CN102273329A - 清洁硅电极的沉浸式氧化和蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种清洁硅电极的方法，其中所述硅电极浸泡在搅动的含水清洁剂溶液中，去除所述含水清洁剂溶液后用水冲洗。所述经冲洗的硅电极浸泡在搅动异丙醇(IPA)溶液中，然后冲洗。所述硅电极在去除所述IPA溶液后在水中经受超声清洁操作。然后通过将所述硅电极浸泡在搅动的混酸溶液中去除所述硅电极的污染物，所述混酸溶液包括氢氟酸、硝酸、醋酸以及水。所述硅电极在去除所述混酸溶液后在水中经受附加超声清洁操作，随后冲洗并干燥。在本披露的其他实施方式中，也考虑所述硅电极可浸泡在所述搅动的含水清洁剂溶液中、所述搅动的异丙醇溶液中或二者中。考虑、披露以及要求保护其他的实施方式。
Description
本披露通常涉及电极修复方法，特别是在等离子体处理系统中作为激励电极使用的单组件及多组件电极修复方法。尽管本披露的方法不限于修复之前的电极构造及电极所处的特定环境，但是为了阐释的目的，此处参照图8-11所示的具体基于硅的电极组件阐释方法步骤。也考虑本披露的方法还可用于其它类型的电极修复，所述其他类型的电极包括单电极(其中内部电极和外部电极集成为单件电极)以及其它结构上类似或有别于此处所示电极的电极构造。
在图8-11所示的实施方式中，内部电极包括多个气孔，所述多个气孔延伸穿过电极厚度并可与处理气体进口流体连接放置。尽管气孔可以各种不同方式排列，在示出的实施方式中，气孔同心圆排列，从内部电极的中心向外径向延伸，贯穿同心圆圆周间隔开。类似的，单件、单电极也可提供有多个气孔。
按照本披露的一实施方式，提供了一种清洁硅电极的方法，其中硅电极浸泡在搅动的含水清洁剂溶液中，在去除含水清洁剂溶液后用水冲洗。经冲洗的硅电极浸泡在搅动异丙醇(IPA)溶液中，然后冲洗。硅电极在去除IPA溶液后在水中经受超声清洁操作。然后通过将硅电极浸泡在搅动的混酸溶液中去除硅电极的污染物，混酸溶液包括氢氟酸、硝酸、醋酸以及水。配制混酸溶液使得可以通过硅电极的沉浸式氧化和蚀刻清洁电极。硅电极在去除混酸溶液后经受附加超声清洁操作，随后冲洗并干燥。在本披露的其他实施方式中，也考虑硅电极可浸泡在搅动的含水清洁剂溶液中、搅动的异丙醇溶液中或二者中。考虑、披露以及要求保护其他的实施方式。
结合以下附图阅读可最佳理解本披露的具体实施方式的以下详细描述，其中相似结构用相似参考数字标识，其中：
图1-3示出根据本披露抛光第一类硅电极的方法；
图4和5示出根据本披露抛光第二类硅电极的方法；
图6和7示出清洁硅电极的方法；
图8和9呈现了硅电极组件的正视和背视图；
图10和11呈现了图8-9独立电极元件的侧视图；
图12示出抛光工具；
图13示出根据本披露的电极压盘；
图14示出安装在图13电极压盘上的硅电极；
图15示出根据本披露的压盘适配器；
图16示出电极夹具；以及
图17-18示出图15和16中电极夹具所支撑的两种不同类型硅电极。
图1-5示出抛光硅电极的方法。参照图1，在一实施方式中，该方法可包括预抛光检测步骤110。为了检测内部电极10的表面糙度，首先检测内部电极的中心点。然后检测到检测中心点1/2半径距离处相互间呈90°的四个点。也考虑可进行其他形式的表面糙度检测。此外，也考虑无需进行预抛光检测步骤。
进一步参照图1，在一实施方式中，内部电极预抛光检测步骤110可包括检测内部电极10的厚度样态。优选，在沿直径的十八个点上检测内部电极10的厚度，开始于边沿和气孔的第一排，延伸至内部电极的对侧。然而，也考虑其他厚度检测方法。为了计算内部电极厚度样态，合计18次检测结果，计算平均厚度。优选，平均计算厚度大于最小允许电极厚度。同时，也考虑不进行预抛光检测。
进一步参照图1，可选地，在完成内部电极预抛光检测步骤110后，为了适当功能，应清洁并测试转盘15和压盘适配器60(参见图15)。优选，所有夹持设备应以以下顺序清洁：用异丙醇擦拭，然后用去离子水(DIW)冲洗；用2％HNO3溶液擦拭，然后用DIW冲洗。每次在抛光程序中使用本清洁顺序再清洁以避免电极与抛光残留物的任何污染/交叉污染。然而，在抛光处理开始前，可使用其他适当的清洁步骤去除污垢。
准备后，应使用中心和引导销将内部电极10牢固安装在压盘适配器60上(见图15)以确保与压盘适配器60的接合，或任何合适的抛光结构上用于抛光处理。
再次参照图1，为了从内部电极10上去除侧壁沉积物，提供第一侧壁冲洗步骤112。在一实施方式中，侧壁冲洗步骤112包括用DIW冲洗内部电极10。优选，在整个抛光程序中应保持DIW稳定流动。在第一侧壁冲洗步骤112中，转盘15可以近似20至40rpm的速度旋转。然而，也考虑转盘15可以其他速度旋转。
进一步参照图1，经过第一侧壁冲洗步骤112，内部电极10还可经侧壁抛光步骤114处理。在一实施方式中，侧壁抛光步骤114包括抛光内部电极10的侧壁和阶面(参见图10)。在一实施方式中，抛光侧壁和阶面可使用金刚石磨粒垫和金刚石尖端。或者，还可使用其他研磨材料进行抛光和去除侧壁沉积物。优选，1到2分钟的的抛光时间以完全去除侧壁沉积物。然而，也考虑，抛光步骤可花去更多或更少时间。
在侧壁抛光步骤114后，经第二侧壁冲洗步骤116处理内部电极10。在一实施方式中，第二侧壁冲洗步骤116包括用DIW冲洗内部电极10直到无侧壁沉积物残留。在一实施方式中，冲洗持续1-2分钟后。然而，可根据特定应用的需要缩短或延长第二侧壁冲洗步骤116的长度。
在第二侧壁冲洗步骤116后，内部电极10可经受侧壁擦拭步骤118。在一实施方式中，侧壁擦拭步骤118包括用无尘擦拭布(cleanroom wipe)擦拭侧壁和阶面以去除所有残留侧壁沉积物。然而，侧壁擦拭步骤118还可包括去除残留沉积物(如替换擦拭方法)和清洁设备的其他手段。
在该方法的一配置中，在侧壁擦拭步骤118后，内部电极10可经受马格南(magnum)冲洗步骤120。在一实施方式中，马格南冲洗步骤120包括用DIW冲洗内部电极10。优选，马格南冲洗步骤120持续至少一分钟。然而，可调整马格南冲洗步骤120的持续时间。
在完成内部电极10的侧壁抛光后，可抛光内部电极10的残余面。参照图2，内部电极10可首先经受平面电极表面抛光。在一实施方式中，内部电极10可经受摩擦抛光步骤122以抛光内部电极10的平面电极表面(参见图8)。在一实施方式中，摩擦抛光步骤122包括用渐细的金刚石盘抛光内部电极10，同时用DIW持续冲洗内部电极10。
在一实施方式中，使用转盘15，内部电极10以80至120rpm的速度旋转。也考虑转盘15还可以其他速度旋转。在一实施方式中，如果平面抛光盘在内部电极10的表面上保持平放，可用于摩擦抛光步骤122。如果连接到抛光盘的固定手柄变得松动而不能保持平放，应立即替换新手柄。另外，可使用其他抛光设备。
在一实施方式中，可使用渐细金刚石盘以完成摩擦抛光步骤122。如果内部电极10具有轻微粗糙和凹陷，可使用180粒度金刚石盘开始摩擦抛光步骤122。如果内部电极10具有带深坑或划痕的粗糙表面，可使用140粒度金刚石盘开始摩擦抛光步骤122。优选，用粗糙金刚石盘开始摩擦抛光步骤122直到去除了主要的凹陷、划痕和表面损伤。一旦抛光了主要损伤，内部电极10的表面可统一颜色。
在另一实施方式中，通过首选金刚石盘抛光表面后，可用较高粒度金刚石盘，如180、220、280、360以及800粒度金刚石盘抛光内部电极10。优选，在摩擦抛光步骤122中，施加均匀压力到金刚石盘。
在另一实施方式中，每当更换金刚石盘，应用DIW冲洗内部电极10至少一分钟以去除累积的微粒。然而，内部电极10可经受较宽范围的冲洗持续时间以去除累积的微粒。
每次更换金刚石盘后，内部电极10可经受马格南冲洗步骤124以去除在内部电极10上气孔内的任何俘获微粒。在一实施方式中，马格南冲洗步骤124包括用马格南枪冲洗内部电极10以去除任何累积的副产品。在另一实施方式中，用DIW以及40psi N2或清洁干燥空气进行马格南冲洗步骤124。
在马格南冲洗步骤124后，内部电极10可经受擦拭步骤126以去除硅表面上多余水分。在一实施方式中，擦拭步骤126包括用无尘擦拭布擦拭内部电极10表面。然而，也考虑可采用其他水分去除步骤。
在擦拭步骤126后，按照上述的内部电极预抛光检测步骤110中应用的程序，可进行后抛光检测步骤128以评价内部电极10的表面糙度。然而，还可以其他合适方式评价表面糙度。在一实施方式中，如果内部电极10的表面糙度大于8μ英寸Ra，内部电极10应返回摩擦抛光步骤122直到达到适当的表面糙度。然而，也考虑其他糙度也适当。
在一实施方式中，如果后抛光检测步骤128揭示内部电极10在适当表面糙度范围内，可以内部电极预抛光检测步骤110相同方式进行最终厚度检测步骤130以评价内部电极10的厚度。内部电极10的厚度还可与内部电极10的最小厚度规格比较。然而，也考虑不存在在所有实施方式中都必要的检测步骤。
在完成最终厚度检测步骤130后，内部电极10可经受最终抛光步骤132以去除表面糙度和厚度样态检测所造成的痕迹。在一实施方式中，最终抛光步骤132包括用DIW冲洗，轻微抛光以去除检测痕迹，以及喷洗内部电极10。优选，用DEW持续冲洗至少一分钟，然而，也考虑其他持续时间。此外，在一实施方式中，轻微抛光步骤可持续2-3分钟，然而，也考虑不同持续时间。优选，用DIW进行内部电极10的喷洗，仅持续1-2分钟。然而，也考虑缩短和延长冲洗时间。
参照图3，在完成最终抛光步骤132后，内部电极10从压盘适配器60去除并安装在夹具70上(参见图16-18中合适冲洗夹具的范例)。安装在夹具70上后，内部电极10经受冲洗步骤140。在一实施方式中，冲洗步骤140包括用DIW和40-50psi的N或清洁干燥空气冲洗内部电极10。优选，冲洗步骤140具有至少五分钟的持续时间。然而也考虑可根据应用的需要缩短或延长冲洗步骤140的持续时间。
在完成冲洗步骤140后，内部电极10用DIW冲洗并经受最终擦拭步骤142。在一实施方式中，最终擦拭步骤142包括擦拭内部电极10表面直到去除了内部电极10的所有污点和多余水分。
在最终擦拭步骤142后，内部电极10经受最终马格南冲洗步骤144。在一实施方式中，最终马格南冲洗步骤144包括用DIW冲洗内部电极10。优选，最终马格南冲洗步骤144具有至少五分钟的持续时间，但是也考虑其他冲洗持续时间。
在最终马格南冲洗步骤144后，内部电极10经受超声清洁步骤146。在一实施方式中，超声清洁步骤146包括超声清洁内部电极10，同时使超纯水(UPW)直接流入衬垫。优选，保持内部电极正面朝上，超声清洁步骤146具有10分钟的持续时间。然而，超声清洁步骤146可持续短于或长于10分钟。在超声清洁步骤146中，内部电极10可周期性旋转，例如，每五分钟。
在超声清洁步骤146后，内部电极10经受最终喷洗步骤148。在一实施方式中，最终喷洗步骤148包括用DIW喷洗内部电极10。在一实施方式中，最终喷洗步骤148持续至少一分钟。在另一实施方式中，最终喷洗步骤148可持续短于或长于一分钟。在另一实施方式中，可检查内部电极10以确保电极正面和反面都没有碎片、裂缝和/或损伤。
在另一实施方式中，内部电极10可经受浸泡步骤150。浸泡步骤150可包括将内部电极10放入充满DIW的聚丙烯或聚乙烯槽。在一实施方式中，在内部电极10进入浸泡步骤150后，内部电极10必须在两个小时内经受下述的清洁方法。
参照图4，在一实施方式中，外部电极预抛光检测步骤200可包括检测外部电极12的厚度和表面糙度。优选，检测顶平面上的六个点以检测外部电极12的表面糙度。一个点对齐外部电极12的编号。其余五个点围绕外部电极12半径等距离地沿顶平面均匀分布。然而，还可使用检测外部电极12表面糙度的其他手段。此外，也考虑无需进行预抛光检测。
在一实施方式中，可检测外部电极12的厚度。优选，对外部电极12的顶片面进行六次检测，每次在大致类似下次检测的半径检测。平均得到六次检测的平均数。该平均数可与最小允许外部电极厚度规格比较。然而，还可使用计算外部电极12厚度的其他方法。此外，也考虑无需预抛光检测。
进一步参照图4，对于外部电极预抛光检测步骤200，在一实施方式中，可检测外部电极12横截面的样态。优选，检测与WAP孔相对的硅片以确定横截面样态检测。可检测沿从外部电极12中心点辐射的直线相互间大致等距离的、沿表面的八个点，开始于顶平面的外边沿，朝内边沿向内延伸，最终检测发生在内边沿之前。
在外部电极预抛光检测步骤200后，在一实施方式中，通过用于快速结合双功能电极压板50的至少两个带螺纹电极固定件54(参见图13)，外部电极12可安装在双功能电极压板50上。在另一实施方式中，双功能电极压板50可安装在转盘15上，转盘15可构造为以近似80至120rpm的速度向前和向后旋转。
外部电极12安装在双功能电极压板50上后，经受第一冲洗步骤202，其包括用DIW冲洗外部电极12。优选，在第一冲洗步骤202中，转盘15以20至40rpm的速度旋转，但是也考虑其他旋转速度。
在第一冲洗步骤202后，外部电极12可经受内径抛光步骤204。内径抛光步骤204可包括抛光外部电极12的内径(参见图11)。在一实施方式中，可使用金刚石垫以抛光和去除任何内径侧壁沉积物。优选，可使用800粒度金刚石垫，但是也考虑其他研磨材料。在一实施方式中，内径抛光步骤204可花1-2分钟抛光时间以完全去除侧壁沉积物。
在完成内径抛光步骤204后，外部电极12可经受内径冲洗步骤206。在一实施方式中，内径冲洗步骤206包括用DIW冲洗外部电极12。优选，内径冲洗步骤206包括冲洗侧壁1-2分钟以及擦拭侧壁以去除任何沉积物。还可检查外部电极12以确保无侧壁沉积物残留。
在完成内径冲洗步骤206后，外部电极12可经受外径抛光步骤208。外径抛光步骤208可包括抛光外径侧壁以去除任何侧壁沉积物(参见图11)。优选，可使用800粒度金刚石垫以抛光外部电极12。然而，可使用其他研磨设备以抛光外径。此外，可花1-2分钟抛光时间以完全去除侧壁沉积物，但是也考虑更长去除时间。
一旦完成外径抛光步骤208，外部电极12可经受外径冲洗步骤210。在一实施方式中，外径冲洗步骤210包括用DIW冲洗外部电极12的外径(参见图11)。优选，外径冲洗步骤210具有至少一分钟的冲洗持续时间以去除累积的任何微粒。然而，也考虑其他冲洗持续时间。在另一实施方式中，完成外径冲洗步骤210后，可检查内径和外径以确保已去除所有沉积物。
完成外径冲洗步骤210后，外部电极12可经受内径和外径马格南冲洗步骤212。在一实施方式中，内径和外径马格南冲洗步骤212包括使用马格南枪冲洗用DIW冲洗外部电极12。优选，外径马格南冲洗步骤212在外部电极12的内边沿和外边沿都具有至少一分钟的持续时间。然而，也考虑其他冲洗时间。
在完成内径和外径马格南冲洗步骤212后，外部电极12可经受残余面的抛光。参照图5，在一实施方式中，首先抛光顶平面，然后抛光外斜面，最后抛光内斜面(参见图11)。错误抛光技术可导致边沿的磨圆以及外部电极12表面样态的变形。此外，在一实施方式中，内斜面在压盘适配器60中时可不抛光。
在一实施方式中，外部电极12可经受平顶抛光步骤220以抛光外部电极12的电极平面。在一实施方式中，平顶抛光步骤220包括用渐细金刚石盘抛光外部电极12，然后用DIW持续冲洗外部电极12。然而，也考虑其他研磨设备和步骤。
优选地，外部电极12通过转盘15以80-120rpm的速度转动。然而，也考虑其他转动速度。在平顶抛光步骤220的一个实施方式中，可以使用平抛光盘，且必须在外部电极12的顶面上保持平放。如果连接于抛光盘的固定手柄变软不能保持平放，则应当立即更换新柄。然而，也考虑在平顶抛光步骤220中使用其他抛光设备。
在一实施方式中，如果外部电极12有大量的损伤，可使用粗金刚石盘。例如，如果外部电极12具有轻微粗糙和凹陷，可使用180粒度金刚石盘开始平顶抛光步骤220。如果内部电极10具有带深坑或划痕的粗糙表面，可使用140粒度金刚石盘开始平顶抛光步骤220。应用粗糙金刚石盘开始平顶抛光步骤220直到去除了主要的凹陷、划痕和表面损伤。一旦去除了主要损伤，外部电极12的表面可统一颜色。
在一实施方式，在用首选金刚石盘抛光表面后，用较高粒度金刚石盘，如220、280、360以及800粒度金刚石盘抛光电极。在平顶抛光步骤220中，施加均匀压力到金刚石盘。
每次更换金刚石盘并使用更细盘后，可使用超溶解海绵以去除每次抛光后累积在金刚石盘上的微粒。之后每次更细金刚石盘抛光后，外部电极12可经受水枪冲洗步骤226。在一实施方式中，水枪冲洗步骤226包括通过水枪用DIW冲洗外部电极12以降低外部电极12上WAP孔内所俘获微粒量。
完成平顶抛光步骤220后，外部电极12可经受外表面抛光步骤222。除了抛光外部电极12的外表面而不是顶平面(参见图11)之外，用类似上述平顶抛光步骤220进行外表面抛光步骤222，其中外表面抛光步骤222包括用渐细研磨品级抛光外部电极12，以及用DIW持续冲洗外部电极12。
在平顶抛光步骤220和外表面抛光步骤222完成后，外部电极12可经受内表面抛光步骤224。在一个实施方式中，内表面抛光步骤224包括抛光外部电极12的内表面区域(参见图11)。优选，从固定手柄去除金刚石盘并用于轻柔抛光内表面。然而，可用其他抛光手段代替进行。在一实施方式中，内表面的斜率应保持不变。在另一实施方式中，外部电极12的边沿不通过抛光磨圆且斜率不变。
在水枪冲洗步骤226后，可冲洗外部电极12并在外部电极擦拭步骤228中擦拭该外部电极。在一实施方式中，外部电极擦拭步骤228可包括用DIW冲洗外部电极12，以及擦拭硅表面上多余水分。然而，已考虑去除积累的微粒和水分的其他手段。
在外部电极擦拭步骤228后，根据上述预抛光检测步骤110中所应用的程序，可进行外部电极质量检测步骤230以评价外部电极12的表面糙度。在一实施方式中，如果外部电极12的表面糙度大于8μ英寸Ra，外部电极12应返回抛光步骤220、222以及224直到达到适当的表面糙度。
在一实施方式中，如果外部电极质量检测步骤230揭示外部电极12具有可接受表面糙度，可以与外部电极预抛光检测步骤200相同方式进行最终外部厚度检测步骤232以评价外部电极12的厚度。厚度检测可与外部电极12的最小厚度规格比较。
在完成外部电极质量检测步骤230后，外部电极12可类似内部电极10经受图2和3所披露的步骤，即步骤132、140、142、144、146，148以及150，以完成外部电极12的抛光处理。
在单电极抛光环境中，可使用斜面抛光工具20以抛光单电极的内斜面或其他斜面。在这种情况下，单电极可安装在转盘15上，并使用斜面抛光工具80以抛光内斜面。优选，应使用具有800粒度砂纸的抛光工具80，应抛光至少两分钟直到去除所有污点。然而，也考虑其他磨损技术和抛光持续时间。在另一实施方式中，抛光工具80应在任何时候保持垂直，每次停顿后应冲洗单电极。
通常参照图6和7，可使用混酸清洁处理以清洁不同类型硅电极，包括但不限于，上述所有电极。此外，可使用混酸清洁方法以清洁未披露的其他类型和构造的硅电极。
在上述抛光处理后可采用下述混酸清洁处理，或混酸清洁处理可独立于抛光方法使用。此外，也考虑根据不同清洁和抛光步骤的组合，可省略一定清洁和/或抛光步骤。
下述混酸清洁方法特别优越，因为其无需操作者接触硅电极。结果，尽管本披露的混酸清洁工艺可包含涉及操作者接触的步骤，但是执行该工艺可显著减低如非自动抛光、手动擦拭、手动喷涂等的其他操作所产生的工艺变量。此外，应小心谨慎操作硅电极，所有周边区域应保持清洁，避免不必要的污点。应用一对新的洁净室手套操作硅电极。
参照图6，在一实施方式中，清洁硅电极的方法包括用于去除背面发光标记的发光去除步骤300。在一实施方式中，发光去除步骤300包括遮蔽指定区域，以及摩擦去除任何背面发光标记。优选，电极位于聚苯乙烯泡沫片上。在另一实施方式中，发光去除步骤300包括遮蔽任何气孔周围区域以及无气孔的同心径向区域。优选，用1350金刚石盘或1350金刚石尖端轻柔小心地摩擦发光标记几秒直到去除了标记。然而，可使用其他手段以去处发光标记。发光去除步骤300还可包括在去除了发光标记后去除遮蔽物并使用异丙醇擦拭贴带(taped)区域。
在一实施方式中，清洁硅电极的方法可包括在发光去除步骤300后进行CO2颗粒清洁步骤302以去除电极背面上石墨垫片的任何残留物以及某些蚀刻处理部件正面的沉积物，从而确保孔中无微粒。在一实施方式中，CO2颗粒清洁步骤302包括用干冰颗粒喷吹电极的硅表面。优选，气压≤40psi，颗粒进给速度≤0.3Kg/分钟。然而，可使用其他气压和进给速度。在另一实施方式中，用干冰颗粒喷吹整个硅表面以去除任何室沉积物，所述室沉积物覆盖包括边沿的整个表面。此外，在另一实施方式中，可喷吹电极中的孔以清洁内部。
在另一实施方式中，CO2颗粒清洁步骤302包括用干冰颗粒喷吹背面以去除垫片残留的任何残留物。优选，完成喷吹后，应加热电极去除雾和霜用于检查，可检查电极以确保去除了所有沉积物。如果在喷吹处理中遗漏了一些沉积物，应继续附加喷吹直到去除了所有沉积物。
优选，在CO2颗粒清洁步骤302中，使用塑料喷嘴以避免金属污染和电极刮伤。然而，可接受其他喷嘴和气流的组合，只要其不引起损伤。另外，在另一实施方式中，在CO2颗粒清洁步骤302中，必须通过用手夹持电极背面，或将其放到柔软表面上，或将其设置在如图16-18所示冲洗夹具的支架上，保护电极背面。
再次参照图6，优选CO2清洁步骤302花了近似五分钟以清洁内部电极10，花了近似15分钟以完成外部电极12的喷吹。然而，也考虑CO2清洁的不同时间，只要不导致电极损伤便可使用。
如果不进行CO2颗粒清洁步骤302，可进行擦拭和摩擦步骤代替。在一实施方式中，擦拭和摩擦步骤可包括用无尘擦拭布和异丙醇擦拭部件的整个表面至少一分钟以去除任何疏松沉积物和指纹。在一实施方式中，擦拭和摩擦步骤还可包括根据需要使用摩擦垫以去除电极背面的垫片和气孔所残留的任何沉积物和残留物。
在CO2颗粒清洁步骤302或替代的擦拭和摩擦步骤后，在一实施方式中，电极可经受含水清洁剂浸泡步骤304。在一实施方式中，清洁剂浸泡步骤304包括将电极浸泡在含水清洁剂溶液中。优选，浸泡进行10分钟，但是也考虑其他的浸泡持续时间。在一实施方式中，在清洁剂浸泡步骤304中，电极放在聚四氟乙烯棒上，并周期地搅动。然而，搅动可是持续的、非持续的、周期的或非周期的。此外，聚四氟乙烯棒可用聚四氟乙烯涂覆或甚至聚四氟乙烯包覆棒代替。
再次参照图6，在一实施方式中，在清洁剂浸泡步骤304后，电极可经受清洁剂冲洗步骤306。清洁剂冲洗步骤306可包括用超纯水(UPW)喷洗电极。优选，清洁剂冲洗步骤306进行至少两分钟，但是也考虑其他冲洗时间。此外，全文中所述UPW可包括具有表征为电阻率大于18MΩ的纯度的水。然而，也考虑其他纯度等级作为UPW使用。
在一实施方式中，在清洁剂冲洗步骤306后，电极可经受IPA浸泡步骤308。IPA浸泡步骤308可包括将电极浸泡在IPA中。优选，IPA浸泡步骤进行30分钟。然而，也考虑从5分钟至数小时的附加浸泡时间。在一实施方式中，电极放在聚四氟乙烯棒上，并在IPA浸泡步骤308中周期地搅动。然而，搅动可是持续的、非持续的、周期的或非周期的。此外，聚四氟乙烯棒可用聚四氟乙烯涂覆或甚至聚四氟乙烯包覆棒。
在一实施方式中，硅电极清洁步骤包括IPA冲洗步骤310。IPA冲洗步骤310可包括用UPW喷洗电极。优选，IPA冲洗步骤310进行至少一分钟，但是也考虑其他冲洗时间。
如果电极在进入清洁处理前已抛光，电极可经受超声清洁步骤312。在一实施方式中，超声清洁步骤312包括用直接注入衬垫并允许溢出的多余UPW清洁衬垫中的电极。优选，在超声清洁步骤312中，电极放在超声槽中的两根聚四氟乙烯棒上。此外，聚四氟乙烯棒可用聚四氟乙烯涂覆、或甚至聚四氟乙烯包覆棒。衬垫可包括聚丙烯或聚乙烯，或其他合适的材料。超声清洁步骤312可持续从1分钟至10分钟的不同持续时间，然而，优选，其包括超声清洁电极至少十分钟并且电极每五分钟被旋转。在超声清洁步骤312中，UPW应直接注入衬垫，多余的溢出衬垫。
在一实施方式中，在超声清洁步骤312后，电极可经受预酸冲洗步骤314。在一实施方式中，预酸冲洗步骤314包括用UPW喷洗电极。优选，预酸冲洗步骤314持续至少一分钟，但是也考虑其他时间。
参照图7，在预酸冲洗步骤314完成后，电极可安装在任何合适的夹具70上。例如，参见图16-18。电极可留在夹具70中直到其经受了包裹步骤328。一旦电极安装在夹具70中，应不再接触硅表面。相反，应使用夹具70上的夹持器手柄以移动和控制部件。
再次参照图7，在完成预酸冲洗步骤314以及电极安装在夹具70中后，电极可经受初始UPW冲洗步骤316。在一实施方式中，初始UPW冲洗步骤316包括使用马格南(magnum)水枪用UPW和N2清洁电极两面。优选，初始UPW冲洗步骤316具有至少8分钟的持续时间。然而，也考虑其他冲洗持续时间和方法。在一实施方式中，供应从40至50psi的N2。初始UPW冲洗步骤316可以不同冲洗步骤进行，例如，顶部冲洗3分钟，底部2分钟，以及顶部附加3分钟。
在初始UPW冲洗步骤316后，电极可经受混酸浸泡步骤318。混酸浸泡步骤318包括将电极浸泡在包括氢氟酸、硝酸、醋酸和水的混酸溶液中，以下表格示出其中一范例：
为了说明和限定本发明的目的，应注意此处所提供的体积比是指百分比，如体积比7.5表示该组分在整个溶液的体积中占到百分之7.5。
在一实施方式中，混酸溶液包括
相当于体积比低于近似10的浓度近似40％-60％的氢氟酸溶液的一定体积比的氢氟酸；
相当于体积比低于近似20的浓度近似60％-80％的硝酸溶液的一定体积比的硝酸；
相当于体积比低于近似10的浓度近似90％-100％的醋酸溶液的一定体积比的醋酸；以及
体积比高于近似75的水。
在另一实施方式中，混酸溶液包括：
按重量近似0.5％的氢氟酸；
按重量近似5.3％的硝酸；
按重量近似3.8％的醋酸；以及
水。
在另一实施方式中，混酸溶液包括：
按重量近似0.45％至近似0.55％的氢氟酸；
按重量近似4.8％至近似5.8％的硝酸；
按重量近似3.3％至近似4.3％的醋酸；以及
水。
在另一实施方式中，混酸溶液包括：
按重量近似0.4％至近似0.6％的氢氟酸；
按重量近似4.3％至近似6.3％的硝酸；
按重量近似2.8％至近似4.8％的醋酸；以及
水。
混酸浸泡步骤318可在一定范围的持续时间内进行，但是优选浸泡进行近似10分钟，每若干分钟搅动电极。然而，搅动可是持续的、非持续的、周期的或非周期的。在一实施方式中，混酸溶液应是新混合的。在另一实施方式中，混酸溶液应只用于两个电极。
在混酸浸泡步骤318后，电极可经受酸冲洗步骤320。在一实施方式中，酸冲洗步骤320包括使用水枪以冲洗电极的两面。优选酸冲洗步骤持续至少3分钟，但是也考虑其他冲洗持续时间和步骤。例如，在电极顶部冲洗1分钟，底部1分钟，以及顶部1分钟。
在酸冲洗步骤320后，电极可经受后酸超声清洁步骤322。在一实施方式中，后酸超声清洁步骤322包括用近似从1.5Watts/cm2(10Watts/in2)至3.0Watts/cm2(20Watts/in2)的超声波输出功率密度，超声清洁超声槽中的电极。优选超声清洁持续至少十分钟，五分钟后旋转，但是也可使用其他清洁持续时间和旋动步骤。优选，在电极插入衬垫之前验证超声波输出功率密度。在一实施方式中，电极和夹具70插入具有衬垫的超声槽。衬垫由聚丙烯或聚乙烯，或其他合适的材料制成。在一实施方式中，在后酸超声清洁步骤322中，UPW可直接注入衬垫，多余的溢出衬垫。在另一实施方式中，UPW应具有＞2MΩcm的电阻率，UPW的周转率应＞1.5。然而，也考虑其他电阻率和周转频率，并可在后酸超声清洁步骤322中使用。
在完成后酸超声清洁步骤322后，电极可经受预包裹马格南冲洗步骤324。在一实施方式中，预包裹马格南冲洗步骤324包括用UPW和N2冲洗电极以冲洗电极的两面。优选，提供40-50psi的N2，但是也考虑其他压强。优选预包裹马格南冲洗步骤324进行至少3分钟，然而，其他冲洗时间也足够。例如，预包裹马格南冲洗步骤324包括冲洗电极顶部1分钟。然而，也考虑其他冲洗顺序和持续时间。
完成预包裹马格南冲洗步骤324后，电极可经受烘干步骤326。在一实施方式中，烘干步骤326包括在洁净室中烘干电极。在一实施方式中，温度120℃时，在洁净室中烘干电极至少2小时。然而，也考虑不同持续时间和不同温度烘干电极。优选，从夹具70上去除固定螺丝以防止水印，以及吹干电极表面的多余水分。优选，用0.1μm的过滤CDA或氮气吹干电极上的多余水分。
在烘干步骤326后，电极可经受包裹步骤。在一实施方式中，包裹步骤328包括将电极放入洁净室袋并真空加热密封洁净室袋。在一实施方式中，将电极放入一系列洁净室袋，将其放入下一个袋子之前真空加热密封每个连续袋。优选地，电极在放入洁净室袋之前被冷却。
备选地，在一实施方式中，可使用基于水的处理清洁电极。例如，可如混酸处理完成步骤300-314。在完成混预酸冲洗步骤314后，通过步骤326-328处理电极，省略步骤316-324。
在实践本披露的工艺中，优选确保以下仪器可得：
·具有满溢的超纯水的10-20Watts/i英寸2(40kHz时)功率密度的超声槽；
·用于UPW冲洗的标准喷枪；
·用于40-50psi UPW和N2清洁的马格南冲洗枪；
·源自麦克马斯特卡尔、型号为54635K214的高挠空气和水软管；
·用于UPW冲洗的湿式台
·洁净室真空制袋机器；
·烘箱，与100级洁净室兼容；
·100级或更好的洁净室。推荐100级；
·PB-500超声波能量计；
·如果烘干夹具不足，在冷却过程中支撑电极所需的聚四氟乙烯棒；
·Q-III表面微粒探测器；
·干冰(CO2)颗粒清洁系统(推荐塑料喷嘴以避免金属污染和损伤。所推荐的喷嘴是：(1)长6英寸或9英寸、口径0.125英寸的塑料喷嘴或(2)长6英寸或9英寸、口径0.3125”的塑料喷嘴。可接受用塑料保护带包装的金属喷嘴；
·在源头电阻率＞18MΩ·cm的超纯水；
·100级针织涤纶无尘擦拭布；
·具有低浓度(＜200ppm)金属阳离子(Na+和K+)的含水清洁剂；
·用0.1μm过滤器过滤的40-50psi的压缩干燥氮气；
·在朗姆(Lam)说明书603-097924-001中所述内部洁净室袋；
·在朗姆说明书603-097924-001中所述外部洁净室袋；
·100级Oak技术CLV-100抗静电乙酰基手套；
·如3M-ScotchBrite#7445(白色)或等同的磨擦垫；
·1350粒度3.5英寸金刚石或具有1350金刚石尖端的三英寸锐利尖端；
·当检测或摩擦背面发光标志时夹持电极的聚苯乙烯泡沫片；
·如果需要金刚石垫摩擦时用于保护背面临界接触区域的遮蔽带；
·在抛光和冲洗过程中用于DIW冲洗的标准喷嘴；
·麦克马斯特卡所提供的40-50psi UPW和N2清洁的马格南冲洗枪，型号6735K4；
·用于Si电极抛光的变速转盘；
·冲洗支架·
·在DIW中运输内部和外部硅电极的PP或PE槽；
·具有满溢的超纯水的10-20Watts/英寸2功率密度(40kHz时)的超声槽；
·测量表面糙度的仪器；
·具有12英寸垂直范围和0.001英寸精度的刻度高度计；
·用于厚度和样态检测的、具有聚酯薄膜包覆块以防止刮伤的花岗石台面；
·具有源自Foamex Asia的钩底座的ErgoSCRUB 3.5英寸固定手柄；
·源自Foamex Asia的
海绵；
·具有源自Foamex Asia的带环40、180、220、280、360以及800粒度的3.5英寸金刚石
·具有源自Foamex Asia的1350金刚石尖端的三英寸尖锐尖端，型号PN HT17491；
·根据SEMI Spec C41-1101A，百分之100的异丙醇，1级或更好；
·按照SEMI Spec.C35-0301，半导体级硝酸(HNCb)，2级或更好；
·按照SEMI Spec.C28-0301，半导体级氢氟酸(HF)，2级或更好；
·按照SEMI Spec.C18-0301，半导体级醋酸(CH3COOH)，1级或更好；
·根据SEMI Spec C41-1101A，百分之100的异丙醇，2级或更好；
·用0.1μm过滤器过滤的40-50psi的压缩干燥氮气或清洁干燥空气(CDA)；
·100级洁净室洁净室丁腈手套；
·100级Oak技术CLV-100抗静电乙烯基手套。
现参照图13-15，也考虑使用抛光转盘15(参见图1-5)和双功能电极压盘50有利于此处所述硅电极抛光工艺，或任何其他类型的硅电极处理或修复工艺。如图1-5和13中所图示，抛光转盘15构造为相对抛光转轴A旋转。双功能电极压盘50包括压盘矩心52，双功能电极压盘50固定于抛光转盘以使得压盘矩心52近似对准抛光转轴A。在所示的实施方式中，电极压盘50通过固定元件55固定于抛光转盘15，固定元件55延伸穿过至少电极压盘50厚度的一部分与抛光转盘15螺纹接合。
双功能电极压盘50进一步包括多个轴向屈从电极固定件54，电极固定件54排列以突出于电极压盘50的电极接合面56。电极固定件54分别与轴向屈从固定件插座的位置互补，轴向屈从固定件插座在硅电极的压盘接合面中形成以固定在电极压盘50上。例如，参照图9中内部电极10、外部电极12的背视图，外部电极12包括压盘接合面13A和与电极固定件54互补的多个轴向屈从固定件插座17。
轴向屈从电极固定件54和轴向屈从固定件插座17构造为以平行于抛光转轴A的统一方向允许电极压盘50的电极接合面56和硅电极12的压盘接合面的非破坏性接合和解开。图14示出接合状态的硅电极12和电极压盘50。为此，轴向屈从电极固定件54旨在包括内嵌于电极压盘50料厚尺度的内嵌部分54A和突出于电极压盘50电极接合面56的非螺纹部分54B。电极固定件54的内嵌部分54A可具有螺纹以在料厚尺度内接合电极压盘50的一部分，或者可仅被设计为构造为在料厚尺度内摩擦接合电极压盘50的一部分。
电极固定件54非螺纹部分54B的相应外径(OD)可构造为限定相应圆柱廓面，以与固定件插座17相应内径(ID)所限定的圆柱廓面近似互补。当允许硅电极12和电极压盘50的非破坏性接合和解开时，OD/ID的近似度通常选为足以在抛光过程中将硅电极12固定到电极压盘50上。图9所示，轴向屈从电极固定件54沿电极压盘的一般圆周部分分布。
硅电极12，当以图14中所示方式或另外类似非夹紧方式固定时，可通过采用抛光转盘15抛光而赋予接合硅电极12以旋转运动以及通过随着硅电极12相对抛光转轴A旋转而使硅电极12的暴露面与抛光面接触而被抛光。例如，并非通过限定的方式，可采用双功能电极压盘50以执行此处所述抛光工艺。
典型硅电极抛光程序采用高度流体流以便于表面抛光。考虑到这一点，提供具有多个流体出口通道59的电极压盘50，多个流体出口通道59延伸穿过电极压盘外部圆周部分。优选，流体出口通道50线性延伸穿过电极接合面56和压盘适配器支座58，从电极压盘50的矩心52穿过电极压盘50的外部圆周部分。
同样如图13所示，双功能电极压盘50进一步包括放于轴向屈从电极固定件54径向向里的压盘适配器支座58。压盘适配器60如图15所示。压盘适配器支座58与压盘适配器60的外围互补并构造为使得压盘适配器60的压盘适配器矩心62近似对准抛光转轴A。为了便于上述对准，在所示实施方式中，压盘适配器支座58沿电极压盘50的一般圆周部分形成，对应电极压盘50中所形成适配器凹槽57放置。
通过采用电极压盘50中的压盘适配器支座58以使得压盘适配器矩心62近似对准抛光转轴A，压盘适配器60可用于抛光不同硅电极。使用合适的适配器固定元件65以固定压盘适配器60到电极压盘50。压盘适配器60包括多个附加径向屈从电极固定件64，多个附加径向屈从电极固定件64布置为突出于压盘适配器60的附加电极接合面66。电极固定件64的相应位置与径向屈从固定件插座的相应位置互补，所述径向屈从固定件插座在不同硅电极的压盘适配器接合面上形成以固定在压盘适配器60上。例如，参照图9中内部电极10、外部电极12的背视图，内部电极10包括压盘适配器接合面13B和与附加电极固定件64互补的多个轴向屈从固定件插座17B。
通常，当有必要从外部电极抛光切换到内部电极抛光时，依次使用电极压盘50和压盘适配器60。然而，也考虑为了两个不同硅电极的同时抛光，可同时采用电极压盘50和压盘适配器60。
与电极压盘50一样，压盘适配器60可通过适配器固定元件65固定于电极压盘，适配器固定元件65延伸穿过至少压盘适配器厚度的一部分与电极压盘螺纹接合。另外，如以上关于图13中电极固定件54所示，相应的附加轴向屈从电极固定件64可包括突出于压盘适配器60的电极接合面66的螺纹或压接内嵌部分以及非螺纹部分。压盘适配器60进一步包括附加流体出口通道69，所述流体出口通道69布置为将流体引导到电极压盘50的流体出口通道59。
应注意，此处所描述的本披露的元件被以特定方式“配置”或“布置”或以特定方式“配置”或“布置”以体现特定特性或功能是结构描述，与目的用途描述相对。更具体地说，此处所述元件被“配置”或“布置”的方式是表示元件存在的物理条件，并且将如此被视为元件结构特点的限定性描述。
应注意此处所采用的如“优选”、“一般地”以及“通常地”的术语不用于限定要求保护的发明范围或暗示某些特征对要求保护的发明的结构或功能是关键的、必要的，或甚至重要的。相反，这些术语仅用于确定本披露的实施方式的特定方面或强调替换或附加的、在本披露的特定实施方式中可能采用或未采用的特征。
为了描述和限定本发明的目的，应注意此处所采用的术语“大致”和“近似”表示不确定的固有程度，可归因于定量比较，数值、检测或其他体现。此处还采用术语“大致”和“近似”以表现程度，由此标识的定量体现可与指定参照不同而不导致所述主题基本功能发生变化。
已详细并参照其具体实施方式讨论了本披露的主题，应注意此处所披露的不同细节不应被视为暗示这些细节涉及那些是此处所述不同实施方式的必要元件的元素，哪怕在本说明书每张附图示出同一特定元素的情况下。相反，其权利要求书应被视为本披露和此处所述不同实施方式相应范围的宽度的唯一体现。此外，不背离限定在权利要求书中的发明范围的修改和变化显然是可能的。更具体地说，尽管此处本披露的某些方面已被确定为优选的或特别有利的，但是也考虑本披露不必限定为这些方面。
应注意权利要求书中的一项或多项采用术语“其中”作为过渡语。为了限定本发明的目的，应注意本术语在权利要求书中作为开放式过渡词用于引入一系列结构特性，应以相似的更常用的开放式前序术语“包括”的方式理解。
Claims (20)
1.一种清洁硅电极的方法，所述方法包括：
将所述硅电极浸泡在搅动的含水清洁剂溶液中；
所述硅电极在去除所述水性清洁剂溶液后用水冲洗；
将经冲洗的所述硅电极浸泡在搅动异丙醇(IPA)溶液中；
所述硅电极在去除所述IPA溶液后用水冲洗；
所述硅电极在去除所述IPA溶液后在水中经受超声清洁操作；
通过将所述硅电极浸泡在搅动的混酸溶液中以及用水冲洗酸浸硅电极来去除所述硅电极的污染物，所述混酸溶液包括氢氟酸、硝酸、醋酸和水；
所述硅电极在去除所述混酸溶液后在水中经受附加超声清洁操作；以及
所述附加超声清洁操作后冲洗并干燥所述硅电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
体积比近似1的浓度近似49％的氢氟酸溶液；
体积比近似7.5的浓度近似69％的硝酸溶液；
体积比近似3.7的浓度近似100％的醋酸溶液；以及
体积比近似87.8的水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
相当于体积比低于近似10而浓度近似40％-60％的氢氟酸溶液的一定体积比的氢氟酸；
相当于体积比低于近似20的浓度近似60％-80％的硝酸溶液的一定体积比的硝酸；
相当于体积比低于近似10的浓度近似90％-100％的醋酸溶液的一定体积比的醋酸；以及
体积比高于近似75的水。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
按重量近似0.5％的氢氟酸；
按重量近似5.3％的硝酸；
按重量近似3.8％的醋酸；以及
水。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
按重量近似0.45％至近似0.55％的氢氟酸；
按重量近似4.8％至近似5.8％的硝酸；
按重量近似3.3％至近似4.3％的醋酸；以及
水。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
按重量近似0.4％至近似0.6％的氢氟酸；
按重量近似4.3％至近似6.3％的硝酸；
按重量近似2.8％至近似4.8％的醋酸；以及
水。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述搅动的混酸浸泡之前进行电极夹具操作以及在所述硅电极两个主面上用40-50psiN2进行水枪冲洗。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述搅动的含水清洁剂浸泡之前进行CO2颗粒清洁。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在具有水周转的水池中进行所述超声清洁操作，然后用N2进行水枪冲洗。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述超声清洁操作中使用的去离子水的超声波输出功率密度在近似40kHz时在近似1.5Watts/cm2(10Watts/in2)和近似3.0Watts/cm2(20Watts/in2)之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加超声清洁操作表征为至少近似1.5的水周转率和至少近似2MΩ的水电阻率。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加超声清洁操作后进行吹干操作、烘干操作以及包裹操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述烘干操作在近似120℃持续近似2小时。
14.根据权利要求1所述的方法，其中在所述附加超声清洁操作后的冲洗是通过水枪冲洗在所述硅电极两个主面上用40-50psiN2进行的。
15.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述方法，溶液搅动是持续的、非持续的、周期的或非周期的。
16.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述方法，通过聚四氟乙烯、聚四氟乙烯涂覆或聚四氟乙烯包覆棒支撑沉浸式硅电极进行浸泡操作。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法中用于冲洗所述硅电极的水具有表征为电阻率大于18MΩ的纯度。
18.一种清洁硅电极的方法，所述方法包括：
将所述硅电极浸泡在搅动的含水清洁剂溶液中、所述搅动的异丙醇(IPA)溶液中或二者中；
各浸泡操作后用水冲洗所述硅电极；
所述硅电极在水中经受超声清洁操作之后将所述硅电极浸泡在搅动的混酸溶液中，所述混酸溶液包括氢氟酸、硝酸、醋酸以及水；
用水冲洗酸浸硅电极；
从所述混酸溶液取出后，使所述硅电极在水中经受附加超声清洁操作；以及
所述附加超声清洁操作后冲洗并干燥所述硅电极。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
相当于体积比低于近似10的浓度近似40％-60％的氢氟酸溶液的一定体积比的氢氟酸；
相当于体积比低于近似20的浓度近似60％-80％的硝酸溶液的一定体积比的硝酸；
相当于体积比低于近似10的浓度近似90％-100％的醋酸溶液的一定体积比的醋酸；以及
体积比高于近似75的水。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述混酸溶液包括：
按重量近似0.4％至近似0.6％的氢氟酸；
按重量近似4.3％至近似6.3％的硝酸；
按重量近似2.8％至近似4.8％的醋酸；以及
水。
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