用于抗腐蚀的摩擦搅拌处理的制作方法

用于抗腐蚀的摩擦搅拌处理
优先权主张
1.本技术要求于2020年7月9日申请的美国临时专利申请no.62/705,642的优先权利益，其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
2.本公开内容总体上涉及与提高衬底处理室中的部件的抗腐蚀性的技术，尤其涉及在此方面的摩擦搅拌处理与退火技术。


背景技术：

3.衬底处理室中的某些部件(例如，基座以及喷头)的原料包含经滚轧的铝板材料。一般而言，该材料已通过实施一种或更多应力消除技术而消除应力，但得到的微结构仍然留有在滚轧方向上对齐的细长晶粒。此结果违背了在铝室部件的表面上产生较大晶粒以降低在高温、富氟衬底处理环境下的腐蚀的期望。氟会侵蚀在晶粒边界处的部件材料。通过增长晶粒尺寸，可在部件的表面上降低晶粒边界的密度，从而减少腐蚀成核位点。例如，不受限制的腐蚀可能会使部件放出粒子，这些粒子最终会到达衬底上，从而导致对晶片生产者的明显良率损失。常规晶粒增长技术，例如高温退火的实施，已被发现在这方面是无效的。
4.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

5.在一些示例中，提供了一种用于处理粒状金属材料以影响所述材料的晶粒尺寸的方法。示例性方法包含：在所述材料上执行摩擦搅拌处理操作，所述摩擦搅拌处理操作包含使摩擦搅拌焊接工具的旋转头沿处理路径穿过所述粒状金属材料的表面厚度。
6.在一些示例中，所述摩擦搅拌处理操作不具有摩擦搅拌焊接操作。
7.在一些示例中，所述处理路径包含处理图案，所述处理图案位于所述粒状金属材料的表面区域内。
8.在一些示例中，所述处理图案中的第一处理路径与所述处理图案中的第二处理路径重叠。
9.在一些示例中，所述处理图案包含光栅图案。
10.在一些示例中，所述处理图案包含螺旋的图案。
11.在一些示例中，所述处理图案包含往复的图案。
12.在一些示例中，所述处理图案包含蜿蜒的图案。
13.在一些示例中，所述粒状金属材料的所述表面厚度在1到20毫米(约0.4至7.9英寸)的范围内。
14.在一些示例中，用于处理所述粒状金属材料的所述方法还包含在所述粒状金属材
料上执行退火操作。
15.在一些示例中，在500摄氏度到600摄氏度的范围内的温度下执行所述退火操作。
16.在一些示例中，执行所述退火操作经过在0.01小时到24小时范围内的持续时间。
17.在一些示例中，所述粒状金属材料包含铝。
18.在一些示例中，一种非暂时性计算机可读储存介质包含指令，当所述指令由计算机执行时，使所述计算机执行以下操作：在粒状金属材料上实施摩擦搅拌处理操作以影响其晶粒尺寸，所述摩擦搅拌处理操作包含使摩擦搅拌焊接工具的旋转头沿处理路径穿过所述粒状金属材料的表面厚度。
19.在一些示例中，计算装置包含：处理器；以及存储器，其储存指令，所述指令当被所述处理器执行时配置所述装置以执行以下操作：在粒状金属材料上实施摩擦搅拌处理操作以影响其晶粒尺寸，所述摩擦搅拌处理操作包含使摩擦搅拌焊接工具的旋转头沿处理路径穿过所述粒状金属材料的表面厚度。
附图说明
20.一些实施方案以示例性而非限制性方式显示于附图的图中。
21.图1是根据一些示例性实施方案的处理室的示例性配置，其中在该处理室中可使用本公开的一些示例。
22.图2根据示例性实施方案显示了摩擦搅拌处理操作的方面。
23.图3-6包含根据示例性实施方案的粒状金属材料的横截面。
24.图7根据示例性实施方案显示了一方法中的某些操作。
25.图8为显示示例性机器的框图，一或多个示例性实施方案可以通过该机器实施或控制。
具体实施方式
26.后续说明包含实行本公开的说明性实施方案的系统、方法、技术、指令序列以及计算机器程序产品。在后续描述中，为了说明的目的，说明了许多特定细节以提供对示例性实施方案的完整了解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本公开可在不具有这些特定细节的情况下实践。
27.本专利文件的公开内容的一部分会含有受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为其出现于专利和商标局的专利档案或纪录中，但除此之外保留所有的版权。以下声明适用于下文所描述和构成本文件的一部分的附图中的任何数据：copyright lam research corporation,2020,all rights reserved。
28.现在参考图1，示出了基于等离子体的处理室的示例性布置100。本主题可用于各种半导体制造和晶片处理操作，但在所示示例中，在等离子体增强或自由基增强的化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)操作的背景中描述了基于等离子体的处理室。本领域技术人员应认识到，其他类型的ald处理技术是已知的(例如，基于热的ald操作)并且可以结合基于非等离子体的处理室。ald工具是一种特殊类型的cvd处理系统，其中在两种或多种化学物质之间发生ald反应。两种或更多种化学物质被称为前体气体并且用于在衬底(例如半
导体工业中使用的硅晶片)上形成薄的材料膜沉积。前体气体被依序引入ald处理室中并与衬底表面反应以形成沉积层。通常，衬底反复与前体相互作用于在衬底上缓慢地沉积越来越厚的一或多个材料膜层。在某些应用中，多种前体气体可用于在衬底制造工艺中形成多种类型的一层或多层膜。
29.图1显示了包含基于等离子体的处理室102，在该处理室中设置喷头104(其也可以是喷头电极)和衬底支撑组件108或基座。通常，衬底支撑组件108提供基本等温的表面且可以用作衬底106的加热元件和散热器。衬底支撑组件108可以包含静电卡盘(esc)，所述静电卡盘中包含加热元件以如上所述地帮助处理衬底106。衬底106可以包含晶片，该晶片包含例如元素半导体材料(例如硅(si)或锗(ge))或化合物半导体材料(例如硅锗(sige)或砷化镓(gaas))。此外，其他衬底包含例如介电材料，例如石英、蓝宝石、半结晶聚合物或其他非金属和非半导体材料。
30.在操作中，衬底106通过装载端口110而装载到衬底支撑组件108上。气体管线114可以向喷头104供应一种或多种工艺气体(例如前体气体)。喷头104进而将一种或多种工艺气体输送到基于等离子体的处理室102中。供应一种或多种工艺气体的气源112(例如，一个或多个前体气体安瓿)耦合到气体管线114。在一些示例中，rf(射频)电源116耦合到喷头104。在其他示例中，电源耦合到衬底支撑组件108或esc。
31.在进入喷头104和气体管线114的下游之前，使用点(pou)和歧管组合(未示出)控制一种或多种工艺气体进入基于等离子体的处理室102中。在用于在等离子体增强的ald操作中沉积膜的基于等离子体的处理室102的情况下，前体气体可以在喷头104中混合。
32.在操作中，基于等离子体的处理室102由真空泵118抽空。rf功率在喷头104和包含在衬底支撑组件108内或上的下电极120之间电容耦合。衬底支撑组件108通常被提供有两个或更多个rf频率。例如，在多种实施方案中，rf频率可以从约1mhz、2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz和其他期望的频率中的至少一个频率中选择。可以根据需要设计用于阻止或部分阻止特定rf频率的线圈。因此，提供这里讨论的特定频率仅仅是为了便于理解。rf功率用于将一种或多种工艺气体激励成在衬底106和喷头104之间的空间中的等离子体。等离子体可以帮助在衬底106上沉积各种层(未示出)。在其他应用中，等离子体可用于将器件特征蚀刻到衬底106上的各个层中。rf功率至少通过衬底-支撑组件108耦合。衬底-支撑组件108可具有并入其中的加热器(图1中未示出)。基于等离子体的处理室102的详细设计可以变化。
33.如上所述，某些室部件(例如喷头104以及衬底支撑组件108)的原料一般包含经滚轧的铝板材料。该经滚轧的材料通常被消除应力，但最终的微结构包含在滚轧方向上对齐的细长晶粒。这种细粒状微结构违背了在铝室部件的表面上产生较大晶粒以降低尤其在处理室102内的高温、富氟衬底处理环境下的腐蚀的期望。氟会侵蚀在晶粒边界处的部件材料。通过增长晶粒尺寸，可在部件的表面上降低晶粒边界的密度，从而减少腐蚀成核位点。例如，不受限制的腐蚀可能会使部件放出粒子，这些粒子最终会到达衬底上，从而导致对晶片生产者的明显良率损失。常规晶粒增长技术，例如高温退火的实施，已被发现在这方面是无效的。
34.试图解决这些问题的某些本案示例使用摩擦搅拌焊接(fsw)工具。在某些示例中，fsw工具以螺旋或蜿蜒的光栅图案通过室部件的表面。某些示例包含通道之间的重叠程度。
在某些示例中，这些技术可被称为“摩擦搅拌处理”，且明显不同于fsw工具的标准用途，即，沿着摩擦搅拌焊接线将两个部件连接在一起。在此，没有部件被连接在一起或需要被连接在一起。相反，将fsw工具应用于部件的表面会调用热机械工艺，其将部件的材料晶粒分解成细小得多的晶粒。在某些示例中，晶粒包含等轴(球形)晶粒。在某些示例中，将fsw工具应用于部件表面会将残留应力传到部件的材料中。
35.在某些示例中，实施在500到600摄氏度范围内的温度下历时1到24小时的后续退火操作(针对铝)，以使材料晶粒增长成比原有材料大得多的尺寸。在某些示例中，摩擦搅拌处理包含固态工艺，这意味着其不会使材料高于其熔点(不像传统焊接)，因此不会使一般用于强化的合金化合物扩散回到材料的主体中，从而使得其强化效果无效。
36.在某些示例中，摩擦搅拌处理被实施为制造工艺中的步骤，以在预期的晶粒尺寸下使室部件均质化(homogenize)。在某些示例中，均质化步骤为制造工艺中的最终步骤。在某些示例中，摩擦搅拌处理被选择性地实施于部件的表面的不同区域。在某些摩擦搅拌处理的示例中，fsw工具的焊接头和/或一或更多工艺参数的适当选择使得能够控制晶粒尺寸。某些示例能够随着距离部件的自由表面的深度的变化而控制晶粒尺寸。某些示例使得能够权衡在部件的各种区域中或在表面与表面之间的强度或导热性与抗腐蚀性的关系。某些示例可按照期望而在部件表面(例如，在处理期间最靠近衬底的部件表面)上提供均匀或非均匀的外观。
37.参考图2，显示了在用于处理粒状金属材料的方法中的摩擦搅拌处理操作200的方面。摩擦搅拌处理操作200包含使摩擦搅拌焊接工具的旋转头202在处理路径220的行进方向208上穿过粒状金属材料206的表面厚度204。在某些示例中，金属材料206的表面厚度204是在1到20毫米(约0.4到7.9英寸)的范围内。在摩擦搅拌处理操作200期间，将向下力214施加至fsw工具，并且使其在旋转方向216上旋转。
38.本示例的金属材料206包含铝。其他材料或材料组合是可能的。金属材料206形成处理室(例如图1的处理室102)的部件的部分。一示例性部件包括喷头104或衬底支撑组件108或该两者中的任一者的子部件。
39.fsw工具的头202包含肩部210以及销212。其他部分是可能的。在所示出的示例中，fsw工具的销212与金属材料206接合。旋转销212(作为头202的部分)与金属材料206的接合调用热机械工艺，其将金属材料206的材料晶粒分解。原有的、经滚轧的金属材料206的示例性对齐晶粒可见于图3中。在金属材料206的经处理的表面226因为实施摩擦搅拌处理操作200所引起的示例性晶粒可见于图4中。将观察到，金属材料206的晶粒尺寸已受到摩擦搅拌处理操作200的影响。在本示例中，晶粒在尺寸上已被降低并且未对齐。摩擦搅拌处理操作200的其他效果是可能的。受影响的晶粒位于在fsw工具的行进头202后方的受影响区域218(或熔核(nugget))中。
40.在摩擦搅拌处理操作200期间，fsw工具的行进的旋转头202是在处理路径220上移动。处理路径220可以是直线的或弯曲的，或包含单一路线。在某些示例中，处理路径220包含处理图案224。如图所示，示例性的处理图案224位于粒状金属材料206的示例性表面区域222内。
41.在某些示例中，表面区域222不具有焊接点，且摩擦搅拌处理操作200不具有其他fsw操作。换言之，fsw处理操作200并非(直接或间接)在常规fsw操作之后或之前。在某些示
例中，表面区域222形成单一或单块部件或均质金属材料206的部分，而在表面区域222中不存在连接线或组装特征。
42.在某些示例中，处理图案224包含例如基本上所显示的光栅图案。在某些示例中，处理图案224包含螺旋、往复或蜿蜒的图案、或这些图案中的两者或更多者的组合。处理图案224可横越表面区域222的全部或受限范围。在某些示例中，处理图案中的第一处理路径与该处理图案中的第二处理路径重叠。第二处理路径相对于第一处理路径的重叠程度可在0.5％到99％的范围内，就某些示例而言，可以在1％到10％的范围内。
43.在某些示例中，用于处理粒状金属材料的方法包含在粒状金属材料上的退火操作。在某些示例中，在摩擦搅拌处理操作200之后执行退火操作。在某些示例中，在500摄氏度到600摄氏度的范围内的温度下执行退火操作。在某些示例中，执行退火操作经过在1到24小时范围内的持续时间。
44.参考图3，该视图包含典型滚轧的金属材料206(在此情况下，例如铝板材料)的横截面300。一般而言，该材料已通过实施一种或更多应力消除或退火技术而消除应力，但如图所示，得到的微结构留有在滚轧方向上对齐的细长晶粒302。如上所述，例如，这种对齐和/或更细小尺寸的晶粒违背了在铝室部件的表面上产生较大晶粒以降低在高温、富氟衬底处理环境下的腐蚀的期望。氟会侵蚀在晶粒边界处的部件材料。
45.参考图4，该视图包含与图3相同但在摩擦搅拌处理操作200后并且在退火前所获得的金属材料206的对应横截面400。如图所示，摩擦搅拌处理操作200已影响晶粒402的尺寸，并且在本示例中已引起相对的晶粒尺寸减小。
46.参考图5，该视图包含与图3和图4相同但在金属材料206上已执行退火操作后所获得的金属材料206的对应横截面500。在某些示例中，在摩擦搅拌处理操作200之后执行退火操作。在某些示例中，在500摄氏度到600摄氏度的范围内的温度下执行退火操作。在某些示例中，执行退火操作经过在1到24小时范围内的持续时间。如图所示，退火操作影响晶粒502的尺寸，并且在本示例中已引起相对且明显的晶粒尺寸增大。
47.图6包含已通过摩擦搅拌处理操作200而完全处理且之后进行在空气中于525℃下历时16小时的退火操作的金属材料206的表面厚度204的放大横截面600。大的晶粒502已通过摩擦搅拌处理操作200形成，并且可在fsw工具的头202的各个处理路径220中被观察到。在本示例中，已使用包含光栅图案的处理图案224，以使处理路径220中的两个处理路径(例如，第一与第三处理路径)行进远离阅读者(进入页面)并且使处理路径220中的二个处理路径(例如，第二与第四处理路径)行进朝向阅读者(离开页面)。在本示例中，处理路径220在金属材料206的处理表面226处重叠。通过因为摩擦搅拌处理操作200与后续退火操作而增长晶粒502的尺寸，在部件的处理表面226上的晶粒边界602的密度已被降低，从而在衬底处理期间减少在部件上的腐蚀成核位点。未处理区域604显示图3的原有经滚轧的板材料的保留微结构。处理图案224中的处理路径220的增加重叠会将这些未处理区域604转变成大的晶粒区域。
48.在此的某些实施方案包含方法。参考图7，在操作702中，用于处理粒状金属材料的方法700包含在金属材料上执行摩擦搅拌处理操作。摩擦搅拌处理操作包含使摩擦搅拌焊接工具的旋转头在处理路径上穿过粒状金属材料的表面厚度。在操作704中，用于处理粒状金属材料的方法700包含利用处理图案，该处理图案包含一个或更多处理路径。方法700可
包含如以上所概述、或在本文的其他处所述的另外的操作。
49.图8是示出机器或控制器800的示例的框图，通过该机器或控制器800可以实现或控制在此描述的一个或多个示例性实施方案。在替代的实施方案中，控制器800可作为独立设备操作，或可连接(例如网络连接)至其他机器。在网络式部署中，控制器800可在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器、或以上两者的容量操作。在一示例中，控制器800可用作点对点(p2p)网络(或其他的分布式网络)环境中的对等机器。此外，虽然仅显示单一的控制器800，然而术语“机器”(控制器)也应视为包含机器(控制器)的任何集合，这些机器单独或联合执行一组(或多组)指令以执行本文所述的方法的任一或多者，例如经由云端运算、软件即服务(saas)或其他的计算机集群配置执行。在一些示例中，并参考图8，非暂时性机器可读介质包括指令824，当指令824被系统控制器800读取时，该指令使控制器控制至少包括本文所述的非限制性示例操作的方法中的操作。
50.如本文所述，示例可包含逻辑、或多个组件或机构，或者可通过逻辑、多个组件或机构来操作。电路系统是在包含硬件(例如简单电路、栅极、逻辑等)的有形实体中实施的电路集合。电路系统构件可随时间推移及基本硬件可变性而具有灵活性。电路系统包含在进行操作时可以单独或组合的方式执行指定操作的构件。在一示例中，可以固定不可变的方式设计电路系统的硬件以执行特定操作(例如硬连线)。在一示例中，电路系统的硬件可包含可变连接实体组件(例如执行单元、晶体管、简单电路等)，其包括经物理方式(例如经磁性方式、经电气方式、通过不变质量粒子的可移动设置等)修改以将特定操作的指令进行编码的计算机可读介质。在连接实体组件时，使硬件组件的基本电气性能改变(例如，从绝缘体变成导体，反之亦然)。指令使嵌入式硬件(例如执行单元或加载机构)能经由可变连接而在硬件中产生电路系统的构件，以在进行操作时执行特定操作的部分。因此，当设备进行操作时，计算机可读介质被通信地耦合至电路系统的其他组件。在一示例中，实体组件中的任一者可用在多于一个的电路系统中的多于一个的构件中。例如，在操作中，执行单元可在一时间点时用于第一电路系统的第一电路中，而在不同时间时由第一电路系统的第二电路、或由第二电路系统的第三电路再使用。
51.机器(例如计算机系统)系统控制器800可以包含硬件处理器802(例如中央处理单元(cpu)、硬件处理器核、或其任何组合)、gpu 832(图形处理单元)、主存储器804以及静态存储器806，以上每一者中的一些或全部可经由互连(例如总线)808彼此通信。控制器800还可包含显示设备810、字母数字输入设备812(例如键盘)以及ui导航设备814(例如鼠标或其他用户接口)。在一示例中，显示设备810、字母数字输入设备812以及ui导航设备814可为触摸屏显示器。控制器800可另外包含海量存储设备816(例如驱动单元)、信号产生设备818(例如扬声器)、网络接口设备820以及一或更多传感器830，例如全球定位系统(gps)传感器、罗盘、加速度计、或另一传感器。控制器800可包含外部输出控制器828(例如串行的(例如通用串行总线(usb))、并行的、或其他有线或无线的(例如红外线(ir)、近场通信(nfc)等)连接)，以与一或更多外围设备(例如打印机、读卡器等)进行通信、或控制该一或更多外围设备。
52.海量存储设备816可包含机器可读介质822，一或多组数据结构或指令824(例如软件)可存储于机器可读介质822上，这些数据结构或指令824实现本文所述技术或功能中的任一或多者、或被本文所述技术或功能中的任一或多者使用。指令824在其由控制器800执
行的期间，也可如图所示完全或至少部分地存在于主存储器804内、静态存储器806内、硬件处理器802内、或gpu832内。在一示例中，硬件处理器802、gpu832、主存储器804、静态存储器806、或海量存储设备816中的一者或任何组合可构成机器可读介质822。
53.虽然机器可读介质822被显示为单一的介质，然而术语“机器可读介质”可包含被配置以存储一或更多指令824的单一介质、或多个介质(例如集中式或分布式数据库和/或相关高速缓存及服务器)。
54.术语“机器可读介质”可包含：能够存储、编码、或运载用于由控制器800执行以及使控制器800执行本公开内容的技术中的任一或多者的指令824的任何介质；或能够存储、编码、或运载由这样的指令824所使用或与其相关的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可包含固态存储器以及光学与磁性介质。在一示例中，海量机器可读介质包含具有多个粒子的机器可读介质822，该多个粒子具有不变质量(例如静质量)。因此，海量机器可读介质并非瞬时传播信号。海量机器可读介质的特定示例可包含非挥发性存储器，例如半导体存储器设备(例如电子可编程只读存储器(eprom)、电子抹除式可编程只读存储器(eeprom)以及快闪存储器设备；磁盘，例如内部硬磁盘及可移动磁盘；磁光盘；以及cd-rom与dvd-rom磁盘。指令824可经由网络接口设备820使用传输介质以通过通信网络826来进一步发送或接收。
55.虽然已参照特定的示例性实施方案或方法描述了示例，但显然，可在不偏离所述实施方案的更广泛范围的情况下对这些实施方案进行各种修改及改变。因此，说明书和附图被视为说明性的而非限制性的。构成本文中的一部分的附图以说明(而非限制)的方式显示特定实施方案，可在这些特定实施方案中实践主题。所示实施方案以足够细节进行描述，以使本领域技术人员能够实行本文所公开的教导。可使用其他实施方案及从中产生其他实施方案，使得可在不偏离本公开内容的范围的情况下进行结构与逻辑的替换及变化。因此该具体实施方式不被视为限制性的，且各种实施方案的范围仅由所附权利要求、连同这些权利要求所赋予的等效方案的全部范围限定。
56.本发明主题的这些实施方案在此可单个地和/或共同地由术语“发明”所提及，其仅是为了方便，而不旨在将本技术的范围自愿性地限制于任何单一的发明或发明构思(如果事实上公开多于一个的发明或发明构思的话)。因此，虽然本文显示并描述了特定实施方案，但应理解，为实现相同目的而计算的任何配置可替代所示的特定实施方案。本公开内容旨在涵盖各种实施方案的任何和所有的调整或变化。在阅读以上说明后，上述实施方案的组合以及本文未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。