专利名称：从衬底处理部件去除残余物的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及从衬底处理部件的表面清洁残余物。
背景技术：
在处理循环之间，必须周期性地清洁暴露于处理衬底的处理环境中的衬底处理室部件的表面。在衬底处理期间，将衬底置于处理室中并暴露于激发气体下，以在衬底上沉积材料或蚀刻衬底上的材料。沉积在部件表面上的处理残余物包括在化学气相沉积(CVD)或等离子体气相沉积(PVD)处理中沉积的材料、蚀刻的材料、或甚至是在蚀刻处理中去除的聚合物光刻胶。在接下来的处理周期中，累积的残余物会从部件表面成片剥落并落在衬底或室内部上且污染衬底或室内部。因此，利用清洁处理周期性地清洁部件表面，该清洁处理包括喷砂法(grit blasting)、使用溶剂或研磨料的擦洗、以及二氧化碳(C02)喷洗法。然而，传统的清洁方法通常无法完全地清洁部件表面，这会造成部件表面的腐蚀或在部件表面上留下有机清洁沉积物的薄层。处理残余物的清洁亦可能具有取决于部件表面的组成以及其上覆盖的残余物的独特问题。例如，某些部件表面容易受到传统清洁溶剂的伤害。例如，用聚合物密封剂密封的陶瓷部件(诸如，静电吸盘、碳化硅部件与铝质室壁)是难以清洁的。有机溶剂(诸如，丙酮与异丙醇)会分解、氧化或与这些涂层进行其它化学反应。用含碳聚合残余物涂覆的聚合物涂覆表面特别难以清洁，因为能够部分地分解聚合残余物的清洁溶剂亦可分解下层聚合物密封剂。亦难以从部件(例如，室壁)清洁包括碳沉积物或氟化铝的处理残余物。喷砂处理室壁不仅会剥下碳残余物并且会刮伤或侵蚀陶瓷材料的表面。亦特别难以去除沉积在室壁上含有密集的氟化铝膜的残余物，因为氟化铝可耐大部分的化学清除剂。目前，利用HF/HNCV混合物来蚀刻氟化铝；然而，该酸性混合物亦常常蚀刻下层陶瓷材料。当用电镀氧化铝薄层涂覆部件时，该电镀层亦会受到擦伤或蚀刻。当从用于化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)、等离子体气相沉积(plasma vapor deposition,PVD)与蚀刻的室的部件上清洁黏性聚合残余物时又会产生另一问题。针对电介质与多晶娃(poly-silicon)蚀刻应用而言,必须在镕炉中加热部件长达数小时以燃尽(burn off)有机残余物，这个过程相当耗时。针对金属化学气相沉积与等离子体气相沉积室而言，目前的清洁方法系利用PIRANHA 化学作用(nh4oh/h2o2)来去除处理残余物。上述的化学作用在清洁溶液中使用有毒与危险的材料。亦可使用喷砂法，但这会造成从部件材料上去除至少一部分的薄层或在部件上留下砂粒沉积物。针对电介质化学气相沉积室而言，首先藉由喷砂法去除陶瓷室部件上的碳残余物，接着以HF/HN03混合物蚀刻上方覆盖的AlF3沉积物，这两者皆可对下层部件造成侵蚀。
亦难以清洁含有黏着剂的残余物，该黏着剂在制造或再利用过程中暴露于部件表面上。例如，可藉由将包围片电极的聚亚酰胺层黏至带有丙烯酸酯黏着剂(acrylicadhesive)的金属底座来制造静电吸盘。加热器亦具有藉由黏着剂结合至其表面的聚亚酰胺与其它绝缘板。在制造或再利用中，当去除吸盘或加热器的表层时，必须剥下残留在下层底座上的黏着剂残余物；否则该残余物在衬底处理过程中会产生燃尽(burned-off)的碳污染物。利用丙酮与擦拭件的传统清洁方法常常留下黏着剂或清洁残余物，这些会负面地影响再磨光部分的性能。虽然可藉由利用研磨垫(例如,Scotch-BriteTM, 3M Company)提高清洁效果，但这亦会造成部件表面漆料的腐蚀。
清洁部件的纹理化表面(textured surface)的残余物时又产生另一问题。例如，化学机械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)系统中，金属的衬底保持环具有以环氧层(epoxy layer)与非金属耐磨层覆盖的纹理化表面。为了再利用该部件，必须机加工区除非金属耐磨层与环氧层而不过度侵蚀下层金属。然而，因为该金属具有纹理化表面，通常亦将一部分的纹理化表面机加工掉以得到干净的金属表面，因此减少该金属部分的厚度并连累到其结构的完整性。亦难以清洁具有激光形成凹处图案的部件表面的残余物(例如，Wang等人所有的美国专利公开案编号2003-0188685，在此将其全文以参考数据并入本文中)，因为残余物会聚集在凹处中。因此，期望有效地从部件的表面清除残余物而不会留下清洁处理中产生的其它残余物。更期望可大致上去除聚合物残余物而不伤害覆盖有聚合物涂层的部件表面。亦期望清洁纹理化金属或陶瓷部件表面而不过度腐蚀。更期望清除黏着剂残余物而不伤害或腐蚀该部件。亦期望原位清洁部件表面而不用拆开室。
发明内容
本发明提出自衬底处理部件的表面清洁残余物的较好方法。一个方案中，提出一种清洁方法以清洁衬底处理部件，该衬底处理部件包括具有聚合物涂层与形成于该聚合物涂层上的残余物的表面。该方法包括用有机溶剂接触该衬底处理部件的表面上的聚合物涂层，且用该有机溶剂去除该残余物而不去除该聚合物涂层。另一个方案中,提出一种翻新(refurbishing)衬底处理部件(其包括有用黏着剂附着于下层陶瓷结构的聚合物层)的方法。该方法包括从该陶瓷结构去除该聚合物层，因此在该陶瓷结构上留下残余黏着剂；用有机溶剂接触该残余黏着剂而从该下层陶瓷结构去除该残余黏着剂；以及重新将该聚合物层置于该陶瓷结构上。进一步的方案中，一种翻新包括有黏着剂残余物(其位在一覆盖一下层金属结构之聚合物层上方)之表面的衬底处理部件的方法，包括以一能量密度程度高到足以烧蚀(ablate)黏着剂残余物的激光束扫描该衬底处理部件之整个表面；以及在该金属结构上形成一新的聚合物层。又另一个方案中，一种清洁一衬底处理部件之方法包括用等离子体流接触该衬底处理部件具有残余物的表面，以及用温度高到足以使残余物蒸发的等离子体流扫描该衬底处理部件的整个表面。
参照下述说明与随附权利要求与附图(描述本发明的实施例)可更加理解本发明的这些特征、方案与优点。然而将可理解各个特征可普遍地用于本发明中，而不是仅仅在特定图示的内文中，且本发明包括这些特征的任何组合，其中
图I是具有可由清洁处理清洁的部件表面的衬底处理室的示范性实施例的剖面侧视图；图2是静电吸盘的部件的剖面侧视图；图3是具有加热块的静电吸盘的剖面侧视图；图4A是概略图，其显示从部件(包括用于CMP设备的聚合物涂覆保持环)的纹理化表面激光清洁黏着剂残余物；图4B是概略图，其显示从部件(包括具有黏着剂残余物的气体分配板)激光清洁黏着剂残余物；图5是CMP保持环的透视图；图6是气体分配板的俯视图，其显示多个具有不同尺寸的气体进给孔；图7A是具有平行沟槽与边缘的部件的纹理化表面的概略俯视图；图7B是图7A部件的纹理化表面的剖面透视图；图7C是具有边缘与凹陷的部件的纹理化表面的另一实施例的概略俯视图；图7D是图7C部件的纹理化表面的剖面透视图；图8是等离子体切割设备的图示。
具体实施例方式可从衬底处理设备302卸除衬底处理部件以便清洁或直接在设备302中清洁该部件。清洁处理具有不同实施例，而这取决于部件类型以及残留在部件表面上的残余物性质。可分别或彼此组合应用这些清洁方法，因此以特定清洁方法清洁特定部件的示范性描述不应用来限制本发明为所列举的组合。举例来说，该残余物可包括形成于衬底304处理过程中的处理残余物361，诸如蚀刻、化学气相沉积或等离子体气相沉积处理残余物361 ;黏着剂或涂层残余物361，在剥除或去除处理后残留在衬底上；或其它类型的残余物361。在一种形式中，该清洁方法是用来清洁涂覆有聚合物涂层的衬底处理部件的表面，包括诸如室壁312的内部表面、静电吸盘370的暴露表面、衬底304周围的沉积环或其它环件以及气体分配板600或喷嘴(未显示)等部件。这些暴露的部件表面是暴露在用于处理室306中的衬底304的激发气体环境中。藉由可软化并分解聚合物涂覆表面上的残余物361的有机溶剂或溶剂混合物接触部件表面来清洁该部件表面。举例来说，从部件表面去除的残余物361可以是处理沉积物，其形成于室306中先前执行的衬底处理过程中。用于此方法的有机溶剂可以是下列化合物之一或多者四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF) ；N-甲基批咯烧酮(N-methyl pyrrolidone, NMP);甲乙酮(methyl ethyl ketone,MEK);环己酮(cyclohexanone);甲苯(toluene);轻胺(hydroxylamine);乙醇胺(ethanolamine);以及2-乙氧基乙醇胺(2-ethoxy ethanol amine)。可分别或以混合物形式利用这些溶剂。自衬底处理部件表面去除软化或分解的残余物361而不去除或过度分解聚合物涂层。再者，以有机溶剂去除黏着剂残余物361而不腐蚀或以其它方式伤害衬底处理部件。一般而言，此残余物去除方法是有利的，因为可以达到去除与剥下残余物的程度，特别是基本为聚合物的残余物361。由于这些溶剂作用相当快速且可仅花数分钟便从室306内部表面原位去除残余物361而产生其它优点。此外，已经发现这些溶剂可选择性地分解聚合物残余物而不会负面地影响部件表面上的聚合物涂层，例如聚合物密封剂(包括甲基丙烯酸酯)。选择的溶剂亦具有针对不同应用的特定优点。例如，四氢呋喃(THF)特别有利于从具有氯化(chlorinated)碳表面清洁残余物361。举例而言，当氯化气体(诸如，Cl2与CCl4)用于蚀刻室时，这些类型的残余物361会形成于部件表面上。因为四氢呋喃侵略性地与残余物361反应使得四氢呋喃与聚合物的残余物的反应时间相当短暂。然而，四氢呋喃更像是表面反应剂而不是深层穿透反应剂。 作为另一实例，N-甲基吡咯烷酮(NMP)特别有利于从部件表面清洁厚的残余物层。由于相对较长的使用时间或处理室306的处理周期提高而在室表面上形成厚的残余物层。N-甲基吡咯烷酮溶剂可有利地穿透聚合物残余物表面下方(这部分地起因于N-甲基吡咯烷酮较低的气相压力)并藉由N-甲基吡咯烷酮可穿透残余物361表面下方的能力而去除残余物361。虽然N-甲基吡咯烷酮相对于本发明其它溶剂(特别是四氢呋喃)而言更具穿透力，但N-甲基吡咯烷酮去除残余物361的侵略性并不如四氢呋喃。本发明所用的有机溶剂在去除残余物361方面比丙酮相对更有效率。藉由聚合物涂层(作为密封剂)密封衬底处理部件。举例而言，部件可以为铝质室壁或衬底支撑件310。部件亦可为复合式结构，例如以镍镀覆或电镀的铝；或甚至为陶瓷材料，诸如氧化铝、氮化铝或碳化硅。在一种形式中，衬底处理部件包括衬底处理室壁312，该室壁为以下列涂覆的铝质结构(i)镍镀层、(ii)阳极化铝、(iii)碳化硅以及(iv)聚合物密封剂。可应用在部件的暴露表面的适当聚合物密封剂包括甲基丙烯酸酯。举例而言，一种形式可以是包括具有电镀层与甲基丙烯酸酯层的顶层的铝质底座的部件。甲基丙烯酸酯密封剂涂层覆盖部件表面的外面暴露部分。可作为依据本发明的聚合物密封剂的可聚合液体材料的较佳配方包括约90-99wt%的可聚合单体或单体的组合、约O. l-10wt% (较佳为约2-6wt% )的聚合物引发剂(initiator)以及约0_10wt% (较佳为约O. l-4wt% )的催化剂或催化剂组合，所有的百分比是基于该可聚合材料的非挥发性成份的总重而得，举例而言，如Collins等人申请的美国专利号5，792，562中所述，在此将其全文以参考形式并入本文中。较佳的单体包括聚乙二醇(具有每个聚合物平均约9个重复乙氧基单元的产物)的丙烯酸酯与二甲基丙烯酸酯、以及四甘醇二甲基丙烯酸酯(tetraethyleneglycol dimethacrylate)以及甲基丙烯酸轻乙酯(hydroxyethyl methacrylate),例如约70-90wt%的四甘醇二甲基丙烯酸酯以及约10-30wt%的甲基丙烯酸羟乙酯。较佳的催化剂组合包括糖精(saccharin)、N, N-二甲基-对甲苯胺(N, N-dimethyl-p-toIuidene)与/或四氢喹啉(tetrahydroquinoline)的混合物,例如约l-3wt%的糖精与约0. l-lwt%的N，N-二甲基甲苯胺。亦适合作为部件表面密封剂的特定密封剂配方包括Loctite 290TM与990TM黏性密封剂(可商业上购自 Loctite Corporation, Newington, Conn.)以及 Perma-Lok HL126TM(可商业上购自 Permabond International Corporation, Englewood, N. J. ) 可依照本发明而应用的其它密封剂配方描述于Catena申请的美国专利编号5，256，450，在此将其全文以参考形式并入本文中。
可藉由对部件的表面(例如，处理室壁312的内部表面)应用浸有溶剂的吸收件(absorbent)而原位清洁部件表面而不须拆解室306。藉由以浸有溶剂的吸收件擦拭部件室壁312的表面而完成残余物361的去除。可藉由吸收件的方式对该表面多次应用溶剂直到大致上去除残余物361为止。在已经应 用有机溶剂后，可进一步以干净、干燥的擦拭件擦拭该表面以进一步去除残余物361。用吸收件施加溶剂可软化、分解并去除残余物361。适当的吸收件包括符合无尘室(clean room)标准的擦拭件、涂抹器、海绵以及毛巾。以诸如微粒散发程度、离子性污染物程度、吸收性以及对磨损或暴露于清洁材料的剥蚀抵抗性等特性选择无尘室产品。吸收件、擦拭件、涂抹器、海绵或毛巾可经过挑选以避免与上述特性有关的微污染。微粒与污染物(即便是最小的微粒与污染物)通常比微电子组件中的特征尺寸(feature size)大上许多倍。因此,挑选符合无尘室标准的适当吸收件好减少微粒污染。适当的吸收件可由纺织与非纺织材料所构成，例如熔纺聚烯衬底(meltspunpolyolefin substrate),其具有符合无尘室标准的性质。吸收件(例如，擦拭件)亦可预先包装于大致上密闭的袋(具有多个擦拭件)中。密闭容器可避免擦拭件在搬运与储存过程中干燥或吸收灰尘以减少擦拭件的污染。亦期望擦拭件的储存袋、容器或桶件对使用的有机溶剂为惰性的。在一种形式中，可加热含有擦拭件的储存袋或擦拭件本身到稍微高于室温且低于溶剂点燃温度(ignition temperature)的温度下，以加速聚合物沉积物与擦拭件的有机溶剂之间的反应。预先包装的擦拭件可提供气密式包装以减少擦拭件的污染。另一实施例中，该方法利用喷雾涂抹器以用有机溶剂接触部件表面的残余物，接着用无污染物的吸收件擦拭部件表面。喷雾涂抹器藉由推进器或泵的方式通过喷嘴来分配溶剂以将有机溶剂喷洒在部件表面上。接着使用吸收性擦拭件来擦拭部件表面以将有机溶剂散布在部件表面上并去除软化或分解的残余物361。期望由对有机溶剂惰性的一种或多种材料制成喷雾涂抹器，以用来避免有机溶剂与处理室306的污染。另一实施例中，将衬底处理部件表面浸在浴池内的有机溶剂中。该浴池容纳于水箱中，该水箱使用再循环泵以及视情况而定的过滤系统好从浴池去除残余物361。举例而言，亦可藉由超音波震动或附加在水箱壁(例如，底壁)上的超音波震动器所提供的能量搅动水箱内的溶剂。亦可使用其它搅拌方法(包括机械式螺旋搅拌法)来搅拌浴池中的溶齐U。对于非常密集或难以清洁的残余物361来说，浴池方法是较佳的方法，因为其给予溶剂时间与残余物361进行化学反应并将其去除，且亦允许溶剂浸入部件表面的微小特征。可在自室306中去除衬底304之前或之后或是可利用一种组合方法清洁室壁312部件，该组合方法包括偶而以擦拭件或溶剂喷雾清洁室306本身以及偶而在浴池中清洁好去除难以清除的残余物361。再者，可用有机溶剂接触部件表面并以有机溶剂去除残余物361而不去除或负面地影响敏感性涂层(诸如，聚合物与陶瓷涂层)。此外，有机溶剂可用相对快速的方式分解、进行反应与/或软化残余物361。例如，可从例如聚合物密封剂(例如，甲基丙烯酸酯)的聚合物涂层去除残余物361，而该有机溶剂可为四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、甲乙酮(MEK)、环己酮、甲苯、羟胺、乙醇胺以及2-乙氧基乙醇胺或上述的混合物。可用吸收件衬底、喷雾涂抹器或吸收件衬底与喷雾涂抹器两者的组合来施加有机溶剂。可超过一次或额外地用有机溶剂接触部件表面。再者，本方法可作为单独存在的方法或搭配其它先前技术的方法做为处理前的一个步骤或数个步骤。上述的清洁处理可用来清洁衬底处理设备302的任何部件，图I概略描述该衬底处理设备的示范性形式，其适以蚀刻衬底304 (例如，半导体晶片)。设备302包括例如处理室306 (是由控制器300所操作)的部件。室306包括更多的部件，例如通常由金属或陶瓷材料所构成的壁312，包括侧壁314、底壁316与顶壁(ceiling) 318，可经清除以去除衬底304处理过程时产生的残余物361而不去除聚合物密封剂360。操作中，气体供应器338提供处理气体给室306。气体供应器338连接于具有一个或多个流量控制阀334的气体导管336。导管336结束于室306中的一个或多个气体入口 342。使用过的处理气体与蚀刻副产物透过排出器344而排出，该排出器包括泵吸通道346，以接收使用过的处理气体；节流阀350，以控制室306中处理气体的压力；以及一个或多个排出泵352。排出器344亦可包括去除系统(abatement system)(未显示)以自排出器去除不需要的气体。
可藉由另一室部件(即，气体激发器354)能量化提供给室306的处理气体以处理衬底304，该气体激发器耦接能量至室306的处理区308中的处理气体(如示)或室306上游远程区中的处理气体(未显示)。在一种形式中，气体激发器354包括天线356，该天线包括围绕室306中心成环形对称的一个或多个感应线圈358。当将天线356置于邻近室306的顶壁318处时，顶壁的邻接部分是由电介质材料(例如，二氧化硅)所制成，该电介质材料为射频(RF)或电磁场可穿透的。举例来说，天线电源355提供一般约50KHz至60MHz (更通常为约13. 56MHz)之频率且功率强度约100至5000Watt的射频功率给天线356。亦可提供射频匹配网络(未显示)。该气体激发器354可选择性或附加性包括微波或「上游」气体激发器(未显不)。在一种形式中，气体激发器354可再或选择性包括额外的处理部件，例如电极313、378，其可用来能量化处理气体。一般而言，处理电极313、378包括位于室306的侧壁314或顶壁318内的电极313，其电容式耦接于另一电极，例如衬底304下方的支撑件310中的电极378。当顶壁部件318亦作为电极时，该顶壁318可包括电介质材料作为感应场-传送窗(induction field-transmitting window) 303,其可对顶壁 318 上方的天线 356 所传送的射频感应场提供较低的阻抗。可应用的适当电介质材料包括诸如氧化铝或二氧化硅的材料。一般而言，可藉由电极电压供应器(未显示)使处理电极313、378彼此呈现电性偏压，该电极电压供应器包括AC电压供应器以提供射频偏压(RF bias voltage) 0射频偏压可包括约50kHz至60MHz的频率且该射频偏压电流(RF bias current)的功率程度通常是约 50 至 3000ffattso操作中，另一室部件，即衬底传送件311，例如机械臂(未显示)，可将衬底304传送至室306中的衬底支撑件310上。衬底304通常是由升降销(lift pin)部件(未显示)所接收，该升降销从衬底支撑件310延伸出以接收衬底304并缩回衬底支撑件310以将衬底304置于支撑件310上。衬底支撑件310可包括静电吸盘370，该静电吸盘包括至少部分地覆盖电极378的静电主体374，且该静电吸盘包括衬底接收表面380。电极378亦可作为上述处理电极中的一个。电极378能够产生静电电荷以静电方式保持衬底304至支撑件310或静电吸盘370。电源382提供静电吸盘的电压给电极378。设备302还包括一个或多个侦测器部件309，其适于侦测该辐射射出物的一个或多个波长的强度并产生与该侦测强度有关的一个或多个信号。适当的侦测器309包括感应器301,诸如光电倍增管(photomultiplier tube)、分光光度计、电荷稱合器(chargecoupled device)或光电二极管。侦测器309通常是经定位以侦测穿越形成于室306的壁312中的窗303的辐射，所需的波长的辐射可穿透该窗。侦测器309侦测辐射射出物的波长的强度以控制室处理或处理条件。清洁处理的另一种形式中，从衬底处理部件表面(由室306去除)清洁残余物361，且视情况而定在清洁处理后翻新该表面。举例而言，将被清洁与翻新的部件可为静电吸盘370。如图2中所示，该静电吸盘370可包括用黏着剂(例如，丙烯酸类黏着剂)结合至金属主体(未显示)的上层105。层105可为部分导电、导电或绝缘的聚酰胺；或为部分导电、导电或绝缘带(得自ChomericTM)，其可藉由物理处理(例如，自该吸盘370剥下聚合物层)自该吸盘370上将其去除。层105包括嵌入式电极(未显示)，该电极可充电以产生静电电荷来保持衬底304至吸盘370。在去除层105之前，亦可藉由接触有机溶剂来软化结合黏着剂100。适合用来清洁黏着剂的有机溶剂为四氢呋喃(THF)、甲乙酮(MEK)、庚烷、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、环己酮、甲苯、羟胺、乙醇胺以及2-乙氧基乙醇胺或上述的混合物。以有机溶剂接触黏着剂100并擦拭或润湿黏着剂100而不负面地影响陶瓷静电吸盘 370。经常清洁与翻新的特定衬底处理部件为装设在加热块255 (具有嵌入式加热线圈230)上的静电吸盘370，其实例概略地显示于图3中。静电吸盘370为陶瓷结构且以黏着剂200结合至上层或板205，而以黏着剂210结合至层215。黏着剂200、层215与黏着剂210可以为具有黏着剂的导电带(得自ChomericTM)。再者，层205与黏着剂200可以为具有黏着剂的导电带(亦得自ChomericTM)。聚合物下层215亦以黏着剂220结合至加热块255。黏着剂200可以为丙烯酸类黏着剂而加热块255为金属结构。层205与215可由聚酰胺所构成，且在某些形式中，其包括嵌入式铜电极(未显示)。藉由物理处理(例如，自陶瓷静电吸盘370剥下该板)去除上层205，其中在去除聚合物层205之前可藉由接触有机溶剂而软化黏着剂200。用来清洁黏着剂200、210与220的有机溶剂为四氢呋喃(THF)、甲乙酮(MEK)、庚烷、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、环己酮、甲苯、羟胺、乙醇胺以及2-乙氧基乙醇胺或上述的混合物。在分开下层215、静电吸盘370与加热块255之前，可用有机溶剂接触静电吸盘370与加热块255以软化黏着剂。在去除上层205且分开静电吸盘370、加热块255与下层215之后，以有机溶剂接触黏着剂200、210与220并擦拭或润湿黏着剂200,210与220以去除之而不会负面地影响陶瓷静电吸盘370与加热块255。在一种形式中，重新在陶瓷结构上置放聚合物层。清洁处理的又另一种形式是用来在例如部件重新磨光的过程中从衬底处理部件表面清洁残余物361 (例如，残余黏着剂)。此形式中，激光400提供脉冲式或连续波光束的激光束410，该光束具有适当的波长与足够的能量密度，可扫描整个部件表面415以剥下和燃尽或烧蚀残余黏着剂418，如图4A中所示的实例。从衬底处理设备302去除部件之后，可对该部件表面415应用激光束410。激光束410可透过激光束处理室430 (其中置放该部件)的窗420应用在部件表面415上，该窗420是由透光、抗化学材料所构成。激光400亦可位于激光室430中(未显示)。亦可利用载气使其流过衬底处理部件表面以携带气体或蒸发的黏着剂沉积物(经去除)到激光室的下游区域。适当的激光400包括CO2激光、Nd-YAG激光(钕钇铝石榴石)、Er: Nd-YAG激光(铒ND-YAG)、氩激光、高功率二极管激光与其它固态激光。氩激光之波长为488nm或514nm ;二极管激光提供810至980nm ；ND/YAG激光产生通常为1064nm的波长；Er: Nd-YAG激光提供2940nm而C02激光提供9300至10600nm。虽然提出某些说明性波长范围与阀值，可以理解这些可修改成其它波长范围。激光功率密度经调控以(i)重组(defragment)并蒸发残余物361 (诸如,黏着剂或聚合物残余物)而不伤害部件的下层结构，( )去除黏着剂残余物与环氧层两者，与/或(iii)将特征划入下层结构。期望以受到良好控制的动态聚焦(dynamic focusing)光束聚焦并扫描部件具有残余物361的整个表面轮廓。可能需要多个光束结构以达成最好的清洁效率。举例来说，适当之激光400提供功率密度为9. 6 X 106ff/cm2至8. 6 x 107ff/cm2的激光(其功率程度范围约100至5000Watts)。5kW激光的密度不可能更高但可能具有较宽的光束。另一重要的激光参数为脉冲频率(pulse freq uency)，各个脉冲功率随着其脉冲频率的减少而增加。举例而言，为了去除聚合物表面涂层，使用10至90kHz(更常为30KHz)的脉冲频率。对于以激光400进行表面纹理化而言，适当的脉冲功率包括约4至36kHz (更常约为 12KHz)。一种形式中，重新磨光包括表面的衬底处理部件，该表面包括下层金属结构上的聚合物层上方的黏着剂残余物361。黏着剂残余物361包括丙烯酸类黏着剂残余物。聚合物层包括环氧层。以能量密度水平高到足以烧蚀黏着剂残余物361与环氧层的激光扫描衬底处理部件的整个表面，以及除了烧蚀黏着剂残余物361与环氧层之外以烧蚀线刻划金属结构表面。接着，可视情况而定在金属结构上形成新的聚合物层。在一种实例中，如图4A中所示，Nd-YAG激光400产生激光束410，该光束可烧蚀与蒸发部件表面415上的黏着剂残余物418，例如包括化学机械研磨(CMP)设备的保持环500的衬底处理部件上的LavacoatTM层450上方的环氧涂层440表面上。激光束410可有利地从表面415清洁黏着剂残余物361以及烧蚀环氧涂层440两者，且甚至清洁掉LavacoatTM层450的凹处与特征。保持环500是用于化学机械研磨设备(例如，得自Applied Materials, Santa Clara, California)以平面化装设在衬底载具上的衬底304,该载具面对具有研磨垫的研磨头。化学机械研磨设备描述于美国专利编号5，738，574，而载头描述于美国专利编号6，251，215，在此将两者的全文以参考数据并入本文中。图5显示一种保持环500，其具有带有平坦底部表面503的第一下部505，其包括
通道510(或沟槽)；倾斜部530/590以及垂直部525。直的通道510开始于底部表面的内
圆周而结束于外圆周，且以相等的角度间隔分布在保持环500周围。通常通道510与通过
保持环500中心的径向部分相对45°而定向，但其它角度的定向(例如，介于30至60°之
间)亦有可能。保持环500的下部505可由对化学机械研磨处理呈化学惰性的材料所构成，
且该材料具有足够的弹性使得衬底边缘靠着保持环500的接触不会造成衬底304碎裂或破m
ο保持环500的第二部分，上部545，具有平坦底部表面与垂直部580以及平行底部表面的顶部表面560。顶部表面560包括孔565，用以接收螺栓、螺丝或其它器件以将保持环500与载头固定在一起。此外，一个或多个校准孔570可位于上部545中。若保持环500具有一个校准孔570，则载头具有一个相对应的销(未显示)可在适当对准载头与保持环500时与校准孔570配对。上部545可由坚硬材料(例如，金属)所构成。形成上部的适当金属包括不锈钢、钥，或者可使用铝或陶瓷。可应用黏着剂、螺丝或压入配合式(press-fit)结构接合下部505与上部545。黏着剂层可以是两件式慢凝环氧化物(slow-curing epoxy),例如 Magnobond_6375TM(得自 Magnolia Plastics, Chamblee, Georgia)。图4B显示包括用于处理室306中的气体分配板600的部件的一部分，而这可藉由应用激光400的激光烧蚀法清洁。激光束410能够烧蚀与蒸发留在气体分配板600的暴露面上的黏着剂残余物418。此形式中，自气体分配板600去除铝层，在气体分配板600之暴露面601上留下黏着剂残余物418。气体分配板600具有许多个孔610，当部件用于处理室中时，气体可由这些孔通过。残余物361可黏住气体分配板600的表面以及孔610的内部表面612。藉由单纯地将激光400以固定速度横跨气体分配板600而应用激光烧蚀来清洁气体分配板600的暴露面601以及孔610的内部表面612两者。适当的激光可运转在约IOOffatts 至 5000Watts 的功率下。 图6显示气体分配板600的另一实施例，该板具有较薄中央部份602 (具有较少与较小的孔606)以及较厚周围部分604(具有较多与较大的孔608)。气体分配板600的质量低到足够允许快速加热至平衡温度(由辐射热能损失所测定)，并可对衬底304的表面提供一致的气体分布。气体分配板600的中央部份具有较小的孔606以补偿中央的快速处理气体流，其中该些孔的数目与尺寸随着接近气体分配板600的较厚周围部份604而增加以提高晶片边缘处的处理气体流动。该些孔的实际配置被视为选择因素且可由给予气体分配板600外观的部分独立地达成。气体分配板600上不同尺寸的孔使得激光烧蚀特别适于清洁气体分配板600的暴露表面以及不同尺寸的孔的内部表面，因为激光可更简单地横越暴露表面以及不同尺寸的孔同时仍提供相同的烧蚀能量(用于残余物烧蚀处理)。激光烧蚀残余黏着剂之后，亦可藉由激光束410进一步烧蚀部件以将特征刻划入表面，以产生激光纹理化(laser-textured)表面。举例来说，图7A描述衬底处理部件720的激光纹理化表面724的俯视概略图而7B图描述同一激光纹理化表面724的剖面透视图。衬底处理部件720具有主体，其包括金属，诸如铝、铜、不锈钢、钽与钛；陶瓷，诸如氧化铝、石英、氮化硅与氧化钛；或聚合物，诸如聚亚酰胺、复合式塑料或PEEK。部件720亦可包括这些材料的组合物，例如氧化铝或金属部件上的聚合物涂层。作为另一实例，部件720可具有主体，其包括为金属(例如，钛)的第一材料；以及涂层，其包括为陶瓷(例如，氧化钛)的第二材料。部件720的激光纹理化表面724可提供形成于处理室306中部件720上的残余物361改善的黏着力。部件720的激光纹理化表面724可以为部件720的任何一面。例如，部件720的激光纹理化表面724可以为部件720暴露于衬底处理室306中的气体或等离子体(其通常产生沉积于部件表面上的处理残余物)的一面。激光纹理化表面724呈现表面特征给处理室306的内部环境，残余物361可聚集与附着且甚至在数量相当大的残余物361沉积于纹理化表面(许多个衬底处理周期中)之后仍可稳固地附着于该表面上。藉由稳固地附着于激光纹理化表面724，可大致上避免残余物361自部件720上成片状剥落并污染室306中正在处理的衬底304。在部件720需要经清洁以去除残余物361 (可能自部件720上成片状剥落或脱落)之前，改善的残余物361黏着力可让室持续使用较长周期。激光纹理化的一种形式中，如图7A与图7B中所示，激光纹理化表面724包括周期性间隔沟槽728的阵列726。阵列726中的各个单独沟槽728具有宽度729、长度730与深度731以及沿着长度730而展开的纵轴732。沟槽728可经制造而具有特定的长度730相对宽度729的比例或深度731相对宽度729的比例，而这取决于试图附着于沟槽的残余物361的类型以改善残余物361对激光纹理化表面724的附着力与保留性。举例而言，长且窄的沟槽728 (具有高的长宽比 )提供软性残余物361良好的附着力，因为上述沟槽728提供可较佳地夹住软性残余物361的相对高的表面积。同样地，较容易清洁窄且较不深的沟槽728以去除软性残余物361。这些沟槽728适合形成于蚀刻处理(执行于蚀刻处理室)中的软性聚合物的蚀刻残余物361。一种形式中，沟槽728的长度730相对宽度729的比例高于约40 I且较佳高于约80 I。例如，上述窄沟槽728的尺寸包括O. Imm至2mm的深度，较典型的深度为O. 25mm ;亦包括O. Imm至2mm的宽度，较典型的宽度为O. 25mm ；以及至少约20mm的长度。沟槽728亦可形成为从表面边缘延伸至室部件中心的单一螺旋，且亦可形成为同心弧形或平行、同心圆形。具有较小长宽比的宽沟槽728可有利于诸如铝或铜沉积物(形成于PVD处理中)的残余物361的附着，因为这些较软的金属材料相对于易脆材料在沟槽已知深度下较不易破裂和成片剥落。同样地，相对较宽的沟槽728可让较软的材料顺着沟槽728流动或回流，减少残余物361堆积于邻近隆起部的表面上。例如，沟槽728可作为储存槽以容纳铝的回流残余材料。一种形式中，上述沟槽728的长度730相对宽度729的比例小于约30 I。例如，这些沟槽728的尺寸包括Imm至5mm的深度与Imm至IOmm的宽度。通常较硬或较脆的残余物361可较佳地附着于相对较少发生剧烈改变激光纹理化表面724的几何形状的沟槽728。激光纹理化表面724高的表面积可提供残余物361可聚集与附着于其上的较大面积，因此可提高激光纹理化表面724聚集与保留残余物361的效力。然而，大量沟槽728造成表面几何形状时常的剧烈改变，可在沉积残余物361中产生机械压力提高的局部场合，特别是当残余物361为易脆时。这些机械压力提高的局部场合藉由引起残余物361压力相关的片状剥落与脱落而减少残余物361的附着力。因此，相对较少发生剧烈改变的激光纹理化表面724的几何形状亦可提高激光纹理化表面724聚集与保留硬性残余物的效力。易脆残余物通常包括陶瓷与耐火金属(refractory metal),诸如钽、钛、氮化钽与氮化钛。这些较脆的材料通常可较佳地附着于长度730相对宽度729的比例低于约40 I (例如，10 : I至30 : I)的沟槽，以及较少急剧转角与边缘的表面几何形状的激光纹理化表面724。周期性间隔的沟槽728的阵列726亦可具有特定分隔距离736，位于相邻沟槽728的中心之间。分隔距离是阵列726的物理特征重复的循环。例如，沟槽728的剖面图式可包括圆形转角，其周期性地重复于沟槽728的阵列726上。分隔距离736是经选择以使残余物361对激光纹理化表面724的附着力最佳化。例如，一种形式中，分隔距离736是经选择以使激光纹理化表面724暴露于处理室的环境的表面积最佳化，以提高残余物361聚集与保留于激光纹理化表面724。分隔距离736可经选择使得小到足以使沟槽728相对密集地间隔分布在暴露表面上，因此提高表面积；以及大到足以使邻近沟槽728不会部份重迭而减少表面积。分隔距离736亦与用来形成沟槽728的阵列726的激光纹理化处理相关。例如,一种形式中，是以用来产生激光纹理化表面724的激光波长的函数(例如,约0.5 至5.0 )来选择分隔距离736，其中 为用来产生激光纹理化表面724之激光波长。此形式的分隔距离736为有利的，因为这是操作激光设备400的分隔距离736的便利范围，且亦可产生激光纹理化表面724最佳的表面积。一种形式中，暴露于处理室306的内部环境的部件720表面可大致上以周期性间隔的沟槽728的阵列726整个覆盖。亦可提供周期性间隔的沟槽728的阵列726以匹配部件720 (具有激光纹理化表面724)的几何形状特征或曲面。例如，部件720可具有大致上圆形的几何形状或某些其它几何形状，而间隔沟槽728的阵列726可经匹配使得沟槽728的纵轴732顺着部件720的曲面。这可提高激光纹理化表面724聚集与保留残余物361的效力。例如，纵轴732顺着部件720的曲面的沟槽728通常能够具有相对较大的长宽比。相反地，纵轴732不顺着部件720的曲面的沟槽728可能碰到部件表面上的边缘或过度区域而需要过早地结束沟槽728。纵轴732顺着部件720的曲面的沟槽728亦可提高在部件720上构成激光纹理化表面724的简单性。例如，较易让激光设备400顺着部件720的固有 几何形状而不是逆着几何形状运行。相反地，制造激光纹理化表面724的沟槽728 (其纵轴732逆着部件720的曲面)的阵列726需要相对较复杂的定位设备以产生沟槽728。另一种形式中，激光纹理化表面724包括由周期性间隔的突出物(knob) 740所形成的沟槽728的阵列738，如图7C与图7D中所示。周期性间隔的突出物740的阵列738包括具有排列成格子状(具有两个正交轴)的组件的二维阵列。该些突出物740可为具有特定剖面的正方形或圆形凸出物，自部件720的表面上延伸。一种形式中，该些突出物740具有锥形侧壁的正方形剖面。突出物740的阵列738具有特定分隔距离介于邻近个别突出物740的中心之间，包括沿着阵列738的第一轴746的第一分隔距离744以及沿着阵列738的第二轴750的第二分隔距离748。阵列738的第一轴与第二轴746、750彼此垂直并指向突出物740大致上排列与重复的方向。一种形式中，第一与第二分隔距离744、748为相同的且是经选择以使残余物361聚集与保留于激光纹理化表面724达到最佳化。例如，一种实施例中，第一与第二分隔距离744、748是经选择而与突出物740的高度742有关系。分隔距离744、748与突出物740的高度742之间的关系是经最佳化以提高激光纹理化表面724的表面积并提供最理想的几何形状以聚集与保留残余物361。一种形式中，突出物740之阵列738的突出物740高度742相对相同的第一与第二分隔距离744、748的比例约O. 2 : I至I : I。取决于沉积膜，沟槽之间的第一分隔距离744与沟槽高度733可能相当小，例如O. 010至O. 20等级，且此实例中I : I的比例为适当的。然而，具有较浅沟的沟槽728可较佳地控制蚀刻室中聚合物的蚀刻残余物的聚集。其它应用(例如，PVD室)中，可提高沟槽728的宽度并加深沟槽高度733，例如各增加O. 10与O. 10。突出物740亦可具有圆形边缘，边缘的圆滑程度可经选择以提高残余物361对突出物740的阵列738的附着力。例如，可藉由提高正方形凸出物的圆形转角的曲面半径而使突出物740变圆而降低激光纹理化表面724中出现急剧特征的可能性。藉由调整用于构成突出物740的阵列738的激光纹理化处理来达成突出物740圆滑的程度。一般来说，当易脆沉积物形成于纹理化表面上时期望避免急剧转角以减少聚积膜的应力，且亦帮助清洁软性或黏性沉积物。此外，若以共形涂层(conformal coating)涂覆表面或底座材料为招的话，电镀急剧转角容易产生涂层缺陷或不均匀的膜层厚度。清洁与再度磨光的另一种形式中，藉由从电介质、石英与金属衬底处理部件去除聚合物残余物(包括有机物(碳)与A1F3沉积物)以清洁处理室306。此形式中，以等离子体流(由等离子体切割器810所产生)接触衬底处理部件具有残余物的表面，以足够高温的等离子体流横越衬底处理部件的表面以燃尽或蒸发CVD、PVD与蚀刻衬底处理部件上的聚合物残余物361。在高温下以含氧等离子体流(例如，空气)氧化聚合物残余物361。利用许多类型的等离子体流(诸如，氩、氮、氢或氦)的任何一者蒸发AlF3沉积物，而利用氧等离子体蒸发有机沉积物。
此处理中，可去除聚合物残余物361 (例如，AlF3)而不自衬底处理部件去除相当明显的部分。针对AlF3来说，利用等离子体流剥除法从底座材料(例如，包括陶瓷或电介质的部件)蒸发薄膜。当残余物在低于底座材料的熔点或升华点的温度下升华或熔化时，等离子体可蒸发残余物而不蒸发底座材料。氟化铝在1000至1250°C下升华然而包括氧化铝(Al2O3)、石英(SiO2)、氮化铝(AlN)与数种其它电介质材料的衬底处理部件在1400°C与更高的温度下熔化。此外，由于这些材料的低导热性使其热穿透性不佳，使得可以在等离子体流温度下蒸发AlF3残余物361同时留下未受影响部件的下层电介质。虽然AlN具有相对较高的导热性，但其具有相对高的升华温度2000°C，这让蒸发AlF3沉积物同时留下未受影响的电介质衬底变得可能。可藉由设定等离子体切割器810通过处理残余物361的速度以及用于切割器中的气体类型来控制处理残余物361的温度。例如，机器CNC等离子体切割器810可用预定的速度横越部件表面以确保残余物361的去除对下层部件表面的伤害或加热达到最小。一般而言，等离子体的温度是约12，000°C至低于约20，000°C，更常见的温度是约14，000至170001。这些高温可让等离子体流蒸发AlF3S余物同时仅些微地加热下层部件的表面。此处理中，可去除性质较偏向有机物的残余物361而不去除部件相当明显的部份。处理室306与部件可为陶瓷、电介质或金属。针对有机残余物而言，氧或空气等离子体流较为适合因为其产生可将衬底处理部件上的碳化物断裂成挥发性一氧化碳或二氧化碳的氧化性等离子体流。针对有机残余物而言，期望维持等离子体切割器810较高的速度以提高处理速度。然而，电介质与陶瓷部件不会被等离子体流所氧化，因此可清洁部件而不去除底座材料。此处理利用一低成本的等离子体切割器810来产生等离子体流。等离子体切割器810藉由使气体通过两电极之间同时以电位激发该区域以产生密集等离子体流。这详细说明于等离子体切割器810卖家的工具说明书，例如Miller Thermal IncTM制造的等离子体切割器810。等离子体流通常不会长于2英时。广布的等离子体流较为适合因为该流的温度可下降至可使用的程度同时产生较广泛的应用。为了使等离子体流在部分上的共振时间达到最小，应该在旋转台上进行选转以便没有什么机会出现偶发地熔化、蒸发与/或破裂该部件。由于等离子体切割器810的温度可超过15，000°C，必须限制等离子体流在部件上的共振时间。图8中概略地描述适合产生等离子体流的说明示范性等离子体切割器810。此等离子体切割器810中，载气是流于两个电极805(诸如，阳极与阴极)之间。阴极可为圆锥形而阳极可为圆柱形。电压供应电路806提供这些电极之间所需的电压。在电极之间产生高电流电弧804。电弧804可离子化载气而产生高压等离子体流803，其可蒸发残余物807。可将等离子体切割器810装设在可控式机械臂(未显示)上以调整等离子体流与即将清洁的表面的距离与角度。已经以此方式描述本发明的示意实施例，可以理解那些熟悉技术的人士可轻易想到不同改变、修改与改良。上述的明显改变、修改与改良虽然并没有明确地描述于上，但是预期为暗示的且落于本发明之精神与范围中。因此，上述之讨论预期仅为说明性而不是限制性；本发明仅受限与界定于接下来之权利要求与其等效物。
权利要求
1.一种翻新(refurbishing)衬底处理部件的方法,所述衬底处理部件包括用黏着剂附着于下层陶瓷结构的聚合物层，所述方法包括(a)从所述陶瓷结构去除所述聚合物层，由此在所述陶瓷结构上留下残余黏着剂；(b)用有机溶剂接触所述残余黏着剂，以从所述下层陶瓷结构去除所述残余黏着剂；以及(C)重新将所述聚合物层置于所述陶瓷结构上。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述有机溶剂包括至少下列中的一者环己酮、乙醇胺、乙酸乙酯、2-乙氧基乙醇胺、庚烷、羟胺、甲乙酮、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃与甲苯。
3.—种从衬底处理部件的表面烧蚀(ablating)黏着剂残余物的方法，所述方法包括(a)用能量密度高到足以烧蚀所述黏着剂残余物的激光束扫描所述衬底处理部件的整个表面。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述激光束具有下列特征的至少一者⑴所述光束提供约9. 6X 106W/cm2至约8. 6X 107W/cm2的瓦特数；(ii)所述光束为脉冲波光束；(iii)所述光束为连续波光束；(iv)所述光束由CO2激光、Nd-YAG激光、Er= Nd-YAG激光、氩激光、高功率二极管激光或其它固态激光所产生；以及(V)所述光束的功率范围为约100瓦特至5000瓦特。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述衬底处理部件包括位于所述黏着剂残余物下方的聚合物涂层，且其中(a)除了烧蚀所述黏着剂残余物之外还包括烧蚀所述聚合物涂层。
6.如权利要求3所述的方法，其中，(a)除了烧蚀所述黏着剂残余物之外还包括在所述部件的表面上刻划多个特征。
7.如权利要求3所述的方法，其中，所述衬底处理部件包括保持环或气体分配板。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括通过使载气流过所述衬底处理部件的所述表面而去除所述黏着剂残余物。
9.一种翻新衬底处理部件的方法，所述衬底处理部件包括表面，所述表面包括覆盖下层金属结构的聚合物层上方的黏着剂残余物，所述方法包括用量密度程度高到足以烧蚀所述黏着剂残余物的激光束扫描所述衬底处理部件的整个表面；以及在所述金属结构上形成新聚合物层。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述激光束具有下列特征中的至少一者⑴所述光束提供约9. 6X 106W/cm2至约8. 6X 107W/cm2的瓦特数；(ii)所述光束为脉冲波光束；(iii)所述光束为连续波光束；(iii)所述光束由C02激光、Nd-YAG激光、Er= Nd-YAG激光、氩激光、高功率二极管激光或其它固态激光所产生；以及(iv)所述光束的功率范围为约100瓦特至5000瓦特。
11.一种清洁衬底处理部件的方法，所述方法包括(a)用等离子体流接触所述衬底处理部件的具有残余物的一面；以及(b)用温度高到足以蒸发所述些残余物的所述等离子体流扫描所述衬底处理部件的整个表面。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述等离子体流包括下列中的至少一者(i)氧或空气；以及(ii)氩、氮或氦。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述等离子体流由等离子体切割器所产生。
全文摘要
本发明涉及从衬底处理部件去除残余物。本发明从具有聚合物涂层于残余物下方的衬底处理部件的表面上去除残余物。一种形式中，以有机溶剂接触该部件表面，以去除该残余物而不伤害或去除该聚合物涂层。该残余物可为处理残余物或黏着剂残余物。可执行清洁处理作为再磨光处理的一部分。另一种形式中，藉由用激光扫描整个部件表面而烧蚀该残余物。又另一种形式中，藉由用等离子体切割器扫描整个部件表面来蒸发该残余物。
文档编号B08B3/08GK102626698SQ20121005911
公开日2012年8月8日 申请日期2007年10月15日 优先权日2006年10月19日
发明者卡尔·布鲁克奈尔, 布里恩·T·韦斯特, 罗伯特·哈尼, 舜·吴 申请人:量子全球技术有限公司