KR102515494B1 - 비드 블라스팅을 이용하지 않는 표면의 텍스처라이징 - Google Patents

비드 블라스팅을 이용하지 않는 표면의 텍스처라이징 Download PDF

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데이비드 더블유. 그로쉘
젠 씨. 차우
투오추안 후앙
한 왕
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Abstract

반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 프로세싱 구역을 포함하는 인클로저; 프로세싱 구역에 배치된 지지부; 광자들의 스트림을 생성하기 위한 광자 광 소스; 광자 광 소스에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈; 및 렌즈를 포함한다. 광학 모듈은 광자 광 소스로부터 생성된 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성하기 위한 빔 변조기; 및 컴포넌트의 표면에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하기 위한 빔 스캐너를 포함한다. 렌즈는 빔 스캐너로부터 광자들의 빔을 수용하고, 그리고 컴포넌트 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 컴포넌트의 표면에 걸쳐 약 345 nm 내지 약 1100 nm의 범위의 파장으로 광자들의 빔을 분배하기 위해 사용된다.

Description

비드 블라스팅을 이용하지 않는 표면의 텍스처라이징
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면을 텍스처라이징(texturize)하기 위한 방법, 시스템, 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로 디바이스들이 계속해서 감소된 치수들로 제작됨에 따라, 이들 디바이스들의 제조는 오염으로 인해 수율들이 더 감소되기 쉽게 된다. 결과적으로, 집적 회로 디바이스들, 특히, 더 작은 물리적 사이즈들을 갖는 집적 회로 디바이스들을 제작하는 것은 이전에 필요한 것으로 고려된 정도보다 더 많은 정도로 오염이 제어될 것을 요구한다.
[0003] 집적 회로 디바이스들의 오염은 박막 증착, 에칭, 또는 다른 반도체 제작 프로세스들 동안 기판 상에 충돌하는 바람직하지 않은 스트레이(stray) 입자들과 같은 소스들로부터 발생할 수 있다. 일반적으로, 집적 회로 디바이스들의 제조는, PVD(physical vapor deposition) 스퍼터링 챔버들, CVD(chemical vapor deposition) 챔버들, 및 플라즈마 에칭 챔버들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 챔버들의 사용을 포함한다. 증착 및 에칭 프로세스들의 과정 동안, 재료들은 흔히, 가스 상으로부터 챔버의 다양한 내부 표면들 및 챔버 내에 배치된 챔버 컴포넌트들의 표면들 상에 응축된다. 재료들이 가스 상으로부터 응축될 때, 재료들은 챔버 및 컴포넌트 표면들 상에 있는 고체 덩어리(solid mass)들을 형성한다. 이러한 응축된 이물질은 표면들 상에 축적되고, 웨이퍼 프로세스 시퀀스 동안에 또는 웨이퍼 프로세스 시퀀스 중간에 표면들로부터 분리되거나 또는 박편화되어 떨어지기 쉽다. 이러한 분리된 이물질은 웨이퍼 및 그 웨이퍼 상에 형성된 디바이스들 상에 충돌하여 이들을 오염시킬 수 있다. 오염된 디바이스들은 빈번하게 폐기되어야 하고, 이에 의해, 프로세스의 제조 수율이 감소된다.
[0004] 형성된 이물질의 분리를 방지하기 위해, 챔버의 내부 표면들 및 챔버 내에 배치된 챔버 컴포넌트들의 표면들에 특정 표면 텍스처(texture)가 제공될 수 있다. 표면 텍스처는, 이들 표면들 상에 형성되는 이물질이 표면에 대한 향상된 접착력을 가져서 이물질이 분리되어 웨이퍼를 오염시킬 가능성이 더 낮아지도록 구성된다. 표면 텍스처의 핵심 파라미터는 표면 거칠기이다.
[0005] 하나의 일반적인 텍스처라이징 프로세스는 비드 블라스팅(bead blasting)이다. 비드 블라스팅 프로세스에서, 텍스처라이징될 표면을 향해 고체 블라스팅 비드들이 추진된다. 텍스처라이징될 표면을 향해 고체 블라스팅 비드들이 추진될 수 있게 하는 하나의 방식은 가압된 가스에 의한 것이다. 고체 블라스팅 비드들은 적합한 재료, 예컨대, 알루미늄 산화물, 유리, 실리카, 또는 경질 플라스틱들로 제조된다. 원하는 표면 거칠기에 따라, 블라스팅 비드들은 다양한 사이즈들 및 형상들로 이루어질 수 있다.
[0006] 그러나, 비드 블라스팅 프로세스의 균일성 및 반복성을 제어하는 것은 어려울 수 있다. 더욱이, 비드 블라스팅 프로세스 동안, 텍스처라이징되는 표면이 첨예하고 들쭉날쭉하게 될 수 있고, 그에 따라, 고체 블라스팅 비드들의 충돌로 인해 표면의 팁(tip)들이 파손되어 떨어져, 오염의 소스가 도입될 수 있다. 부가하여, 블라스팅 비드들은 비드 블라스팅 프로세스 동안 표면 내에 포획(entrap) 또는 매립될 수 있다. 예컨대, 텍스처라이징되는 표면이 다양한 폭의 작은 관통-홀(through-hole)을 포함하는 경우(예컨대, 가스 분배 샤워헤드), 블라스팅 비드는 관통-홀 내에 포획될 수 있다. 그러한 상황에서, 블라스팅 비드는, 예컨대, 관통-홀이 가스 통로로서 기능하는 것을 방지할 뿐만 아니라 웨이퍼에 대한 오염의 잠재적인 소스를 도입한다.
[0007] 챔버 표면을 텍스처라이징하기 위해 전자기 빔이 또한 사용될 수 있다. 챔버 표면을 텍스처라이징하기 위해 전자기 빔을 사용하는 것은 비드 블라스팅과 연관된 위에서 확인된 문제들 중 일부를 극복할 수 있다. 그러나, 전자기 빔은 산란을 방지하기 위해 진공 하에서 동작되어야만 한다. 산란은 전자기 빔 내의 전자들이 공기 또는 다른 가스 분자들과 상호작용할 때 발생할 수 있다. 결과적으로, 전자기 빔은 진공 챔버 내에서 동작되어야만 한다. 진공 챔버에 대한 필요성은 텍스처라이징될 수 있는 컴포넌트들의 사이즈를 제한하는데, 이는 컴포넌트가 진공 챔버 내에 피팅(fit)되는 것이 가능해야만 하기 때문이다. 더욱이, 전자기 빔을 동작시키는 것과 연관된 자본 비용들은 비드 블라스팅 프로세스와 연관된 자본 비용들보다 상당히 더 높다. 예컨대, 진공 챔버에 대한 필요성은 전자기 빔을 이용하여 표면을 텍스처링하는 것과 연관된 비용들을 증가시킨다.
[0008] 따라서, 전자기 빔의 사용과 연관된 자본 비용들 및 사이즈 제약들을 피하면서, 비드 블라스팅과 연관된 문제들을 극복하는 개선된 텍스처라이징 프로세스가 필요하다.
[0009] 본 개시내용의 일 구현은 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 주변 공기 또는 질소를 통해 컴포넌트의 표면으로 광자들의 빔을 지향시키는 단계; 및 컴포넌트의 표면의 제1 구역에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하여, 제1 구역 내의 표면 상에 복수의 피처(feature)들을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서, 형성된 피처들은 함몰부(depression)들, 돌출부(protuberance)들, 또는 이들의 조합들이다.
[0010] 본 개시내용의 다른 구현은 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 대체로 대기압과 동등한 압력을 갖는 분위기에서 컴포넌트의 표면으로 광자들의 빔을 지향시키는 단계; 및 컴포넌트의 표면의 제1 구역에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하여, 제1 구역 내의 표면 상에 복수의 피처들을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서, 형성된 피처들은 함몰부들, 돌출부들, 또는 이들의 조합들이다.
[0011] 본 개시내용의 다른 실시예는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트이다. 컴포넌트는 제1 구역 내의 표면 상의 복수의 피처들을 포함하며, 여기서, 형성된 피처들은 함몰부들, 돌출부들, 또는 이들의 조합들이다. 피처들은 컴포넌트의 표면에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝함으로써 형성된다.
[0012] 본 개시내용의 다른 실시예는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템이다. 시스템은, 프로세싱 구역을 포함하는 인클로저(enclosure); 프로세싱 구역에 배치되고, 지지 표면을 포함하는 지지부; 광자들의 스트림을 생성하기 위한 광자 광 소스; 광자 광 소스로부터 광자들의 스트림을 수용하기 위해, 광자 광 소스에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈; 및 렌즈를 포함한다. 광학 모듈은 광자 광 소스로부터 생성된 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성하기 위한 빔 변조기; 및 컴포넌트의 표면에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하기 위한 빔 스캐너를 포함한다. 렌즈는 빔 스캐너로부터 광자들의 빔을 수용하고, 그리고 컴포넌트 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 컴포넌트의 표면에 걸쳐 약 345 nm 내지 약 1100 nm의 범위의 파장으로 광자들의 빔을 분배하기 위해 사용된다.
[0013] 본 개시내용의 다른 실시예는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법이다. 방법은, 광자들의 스트림을 생성하는 단계; 광자들의 스트림을 빔으로 성형(shape)하는 단계; 대체로 대기압과 동등한 압력으로 주변 공기 또는 질소의 가스 농도를 포함하는 프로세싱 구역을 통해 컴포넌트의 표면을 향하여 광자들의 빔을 스캐닝하는 단계; 및 컴포넌트의 표면 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 컴포넌트의 표면에 걸쳐 광자들의 빔을 분배하는 단계를 포함한다.
[0014] 추가로, 본 개시내용의 또 다른 실시예는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템이다. 시스템은, 대체로 대기압과 동등한 압력을 갖는 Class 1 환경으로 유지되는 프로세싱 구역을 포함하는 인클로저; 프로세싱 구역에 배치되고, 지지 표면을 포함하는 지지부; 광자들의 스트림을 생성하기 위한 광자 광 소스; 광자 광 소스로부터 광자들의 스트림을 수용하기 위해, 광자 광 소스에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈; 및 렌즈를 포함한다. 광학 모듈은 광자 광 소스로부터 생성된 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성하기 위한 빔 변조기; 및 컴포넌트의 표면에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하기 위한 빔 스캐너를 포함한다. 렌즈는, 빔 스캐너로부터 광자들의 빔을 수용하고, 그리고 컴포넌트 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 컴포넌트의 표면에 걸쳐 약 345 nm 내지 약 1100 nm의 범위의 파장으로 광자들의 빔을 분배하기 위해, 프로세싱 구역에 배치된다.
[0015] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 구현들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구현들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 구현들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 한다.
[0016] 도 1은 본 개시내용에 따른, 레이저 머신 및 지지 시스템의 개략도를 예시한다.
[0017] 도 2는 본 개시내용에 따른, 레이저 머신 및 지지 시스템의 대안적인 개략도를 예시한다.
[0018] 도 3은 본 개시내용에 따른 가스 분배 샤워헤드의 평면도를 예시하며, 텍스처라이징될 구역은 경계 라인들에 의해 마킹된다.
[0019] 도 4는 본 개시내용에 따른, 레이저 머신 및 지지 시스템을 동작시키는 방법을 위한 프로세스 시퀀스를 예시한다.
[0020] 도 5 및 도 6은 반복 랜덤 형태의 표면 모폴로지(morphology)를 예시하며, 표면 모폴로지는 본 개시내용에 따른 레이저 머신에 의해 생성된다. 도 5는 표면 모폴로지를 도시하는 사시도를 예시하고, 도 6은 표면 모폴로지를 도시하는 평면도를 예시한다.
[0021] 도 7 및 도 8은 반복 파 형태의 표면 모폴로지를 예시하며, 표면 모폴로지는 본 개시내용에 따른 레이저 머신에 의해 생성된다. 도 7은 표면 모폴로지를 도시하는 사시도를 예시하고, 도 8은 표면 모폴로지를 도시하는 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0022] 도 9 및 도 10은 반복 정사각형 형태의 표면 모폴로지를 예시하며, 표면 모폴로지는 본 개시내용에 따른 레이저 머신에 의해 생성된다. 도 9는 표면 모폴로지를 도시하는 사시도를 예시하고, 도 10은 표면 모폴로지를 도시하는 평면도 및 측면도를 예시한다.
[0023] 도 11은 본 개시내용에 따른, 레이저 머신 및 레이저 디바이스의 개략도를 예시한다.
[0024] 도 12는 본 개시내용에 따른, 레이저 머신 및 레이저 디바이스의 대안적인 개략도를 예시한다.
[0025] 도 13은 비드 블라스팅 프로세스 및 본 개시내용에 따른 프로세스를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들의 결과들을 비교하는 그래프 도면을 도시한다.
[0026] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 구현들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0027] 특허 또는 출원 파일은 컬러로 이루어진 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면(들)을 갖는 이 특허 또는 특허 출원 공보의 사본들은 요청 및 필요한 비용의 지불 시에 사무국에 의해 제공될 것이다.
[0028] 본원에서 설명되는 구현들은 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 대해 텍스처라이징 프로세스를 수행하기 위해, 레이저에 의해 생성되는 광자들의 빔을 활용한다. 광자들의 빔이 컴포넌트의 표면으로 지향되고, 표면의 구역에 걸쳐 스캐닝되어 복수의 피처들이 형성된다. 표면 상에 형성된 피처들은 함몰부들, 돌출부들, 및/또는 이들의 조합들을 포함한다. 광자들의 빔은, 원하는 표면 모폴로지를 형성하기 위해, 세기가 감소될 수 있고, 그리고/또는 디포커싱(defocus)될 수 있고, 그리고/또는 특정 이동 속도로 스캐닝될 수 있다.
[0029] 도 1은 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하기 위해 사용될 수 있는 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)의 개략도를 도시한다. 컴포넌트(104)는, 예컨대, 가스 분배 샤워헤드, 챔버 벽, 또는 정전 척일 수 있다. 레이저 머신(100)은 전력 공급부(106), 제어기(108), 및 레이저 디바이스(116)를 포함한다. 레이저 디바이스(116)는 광자들의 빔(112)을 출력한다. 제어기(108)는 광자들의 빔(112)을 변조 및 스캐닝하기 위해 변조기 및/또는 스캐너를 포함할 수 있다. 레이저 머신은 광자들의 빔(112)을 펄싱하기 위해 펄스 공급 유닛을 더 포함할 수 있다. 광자들의 빔(112)을 펄싱하는 것은 컴포넌트(104)의 표면(103)에 가해지는 열의 양을 최소화하는 것을 도울 수 있다. 부가하여, 광자들의 빔(112)을 펄싱하는 것은 컴포넌트(104)의 표면(103)의 반사율의 결과로서 발생되는 문제들을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 본원에서 개시되는 실시예들은 약 60 μin 내지 약 360 μin의 거칠기 프로파일(Ra)의 산술 평균을 갖도록 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하기 위해 활용될 수 있다.
[0030] 컴포넌트(104)는 재료, 이를테면, 금속 또는 금속 합금, 세라믹 재료, 폴리머 재료, 복합 재료, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 컴포넌트(104)는, 강철, 스테인리스 강, 탄탈럼, 텅스텐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 사파이어(Al2O3), 실리콘 질화물, 이트리아, 이트륨 산화물, 및 이들의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 일 구현에서, 컴포넌트(104)는 금속 합금들, 이를테면, 오스테나이트-타입 스테인리스 강들, 철-니켈-크롬 합금들(예컨대, InconelTM 합금들), 니켈-크롬-몰리브덴-텅스텐 합금들(예컨대, HastelloyTM), 구리 아연 합금들, 크롬 구리 합금들(예컨대, 밸런스(balance) Cu를 갖는 5% 또는 10% Cr) 등을 포함한다. 다른 구현에서, 컴포넌트는 석영을 포함한다. 컴포넌트(104)는 또한, 폴리머들, 이를테면, 폴리이미드(VespelTM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(ArdelTM) 등을 포함할 수 있다. 또 다른 구현에서, 컴포넌트(104)는 재료, 이를테면, 금, 은, 알루미늄 실리콘, 게르마늄, 게르마늄 실리콘, 붕소 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 탄화물, 이트리아, 이트륨 산화물, 비-폴리머들, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
[0031] 지지 시스템(102)은 레이저 머신(100)의 하류에 포지셔닝될 수 있다. 지지 시스템(102)은 컴포넌트(104)를 지지하기 위한 이를테면 하나 이상의 실시예들에서의 기판 지지부와 유사한 지지부(122)를 포함한다. 지지 시스템(102) 및 레이저 머신(100)은, 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)이 컴포넌트(104)의 표면(103)으로 지향되도록, 서로에 대하여 포지셔닝된다. 도 1에 예시된 본 개시내용의 일 구현에서, 레이저 머신(100)은 레이저 디바이스(116)의 출력의 포지션을 조정하기 위한 작동 수단(124)을 더 포함할 수 있다. 그러한 구현에서, 지지부(122)가 고정된 상태로 유지될 수 있고, 작동 수단(124)이 레이저 디바이스(116)의 출력의 포지션을 조정할 수 있음으로써, 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)이 표면(103)에 걸쳐 스캐닝되게 할 수 있다. 도 2에 예시된 본 개시내용의 대안적인 구현에서, 지지 시스템(102)은 지지부(122)를 이동시키기 위한 작동 수단(124)을 포함할 수 있다. 그러한 구현에서, 레이저 디바이스(116)의 출력이 고정된 상태로 유지될 수 있고, 작동 수단(124)이 지지부(122)의 포지션을 조정할 수 있음으로써, 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)이 표면(103)에 걸쳐 스캐닝되게 할 수 있다. 레이저 디바이스(116) 또는 지지부(122) 중 어느 하나의 포지션을 조정하기 위한 작동 수단(124)은, 예컨대, X-Y 스테이지, 연장 암, 및/또는 병진 이동 및/또는 회전 이동이 가능한 회전 샤프트를 포함할 수 있다.
[0032] 제어기(108)는 제어기가 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)과 연관된 다양한 파라미터들을 제어할 수 있게 하는 방식으로 레이저 디바이스(116)에 연결될 수 있다. 특히, 제어기(108)는, 적어도, 광자들의 빔(112)과 연관된 다음의 파라미터들: 파장, 펄스 폭, 반복 레이트, 이동 속도, 전력 레벨, 및 빔 사이즈를 제어하기 위해, 레이저 디바이스(116)에 연결될 수 있다. 광자들의 빔(112)과 연관된 이들 다양한 파라미터들을 제어할 수 있음으로써, 제어기(108)는 컴포넌트(104)의 표면(103) 상에 형성된 표면 모폴로지를 조정(dictate)할 수 있다. "이동 속도"는 광자들의 빔(112)이 이동되고 컴포넌트(104)가 고정되어 있는 구현, 및 광자들의 빔(112)이 고정되어 있고 컴포넌트가 이동되는 구현을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(108)는 또한, 제어기가 지지부(122)에 연결된 작동 수단(124)을 제어할 수 있게 하는 방식으로 지지 시스템(102)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 지지부(122)에 연결된 작동 수단(124)을 제어하기 위해, 이차 제어기가 지지 시스템(102)에 연결될 수 있다.
[0033] 제어기(108)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서(CPU) 중 하나일 수 있다. 컴퓨터는 임의의 적합한 메모리, 이를테면, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지를 사용할 수 있다. 다양한 지원 회로들이 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 커플링될 수 있다. 필요에 따라, 소프트웨어 루틴들이 메모리에 저장될 수 있거나, 또는 원격으로 위치된 제2 CPU에 의해 실행될 수 있다. 소프트웨어 루틴은, 실행될 때, 챔버 프로세스가 수행되도록 동작을 제어하는 특정 프로세스 컴퓨터로 범용 컴퓨터를 변환시킨다. 대안적으로, 본원에서 설명되는 구현은 애플리케이션 특정 집적 회로 또는 다른 타입의 하드웨어 구현으로서 하드웨어로 수행될 수 있거나, 또는 소프트웨어 또는 하드웨어의 조합으로 수행될 수 있다.
[0034] 레이저 머신(100)의 레이저 디바이스(116)는 약 3 W 내지 약 30 W의 범위의 전력 출력을 가질 수 있다. 대안적으로, 레이저 머신은 약 1 W 내지 약 150 W의 범위의 전력 출력을 가질 수 있다. 레이저 디바이스(116)는 또한, 광자들의 빔(112)을 펄싱하는 것이 가능할 수 있고, 광자들의 빔(112)과 연관된 파라미터들(예컨대, 파장, 펄스 폭, 펄스 주파수, 반복 레이트, 이동 속도, 전력 레벨, 및 빔 사이즈)을 변화시키는 것이 가능할 수 있으며, 이는 아래에서 더 논의된다. 레이저 머신(100)의 레이저 디바이스(116)는 상업적으로 입수가능한 레이저일 수 있다. 본 개시내용에 따를 수 있는 상업적으로 입수가능한 레이저 머신의 예는 Spectral Physics Quanta-Ray Laser의 IPG YLPP 레이저이다.
[0035] 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)은 텍스처라이징 프로세스를 수행하기 위해 진공 환경을 요구하지 않는데, 이는 레이저 디바이스(116)의 출력이 광자들의 빔(112)이기 때문이다. 따라서, 레이저 디바이스(116)의 출력은 텍스처라이징 프로세스를 수행하기 위해 전자-빔이 사용되는 종래의 전자기 빔 생성 시스템과 상이하다. 전자기 빔 시스템은 전형적으로, 주변 가스 원자들과 전자들의 상호작용 및 산란으로 인해 진공 환경(예컨대, 진공 챔버)을 요구하고, 그에 따라, 전자 빔의 정밀한 제어를 유지하기 위해 진공 환경이 필요하다. 위에서 논의된 바와 같이, 진공 환경의 요건은 전자기 빔 시스템을 사용하여 텍스처라이징될 수 있는 컴포넌트의 사이즈에 물리적 제약들을 부과하는데, 이는 컴포넌트가 진공 챔버 내에 피팅되는 것이 가능해야만 하기 때문이다. 부가하여, 진공 환경의 요건은 전자기 시스템의 복잡성을 증가시키는데, 이는 진공 챔버가 특수 장비(예컨대, 펌프, 센서들, 밀봉부들)를 포함해야만 하기 때문이다. 결과적으로, 전자기 빔 시스템들은 텍스처라이징 프로세스를 수행하기 위해 본 개시내용에서 논의되는 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)을 사용할 때 발생될 자본 비용보다 상당히 더 높은 자본 비용들을 갖는다.
[0036] 따라서, 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)은 광자들의 빔(112)이 통과하는 공기가 대략 78% 질소 및 대략 21% 산소인 주변 공기 환경에서 사용될 수 있다. 그러나, 일부 상황들에서, 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)을 산소-고갈(oxygen-depleted) 환경 내에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 상황에서, 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)은 주변 공기 대신에 질소 가스가 사용되는 챔버 내에 포지셔닝될 수 있다. 진공이 요구되지 않기 때문에, 챔버 내의 압력은 대기압으로 유지될 수 있다. "대기압"은 위치마다 상이할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 동안 컴포넌트(104)가 배치되는 구역 내의 압력은 조절되지 않을 수 있다.
[0037] 도 4는 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)을 동작시키는 방법을 위한 프로세스 시퀀스(200)를 도시하며, 프로세스 시퀀스(200)는 201에서 시작되고 209에서 종료된다. 박스(202)에서, 컴포넌트(104)가 지지부(122) 상에 포지셔닝된다. 박스(204)에서, 컴포넌트(104)의 표면(103) 상에 제1 구역(126)이 정의된다. 컴포넌트(104)가 복수의 관통-홀들(135)을 갖는 가스 분배 샤워헤드(133)인 도 3에 예시된 바와 같이, 제1 구역(126)은 제1 구역의 외측 경계들을 정의하는 제1 외측 경계(127)를 갖는다. 제1 외측 경계(127)는 제1 표면 영역을 정의한다. 컴포넌트(104)의 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비는 적어도 0.6일 수 있다. 컴포넌트(104)의 제2 표면 영역은 텍스처라이징되는 표면(103)의 제2 외측 경계(132)에 의해 정의된다. 따라서, 제2 표면 영역 내에 포지셔닝된 제1 표면 영역은 제2 표면 영역의 적어도 60%일 수 있다. 제1 및 제2 표면 영역들의 사이즈는 텍스처라이징되는 컴포넌트(104)의 형상 및 사이즈에 따라 변화될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 제1 표면 영역 대 제2 표면 영역의 비는 0.7, 0.8, 및/또는 0.9 초과일 수 있다.
[0038] 박스(206)에서, 레이저 머신(100)은 레이저 디바이스(116)가 광자들의 빔(112)을 출력하도록 전력 공급부(106)를 통해 전력을 공급받는다. 위에서 논의된 바와 같이, 레이저 머신(100)의 제어기(108)는 표면(103) 상의 원하는 텍스처에 따라 광자들의 빔(112)과 연관된 파라미터들을 변화시킬 수 있다. 일 구현에서, 광자들의 빔(112)은 약 345 nm 내지 약 1100 nm의 범위의 파장을 가질 수 있다. 다른 구현에서, 광자들의 빔은 자외선 광 범위(약 170 nm 내지 약 400 nm)의 파장을 가질 수 있다. 또 다른 구현에서, 광자들의 빔은 적외선 광 범위(약 700 nm 내지 약 1.1 mm)의 파장을 가질 수 있다. 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)은 제1 구역(126) 내의 포지션에 있는 컴포넌트(104)의 표면(103)을 향해 지향된다. 광자들의 빔(112)은 컴포넌트(104)의 표면(103)에서 약 7 μm 내지 약 75 μm의 범위의 빔 직경을 가질 수 있다. 대안적으로, 광자들의 빔(112)은 컴포넌트(104)의 표면(103)에서 약 2.5 μm 내지 약 100 μm의 범위의 빔 직경을 가질 수 있다. 일 구현에서, 광자들의 빔(112)에 의해 이동되는 작업 거리는 약 50 밀리미터 내지 약 1,000 밀리미터이다. 다른 구현에서, 광자들의 빔(112)에 의해 이동되는 작업 거리는 약 200 밀리미터 내지 약 350 밀리미터이다. 레이저 머신(100)의 레이저 디바이스(116)가 약 1 W 내지 약 150 W의 범위의 전력 출력을 가질 수 있기 때문에, 광자들의 빔(112)은 약 10x10-6 J 내지 약 400x10-6 J의 범위의 펄스 전력을 가질 수 있다. 광자들의 빔(112)은 약 10 ps 내지 약 30 ns의 범위의 펄스 폭을 가질 수 있다. 추가로, 광자들의 빔(112)은 일 실시예에서는 약 10 KHz 내지 약 200 KHz의 범위, 그리고 더 구체적으로, 다른 실시예에서는 약 10 KHz 내지 약 3 MHz의 범위의 펄스 반복 레이트를 가질 수 있다. 제어기(108)는 레이저 디바이스(116)의 펄스 폭 및/또는 펄스 반복 레이트를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
[0039] 박스(208)에서, 광자들의 빔(112)이 표면(103)의 제1 구역(126)에 걸쳐 스캐닝됨으로써, 표면 상에 복수의 피처들이 형성된다. 광자들의 빔(112)은, 이를테면 레이저 디바이스(116)로부터 광자들의 빔(112)이 펄싱되면서, 약 0.1 m/s 내지 약 30 m/s의 범위의 이동 속도로 표면(103)의 제1 구역(126)에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 도 5 내지 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 광자들의 빔(112)이 표면(103)의 제1 구역(126)에 걸쳐 스캐닝된 결과로서 형성된 피처들은 함몰부들, 돌출부들, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 제어기(108)는, 광자들의 빔(112)이 제1 구역(126)에 걸쳐 스캐닝되고 있을 때, 광자들의 빔(112)과 연관된 특정 파라미터들을 변화시키도록 프로그래밍될 수 있다. 예컨대, 제어기(108)는, 광자들의 빔(112)이 제1 구역(126)에 걸쳐 스캐닝되고 있는 동안, 광자들의 빔(112)을 펄싱할 수 있다. 일 구현에서, 제어기(108)는 약 0.2 ns 내지 약 100 ns의 범위의 펄스 폭을 갖도록 레이저 디바이스(116)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(108)는 약 400 fs 내지 약 200 ns의 범위의 펄스 폭을 갖도록 레이저 디바이스(116)를 제어할 수 있다.
[0040] 이러한 방식으로, 레이저 머신(100)은 제1 구역에 대한 전체 표면 모폴로지를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
[0041] 상황에 따라, 레이저 머신(100)은 제1 구역(126)에 대한 3개의 상이한 타입들의 표면 모폴로지들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 표면 모폴로지는 반복 랜덤 형태이며, 여기서, 반복 랜덤 형태는 돌출부들과 함몰부들의 조합을 생성한다. 복수의 돌출부들이, 예컨대, 평탄한 표면 및 볼록한 표면을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 5 및 도 6에서, 최저 함몰부로부터 최고 돌출부까지의 최고의 높이 변화는 약 4,000 nm 내지 약 4,500 nm의 범위이다. 표면 모폴로지가 반복 랜덤 형태이기 때문에, 돌출부들 및 함몰부들은 주기적인 파를 형성하지 않는다.
[0042] 반복 형태는 펄스 주파수 및 스캔 레이트를 동기화시킴으로써 달성될 수 있다. 펄싱 레이저 및 기판이 서로에 대하여 이동함에 따라, 레이저는 반복되는 간격으로 기판 표면에 영향을 미치는 복사를 방출하여 반복 형태를 생성한다. 반복 형태의 정확한 형상은 스캔 레이트에 대해 레이저 펄스들의 시간적 프로파일을 조정함으로써 조정될 수 있다. 스캔 레이트와 비교하여 매우 빠른 전력 램프 시간(power ramp time)을 갖는 레이저 펄스가 사용되는 경우, 램프-업(ramp-up) 또는 램프-다운(ramp-down) 동안 기판이 멀리 병진 이동하지 않기 때문에, 반복 형태는 실질적인 직사각형 프로파일의 경향이 있을 것이다. 램프 시간이 펄스 지속기간과 비교하여 매우 짧은 경우, 레이저 펄스의 시간적 프로파일이 실질적으로 평탄하기 때문에, 반복 형태는 또한, 실질적인 직사각형 프로파일의 경향이 있을 것이다. 스캔 레이트가 펄스 지속기간 또는 램프 시간과 비교하여 낮은 경우, 각각의 레이저 펄스에 의해 전달되는 광자들이 기판의 더 작은 구역에 집중되기 때문에, 반복 형태는 또한, 실질적인 직사각형 프로파일의 경향이 있을 것이다. 펄스 지속기간에 비하여 램프 시간 및/또는 스캔 레이트를 증가시키는 것은 형성되는 피처들의 더 둥글거나 또는 테이퍼링(taper)된 코너들을 생성할 것이다. 레이저 전력 공급부에 파형 생성기를 커플링시킴으로써, 레이저 펄스들 자체가 또한 변조될 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스들은 더 테이퍼링된 램프 레이트들, 및 심지어 정현파 시간적 프로파일들로 생성될 수 있다. 이러한 조치들은 파 형상의 경향이 있는 피처들을 생성할 것이다. 피처 피치는 스캔 레이트와 펄스 주파수의 관계에 의해 결정된다. 따라서, 피처 피치는 펄스 주파수를 조정함으로써 독립적으로 조정될 수 있으며, 이는 펄스 지속기간에 의해 하이 엔드(high end)에서 제한될 것이다.
[0043] 도 5 및 도 6에 도시된 반복 랜덤 형태의 Ra의 예는, 레이저 머신(100)의 전력 출력이 30 W이고, 컴포넌트(104)가 알루미늄이고, 빔 직경이 약 7 μm일 때, 약 60 μin이다. 레이저 머신(100)의 전력 출력 및 광자들의 빔(112)과 연관된 다양한 변수들에 따라 Ra 값이 변화될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 레이저 머신(100)을 사용하여 달성되는 반복 랜덤 형태는, 레이저 머신(100)의 사용으로 인해 비드 블라스팅 프로세스에 내재된 문제들의 일부가 방지되는 것을 제외하고, 비드 블라스팅 프로세스를 사용하여 달성될 수 있는 표면 모폴로지 및 Ra 값과 유사한 표면 모폴로지 및 Ra 값을 가질 수 있다. 예컨대, 컴포넌트(104)가 가스 분배 샤워헤드(133)(도 3에 개략적으로 예시됨)인 경우, 테이퍼링된 복수의 관통-홀들(135)이 있게 될 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 비드 블라스팅 프로세스는 텍스처링될 표면에 빠른 속도(velocity)로 복수의 비드들을 블라스팅하는 것을 수반한다. 결과적으로, 비드 블라스팅 프로세스와 연관된 제어 및 정밀도의 본질적인 결여가 있다.
[0044] 비드 블라스팅 프로세스에서 사용되는 비드들은 또한, 관통-홀들(135) 내에 포획 또는 매립될 수 있다. 부가적으로, 비드들은 관통-홀들(135)의 코너 또는 에지를 타격하여, 표면(103)을 텍스처라이징하는 것이 아니라 관통-홀들의 프로파일을 바람직하지 않게 변경할 수 있다. 반복 랜덤 형태 표면 모폴로지로 가스 분배 샤워헤드(133)를 텍스처라이징하기 위해 레이저 머신(100)을 사용하는 것은, 이 텍스처링 프로세스를 통해 달성될 수 있는 더 높은 정밀도로 인해, 샤워헤드(133) 내의 관통-홀들(135)의 경계 프로파일을 그렇게 크게 변경하지 않을 것이다. 레이저 머신(100)은 반복 랜덤 형태가 제1 외측 경계들(127) 내에서 계속해서 반복되도록 제1 구역(126) 내의 표면(103)을 텍스처라이징할 수 있다.
[0045] 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 표면 모폴로지는 반복 파 형태이며, 여기서, 반복 파 형태는 돌출부들과 함몰부들의 조합을 생성한다. 복수의 돌출부들이, 예컨대, 대체로 볼록한 표면을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 7 및 도 8에서, 최저 함몰부로부터 최고 돌출부까지의 최고의 높이 변화는 약 4,000 nm 내지 약 4,500 nm의 범위이다. 표면 모폴로지가 반복 파 형태이기 때문에, 돌출부들 및 함몰부들은 복수의 돌출부들 각각이 대체로 볼록하고 뾰족한 부분이 되는 주기적인 프로파일을 형성한다. 반복 파 형태와 연관된 주기적인 프로파일은 표면의 x-축과 표면의 y-축 둘 모두를 따라 표면(103)의 제1 구역(126) 전체에 걸쳐 반복된다.
[0046] 도 7 및 도 8에 도시된 반복 파 형태의 거칠기 프로파일(Ra)의 산술 평균의 예는, 레이저 머신(100)의 전력 출력이 30 W이고, 컴포넌트(104)가 알루미늄이고, 빔 직경이 약 7 μm일 때, 약 108 μin이다. 레이저 머신(100)의 전력 출력 및 광자들의 빔(112)과 연관된 다양한 변수들에 따라 Ra 값이 변화될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 반복 랜덤 형태와 달리, 반복 파 형태는 비드 블라스팅 프로세스를 사용하여 전형적으로 달성되는 표면 모폴로지와 상이하다. 레이저 머신(100)은 반복 파 형태가 제1 외측 경계들(127) 내에서 계속해서 반복되도록 제1 구역(126) 내의 표면(103)을 텍스처라이징할 수 있다.
[0047] 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 표면 모폴로지는 반복 정사각형 형태이며, 여기서, 반복 정사각형 형태는 돌출부들과 함몰부들의 조합을 생성한다. 복수의 돌출부들이, 예컨대, 대체로 평탄한 표면을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 9 및 도 10에서, 최저 함몰부로부터 최고 돌출부까지의 최고의 높이 변화는 약 4,000 nm 내지 약 4,500 nm의 범위이다. 표면 모폴로지가 반복 정사각형 형태이기 때문에, 돌출부들 및 함몰부들은 복수의 돌출부들 각각이 대체로 평탄한 부분이 되는 주기적인 프로파일을 형성한다. 반복 정사각형 형태와 연관된 주기적인 프로파일은 표면의 x-축과 표면의 y-축 둘 모두를 따라 표면(103)의 제1 구역(126) 전체에 걸쳐 반복된다.
[0048] 도 9 및 도 10에 도시된 반복 정사각형 형태의 거칠기 프로파일(Ra)의 산술 평균의 예는, 레이저 머신(100)의 전력 출력이 30 W이고, 컴포넌트(104)가 알루미늄이고, 빔 직경이 약 25 μm일 때, 약 357 μin이다. 레이저 머신(100)의 전력 출력 및 광자들의 빔(112)과 연관된 다양한 변수들에 따라 Ra 값이 변화될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 반복 정사각형 형태는 특히, 컴포넌트(104)가 정전 척일 때 적용가능할 수 있다. 도 9에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 반복 정사각형 형태 내의 돌출부들 및 함몰부들은 복수의 통로들을 생성한다. 복수의 통로들은, 예컨대, 웨이퍼 프로세싱 동안 정전 척의 최상부 상에 놓여 있는 실리콘 웨이퍼 아래에서 가스가 통로들을 통해 통과될 수 있게 한다.
[0049] 돌출부들의 최상부 표면들을 평탄화하는 것을 돕기 위해, 텍스처라이징 프로세스 후에 후속 폴리싱 프로세스가 수행될 수 있으며, 이에 의해, 웨이퍼 프로세싱 동안의 정전 척에 대한 실리콘 웨이퍼의 접착을 도울 수 있다. 폴리싱 프로세스 동안 평탄화되지 않은 컴포넌트(104)의 부분은 표면 거칠기를 보유할 것이고, 이에 의해, 웨이퍼 프로세싱 동안 복수의 통로들 내에 응축된 이물질의 분리의 방지를 보조할 것이다. 레이저 머신(100)은 반복 정사각형 형태가 제1 외측 경계들(127) 내에서 계속해서 반복되도록 제1 구역(126) 내의 표면(103)을 텍스처라이징할 수 있다.
[0050] 레이저 머신(100)의 사용과 연관된 다른 이점은, 프로세스의 박스(202) 전에, 텍스처라이징되는 컴포넌트(104)의 표면(103)이 정밀 사전-세정 프로세스를 거칠 필요가 없다는 것이다. 대신에, 컴포넌트(104)의 표면(103)을 탈지하기 위한 러프(rough) 사전-세정 프로세스만이 요구될 뿐이다. 이는 전자 빔의 고도로 반응적인 성질로 인해 정밀 사전-세정 프로세스가 일반적으로 요구되는 전자기 빔 시스템과 상이하다.
[0051] 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하기 위한 레이저 머신(100)의 사용과 연관된 또 다른 이점은, 박스(202) 후에, 전자기 빔 시스템이 사용되는 경우와 같이 진공 챔버 내의 압력을 펌프 다운(pump down)하는 부가적인 단계가 없다는 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 전자기 빔 시스템은 진공 환경 내에서 동작되고, 이에 의해, 환경의 압력이 펌프 다운되는 것이 요구된다. 산소-고갈 환경을 생성하는 목적을 위해 레이저 머신(100) 및 지지 시스템(102)이 챔버 내에 포지셔닝될 수 있지만, 환경 압력은 펌프 다운될 필요가 없다. 이러한 펌프 다운 단계가 제거되기 때문에, 레이저 머신(100)을 이용하여 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하는 데 요구되는 시간은 전자 빔을 이용하여 컴포넌트의 표면을 텍스처라이징하는 데 요구되는 시간보다 더 짧다. 이는, 전자기 빔 시스템을 사용하여 컴포넌트들의 표면을 텍스처라이징하는 것에 비해, 레이저 머신(100)을 이용하여 컴포넌트들의 표면을 텍스처라이징하는 것과 연관된 처리량을 증가시키는 것을 돕는다. 레이저 머신(100)과 연관된 처리량은 또한, 전자기 빔 시스템을 사용하는 것과 연관된 처리량보다 더 많은데, 이는 전자 빔이 복수의 피처들을 형성하기 위해 표면에 걸쳐 스캐닝될 수 있는 이동 속도가, 광자들의 빔(112)이 표면에 걸쳐 스캐닝될 수 있는 이동 속도보다 상당히 더 느리기 때문이다. 예컨대, 전자 빔의 이동 속도는, 표면을 텍스처라이징할 때, 약 0.02 M/s 내지 약 0.03 M/s의 범위이다. 위에서 논의된 바와 같이, 광자들의 빔(112)의 이동 속도는, 표면을 텍스처라이징할 때, 약 0.1 M/s 내지 약 300 M/s의 범위를 갖는다.
[0052] 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)을 활용하여 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하는 것과 연관된 다른 이점은, 레이저 디바이스(116)에 의해 출력되는 광자들의 빔(112)을 활용하여 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하는 것이, 예컨대, 비드 블라스팅 또는 전자 빔을 사용하는 것보다 더 깨끗한 프로세스를 발생시킬 수 있다는 것이다. 광자들의 빔(112)의 파장에 따라, 광자들의 빔이 지향되는 표면(103)의 재료는 표면을 개질(modify)하기 위해 주로 광학 복사(optical radiation) 또는 열 에너지를 수용할 수 있다. 광학 복사는 광자들의 빔이 지향되는 위치에 있는 컴포넌트(104)의 표면(103)을 용융시킴으로써, 용융된 재료 또는 슬래그(slag)를 생성하며, 그 용융된 재료 또는 슬래그는 재-응고될 때 함몰부 또는 돌출부를 생성한다. 용융된 재료와 연관된 운동 에너지가 최소화될 수 있기 때문에, 용융된 재료가 나머지 표면(103)으로부터 노킹(knock)되어 일부 다른 위치에 재증착될 가능성이 더 낮다. 이는 그렇지 않으면 발생할 수 있는 재-증착의 양을 감소시킨다. 반대로, 전자기 빔 시스템을 사용할 때, 텍스처라이징되는 컴포넌트에는 흔히, 전자 빔과 상호작용하는 전자들이 매립되어 상당한 에너지를 생성하고, 그로 인해, 용융된 재료의 적어도 일부가 나머지 표면으로부터 노킹되어, 그 결과, 재-증착의 가능성이 증가된다. 결과적으로, 광자들의 빔(112)을 이용하여 표면을 텍스처라이징하는 것은 전자 빔을 이용하여 표면을 텍스처라이징하는 것보다 더 깨끗한 프로세스를 발생시킬 수 있다.
[0053] 레이저 디바이스(116)에 의해 컴포넌트(104)의 표면(103)에 전달되는 광자들의 빔(112)이 컴포넌트(104)의 상당한 또는 현저한 왜곡(distortion)(예컨대, 용융, 뒤틀림, 균열 등)을 야기하도록 의도되지 않는다는 것이 유의되어야 한다. 컴포넌트(104)의 상당한 또는 현저한 왜곡은 텍스처라이징 프로세스의 적용으로 인해 컴포넌트(104)가 그 의도된 목적을 위해 사용되는 것이 가능하지 않은 상태로서 일반적으로 정의될 수 있다.
[0054] 도 11 및 도 12는 컴포넌트(104)의 표면(103)을 텍스처라이징하기 위해 사용될 수 있는 레이저 머신들(100)의 개략도들을 도시한다. 특히, 도 11 및 도 12는 레이저 머신(100) 및/또는 레이저 디바이스(116)에 대한 상이한 어레인지먼트(arrangement)들, 파트들, 및 엘리먼트들을 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 머신(100)은 컴포넌트(104)에 대하여 수직 배향을 가질 수 있거나, 또는 도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 디바이스(116)는 컴포넌트(104)에 대하여 수평 배향을 가질 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 컴포넌트(104)는 반도체 프로세싱 챔버에서 사용된다. 컴포넌트(104)는, 예컨대, 가스 분배 샤워헤드, 차폐부, 챔버 라이너, 커버 링, 클램프 링, 기판 지지 페데스탈(pedestal), 및/또는 정전 척일 수 있다. 따라서, 레이저 머신(100)에 의해 텍스처라이징된 후에, 컴포넌트(104)는 반도체 프로세싱 챔버의 컴포넌트로서 사용되며, 여기서, 웨이퍼들과 같은 반도체들이 반도체 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱된다.
[0055] 위에서 논의된 바와 같이, 레이저 디바이스(116)는 광자들의 빔을 출력하기 위해 사용된다. 도 11 및 도 12에서의 레이저 디바이스(116)는 광 소스(142), 이를테면 광자 광 소스, 광학 모듈(144), 및 렌즈(146)를 포함하는 것으로 도시되며, 이들 각각은 서로 동작가능하게 커플링된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 레이저 디바이스(116)가 광 소스(142), 광학 모듈(144), 및 렌즈(146)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 하나 이상의 다른 실시예들에서, 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 도 1 및 도 2에 도시된 전력 공급부(106) 및/또는 제어기(108)가 부가적으로 또는 대안적으로, 광 소스(142), 광학 모듈(144), 및/또는 렌즈(146)를 포함할 수 있다.
[0056] 광 소스(142)는 광의 소스, 그리고 특히 본 실시예에서는 광자들의 스트림을 생성하기 위해 사용된다. 광 소스(142)에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈(144)은 광 소스(142)로부터 광자들의 스트림을 수용하여, 광 소스(142)로부터의 광자들의 스트림을 성형, 지향, 또는 다른 방식으로 변조한다. 광학 모듈(144)은 빔 변조기 및 빔 스캐너를 포함하며, 빔 스캐너는 빔 변조기로부터 (광 소스(142)에 대하여) 하류에 포지셔닝된다. 빔 변조기는 광 소스(142)로부터 광자들의 스트림을 수용하여, 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성한다. 예컨대, 빔 변조기는 광 소스(142)로부터의 광자들의 스트림을 성형함으로써, 단일 초점을 갖는 광자들의 빔을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 빔 스캐너는 빔 변조기로부터 광자들의 빔을 수용하여, 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 광자들의 빔을 스캐닝하기 위해 사용된다. 따라서, 빔 스캐너는, 이를테면 전기기계식 액추에이터의 사용을 통해, 광자들의 빔의 방향을 이동, 편향, 및 다른 방식으로 제어하기 위해 사용된다.
[0057] 렌즈(146)는 광학 모듈(144)로부터, 그리고 더 구체적으로는 빔 스캐너로부터 광자들의 빔을 수용하여, 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 광자들의 빔을 분배하기 위해 사용된다. 광학 모듈(144)의 빔 변조기가 광자들의 스트림을 광자들의 단일 초점 빔과 같은 광자들의 빔으로 포커싱(focus)하기 위해 사용되기 때문에, 렌즈(146)는 미리 결정된 영역 또는 구역에 걸쳐 광자들의 빔을 디포커싱하여 동일하게 분배하기 위해 사용된다. 예컨대, 렌즈(146)는 약 355 mm2의 면적에 걸쳐 광자들의 빔을 분배하기 위해 사용될 수 있다. 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 분배된 광자들의 빔은 컴포넌트(104)의 표면(103) 상에 하나 이상의 텍스처라이징된 피처들, 이를테면, 컴포넌트(104)의 표면(103) 상의 함몰부들 및/또는 돌출부들을 형성하기 위해 사용된다.
[0058] 레이저 디바이스(116)는 레이저 디바이스(116)로부터 방출되어 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 스캐닝되는 광자들의 빔의 전력, 속도, 주파수, 방향, 분배, 및/또는 펄스(들)를 제어하기 위해 사용된다. 예컨대, 광 소스(142) 및/또는 광학 모듈(144)은 광자들의 빔이 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 스캐닝되는 동안 광자들의 빔을 펄싱하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 광학 모듈(144)의 빔 스캐너는 하나 이상의 미리 결정된 패턴들로 컴포넌트(104)의 표면(103)에 걸쳐 광자들의 빔을 지향 또는 스캐닝하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 빔 스캐너는 라인-바이-라인(line-by-line) 패턴, 스패로우(sparrow) 패턴, 및/또는 랜덤 패턴을 사용하여 광자들의 빔을 스캐닝하기 위해 사용될 수 있다. 스패로우 패턴은 컴포넌트(104)의 표면(103)의 중간 또는 중앙 구역에 대하여 아웃-투-인(out-to-in) 또는 인-투-아웃(in-to-out) 패턴으로 광자들의 빔을 스캐닝하는 것을 포함함으로써, 라인-바이-라인 패턴과 대조적으로 방사상 패턴으로 작업한다.
[0059] 레이저 디바이스(116)는 또한, 렌즈(146)로부터 컴포넌트(104)의 표면(103)을 향해 수직으로 또는 수평으로 광자들의 빔을 분배 및 스캐닝하기 위해 사용된다. 지지 표면(190)을 포함하는 지지부(122)가 레이저 머신(100)과 함께 사용되는 것으로 도시되며, 컴포넌트(104)는 렌즈(146)와 지지부(122) 사이에 포지셔닝된다. 지지 표면(190)은 지지부(122) 상에 컴포넌트(104)를 지지하기 위해 사용되고, 그에 따라, 컴포넌트(104)는, 광자들의 빔이 컴포넌트(104)의 표면(103)을 향해 수직으로 분배되는 도 11에 도시된 어레인지먼트에서, 지지부(122)의 지지 표면(190) 상에 포지셔닝된다. 지지부(122)의 지지 표면(190)은, 광자들의 빔이 컴포넌트(104)의 표면(103)을 향해 수평으로 분배되는 도 12에 도시된 어레인지먼트에서, 컴포넌트(104) 뒤의 배리어로서 사용된다. 도 12에 도시된 수평 어레인지먼트에 대한 이점은, 이를테면 재료가 용융될 때, 컴포넌트(104)의 표면(103)으로부터 재료를 끌어 당기기 위해 중력이 사용될 수 있다는 것이다. 이는 재료가 표면 상에 재증착 또는 형성될 수 있을 때보다 더 깨끗한 프로세스를 발생시킬 수 있다.
[0060] 여전히 도 11 및 도 12를 참조하면, 레이저 머신(100)과 함께 사용하기 위해 클린(clean) 인클로저(150) 또는 클린 컴파트먼트(compartment)가 포함된다. 클린 인클로저(150)는 일반적으로 프로세싱 구역(151)을 포함하며, 프로세싱 구역(151)에 지지부(122)가 배치된다. 예컨대, 컴포넌트(104)는 텍스처라이징 프로세스 동안 클린 인클로저(150) 내에 포지셔닝되며, 여기서, 클린 인클로저(150)의 프로세싱 구역(151)은 ISO 14644-1로부터의 분류 파라미터들에 따른 Class 1 환경으로 프로세싱 구역을 유지할 수 있는 여과 시스템을 포함한다. 추가로, 지지부(122), 및 레이저 디바이스(116)의 적어도 일부, 이를테면 렌즈(146)가 클린 인클로저(150) 내에 포지셔닝된다. 레이저 머신(100)이 비-가압(예컨대, 대기) 환경 내에서 사용되기 때문에, 클린 인클로저(150) 내의 압력은 대체로 대기압과 동등할 수 있거나 또는 대략 대기압일 수 있거나, 또는 압력이 조절되지 않을 수 있다. 대안적으로 그리고/또는 부가적으로, 클린 인클로저(150)는 산소, 물, 및/또는 다른 프로세스 오염물들을 제거하기 위해, 불활성 가스(예컨대, N2)로 퍼징(purge)될 수 있다. 부가적으로, 컨베이어가 컴포넌트(104)를 클린 인클로저(150) 내로 그리고 지지부(122) 상으로 도입하기 위해 사용될 수 있고, 그리고/또는 컨베이어가 지지부(122)로부터 그리고 클린 인클로저(150) 밖으로 컴포넌트(104)를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 그러한 실시예에서, 지지부(122)는 컨베이어를 포함할 수 있다. 대안적으로, 별개의 로봇 암 또는 유사한 메커니즘이 컨베이어로부터 컴포넌트(104)를 제거하는 것 및/또는 컨베이어 상에 컴포넌트(104)를 배치하는 것을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.
[0061] 도 13은 비드 블라스팅 프로세스(302)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 레이저 프로세스(304)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들, 및 반도체 프로세싱 챔버 내에서 사용되는 컴포넌트들에 대해 일반적으로 요구되는 사양(306)의 평균 원소 결과들을 비교하는 그래프 도면을 도시한다. x-축은 컴포넌트들 각각에서 테스트된 상이한 원소들(예컨대, 미량 금속(trace metal)들)을 제공하며, y-축은 원자/cm2의 단위들로 컴포넌트의 표면 상에서 발견되는 원소들의 양을 제공한다. 도시된 바와 같이, 레이저 프로세스(304)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트는 일반적으로, 사양(306)에 의해 요구되는 것들보다 더 적은 원소들 또는 미량 금속들을 가졌고, 또한, 일반적으로, 비드 블라스팅 프로세스(302)를 사용하여 텍스처라이징된 것들보다 더 적은 원소들 또는 미량 금속들을 가졌다. 예컨대, 비드 블라스팅 프로세스(302)에서 사용되는 비드들이 일반적으로 나트륨(Na)을 포함하기 때문에, 비드 블라스팅 프로세스(302)와 대조적으로, 레이저 프로세스(304)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들에 대한 나트륨의 양은 상당히 감소되었다. 레이저 프로세스(304)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들은 일반적으로 더 많은 양의 마그네슘(Mg)을 갖게 될 수 있지만, 이들 컴포넌트들은 후속하여, 과도한 마그네슘을 제거하기 위해, 희석된 산 및 고 순도수(예컨대, 고온 탈이온수)를 사용하여 세정될 수 있다. 따라서, 레이저 프로세스(304)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들은, 후속 반도체 프로세싱 동안, 약 50%일 것으로 예상될 수 있는 비드 블라스팅 프로세스(302)를 사용하여 텍스처라이징된 컴포넌트들과 비교하여 더 높은 수율들, 이를테면 약 95%를 발생시켰다.
[0062] 전술한 바가 본 개시내용의 구현에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (23)

  1. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처(texture)를 제공하기 위한 시스템으로서,
    프로세싱 구역을 포함하는 인클로저(enclosure);
    상기 프로세싱 구역에 배치되고, 지지 표면을 포함하는 지지부;
    광자들의 스트림을 생성하기 위한 광자 광 소스;
    상기 광자 광 소스로부터 상기 광자들의 스트림을 수용하기 위해, 상기 광자 광 소스에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈 ― 상기 광학 모듈은,
    상기 광자 광 소스로부터 생성된 상기 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성하기 위한 빔 변조기, 및
    상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 스캐닝하기 위한 빔 스캐너
    를 포함함 ―; 및
    상기 빔 스캐너로부터 상기 광자들의 빔을 수용하고, 그리고 상기 컴포넌트 상에 복수의 피처(feature)들을 형성하기 위해, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 345 nm 내지 1100 nm의 범위의 파장으로 상기 광자들의 빔을 분배하기 위한 렌즈
    를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 컴포넌트의 표면을 향해 수평으로 상기 광자들의 빔을 분배하도록 구성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 컴포넌트의 표면을 향해 수직으로 상기 광자들의 빔을 분배하도록 구성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 상기 렌즈와 상기 지지부 사이에 포지셔닝되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 빔 스캐너는, 라인-바이-라인(line-by-line) 패턴 또는 스패로우(sparrow) 패턴을 사용하여, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 스캐닝하도록 구성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 모듈은, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 스캐닝하는 동안, 상기 광자들의 빔을 펄싱하도록 구성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광자들의 빔은,
    7 μm 내지 100 μm의 범위의 빔 직경;
    10 ps 내지 30 ns의 범위의 펄스 폭; 및
    10 KHz 내지 200 KHz의 범위의 펄스 반복 레이트
    를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    형성된 상기 복수의 피처들은 함몰부(depression)들, 돌출부(protuberance)들, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  9. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법으로서,
    광자들의 스트림을 생성하는 단계;
    상기 광자들의 스트림을 광자들의 빔으로 성형(shape)하는 단계;
    대기압과 동등한 압력으로 주변 공기 또는 질소의 가스 농도를 포함하는 프로세싱 구역을 통해 상기 컴포넌트의 표면을 향하여 상기 광자들의 빔을 스캐닝하는 단계; 및
    상기 컴포넌트의 표면 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 분배하는 단계
    를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트의 표면 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 분배하는 단계 이후에 상기 컴포넌트와 상기 반도체 프로세싱 챔버를 조립(assemble)하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    광자들의 스트림을 생성하는 단계 이전에 Class 1 환경으로 유지되는 인클로저 내에 상기 컴포넌트를 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 분배하는 단계는, 상기 컴포넌트의 표면을 향해 수평으로 상기 광자들의 빔을 분배하는 단계를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 스캐닝하는 동안, 상기 광자들의 빔을 펄싱하는 단계를 더 포함하며,
    상기 광자들의 빔은 345 nm 내지 1100 nm의 범위의 파장을 포함하고, 형성된 상기 피처들은 함몰부들, 돌출부들, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  14. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템으로서,
    대기압과 동등한 압력을 갖는 Class 1 환경으로 유지되는 프로세싱 구역을 포함하는 인클로저;
    상기 프로세싱 구역에 배치되고, 지지 표면을 포함하는 지지부;
    광자들의 스트림을 생성하기 위한 광자 광 소스;
    상기 광자 광 소스로부터 상기 광자들의 스트림을 수용하기 위해, 상기 광자 광 소스에 동작가능하게 커플링된 광학 모듈 ― 상기 광학 모듈은,
    상기 광자 광 소스로부터 생성된 상기 광자들의 스트림으로부터 광자들의 빔을 생성하기 위한 빔 변조기, 및
    상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 상기 광자들의 빔을 스캐닝하기 위한 빔 스캐너
    를 포함함 ―; 및
    상기 빔 스캐너로부터 상기 광자들의 빔을 수용하고, 그리고 상기 컴포넌트 상에 복수의 피처들을 형성하기 위해, 상기 컴포넌트의 표면에 걸쳐 345 nm 내지 1100 nm의 범위의 파장으로 상기 광자들의 빔을 분배하기 위해, 상기 프로세싱 구역에 배치된 렌즈
    를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 컴포넌트의 표면을 향해 수평으로 상기 광자들의 빔을 분배하도록 구성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  16. 제4 항에 있어서,
    상기 프로세싱 구역은 Class 1 환경으로 유지되며, 상기 지지부의 상기 지지 표면 및 상기 렌즈는 상기 Class 1 환경 내에 포지셔닝되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 컴포넌트를 상기 Class 1 환경 내로 도입하거나 또는 상기 컴포넌트를 상기 Class 1 환경으로부터 제거하기 위한 컨베이어를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 프로세싱 구역은 대기압과 동등한 압력을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 컴포넌트와 상기 반도체 프로세싱 챔버를 조립하는 단계 이후에 상기 반도체 프로세싱 챔버 내에서 반도체를 프로세싱하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 포지셔닝하는 단계는, 상기 Class 1 환경 내로 상기 컴포넌트를 수송하기 위해 컨베이어를 사용하는 단계를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트의 표면은 하나 이상의 홀들, 제1 외측 경계에 의해 정의된 제1 표면 영역, 및 제2 외측 경계에 의해 정의된 제2 표면 영역을 포함하며,
    상기 제1 표면 영역은 상기 제2 표면 영역보다 더 작고,
    상기 복수의 피처들은 상기 제1 외측 경계 내에서 상기 컴포넌트 상에 형성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
  22. 제9 항에 있어서,
    상기 컴포넌트의 표면은 하나 이상의 홀들, 제1 외측 경계에 의해 정의된 제1 표면 영역, 및 제2 외측 경계에 의해 정의된 제2 표면 영역을 포함하며,
    상기 제1 표면 영역은 상기 제2 표면 영역보다 더 작고,
    상기 복수의 피처들은 상기 제1 외측 경계 내에서 상기 표면 상에 형성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하는 방법.
  23. 제14 항에 있어서,
    상기 컴포넌트의 표면은 하나 이상의 홀들, 제1 외측 경계에 의해 정의된 제1 표면 영역, 및 제2 외측 경계에 의해 정의된 제2 표면 영역을 포함하며,
    상기 제1 표면 영역은 상기 제2 표면 영역보다 더 작고,
    상기 복수의 피처들은 상기 제1 외측 경계 내에서 상기 컴포넌트 상에 형성되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 표면에 텍스처를 제공하기 위한 시스템.
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