CN1914352A - 室部件的清洁 - Google Patents

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Abstract

在清洁衬底处理室部件的表面以去除处理沉积物的方法中，所述部件表面被冷却至低于大约－40℃的温度，由此使所述表面上的处理沉积物破裂。所述表面可以通过将所述表面浸入诸如液氮的低温流体中来冷却。在另一种方法中，所述部件表面被加热以使所述沉积物破裂并分层，并且可选地，接下来被快速冷却以形成更多裂缝。所述部件表面清洁还可以通过喷丸处理并且之后进行化学清洁步骤来进行。

Description

室部件的清洁
技术领域
本发明涉及从衬底处理室部件清洁处理沉积物。
背景技术
在诸如半导体晶片和显示器之类的衬底的处理中，衬底放在处理室中，并暴露至激发的气体以在衬底上沉积或蚀刻材料。在这样的处理过程中，产生处理残余物并沉积在室中的内表面上。例如，在溅射沉积处理中，从靶溅射用于沉积在衬底上的材料也沉积在室中的部件表面上，例如在沉积环、遮蔽环、壁衬里和聚焦环上。在后续的处理循环中，沉积的处理残余物可能从室表面“剥落”以落在衬底上并污染衬底。因此，必须从室表面定期清理沉积的处理残余物。
但是，很难从部件清理处理沉积物而不过度腐蚀部件的表面。当从由含金属的材料制成的部件清洁含金属的处理残余物时，这变得尤其明显。含金属的处理沉积物很难被去除，因为适合于它们去除的清洁溶液通常也与用于形成室部件的其它金属反应。例如，适于去除含钽处理残余物的清洁溶液也与含钛或铝的室表面反应并腐蚀这些表面。因此，从这些表面清洁含金属沉积物可能腐蚀部件并需要经常更换它们。
当清洁有纹理的表面(例如通过“LavacoatTM”工艺形成的表面)时，部件表面的腐蚀也可能成为问题。这种有纹理的表面是有必要的，因为它们提供了带有裂隙的“粘性”表面，处理沉积物粘附到凹陷和突起以减少室中产生的颗粒。但是，因为处理沉积物可以容纳在表面的孔和裂隙中，所以很难用传统的清洁处理去除这些沉积物。例如，用传统的喷丸处理来清理沉积物通常导致对有纹理表面的突起的腐蚀，由此需要经常更换和/或重新表面化部件。
因此，需要一种从部件的表面清洁处理沉积物而不过度腐蚀表面的方法。还需要一种从室部件的金属表面选择性地清洁含金属处理沉积物的方法。
发明内容
在清洁衬底处理室部件的表面以从其去除处理沉积物的方法中，所述部件表面被冷却至低于大约-40℃的温度，由此使所述表面上的处理沉积物破裂。例如，所述表面可以通过将所述表面浸入诸如液氮的低温流体中来冷却。
在另一种清洁方法中，所述表面被加热至至少大约150℃的温度，由此使所述处理沉积物松弛。然后可以从所述表面去除所述处理沉积物。
在另一种清洁方法中，所述表面被浸入包含液氮的浴槽中以在所述处理沉积物中形成裂缝。然后所述表面被加热至至少大约150℃的温度，以使所述裂缝扩张。所述加热的表面通过在所述表面上流过流体来冷却，以进一步形成裂缝。所述破裂的沉积物通过(i)喷丸处理所述表面和(ii)用清洁溶液清洁所述表面中的至少一种从所述表面去除。
附图说明
根据以下的描述、所附权利要求和图示本发明示例的附图，可以更好地理解本发明的这些特征、方面和优点。但是，应当理解每个特征可以通用于本发明中，而不仅仅限于具体附图的内容，并且本发明包括这些特征的任意组合，其中：
图1是衬底处理室部件的实施例的示意性侧视图，该室部件具有其上有处理沉积物的表面；
图2是示出从衬底处理室部件的表面清理处理沉积物的方法实施例的流程图；
图3是具有可以在清洁处理中清洁的一个或多个部件的衬底处理室的
实施例的侧剖视图。
具体实施方式
如图1所示，具有表面20的处理室部件22被清洁以去除在衬底104的处理过程中产生的处理沉积物24。进行清洁处理来去除沉积物24可以减少在室106中形成污染颗粒，并提高衬底出产率。处理沉积物24可以包括含金属沉积物，例如包含钽、氮化钽、钛、氮化钛、铝、铜、钨以及氮化钨中的至少一种的沉积物。在处理中被清洁的室部件22包括积累了处理沉积物24的那些，例如在室106中提供处理气体的气体输送系统112的一部分、在室106中支撑衬底104的衬底支撑114、激发处理气体的气体激发器116、室外壳壁118和屏蔽120、或从室106排放气体的排气装置122。
参考图3，其图示了物理气相沉积室106的示例性视图，可以被清洁的部件22包括室外壳壁118、室屏蔽120、靶124、封盖环126、沉积环128、支撑环130、绝缘环132、线圈135、线圈支撑137、遮蔽盘133、夹具屏蔽141、以及衬底支撑114的表面134。例如，可以被清洁的部件可以包括Applied Material的部件号0020-50007、0020-50008、0020-50010、0020-50012、0020-50013、0020-48908、0021-23852、0020-48998、0020-52149、0020-51483、0020-49977、0020-52151、0020-48999、0020-48042和0190-14818(这些可以从Applied Materials，Santa Clara，California得到)。部件的列表仅是示例性的，清洁处理可以用在其它部件上或者其它类型的室的部件上，因此，本清洁方法不应当限于用在这里所列的或所描述的部件。通常，在处理中清洁的部件22具有金属表面20，例如包含钛、不锈钢、铜、钽和铝中的至少一种的表面20；还可以清洁具有其它类型表面的其它部件，例如陶瓷表面20，包括氧化铝、氮化铝和石英。
已经发现可以通过将部件22的表面20冷却到低温来实现对处理沉积物24的改进的清理。在冷却到低温时，表面20和处理沉积物24的热膨胀系数之间的差异导致表面20和沉积物24不同的收缩率，以在处理沉积物24中形成裂缝和破裂25。破裂的处理沉积物24不能强有力地粘附到表面20，因此能够被容易地去除以清洁表面20。适当低至使处理沉积物24破裂的温度是小于大约-40℃的温度，甚至是小于大约-196℃的温度，例如从大约-65℃到大约-196℃的温度。低温去除方法对热膨胀系数是处理沉积物24的热膨胀系数的至少两倍的表面20特别有用。
在去除处理沉积物24的一种方法中，用低温流体冷却部件22的表而20。流体可以包括液化的气体，例如液氮。其它合适的流体可以包括例如乙醇和被加入的干冰(固体CO2)冷却的其它液体。
可以通过将表面20的一部分或者甚至基本整个部分浸入低温流体中来冷却表面20。将表面20浸入流体中可以更快地降低表面的温度，同时在表面20中建立更多的热冲击。当积累的沉积物很难清洁时，这是必要的，例如在它们具有较小的热膨胀差异或在它们较好地粘附到部件22的表面20时。
也可以通过将流体喷在表面20上或者另外使流体流过部件表面20来冷却表面20。尽管在表面20上喷射和流动流体较慢冷却表面20，但是当流体需要被引导至部件表面20上的特定区域和部分时，这是有益的。例如，当部件22具有在其上形成沉积物的表面区域而其它区域没有沉积物或者对热冲击敏感并且将由于过度的热冲击而退化时，可以通过在局部区域使用喷射或流动方法来冷却这些部件22。
在一个实施例中，通过将表面20浸入在包含液氮的低温流体槽中来冷却表面20。液氮具有适当低至破裂并使处理沉积物24裂开的温度，液氮的温度通常是大约-196℃。液氮的低温槽也是有利的，因为液氮与用于制造室部件22的材料基本不反应。表面20可以浸入在液氮中直到液氮槽停止发泡，液氮槽停止发泡表示表面20已经达到基本接近液氮温度的温度。合适的浸入持续时间可以是从大约1分钟到大约5分钟。
在一种方法中，通过在表面20浸入液氮槽中时超声振动表面20米增强处理沉积物的去除，例如通过将声波引入到表面20以稍微地震动表面20。超声波例如可以通过在部件22上安装超声换能器或在低温流体槽容器的部分上安装换能器来产生。超声振动还使已经部分松弛或分离的残余物进一步松弛，并还能够破裂已经部分分层但仍然粘附到表面20的残余
在一种方法中，可以进行预冷步骤，以在将表面浸入到液氮中之前预冷表面20。预冷步骤使得表面20的温度更接近液氮的温度，这减少了冷却表面20所需的液氮量，并且能够降低整体的冷却成本。预冷步骤需要将表面20冷却到从大约-40℃到大约-65℃的温度。在一种方法中，通过将部件22放在致冷室(例如能够将表面20冷却到需要的预冷温度的工业致冷机)中来进行预冷。可替换地，在致冷室中冷却表面20的步骤可以充分地破裂处理沉积物24，使得可以进行致冷步骤以替换液氮浸入步骤。
一旦已经通过冷却部件表面20使处理沉积物24破裂，可以进行一个或多个接下来的处理沉积物去除步骤，以去除破裂的沉积物。在一种方法中，破裂的处理沉积物24是通过喷砂和/或喷丸处理表面20来部分去除的。在喷砂处理中，硬砂颗粒流通过气体被朝向表面20推动，其中该气体被加压至足够高以能够从表面20去除破裂的处理沉积物的压力。例如，合适的压力可以是从大约103KPa(15PSI)至大约552KPa(80PSI)。砂颗粒可以包含从大约16至大约150的目数尺寸(meshsize)，对应于从大约1092微米至大约89微米的颗粒尺寸。在另一利方法中，加压气体流(例如加压的CO2流)对着表面20引导，以去除处理沉积物24。
在一种方法中，破裂的处理沉积物24是通过用化学清洁溶液清洁表面20来去除的。清洁溶液可以渗入形成在处理沉积物24中的裂缝25，以使沉积物24松弛并从表面20清理沉积物24。清洁溶液可以包含化学蚀刻处理沉积物24的酸性或碱性溶液。例如，合适的清洁溶液可以包含质量浓度为从大约2.5％至大约17％的HF和质量浓度为从大约23％至大约67％的HNO3，并用水来调和。可以通过将表面20浸入清洁溶液中以及使用清洁溶液喷射或清洗表面20来清洁表面20。在用清洁溶液进行清洁的过程中，还可以超声振动表面20。还可以进行其它的清洁步骤以去除破裂的处理沉积物(例如去离子水冲洗)和进一步的超声清洁步骤。
已经进一步发现残余物去除结果可以通过将部件22的表面20加热至合适的高温来改进。例如，可以在初始的处理残余物破裂步骤之后加热表面20。相信表面20的加热也采用了表面20和沉积物24的热膨胀系数差异的优点，以使在处理沉积物24中形成的裂缝25膨胀。进一步破裂的沉积物24从表面20进一步分离并分层，因此更容易去除。合适的高温可以是至少大约150℃并且甚至至少大约300℃，例如从大约300℃至大约350℃，并且甚至可以高达大约400℃。例如，对于包含铜、钛、不锈钢和钽中的至少一种的表面20，合适的高温可以是至少大约500℃，并且可以是至少高至大约600℃。加热表面20希望在沉积的材料中引起应力而基本不损坏部件22。因此，在一种方法中，温度不可以超过部件20的熔化温度的75％，以保持部件表面的完整性。例如，对于包含铝的表面20，合适的高温可以是至少大约200℃，例如至少大约300℃，并且小于大约500℃，例如小于大约480℃。例如可以通过将部件22放在加热炉中、用加热灯辐射加热表面、用石英加热管辐射加热表面来加热表面20。在一种方法中，在进行低温冷却步骤之前，将表面20加热到足够高的温度。在另一种方法中，加热步骤可以提供对处理沉积物的充分破裂，使得不需要诸如低温冷却步骤之类的其它温度处理步骤。
在一种方法中，加热的表面20可以通过进行“骤冷”步骤以快速地冷却表面20被进一步处理以去除处理沉积物24。在骤冷步骤中，通过将表面20暴露至冷却流体(例如水)来快速冷却加热的表面20。骤冷步骤以每秒至少大约50℃快速地冷却加热的表面20，由此进一步使沉积物20从表面20破裂并松弛。例如，骤冷步骤可以将表面20从至少大约150℃的温度冷却至小于大约40℃的温度，甚至小于大约20℃，例如从大约350℃的温度至大约20℃的温度。可以通过使流体在表面20上流动(例如通过将表面20浸入流体中)来将表面20暴露至冷却流体。还可以需要的是在将部件20的其余部分保持在相对温暖的温度时冷却处理沉积物24，以增大处理沉积物24和部件表面20的热收缩率的差异。例如，可以通过用流体喷射或冲洗表面20上的沉积物24来冷却处理沉积物24，同时部件22的大部分保持在相对温暖的温度。适于骤冷步骤的冷却流体可以是具有从大约10℃至大约25℃温度的水。
喷砂处理和化学溶液清洁步骤(如上所述的那些)中的一个或多个可以在骤冷表面20之前或之后进行以进一步去除处理沉积物。在优选的方法中，在骤冷表面20之后并在用清洁溶液清洁表面20之前进行喷砂步骤。
图2是图示从处理室部件22的表面清洁处理沉积物24的方法实施例的流程图。在此实施例的第一步骤中，表面20浸入在液氮中以使处理沉积物破裂。然后表面20被加热至至少大约150℃的温度以使裂缝膨胀。加热的表面通过使流体在表面20上流动来冷却。然后通过(i)喷砂处理表面20和(ii)用清洁溶液清洁表面中的至少一个从表面20去除残余的处理沉积物24。清洁处理能够清洁处理部件22，以提供基本没有处理沉积物的部件表面20。
所述的清洁方法特别适合于清洁有纹理的部件表面20，如图1所示。具有有纹理表面的部件22通过提供处理沉积物24能够粘附的“粘性”表面减少了处理室中的颗粒产生。在一种方法中，处理室部件22包含通过“LavacoatTM”工艺处理的有纹理表面，例如下面的文献中描述的部件：West等于2003年9月2日提交的名为“Fabricating and Cleaning ChamberComponents Having Textured Surfaces”的美国专利申请No.10/653,713，Popiolkowski等于2002年3月13日提交的美国专利申请No.10/099,307，以及Popiolkowski等于2003年7月17日提交的美国专利申请No.10/622,178，所有这些都转让给Applied Materials，Inc.，通过引用将它们都包含在这里。
LavacoatTM有纹理表面20可以通过产生电磁能量束并将束引导至部件22的表面20上来产生。电磁能量束优选的是电子束，但是也包含质子、中子和X射线等。电子束通常在表面20的区域上聚焦一段时间，在这段时间里束与表面20作用以在表面上形成特征。可以相信，束通过在一些情况下将表面20的区域快速加热至表面材料的熔化温度来形成特征。快速加热引起一些表面材料向外喷射，这在材料从其喷射出的区域小形成凹陷23，而在喷射的材料重新沉积的区域中形成突起26。在区域中形成需要的特征之后，束扫描到部件表面20的不同区域以在新的区域中形成特征。最终的表面20可以包含在表面20中形成的凹陷23和突起26的蜂窝状结构。通过此方法形成的特征通常是宏观尺寸的，凹陷可以在从大约0.1mm到大约3.5mm的直径范围内，例如直径从大约0.8至大约1.0mm。LavacoatTM有纹理表面20具有从大约63.5微米(2500微英寸)至大约101.6微米(4000微英寸)的整体平均表面粗糙度，表面20的平均粗糙度被定义为从特征的平均线沿着表面20移位的绝对值的平均值。
图3中示出合适的处理室106的示例，处理室106具有需要被清洁以去除处理沉积物24的部件22。室106可以是多室平台(未示出)的一部分，该多室平台具有通过在室106之间传递衬底104的自动机械臂连接的多个互连的室。在所示的示例中，处理室106包括溅射沉积室，也称作物理气相沉积室或PVD室，其能够在衬底104上溅射诸如钽、氮化钽、钛、氮化钛、铜、钨、氮化钨和锅中的一种或多种的材料。室106包括外壳壁118，外壳壁118包围处理区109并且包括侧壁164、底壁166和顶部168。支撑环130可以布置在侧壁164和顶168之间以支撑顶部168。其它的室壁可以包括一个或多个使外壳壁118从溅射环境屏蔽的屏蔽120。
室106包含衬底支撑114以支撑溅射沉积室106中的衬底。衬底支撑114可以电漂或可以包含通过功率供应装置172(例如RF功率供应装置)偏压的电极170。衬底支撑130还可以包含可移动的遮蔽盘133，遮蔽盘133能够在没有衬底104时保护支撑130的上表面134。在操作中，衬底104通过室106的侧壁164中的衬底装载入口(未示出)引入到室106中，并放在支撑114上。支撑114可以由支撑升降波纹管升高或降低，并且升降指状组件(未示出)可以用于在将衬底104运输进出室106的过程中将衬底升高和降低到支撑114上。
支撑114还可以包含一个或多个环，例如封盖环126和沉积环128，它们覆盖支撑114的上表面134的至少一部分以抑制支撑130的腐蚀。在一个例子中，沉积环128至少部分围绕衬底104以保护支撑114的未被衬底104覆盖的部分。封盖环126环绕并覆盖沉积环128的至少一部分，并减少颗粒沉积到沉积环128和下面的支撑114上。
诸如溅射气体之类的处理气体通过气体输送系统112引入到室106中，气体输送系统112包括处理气体供应装置，处理气体供应装置包括一个或多个气源174，每个供给至具有诸如质量流量控制器之类的气流控制阀178的管道176，使气体以设定的流速穿过。管道176可以供给气体至混和歧管(未示出)，其中气体被混和以形成需要的处理气体组分。混和歧管输入至在室106中具有一个或多个气体出口182的气体分配器180。处理气体可以包括非反应性气体，例如氩或氙，其能够高能碰撞靶并从靶溅射材料。处理气体还可以包含反应性气体，例如含氧气体和含氮气体中的一种或多种，它们能够与溅射的材料反应以在衬底104上形成层。用过的处理气体和副产品通过排气装置122从室106排出，排气装置122包括一个或多个排气口184，排气口184接收用过的处理气体并将用过的处理气体输送到排气管186，排气管186中有节流阀188以控制室106中的气体压力。排气管186供给至一个或多个排气泵190。典型地，室106中溅射气体的压力被设置成亚大气压的水平。
溅射室106还包括面对衬底104的表面105的溅射靶124，溅射靶124还包含将溅射到衬底104上的材料，例如钽和氮化钽中的至少一种。靶124通过环形的绝缘环132与室106电隔离，并连接至功率供应装置192。溅射室106还具有屏蔽120以保护室106的壁118上免于溅射材料。屏蔽120可以包括壁状圆筒形状，其具有上屏蔽部分120a和下屏蔽部分120b，它们零蔽室106的上部区域和下部区域。在图3所示的方法中，屏蔽120具有安装到支撑环130的上部120a和安装到封盖环126的下部120b。还可以设置包含夹具环的夹具屏蔽141，以将上部和下部屏蔽部分120a、120b夹在一起。也可以设置诸如内屏蔽和外屏蔽之类的可替换屏蔽构造。在一种方法中，功率供应装置192、靶124和屏蔽120中的一个或多个操作作为气体激发器116，其能够激发溅射气体以从靶124溅射材料。功率供应装置192相对于屏蔽120施加偏压至靶124。由施加的电压在室106中产生的电场激发溅射气体以形成等离子体，等离子体高能碰撞并轰击靶124使得材料从靶124溅落并溅射到衬底104上。具有电极170的支撑114和支撑电极的功率供应装置172也可以通过朝向衬底104激发并加速从靶124溅射的电离材料来操作作为气体激发器116的一部分。此外，可以设置气体激发线圈135，其由功率供应装置192供应能量并定位在室106中以提供增强的激发气体特性，例如提高的激发气体密度。气体激发线圈135可以由线圈支撑137支撑，线圈支撑137附装到室106中的屏蔽120或其它壁。
室106由控制器194控制，控制器194包括具有指令组的程序代码来操作室106的部件，以在室106中处理衬底104。例如，控制器194可以包括衬底定位指令组，来操作衬底支撑114和衬底运输装置中的一个或多个以将衬底104定位在室106中；气流控制指令组，来操作流量控制阀178以设定溅射气体至室106的流量；气压控制指令组，来操作排气节流阀188，用于保持室106中一定的压力；气体激发控制指令组，来操作气体激发器116，用于设定气体激发功率电平；温度控制指令组，来控制室106中的温度；以及处理监控指令组，来监控室106中的处理。
尽管图示并描述了本发明的示例性实施例，但是本领域普通技术人员可以设计包含本发明并且还在本发明范围内的其它实施例。例如，还可以清洁除这里所描述的示例性部件之外的其它室部件。也可以进行除描述的这些之外的附加清洁和回收步骤。此外，对于示例性实施例的关系术语或者位置术语是可互换的。因此，所附权利要求不应当被限制为这里描述的用于说明本发明的优选方法、材料或控制布置的描述。

Claims (12)

1.一种清洁衬底处理室部件的表面以从其去除处理沉积物的方法，所述方法包括：
(a)冷却包含所述处理沉积物的表面至低于约-40℃的温度，由此使所述表面上的所述处理沉积物破裂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面具有第一热膨胀系数，而所述处理沉积物具有第二热膨胀系数，并且其中所述第一热膨胀系数是所述第二热膨胀系数的至少两倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述(a)包括将所述表面浸入包含液氮的低温流体中。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括超声振动所述表面。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤中的至少一个：
(b)喷砂处理所述表面；或
(c)用包含HF和HNO3的清洁溶液清洁所述表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面是包含钛、不锈钢、铜、钽和铝中的至少一种的有纹理的表面，并且所述处理沉积物包含钽、氮化钽、钛、氮化钛、铜、铝、钨和氮化钨中的至少一种。
7.一种清洁衬底处理室部件的表面以从其去除处理沉积物的方法，所述方法包括：
(a)加热包含所述处理沉积物的表面至至少约150℃的温度，由此使所述处理沉积物松弛；并且
(b)去除所述处理沉积物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述(a)包括将所述表面加热至至少约300℃的温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述(a)包括将所述表面加热至至少约500℃的温度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述表面具有第一热膨胀系数，而所述处理沉积物具有第二热膨胀系数，并且其中所述第一热膨胀系数是所述第二热膨胀系数的至少两倍。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述(b)包括用以下方法中的至少一种冷却所述表面：
(i)将所述表面浸入流体中，和
(ii)用流体喷射所述表面。
12.一种清洁衬底处理室部件的表面以从其去除处理沉积物的方法，所述方法包括：
(a)将包含所述处理沉积物的所述表面浸入包含液氮的浴槽中，以在所述处理沉积物中形成裂缝；
(b)加热所述表面至至少约150℃的温度，由此使所述裂缝扩张；
(c)通过在所述表面上流过流体冷却所述表面，由此进一步形成裂缝；和
(d)通过喷砂处理所述表面或用清洁溶液清洁所述表面中的至少一种来去除破裂的所述处理沉积物。
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