专利名称：具有有纹理的内表面的处理室部件和制造方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于处理衬底的处理室。
背景技术：
处理室能够在激发的处理气体中处理衬底。处理室包括围绕可以引入处理气体到其中的处理区域的围壁、激发处理气体的气体激发器和释放处理气体的排气装置。围壁一般是光滑的，以便于围壁的后处理清洁。举例来说，处理室可以用于在衬底上沉积材料，或者，例如通过在对衬底进行随后的沉积处理之前溅蚀衬底表面来从衬底上蚀刻材料。例如，溅蚀处理可以在金属沉积步骤之前从金属层表面去除天然氧化层，以便被沉积的金属能够与衬底的底层金属层构成良好的电接触。
在这样的衬底溅射清洁中，从衬底上被蚀刻的材料经常会在衬底上再沉积而不是沉积在室内其他表面上。并且，例如，由于围壁温度升高引起热膨胀失配应力，该应力造成沉积物从壁上剥落，沉积在围壁上的从衬底上蚀刻的材料会剥落进入处理区域，落在衬底上并污染衬底。另外，当围壁被抽空到低真空压力时，留存在围壁中的挥发性材料会发生除气作用。这些材料还会造成更低的衬底产量。
因而，人们希望有一种处理室，例如这种处理室能够通过溅蚀衬底来处理衬底，同时能够减少在衬底上的再沉积或者对衬底的污染。人们还希望将从处理室围壁的除气作用减到最小。
发明内容
一种用于等离子处理室的穹形围壁包括介电材料，其包括具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面；和沉积在所述介电材料的所述粗糙化表面上的等离子喷涂陶瓷涂层，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面，由此，在等离子处理室中由等离子体产生的溅射材料可以附着在所述有纹理的外露表面上。
一种衬底处理装置包括包含穹形围壁的室，所述穹形围壁包括(i)具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面的介电材料，和(ii)沉积在所述介电材料的所述粗糙化表面上的等离子喷涂陶瓷涂层，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面；所述室内的衬底支撑物；向所述室内提供处理气体的气体供给装置；在所述室内形成用于处理所述衬底的所述处理气体的等离子体的等离子发生器；和排放所述处理气体的排气管道，由此，在所述室中由等离子体产生的溅射材料可以附着在所述有纹理的外露表面上。
一种制造等离子处理室的穹形围壁的方法包括，提供穹形介电预制件；粗糙化所述介电预制件的表面，以形成具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面；以及在所述介电预制件的所述粗糙化表面上沉积等离子喷涂陶瓷涂层，以使所述等离子喷涂陶瓷涂层包含具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面。
参照下面的描述、所附的权利要求以及说明本发明例子的附图，将更好地理解本发明的这些特征、方面和优点。但是，应该理解每个特征可以被一般地用于此发明，而不是仅仅用在具体附图所示的范围，且本发明包括这些特征的任何的组合，其中图1是根据本发明实施例的处理室；图2是具有负偏度表面粗糙度的有纹理的外露表面的部件的横截面局部视图，示出了溅射粒子在有纹理的外露表面上的附着；图3a是被粗糙化的部件表面的横截面视图；图3b是图3a的部件的表面经过粗糙化之后，当等离子喷涂涂层被涂敷于其上时的横截面视图；图3c是图3b的部件的最终有纹理的外露表面的横截面视图；图4是处理室控制器的实施例的示意图；
图5是计算机程序代码的实施例的示意图；图6是在部件的粗糙化表面上沉积涂层材料的等离子喷枪的横截面视图；图7是在不同粒子尺寸范围内，对于传统表面和根据本发明的有纹理的表面，每衬底再沉积粒子的标准化数量的比较直方图；以及图8是对于传统表面和根据本发明的有纹理的表面，处理室的每衬底再沉积粒子的标准化数量的比较直方图。
具体实施例方式
处理室100可以用于多种不同类型的衬底处理，包括例如沉积和蚀刻处理，其实施例如图1所示。举例来说，在处理室100中，气体可以被激发，通过用离子和中性粒子轰击衬底来溅蚀衬底110的材料，例如来为后续除了清洁和准备衬底110的表面。当气体粒子轰击衬底110时，衬底材料从衬底110上被溅蚀下来，来提供理想的衬底表面。衬底110可以包括含有半导体层、介电层或导电体层的晶片。半导体层可以包括含硅材料，例如元素硅或者硅化合物。介电层可以包括二氧化硅、无掺杂硅玻璃、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷酸盐玻璃(BPSG)、Si3N4或正硅酸乙酯(TEOS)沉积玻璃。导电体层可以包括铝、硅化钨铜(copper tungstensilicide)以及硅化钴(cobalt silicide)。衬底110可以在进行沉积步骤，例如金属沉积步骤之前，先经过溅蚀清洁步骤。在一个实施例中，处理室100清洁在底层金属层(未示出)上由于氧化所产生的天然氧化层(未示出)，以便随后的金属沉积步骤能够沉积出与底层金属层有良好电接触的金属层。
处理室100的部分或者全部可以用金属或者陶瓷材料制造。可以用来制造处理室100的金属包括铝、阳极化铝、“HAYNES 242”、“Al-6061”、“SS 304”、“SS 316”和INCONEL，其中阳极化铝有时是优选的。适合的陶瓷材料包括石英或者矾土。例如，在一个方案中，处理室100包括用基本上可透过射频(RF)波长的陶瓷材料，例如石英，制造的围壁120。围壁120可以作为处理室100的侧壁130、底壁135或室顶140，或者可以成为内壁，例如安置在与侧壁130或室顶140相邻的衬板(未示出)。围壁120可以被成形为穹形，以作为钟罩型的围壁，它是相对于处理室100的侧壁130和底壁135的独立的结构。穹形围壁120可以是圆柱形穹顶、半球形穹顶或者其他单一或多种半径拱形的穹顶，优选地作为整体结构被制造。
处理室100包含在处理室100中支撑衬底110的衬底支撑物160。支撑物160可以包含被介电层170覆盖且具有衬底承受表面180的电极200。电极电源240为电极200提供例如射频偏压的直流或者交流偏压来激发气体。电极200下面是例如石英板的电介质板190，以将电极200与室110的其他壁120电绝缘，一些壁120可能是电接地或电位浮动的，或者可能是其他相对于电极200有电偏差的。电偏压电极200通过激发和加速向衬底110溅射的离子来蚀刻衬底110。导电的壁120中至少一部分优选接地，以便在衬底110上可以维持相对于接地或浮动的围壁120的负电压。可选地，支撑物160也可以包括能够将衬底110静电吸持到支撑物160上的静电卡盘(未示出)，或者可以施加给电极200以产生静电吸引力的直流电压。
电极200也可以包含一个或多个从中延伸穿过的导管(未示出)，例如用于从传热气体供给装置(未示出)向表面180供应传热气体的气体导管(未示出)。传热气体，一般是氦气，促进衬底110和支撑物160之间的热传递。其他导管(未示出)允许起模针(未示出)穿过电极200，通过提高机构(未示出)装卸衬底110。处理室100还可以包括支撑物提高机构162，以在处理室100中升起或降下支撑物160，来改善或改变衬底110的处理的性质。
处理室100的壁120也可以作为气体护罩150，将处理室100的一部分与激发的处理气体隔开。例如，气体护罩150可以基本上将下室壁155与处理气体隔开。气体护罩150也接受和收集来自衬底110的溅射材料。气体护罩150可以被吊挂在处理室100中，它包括环孔(annular ring)390，当支撑物160在处理室100中向下缩回时，可以在环孔390上吊挂压紧环(未示出)或准直仪(未示出)于支撑物160之上。在一个实施例中，气体护罩150由铝制成，外覆氧化铝薄层。处理室100还包括电磁屏蔽罩152来防止处理室100外部的电场或磁场干扰处理室100的操作。电磁屏蔽罩152包括适合于提供电或磁屏蔽的材料，例如导电或磁性合金。
处理室100还包括气体供给装置260，向处理室100内分配处理气体，和排气装置270，从处理室100排放处理气体。在溅蚀中，处理气体包括与衬底材料不发生化学作用的惰性气体，例如氩或氙。气体供给装置260可以包括处理气体供给装置280来提供处理气体，并包括一个或多个气体导管262，引导处理气体通过气体入口263进入处理室100，在一个实施例中，这些气体入口被环绕安置在衬底110的外围来在衬底110附近引入处理气体。例如，气体供给装置260可以包括约1个到约10个气体入口。可选择地，气体供给装置260还可以包括气管盖(gas trench cover)264来向处理室100均匀地分配处理气体的气流。气管盖264可以涂敷保护涂层。气体入口263位于气管盖264中，以提供处理室100中的处理气体的均匀分散。
处理室100还包括一个或多个大流量控制器(未示出)来控制进入处理室100的处理气体气流。排气装置270可以包括接受用过的处理气体的抽气通道(未示出)、控制处理室100内处理气体压力的节流阀(未示出)以及一个或多个排气泵(未示出)。例如，排气泵可以包括机械泵或者涡轮泵，例如350 l/s Leybold涡轮泵。排气装置270还可以包含用于减少处理气体中的非期望气体的系统。
一般是先将处理室100抽到至少约10-7托，然后在向处理室100回填氩气至几毫托压力，这样得到处理室100中的气体组分和压力。在这些气体压力下，支撑物160会在处理室100中被向上提高。在一个实施例中，处理室100包括一个旋钮(未示出)，可以被操作员旋转来调整处理室100中衬底110的高度。
处理室100还包括等离子发生器330以将处理气体激发为等离子体。等离子发生器330在处理室100的处理区域340(如图所示)中或者在处理室100上游的较远区域(未示出)中将能量耦合到处理气体。在一个方案中，等离子发生器330包括具有一个或多个感应线圈360的天线350。感应线圈360可以围绕处理室100的中心成环形对称。天线350一般包括一个或多个螺线管，被成形和放置来为处理气体提供强的电通量耦合。当天线350被置于接近处理室100的室顶140的位置时，室顶140的相邻部分可以用例如二氧化硅的介电材料制造，这类材料可以透过由天线350发出的电磁辐射，例如射频能。例如，天线电源370一般以约50kHz到约60MHz的频率，更一般地以400kHz的频率，并且以约100到约5000瓦特的功率水平为天线350提供射频能。也可以提供射频匹配网络(未示出)以使射频能与处理气体的阻抗相匹配。在另一个方案中，等离子发生器330包括电极200，以在处理区域340中产生用于激发处理气体的电场。在该方案中，电极电源(未示出)为电极200提供能量，例如以约50kHz到约60MHz的频率，更一般的是13.56MHz。可替代地或额外地，等离子发生器330可以包括微波气体激发器(未示出)。
处理室100的一个或多个部件410具有有纹理的外露表面422，该表面暴露于处理室100内的环境中，并且具有纹理来提高处理室100提供的衬底处理性能。有纹理的外露表面422可以是部件410的表面，该部件至少部分暴露于在处理室100中形成的例如等离子体的激发气体中。如果有纹理的外露表面422是沉积的对象或者是等离子体中的高能离子和中性核素(neutral species)轰击的对象，则在其上具有有纹理的外露表面422的部件410可能需要偶尔被替换。在一个方案中，具有有纹理的表面422的部件410包括用作处理室100的室顶140的穹形围壁120。
在一个方案中，有纹理的外露表面422具有带偏度的粗糙度，极好地提高了溅射材料在有纹理的外露表面422上的附着和保持，如图2所示。溅射粒子的附着和保持对于减少粒子在衬底上的再沉积以及减少在有纹理的外露表面上形成的累积沉积物的剥落是有好处的。偏度(Rsk)由下式确定Rsk=1Rq31NΣj=1NZj3]]>
这里Rq=Σi=1NZi2N]]>是表面422的均方根粗糙度，N是用于进行每个偏度测量的表面422的样本点的数目，Z1，Z2，…，ZN是在样本点测量的相对于中线的高度偏差。偏度是表面轮廓关于中线的不对称性的量度。如图2所示，具有负偏度的表面422，有象坑那样的凹面424陷入到表面422中，也可有分布在主要凹面424之间的基本上平坦的区域428。偏度应是足够的负值来允许在室里形成的溅射或其他材料接触和附着在有纹理的外露表面422上。适合的偏度值可以从约-0.7到约0.1，或者甚至从约-0.5到约0。
在一个实施例中，有纹理的外露表面422的平均偏度是负值(小于0)，例如小于约-0.1，该平均偏度代表在表面422上许多偏度测量值的平均值。有纹理的表面422的负平均偏度提供了一种表面形态，这种表面形态被发现能极好地提高在室中形成的溅蚀以及其他粒子的附着和保持，从而提高室的性能和衬底的产量。虽然希望平均偏度值是负的，但是也应当理解，个别测量的偏度值可能是负的也可能是正的，只要许多个这样的个别数值的平均值是负值就行了。认为具有负平均偏度的有纹理的外露表面422，通过让出现在这样的表面422中的槽(trough)和谷(valley)更好地捕获粒子，提高了在室100中形成的例如溅蚀粒子的微粒物质的附着。
可以用来表征表面422的有纹理的外露表面422的另一个属性是表面的平均粗糙度，它是沿有纹理的外露表面422上具有粗糙特征的峰和谷相对中线的位移绝对值的平均值。平均粗糙度、偏度或者其他属性可以通过表面光度仪确定，该仪器将探针经过表面422，产生表面422上凹凸不平的高度波动轨迹，或者通过使用从表面422反射的电子束的扫描电子显微镜产生表面422的图像。在一个方案中，部件410被切成切片(未示出)，在每个切片上进行一次或多次测量来确定每个切片的偏度。然后取这些偏度测量值的平均值来确定表面422的平均偏度。在一个实施例中，用了三个切片，在每个切片上取了粗糙处的峰和谷的四条高度变化轨迹。例如，当测量室顶140的表面422时，一个切片位于顶部，是室顶140基本平坦的部分，第二切片位于一侧，是室顶140相当平坦的部分，第三切片位于室顶140的弯曲部分。有纹理的表面422的偏度是负值，发现这会显著地提高溅射材料的附着和保持。适合的粗糙度平均值从约150微英寸(约3微米)到约450微英寸(约18微米)，或者从约360微英寸(约9微米)到约400微英寸(约10微米)。
还可以用来表征有纹理的外露表面422的另一个属性是表面粗糙度的平均峰斜值(peak slope value)。在一个实施例中，有纹理的表面422的平均峰斜值可以选择在约20到约25之间。还有一种属性可以测量超过了粗糙处峰和谷的平均高度线的高度的表面凸峰的数量。例如，有纹理的表面422超过中线的峰的数值可以选择在约175到约225之间。
在诸如平均粗糙度、偏度或其他特性的表面422的测量属性中，可以使用规定了适当截断长度(cut-off length)和估值长度(evaluation length)的国际标准ANSI/ASME B.46.1-1995。下面的表1列出了该标准定义的平均粗糙度、适当截断长度、最小和一般估值长度值之间的对应关系。
表1
有纹理的外露表面422可以是涂层420或者被处理成有理想纹理的整体部件410的表面。在一个实施例中，如图2所示，有纹理的外露表面422是部件410底层粗糙表面436上的涂层420的表面，例子如图2所示。在这个方案中，部件410可以由介电材料形成理想形状并粗糙化，然后经过诸如等离子喷涂的涂敷处理加上涂层。例如，电介质可以被做成具有理想形状的介电预制件。在一个实施例中，电介质由能透过射频能的材料制成，这样以便对来自等离子发生器330的射频能是基本可透过的。例如，电介质可以是陶瓷材料，诸如石英或氧化铝。一个示范的部件410是作为室顶140的穹形围壁120，它由诸如石英的介电材料制成。
部件410表面粗糙化到至少提供外露表面422一些最终纹理的特定程度。粗糙化的表面436被等离子喷涂涂层420覆盖，该涂层至少部分与表面436相吻合，同时还赋予了另外的纹理特征，从而提供了能显著提高溅蚀材料在部件410上的附着的有纹理的外露表面422。涂层420可以由材料425制成，例如陶瓷材料，举例来说，诸如Al2O3、TiO2或其混合物。
涂层420还能够有利地降低来自外露的室表面422的除气作用的量。图2中所示的涂层420可以具有适合避免过多除气作用的厚度。在一个实施例中，涂层420具有约小于10‰英寸(约254微米)的厚度，例如，厚度从约1‰英寸(约25微米)到约8‰英寸(约203微米)，或者厚度从约3‰英寸(约76微米)到约5‰英寸(约127微米)。
涂层材料425也可以被制作成有足够高的孔隙率来提高室内产生的微粒物质在表面422上的附着。涂层材料425的孔隙率是孔隙的体积与其总体积的比率。例如，涂层材料425可以有从约5％到约10％的孔隙率，例如约7％。
在一个方案中，涂层420在如下描述的步骤中被涂敷于部件410的表面436，其实施例表示在图3a至3c中。在涂敷涂层420之前，部件410的底层表面436一般是光滑的，如图3a所示。参考图3a，然后底层表面436被粗糙化来为上覆涂层420的表面形态特征提供基础。表面436可以通过珠光处理(bead blasting)表面436来进行粗糙化。在珠光处理中，固体珠粒(solid bead)442在适于将表面436粗糙化的足够高的压力下被空气向表面436推进，例如压力从约40到约50磅每平方英寸(psi)。同样，选择珠粒442相对于表面436的入射角度来粗糙化表面436，以提高溅射材料对最终涂层420的附着，例如从约30度到约60度。举例来说，珠粒442相对于表面436的入射角度可以大约是45度。
在一个实施例中，封闭式箱体中的珠粒喷砂机(未示出)被用来粗糙化部件410的表面。珠粒可以包括硬度高于部件410的材料硬度的材料以便使珠粒侵蚀和粗糙化部件410的表面来形成粗糙表面436。适合的珠粒材料包括例如氧化铝、玻璃、硅石或硬塑料。在一个实施例中，珠粒包括粒度选择为适于对表面436喷砂的氧化铝砂砾，例如粒度为36的氧化铝微粒的砂砾。表面436被粗糙化以具有例如从约150微英寸(约3微米)到约450微英寸(约18微米)，或者甚至从约360微英寸(约9微米)到约400微英寸(约10微米)的平均粗糙度。另外，珠粒442从珠粒喷砂机到部件经过的投射距离(standoff distance)也被设置来提供表面436理想的粗糙度。例如，从珠粒喷射源到部件表面436的投射距离可以从约4英寸到约6英寸。
珠光处理之后，表面436被清洁来提高涂层材料420随后的附着和保持。例如，可以通过在表面436上吹过洁净的干燥空气或氮气来清洁表面436。接着，在一个方案中，表面436被进一步清洁，例如化学方法清洁、用蒸馏水清洁或者在超声波中清洁。另外，部件410在烘箱中烘烤来去除例如在清洁处理中产生的残留物。例如，部件表面436可以在至少约100℃的温度中烘烤，以改善涂层材料420在表面436上随后的沉积。
清洁部件表面436之后，涂层420被等离子喷涂到表面436上，示例如图3b所示。在等离子喷涂中，等离子体被形成为雾化，并至少部分液化通过等离子体注入的微粒涂层材料425的喷雾。例如，等离子体可以通过将涂层材料425加热到数千摄氏度来液化涂层材料425。涂层材料425的液滴高速撞击粗糙化的底层表面436，并迅速凝固形成形状相似的涂层420，如图3c所示。
在一个方案中，等离子喷枪705被用于将涂层材料425等离子喷涂到表面436上，如图6所示。等离子喷枪705可以安装在可控机械臂(未示出)上来调整等离子喷枪705与表面436间的距离和角度。等离子喷枪705也可以在室(未示出)的内部以控制等离子喷枪705所处的气体环境。
在等离子喷枪705中，运载气体在两个电极例如阴极242和阳极244之间流动。运载气体适合于形成高压等离子体，例如氩气、氮气、氢气或者氦气。氩气因为它的化学惰性和电离特性所以可以被使用。加入双原子气体，例如氢气或氮气，可以提高气体的焓。阴极242和阳极244包括适合于产生穿过等离子体的放电电弧的材料，例如象钨或铜的金属。在一个实施例中，阴极242由钨制成，阳极244由铜制成。另外，在一个方案中，阳极被冷却，例如水冷却，来防止过热。阴极242和阳极244可以制成适合在它们之间产生电弧的相应形状。例如，阴极242可以是锥形，阳极244可以是圆柱形。
交流高频放电在阴极242和阳极244之间激起电弧并用直流电源维持。电弧电离运载气体，产生高压等离子体。所导致的气体温度的升高增加了气体体积，并从而提高了气体离开喷嘴710时的压力和速度。涂层材料425以粉末形态进入气流715。粉末状的涂层材料425可以在等离子喷枪705的外面或者在喷嘴710的逃逸出射区域(diverging exit region)被引入。涂层材料425被高温、高速的等离子流加热并加速。
等离子喷枪705的操作参数被选择为适于调整涂层材料的涂敷特性，例如当涂层材料425通过从等离子喷枪705到部件表面436的路径时它的温度和速度。例如，可以调整气流、功率水平、粉末进料率、运载气体流量、从等离子喷枪705到衬底110的投射距离以及涂层材料425相对于部件表面436的沉积角度，来改善涂层材料425的涂敷和涂层420对溅射材料随后的附着。例如，阴极242和阳极244之间的电压可以选择在从约30伏特到约60伏特，例如约45伏特。另外，在阴极242和阳极244之间流过的电流可以选择在从约500安培到约700安培，例如约600安培。等离子喷枪705的功率水平通常在从约12到约120千瓦的范围内，例如约80千瓦。
可以选择投射距离和沉积角度来调整涂层材料425在表面436上的沉积特性。例如，可以调整投射距离和沉积角度来改变熔化的涂层材料425碰撞表面436时溅成的图案，以形成例如“扁平形(pancake)”和“薄层(lamella)”的图案。投射距离和沉积角度也可以被调整来改变碰撞表面436时涂层材料425的状态、速度或液滴尺寸。在一个实施例中，等离子喷枪705和衬底110之间的投射距离从约2英寸到约4英寸，例如约3英寸。涂层材料425在表面436上的沉积角度相对于表面436可以从约75度到约105度，例如约90度。
可以调整粉末状涂层材料425的速度来在表面436上适当地沉积涂层材料425。在一个实施例中，粉末涂层材料425的速度从约300到约550米/秒。也可以调节等离子喷枪705以便在粉末状涂层材料425碰撞部件表面436时，粉末状涂层材料425的温度至少约是涂层材料425的熔化温度。熔点以上的温度会产生高密度和粘结强度的涂层420。例如等离子体的温度可以超过30,000℃。在一个实施例中，粘结强度从约29Mpa到约75Mpa。不过，等离子体的放电温度也可以设为足够低，使得涂层材料425在与部件表面436碰撞后保持熔化一段时间。例如，适当的时间段可以是至少约0.02秒或者至少约0.1秒。
根据本发明的、具有有纹理表面422的部件410的处理室100，其实施例如图3c所示，比传统的没有这种有纹理的表面422的处理室(未示出)有显著的优点。例如，处理室100可以将溅射材料在衬底110上的再沉积减少五倍。图7的直方图示出每个衬底110再沉积的粒子的标准化数量，该数量与室是具有传统部件(左边的数据条830)还是具有根据本发明的带有纹理的表面422的部件410(右边的数据条835)有关，同时也与以微米为单位的再沉积粒子尺寸有关。数据点是基于对使用了两套传统部件的11个衬底的测量，以及对使用了四套具有根据本发明的有纹理的表面422的部件410的50个衬底110的测量。每对数据条中左边和右边的数据条830、835分别对应于具有传统内表面的传统处理室中的衬底(未示出)上的再沉积量和根据本发明的具有带有纹理的表面422的部件410的处理室100中的衬底110上的再沉积量。通过沿粒子尺寸范围比较左边和右边的数据条830、835，可以看出用表面有纹理的部件410，材料在衬底110上的再沉积一般降低了约5倍。
另外，具有有纹理的外露表面422的部件410一般比其他传统部件(未示出)有更长的使用寿命。在一个实施例中，这类部件的寿命比传统部件被延长了至少约4倍，如图8的直方图所示。标出了尺寸大于0.5微米的再沉积粒子每操作的标准化数量，其中每条代表一个操作。数据条按照时间先后顺序从左到右排列，附图标记840指示部件410被替换的时间。左边的数据条820代表在使用传统部件的处理室内的操作，右边的数据条825代表在具有根据本发明的有纹理的表面422的部件410的处理室100内的操作。数据点是基于对使用了两套传统部件的处理室的11个衬底的测量，以及对使用了四套具有有纹理表面的部件410的室的50个衬底的测量。因为用于相应类似操作中的传统部件也给出了不正确的数据，所以数据条815是应当被忽略的不正确的数据点。左边和右边数据条高度的中线用左边的垂线805和右边的另一条垂线810示出。通过分别比较左边820和右边825的粒子再沉积的中值，可以看出通过使用根据本发明的部件410，粒子再沉积数量一般减少了至少约4倍。与粒子再沉积率大致成比例的部件寿命因而也一般增加了至少约4倍。
处理室100也可以包括另外的系统，例如包含一个或多个探测器(未示出)的处理监视系统(未示出)，以在处理室100的操作中连续探测或监视处理条件，或监视在衬底110上实施的处理。例如，探测器包括但不限于以下装置诸如光电倍增管或光探测系统的辐射传感装置(未示出)；诸如压力计的气压传感装置(未示出)，例如流体压力计；诸如热电偶或RTD的温度传感装置(未示出)；测量施加给室部件415的电流和电压的安培表和伏特表(未示出)；或任何其他能够测量处理室100内的处理条件和提供例如电信号的输出信号的装置，该装置根据可测量的处理条件而变化。例如，处理监视系统可以用于确定在衬底上处理的层的厚度。
控制器480通过向各种室部件和系统发送和从其接收电信号来控制室100的操作。例如，由处理监视系统测量的处理室100内的处理条件可以作为电信号发送给控制器480，然后该控制器480当信号达到阈值时改变处理条件。虽然为了简化对本发明的描述，控制器480在图4中通过示例性的一个控制装置来表示，但是应该理解控制器480可以是互相连接的多个控制装置或者连接到处理室100的不同部件415上的多个控制装置；因而本发明不应当被限制在这里所描述的用作说明和示例性的实施例。
在一个实施例中，控制器480包含电子硬件，其中包括含有适于操作处理室100的集成电路的电路。通常，控制器480适用于接收数据输入、运行算法、产生有用的输出信号并且还可以用于探测来自探测器和其他室部件415的数据信号，并监视或控制处理室100内的处理条件。例如，控制器480可以包括(i)包括中央处理器500(CPU)的计算机，其通过外围控制部件与存储系统互相连接，(ii)操作处理室100具体部件415的专用集成电路(ASIC)(未示出)，和(iii)一个或多个控制器接口板(未示出)以及适当的支持电路。一般主要的CPU 500包括PowerPCTM、PentiumTM和其他类似处理器。ASIC根据具体的任务被设计和预编程，例如对来自处理室100的数据和其他信息的检索，或对具体室部件415的操作。控制器接口板用于特定信号处理任务，例如处理来自处理监视系统的信号并向中央处理器(CPU)500提供数据信号。一般的支持电路包括例如协处理器、时钟电路、超高速缓冲存储器、电源以及其他与CPU 500通信的熟知的部件。例如，CPU 500经常与随机存储器(RAM)510、只读存储器(ROM，未示出)和其他本领域中熟知的存储设备协同操作。RAM 510可以用于保存程序处理实现过程中在现有系统中使用的软件实现。控制器480包括连接控制器480和其他室部件415的控制器接口506。
CPU 500的输出被传到显示器530或者其他通信设备。输入设备540允许操作员向控制器480输入数据来控制操作或者变更控制器480中的软件。例如，操作员和计算机系统之间的界面可以是CRT显示器(未示出)和光笔(未示出)。光笔用笔尖处的光传感器探测CRT显示器发出的光线。操作员点触CRT显示器指定的区域并按下笔上的按钮来选择具体的屏幕或功能。被点触的区域改变其颜色或者显示新的菜单或屏幕来确认光笔和CRT显示器之间的通信。其他设备，例如键盘、鼠标或者点通信设备(pointing communication device)，也可以用于和控制器480通信。在一个实施例中，使用了两个显示器(未示出)，一个安装在无尘室的墙壁上供操作员使用，另一个安装在墙壁后面供服务的技术人员使用。两个显示器(未示出)同步显示相同的信息，但是只有一支光笔可用。
控制器480的计算机程序代码600可以存储在存储设备中，例如存储在软盘491或者硬盘492中，执行期间由控制器480调入RAM 510，如图5所示。计算机程序代码可以用传统的计算机可读程序语言编写，例如汇编语言、C、C++或者Pascal。适当的程序代码通过使用传统的文本编辑器被输入在一个或若干文件中，并存储或表达可在计算机上使用的介质上，例如计算机系统的内存503。如果输入的代码文本是高级语言，则代码被编译为与预编译库例行程序的目标代码相链接的编译程序代码。系统操作员调用目标代码，执行链接和编译的目标代码，使得计算机系统在内存503中加载代码来执行在计算机程序中确定的任务。
计算机程序代码600一般包含一组或多组计算机指令，例如包括处理监视软件605、终端探测软件610和规定时序、处理气体组分、室压力和温度、处理室100内的射频能水平、电极位置以及其他处理室100的处理参数的处理控制软件620。计算机程序代码600也控制耦合到等离子发生器330的能量的功率水平的设置、引入处理室100中的气体的流量水平和组分以及显示器530。计算机程序代码600的优选方案包含多个程序代码集680，例如允许操作员输入和选择处理方法、并在所选处理室100中执行处理方法的操作的处理序列程序代码625，以及用于操作和管理处理室100中的室处理的优先次序的室管理程序代码630。虽然是以独立的程序代码集680执行一组任务来举例，但是应该理解这些程序代码集680可以被集成，或者一个程序代码的任务和另一个程序代码的任务集成来提供理想的一组任务。因而，这里描述的控制器480和计算机程序代码600不应当被限制在这里所描述的或如这里所示被包含的程序代码的特定实施例，执行同等功能的其他程序代码集或者计算机指令在本发明的范围之内。
在操作中，操作员通过输入设备540将处理序列和处理室号输入到处理序列程序代码625中。处理序列由在室100中实现特定处理所必需的处理参数组成，并由预定义的序列号来识别。处理序列程序代码625识别操作处理室100执行具体处理所需的理想处理参数序列。处理参数包括处理条件，例如处理气体组分和流速、室温度和压力、诸如微波或射频偏压功率水平以及磁场功率水平的气体激发参数、冷却气体压力和室壁温度。
处理序列程序代码625通过向室管理程序代码630传递具体的处理序列参数来执行处理序列，室管理程序代码630根据处理序列控制处理室100内的处理任务。例如，室管理程序代码630包括用于刻蚀衬底110或者在衬底110上沉积材料的程序代码。室管理程序代码630控制各种室部件程序代码集680的执行，这些代码集控制室部件415的操作。室部件控制程序代码的例子包括控制在支撑物160上放置和移除衬底110的机械臂的衬底定位控制程序代码640、控制由气体供给装置260向室100内提供的处理气体的组分和流速的处理气体控制程序代码650、设置一个或多个例如节流阀的气体阀门开启大小的气体压力控制程序代码660以及控制等离子发生器330功率水平的等离子发生器程序代码670。在操作中，室管理程序代码630依照被执行的具体处理序列有选择地调用室部件程序代码680，调度室部件程序代码集680，监视各种室部件415的操作，基于要执行的处理序列的处理参数决定哪个部件415需要被操作，并响应监视步骤引起处理室部件程序代码集680的执行。这些仅仅是室部件程序代码集680的示例。
虽然本发明已参照其特定的优选方案进行了相当详细的描述，但是其他方案也可能存在。例如，本发明能够与其他处理室结合使用，例如化学气相沉积(CVD)处理室或者刻蚀室。如本领域的普通技术人员所清楚的，处理室100也可以包括其他同等配置。如另一个例子，处理室100的一个或多个部件410可以包括多个不同的涂层420。因而，所附权利要求不应该被限制在对这里所包含的优选方案的描述。
权利要求
1.一种用于等离子处理室的穹形围壁，该穹形围壁包括包括具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面的介电材料；和沉积在所述介电材料的所述粗糙化表面上的等离子喷涂陶瓷涂层，该等离子喷涂陶瓷涂层包括具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面，由此，在等离子处理室中由等离子体产生的溅射材料可以附着在所述有纹理的外露表面上。
2.如权利要求1所述的壁，其中，所述有纹理的外露表面包含平均偏度小于约-0.1的粗糙度。
3.如权利要求2所述的壁，其中，所述平均偏度是多个范围从约-0.7到约0.1的偏度测量值的平均值。
4.如权利要求1所述的壁，其中，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括从约5％到约10％的孔隙率。
5.如权利要求1所述的壁，其中，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括氧化铝、氧化钛或者其混合物。
6.如权利要求1所述的壁，其中，所述介电材料包括陶瓷材料。
7.如权利要求6所述的壁，其中，所述陶瓷材料包括石英或氧化铝。
8.一种在包括权利要求1中的所述穹形围壁的处理室中处理衬底的方法，该方法包括(a)在室中放置衬底；以及(b)在所述室中形成激发气体以溅蚀所述衬底。
9.一种衬底处理装置，包括包括穹形围壁的室，所述穹形围壁包括具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面的介电材料，和沉积在所述介电材料的所述粗糙化表面上的等离子喷涂陶瓷涂层，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面；所述室内的衬底支撑物；向所述室内提供处理气体的气体供给装置；在所述室内形成用于处理所述衬底的所述处理气体的等离子体的等离子发生器；和排放所述处理气体的排气管道，由此，在所述室中由等离子体产生的溅射材料可以附着在所述有纹理的外露表面上。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述有纹理的表面包含平均偏度小于约-0.1的粗糙度。
11.如权利要求10所述的装置，其中，平均偏度是多个范围从约-0.7到约0.1的偏度测量值的平均值。
12.如权利要求9所述的装置，其中，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括从约5％到约10％的孔隙率。
13.如权利要求9所述的装置，其中，所述等离子喷涂陶瓷涂层包括氧化铝、氧化钛或者其混合物。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述介电材料包括陶瓷材料。
15.如权利要求14所述的装置，其中该陶瓷材料包括氧化铝或石英。
16.一种制造等离子处理室的穹形围壁的方法，该方法包括(a)提供穹形介电预制件；(b)粗糙化所述介电预制件的表面，以形成具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面；以及(c)在所述介电预制件的所述粗糙化表面上沉积等离子喷涂陶瓷涂层，以使所述等离子喷涂陶瓷涂层包含具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的外露表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中，(b)包含对表面进行喷砂，所述喷砂步骤包括至少一个以下特征(i)使用粒度约36的砂砾；(ii)使用包含氧化铝微粒的砂砾；(iii)保持从约40到约50磅每平方英寸的喷砂压力；以及(iv)保持与所述表面之间从约30到约60度的喷砂入射角。
18.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括通过等离子体电弧注入陶瓷粉末，所述等离子体电弧通过将两个电极保持在从约30到约60伏特的相对电压而形成。
19.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括通过等离子体电弧注入陶瓷粉末，所述等离子体电弧通过将两个电极保持在约45伏特的相对电压而形成。
20.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括通过等离子体电弧注入陶瓷粉末，所述等离子体电弧通过将两个电极间的电流保持在约600安培而形成。
21.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括通过等离子体电弧注入陶瓷粉末，所述等离子体电弧保持在至少约30,000℃的温度。
22.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括通过等离子体电弧注入陶瓷粉末，所述等离子体电弧保持在足够高的温度以保持所述陶瓷材料在它撞击所述衬底之前处于熔化状态，并且所述温度足够低以使所述陶瓷材料在与所述表面碰撞后保留熔化一段时间。
23.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括形成等离子喷涂陶瓷涂层，该涂层具有有纹理的表面，该表面具有平均偏度小于约-0.1的粗糙度。
24.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括形成等离子喷涂陶瓷涂层，所述涂层具有有纹理的表面，该表面具有一粗糙度，该粗糙度的平均偏度是多个范围从约-0.7到约0.1的偏度测量值的平均值。
25.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括形成孔隙率从约5％到约10％的等离子喷涂陶瓷涂层。
26.如权利要求16所述的方法，其中，(c)包括形成包括氧化铝、氧化钛或者其混合物的等离子喷涂陶瓷涂层。
27.如权利要求16所述的方法，其中，(a)包括形成由陶瓷材料构成的穹形介电预制件。
28.如权利要求16所述的方法，其中，(a)包括形成包含石英或氧化铝的穹形介电预制件。
全文摘要
用于等离子处理室的穹形围壁用具有平均粗糙度从约150到约450微英寸的粗糙化表面的介电材料制造。等离子喷涂陶瓷涂层被涂敷于介电材料的粗糙化表面。等离子喷涂涂层包括具有负平均偏度值粗糙度的有纹理的表面。当围壁用于等离子处理室时，在等离子处理室中形成的、由等离子体产生的溅射材料与有纹理的表面有良好的附着。
文档编号H05H1/42GK1522457SQ02807777
公开日2004年8月18日 申请日期2002年6月24日 优先权日2001年6月27日
发明者林士能, D 孟席, 马克·D·孟席, ト , 乔·F·萨默斯, 欧文 克劳森, 丹尼尔·欧文·克劳森, T 莫里, 格伦·T·莫里, L 夏普, 洛利塔·L·夏普 申请人:应用材料公司