定位襯底104；氣體流量控制指令，設(shè)定來操作流量控制閥178以設(shè)置濺射氣體到室106的流動；氣體壓力控制指令，設(shè)定來操作排氣節(jié)流閥188以保持室106中的壓力；氣體激發(fā)器控制指令，設(shè)定來操作氣體激發(fā)器116以設(shè)定氣體激發(fā)功率水平；溫度控制指令，設(shè)定來控制室106中的溫度；以及工藝監(jiān)控指令，設(shè)定來監(jiān)控室106中的工藝過程。
雖然示出并描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計包含本發(fā)明的其他實施例，并且這些實施例也在本發(fā)明的范圍之中。例如，還可以清潔不同于在此描述的示例性部件的其他室部件。也可以結(jié)合所描述的清潔步驟使用其他的清潔步驟。此外，針對示例性實施例所示出的關(guān)系或者位置術(shù)語是可以互換的。因此，所附的權(quán)利要求不應(yīng)限制為在此記載的對于優(yōu)選方案、材料或者空間布置的描述。
權(quán)利要求
1.一種刷新處理室的部件的方法，所述部件包括具有涂層的結(jié)構(gòu)，所述涂層包含金屬間化合物上方的第一金屬層，所述方法包括(a)去除所述第一金屬層以形成暴露表面，所述暴露表面至少部分地包含所述金屬間化合物；(b)通過利用被加壓到低于約310kPa的壓力的氣體朝向所述暴露表面推進微珠直徑小于約180微米的噴砂微珠，來進行滲透微珠噴砂步驟，由此從所述結(jié)構(gòu)的所述暴露表面去除所述金屬間化合物，以形成經(jīng)清潔的表面；以及(c)在所述經(jīng)清潔的表面上方形成第二金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括利用微珠直徑從約80微米到約180微米的噴砂微珠對所述暴露表面進行微珠噴砂處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述暴露表面包含裂縫，并且其中所述微珠直徑被選擇為小于所述裂縫的平均寬度，由此所述噴砂微珠可以滲透到所述裂縫中以去除所述金屬間材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)包括通過利用被加壓到從約172kPa到約310kPa的壓力的氣體朝向所述暴露表面推進噴砂微珠，來對所述暴露表面進行微珠噴砂處理。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括紋理化微珠噴砂步驟，用于紋理化所述經(jīng)清潔的表面以具有從約3.81微米到約8.89微米的平均表面粗糙度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述紋理化微珠噴砂步驟包括利用被加壓到從約276kPa到約414kPa的壓力的氣體向所述暴露表面推進微珠直徑從約400微米到約1000微米的噴砂微珠。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)包含鋁、鈦、不銹鋼、銅和鉭中的至少一種，并且其中所述涂層包含鋁、鈦、銅和鉻中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將所述第一金屬層的表面浸入包含酸性或者堿性溶液的清潔溶液中，以溶解所述第一金屬層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包括在所述經(jīng)清潔的表面上方雙絲電弧噴鍍所述第二金屬層。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法所刷新的部件，其中所述部件能夠通過所述方法被刷新至少約15次，而基本上不會出現(xiàn)所述部件的失效。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法所刷新的部件，其中所述部件包含圍壁、室護罩、靶、覆蓋環(huán)、沉積環(huán)、支撐環(huán)、絕緣體環(huán)、線圈、線圈支撐、擋板盤、夾持護罩和襯底支撐中的一個或者多個的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種清潔和刷新處理室的部件以從部件表面去除金屬間化合物的方法。所述部件包括具有涂層的結(jié)構(gòu)，所述涂層包含金屬間化合物上方的第一金屬層。為了刷新部件，第一金屬層被去除以形成暴露表面，所述暴露表面至少部分地包含金屬間化合物。在滲透微珠噴砂步驟中，通過利用被加壓到低于約310kPa(45psi)的壓力的氣體朝向暴露表面推進微珠直徑小于約180微米的噴砂微珠，對暴露表面進行微珠噴砂處理，由此從所述結(jié)構(gòu)的暴露表面去除金屬間化合物，以形成經(jīng)清潔的表面。然后在經(jīng)清潔的表面上方形成第二金屬層。
文檔編號B32B15/04GK1609259SQ20041008
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者林一莘, 徐大江, 克利福德·斯托 申請人:應(yīng)用材料公司