CN108856128A - 调节室部件 - Google Patents

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阿米尔·A·亚西尔
石洪
约翰·多尔蒂
杜安·奥特卡
许林
阿芒·阿沃扬
克利夫·拉克鲁瓦
吉里什·洪迪
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Abstract

本发明涉及调节室部件。提供了一种用于调节处理室的部件的装置。提供了一种保持兆频超声波调节溶液的罐。支架在罐被兆频超声波调节溶液填充时保持浸入兆频超声波调节溶液中的部件。兆频超声波调节溶液入口系统将兆频超声波调节溶液输送到罐。兆频超声波换能器头包括至少一个兆频超声波换能器，以向兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将兆频超声波能量通过兆频超声波调节溶液输送到部件。兆频超声波调节溶液排放系统在将部件保持在兆频超声波调节溶液中的位置上方的位置处从罐中排出兆频超声波调节溶液。致动器使兆频超声波换能器头移动通过罐。

Description

调节室部件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月3日提交的美国临时申请No.62/500,688的优先权权益，该申请通过引用并入本文以用于所有目的。
技术领域
本公开涉及用于调节陶瓷部件的方法。更具体地，本公开涉及用于调节用于晶片等离子体处理室中的陶瓷部件的方法。
背景技术
在形成半导体器件中，使用晶片等离子体处理室来处理衬底。一些等离子体处理室具有包含陶瓷的部件，例如介电功率窗、气体注入器、边缘环、电极、喷头、高流动衬里和静电卡盘。
发明内容
为了实现上述目的并且根据本发明的目的，提供了一种用于调节处理室的部件的装置。罐容纳兆频超声波调节溶液。支架在所述罐被兆频超声波调节溶液填充时保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件。兆频超声波调节溶液入口系统将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐。兆频超声波换能器头包括至少一个兆频超声波换能器，以向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件。兆频超声波调节溶液排放系统在将所述部件保持在所述兆频超声波调节溶液中的位置上方的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液。致动器在将所述部件保持在所述兆频超声波调节溶液中的位置上方将所述兆频超声波换能器头移动通过所述罐。
在另一表现方案中，提供了一种用于调节晶片处理室的部件的方法。将所述部件浸入在罐中的兆频超声波调节溶液中。通过所述兆频超声波调节溶液将兆频超声波能量施加到所述部件上以清洁所述部件。
在另一表现方案中，提供了一种用于调节处理室的部件的装置。罐容纳兆频超声波调节溶液。支架在所述罐被兆频超声波调节溶液填充时，保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件。兆频超声波调节溶液入口系统将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐。兆频超声波换能器头包括被置于所述罐中的至少一个固定兆频超声波换能器以向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件。兆频超声波调节溶液排放系统在将所述部件保持在所述兆频超声波调节溶液中的位置上方的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于调节处理室的部件的装置，其包括：
用于容纳兆频超声波调节溶液的罐；
支架，所述支架用于在所述罐被所述兆频超声波调节溶液填充时，保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件；
兆频超声波调节溶液入口系统，其用于将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐；
具有长度的兆频超声波换能器头，其包括至少一个兆频超声波换能器，以向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件；
兆频超声波调节溶液排放系统，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液；以及
致动器，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置处将所述兆频超声波换能器头移动通过所述罐。
2.根据条款1所述的装置，其还包括：
用于循环所述兆频超声波调节溶液的泵；
脱气膜；以及
至少一个过滤器，其用于过滤来自所述兆频超声波调节溶液的污染物，其中所述泵、所述脱气膜和所述至少一个过滤器串联流体连接在所述兆频超声波调节溶液排放系统和所述兆频超声波调节溶液入口系统之间。
3.根据条款2所述的装置，其还包括用于加热与所述泵串联流体连接的所述兆频超声波调节溶液的加热器。
4.根据条款1所述的装置，其中所述兆频超声波调节溶液排放系统包括：
被配置成使得所述兆频超声波调节溶液能从所述罐流出的溢流道；以及沟槽，其用于捕获从所述溢流道流出的所述兆频超声波调节溶液。
5.根据条款4所述的装置，其中所述溢流道由堰形成。
6.根据条款1所述的装置，其中，所述兆频超声波调节溶液入口系统包括至少一个入口，所述至少一个入口用于使所述兆频超声波调节溶液在低于在所述罐内安装所述部件的位置的位置处流入所述罐。
7.根据条款1所述的装置，其中所述罐包括非金属侧面。
8.根据条款1所述的装置，其中所述致动器在基本上垂直于所述兆频超声波换能器头的长度的方向上移动所述兆频超声波换能器头。
9.根据条款1所述的装置，其中所述兆频超声波换能器头包括位于所述至少一个兆频超声波换能器与所述兆频超声波调节溶液之间的石英外壳。
10.根据条款1所述的装置，其还包括至少一个发电机，其中所述至少一个发电机向所述兆频超声波换能器头提供足够的功率，以使所述兆频超声波换能器头向所述兆频超声波调节溶液提供至少2瓦/cm2的功率。
11.根据条款1所述的装置，其还包括附接到所述兆频超声波换能器头的插座和球。
12.根据条款1所述的装置，其中，所述兆频超声波换能器头的长度横跨所述罐的尺寸。
13.一种用于调节晶片处理室的部件的方法，其包括：
将所述部件浸入在罐中的兆频超声波调节溶液中；以及
通过所述兆频超声波调节溶液将兆频超声波能量施加到所述部件上以清洁所述部件。
14.根据条款13所述的方法，其还包括在将所述部件浸入在所述兆频超声波调节溶液中之前，对所述部件执行第一清洁。
15.根据条款14所述的方法，其中，所述执行所述第一清洁包括：
将所述部件置于超声波溶液罐中的超声波调节溶液中；以及
将超声波能量通过所述超声波调节溶液施加到所述部件上以清洁所述部件。
16.根据条款14所述的方法，其中，所述执行所述第一清洁包括对所述部件进行干冰喷砂。
17.根据条款13所述的方法，其还包括在所述施加兆频超声波能量的过程中使所述兆频超声波调节溶液流动。
18.根据条款17所述的方法，其中，所述使所述兆频超声波调节溶液流动包括：
使所述罐内的所述兆频超声波调节溶液再循环，其包括：
使所述兆频超声波调节溶液流入所述罐中；
从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液；并且
使所述兆频超声波调节溶液流回所述罐内；以及
在将所述兆频超声波调节溶液排出之后并且在使所述兆频超声波调节溶液流回所述罐中之前，使所述兆频超声波调节溶液通过至少一个过滤器。
19.根据条款17所述的方法，其中，所述使所述兆频超声波调节溶液流动提供单程的所述兆频超声波调节溶液。
20.根据条款17所述的方法，其中所述将所述部件浸入在所述兆频超声波调节溶液中包括将所述部件安装在所述罐中的支架上，并且其中所述使所述兆频超声波调节溶液流动包括：
使所述兆频超声波调节溶液在低于所述罐中安装所述部件的位置的位置处流入所述罐中；以及
使所述兆频超声波调节溶液在高于在所述罐中安装所述部件的位置的位置处从所述罐中排出。
21.根据条款13所述的方法，其中施加所述兆频超声波能量，使得具有复杂几何形状的超大尺寸的部件能通过所述兆频超声波调节溶液接收所述兆频超声波能量。
22.根据条款13所述的方法，其中所述部件是含陶瓷部件。
23.一种用于调节处理室的部件的装置，其包括：
用于容纳兆频超声波调节溶液的罐；
支架，所述支架用于在所述罐被所述兆频超声波调节溶液填充时，保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件；
兆频超声波调节溶液入口系统，其用于将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐；
兆频超声波换能器头，其包括置于所述罐中的至少一个固定兆频超声波换能器，所述兆频超声波换能器向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件；以及
兆频超声波调节溶液排放系统，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液。
24.根据条款23所述的装置，其中所述部件具有的高度至少为所述部件厚度的五倍，其中所述支架保持所述部件使得所述部件的高度基本上是竖直的，并且其中所述罐具有的高度至少是所述罐的宽度的五倍。
25.根据条款23所述的装置，其还包括：
用于循环所述兆频超声波调节溶液的泵；
脱气膜；以及
至少一个过滤器，其用于过滤来自所述兆频超声波调节溶液的污染物，其中所述泵、所述脱气膜和所述至少一个过滤器串联流体连接在所述兆频超声波调节溶液排放系统和所述兆频超声波调节溶液入口系统之间。
26.根据条款25所述的装置，其还包括用于加热与所述泵串联流体连接的所述兆频超声波调节溶液的加热器。
27.根据条款23所述的装置，其中所述兆频超声波调节溶液排放系统包括：
被配置成使得所述兆频超声波调节溶液能从所述罐流出的溢流道；以及沟槽，其用于捕获从所述溢流道流出的所述兆频超声波调节溶液。
28.根据条款23所述的装置，其中，所述兆频超声波调节溶液入口系统包括至少一个入口，所述至少一个入口用于使所述兆频超声波调节溶液在低于在所述罐内安装所述部件的位置的位置处流入所述罐。
29.根据条款23所述的装置，其中，所述罐包括非金属侧面。
本公开的这些和其它特征将在下面本公开的具体描述中且结合附图更详细地进行描述。
附图说明
本公开在附图中的图中通过示例的方式示出，而不是通过限制的方式，其中类似的附图标记指代相似的元件，并且其中：
图1A是在一实施方式中使用的兆频超声波处理模块的侧面示意图。
图1B是图1A的兆频超声波处理模块的俯视示意图。
图1C是图1A的兆频超声波处理模块的从图1A的相反侧观看的侧面示意图。
图2是实施方式的高级流程图。
图3是实施方式中的含有陶瓷的部件处理的放大截面图。
图4是含陶瓷部件的预调节的更详细的流程图。
图5是后处理的更详细的流程图。
图6是兆频超声波清洁和后处理系统的示意图。
图7示意性地图示了可以在一个实施方式中使用的等离子体处理室的示例。
图8显示了使用40kHz超声波能量，接着进行去离子水漂洗后的清洁后的氧化铝表面的图像和放大图像。
图9显示了经受950kHz兆频超声波能量和去离子水清洁后的氧化铝表面的放大图。
图10A-B示出了使用950kHz兆频超声波能量，接着进行去离子水漂洗的清洁之前和之后的氧化钇表面的图像和放大图像。
图11A-B是在另一实施方式中使用的兆频超声波处理模块的示意图。
具体实施方式
本公开现在将参考如在附图中示出的若干优选实施方式进行详细描述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言，将显而易见的是本发明可以在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，众所周知的工艺步骤和/或结构没有详细描述以免不必要地模糊本公开。
包括蚀刻、剥离、清洁和沉积工具的半导体制造设备处理模块使用制造成各种形状、尺寸和几何形状的关键室硬件部件，所述室硬件部件由多晶陶瓷材料(诸如基于氧化铝和/或氧化铝与氧化锆和氧化钇的涂料制成。这些材料在被制造成部件时通常可以加载多种表面污染物源，包括有机残留物、无机金属/离子杂质和本身表现为松散结合的固体的颗粒，该颗粒其形态和大小从几百微米到亚微米级到几十纳米变化。这些颗粒是非常不希望有的，并且可能在部件制造加工过程(例如打磨、研磨、抛光)期间加载到材料上，或者有时也作为涂覆工艺的副产物固有地嵌入到主体顶层表面形态物中。必须避免在安装之前或安装之时在任何蚀刻、沉积或清洁模块部件上加载亚微米和纳米尺寸的颗粒，以确保通常在小到28纳米下测得的工艺鉴定和颗粒监测是成功的。否则，在处理模块初始启动时，不清洁的部件将不可避免地导致晶片上的许多缺陷问题。这会对启动时间、产品产量和总体生产力造成不利影响。
考虑到这些挑战，新制造的关键室部件的陶瓷表面必须使用稳健的清洁方法以更高的精度进行清洁，所述方法不仅针对较大微米级颗粒的去除，而且还消除30纳米至800纳米以下的所有不希望有的小尺寸颗粒。已知有使用传统措施除去微米级颗粒的方式，所述传统措施例如喷砂、擦拭、在有机溶剂中浸泡、基于水的表面活性剂、无机酸混合物、碱性混合物、压力漂洗和用于部件清洁的兆频超声波处理。例如，服务于等离子体蚀刻和沉积工艺工具客户的陶瓷部件制造供应商和部件清洁供应商依赖于传统的湿式化学清洁(用于脱脂的清洁剂，用于金属的高浓度无机酸，例如硝酸、氢氟酸、磷酸和硫酸污染物去除)。表面活性剂的变化以及随后在40kHz至几百kHz频率范围内操作的超声波设备进行的最终去离子水漂洗用于清洁部件。众所周知，当粒径接近亚微米至纳米时，这些靶向污染和颗粒去除的方法会降低效率。尽管这些传统的部件清洁方法已被设计用于处理各种形状、尺寸和几何形状的部件，但它们缺乏从成品部件的陶瓷表面有效去除纳米至亚微米大小颗粒的能力。这种差距导致了许多安装在室内的新制造部件的开箱质量问题(out of the box qualityissues)，并且在模块启动时发现产生高颗粒缺陷。迄今为止的工作一直延续到室预调节时间，以使颗粒水平降至预期的规格。这样的做法是非常不希望有的，并且对室生产产生负面影响。此外，调节等离子体室以获得可重现的低颗粒稳态工艺条件的主要问题是，这种调节时间、供应和资源增加了对生产力产生负面影响的成本和复杂性。因此，在室安装之前通过完成粗糙预调节和最终精确清洁处理方法，使输入部件呈现降至亚微米到纳米级的优良的颗粒清洁度，这是合乎期望的。这样的方法将更加经济和高效。
一个实施方式提供了用于调节和精确清洁具有氧化铝和/或具有涂覆有其它陶瓷材料(例如氧化锆、氧化钇或其组合)的陶瓷部件的表面的方法和装置。在某些情况下，陶瓷部件也可能暴露裸露的铝表面和/或阳极氧化铝表面。但是，在某些情况下，室部件也可能使用替代材料。这种材料通常用于构造意在用于等离子体蚀刻或沉积处理室模块的部件，在所述处理室模块中处理诸如硅晶片之类的半导体衬底。举几个示例，这些可以包括静电卡盘(ESC)陶瓷板、变压器耦合等离子体(TCP)陶瓷涂覆的窗、陶瓷气体注射器、多种类型的沉积喷头、和/或其他陶瓷涂覆的阳极氧化铝部件。因此，由氧化铝和其他陶瓷基材料制成的这些新的关键部件需要精确的清洁方法，该方法非常稳健以有效地消除所有不希望有的有机和无机污染物，污染物包括所有亚微米至纳米尺寸的颗粒。当新的部件将由重复的材料沉积(例如涂覆部件的喷涂工艺中的一种，其中不需要的污染物可沉积在主体层形态物上)制造时，随着时间的推移，颗粒可能积累。替代地，颗粒也可能源自用于例如通过打磨、研磨和抛光工艺实现所需表面修整(finish)的任何连续步骤。如果未被清洁，则在任何蚀刻、沉积或清洁模块部件上加载的亚微米和纳米尺寸的颗粒在处理模块的初始启动时会不可避免地导致晶片上的许多缺陷问题，从而对启动时间、产品产量和总体生产力产生不利和不希望有的影响。
图1A是在实施方式中使用的兆频超声波处理模块104的示意性横截面侧视图。在这个示例中，兆频超声波处理模块104包括罐108，其中放置了作为功率窗的含陶瓷部件110。含陶瓷部件110由部件安装件112支撑，部件安装件112可以是用于保持含陶瓷部件110的筐。罐108具有至少一个堰114，该堰114在罐中形成低点，其作为溢流道。在该实施方式中，罐108的整个顶部是低点并因此形成堰114。兆频超声波调节溶液116将罐108填充到堰114的顶部。兆频超声波调节溶液116流过堰114进入安装到罐108侧面的沟槽118。沟槽118捕获兆频超声波调节溶液116，兆频超声波调节溶液116溢过堰114。沟槽排放管120通过泵122从沟槽118排出兆频超声波调节溶液116。由至少一个堰114、沟槽118和沟槽排放管120形成的溢流道形成兆频超声波调节溶液排放系统。加热器124与沟槽排放管120和泵122流体连接。包括脱气膜的脱气单元128流体连接在加热器124和过滤器132之间。过滤器132流体连接在脱气单元128和兆频超声波调节溶液入口系统136之间。沟槽排放管120与排出管道140流体连接。扫描兆频超声波换能器头144位于罐108上方。扫描兆频超声波换能器头144连接至致动器148，以用于将兆频超声波换能器头144在含陶瓷部件上方在整个罐108上移动。兆频超声波换能器头144可以跨越罐108的一个维度并且移动跨过罐108的另一维度。在该示例中，兆频超声波调节溶液116是pH至少为8的碱性溶液。在这个示例中，兆频超声波调节溶液是体积比为(1:1:5)的稀氢氧化铵和水(NH4OH:H2O)或氢氧化铵、过氧化氢和水(NH4OH:H2O2:H2O)，其称为SC1溶液。
图1B是兆频超声波处理模块104的示意性俯视图。兆频超声波处理模块104包括罐108，其中放置了作为功率窗的含陶瓷部件110。沟槽118安装在罐108的侧面。扫描兆频超声波换能器头144位于罐108的上方。扫描兆频超声波换能器头144包括石英外壳160，它包围着沿着扫描兆频超声波换能器头144的长度方向放置的多个兆频超声波换能器164。致动器148基本上垂直于扫描兆频超声波换能器头144的长度方向移动兆频超声波换能器头144跨过容器108。容器108的侧面是非金属的，例如塑料，从而侧面不与兆频超声波调节溶液116相互作用。每个兆频超声波换能器164连接到至少一个发电机172，其中至少一个发电机向兆频超声波换能器头144提供足够的功率，使得兆频超声波换能器头144提供至少2瓦特/平方厘米的功率。
图1C是兆频超声波处理模块104的示意性侧视图。兆频超声波处理模块104与图1A所示的横截面侧视图相反。在罐108的一侧上提供支撑轨道180。如图1B所示，扫描兆频超声波换能器头144由致动器148支撑在扫描兆频超声波换能器头144的长度的第一侧上。扫描兆频超声波换能器头144的长度的第二侧连接到插座壳体184上。球188安装在插座壳体184中并搁置在支撑轨道180上。支撑轨道180、插座壳体184和球188为扫描传感器头的长度的第二侧提供支撑。该支撑改进了对扫描超音速换能器头144的定位的控制。
图2是用于调节部件的实施方式的高级流程图。在该实施方式中，预调节含陶瓷部件(步骤204)。将含陶瓷部件置于兆频超声波调节溶液中(步骤208)。兆频超声波能量通过兆频超声波调节溶液施加到含陶瓷部件上(步骤212)。对含陶瓷部件110提供后处理(步骤216)。含陶瓷部件110安装成为晶片处理室的一部分(步骤220)。调节含陶瓷部件(步骤224)。在处理室中处理晶片(步骤228)。
在优选实施方式中，在第一清洁工艺中预调节含陶瓷部件(步骤204)。图3是作为功率窗的含陶瓷部件110的放大截面图。功率窗包括陶瓷窗主体304。陶瓷窗主体304可以是一种或多种不同的材料。优选地，陶瓷窗304包括硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或者碳化铝(AlC)中的至少一种。陶瓷窗主体304可以具有保护性陶瓷涂层。
对含陶瓷部件110进行预调节(步骤204)。图4是含陶瓷部件110的预调节的更详细的流程图(步骤204)。将含陶瓷部件110进行擦洗(步骤404)。抛光含陶瓷部件110(步骤408)。陶瓷部件被喷砂(步骤412)。通过超声波清洁陶瓷部件(步骤416)。
在该实施方式中，含陶瓷部件110(步骤404)的擦洗可以通过手动或机动化垫，诸如由诸如氧化铝或碳化硅之类的材料制成的Scotch BriteTM擦洗垫进行。
在该实施方式中，含陶瓷部件110(步骤408)的抛光可以通过含有抛光介质(例如基于金刚石的浆料、有机基润滑剂、二氧化硅或氧化铝糊剂)的手工或机动化抛光垫或板或金刚石垫。
在该实施方式中，对含陶瓷部件110进行喷砂(步骤412)包括用干冰的固体细微颗粒屑(solid fine particle shavings)轰击含陶瓷部件110的表面。首先通过以0.5至2磅/分钟的速率向料斗供料来制造干冰颗粒。使用清洁的压缩空气将颗粒朝向含陶瓷部件110的目标表面喷射，其中压强为约25psi至约75psi，持续时间为约30秒至约20分钟。然后所述预调节实现擦拭含陶瓷部件110的表面以去除残留的碎片。之后，压力冲洗在20psi至40psi下用去离子水去除经干冰喷射的部件。通过吹送经过滤的氮气除去过量的水。
在该实施方式中，通过超声波清洁含陶瓷部件110(步骤416)包括将含有陶瓷的元件放入兆频超声波溶液罐中的超声波调节溶液的超声波清洗浴中。超声波能量以在介于40kHz到200kHz之间的频率提供5分钟到约60分钟。
将含陶瓷部件置于兆频超声波调节溶液中(步骤208)。在该示例中，含陶瓷部件110被放置在罐108中，如图1所示。兆频超声波能量通过兆频超声波调节溶液施加到含陶瓷部件110上(步骤212)。通过兆频超声波调节溶液116将兆频超声波能量施加到含陶瓷部件110上。在该示例中，兆频超声波能量152由扫描兆频超声波换能器头144在950kHz或更高的频率下以一定功率施加约5分钟至约60分钟，在该功率下，所述扫描为含陶瓷部件110的表面的每个部分提供约为2瓦/cm2至10瓦/cm2的功率密度。在该实施方式中，兆频超声波调节溶液116通过兆频超声波调节溶液入口系统136泵入罐108中。兆频超声波调节溶液116流入沟槽118，然后流入沟槽排放管120，然后流入加热器124。加热器124加热兆频超声波调节溶液116。除气单元128除去或减少兆频超声波调节溶液116中的气泡和/或气体。兆频超声波调节溶液116随后被传送到过滤器132，过滤器132过滤兆频超声波调节溶液116的颗粒。在其它实施方式中，泵122、加热器124、除气单元128和过滤器132可以以不同的顺序排列。在各种实施方式中，泵122、加热器124、除气单元128和过滤器132可以具有不同的顺序，并且在兆频超声波调节溶液排放系统和兆频超声波调节溶液入口系统之间串联流体连接。
为此，所描述的清洁顺序已被证明在去除主体材料的单个颗粒表面上残留的特别是纳米至亚微米颗粒残余物方面非常有效。已经证明使用一个实施方案清洁氧化铝表面，氧化铝表面表现出非常具有挑战性的形貌的表面(即在表面凹坑内，在表面颗粒的顶部和之间，在涂层形态物内的突起(hill)和凹陷)。该清洁还在制造成各种形状、几何形状和尺寸的一些关键硬件部件的平滑低算术平均(Ra)抛光成品表面上产生等效的纳米尺寸颗粒去除效率。该清洁还可以去除粗大的微米尺寸的颗粒污染物。
含陶瓷部件110被后处理(步骤216)。图5是后处理(步骤216)的更详细的流程图。图6是兆频超声波清洗和后处理系统604的示意图。兆频超声波清洗和后处理系统包括兆频超声波处理模块104、冲洗罐608、兆频超声波冲洗罐612和干燥罐616。在含陶瓷部件110在兆频超声波处理模块104中清洁后，将含陶瓷部件110移动到冲洗罐608。在该实施方式中，向含陶瓷部件110喷射水以冲洗含陶瓷部件110(步骤504)。然后将含陶瓷部件110移动至兆频超声波冲洗罐612。兆频超声波冲洗罐612可以类似于兆频超声波处理模块104。兆频超声波冲洗罐612充满纯去离子水。兆频超声波冲洗罐612通过纯去离子水提供兆频超声波能量以便通过兆频超声波冲洗含陶瓷部件110(步骤508)。将含陶瓷部件110移动到干燥罐616。在该实施方式中，干燥罐616喷射经过滤的加热的干燥氮气以干燥含陶瓷部件110(步骤512)。
含陶瓷部件110被安装成处理室的一部分(步骤220)。图7示意性地示出了可以在一个实施方式中使用的等离子体处理室700的示例。等离子体处理室700包括在其中具有等离子体处理约束室704的等离子体反应器702。通过匹配网络708调谐的等离子体电源706供电到位于变压器耦合功率(TCP)线圈710。TCP线圈710定位在功率窗附近，功率窗是含陶瓷部件110。通过提供感应耦合功率而在等离子体处理约束室704生成等离子体714。TCP线圈(上电源)710可配置为在等离子体处理约束室704内产生均匀扩散分布。例如，TCP线圈710可以被配置为在等离子体714产生环形功率分布。提供功率窗712，以将TCP线圈710从等离子体处理约束室704分开，同时允许能量从TCP线圈710传到等离子体处理约束室704。通过匹配网络718调节的晶片偏压电源716提供功率到电极720来在晶片764上设置偏压。晶片764由电极720支撑。
等离子体电源706和晶片偏压电源716可被配置成在特定的射频下操作，诸如，例如在13.56兆赫、27兆赫、2兆赫、60兆赫、400千赫、2.54千兆赫或它们的组合下操作。等离子体电源706和晶片偏压电源716可被适当地设置大小以提供一系列的功率，以达到期望的处理性能。例如，在一个实施方式中，等离子体电源706可供应介于50瓦到5000瓦的范围内的功率，晶片偏压电源716可供应介于20V到2000V的范围内的偏压。另外，TCP线圈710和/或电极720可以包含两个或两个以上的子线圈或子电极，其可以由单一的电源供电或者由多个电源供电。
如图7中所示，等离子体处理室700还包括气体源/气体供给机构730。气体源730通过气体入口(例如气体喷射器740)与等离子体处理约束室704流体连接。气体喷射器740可以位于等离子体处理约束室704的任何有利的位置，并且可以采取任何形式用于注入气体。然而，优选地，气体入口可被配置为产生“可调的”气体注入分布，其允许独立调节气体流到等离子体处理约束室704中的多个区域的各气体流。处理气体和副产物通过压力控制阀742和泵744被从等离子体处理约束室704除去，这也起到在等离子体处理约束室704内维持特定压强的作用。压力控制阀742可在处理期间维持低于2托(torr)的压强。边缘环760被置于晶片764周围。控制器724为等离子体电源706、气体源/气体供应机构730和晶片偏置电压电源716设定点。可使用由加利福尼亚州弗里蒙特的朗姆研究公司(Lam Research Corp.ofFremont,CA)提供的Kiyo实践一个实施方式。
调节含陶瓷部件110(步骤224)。含陶瓷部件110的调节包括在不处理晶片的情况下使用等离子体处理约束室704。在加工期间可以使用虚拟晶片，但是在调节过程中，不处理虚拟晶片以在晶片上提供器件。在足够数量的调节循环之后，在等离子体处理约束室704中处理晶片以在晶片上形成半导体器件(步骤228)。
在处理多个晶片之后，可能需要再次清洁部件。可以将该部件从处理室移除以使用上述工艺进行清洁。
预调节步骤(步骤204)去除通常是微米尺寸和更大的颗粒。已经使用传统工艺去除了这些较大的污染物。包括将陶瓷部件置于兆频超声波调节溶液中(步骤208)和施加兆频超声波能量(步骤212)的调节工艺将亚微米和纳米尺寸的颗粒移除至使用常规方法未实现的程度。亚微米和纳米尺寸颗粒的去除允许减少或消除调节时间。消除或减少调节部件所需的时间，使得能有更多的处理室时间来处理晶片。另外，在更换部件之间可以实现更多的处理。另外，调节需要更少的功率和其他资源。
优选地，兆频超声波被定义为具有至少800kHz的频率。超声波被定义为不大于760kHz。
该实施方式产生非常优异的清洁陶瓷表面，例如氧化铝和氧化钇表面，如从(化学/兆频超声波)清洁后的多晶氧化铝和氧化钇涂覆的表面拍摄的扫描电子显微镜照片所示。迄今为止，这些清洁结果与使用传统清洁工艺不匹配。这是因为制造商和部件清洁供应商都无法通过使用传统的记录清洁方法获得同等的清洁效果。所公开的清洁方法产生陶瓷表面，其表现出没有尺寸范围从亚微米到几十纳米不等的小尺寸颗粒污染物。这种观察可以在抛光的光滑主体表面、微米大小的晶粒之间、晶粒之间以及在具有丰富表面形态和形貌的更具挑战性的较大表面坑内的区域中看到。
通常开始使用浓缩无机酸去除杂质，使用离子或非离子去污剂和/或溶剂以去除有机污染物，以及使用传统的低频声波处理的常规陶瓷清洁方法对于去除小的亚微米至纳米尺寸的颗粒是无效的。通过查看由制造商和/或关键部件清洁供应商清洁部件之后的非清洁氧化铝和氧化钇结果的电子显微照片证明了这一点。图8显示了使用40kHz的超声波能量接着进行去离子水漂洗的最终清洁后的氧化铝表面的图像和放大图像。亚微米大小的碎屑可以在表面上看到。图9示出了在经受950kHz或更高的兆频超声波能量和去离子水清洁后的氧化铝表面的放大图。亚微米碎屑已被移除。图10A示出了经受950kHz或更高的兆频超声波能量之前的氧化钇涂覆表面的放大图像。表面形貌上可以看到非常细小的颗粒团块。图10B示出了经受950kHz或更高的兆频超声波能量和去离子水清洁后的氧化钇涂覆表面的放大图。涂层被剥离并且亚微米碎屑已被去除。
重要的是要注意，为了可比较的清洁效率，在兆频超声波单元中观察到的功率强度通常比在超声波清洁器中使用的强度低10至50倍。与依靠瞬态空穴作用进行清洁的低频超声波不同，用于兆频超声波的较高频率会导致在溶液中产生较高的压力波，而不是在气泡中产生较高的压力波。使用兆频超声波技术提高效率的原因在于用于颗粒从表面脱离的机制。高压波以大约800,000-100,000次/秒的速率推动并拉动在表面上移动的颗粒。在这方面，由于不存在瞬态空穴作用(其降低材料损坏的可能性)、机械应力和能够使用化学溶液(如SC1溶液和其他定制的表面活性剂)以同时辅助去除颗粒和有机薄膜，兆频超声波清洁比超声波具有明显的优势。
该实施方式利用这些高频声激励特性以及化学效应，通过将高频能量应用于具有复杂几何形状的过大部件，以便以极高效率从陶瓷表面去除亚微米至纳米尺寸颗粒。
在其他实施方式中，扫描兆频超声波换能器头144不延伸跨过罐108的尺寸。在这样的实施方式中，兆频超声波换能器头144将在罐108上以二维扫描或光栅扫描。在其他实施方式中，可以使用多个兆频超声波换能器头144。在其他实施方式中，可以使用其他材料而不是石英来封装兆频超声波换能器164。这些材料必须具有最小的阻尼或反射以及兆频超声波能量的最佳传输以及与兆频超声波调节溶液116的最小化学相互作用。用于封装兆频超声波换能器164的另一种材料的示例将是用TeflonTM基涂层包裹的不锈钢。在其他实施方式中，罐108的高度大于罐108的宽度。在这样的实施方式中，可以将部件放置在边缘上，使得当安装时，含陶瓷部件110的高度大于含陶瓷部件110的宽度。例如罐108的宽度将小于容器108的长度的三分之一，从而使得在兆频超声波调节溶液116内的移除的微粒有更小的体积和更短的驻留时间。
图11A是在另一实施方式中使用的兆频超声波处理模块1104的示意性侧视截面图。在该实施方式中，含陶瓷部件110是盘形陶瓷元件，例如功率窗。在该实施方式中，含陶瓷部件110竖直放置在兆频超声波处理模块1104中，使得竖直方向平行于盘形含陶瓷部件110的圆形表面，该圆形表面是含陶瓷部件110的最大表面。兆频超声波处理模块1104包括罐1108，含陶瓷部件110竖直安装在罐1108中。放置沟槽1118以捕获从储罐1108流出的兆频超声波调节溶液1116。兆频超声波处理模块1104具有第一兆频超声波换能器头1144和第二兆频超声波换能器头1146。第一和第二兆频超声波换能器头1144,1146被定位以将兆频超声波能量提供给盘形含陶瓷部件110的至少一个或两个圆形表面。第一和第二兆频超声波换能器头1144,1146是固定的。罐1108具有高度H，高度H大于盘形含陶瓷部件110的直径。罐1108具有大于盘形含陶瓷部件110的直径的长度L。图11B是图11A中所示的罐1108的横截面侧视图的示意图。罐1108具有大于盘形含陶瓷部件110的厚度的宽度W。由于盘形含陶瓷部件110的厚度比盘形含陶瓷部件110的直径小许多倍，因此罐1108的宽度W是罐1108的高度H和长度L的一部分。在该示例中，罐1108的宽度W小于罐1108的长度L和高度H的五分之一。因此，在该示例中，箱1108的长度L和高度H至少是罐1108的宽度W的五倍。
竖直安装允许较薄的罐1108。较薄的罐1108将具有减小的占用面积。较薄的罐1108可以使得在罐1108中通过的兆频超声波调节溶液1116的驻留时间能较短。较薄的罐1108还可以导致较高纯度的流体和气体控制以及较低的颗粒水平。
在一些实施方式中，代替使兆频超声波调节溶液1116再次流回到罐中，兆频超声波调节溶液在被处置之前以单程提供。这些实施方式可能不需要过滤兆频超声波调理溶液。各种实施方式允许具有复杂几何形状的尺寸过大的部件被兆频超声波清洗。在各种实施方式中，可调节等离子体晶片处理室含陶瓷部件，例如介电功率窗、气体注入器、边缘环、电极、喷头、高流动衬里和静电卡盘。
在各种实施方式中，兆频超声波调节溶液116可以是具有阴离子、阳离子或非离子化学表面活性剂物质和减小表面张力的化学试剂添加剂的表面活性剂溶液。在各种实施方式中，兆频超声波调节溶液116可以是酸性、碱性或中性pH化学试剂。
尽管本公开已根据几个优选实施方式进行了描述，但是存在落入本发明的范围之内的变更、修改、置换和各种替代等同方案。还应当注意，存在实现本公开的方法和装置的许多替代方式。因此，意图是下面所附的权利要求被解释为包括落入本发明的真正精神和范围之内的所有这些变更、修改、置换和各种替代等同实施例。

Claims (10)

1.一种用于调节处理室的部件的装置，其包括：
用于容纳兆频超声波调节溶液的罐；
支架，所述支架用于在所述罐被所述兆频超声波调节溶液填充时，保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件；
兆频超声波调节溶液入口系统，其用于将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐；
具有长度的兆频超声波换能器头，其包括至少一个兆频超声波换能器，以向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件；
兆频超声波调节溶液排放系统，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液；以及
致动器，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置处将所述兆频超声波换能器头移动通过所述罐。
2.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
用于循环所述兆频超声波调节溶液的泵；
脱气膜；以及
至少一个过滤器，其用于过滤来自所述兆频超声波调节溶液的污染物，其中所述泵、所述脱气膜和所述至少一个过滤器串联流体连接在所述兆频超声波调节溶液排放系统和所述兆频超声波调节溶液入口系统之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其还包括用于加热与所述泵串联流体连接的所述兆频超声波调节溶液的加热器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述兆频超声波调节溶液排放系统包括：
被配置成使得所述兆频超声波调节溶液能从所述罐流出的溢流道；以及
沟槽，其用于捕获从所述溢流道流出的所述兆频超声波调节溶液。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述溢流道由堰形成。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述兆频超声波调节溶液入口系统包括至少一个入口，所述至少一个入口用于使所述兆频超声波调节溶液在低于在所述罐内安装所述部件的位置的位置处流入所述罐。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述罐包括非金属侧面。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述致动器在基本上垂直于所述兆频超声波换能器头的长度的方向上移动所述兆频超声波换能器头。
9.一种用于调节晶片处理室的部件的方法，其包括：
将所述部件浸入在罐中的兆频超声波调节溶液中；以及
通过所述兆频超声波调节溶液将兆频超声波能量施加到所述部件上以清洁所述部件。
10.一种用于调节处理室的部件的装置，其包括：
用于容纳兆频超声波调节溶液的罐；
支架，所述支架用于在所述罐被所述兆频超声波调节溶液填充时，保持浸入所述兆频超声波调节溶液中的所述部件；
兆频超声波调节溶液入口系统，其用于将所述兆频超声波调节溶液输送到所述罐；
兆频超声波换能器头，其包括置于所述罐中的至少一个固定兆频超声波换能器，所述兆频超声波换能器向所述兆频超声波调节溶液提供兆频超声波能量，其中将所述兆频超声波能量通过所述兆频超声波调节溶液输送到所述部件；以及
兆频超声波调节溶液排放系统，其用于在高于在所述兆频超声波调节溶液中保持所述部件的位置的位置处从所述罐中排出所述兆频超声波调节溶液。
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