KR101810928B1 - 래버코트 예비 세정 및 예열 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 기재된 실시예들은 그 위치들에서 최종 텍스처의 품질을 유리하게 향상시키고 그에 대응하여 미립자 오염을 감소시키는, 부품의 표면의 변형 이전에 전자기 빔을 사용하는 표면 처리 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 부품의 표면에 복수의 영역들을 규정하고, 복수의 영역들 중 제1 영역으로 전자기 빔을 이동시키며, 제1 영역의 표면을 가열하도록 제1 영역의 표면에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하고, 피처를 형성하도록 제1 영역의 가열된 표면에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함한다.

Description

래버코트 예비 세정 및 예열{LAVACOAT PRE-CLEAN AND PRE-HEAT}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 재료의 표면을 변형시키기 위해 전자기 방사 빔(a beam of electromagnetic radiation)을 사용하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 프로세스 챔버에 사용되는 부품의 표면 변형 이전에 전자기 빔을 사용하는 표면 처리(surface preparation) 방법에 관한 것이다.
집적 회로 소자들이 계속해서 감소된 치수들로 제조됨에 따라, 이들 소자들의 제조는 오염으로 인해 감소되는 수율들에 보다 영향을 받게 된다. 따라서, 집적 회로 소자들, 특히 보다 작은 물리적 크기들을 갖는 집적 회로 소자들을 제조하는 것은 이전에 필요한 것으로 생각된 것보다 더 큰 범위까지 오염이 제어될 것을 요구한다.
집적 회로 소자들의 오염은 박막 증착, 식각 또는 다른 반도체 제조 프로세스들 중에 기판상에 충돌하는 바람직하지 않은 산발적인(stray) 미립자들과 같은 소오스들로부터 발생할 수 있다. 일반적으로, 집적 회로 소자들의 제조는 물리기상증착(PVD) 스퍼터링 챔버들, 화학기상증착(CVD) 챔버들, 플라즈마 식각 챔버들 등과 같은 챔버들의 사용을 포함한다. 증착 및 식각 프로세스들의 과정 중에, 재료들은 가스 상(gas phase)으로부터 챔버 부품들상의 및 챔버 내의 다양한 내부 표면들상에 종종 응축되어, 챔버 및 부품 표면들상에 존재하는 고체 덩어리(solid masses)를 형성한다. 이러한 응축된 이물질이 이 표면들상에 쌓여서 웨이퍼 프로세스 시퀀스 중에 또는 그 사이에 표면들로부터 플레이킹(flaking) 또는 분리되기 쉽다. 이러한 분리된 이물질은 그 후 웨이퍼 기판 및 그 위의 소자들에 충돌하여 이를 오염시킬 수 있다. 오염된 소자들은 종종 폐기되어야 하며, 그에 따라 프로세스의 제조 수율을 감소시킨다.
프로세스 챔버 부품들의 표면들상에 응축된 이물질의 분리를 방지하기 위해, 이들 표면들은, 이들 표면상에 형성되는 응축된 이물질이 이 표면에 대한 강화된 점착성을 가져서, 분리되고 웨이퍼 기판을 오염시킬 가능성이 낮도록 텍스처링될 수 있다.
이러한 한가지 텍스처화 프로세스는 부품의 표면상의 재료를 용융시키고 재형상화하기에 충분한 지향성 에너지에 부품을 노출시켜, 텍스처링된 표면을 형성한다.
그러나 텍스처화 프로세스의 부산물로서 부품 표면들상에서 응축하는 때때로 상당한 양의 재증착된 금속 및 금속 산화물들뿐 아니라, 부품을 텍스처링하기 전에 부품의 표면상에 존재하는 증착물은, 부품 표면에 대한 텍스처화 프로세스 중에 형성된 공동들로부터 배출되는 재유동된 재료의 점착 및 텍스처 형성에 영향을 초래할 수 있다. 또한, 텍스처화 프로세스로부터의 스플래터(splatter)는 코팅된 금속 산화물에 그리고 아직 텍스처링되지 않은 표면들에 헐겁게 점착된 작은 금속 편들을 남길 수 있으며, 그에 따라 그 위치들에서 최종 텍스처의 품질을 저하시킨다.
또한, 기존의 텍스처화 프로세스들은 단일 패스(single pass)의 텍스처링 에너지 빔(texturing energy beam)으로 적절한 텍스처 형상 또는 크기를 산출하지 못할 수 있다. 또한, 일부 경우들에 있어, 부품으로부터 배출된 재료는, 부품 표면이 너무 차가운 경우, 부품 표면에 잘 융합되지 않을 수 있다.
그러므로, 향상된 텍스처화 프로세스가 필요하다.
본 발명의 실시예들은 전자기 빔에 의한 부품 표면의 변형 이전에 전자기 빔을 사용하여 표면 처리하는 방법을 제공한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 텍스처화 프로세스의 통합 부분으로서 텍스처링될 표면들의 우수한 예비 세정(pre-cleaning)을 제공하며, 그에 따라 부품의 핸들링 또는 부품 표면으로 배출되거나 증발된 재료의 재증착으로부터의 오염물질을 사후 세정하기 위한 기회를 배제한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 텍스처링 패스(texturing pass) 직전에 텍스처링될 표면들에 걸친 에너지 빔의 패스(pass)를 포함하여, 부품 표면에 대한 배출된 재료의 융합과 텍스처 형성을 모두 향상시키도록 표면을 예열하도록 기존의 텍스처링 방법을 더 증대시킨다.
일 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 부품의 표면상에 복수의 영역들을 규정하고, 상기 복수의 영역들 중 제1 영역으로 전자기 빔을 이동시키며, 상기 제1 영역의 표면을 가열하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하며, 피처를 형성하도록 상기 제1 영역의 가열된 표면에 걸쳐서 상기 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 부품을 용융시키지 않고 상기 부품의 제1 영역의 표면을 예비 세정하도록 제1 시간기간동안 상기 부품의 표면의 복수의 영역들 중 제1 영역에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하고, 상기 부품의 표면의 제1 영역 상에 피처를 형성하도록 제2 시간기간동안 상기 부품의 표면의 제1 영역에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하며, 상기 제2 시간기간은 상기 제1 시간기간의 완료 직후에 발생한다.
또 다른 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 부품의 표면을 용융시키도록 제1 시간 기간동안 부품의 표면의 복수의 영역들 중 제1 영역에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하고, 부품의 표면의 제1 영역 상에 피처를 형성하도록 제2 시간 기간 동안 부품의 표면의 제1 영역에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하며, 상기 제2 시간 기간은 상기 제1 시간 기간 직후에 발생한다.
또 다른 실시예에서, 금속 부품이 제공된다. 이 금속 부품은 내부에 형성되는 함몰부들 및 돌출부들을 구비하는 복수의 피처들을 갖는 환형 본체를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 부품 주위에 다른 부분을 클램핑하는 동안 상기 부품이 휘어지고(yield) 정합(conform)하는 능력을 보장하고 금속의 단련도(temper)를 감소시키기 위해 완전 연질 상태(dead soft-state)에서 형성된다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 이에 따라 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 명세서에서 설명되는 실시예들을 실행하는데 사용될 수 있는 표면 텍스처링 장치의 개략적 단면도를 도시하고;
도 2는 본 명세서에서 설명되는 실시예들을 실행하기 위해 표면 텍스처링 장치에 결합될 수 있는 제어 시스템의 개략적 단면도를 도시하며;
도 3a는 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 따른 재료의 표면 변형 이전에 재료를 예비 세정하는데 사용될 수 있는 프로세스를 도시하며;
도 3b는 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 따른 재료의 표면 변형 이전에 재료를 예열하는데 사용될 수 있는 프로세스를 도시하며;
도 4는 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 따른 부품 및 그 위에 형성되는 피처들의 평면도를 도시하며;
도 5a는 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 따른 부품의 사시도를 도시하며;
도 5b는 도 5a의 부품의 부분 측면도를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통적인 동일한 요소들을 지시하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 부호가 사용되었다. 일 실시예에 기재된 요소들은 특정한 인용 없이 다른 실시예에서 유리하게 활용될 수 있는 것으로 생각된다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 에너지 빔 유형의 텍스처화 프로세스(texturizing process)를 이용하여 가능한 빠른 횡방향 속도 및 극도로 높은 에너지 밀도를 활용하여, 텍스처화 프로세스의 통합 부분으로서 재료 표면으로부터 표면 오염을 제거한다. 에너지 빔을 활용하는 텍스처화 프로세스 이전에 표면을 세정하는 것은 빔에 의한 텍스처링 패스(texturing pass) 직전에 텍스처링될 영역들에서 부품의 표면에 걸쳐서 빔을 스캐닝함으로써 인-시튜로 실행된다. 이 빔은, 자연 산화물(native oxides)을 제거하기에 충분한 온도로 표면을 가열하면서 재료의 표면을 손상시키지 않을 정도로 충분히 빠른 속도이지만, 빔이 이 표면으로부터 재증착된 금속들 및 유기물들을 제거할 정도의 속도로, 강도가 감소되고, 초점이탈되고 그리고/또는 스캐닝될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 텍스처가 가해질 때 텍스처링 챔버 내에 청결하고 준비된 표면을 형성하여, 텍스처화 프로세스 이전에 오염 형성(contamination build up) 기회를 제거한다. 에너지 빔이 전자 빔을 포함하는 일 실시예에서, 이 프로세스는 진공 챔버 내에서 실행될 수 있어서, 제거된 증착물들이 다른 표면들상에 재증착되거나 진공 시스템에 의해 이 챔버로부터 제거된다. 주위 환경(ambient environment)에서 실행되는 다른 실시예에서, 흡입 노즐 또는 비활성 가스 분출 장치(inert gas blow-off)가 사용되어 텍스처화 프로세스 이전에, 세정된 영역이 청결하게 남아 있도록 보장할 수 있다. 이러한 예비 텍스처링 표면 변형은 텍스처링되는 재료 및 부품에 적합한 대로, 홀 별로(hole-by-hole), 열 별로(row-by-row), 또는 영역 별로(area-by-area) 실행될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 텍스처화 프로세스 이전에 부품 표면에 추가의 열을 가하여, 대형 피처들을 가능하게 하며, 부품 표면에 대한 배출된 재료의 융합을 향상시킨다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 부품의 상단 표면(top surface)만이 가열되어 용융되도록 부품 표면으로 에너지 침투를 제한하기에 충분히 빠른 속도로 빔이 스캐닝될 수 있는 능력을 활용한다. 이 빔은, 피처가 생성될 표면, 피처를 둘러싸는 표면 또는 둘 모두에 걸쳐서, 그 표면을 희망 깊이로 용융시키기에 충분한 속도와 에너지 밀도로 통과된다. 예열 용융(pre-heat melt)의 깊이는 가해지는 텍스처에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 예열 프로세스가 완료되면, 이 빔은 최종 텍스처를 형성하도록 동일한 영역에 걸쳐서 즉각적인 패스(immediate pass)를 형성한다. 이는 텍스처링되는 부품에 적합한 대로, 홀 별로, 열 별로, 또는 영역 별로 실행될 수 있다.
부품에 대해 이동하는 빔의 "이동 속도(travel speed)"가 논의되는 특정 실시예들에서, 상기 "이동 속도"는 빔에 대해 부품의 이동을 설명하는데 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 특정 실시예에서, 빔과 부품은 모두 서로에 대해 이동될 수 있다.
도 1은 부품(104)의 표면을 변형시키는데 사용될 수 있는 표면 텍스처링 장치(100)의 개략적 단면도를 도시한다. 이 표면 텍스처링 장치(100)는 칼럼(120)을 포함한다. 이 칼럼 내에는 캐소드(cathode; 106)를 둘러싸는 바이어스 컵(116)이 위치된다. 이 캐소드(106)는, 예를 들면 텅스텐과 같은 재료를 포함하는 필라멘트일 수 있다. 고전압 케이블(122)이 캐소드(106)에 결합되어, 고전압 전력 공급원을 캐소드(106)와 애노드(108)에 연결한다.
캐소드(106)로부터 이격되어 캐소드(106) 아래에는, 애노드(108) 및 두 쌍의 고속 편향기 코일들(112)이 존재한다. 애노드(108) 내에는 통과 홀(pass through hole; 118)이 형성된다. 애노드(108) 아래에는 통상적으로 디자인이 원형이며 칼럼(120)과 동심인 고속 초점 코일(fast focusing coil; 110)이 위치된다. 두 쌍의 고속 편향기 코일들(112)이 고속 초점 코일(110) 아래에 존재한다. 상단 표면(114T)을 갖는 작업 챔버(114)가 칼럼(120) 아래에 있고 칼럼(120)에 결합된다. 이 작업 챔버(114)는 일반적으로 기판 지지대(140)를 포함한다. 이 기판 지지대(140)는, 예를 들면 부품(104)을 병진이동시키거나 하나 또는 그보다 많은 회전 축을 따라 부품(104)을 회전시킬 수 있는 액츄에이터 또는 회전 샤프트와 같이, 기판 지지대(140)를 이동시키기 위한 작동 수단(142)에 결합될 수 있다. 작동 수단(142)은 전자기 빔(102)에 대해 기판을 이동시킨다. 전자기 빔(102)은, 예를 들면 전자 빔일 수 있다. 기판 지지대(140)는, 예를 들면 저항 히터 또는 열전기 장치와 같은 가열 요소(150)를 더 포함할 수 있다. 애노드(108)와 고속 초점 코일(110) 사이에 위치되는 절연 밸브(128)가 일반적으로 칼럼(120)을 분할함으로써, 챔버(114)는 절연 밸브(128) 상에서는 칼럼(120) 부분과 상이한 압력으로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 빔(102)은 고속 편향기 코일들(112)뿐 아니라 초점 코일(110)을 통하여 이동한다.
예를 들면, 확산 펌프 또는 터보 분자 펌프(turbomolecular pump)와 같은 펌프(124)가 밸브(126)를 통해 칼럼(120)에 결합된다. 이 펌프(124)는 칼럼(120)을 배기시키는데 사용된다. 통상적으로, 챔버(114)를 배기시키기 위해, 절연 밸브(132)를 통해 챔버(114)에 진공 펌프(130)가 결합된다. 본 명세서에 기재된 프로세스들에 사용되거나 변형되어 사용될 수 있는 e-빔 장치들의 실례들은 영국 Cabs, Waterbeach의 Cambridge Vacuum Engineering으로부터 또는 Conn, Enfield의 Precision Technologies로부터의 전자 빔 용접 시스템들을 포함한다.
일 실시예에서, 표면 텍스처링 장치(100)는, 텍스처화 프로세스를 실행하기 전에 부품(104)을 예열하는데 사용될 수 있으며 부품(104) 근처에 장착되는 에너지 소오스(181)를 포함한다. 통상의 에너지 소오스들의 실례들은 방사 열 램프들, 유도 히터들 또는 IR 유형 저항 히터들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 구성에서, 에너지 소오스(181)가 "켜져서(turn on)", 텍스처화 프로세스를 시작하기 전에 부품(104)이 희망 온도에 도달할 때까지 또는 특정 시간 기간동안 유지될 수 있다.
도 1은 특히 전자 빔을 포함하는 표면 텍스처링 장치를 도시하지만, 본 명세서에 기재된 실시예들은, 예를 들면 양성자들, 중성자들, X-선들, 레이저, 전기 아크 등의 빔과 같은, 전자기파들 또는 미립자들의 임의의 빔을 사용할 수 있다. 또한, 용어 전자기 빔의 사용은 대전된 미립자 빔들로 제한되는 것을 의미하는 것이 아니라, 부품에 전달되는 임의의 형태의 포커싱된(focused) 에너지, 예를 들면 전자 빔, 양성자들 또는 중성자들, X-선, 고강도 광학 방사(예를 들면, 레이저), 또는 전기 아크형 프로세스(예를 들면, 전기 방전 가공(EDM) 등)의 빔을 포함하는 것을 의미한다. 표면 텍스처링 장치는 일반적으로 부품의 표면상에 특정한 에너지 빔을 포커싱하고 제어하기 위한 수단을 포함한다. 빔을 포커싱하고 제어하는데 사용되는 특정한 수단은 일반적으로, 사용되는 전자기 방사의 특정한 유형에 따른다.
도 2는 본 명세서에 기재된 실시예를 실행하기 위해 표면 텍스처링 장치에 결합될 수 있는 제어 시스템의 개략적인 단면도를 도시한다. 마이크로프로세서 제어기(200)가 바람직하게 고속 편향기 코일들(112) 및 초점 코일(110)에 결합된다. 마이크로프로세서 제어기(200)는 다양한 챔버들 및 하위 프로세서들(sub-processors)을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서(CPU) 중 하나일 수 있다. 이 컴퓨터는 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같이 임의의 적합한 메모리를 사용할 수 있다. 다양한 지원 회로들이 통상의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 결합될 수 있다. 필요에 따라 소프트웨어 루틴들(software routines)이 메모리에 저장될 수 있거나 원격적으로 위치되는 제2 CPU에 의해 실행될 수 있다.
소프트웨어 루틴들은 챔버(114) 내에 부품(104)을 위치시킬 때 실행된다. 이 소프트웨어 루틴은 실행될 때, 범용 컴퓨터를, 챔버 프로세스가 실행되도록 챔버 동작을 제어하는 특정한 프로세스 컴퓨터로 변환한다. 대안적으로, 본 명세서에 기재된 실시예들은 주문형 집적 회로 또는 다른 유형의 하드웨어 구현(implementation)으로서, 또는 소프트웨어 또는 하드웨어의 조합으로서, 하드웨어에서 실행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 통상적으로 일 세트의 명령어들이, 제어기(200)에 제공되는 컴퓨터 판독 가능한 매체상에 인코딩된다. 이 명령어들을 실행함으로써 발생되는 제어 신호들은 제어기(200)로부터 하나 또는 그보다 많은 함수 발생기들(function generators; 204)을 통하여 고속 초점 코일(110) 및 고속 편향기 코일들(112)로 전달된다. 일 실시예에서, 명령어들은 5개의 함수 발생기들(204)을 통하여 전달된다. 5개의 함수 발생기들 중 하나는 고속 포커싱을 위해 사용된다. 2개의 함수 발생기들은 1차 빔 편향들을 위해 사용되고, 2개의 함수 발생기들은 2차 빔 편향들을 위해 사용된다. 함수 발생기들은 대응하는 전력 증폭기들(미도시)에 수반된다. 명령어들은 통상적으로 부품(104)의 표면상에 특정한 패턴, 간격 및 피처의 특성들을 생성하도록, 고속 초점 코일(110) 및 고속 편향기 코일들(112)이 부품의 표면상의 특정 위치로 빔(102)을 이동시킴으로써 전자기 빔(102)을 조작할 수 있게 한다.
함수 발생기들(204)은 다양한 주파수들에 걸쳐서 신호파 형상들(signal wave shapes)을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 전자기 빔(104)의 초점 직경 및 위치가 제어기(200)로부터 발생하는 신호들에 대해 신속하게 조정될 수 있으며, 부품의 표면상에 피처들이 신속하게 형성될 수 있다. 함수 발생기들(204)은 바람직하게 하나 또는 그보다 많은 전력 증폭기들, 전력 공급기들 등(미도시)에 결합됨으로써, 고속 편향기 코일들(112)뿐 아니라 초점 코일(110)과 제어기(200) 사이에서 신호들의 통신을 돕는다.
예비 세정 프로세스
일 실시예에서, 에너지 빔 유형의 텍스처화 프로세스에 의한 가능한 고속 횡방향 속도 및 극도로 높은 에너지 밀도는 텍스처화 프로세스의 통합 부분으로서 재료 표면을 용융시키지 않고 재료 표면으로부터 표면 오염을 제거하는데 활용된다. 전자기 빔(102)을 활용하는 텍스처화 프로세스 전에 표면들을 세정하는 것은 빔(102)에 의한 텍스처링 패스 직전에 텍스처링될 영역들에서의 부품(104)의 표면에 걸쳐서 빔(102)을 스캐닝함으로써 인-시튜로 실행될 수 있다. 텍스처링 이전에 표면을 세정하기 위해, 빔(102)은, 자연 산화물들(native oxides)을 제거하기에 충분한 온도로 부품(104)의 표면을 가열하면서 재료의 표면을 손상시키지 않을 정도로 충분히 빠르지만 이 부품(104)의 표면으로부터 재증착된 금속들 및 유기물들을 제거할 정도의 속도로, 강도가 감소되고, 초점이탈되고, 그리고/또는 스캐닝될 수 있다. 이러한 예비 세정 프로세스는 텍스처가 가해질 때 텍스처링 챔버(100) 내에 청결하며 준비된 표면을 형성하여, 텍스처링 이전에 오염 형성의 기회를 제거한다.
도 3a는 박스(301)에서 시작하여 박스(380)로 끝나며, 본 명세서에 기재된 실시예들에 따라 부품(104)의 표면의 변형 이전에 부품(104)의 표면을 예비 세정하는데 사용될 수 있는 프로세스 시퀀스(300)를 도시한다. 박스(310)에서, 부품(104)은 텍스처링 챔버(100) 내에 위치된다. 박스(320)에서, 텍스처링 챔버(100)가 배기된다. 박스(330)에서, 복수(n+1, 이때, n = 0, 1, 2, 3, 4 ....)의 영역들이 부품(104)의 표면상에 규정된다. 박스(340)에서, 전자기 빔(102)이 영역으로 이동된다. 박스(350)에서, 전자기 빔(102)은 영역의 표면을 용융시키지 않고 영역의 표면을 가열하도록 영역(n+1)의 표면에 걸쳐서 스캐닝된다. 박스(360)에서, 전자기 빔(102)은 피처를 형성하도록 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝된다. 박스(370)에서, 요구된 양의 부품(104)이 텍스처링 되었는지 여부가 결정된다. 요구된 양의 부품(104)이 텍스처링 되었다면, 프로세스가 박스(380)에서 끝난다. 요구된 양의 부품(104)이 텍스처링 되지 않았다면, 전자기 빔(102)이 다른 영역(n+1)으로 이동하여, 박스들(340 내지 370)로 표시된 프로세스 시퀀스가 반복된다.
박스(310)를 참조하면, 부품(104)은 도 1에 기재된 텍스처링 챔버(114)와 같은 텍스처화 챔버 내에 위치된다. 전자 빔이 사용되는 실시예들에서, 이 프로세스는 진공 챔버 내에서 실행될 수 있어서, 제거된 증착물들이 다른 표면들상에 재증착되거나 진공 펌프(130)에 의해 챔버(114)로부터 제거된다. 주위 환경에서 실행되는 실시예들에서, 흡입 노즐 또는 비활성 가스 분출 장치(blow-off)가 사용되어 텍스처링 이전에, 세정된 영역이 청결하게 유지되도록 보장할 수 있다.
부품(104)은 금속 또는 금속 합금, 세라믹 재료, 중합체 재료, 복합 재료, 또는 이들의 조합들과 같은 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 부품(104)은 스틸, 스테인리스 스틸, 탄탈, 텅스텐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 사파이어(Al2O3), 실리콘 질화물, 산화 이트륨(yttria), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 및 이들의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 부품(104)은 오스테나이트계 스테인레스 스틸들(austenitic-type stainless steels), 철-니켈-크롬 합금들(iron-nickel-chromium alloys)(예를 들면, Inconel™ 합금들), 니켈-크롬-몰리브덴-텅스텐 합금들(nickel-chromium-molybdenum-tungsten alloys)(예를 들면, Hastelloy™), 구리 아연 합금들(copper zince alloys), 크롬 구리 합금들(chromium copper alloys)(예를 들면, 5% 또는 10% Cr과 나머지 Cu) 등과 같은 금속 합금들을 포함한다. 다른 실시예에서, 이 부품은 석영을 포함한다. 부품(104)은 또한 폴리이미드(Polyimide)(Vespel™), 폴리에테르에테르케톤(PolyEtherEtherKetone)(PEEK), 폴리아릴레이트(PolyArylate)(Ardel™) 등과 같은 중합체들을 포함할 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 이 부품(104)은 금, 은, 알루미늄 실리콘, 게르마늄(germanium), 게르마늄 실리콘(germanium silicon), 붕소 질화물(boron nitride), 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 산화 이트륨(yttria), 이트륨 산화물, 비-중합체들 및 이들의 조합들과 같은 재료를 포함할 수 있다.
박스(320)를 참조하면, 챔버(114) 및 칼럼(120)은 약 1×10-5 토르 내지 약 3×10-2 토르 범위 내의 압력으로 배기된다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)은 저항 히터(미도시)를 사용하여 캐소드(106)를 가열하고, 전력원(미도시)을 사용하여 캐소드(106)에 전류를 인가함으로써 형성된다. 전자들은 캐소드(106)로부터 나가서 바이어스 컵(116) 내에 모인다. 가속 전압으로 지칭되는 음의 고전압 전위(negative high voltage potential)가 전압 케이블(122)을 통해 애노드(108)에 대해 캐소드(106)로 인가되며, 가속 전압보다 일반적으로 크기가 더 작은 2차 음의 전위가 바이어스 컵(116)에 인가된다. 가속 전압은 약 50 내지 약 175kV의 범위 이내일 수 있다. 2차 전위는 부품(104)으로 전달되는 전자기 빔 에너지의 크기를 제어하는데 사용된다.
전자들은 애노드(108) 내의 통과 홀(118)을 통해 이동하여 분기하기 시작한다. 애노드(108) 아래에 위치되는 고속 초점 코일(110)은 부품(104) 상의 폭이 좁은 직경에 대해 전자기 빔(102)을 포커싱하는 반면, 고속 편향기 코일들(112)은 부품(104)의 표면의 특정한 위치로 빔을 자기적으로 편향시킨다. 전기 전류는 전자기 빔(102)을 조작하도록 충분한 자속(magnetic flux)을 발생시키기 위해, 고속 편향기 코일들(112) 및 고속 초점 코일(110)에 인가된다. 고속 초점 코일(110) 및 고속 편향기 코일들(112)을 통과시, 전자 빔이 부품(104)의 표면에 제공된다. 부품(104)과 챔버(114)의 상단 표면(114T) 사이의 거리는 빔(102)의 작동 거리이다. 일 실시예에서, 이 작동 거리는 약 50 밀리미터 내지 약 1,000 밀리미터이다. 일 실시예에서, 이 작동 거리는 약 200 밀리미터 내지 약 350 밀리미터이다.
박스(330) 및 도 4를 참조하면, 복수의 (n+1, 이때 n = 0, 1, 2, 3, 4 ...) 영역들이 부품(104)의 표면상에 규정된다. 부품(104)의 표면상에 규정된 영역들 각각은 예비 세정 및 후속 프로세싱 중에 전자기 빔(102)에 순차적으로 노출될 수 있다. 각각의 영역은 단일 셀(402) 또는 복수의 셀들을 포함할 수 있다. 각각의 셀은 후속 프로세싱 중에 피처(408)가 형성되는 내부 영역(406) 및 외부 영역(404)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이 영역은 일 열(row) 또는 군(cluster)의 셀들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 셀은 약 0.025 ㎟ 내지 16 ㎟, 예컨대 약 0.0625 ㎟(예를 들면, 0.25 ㎜ × 0.25 ㎜) 내지 약 2.25 ㎟(예를 들면, 1.5 ㎜ × 1.5 ㎜)의 면적을 커버할 수 있다. 각각의 영역의 에지들의 형상은 본 명세서에 기재된 실시예들의 범주로부터 벗어나지 않은 상태에서 임의의 형상일 수 있음에 주의해야 한다.
복수의 영역들은 예비 세정 프로세스 중에 또는 예비 세정 프로세스 전에 언제라도 규정될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 복수의 영역들은 챔버(100) 내에 부품(104)을 배치하기 전에 규정될 수 있다. 유사한 부품들이 프로세싱되는 실시예들에서, 복수의 영역들은 프로세싱된 제1 부품에 대해 규정되고, 제어기(200) 내에 저장되며, 피드백 타입 프로세스에서 연속적으로 프로세싱되는 부품들을 위해 사용될 수 있다.
박스(340)를 참조하면, 전자기 빔(102)은 이 영역에 대해 위치된다. 부품(104)의 표면상의 영역들은 부품(104)에 대해 상대적으로 전자기 빔의 출력을 병진이동시키고/병진이동시키거나, (예를 들면, 통상의 X/Y 스테이지, 정밀 스테이지들과 같은) 전자기 빔 방사 소오스의 출력에 대해 상대적으로 기판 지지대(140) 상에 위치되는 부품(104)을 병진이동시킴으로써 순차적으로 노출될 수 있다. 전자 빔(102) 및/또는 부품(104)은 임의의 방향으로 병진이동될 수 있다.
박스(350)를 참조하면, 전자기 빔(102)은 이 영역의 표면을 용융시키지 않고 이 영역의 표면을 가열하도록 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝된다. 전자기 빔(102)은 부품(104)이 용융되거나, 유동하거나 상당한 분해를 겪는 온도로 부품의 재료 표면을 가열하지 않고, 자연 산화물들을 제거하기에 충분한 온도로 표면을 가열하면서, 이 표면으로부터 재증착된 금속들 및 유기물들을 제거하는 온도로 부품(104)의 영역의 표면을 가열하기에 충분히 빠른 속도로 강도가 감소되고, 초점이탈되고 그리고/또는 스캐닝될 수 있다. 부품(104)의 예비 세정 온도는 일반적으로, 부품(104)이 구성될 수 있는 재료에 좌우된다.
예비 세정 스캐닝 단계는 텍스처화 프로세스가 막 실행되려고 하는 영역을 가열하는 전자기 빔(102)을 패턴대로 영역의 표면에 걸쳐서 빠르게 이동시킴으로써 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 셀의 외부 영역(404)이 예비 세정된다. 다른 실시예에서, 외부 영역(404) 및 내부 영역(406)을 포함하는 전체 셀(402)이 예비 세정된다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102), 초점 거리 및 프로세스와 같은 프로세스 파라미터들, 전력은 부품(104)의 예열 프로세스 중에 변화된다. 예비 세정 프로세스 중에 사용되는 프로세스 파라미터는 희망 예비 세정 온도, 빔(102)이 부품(104)의 표면에 걸쳐서 이동되는 속도 및/또는 텍스처링 이전에 예비 세정되는 부품 재료에 좌우될 수 있다.
예비 세정 스캔 단계 중에, 전자기 빔(102)은 약 1 m/s 내지 1,000 m/s, 예컨대, 약 1 m/s 내지 400 m/s, 예를 들면 약 1 m/s 내지 약 100 m/s의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일 실시예에서, 이 부품(104)은 전자기 빔(102)에 대해 약 10 m/s 내지 100 m/s의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일반적으로, 전자기 빔(102)이 전자 빔, 이온 빔 또는 전기 아크에 의해 발생되는 경우, 전류가 부품(104)에 흐를 것이다. 전자기 빔(102)이 전자 빔인 일 실시예에서, 전류는 약 4 내지 약 150 밀리암페어(mA)의 범위 이내일 수 있다. 전자기 빔(102)이 전자 빔인 일 실시예에서, 전류는 8 내지 45 밀리암페어(mA)의 범위 이내일 수 있다. 전자기 빔(102)에 의해 전달되는 에너지는 전력 밀도의 견지에서 정의될 수 있으며, 전력 밀도는 부품(104)의 표면상의 특정 단면적을 가로질러 전달된 평균 전력이다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)의 평균 전력 밀도는, 빔이 지향되는 부품(104)의 표면상의 한 지점에서, 예를 들면 약 10 KW/㎟ 내지 약 500 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 50 KW/㎟ 및 250 KW/㎟일 수 있다. 전자기 빔(102)의 피크 전력 밀도(peak power density)는, 부품(104)의 표면상의 한 지점에서, 예를 들면 약 300 KW/㎟ 내지 약 350 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 330 KW/㎟일 수 있다. 피크 전력 밀도는 주어진 전력 설정에서 빔이 자신의 최대 초점(즉, 가능한 최소 스폿 크기)에 있는 프로세스 설정으로 정의될 수 있다. 예비 세정이 완료되면, 빔(102)은 최종 텍스처를 형성하도록 동일한 영역에 걸쳐서 즉각적인 패스(immediate pass)를 형성한다.
일 실시예에서, 예비 세정 스캐닝 단계는 텍스처화 프로세스가 막 실행되려 하는 영역을 가열하고 세정하는 전자기 빔(102)을 패턴대로 이 영역의 표면에 걸쳐서 이동시키고 초점 이탈(defocus)시킴으로써 실행될 수 있다. 그 후, 텍스처화 프로세스는 그 패턴대로 영역의 표면에 걸쳐서 전자기 빔(102)을 이동시키고 초점을 다시 맞춤(refocus)으로써 실행될 수 있다. 예비 세정 프로세스를 초점 이탈시키는 동안 사용되는 프로세스 파라미터들은 희망 예비 세정 온도, 빔(102)이 부품(104)의 표면에 걸쳐서 이동되는 속도 및/또는 텍스처링되기 전에 예비 세정되는 부품 재료에 좌우될 수 있다.
박스(360)를 참조하면, 예비 세정 후에, (도 4에 도시된 바와 같이) 전자기 빔(102)이 피처(408)를 형성하도록 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝된다. 피처(408)는 함몰부, 돌출부, 또는 이들의 조합일 수 있다. 피처(408)가 함몰부를 포함하는 실시예들에서, 함몰부는 프로세싱 중에 부품상에 증착된 프로세스 부산물들로부터 미립자들의 플레이킹(flaking) 및 쉐딩(shedding)을 또한 감소시키는 재료를 압축한다. 일 실시예에서, 형성된 피처(408)의 유형은 또한 부품의 재료에 좌우될 수도 있다. 예를 들면, 부품의 재료가 실리콘인 경우, 형성된 피처(408)는 재료의 열적 팽창으로 인해 돌출부를 포함할 것이다. 빔(102)은 고속 편향기 코일들(112)뿐 아니라 초점 코일(110)을 통해 이동한다. 전자기 빔(102)은, 예를 들면 약 0.5 m/s 내지 약 4 m/s의 범위 이내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)은 약 1 m/s 내지 약 3 m/s의 범위 이내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전자기 빔(102)은 약 1m/s 내지 약 1.7 m/s의 범위 이내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 함수 발생기들(204)을 통해, 제어기(200)로부터 보내진 신호들의 성질에 따라, 빔(202)은 부품(104)의 표면의 예비 세정된 영역들에 걸쳐서 스캐닝되어, 부품(104)의 표면상에 형성된 복수의 피처들 또는 피처(408)를 발생시킨다. 피처들(408)은 특정한 기하학적 패턴일 수 있다. 일 실시예에서, 부품(104)은 텍스처화 프로세스 중에 충돌하는 전자기 빔(102)에 대해 이동된다. 일 실시예에서, 부품(104)은 예를 들면 약 0.5 m/분 내지 약 4 m/분의 범위 내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 부품은 예를 들면 약 2 m/분 내지 약 3 m/분의 범위 이내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 부품은 전자기 빔(102)에 대해 약 1 m/분 내지 약 1.7 m/분의 범위 이내의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일 실시예에서, 부품(104)은 전자기 빔(102)에 노출되는 동안 하나 또는 그보다 많은 회전 축을 따라 회전된다. 회전 축은, 예를 들면 입사 빔(incident beam)에 대해 수직 또는 평행할 수 있다. 부품(104)의 크기 및 형상으로 인해, 부품을 물리적으로 이동시키거나 회전시키는 것은 비실용적일 수 있으며, 따라서 전자기 빔(102)은 희망 텍스처를 형성하도록 부품(104)을 가로질러 이동될 수 있다.
전자기 빔(102)이 전자 빔, 이온 빔, 또는 전기 아크에 의해 발생되는 실시예들에서, 전류가 부품(104)으로 흐를 것이다. 전자기 빔(102)이 전자 빔인 경우, 전류는 약 4 내지 약 150 밀리암페어(mA), 바람직하게는 8 내지 45 밀리암페어(mA)의 범위 이내일 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)의 평균 전력 밀도는, 빔이 지향되는 부품(104)의 표면상의 한 지점에서, 예를 들면 약 10 KW/㎟ 내지 약 500 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 50 KW/㎟ 및 250 KW/㎟일 수 있다. 전자기 빔(102)의 피크 전력 밀도는, 부품(104)의 표면상의 한 지점에서, 예를 들면 약 300 KW/㎟ 내지 약 350 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 330 KW/㎟일 수 있다. 부품(104)의 표면상에 피처들(408)을 형성하는데 요구되는 에너지의 양은 부품(104)에 대한 에너지 전달 또는 흡수 효율로 인해 에너지 소오스의 유형들 간에(예를 들면, 전자 빔, 레이저 등) 상이할 수 있음에 주의해야 한다. 빔 밀도는 사용되는 전력 밀도들을 결정할 수 있다.
상이한 결과들을 달성하기 위해 상이한 재료의 특성들을 기초로, 상이한 전력 밀도들이 상이한 재료들과 더불어 사용될 수 있음에 또한 주의해야 한다. 부품 표면은 여러 가지 접근법을 사용하여 변형될 수 있다. 예를 들면, 높은 전력들이 사용되어 일부 재료를 스퍼터링시키고/스퍼터링시키거나 발산시킬 수 있으며, 낮은 전력이 여러 번 사용되어 표면들을 용융시키고 개질시킬 수 있어서, 재료가 증발되는 것이 아니라 돌출부들과 같이 상승된 피처들이 특정 영역들의 외부에 형성되어 전개된다. 낮은 전력과 높은 전력 밀도 사이에서 프로세스가 사용되어 희망 피처들을 정교하게 만들 수 있다. 요구되는 피처 및 전력 밀도에 따라, 추가 변형을 위해 동일한 영역으로 되돌아가는 것이 가능하다. 예를 들면, 일 실시예에서 빔(102)은 돌출부 및 함몰부 둘 다와 같은 피처들(408)을 형성하도록 동일한 영역에 걸쳐서 다중 패스들을 형성할 수 있다. 함몰부로부터 용융된 재료는 돌출부를 형성하도록 변위된다. 용융된 재료는 부분적으로 응고될 수 있으며, 빔 프로세스는 돌출부를 전개시키도록 반복된다. 빔 프로세스는 희망 피처의 형상 및 크기에 따라 여러 번 반복된다.
전자기 빔(102)에 의해 부품(104)의 표면으로 전달되는 에너지 또는 전력은 부품(104)의 현저하거나 전반적인 뒤틀림(distortion)(예를 들면, 용융, 워핑(warping), 균열 등)을 일으키도록 의도되지 않는다. 부품(104)의 현저하거나 전반적인 뒤틀림은 일반적으로, 부품(104)이 텍스처화 프로세스의 적용으로 인해 그 자신의 의도된 목적으로 사용될 수 없는 상태로 정의될 수 있다. 부품(104)의 현저한 뒤틀림을 일으키는데 필요한 에너지의 양은, 부품(104)이 제조되는 재료, 텍스처링되는 영역 근처의 부품(104)의 두께 및/또는 질량, 부품(104)의 형상(예를 들면, 편평한 형상, 원통형 등), 부품(104) 내의 잔류 응력의 양, 부품(104)으로 전달되는 실제 전력, 부품(104)을 가로지르는 빔의 이동 속도, 부품(104)의 표면상의 텍스처링된 피처들(408)의 밀도, 및/또는 부품(104) 상의 임의의 지점에서 빔의 체류 시간에 좌우될 것이다. 일 실시예에서, 텍스처화 프로세스에 의해 야기되는 열 응력에 민감한 부품들 또는 얇은 부품들에서의 상당한 뒤틀림을 방지하기 위해, 부품(104)의 표면상에 피처들을 형성하는데 사용되지 않는 부품(104)으로 전달되는 에너지를 감소시키기 위한 노력으로, 다음의 단계들: 빔 이동 속도가 증가될 수 있거나, 빔은 이동 시간동안 초점이 이탈될 수 있거나, 또는 빔의 전력이 이동 시간동안 감소될 수 있는 단계들이 완료될 수 있다. 일 실시예에서 뒤틀림에 민감한 부품들(예를 들면, 높은 열적 팽창을 갖는 기하학적으로 편평한 재료 등) 내의 뒤틀림을 감소시키기 위해, 텍스처화 프로세스는 부품의 일 면 상에 텍스처화 프로세스에 의해 야기된 응력을 보상하도록 부품의 양 면들에 텍스처링을 필요로 할 수 있다. 텍스처화 프로세스의 추가 세부 사항들은 모두 본 명세서에서 전체로서 통합되는, 2004년 11월 2일자로 발행된 MOTHOD OF SURFACE TEXTURING이 제목인 미합중국 특허출원 제6,812,471호 및 2005년 8월 23일자로 발행된 METHOD OF SURFACE TEXTURING이 제목인 미합중국 특허출원 제6,933,508호에서 설명된다.
박스(370)를 참조하면, 요구된 양의 부품(104)이 텍스처링되는지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 요구된 양의 부품(104)이 텍스처링 되었다면, 텍스처화 프로세스는 박스(380)에서 끝난다. 요구된 양의 부품(104)이 텍스처화되지 않았다면, 박스들(340 내지 370)의 프로세스 시퀀스가 반복된다.
피처(408)가 함몰부를 포함하는 실시예들에서, 이 함몰부는 처리중에 부품상에 증착된 프로세스 부산물들로부터의 미립자들의 플레이킹 및 쉐딩을 또한 감소시키는 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 형성된 피처(408)의 유형은 또한 부품의 재료에 좌우될 수도 있다. 예를 들면, 부품의 재료가 실리콘인 경우, 형성된 피처(408)는 재료의 열적 팽창으로 인한 돌출부를 포함할 것이다.
예열 프로세스
도 3b는 본 명세서에 기재된 실시예들에 따라 재료의 표면의 변형 이전에 재료를 예열하는데 사용될 수 있는 프로세스 시퀀스(300)를 도시한다. 도 3b는 도 3a에서와 같은 프로세스(300)를 기재하지만, 전자기 빔(102)이 영역의 표면을 용융시키도록 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝되는 박스(355)로 박스(350)를 대체한다. 박스들(350 및 355)은 부품을 텍스처링하기 전에 예열 및 예비 세정 둘 다를 제공하는 동일한 프로세스의 일부로서 실행될 수 있는 것으로 또한 이해되어야 한다. 이 프로세스(300)는 텍스처링 이전에 영역에 추가의 열을 가하여, 대형 피처 텍스처를 가능하게 하며, 모재(parent material)와 배출된 재료의 융합을 향상시킨다. 이 프로세스(300)는 부품(104)의 상단 표면만이 가열되어 용융되도록 부품(104)의 표면으로의 에너지 침투를 제한하기에 충분히 빠른 속도로 스캐닝될 수 있는 빔(102)의 능력을 활용한다. 이 빔(102)은 표면, 홀과 같은 피처(408)가 형성될 내측 영역(406), 외측 영역(404)(홀의 바로 외측의 표면), 또는 외측 영역(404)과 내측 영역(406) 둘 다에 걸쳐서, 희망 깊이로 부품(104)의 표면을 용융시키기에 충분한 에너지 밀도 및/또는 속도로 스캐닝된다. 예열 용융의 깊이는 프로그래밍 프로세스의 일부로서 적용될 텍스처에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 예열 프로세스가 완료되면, 빔(102)은 최종 텍스처를 형성하도록 동일한 영역에 걸쳐서 즉각적인 패스(immediate pass)를 형성한다.
박스(355)를 참조하면, 전자기 빔(102)은 영역의 표면을 용융시키도록 이 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝된다. 프로세스는 텍스처링되는 부품에 적합한 대로, 홀 별로, 열 별로, 또는 영역 별로 실행될 수 있다. 전자기 빔(102)은 미리 결정된 깊이로 부품(104)의 영역의 표면을 용융시키는 온도로 부품의 표면을 가열하기에 충분히 빠른 속도로 강도가 감소되고, 초점이탈되고, 그리고/또는 스캐닝된다. 부품(104)의 예열 온도는 일반적으로 부품(104)이 구성되는 재료들에 좌우된다.
영역 상에 피처들을 형성하기 전에 예열된 영역의 크기는 작용될 재료의 열전도율에 의해 결정될 수 있다. 열등한 열전도율을 갖는 재료에 대해, 몇 개의 셀들(402)을 포함하는 영역이 이 영역을 텍스처링하기 전에 예열될 수 있다. 그러나 우수한 열전도율을 갖는 재료에 대해, 셀을 텍스처링하기 전에 하나의 셀(402)만 예열할 수도 있다. 예를 들면, 스테인리스 스틸에 비해, 알루미늄은 보다 큰 열전도율 및 더 낮은 용융 온도를 갖는다. 그러나 알루미늄의 보다 큰 열전도율로 인해, 알루미늄은 스테인리스 스틸보다 빠른 속도로 열을 발산하고 재응고될 것이다. 따라서, 알루미늄을 예열할 때, 재응고의 문제를 방지하도록 더 작은 영역을 예열하는 것에 이어 즉각적으로 피처를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 스테인리스 스틸과 같이 더 낮은 전도율을 갖는 재료를 예열할 때, 표면을 텍스처링하기 전에 보다 큰 영역을 예열할 수도 있다.
일 실시예에서, 박스(355)의 예열 스캐닝은 텍스처화 프로세스가 막 실행되려고 하는 영역을 가열하는 전자기 빔(102)을 패턴대로 표면에 걸쳐서 빠르게 이동시킴으로써 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)은 부품(104)에 대해 약 0.1 m/s 내지 약 10 m/s의 이동 속도로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 전자기 빔은 약 0.3 m/s 내지 약 0.5 m/s의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102) 또는 다른 에너지 소오스, 초점 길이 및 프로세스와 같은 프로세스 파라미터, 전력은 부품(104)을 예열하는 프로세스 중에 변화된다. 예열 프로세스 중에 사용되는 프로세스 파라미터들은 희망 예열 온도, 빔이 부품(104)의 표면에 걸쳐서 이동되는 속도, 및/또는 텍스처화되기 전에 예열되는 부품 재료에 좌우될 수 있다. 예열 스캔 단계 동안, 전자기 빔(102)은 약 1m/s 내지 100 m/s의 이동 속도로 이동될 수 있다.
일 실시예에서, 박스(355)의 예열 스캐닝중에, 부품(104)은 약 0.5 m/분 내지 4.0 m/분의 이동 속도로 이동될 수 있다. 일반적으로, 전자기 빔(102)이 전자 빔, 이온 빔 또는 전기 아크에 의해 발생되는 경우, 전류가 부품(104)으로 흐를 것이다. 전자기 빔(102)이 전자 빔인 경우, 전류는 약 4 내지 약 150 밀리암페어(mA)의 범위 이내일 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)이 전자 빔인 경우, 전류는 8 내지 45 밀리암페어(mA)의 범위 이내일 수 있다. 일 실시예에서, 전자기 빔(102)의 평균 전력 밀도는, 빔이 지향되는 부품(104)의 표면상의 한 지점에서, 예를 들면 약 10 KW/㎟ 내지 약 500 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 50 KW/㎟ 및 250 KW/㎟일 수 있다. 전자기 빔(102)의 피크 전력 밀도는, 부품(104)의 표면상의 한 지점에서 예를 들면 약 300 KW/㎟ 내지 약 350 KW/㎟의 범위 이내, 예컨대 330 KW/㎟일 수 있다.
일 실시예에서, 예열 스캐닝 단계는 텍스처화 프로세스가 막 실행되려하는 영역의 표면을 용융시키도록 이 영역을 가열하는 전자기 빔(102)을 패턴대로 이 영역의 표면에 걸쳐서 이동시키고 초점을 이탈시킴으로써 실행될 수 있다. 그 후, 텍스처화 프로세스는 그 패턴대로 예열된 영역의 표면에 걸쳐서 전자기 빔(102)을 이동시키고 초점을 다시 맞춤으로써 실행될 수 있다. 초점 이탈 예열 프로세스중에 사용되는 프로세스 파라미터들은 희망 예비 세정 온도, 빔(102)이 부품(104)의 표면에 걸쳐서 이동되는 속도, 및/또는 텍스처화되기 전에 예열되는 부품 재료에 좌우될 수 있다.
일 실시예에서, 나선형 패턴을 형성하는 전자기 빔(102)이 사용될 수 있다. 전자기 빔(102)은 표면을 희망 깊이로 용융시키기에 충분한 속도 및 에너지 밀도로, 홀과 같은 피처(408)가 생성되는 외측 영역(404)의 표면을 예열할 수 있다. 나선이 팽팽해지면, 전자기 빔(102)의 속도는 피처(408)를 형성하는 중심 또는 내측 영역(406)을 용융시키도록 감속된다.
열 개스킷 (Thermal Gasket)
본 명세서에 기재된 실시예들은 본 명세서에 기재된 실시예에 따라 형성된 변형된 표면을 갖는 개스킷과 같은 부품을 더 제공한다. 부품의 실시예들은 고(high) 진공 처리 챔버들, 전자 시스템들, 전력 발생 시스템들, 자동차 엔진, 냉각 시스템들, 조명 시스템들 및 부품 사이에서 열이 전달될 필요가 있는 곳이면 어느 곳이라도 포함하지만 이에 제한되지는 않는 시스템들 내에 위치되는 부품들 사이의 열 전달을 위해 사용될 수 있다.
볼트로 함께 조여진 부품들은 통상적으로 볼트 위치들을 바로 옆에서 둘러싸는 영역에 허용 가능한 열 전달을 나타낸다. 그러나 각각의 볼트를 바로 옆에서 둘러싸는 구역들에 허용 가능한 열 전달이 존재하지만, 볼트 위치들 사이의 공간들에는 열등한 열 전달이 존재한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 높은 열전도율을 갖는 금속을 포함하고 부품들 사이에 우수한 열 전달 및 등각 접촉부를 보장하도록 변형된 개스킷과 같은 컴플라이언트 부품(compliant component)을 제공한다.
도 5a는 본 명세서에 기재된 실시예들에 따른 부품의 사시도를 도시하고, 도 5b는 도 5a의 부품의 부분 측면도를 도시한다. 일 실시예에서, 금속을 포함하는 개스킷과 같은 부품(500)이 제공된다. 이 부품(500)은 환형 본체(502)를 포함하며, 이 환형 본체(502) 상에는 다수의 피처(504)가 형성된다. 일 실시예에서, 피처들은 돌출부들(506) 및 함몰부들(508)을 포함한다. 일 실시예에서, 돌출부들(506)은 약 200 마이크로미터 내지 약 2000 마이크로미터의 폭을 갖는다. 다른 실시예에서, 돌출부들은 약 500 마이크로미터 내지 약 1,000 마이크로미터의 폭을 갖는다. 다른 실시예에서, 돌출부들은 개스킷 주위에 부분들(parts)을 클램핑(clamping)하는 동안 개스킷이 휘어지고 정합하는 능력을 보장하고 금속의 단련도를 감소시키는 완전 연질 상태(dead-soft state)에서 형성된다.
돌출부들(506)의 형성은 돌출부들을 둘러싸는 금속에서의 함몰부들(508)의 형성과 관련되어서, 돌출부들(506)은 이 둘러싸는 부분들이 함께 클램핑될 때 함몰부(508)가 들어가게(drop into) 한다. 돌출부들(506) 및 함몰부들(508)은 임의의 형상일 수 있다. 피처들(504)은 조립된 부분들의 반복 가능한 스택 높이(stack height)를 보장하도록 통제된 압축으로 개스킷을 휘어지도록 맞춰질 수 있다. 돌출부들(506) 및 함몰부들(508)은 부품의 한 위치로부터 다른 위치로 금속을 이동시키기에 충분한 전력의 스캐닝 전자 빔을 사용하여 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 개스킷 재료는 알루미늄, 구리, 납, 스틸, 주석, 이들의 합금들 및 이들의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 개스킷 재료는 프로세스 화학물질들과 양립 가능한 임의의 금속 재료를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은, 유리하게 부품의 표면들에서 최종 텍스처의 품질을 향상시키고 그에 대응하여 미립자 오염을 감소시키는, 부품의 표면의 변형 이전에 전자기 빔을 사용하는 표면 처리 방법을 제공한다.
전술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 여타 실시예들이 안출될 수 있으며, 본 발명의 범주는 이어지는 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품(component)의 표면에 텍스처(texture)를 제공하는 방법으로서:
    상기 부품의 표면상에 복수의 영역들을 규정하는 단계 - 상기 복수의 영역들 중 각각의 영역은 복수의 셀들을 포함함 - ;
    상기 복수의 영역들 중 제1 영역으로 전자기 빔을 이동시키는 단계;
    상기 전자기 빔을 초점 이탈시키는(defocusing) 단계;
    상기 제1 영역의 표면을 가열하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 초점 이탈된 전자기 빔을 스캐닝하는 단계 - 상기 제1 영역의 표면을 가열하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 초점 이탈된 전자기 빔을 스캐닝하는 단계는 상기 제1 영역의 표면을 사전결정된 깊이까지 용융시키는 것을 포함함 - ;
    상기 전자기 빔의 초점을 다시 맞추는(refocusing) 단계; 및
    상기 복수의 셀들 중 각각의 셀에 피처를 형성하도록 상기 제1 영역의 가열된 표면에 걸쳐서, 초점이 다시 맞추어진 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    요구된 양의 부품이 텍스처링 될 때까지,
    전자기 빔을 이동시키는 단계, 전자기 빔을 초점 이탈시키는 단계, 상기 표면을 가열하도록 초점 이탈된 전자기 빔을 스캐닝하는 단계, 전자기 빔의 초점을 다시 맞추는 단계, 및 상기 표면 상의 상기 복수의 셀들 중 각각의 셀에 피처를 형성하도록 초점이 다시 맞추어진 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를
    영역 단위로(region-by-region) 반복하는 것을 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 영역들 중 제2 영역으로 상기 전자기 빔을 이동시키는 단계;
    상기 전자기 빔을 초점 이탈시키는 단계;
    상기 제2 영역의 표면을 가열하도록 상기 제2 영역의 표면에 걸쳐서 초점 이탈된 전자기 빔을 스캐닝하는 단계;
    상기 전자기 빔의 초점을 다시 맞추는(refocusing) 단계; 및
    피처를 형성하도록 상기 제2 영역의 가열된 표면에 걸쳐서, 초점이 다시 맞추어진 전자기 빔을 스캐닝하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    피처를 형성하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝되는 상기 초점이 다시 맞추어진 전자기 빔의 전력 밀도는(power density), 상기 제1 영역을 가열하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 스캐닝되는 상기 초점 이탈된 전자기 빔의 전력 밀도보다 더 큰,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역을 가열하도록 상기 제1 영역의 표면에 걸쳐서 전자기 빔을 스캐닝하는 단계는, 상기 전자기 빔이 상기 영역의 상기 표면을 상기 사전결정된 깊이까지 용융시키도록, 상기 부품에 대해 상대적인 이동 속도로 상기 전자기 빔을 이동시키는 단계를 포함하는,
    반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 부품에 대해 상대적인 이동 속도는 10m/s 내지 100m/s인,
    반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    피처를 형성하도록 상기 제1 영역의 가열된 표면에 걸쳐서 상기 초점이 다시 맞추어진 전자기 빔을 스캐닝하는 단계는 0.5m/s 내지 4m/s의 이동 속도로 상기 전자기 빔을 이동시키는 단계를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 부품은 스틸, 스테인리스 스틸, 탄탈, 텅스텐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 사파이어 (Al2O3), 산화 이트륨(yttria), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 부품은 금, 은, 알루미늄 실리콘, 게르마늄, 게르마늄 실리콘, 붕소 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 산화 이트륨, 이트륨 산화물, 및 이들의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    형성된 피처들은 함몰부들, 돌출부들 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 방법은 진공 챔버 내에서 실행되어서, 제거된 증착물들이 다른 표면들상에 재증착되거나 진공 펌프에 의해 진공 챔버로부터 제거되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    각각의 셀은, 피처가 형성되는 내부 영역 및 외부 영역을 갖는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.

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