經優化的紋理化表面及優化的方法
【專利說明】經優化的紋理化表面及優化的方法
[0001 ]相關申請案的交叉參考
[0002]本申請主張2013年10月22日提交的美國臨時專利申請序列號61/894,019的優先權權益。
技術領域
[0003]本發明涉及用于派射過程(sputtering process)中的遮罩以及目標側壁和凸緣，且具體涉及使遮罩以及目標側壁和凸緣的紋理化表面優化。
【背景技術】
[0004]在典型的濺射過程中，將來自金屬或金屬合金濺射目標的金屬原子在物理氣相沉積(physical vapor deposit1n，PVD)氛圍中沉積于基板上。按需要，大多數派射的金屬原子直接移動至基板。然而，在PVD過程期間，大部分濺射顆粒在氣體中變得分散，且可沉積在腔室的各個意料之外的表面，諸如遮罩及目標側壁或凸緣上。
[0005]沉積在濺鍍腔室的各個不希望表面(諸如遮罩或目標側壁及凸緣)上的分散的濺射顆粒在隨后的濺射過程中易于積聚及剝落。分散的濺射顆粒在目標上的沉積尤其麻煩。例如，反復加熱和冷卻目標，包括在目標側壁上的不希望的沉積顆粒，甚至更可能呈現顆粒剝落。
[0006]在許多情況下，這些有害顆粒被推動至基板。晶片上的這些顆粒可在濺射圖案中產生缺陷，由此可導致故障電路。目標壽命應主要由目標厚度決定。然而，實際上目標壽命常常受沉積物在目標上的堆積限制，尤其是在側壁部分上的堆積。
[0007]可使一部分目標外伸出側壁表面以抑制分散顆粒在側壁上沉積。任選地，遮罩或部分目標表面，諸如側壁和凸緣可經紋理化。基本策略為簡單調節表面的幾何形狀以僅提供用于應力在紋理化的表面上的任何所沉積的材料中積聚的短距離。
[0008]紋理化方法包括珠粒噴擊(blasting)或噴砂。然而，這些噴擊處理過程導致噴擊材料嵌入待紋理化的表面中。由于顆粒產生中的熱循環，嵌入的材料可被釋放進處理腔室中，導致不良的性能。
[0009]改良的紋理化方法包括等離子體噴霧或雙絲電弧噴霧(twin-wire-arcspraying，TWAS，或“電弧噴霧”)。在電弧噴霧及等離子體噴霧中，將金屬涂料噴霧到目標表面上以更多地增加側壁的粗糙度。在TWAS過程中，將具有相反電荷的兩根電線(wire)饋送通過機動槍。在電線饋送通過槍時，它們幾乎接觸而產生電弧。饋送壓縮氣體通過電弧后的孔口，使金屬霧化并將其推至待涂布的表面上。經電弧噴霧的表面提供大的表面積，由此限制應力積聚在應力敏感性沉積層(諸如氮化鈦或氮化鉬及其它應力敏感性膜)中。TWAS或等離子體噴霧可使用任何金屬來涂布目標表面，但是鋁是典型優選的，這歸因于它的熱膨脹系數，其具有良好的粘著強度，并且其產生粗糙表面。由于沉積層或膜為不連續的，故它們以與電弧噴霧鋁大致相同的速率膨脹及收縮。這幫助在目標偏轉期間減少顆粒剝落及不希望顆粒的產生，同時處理晶片。然而，電弧噴霧可導致表面金屬涂層的不一致粗糙度。由于所述不一致粗糙度，涂層材料可因處理腔室中的應力或熱循環而從原始的目標表面脫離。另外，電弧噴霧過程可截留污染物，其減小沉積顆粒的粘著性或產生過于不牢固而無法支撐沉積顆粒的懸臂式結構。
[0010]這些遮罩及目標的變化是為了改善目標的性能，同時抑制不希望的沉積顆粒在目標上的積聚且改善不希望的沉積顆粒在目標上的保持(保持力)(retent1n)，從而增加目標的使用壽命。所述變化提供紋理化表面，但未完全解決顆粒產生問題。在整個目標使用壽命期間，不希望的沉積物仍I日必定會粘著至目標。
【發明內容】
[0011 ]出人意料發現紋理化目標表面可優化以改善沉積顆粒的粘著性及保持力。因此，公開了用于使紋理化目標表面優化的方法。所述方法可用于已使用任何方法而被紋理化的目標表面，包括但不限于上文所描述的珠粒噴擊(bead blasting)、噴砂、等離子體噴霧或雙絲電弧噴霧(TWAS)方法。在一個實施方案中，該方法可包括用冰狀顆粒噴射或噴擊經紋理化表面以形成經優化的紋理化表面。所述冰狀顆粒可為可升華的顆粒，諸如凍結的二氧化碳或干冰。在另一實施方案中，所述冰狀顆粒可為氬氣。在又一實施方案中，紋理化表面可使用顆粒噴擊裝置，以冰狀顆粒噴擊。所述冰狀顆粒可夾帶在諸如氮氣或空氣的載氣中。在另一實施方案中，該方法可包括減少存在于紋理化表面中的任何懸臂式結構(cantilevered strueture)的量以形成經優化的紋理化表面。
[0012]在另一實施方案中，公開一種經優化的紋理化表面，其中使用了包括以冰狀顆粒噴擊紋理化表面以形成經優化的紋理化表面的方法來使該紋理化表面優化。紋理化表面可使用至少一種選自以下的方法進行紋理化:珠粒噴擊、噴砂、等離子體噴霧、雙絲電弧噴霧(TffAS)及其組合。在另一實施方案中，紋理化表面可包含鋁、鋁合金和/或其組合。
[0013]在本發明的另一實施方案中，公開一種目標組件，其包括具有至少一個具有經優化的紋理化表面的側壁和/或凸緣的濺射目標。該側壁和/或凸緣可使用包括以冰狀顆粒噴擊紋理化表面以形成經優化的紋理化表面的方法進行優化。該紋理化表面可使用至少一種選自以下的方法進行紋理化:珠粒噴擊、噴砂、等離子體噴霧、雙絲電弧噴霧(TffAS)及其組合。紋理化表面可包含鋁、鋁合金和/或其組合。在另一實施方案中，可減少存在于紋理化表面中的任何懸臂式結構的量以形成經優化的紋理化表面。
[0014]根據本發明以下實施方案的說明，本發明的優勢對于本領域技術人員將變得更顯而易見，所述實施方案借助于說明來展示和描述。如將認識到的，本發明能夠存在其他及不同實施方案，且本發明細節能夠在各方面進行修改。
[0015]附圖簡述
[0016]圖1為用于測試對比例“樣品A”與本發明的說明性實施例“樣品B”的過程的流程圖。
[0017]圖2為樣品A與樣品B的能量色散X射線(energydispersive X_ray，EDAX)分析及比較。
[0018]圖3示出了在掃描電子顯微鏡(SEM)下獲得的樣品A的多個圖像。
[0019]圖4是除了在掃描電子顯微鏡(SEM)下獲得的樣品B的多個圖像。
[0020]圖5為樣品A與樣品B的孔區域的SEM比較。
[0021]實施方式
[0022]本發明的經優化的紋理化表面及方法可用于在濺射腔室內的任何紋理化表面。這樣的表面包括，但不限于，遮罩及目標側壁或凸緣。所述表面可使用任何方法，諸如珠粒噴擊、噴砂、等離子體噴霧、電弧噴霧或雙絲電弧噴霧(TWAS)進行紋理化。所述紋理化方法為本領域技術人員所熟知的且為簡潔起見而不包括在本文內。
[0023]紋理化表面可為例如由Al或Cu或其合金構成的電弧噴霧的表面。紋理化表面也可由珠粒噴擊、滾紋法、蝕刻、機械加工或其他常規方法提供。另外，可使用發泡金屬。這些材料本身因其特有性質而具有紋理化表面。發泡Al、Ni及Cu金屬為市售的。
[0024]紋理化表面典型地具有不一致粗糙度和從紋理化表面突出的懸臂式結構，如毛狀物或晶須。這些懸臂式結構可捕捉灰塵或其它污染物，且在濺射期間可能會落在晶片表面而污染晶片表面。懸臂式結構常常過于不牢固而無法固持在濺射期間沉積于其上的顆粒。隨著懸臂式結構上沉積的顆粒的質量增加，結構上的應力也增加。最終，懸臂式結構可能會斷裂而污染晶片表面。
[0025]可通過移除懸臂式結構及其它表面污染物，從而留下仍具有大的表面積以限制應力積聚在任何所沉積的材料中的清潔表面來使紋理化表面優化。所公開的方法在不干擾整體粗糙度的情況下移除紋理化表面的尖銳及突出特征，以使得經優化的紋理化表面仍具有供沉積顆粒粘著的表面積。所公開的方法也可提供測試以確保電弧噴霧表面完全粘著至基板。將不良粘著的電弧噴霧表面移除也幫助在rov過程中減少不希望的顆粒產生。在優化之后，紋理化表面具有更少的不牢固的懸臂式結構和更好的表面清潔度供膜粘著。在濺射過程中，沉積在經優化的紋理化表面上的諸如氮化物和硅化物(包括氮化鈦、氮化鉭、硅化鉭、硅化鎢等)的脆性材料將更好地粘著至結構更堅固的基底。這導致在PVD濺射腔室中減少不希望的顆粒產生的量的遮罩及目標物。
[0026]紋理化表面通過用固體顆粒或冰狀顆粒噴擊進行優化，此將不殘留諸如凍結水的干燥殘留物。在一個實施方案中，冰狀顆粒可以是可升華的固體顆粒，諸如凍結的二氧化碳或凍結的氬氣。可升華的固體顆粒具有的優勢在于，其從固體融化成氣體，而不會在紋理化表面上形成液體。在紋理化表面上噴擊冰狀顆粒以從紋理化表面以物理方式移除懸臂式結構、松散材料及污染物。在噴擊紋理化表面之后，任何嵌入其中的冰狀顆粒均將熔化，或在可升華的固體顆粒情況下蒸發。
[0027]冰狀顆粒可使用被設置用于顆粒噴擊或顆粒噴擊清潔的任何設備或裝置來噴擊。所述裝置可為市售的干冰清潔機。以下段落中僅通過說明提供所這樣的裝置的簡化描述，并提供這樣的裝置的一般理解。顆粒噴擊裝置的差異不影響本發明的范圍。關于顆粒噴擊裝置的更多信息可見于2005年5月10日授權的標題為DRY-1CE BLAST DEVICE的美國專利6，890,246及2012年 10月2 日授權的標題為PARTICLE BLAST CLEANING APPARATUS WITHPRESSURIZED CONTAINER的美國專利8，277，288中。兩項專利均以引用的方式并入本文中。
[0028]顆粒噴擊裝置(未示出)可包含容器、饋送組件、驅動組件及出射口組件(exitport assembly)。該容器被設置成接收并保持用于噴擊或清潔表面(包括上文所描述的紋理化表面)的固體顆粒，諸如二氧化碳冰狀顆粒。該容器可為密封或加壓的。該容器還被設置成將冰狀顆粒從容器下端轉移至饋送