专利名称：加工配套元件部件及其使用方法
技术领域：
本发明涉及在半导体制造处理中使用的一种部件，更具体地说，涉及具有一个标识部件的使用寿命结束的可见指示器的部件的使用。
一般从沉积腔上取下加工配套元件部件后，将它们浸入可腐蚀该部件上的沉积材料的化学溶液中进行清洁。另外，某些部件可能需要用喷丸(bead blasting)方法或其他磨削方法，以物理方式从部件上清除沉积材料。以化学方法和物理方法清除沉积材料(例如腐蚀掉或喷丸除掉)都不可避免地会除去一部分部件表面。经过几次清洁后，部分部件表面的去除会达到这种程度使该部件不再处在完成设想功能所需的可接受的尺寸范围(即部件公差)内，上述设想功能例如可以是夹紧环(clamp ring)应均匀地将晶片压紧在基座上，边缘环(edgering)应均匀地覆盖晶片的周边，准直仪、屏蔽板和活门应均匀地使沉积材料与某些表面隔开等。相应地，应立即更换超出公差范围的部件。
但是，很难精确地确定所清洁的部件是否超出公差范围。部件公差要通过肉眼来检查通常显得太小了。因此，典型做法例如是在进行最大次数的清洁之后，将该部件抛弃。然而，因为每一清洁循环所除去的材料量变化很大，在部件使用寿命内清洁所建议的次数后(例如，每个部件清洁5次)，许多仍可使用的部件即被抛弃。因为每一部件更换会增加处理成本，因此制造商往往依靠费时的度量学方法，例如用卡规或其他测量工具进行测量，从而确定部件是否超出公差范围。然而，度量学方法费时费力，使其成为昂贵的备选方案。
因此需要一种改进的方法和装置，用以确定加工配套元件部件是否超出公差范围。
使用该部件的优选方法包括形成包含本发明的部件的加工腔，和完成使材料沉积在本发明的部件上的处理。然后，从本发明的部件上清除沉积材料(例如通过腐蚀方法和/或喷丸处理)——这会使部件表面和标记腐蚀，再根据标记的清晰度而确定该部件是否在公差范围内。
利用本发明，可以迅速确定部件是否在公差范围内，省去了使用耗时的度量学方法。另外，当本发明的标记不是清晰可见时，操作者即得到通知；该部件可能超出公差范围，因此可避免超公差部件导致的代价高昂的缺陷。
从下面对优选实施例的详细说明、权利要求书以及附图中，将可以更充分地了解本发明的其他特点和优点。
附图简要说明
图1A和1B分别为一个可重复利用的加工配套元件部件的可见标记部分的俯视图和侧视图，该加工配套元件部件根据本发明的第一种形式来构造；图2A和2B分别为一个可重复利用的加工配套元件部件的可见标记部分的俯视图和侧视图，该加工配套元件部件根据本发明的第二种形式来构造；图3为流程图，用于说明确定部件公差的本发明的方法；图4A和4B为一个加工腔的示意性横剖面图，该加工腔配置用于物理气相沉积；图5为一个加工腔的示意性横剖面图，该加工腔配置用于化学气相沉积；图6为可以在图4A～5B所示的腔中使用的另一种加工配套元件环的示意性侧视图。
优选实施例详细说明图1A和1B分别为一个可重复利用的加工配套元件部件的可见标记部分的俯视图和侧视图，该加工配套元件部件根据本发明的第一种形式而构造。部件11a具有由字“OK”构成的可见标记13a。尽管因“OK”的含意在美国和国外都广为人知，所以可见标记用“OK”较佳；但也可以使用任何可见标记(例如线条、符号、字、字母、数字、造型)。如图1A和1B的实施例所示，可见标记13a为下凹标记。具体地说，部件11a有第一表面15。第一表面15具有以线E1表示的第一高度，而且可见标记13a延伸至以线E2表示的第二高度。第一高度和第二高度之间的距离(E1～E2)(即标记的深度)应使得从部件上除去一定量材料而让部件11a差不多要超出公差范围之前，能看得见标记13a。
本领域普通技术人员易于了解形成标记13a的方法，如划线(例如通过激光、机械装置、蚀刻等方法)或者对于模铸(die cast)部件而言，采用其中形成有可见标记的模具。标记的深度可这样选择在第一参考部分上形成标记(具有第一参考深度)，并使第一参考部分经过清除处理，使非参考部分露出。第一参考部分最好经过清洁处理的多个循环。在每一循环后，记录标记的清晰度，并测量部件的关键表面，以确定参考部分是否在公差范围内。然后，利用这一数据来选择在第二参考部分上形成的标记的第二参考深度；并重复进行上述处理，直至确定了标记的深度，使得该标记一直可见，直到从部件上去除一定量的材料而使得部件差不多要超出公差范围为止。标记的最优深度根据部件的制造材料和部件所经受的的清洁过程而变化。例如，对于由钛制成的沉积环(参见图1说明)和用规定的最优测量方法测出的关键表面公差为0.005微米(μm)而言，发现标记深度为4微米比较合适。
图2A和2B分别为一个可重复利用的加工配套元件部件的可见标记部分的俯视图和侧视图，该加工配套元件部件根据本发明的第二种形式来构造。与图1A和1B的部件类似，部件11b具有由字“OK”构成的可见标记13b。但不同于图1A和1B中的标记，图2A和2B中的标记为隆起的标记。具体地说，部件11b有第一表面15。第一表面15具有以线E1表示的第一高度，而且可见标记13b延伸至以线E2表示的第二高度。第一高度和第二高度之间的距离(E1～E2)(即标记深度)应使得在从部件11b上去除一定量的材料而让部件11b差不多超出公差范围之前，能看见标记13b。
本领域普通技术人员易于了解形成标记13b的方法，例如，采用其中形成有该可见标记的模具。标记13b的适当深度可参考上述方法确定。
图3为流程图，说明使用图1A～1B和2A～2B所示部件的本发明的方法。如方框1所示，形成加工腔，使其包含一个或多个具有上述可见标记的本发明的加工配套元件部件。本发明的加工配套元件部件可便利地用于任何这样的加工腔其适于完成使材料沉积在本发明的加工配套元件部件上的处理。示例性的加工腔和处理包括适于进行金属层的溅射沉积(sputter deposition)的应用材料公司的PVDChamberTM，和适于进行金属或氧化物层的化学气相沉积的应用材料公司的Giga FillTMChamber。下面参照图4和图5来说明所包含的示例性腔和特定的加工配套元件部件。
在加工腔内进行一次或多次处理，使得材料沉积在本发明的部件上(方框2)。通常设备制造商会提供指南，其中包括在给定的加工配套元件部件需要清洁之前，在一个特定的腔中可处理的晶片的推荐数目。例如在加工配套元件部件需要清洁之前，图4所示的HDP腔可以沉积高达600微米(μm)的铝。
在使用本发明的加工配套元件部件而完成了推荐数目的处理循环之后，取下本发明的加工配套元件部件，并从该部件上将沉积的材料清除掉(方框3)。一般，清除包括将部件置于入一种或多种化学制剂浴(chemical bath)中，从部件表面上腐蚀掉所沉积的材料。有时，对加工配套元件部件进行喷丸清理，以除去沉积材料。从钛部件上清除沉积的铝合金的一个示例性清洁过程如下
如前所述，这种清洁方法也除去了一些制造该部件的材料。因此，在多个清洁循环后，本发明的部件就可能超出公差范围，使部件的关键尺寸(参见图4和图5)不再处于可接受的尺寸范围内。通常沉积腔的制造商向其客户提供可接受的加工配套元件部件尺寸范围。因此，在清除本发明的部件之后，观察标记(方框4)，并根据标记的清晰度而确定该部件是否在公差范围内(方框5)。如果标记清晰可见，则确定该部件在公差范围内，并将部件装回到加工腔以便重新使用(方框6)。如果不能清楚地看见标记，则测量该部件，以确定其是否处于公差范围内(方框7)。更换不处于公差范围内的部件。另一种方案是，为了省去测量时间，只要不能清楚地看见标记，就更换部件。
本发明的方法可以快速和简便地辨识超出公差范围的部件。因此，采用一个或多个本发明的部件的加工腔就会有降低的处理成本。
图4A和4B为一个示例性溅射腔21的相关部分的示意性部分剖面图，该溅射腔21可以使用图1A～2B所示的本发明的部件。溅射腔21一般包括真空腔密封壁23。该壁具有至少一个气体入口25和与排出泵(图中未示)连接的排气出口27。基底支承29放置在溅射腔21的下端，而溅射靶31则安装在溅射腔21的上端。夹紧环33与基底支承29连接，将基底35(见图4B)均匀地压紧在基底支承29上。活门组件(图中未示)可转动地安装在溅射腔21内，以便有选择地使活门圆盘37定位于靶31和溅射腔21的其余部分之间(即，将活门圆盘37置于关闭位置)。于是当活门圆盘置于关闭位置时，即可防止沉积材料沉积在活门圆盘37之下的表面上。
最好，当活门圆盘37在关闭位置时活门圆盘37位于夹紧环33和基底支承29之间(如图4A所示)。屏蔽板39与靶31的边缘接合，并可延伸至基底支承29(或延伸至靶和基底支承之间的某个位置)从而限制沉积材料的移动。在靶31和基底支承29之间可以安装(通过凸缘40)准直仪C(例如一根管或一块筛板)，该准直仪可阻止溅射材料沿着不希望的轨迹向基底35运动。基底支承29可从密封壁23或从屏蔽板39伸出。
靶31经绝缘环1而与密封壁23电气上绝缘。密封壁23最好接地，使得靶31相对于接地的密封壁23保持为负电压。图4B表示图4A所示的溅射腔21中，活门圆盘37处在打开位置，而夹紧环33将基底35压紧在基底支承29上。
活门圆盘37、屏蔽板39、准直仪C和夹紧环33为可卸的加工配套元件部件，其可包含以上结合图1A～2B所述的可见标记。
图5A为根据本发明而配置的CVD系统41的示意性侧视剖面图。CVD系统适合进行诸如氧化物层的沉积、腐蚀等处理。一般CVD系统41包括一个气源装置49、一个气体混合箱51、一个等离子体发生装置53、一个真空装置55和沿其顶部有气体/等离子体入口59和出口61的腔57。腔57包含一个气体分配板63和一个基底支承65。
气体混合箱51通过气体/等离子体入口59与腔57连接。该入口将气体从气体混合箱51导至气体分配板63的背面。气体分配板63上有许多小孔67，这些小孔使来自气体/等离子体入口59的气流分散至位于基底支承65上的基底69。真空装置55通过出口61和节流阀71与腔57连接。
基底支承65最好还起加热器作用，故其包括一个电阻加热元件(未示)。另外，基底支承65可在图5A所示较低的晶片更换位置和图5B所示较高的处理位置之间垂直运动。
基底支承65包括多个(最好4个)基底提升销73a～c。这些提升销沿着基底支承65的与基底接触的表面75而在径向上等间隔地分布，使常规的晶片输送装置(未示)的叶片容易装入基底的提升销73a～c之间。基底提升销73a～c与基底支承65滑动连接，使得当基底支承65运动于上端位置(图5B)和下端位置(图5A)之间时，基底提升销73a～c保持不动。这样，基底提升销73a～c可相对于基底支承65，从与基底接触的表面75上伸出(图5A)和缩回(图5B)。
可选的边缘环77由从腔57的壁向内伸出的凸缘79支承。该凸缘支承着边缘环77，使得当基底支承65升高至处理位置时，该边缘环77包围基底69的边缘和/或与其重叠。边缘环77用来控制或防止处理期间在基底69的边缘上的沉积。边缘环77可构造为与基底69的边缘重叠(通常称为屏蔽环)，或包围基底69的边缘而仅在基底69的边缘和边缘环77之间留下狭窄的空间(通常称为清除环)。使清除气体从该狭窄空间通过，从而防止沉积气体达到基底边缘。另一种方案是，边缘环77可包括一个与真空抽气机构连接的环(通常称为活门环)，和一个与清除气体源连接的清除气体环。这样，该二个环形成靠近基底边缘的清除气体入口和出口，从而引导清除气体通过晶片边缘。为了使边缘环77有效地工作，进行屏蔽，特别是进行清除，必须经常清洁该边缘环77，除去沉积材料，该沉积材料可以改变该环与基底边缘之间的间隙(如果边缘环77构造为清除环)，或改变该环与基底边缘之间的重叠(如果边缘环77构造为屏蔽环)。
在工作时，CVD系统41抽到所希望的真空压强，并且基底支承65下降至晶片更换位置(图5A)，使基底提升销73a～c从与基底接触的表面75伸出。一个开口阀(slit valve，未示)打开，载运基底69的晶片输送装置(未示)穿过该开口阀而将基底69置于基底提升销73a～c正上方。然后，基底提升销73a～b升高，使基底69从晶片输送装置(未示)转移至基底提升销73a～b上。
在晶片输送装置通过开口阀(未示)缩回而且开口阀关闭后，基底支承65升高至沉积位置(图5B)，使基底提升销73a～c和与基底接触的表面75处于同一高度，并保持与基底69接触。与“下降”相反，基底支承65将基底提升销73a～c升高，直至基底69平稳地与基底接触面75接触为止。该基底接触表面将热(从没有示出的加热元件)传递给基底69。
在基底支承65达到处理位置(图5B)后，基底支承65被加热至处理温度(例如350～600℃以进行CVD SiO2沉积)，并且气体混合箱51使反应气体从气源装置49经气体/等离子体入口59而送至气体分配板63的背面。一般反应气体——例如对于CVD二氧化硅沉积而言——包括原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)和臭氧(O3)。
气体流过气体分配板63上的孔67，并与位于基底支承65上的基底69的被加热表面发生反应。从而有一均匀的CVD SiO2薄膜沉积在基底69的顶部表面上。如果使用可选的边缘环77，则该边缘环77通过与基底69的边缘重叠或沿基底69的边缘导入清除气体，即可防止在基底69的边缘上的沉积。
在沉积了CVD SiO2薄膜后，基底支承65下降至晶片更换位置(图5A)，使基底提升销73a～c在与基底接触的表面75上伸出，并且基底支承65使基底下降脱离边缘环77，边缘环77则为自腔57向内伸出的凸缘79所支承而静止不动。开口阀(未示)打开且晶片输送装置(未示)自其穿过，从而将基底69从伸出的基底提升销73a～c抽出。
在处理期间，材料可以沉积在边缘环77上以及气体分配板33上。因此，边缘环77和气体分配板63可以是本发明的加工配套元件部件，其构造则如结合图5A～2B所进行的描述。这些部件可以从腔内取下并进行清洁。边缘环77的内圆周和气体分配板63上的孔67的内圆周是关键尺寸，本发明有助于操作者确定其公差。
图6表示另一种加工配套元件环，其可用于图4A～4B所示的腔中，替代夹紧环33；或用于图5A～5B所示的腔中，替代边缘环77。具体地说，图6表示沉积环81(其可包括防止晶片运动至该环之外的晶片限制销82)和覆盖环83的示意性侧视图。沉积环81主要用于防止在基底支承85的侧面上有沉积，因为基底支承85不容易从腔中取出进行清洁。因此，沉积环81的关键尺寸是沿着基底支承85边缘延伸的凸缘81a的高度。覆盖环83设计为使腔的组件受到屏蔽没有沉积的同时，形成气体通道。沉积环81和覆盖环83为可移动的加工配套元件部件，它们可包括结合图1A～2B所述的可见标记。
以上说明仅公开了本发明的优选实施例。对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，可对上述装置和方法进行属于本发明范围内的改进。例如，得益于根据本发明而构造的加工配套元件部件，可得出适用于其他处理(蚀刻、光刻等)的其他腔的结构，并且该腔可能需要的加工配套元件部件有别于上述的加工配套元件部件。事实上，任何进行处理而该处理使材料沉积在腔的部件上、并需定期清除部件的腔都可受益于上述的本发明的部件，上述的本发明可作为使材料从部件上除去(例如，腐蚀、化学机械抛光等)的装置或过程。
因此，虽然结合优选实施例说明了本发明，但应当理解，其他实施例也属于所附权利要求书确定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种装置，其包括由一种材料制成的可重复利用的加工配套元件部件，该部件具有拥有第一高度的第一表面，和形成于第一表面上的可见标记，该标记延伸至第二高度，其中第一高度和第二高度之间的距离应使得该标记可见，直到从该部件上除去一定量的所述材料而使该部件几乎超出公差范围为止。
2.如权利要求1所述的装置，其中第二高度低于第一高度，从而所述标记低于所述部件的第一表面。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述标记是激光划线标记。
4.如权利要求1所述的装置，其中第二高度高于第一高度，从而所述标记高于所述部件的第一表面。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述标记为模制的(moulded)标记。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述标记为“OK”。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述加工配套元件部件适于用在构造为进行物理气相沉积处理的腔内。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述加工配套元件部件适于用在构造为进行化学气相沉积处理的腔内。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述加工配套元件部件为边缘环，其适用于防止材料沉积在加热器侧壁上。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述加工配套元件部件为边缘环，其适用于防止材料沉积在基底边缘上。
11.一种装置，其包括一个加工腔，其适用于使材料沉积于在其中进行处理的基底上；和如权利要求1所述的装置，其可卸地连接在加工腔内。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述加工腔适用于进行物理气相沉积处理。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述加工腔适用于进行化学气相沉积处理。
14.一种方法，其包括形成具有可重复利用的加工配套元件部件的加工腔，该加工配套元件部件由一种材料制成，而且该加工配套元件部件具有拥有第一高度的第一表面；和形成于第一表面上的可见标记，该标记延伸至第二高度，其中第一高度和第二高度之间的距离应使得该标记可见，直到从该部件上除去一定量的所述材料而使该部件几乎超出公差范围为止；在所述加工腔内进行处理，使得材料沉积在所述可重复利用的加工配套元件部件上；从所述可重复利用的加工配套元件部件上清除所沉积的材料；和根据所述标记的清晰度，确定所述可重复利用的加工配套元件部件是否在公差范围内。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述的根据该标记的清晰度而确定所述可重复利用的加工配套元件部件是否在公差范围内的步骤包括如果该标记清晰可见，则确定所述可重复利用的加工配套元件部件在公差范围内。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述的根据该标记的清晰度而确定所述可重复利用的加工配套元件部件是否在公差范围内的步骤包括如果该标记不是清晰可见，则测量所述可重复利用的加工配套元件部件。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述的从该可重复利用的加工配套元件部件上清除所沉积的材料包括腐蚀该可重复利用的加工配套元件部件。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述的腐蚀该可重复利用的加工配套元件部件包括将该可重复利用的加工配套元件部件浸入一种浴(bath)中。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述的从该可重复利用的加工配套元件部件上清除所沉积的材料包括对该可重复利用的加工部件进行喷丸处理(bead blasting)。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述的在该加工腔内进行处理包括进行物理气相沉积处理。
21.如权利要求14所述的方法，其中所述的在该加工腔内进行处理包括进行化学气相沉积处理。
22.如权利要求14所述的方法，其中所述的在该加工腔内进行处理包括进行腐蚀处理。
全文摘要
在可重复利用的加工配套元件部件上设置可见标记，在该部件经过清洁而从部件上除去沉积材料后，可根据该标记的清晰度而确定该部件是否在公差范围内。更具体地说，可重复利用的加工配套元件部件由一种材料制成，具有带第一高度的第一表面。可见标记形成于第一表面上并延伸至第二高度，其中，第一高度和第二高度之间的距离应使该标记可见，直到从部件上除去一定量的材料而使部件几乎超出公差范围为止。
文档编号C23C16/458GK1432071SQ01807079
公开日2003年7月23日 申请日期2001年3月27日 优先权日2000年3月27日
发明者S·C·克罗克 申请人:应用材料有限公司