專利名稱：具有層化涂覆的制程室組件及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于用于基板制程室的組件。
背景技術(shù)：
在基板(如，半導(dǎo)體晶圓及顯示器)制程中，一基板會(huì)置放于一制程室中，且曝露于一高能氣體中，以將材料沉積于基板上或?qū)迳系牟牧线M(jìn)行蝕刻。在這樣的制程期間，會(huì)產(chǎn)生制程殘余物，且這些制程殘余物會(huì)沉積在該室的內(nèi)表面上。例如，在濺鍍沉積過(guò)程中，由一標(biāo)靶濺鍍而用于沉積在一基板上的材料，亦會(huì)沉積在室中其他組件的表面上，如沈積于沉積環(huán)上、陰影環(huán)上、內(nèi)壁襯墊上、及聚焦環(huán)上。在后續(xù)的制程中，所沉積的制程殘余物會(huì)由室壁表面剝落，而掉在該基板上，造成污染。
為了減少基板因制程殘余物所造成的污染，該室內(nèi)組件的表面應(yīng)具有特殊結(jié)構(gòu)。制程殘余物較易附著在曝露的特殊結(jié)構(gòu)表面，且可避免因剝落而污染了室內(nèi)的基板。通過(guò)在一組件上涂布一粗糙表面，可形成具有特殊結(jié)構(gòu)的組件表面，如以下范例中所描述般美國(guó)專利案第6,777,045號(hào)(頒證日2004/08/17，發(fā)明人Shyh-Nung Lin等人，共同受讓人是AppliedMaterials公司)及美國(guó)專利申請(qǐng)案序號(hào)10/833,975(申請(qǐng)日2004/04/27，發(fā)明人Lin等人，共同受讓人是Applied Materials公司)，該等文獻(xiàn)是以引用的方式并入本文中。表面較粗糙的涂層較能累積且留住基板制程的制程殘余物，以降低基板在室內(nèi)處理時(shí)的污染。
然而，涂布于涂層上的表面粗糙度會(huì)受限于涂層與下襯組件結(jié)構(gòu)的黏合特質(zhì)。例如，因目前制程所造成的兩難狀況是，令表面粗糙度增加，且因此而提升制程殘余物的附著力的涂層，典型上亦較不易黏著于下襯的結(jié)構(gòu)上。對(duì)于組件上具有不相似成分的涂層(例如，陶瓷或不銹鋼組件上的鋁涂層)而言，如此的狀況尤是。具有較弱附著力涂層的基板的制程，會(huì)造成涂層由下襯結(jié)構(gòu)的脫層、破裂、及剝落。該室中的電漿會(huì)穿透涂層的受損區(qū)，而腐蝕下襯結(jié)構(gòu)的表面，最后導(dǎo)致該組件的失效。因此，具有涂層的組件典型上無(wú)法同時(shí)提供合適的黏著力及良好的殘余物附著特質(zhì)。
因此，我們期望能夠擁有一種具有涂層的組件及方法，其可令制程殘余物對(duì)組件表面具有改良的附著力，使實(shí)質(zhì)上，涂層不由組件脫層。我們更期望可擁有一種具有涂層的組件及方法，其可提供表面較為粗糙的良好黏著涂層，而可改良制程殘余物的附著力。

發(fā)明內(nèi)容
在一態(tài)樣中，在一制程室中，能夠曝露于一高能化氣體的基板處理室組件，具有一下襯結(jié)構(gòu)及第一及第二涂覆層。該第一涂覆層形成于該下襯結(jié)構(gòu)上方，且具有一第一表面，其平均表面粗糙度低于約25微米。該第二涂覆層形成于該第一涂覆層上方，且具有一第二表面，其平均表面粗糙度至少為約50微米。制程殘余物可附著于該第二涂覆層的表面，以降低經(jīng)處理的基板的污染。
在另一態(tài)樣中，基板處理室組件具有一下襯結(jié)構(gòu)，該下襯結(jié)構(gòu)是由不銹鋼、鋁與鈦的至少一個(gè)所形成。該組件具有一鋁的第一噴涂涂覆層位在該下襯結(jié)構(gòu)上方，該第一噴涂涂覆層具有(1)低于約10％的孔隙度；以及(2)一第一表面，其平均表面粗糙度低于約25微米。該組件也具有一鋁的第二噴涂涂覆層位在該第一噴涂涂覆層上方，該第二噴涂涂覆層具有(1)至少約12％的孔隙度；以及(2)一第二表面，其平均表面粗糙度至少約50微米。制程殘余物會(huì)附著于該第二表面，而減少經(jīng)處理的基板的污染。
在一態(tài)樣中，一種制備基板處理室組件的方法包括提供一下襯結(jié)構(gòu)，以及噴涂一第一涂覆層至該下襯結(jié)構(gòu)上。第一噴涂參數(shù)被維持以在該第一涂覆層上形成一第一表面，其中該第一表面的平均表面粗糙度低于約25微米。一第二涂覆層被噴涂在該第一涂覆層上方，同時(shí)維持第二噴涂參數(shù)以在該第二涂覆層上形成一第二表面，其中該第二表面的平均表面粗糙度至少約50微米。
在另一態(tài)樣中，提供一種能夠在一結(jié)構(gòu)上形成一涂層的雙線弧形噴涂器。該噴涂器具有第一及第二電極，其能夠承受偏壓而在其間產(chǎn)生一電弧，至少一電極具有自耗電極。該噴涂器亦可具有一壓縮氣體的供應(yīng)器，其可引導(dǎo)壓縮氣體通過(guò)該等電極，及一壓縮氣體所流通經(jīng)過(guò)的噴嘴。該噴嘴具有可接收壓縮氣體的導(dǎo)管，及具有一入口的圓錐部份，其附著于該導(dǎo)管及釋放壓縮氣體的出口之處。該圓錐部份具有傾斜的導(dǎo)管側(cè)壁，由入口向出口往外擴(kuò)大。該入口具有一第一直徑，及該出口具有一第二直徑，該第二直徑為該第一直徑的1.5倍大小，藉以可選擇流過(guò)該噴嘴的壓縮氣體的壓力，以提供一預(yù)設(shè)平均表面粗糙度的涂層。該自耗電極至少部份會(huì)因電弧而熔化，形成熔化的材料，及該熔化材料會(huì)通過(guò)壓縮氣體推進(jìn)，而通過(guò)該噴嘴，涂布于該結(jié)構(gòu)上，形成涂層。該噴嘴可選擇壓縮氣體的壓力，以提供一預(yù)設(shè)平均表面粗糙度的涂層。


經(jīng)由上文敘述、所附權(quán)利要求及繪示本發(fā)明范例的附加圖式，可更了解本發(fā)明的特征、觀點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)了解，各特制件可普遍用在本發(fā)明中，而非僅用于特定圖式內(nèi)容，且本發(fā)明包含該等特制件的任何組合，其中圖1具有第一及第二涂覆層的制程室組件的實(shí)施例的部份側(cè)剖面圖；圖2能夠在一組件上形成一涂層的熱噴涂器的實(shí)施例的部份示意圖；圖3a及圖3b分別為熱噴涂器噴嘴的實(shí)施例的部份側(cè)剖面圖及偏移俯視圖，該熱噴涂器噴嘴能夠形成具有不同平均表面粗糙度的范圍的涂覆層；及圖4是一基板制程室的實(shí)施例的部份側(cè)剖面圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明20 組件 22 涂層24 結(jié)構(gòu) 25 曝露的特殊材料表面26 表面 30a，b 層32 表面 32a，b 第一層表面32 表面 104基板
105 表面 106 制程室109 制程區(qū) 112 分送系統(tǒng)114 基板支架 116 氣體激發(fā)器118 密封壁 118 制程室密封壁120 遮罩 120a，b 下遮罩部份122 排氣口 124 標(biāo)靶126 遮蓋環(huán) 128 沉積環(huán)130 支架 132 絕緣環(huán)133 活動(dòng)遮片 134 上表面135 高能化線圈 137 線圈支架141 夾鉗遮罩 164 包含側(cè)壁166 底壁 168 頂罩170 電極 172 電源供應(yīng)174 氣體來(lái)源 176 導(dǎo)管178 控制閥 180 氣體分布器182 氣體出口 184 排氣門186 排氣管 188 節(jié)流閥190 排氣泵 192 電源供應(yīng)194 控制器 400 熱噴涂器402 噴嘴 403 入口404 導(dǎo)管 405 入口406 圓錐部份 407 出口408 圓錐側(cè)壁 409 中央軸450 起弧區(qū) 452 電源供應(yīng)454 氣體供應(yīng) 456 壓縮空氣源458 導(dǎo)管 490，499 自耗電極具體實(shí)施方式
圖1顯示適用于一基板制程室的組件20。該組件20包含一涂層22，其具有制程殘余物可附著的特殊結(jié)構(gòu)的表面25，且亦可避免下襯組件的腐蝕。具有涂層22的組件20可以是該室106中的組件，其易受腐蝕及/或累積制程殘余物，該等組件是(例如)以下至少一個(gè)的部份氣體分送系統(tǒng)(其提供該室106中的處理氣體)112、支持該室106中的基板104的基板支架114、令該處理氣體高能化的氣體激發(fā)器116、艙室密封壁118及遮罩120、及將氣體由該室106排出的排氣口122，在圖4中顯示其示范實(shí)施例。例如，在一物理氣相沉積室106中，該涂層組件包含以下任一者艙室密封壁118、一艙室遮罩120、一標(biāo)靶124、一遮蓋環(huán)126、一沉積環(huán)128、一支持環(huán)130、絕緣環(huán)132、一線圈135、線圈支架137、濺鍍板133、夾鉗遮罩141、及一基板支架114的表面134。
該艙室組件20包含一下襯結(jié)構(gòu)24，其具有覆蓋至少部份該結(jié)構(gòu)24的上覆涂層22，如圖1所示般。該下襯結(jié)構(gòu)24包含抗高能氣體腐蝕的材料，該高能氣體(例如)形成于基板制程環(huán)境中。例如，該結(jié)構(gòu)24包含一金屬，例如以下至少一個(gè)鋁、鈦、鉭、不銹鋼、銅及鉻。在一態(tài)樣中，包含改良的抗腐蝕緎的結(jié)構(gòu)24包含以下至少一個(gè)鋁、鉭、及不銹鋼。該結(jié)構(gòu)24亦包含一陶瓷材料，例如以下至少一個(gè)礬土、硅土、氧化鋯、氮化硅及氮化鋁。該結(jié)構(gòu)24表面26與該涂層22接觸，且其表面較佳為具有表面粗糙性，這可改良上覆涂層22對(duì)該結(jié)構(gòu)24的附著力。例如，該結(jié)構(gòu)26的表面粗糙度至少約為2.0微米(80微英寸)。
可通過(guò)提供包含至少二涂層材料的涂覆層30a，b的涂層22，來(lái)改良基板制程。該多層涂層22包含二涂覆層30a，b，其特征可選擇以提供該涂層22對(duì)該下襯結(jié)構(gòu)24的良好黏著力，且亦可改良該制程殘余物的附著力。我們希望該涂層22包含一第一層30a及一第二層30b，該第一層30a形成于該下襯結(jié)構(gòu)24的至少部份表面26上方，該第二層30b形成于該第一層的至少部份上方。用于該第一及第二層30a，b中至少一個(gè)的合適材料包含(例如)一金屬材料，例如以下至少一個(gè)鋁、銅、不銹鋼、鎢、鉭及鎳。該第一及第二層30a，b中至少一個(gè)亦包含一陶瓷材料，例如以下至少一個(gè)氧化鋁、氧化硅、碳化硅、碳化硼、及氮化鋁。在一態(tài)樣中，該涂層22包含至少一鋁層30a，b，其形成在一下襯結(jié)構(gòu)24的上方，該下襯結(jié)構(gòu)24包含以下至少一個(gè)不銹鋼及氧化鋁。雖該涂層22僅由二層30a，b組成，然而該涂層22亦可包含多層可提供改良特征的材料。
該涂層22較佳包含一第一層30a，其特征為提供對(duì)下襯結(jié)構(gòu)24的表面26的強(qiáng)化黏著力。在一態(tài)樣，具有特殊結(jié)構(gòu)表面32的第一層30a可提供改良的結(jié)果，該表面32具有一第一平均表面粗糙度，其夠低而足以提供該第一層30a對(duì)該下襯結(jié)構(gòu)24的良好黏著力。該表面的平均粗糙度是沿著表面的粗糙特制件的尖端與低凹處的平均線位移量的絕對(duì)值平均數(shù)。具有較低表面粗糙度的該第一層30s，會(huì)展現(xiàn)良好的黏著特征，例如，在該層30與該下襯表面26之間的較佳接觸區(qū)。具有較低表面粗糙度的第一層30a，典型上亦具有較低的孔隙度，而通過(guò)降低黏合介面的孔洞數(shù)，即可增進(jìn)下襯表面26的黏著力。合適的第一層30a包含平均表面粗糙度(例如)低于約25微米(1000微英寸)的表面32，例如，由約15微米(600微英寸)至約23微米(900微英寸)，及甚至約20微米(800微英寸)。該第一層30a適宜的孔隙度低于約體積的10％，如，由占體積的約5％至約9％。該第一層30a的厚度可選擇，以提供對(duì)下襯表面26的良好附著力，而提供良好的抗腐蝕性，且該厚度可以為(例如)由約0.10厘米至約0.25厘米，例如，由約0.15厘米至約0.20厘米。
該涂層22更包含一第二涂覆層30b，其形成于至少部份的該第一層30a的上方，該第一層30a具有可提供對(duì)制程殘余物的改良附著力的特殊結(jié)構(gòu)曝露表面25。例如，該第二涂覆層30b包含一特殊結(jié)構(gòu)曝露表面25，其平均表面粗糙度大于該第一層30b。第二層曝露表面30b的較高表面粗糙平均值，可強(qiáng)化制程殘余物對(duì)該曝露表面的附著力，降低材料由特殊結(jié)構(gòu)曝露表面25剝落或碎裂的發(fā)生機(jī)會(huì)，并避免處理中的基板104與組件20的污染。適合提供改良的制程殘余物附著力的特殊結(jié)構(gòu)曝露表面25的平均表面粗糙度，其平均表面粗糙度至少約50微米(2000微英寸)，及甚至至少約56微米(2200微英寸)，例如，由約56微米(2200微英寸)至約66微米(2600微英寸)。表面較粗糙的第二層30b亦具有較高的孔隙度程度，其高于該第一涂覆層30a，例如，至少約12％體積的孔隙度，例如由約12％至約25％的體積，及甚至至少約15％的體積。足以提供該第二層30b對(duì)該第一層30a的表面32的良好附著力的第二層30b的厚度，在維持對(duì)高能化氣體的良好抗腐蝕性之時(shí)，是由約0.15厘米至約0.30厘米，例如由約0.20厘米至約0.25厘米。
包含該第一層及第二層30a，b的該涂層22，可提供涂層22對(duì)下襯結(jié)構(gòu)24的黏著力及殘余物對(duì)涂層22的附著力的本質(zhì)改良。包含該第一較低表面粗糙度平均值的第一層30a，能夠形成與下襯結(jié)構(gòu)24的表面26的強(qiáng)黏著力，及因此可將該涂層22固定于下襯結(jié)構(gòu)24。包含該第二較高表面粗糙度平均值的第二層30b，相較于具有較低粗糙度平均值的表面，更能夠累積及維持更大體積的制程殘余物，及因此可改良具有涂層22的組件20的制程耐受力。因此，具有該第一及第二涂覆層22的涂層22，可提供基板制程中改良的效能，同時(shí)亦減少了涂層22由該結(jié)構(gòu)24碎裂，且降低了經(jīng)處理的基板104的污染。
在一態(tài)樣中，該第一及第二涂覆層30a，b較佳包含可強(qiáng)化該二層30a，b間的黏合的材料成分。例如，該第一及第二涂覆層30a，b可由本質(zhì)上具有相似熱膨脹系數(shù)(例如，差異低于約5％的熱膨脹系數(shù))的材料所組成，以減少該等層30a，b因熱膨脹不相匹配而造成的碎裂。在較佳態(tài)樣中，該第一及第二層30a，b包含相同的組成，以提供該第一及第二層30a，b的最理想的附著力及熱匹配度。例如，該第一及第二層30a，b可由鋁所組成。因?yàn)榘嗤牧系牡谝患暗诙铀哂械男再|(zhì)會(huì)彼此良好匹配，且對(duì)制程環(huán)境中的不同應(yīng)力會(huì)有相似的回應(yīng)，故可設(shè)置具有較高平均表面粗糙度的第二層，而仍維持該第二層對(duì)該第一層的良好附著力。
通過(guò)一輪廓檢測(cè)儀或通過(guò)一掃描電子顯微鏡，即可判定該第一及第二層30a，b的平均表面粗糙度，該輪廓檢測(cè)儀將一針分別通過(guò)表面32，25，且在該等表面上產(chǎn)生表面粗糙高度的變動(dòng)的圖形記錄，該掃描電影顯微鏡使用由該等表面所反射的電子束來(lái)產(chǎn)生該等表面的影像。在量測(cè)如粗糙度平均值或其他特征等的表面性質(zhì)時(shí)，可使用詳細(xì)說(shuō)明了合適切斷長(zhǎng)及評(píng)估長(zhǎng)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B.46.1-1995。以下的表格I顯示依該標(biāo)準(zhǔn)所界定的粗糙度平均值，合適切斷長(zhǎng)，與最小評(píng)估長(zhǎng)度與典型評(píng)估長(zhǎng)度間的對(duì)應(yīng)關(guān)是
表格I

包含該第一及第二層30a，b的涂層22，可提供僅單一層的涂層改良的結(jié)果，而該涂層會(huì)展現(xiàn)對(duì)制程殘余物較強(qiáng)的附著力，且可更強(qiáng)黏合于下襯的結(jié)構(gòu)。例如，包含一第一層30a及一第二層30b的涂層22，可用以處理基板104至少約200RF小時(shí)，且實(shí)質(zhì)上不污染該基板，該第一層30a的平均表面粗糙度低于約25微米(1000微英寸)，及該第二層30b的平均表面粗糙度是大于約51微米(2000微英寸)。相對(duì)的，習(xí)用的單層涂層必須清潔組件以避免污染基板之前，僅可處理基板104少于約100RF小時(shí)。
可通過(guò)一方法涂敷該等涂覆層30a，b，該方法即在該涂層22與該下襯結(jié)構(gòu)24之間提供強(qiáng)力黏合，以保護(hù)該下襯結(jié)構(gòu)24。例如，至少一涂覆層30a，b的涂敷，可通過(guò)一熱噴涂程序，例如以下至少一個(gè)雙線弧形噴涂程序、火焰噴涂程序、電漿電弧噴涂程序、及氫氧焰噴涂程序。除了熱噴涂程序以外，可通過(guò)化學(xué)或物理沉積程序來(lái)形成至少一涂覆層。在一態(tài)樣中，下襯結(jié)構(gòu)24的表面26在該等層30a，b沉積之前，會(huì)先進(jìn)行液滴撞擊，以通過(guò)從該表面26移除任何的松散粒子，而提升后續(xù)涂敷的涂層22的附著力，且提供黏著至該第一層30a的最適表面質(zhì)地。經(jīng)液滴撞擊的表面26會(huì)進(jìn)行移除液滴粒子的清除工作，且令該表面26干燥，以令任何殘留在該表面26上的濕氣蒸發(fā)，而提供該等涂覆層30a，b的良好附著力。
在一態(tài)樣中，該第一及第二涂覆層30a，b會(huì)通過(guò)一雙線弧形噴涂程序而涂敷于該組件20，例如描述于下者美國(guó)專利案第6,227,435 B1號(hào)(頒證日2001/03/08，發(fā)明人Lazarz等人)及美國(guó)專利案第5,695,825號(hào)(頒證日1997/12/09，發(fā)明人Scruggs)，該等文獻(xiàn)是以引用的方式并入本文中。如圖2的范例所示，在該雙線弧形噴涂程序中，一熱噴涂器400包含二自耗電極490，499，其形狀及角度皆可令電弧形成于該等電極490，499間的起弧區(qū)450。例如，該等自耗電極490，499包含一雙電線，其由涂層的金屬形成于該組件20的表面22上，且其角度朝向彼此，以允許在最靠近的點(diǎn)之處產(chǎn)生放電。當(dāng)來(lái)自(例如)一電源供應(yīng)452的電壓施加至該等自耗電極490，499，而同時(shí)一載流氣體在該等電極490，499之間流動(dòng)時(shí)，在該等自耗電極490，499之間可產(chǎn)生一電弧放電，該載流氣體是例如氮?dú)饣驓鍤庵兄辽僖粋€(gè)。該載流氣體可通過(guò)一氣體供應(yīng)454而提供，該氣體供應(yīng)454包含一壓縮空氣源456及一導(dǎo)管458或其他導(dǎo)引構(gòu)件，以引導(dǎo)該壓縮氣體通過(guò)該等電極490，499。該等電極490，499間的起弧，可令該等電極490，499上的金屬原子化及至少部份液化，且通過(guò)該等起弧電極490，499高能化的載流氣體，會(huì)將熔化的粒子由該熱噴涂器400推擠，且到達(dá)該組件20的表面26。該等熔化粒子撞擊在該組件的表面上，在此處冷卻且凝聚而形成一保形涂覆層30a，b。該等自耗電極490，499(例如，自耗電線)可連續(xù)地饋入該熱噴涂器，以提供連續(xù)供應(yīng)的金屬材料。
在熱噴涂期間的操作參數(shù)可為了適用于調(diào)整該涂層材料涂敷的特征而選擇，例如，涂層材料由該熱噴涂器到達(dá)該組件時(shí)的溫度及速度。例如，由該熱噴涂器往該表面26的載流氣體流速、載流氣體壓力、功率位準(zhǔn)、電線饋入速率、相隔距離、及涂層材料相對(duì)于該表面26的沉積角度，皆可為了增進(jìn)該涂層材料的涂敷及該涂層22對(duì)下襯結(jié)構(gòu)表面26的后續(xù)黏附而加以選擇。例如，該等自耗電極490，499間的電壓可在由約10伏特至約50伏特之間選擇，例如，約30伏特。此外，在該等自耗電極490，499之間流動(dòng)的電流可在由約100安培至約1000安培之間選擇，例如，約200安培。該熱噴涂器的功率位準(zhǔn)的范圍通常為由約6至80千瓦特，例如，約10千瓦特。
亦可為了調(diào)整該表面26上的涂層材料的沉積物特征，而選擇該沉積物的相隔距離及角度。例如，可調(diào)整沉積物的相隔距離及角度，以修正溶化的涂層材料沖擊該表面時(shí)濺鍍的型態(tài)，以形成(例如)「薄餅式」及「薄片狀」型態(tài)。亦可調(diào)整該沉積物的相隔距離及角度，以修正該涂層材料撞擊該表面26時(shí)的相位、速度、或液滴尺寸。在一實(shí)施例中，該熱噴涂器400與該表面間的相隔距離是約15cm，及該涂層材料在該表面26上的沉積物角度是約90°。
可調(diào)整該涂層材料的速度，以該涂層材料使適當(dāng)?shù)爻练e于該表面26上。在一實(shí)施例中，該粉未式涂層材料的速度是由約100至約30米/秒。亦，可調(diào)適該熱噴涂器400，是故當(dāng)該涂層材料撞擊該表面時(shí)，該涂層材料的溫度是至低為約熔點(diǎn)。高于熔點(diǎn)的溫度會(huì)產(chǎn)生高密度及黏合強(qiáng)度的涂層。例如，接近放電的高能化載流氣體的溫度會(huì)超過(guò)5000℃。然而，接近放電的高能化載流氣體的溫度亦可設(shè)定為夠低，以致于該涂層材料在撞擊該表面26時(shí)，仍維持熔化態(tài)一段時(shí)間。例如，一段合適的時(shí)間應(yīng)至少約數(shù)秒鐘。
該等熱噴涂處理參數(shù)依期望而選擇，以提供具有期望的結(jié)構(gòu)及表面特征的含該二層30a，b的涂層22，例如，期望的涂層厚度、涂層表面粗糙度、及涂層的孔隙度，而這可促成該涂層組件20的改良效能。在一態(tài)樣中，通過(guò)在形成第一層30a的第一步驟期間，維持該等第一熱噴涂處理參數(shù)，及在形成具有較高平均表面粗糙度的第二層30b的第二步驟期間，將該等熱噴涂處理參數(shù)改成一第二參數(shù)組，可形成一涂層22。例如，該等第一熱噴涂處理參數(shù)適合形成平均表面粗糙度較低的表面32的第一層30a，而該等第二熱噴涂參數(shù)適合形成平均表面粗糙度較高的表面32的第二層30b。
在一態(tài)樣中，用以沉積該第一層30a的第一熱噴涂處理參數(shù)包含較高第一氣壓的載流氣體，及用以沉積該第二層30b的第二熱噴涂處理參數(shù)包含低于該第一氣壓的較低第二氣壓的載流氣體。例如，在該第一層30a沉積期間所維持的載流氣體的第一氣壓，應(yīng)至少約200千巴(30磅/平方英寸)，例如，由約275千巴(40PSI)至約415千巴(60PSI)。較高氣壓的載流氣體會(huì)令該結(jié)構(gòu)表面26上噴涂涂層材料成為更致密的壓塞，因而提供具有較低的平均表面粗糙度的結(jié)果層。在該第二層30b沉積期間所維持的載流氣體的第二氣壓，應(yīng)低于200千巴(30PSI)，且甚至低于175千巴(25PSI)，例如由約100千巴(15PSI)至約175千巴(25PSI)。在該第一與該第二層30A，B的沉積之間，亦可改變其他參數(shù)，以提供該層所欲的性質(zhì)。
在一態(tài)樣中，沉積一第一鋁層30a的第一熱噴涂程序，包含維持該載流氣體的第一氣壓于約415千巴(60PSI)，同時(shí)施加約10瓦特的功率位準(zhǔn)于該等電極490，499。由該下襯結(jié)構(gòu)24表面26的相隔距離會(huì)維持在約15公分(6英寸)，及對(duì)該表面26的沉積角度會(huì)維持在約90°。沉積一第二鋁層30b的第二熱噴涂程序，包含維持該載流氣體的第一氣壓于約175千巴(25PSI)的低氣壓，同時(shí)施加約10瓦特的功率位準(zhǔn)于該等電極490，499。由該第一鋁層30a表面32的相隔距離會(huì)維持在約15公分(6英寸)，及對(duì)該表面32的沉積角度會(huì)維持在約90°。
根據(jù)本發(fā)明的原理，改良的熱噴涂器400已發(fā)展為可供形成該第一及第二層30a，b兩者所用，該第一及第二層30a，b是使用相同熱噴涂器400，而具有較高及較低的平均表面粗糙度。在一態(tài)樣中，該改良的熱噴涂器400包含一改良噴嘴402，其實(shí)施例顯示于圖3a及圖3b。該改良噴嘴402包含一導(dǎo)管404及一圓錐部份406，該導(dǎo)管404可接收壓縮氣體及熔化涂層粒子，及該圓錐部份406可將該壓縮氣體及熔化粒子由該熱噴涂器400釋放，以令該熔化的涂層材料噴涂于該組件結(jié)構(gòu)上。該導(dǎo)管404包含一入口403，其可接收由該電弧區(qū)流入該導(dǎo)管的該壓縮氣體及涂層粒子。該圓錐部份406包含一入口405及一出口407，該入口405可接收來(lái)自該導(dǎo)管的該壓縮氣體及涂層粒子，及該出口407可由該噴嘴402釋放該氣體及熔化的涂層粒子。
該圓錐部份406的內(nèi)壁包含多個(gè)斜錐側(cè)壁408，其關(guān)于該圓錐部份406的中央軸409，而由距該圓錐部份入口405第一距離d1處向外延展，至距該圓錐部份出口407的第二距離d2處。該等斜錐側(cè)壁408可提供流經(jīng)該部份的錐狀流徑，由該入口405處的較窄流徑逐漸增加至該出口407處的較寬流徑。例如，該等圓錐側(cè)壁408包含由約5厘米至約23厘米的第一直徑，例如由約10厘米至約23厘米，及甚至由約10厘米至約15厘米。一第二直徑是由約20厘米至約35厘米，例如由約23厘米至約25厘米。該出口407的較佳第二直徑可以是(例如)至少約該入口405的第一直徑大小的1.5倍，例如，由約1.5倍至約2倍的入口直徑大小。該等斜錐側(cè)壁408關(guān)于另一者會(huì)形成由約60°至約120°的角度α，例如，約90°。
該改良噴嘴402可使壓縮氣體及熔化的涂層粒子通過(guò)，以供沉積具有一范圍的平均表面粗糙度的涂覆層30a，b所用。根據(jù)期望的第一及第二層30a，b的最小及最大表面粗糙度，可選擇該圓錐部份入口405的第一直徑d1，較小的第一直徑利于形成較低范圍的平均表面粗糙度，及較大的第一直徑可促進(jìn)形成較高范圍的平均表面粗糙度?？梢涝搰娡客繉硬牧系钠谕麛U(kuò)展及分布范圍來(lái)決定該第二直徑d2的大小，以提供期望的涂層性質(zhì)。接著，可為了提供期望的平均表面粗糙度，而加以選擇該等噴涂處理參數(shù)。例如，可提供較高的載流氣體氣壓，以形成平均表面粗糙度較低的層30a，反之，可提供較低的載流氣體氣壓，以形成平均表面粗糙度較高的層30b。較高氣壓的氣體可令該熔化的涂層材料較致密且同質(zhì)地一起壓塞在該組件結(jié)構(gòu)的表面上，以產(chǎn)出較低表面粗糙度的結(jié)構(gòu)，其至少部份導(dǎo)因于較高饋給速率的涂層材料。較低的氣壓導(dǎo)致較低的饋給速率，且因此產(chǎn)生較高的孔隙度及較高對(duì)平均表面粗糙度的涂層結(jié)構(gòu)。該改良噴嘴402可允許有效率地制造該組件20上具有不同平均表面粗糙度的層30a，b，亦可同時(shí)慮及期望的噴涂性質(zhì)，例如，該涂層粒子的擴(kuò)展及分布，且實(shí)質(zhì)上各層30a，b不需要分離的裝置或再設(shè)定為數(shù)眾多的噴涂參數(shù)。
一旦該涂層22已涂敷，該涂層22表面25的疏松涂層粒子或其他污染物就應(yīng)清除。可使用干凈的液體清潔該表面25，該干凈液體例如下列中至少一個(gè)水、酸性清潔劑、及堿性清潔劑，且可隨機(jī)地通過(guò)超聲波振動(dòng)該組件20。在一態(tài)樣中，該表面25的清潔可通過(guò)去離子水進(jìn)行沖洗。
亦可在處理至少一基板104之后，才清潔及刷新該涂層組件20，以由該組件20除去該涂層22累積的制程殘余物及腐蝕部份。在一態(tài)樣中，該組件20的刷新可通過(guò)除去該涂層22及制程殘余物，及通過(guò)執(zhí)行多樣清潔處理，以在再涂敷該涂覆層30a，b之前，先行對(duì)該下襯表面26進(jìn)行清潔。該下襯表面26的清潔可提供該下襯結(jié)構(gòu)24與后續(xù)再形成的涂層22間的強(qiáng)化黏合。一旦完成該下襯結(jié)構(gòu)的清潔，例如，通過(guò)一種描述于美國(guó)專利申請(qǐng)案第10/833,975號(hào)(發(fā)明人Lin等人，申請(qǐng)日2004/04/27，共同受讓人為Applied Materials公司)的清潔方法，其以引用的方式并入本文中，該涂層22可再形成于該下襯結(jié)構(gòu)24的表面26上方。
圖4顯示具有含涂覆層30a，b的組件的合適制程室的范例。該室106可以是多室平臺(tái)(未示)的一部份，該平臺(tái)具有一群互相連通的室，其通過(guò)將該等基板104在該等室106之間傳送的機(jī)械臂構(gòu)造而連接。在顯示的態(tài)樣中，該制程室106包含一濺鍍沉積室，其亦稱為物理氣相沉積或PVD室，可令沉積材料濺鍍?cè)谝换?04上，該沉積材料是例如以下至少一個(gè)鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、銅、鎢、氮化鎢及鋁。該室106包含密封一制程區(qū)109的多個(gè)密封壁118，及該制程區(qū)109包含多個(gè)側(cè)壁164、一底壁166、及一頂罩168。一支持環(huán)130配置在該等側(cè)壁164與該頂罩168之間，以支持該頂罩168。其他室壁包含至少一遮罩120，其使該等密封壁118由該濺鍍環(huán)境得到庇護(hù)。
該室106包含一基板支架130，以支持位于該濺鍍沉積室106中的基板。該基板支架130可以是電浮動(dòng)的，或包含一電極170，其通過(guò)一電源供應(yīng)172(例如，RF電源供應(yīng))而產(chǎn)生偏壓。該基板支架130亦包含一活動(dòng)遮片133，其在無(wú)該基板時(shí)，可保護(hù)該支架130的上表面134。在操作時(shí)，該基板104會(huì)經(jīng)由該室106的側(cè)壁164的基板裝載入口(未示)送入該室106，且置放于該支架130上。該支架130會(huì)通過(guò)下方的支架升降機(jī)上升或下降，且在該基板104送入及送出該室106之時(shí)，可使用一指狀升降裝備(未示)來(lái)升起或降低該支架130上的基板。
該支架130亦包含至少一環(huán)，例如，一遮蓋環(huán)126及一沉積環(huán)128，其覆蓋至少部份的該支架130的上表面134，以避免該支架130的腐蝕。在一態(tài)樣中，該沉積環(huán)128至少部份環(huán)繞該基板104，以保護(hù)部份該支架130免于為該基板104所覆蓋。該遮蓋環(huán)126環(huán)繞及覆蓋了至少部份的沉積環(huán)128，且減少沉積在該沉積環(huán)128及該下襯支架130兩者的上的粒子。
例如濺鍍氣體的制程氣體會(huì)經(jīng)由一氣體分送系統(tǒng)注入該室106，該氣體分送系統(tǒng)112包含一制程氣體供應(yīng)，其包含各饋入一導(dǎo)管176的至少一氣體來(lái)源174，該導(dǎo)管176具有一氣體流動(dòng)控制閥178，例如質(zhì)流控制器，以使固定流速的氣體通過(guò)。該導(dǎo)管176可將該等氣體饋入一混合歧管(未示)，其中該等氣體會(huì)混合而形成一期望的制程氣體組成。該混合歧管會(huì)饋入該室106中的氣體分布器180，其具有至少一氣體出口182。該處理氣體包含一不反應(yīng)氣體，例如，氬氣或氙氣，其可以高能量由一標(biāo)靶沖撞于濺鍍材料上。該制程氣體亦包含一反應(yīng)性氣體，例如以下至少一個(gè)含氧氣體及含氮?dú)怏w，其可與該濺鍍材料反應(yīng)，而在該基板104上形成一個(gè)層。用過(guò)的制程氣體及副產(chǎn)品會(huì)由經(jīng)由一排氣口122而由該室106排出，該排氣口122包含至少一排氣門184，其可接收用過(guò)的制程氣體及令用過(guò)的氣體通過(guò)一排氣管186，其含有一節(jié)流閥，可控制該室106中的氣體壓力。該排氣管186可饋入至少一排氣泵190。典型上，該室106中濺鍍氣體的氣壓的大小可設(shè)定為低于大氣壓力。
該濺鍍室106更包含一濺鍍標(biāo)靶124，其面對(duì)該基板104表面105，及包含待濺鍍于該基板104上的材料。該標(biāo)靶124通過(guò)一環(huán)狀絕緣環(huán)132而電隔離于該室106，且連接至一電源供應(yīng)192。該濺鍍室106亦具有一遮罩120，以將該室106的壁118與濺鍍材料隔離。該遮罩120包含一似障壁的圓柱狀的形狀，具有上及下遮罩部份120a，120b，其可庇護(hù)該室106的上部及下部。在圖4顯示的態(tài)樣中，該遮罩120具有架設(shè)于該支持環(huán)130的上方部份120a，及吻合于該遮蓋環(huán)126的下方部份120b。亦可設(shè)置包含一夾鉗環(huán)的夾鉗遮罩141，以將該上遮罩與下遮罩部份120a，b夾在一起。亦可設(shè)置其他的遮罩結(jié)構(gòu)，例如，內(nèi)及外遮罩。在一態(tài)樣中，電源供應(yīng)192、標(biāo)靶124、及遮罩120中至少一個(gè)可作用如同一氣體激發(fā)器116，其可令該濺鍍氣體高能化，以由該標(biāo)靶124濺鍍材料。該電源供應(yīng)192可供應(yīng)一關(guān)于該遮罩120的偏壓至該標(biāo)靶124。在該室106中因施加電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)，可令該濺鍍氣體高能化而形成一電漿，其以高能量沖撞在該標(biāo)靶124上，以將該標(biāo)靶124上的材料濺鍍至該基板104上。具有該電極170及該支架電極電源供應(yīng)172的支架130，亦可通過(guò)令由該標(biāo)靶124濺鍍的該離子化材料產(chǎn)生高能化，且朝向該基板104加速，而操作如同部份的氣體激發(fā)器116。此外，可設(shè)置一氣體高能化線圈135，其通過(guò)一電源供應(yīng)192供能且設(shè)置于該室106內(nèi)，以提供增強(qiáng)的高能氣體特征，例如，改良的高能氣體密度。該氣體高能化線圈135的支持是通過(guò)一線圈支架137，其附著于一遮罩120或該室106中的其他壁上。
通過(guò)包含程式碼的控制器194可控制該室106，該程式碼具有可操作該室106的組件的指令組，以處理該室106中的基板104。例如，該控制器194包含一基板定位指令組，以操作至少一基板支架130及基板運(yùn)輸系統(tǒng)，以令一基板104定位于該室106中；一氣體流量控制指令組，以操作該流控閥178，而固定流向該室106的濺鍍氣體的流量，來(lái)維持該室106中的壓力；一氣體激發(fā)器控制指令組，其操作該氣體激發(fā)器116，以設(shè)定一氣體激發(fā)功率位準(zhǔn)；一溫控指令組，以控制該室106中的溫度；及一制程監(jiān)控指令組，以監(jiān)控該室106中的制程。
雖然本發(fā)明的示范實(shí)施例皆已顯示及描述，熟習(xí)該項(xiàng)技藝者可設(shè)計(jì)其他并入本發(fā)明的實(shí)施例，且其亦在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，除了上文教示的示范組件以外，亦可清潔其他的室中組件。亦可使用其他的熱噴涂器400的結(jié)構(gòu)及實(shí)施例，及除了上文教示的涂層及結(jié)構(gòu)組成以外，亦可使用其他的涂層及結(jié)構(gòu)組成。除了所教示的清潔步驟以外，亦可執(zhí)行額外的清潔步驟，及除了所教示的該等清潔步驟的次序的外，亦可執(zhí)行其他次序。此外，關(guān)于示范實(shí)施例所示的相對(duì)或位置形容詞是可互相交換的。因此，后附的申請(qǐng)專利范圍不應(yīng)受限于本文為了繪示本發(fā)明而教示的較佳態(tài)樣，材料，或空間配置的敘述。
權(quán)利要求
1.一種基板制程室組件，其可曝露于一制程室中的高能化氣體中，該組件至少包含(a)下襯結(jié)構(gòu)；(b)位于該下襯結(jié)構(gòu)上方的第一涂覆層，該第一涂覆層包含第一表面，其平均表面粗糙度低于約25微米；及(c)位于該第一涂覆層上方的第二涂覆層，該第二涂覆層包含第二表面，其平均表面粗糙度至少約50微米，由此，制程殘余物會(huì)附著于該第二表面，而減少經(jīng)處理的基板的污染。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其至少包含以下至少一個(gè)(1)該第一及第二涂層至少包含經(jīng)噴涂的鋁涂覆層；及(2)該下襯結(jié)構(gòu)至少包含以下至少一個(gè)鋁、鈦、鉭、不銹鋼、銅及鉻。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其至少包含以下至少一個(gè)(1)該第一涂覆層至少包含低于約10％的孔隙度；(2)該第二涂覆層至少包含至少約12％的孔隙度；或(3)該第二涂覆層至少包含至少約15％的孔隙度。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中該第一涂覆層至少包含由約0.1厘米至約0.25厘米的厚度，及該第二涂覆層至少包含由約0.15厘米至約0.3厘米的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中該組件至少包含至少部份的制程室密封壁、遮罩、制程配套工具、基板支架、氣體分送系統(tǒng)、氣體激發(fā)器、及排氣孔。
6.一種至少包含有權(quán)利要求1所述組件的基板制程室，其中該制程室至少包含一基板支架、氣體分送系統(tǒng)、氣體激發(fā)器、及排氣孔。
7.一種制備一基板處理室組件的方法，該方法至少包含(a)提供下襯結(jié)構(gòu)；(b)噴涂第一涂覆層至該下襯結(jié)構(gòu)上，同時(shí)維持第一噴涂參數(shù)以在該第一涂覆層上形成第一表面，其中該第一表面的平均表面粗糙度低于約25微米；及(c)噴涂第二涂覆層于該第一涂覆層上方，同時(shí)維持第二噴涂參數(shù)以在該第二涂覆層上形成第二表面，其中該第二表面的平均表面粗糙度至少約50微米。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(b)與(c)包含以一壓縮氣體推擠涂覆材料而通過(guò)一噴嘴，該噴嘴包含一錐狀流徑，該錐狀流徑在一噴嘴出口的直徑為該在一噴嘴入口的直徑的至少1.5倍。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(b)包含推擠涂覆材料而通過(guò)該噴嘴于至少約200千巴的第一壓力，并且其中步驟(c)包含推擠涂覆材料而通過(guò)相同噴嘴于低于該第一壓力的第二壓力，該第二壓力低于約175千巴。
10.一種雙線弧形噴涂器，其可在一結(jié)構(gòu)上形成一涂層，該噴涂器至少包含(a)第一及第二電極，可偏壓而在其之間產(chǎn)生一電弧，該等電極中至少一個(gè)包含自耗電極；(b)壓縮氣體的供應(yīng)源，引導(dǎo)壓縮氣體通過(guò)該等電極；(c)噴嘴，該壓縮氣體流經(jīng)該噴嘴，其中該噴嘴至少包含(1)導(dǎo)管，以接收該壓縮氣體；及(2)圓錐部份，其具有附著至該導(dǎo)管的入口及可釋放該壓縮氣體的出口，該圓錐部份至少包含多個(gè)斜錐側(cè)壁，該些斜錐側(cè)壁是由該入口向外延展至該出口，該入口具有第一直徑及該出口具有第二直徑，該第二直徑為該第一直徑的尺寸的至少1.5倍，由此，可選擇流經(jīng)該噴嘴的該壓縮氣體的壓力，以提供該涂層的預(yù)設(shè)平均表面粗糙度，由此，該自耗電極會(huì)因該電弧而至少部份熔化以形成熔化的材料，及通過(guò)該壓縮氣體推擠該熔化材料而通過(guò)該噴嘴且到達(dá)該結(jié)構(gòu)上以形成該涂層。
11.如權(quán)利要求10所述的雙線弧形噴涂器，其中該等斜錐側(cè)壁所形成的角度是由約60°至約120°。
12.如權(quán)利要求10所述的雙線弧形噴涂器，其中該第一直徑是由約5分厘至約23厘米，及該第二直徑是由約20厘米至約35厘米。
全文摘要
一種基板制程室組件(20)，其可曝露于一制程室中的高能化氣體中。該組件具有下襯結(jié)構(gòu)(24)及第一(30a)及第二涂覆層(30b)。該第一涂覆層(30a)形成于該下襯結(jié)構(gòu)上方，及具有低于約25微米的平均表面粗糙度的第一表面(32)。該第二涂覆層(30b)形成于該第一涂覆層上方，及具有至少約50微米的平均表面粗糙度的第二表面(25)。制程殘余物會(huì)附著于該第二涂覆層(30b)的表面，以減少經(jīng)處理的基板的污染。
文檔編號(hào)C23C30/00GK101065510SQ200580040050
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者林益興, 許大江, 克利福德·斯托 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司