CN111801624A - 将表面纹理化而不使用喷砂 - Google Patents

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Abstract

提供一种为部件表面提供纹理的系统，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述系统包含：外壳，所述外壳包含处理区域；设置在处理区域中的支撑件；用于产生光子流的光子光源；被可操作地耦合至光子光源的光学模块；以及透镜。所述光学模块包含光束调制器与光束扫描器，光束调制器用于从由光子光源产生的光子流产生光子束，光束扫描器用于使光子束跨部件表面进行扫描。透镜用于接收来自光束扫描器的光子束，并跨部件的表面分布光子束，以在部件上形成多个特征，所述光子束的波长在约345nm与约1100nm之间的范围内。

Description

将表面纹理化而不使用喷砂
技术领域
本揭示内容的实施方式大抵涉及用于对部件的表面进行纹理化的方法、系统与设备，所述部件使用在半导体处理腔室中。
背景技术
随着集成电路装置继续以减小的尺寸制造，这些装置的制造变得更容易因污染而降低良率。因此，制造集成电路装置(特别是具有较小实体尺寸的集成电路装置)，需要比以前认为必要的程度更大程度地控制污染。
集成电路装置的污染可能源于诸如在薄膜沉积、蚀刻或其他半导体制造处理期间，撞击在基板上的不期望的杂散粒子之类的来源。一般而言，集成电路装置的制造包括腔室的使用，所述腔室包括但不限于物理气相沉积(PVD)溅射腔室、化学气相沉积(CVD)腔室和等离子体蚀刻腔室。在沉积和蚀刻处理中，材料通常从气相冷凝到腔室的各个内表面上，以及设置在腔室内的腔室部件的表面上。当材料从气相冷凝时，材料形成驻留在腔室和部件表面上的固体块。此冷凝的异物积聚在表面上，并且在晶片处理序列期间或之间易于从表面分离或剥落。这种分离的异物可能撞击并污染晶片和在晶片上形成的装置。受污染的装置经常必须被丢弃，从而降低了处理的制造良率。
为了防止已经形成的异物的分离，腔室的内表面和设置在腔室内的腔室部件的表面可被设有特定的表面纹理。表面纹理被配置成使得在这些表面上形成的异物具有增强的对表面的黏附性，因而不太可能分离且污染晶片。表面纹理的关键参数是表面粗糙度。
一种常见的纹理化处理是喷砂(bead blasting)。在喷砂处理中，将固体喷射珠粒推向要进行纹理化的表面。可将固体喷射珠粒推向待纹理化的表面的一种方式是通过加压的气体。固体喷射珠粒由合适的材料制成，例如氧化铝、玻璃、二氧化硅或硬塑料。根据所需的表面粗糙度，喷射珠粒可具有不同的尺寸和形状。
然而，可能难以控制喷砂处理的均匀性和可重复性。此外，在喷砂处理过程中，正被纹理化的表面可能变得尖锐并变为锯齿状，使得表面的尖端由于固体喷射珠粒的冲击而脱落，从而引入污染源。另外，在喷砂处理期间，喷射珠粒可能陷入或嵌入表面内。例如，如果被纹理化的表面包括具有变化宽度的小通孔(例如气体分配喷淋头)，则喷射珠粒可能陷入通孔内。在这种情况下，喷射珠粒不仅例如阻碍通孔起到气体通道的作用，而且还引入了晶片的潜在污染源。
电磁束也可用于使腔室表面纹理化。使用电磁束使腔室表面纹理化可以克服与喷砂相关的一些上述问题。但是，电磁束必须在真空下操作以防止散射。当电磁束内的电子与空气或其他气体分子相互作用时，可能发生散射。因此，电磁束必须在真空腔室内操作。对真空腔室的需求限制了可以纹理化的部件的尺寸，因为部件必须能够装配在真空腔室内。此外，与操作电磁束相关的资本成本显著高于与喷砂处理相关的资本成本。例如，对真空腔室的需求增加了与用电磁束纹理化表面相关的成本。
因此，需要一种改进的纹理化处理，此处理克服了与喷砂相关的问题，同时避免了与使用电磁束相关的资本成本和尺寸限制。
发明内容
本揭示内容的一个实施方式涉及用于为部件表面提供纹理的方法，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述方法包括：将光子束引导通过周围空气(ambient air)或氮气至部件表面处；以及使光子束跨部件表面的第一区域进行扫描，以在第一区域内的表面上形成多个特征，其中形成的特征是凹陷、突起或其组合。
本揭示内容的另一个实施方式涉及一种用于为部件表面提供纹理的方法，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述方法包括：将光子束引导至在大气中的部件的表面处，所述大气的压力大抵等于大气压力；以及使光子束跨部件表面的第一区域进行扫描，以在第一区域内的表面上形成多个特征，其中形成的特征是凹陷、突起或其组合。
本揭示内容的另一个实施方式是一种用于半导体处理腔室中的部件。所述部件在第一区域内的表面上包括多个特征，其中形成的特征是凹陷、突起或其组合。这些特征是通过使光子束跨部件的表面进行扫描而形成的。
本揭示内容的另一个实施方式为一种为部件表面提供纹理的系统，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述系统包含：外壳，所述外壳包含处理区域；设置在处理区域中且包含支撑表面的支撑件；用于产生光子流的光子光源；被可操作地耦合至光子光源以接收来自光子光源的光子流的光学模块；以及透镜。所述光学模块包含光束调制器与光束扫描器，光束调制器用于从由光子光源产生的光子流产生光子束，光束扫描器用于使光子束跨部件表面进行扫描。所述透镜用于接收来自光束扫描器的光子束，并跨部件的表面分布光子束，以在部件上形成多个特征，所述光子束的波长在约345nm与约1100nm之间的范围内。
本揭示内容的另一个实施方式是一种为部件的表面提供纹理的方法，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述方法包含：产生光子流；将光子流整形为光束；使光子束穿过处理区域朝向部件的表面进行扫描，所述处理区域包含周围空气或氮气的气体浓度，所述周围空气或氮气的压力大抵等于大气压力；以及跨部件的表面分布光子束，以在表面上形成多个特征。
再者，本揭示内容的又另一个实施方式为一种为部件表面提供纹理的系统，所述部件使用在半导体处理腔室中。所述系统包含：外壳，所述外壳包含被维持为1级(Class 1)环境的处理区域，具有大抵等于大气压力的压力；设置在处理区域中且包含支撑表面的支撑件；用于产生光子流的光子光源；被可操作地耦合至光子光源以接收来自光子光源的光子流的光学模块；以及透镜。所述光学模块包含光束调制器与光束扫描器，光束调制器用于从由光子光源产生的光子流产生光子束，光束扫描器用于使光子束跨部件表面进行扫描。所述透镜设置在处理区域中，用于接收来自光束扫描器的光子束，并跨部件的表面分布光子束，以在部件上形成多个特征，所述光子束的波长在约345nm与约1100nm之间的范围内。
附图说明
为了能更详细地了解本揭示内容的上述特征，可通过参考实施方式获得以上简要概述的本公开内容的更特定的描述，附图图示了其中一些实施方式。然而应注意到，附图仅图示示例性实施方式，且因此不应被视为对其范围的限制。
图1示出了根据本揭示内容的激光机和支撑系统的示意图。
图2示出了根据本揭示内容的激光机和支撑系统的替代示意图。
图3示出了根据本揭示内容的气体分配喷淋头的俯视图，其中待纹理化的区域由边界线标记。
图4示出了根据本揭示内容的操作激光机和支撑系统的方法的处理顺序。
图5和6示出了重复随机形式的表面形态，该表面形态由根据本揭示内容的激光机产生。图5示出了显示表面形态的透视图，图6示出了显示表面形态的俯视图。
图7和8示出了重复波形的表面形态，该表面形态由根据本揭示内容的激光机产生。图7示出了显示表面形态的透视图，图8示出了显示表面形态的俯视图与侧视图。
图9和10示出了重复方形的表面形态，该表面形态由根据本揭示内容的激光机产生。图9示出了显示表面形态的透视图，图10示出了显示表面形态的俯视图与侧视图。
图11示出了根据本揭示内容的激光机和激光装置的示意图。
图12示出了根据本揭示内容的激光机和激光装置的替代性示意图。
图13显示比较使用喷砂处理和根据本揭示内容的处理纹理化的部件的结果的图形。
为了促进了解，已尽可能使用相同的元件符号标示各图中共有的相同元件。已考虑到，一个实施方式的元件与特征可被有益地并入其他实施方式中而无需进一步的叙述。
此专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将在请求和支付必要费用后由主管局提供。
具体实施方式
本文描述的实施方式利用由激光器产生的光子束在部件的表面上进行纹理化处理，所述部件用于半导体处理腔室中。光子束指向部件的表面，并扫过表面的区域以形成多个特征。在表面上形成的特征包括凹陷、突起及/或其组合。光子束可被降低强度、散焦及/或以特定的行进速度扫描，以形成所需的表面形态。
图1描绘了激光机100与支撑系统102的示意图，激光机100可用于将部件104的表面103纹理化。部件104可以是例如气体分配喷淋头、腔室壁或静电吸盘。激光机100包括电源106、控制器108和激光装置116。激光装置116输出光子束112。控制器108可以包括调制器及/或扫描器，以调制和扫描光子束112。激光机还可以包括脉冲供应单元，以脉冲化光子束112。脉冲化光子束112可有助于最小化施加到部件104的表面103的热量。另外，脉冲化光子束112可以帮助减少由于部件104的表面103的反射性而引起的问题。本文揭示的实施方式可用于使部件104的表面103纹理化而具有约60μin至约360μin的粗糙度轮廓算术平均值(Ra)。
部件104可包括的材料诸如金属或金属合金、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料或其组合。在一个实施方式中，部件104包括选自包含以下材料的群组的材料：钢、不锈钢、钽、钨、钛、铜、铝、镍、金、银、氧化铝、氮化铝、硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、蓝宝石(Al2O3)、氮化硅、氧化钇(yttria)、钇氧化物(yttrium oxide)及其组合。在一个实施方式中，部件104包括金属合金，诸如奥氏体不锈钢、铁-镍-铬合金(例如InconelTM合金)、镍-铬-钼-钨合金(例如HastelloyTM)、铜锌合金、铬铜合金(例如5％或10％Cr，余量为Cu)或类似金属合金。在另一个实施方案中，部件包含石英。部件104还可以包括聚合物，诸如聚酰亚胺(VespelTM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳酯(ArdelTM)及类似聚合物。在又一实施方式中，部件104可以包括诸如金、银、铝硅、锗、锗硅、氮化硼、氧化铝、氮化铝、硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、氧化钇、钇氧化物、非聚合物及其组合的材料。
支撑系统102可以位于激光机100的下游。支撑系统102包括支撑件122，诸如类似于一个或多个实施方式中的基板支撑件，用于支撑部件104。支撑系统102和激光机100相对于彼此定位，使得由激光装置116输出的光子束112指向部件104的表面103。在图1所示的本揭示内容的一个实施方式中，激光机100还可以包括用于调节激光装置116的输出的位置的致动构件124。在这样的实施方式中，支撑件122可以保持静止，并且致动构件124可以调整激光装置116的输出位置，从而使得由激光装置116输出的光子束112在表面103上扫描。在图2所示的本揭示内容的替代实施方式中，支撑系统102可包括用于移动支撑件122的致动构件124。在这样的实施方式中，激光装置116的输出可以保持静止，并且致动构件124可以调节支撑件122的位置，从而使得由激光装置116输出的光子束112在表面103上扫描。用于调节激光装置116或支撑件122的位置的致动构件124可例如包括能够进行平移运动及/或旋转运动的X-Y平台、延伸臂及/或旋转轴。
控制器108可以一方式连接到激光装置116，所述方式使得控制器能够控制与由激光装置116输出的光子束112相关联的各种参数。特别地，控制器108可以连接到激光装置116，以控制与光子束112相关的至少以下参数：波长、脉冲宽度、重复速率、行进速度、功率水平和光束尺寸。由于能够控制与光子束112相关联的这些各种参数，因而控制器108能够控制在部件104的表面103上形成的表面形态。应当理解，“行进速度”包括其中光子束112正在移动并且部件104静止的实施方式，以及其中光子束112静止并且部件正在移动的实施方式。如图2所示，控制器108还可以以下方式连接到支撑系统102：使得控制器能够控制连接到支撑件122的致动构件124的方式。或者，第二控制器可以连接到支撑系统102，以控制连接到支撑件122的致动构件124。
控制器108可以是可以在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器(CPU)之一。计算机可以使用任何合适的存储器，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘驱动器、硬盘、或本地或远程的任何其他形式的数字储存器。各种支持电路可以耦接到CPU，以便以习知方式支持处理器。所需的软件程序可以存储在存储器中，或由位于远端的第二CPU执行。软件程序在被执行时，将通用计算机转换为控制作业的特定处理计算机，以便执行腔室处理。或者，本文描述的实施方式可作为专用集成电路或其他类型的硬件实现方式而以硬件执行，或者可以软件或硬件的组合来执行。
激光机100的激光装置116可具有在约3W至约30W的范围内的功率输出。或者，激光机可具有在约1W至约150W的范围内的功率输出。激光装置116还能够脉冲化和改变与光子束112相关的参数(例如波长、脉冲宽度、脉冲频率、重复速率、行进速度、功率水平和光束尺寸)，这在下面进行更详细讨论。激光机100的激光装置116可以是市售的激光器。可符合本揭示内容的市售激光机的实例是Spectral Physics Quanta-Ray Laser的IPG YLPP激光器。
激光机100和支撑系统102不需要真空环境来执行纹理化处理，因为激光装置116的输出是光子束112。因此，激光装置116的输出不同于习知的电磁束产生系统，其中使用电子束来执行纹理化处理。由于电子与周围气体原子的相互作用和散射，电磁束系统通常需要真空环境(例如真空腔室)，因此真空环境对于保持电子束的精确控制是必要的。如上所述，真空环境的要求对可以使用电磁束系统进行纹理化的部件的尺寸施加了实体限制，因为部件必须能够被装配在真空腔室内。此外，对真空环境的要求增加了电磁系统的复杂性，因为真空腔室必须包括特殊设备(例如泵、感测器、密封件)。因此，电磁束系统的资本成本比使用本揭示内容中讨论的激光机100和支撑系统102进行纹理化处理时所产生的资本成本显著更高。
因此，激光机100和支撑系统102可以用在周围空气环境中，在所述周围空气环境中光子束112通过的空气是大约78％的氮和大约21％的氧。然而，在一些情况下，可能期望将激光机100和支撑系统102定位在贫氧环境中。在这种情况下，激光机100和支撑系统102可以定位在使用氮气代替周围空气的腔室内。因为不需要真空，所以腔室内的压力可以保持在大气压。应该理解到，在不同位置处的“大气压”可能不同。在一些实施方式中，在处理期间部件104所在区域中的压力可以是不被调节的。
图4描绘了用于操作激光机100和支撑系统102的方法的处理顺序200，处理顺序200开始于201并结束于209。在框202处，将部件104定位在支撑件122上。在框204处，在部件104的表面103上限定第一区域126。如图3所示，其中部件104是具有多个通孔135的气体分配喷淋头133，第一区域126具有限定第一区域的外界限的第一外边界127。第一外边界127限定第一表面区域。部件104的第一表面区域与第二表面区域的比率可以是至少0.6。部件104的第二表面区域由被纹理化的表面103的第二外边界132限定。因此，位于第二表面区域内的第一表面区域可以是第二表面区域的至少60％。应该理解，第一和第二表面区域的尺寸将根据正在纹理化的部件104的形状和尺寸而变化。或者，第一表面区域与第二表面区域的比率可以大于0.7、0.8及/或0.9。
在框206处，经由电源106给激光机100供电，使得激光装置116输出光子束112。如上所述，激光机100的控制器108可以根据表面103上的所需纹理改变与光子束112相关的参数。在一个实施方式中，光子束112可具有在约345nm与约1100nm之间的范围内的波长。在另一个实施方式中，光子束可具有紫外光范围(约170nm至约400nm)的波长。在又一实施方式中，光子束可具有红外光范围内(约700nm至约1.1mm)的波长。由激光装置116输出的光子束112被导向部件104的表面103且引导于第一区域126内的位置处。光子束112可以在部件104的表面103处具有在约7μm至约75μm的范围内的光束直径。或者，光子束112可以在部件104的表面103处具有在约2.5μm至约100μm的范围内的光束直径。在一个实施方式中，光子束112行进的工作距离为约50毫米至约1,000毫米。在另一实施方式中，光子束112行进的工作距离在约200毫米至约350毫米之间。由于激光机100的激光装置116可具有在约1W至约150W范围内的功率输出，因此光子束112可具有在约10×10-6J至约400×10-6J范围内的脉冲功率。光子束112可以具有在约10ps到约30ns之间的范围内的脉冲宽度。此外，在一个实施方式中，光子束112可以具有在约10KHz到约200KHz之间的范围内的脉冲重复速率，并且更特别地，在另一个实施方式中，具有在约10KHz到约3MHz之间的范围内的脉冲重复速率。控制器108可用于控制激光装置116的脉冲宽度及/或脉冲重复速率。
在框208处，使光子束112横跨表面103的第一区域126进行扫描，从而在表面上形成多个特征。光子束112可以在约0.1m/s至约30m/s的范围内的行进速度扫过表面103的第一区域126，例如当从激光装置116脉冲输出光子束112时。如在图5至10中可以看到的，由于光子束112扫过表面103的第一区域126而形成的特征包括凹陷、突起或其组合。控制器108可以被编程以在光束横跨第一区域126进行扫描时改变与光子束112相关联的某些参数。例如，控制器108可以在光束横跨第一区域126进行扫描的同时脉冲化光子束112。在一个实施方式中，控制器108可以将激光装置116控制为具有在约0.2ns至约100ns范围内的脉冲宽度。在一个实施方式中，控制器108可以将激光装置116控制为具有在约400fs至约200ns范围内的脉冲宽度。
以这种方式，激光机100可用于形成第一区域的整体表面形态。
根据情况，激光机100可用于为第一区域126形成三种不同类型的表面形态。第一表面形态是重复随机形式，如图5和6所示，其中重复随机形式产生突起和凹陷的组合。应该了解到，多个突起可以具有例如平坦表面和凸形表面。在图5和6中，从最低凹陷到最高突起的最大高度变化在约4,000nm至约4,500nm的范围内。因为表面形态是重复的随机形式，所以突起和凹陷不形成周期波。
可以通过同步脉冲频率和扫描速率来实现重复形式。当脉冲激光器和基板相对于彼此移动时，激光器以重复间隔发射冲击基板表面的辐射，从而产生重复形式。可以通过将激光脉冲的时间分布调整为扫描速率，来调整重复形式的确切形状。如果使用与扫描速率相比具有非常快的功率斜坡时间的激光脉冲，则重复形式将倾向于实质上矩形的轮廓，因为在斜升或斜降期间基板不会平移很远。如果斜坡时间与脉冲持续时间相比非常小，则重复形式也将倾向于实质上矩形的轮廓，因为激光脉冲的时间分布实质上是平坦的。如果扫描速率与脉冲持续时间或斜坡时间相比较低，则重复形式也将倾向于实质上矩形的轮廓，因为由每个激光脉冲传递的光子集中在基板的较小区域中。相对于脉冲持续时间增加斜坡时间及/或扫描速率将导致所形成的特征的角更圆滑或更呈锥形。激光脉冲本身也可以通过将波形产生器耦合到激光电源来调制。以这种方式，可以产生具有更加呈锥形的斜坡率的脉冲，甚至是具有正弦时间曲线的脉冲。这些措施将产生倾向于波浪形状的特征。特征间距由脉冲频率与扫描速率的关系决定。因此，可以通过调节脉冲频率来独立地调节特征间距，脉冲频率在高端将被脉冲持续时间限制。
当激光机100的功率输出为30W、部件104为铝、并且光束直径为约7μm时，图5和图6中所示的重复随机形式的Ra的示例为约60μin。应当理解，Ra值将根据激光机100的功率输出和与光子束112相关的各种变量而变化。使用激光机100实现的重复随机形式的表面形态和Ra值可类似于使用喷砂处理可实现的表面形态和Ra值，不同之处在于使用激光机100将避免一些喷砂处理固有的问题。例如，如果部件104是气体分配喷淋头133(在图3中示意性地示出)，则将存在多个锥形的通孔135。如上所述，喷砂处理涉及以高速对要纹理化的表面喷射多个珠粒。因此，存在与喷砂处理相关的固有的控制和精确性缺乏。
在喷砂处理中使用的珠粒也可以陷入或嵌入通孔135内。另外，珠粒可能撞击通孔135的拐角或边缘，从而不期望地改变通孔的轮廓而不是纹理化表面103。使用激光机100将气体分配喷淋头133纹理化为具有重复随机形式表面形态将不会那么显著地改变喷淋头133中的通孔135的边界轮廓，因为能通过此纹理化处理实现更高的精度。激光机100可以使第一区域126内的表面103纹理化，使得重复随机形式在第一外边界127内连续地重复。
第二表面形态是重复波形，如图7和8所示，其中重复波形产生突起和凹陷的组合。应所述了解到，多个突起可以具有例如大抵凸形表面。在图7和8中，从最低凹陷到最高突起的最大高度变化在约4,000nm至约4,500nm的范围内。因为表面形态是重复波形，所以突起和凹陷形成周期性轮廓，其中多个突起中的每一个到达大抵凸形的尖头部分。与重复波形相关联的周期性轮廓沿着表面的x轴和表面的y轴在表面103的整个第一区域126中重复。
当激光机100的功率输出为30W、部件104为铝并且光束直径约为7微米时，图7和8中所示的重复波形的粗糙度轮廓的算术平均值(Ra)的示例为约108μin。应当理解，Ra值将根据激光机100的功率输出和与光子束112相关的各种变量而变化。与重复随机形式不同，重复波形不同于使用喷砂处理通常会实现的表面形态。激光机100可以使第一区域126内的表面103纹理化，使得重复波形在第一外边界127内连续地重复。
第三表面形态是重复方形，如图9和10所示，其中重复方形产生突起和凹陷的组合。应该了解到，多个突起可以具有例如大抵平坦表面。在图9和10中，从最低凹陷到最高突起的最大高度变化在约4,000nm至约4,500nm的范围内。因为表面形态是重复方形，所以突起和凹陷形成周期性轮廓，其中多个突起中的每一个到达大抵平坦部分。与重复方形相关联的周期性轮廓沿着表面的x轴和表面的y轴在表面103的整个第一区域126中重复。
当激光机100的功率输出为30W、部件104为铝并且光束直径约为25微米时，图9和10中所示的重复方形的粗糙度轮廓的算术平均值(Ra)的示例为约357μin。应当理解，Ra值将根据激光机100的功率输出和与光子束112相关的各种变量而变化。当部件104是静电吸盘时，重复方形可能特别适用。如图9中最佳所示，重复方形内的突起和凹陷产生多个通道。多个通道使得气体能够通过硅晶片下方的通道，例如，硅晶片在晶片处理期间位于静电吸盘的顶部。
可以在纹理化处理之后执行随后的抛光处理，以帮助平坦化突起的顶表面，从而有助于在晶片处理期间使硅晶片黏附到静电吸盘。在抛光过程中未平坦化的部件104的部分将保持表面粗糙度，从而有助于防止在晶片处理期间已在多个通道内冷凝的异物的分离。激光机100可以使第一区域126内的表面103纹理化，使得重复方形在第一外边界127内连续地重复。
与使用激光机100相关的另一个益处是，正在纹理化的部件104的表面103不必在该处理的框202之前经历精确的预清洁过程。相反的，所需要的只是粗略的预清洁过程以去除部件104的表面103的油污。这与电磁束系统不同，在电磁束系统中，由于电子束的高反应性本质，因此通常需要精确的预清洁处理。
与使用激光机100对部件104的表面103进行纹理化相关联的另一个益处是，在框202之后，没有降低真空腔室内的压力的额外步骤，而使用电磁束系统时具有该额外步骤。如上所述，电磁束系统在真空环境中操作，从而需要抽空环境压力。虽然激光机100和支撑系统102可以定位在腔室内以便产生贫氧环境，但环境压力不必被抽空。因为消除了此抽空步骤，所以用激光机100使部件104的表面103纹理化所需的时间小于用电子束使部件表面纹理化所需的时间。与使用电磁束系统对部件表面纹理化相比，这有助于增加与利用激光机100对部件表面纹理化相关的产量。与激光机100相关的产量也大于与使用电磁束系统相关的产量，因为电子束在表面上进行扫描以形成多个特征的行进速度显著小于光子束112能在表面上扫描的行进速度。例如，当使表面纹理化时，电子束的行进速度在约0.02M/s约0.03M/s的范围内。如上所述，当使表面纹理化时，光子束112的行进速度在约0.1M/s至约300M/s的范围内。
与利用激光装置116输出的光子束112对部件104的表面103进行纹理化相关的另一个益处是，它可以比使用例如喷砂或电子束产生更清洁的处理。取决于光子束112的波长，光子束所指向的表面103的材料可主要接收光学辐射或热能以修改表面。光学辐射在光子束被引导的位置处熔化部件104的表面103，从而产生熔融材料或熔渣，当再固化时，熔融材料或熔渣产生凹陷或突起。因为与熔融材料相关的动能可以最小化，所以熔融材料不太可能从留下的表面103被击落并且再沉积到一些其他位置。这减少了在其他情况下可能发生的再沉积量。相反的，当使用电磁束系统时，被纹理化的部件通常嵌入与电子束相互作用的电子，从而产生显著的能量，该能量导致至少一些熔融材料从留下的表面被击落，从而增加了再沉积的可能。因此，用光子束112对表面进行纹理化可以比用电子束对表面纹理化产生更清洁的处理。
应注意到，由激光装置116传递到部件104的表面103的光子束112不是要引起部件104的显著或严重的变形(例如熔化、翘曲、断裂等)。部件104的显著或严重变形通常可以定义为由于纹理化处理的应用，部件104不能用于其预期目的的状态。
图11和12描绘了可用于使部件104的表面103纹理化的激光机100的示意图。特定而言，图11和12示出了激光机100及/或激光装置116的不同的布置、零件和元件。如图11所示，激光机100可以相对于部件104具有垂直取向，或者激光装置116可以相对于部件104具有水平取向，如图12所示。如上所述，部件104用在半导体处理腔室中。部件104可例如为气体分配喷淋头、屏蔽件、腔室衬垫、盖环、夹环、基板支撑基座、及/或静电吸盘。因此，在用激光机100进行纹理化之后，部件104用作半导体处理腔室的部件，其中在半导体处理腔室内处理诸如晶片的半导体。
如上所述，激光装置116用于输出光子束。图11和12中的激光装置116被示出为包括光源142(诸如光子光源)、光学模块144和透镜146，每个部分被可操作地耦合于彼此。然而，在其他实施方式中，尽管激光装置116被示出为包括光源142、光学模块144和透镜146，但是本揭示内容不限于此。例如，在一个或多个其他实施方式中，在不背离本揭示内容的范围的情况下，图1和2中所示的电源106及/或控制器108可以附加地或替代地包括光源142、光学模块144及/或透镜146。
在此实施方式中，光源142用于产生光的来源，特别是光子流。可操作地耦合到光源142的光学模块144接收来自光源142的光子流，以对来自光源142的光子流进行整形、引导或以其他方式调制。光学模块144包括光束调制器和光束扫描器，光束扫描器位于光束调制器的下游(相对于光源142)。光束调制器接收来自光源142的光子流，以从光子流产生光子束。例如，通过对来自光源142的光子流整形，光束调制器可用于产生具有单个焦点的光子束。光束扫描器用于接收来自光束调制器的光子束，以使光子束跨越部件104的表面103进行扫描。因此，光束扫描器用于移动、偏转和以其他方式控制光子束的方向，诸如通过使用机电致动器。
透镜146用于接收来自光学模块144的光子束，更特定而言是来自光束扫描器的光子束，以将光子束分布在部件104的表面103上。当光学模块144的光束调制器用于将光子流聚焦成光子束(诸如单个焦点光子束)时，透镜146用于使光子束散焦并均匀地分布在预定区或区域上。例如，透镜146可用于将光子束分布在约355mm2的区域上。分布在部件104的表面103上的光子束用于在部件104的表面103上形成一个或多个纹理化特征，诸如部件104的表面103上的凹陷及/或突起。
激光装置116用于控制从激光装置116发射并扫过部件104的表面103的光子束的功率、速度、频率、方向、分布及/或脉冲。例如，光源142及/或光学模块144可用于脉冲化光子束，同时光子束扫过部件104的表面103。此外，光学模块144的光束扫描器可用于以一个或多个预定图案将光子束引导于或扫过部件104的表面103。在一个实施方式中，光束扫描器可用于使用逐行图案、麻雀(sparrow)图案及/或随机图案来使光子束进行扫描。麻雀图案包括相对于部件104的表面103的中间或中心区域，使光子束以外向内图案或内向外图案进行扫描，因此以径向图案工作，而不是逐行图案。
激光装置116还用于从透镜146朝向部件104的表面103垂直或水平地分布和扫描光子束。示出了包括支撑表面190的支撑件122，支撑件122与激光机100一起使用，其中部件104定位在透镜146和支撑件122之间。支撑表面190用于将部件104支撑在支撑件122上，因此部件104以图11所示的布置定位在支撑件122的支撑表面190上，其中光子束垂直地朝向部件104的表面103分布。在图12所示的布置中，支撑件122的支撑表面190用作为部件104后方的屏障，其中光子束水平地朝向部件104的表面103分布。图12中所示的水平布置的一个优点是可以使用重力将材料从部件104的表面103拉出，例如当材料熔化时。与材料能够在表面上再沉积或形成时相比，这可以产生更清洁的过程。
仍参照图11和12，包括清洁外壳150或清洁隔室以与激光机100一起使用。清洁外壳150通常包括处理区域151，支撑件122设置在处理区域151中。例如，在纹理化处理期间，部件104定位在清洁外壳150内，其中清洁外壳150的处理区域151包括过滤系统，此过滤系统能够将处理区域保持为根据ISO14644-1的分类参数的1级环境。此外，支撑件122和激光装置116的至少一部分(诸如透镜146)定位在清洁外壳150内。由于激光机100在非加压(例如大气)环境中使用，因此清洁外壳150内的压力通常可以等于或接近大气压，或者该压力可以是不被调节的。可以替代地及/或另外地用惰性气体(例如，N2)吹扫清洁外壳150，以去除氧气、水及/或其他处理污染物。另外，输送器可用于将部件104引入清洁外壳150中并且引至支撑件122上，且/或输送器可用于将部件104从支撑件122移除并移出清洁外壳150。例如，在这样的实施方式中，支撑件122可包括输送器。或者，可以使用单独的机器人臂或类似机构，来便于从输送器移除部件104及/或将部件104放置在输送器上。
图13示出了比较已使用喷砂处理302纹理化的部件的平均元素结果、已使用根据本文所述实施方式的激光处理304纹理化的部件的平均元素结果、以及在半导体处理腔室中使用的部件通常所需的规格306的图形视图。x轴提供在每个部件中测试的不同元素(例如痕量金属)，并且y轴以原子/cm2为单位提供在部件表面上发现的元素的量。如图所示，使用激光处理304纹理化的部件通常比规格306所规定的部件具有更少的元素或痕量金属，并且通常也比使用喷砂处理302纹理化的部件具有更少的元素或痕量金属。例如，由于在喷砂处理302中使用的珠粒通常包括钠(Na)，因此与喷砂处理302相比，使用激光处理304纹理化的部件的钠的量显著减少。使用激光处理304纹理化的部件通常可以导致具有更高量的镁(Mg)，但是随后可以使用稀酸和高纯度水(例如热去离子水)清洁这些部件以去除过量的镁。因此，与使用喷砂处理302纹理化的部件相比(可以预期其良率为约50％)，使用激光处理304纹理化的部件在随后的半导体处理期间产生更高的良率(例如约95％)。
虽然前述内容关于本揭示内容的实施方式，但可在不脱离其基本范围的情况下设计本揭示内容的其他与进一步的实施方式，且本揭示内容的范围由随附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种为部件的表面提供纹理的系统，所述部件使用在半导体处理腔室中，所述系统包含：
外壳，所述外壳包含处理区域；
支撑件，所述支撑件设置在所述处理区域中并包含支撑表面；
光子光源，所述光子光源用于产生光子流；
光学模块，所述光学模块被可操作地耦合到所述光子光源，以接收来自所述光子光源的所述光子流，所述光学模块包含：
光束调制器，所述光束调制器用于从由所述光子光源产生的所述光子流产生光子束；以及
光束扫描器，所述光束扫描器用于使所述光子束跨所述部件的所述表面进行扫描；以及
透镜，所述透镜用于接收来自所述光束扫描器的所述光子束，并跨所述部件的所述表面分布所述光子束，以在所述部件上形成多个特征，所述光子束的波长在约345nm与约1100nm之间的范围内。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜被配置为朝向所述部件的所述表面水平地分布所述光子束。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜被配置为朝向所述部件的所述表面垂直地分布所述光子束。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述部件定位在所述透镜与所述支撑件之间，所述处理区域被维持为1级环境，且所述支撑件的所述支撑表面和所述透镜位于所述1级环境内，所述处理区域包含大抵等于大气压力的压力，并且所述系统进一步包含输送器以将所述部件引入所述1级环境中或从所述1级环境移除所述部件。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述光束扫描器被配置为使用逐行图案或麻雀图案使所述光子束跨所述部件的所述表面进行扫描。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述光学模块被配置为脉冲化所述光子束同时使所述光子束跨所述部件的所述表面进行扫描。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述光子束包含：
在约7μm至约100μm之间的范围内的光束直径；
在约10ps至约30ns之间的范围内的脉冲宽度；及
在约10KHz至约200KHz之间的范围内的脉冲重复速率。
8.如权利要求1所述的系统，其中所形成的所述特征包含凹陷、突起或其组合。
9.一种为部件的表面提供纹理的方法，所述部件使用在半导体处理腔室中，所述方法包含：
产生光子流；
将所述光子流整形为光束；
使所述光子束穿过处理区域朝向所述部件的所述表面进行扫描，所述处理区域包含周围空气或氮气的气体浓度，所述周围空气或氮气的压力大抵等于大气压力；以及
跨所述部件的所述表面分布所述光子束，以在所述表面上形成多个特征。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包含组装所述半导体处理腔室与所述部件，以及在所述半导体处理腔室内处理半导体。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包含将所述部件定位在被维持为1级环境的外壳内，其中所述定位包含使用输送器将所述部件输送到所述1级环境中。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述分布的步骤包含朝向所述部件的所述表面水平地分布所述光子束。
13.如权利要求9所述的方法，进一步包含脉冲化所述光子束，同时使所述光子束跨所述部件的所述表面进行扫描，其中所述光子束包含在约345nm与约1100nm之间的范围中的波长，且所形成的所述特征包含凹陷、突起或其组合。
14.一种为部件的表面提供纹理的系统，所述部件使用在半导体处理腔室中，所述系统包含：
外壳，所述外壳包含处理区域，所述处理区域被维持为1级环境，且所述处理区域具有大抵等于大气压力的压力；
支撑件，所述支撑件设置在所述处理区域中并包含支撑表面；
光子光源，所述光子光源用于产生光子流；
光学模块，所述光学模块被可操作地耦合到所述光子光源，以接收来自所述光子光源的所述光子流，所述光学模块包含：
光束调制器，所述光束调制器用于从由所述光子光源产生的所述光子流产生光子束；以及
光束扫描器，所述光束扫描器用于使所述光子束跨所述部件的所述表面进行扫描；以及
透镜，所述透镜设置在所述处理区域中，用于接收来自所述光束扫描器的所述光子束，并跨所述部件的所述表面分布所述光子束，以在所述部件上形成多个特征，所述光子束的波长在约345nm与约1100nm之间的范围内。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述透镜被配置为朝向所述部件的所述表面水平地分布所述光子束。
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