KR101105996B1

KR101105996B1 - 챔버 부품 세척 방법

Info

Publication number: KR101105996B1
Application number: KR1020067017660A
Authority: KR
Inventors: 마크 오 ＇도널 슈바이처; 제니퍼 와티아 틸러; 브라이언 티. 웨스트; 칼 브루크너
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2012-01-18
Also published as: TWI358077B; US20050172984A1; WO2005083154A2; KR20070003892A; CN100549223C; TW200527495A; US7264679B2; WO2005083154A3; CN1914352A

Abstract

프로세스 부착물을 제거하기 위해 기판 프로세싱 챔버 부품의 표면을 세척하는 방법에서, 표면상의 프로세스 부착물을 파단시키기 위해 상기 부품 표면을 약 -40℃ 이하의 온도로 냉각시킨다. 액체 질소와 같은 저온 유체내에 표면을 침지시킴으로써 표면을 냉각시킬 수 있다. 다른 버전에서, 부착물을 파단시키고 박리시키기 위해 부품 표면을 가열하고, 이어서 급냉시켜 보다 많은 파단부를 형성할 수 있다. 화학적 세척 단계 후에 비드 블래스팅함으로써 부품 표면 세척이 실시될 수 있다.

Description

챔버 부품 세척 방법{CLEANING OF CHAMBER COMPONENTS}

본 발명은 기판 프로세싱 챔버 부품으로부터 프로세스 부착물(deposits)을 세척하는 것에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 및 디스플레이와 같은 기판의 프로세싱에 있어서, 기판이 프로세싱 챔버에 놓이고 활성화된 가스에 노출되어 기판 상에서 물질을 증착시키거나 에칭시키게 된다. 이러한 프로세싱중에 프로세싱 잔류물이 발생하여 챔버 내부 표면 위에 부착된다. 예를 들어 스퍼터 증착 프로세싱에서 기판 증착을 위해 타겟으로부터 스퍼터링되는 물질은 증착 링, 쉐도우 링(shadow ring), 월 라이너(wall liner), 및 포커스 링(focus ring)과 같은 여타 부품 표면 위에도 증착된다. 후속 프로세싱 사이클에서, 증착되어 있던 프로세싱 잔류물이 챔버 부품 표면으로부터 기판 위로 "박편이 되어 떨어져 내려(flake off)" 기판을 오염시킬 수 있다. 따라서 증착된 프로세싱 잔류물은 챔버 표면으로부터 주기적으로 세척되어야 한다.

그러나, 부품 표면을 과다하게 침식하지 않으면서 부품으로부터 프로세스 부착물을 세척하기는 어려운 문제이다. 이는 금속-함유 재료로 이루어진 부품으로부터 금속을 함유하는 프로세스 잔류물을 세척할 때 특히 그러하다. 금속-함유 프로세스 부착물은 제거가 곤란한데, 이는 그 부착물의 제거에 적합한 세척 용액이 챔버 부품을 형성하는데 사용된 다른 금속과 종종 반응하기 때문이다. 예를 들어, 탄탈-함유 프로세스 부착물의 제거에 적합한 세척 용액은 티탄 또는 알루미늄을 포함하는 챔버 표면과 반응하여 그 표면을 침식할 수도 있다. 따라서, 금속-함유 부착물을 그러한 표면으로부터 세척하는 것은 부품을 침식시킬 수 있고, 그 부품들을 자주 교체하게 할 수 있다.

"라바코트(Lavacoat^TM)" 프로세스에 의해 형성된 표면과 같은 텍스쳐형(textured) 표면을 세척할 때, 부품 표면의 침식이 특히 문제가 될 수 있다. 그러한 텍스쳐형 표면은 틈, 함몰부 및 돌출부를 구비한 "점착성(sticky)" 표면을 제공하기 때문에 바람직하며, 그러한 텍스쳐형 표면에는 프로세스 부착물이 부착되어 챔버내의 입자 생성을 감소시키게 된다. 그러나, 프로세스 부착물이 표면의 구멍이나 틈에 들어갈 수 있으며, 그러한 부착물들을 통상적인 세척 프로세스로 제거하기는 곤란하다. 예를 들어, 통상적인 비드 블래스팅(bead blasting) 프로세스를 이용하여 부착물을 세척하면, 텍스쳐형 표면의 돌출부를 침식시킬 수 있고, 그에 따라 부품의 잦은 교체 및/또는 표면가공이 필요하게 된다.

따라서, 표면의 과다한 침식 없이 부품의 표면으로부터 프로세스 부착물을 제거할 수 있는 세척 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 챔버 부품의 금속 표면으로부터 금속-함유 프로세스 부착물을 선택적으로 세척하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

기판 프로세싱 챔버 부품의 표면으로부터 프로세스 부착물을 제거하기 위한 표면을 세척 방법에 있어서, 부품 표면을 약 -40℃ 미만의 온도로 냉각시키고, 그에 따라 표면상의 프로세스 부착물을 파단(fracturing)시킨다. 예를 들어, 액체 질소와 같은 저온 유체내로 표면을 침지시킴으로써, 표면을 냉각시킬 수 있다.

다른 버전의 세척 방법에서, 표면을 약 150℃ 이상의 온도로 가열하여, 프로세스 부착물을 느슨하게 한다(loosening). 이어서, 프로세스 부착물을 표면으로부터 제거할 수 있을 것이다.

또 다른 버전의 세척 방법에서, 액체 질소를 포함하는 욕(bath)내에 표면을 침지시켜 프로세스 부착물에 파단부를 형성한다. 이어서, 표면을 약 150℃ 이상의 온도로 가열하여, 파단부를 팽창시킨다. 표면상으로 유체를 유동시켜 가열된 표면을 냉각시킴으로써 추가적인 파단부를 형성한다. 파단된 부착물들은 (ⅰ) 표면의 비드 블래스팅, 및 (ⅱ) 세척 용액을 이용한 표면의 세척 중 하나 이상에 의해 표면으로부터 제거된다.

본 발명을 예시적으로 설명하는 첨부 도면, 특허청구범위 및 이하의 상세한 설명으로부터, 본 발명의 이러한 특징, 측면 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 그러나 각각의 특징은 단순히 특정 도면에서만이 아니라 일반적으로 발명에서도 사용될 수 있으며, 본 발명은 이러한 특징들을 다양하게 조합할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 1은 프로세스 부착물이 부착된 표면을 가지는 기판 프로세싱 챔버 부품의 실시예를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 2는 기판 프로세싱 챔버 부품의 표면으로부터 프로세스 부착물을 세척하는 방법의 실시예를 나타내는 흐름도이다.

도 3은 세척 프로세스에서 세척될 수 있는 하나 이상의 부품을 가지는 기판 프로세싱 챔버의 실시예를 도시한 단면도이다.

예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(104)의 프로세싱 중에 생성된 프로세스 부착물(24)을 제거하기 위해, 표면(20)을 가지는 프로세스 챔버 부품(22)을 세척한다. 부착물(24)을 제거하기 위한 세척 프로세스를 실행함으로써 챔버(106)내의 오염 입자 형성을 감소시킬 수 있고 그리고 기판 수율을 개선할 수 있게 된다. 프로세스 부착물(24)은 금속-함유 부착물을 포함할 수 있으며, 그러한 금속-함유 부착물은 탄탈, 탄탈 질화물, 티탄, 티탄 질화물, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 및 텅스텐 질화물 중 하나 이상을 포함한다. 프로세스에서 세척되는 챔버 부품(22)은 예를 들어 프로세스 가스를 챔버(106)내로 공급하는 가스 공급 시스템(112)의 일부, 기판(104)을 챔버(106)내에서 지지하는 기판 지지부(114), 프로세스 가스에 에너지를 공급하는 가스 에너자이저(116), 챔버 둘레 벽(118) 및 차폐부(shield)(120), 또는 챔버(106)로부터 가스를 배출하는 가스 배출부(122)와 같이 프로세스 부착물(24)이 축적되는 부품들을 포함한다.

물리 기상 증착 챔버(106)의 예시적 버전을 도시한 도 3을 참조하면, 세척될 수 있는 부품은 챔버 둘레 벽(118), 챔버 차폐부(120), 타겟(124), 커버 링(126), 증착 링(128), 지지 링(130), 절연체 링(132), 코일(135), 코일 지지부(137), 셔터 디스크(shutter disk, 133), 클램프 차폐부(clamp shield, 141), 기판 지지부(114)의 표면(134)을 포함한다. 예를 들어, 세척될 수 있는 부품은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 본 출원인인 어플라이드 머티어리얼스사의 부품 번호 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 및 0190-14818를 포함할 수 있다. 이러한 부품 리스트는 단지 예시적인 것이고 세척 프로세스는 다른 부품, 또는 다른 타입 챔버의 부품에도 이용될 수 있고, 그에 따라 본 발명의 세척 방법은 리스트에 나열되거나 본 명세서에 기재된 부품들에 대해 사용될 수 있는 것으로 제한되지 않는다. 통상적으로, 프로세스에서 세척되는 부품(22)은 티탄, 스테인리스 스틸, 구리, 탄탈 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하는 표면(20)과 같은 금속 표면(20)을 가지며; 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 및 석영을 포함하는 세라믹 표면(20)과 같은 다른 타입의 표면을 가지는 다른 부품도 세척될 수 있다.

개선된 프로세스 부착물(24)의 세척은 부품(22)의 표면(20)을 저온으로 냉각시킴으로써 달성될 수 있다. 저온으로 냉각시키는 동안에, 표면(20)과 프로세스 부착물(24)의 열팽창 계수 편차로 인해 표면(20)과 부착물(24)의 서로 상이한 수축율이 초래되고, 그에 따라 프로세스 부착물(24)내에 균열 및 파단부(25)를 형성하게 된다. 파단된 프로세스 부착물(24)은 표면에 보다 덜 단단히 부착되며, 표면(20)으로부터 보다 용이하게 제거되어 세척될 수 있다. 프로세스 부착물(24)을 파단시킬 수 있을 정도로 적절히 낮은 온도는 약 -40℃, 심지어는 약 -196℃ 미만일 수 있으며, 예를 들어 약 -65℃ 내지 약 -196℃의 온도일 수 있다. 저온 제거 방법은 표면(20)의 열팽창 계수가 프로세스 부착물(24)의 열팽창 계수의 2배 이상인 경우에 특히 유용할 것이다.

프로세스 부착물(24)을 제거하는 방법의 한 버전에서, 부품(22)의 표면(20)은 저온 유체로 냉각된다. 그 유체는 예를 들어 액체 질소와 같은 액화 가스를 포함할 수 있다. 다른 적절한 유체는 예를 들어 에탄올, 또는 드라이아이스(고체 CO₂)의 첨가에 의해 냉각될 수 있는 기타 액체를 포함할 수 있다.

표면(20)의 적어도 일부 그리고 실질적인 전체 표면(20)을 저온 유체에 침지시킴으로써, 표면(20)을 냉각시킬 수 있다. 표면(20)을 유체내에 침지시키는 것은 표면의 온도를 보다 빠르게 강하시켜 표면(20)에서의 열 쇼크(thermal shock)를 보다 더 생성할 수 있다. 이는, 축적된 부착물의 세척이 특히 곤란할 때, 예를 들어 열팽창 불일치 차이가 크지 않은 경우에, 또는 부품(22)의 표면(20)에 더욱 견고하게 부착된 경우에, 바람직하다.

또한, 표면(20)은 그 표면(20)에 걸쳐 유체를 분사함으로써 냉각될 수 있고, 또는 부품 표면(20)에 걸쳐 유체를 유동시킴으로써 냉각될 수 있다. 표면(20)에 걸쳐 유체를 분사 또는 유동시키는 것은, 표면(20)을 서서히 냉각시키는 반면에, 유체를 부품 표면(20)의 특정 영역이나 특정 부분으로 지향시켜야 하는 경우에는 유리할 것이다. 예를 들어, 부품(22)이 부착물이 형성된 표면 영역, 부착물이 없 는 다른 영역, 또는 열적 쇼크에 민감하거나 과다한 열적 쇼크에 의해 열화(劣化; degrade)될 수 있는 영역을 가지는 경우에, 이러한 부품(22)들은 분사 또는 유동 방법을 이용하여 국부화된 영역에서 냉각될 수 있다.

일 실시예에서, 액체 질소를 포함하는 저온 유체 욕에 표면(20)을 침지시킴으로써 그 표면(20)이 냉각된다. 액체 질소는 프로세스 부착물(24)을 파단 및 파괴시킬 수 있을 정도로 낮은 온도를 가지며, 액체 질소의 온도는 통상적으로 약 -196℃이다. 액체 질소의 저온 욕이 바람직한데, 이는 액체 질소가 챔버 부품(22) 제조에 이용되는 재료에 대해 실질적으로 비-반응적이기 때문이다. 표면(20)은 액체 질소 욕의 버블링(bubbling)이 멈출때까지 액체 질소내에 침지될 수 있으며, 그러한 버블링의 멈춤은 표면(20)의 온도가 액체 질소의 온도에 실질적으로 접근하였다는 것을 나타낸다. 적절한 침지 시간은 약 1 내지 약 5분이 될 것이다.

하나의 버전에서, 표면(20)을 액체 질소 욕내에 침지시킨 상태에서 표면(20)을 초음파로 교반시킴으로써, 예를 들어 초음파를 표면(20)으로 도입시켜 그 표면(20)을 약하게 진동시킴으로써, 프로세스 부착물 제거를 촉진할 수 있다. 초음파는 예를 들어 부품(22)상에 초음파 변환기를 장착함으로써 또는 저온 유체 욕을 수용하는 용기의 일부에 변환기를 장착함으로써 생성될 수 있다. 초음파 교반은 이미 부분적으로 느슨해지거나(loosened) 또는 분리된 잔류물들을 더욱 느슨해지게하며, 부분적으로 박리되었으나 여전히 표면(20)에 부착되어 있는 잔류물들을 파괴할 수도 있다.

하나의 버전에서, 예비-냉각 단계를 실시하여 표면을 액체 질소에 침지하기 전에 표면(20)을 예비-냉각시킬 수 있다. 예비-냉각 단계는 표면(20)의 온도를 액체 질소의 온도에 보다 접근시키며, 이는 표면(20)의 냉각에 필요한 액체 질소의 양을 감소시키고, 전체적인 냉각 비용을 줄일 수 있게 한다. 바람직하게, 예비-냉각 단계는 표면(20)을 약 -40℃ 내지 약 -65℃의 온도로 냉각시킨다. 하나의 버전에서, 표면(20)을 원하는 예비-냉각 온도까지 냉각시킬 수 있는 산업용 냉각기와 같은 냉각된 챔버내에 부품(22)을 위치시킴으로써 예비-냉각 단계를 실시할 수 있다. 대안적으로, 냉각 단계가 액체 질소 침지 단계 대신에 실시될 수 있도록, 냉각된 챔버내에서 표면(20)을 냉각시키는 단계가 프로세스 부착물(24)을 충분하게 파단시킬 수도 있을 것이다.

부품 표면(20)의 냉각에 의해 프로세스 부착물(24)이 일단 파단되면, 하나 이상의 후속 프로세스 부착물 제거 단계를 실시하여 파단된 부착물들을 제거할 수 있다. 하나의 버전에서, 파단된 프로세스 부착물(24)은 표면(20)에 대한 그릿(grit) 및/또는 비드 블래스팅(bead blasting)에 의해 적어도 부분적으로 제거된다. 그릿 블래스팅 프로세스에서, 표면(20)으로부터 파단된 프로세스 부착물을 제거할 수 있을 정도로 충분히 높은 압력으로 가압된 가스에 의해 경질 그릿 입자로 이루어진 스트림(stream)이 표면(20)을 향해 추진된다. 예를 들어, 적절한 압력은 약 103 kPa(15 PSI) 내지 약 552 kPA(80 PSI)가 될 수 있다. 그릿 입자들은 약 16 내지 약 150의 메시(mesh) 크기를 가질 수 있으며, 이는 약 1092 마이크로미터 내지 약 89 마이크로미터의 입자 크기에 대응한다. 다른 버전에서, 프로세스 부착물(24)을 제거하기 위해, CO₂ 가압 유동과 같은 가압된 가스의 유동이 표면(20)으로 지향될 수 있다.

하나의 버전에서, 화학적 세척 용액으로 표면(20)을 세척함으로써, 파단된 프로세스 부착물(24)이 제거된다. 세척 용액은 프로세스 부착물(24)에 형성된 파단부(25)로 침투하여 표면(20)으로부터 부착물(24)을 느슨하게 하고 세척할 수 있다. 세척 용액은 프로세스 부착물(24)을 화학적으로 에칭하는 산성 또는 염기성 용액을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 세척 용액은 약 2.5 중량% 내지 약 17 중량% 농도의 HF 용액, 및 약 23 중량% 내지 약 67 중량% 농도의 HNO₃과 나머지 물을 포함할 수 있다. 표면(20)을 세척 용액내에 침지시킴으로써, 그리고 표면(20)에 세척 용액을 분사하거나 그 표면(20)을 세척 용액으로 헹굼(rinsing)으로써, 표면(20)이 세척될 수 있다. 또한, 세척 용액을 이용한 세척 중에, 표면(20)을 초음파로 교반시킬 수 있다. 탈이온수 헹굼, 및 추가적인 초음파 세척 단계와 같은 다른 세척 단계들을 실시하여 파단된 프로세스 부착물을 제거할 수 있다.

부품(22)의 표면(20)을 적절하게 높은 온도로 가열함으로써 잔류물 제거 결과를 개선할 수 있다는 것을 추가로 발견하였다. 예를 들어, 표면(20)은 초기의 프로세스 잔류물 파단 단계 후에 가열될 수 있다. 표면(20)을 가열시키면 표면(20)과 부착물(24)의 열팽창 계수 편차를 이용하여 프로세스 부착물(24)에 형성된 파단부(25)를 확장시키는 이점을 취할 수 있는 것으로 생각된다. 보다 더 파단된 부착물(24)들이 표면으로부터 더욱 분리되고 박리되며, 그에 따라 보다 더 용이하게 제거될 수 있다. 적절하게 높은 온도는 약 150℃ 이상의 온도, 약 300℃ 내지 약 350℃와 같이 300℃ 이상, 심지어는 약 400℃가 될 수도 있다. 예를 들어, 구리, 티탄, 스테인레스 강 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하는 표면(20)의 경우에, 적절한 고온은 약 500℃ 이상일 것이며, 심지어는 약 600℃ 이상으로 높을 수도 있다. 바람직하게, 표면(20)을 가열하는 것은 부품(22)에 실질적인 손상을 입히지 않고 부착된 물질내에 응력을 유도한다. 따라서, 하나의 버전에서, 부품 구조의 무결성(integrity)를 유지하기 위해, 온도는 부품 표면(20)의 용융 온도의 75%를 초과하여서는 안된다. 예를 들어, 알루미늄을 포함하는 표면(20)의 경우에, 적절한 고온은 약 200℃ 이상, 예를 들어 약 300℃ 이상 그리고 약 500℃ 미만, 예를 들어 약 480℃ 미만일 수 있다. 예를 들어, 부품(22)을 가열로(heating furnace)내에 위치시키거나, 가열 램프를 이용하여 표면을 복사 가열시키거나, 석영 가열 튜브를 이용하여 표면을 복사 가열시키거나, 또는 표면(20)에 걸쳐 가열된 가스를 통과시킴으로써, 표면(20)이 가열될 수 있다. 하나의 버전에서, 저온 냉각 단계의 실시에 앞서서 표면(20)을 충분히 높은 온도까지 가열한다. 다른 버전에서, 저온 냉각 단계와 같은 다른 온도 처리 단계가 필요치 않도록, 가열 단계가 프로세스 잔류물을 충분히 파단시킬 수도 있을 것이다.

하나의 버전에서, 표면(20)을 급냉시키기 위한 "쇼크(shock) 냉각" 단계를 실시하여 프로세스 부착물(24)을 제거하도록, 가열된 표면(20)을 추가적으로 처리할 수 있다. 쇼크 냉각 단계에서, 표면(20)을 물과 같은 냉각 유체에 노출시킴으로써, 가열된 표면(20)이 급냉된다. 쇼크 냉각 단계는 가열된 표면(20)을 초당 약 50℃ 이상으로 급냉시키며, 그에 따라 표면(20)으로부터 부착물(24)을 추가적으로 파단시키고 느슨하게 만든다. 예를 들어, 쇼크 냉각 단계는 약 150℃ 이상의 온도로부터 약 40℃ 미만의 온도, 심지어는 약 20℃ 미만의 온도까지, 예를 들어 약 350℃의 온도로부터 약 20℃의 온도까지 표면(20)을 냉각시킬 것이다. 예를 들어 표면(20)을 유체내에 침지시킴으로써, 표면(20)에 걸쳐 유체를 유동시켜, 표면(20)을 냉각 유체에 노출시킬 수 있다. 프로세스 부착물(24)과 부품 표면(20) 사이의 열 수축율 편차를 높이기 위해, 부품(22)의 나머지 부분을 비교적 따뜻한(warm) 온도에서 유지시키면서 프로세스 부착물(24)을 냉각시키는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 부품(22)의 벌크(bulk)가 비교적 따뜻한 온도에서 유지되는 동안, 표면(20)상의 부착물(24)에 유체를 분사하거나 유체로 헹굼처리함으로써 프로세스 부착물(24)이 냉각될 수 있다. 쇼크 냉각 단계에 적합한 냉각 유체는 약 10℃ 내지 약 25℃의 물일 수 있다.

전술한 바와 같은 그릿 블래스팅 단계 및 화학 용액 세척 단계 중 하나 이상을 표면의 쇼크 냉각 전에 또는 그 후에 실시하여 프로세스 부착물을 추가로 제거할 수도 있다. 바람직한 버전에서, 그릿 블래스팅 단계는 표면(20)의 쇼크 냉각 이후에 그리고 세척 용액을 이용한 표면(20)의 세척 이전에 실시된다.

도 2는 프로세스 챔버 부품(22)의 표면으로부터 프로세스 부착물(24)을 세척하는 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다. 이러한 실시예의 제 1단계에서, 표면(20)이 액체 질소내로 침지되어 프로세스 부착물을 파단시킨다. 이어서, 표면을 약 150℃ 이상의 온도로 가열하여 파단부를 확장시킨다. 표면(20)에 걸쳐 유체를 유동시킴으로써 가열된 표면을 냉각시킨다. 이어서, (ⅰ) 표면(20)을 그릿 블래스팅하는 단계 및 (ⅱ) 세척 용액으로 표면을 세척하는 단계 중 하나 이상에 의해 표면으로부터 나머지 프로세스 부착물(24)을 제거한다. 세척 프로세스는 프로세스 부품(22)을 세척하여 프로세스 부착물이 실질적으로 존재하지 않는 부품 표면(20)을 제공할 수 있다.

이상에서 설명된 세척 방법은 도 1에 예시된 바와 같은 텍스쳐형 부품 표면을 세척하는데 특히 적합하다. 텍스쳐형 표면을 가지는 부품(22)은 프로세스 부착물(24)이 부착되는 "점착성" 표면을 제공함으로서 프로세스 챔버내에 입자가 발생하는 것을 감소시킨다. 하나의 버전에서, 프로세스 챔버 부품(22)은 "라바코트(Lavacoat^TM)" 프로세스에 의해 텍스쳐화된 표면을 포함하며, 그러한 부품의 예를 들면, 모두 Applied Materials, Inc.에 양도되고 본 명세서에서 전체를 참조하고 있는, West 등이 2003년 9월 2일자로 출원한 "Fabricating and Cleaning Chamber Components Having Textured Surfaces"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/653,713 호, Popiolkowski 등이 2002년 3월 13일자로 출원한 미국 특허 출원 제 10/099,307 호, 및 Popiolkowski 등이 2003년 7월 17일자로 출원한 미국 특허 출원 제 10/622,178 호에 개시되어 있다.

라바코트^TM 텍스쳐형 표면(20)은 전자기 에너지 비임을 생성하고 그 비임을 부품(22)의 표면(20)으로 지향시킴으로써 형성될 수 있다. 전자기 에너지 비임은 전자 비임이 바람직하나, 양자, 중성자, X선 등도 포함할 수 있다. 전자 비임은 대체로 표면(20)의 한 영역에 일정 시간 동안 초점이 맞춰지며 이 시간 동안 비임은 표면(20)과 상호작용하여 표면 위에 피쳐(feature)를 형성한다. 비임이 급속하게 표면(20)의 한 부위를 가열함으로써, 몇몇의 경우 표면 물질의 녹는점까지 가열함으로써, 피쳐를 형성하는 것으로 생각된다. 급속한 가열은 표면 물질의 일부를 바깥쪽으로 분출시키며 이로 인해 물질이 분출된 부위에 함몰부(23)가 형성되고 분출된 물질이 재증착된 지역에는 돌출부(25)가 형성된다. 영역내에 원하는 피쳐가 형성된 후에, 비임은 새로운 부위에 피쳐를 형성하기 위해 부품 표면(20)의 다른 영역르로 스캔된다. 최종적인 표면(20)은 표면(20)에 형성된 함몰부(23)와 돌출부(25)로 이루어진 벌집 모양의 구조를 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의해 형성된 피쳐는 대체로 육안으로 보이는 크기이며 함몰부의 직경은 약 0.1mm 내지 3.5mm, 예를 들어 약 0.8 내지 1.0mm이 될 수 있다. "라바코트^TM" 텍스쳐형 표면(20)은 약 63.5 마이크로미터(2500 마이크로인치) 내지 101.6 마이크로미터(4000마이크로인치)에 이르는 전체적인 표면 거칠기 평균값을 가지며, 표면(20)의 거칠기 평균값은 표면(20)을 따른 피쳐의 평균선(mean line)으로부터의 거리의 절대값의 평균으로 정의된다.

프로세스 부착물(24)을 제거하기 위해 세척된 부품(22)을 가지는 적절한 프로세스 챔버(106)의 예가 도 3에 도시되어 있다. 챔버(106)는 챔버(106)들 사이에서 기판(104)을 이송하는 로봇 아암 기구에 의해 연결된 상호 연결 챔버 클러스터(cluster)를 가지는 다수-챔버 플랫폼(도시 안 됨)의 일부 일 수 있다. 도시된 버전에서, 프로세스 챔버(106)는 물리 기상 증착 챔버 또는 PVD 챔버라고도 지칭되는 스퍼터 증착 챔버를 포함하며, 그러한 챔버는 탄탈, 탄탈 질화물, 티탄, 티탄 질화물, 구리, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 및 알루미늄 중 하나 이상과 같은 물질을 기판(104)상에 스퍼터링 증착할 수 있다. 챔버(106)는 프로세스 구역(109)의 외장을 구성하는 외장벽(118)을 포함하며, 상기 외장벽은 측벽(164), 바닥벽(166), 천장(168)을 포함한다. 지지부 링(130)은 천장(168)을 지지하기 위해 측벽(164)과 천장(168) 사이에 배치될 수 있다. 다른 챔버벽은 하나 이상의 차폐부(120)를 포함하며, 이 차폐부는 외장벽(118)을 스퍼터링 환경으로부터 보호한다.

챔버(106)는 기판 지지부(114)를 포함하며 이 지지부는 스퍼터 증착 챔버(106)내에서 기판을 지지한다. 기판 지지부(114)는 전기적으로 플로팅(floating) 상태이거나 전극(170)을 포함할 수 있으며, 이 전극은 RF 전력 공급장치와 같은 전력 공급장치(172)에 의해 바이어스된다. 기판 지지부(130)는 또한 이동가능한 셔터 디스크(133)를 포함할 수 있으며, 상기 셔터 디스크는 기판(104)이 존재하지 않을 때 지지부(130)의 상부 표면(134)을 보호할 수 있다. 작동 중에, 기판(104)은 챔버(106)의 측벽(164)에 있는 기판 적재 유입구(미도시)를 통해 챔버(106)로 도입되고 지지부(114) 위에 위치된다. 지지부(114)는 지지부 승강 벨로우즈(bellows)에 의해 승하강될 수 있으며, 승강 핑거 조립체(미도시)는 기판(104)을 챔버(106) 안팎으로 수송하는 동안 기판을 지지부(114)로 부터 들어올리거나 그 지지부에 위치시키는 데 사용될 수 있다.

기판(114)은 또한 커버 링(126)과 증착 링(128)과 같은 링을 하나 이상 포함 할 수 있으며, 상기 링은 지지부(114)의 상부 표면(134)의 적어도 일부를 덮어 지지부(130)의 침식을 방지한다. 하나의 버전에서, 증착 링(128)은 적어도 부분적으로 기판(104)을 둘러싸서 기판(104)으로 덮이지 않은 지지부(114)의 일부를 보호한다. 커버 링(126)은 증착 링(128)의 적어도 일부를 에워싸고 덮으며 증착 링(128)과 하부의 지지부(114) 모두에 입자가 부착되는 것을 줄인다.

스퍼터링 가스와 같은 공정 가스가 가스 공급 시스템(112)을 통해 챔버(106)로 도입되며, 상기 가스 공급 시스템은 하나 이상의 가스 공급원(174)을 포함하는 공정 가스 공급장치를 포함하고, 상기 가스 공급원은 질량 유량 제어기와 같은 가스 유동 제어 밸브(172)를 구비한 도관(176)에 가스를 공급하여 정해진 유량의 가스를 통과시킨다. 도관(176)은 가스를 혼합 다기관(미도시)으로 공급할 수 있으며, 그러한 혼합 다기관에서 가스가 혼합되어 원하는 프로세스 가스 조성을 형성한다. 혼합 다기관은 가스 분배기(180)에 가스를 공급하며, 이 분배기는 챔버(106)내의 하나 이상의 가스 출구(182)를 구비한다. 프로세스 가스는 아르곤 또는 제논과 같은 비-반응성 가스를 포함할 수 있으며, 그 가스는 타겟과 에너지적으로(energetically) 충돌하고 타겟으로부터 물질을 스퍼터링할 수 있다. 프로세스 가스는 또한 하나 이상의 산소 함유 가스와 질소 함유 가스와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있으며, 그 반응성 가스는 스퍼터링된 물질과 반응하여 기판(104) 위에 층을 형성할 수 있다. 사용된 프로세스 가스와 부산물은 배출장치(122)를 통해 챔버(106)로부터 배출되고, 상기 배출장치는 사용한 공정 가스를 받아들여서 배출 도관(186)으로 보내는 하나 이상의 배출 포트(186)를 포함하며, 상기 배출 도관(186) 에는 스로틀 밸브(188)가 있어 챔버(106) 내의 가스 압력을 조절한다. 배출 도관(186)은 하나 이상의 배출 펌프(190)에 가스를 공급한다. 통상적으로, 챔버(106)내의 스퍼터링 가스 압력은 대기압 이하로 설정된다.

또한, 스퍼터링 챔버(106)는 기판(104)의 표면(105)을 마주보는 스퍼터링 타겟(124)을 포함하며, 기판(104) 위로 스퍼터링되는 물질, 예를 들어 탄탈 및 탄탈 질화물 중 하나 이상을 포함한다. 타겟(124)은 고리 모양의 절연체 링(132)에 의해 챔버(106)로부터 전기적으로 절연되어 있으며 전기 공급장치(192)와 연결되어 있다. 스퍼터링 챔버(106)는 또한 챔버(106)의 벽(118)을 스퍼터링 물질로부터 보호할 차폐부(120)를 구비한다. 차폐부(120)는 벽과 같은 원통 모양을 포함하며 이는 챔버(106)의 상부, 하부 부위를 보호하는 상부, 하부 차폐 섹션(section)(120a, 120b)을 지닌다. 도 3에 나타난 버전에서, 차폐부(120)는 지지부 링(130)에 장착된 상부 차폐부 섹션(120a)과 커버 링(126)에 장착된 하부 섹션(120b)을 지닌다. 클램프 링을 포함하는 클램프 차폐부(141)는 또한 상부, 하부 차폐부 섹션(120a, 120b)을 함께 고정하기 위해 제공될 수 있다. 내부, 외부 차폐부와 같은 대체 차폐부 배치도 제공될 수 있다. 한 버전에서, 전력 공급장치(192), 타겟(124), 차폐부(120) 중 하나 이상은 가스 에너자이저(116)로써 작용하며, 스퍼터링 가스를 에너지화하여 타겟(124)으로부터 물질을 스퍼터링할 수 있게 한다. 전력 공급장치(192)는 차폐부(120)와 관련하여 타겟(124)에 바이어스 전압을 가한다. 가해진 전압으로부터 챔버(106)에서 생성된 전기장은 스퍼터링 가스를 에너지화시켜 플라즈마를 형성하고 이 플라즈마는 에너지적으로 타겟(124)과 충돌하고 충격을 주어 타겟(124)으로부터 기판(104)위로 물질을 스퍼터링한다. 지지부 전극 전력 공급장치(172) 및 전극(170)을 구비한 지지부(114)가 또한 가스 에너자이저(116)의 일부로서 작용하여, 타겟(124)로부터 기판(104)쪽으로 스퍼터링된 이온화 물질을 에너지화 및 가속시킨다. 또한, 가스 에너자이징 코일(135)이 제공될 수 있으며, 이 코일은 전력 공급장치(192)에 의해 전력을 공급받고 챔버(106) 내에 위치하여 개선된 에너지화된 가스 밀도와 같은 강화된 에너지화 가스 특성을 제공한다. 가스 에너지화 코일(135)은 코일 지지부(197)에 의해 지지될 수 있으며, 코일 지지부는 챔버(106) 내의 차폐부(120) 혹은 다른 벽에 부착되어 있다.

챔버(106)는 명령어 세트를 가지는 프로그램 코드를 포함하는 제어부(194)에 의해 제어되어 챔버(106)의 부품을 작동하여 챔버(106)에서 기판(104)을 처리한다. 예를 들어 제어부(194)는: 챔버(106) 내에서 기판(104)의 위치를 선정하기 위해 하나 이상의 기판 지지부(114)와 기판 이송부를 작동시키는 기판 위치선정 명령어 세트; 유동 제어 밸브(178)를 작동하여 챔버(106)로 들어가는 스퍼터링 가스의 유동을 설정하는 가스 유동 제어 명령어 세트; 배출 스로틀 밸브(188)를 작동하여 챔버(106)의 압력을 유지하도록 가스 압력 제어 명령어 세트; 가스 에너자이저(116)를 작동하여 가스 에너자이징 전력 레벨을 설정하는 가스 에너자이저 제어 명령어 세트; 챔버(106)의 온도를 조절하기 위한 온도 제어 명령어 세트; 및 챔버(106)내의 프로세스를 모니터링하기 위한 프로세스 모니터링 명령어 세트를 포함한다.

비록 제시된 발명의 실시예가 나타내지고 설명되었다고 해도 이 기술의 일반적인 기능으로 다른 실시예를 고안할 수 있으며 이는 제시한 발명을 구체화하고 또 한 제시된 발명의 범주 안에 들어있다. 예를 들어 여기서 설명된 부품 예 외에 다른 챔버 부품도 세척될 수 있다. 설명된 단계 외에 추가적인 세척, 회수 단계도 수행될 수 있다. 이에 더해 실시예와 관련하여 나타내어진 상대적, 위치적 조건은 호환성이 있다. 그러므로 첨부된 청구범위는 여기서 발명을 보여주기 위해 설명된 우선적인 버전, 물질, 공간 배치의 설명에 국한되지 않아야 한다.

Claims

프로세스 부착물들을 제거하기 위해 기판 프로세싱 챔버 부품의 표면을 세척하는 방법으로서:

(a) 상기 프로세스 부착물들을 포함하는 상기 표면을 150℃ 이상의 온도로 가열하는, 가열 단계; 및

(b) 그 후 (i) 상기 표면을 액체 질소에 침지시키는 것, 및 (ii) 상기 표면에 상기 액체 질소를 분무하는 것 중 하나 이상에 의해 상기 프로세스 부착물들을 포함하는 상기 표면을 -40℃ 미만의 온도까지 냉각시켜, 상기 표면 상의 상기 프로세스 부착물들을 파단(fracture)하는, 파단 단계

를 순차적으로 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항에 있어서,

상기 표면이 텍스쳐형(textured) 표면을 포함하는,

챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항에 있어서,

상기 표면이 티탄, 스테인레스 강, 구리, 탄탈 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하며, 상기 프로세스 부착물들은 탄탈, 탄탈 질화물, 티탄, 티탄 질화물, 구리, 알루미늄, 텅스텐 및 텅스텐 질화물 중 하나 이상을 포함하는,

챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항에 있어서,

상기 가열 단계(a)가 상기 표면을 300℃ 내지 350℃의 온도로 가열하는 단계

를 더 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항에 있어서,

상기 가열 단계(a)가 상기 부품을 가열로(heating furnace) 내에 배치함으로써 상기 표면을 가열하는 단계

를 더 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항에 있어서,

상기 파단 단계(b)가 상기 표면을 초당 50℃ 이상의 비율로 냉각하는 단계

를 더 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
프로세스 부착물들을 제거하기 위해 기판 프로세싱 챔버 부품의 표면을 세척하는 방법으로서:

(a) 상기 프로세스 부착물들을 포함하는 상기 표면을 150℃ 이상의 온도로 가열하는, 가열 단계; 및

(b) 그 후 (i) 상기 표면을 액체 질소에 침지시키는 것, 또는 (ii) 상기 표면에 상기 액체 질소를 분무하는 것에 의해 상기 프로세스 부착물들을 포함하는 상기 표면을 초당 50℃ 이상의 냉각 비율로 -40℃ 미만의 온도까지 냉각시켜, 상기 표면 상의 상기 프로세스 부착물들을 파단하는, 파단 단계

를 순차적으로 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 표면이 제 1열팽창 계수를 가지고, 상기 프로세스 부착물들이 제 2열팽창 계수를 가지며, 상기 제 1열팽창 계수는 상기 제 2열팽창 계수의 2배 이상인,

챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 파단 단계(b)의 (i)는 상기 표면을 초음파 교반시키는 것을 더 포함하는,

챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 파단 단계(b) 후에,

(c) 상기 표면을 그릿 블래스팅(grit blasting)하는 단계; 또는

(d) 상기 표면을 HF 및 HNO₃를 포함하는 세척 용액으로 세척하는 단계

중 하나 이상을 더 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 7항에 있어서,

상기 가열 단계(a)가 표면을 300℃ 이상의 온도로 가열하는 단계

를 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 표면이 구리, 티탄, 스테인레스 강 및 탄탈 중 하나 이상을 포함하며, 상기 가열 단계(a)는 상기 표면을 500℃ 이상의 온도로 가열하는 단계

를 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 가열 단계(a)에서는 부품 표면의 용융 온도의 75%를 초과하지 않는 온도로 상기 표면을 가열하는 것을 특징으로 하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 파단 단계(b)는 상기 프로세스 부착물들 및 부품 표면의 열 수축 비율들의 차이를 늘리기 위해 프로세스 부착물을 포함하는 상기 표면을 냉각시키면서 부품의 나머지를 상대적으로 더 높은 온도에서 유지하는 단계

를 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 파단 단계(b)는 상기 표면을 상기 액체 질소로 냉각시키면서 상기 부품의 벌크를 상대적으로 더 높은 온도에서 유지하는 단계

를 포함하는, 챔버 부품 표면 세척 방법.