(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体プロセスチャンバ内に使用する構成部品の表面をテクスチャ化する方法であって、
前記表面上に凹みと突起とを有する複数のフィーチャを形成させるため、前記構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で電磁ビームを走査させるステップと、
前記構成部品の表面及び前記フィーチャを粗くするステップと、
を含み、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査は、移動時間及び休止時間からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁ビームは、前記ビームが導かれる前記構成部品の表面上の一点において、104Ｗ／ｍｍ2乃至107Ｗ／ｍｍ2の範囲内の電力密度を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記構成部品の表面を粗くするステップは、前記構成部品にビードを吹き付けるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記構成部品の表面を粗くするステップは、前記構成部品を化学的に粗くするステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁ビームを走査させるステップの前に、前記構成部品を加熱するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記構成部品を加熱するステップは、前記構成部品が溶融、流れ、または実質的な分解を受け始める温度より低い温度まで前記構成部品を予熱するステップからなることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記構成部品は、放射熱ランプ、誘導加熱器、または赤外型抵抗加熱器を使用して加熱されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ビードを吹き付けるステップは、酸化アルミニウム、ガーネット、炭化シリコン、酸化シリコン、またはそれらの組合わせからなるグリット粒子を使用して遂行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品にビードを吹き付けるステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記構成部品を化学的に粗くするステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記構成部品の表面上に前記複数のフィーチャを形成させるステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のフィーチャを形成させるため、前記電磁ビームを走査させるステップの前に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のフィーチャを形成するステップの後に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のフィーチャを形成させるため、前記電磁ビームを走査させるステップの前に、前記構成部品の応力を除去するステップと、前記表面上に複数のフィーチャを形成させるステップの後に、前記構成部品の応力を逃がすステップとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記構成部品にビードを吹き付けるステップの後に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１７】
前記電磁ビームは、前記構成部品の一方の表面上にフィーチャを形成させることによって生じた何等かの可能な歪みを補償するために、前記構成部品の他方の表面上にフィーチャを形成させるために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
半導体プロセスチャンバ内に使用する構成部品の表面をテクスチャ化する方法であって、
テクスチャ化チャンバを10-3トル乃至10-5トルの範囲の圧力までポンプするステップと、
50乃至160キロボルトの加速電圧において、15乃至50ミリアンペアの電子ビーム電流の電子ビームを前記構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で走査させ、前記表面上に凹みと突起とを有する複数のフィーチャを形成させるステップと、
前記構成部品の表面及び前記フィーチャを粗くするステップと、
を含み、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記走査は、移動時間及び休止時間からなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電子ビームは、前記ビームが導かれる前記構成部品の表面上の一点において、104Ｗ／ｍｍ2乃至107Ｗ／ｍｍ2の範囲内の電力密度を有していることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記構成部品の表面を粗くするステップは、前記構成部品にビードを吹き付けるステップからなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記構成部品の表面を粗くするステップは、前記構成部品を化学的に粗くするステップからなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記電子ビームを走査させるステップの前に、前記構成部品を加熱するステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記構成部品を加熱するステップは、前記構成部品が溶融、流れ、または実質的な分解を受け始める温度より低い温度まで前記構成部品を予熱するステップからなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記構成部品は、放射熱ランプ、誘導加熱器、または赤外型抵抗加熱器を使用して加熱されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ビードを吹き付けるステップは、酸化アルミニウム、ガーネット、炭化シリコン、酸化シリコン、またはそれらの組合わせからなるグリット粒子を使用して遂行されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記構成部品にビードを吹き付けるステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記構成部品を化学的に粗くするステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記構成部品の表面上に前記複数のフィーチャを形成させるステップの後に、前記構成部品を化学的に清浄化するステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数のフィーチャを形成させるステップの前に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数のフィーチャを形成させるステップの後に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数のフィーチャを形成させるステップの前に前記構成部品の応力を除去するステップと、前記表面上に複数のフィーチャを形成させるステップの後に前記構成部品の応力を逃がすステップとを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
前記構成部品にビードを吹き付けるステップの後に、前記構成部品の応力を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記電磁ビームは、前記構成部品の一方の表面上にフィーチャを形成させることによって生じた何等かの可能な歪みを補償するために、前記構成部品の他方の表面上にフィーチャを形成させるために使用されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項３５】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して30〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、
前記表面は、前記表面上に複数のフィーチャが形成された後に、化学的に粗くされ、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項３６】
前記プロセスチャンバ構成部品を化学的に粗くした後に、前記表面を化学的に清浄化することを特徴とする請求項３５に記載のプロセスチャンバ構成部品。
【請求項３７】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、
前記構成部品は、前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って電磁ビームを走査させる前に、応力除去され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項３８】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記構成部品は、応力除去され、予熱温度まで加熱された後、前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成され、
前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項３９】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して30〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、
前記構成部品は、前記複数のフィーチャが形成された後に、応力除去され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項４０】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して30〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、
前記構成部品は、前記表面上に複数のフィーチャを形成させる前に、及び前記表面上に複数のフィーチャが形成された後に、応力除去され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項４１】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、
前記構成部品は、前記複数のフィーチャが形成された後に、応力除去され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項４２】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記プロセスチャンバ構成部品は、放射熱ランプ、誘導加熱器、または赤外型抵抗加熱器を使用して加熱された後、前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して30〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成され、
前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項４３】
プロセスチャンバ内において使用するためのプロセスチャンバ構成部品であって、
１またはそれ以上の表面を有するボディと、
前記表面上に形成されている複数のフィーチャと、
を含み、
前記フィーチャは前記プロセスチャンバ構成部品の表面を横切って前記構成部品の表面に垂直な線に対して0〜45°の入射角で電磁エネルギのビームを走査させたことによって形成されており、前記形成されたフィーチャは凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択され、前記凹みは表面直径より大きい内部直径を有し、
前記構成部品は一方及び他方の表面上に形成されているフィーチャを有し、前記他方の表面上のフィーチャは前記一方の表面上へのフィーチャの形成によって誘起される応力を補償することを特徴とするプロセスチャンバ構成部品。
【請求項４４】
前記構成部品の表面上の一点における電力密度は、104Ｗ／ｍｍ2乃至105Ｗ／ｍｍ2の範囲内にあることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項４５】
前記表面を化学的に粗くするステップは、前記表面を電気化学的に粗くするステップからなることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項４６】
前記表面を化学的に粗くするステップは、前記表面を電気化学的に粗くするステップからなることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項４７】
前記表面は、電気化学的に粗くされていることを特徴とする請求項３５に記載のプロセスチャンバ構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、材料の表面を変更するために電磁放射のビームの使用に関する。詳述すれば、本発明は、プロセスチャンバ内に使用される構成部品の表面を変更してチャンバ構成部品上にテクスチャ化された表面を得るために電子ビームの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の寸法が縮小されながら製造されるにつれて、これらのデバイスの生産歩留まりは汚染によってより影響を受け易くなる。従って、集積回路デバイス、特に物理的サイズが小さい集積回路デバイスを製造するには、従来必要であると考えられていたよりも高度に汚染を制御する必要がある。
【０００３】
集積回路デバイスの汚染は、薄膜蒸着、エッチング、または他の半導体製造プロセス中の望ましくない漂遊粒子のような源によって発生し得る。一般的に集積回路デバイスの製造は、物理蒸着（ＰＶＤ）及びスパッタリングチャンバ、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマエッチングチャンバ等のようなチャンバの使用を含む。蒸着及びエッチングプロセスの途中で、材料が気相からチャンバ内のいろいろな内部表面上に凝縮して固体の塊体を形成し、チャンバのこれらの表面上に残る。この凝縮した異物がチャンバの内部表面上に累積し、ウェハー処理シーケンスの間に、またはシーケンス中に内部表面から分離、または剥落するようになる。この分離した異物が、ウェハー基体及びその上のデバイスに衝突し、それを汚染する。汚染されたデバイスは破棄しなければならないことが多く、そのためプロセスの生産歩留まりが低下する。
【０００４】
プロセスチャンバの内部表面上に凝縮した異物が分離するのを防ぐために、内部表面に凝縮した異物と該表面との間の付着を強めて分離しにくくし、ウェハー基体の汚染の程度を減少させるように内部表面をテクスチャ化することができる。チャンバ表面をテクスチャ化するために現在使用されている方法は「ビード吹き付け（ブラスティング）」である。ビード吹き付けは、硬い粒子を表面上に吹き付けて表面を粗くすることを含む。代替としてアルミニウムアークスプレーによって蒸着させたアルミニウムのコーティングのようなコーティングを表面に施すことによって、表面をテクスチャ化することができる。しかしながら、プロセスチャンバ内の表面を変更するために広く使用されているこれらの、及び他の方法は、時には、凝縮した塊体とチャンバ表面との間に十分な付着を得るのに有効ではない。
【０００５】
分離した異物に伴う諸問題を回避するためには、凝縮した塊体をチャンバ表面から除去するために頻繁な、且つ時には長いクリーニングステップが必要である。また、相当な量のクリーニングを遂行したとしても、ある場合には、分離した異物による汚染が発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、プロセスチャンバの内部表面上に凝縮した異物による汚染を減少させる要望、及び凝縮した異物のプロセスチャンバの内部表面上への付着を改善する方法の開発に対する要望が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一般的には、加工片の表面をテクスチャ化する方法を提供する。本方法は、加工片をテクスチャ化チャンバへ供給するステップと、加工片の表面を横切って電磁エネルギのビームを走査させ、該表面上に複数のフィーチャを形成させるステップとを含む。形成されるフィーチャは、凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択される。
【０００８】
本発明は、一般的には、加工片の表面をテクスチャ化する方法を提供する。本方法は、加工片をテクスチャ化チャンバへ供給するステップと、加工片の表面を横切って電子ビームを走査させ、該表面上に複数のフィーチャを形成させるステップとを含む。形成されるフィーチャは、凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択される。
【０００９】
更に、プロセスチャンバ内の汚染を減少させる方法が提供される。本方法は、１またはそれ以上のプロセスチャンバ構成部品の表面を横切って電磁エネルギのビームを走査させ、該表面上に複数のフィーチャを形成させるステップを含む。形成されるフィーチャは、凹み、突起、及びそれらの組合わせからなるグループから選択される。本方法は更に、１またはそれ以上のプロセスチャンバ構成部品をプロセスチャンバ内に位置決めするステップと、プロセスチャンバ内においてプロセスシーケンスを開始するステップとを含む。
【００１０】
本発明の上述した特色、長所、及び目的を達成するための技法は、以下の添付図面に基づく本発明の特定の実施の形態の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、加工片１０４の表面を変更するために使用することができる表面テクスチャ化装置１００の概要断面図である。表面テクスチャ化装置１００は、一般的にカラム１２０を備えている。カラム１２０の内部には、陰極１０６を取り囲んでバイアスカップ１１６が配置されている。陰極１０６は、例えばタングステンのような材料からなるフィラメントであることができる。高電圧ケーブル１２２が陰極１０６に結合されており、ケーブル１２２は高電圧電源と陰極１０６及び陽極１０８とを接続している。
【００１２】
陰極１０６から下方に離間して、陽極１０８及び２対の高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂが位置している。陽極１０８内には、通路を形成する孔１１８が設けられている。典型的には円形で、カラム１２０と同心状の高速集束コイル１１０が、陽極１０８の下方に配置されている。２対の高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂは、高速集束コイル１１０の下方に存在している。カラム１２０に結合され、カラム１２０の下方に位置しているのは頂面１１４Ｔを有する作業チャンバ１１４である。作業チャンバ１１４は、一般的に基体支持具１４０を備えている。基体支持具１４０は、基体支持具１４０を運動させるための作動手段１４２に結合することができる。作動手段１４２は、例えば加工片１０４を並進運動させたり、または１またはそれ以上の回転軸に沿って加工片１０４を回転させることができるアクチュエータまたは回転シャフトであることができる。作動手段１４２は、加工片１０４を電磁ビーム１０２に対して運動させる。電磁ビームは、例えば電子ビームであることができる。基体支持具１４０は更に、例えば抵抗加熱器または熱電デバイスのような、加熱要素１５０を含むことができる。陽極１０８と高速集束コイル１１０との間に位置決めされている分離弁１２８はカラム１２０を分割し、作業チャンバ１１４を分離弁１２８より上のカラム１２０の部分とは異なる圧力に維持することができるようにする。
【００１３】
例えば拡散ポンプまたはターボ分子ポンプのようなポンプ１２４が、弁１２６を介してカラム１２０に結合されている。ポンプ１２４は、カラム１２０を排気するために使用される。典型的には、分離弁１３２を介して真空ポンプ１３０がチャンバ１１４に結合され、チャンバ１１４を排気する。本発明のプロセスに使用できる、または変更して使用できる電磁ビームの例は、コネチカット州エンフィールドのプレシジョン・テクノロジーズ製の、または英国カブス、ウォータービーチのケンブリッジ・バキューム・エンジニアリング製の電子ビーム溶接システムを含む。
【００１４】
図１には、電子ビームを使用する表面テクスチャ化装置が特定的に示されているが、例えば陽子、中性子、Ｘ線、レーザ、電気アーク等のビームのような、何等かの電磁波または粒子のビームの使用も本発明の範囲内にあることを理解されたい。また電磁ビームという用語を使用するが、これは帯電粒子ビームに制限するものではなく、例えば電子ビーム、陽子または中性子、Ｘ線、高密度光放射（例えば、レーザ）、または電気アーク型プロセス（例えば、放電加工機（ＥＤＭ）等）のビームのような、加工片に転送される何等かの形状の集束されたエネルギを含むものと理解されたい。表面テクスチャ化装置は、一般的に、特定のエネルギのビームを制御し、加工片の表面上に集束させる手段を含む。ビームを制御し、集束させるこの特定の手段は、使用する特定の型の電磁放射に依存する。
【００１５】
表面テクスチャ化プロセス
加工片１０４の表面をテクスチャ化するための種々の方法を、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、及び３Ｆに示す。詳述すれば、図３Ａは、ステップ３０１において開始され、加工片１０４が図１のチャンバ１１４のような表面テクスチャ化チャンバへ送給されるステップ３０４以降の一連のプロセスステップ３００を示している。図３Ｂは、図３Ａと同じプロセス３００を示しているが、テクスチャ化プロセスを実行する前に加工片１０４を予熱するステップ３０７が追加されている。図３Ｃは、図３Ａと同じ一連のプロセスステップ３００を示しているが、ステップ３０４の前に加工片１０４から応力を逃すステップ３０２と、テクスチャ化プロセスを実行する前に加工片１０４を予熱するステップ３０７とが追加されている。図３Ｄは、図３Ａと同じ一連のプロセスステップ３００を示しているが、ステップ３０４の前に加工片１０４から応力を逃すステップ３０２が追加されている。予熱ステップ及び応力逃しステップは、テクスチャ化プロセスとは分離したチャンバにおいて、または同一のチャンバにおいて遂行することができる。図３Ｅは、図３Ａと同じ一連のプロセスステップ３００を示しているが、ステップ３１０におけるテクスチャ化プロセスが完了した後に加工片１０４から応力を逃し、テクスチャ化プロセス中に発生した、またはテクスチャ化プロセスの後に残る何等かの応力を逃すステップ３１１が追加されている。本発明の他の実施の形態においては、ステップ３１１を図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、及び３Ｆに示す他のプロセスステップ３００にも追加し、テクスチャ化プロセスの適用によって加工片内に誘起された残留応力を逃すか、または加工片内に残る応力を除去することができる。図３Ｆは、図３Ａと同じ一連のプロセスステップ３００を示しているが、ステップ３１０が完了した後に加工片を化学的に清浄化するステップ３１２が追加され、その後のプロセスへの汚染の影響を減少乃至は阻止し、また第２の材料の加工片への付着を改善するようにしている。本発明の他の実施の形態においては、ステップ３１２を図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、及び３Ｅに示す他のプロセスステップ３００にも追加し、加工片を使用するであろうその後のプロセスへの汚染の影響を減少乃至は阻止し、また第２の材料の加工片への付着を改善することができる。
【００１６】
加工片は、一般的には、金属または金属合金のような材料、セラミック材料、ポリマー材料、複合材料、またはそれらの組合わせからなる。一実施の形態においては、加工片は鋼、ステンレス鋼、タンタル、タングステン、チタン、銅、アルミニウム、ニッケル、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、炭化シリコン、サファイア（Ａl2Ｏ3）、及びそれらの組合わせからなるグループから選択された材料からなる。一実施の形態においては、加工片は、オーステナイト系ステンレス鋼、鉄・ニッケル・クロム合金（例えば、インコネル（登録商標）合金）、ニッケル・クロム・モリブデン・タングステン合金（例えば、ハステロイ（登録商標））、銅・亜鉛合金、クロム・銅合金（例えば、５％または10％Ｃr、残りがＣu）等のような金属合金からなる。別の実施の形態においては、加工片は石英からなる。加工片は、ポリイミド（Vespel（登録商標））、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリル酸塩（Ardel（登録商標））等のようなポリマーからなることもできる。
【００１７】
ステップ３０６においてチャンバ１１４及びカラム１２０は約１×10-3乃至１×10-5トルの範囲内の圧力まで排気される。一実施の形態においては、電磁ビームは、抵抗加熱器（図示せず）を使用して陰極１０６を加熱し、電源（図示せず）を使用して陰極に電流を印加することによって形成される。陰極から脱出した電子は、バイアスカップ１１６に収集される。陽極に対して負の高電圧電位（以下、加速電圧という）がケーブル１２２を介して陰極１０６に印加され、大きさが加速電圧より小さい第２の負電位がバイアスカップ１１６に印加される。加速電圧は、約50乃至約160ｋＶの範囲内にあることができる。第２の電位は、加工片１０４へ送給される電子ビームエネルギの大きさを制御するために使用される。
【００１８】
電子は陽極１０８内の孔１１８を通って移動し、発散し始める。陽極１０８の下に位置する高速集束コイル１１０は電子ビームを加工片１０４上で小さい直径に集束させ、一方高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂはビームを磁気的に加工片１０４の表面の特定の位置に偏向させる。電磁ビーム１０２を操作するのに十分な磁束を発生させるために、電流が高速集束コイル１１０と高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂとに印加される。高速集束コイル１１０及び高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂを通過した電子ビームは、図３のステップ３０８に示すように加工片の表面へ供給される。チャンバ１１４の頂面１１４Ｔと加工片１０４との間の距離が、ビームの作業距離である。一実施の形態におけるこの作業距離は、約50ｍｍ乃至約1,000ｍｍであり、好ましくは約200ｍｍ乃至約350ｍｍである。
【００１９】
図２を参照する。マイクロプロセッサコントローラ２００を、集束コイル１１０及び高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂに結合することが好ましい。マイクロプロセッサコントローラ２００は、種々のチャンバ及びサブプロセッサのための工業設定に使用することができる何等かの汎用コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）の一形状であることができる。コンピュータは、ランダムアクセスメモリ、読出し専用メモリ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルの、または遠隔の何等かの他の形状のディジタル記憶装置のような、何等かの適当なメモリを使用することができる。広く知られているようにしてプロセッサを支援するために、種々の支援回路をＣＰＵに結合することができる。必要に応じてソフトウェアルーチンをメモリ内に格納することも、または遠隔配置されている第２のＣＰＵによって実行させることもできる。
【００２０】
ソフトウェアルーチンは、チャンバ１１４内に加工片１０４が位置決めされると実行される。ソフトウェアルーチンが実行されると、汎用コンピュータは、チャンバプロセスを遂行するようにチャンバ動作を制御する特定プロセスコンピュータに変換される。代替として、本発明のプロセスは、特定用途向け集積回路または他の型のハードウェア装置としてのハードウェアによって、またはソフトウェア及びハードウェアの組合わせによって遂行させることができる。
【００２１】
更に図２を参照する。典型的には１組の命令がコンピュータ可読媒体上にエンコードされており、これがコントローラ２００へ供給される。命令の実行によって発生した制御信号は、コントローラ２００から１またはそれ以上の関数発生器２０４を通して高速集束コイル１１０及び高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂへ伝えられる。一実施の形態においては、命令は５つの関数発生器２０４を通して伝えられる。５つの関数発生器の１つは、高速集束のために使用される。２つの関数発生器はビームの主偏向のために使用され、２つの関数発生器がビームの二次偏向のために使用される。関数発生器には、対応する電力増幅器（図示せず）が付属している。命令は、典型的には高速集束コイル１１０及び高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂが電磁ビーム１０２を操作することを可能にし、加工片１０４の表面上の特定位置へビームを運動させることによって加工片１０４の表面上にフィーチャの特定のパターン、間隔、及び特性を作出する。
【００２２】
関数発生器２０４は、さまざまな周波数にわたる信号波形を発生することができる。それにより、コントローラ２００が発した信号応じて電子ビーム１０２の位置及び合焦直径を迅速に調整し、加工片の表面上にフィーチャを迅速に形成することができる。関数発生器２０４は、コントローラ２００と集束コイル１１０並びに高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂとの間の信号の伝達を容易にするために、好ましくは１またはそれ以上の電力増幅器、電源等（図示せず）へ結合されている。
【００２３】
図３のステップ３１０に示すように、電磁ビーム１０２は、加工片１０４の表面を横切って走査される。加工片１０４の表面を横切ってビームを走査させる前に、加工片１０４を予熱温度まで加熱することができる。予熱温度は、一般的には加工片１０４を構成している材料に依存する。例えば、加工片１０４は、加工片１０４が溶融し、物理的状態を変化させ、または実質的な分解を生じ始める温度より低い予熱温度まで加熱することができる。加工片１０４は、例えば図１に示す加熱要素１５０を使用して加熱することができる。また加工片１０４は、加工片１０４をテクスチャ化する前に、電子ビームを用いて構成部品を走査することによって加熱することもできる。この予備走査ステップは、テクスチャ化を遂行しようとしている領域を加熱するパターンで電子ビームを表面全体に迅速に移動させることによって遂行することができる。一実施の形態においては、加工片の予熱プロセス中に、電子ビームまたは他のエネルギ源プロセスパラメータ（例えば、焦点距離及びプロセス電力）を変化させる。予熱プロセス中に使用されるプロセスパラメータは、所望予熱温度、加工片の表面を横切って移動させるビームの速度、及び／またはテクスチャ化する前に予熱する加工片材料に依存しよう。
【００２４】
一実施の形態においては、テクスチャ化プロセスを遂行する前に加工片を予熱するプロセスは、チャンバ１１４内の加工片１０４付近に取り付けられているエネルギ源１８１を使用することによって達成することができる。典型的なエネルギ源の例は、限定するものではないが、当分野においては公知の放射熱ランプ、誘導加熱器、または赤外型抵抗加熱器を含む。この構成においては、テクスチャ化プロセスが開始される前に、指定された時間にわたって、または加工片が所望の温度に到達するまで、エネルギ源１８１をターン“オン”させて維持する（ステップ３０７）。別の実施の形態においては、加工片１０４をチャンバ１１４の外部で予熱し（ステップ３０４の前に完了させる）、テクスチャ化プロセスを遂行する直前にチャンバへ転送することができる。
【００２５】
応力逃がしプロセスは、他の先行製造プロセスによって加工片内に生じた残留応力の緩和を原因とする加工片１０４の歪みを防ぐために、予熱及びテクスチャ化プロセスの前に遂行することもできる。残留応力は、グリットブラスト及び種々の材料形成プロセス（例えばミーリング、引抜き、焼結、モールディング等）のようなさまざまな先行製造動作によって発生し得る。応力逃がしの方法またはプロセスは部品組立及び／または製造の分野においては公知であり、処理方策は材料の型、使用される形成プロセスの量及び型、及び加工片歪みに対する公差に依存しよう。
【００２６】
図４を参照する。ビーム１０２は、集束コイル１１０及び高速偏向コイル１１２A、１１２Bを通って走行する。コントローラ２００から関数発生器２０４を通して送られる信号の本質に依存して、ビーム１０２は、加工片１０４の表面の特定部分を横切って走査される。これによって、加工片１０４の表面上に複数のフィーチャ５００が形成される。フィーチャ５００は、特定の幾何学的パターンであることができる。一実施の形態においては、テクスチャ化プロセス中に衝突する電磁ビーム１０２に対して加工片１０４を運動させる。加工片１０４は、電磁ビーム１０２に対して、例えば約１ｍ／分乃至約1.7ｍ／分の範囲の走行速度で運動させることができる。一実施の形態においては、電磁ビーム１０２の照射中に、加工片を１またはそれ以上の回転軸を中心として回転させる。回転軸は、例えば、入射ビームに直角または平行であることができる。加工片のサイズまたは形状によっては加工片を物理的に運動または回転させることができないかも知れず、その場合には加工片１０４を横切って電磁ビーム１０２を運動させて所望のテクスチャを形成することができる。
【００２７】
一般的に言えば、電磁ビーム１０２が電子ビーム、イオンビーム、または電気アークによって生成される場合には、電流が加工片１０４へ流れる。電磁ビーム１０２が電子ビームである場合には、電流は約15乃至約50ミリアンペア（ｍA）、好ましくは15乃至40ｍAの範囲内にあることができる。電磁ビーム１０２によって送給されるエネルギは電力密度として定義され、これは加工片の表面上の特定の断面積を横切って送給される平均電力である。一実施の形態においては、電磁ビーム１０２の平均電力密度は、ビームが導かれる加工片の表面上のある点において、例えば約104W／ｍｍ2乃至約105W／ｍｍ2の範囲内にあることができる。電磁電磁ビーム１０２のピーク電力密度は、ビームが導かれる加工片の表面上のある点において、例えば約105W／ｍｍ2乃至約107W／ｍｍ2の範囲内にあることができる。ピーク電力密度は、与えられた電力設定においてビームがその最大集束（即ち、可能な最小スポットサイズ）にある場合のプロセス設定として定義することができる。加工片の表面上にフィーチャ５００を形成させるために必要なエネルギの量は、加工片の吸収効率またはエネルギ転送効率に起因して、エネルギ源の型（例えば、電子ビーム、レーザ等）毎に異なり得ることに注目されたい。
【００２８】
電磁ビームによって加工片の表面へ送給される電力またはエネルギは、加工片を重大に、または甚だしく歪ませる（例えば、溶融、反り、割れ等）ことを意図してはいない。加工片の重大な、または甚だしい歪みとは、一般的に、テクスチャ化プロセスを遂行したことによって加工片がその意図した目的のために使用できなくなる状態のことをいう。加工片に重大な歪みをもたらすのに必要なエネルギの量は、加工片を構成している材料、テクスチャ化される領域付近の加工片の厚み及び／または質量、加工片の形状（例えば、平坦、円筒形等）、加工片内の残留応力の量、加工片へ送給される実際の電力、加工片の表面上のテクスチャ化されたフィーチャ（フィーチャ５００）の密度、及び／または加工片上の任意の点におけるビームの休止（ドエル）時間に依存しよう。一実施の形態においては、テクスチャ化プロセスによって誘起される熱応力に鋭敏な１または複数の薄い加工片に重大な歪みを生じさせないようにするために、以下の諸ステップを遂行することができる。即ち、加工片へ送給されるエネルギを減少させる（加工片の表面上にフィーチャ５００を形成させるために使用されないようにする）ために、ビーム移動（もしくはビーム転送）速度を増加させることができ、移動時間中にビームの焦点をぼかすことができ、または移動時間中にビームの電力を減少させることができる。歪みを受け易い加工片（例えば、高い熱膨張を有する幾何学的に平坦な材料等）内の歪みを減少させるために、一実施の形態においては加工片の一方の側のテクスチャ化プロセスによって誘起される応力を補償するために、加工片の両側のテクスチャ化を遂行するテクスチャ化プロセス必要とする。
【００２９】
別の実施の形態においては、基体支持具１４０内の加熱要素１５０は、テクスチャ化プロセス中に到達する最高温度を低下させるために、テクスチャ化プロセス中に加工片１０４を冷却するように、及び／または、加工片内の歪みを防ぐまたは減少させるために、テクスチャ化の後の冷却速度を制御できるようになっていることができる。この実施の形態における加熱要素１５０は、ミシガン州トラバースシティのTEテクノロジー社、またはニューハンプシャー州ナシュアのフェロテック・アメリカ・コーポレーションから販売されているような熱電デバイスで製造することができる。別の実施の形態においては、加工片を基体支持具１４０へクランプして加工片のたわみを拘束し、テクスチャ化中の加工片の歪みを防ぐことができる。
【００３０】
一般的に言えば、ビームは、加工片の組成に依存して変化するエネルギの空間分布を有している。ビームは、一般的に、中心値の周りで変化するエネルギの空間分布を有しており、それは例えばガウス分布であり得る。他の実施の形態においては、ビームは、非ガウス分布を有することができる。例えば、ビームは、ビーム直径を横切るエネルギの空間分布を有することができ、これはガウス分布よりもビーム直径を横切って実質的により均一である。オーステナイト系鋼のために有用な一実施の形態においては、ビームエネルギのほぼ90％乃至約98％、好ましくは約98％が約0.4ｍｍのビーム直径内に含まれており、残りのエネルギは約0.4ｍｍの直径の外側にあるが、全体的には直径１ｍｍ内にある。
【００３１】
一実施の形態においては、ビームは、高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂは使用するが、集束コイルは使用することなく加工片の表面を横切って走査される。この実施の形態においては、テクスチャ化プロセス中にはビームは集束され続ける。図５Ａは、テクスチャ化された加工片１０４の表面の概要を示す上面図である。ビームは、高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂを使用することによって主偏向を受ける。高速偏向コイル１１２Ａ、１１２Ｂは、ビームを種々の参照点Ｒの近傍に移動させる。主偏向周波数は、約23乃至約32Ｈｚの範囲内にあることができる。参照点Ｒの近傍に移動させられた後に、ビームは複数の二次偏向を受ける。各二次偏向によって、ビームは、例えば図５ＡにＲ’で示す副参照点まで移動させられる。特定の二次偏向を受けたビームは、加工片１０４の表面と相互作用してその上にフィーチャを形成する。二次偏向周波数は、約400Ｈｚ乃至約10ｋＨｚの範囲内にあることができる。一実施の形態においては、二次偏向周波数は約２ｋＨｚ乃至約４ｋＨｚの範囲内にある。
【００３２】
二次偏向は、フィーチャ５００が参照点Ｒの周囲にパターン５２０を形成するように、空間的に配列することができる。図５Ａに示すパターン５２０は、線形パターンである。勿論、円形、楕円形、三角形、星形、中心スポットを有する円形を含む他の多くのパターンも可能である。各参照点Ｒの周りの二次偏向の数は可変であり、例えば約100までであることができる。
【００３３】
一実施の形態においては、フィーチャ５００は、図５Ｃに示すように六方最密充填（ＨＣＰ）パターンに配列されており、これは６つの密に配列されたフィーチャ５００（Ａ２乃至Ａ７で示す）によって取り囲まれた１つのフィーチャ５００（Ａ１で示す）として定義することができる。ＨＣＰパターンを繰り返して、加工片の表面全体にフィーチャのアレイを形成させることができる。六方最密充填パターンを使用すると表面上のフィーチャ５００の密度が最大となり、その後の蒸着プロセス（後述）中にテクスチャ化された加工片１０４を使用する場合に、加工片１０４の表面上に蒸着された材料の付着が改善される。テクスチャ密度は、加工片１０４上の１ｃｍ2の表面積内のフィーチャ５００の数として定義され、測定される。テクスチャ密度は、加工片材料、その後のプロセスにおいて蒸着される材料の型、電磁ビームの入射角、及び種々のフィーチャ５００のサイズ及び間隔によって変化させることはできるが、一般的には、約１乃至300フィーチャ／ｃｍ2、好ましくは約20乃至約260フィーチャ／ｃｍ2である。例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社製の、タンタルのＰＶＤ蒸着プロセスに使用されるチタン製品（部品番号0020-46649）は、テクスチャ化された表面全体に約200乃至約260フィーチャ／ｃｍ2を含むことができる。更に別の例として、アプライド・マテリアルズ社製の、タンタルまたは窒化タンタルのＰＶＤ蒸着プロセスに使用されるアルミニウム製品（部品番号0020-44438）は、テクスチャ化された表面全体に約30乃至約50フィーチャ／ｃｍ2を含むことができる。
【００３４】
図５Ｂは、テクスチャ化された加工片１０４の表面の拡大上面図である。電磁ビーム１０２は、ビーム直径５０４を有している。電磁ビーム１０２が加工片１０４の表面と接触する点におけるビーム直径５０４は、約0.4ｍｍ乃至約１ｍｍであり、好ましくは約0.4ｍｍである。ビームは、加工片１０４の表面上の領域５０２上に合焦し、休止時間として知られる時間の間、領域５０２上で合焦し続ける。休止時間中、ビームは加工片１０４の表面の領域５０２と相互作用してその上にフィーチャを形成する。
【００３５】
図５Ｂに示すように、このようにして形成されたフィーチャは、電磁ビーム１０２が加工片１０４の表面と接触する点におけるビーム直径５０４のサイズと実質的に同一の直径５０６を有することができる。
【００３６】
一般的に言えば、ビームの休止時間は、約0.1ミリ秒（ｍｓ）乃至約２ｍｓの範囲内にあることができる。各二次偏向の間に経過する移動（トランジット）時間は、約１マイクロ秒（μｓ）乃至50μｓであることができる。発明者らは、オーステナイト系鋼に対してこのような短い移動時間を使用すると、あるフィーチャから次のフィーチャへの移動中にビームの焦点をぼかしたり、または電力を減少させたりする必要がないことを見出した。ビーム移動時間中にだけビームに曝される表面は知覚できる程溶融せず、従ってフィーチャはビームが休止する領域内にだけ形成される。休止時間が経過すると、電磁ビーム１０２は加工片１０４の表面上の、領域５１０のような別の領域へ偏向される。一実施の形態においては、フィーチャ５００が配置される加工片の領域が幾何学的に薄いか、または脆いことに起因して加工片が歪むのを防ぐために、休止時間を１ｍｓより短く（例えば約0.1ｍｓに）短縮し、及び／または移動時間を１μｓより短く短縮することができる。
【００３７】
別の実施の形態においては、集束コイル１１０は、移動時間中に加工片１０４の表面に衝突するビームのパワーを減少させるために、焦点を迅速に合わせたり、ぼかしたりするように電磁ビーム１０２を運動させる。このようにすると、加工片１０４の表面に送給されるエネルギはより精密に制御されるようになる。上述した方法と同様にして、複数のフィーチャ５００が加工片１０４の表面上に形成される。
【００３８】
複数のフィーチャ５００は、凹み、突起、またはそれらの組合わせであることができる。複数のフィーチャ５００は、フィーチャ５００間の間隔５０８が実質的に均一であるパターンに配列することができる。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃには離散したフィーチャ５００のパターンを示してあるが、フィーチャ５００は互いに接触させ、重ね合わせ、または併合させることができる。１つの可能な重ね合わせデザインの実施の形態を図５Ｄに示す。別の実施の形態においては、蒸着された薄膜の付着を高める壕または溝を加工片の表面上に形成するために、重ね合わされたフィーチャ５００のアレイを形成することも可能である。
【００３９】
図６は、ビーム直径６０６を有する電磁ビーム１０２のような電磁ビームと接触した加工片１０４の表面の一実施の形態の概要断面図である。図示のように、電磁ビーム１０２は入射角６１０で表面に当たる。入射角６１０は、加工片１０４の表面に垂直な線６１０Ａと、電磁ビーム１０２に平行な線６１０Ｂとがなす角度として定義される。入射角は、約−45°乃至約45°、好ましくは約−30°乃至30°の範囲内にあることができる。換言すれば、入射角は線６１０Ａに対して測定して、約45°以内にあることができる。フィーチャ５００は一般的に凹み６０２を含み、電磁ビーム１０２に曝されると突起６０４が形成される。
【００４０】
この入射角でビームを偏向させると、テクスチャ化プロセス中に表面から分離する材料がカラム１２０内の種々のハードウェア構成部品を見通せなくなるので、ハードウェアの寿命またはハードウェアの保守サイクルを改善する効果も得られる。カラム１２０に対するビームの偏向が、カラム１２０内をイオンが上昇して陰極１０６及びカラム１２０内の他の構成部品を損傷させるのを最小に、好ましくは阻止することができる。
【００４１】
発明者らは、これらのフィーチャ５００が形成される理由を何れか１つの特定の説明に固執することは望まないが、加工片１０４の表面及び内部の材料が高温に、ある場合には加工片１０４を構成している材料の沸騰温度より高い温度まで加熱されるものと考えている。加工片の部分が急速に加熱されると材料が外部へ放出される。そのため、材料が放出された位置に凹み６０２が形成され、また放出された材料が蒸着した位置に突起６０４が形成される。
【００４２】
凹み６０２は、表面６２２を有することを特徴としている。凹み６０２は、加工片１０４の頂面６２０から凹み６０２の底までの垂直距離として定義される深さ６１２を有し、この深さは約0.001インチ乃至約0.060インチの範囲である。凹みは、約0.005インチ乃至約0.100インチ、好ましくは約0.008インチ乃至約0.089インチの範囲の表面直径６１４を有している。凹みは、内部直径６１６を有している。内部直径６１６は、表面６２２上の加工片１０４の頂面６２０に平行な２つの点間の最大距離として定義される。一実施の形態においては、凹みは、表面直径６１４より大きい内部直径６１６を有している。別の実施の形態においては、凹みは、表面直径６１４より小さい内部直径６１６を有している。一実施の形態においては、突起６０４は、約0.002インチ乃至約0.060インチ、好ましくは約0.002インチ乃至約0.046インチの範囲の高さを有している。アルミニウム加工片（アプライド・マテリアルズ社製部品番号0020-44438）内に形成されたフィーチャ５００の寸法の範囲の例では、表面直径６１４は約0.029インチ乃至約0.089インチであり、高さ６１８は約0.017インチ乃至約0.046インチであり、そして深さ６１２は約0.023インチ乃至約0.036インチである。チタン加工片（部品番号0020-46649）内に形成されたフィーチャ５００の寸法の典型的な範囲の別の例では、表面直径６１４は約0.012インチ乃至約0.031インチであり、高さ６１８は約0.002インチ乃至約0.004インチであり、そして深さ６１２は約0.006インチ乃至約0.011インチである。
【００４３】
図６は、凹み６０２及び２つの突起６０４を含む特定のフィーチャの形成を示しているが、凹みだけ、または突起だけの形成、または凹みと突起との変化する比及び組合わせも本発明の範囲内にある。更に、凹みは、変化する形状、深さ、表面直径、及び内部直径を有することができる。同様に、突起も、変化する形状及び高さ、並びに加工片表面との変化する接触角を有することができる。突起及び凹みは、互いに接触し、重なり合い、または併合していることも、または互いに離間していることもできる。一実施の形態においては、突起間の、または凹み間の間隔は、約0.02インチより小さい。
【００４４】
一実施の形態においては、ビームは、加工片の表面上に投射された電磁ビームの静的形状とは異なるフィーチャを形成するために、ビームの休止時間中に小さく偏向させることができる。休止時間中にビームを偏向させることによって得られる望ましい形状は、例えば、星形、長円形、菱形、三角形、矩形、五角形、六角形、または他の多辺形を含むことができる。
【００４５】
一実施の形態においては、電磁ビーム１０２による表面テクスチャ化処理の後に、硬い粒子の流れを加工片１０４にスプレーする（“ビード吹き付け”）。硬い粒子は、例えば、酸化アルミニウム、ガーネット（ざくろ石）、炭化シリコン、または酸化シリコンからなることができ、また粒子サイズは約24乃至約80グリット（約535ミクロン乃至約192ミクロン）であることができる。典型的に“ビード吹き付け”プロセスは、約５乃至約70ｐｓｉの送給圧で遂行される。硬い粒子は、ノズルからスプレーすることができ、また乾式で、または水性スラリー組成の一部としてスプレーすることもできる。一般的に言えば、ビード吹き付け処理によりもたらされる加工片１０４の表面粗さは、電磁ビーム１０２を使用して発生させた粗さよりも細かい。またビード吹き付け処理は、何等かのゆるく付着した材料（例えば、テクスチャ化プロセスによって形成された突起）を除去する。ビード吹き付け処理によって形成される粗さは、材料がその上に蒸着された時にテクスチャ化された構成部品の保持性または接着性を増加させる。更に、ビード吹き付けは、使用後の構成部品を清浄化するために使用することができる。ビード吹き付け処理は、構成部品上に蒸着した材料を除去し、蒸着プロセスの前に初めに構成部品に施された表面仕上げを復元する。
【００４６】
別の実施の形態においては、加工片１０４は、表面テクスチャ化プロセスの後に化学的に粗くされる。“化学的に粗くする”という表現は広義に解釈すべきであり、限定するものではないが、構成部品表面の化学的エッチング、構成部品表面の電気化学的エッチング、またはそれらの組合わせを含む。化学的に粗くするプロセスは、上述したビード吹き付けプロセスと同様に、蒸着した薄膜の加工片１０４への付着を改善するのを援助できる粗い表面を形成するために使用される。加工片１０４の表面を化学的に粗くする方法は加工片を構成している材料に依存し、化学清浄、冶金、及び化学加工の分野に精通していれば容易に理解できよう。化学的エッチングとは、限定するものではないが、一般的に化学的活性を使用することによって加工片の表面から材料を除去するプロセスのことをいう。使用することができる典型的な薬品の例は、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣl）またはそれらの組合わせのような酸を含む水性酸性溶液、または水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニア（ＮＨ4ＯＨ）、またはそれらの組合わせのような薬品を含む水性塩基性溶液であることができる。別の実施の形態においては、加工片の表面の化学的エッチングプロセスは、ドライエッチング（プラズマエッチング）プロセスを使用して遂行することができる。ドライエッチングは、一般的に言えば、加工片表面と相互作用し、究極的に該表面から材料を除去する反応性ガス種にエネルギを与える、または解離させるプラズマを発生するプロセスである。電気化学的エッチングとは、一般的に言えば、限定するものではないが、電解質溶液内に浸漬され陰極として働く別の要素に対し、加工片に陽極バイアスを印加することによって加工片表面から材料を除去するプロセスのことである。本発明から利益を得ることができる電気化学的エッチングプロセスの例が、2001年７月27日付米国特許出願第09/918,683号（代理人ドケット番号5431）“電気化学的に粗くしたアルミニウム製半導体処理装置表面”に開示されているので参照されたい。
【００４７】
粒子汚染を減少させる方法
本発明の別の実施の形態においては、プロセスチャンバ内の汚染を減少させる方法が提供される。一実施の形態においては、本方法は、プロセスチャンバへ供給された基体の汚染を減少させる。一般的に言えば、チャンバは、チャンバの内部表面上に、またはチャンバ内の諸構成部品の表面上に材料が凝縮し易い何等かの囲まれた、または部分的に囲まれたチャンバであることができる。一実施の形態においては、チャンバは、基体処理チャンバである。このチャンバは、半導体基体またはガラスパネルの真空処理に適するチャンバである。ウェハー処理チャンバは、例えば蒸着チャンバであることができる。代表的な蒸着チャンバは、スパッタリングチャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ、及びイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）チャンバ、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、エッチングチャンバ、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）チャンバ、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバ、その他を含む。チャンバは、例えばプラズマエッチングチャンバのような、エッチングチャンバであることもできる。他の適当なプロセスチャンバの例は、イオン注入チャンバ、焼鈍チャンバ、その他の炉チャンバを含む。好ましい実施の形態においては、チャンバは、基体が１またはそれ以上の気相材料に曝される基体プロセスチャンバである。
【００４８】
図７は、以下に説明する実施の形態を使用して汚染を減少させることができるスパッタリング反応器７００の簡易化断面図である。反応器７００は、真空チャンバ７１６、及び頂面７３６Ａを有する基体支持具７３６を含む。基体支持具７３６は、例えば、静電チャックであることができる。反応器７００は更に、シールド組立体７１８及びエレベータシステム７３２を含む。基体７２０（例えば、半導体ウェハー）は、基体支持具７３６の頂面７３６A上に位置決めされる。図示配列においては、基体支持具７３６は、複数のねじによって普通の垂直に運動可能なエレベータシステム７３２に取り付けられている。明瞭化のために、ガス入口マニホルド、及び／または真空ポンプのような幾つかのハードウェアは省略してある。
【００４９】
図示の真空チャンバ７１６は、円筒形のチャンバ壁７１４、及びこのチャンバ壁の頂部に取り付けられている支持リング７１２を含んでいる。チャンバの上部は、内部表面７０６Aを有するターゲット板７０６によって閉じられている。ターゲット板７０６は、ターゲット板７０６と支持リング７１２との間に配置されている環状絶縁体７１０によってチャンバ壁７１４から電気的に絶縁されている。一般的には、チャンバ７１６内の真空の完全性を確保するために、真空シール用のOリング（図示せず）が絶縁体７１０の上下に使用される。ターゲット板７０６は、蒸着種になる材料で製造することも、または蒸着種の被膜を含むこともできる。スパッタリングプロセスを促進するために、電源７０２がターゲット板７０６に接続されている。
【００５０】
基体支持具７３６は、基体７２０をチャンバ７１６内に保持し、支持する。基体支持具７３６は、支持ボディ７３８内に埋込まれた１またはそれ以上の電極７３４を含むことができる。電極は電極電源７０４からの電圧によって駆動され、電圧の印加に応答して基体７２０をチャックの支持表面にクランプする。チャックボディは、例えばセラミック材料からなることができる。
【００５１】
壁状の円筒形シールド部材７４２が、支持リング７１２に取り付けられている。シールド部材７４２を円筒形状にしてあるのは、シールド部材をチャンバ及び／または基体の形状に合わせたに過ぎない。勿論、シールド部材７４２は、如何なる形状であることもできる。部品の例を挙げれば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社から入手可能な0020-45544、0020-47654、0020-BW101、0020-BW302、0190-11821、0020-44375、0020-44438、0020-43498、0021-JW077、0020-19122、0020-JW096、0021-KS556、0020-45695を含むことができる。
【００５２】
シールド組立体７１８は、シールド部材７４２の他に環状蒸着リング７３０を更に含んでいる。リング７３０の内径は、リングが基体と接触することなく基体７２０の縁の上に周縁的にフィットするように選択されている。この環状蒸着（シャドウ）リングは位置合わせリング７２８上に載っており、位置合わせリング７２８は基体支持具７３６から伸びているフランジ（図示せず）によって支持されている。更に、物理蒸着（ＰＶＤ）に使用されているクランプリングのような他の構成部品を、上述した、そして意図する応用に使用されるプロセスに従ってテクスチャ化することができる。環状蒸着（シャドウ）リング、及び／またはクランプリングの例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社から入手可能な0020-43171及び0020-46649を含む。
【００５３】
スパッタ蒸着プロセス中にプロセスガスがチャンバへ供給され、電力がターゲット板７０６に印加される。プロセスガスは点弧されてプラズマになり、ターゲット板７０６に向かって加速される。それによってプロセスガスはターゲット板から粒子を追い出し、粒子は基体７２０上に蒸着して基体上に蒸着された材料の被膜を形成する。
【００５４】
シールド組立体７１８は、プラズマ及びスパッタされた粒子を概ね反応ゾーン７７７内に閉じ込めるが、必然的に、初めはプラズマまたはガス状状態のスパッタされた粒子はチャンバの種々の内側表面上に凝縮する。例えば、スパッタされた粒子は、シールド組立体７１８の内側表面７１８Ａ上に、ターゲット板７０６の内側表面７０６Ａ上に、支持リング７１２の内側表面７１２Ａ上に、蒸着リング７３０の内側表面７３０Ａ上に、そしてチャンバのその他の内側表面上に凝縮することができる。更に、基体支持具７３６の頂面７３６Ａのような他の表面も蒸着シーケンス中に、またはそれらの間に汚染され始める。
【００５５】
一般的に言えば、“内側表面”とは、チャンバ７１６との界面を有する何等かの表面のことである。チャンバ構成部品とは、プロセスチャンバ内に完全に、または部分的に収容されている何等かの取り外し可能な要素のことである。チャンバ構成部品は、真空チャンバ構成部品、即ち、例えばチャンバ７１６のような真空チャンバ内に配置されているチャンバ構成部品であることができる。チャンバ構成部品の内側表面上に形成される凝縮された物質は、一般的には、限定された接着性だけしか有しておらず、構成部品から解放されて基体７２０を汚染し得る。
【００５６】
凝縮した異物がプロセスチャンバ構成部品から分離する傾向を減少させるために、例えば、シールド組立体７１８、ターゲット板７０６、支持リング７１２、蒸着リング７３０、コイル（図示せず）、コイル支持具（図示せず）、蒸着コリメータ（図示せず）、支持ボディ（ペデスタル）７３８、位置合わせリング７２８、シャッタディスク（図示せず）、または基体支持具７３６のようなチャンバ構成部品が、例えば装置１００の作業チャンバ１１４のようなテクスチャ化チャンバへ供給される。
【００５７】
図８を参照する。一連のステップ８００は、ステップ８０２から開始されてステップ８０４へ進み、１またはそれ以上のチャンバ構成部品の表面を横切って電磁エネルギのビームが走査され、それらの上に複数のフィーチャを形成する。これらのフィーチャは、凹み、突起、またはそれらの組合わせであることができる。このようにしてチャンバ構成部品の表面上に形成されたフィーチャの本質は、前述した加工片１０４と同様である。一般的に言えば、ステップ８０４は、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、及び３Ｆに関して説明したステップ３０１乃至３１４を包含している。
【００５８】
代替実施の形態においては、本方法は更に、電磁ビーム１０２によって表面上にフィーチャ５００を形成した後に、プロセス構成部品、即ち加工片の表面を粗くするステップを含む。フィーチャ５００を形成した後の“ビード吹き付け”プロセス、または化学的に粗くするプロセスのような加工片の表面を粗くするプロセスは、表面テクスチャ化処理によって形成された凹み６０２の表面６２２及び突起６０４の表面がかなり滑らか（約64マイクロインチの表面粗さ（Ｒa））であるので、蒸着された材料の加工片への付着を改善することができる。テクスチャ化処理によって得られる滑らかな表面は、テクスチャ化プロセス中に発生する溶融表面に作用する表面張力によってもたらされるものと考えられる。蒸着された材料内に見出される内因性応力（例えば、結晶欠陥、積層欠陥等）、及び／または外因性応力（例えば、加工片と蒸着された材料との間の温度差、熱膨張の不一致等）が蒸着された材料の曲がり及び／または破壊をもたらし得るから、“ビード吹き付け”プロセス、または化学的に粗くするプロセスによって表面を粗くすることは重要である。蒸着された材料の曲がりまたは破壊は粒子を生成し得るから、基体７２０の汚染に連なり得る。本発明の表面を粗くするステップを追加することにより、蒸着された材料の加工片への接着性を、局所化された機械的付着または結合によって改善するのを援助する。一実施の形態においては、チャンバ構成部品または加工片の表面はステップ８０４におけるテクスチャ化処理の後に、構成部品の表面に硬い粒子の流れを吹き付ける（“ビード吹き付け”）ことによって更に粗くされる。硬い粒子は、例えば、酸化アルミニウム、ガーネット、酸化シリコン、または炭化シリコンからなることができ、また粒子サイズは約24乃至約80グリットであることができる。典型的には、“ビード吹き付け”プロセスは、約５乃至約70ｐｓｉの送給圧で遂行される。部品にビードを吹き付けるプロセスは、テクスチャ化プロセスから残された軽く付着した材料を除去する効果をも有している。
【００５９】
本発明の別の実施の形態においては、プロセスキット構成部品（即ち、加工片）は、テクスチャ化された後に化学的に清浄化される。半導体製造におけるデバイスの歩留まりを向上させるためには厳格な清潔さが要求されるから、処理中に粒状化、分解、気化、またはプロセス構成部品から分離し得る何等かの材料を最小化しなければならない。テクスチャ化プロセスの後に見出される幾つかの典型的な汚染源は、例えば、電磁ビームによる加熱が局部的であることを原因としてプロセス構成部品の材料が“噴出”することによって生じた軽く付着した材料、プロセス構成部品の取扱いからの汚染、及び／またはチャンバのテクスチャ化、ビード吹き付け、応力逃し、または化学的に粗くすることによる何等かの汚染を含み得る。典型的な清浄化プロセスは、例えば、苛性エッチング／脱脂ステップ、ＤＩ水中洗浄、プロセス構成部品の表面層内の、または表面層上の汚染物を除去するための酸または塩基溶液中エッチング、高圧ＤＩ水洗浄、超音波またはメガソニックＤＩ洗浄、及び真空炉または窒素ブロー乾燥のステップを含むことができる。半導体製造におけるデバイスの歩留まりを向上させるために必要な清浄化要求は、ＵＨＶ化学清浄化及び／または半導体製造の分野に精通していれば理解することができよう。
【００６０】
一実施の形態においては、清浄化プロセスは、テクスチャ化プロセスステップの全てが完了した後に、しかし構成部品をプロセスチャンバ内に配置するステップの前に遂行される。従って、この実施の形態は、プロセスチャンバ内のプロセス構成部品を使用する前に、全ての汚染を確実に除去することを援助する。別の実施の形態においては、清浄化プロセスはビード吹き付けプロセスの後だけに遂行され、テクスチャ化プロセスの後に残された何等かの汚染、取扱いによる汚染、及びビード吹き付け後の残留粒子を除去する。更に別の実施の形態においては、プロセス構成部品がきれいな環境内で取扱われ、且つパッケージングまたはプロセスチャンバへ送給される前にＤＩ水内で洗浄されることを条件に、テクスチャ化プロセスを遂行する前に構成部品を清浄化することが可能である。
【００６１】
ステップ８０６において、１またはそれ以上のチャンバ構成部品が、例えばスパッタリング反応器７００内のチャンバ７１６のようなプロセスチャンバ内に位置決めされる。ステップ８０８に示すように、反応器７００内の基体７２０上にスパッタされた層を形成するようなプロセスシーケンスが反応器内で開始される。
【００６２】
以上の説明は、スパッタリング反応器内の汚染を減少させる方法を詳述しているが、如何なる数の異なる型のプロセスチャンバ内の汚染を減少させる方法の使用も本発明の範囲内にある。本発明は、材料が凝縮し得る内部表面を有する如何なるプロセスチャンバにも適用可能である。プロセスチャンバから取り外すことができ且つ装置１００のようなテクスチャ化装置内に配置することができる部分的に、または完全にプロセスチャンバ内にある如何なる構成部品も、本発明の方法を使用して処理するのに適している。
【００６３】
本方法は、加工片、基体、またはそれに蒸着された層に、蒸着、エッチング、加熱、またはそれ以外に変更するように設計されているプロセスチャンバ内の汚染を減少させるために使用することができる。一実施の形態においては、本方法は、チタン、窒化チタン、タンタル、タングステン、または窒化タンタルの層のような耐熱金属または耐熱金属化合物の層を、基体上にスパッタ蒸着させるように設計されているチャンバ内の汚染を減少させるために使用される。本発明の他の類似実施の形態においては、本テクスチャ化方法を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、またはドライエッチングプロセス等における汚染を減少させるために使用することができる。テクスチャ化プロセスを必要とし得る構成部品は、一般的に、処理サイクル中に（蒸着または清浄化プロセス中に）ある量の蒸着を受け、その蒸着された薄膜が直接的に、または間接的に基体を汚染する傾向を有しているような構成部品を含む。カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社から入手可能なMxP+、Super-e、またはeMaxエッチングシステムのような非スパッタリング反応器においてテクスチャ化を必要とする典型的な構成部品の例は、0040-41188、0040-41189、0021-15694、0040-45966、0040-44917、0020-17482、0020-07569、0020-07570、0020-07571、0020-07567、及び0020-07568である。
【００６４】
別の実施の形態においては、ステップ８０８の後に１またはそれ以上のチャンバ構成部品がプロセスチャンバから取り外され、テクスチャ化された表面に付着し得る凝縮した異物の除去プロセスが開始される。
【００６５】
凝縮した異物の除去は、１またはそれ以上のプロセスチャンバ構成部品の表面に、硬い粒子の流れを吹き付けることによって達成することができる。硬い粒子は、例えば、酸化アルミニウム、ガーネット、酸化シリコン、または炭化シリコンからなることができ、また約24乃至約80グリットの粒子サイズを有することができる。好ましいことには、構成部品の表面上のテクスチャ（即ち、凹み及び突起）を実質的に変更することなく、異物を除去するには、この吹き付けで十分である。
【００６６】
別の実施の形態においては、１またはそれ以上のプロセスチャンバ構成部品の表面上に凝縮した異物を除去するために、該表面を化学流体処理する。化学流体処理は、例えば、脱脂用組成、水酸化ナトリウム、過マンガン酸カリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、過酸化水素、硝酸、フッ化水素酸、塩酸、及びそれらの組合わせのような薬品に表面を浸漬させるか、またはこれらの薬品を表面に吹き付けることからなることができる。
【００６７】
この化学流体処理は、硬い粒子の吹き付けに加えて、またはその代わりに使用することができる。代替として、テクスチャ化された表面から異物を除去する他の方法も企図される。好ましいことには、化学処理は、テクスチャ化プロセス中に形成された凹みのマクロ粗さを減少させることがない。それによって、構成部品をチャンバ内へ再配置し、表面上に凝縮する物質のために再び高められた接着性を提供することができる。
【００６８】
本発明の一実施の形態においては、テクスチャ化プロセスは、加工片の表面上に突起を形成するために使用できる例えばアーク溶接プロセス、ＭＩＧ溶接プロセス、ＭＢＥプロセス、または他の類似プロセスによって、類似組成の材料を加工片へ追加することをも含むことができる。追加された材料を確実に付着させるためには、プロセスを真空チャンバ内において、非酸化（例えば、無酸素）環境内において遂行する、及び／または、加工片を材料の融点付近の温度まで加熱する必要があり得る。従って、突起を形成させるために材料を追加するということは、蒸着された薄膜の加工片への付着を増進させることを意味する。この実施の形態を、図３Ａ乃至３Ｆのステップ３１０、及び図８のステップ８０４と置換するか、またはそれに追加できることを構想している。
【００６９】
以上に、本発明の教示を組入れた幾つかの好ましい実施の形態を詳細に説明したが、当業者ならば、これらの教示を組入れた他の多くの実施例を容易に考案できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態を実現するために使用することができる表面テクスチャ化装置の概要断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を実現するために、表面テクスチャ化装置に結合することができる制御システムの概要図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図３Ｆ】本発明の実施の形態を使用して材料の表面を変更するために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【図４】材料の表面を変更するために、加工片の種々の部分に順次に接触する電子ビームを示す概要図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態を使用してテクスチャ化された加工片表面の上面を示す概要図である。
【図５Ｂ】図５Ａの加工片表面、及びその上のフィーチャを示す拡大上面図である。
【図５Ｃ】フィーチャの六方最密充填アレイを含む加工片表面の上面を示す拡大上面図である。
【図５Ｄ】フィーチャの重なりアレイを含む加工片表面の上面を示す拡大上面図である。
【図６】本発明の実施の形態によって加工片の表面上に形成されたフィーチャの概要断面図である。
【図７】本発明の実施の形態を使用することにより汚染を減少させることができるスパッタリング反応器の概要断面図である。
【図８】本発明の実施の形態を使用してプロセスチャンバ内の汚染を減少させるために使用することができる方法の一連のステップを示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００    表面テクスチャ化装置
１０２    電磁（電子）ビーム
１０４    加工片
１０６    陰極
１０８    陽極
１１２    高速偏向コイル
１１４    作業チャンバ
１１６    バイアスカップ
１１８    孔
１２０    カラム
１２２    高電圧ケーブル
１２４    ポンプ
１２６    弁
１２８、１３２    分離弁
１３０    真空ポンプ
１４０    作動手段
１５０    加熱要素
１８１    エネルギ源
２００    マイクロプロセッサコントローラ
２０４    関数発生器
５００    フィーチャ
５０２    加工片表面上の領域
５０４    ビーム直径
５０８    フィーチャ間の間隔
５１０    フィーチャのパターン
６０２    凹み
６０４    突起
６０６    ビーム直径
６１０    入射角
６１２    凹みの深さ
６１４    凹みの表面直径
６１６    凹みの内部直径
６１８    突起の高さ
６２０    加工片の頂面
６２２    凹みの表面
７００    スパッタリング反応器
７０２    電源
７０４    電極電源
７０６    ターゲット板
７１０    絶縁体
７１２    支持リング
７１４    チャンバ壁
７１６    真空チャンバ
７１８    シールド組立体
７２０    基体
７２８    位置合わせリング
７３０    蒸着リング
７３２    エレベータシステム
７３４    電極
７３６    基体支持具
７３８    支持ボディ
７４２    シールド部材
７７７    反応ゾーン
【図１】
0005575352.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
0005575352.tif 000004
【図３Ｂ】
0005575352.tif 000005
【図３Ｃ】
0005575352.tif 000006
【図３Ｄ】
0005575352.tif 000007
【図３Ｅ】
0005575352.tif 000008
【図３Ｆ】
0005575352.tif 000009
【図４】
0005575352.tif 000010
【図５Ａ】
0005575352.tif 000011
【図５Ｂ】
0005575352.tif 000012
【図５Ｃ】
0005575352.tif 000013
【図５Ｄ】
0005575352.tif 000014
【図６】
0005575352.tif 000015
【図７】
0005575352.tif 000016
【図８】
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