对沉积工艺部件进行处理以形成颗粒捕集器的方法和在其上具有颗粒捕集器的沉积工艺部件的制作方法

专利名称：对沉积工艺部件进行处理以形成颗粒捕集器的方法和在其上具有颗粒捕集器的沉积工艺部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及沿物理气相沉积(PVD)工艺部件如溅射靶的区域形成颗粒捕集器的方法。
背景技术：
物理气相沉积方法用于在基板表面上形成材料膜。物理气相沉积方法例如可用于半导体制造工艺中以形成最终用于制造集成电路结构和器件的层。
结合图1中的溅射设备110对物理气相沉积操作进行描述。设备110是离子金属等离子体(IMP)设备的一个实例，且包括具有侧壁114的室112。室112通常是高真空室。靶10被设置在该室的上部区域中，且基板118被设置在该室的下部区域中。基板118被保持在保持器120上，所述保持器通常包括静电卡盘。靶10通过适当的支承构件(未示出)得到保持，所述支承构件可包括电源。可设置上部罩(未示出)以罩住靶10的边缘。靶10例如可包括铟、锡、镍、钽、钛、铜、铝、银、金、铌、铂、钯、钨和钌中的一种或多种，且包括所述多种金属的一种或多种合金。所述靶可以是单块靶或可以是靶/靶座组件的一部分。
基板118例如可包括半导体晶片，如单晶硅晶片。
材料从靶10的表面中溅射出来且被导向基板118。溅射材料由箭头122表示。
通常，溅射材料将沿多个不同方向离开靶表面。这样可能存在问题，且溅射材料优选被引导与基板118的上表面相对正交。因此，在室112内设置聚焦线圈126。聚焦线圈可改进溅射材料122的取向，且被示出引导溅射材料与基板118的上表面相对正交。
线圈126通过销128被保持在室112内，所述销被示出延伸穿过线圈的侧壁且还穿过室112的侧壁114。销128通过固定螺钉132被保持处于所示构型。示意1示出了沿线圈126内表面的销的头部130和沿室侧壁114的外表面的固定螺钉的另一组头部132。
隔套140(通常被称作帽(cups))围绕销128进行延伸，且被用以使线圈126与侧壁114隔开。
如果形成颗粒，那么在沉积工艺中可能会出现问题，这是因为颗粒可落入沉积膜内且破坏膜的所需性质。因此，所希望的是开发出可减轻与在沉积工艺过程中落入所需材料内的颗粒相关联的问题的捕集器。
在改变物理气相沉积靶方面已经做出了一些努力从而减轻颗粒形成。例如，已经采用珠光处理以沿靶的侧壁形成织构表面，期望所述织构表面将捕集沿表面形成的颗粒。此外，在致力于形成捕集颗粒的适当织构的过程中，已使用滚花和机器滚轧工艺以在靶表面上形成织构。
尽管已经发现一些织构表面减少了颗粒的形成，但对于多种织构表面而言仍存在问题。例如，珠光处理通常使用以较大的作用力喷射在靶上的颗粒。一些喷射颗粒在喷射工艺过程中可被嵌入到靶材中，且当靶材被插入物理气相沉积室中时所述喷射颗粒被保持在所述靶材内。喷珠表面对于进入颗粒捕集区域的再沉积材料而言可具有相对较弱的附着力，且由此可使颗粒捕集区域的性能劣化。
所希望的是开发出一种新方法以减少且优选消除与颗粒捕集区域中被嵌入的珠光处理颗粒相关联的问题。所希望的是所述新方法可适用于与颗粒捕集区域一起使用的情况，所述颗粒捕集区域与可暴露于溅射材料的室内的多个部件的非溅射表面相关联，所述非溅射表面包括，但不限于，所述室的一个或多个内侧壁、线圈、覆盖环、夹具、罩、销、帽等的表面；此外，或另一种可选方式是，使用所述新方法在物理气相沉积靶的非溅射表面上形成颗粒捕集区域。

发明内容
在一个方面中，本发明包括珠光处理介质的溶解以在进行珠光处理工艺之后去除所述介质。所述介质最初被设置成微粒形式且用于进行珠光处理以使表面粗糙化。所述珠光处理介质可高度溶于一种溶剂，且随后所述珠光处理表面暴露于所述溶剂中以使可与所述粗糙化表面相关联的珠光处理介质溶解。典型介质可包括氯化铵和包括周期表中1A和2A族中的元素的多种卤化物盐。在具体方面中，所述介质可包括一种或多种碱金属卤化物盐如氯化钠或氯化钾，且在这种应用中，用于去除所述介质的所述溶剂可以是水溶液。其它典型介质可包括有机材料(例如有机金属材料)，且所述溶剂可包括适用于溶解所述有机材料的有机溶剂。
在一个方面中，本发明涉及使用金属进行珠光处理。所述珠光处理用以使物理气相沉积部件的表面粗糙化。这种表面可包括金属(以元素金属的形式存在或以合金形式存在)，且用于进行所述珠光处理的所述金属可比所述物理气相沉积部件表面中的所述金属更硬。在具体方面中，用于进行所述珠光处理的所述金属以相对较纯的形式存在，且具体而言具有99％纯度(重量百分比)或更高的金属含量。
在一个方面中，本发明包括靶/靶座构造，所述构造具有沿所述靶的周侧部且沿接近所述靶的凸缘进行延伸的非溅射区域。所述构造包括设置在所述凸缘内且包括适用于形成颗粒捕集器的材料的插入件。在典型方面中，所述靶可包括钽，所述靶座可包括铜，且所述插入件可包括铝、钛和钽中的一种或多种。


图1是被示出在物理气相沉积(例如溅射)工艺过程中的现有技术的物理气相沉积设备的图解剖视图；图2是适用于本发明的方法的典型靶构造的图解顶视图；图3是沿图2中的线3-3截取的图解剖视图；图4是图3所示靶构造的放大区域的视图(所述区域在图3中被标记为4)，且示出了所述区域处于本发明的典型方法的初步加工阶段的情况；图5是示出了处于图4中的初步加工阶段之后的加工阶段的图4所示放大区域的视图；
图6是示出了处于图5中的加工阶段之后的加工阶段的图4所示放大区域的视图；图7是图6所示结构的一部分的放大图；图8是示出了处于图6中的加工阶段之后的加工阶段的图4所示放大区域的视图；图9是图8所示结构的一部分的放大图；图10是适用于本发明的方法中的典型靶/靶座构造的图解顶视图；图11是沿图10中线11-11的图解剖视图；图12是根据本发明的一个方面的典型靶/靶座构造的图解剖视图；图13是与图12所示靶/靶座构造相似的根据本发明的一个方面的典型靶/靶座构造的图解剖视图；和图14是沿图13中线14-14的图13所示靶/靶座构造的图解顶视图。
具体实施例方式
本发明包括可在物理气相沉积部件的一个或多个表面上形成的颗粒捕集区域，和形成所述颗粒捕集区域的方法。该颗粒捕集区域可用于捕集在沉积工艺过程中沉积在部件上的材料。
通过对物理气相沉积部件的一个或多个表面进行珠光处理，且在一些方面中还通过进行机加工，而形成颗粒捕集区域。如果处理部件是溅射靶，那么处理表面可包括各种非溅射表面，如侧壁表面、凸缘表面和/或沿溅射面的非溅射表面。
通过机加工形成的凸出部可被视为对应于宏观尺度粗糙度，且通过珠光处理而实现的粗糙化可被视为对应于微观尺度粗糙度。因此，本发明可包括具有宏观尺度和微观尺度粗糙度中的一种或全部两种且应用于捕集区域中的图案。
使用宏观尺度和微观尺度图案可以是有利的。组合在一起的宏观尺度图案和微观尺度图案可显著减少在沉积工艺过程中部件处理表面的材料脱落。而且，在宏观尺度图案上形成微观尺度粗糙化表面可通过减少平面或线性沉积膜而有效地减轻沉积膜的脱落问题。平面或线性膜对于循环沉积工艺过程中产生的循环热应力而言特别脆弱。具体而言，宏观尺度图案单独地(例如长的机加工卷形物)可捕集再沉积材料以在捕集区域内形成长膜。循环热应力(例如与例如再沉积膜相对于处理部件的基材的不同热膨胀系数相关联的应力)可导致膜或再沉积膜的簇群从处理部件上剥落。当膜或簇群从部件上剥落时，其可落到接近部件的基板上从而在沉积工艺过程中沉积在基板上的层内不希望地形成颗粒，这可降低沉积工艺的生产量或产量。
尽管为表面提供宏观尺度和微观尺度粗糙度可以是有利的，但是还存在单独需要微观尺度粗糙度以进行捕集的所需方面。因此，本发明还包括在溅射部件的一个或多个表面上形成微观尺度粗糙度而不存在宏观尺度粗糙度的情况下的方面。另一种可选方式是，本发明可包括在溅射部件的一个或多个表面上形成宏观尺度粗糙度而不存在微观尺度粗糙度的方面。
下面结合图2-图9对用于对物理气相沉积工艺的部件进行处理(具体而言对溅射靶的非溅射表面进行处理)的本发明的一个典型方面进行描述。
参见图2和图3，图中示出了一种典型的溅射靶构造10的顶视图(图2)和侧剖视图(图3)。构造10在本发明的该典型方面中被示作单块物理气相沉积靶，但应该理解，另一种可选方式是，构造10可以是靶/靶座构造(图10-14示出了典型的靶/靶座构造)。靶构造10包括溅射面12和接近所述溅射面的侧壁14。构造10还包括围绕靶构造的下部区域延伸的凸缘16。构造10被示作例如可从HoneywellInternational Inc.得到的VECTRA-IMPTM型靶，但应该理解其它靶构造可用于本发明的多个方面中。
溅射面12通常具有在物理气相沉积操作中溅射出材料的区域和在物理气相沉积操作中不溅射出材料的区域。非溅射区域可包括例如对应于面12的侧周部区域的接近侧壁14的区域。
如上面讨论地，在溅射操作中与使用靶构造10或其它靶构造相关的问题在于从溅射面12溅射出的一些材料可再沉积到靶构造的其它表面上(如非溅射区域，包括侧壁14、凸缘16和面12上的非溅射区域)。再沉积材料在物理气相沉积过程中最终可从靶构造中落下作为颗粒。所述颗粒可沉积到物理气相沉积操作过程中溅射沉积的层内从而有害地影响所述层的性质，和/或可落到被设置以支承基板的静电卡盘上。因此需要开发用于对侧壁和/或凸缘和/或靶的其它非溅射表面进行处理以避免溅射沉积层发生颗粒污染的方法。
根据本发明的一个方面，面12的表面(非溅射表面)，侧壁14和/或凸缘16采用新方法进行处理以减少颗粒形成。处理区域例如可部分或整体延伸穿过由图3中的括弧18所示的区域。可特别优选使用本发明的方法对靶的所有非溅射表面(在面12、侧壁14或凸缘16上)进行处理，所述非溅射表面暴露于物理气相沉积反应室内的真空中。
图4示出了侧壁14中的放大区域20。侧壁具有相对平的表面21。
图5示出了在侧壁14已经受到处理形成延伸穿过侧壁表面的凸出部22的图案后的放大区域20。可使用计算机数控(CNC)机床、滚花装置或其它适当机械工具形成凸出部22，且所述凸出部可对应于涡卷图案。例如，可使用计算机数控机床切入侧壁14内并留下所示图案和/或可使用滚花装置压入侧壁14内并留下所述图案。该图案是重复图案，与例如通过珠光处理形成的随机图案相反。凸出部22的图案可被称作宏观图案以使该图案与可在随后形成的微观图案(在下面进行讨论)区别开来。凸出部22可形成约28/英寸至约80/英寸的密度，且约40/英寸的密度是典型的。在具体应用中，可通过具有约28齿/英寸(TPI)至约80齿/英寸，且典型为约40齿/英寸的工具形成凸出部。所述工具的齿部可与凸出部22一一对应。除了沿侧壁14形成凸出部以外或另一种可选方式是，凸出部22可被形成穿过凸缘16的表面(图3)和/或穿过面12的非溅射区域。
图6示出了在凸出部22已经受到使凸出部弯曲的机械力之后的放大区域20。可通过任何适当工具，例如包括滚珠或辊子提供机械力。还可使用通过计算机数控机床进行适当的定向机加工形成弯曲凸出部。弯曲凸出部限定出凸出部之间的空腔23，且这些空腔可用作再沉积材料的捕集器和/或其它颗粒源的捕集器。
再次参见图3，侧壁14可被认为接近溅射面12，且被认为形成了围绕溅射面的靶构造10的侧周部。图6所示的弯曲凸出部22(还可被称作曲形凸出部)因此可被理解为形成了沿侧壁侧向开口的空腔23。另一种可选方式是，空腔2 3可被认为是由弯曲或曲形凸出部22形成的接收器的重复图案。接收器23最终可被用于保持再沉积材料，或可被用于保持可作为物理气相沉积工艺过程中的一种颗粒源的其它材料。接收器23在图6中被示出具有围绕接收器内周的内表面27。
如果溅射表面12(图3)被限定为靶构造10的上表面(即，如果靶构造被认为处于图3所示的取向)，那么所示空腔向下开口。在本发明的其它方面中(未示出)，曲形凸出部可形成沿图3的取向向上开口或侧向开口的空腔。因此，本发明包括以下方面，其中溅射面被限定为靶构造的上表面，且其中沿靶构造的侧壁形成曲形凸出部从而形成空腔，所述空腔以相对于溅射面的限定上表面的向下、向上和侧向的取向中的一种或多种取向沿侧壁侧向开口。注意到，溅射面被限定为上表面的目的在于解释由曲形凸出部形成的空腔的相对取向，而不是表示靶构造相对于基准外框的任何具体取向。因此，溅射表面12(图3)对于靶构造外部的观察者而言可表现为靶构造的向上表面、靶构造的向下表面或靶结构的侧表面，但为了解释本披露内容的目的，所述表面可被认为是被限定的上表面以理解溅射表面与由曲形凸出部22形成的空腔23的开口方向性之间的关系。
空腔23可有利地沿靶构造10最终用于溅射室(例如图1所示的室112)中的取向向上开口。因此，空腔可有利地相对于被限定为靶构造的上表面的溅射表面12以所示向下构型开口。
图7示出了图6所示结构的放大区域30，且具体地示出了单个凸出部22。
图6和图7所示的曲形凸出部22可具有超过表面21例如约0.0001英寸至约0.1英寸(通常约0.01英寸)的高度“H”，和约0.001英寸至约1英寸(通常约0.027英寸)的重复距离(“R”)。距离“R”可被认为是曲形凸出部22的周期重复距离。
在具体方面中，曲形凸出部22可被认为具有底部25，在所述底部处弯曲凸出部联接到侧壁14上，且侧壁14可被认为具有在曲形凸出部的底部之间延伸的表面15。曲形凸出部通常将具有超过侧壁表面15约0.0001英寸至约0.01英寸的最大高度(“H”)。
图8和图9示出了在已经进行处理以形成作为空腔或凹穴的沿凸出部进行延伸的显微结构32。所述处理优选延伸进入接收器23内以使内表面27粗糙化(如图所示)。所述显微结构一起限定出显微结构粗糙度。
例如可利用化学蚀刻剂和机械粗糙化中的一种或两种工艺对凸出部22进行处理。典型机械粗糙化过程包括暴露于颗粒的加压流(例如珠光处理)中或暴露于刚性刷毛(如金属丝刷毛)中。典型化学蚀刻剂包括使凸出部22的材料产生化学点蚀的溶液，且可包括强碱性溶液、弱碱性溶液、强酸性溶液、弱酸性溶液和中性溶液。
如果使用珠光处理形成显微结构32，那么用以形成显微结构的颗粒例如可包括石榴石、碳化硅、氧化铝、固体H2O(冰)、固体二氧化碳和盐(例如碳酸氢盐如碳酸氢钠)中的一种或多种。此外或另一种可选方式是，颗粒可包括至少与形成显微结构的材料一样硬的一种或多种金属材料。
如果用于进行珠光处理的颗粒包括不挥发材料，那么可在形成凹穴32后引入清洗步骤以去除颗粒。例如，如果所述颗粒包括碳化硅或氧化铝，那么可使用清洗步骤，其中凸出部22被暴露于清洗材料浴或流中和/或通过适当刷洗工具(如金属丝刷)进行刷洗。适当流可以是包括固体H2O或固体二氧化碳颗粒的流。如果初始用以形成凹穴32的颗粒主要包括或包括挥发性颗粒(例如固体冰或固体CO2)，那么可省略上述清洗步骤。
在一些方面中，珠光处理介质可以是粒度为24的Al2O3介质，且珠光处理例如可从约1微英寸RA进行至约4000微英寸RA、优选从约50微英寸RA进行至约2000微英寸RA且典型地从约100微英寸RA进行至约300微英寸RA。
在一些方面中，珠光处理介质可包括可高度溶于适当溶剂中的材料。可随后使用所述溶剂从处理表面上去除珠光处理介质。具体而言，珠光处理介质可包括盐或易溶于适当溶剂(例如水溶剂、醇溶剂、非极性有机溶剂等)中的其它组合物。因此可使用适当溶剂从表面上大体上完全去除珠光处理介质。
在使用可溶于适当溶剂中的珠光处理介质的典型应用中，可使用包括含有周期表的1A和2A族(1A和2A族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡和镭)的元素的一种或多种卤化物盐的珠光处理介质，且可使用水溶剂从处理表面上清洗掉珠光处理介质。如本领域的技术人员理解地，卤化物盐包括1A和2A族的元素与周期表7A族的元素的组合，(7A族包括氟、氯、溴、碘和砹)。可溶于水且可用作本发明的多个方面中的珠光处理介质的另一种典型的盐是氯化铵。
卤化物仅是可高度溶于水溶剂中的盐的一个实例。除卤化物以外的多种其它盐已公知在水溶剂中具有高度可溶性，且这些其它盐可用于本发明的多个方面中。可溶于水溶剂中的非卤化物盐例如包括多种碳酸盐，例如碳酸钙；和多种氢氧化物，例如包括金属氢氧化物。典型碳酸盐是天然碱(Na3(CO3)(HCO3))·2(H2O)。
上述水溶剂仅是可用于本发明的多个方面中的多种类型溶剂中的一种，且应该理解除水以外的其它溶剂可用于去除多种珠光处理介质。例如，多种有机颗粒可用作珠光处理介质，且可随后溶于适当有机溶剂中。在本发明的一些方面中，有机颗粒可包括有机金属材料。
使用可溶珠光处理介质可简化珠光处理表面的清洗过程。具体而言，通过适当溶剂去除介质可消除与嵌入珠光处理颗粒相关联的现有技术问题(上面在本披露内容的“背景技术”部分中讨论了典型的现有技术问题)。在具体方面中，使用高度可溶的珠光处理介质可防止发生与嵌入喷珠相关联的潜在起弧，且还可帮助促进再沉积膜附着在根据本发明的多个方面形成的颗粒捕集器上。
即使存在嵌入喷珠的话，使用高度可溶喷珠和适当溶剂以去除喷珠的方法可允许形成几乎没有嵌入喷珠的微观尺度表面(例如图8和图9所示的表面)。大体上无喷珠的微观尺度粗糙化表面由于避免了喷珠污染从而可提供最小的循环热应力。而且，大体上无喷珠的微观尺度粗糙化表面可具有尺寸减小的再沉积材料，与具有大量与其相关联的喷珠(例如碳化硅或氧化铝喷珠)的溅射捕集器相反。
上面讨论的可溶介质可用以通过增强去除介质的性能而避免与嵌入珠光处理介质相关联的问题。在本发明的另一个方面中，通过使用与受到这种介质处理的溅射部件的所需使用相容的介质而减轻与嵌入珠光处理介质相关联的问题。因此，一些介质可保持嵌入在处理部件中，而不会不利地影响部件在溅射应用中的使用。
用于对物理气相沉积部件进行珠光处理的典型相容介质可包括、主要包括、或由以元素或合金形式存在的金属构成。通常，在现有工艺中不使用金属材料进行珠光处理从而对物理气相沉积部件进行处理，这是因为认为金属材料太软。然而，本发明的一个方面认为适当硬的金属材料可用作珠光处理介质。尽管金属颗粒通常比常规珠光处理颗粒更软，但如果颗粒至少与要进行粗糙化的表面一样硬，那么金属颗粒可完成适当粗糙化。可使用任何适当标度确定硬度，所述标度例如包括布氏(Brinell)标度、维氏(Vickers)标度、努普(Knoop)标度和莫氏(Mohs)标度。
如果所述颗粒或包括与靶表面相同的成分，或包括在溅射操作过程中不会提供不需要的性质的某些成分，那么金属颗粒被认为与靶表面相容。例如，如果溅射靶包括钽且用于形成屏障层，那么用于使靶的非溅射区域粗糙化的珠光处理颗粒可包括、主要包括或由钛、钼、钽、钨和钴中的一种或多种构成，所有这些元素可用于形成与靶中的钽相似的屏障材料。可认为与处理表面相容的其它材料为可易于从处理表面上去除以使得颗粒与溅射操作过程中的表面无关的材料。然而，通常难以从溅射部件表面上去除金属颗粒，且因此具体溅射工艺的相容金属颗粒通常是由一种或多种材料形成的颗粒，所述材料具有与在该工艺中进行溅射沉积的材料相似的半导体器件中的功能。
含钽的物理气相沉积部件或含钛的物理气相沉积部件的粗糙化在商业上可具有特别的重要性。钽或钛的溅射沉积，特别是在存在氮气的情况下进行的钽或钛的沉积与其它工艺相比在沿非溅射区域的再沉积和附着以及随后的所不希望的颗粒形成方面可具有更多问题。钽或钛通常在存在氮气的情况下进行溅射沉积以形成包括氮化钽或氮化钛的屏障材料。因此，用于形成本发明的溅射捕集器的方法可特别有利于对用于形成屏障材料的钽或钛溅射靶进行处理。
包括金属介质的典型珠光处理材料可以是含约5％至约30％的金属粉末(体积百分比)的材料，且这种金属具有至少约99％的重量百分比的纯度。珠光处理材料例如可包括约20％的金属粉末，且珠光处理材料的剩余部分可以是非金属颗粒，如碳酸盐(碳酸氢钠、碳酸钾、天然碱等)、卤化物盐(氯化钠、氯化钾等)或任何其它适当介质。除金属材料以外使用的介质组分优选为可高度溶于适当溶剂中以使得可易于从处理表面上去除这种组分的材料。在一些方面中，珠光处理介质可被认为包括第一组颗粒，所述第一组颗粒主要包括金属合金和元素金属中的一种或两种，和可溶于水溶剂或有机溶剂中的第二组颗粒。介质内的第一组颗粒与第二组颗粒的体积体积(v/v)比可小于或等于约1∶3，且在具体方面中在从大于或等于1∶10至小于或等于1∶3的范围内。
在本发明的具体方面中，对结合到铝靶座上的钽靶进行机加工以便与图4-图7所示的工艺相似地在钽的侧壁表面上且可选地在铝表面上产生沟槽。随后使用体积比为1∶10的钨粉末(通常在80psi下且粒度为200)和小苏打(碳酸氢钠)颗粒的混合物对宏观粗糙化的钽进行微观粗糙化处理。钨提供了喷射介质，所述喷射介质足够硬以在钽上形成织构表面，但由于钨与钽附着良好且对用于形成屏障材料的室不具有污染效应，因此通过使用钽珠光处理介质没有将问题污染物引入溅射室内。进行初始喷射工艺之后可进行纯小苏打喷射以去除任何松散嵌入的钨。因此，留在颗粒捕集器中的任何钨在溅射工艺过程中将牢固地嵌入在靶表面中且不落入室内。可在一部分铝靶座以及一部分钨上进行微观粗糙化处理以将颗粒捕集区域延伸到铝靶座上，或另一种可选方式是，可仅在钽的宏观粗糙化区域上进行所述微观粗糙化处理。在一些方面中，可省略钽表面的宏观粗糙化，且可在更高的喷射压力下使用更大粒度的钨以形成粗糙表面。这种粗糙表面可受到进一步微观粗糙化的处理，或可省略微观粗糙化。
上面讨论的本发明的方面中的钨粉末可与钽粉末一起使用，或钽可用于替代钨粉末。如果所述靶是钛靶，那么钛粉末与小苏打的混合物可用作磨蚀剂。另一种可选方式是，小苏打可由任何适当载体颗粒进行替代。所述载体颗粒优选将易于去除，且因此所述载体颗粒将优选易于溶于珠光处理后使用的清洗溶剂中。所述金属颗粒可因此与前面在本披露内容中讨论的高度可溶的颗粒一起使用。
被示出处于图8和图9所示的加工阶段的侧壁14可被认为具有包括捕集区域的表面，在所述捕集区域中具有宏观尺度和微观尺度结构。具体而言，凸出部22可具有0.01英寸的长度，且可被认为是在基板上形成的宏观尺度特征。在凸出部内形成的凹穴可被认为是沿凸出部22的表面形成的微观尺度结构。微观尺度和宏观尺度结构的组合可减轻并甚至防止产生前面在本披露内容中所述的关于颗粒被不希望地附着到溅射沉积层内的问题。在一些方面中，在宏观尺度结构上形成的微观尺度结构还可有利地减少，且在一些情况下完全防止要不然可在物理气相沉积工艺中发生的起弧现象。
尽管在此所述的本发明的典型方面在使凸出部弯曲后形成了凸出部22上的显微结构，但应该理解本发明包括其它方面(未示出)，其中在使凸出部弯曲之前形成显微结构。具体而言，凸出部22在图5所示的加工阶段中可受到珠光处理和/或化学蚀刻且随后弯曲，而不是被弯曲且随后受到珠光处理和/或化学蚀刻。
图5-图9所示的凸出部22可沿图3所示的区域18中的一部分或全部形成。因此，凸出部可至少部分地沿侧壁14和/或至少部分地沿凸缘16和/或沿面12的非溅射侧周部区域进行延伸。在具体方面中，凸出部将整体沿侧壁14进行延伸，和/或将整体沿凸缘16进行延伸和/或将沿面12的非溅射侧周部区域进行延伸。
图2和图3示出了单块靶构造。本领域的技术人员将认识到溅射靶构造还可包括靶/靶座构造。具体而言，溅射靶可在将靶设置在溅射室(如结合图1所述的室)中之前被结合到靶座上。靶/靶座构造可具有任何所需形状，包括图2和图3所示的单块靶的形状。靶座可由比靶更便宜、比靶更易于制造或具有靶没有的其它所需性质的材料形成。靶座被用以将靶保持在溅射室中。本发明可用以类似于图2-图9中所示的对单块靶构造进行处理的方式对靶/靶座构造进行处理。
图10和图11示出了可根据本发明的方法进行处理的典型靶/靶座构造(或组件)200。参见图10和图11，在适当情况下，将使用与上面描述图2-图4所使用的附图标记相似的附图标记。
构造200包括结合到靶座204上的靶202。在所示组件中，靶和靶座在界面206处联接在一起。靶202与靶座204之间的结合方式可以是任何适当结合方式，所述结合方式例如包括焊料结合或扩散结合。靶202可包括任何所需材料，所述材料包括金属、陶瓷等。在具体方面中，靶可包括前面结合图2和图3所示的靶10所述的材料中的一种或多种。靶座204可包括任何适当材料或材料组合，且通常包括一种或多种金属，例如Al、Cu和Ti中的一种或多种。
构造200具有与图2和图3所示靶构造10相似的形状。因此，构造200具有溅射面12、侧壁14和凸缘16。与上面结合图2-图9所述的处理相似地，可采用本发明的方法对构造200的多种非溅射表面中的任何表面进行处理。因此，构造200的所有或部分所示区域18可受到处理。
图11所示的构造200与图3所示的构造10之间的差别在于图11所示构造的侧壁14包括靶座(204)的侧壁和靶(202)的侧壁，而图3所示构造的侧壁14仅包括靶的侧壁。图11所示构造的处理区域18因此可包括沿靶座204的侧壁形成的颗粒捕集器和/或沿靶202的侧壁形成的颗粒捕集器。此外或另一种可选方式是，所述处理区域可包括沿凸缘16形成的颗粒捕集器和/或可包括沿面12的非溅射部分形成的颗粒捕集器。可通过与结合图4-图9所示的一个或多个方面所述的方法相同的方法形成所述颗粒捕集器。
可对构造200中的靶202进行处理以在靶被结合到靶座上之前或之后沿侧壁区域和/或溅射面的非溅射区域形成颗粒捕集器。相似地，可对所述构造中的靶座204进行处理以在靶座被结合到靶上之前或之后沿侧壁区域和/或凸缘区域形成颗粒捕集器。通常，靶和靶座具有受到处理以形成颗粒捕集器的一个或多个表面，且构造200的靶和/或靶座的处理将在将靶结合到靶座上之后发生以使得靶和靶座可同时受到处理。
结合图12-图14对本发明的另一方面进行讨论。可与上述使用相容金属颗粒以沿靶构造形成颗粒捕集区域的工艺一起出现的问题在于即使颗粒良好地附着到靶上，但颗粒仍可能较弱地附着到靶/靶座构造的靶座上。因此，即使颗粒与靶材相容，但颗粒仍可能与靶座不相容。图12-图14所示的实施例可克服这种问题。
图12示出了包括靶座302、靶304和靶与靶座之间的插入件306的靶/靶座构造300。图13和图14示出了包括靶座322、靶324和靶与靶座之间的插入件326的靶/靶座构造320。构造300和320中的每种构造均包括最终受到处理以形成颗粒捕集器的区域18，且该区域包括靶(304或324)和插入件(306或326)的表面，但不包括靶座(302或322)的区域。
图12-图14所示的靶例如可包括高纯钽(例如具有99％或更高的重量百分比的纯度的钽)，靶座可包括铜或铜合金(如铜/锌合金，且在一些方面中可以是具有99％或更高的重量百分比的纯度的铜或铜合金)，且插入区域可包括具有99％或更高的重量百分比的纯度的钽、钛或铝。因此，靶座可被认为包括、主要包括或由第一成分构成；靶可被认为包括、主要包括或由与第一成分不同的第二成分构成；且插入件可被认为包括、主要包括或由与第一和第二成分不同的第三成分构成。靶、靶座和插入件的成分可以是均质的(如图所示)，或在其它方面中，靶、靶座和插入件中的一个或多个可包括多种成分(例如具有不同成分的叠置层)。
上面讨论的与钽相容的多种金属可不与铜相容，但除了与钽相容以外通常与钛或铝相容。因此，插入件(306或326)被设置在靶与靶座之间以使得颗粒捕集区延伸穿过与金属颗粒相容的金属，所述金属颗粒最终用于处理该区域。在一些方面中，本发明包括如下认识，即结合到Cu合金靶座上的Ta靶可具有被溅射的Ta将不粘着在Cu靶座上且因此将易于从靶座上剥落的具体问题。插入件(306或326)的夹层或环形材料可被选择以对Ta比对Cu靶座材料具有更好的附着力(化学或冶金结合)。插入件(306或326)可以是均质单一成分(如图所示)，或可包括多种成分。而且，在本发明的其它方面中(未示出)，所示的插入件可被一堆多个插入件更换。
可使用上面结合图5-图9所述的方法对图12-图14所示的区域18进行处理以使得所述区域可包括宏观尺度和微观尺度粗糙化，或另一种可选方式是，所述区域可仅受到处理以形成微观尺度粗糙化。在使用微观尺度粗糙化和宏观尺度粗糙化的方面中，宏观尺度粗糙化可在微观尺度粗糙化之前或之后进行。然而，优选在微观尺度粗糙化之前进行宏观尺度粗糙化，这是因为宏观尺度粗糙化比微观尺度粗糙化更粗糙。
图13和图14所示的实施例相对于图12所示的实施例之间的差别在于，当从上方进行观察时，图12所示的插入件306将是实心圆、或其它适当形状；而当从上方进行观察时，图13和图14所示的插入件326是环形的，且在所示实施例中当从上方进行观察时是环形圆环。在一些方面中，图12所示的插入件306可被认为代表了一类实心几何形状，而插入件326可被认为代表了一类中空几何形状。
图12所示的靶可被认为具有整体沿插入件的结合表面，且图13和图14所示的靶可被认为具有部分沿插入件且部分沿靶座的结合表面。换句话说，图12-图14所示的构造示出插入件在至少一部分靶与靶座之间，且图12所示的构造示出插入件在仅一部分靶与靶座之间，且图13和图14所示的构造示出插入件在整个靶与靶座之间。
可通过任何适当方法形成图12和图13的构造。例如，在典型方法中，插入件首先通过适当结合方式(例如包括焊料结合或扩散结合)结合到靶座上，且靶随后通过适当结合方式(例如包括焊料结合或扩散结合)被结合到插入件/靶座组合部件上。另一种可选方式是，插入件首先可通过适当结合方式(例如包括焊料结合或扩散结合)结合到靶上，且靶/插入件组合部件随后可通过适当结合方式(例如包括焊料结合或扩散结合)被结合到靶座上。作为又一个实例，靶、靶座和插入件均可同时彼此结合。
不管靶、靶座和插入件如何彼此结合，可在靶、靶座和插入件彼此结合之后在整个区域18上形成颗粒捕集区域，或可在靶、靶座和插入件中的一个或多个彼此结合之前至少部分地形成颗粒捕集区域。例如，可在将靶和/或插入件结合成靶/靶座构造之前沿靶和/或插入件的表面形成图5所示类型的宏观粗糙化区域。作为另一个实例，可在将靶和/或插入件结合成靶/靶座构造之前沿靶和/或插入件的表面进行图6和图7所示的弯曲和/或图8和图9所示的微观粗糙化。作为又一个实例，可在靶、靶座和插入件结合成靶/靶座构造之后实施图5-图9所示的所有加工步骤。
上述用于对溅射靶的非溅射区域进行处理的方法可用于对适用于多种沉积工艺(包括物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD)设备等)中的多种部件的表面进行处理，且可被使用同时保持所需粗糙度控制。例如，该方法可用于对物理气相沉积设备中的帽、销、罩、线圈、覆盖环、夹具、室的内侧壁等的表面进行处理。
权利要求
1.一种对沉积设备中的部件进行处理的方法，所述部件包括具有第一硬度的成分，所述方法包括使所述部件的表面受到由珠光处理介质进行的珠光处理，所述珠光处理介质包括具有大于或等于所述第一硬度的第二硬度的颗粒，所述颗粒主要包括金属合金和元素金属中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件表面主要包括钽，且其中所述颗粒包括与钽相容的一种或多种金属组分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件表面主要包括钽，且其中所述颗粒包括钛、钼、钽、钨和钴中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件是主要包括钽的溅射靶，且其中所述颗粒主要包括钛、钼、钽、钨和钴中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件是主要包括钽的溅射靶，其中所述颗粒是由所述珠光处理介质包括的第一组颗粒，其中所述珠光处理介质包括不同于所述第一组颗粒的第二组颗粒，其中所述第一组颗粒主要包括钨，所述第二组颗粒主要包括碳酸氢钠，且所述珠光处理介质中的所述第一组颗粒与所述第二组颗粒的体积比为约1∶10。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括沿所述部件的所述表面形成凸出部图案；并且使所述凸出部弯曲。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述部件表面主要包括钽，且其中所述颗粒包括钛、钼、钽、钨和钴中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在形成所述凸出部图案之前进行所述珠光处理。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在形成所述凸出部图案之后且在使所述突出部弯曲之前进行所述珠光处理。
10.根据权利要求6所述的方法，其中在使所述突出部弯曲之后进行所述珠光处理。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒是由所述珠光处理介质包括的第一组颗粒，且其中所述珠光处理介质包括不同于所述第一组颗粒的第二组颗粒，所述第二组颗粒可溶于水溶液中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述珠光处理介质内的所述第一组颗粒与所述第二组颗粒的体积体积比小于或等于约1∶3。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述珠光处理介质内的所述第一组颗粒与所述第二组颗粒的体积体积比小于或等于约1∶3且大于或等于约1∶10。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二组颗粒包括选自包括碱金属卤化物盐和铵的卤化物盐的组群中的一种或多种盐。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二组颗粒包括选自包括金属氢氧化物的组群中的一种或多种盐。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二组颗粒包括选自包括卤化物盐的组群中的一种或多种盐，所述卤化物盐中包括选自周期表的1A和2A族中的元素。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒是由所述珠光处理介质包括的第一组颗粒，且其中所述珠光处理介质包括不同于所述第一组颗粒的第二组颗粒，所述第二组颗粒可溶于有机溶液中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二组颗粒包括一种或多种有机金属材料。
19.一种形成靶/靶座构造的方法，包括提供包括第一成分的靶座；提供包括不同于所述第一成分的第二成分的靶；提供具有不同于所述第一成分和所述第二成分的第三成分的插入件；将所述靶、靶座和插入件结合成一种构型，其中所述插入件位于至少一部分所述靶与所述靶座之间；所述构型具有沿一部分所述靶和一部分所述插入件延伸的表面；并且沿所述表面形成颗粒捕集区域，所述颗粒捕集区域包括沿所述插入件的所述部分且沿所述靶的所述部分延伸的曲形凸出部的图案，所述曲形凸出部形成空腔，至少一些所述空腔沿所述靶/靶座构造侧向开口。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述形成所述颗粒捕集区域在所述结合之后发生且包括沿所述表面形成凸出部的图案；使所述凸出部弯曲；并且使所述凸出部受到珠光处理以在所述凸出部上形成显微结构。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述珠光处理使用包括具有大于或等于所述第二成分的硬度的硬度的颗粒的介质，所述颗粒主要包括金属合金和元素金属中的一种或两种。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述颗粒是由所述珠光处理介质包括的第一组颗粒，且其中所述珠光处理介质包括不同于所述第一组颗粒的第二组颗粒，所述第二组颗粒可溶于水溶液或有机溶液中。
23.根据权利要求19所述的方法，其中至少一些所述颗粒捕集区域在所述结合之前形成。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述结合包括将所述插入件插入所述靶座内且将所述插入件结合到所述靶座上；并且在所述插入件被结合到所述靶座上之后将所述靶结合到所述插入件上。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二成分包括钽。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二成分主要包括钽。
27.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二成分由钽构成。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分包括钽；且所述第三成分包括钛。
29.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分主要包括钽；且所述第三成分主要包括钛。
30.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分由钽构成；且所述第三成分由钛构成。
31.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二成分包括钽，且所述第三成分包括铝、钽和钛中的一种或多种。
32.根据权利要求19所述的方法，其中所述靶具有接近所述靶座的结合表面，且其中所述结合表面的整体与所述插入件接触。
33.根据权利要求19所述的方法，其中所述靶具有接近所述靶座的结合表面，且其中仅一部分所述结合表面与所述插入件接触。
34.根据权利要求19所述的方法，其中所述插入件是具有所述第三成分的实心几何形状。
35.根据权利要求19所述的方法，其中所述插入件是具有所述第三成分的中空几何形状。
36.根据权利要求19所述的方法，其中所述插入件是具有所述第三成分的实心圆。
37.根据权利要求19所述的方法，其中所述插入件是具有所述第三成分的环形环。
38.一种靶/靶座构造，包括包括第一成分的靶座；包括不同于所述第一成分的第二成分的靶；在至少一部分所述靶与所述靶座之间的插入件，所述插入件具有不同于所述第一成分和所述第二成分的第三成分；所述靶/靶座构造包括沿一部分所述靶且沿一部分所述插入件延伸的颗粒捕集区域，所述颗粒捕集区域包括沿所述插入件的所述部分且沿所述靶的所述部分延伸的曲形凸出部的图案，所述曲形凸出部形成空腔，至少一些所述空腔沿所述靶/靶座构造侧向开口。
39.根据权利要求38所述的构造，其中所述第二成分包括钽。
40.根据权利要求39所述的构造，其中所述第三成分包括钛。
41.根据权利要求38所述的构造，其中所述第二成分主要包括钽。
42.根据权利要求41所述的构造，其中所述第三成分包括钛。
43.根据权利要求38所述的构造，其中所述第二成分由钽构成。
44.根据权利要求43所述的构造，其中所述第三成分包括钛。
45.根据权利要求38所述的构造，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分包括钽；且所述第三成分包括钛。
46.根据权利要求38所述的构造，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分主要包括钽；且所述第三成分主要包括钛。
47.根据权利要求38所述的构造，其中所述第一成分包括铜；所述第二成分由钽构成；且所述第三成分由钛构成。
48.根据权利要求38所述的构造，其中所述第二成分包括钽，且所述第三成分包括铝、钽和钛中的一种或多种。
49.根据权利要求38所述的构造，其中所述靶具有接近所述靶座的结合表面，且其中所述结合表面的整体与所述插入件接触。
50.根据权利要求38所述的构造，其中所述靶具有接近所述靶座的结合表面，且其中仅一部分所述结合表面与所述插入件接触。
51.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的实心几何形状。
52.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的中空几何形状。
53.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的实心圆。
54.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的实心圆且被插入所述靶座内。
55.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的环形环。
56.根据权利要求38所述的构造，其中所述插入件是具有所述第三成分的环形环且被插入所述靶座内。
全文摘要
本发明包括用于沿物理气相沉积部件的表面形成颗粒捕集器的方法，且包括在其上具有颗粒捕集器的物理气相沉积部件。本发明可包括将高度可溶的介质用于进行珠光处理和/或可包括将金属材料用作珠光处理介质。本发明还可包括沿需要颗粒捕集器的靶座的区域形成插入件，且所述插入件具有在颗粒捕集性质方面优于所述靶座的成分。
文档编号B08B7/00GK1849409SQ200480026269
公开日2006年10月18日 申请日期2004年9月10日 优先权日2003年9月11日
发明者金在衍, S·R·赛尔斯, J·K·卡多库斯, T·J·费兰 申请人:霍尼韦尔国际公司