CN1891861A - 减少微粒产生的制程套件设计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造制程套件的方法以及一种在基材处理期间减少微粒产生的制程套件设计。该制程套件设计的内表面经纹理化，藉由以具有较小RMS(均方根)表面粗糙量测的第一材料层涂覆其表面，并电弧喷涂第二材料层或具有较大RMS值的其他材料层。可用喷珠(bead blasting)、电镀、电弧喷涂、热喷涂、或其他制程来涂布该第一材料层。此外，本发明也提供该制程套件内表面上一保护层的选择性涂覆，并以另一材料层电弧喷涂该保护层表面，其可以是与该制程套件内表面的材料相同的材料。

Description

减少微粒产生的制程套件设计
技术领域
本发明的实施例大体来说是有关于一种修改在制程反应室内使用的材料部件表面的方法。更明确地说，本发明的实施例是有关于修改在制程反应室内使用的反应室零组件的表面，以在其上提供经纹理化的表面。
现有技术
随着所制造的电子元件及积体电路元件的尺寸持续缩减，这些元件的制造变得更容易因污染而降低合格率。明确地说，制造具有较小元件尺寸的元件需要对污染有比先前所需更为严密的控制。
这些元件的污染可能是来自包含不乐见的意外微粒在薄膜沉积、蚀刻或其它半导体晶圆或玻璃基材生产制程期间撞击到一基材上所致。一般来说，所述积体电路元件的制造包含制程套件或反应室的使用，例如物理气相沉积(PVD)和溅镀反应室、化学气相沉积(CVD)反应室、等离子体蚀刻反应室等。在沉积、蚀刻和其他制程期间，材料常会从气相或任何其他相凝结至该制程反应室内各种内表面上，而形成留置在这些制程反应室表面上的固体块。累积在该制程反应室内表面上的这些凝结的异质微粒或污染物易于在基材制程过程之间或期间分离或剥落至该基材表面上。这些分离的异质微粒然后会撞击并污染该基材及其上的元件。通常必须丢弃受到污染的元件，导致该基材制程的生产合格率降低。
污染问题在处理大型基材时更为严重。例如，就处理例如面板的基材而言，所述基材的尺寸通常超过370mm×470mm，有时候尺寸更超过1平方公尺。预见不久的将来会有4平方公尺或更大的大型基材。在制程反应室内的基材制程期间，需要在此类大型基材的大许多的基材表面积上保持无微粒污染。
为了避免凝结的异质物从该制程反应室内表面脱落，可将所述内表面纹理化(textured)成粗糙表面，而使凝结的异质物更紧密地附着在这些内表面上，因此较不会从该制程反应室内表面剥落、脱层、和脱离而落到并污染基材表面。如图1A所示，一异质材料102，例如凝结的制程材料和污染物，可能在基材制程期间附着在工作件100表面上，例如制程反应室的内表面。提供一纹理涂层120以改善该异质材料102对该工作件100表面的附着，如图1B所示，但是表面并不那么粗糙的纹理涂层120的薄层可能无法提供该异质材料102和该工作件100表面间足够强的结合/附着。图1C示出一纹理表面涂层130，其具有比该纹理涂层120大的细粒尺寸及/或较粗糙的表面光洁度，可更紧密地附着并吸引更多的异质材料102，因此让该异质材料102较不会脱层。但是，该厚纹理表面涂层130下方会有空隙140。因此，该纹理表面涂层130不会强而有力的附着在该工作件100表面上，且厚的纹理涂层会因本身的高内应力而不适用。
目前使用的纹理化反应室内表面的方法包含“喷珠法(bead blasting)”。喷珠法包含在压缩/高压条件下强力喷涂微粒至该表面上，以获取一粗糙表面，如图1B和图1C所示般。但是，结合力通常很低，并且在仅仅几次的基材制程后即需再喷或再纹理化该制程反应室内表面。
或者，可藉由喷涂一涂层至该反应室内表面来纹理化该表面，例如利用铝电弧喷涂所沉积的薄的铝涂层。电弧喷涂通常牵涉到点燃两个连续的、薄的可消耗金属线电极间的DC电弧以形成喷涂材料，其藉由压缩气体的喷射原子化成为微滴并推进至一基材表面上，由此产生低成本及高沉积速率的喷涂制程。也有其他可用来执行表面纹理化的热喷涂制程。但是，这些及其他提供制程反应室内的纹理内表面的方法有时在凝结物和该反应室内表面间产生足够强的附着或结合上是没有效果的。
为了防止与异质物脱层和剥落有关的问题，反应室表面需要频繁且有时冗长的清洁步骤，以从该反应室内表面除去凝结块，例如藉由各种化学溶液以化学方式除去所述凝结物，并再纹理化所述表面。此外，无论执行多少次清洁，在某些情况下，仍然会发生基材在制程反应室内处理期间脱层的凝结材料在该基材上的污染。此外，当多种反应室部件和反应室壁是铝制品时，可能不适用铝电弧喷涂，因为该纹理材料和该反应室材料是相同的，因此清洁及再纹理化该制程反应室内表面会影响所述反应室零组件的整体性和厚度。
因此，业界对于减少凝结的异质物污染制程反应室内表面、以及研发一种提供具有降低的应力的粗糙纹理表面的方法的需要以改善凝结的异质物的附着仍存有需求。
发明内容
本发明大体来说提供一种提供工作件表面非常粗糙的表面结构的方法。在一实施例中，该方法包含以一第一材料层涂覆该制程反应室的一或多个零组件的一或多个表面，该第一材料层具有约1200微英寸或更低的第一维度(dimensional)均方根(Root Mean Square，RMS)表面粗糙量测，然后以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化所述一或多个零组件的表面。
在另一实施例中，一种纹理化用于一半导体制程反应室内的零组件表面的方法包含以第一材料层涂覆该工作件表面，该第一材料层具有第一RMS的表面粗糙量测，然后以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该工作件表面。该第二RMS比该第一RMS大。
在又另一实施例中，提供一种纹理化用于一半导体制程反应室内的零组件表面的方法。该方法包含以第一材料层涂覆该零组件表面，该第一材料层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测，然后以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有第二RMS的表面粗糙量测，以粗糙化该零组件表面，该第二RMS比该第一RMS大。
同时提供的是一种减少制程反应室内的污染的方法。该方法包含以一保护涂层涂覆该零组件表面，该保护涂层具有第一RMS的表面粗糙量测，然后以一材料层电弧喷涂该保护层表面，该材料层具有第二RMS的表面粗糙量测。该材料层可包含与该零组件材料相同的材料，该第二RMS可比该第一RMS大。
在另一实施例中，是提供一种减少制程反应室内的污染物的方法包含以含有一第一材料层及一第二材料层的两种或多种材料层涂覆该制程反应室的一或多个零组件的一或多个表面，然后利用电弧喷涂以该最终材料层纹理化该制程反应室的一或多个零组件的一或多个表面，以粗糙化该一或多个零组件的一或多个表面，其中该第一材料层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测，而该最终材料层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测。
进一步提供一种在一制程反应室中使用的制程反应室零组件。该制程反应室零组件包含一主体，具有一或多个表面，以及形成在所述表面上的第一涂层，该第一涂层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测。该制程反应室零组件更包含利用电弧喷涂形成在所述表面上的第二涂层，该第二涂层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该零组件表面。该第二RMS可比该第一RMS大。
该制程反应室零组件可以是用来处理大型平面显示器基材的PVD反应室的零组件。在一实施例中，该制程反应室零组件是反应室挡板构件、暗区挡板(dark space shield)、遮蔽框(shadow frame)、基材支撑、靶材、遮蔽环、沉积准直仪、反应室主体、反应室壁、线圈、线圈支撑、覆盖环、沉积环、接触环、校直环、或遮盘(shutter disk)，及除此外的其他者。
附图说明
因此可以详细了解上述本发明的特征的方式，即对本发明更明确的描述，简短地在前面概述过，可以藉由参考实施例来得到，其中某些在附图中示出。但是需要注意的是，附图只示出本发明之一般实施例，因此不应被视为是对其范围的限制，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1A示出一材料撞击或凝结在一工作件表面上。
图1B示出使用一纹理涂层来改善一材料在一工作件表面上的附着。
图1C示出施加一非常粗糙的表面涂层来改善一材料在一工作件表面上的附着。
图2示出根据本发明的一实施例的一例示方法的流程图。
图3示出根据本发明的另一实施例的另一例示方法的流程图。
图4示出使用本发明的方法的例示纹理表面的一实施例的简要剖面图。
图5示出具有根据本发明的一实施例的纹理内表面的例示制程反应室的简要剖面图。
图6A示出具有根据本发明的一实施例的纹理内表面的例示制程反应室零组件的水平上视图。
图6B示出具有根据本发明的一实施例的纹理内表面的例示接地挡板和接地框的简要视图。
图7A示出具有根据本发明的一实施例的纹理表面的例示遮蔽框的简要视图。
图7B示出具有根据本发明的一实施例的纹理表面的例示遮蔽框、反应室挡板、及反应室主体的简要视图。
图8示出根据本发明的一实施例的制程反应室的例示基材支撑的简要视图。
主要元件符号说明
100、400  工作件         102、402  异质材料
120、130  纹理涂层       140  空隙
410  第一材料层          420  第二材料层
500  制程反应室          502  反应室主体
504  基材支撑            506  上盖组件
508  接地框              510  接地挡板
511  接地挡板组件        512  基材
552  侧壁                554  底部
556  近接端口            558  遮蔽框
560  制程体积            562  反应室挡板
563  周边部分            564  靶材
565  中央部分            566  磁电管组件
582  气体来源            584  电源供应器
586  折箱                587  支杆
588  举升机构            590  控制器
592  存储器              594  CPU
596  支持电路            610  工作件区段
620、810  上表面         630  角落部分
640制程表面              820  外围部分
具体实施方式
本发明提供一种提供一工作件非常粗糙的纹理表面的方法。一经妥善纹理化的表面可减少凝结材料从该工作件剥落的可能性。例如，该工作件可包含制程反应室或制程套件的各种内部零组件/部件，因此该制程反应室的粗糙内表面可用来吸引并附着基材制程期间产生的各种微粒、凝结材料、污染物。本发明进一步提供具有粗糙的纹理表面的制程反应室和各种反应室零组件。
图2示出根据本发明的一实施例的方法200的流程图，以提供一工作件表面非常粗糙的纹理表面。在步骤210，提供具有一表面的工作件。该工作件通常包含一种材料，例如金属或金属合金、陶瓷材料、聚合物材料、复合物材料、或其组合物。例如，该工作件包含铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺(polyimide)、芳香族聚酯(polyarylate)、聚乙醚、乙醚酮(etherketone)、及其合金和其组合物。在一实施例中，该工作件包含一奥氏型钢(austenitic-type steel)。在另一实施例中，该工作件包含铝。
在步骤220，以一第一材料层纹理化该工作件表面，该第一材料层具有第一均方根(RMS)值的表面粗糙量测。表面粗糙度通常是利用剖面仪(profilometer)以微英寸或维度均方根(RMS)来测量。此外，可利用涡流测量装置来确认该第一材料层的厚度。该第一材料层的第一RMS值可以是约1500Ra或微英寸或更低，例如约1200微英寸或更低，或约500微英寸或更低，例如，约300微英寸至约1200微英寸。
可用技艺中已知的任何薄膜涂布制程来执行表面的纹理化，例如热喷涂涂布、电镀、喷珠、喷砂(grit blasting)、粉体涂布、无气式喷涂(airlessspray)、静电喷涂等等。例如，电弧喷涂、火焰喷涂、粉体火焰喷涂(powderflame spraying)、线材火焰喷涂(wire flame spraying)、等离子体喷涂、除了其他的之外，可用来调整根据本发明的实施例利用上述薄膜涂布制程涂覆的第一材料层的表面粗糙度。
例如，可执行铝电弧喷涂一工作件表面，以拥有约1000微英寸的平均表面粗糙度量测。较佳地，在电弧喷涂一第一材料至该工作件上之后得到约800微英寸或更低的第一RMS值，例如约500微英寸或更低，以提供薄的且均匀的涂层，以利用较低的内应力结合并涂布该第一材料至该工作件表面，并且做为将涂布至其上的另一种材料层的可靠基底。
该第一材料层可包含一种材料，例如铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺(polyimide)、芳香族聚酯(polyarylate)、聚乙醚、乙醚酮(etherketone)、及其合金和其组合物。在一实施例中，该第一材料层包含铝或其合金。在另一实施例中，该第一材料层包含钼或其合金。
在步骤230，以一第二材料层纹理化该工作件表面，该第二材料层具有第二RMS值的表面粗糙度量测。该第二材料层的第二RMS值可以是约1200微英寸或更高，例如约1500微英寸或更高，例如，介于约2000微英寸和约2500微英寸之间或更高。较佳地，该第二RMS比该第一RMS大，以便得到表面非常粗糙的工作件，而不会有与厚的涂层相关的内应力大的缺点。
可用技艺中已知的任何薄膜涂布制程来涂覆该第二材料层。例如，电弧喷涂提供非常符合成本效益的纹理化该工作件表面的方法，并以高沉积速率沉积该第二材料层。一般来说，可达到每小时约6公斤至每小时约50公斤的沉积速率。
此外，该第二材料层可以是与该第一材料层相同或不同的材料。在一实施例中，本发明提供相同的第一和第二材料层，因此可藉由该第一、第二、及更多材料层逐层增加该工作件表面上的表面粗糙量测，以提供对该工作件表面和第一及第二材料层间的强结合。因此，可得到最终的具有降低的内应力的粗糙且厚的材料涂层。
在另一实施例中，该第一及第二材料层可以是不同材料。这在该工作件和经纹理化的第二材料层(或表面上的任何最终材料层)是相同材料时很有用。在此情况中，该第一材料层可经提供为该工作件和该第二材料层间的黏着层，以在该工作件表面上提供预期的粗糙度及纹理。例如，当该工作件是由纯金属材料组成时，该第一材料可以是其合金，而该第二材料可以是相同的金属材料。此种金属之一范例是铝。另一范例包含该工作件和该第二材料层含有铝或其合金，该第二材料层具有介于约2000微英寸和约2500微英寸间的大的RMS值，而该第一材料层含有不同的金属材料或其合金，并具有约500微英寸或更低的较小的RMS表面量测。
该方法200更包含涂覆或沉积一或多个额外的材料层至该工作件表面，直到在步骤240处得到预期的表面粗糙度为止，并且该方法在步骤250结束。例如，若不满意该工作件表面的表面粗糙度，可重复步骤220及/或230。
此外，可在纹理化该工作件表面之前、期间、或之后执行一或多种表面处理。例如，可利用辐射热灯、感应加热器、或IR式电阻加热器来加热该工作件，以使一或多个涂布及纹理化步骤的进行更加顺畅。例如，可在纹理化该工作件表面之前、期间、或之后以技艺中已知的任何清洁溶液化学地清洁该工作件，例如蒸馏水溶液、硫酸溶液、氢氟酸(HF)溶液，除了其他的之外。
该方法200可进一步包含在制程反应室中处理一基材以产生凝结微粒、污染物、异质材料等等，其与该工作件表面上的第二材料层结合。此外，可利用清洁或蚀刻溶液化学地清洁该工作件表面以除去任何微粒和凝结的异质材料，例如，蒸馏水溶液、硫酸溶液、氢氟酸溶液等。在某些情况中，也可利用该清洁/蚀刻溶液部分或完全清洁或蚀除该工作件的粗糙表面纹理。例如，可除去该第二材料，并且在本发明的一实施例中，利用本发明的方法再纹理化该工作件表面。
在处理大型基材时，例如平面显示器的基材，纹理化和再纹理化制程反应室的一或多个内表面是特别重要的，以防止并减少基材制程期间产生在该大型基材上的微粒。但是，本发明也同样可应用在任何类型和尺寸的基材制程上。本发明的基材可以是圆形、方形、矩形、或多边形，用于半导体晶圆制造和平面显示器制造。平面显示器的矩形基材的表面积通常很大，例如，约500mm2或更大的矩形，例如至少约300mm乘以约400mm，例如，约120,000mm2或更大。此外，本发明可应用在任何元件上，例如OLED、FOLED、PLED、有机TFT、主动矩阵、被动矩阵、上射型元件、底射型元件、太阳能电池等等，并且可以在硅晶圆、玻璃基材、金属基材、塑胶膜(例如，聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚对萘二甲酸二乙酯(PEN)等)、环氧塑胶膜的任一者上，除了其他的之外。
图3示出根据本发明的另一实施例的方法300的流程图，以提供一工作件非常粗糙的纹理表面。在步骤320，以一保护层涂覆该工作件表面。该保护层可具有约1500微英寸或更低的第一RMS值，例如约1200微英寸或更低，或约500微英寸或更低。
在该工作件表面上涂覆该保护层至该预期表面粗糙度可利用技艺中已知的任何薄膜涂布制程来执行，例如热喷涂涂布、电镀、喷珠、喷砂、粉体涂布、无气式喷涂、静电喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、粉体火焰喷涂、线材火焰喷涂、等离子体喷涂、除了其他的之外。该保护层可包含例如铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺、芳香族聚酯、聚乙醚、乙醚酮、及其合金和其组合物的材料。
在步骤330，以一材料层纹理化该工作件表面。较佳地，该保护层和该材料层是不同材料。可利用技艺中已知的任何薄膜涂布制程来将该材料层形成至预期粗糙度。例如，电弧喷涂提供形成该材料层之一相当有效的方式。但是，也可使用其他喷涂涂布、电镀、喷珠制程。步骤330的材料层可具有约1200微英寸或更高的第二RMS值的表面粗糙量测，例如约1500微英寸或更高，例如，介于约2000微英寸和约2500微英寸间。较佳地，该第二RMS比该第一RMS大，以便得到表面非常粗糙的工作件，而不会有与厚的涂层相关的内应力大的缺点。
步骤330的材料层可以是与步骤320的保护层材料不同的材料，因此该保护层保护该工作件不受任何化学反应及/或溶液的伤害，例如任何化学清洁或蚀刻溶液，而避免该工作件的腐蚀。例如，该材料层可包含例如铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺、芳香族聚酯、聚乙醚、乙醚酮、及其合金和其组合物等材料。
例如，可先在该工作件上涂布一层薄的钛保护层，藉由在含钛离子的电镀液中电镀该工作件。在该工作件表面上，可在其上纹理化并涂布一铝层或一钼层，例如利用电弧喷涂。该钛层保护该工作件不被腐蚀并且不受之后在该纹理化的涂层上执行的蚀刻、移除及/或清洁处理所影响。
做为另一个实施例，可藉由在该工作件表面上电弧喷涂一铝合金来形成该保护层，以保护该工作件。然后可在该工作件表面上纹理化一纯的铝层，以提供该工作件预期的表面粗糙度。在又另一实施例中，可藉由在该工作件表面上电弧喷涂一钼合金来形成该保护层，以保护该工作件。然后可在该工作件表面上纹理化一纯的钼层，以提供该工作件预期的表面粗糙度。
该方法300进一步包含在该工作件表面上涂布或沉积一或多个额外的材料层，若未得到预期的表面粗糙度的话。最后，若在步骤340得到预期的粗糙度，该方法可在步骤350结束。当未得到预期的表面粗糙度时，则可重复步骤320及/或330。
此外，该方法300可进一步包含在涂布该保护层之前、在纹理化该材料层之前、或在达到预期的表面粗糙度之后加热该工作件，以促进涂布和纹理步骤的效率或提供该保护层和所述材料层的退火。同样地，该方法300可进一步包含在任何步骤之前或之后进行化学清洁。在一实施例中，该方法300进一步包含在涂布该保护层之前先化学清洁该工作件表面。在另一实施例中，该方法300进一步包含在电弧喷涂后化学清洁该工作件表面，以除去该材料层。例如，可运用适合欲移除的材料的任何清洁或蚀刻溶液来执行清洁。
图4示出使用本发明的方法的工作件400的例示纹理表面的简要剖面图。该工作件400可以是制程套件的任何部件或是具有一或多个内表面的制程反应室的任何零组件。例示工作件400包含反应室挡板构件、暗区挡板、遮蔽框、基材支撑、靶材、遮蔽环、沉积准直仪、反应室主体、反应室壁、线圈、线圈支撑、覆盖环、沉积环、接触环、校直环、遮盘，除了其他的之外，这会在后方进一步描述。该制程反应室可以是物理气相沉积(PVD)和溅镀反应室、离子金属布植(IMP)反应室、化学气相沉积(CVD)反应室、原子层沉积(ALD)反应室、等离子体蚀刻反应室、退火反应室、其他炉管反应室等等。在一较佳实施例中，该反应室是一基材制程反应室，其中基材是暴露在一或多种气相材料或等离子体中。各种制程反应室零组件的材料可能改变，包含不锈钢或铝，除了其他的之外。
如图4所示，该工作件400表面上涂覆有一第一材料层410。该第一材料层可具有约1200微英寸或更低的第一RMS值。可在该第一材料层410表面上形成第二材料层420。该第二材料层可具有约1500微英寸或更高的第二RMS值。该第一材料层410和该第二材料层420可由技艺中已知的任何涂布制程形成，例如，两者皆由电弧喷涂制程形成。或者，该第一材料层410和该第二材料层420可由不同制程形成。例如，该第一材料层410可由电镀制程形成，而该第二材料层420则可由电弧喷涂制程形成，而使该第二RMS比该第一RMS大。在一实施例中，也可在该第一材料层410和该第二材料层420间形成一或多个额外的层。在另一实施例中，也可在该第二材料层420表面上形成具有较大RMS值的一或多个额外的层。
本发明的一态样提供至少两种材料层的使用，例如该第一材料层410和第二材料层420，因此可得到预期的表面粗糙度和纹理，而吸引并附着基材制程期间在制程反应室内产生的任何凝结微粒、污染物、及/或异质材料402至该工作件400表面上。在没有具有较小RMS的第一材料层410的情况下，该第二材料层420可能会很轻易地从该工作件400表面脱层。此外，在没有具有较大RMS的第二材料层420的情况下，该第一材料层410可能无法提供该异质材料402适当的结合和足够的附着力。
此外，当该制程反应室处理一大型基材时，由于该制程反应室的大尺寸，倾向使用较便宜且较轻的材料来做为反应室内壁及各种零组件。较佳地，可使用铝而受益。但是，铝并不适合直接做为表面纹理材料，因为反应室材料和纹理材料，若两者皆由铝材料形成的话，皆会被以化学方式清除掉。因此，本发明的一态样提供材料与该第二材料层420不同的第一材料层410，以保护该工作件400不受任何表面处理、腐蚀、或化学清洁的伤害。例如，当使用相同材料，例如铝，除了其他的之外，来做为该工作件和该第二材料层的选择材料，该第一材料层410可由不同材料制成，例如铝合金、钛、除了其他的之外，以做为该工作件的保护层。因此，该第二材料层可提供该异质材料402较佳的附着力，因而较容易利用化学清洁或蚀刻溶液来清洁，并且较容易在清洁、蚀刻、或再纹理化后再施加或再纹理化该工作件表面。
图5示出使用根据本发明的一实施例的本发明方法的具有纹理内表面的制程反应室500。本发明的实施例提供该制程反应室500的一或多个内表面上的各种反应室部件和零组件的纹理化，以减少该制程反应室500内的微粒污染，因此微粒污染可以更紧密地附着在一或多个内表面上、更容易清除、以及再纹理化，若需要的话。可适于从本发明受惠的制程反应室500的一范例是可由加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的PVD制程反应室。
该例示制程反应室500包含一反应室主体502及一上盖组件506，界定出一制程体积560。该反应室主体502通常是由单块铝或焊接的不锈钢板制成。欲使用本发明方法纹理化的该反应室主体502和相关零组件的尺寸并未受到限制，并且通常比要在该制程反应室500内处理的基材512的大小和尺寸成比例地大。例如，当处理宽度约370毫米至约2160毫米且长度约470毫米至约2460毫米的大型方形基材时，该反应室主体502可包含约570毫米至约2360毫米的宽度和约570毫米至约2660毫米的长度。例如，当处理大小约1000毫米×1200毫米的基材时，该反应室主体502可具有约1750毫米×1950毫米的剖面尺寸。又例如，当处理大小约1950毫米×2250毫米的基材时，该反应室主体502可具有约2700毫米×3000毫米的剖面尺寸。
该反应室主体502一般包含侧壁552和底部554。所述侧壁552及/或底部554一般包含复数个孔洞，例如近接端口556和泵吸端口(未示出)。其它孔洞，例如遮盘端口(未示出)也可或者形成在该反应室主体502的所述侧壁552及/或底部554上。该近接端口556是可密封的，例如一狭缝阀或其他机构，以提供该基材512(例如，平面显示器基材或半导体晶圆)进出该制程反应室500的出入口。该泵吸端口连接至一泵吸系统(也未示出)，其排空并控制该制程体积560内的压力。
该上盖组件506一般包含一靶材564及与其连接的接地挡板组件511。该靶材564提供可在PVD制程期间沉积至该基材512表面上的材料来源。该靶材564或靶材板可由会变为沉积物种的材料制成，或者其可含有沉积物种涂层。为促进溅镀，一高压电源供应器，例如电源584与该靶材564连接。该靶材564通常包含一周边部分563及一中央部分565。该周边部分563是配置在该反应室侧壁552上方。该靶材564的中央部分565可以往该基材支撑504的方向伸出，或延伸。预期到也可使用其他靶材配制。例如，该靶材564可包含连结或附加在其上的具有由预期材料制成的中央部分的背板。该靶材材料也可含有邻接的材料砖或材料段，其共同形成该靶材。或者，该上盖组件506可进一步含有一磁电管组件566，其增强制程期间靶材材料的消耗。
在溅镀制程期间，为在该基材512上沉积一材料，该靶材564和该基材支撑504由该电源584相对于彼此偏压。一制程气体，例如惰性气体和其他气体，例如氩气、和氮气，从一气体来源582通过一或多个孔洞(未示出)供应至该制程体积560中，所述孔洞通常形成在该制程反应室500的侧壁552上。该制程气体经点燃成为等离子体，且等离子体中的离子朝该靶材564加速，将靶材材料从靶材564逐出成为微粒。所述逐出材料或微粒经该偏压吸引朝向该基材512，在该基材512上沉积出一材料膜。
该接地挡板组件511包含一接地框508、一接地挡板510，或任何反应室挡板构件、靶材挡板构件、暗区挡板、暗区挡板框等等。该接地挡板510围绕该靶材564的中央部分565，而在该制程体积560中界定出一制程区域，并利用接地框508与该靶材564的周边部分563连接。该接地框508电气隔离该接地挡板510和该靶材564，同时提供该反应室500的反应室主体502的接地路径(通常经由所述侧壁552)。该接地挡板510将等离子体限制在该接地挡板510圈住的区域内，以确保靶材来源材料仅从该靶材564的中央部分565被逐出。该接地挡板510也可促进逐出的靶材来源材料主要在该基材512上的沉积。这最佳化该靶材材料的有效使用，同时保护该反应室主体502的其他区域不受到沉积或来自逐出物种或来自该等离子体的攻击，因此增加反应室寿命并减少需要用来清洁或者是维修该反应室的停机时间和成本。使用围绕该接地挡板510的接地框508的另一种益处是可从该反应室主体502脱离并再沉积在该基材512表面上的微粒的减少(例如，因为沉积膜的剥落或该等离子体对该反应室主体502的攻击)，因此改善产品品质及合格率。
虽然该接地挡板510通常会限制该制程体积560内的等离子体和溅镀微粒，但不可避免的，起初是等离子体或气态的溅镀微粒会凝结在各反应室内表面上。例如，溅镀微粒可凝结在该反应室主体502、该靶材564、该上盖组件506、和该接地挡板组件511的内表面上，以及一或多种反应室零组件的其他反应室内表面上。此外，其他表面，例如该基材支撑504的上表面可在沉积程序期间或之间受到污染。该反应室零组件可以是一真空反应室零组件，即，置于真空中的反应室零组件，例如，该制程反应室500。形成在反应室零组件内表面上的凝结物质通常仅有有限的附着力，并且可从该反应室零组件脱离而污染该基材512。为了减少凝结的异质物从制程反应室零组件上脱落的倾向，这些反应室零组件皆利用本发明方法纹理化，以减少微粒在该基材512表面上的污染。
第6A和6B图示出具有根据本发明的一实施例的纹理内表面的例示制程反应室零组件的水平上视图。该接地挡板510、该接地框508、该靶材564、任何暗区挡板、反应室挡板构件、挡板框、靶材挡板构件、除了其他的之外，皆可利用本发明的方法200和300进行纹理化、清洁并再纹理化，以减少PVD制程期间的微粒污染。此外，如图6A所示，可纹理化包含所述侧壁552、该底部554、和其他零组件的反应室主体502。图6B示出该接地挡板510及围绕该接地挡板510的接地框508，每一个皆拥有根据本发明的一实施例的纹理内表面。如图6A所示，该接地挡板510可由一或多个工作件区段610及一或多个角落部分630形成，并且某些部分是连结在一起，使用技艺中已知的连结制程，例如焊接、黏着、高压压缩等等。本发明进一步提供纹理化个别工作件，例如该工作件区段610和该角落部分630，在其连结在一起以形成该接地挡板510之前运用本发明的方法200和300。
欲用本发明方法进行纹理化的该靶材564、该接地挡板510、及该接地框508和相关零组件的尺寸并不受限，并与欲处理的基材512的尺寸和形状有关。例如，当处理宽度约1000毫米至约2160毫米且长度约1200豪米至约2460毫米的大面积方形基材时，该靶材564可包含约1550毫米至约2500毫米的宽度及约1750毫米至约2800毫米的长度。例如，该靶材564可具有约1550毫米×1750毫米的剖面尺寸。又例如，该靶材564可具有约2500毫米×2800毫米的剖面尺寸。此外，该接地挡板510的尺寸可从约1600毫米×1800毫米至约2550毫米×2850毫米。也可使用较小的尺寸来使较小的基材受惠。
该接地挡板510和其他反应室零组件可经纹理化并接合在一起，以与该上盖组件连接。将该接地挡板510连接至该上盖组件506的一益处在于该接地挡板510和该靶材564可更轻易且更精确地对准，在将该上盖组件506置于该反应室主体502上之前，因此减少需要用来对准该接地挡板510和该靶材564的时间。但是，也可使用其他配置。一旦该接地挡板510与该上盖组件506连接，可仅将该上盖组件506置放在所述侧壁552上而完成安装。因此，可消除安装后对准该接地挡板510和该靶材564的需要，如具有可调整的靶材/接地挡板配置的习知反应室所要求般。此外，也消除了对于昂贵的精确定位销及/或部件的需要，如无可调整的靶材/接地挡板配置的习知反应室所要求般。例示挡板部件可包含能够从加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的0020-45544、0020-47654、0020-BW101、0020-BW302、0190-11821、0020-44375、0020-44438、0020-43498、0021-JW077、0020-19122、0020-JW096、0021-KS556、0020-45695。
再参见图5，该基材支撑504一般是配置在该反应室主体502的底部554上，并在基材制程期间在该真空制程反应室500内支撑位于其上的基材512。该基材支撑504可包含一板状主体，以支撑该基材512和用来留置及定位该基材512的任何其他机构，例如，静电夹盘和其他定位工具。该基材支撑504可包含嵌入在该板状主体支撑内之一或多个电极及/或加热元件。一支杆587延伸通过该反应室主体502的底部554，并将该基材支撑504与一举升机构588连接。该举升机构588是配置来将该基材支撑504在一较低位置和一较高位置间移动。图5将该基材支撑504绘制在一中间位置上。一折箱586通常配置在该基材支撑504和该反应室底部554间，并在其间提供弹性密封，因此保持该反应室体积560的真空完整性。
通常，一控制器590与该制程反应室500接合并控制该反应室。该控制器590通常含有一中央处理单元(CPU)594、支持电路596和存储器592。该CPU594可以是能够用在工业设定上以控制各种反应室和子处理器的任何形式的电脑处理器的一种。该存储器592与该CPU594连接。该存储器592，或电脑可读媒介，可以是一或多种可轻易取得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软碟、硬碟、或任何其他形式的数位储存，原位或远端的。该支持电路596与该CPU594连接，以用习知方式支持该处理器。这电路包含快取、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路、子系统、及诸如此类者。该控制器590可用来控制该制程反应室500的运作，包含在其中执行的任何沉积制程。
或者，一遮蔽框558和一反应室挡板562可配置在该反应室主体502内。该遮蔽框558一般是配置来将沉积限制在该基材512通过该遮蔽框558中央暴露出的部分。当该基材支撑504移至较高位置以进行制程时，配置在该基材支撑504上的基材512外缘与该遮蔽框558啮合，并将该遮蔽框558从该反应室挡板562上举起。当该基材支撑504移至该较低位置以将该基材512载入和载出该基材支撑504时，该基材支撑504是位于该反应室挡板562和该近接端口556下方。该基材512于是可在清洁该遮蔽框558和该反应室挡板562时通过所述侧壁552上的近接端口556移出或置入该反应室500。举升销(未示出)或者移动通过该基材支撑504，以将该基材512和该基材支撑504隔开，以辅助该基材512利用配置在该制程反应室500外部的晶圆传输机构或自动控制装置的置放或移出，例如单臂自动控制装置或双臂自动控制装置。
图7A示出具有根据本发明的一实施例的纹理表面的遮蔽框558的简要视图。该遮蔽框558可以单一件形成或者可以是两或多个接合在一起的工作件区段，以围绕该基材512的周边部分。该遮蔽框558可经纹理化而在该表面上包含该第一和第二材料层410、420或其他层，以吸引异质材料402附着在其上并避免异质材料402污染该基材512表面。较佳地，该遮蔽框558的上表面620或面对该制程体积560的表面是以一或多种材料层纹理化，以避免污染该基材512的制程表面640。该遮蔽框558可包含一内径，其是经选择而使该遮蔽框558的外围安装在该基材512的边缘上。该遮蔽框558包含比该基材512的尺寸小的内径，以及比该基材512的尺寸大的外径。例如，就约1950毫米×2250毫米的基材尺寸而言，该遮蔽框558可包含约1930毫米×2230毫米的例示内径，以及约2440毫米×2740毫米的例示外径，因此保护该基材512的周边部分避开微粒和污染物。也可应用尺寸较小及其他形状的基材。
图7B示出具有根据本发明的一实施例的纹理表面的遮蔽框558、反应室挡板562、反应室主体502、和侧壁552的简要视图。所有这些反应室零组件以及其他零组件的表面，例如在其他基材制程反应室中使用的基材夹钳结构，皆可根据本发明的实施例进行纹理化。如图7B所示，该遮蔽框558设置在该反应室挡板562上，其可与，例如，该反应室主体502的侧壁552连接。就约1950毫米×2250毫米的基材尺寸而言，该反应室挡板562的例示尺寸可包含约2160毫米×2550毫米的内径，以及约2550毫米×2840毫米的外径，以支撑设置在其上的遮蔽框558。或者，也可或者使用拥有其他配置的遮蔽框。例示的遮蔽框、沉积框、基材覆盖结构、及/或基材夹钳包含可由加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得的0020-43171和0020-46649。
本发明的另一实施例进一步提供根据在此所述方法纹理化本发明的基材支撑504的一部分，以减少基材制程期间的微粒累积。图8示出制程反应室500的基材支撑504的一范例的简要视图。该基材支撑504通常是由铝、不锈钢、陶瓷或其组合物制成。位于该支杆587上的基材支撑504包含一上表面810，以支撑位于其上的基材512。该上表面810可在该表面上以该第一和第二材料层410、420或其他层纹理化，以吸引异质材料402附着在其上并避免异质材料402污染该基材512表面。
支撑该基材512的基材支撑的上表面810的尺寸与该基材512的大小成比例，并且可比该基材512的尺寸大或小。如图8所示，本发明的一实施例提供以一或多种材料层纹理化的基材支撑504的外围部分820，以避免该基材512上的微粒污染。
如上所提及般，一制程反应室的一或多个零组件的一或多个内表面的任一者皆可纹理化，以改善基材制程期间产生的任何异质材料或微粒的结合和附着。其他适合的基材制程反应室用的反应室零组件的进一步范例包含暗区档板、支撑环、沉积环、线圈、线圈支撑、沉积准直仪、台座、校直环、遮盘等等。
具有各种配置的其他制程反应室及其反应室部件零组件也可利用本发明方法来进行纹理化，而在不背离本发明的实施例下减少基材制程期间的污染。可藉由在该反应室部件零组件上施用此间所述的适合的化学清洁溶液来清除污染，并且每一个反应室零组件皆可运用本发明方法进行再纹理化。此外，如上所示的各种零组件的大小及尺寸皆为例示用，而不意欲限制本发明范围。
虽然前述者是针对本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围下设计出本发明的其他和进一步实施例，并且其范围是由权利要求界定。

Claims (44)

1.一种用于一制程反应室的制程反应室零组件，其至少包含：
一主体，具有一或多个表面；
一第一涂层，形成在所述表面上，该第一涂层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测；以及
一第二涂层，利用电弧喷涂形成在所述表面上，该第二涂层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该零组件表面。
2.如权利要求1所述的制程反应室零组件，其中上述的第二RMS比该第一RMS大。
3.如权利要求1所述的制程反应室零组件，其中上述的制程反应室零组件是选自反应室挡板构件、暗区挡板(dark space shield)、遮蔽框、基材支撑、靶材、遮蔽环、沉积准直仪、反应室主体、反应室壁、线圈、线圈支撑、覆盖环、沉积环、接触环、校直环、或遮盘(shutter disk)、及其组合物。
4.如权利要求1所述的制程反应室零组件，其中上述的制程反应室零组件包含一基材支撑的周边部分。
5.如权利要求1所述的制程反应室零组件，其中上述的制程反应室零组件是由一材料制成，该材料是选自铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺(polyimide)、芳香族聚酯(polyarylate)、聚乙醚、乙醚酮(etherketone)、及其合金和其组合物所组成的群组中。
6.一种用于一制程反应室中以处理一基材的反应室挡板构件，其至少包含：
一或多个工作件区段，具有一或多个表面；
一第一涂层，形成在所述表面上，该第一涂层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测；以及
一第二涂层，利用电弧喷涂形成在所述表面上，该第二涂层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该反应室挡板构件表面。
7.如权利要求6所述的反应室挡板构件，其中上述的第二RMS比该第一RMS大。
8.如权利要求6所述的反应室挡板构件，更包含与该一或多个工作件区段接合的一或多个角落部分。
9.如权利要求6所述的反应室挡板构件，其中上述的反应室挡板构件的尺寸是从约1600毫米×1800毫米至约2550毫米×2850毫米。
10.如权利要求6所述的反应室挡板构件，其中上述的反应室挡板构件是用来防护一大面积方形基材的方形框。
11.如权利要求6所述的反应室挡板构件，其中上述的反应室挡板构件是选自接地挡板、暗区档板、反应室挡板、及其组合物所组成的群组中。
12.一种用来在一制程反应室内围绕一基材且具有一或多个表面的遮蔽框，包含形成在该一或多个表面上的第一涂层，以及利用电弧喷涂形成在所述表面上的第二涂层，该第一涂层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测，而该第二涂层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该遮蔽框表面。
13.如权利要求12所述的遮蔽框，其中上述的第二RMS比该第一RMS大。
14.如权利要求12所述的遮蔽框，其中上述的遮蔽框的内径比该基材的尺寸小。
15.如权利要求12所述的遮蔽框，其中上述的遮蔽框的外径比该基材的尺寸大。
16.如权利要求12所述的遮蔽框，其中上述形成该第一涂层和该第二涂层的表面是面对该制程反应室内的基材制程体积的表面。
17.一种用于一制程反应室中以支撑一基材的基材支撑，其至少包含：
一板状主体，具有一或多个表面；
一第一涂层，形成在所述表面上，该第一涂层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测；以及
一第二涂层，利用电弧喷涂形成在所述表面上，该第二涂层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该基材支撑表面。
18.如权利要求17所述的基材支撑，其中上述的第二RMS比该第一RMS大。
19.如权利要求17所述的基材支撑，其中上述的第一涂层和第二涂层是形成在围绕位于其上的基材的该基材支撑的周边部分上。
20.如权利要求17所述的基材支撑，更包含一或多个嵌入在该板状主体内的电极。
21.如权利要求17所述的基材支撑，更包含一或多个嵌入在该板状主体内的加热元件。
22.一种减少制程反应室内的污染物的方法，其至少包含：
以一第一材料层涂覆该制程反应室的一或多个零组件的一或多个表面，该第一材料层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测；以及
以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该一或多个零组件的一或多个表面，其中该第二RMS比该第一RMS大。
23.如权利要求22所述的方法，更包含在该制程反应室内处理一基材，以产生与该第二材料层结合的污染物。
24.如权利要求22所述的方法，更包含化学清洁该一或多个零组件的一或多个表面。
25.如权利要求22所述的方法，其中上述的基材包含用于平面显示器的基材。
26.如权利要求22所述的方法，其中上述的涂覆该一或多个零组件的一或多个表面包含一系列选自电镀、电弧喷涂、喷珠、热喷涂、等离子体喷涂、及其组合物的制程。
27.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件和该第二材料层的材料相同。
28.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件的材料包含一材料，该材料是选自铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺、芳香族聚酯、聚乙醚、乙醚酮、及其合金和其组合物。
29.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件的材料包含铝，而该第一材料层的材料包含铝合金。
30.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件的材料包含铝，而该第一材料层的材料包含钛或其合金。
31.如权利要求22所述的方法，更包含加热该一或多个零组件。
32.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件包含一工作件，该工作件是选自反应室挡板构件、暗区挡板、遮蔽框、基材支撑、靶材、遮蔽环、沉积准直仪、反应室主体、反应室壁、线圈、线圈支撑、覆盖环、沉积环、接触环、校直环、或遮盘、及其组合物所组成的群组中。
33.如权利要求22所述的方法，其中上述之一或多个零组件包含一基材支撑的周边部分。
34.如权利要求22所述的方法，其中上述的第二材料层的材料包含一材料，该材料是选自铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺、芳香族聚酯、聚乙醚、乙醚酮、及其合金和其组合物。
35.一种纹理化(texturing)用于一半导体制程反应室内的零组件表面的方法，其至少包含：
以第一材料层涂覆该零组件表面，该第一材料层具有第一RMS表面粗糙量测；以及
以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有约1500微英寸或更高的第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该零组件表面，该第二RMS比该第一RMS大。
36.一种纹理化(texturing)用于一半导体制程反应室内的零组件表面的方法，其至少包含：
以第一材料层涂覆该零组件表面，该第一材料层具有约1200微英寸或更低的第一RMS表面粗糙量测；以及
以一第二材料层电弧喷涂该第一材料层表面，该第二材料层具有第二RMS表面粗糙量测，以粗糙化该零组件表面，该第二RMS比该第一RMS大。
37.一种纹理化(texturing)用于一半导体制程反应室内的零组件表面的方法，其至少包含：
以一保护涂层涂覆该零组件表面，该保护涂层具有第一RMS表面粗糙量测；以及
以一材料层电弧喷涂该保护层表面，该材料层具有第二RMS表面粗糙量测，该材料层包含与该零组件材料相同的材料，而该第二RMS比该第一RMS大。
38.如权利要求37所述的方法，其中上述的零组件的材料包含一材料，该材料是选自铝、钼、镍、钛、钽、钨、铜、钢、不锈钢、铁镍铬合金、镍铬钼钨合金、铬铜合金、铜锌合金、碳化硅、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氧化硅、石英、聚亚醯胺、芳香族聚酯、聚乙醚、乙醚酮、及其合金和其组合物。
39.如权利要求37所述的方法，其中上述的零组件的材料包含一金属，而该保护层的材料包含其合金。
40.如权利要求39所述的方法，其中上述的金属包含铝。
41.如权利要求37所述的方法，其中上述的零组件的材料包含铝，而该保护层的材料包含钛或其合金。
42.如权利要求37所述的方法，其中上述的涂覆该零组件的表面包含一系列选自电弧喷涂、电镀、喷珠、热喷涂、等离子体喷涂、及其组合物的制程。
43.如权利要求37所述的方法，更包含在涂覆之前先化学清洁该零组件表面。
44.如权利要求37所述的方法，更包含在电弧喷涂之后化学清洁该零组件表面，以除去该材料层。
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