TWI601223B - 延長使用期限之紋理腔室元件與製造之方法 - Google Patents
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Description
本發明之實施例大體係關於處理腔室元件及用於製造該等處理腔室元件之方法。
已將處理腔室元件粗糙化以增強沉積膜之保持,進而延長必須清潔腔室元件以防止薄膜自腔室元件剝落且成為污染源之時間。然而,由於為了將薄膜保持甚至更長時間間隔之目的,已將表面粗糙化至越來越大之表面粗糙度(RA),但是粗糙化表面之尖峰具有增加之折斷傾向,因此粗糙化表面之尖峰本身成為一種污染源且使許多高粗糙化表面不適合用於關鍵應用。
因此,存在對於改良之處理腔室元件之需要。
本發明提供了一種處理腔室元件及製造該處理腔室元件之方法。處理腔室元件係以本文所述之方式製造且該處理腔室元件包括在腔室元件之表面上產生至少一巨觀紋理。巨觀紋理係藉由在腔室元件之表面上以預界定取向排列之複數個設計特徵界定。在一些實施例中,設計特徵防止形成在特徵之間界定的視線表面以增強沉積在腔室元件上之薄膜之保持。
在一個實施例中,腔室元件包括具有巨觀紋理特徵及
微觀紋理表面粗糙度之表面。在另一實施例中,一種用於製造腔室元件之方法包括以下步驟:將抗蝕遮罩安置於半導體腔室元件之表面上,且經由形成於抗蝕遮罩中之開口將材料自半導體腔室元件移除以形成具有離散特徵之轉印圖案。在另一實施例中,腔室元件包括具有巨觀紋理特徵及微觀紋理表面粗糙度之表面,其中特徵具有圓邊。
在另一實施例中,提供具有經圖案化以增強沉積膜之保持之表面的製品,該製品包括具有自設計特徵形成之巨觀紋理表面之處理腔室元件,該等設計特徵經排列以防止橫跨紋理表面形成視線表面。
在另一實施例中,提供具有經圖案化以增強沉積膜之保持之表面的製品,該製品包括具有自設計特徵形成之巨觀紋理表面之處理腔室元件,該等設計特徵以防止橫跨紋理表面形成視線表面之預界定圖案排列,設計特徵以預界定圖案排列,形成紋理表面之設計特徵經微觀紋理化至大約100 RA至大約300 RA之表面光潔度。
在又一實施例中,提供一種用於製造半導體腔室元件之方法,該方法包括以下步驟:用遮罩覆蓋腔室元件之表面;且自腔室元件之表面移除材料以形成界定紋理表面之複數個設計特徵,設計特徵經排列以防止橫跨紋理表面形成視線表面。
本發明之實施例係關於延長處理腔室中之套組使用壽命的方法以及藉由該方法所製造之處理腔室元件。以本文所述方式製造之處理腔室元件包括在腔室元件之表面上產生至少一巨觀紋理,該巨觀紋理具有增強之薄膜保持,進而延長表面間隔且另外降低粒子污染。因此,新穎處理腔室元件有助於減少工具停機時間且降低擁有成本。可以預期,「處理腔室元件」包括用於處理腔室中之元件,該等處理腔室用於製造積體電路、平板顯示器、太陽能電池板、OLED、LED及上述各者之類似物。亦可預期,本文所述之紋理化技術可用在期望將薄膜保持至表面之其他應用中。
本發明之實施例涉及可選地結合微紋理珠粒噴擊,使用微影方法於處理套組表面(例如,腔室元件之表面)上故意產生巨觀紋理。可使用對薄膜特性之瞭解設計巨觀紋理以將保持薄膜之百分比最大化。在壓縮金屬薄膜之實例中,即使在薄膜破裂之情況下凹狀紋理亦可用以保持薄膜。此方法允許在處理套組部分上產生針對特定薄膜之特性調諧之圖案,以及產生無法吸收替代熱圖案化技術之熱負荷之圖案部分。用於紋理化處理腔室元件之方法亦避免是否值得製造高粗糙度塗層相關聯之挑戰。在一些情況下,已實質降低缺陷計數,而且實質延長套組使用壽命。此製程可潛在地用於處理腔室之所有缺陷敏感部分上。此方法對於不具有原位清潔能力之製程(例如,物理氣相沉積(physical vapor deposition;PVD)
腔室及一些金屬化學氣相沉積(chcmical vapor deposition;CVD)腔室)尤其有用。
第1圖為本發明之一個實施例之處理腔室元件100的巨觀紋理表面102之部分平面圖。巨觀紋理表面102包括具有設計特徵104之重複預界定圖案。術語「設計特徵」意謂利用遮罩或其他精密機械加工技術將特徵之大概形狀及排列轉印至腔室元件之表面,該遮罩或技術預界定自腔室元件之表面移除材料的位置以使得例如形成孔之預界定圖案,並且利用經由遮罩形成之孔之形狀及排列以界定特徵104之排列。舉例而言,不使用遮罩之表面蝕刻或珠粒噴擊無法形成設計特徵。設計特徵104至少部分地凹入腔室元件100之預紋理表面之下,例如,特徵104之頂部可與腔室元件100之預紋理表面實質共面。特徵104可相連地連接,或為離散形式。舉例而言,特徵104可為藉由自腔室元件100之預紋理表面移除材料以留下材料「柱」而形成之相連連接之凹部,如圖示於第2圖及第11圖中之示例性實施例所示;特徵104可為以分離在腔室元件之預紋理表面中形成之凹部區域的複數個互連側壁或脊部之形式的離散凹部,如第5圖及第9圖中所示之示例性實施例所示;或特徵104可為相連連接特徵及離散特徵之組合。在表面102中形成之特徵104可以重複圖案或以隨機方式排列。在一個實施例中,特徵104經排列以(例如)藉由以防止橫跨紋理表面102於特徵104之間形成視線表面之圖案或其
他排列來排列特徵104,從而避免在特徵104之間產生連續之平坦表面。以不具有在橫跨紋理表面102之特徵104之間界定的視線表面之圖案排列之特徵104的實例如下參照第9圖及第11圖圖示且描述。有利地,具有未在形成紋理表面102之特徵104之間界定視線表面之紋理表面102之處理腔室元件100消除了較長連續之線性表面,該等較長連續之線性表面對於沉積材料及/或易於脫落粒子之剝落較為敏感。因此,具有未在特徵104之間界定視線表面之紋理表面102之處理腔室元件100允許具有沉積膜剝落的降低風險之清潔之間較長的保養間隔,進而改良產品良率、降低維護要求,且操作利用紋理化處理腔室元件100之處理腔室更具經濟利益。
設計特徵104可應用於處理腔室元件100之容易性允許巨觀紋理表面102成為形成之表面,在該形成之表面處將不可能進行傳統紋理化或該傳統紋理化可潛在地損壞腔室元件。舉例而言,設計特徵104及巨觀紋理表面102可形成於處理腔室元件100上,該等處理腔室元件100自不銹鋼、鋁、陶瓷或其他可圖案化材料製造。
如上文所論述,特徵104可具有任意數目之幾何形狀,並且該等形狀不必均勻地橫跨紋理表面102。儘管特徵104在平面圖中圖示為圓形(亦即,圓柱體),但是特徵104可具有槽形、多角形或不規則形狀,等等。或者,在特徵104之間的間距可具有橫跨紋理表面102之均勻或不規則形狀、尺寸及分佈。
第2圖為第1圖之處理腔室元件100之紋理表面102的部分剖視圖。特徵104圖示為形成至紋理表面102中達深度200,且特徵104具有寬度或平均直徑202及平均間距204。由於紋理表面102在特徵形成之後經微觀紋理化,所以將特徵104視為巨觀紋理,如下文進一步論述。深度200可在100um至大約200um之範圍內,並且深度200甚至可能高達大約1mm深。寬度或平均直徑202可為大約100um至大約200um,且寬度或平均直徑202甚至可能高達大約1密爾寬。在一些實施例中,平均直徑202與深度200之比率可在自大約1.0:0.5至大約0.5:1.0之範圍變動。在一個實施例中,在特徵104之間的平均間距204可為至少大約0.5mm以允許用於良好黏著抗蝕遮罩之足夠表面面積(例如,保留於在相鄰特徵104之邊緣之間界定的紋理表面102上之網狀物208),在下文論述之該抗蝕遮罩可用於形成特徵104。
第3圖為第2圖之處理腔室元件100之紋理表面104的部分剖視圖,該部分剖視圖圖示安置在紋理表面104之網狀物208上之抗蝕遮罩300的一個實施例。抗蝕遮罩300經圖案化以形成開口302,特徵104經由該等開口302機械地及/或化學地形成於元件100中。在一個實施例中,經由抗蝕遮罩300之開口302,藉由珠粒噴擊處理腔室元件100將開口之形狀轉印至特徵104。在另一實施例中,經由抗蝕遮罩300之開口302,藉由濕式蝕刻或乾式蝕刻處理腔室元件100將開口之形狀轉印至
特徵104。以此方式,以預界定圖案形成離散特徵104之轉印圖案。抗蝕遮罩300可作為稍後經圖案化之一層液體或凝膠材料塗覆於處理腔室元件100上;或作為一片預成型抗蝕劑塗覆於處理腔室元件100上。
抗蝕遮罩300可使用微影術或其他適當技術圖案化以形成開口302。在一個實施例中,在紋理化之前將一層抗蝕劑材料圖案化於表面102上以使得抗蝕劑材料之部分變得脆化。當將抗蝕劑材料層珠粒噴擊時,抗蝕劑材料層之脆化部分破裂且分離以界定開口302,特徵104經由該等開口302藉由繼續珠粒噴擊現曝露表面102而機械地形成。在珠粒噴擊期間保留在表面上之抗蝕劑材料層之部分防止材料自處理腔室元件100移除,進而形成網狀物208。在另一實施例中,未顯影之抗蝕劑材料層之部分可藉由諸如電力清洗(power washing)之適當技術移除,以在抗蝕遮罩300中形成開口302。
在另一實施例中,用作抗蝕遮罩300之抗蝕劑材料層為一片抗蝕劑之形式,該片抗蝕劑可在塗覆於處理腔室元件100之表面102之前或之後經圖案化。舉例而言,一片抗蝕劑310可包括安置於襯底314上之抗蝕劑層312。片抗蝕劑310可包括壓敏黏著劑316,該壓敏黏著劑316用於將片抗蝕劑310固定至處理腔室元件100。片抗蝕劑310在耦合至處理腔室元件100之前或之後經圖案化。在一個實施例中,將藝術圖案應用至為光阻劑之片抗蝕劑300,將紫外線光經由藝術圖案曝露於抗蝕
劑300。執行化學蝕刻製程以移除未受抗蝕劑300保護之表面102以形成特徵104,並且可將剩餘抗蝕劑300剝離、清洗、乾式蝕刻掉等等。此製程有利地允許抗蝕劑300黏著至表面102以形成均勻特徵104。
在又一實施例中,將抗蝕劑層312(如在第4圖中另外所見,在附接至元件100之前,無具有開口302形成於襯底314中之該襯底314)在耦合至處理腔室元件100之前自片抗蝕劑310之其他部分分離。因為分離之抗蝕劑層312係高度撓性的,所以相比於塗覆整片抗蝕劑310,可將抗蝕劑層312較為容易且更加共形地塗覆於具有複雜或高度起伏狀之表面之處理腔室元件100的表面,進而防止遮罩層300起皺且允許特徵104之形狀得以更加精確地經由開口302形成。在無襯底314之抗蝕劑層312中之開放開口302可在耦合至處理腔室元件100之前或之後經圖案化。
第5圖及第6圖為處理腔室元件500之巨觀紋理表面502之另一實施例的部分剖視圖。特徵504實質如上所述形成於處理腔室元件500中,除在相鄰特徵504之間的抗蝕遮罩300下形成的網狀物208實質小於特徵504之外,以使得在紋理表面502上呈現之顯著結構為突起網狀物208,與凹部特徵504相反,諸如第2圖中所示。
巨觀紋理表面102、502可在塗覆抗蝕遮罩300之前或在移除抗蝕遮罩300之後視情況經微觀紋理化。微觀紋理可應用於特徵104、504之表面外形,且微觀紋理可藉
由珠粒噴擊腔室元件100、500之特徵104、504及網狀物208兩者機械地形成。在一個實施例中,本文所述之紋理表面102、502可經珠粒噴擊至大約100RA至大約300RA之表面光潔度。微觀紋理可視情況經由非機械法完成,諸如酸蝕刻、電漿處理或可產生適合之表面光潔度之其他適合之程序。
第9圖為處理腔室元件900之巨觀紋理表面902之另一實施例的部分剖視圖。形成巨觀紋理表面902之設計特徵104實質如上所述在處理腔室元件900之表面中形成,除在特徵104之間界定的結構904具有圓邊908之外,如較好地可見於第10圖中。結構904可為以藉由特徵104定界之材料柱之形式,該等特徵104藉由在產生紋理表面期間移除之材料形成。柱自處理腔室元件900延伸且該等柱可具有任何適合幾何輪廓,諸如圓柱形、多角形、橢圓形或其他適合形狀。自處理腔室元件900延伸之柱可橫跨紋理表面在形狀、尺寸及分佈方面一致,或可在形狀、尺寸及分佈之一或更多個者方面不同。柱可為離散的且與相鄰柱不連接,或兩個或兩個以上柱可經由網狀物材料連接。
在一個實施例中,圓邊908可在如上所述之化學蝕刻或珠粒噴擊製程期間有利地形成,如下參照第13A圖至第13E圖所述,或在無需後續珠粒噴擊之其他適合之製程期間形成。因為某些材料及薄腔室元件無法承受珠粒噴擊之熱量及應力,所以化學蝕刻允許結構904之特徵
104及圓邊908(但不限於腔室元件)具有小於0.1吋之厚度。在第9圖及第10圖中所示之實施例中,藉由特徵104界定之結構904以最密六方圖案排列,以使得於特徵之間不存在視線表面以增強紋理表面902之薄膜保持特性。舉例而言,如第10圖中所示,一個交錯位於另一個之後形成之結構904阻擋橫跨巨觀紋理表面902之視線,進而增強薄膜黏著力。
第11圖為根據本發明之另一實施例之處理腔室元件100的巨觀紋理表面1100之部分平面圖。設計特徵104在腔室元件100之表面中形成且藉由互連側壁1002分離,以使得無視線表面界定在橫跨紋理表面1100之側壁上。在一個實施例中,互連側壁1002形成複數個圓柱形、橢圓形或多角形形狀,例如,側壁1002可經排列以界定蜂房圖案。側壁1002之交叉1004可經圓化以降低在紋理表面1100及沉積於該紋理表面1100上之薄膜兩者上的應力。另外,藉由特徵104界定之側壁1002之外邊緣1006可在形成設計特徵104期間有利地圓化。在如上所述之化學蝕刻製程中,光阻劑並不完全地在藝術圖案之邊緣顯影,以便光阻劑在特徵104之化學或機械形成期間被侵蝕掉以產生如第12圖中所見之圓邊1006,以便不需要對邊緣圓化之後續噴擊。
設計特徵104在腔室元件100之表面中形成且藉由互連側壁1002分離,且設計特徵104可具有任何適合幾何輪廓,諸如圓柱形、多角形、橢圓形,或其他適合形狀。
在處理腔室元件100中形成之設計特徵104可橫跨巨觀紋理表面1100在形狀、尺寸及分佈方面一致,或可在形狀、尺寸及分佈之一或更多個者中方面不同。
第13A圖至第13E圖為圖示製造順序之不同階段之處理腔室元件100的部分剖視圖,該製造順序用以使用設計特徵104在處理腔室元件100上形成紋理表面102之一個實施例。有利地,圖示於第13A圖至第13E圖中之製程允許藉由設計特徵104界定之結構得以形成有圓化外邊緣1006,進而形成更加容易保持沉積膜之更加無應力之紋理表面102。
首先參看第13A圖,用光阻劑層314塗佈處理腔室元件100。將原圖1302安置在光阻劑層314上或置放於光阻劑層314之頂部。原圖1302包括至少三種類型之區域:複數個透明區域1306,能量1304經由複數個透明區域1306通過以將下層光阻劑層314曝光;不透明區域1308,該不透明區域1308直接定界透明區域1306;及非透明區域1310,該非透明區域1310實質阻擋能量將下層光阻劑層314曝光。不透明區域1308具有灰階,該灰階經選擇以允許能量1304之部分將下層光阻劑層314部分曝光。因此,將下層光阻劑層314經由原圖1302曝光以形成顯影區域1312、部分顯影區域1314及非顯影區域1316,如第13B圖中所示。
非顯影區域1316係(例如)藉由珠粒噴擊、蝕刻或電力清洗移除以形成開口1318,該開口1318經由圖案化
光阻劑層314曝露腔室元件100之上表面1324,如第13C圖中所示。
現參看第13D圖至第13E圖,設計特徵104係藉由將材料自處理腔室元件102之上表面1324移除而形成。如上文所論述,材料可藉由珠粒噴擊、蝕刻或電力清洗移除。較軟或更加脆化之(視利用之光阻劑而定)部分顯影區域1314在材料移除製程期間快速受到侵蝕,因此在形成設計特徵104時增加開口1318之孔(寬度或直徑1322)。接近材料移除製程完成時,將部分顯影區域1314侵蝕至使處理腔室元件102之下層上表面曝露之程度,以使得定界特徵104之側壁1002之外邊緣1006變得圓化。圓化外邊緣1006有利地降低了施加在紋理表面1100及沉積在該紋理表面1100上之薄膜上的應力。
應注意,在上述實施例中之任一者中,形成紋理表面102、502、902及1100之設計特徵可視情況經微觀紋理化至大約100RA至大約300RA之表面光潔度。微觀紋理可藉由珠粒噴擊酸蝕刻、電漿處理或可產生適合表面光潔度之其他適合程序應用。
第7圖及第8圖為具有一或更多個紋理表面之處理腔室元件之示例性實施例。在第7圖中圖示PVD腔室屏蔽700。屏蔽700包括如上所述紋理化之至少一個表面。舉例而言,屏蔽700之外徑表面702或內徑表面704(以剖視圖示)中之至少一者經巨觀紋理化以形成如上文所論述之設計特徵,並且設計特徵可視情況經微觀紋理
化。處理套組環800圖示於第8圖中。環800包括使用如在以上實施例中所述之設計特徵形成之至少一個巨觀紋理表面,其中設計特徵可視情況經微觀紋理化。舉例而言,環800之至少一上部碟狀表面802可同時經巨觀紋理化及經微觀紋理化。環800可為沉積環、夾環、蓋環、聚焦環、邊緣環或用於半導體處理腔室中之其他環。上文參照第7圖及第8圖所述之半導體腔室元件為舉例之形式,並且諸如但不限於腔室主體、基座、襯墊、準直器、遮蔽框及蓋環等等之其他半導體腔室元件亦可經巨觀紋理化及經微觀紋理化,用於形成具有延長的使用期限及低粒子產生特性之紋理半導體腔室元件。儘管上述內容針對本發明之實施例,但可在不脫離本發明之基本範疇之情況下設計本發明之其他及更多實施例,且本發明之範疇係藉由以下申請專利範圍來決定。
100‧‧‧處理腔室元件
102‧‧‧巨觀紋理表面
104‧‧‧設計特徵
200‧‧‧深度
202‧‧‧寬度/平均直徑
204‧‧‧平均間距
208‧‧‧網狀物
300‧‧‧抗蝕遮罩
302‧‧‧開口
310‧‧‧抗蝕劑
312‧‧‧抗蝕劑層
314‧‧‧襯底/光阻劑層
316‧‧‧壓敏黏著劑
500‧‧‧處理腔室元件
502‧‧‧巨觀紋理表面
504‧‧‧特徵
700‧‧‧PVD腔室屏蔽
702‧‧‧外徑表面
704‧‧‧內徑表面
800‧‧‧處理套組環
802‧‧‧上部碟狀表面
902‧‧‧巨觀紋理表面
904‧‧‧結構
908‧‧‧圓邊
1002‧‧‧互連側壁
1004‧‧‧交叉
1006‧‧‧外邊緣
1100‧‧‧巨觀紋理表面
1302‧‧‧原圖
1304‧‧‧能量
1306‧‧‧透明區域
1308‧‧‧不透明區域
1310‧‧‧不透明區域
1312‧‧‧顯影區域
1314‧‧‧部分顯影區域
1316‧‧‧非顯影區域
1318‧‧‧開口
1322‧‧‧直徑
1324‧‧‧上表面
A-A‧‧‧剖面線
B-B‧‧‧剖面線
因此,為使可詳細理解本發明之上述特徵結構,可參照實施例更特定描述上文簡要概述之本發明,該等實施例中之一些實施例圖示於附加圖式中。然而,應注意,附加圖式僅圖示本發明之典型實施例,且因此不欲將附加圖式視為本發明範疇之限制,因為本發明可承認其他同等有效之實施例。
第1圖為本發明之一個實施例之處理腔室元件的紋理表面之部分平面圖。
第2圖為第1圖之處理腔室元件之紋理表面的部分剖視圖。
第3圖為第2圖之處理腔室元件之紋理表面的部分剖視圖,該紋理表面具有安置於該紋理表面上之抗蝕遮罩。
第4圖為抗蝕遮罩之一個實施例之部分平面圖。
第5圖為處理腔室元件之紋理表面之另一實施例的部分剖視圖。
第6圖為第5圖之處理腔室元件之紋理表面的部分剖視圖,該紋理表面具有安置於該紋理表面上之抗蝕遮罩。
第7圖至第8圖為具有一或更多個紋理表面之處理腔室元件之示例性實施例。
第9圖為本發明之另一實施例之處理腔室元件的紋理表面之俯視平面圖。
第10圖為經由剖面線A-A獲取之第9圖之處理腔室元件的紋理表面之剖視圖。
第11圖為本發明之一個實施例之處理腔室元件的紋理表面之部分平面圖。
第12圖為經由剖面線B-B獲取之第11圖之處理腔室元件的紋理表面之部分剖視圖。
第13A圖至第13E圖為圖示製造順序之不同階段之處理腔室元件的部分剖視圖,該製造順序用以在處理腔室元件上形成紋理表面之一個實施例。
為了促進理解,在可能情況下已使用相同元件符號以指定為諸圖所共有之相同元件。亦可預期一個實施例之
元件及特徵可有利地併入其他實施例中而無需進一步敍述。
100‧‧‧處理腔室元件
102‧‧‧巨觀紋理表面
104‧‧‧設計特徵
Claims (13)
- 一種具有經圖案化以增強沉積膜之保持之一表面的製品,該製品包含:一處理腔室元件,該處理腔室元件具有一巨觀紋理表面,該巨觀紋理表面係形成於一平面,其中多個設計特徵在該平面內交錯,其中該等設計特徵係藉由形成一蜂房圖案之側壁定界且該等設計特徵具有至少約0.5mm之平均間隔。
- 如請求項1所述之製品,其中該等設計特徵係以一預界定圖案排列,以避免形成橫跨該紋理表面之一視線表面。
- 如請求項1所述之製品,其中該等設計特徵具有在大約100um至大約200um之間的一深度。
- 如請求項3所述之製品,其中該等設計特徵具有在大約100um至大約200um之間的一寬度。
- 如請求項4所述之製品,其中該等設計特徵具有平均寬度與深度之一比率,該比率在大約1.0:0.5至大約0.5:1.0之間。
- 如請求項1所述之製品,其中該等設計特徵形成離散柱。
- 如請求項6所述之製品,其中該等柱經排列以防止橫跨紋理表面形成一視線表面。
- 如請求項1所述之製品,其中形成該紋理表面之該等設計特徵經微觀紋理化至大約100RA至大約300RA之一表面光潔度。
- 如請求項1所述之製品,其中形成該紋理表面之該等設計特徵具有橫跨該紋理表面之一一致形狀、尺寸及分佈中之至少一者。
- 一種具有經圖案化以增強沉積膜之保持之一表面的製品,該製品包含:一處理腔室元件,該處理腔室元件具有一巨觀紋理表面,該巨觀紋理表面係形成於一平面,其中彼此分離之多個設計特徵在該平面內交錯且以一蜂房圖案排列,其中形成該紋理表面之該等設計特徵經微觀紋理化至大約100RA至大約300RA之一表面光潔度,且該等設計特徵具有至少約0.5mm之平均間隔。
- 如請求項10所述之製品,其中該等設計特徵形成離散柱。
- 如請求項11所述之製品,其中該等柱經排列以防止橫跨紋理表面形成一視線表面。
- 一種具有經圖案化以增強沉積膜之保持之一表面的製品,該製品包含:一處理腔室元件,該處理腔室元件具有一巨觀紋理表面,該巨觀紋理表面包含多個設計特徵,該等設計特徵係由多個柱結構界定並以一最密六方圖案排列,其中該等設計特徵在一平面內彼此互相交錯。
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