專利名稱：對(duì)具有涂層的處理腔組件進(jìn)行清潔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種清潔和修整處理腔組件的方法。
背景技術(shù)：
可在激勵(lì)處理氣體中(例如等離子體中)利用襯底處理腔來處理襯底以制造電子電路，例如集成電路芯片和顯示器。典型地，處理腔包括一個(gè)包圍處理區(qū)的圍壁，處理氣體被引入處理區(qū)中；一個(gè)激勵(lì)處理氣體的氣體激勵(lì)器；以及一個(gè)排放系統(tǒng)，其排放和控制處理腔中處理氣體的壓力。處理腔可被用于，例如將材料沉積到襯底上或者從襯底蝕刻材料。例如，處理腔可被用于將材料濺射沉積到襯底上，例如金屬(例如鋁、銅或者鉭)或者金屬化合物(例如氮化鉭或者氮化鈦)。
暴露在處理腔中的處理腔組件(例如腔側(cè)壁、頂板、襯墊或者沉積環(huán)的表面)通常被涂覆一個(gè)涂層，例如該涂層可用于增強(qiáng)濺射材料與涂層的附著力，以增強(qiáng)下層材料對(duì)于處理腔中等離子體的抗蝕性，或者提供某些其他需要的屬性，例如具有導(dǎo)電表面。例如，處理腔組件可由噴射涂覆有鋁涂層的氧化鋁或石英和等離子體制造。在另一個(gè)實(shí)施例中，由金屬制造的組件可用陶瓷涂層涂覆，例如氧化鋁涂層。
這些具有涂層的組件通常需要頻繁的清潔和修整，以保持它們?cè)O(shè)計(jì)特性。例如，當(dāng)在PVD工藝中使用這樣的處理腔組件以將沉積材料靶濺射到襯底上時(shí)，被濺射的材料也累積在組件的表面上。累積的處理沉積物能導(dǎo)致熱膨脹壓力，而熱膨脹壓力導(dǎo)致下面的涂層與下層的結(jié)構(gòu)分離、分解和剝落。處理腔中的等離子體能夠穿透涂層的受損區(qū)域來腐蝕下層結(jié)構(gòu)的暴露表面，甚至導(dǎo)致組件失效。典型地，在處理了大量襯底之后，實(shí)施修整工藝來清潔和修整具有涂層的組件。修整工藝可包括除去處理沉積物，例如已經(jīng)累積在涂層表面上的濺射的材料，也包括用新鮮的涂層重新涂覆組件。修整工藝減少了在襯底的處理期間發(fā)生涂層從組件剝落或者脫落，因此減少了在腔中被處理襯底的污染。
在一種傳統(tǒng)的修整工藝中，“剝離”(lift-off)工藝被用于從有涂層的組件除去涂層和清潔組件的表面。在典型的“剝離”工藝中，通過從處理沉積物的下面除去涂層，處理沉積物被至少部分地除去，類似在“The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication”，byStephen A.Campbell，Oxford University Press，1996，pages 274-275和“Silicon Processing for the VLSI Era，Volume 1Process Technology”，byStanley Wolf and Richard N.Tauber，Lattice Press，1986，pages 535-537中描述的方法，在此這兩篇文獻(xiàn)全部并入作為參考。
在一類傳統(tǒng)剝離修整工藝中，其上具有處理沉積物的有涂層的組件首先被浸入到一種剝離或者分解涂層的堿性溶液中(例如KOH)，從而除去覆蓋的處理沉積物，留下無遮蔽的、沒有涂層的組件。在這個(gè)步驟之后，組件的無遮蔽表面被進(jìn)一步清潔，通過將所述表面浸入酸性溶液(例如HF和HNO3溶液)中來除去殘留的處理沉積物。隨后可再次將涂層涂覆在剝離工藝中清潔的組件上。然而，上述工藝可導(dǎo)致被修整的組件具有不希望的低部件壽命，這至少部分是由于在涂層已經(jīng)被除去之后，酸性的HF和HNO3溶液對(duì)組件的裸露表面的腐蝕行為。酸性溶液化學(xué)地攻擊組件的裸露表面并破壞所述表面。隨后涂覆到受損組件表面的涂層的附著力很弱，因而可能從組件表面脫落或者剝落。
此外，傳統(tǒng)的剝離工藝也不能除去金屬間(intermetallic)層，金屬間層能夠在涂層和一個(gè)下層金屬組件之間的界面上形成，且被認(rèn)為是由處理腔中的部件的熱循環(huán)造成的。這個(gè)金屬間層能夠弱化涂層和下層組件之間的粘合界面，并且這種金屬間層的堆積可使部件壽命減少。
因此，希望獲得一種能夠修整和清潔組件的工藝，從而在襯底處理環(huán)境中提供具有理想表面屬性的組件。此外還希望獲得一種修整和清潔組件的方法，以在制造工藝中提供長(zhǎng)壽命組件，在該制造工藝中大量的濺射材料可能沉積在組件上。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，一種清潔和修整一個(gè)具有金屬涂層的處理腔組件的方法，其中金屬涂層上具有一個(gè)表面，所述方法包括將金屬涂層的表面浸入一種酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物，并且隨后將所述金屬涂層表面浸入一種堿性溶液中，以基本上除去所有的金屬涂層。
一種修整處理腔組件的方法，其中所述處理腔組件包括其上具有金屬涂層的下層陶瓷結(jié)構(gòu)，所述方法包括將金屬涂層的表面浸入包括HF和HNO3的酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物，并且隨后將所述金屬涂層表面浸入到一種包括KOH的堿性溶液中以基本除去所有的金屬涂層，從而使下層結(jié)構(gòu)的下層表面中的至少一部分暴露出來?？蛇x地，所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述下層結(jié)構(gòu)的頂表面進(jìn)行噴丸處理，以使下層表面的平均粗糙度小于約150微英寸，并在所述下層表面的至少一部分上重新形成金屬涂層。
一種修整處理腔組件的方法，其中所述處理腔組件包括其上具有金屬涂層的下層陶瓷結(jié)構(gòu)，所述方法包括將金屬涂層的表面浸入包括HF和HNO3中至少一種的酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物，并且隨后將所述金屬涂層的表面浸入一種包括KOH的堿性溶液中，以基本除去所有的金屬涂層，從而使下層結(jié)構(gòu)的下層表面中的至少一部分暴露出來?？蛇x地，所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述下層金屬結(jié)構(gòu)的下層表面進(jìn)行噴丸處理，以使頂表面的平均粗糙度至少為約160微英寸，并在所述下層表面的至少一部分上重新形成金屬涂層。


根據(jù)下面的描述、所附的權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將被更好地理解，其中

本發(fā)明的實(shí)施例。然而應(yīng)該理解的是，可在本發(fā)明中一般地使用每個(gè)特征，而不是僅僅在特定附圖的上下文中使用，且本發(fā)明包括這些特征的任意組合，其中圖1是具有金屬涂層的處理腔組件的示意性的截面?zhèn)纫晥D；圖2是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明工藝的實(shí)施方式；圖3A是具有金屬涂層的處理腔組件的示意性截面?zhèn)纫晥D，其中金屬涂層上有處理沉積物；圖3B是圖3A的處理腔組件在除去處理沉積物之后的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖3C是圖3B的處理腔組件在除去涂層之后的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖3D是圖3C的具有金屬間層的處理腔組件的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖4是一種包括有多處理腔平臺(tái)的裝置的實(shí)施方式的示意性截面頂視圖，大量的互連PVD腔安裝在該多處理腔平臺(tái)上；圖5是適合處理襯底的PVD腔實(shí)施方式的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖6是能夠操作圖5的PVD腔的計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤┓绞降膶哟慰刂平Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化方塊圖；圖7是一個(gè)條形圖，其比較了根據(jù)本工藝修整的組件上的金屬涂層的粘合強(qiáng)度；圖8顯示了與具有較低粘合強(qiáng)度的組件相比，修整涂層的較高標(biāo)準(zhǔn)化的粘合強(qiáng)度允許修整部件能夠在回收利用之前處理更多數(shù)量的襯底；圖9是一個(gè)圖表，顯示了在根據(jù)傳統(tǒng)工藝修整的組件和根據(jù)本方法修整的組件之間的等離子體功率小時(shí)的累積數(shù)量的不同。
具體實(shí)施例方式
本工藝被用于修整和清潔處理腔的具有涂層的組件300，處理腔能夠提供增強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性和更好地阻止涂層304從組件300剝落。本工藝被用于修整處理腔36a中的一個(gè)或多個(gè)易于受腐蝕的組件300，例如，襯底支架18的組件300。在一個(gè)方案中，支架18的組件300包括一個(gè)或多個(gè)在沉積腔36a中使用的沉積環(huán)15或者覆蓋環(huán)17。可被形成的其他處理腔組件300包括，例如，一部分處理腔圍壁12，例如側(cè)壁或者遮護(hù)板20、襯墊(未示出)或頂板13；一部分氣體分配器39，例如氣體入口33；一部分氣體排放系統(tǒng)28和一部分氣體激勵(lì)器90。圖1顯示了依照本發(fā)明的方法的實(shí)施方式形成的組件300的截面視圖。
在一個(gè)方案中，處理腔組件300包括涂覆金屬涂層304的下層結(jié)構(gòu)302。下層結(jié)構(gòu)302可包括陶瓷下層結(jié)構(gòu)203，例如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硅中的一種或多種。下層結(jié)構(gòu)302也可包括金屬下層結(jié)構(gòu)，例如鋁、鈦、不銹鋼、銅和鉭中的一種或多種。下層結(jié)構(gòu)302被修整和清潔以提供表面306，表面306的特性使得下層結(jié)構(gòu)302和覆在上面的涂層304之間的粘合增強(qiáng)。例如，下層結(jié)構(gòu)302的表面306可被清潔，以從下層結(jié)構(gòu)302的表面306除去至少一部分的處理沉積物或者其他松散的顆粒，因此增強(qiáng)涂層304到表面306的粘附力。也可通過使表面306粗糙來加工表面306，以提供金屬涂層304和下層結(jié)構(gòu)302之間更強(qiáng)的粘附力。此外，下層陶瓷結(jié)構(gòu)302的表面306可被清潔以從表面306除去松散粘合的顆?；蛘呤軗p的顆粒，在表面306上提供穩(wěn)定的顆粒邊界區(qū)域，其允許在下層結(jié)構(gòu)302和覆在上面的涂層304之間形成適當(dāng)強(qiáng)的粘合。
清潔和修整具有涂層的處理腔組件300的方法的實(shí)施方式顯示在圖2的流程圖中。在這個(gè)實(shí)施方式中，具有涂層的處理腔組件300在第一個(gè)清潔步驟中被清潔，即將組件表面浸入一種酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物，特別是非噴砂的、非涂覆的部分。隨后執(zhí)行第二個(gè)清潔步驟，即將組件表面浸入一種堿性溶液中，以從所述組件基本除去所有的涂層，因此暴露了所述組件的下層表面。優(yōu)選地，完全從組件300上除去涂層。可選地，執(zhí)行噴丸處理步驟以使下層表面粗糙，且涂層304在下層表面306的至少一部分上重新形成。
在第一個(gè)清潔步驟中，具有涂層的組件300的表面308被暴露給一種酸性溶液，該酸性溶液能夠從組件300的表面308至少部分地除去處理沉積物309。表面308是整個(gè)組件300的表面，它是由沒有涂層的表面部分305和具有涂層的表面部分307組成的。所述酸性溶液包括溶解的酸性物質(zhì)，其能夠與處理沉積物309發(fā)生反應(yīng)并從組件300的所有表面308除去處理沉積物309，例如通過與處理沉積物309發(fā)生反應(yīng)來形成在所述酸性溶液中容易溶解的物質(zhì)。但是，所述酸性溶液不過度腐蝕，否則在處理沉積物309從組件300的那部分除去之后，會(huì)破壞組件300的表面305的暴露部分。這對(duì)于具有涂層的部分307不是問題，因?yàn)樵谶@些部分，涂層本身保護(hù)下層的材料，甚至當(dāng)處理沉積物被完全除去時(shí)。表面308可通過浸漬、浸入或者通過使部分表面308接觸酸性溶液來暴露給酸性溶液。具有涂層的組件300的表面308可浸入到酸性溶液中從約3分鐘到約15分鐘，例如大約8分鐘，但也可以浸入其他的時(shí)間，這取決于處理沉積物材料的厚度和成分。圖3A顯示了在用酸性溶液清潔之前的具有處理沉積物309的組件，圖3B顯示了在表面308被清潔之后的組件。
酸性溶液的成分是根據(jù)下層結(jié)構(gòu)302的成分、涂層304和處理沉積物材料的成分選擇的。在一個(gè)方案中，酸性溶液包括氫氟酸(HF)。氫氟酸可以與已經(jīng)累積在下層結(jié)構(gòu)302的表面306上的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并溶解這些雜質(zhì)，例如SiO2、CaO或MgO，這些雜質(zhì)可能出現(xiàn)在氧化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)中。酸性溶液可附加地或者替代地包括非氟化酸，例如硝酸(HNO3)。非氟化試劑可提供不太腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，其能夠清潔和制備表面305而減少形成穿過下層結(jié)構(gòu)302的腐蝕裂痕。其他合適的酸性物質(zhì)可包括，例如HCL、H3PO4和H2SO4。此外，清潔表面308的酸性溶液可包括適當(dāng)小濃度的酸性物質(zhì)，以減少酸性溶液對(duì)組件300的腐蝕。酸性物質(zhì)的合適濃度可以是小于15M(摩爾)的酸性物質(zhì)，例如從約2M到約15M的酸性物質(zhì)。對(duì)于包括氧化鋁或者不銹鋼下層結(jié)構(gòu)302的具有涂層的組件300，合適的酸性溶液可包括從約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。對(duì)于包括鈦下層結(jié)構(gòu)的具有涂層的組件300，合適的酸性溶液可包括從約2M到約10M的HNO3。
在第一個(gè)清潔步驟之后執(zhí)行的第二個(gè)清潔步驟中，組件300的表面308被浸入一種堿性溶液中，該堿性溶液能夠從組件300基本除去所有的金屬涂層304。所述堿性溶液包括堿性物質(zhì)的一種成分，堿性物質(zhì)能夠從組件的下層結(jié)構(gòu)302剝離或者除去涂層304，例如通過與金屬涂層的表面307發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和繼續(xù)溶解表面307，直到整個(gè)涂層304被從組件300除去。所述組件的表面308能夠被浸入到所述堿性溶液中一段時(shí)間，這段時(shí)間足以至少部分地暴露下層結(jié)構(gòu)302的下層表面306的一部分，甚至基本除去整個(gè)涂層304，以基本暴露整個(gè)下層表面306。組件300的表面308可被再次浸入到所述堿性溶液中從約5分鐘到約100分鐘，例如約60分鐘，合適的時(shí)間取決于處理沉積物的厚度和化學(xué)成分。圖3C顯示了在堿性溶液中除去涂層304之后的組件300。
堿性溶液的成分理想地包括能夠基本除去至少部分涂層304，而不破壞下層結(jié)構(gòu)302的下層表面306的堿性物質(zhì)。合適的堿性物質(zhì)可包括KOH、NH4OH、NaOH和K2CO3之一或更多。在一個(gè)方案中，合適的堿性溶液包括實(shí)質(zhì)由KOH組成的堿性物質(zhì)。選擇堿性物質(zhì)的濃度以減少對(duì)下層結(jié)構(gòu)302的破壞，并且也可根據(jù)從結(jié)構(gòu)302除去涂層304的希望速度選擇堿性物質(zhì)的濃度。合適的堿性溶液的一個(gè)實(shí)施例包括從約1M到約8M，例如約3M的KOH。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行這些清潔步驟的順序?qū)τ谠黾颖恍拚慕M件300的部件壽命是重要的。以上述順序執(zhí)行清潔步驟能夠保護(hù)下層表面306不被酸性溶液腐蝕。由于存在覆蓋和保護(hù)部分下層表面306的涂層304，阻止了酸性溶液腐蝕陶瓷下層表面306。特別重要的是，當(dāng)下層表面306包括粗糙的表面306時(shí)，該粗糙表面很容易被酸性溶液腐蝕。同時(shí)，酸性溶液從組件300的表面，例如沒有被涂層304覆蓋的任何相對(duì)光滑或者不粗糙的表面很好地清潔處理沉積物。后續(xù)由堿性溶液進(jìn)行的清潔至少部分除去涂層304，且優(yōu)選地由堿性溶液進(jìn)行的清潔被用于完全除去涂層304，因此有效地基本清除了處理沉積物而不破壞下層表面306。相反，顛倒步驟的順序和在用酸性溶液清潔涂層之前用堿性溶液除去涂層會(huì)使被粗糙化的下層表面306在第二個(gè)清潔步驟中易于受腐蝕性的酸性溶液的腐蝕，這能夠破壞粗糙的下層表面306。因此，本方法使得能夠基本清潔組件而不過度破壞下層表面306，并修整和復(fù)原組件以提供相對(duì)于由傳統(tǒng)方法清潔的組件而言，具有增加的使用壽命的組件。這對(duì)于具有陶瓷下層結(jié)構(gòu)的組件特別重要，因?yàn)樵谛拚に囍刑沾山Y(jié)構(gòu)可能被永久性損壞和不可修復(fù)。
可選地，也可通過對(duì)下層結(jié)構(gòu)302的表面進(jìn)行噴丸處理來對(duì)處理腔組件300進(jìn)行處理。在第一和第二清潔步驟之后，表面306可選地被進(jìn)行噴丸處理以除去下層結(jié)構(gòu)302的表面306上的任何雜質(zhì)，以及除去表面306上的任何松散或被破壞的顆粒，以提供有紋理的和粗糙化的表面306，其增強(qiáng)了涂層304到表面306的粘附力。在噴丸處理中，固體珠丸被適當(dāng)高壓力的空氣推向表面306以使表面306粗糙化。珠丸可包括硬度大于下層結(jié)構(gòu)302的材料，以允許珠丸侵蝕和粗糙化下層結(jié)構(gòu)302的表面306，以形成有紋理的和粗糙表面306。合適的珠丸材料包括，例如氧化鋁、玻璃、硅石或者硬塑料。在一個(gè)實(shí)施方式中，珠丸包括氧化鋁砂粒，其具有適于對(duì)所述表面進(jìn)行噴砂的篩孔尺寸，例如氧化鋁顆粒砂粒的篩孔尺寸為150。噴丸處理可在例如包括封閉外殼的噴丸處理器(未示出)中進(jìn)行。
對(duì)于包括陶瓷材料的下層結(jié)構(gòu)302，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相對(duì)溫和的噴丸處理工藝可改善對(duì)表面306的處理，以清潔和處理表面306而不過度粗糙化表面306。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是意料之外的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的處理工藝典型地利用侵蝕性的噴丸處理工藝來獲得高度粗糙化的表面，以提供任何覆在上面的涂層304的更好的粘附性。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在噴丸處理工藝過程中過度粗糙化表面306實(shí)際對(duì)具有涂層的組件300的結(jié)構(gòu)完整性有害，因?yàn)闀?huì)在下層陶瓷結(jié)構(gòu)302的表面306上形成微裂紋和受損的顆粒邊界區(qū)域。涂覆在這種受損的表面306上的涂層304表現(xiàn)出降低的涂層粘附性，因?yàn)轭w粒邊界層可能被充分破壞，以至于在下層陶瓷結(jié)構(gòu)302的表面的顆粒，從而粘附到表面306的涂層304變得松散，導(dǎo)致涂層304分離或者脫落。同樣，在噴丸處理過程中形成的微裂紋和受損的顆粒邊界層可在后續(xù)處理步驟例如濕法清潔期間惡化。
因此，在下層陶瓷結(jié)構(gòu)的表面306的噴丸處理中，希望保持噴丸處理?xiàng)l件，以提供弱侵蝕性的噴丸處理工藝，因而提供較低的表面粗糙度，例如平均粗糙度(Ra)小于約150微英寸，例如從約60微英寸到約140微英寸。表面306的平均粗糙度是從沿著粗糙化表面306的粗糙度特征的峰值和谷值的中線偏離的絕對(duì)值的平均。提供這個(gè)表面粗糙度的合適的噴丸處理?xiàng)l件可包括用于把珠丸推向所述表面的氣壓從約30磅/平方英尺到約100磅/平方英尺，甚至從約40磅/平方英尺到約60磅/平方英尺；珠丸相對(duì)于所述表面的落下角度從約45度到約90度，甚至從約75度到約90度；珠丸從噴丸處理器到所述表面的行進(jìn)的投射距離從約4英寸到約12英寸，甚至約5英寸到約8英寸。
相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于包括金屬材料的下層結(jié)構(gòu)302，希望提供侵蝕性相對(duì)較強(qiáng)的噴丸處理工藝。侵蝕性相對(duì)較強(qiáng)的噴丸處理工藝之所以是理想的，不僅因?yàn)樗植诨吮砻?06以提供到涂層304的更好的粘附性，而且因?yàn)榍治g性的噴丸處理工藝能夠除去部分金屬間層303，金屬間層能303夠在涂層304和下層金屬結(jié)構(gòu)302之間的界面306處形成。這個(gè)金屬間層303，如圖3D所示，能夠包括來自涂層304和下層結(jié)構(gòu)302的金屬物質(zhì)，其在涂層304和下層結(jié)構(gòu)302之間的界面306處形成金屬物質(zhì)和化合物的無序混合物。人們認(rèn)為在處理腔操作期間，具有涂層的組件300的熱循環(huán)導(dǎo)致了金屬涂層和下層結(jié)構(gòu)的分裂，和分裂的金屬物質(zhì)到界面306的遷移。在涂層304和下層結(jié)構(gòu)302之間形成的金屬間層303減少了表面306和涂層304之間的接觸面積，因此減少了涂層304與表面306的粘附性。
因此，在下層金屬結(jié)構(gòu)的表面306的噴丸處理中，希望保持噴丸處理?xiàng)l件，以提供侵蝕性相對(duì)較強(qiáng)的噴丸處理工藝，從而提供較高的表面粗糙度，以基本除去金屬間層303并準(zhǔn)備把表面302粘合到涂層304?？杀３謬娡杼幚?xiàng)l件，以提供平均粗糙度(Ra)為至少約160微英寸，甚至為至少約170微英寸，例如從約175微英寸到約350微英寸的表面306。提供這個(gè)表面粗糙度的合適的噴丸處理?xiàng)l件可包括用于把珠丸推向所述表面的氣壓從約20磅/平方英尺到約120磅/平方英尺，甚至從約60磅/平方英尺到約80磅/平方英尺；珠丸相對(duì)于所述表面的落下角度從約45度到約90度，甚至從約50度到約70度；珠丸從噴丸處理器到所述表面的行進(jìn)的投射距離從約4英寸到約10英寸，甚至約4英寸到約6英寸。在一個(gè)方案中，包括不銹鋼的下層結(jié)構(gòu)302的表面306被進(jìn)行噴丸處理，以達(dá)到從約175微英寸到約250微英寸的平均粗糙度，例如約210微英寸。在另一個(gè)方案中，包括鈦的下層結(jié)構(gòu)的表面306被進(jìn)行噴丸處理，以達(dá)到從約250微英寸到約350微英寸的平均粗糙度，例如約300微英寸。
在測(cè)量表面306的屬性例如平均粗糙度時(shí)，可以使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B.46.1-1995，其詳細(xì)說明了適當(dāng)?shù)臄嚅_(cut-off)長(zhǎng)度和估計(jì)長(zhǎng)度的。以下的表1顯示了由這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)限定的平均粗糙度值、適當(dāng)?shù)臄嚅_長(zhǎng)度值和最小和典型的估計(jì)長(zhǎng)度值之間的對(duì)應(yīng)表1


可用表面光度儀來測(cè)量平均粗糙度，表面光度儀使一個(gè)針在表面306上通過，從而產(chǎn)生表面306上的粗糙度的波動(dòng)軌跡，或者用掃描的電子顯微鏡測(cè)量平均粗糙度，電子顯微鏡使用從表面306反射的電子束來生成表面306的圖像。
一旦已經(jīng)通過酸性溶液和堿性溶液步驟清潔了下層結(jié)構(gòu)302，金屬涂層304就形成在下層結(jié)構(gòu)302的至少一部分之上。涂層304可包括一種或多種金屬，這些金屬對(duì)于襯底處理腔36a中的腐蝕具有足夠的抗蝕性，例如鋁、鈦、銅或者鉻中的一種或多種。金屬涂層304被形成以保護(hù)下層結(jié)構(gòu)302不受腐蝕，例如被處理腔36a中的激勵(lì)氣體腐蝕，并且可被一個(gè)方法應(yīng)用，該方法提供了金屬涂層304和下層結(jié)構(gòu)302之間的強(qiáng)粘合。例如，涂層304可由一個(gè)或多個(gè)化學(xué)或物理沉積工藝涂覆，或者由火焰噴射或熱噴射方法涂覆，例如雙股線電弧噴射方法、等離子體電弧噴射方法或者氧燃料氣體火焰。
在一個(gè)方案中，金屬涂層被雙股線電弧噴射工藝涂覆到已清潔的表面，例如在2001年5月8日授予Lazarz等人的美國(guó)6227435B1號(hào)專利和1997年12月9日授予Scruggs的美國(guó)5695825號(hào)專利中描述的，它們都在此全部并入作為參考。在雙股線電弧熱噴射工藝中，熱噴射器(未示出)包括兩個(gè)自耗電極，它們的形狀和角度被設(shè)計(jì)成在其間形成電弧。例如，自耗電極可包括由將涂覆在表面306上的金屬形成的雙股線，它們被轉(zhuǎn)動(dòng)角度朝向彼此，以允許靠近最近的點(diǎn)來形成放電。當(dāng)電壓被施加到自耗電極時(shí)，電弧發(fā)電在自耗電極之間產(chǎn)生，因?yàn)檩d氣例如空氣、氮?dú)饣蛘邭鍤庵械囊环N或多種在電極之間流動(dòng)。電極之間的電弧霧化且至少部分液化電極上的金屬，且由電弧電極激勵(lì)的載氣把熔化的粒子推出熱噴射器，推向下層結(jié)構(gòu)302的被處理表面306。熔化的粒子撞擊在下層結(jié)構(gòu)302的表面306上，在此處它們冷卻和冷凝，以形成共形的涂層304。當(dāng)使用雙股線時(shí)，電線被連續(xù)送入熱噴射器中，以連續(xù)供應(yīng)金屬材料。
在熱噴射期間選擇操作參數(shù)，以適于調(diào)整涂層材料涂覆的特性，例如當(dāng)涂層材料橫穿從熱噴射器到下層結(jié)構(gòu)表面306的路徑時(shí)的溫度和速度。例如，氣體流、功率級(jí)、粉末輸送速度、載氣流、從熱噴射器到所述表面的投射距離、涂層材料相對(duì)于表面306的沉積角度可以被調(diào)整，以改善涂層材料的涂覆和涂層304到表面306的后續(xù)粘附性。例如自耗電極之間的電壓可以從約10伏特到約50伏特選擇，例如30伏特。此外，在自耗電極之間流動(dòng)的電流可從約100安培到約1000安培選擇，例如約300安培。等離子體焰炬的功率級(jí)通常是從約6千瓦到80千瓦的范圍，例如約10千瓦。
投射距離和沉積角度能夠被選擇以調(diào)整表面上的涂層材料的沉積特征。例如，投射距離和沉積角度能夠被調(diào)整以修改圖案，在其中熔化的涂層材料撞擊表面306時(shí)，其潑濺形成，例如“扁平形”和“薄片”圖案。投射距離和沉積角度也能夠被調(diào)整以改變當(dāng)涂層材料撞擊表面306時(shí)的相位、速度或者熔滴尺寸。在一個(gè)實(shí)施方式中，熱噴射器和所述表面的之間的投射距離從是約5英寸，且涂層材料在表面306上的沉積角度是約90度。
涂層材料的速度可被調(diào)整以適合沉積涂層材料到表面306上。在一個(gè)實(shí)施方式中，成粉末的涂層材料的速度是從約100m/s到約300m/s。同樣，熱噴射器可被調(diào)整，使得當(dāng)涂層材料撞擊表面306時(shí)，其溫度至少是大約熔化溫度。熔點(diǎn)之上的溫度能夠產(chǎn)生高密度和高粘合強(qiáng)度的涂層。例如，放電周圍的被激勵(lì)的載氣的溫度可超過5000EC。但是，放電周圍的被激勵(lì)的載氣的溫度也可被設(shè)置得足夠低，使得涂層材料在撞擊表面306時(shí)仍然熔化一段時(shí)間。例如，合適的時(shí)間段可以是至少約幾秒。
希望能夠?qū)釃娚涔に噮?shù)選擇為，能夠提供具有希望的結(jié)構(gòu)和表面特性的金屬涂層304，例如希望的涂層厚度、涂層表面粗糙度和涂層304的孔隙度，這些特性有助于改善具有涂層的組件300的性能。涂層的厚度影響涂層粘合到下層結(jié)構(gòu)的程度和組件300的抗蝕性。更厚的涂層304也可在第一個(gè)清潔步驟中禁止酸性溶液過度腐蝕性地侵蝕下層結(jié)構(gòu)302。涂層的合適厚度可以是，例如從約5密耳到約20密耳。對(duì)于被鋁涂層304覆蓋的下層金屬結(jié)構(gòu)302，例如有涂層的不銹鋼或者鈦結(jié)構(gòu)302，涂層304的合適厚度是從約8密耳到約15密耳，例如約12密耳。對(duì)于被鋁涂層304覆蓋的下層陶瓷結(jié)構(gòu)302，例如有涂層的氧化鋁結(jié)構(gòu)302，涂層304的合適厚度是從約5密耳到約12密耳，例如約9密耳。
通過允許更多的處理沉積物粘附到粗糙化的表面308和禁止所述沉積物沉積到襯底上，具有平均表面粗糙度更高的表面308的涂層也可改善組件性能。合適的涂層粗糙度可以是至少約1000微英寸，例如從約1000微英寸到約2000微英寸。對(duì)于被鋁涂層304覆蓋的下層金屬結(jié)構(gòu)302，例如有涂層的不銹鋼或者鈦結(jié)構(gòu)302，涂層表面308的合適平均粗糙度是從約1400微英寸到約2000微英寸，例如約1700微英寸。對(duì)于被鋁涂層304覆蓋的下層陶瓷結(jié)構(gòu)302，例如有涂層的氧化鋁結(jié)構(gòu)302，涂層表面308的合適平均粗糙度是從約1000微英寸到約1500微英寸，例如約1250微英寸。涂層304的孔隙度也影響涂層304與下層表面302的粘附性?？紫抖仁强卓障兜捏w積與涂層塊體積的比值，且較大的孔隙度降低了涂層304到表面306的粘附性。因此，孔隙度理想地是小于約30％，甚至小于約25％，例如約20％。
此外，其他因素，例如組件表面預(yù)加工，包括噴丸處理和化學(xué)清潔，在涂層性能中也是重要的，如例如由Yongxiang He等人2001年12月21日提交的題為“METHOD OF FABRICATING A COATEDPROCESS CHAMBER COMPONENT”的10/032387號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中描述的，其內(nèi)容在此全部并入作為參考。例如，當(dāng)一個(gè)下層陶瓷結(jié)構(gòu)被修整時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠被無機(jī)堿例如DurocleanTM或者酸例如HCL化學(xué)清潔或者在連續(xù)的步驟中使用兩者。噴丸處理陶瓷表面來清潔它可能也是必要的。
已經(jīng)根據(jù)本工藝被清潔和修整的組件300顯示了金屬涂層304和下層結(jié)構(gòu)302之間的粘合極大增強(qiáng)。例如，根據(jù)本工藝清潔和涂覆的組件300在濺射沉積腔36a中提供了增強(qiáng)的性能，其中在處理腔36a中形成的被濺射材料累積在組件300的暴露表面308上，達(dá)到至少約10密耳的厚度，甚至達(dá)到約40密耳，或者甚至達(dá)到約60密耳，而基本不導(dǎo)致金屬涂層304從組件300脫落。此外，改進(jìn)的修整工藝允許由涂層的組件300被修整和再次使用至少約10次，這是在組件包括下層金屬結(jié)構(gòu)302的情況下，且對(duì)于包括下層陶瓷結(jié)構(gòu)302的組件300是至少約5次，而組件300基本不失效。相比之下，傳統(tǒng)的修整工藝只允許組件300被修整和再次使用約5次或7次，這是對(duì)于下層金屬結(jié)構(gòu)302而言，而對(duì)于下層陶瓷結(jié)構(gòu)302是2次或3次。
被處理和涂覆的組件300可被用于處理腔36a中，處理腔36a可以是多處理腔平臺(tái)100的一部分，如圖4所示。多處理腔平臺(tái)100可以是，例如從Applied Materials，Santa Clara，California處獲得的“ENDURA”系統(tǒng)。在此顯示的平臺(tái)100的具體實(shí)施方式
適合處理平面的硅晶片襯底16，它僅僅是用于說明本發(fā)明，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。多處理腔平臺(tái)100典型地包括一組互連的處理腔36a-d、114、102、118，以及包括機(jī)械臂裝置132的襯底輸送器，以在處理腔36a-d、114、102、118之間傳送襯底16。機(jī)械臂裝置132包括具有刀片134的機(jī)械臂，刀片134支撐和傳送襯底16。裝載鎖定腔120、122接收包含襯底16的輸送盒126。提供襯底定位和排氣腔118以在預(yù)加工中定位襯底16用于處理，和給襯底16除氣以從襯底16除去污染物，否則污染物破壞在處理腔36a-d中的高真空環(huán)境。預(yù)清潔腔114可被用于在任何沉積步驟之前清潔襯底16，及冷卻腔102可被用于冷卻襯底16。提供了一個(gè)工藝定序器136來控制機(jī)械臂裝置132，例如安排機(jī)械臂裝置132和各種處理腔36a-d、114、102、118之間傳送襯底16的順序。典型地，工藝定序器136控制機(jī)械臂裝置132把襯底16從裝載鎖定腔120、122中的一個(gè)傳送到定位和排氣腔118，然后到預(yù)清潔腔114，然后到處理腔36a-d中的一個(gè)或多個(gè)，然后到冷卻腔102。
多處理腔平臺(tái)100具有至少一個(gè)PVD腔36a，如圖5所示，以濺射沉積一個(gè)層例如鉭、氮化鉭或者銅到襯底16上。提供一個(gè)襯底支架18用于在PVD處理腔36a中支撐襯底16。襯底16通過處理腔36a的側(cè)壁45中的襯底裝載入口(未示出)被引入處理腔36a和被放置在支架18上。支架18能夠被下面的支撐升降機(jī)(未示出)抬升或者降低且升降指示部件(也沒有示出)能夠用于在把襯底16送入和送出處理腔36a的傳送過程中抬升或者降低支架上的襯底16。
支架18可包括一個(gè)或者多個(gè)環(huán)，例如沉積環(huán)15和覆蓋環(huán)17，其覆蓋了支架18的上表面19的至少一部分，以抑制支架18的腐蝕。例如，沉積環(huán)15和覆蓋環(huán)17可覆蓋支架18上的靜電夾盤(未示出)的至少一部分，以減少暴露靜電夾盤給處理腔36a中的激勵(lì)氣體，從而減少沉積在靜電夾盤上的粒子。在一個(gè)方案中，沉積環(huán)15至少部分圍繞襯底16，以保護(hù)沒有被襯底16覆蓋的部分支架18。覆蓋環(huán)17可圍繞至少部分沉積環(huán)15，并幫助減少在沉積環(huán)15和下面的支架18上的粒子沉積。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可根據(jù)本工藝處理和涂覆沉積環(huán)15和覆蓋環(huán)17。由本工藝提供的強(qiáng)粘合的金屬涂層304允許環(huán)15、17容納更多數(shù)量的沉積物，而沒有過度的熱膨脹壓力和不分離涂層304。因此，根據(jù)本工藝修整的沉積環(huán)15和覆蓋環(huán)17可具有增強(qiáng)的抗蝕性和提供對(duì)下層襯底支架18的更好的腐蝕保護(hù)。
濺射氣體供應(yīng)器23把濺射氣體引入處理腔36a中，以在處理區(qū)中保持濺射氣體在大氣壓力之下。這個(gè)濺射氣體通過氣體入口33被引入處理腔36a中，氣體入口33通過氣體輸入端25a、b分別被連接到一個(gè)或多個(gè)氣體源24、27。一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流量控制器26被用于控制單個(gè)氣體的流速——在引入處理腔36a之前，它們?cè)诨旌霞瞎?1中被預(yù)混合，或者可能被單獨(dú)引入處理腔36a中。濺射氣體典型地包括非反應(yīng)氣體，例如氬或氙，當(dāng)它們被激勵(lì)成等離子體時(shí)，有力地撞擊和粒子輻射靶14以從靶14濺射材料，例如，銅、鉭或者氮化鉭。濺射氣體也可包括反應(yīng)氣體，例如氮。而且，包括其他反應(yīng)氣體或者其他類型的非反應(yīng)氣體的濺射氣體的其他成分也可被使用，如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的。
排放系統(tǒng)28控制處理腔36a中濺射氣體的壓力和從處理腔36a排放剩余的氣體和副產(chǎn)品氣體。排放系統(tǒng)28包括處理腔36a中的排放口29，其連接到排放線34，排放線34通到一個(gè)或多個(gè)排放泵29。排放線34中的節(jié)流閥37可被用于控制處理腔36a中濺射氣體的壓力。典型地，處理腔36a中濺射氣體的壓力被設(shè)成低于大氣壓的水平，例如從約2到約10毫托。
PVD腔36a進(jìn)一步包括一個(gè)面對(duì)襯底16、包括鈦的濺射靶14。如果需要，瞄準(zhǔn)儀(未示出)可安裝在靶14和襯底支架18之間。PVD腔36a也可具有遮護(hù)板20，以保護(hù)處理腔36a的壁12沒有被濺射材料，且典型地用作陽極接地平面。遮護(hù)板20是電懸浮的或者接地的。靶14和處理腔36a電絕緣，且連接到一個(gè)電壓電源，例如DC電源22，但也可是其他類型的電壓電源，例如RF電源。在一個(gè)方案中，DC電源22、靶14和遮護(hù)板20作為氣體激勵(lì)器90工作，氣體激勵(lì)器90能夠從等離子體激勵(lì)濺射氣體以濺射材料。相對(duì)于遮護(hù)板20，DC電源22可將DC電壓(例如作為DC電壓脈沖)施加到靶14。在處理腔36a中由施加到濺射靶14的電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)激勵(lì)濺射氣體，以形成從靶14濺射材料的等離子體。由等離子體從所述靶濺射的材料沉積在襯底16上，并可與等離子體的氣體組成成分反應(yīng)，以在襯底16上形成沉積層。
遮護(hù)板20至少部分圍繞襯底支架18，且在激勵(lì)的濺射氣體處理的襯底16和處理腔壁12之間形成屏障，保護(hù)處理腔壁。所述遮護(hù)板可包括延伸穿過處理腔36a的上部，例如壁12的上部的上遮護(hù)板21，且可包括下遮護(hù)板22，以保護(hù)處理腔36a的下部區(qū)域，例如壁12的底部。至少一部分遮護(hù)板20可涂覆金屬涂層304，并能夠根據(jù)本工藝被修整。因此在處理腔36a中的襯底16的處理期間，有涂層的遮護(hù)板20呈現(xiàn)了提高的工藝性能和抗蝕性。
處理腔36a進(jìn)一步包括一個(gè)磁控管32，其包括一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生器35，磁場(chǎng)產(chǎn)生器35靠近處理腔36a的靶14產(chǎn)生磁場(chǎng)105，以增加鄰接靶14的高密度等離子體區(qū)域38中的離子密度來增強(qiáng)靶材料的濺射。此外，可使用改進(jìn)的磁控管32，以允許銅的持續(xù)自濺射或者鋁、鈦或其他金屬的濺射，同時(shí)使得用于靶撞擊目的所需的非反應(yīng)氣體最少，如授予Fu的、題為“Rotating Sputter Magnetron Assembly”的6183614號(hào)美國(guó)專利，以及授予Gopairaja等人的、題為“Integrated Process forCopper Via Filling”的6274008號(hào)美國(guó)專利所描述的，這兩個(gè)專利在此全部并入作為參考。磁場(chǎng)105基本延伸穿過非磁靶14進(jìn)入真空處理腔36a。在一個(gè)方案中，磁控管32在靶14處產(chǎn)生半環(huán)形的磁場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，磁控管32從靶14上的近似中心點(diǎn)垂直延伸到靶14的可用區(qū)域的邊緣。在一個(gè)方案中，磁控管32包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)106來圍繞旋轉(zhuǎn)軸78旋轉(zhuǎn)磁控管32。電動(dòng)機(jī)106典型地通過軸104附加到磁控管32的磁軛98，軸104沿著旋轉(zhuǎn)軸78延伸。
本發(fā)明的PVD工藝可使用計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品141實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品141包括工藝定序器136，并在控制器30上運(yùn)行，如圖6所示，其包括用外圍控制組件互連到存儲(chǔ)系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)，例如可從Califomia的Synergy Microsystems處購(gòu)得的68400微處理器。所述計(jì)算機(jī)重新代碼可用任何傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可讀編程語言編寫，例如匯編語言、C、C++或Pascal。可使用傳統(tǒng)的文本編輯器將合適的程序代碼輸入一個(gè)文件或者多個(gè)文件中，并存儲(chǔ)或者嵌入到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，例如計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。如果輸入的代碼文本是高級(jí)語言，那么代碼被編譯，然后結(jié)果的編譯器代碼被鏈接到預(yù)編譯的Windows庫例程的目標(biāo)代碼。為了執(zhí)行已鏈接的編譯目標(biāo)代碼，系統(tǒng)用戶調(diào)用目標(biāo)代碼，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把所述代碼裝入存儲(chǔ)器中，CPU從存儲(chǔ)器讀取和執(zhí)行代碼，以執(zhí)行程序中限定的任務(wù)。
用戶輸入一個(gè)工藝數(shù)據(jù)集和處理腔號(hào)碼進(jìn)入工藝選擇器程序代碼142。工藝數(shù)據(jù)集是在特定的處理腔中執(zhí)行特定工藝所必需的工藝參數(shù)的預(yù)定集合，并且以預(yù)定的集號(hào)碼標(biāo)識(shí)。工藝參數(shù)涉及工藝狀態(tài)，例如工藝氣體成分和流速、溫度、壓力、氣體激勵(lì)工藝狀態(tài)，例如非脈沖和脈沖的DC功率級(jí)和磁場(chǎng)功率級(jí)、冷卻氣體壓力和處理腔壁溫度。
工藝定序器136包括程序代碼，其用于接受識(shí)別的處理腔36和來自工藝選擇器程序代碼142的工藝參數(shù)集，并控制各種處理腔36a-d的操作。多個(gè)用戶可輸入多個(gè)工藝數(shù)據(jù)集號(hào)碼和處理腔號(hào)碼，或者一個(gè)用戶可輸入多個(gè)工藝數(shù)據(jù)集號(hào)碼和處理腔號(hào)碼，所以工藝定序器136運(yùn)行來以所需的順序安排所選擇的工藝。優(yōu)選地，工藝定序器136包括程序代碼以執(zhí)行以下步驟(i)監(jiān)視處理腔36a-d的操作，以確定處理腔36a-d是否正在使用，(ii)確定在使用的處理腔36a-d中正在實(shí)施的是什么工藝，和(iii)基于特定的處理腔36的能力和要實(shí)施的工藝類型執(zhí)行所需的工藝?？梢允褂帽O(jiān)視處理腔36a-d的傳統(tǒng)方法，例如輪詢。當(dāng)安排要執(zhí)行哪一個(gè)工藝時(shí)，工藝定序器136能被設(shè)計(jì)以考慮到正在使用的處理腔36的當(dāng)前狀態(tài)和所選擇工藝的理想工藝狀態(tài)的比較，或者每個(gè)特定用戶輸入的請(qǐng)求的“年齡”，或者系統(tǒng)程序員希望包括的用于確定安排優(yōu)先級(jí)的任何其他相關(guān)因素。
一旦工藝定序器136確定下一個(gè)將執(zhí)行的是哪個(gè)處理腔和工藝數(shù)據(jù)集結(jié)合，定序器程序代碼143通過把特定的工藝數(shù)據(jù)集參數(shù)傳給腔管理器程序代碼144來執(zhí)行所述工藝數(shù)據(jù)集，腔管理器程序代碼144根據(jù)由工藝定序器136確定的工藝數(shù)據(jù)集控制在不同處理腔36a-d中的多個(gè)處理任務(wù)。例如，腔管理器程序代碼144包括在所述處理腔36a內(nèi)控制PVD工藝操作的程序代碼。腔管理器程序代碼144還控制各種處理腔組件程序代碼或者程序代碼模塊的執(zhí)行，處理腔組件程序代碼或者程序代碼模塊控制實(shí)施選擇的工藝數(shù)據(jù)集所必需的處理腔組件300的操作。處理腔組件程序代碼的實(shí)施例是襯底定位程序代碼145、氣流控制程序代碼146、排放控制程序代碼147、加熱器控制程序代碼148和電壓電源控制程序代碼149。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易地認(rèn)識(shí)到，可包括其他的處理腔控制程序代碼，這取決于希望在處理腔36a中執(zhí)行什么工藝。
在運(yùn)行中，腔管理器程序代碼144根據(jù)正在執(zhí)行的特定工藝數(shù)據(jù)集選擇地調(diào)度或者調(diào)用工藝組件程序代碼。類似于定序器程序代碼143如何安排下一個(gè)要執(zhí)行的是哪個(gè)處理腔36a-d和工藝數(shù)據(jù)集，腔管理器程序代碼144調(diào)度工藝組件程序代碼。典型地，腔管理器程序代碼144包括以下步驟監(jiān)視各種處理腔組件300，基于要執(zhí)行的工藝數(shù)據(jù)集的工藝參數(shù)確定需要操作哪個(gè)組件300，和響應(yīng)監(jiān)視和確定步驟，導(dǎo)致執(zhí)行處理腔組件程序代碼。
現(xiàn)在將描述特定的處理腔組件程序代碼的運(yùn)行。襯底定位程序代碼145包括控制處理腔組件300的程序代碼，組件300被用于把襯底16傳送到襯底支架18上，和可選地抬升襯底16到處理腔36中希望的高度，以控制襯底16和靶之間的間距。當(dāng)襯底16被傳送到處理腔36a中時(shí)，襯底支架18被降低，以接收襯底16，此后支架18被抬升到處理腔36a中希望的高度。襯底定位程序代碼145控制支架18的移動(dòng)，以響應(yīng)從腔管理器程序代碼144傳遞來的、和支架高度相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)集參數(shù)。
氣流程序代碼146是用于控制處理氣體的成分和流速。通常，每個(gè)處理氣體的氣體管道34包括安全切斷閥門(未示出)，其被用于自動(dòng)或者手動(dòng)切斷進(jìn)入處理腔36a的處理氣體流。當(dāng)在工藝中使用有毒的氣體時(shí)，在傳統(tǒng)的配置中，幾個(gè)安全切斷閥門被放置在每個(gè)氣體管道34中。氣流程序代碼146控制安全切斷閥門的打開/關(guān)閉位置，并且升高/降低質(zhì)量流量控制器，以獲得希望的氣體流速。氣流程序代碼146被腔管理器程序代碼144調(diào)用，和所有的處理腔組件程序代碼一樣，并且從腔管理器程序代碼接收與希望的氣體流速相關(guān)的工藝參數(shù)。典型地，氣流程序代碼146的運(yùn)行是重復(fù)讀取必需的質(zhì)量流量控制器、比較讀數(shù)和從腔管理器程序代碼144接收的希望流速，以及必要地調(diào)整流速。此外，氣流程序代碼146包括監(jiān)視氣體流速的不安全速度和當(dāng)檢測(cè)到不安全的狀態(tài)時(shí)，激活安全切斷閥門的步驟。在一個(gè)方案中，氣流程序代碼146操作質(zhì)量流量控制器，以控制氣體流速來提供濺射氣體，濺射氣體包括第一時(shí)間段的含氧氣體與氬氣的第一容積流比值和第二時(shí)間段的含氧氣體與氬氣的第二容積流比值。
當(dāng)調(diào)用排放控制程序代碼147時(shí)，從腔管理器程序代碼144接收希望的壓力級(jí)別作為參數(shù)。排放控制程序代碼147的運(yùn)行是，通過讀取連接到處理腔36a的一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)的壓力毫微表(未示出)來測(cè)量處理腔36a中的壓力，比較測(cè)量的值和目標(biāo)壓力，獲得對(duì)應(yīng)于目標(biāo)壓力的來自存儲(chǔ)的壓力表的PID(成比例的、積分的、差分的)值，和根據(jù)從壓力表獲得的PID值調(diào)整排放系統(tǒng)28的節(jié)流閥37。替代地，可通過調(diào)節(jié)排放系統(tǒng)28的排放管道34中的節(jié)流閥37的開口大小來調(diào)節(jié)處理腔36a中的壓力。
可選的加熱器控制程序代碼148包括控制可選的加熱器(未示出)的溫度的程序代碼，加熱器可用于加熱襯底16。加熱器控制程序代碼148通過測(cè)量位于支架18中的熱電耦(未示出)的電壓輸出來測(cè)量溫度，比較測(cè)量的溫度和設(shè)定點(diǎn)溫度，和增加或減少施加到加熱器的電流，以獲得希望的上升率或設(shè)定點(diǎn)溫度。通過在存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)換表中查找對(duì)應(yīng)的溫度，或者通過使用四階多項(xiàng)式計(jì)算溫度來從測(cè)量的電壓獲得溫度。當(dāng)使用輻射燈作為加熱器時(shí)，加熱器控制程序代碼148逐漸控制施加到所述燈的電流的上升和下降，這增加了燈的壽命和可靠性。此外，可包括內(nèi)建的失效安全模式，以檢測(cè)工藝安全符合性，和如果處理腔36a沒有被正確設(shè)置則關(guān)閉加熱器的操作。
電壓電源程序代碼149包括控制電壓電源，例如DC電壓電源的程序代碼，以激勵(lì)處理腔36a中的濺射氣體以從靶14中濺射材料。例如，程序代碼149可設(shè)置施加到靶14的脈沖DC電壓電平，也可設(shè)置處理腔36a中的側(cè)壁20的電狀態(tài)。類似于前面描述的處理腔組件程序代碼，程序代碼149被腔管理器程序代碼144調(diào)用。在運(yùn)行中，程序代碼149包括讀取施加到靶14的“正向”功率和流過處理腔36a的“反射”功率的步驟。過高的反射功率讀數(shù)表示等離子體還沒有被引燃，且程序代碼149重新啟動(dòng)或者關(guān)閉工藝。讀取的功率級(jí)和目標(biāo)水平相比較，其電流被調(diào)節(jié)以控制等離子體。
實(shí)施例以下實(shí)施例說明了由本修整工藝提供的、優(yōu)于傳統(tǒng)工藝的增強(qiáng)的金屬涂層粘附性和增加的部件壽命。
在這個(gè)實(shí)施例中，包括氧化鋁的下層陶瓷結(jié)構(gòu)302被涂覆包括鋁的金屬涂層304，和被用于加工襯底16。在加工6000至10000個(gè)襯底之后，所述組件隨后根據(jù)本方法被修整，且修整工藝被重復(fù)5次。在每次修整工藝中，組件300的表面308首先被浸入一種包括5M HF和12MHNO3的酸性溶液8分鐘。表面308隨后被浸入一種包括3M KOH的堿性溶液7分鐘，以基本除去涂層304。氧化鋁下層結(jié)構(gòu)302的表面然后被噴丸處理，以達(dá)到80微英寸的平均粗糙度。鋁金屬涂層304通過雙股線電弧熱噴射方法被涂覆到被處理的表面306，該方法使用雙鋁線作為自耗電極。鋁材料被噴射到表面306上，以形成包括0.2mm厚的涂層304。
鋁金屬涂層304和氧化鋁下層結(jié)構(gòu)302之間的粘合強(qiáng)度被確定，并與根據(jù)傳統(tǒng)工藝制備的組件300的粘合強(qiáng)度比較。根據(jù)ASTM C633測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)確定粘合強(qiáng)度。使用ASTM測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，金屬涂層304的表面308被粘合劑粘合到一個(gè)夾具。拉伸負(fù)荷經(jīng)由所述夾具被正常施加到涂層304的表面，以確定涂層粘合強(qiáng)度。粘合強(qiáng)度或者粘結(jié)強(qiáng)度可根據(jù)以下方程確定1)粘合或粘結(jié)強(qiáng)度＝最大負(fù)荷/橫截面面積圖7演示了根據(jù)本工藝修整的組件300(標(biāo)識(shí)為組件F)，與由傳統(tǒng)工藝涂覆的未修整組件300(標(biāo)識(shí)為組件A-E)相比較的標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量的粘合強(qiáng)度。如圖所示，本修整工藝提供的組件300在涂層304和下層陶瓷結(jié)構(gòu)302之間具有比新加工的組件更強(qiáng)的粘合力。例如，新制造的組件E顯示的粘合強(qiáng)度只有本工藝的修整組件300的60％，而新制造的組件A、B和C顯示的粘合強(qiáng)度小于本工藝的修整組件F的一半。
測(cè)量的粘合強(qiáng)度也使得可以估計(jì)組件300的零件壽命，零件壽命被定義成在需要除去或者修整組件300之前，可在處理腔36a中處理的襯底16的數(shù)量，其進(jìn)一步證實(shí)了根據(jù)本工藝修整的組件300的提高的性能。組件A和B被估計(jì)具有大約3000個(gè)襯底的零件壽命，組件C和D被估計(jì)具有大約4000個(gè)襯底的零件壽命，組件E被估計(jì)具有至少約5500個(gè)襯底的零件壽命。相比而言，根據(jù)本工藝修整的組件F被估計(jì)具有極大增加的零件壽命，其中它能夠用于處理至少7000個(gè)晶片，甚至被用于處理高達(dá)10000個(gè)晶片。圖8演示了組件300的標(biāo)準(zhǔn)化粘合強(qiáng)度與在組件300失效之前可在處理腔36a中處理的襯底16的數(shù)量之間的相關(guān)性。
圖9顯示了根據(jù)本方法修整的組件不經(jīng)過回收能夠經(jīng)受的等離子功率小時(shí)的累積數(shù)和根據(jù)傳統(tǒng)工藝修整的組件能夠經(jīng)受的小時(shí)數(shù)的比較。組件的使用壽命可以千瓦小時(shí)測(cè)量，就是在必須回收或者修整組件之前，組件能夠經(jīng)受等離子體功率級(jí)的小時(shí)數(shù)的時(shí)間。在組件回收周期之間處理的襯底數(shù)量與組件看到的等離子體的千瓦小時(shí)成比例。因此，千瓦小時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，在組件的每個(gè)使用周期中將處理的襯底的數(shù)量越多。這通過提供有效處理襯底的更多時(shí)間減少了襯底制造成本。如圖9所示，和由傳統(tǒng)方法修整的組件相比，新修整的組件能夠承受幾乎兩倍的等離子體千瓦小時(shí)。這個(gè)在工藝結(jié)果中顯著的改進(jìn)是意料之外的。
因此，通過根據(jù)本發(fā)明清潔下層結(jié)構(gòu)302的表面306和涂覆表面306來修整組件300，增強(qiáng)了金屬涂層304到表面306的粘合，因此增加了金屬涂層一下層結(jié)構(gòu)粘合的強(qiáng)度，并降低了組件300從下層結(jié)構(gòu)302分離或者脫落金屬涂層304的敏感度。根據(jù)本發(fā)明修整的組件300提供了在襯底處理環(huán)境中增強(qiáng)的抗蝕性和延長(zhǎng)的零件壽命，因此提高了效率和處理的襯底16的質(zhì)量。
雖然顯示和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可推導(dǎo)出結(jié)合本發(fā)明的其他實(shí)施方式，其也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，除了那些特別提到的介質(zhì)，也可使用其他加工介質(zhì)。同樣，下層結(jié)構(gòu)302和金屬涂層304可包括除了那些特別提到之外的成分，這對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是明顯的。此外，術(shù)語下、上、底、頂、向上、向下、第一、第二和其他相對(duì)的或者位置術(shù)語是相對(duì)于附圖中的示例性實(shí)施方式而言的，并且是可互換的。因此，所附的權(quán)利要求不應(yīng)該限于此處所述的用以說明本發(fā)明的優(yōu)選方案、材料或者空間布局。
權(quán)利要求
1.一種清潔處理腔組件的方法，所述組件包括其上具有表面的金屬涂層，所述方法包括(a)將所述金屬涂層的表面浸入一種酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物；并且(b)在(a)之后，將所述金屬涂層的表面浸入一種堿性溶液中，以基本除去所有的所述金屬涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)包括將所述表面浸入一種包括從約2M到約8M的HF的酸性溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)包括將所述表面浸入一種包括從約5M到約15M的HNO3的酸性溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(b)包括將所述表面浸入一種包括從約1M到約8M的KOH的堿性溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述組件包括其上具有金屬涂層的下層陶瓷結(jié)構(gòu)，且其中所述方法進(jìn)一步包括(c)對(duì)所述組件進(jìn)行噴丸處理，以提供平均粗糙度小于約150微英寸的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述組件包括其上具有金屬涂層的下層金屬結(jié)構(gòu)，且其中所述方法進(jìn)一步包括(c)對(duì)所述組件進(jìn)行噴丸處理，以提供平均粗糙度至少約160微英寸的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬涂層包括鋁、鈦、銅和鉻中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述組件包括一個(gè)下層結(jié)構(gòu)，該下層結(jié)構(gòu)包括氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硅、鈦、不銹鋼、銅或者鉭。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法清潔的組件，所述組件包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)，所述環(huán)的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成至少部分圍繞襯底并覆蓋處理腔中襯底支架的上表面的至少一部分，以抑制所述支架的腐蝕。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法清潔的組件，所述組件包括上遮護(hù)板和下遮護(hù)板中一個(gè)或多個(gè)的一部分，所述遮護(hù)板的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成至少部分圍繞處理腔中的襯底支架，并形成屏障來保護(hù)腔壁。
11.一種修整處理腔組件的方法，所述組件包括其上具有金屬涂層的下層陶瓷結(jié)構(gòu)，所述方法包括(a)將所述金屬涂層的表面浸入一種包括HF和HNO3的酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物；(b)在(a)之后，將所述金屬涂層的表面浸入一種包括KOH的堿性溶液中，以基本除去所有的所述金屬涂層，從而暴露了所述下層結(jié)構(gòu)的下層表面的至少一部分；(c)可選地，對(duì)所述下層結(jié)構(gòu)的頂表面進(jìn)行噴丸處理，以提供平均粗糙度小于約150微英寸的下層表面；并且(d)在所述下層表面的至少一部分之上重新形成金屬涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中(a)包括將所述表面浸入一種包括從約2M到約8M的HF和從約5M到約15M的HNO3的酸性溶液中，且其中(b)包括將所述表面浸入一種包括從約1M到約8M的KOH的堿性溶液中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬涂層包括鋁、鈦、銅或鉻中的一種或多種。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述下層陶瓷結(jié)構(gòu)包括氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中(d)包括重新形成一個(gè)金屬涂層，其厚度從約6mm到約8mm，平均表面粗糙度從約1000微英寸到約1200微英寸，及孔隙度小于約30％。
16.一種用權(quán)利要求11所述的方法修整的處理腔組件，所述組件包括一個(gè)沉積環(huán)，其尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成至少部分圍繞襯底，并覆蓋處理腔中襯底支架的上表面的至少一部分來抑制所述支架的腐蝕。
17.一種修整處理腔組件的方法，所述組件包括其上具有金屬涂層的下層金屬結(jié)構(gòu)，所述方法包括(a)將所述金屬涂層的表面浸入一種包括HF和HNO3中至少一種的酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物；(b)在(a)之后，將所述金屬涂層的表面浸入一種包括KOH的堿性溶液中，以基本除去所有的所述金屬涂層，從而暴露了所述下層金屬結(jié)構(gòu)的下層表面的至少一部分；(c)可選地，對(duì)所述下層金屬結(jié)構(gòu)的所述下層表面進(jìn)行噴丸處理，以提供平均粗糙度至少約160微英寸的頂表面；并且(d)在所述下層表面的至少一部分之上重新形成金屬涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中(a)包括將所述表面浸入一種包括從約2M到約8M的HF和從約5M到約15M的HNO3的酸性溶液中，且其中(b)包括將所述表面浸入一種包括從約1M到約8M的KOH的堿性溶液中。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述下層金屬結(jié)構(gòu)包括鋁、鈦、不銹鋼、銅和鉭中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中(d)包括重新形成一個(gè)金屬涂層，其厚度從約8mm到約12mm，平均表面粗糙度從約1400微英寸到約1600微英寸，且孔隙度小于約30％。
21.一種用權(quán)利要求17所述方法修整的處理腔組件，所述組件包括以下部件中的至少一個(gè)(1)遮護(hù)板的一部分，所述遮護(hù)板的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成至少部分圍繞處理腔中的襯底支架，并形成屏障來保護(hù)腔壁，和(2)一個(gè)覆蓋環(huán)，其尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成至少部分圍繞襯底，并覆蓋處理腔中襯底支架的上表面的至少一部分，以抑制所述支架的腐蝕。
全文摘要
在一種清潔和修整一個(gè)具有金屬涂層的處理腔組件的方法中，其中金屬涂層上具有一個(gè)表面，所述金屬涂層的表面被浸入一種酸性溶液中，以從所述表面除去至少一部分的處理沉積物。此后，所述金屬涂層表面被浸入到一種堿性溶液中，以基本上除去所有的金屬涂層。可選地，可對(duì)所述組件進(jìn)行噴丸處理以使所述組件的表面粗糙，并重新形成所述金屬涂層。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1726302SQ200380106546
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者H·王, Y·何, C·C·斯托 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司