CN102666286B - 具有增强寿命的部件 - Google Patents

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Abstract

已经研发了显著降低部件的吸湿性的处理，得到对湿气和吸附/吸收对部件功能的影响更不敏感的部件。在一个实施例中，具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件包括设置在气密性封装中的部件，该部件具有设置在部件的表面上的孔中的阻断气体。在另一实施例中，用于制备具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件的方法包括在受控制的环境中从部件驱除水分，将处于受控制的环境中的部件暴露于阻断气体，从受控制的环境移除部件，并且可选地，将部件密封在气密性封装中。

Description

具有增强寿命的部件
技术领域
本发明实施例一般地涉及具有增强的寿命的部件和用于增强部件的寿命的方法。更具体地，本发明的实施例涉及在部件的孔中存在气体阻断材料的吸湿部件，气体阻断材料具有足够的尺寸或者质量以抑制水蒸气进入到孔中，并且本发明的实施例涉及用于制备具有气体阻断材料的部件的方法。
背景技术
一些制品由吸湿材料制成、包含吸湿材料或者涂覆有吸湿材料。如果制品暴露到周围环境或者其他含有水蒸气的环境，则吸湿材料将吸收水分，这在一些情况下会引起制品或者使用该制品的系统的性能、功能的恶化和/或致命失效。
例如，在许多高于周围环境的温度下运行的半导体处理中，晶片衬底支撑件(例如，静电卡盘)被加热。当衬底支撑件随后暴露到周围气氛(例如，或者在室中的部件初始安装的过程中，在处理运行结束时通风或者在处理室预防性维护的过程中)时，周围气氛中的湿气有被衬底支撑件吸收的倾向。这在衬底支撑件具有多孔性的情况下(例如，当使用热/等离子喷涂处理来制造支撑衬底时)尤其会这样。湿气必须在开始下一个衬底处理运行之前从衬底支撑件去除。这通常通过在标准压力或者降低的压力下在处理室或者真空炉中加热衬底支撑件来完成。这个处理需要几个小时，这会严重影响工具的可用性、客户的生产率和拥有成本。
在另一示例中，诸如氧化镁的加热器绝缘材料也是吸湿性的。如果绝热材料暴露到周围环境，则绝缘材料所吸收的水可以造成加热器中的短路。用于加热器修理的非计划停机时间是非常不期望的。
在大多数情况下，事实上不可能在制造到最终使用的所有时间维持由吸湿材料制造、包含吸湿材料或者涂覆有吸湿材料的制品与包含水蒸汽的环境隔离。因而，这样的制品由于并非最佳性能或者潜在的故障而总是处于危险中。
因而，需要一种的改进的具有当暴露于水蒸汽时具有较小易恶化性的制品(例如，部件)以及用于制备具有同样较小易恶化性的该制品的方法。
发明内容
已经研发了这样的处理，该处理显著地降低了部件的湿气吸收，得到一种对湿气和吸附/吸收对部件功能的影响不敏感的部件。这有益地得到更鲁棒性的部件、更好的系统性能和较低的拥有成本。
在一个实施例中，具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件包括设置在气密性封装中的部件，该部件具有设置在部件的表面上的孔中的阻断气体。
在另一实施例中，一种用于制备具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件的方法，包括在受控制的环境中从部件驱除水分、将处于受控制的环境中的部件暴露于阻断气体、将部件从受控制的环境移除、并且可选择地将部件密封在气密性封装中。
在另一实施例中，一种用于在衬底已经从处理室移除之后并且在对处理室进行通风之前保持真空室部件的功能的处理，包括将阻断气体在低于周围压力的压力下排入处理室中，以使得处理室中的具有吸湿材料的室部件覆盖有干燥阻断气体。在阻断气体对室部件的冷却进行加速的同时，阻断气体还在冷却过程中被吸入到部件的孔和部件的其他位置中，否则该孔和其他位置会为湿气提供吸附和/或吸收位置。因而，当室被打开并且室部件暴露于周围氛围时，更重的阻断气体基本上防止湿气被吸附和/或吸收到室部件的表面中。
附图说明
以本发明以上所述的特征能详细地理解的方式，可以参照实施例对以上简要概括的本发明进行更具体地描述，一些实施例图示在附图中。然而，要注意，附图仅仅图示出本发明的典型实施例，因而不应认为是对本发明范围的限制，因为本发明允许有其他等效的实施例。
图1描述用于制备由吸湿材料制成或者涂覆有吸湿材料以降低对水侵入的敏感性的制品(例如，部件)的示例性处理的流程图；
图2-图4描述根据图1的处理的一个实施例而制备部件的顺序的一个实施例；
图5-图7描述根据图1的处理的一个实施例而制备部件的顺序的另一个实施例；
图8描述用于制备由吸湿材料制成或者涂覆有吸湿材料以在暴露于周围环境时降低对水侵入的敏感性的真空室部件的示例性处理的流程图；
图9-图11描述进行图8的处理的处理室的简化示意图；并且
图12-图13包括图示出使用本发明和常规方法来处理部件之间的结果比较的图形。
为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的参考标号，以指示附图中相同的元件。可以想到，一个实施例的元件和特征可以在没有进一步引用的情况下有益地结合在其他实施例中。
然而，要理解到，附图仅仅图示出本发明的示例性实施例，因而不能理解为对本发明范围的限制，因为本发明可以允许有其他等效的实施例。
具体实施方式
已经研发了显著降低部件湿气吸收的处理。对于用于半导体处理室的衬底支撑件的情况，该处理降低了和/或基本消除了在生产之前对处理室中费时的烘烤的需要。该处理提供了对水的侵入具有高耐抗性的部件，引起寿命延长和处理要求的苛刻性降低。该处理产生了对湿气和吸附/吸收对部件功能的影响更不敏感的部件。
图1描述了用于制备由吸湿材料制造或涂覆有吸湿材料以降低对水侵入的敏感性的制品(例如，部件)的示例性处理100的流程图。该部件可以是真空处理室部件、高真空系统部件或具有多孔表面的其他部件。可以受益于本发明的其他部件是其中湿气-吸附/吸收影响了部件的功能和寿命的医疗部件、矫形部件、具有热/等离子体喷涂涂层的部件、修复部件、具有高表面面积(即，高多孔表面)的可充电电池/燃料电池。
处理100通过从部件中驱除水(即，湿气)而在步骤102处开始。在一个实施例中，驱除水的步骤102可以包括将部件或者至少是部件的从中去除水可获益的部分加热和/或放在真空条件下当中的至少一项。在一个实施例中，驱除水的步骤102包括将部件加热到至少30摄氏度的温度，例如加热到至少约60摄氏度温度或更高温度。步骤102可以在受控制的环境(例如，真空室、退火室、烧结室或者可以控制部件周围的温度和/或气体成分的其他环境)中进行。
在步骤104，部件或者至少是部件的从中去除水可获益的部分在处于受控制的环境中时暴露于阻断气体。阻断气体限定为具有比水蒸汽分子的质量和/或尺寸更大的质量和/或尺寸的气体。阻断气体可以是元素或者化合物。阻断气体对于部件是非反应性的。阻断气体还在超过分子或者静止吸引力的情况不粘附到部件。阻断气体的示例包括但不限于干燥惰性气体、干燥氩气、干燥氖气和干燥氮气。暴露步骤104执行持续足以允许阻断气体进入部件的孔中的时间段。
可以在部件进行从部件中驱除水的步骤102的同时执行暴露步骤104。可替换地，可以在完成驱除步骤102的全部或者一部分之后对部件进行冷却的同时执行暴露步骤104。可替换地，可以在完成驱除步骤102的全部或者一部分的过程中或者之后、在升高部件所在的环境的压力的同时执行暴露步骤104。可选地，可以在完成驱除步骤102的全部或者一部分之后对部件进行冷却的同时、并且在完成驱除步骤102的全部或者一部分的过程中或者之后升高部件所在的环境的压力的同时执行暴露步骤104。附加地，受控制的环境的压力可以在有压力和真空之间循环，以辅助湿气去除并将阻断气体驱动到孔中。
在步骤106，如果在步骤104过程中使用受控制的环境，则部件从受控制的环境移除。在完成步骤104之后，阻断气体占据部件表面上的隙孔空间，否则该空间会为湿气提供吸附和/或吸收位置。因而，在部件上或中更重和/或更大的阻断气体的存在基本防止了湿气被吸回到部件中。因而，阻断气体基本上防止湿气被吸附和/或吸收。尽管阻断气体将不会无限期地留在孔中，但是阻断气体在部件中的停留时间是显著的，因而在一些情况下延长了部件的寿命(以电气性能来测量)至少10倍，这在以下示例中进一步得到证实。
在可选的步骤108，在步骤104覆盖有阻断气体的部件被密封在气密性的封装中。气密性封装可以是聚合物袋或者容器。在一个实施例中，气密性封装是透湿性非常低的袋子。气密性封装可以是真空密封的或者用干燥气体(例如干燥氮气)回填。回填气体还可以是阻断气体。可选地，干燥剂可以与部件一起密封在气密性封装中。即使在严重的潮湿环境中，利用气密性封装也能保持部件的功能完整性达很长的时间，而没有出现部件的功能显著恶化。附加地，阻断气体覆盖方法还可以用来恢复功能受到吸湿性影响的部件，并大幅度提高它们的寿命。
图2-图4描述了根据参照图1描述的处理100的一个实施例而制备部件200的顺序的一个实施例。处理100还可以用来恢复功能受到吸湿性影响的部件，并大幅度提高它们的寿命和/或全部重新使用，而不需要进一步的翻新。首先参照图2，部件200置于受控制的环境202中，在该环境中，至少部件200的温度可以通过加热器204升高到至少30摄氏度的温度，例如约95摄氏度。部件200保持在升高温度下的温度和持续时间选择为与包括部件200的材料、需要从部件200去除的湿气量等参数相应。例如，适合用在300mm半导体真空处理室中的陶瓷静电卡盘(例如，部件200)可以在HDP CVD(高密度等离子体化学气相沉积)室(例如，受控制的环境202)中在约65摄氏度下保持达约四个小时的时间段。受控制的环境202的压力在加热过程中还可以维持在低于大气压的压力(sub-atmospheric pressure)下。
现在参照图3，将阻断气体302从阻断气体源310引入到受控制的环境202中。阻断气体302进入在部件200的暴露于阻断气体302的表面306中所限定的孔304中。阻断气体302现在占据部件200的表面306内的空间，否则该空间会为湿气提供吸附和/或吸收位置，从而在表面306上形成非粘附的湿气阻挡308，这基本上防止了湿气被吸附和/或吸收到部件中，并且防止部件的与湿气含量有关的功能恶化。
现在参照图4，具有湿气阻挡308的部件200已经从受控制的环境202移除，并放置在聚合物袋子400内。聚合物袋子400如上所述密封。可选地，干燥惰性气体402可以回填到袋子400中以防止湿气侵入到袋子400的体积中，其中，惰性气体402会随时间流逝开始替换阻断气体。
图5-7描述了根据参照图1描述的处理100的一个实施例而制备部件500的顺序的另一实施例。首先参照图5，部件500联接到夹具510，以使得部件500的暴露于阻断气体的表面512被暴露于受控制的环境502。在图5中所描述的实施例中，部件500是受热的衬底支撑基座，该衬底支撑基座具有中空的杆部522，该杆部522引导基座加热元件520。由于加热元件内的绝缘材料是吸湿的，绝热材料在此示例中是表面512，夹具510密封性地联接到杆部522以在加热元件520所在的杆部522的中空区域内限定受控制的环境502。可以想到，本领域的一般技术人员可以容易地将本发明适用于限定不同的受控制的环境，以将部件的其他表面暴露于阻断气体，而不需要如参照图2-4所描述的那样将部件500放置在室中。
部件500暴露于加热器530，以升高部件的表面512的温度来驱除湿气。加热器530可以是热板、辐射灯或者适合于加热部件500的其他加热装置。在加热过程中，联接到夹具510的真空泵532可以将受控制的环境502抽空。
现在参照图5和图6，将阻断气体602从阻断气体源534经由夹具510引入到受控制环境502中。阻断气体602进入在部件500的暴露于阻断气体602的表面512中所限定的孔604中。阻断气体602现在占据部件500的表面512内的空间，否则该空间会为湿气提供吸附和/或吸收位置，从而在表面512上形成非粘附的湿气阻挡606，这基本上防止湿气被吸附和/或吸收到部件中，并且防止部件的与湿气含量有关的功能恶化。可选地，联接到夹具510的受控制的环境502的压力可以在有压力和真空之间循环，以辅助湿气去除并驱动阻断气体进入孔中。
为了允许受控制的环境502暴露于阻断气体和真空两者，夹具510包括一个或者多个阀538，阀538构造成选择性地将受控制的环境502联接到阻断气体源534和真空泵532。夹具510的一个或者多个阀538可以允许选择性的联接传感器540(例如，适合于检测离开夹具510的气体的湿气含量的气体分析仪)，以使得更容易地确定处理端点。在一个实施例中，一个或者多个阀538可以是碟形阀和其他适合的流动控制装置。在图5所示的实施例中，夹具510包括四通接头(four-way cross)536，该四通接头536具有碟形阀538，该碟形阀538构造成选择性地将真空泵532、阻断气体源534和传感器540经由软管542联接到受控制的环境502。夹具510还包括两个锥形渐缩管544，锥形渐缩管544的大小适合于将四通接头536流体过渡到所连接的元件(例如，软管542和真空泵532)。
现在参照图7，夹具510从在适合的位置处具有湿气阻挡606的部件500移除。部件500可以放置在聚合物袋子700内，并且/或者具有另一气密性阻挡(例如，联接到杆部522的端部的帽702)。聚合物袋子700在使用时可以如上所述进行密封。可选地，干燥惰性气体704可以回填到袋子700中、并且/或者充满由帽702密封的杆部522的中空部，以防止湿气侵入到部件500的表面512，其中，惰性气体704会随时间流逝开始替换阻断气体。
在一个示例中，利用夹具510，使用处理100来对部件500(在此示例中是可从Californa的Santa Clara的Applied Materials Inc.购得的DxZ加热器)进行处理。部件500显示了优于常规处理，寿命大致增大了约9-10倍(从约6个小时到大于54个小时，这通过电阻的变化来测量)。
图8描述了用于制备由吸湿材料制造或者涂覆有吸湿材料的真空室部件以减小在暴露于周围环境时对水侵入的敏感性的示例性处理的流程图。图9-图11描述了进行图8的处理的处理室的简化图。读者可以同时参照图8-图11。
在图8-11的实施例中，本发明可以应用到用于保持真空室部件的功能的处理800，该部件已经在使用当中、并且随后暴露于湿气暴露对室部件的功能有损害的大气条件。在一个实施例中，在步骤802，半导体真空处理室900用来处理衬底902。真空处理室900可以是蚀刻室、化学气相沉积室、物理气相沉积室、离子植入室、退火室、等离子体处理室或者其他适合的真空处理室。在步骤804，在衬底902从室900移除之后并且在对室进行通风之前，将阻断气体1010(例如干燥惰性气体、干燥氮气和干燥氩气)在低于周围压力的压力下排入到处理室900中，以使得处理室中的室部件(例如支撑衬底904、室衬里906、喷头908、升降销910、室壁912、盖914和具有吸湿材料的其他部件)覆盖有干燥阻断气体1010。在阻断气体1010对室部件的冷却进行加速的同时，阻断气体1010还在冷却过程中被吸入到部件的孔隙和部件的其他位置中，否则该孔隙和其他位置会为湿气提供吸附和/或吸收位置。还可以在通风过程中供应阻断气体1010。因而，当在步骤806如图11所示打开室900时，并且室部件暴露于周围大气时，留在室部件上的更重的阻断气体101的阻挡层1012基本上防止湿气被吸附和/或吸入到室部件的表面中。
例如，即使当暴露于明显更高(多达两倍)的湿度时，对多个衬底支撑件样品(即，室部件)的测试已经证明HDP CVD等离子体喷涂静电卡盘的寿命从小于60分钟(经由现有处理)显著地提高到超过3天(超过70倍的改进)——这在处理室的通风和/或预防性维护的过程中为这些部件提供了更加足够的寿命。部件的存储寿命也显著增大。
阻断气体1010还能用作室中的预通风处理，在室中，室壁912已经被阳极化或者涂覆有生成的多孔表面。阻断气体被吸附/吸收到室壁912中并显著地使湿气吸附/吸收最小化，因而，由于减小了对室进行烘烤的需求，所以显著减小了室的恢复时间。
在对部件的烘烤和随后的冷却过程中覆盖阻断气体10也可以用来增大具有用作电绝缘体、封装媒介等的吸湿材料(例如，氧化镁等)的其他部件(例如，侧线圈(sidecoils)、加热元件、加热器等)的寿命。
图12以图表1200和1202图示出在代表性部件(在此示例中为静电卡盘(ESC))上进行的实验结果，以证明寿命的显著提高。图表1200图示了由常规实践产生的基线。图表1200示出采用不利用上述阻断气体对处理室部件进行干燥的现有处理，当暴露于具有11％的相对低的相对湿度的氛围时，ESC的电阻在不到一个小时内从2000兆欧姆(MOhms)降低到规格(spec)(50兆欧姆)以下。这造成寿命很短，并且会导致产品性能问题和潜在的故障(不满足规格、电弧、短路)。与规格相关的问题在衬底处理之前通过几个小时的室内烘烤来解决，这造成室可用性较低和整体生产率较低。这在具有多工具和室的半导体制造中是非常昂贵的。
图表1202图示了通过利用本发明的各方面而实现的改进的示例。例如，当阻断气体(例如，干燥氩气)层用作衬底处理运行的最后部分、或者在部件制造处理过程中的部件烘烤期间使用时，实现了ESC的电阻水平和寿命提高了70倍。图表1202示出了即使暴露于相对湿度是图表1200中所示的基线样本中利用的相对湿度两倍大的氛围时，3天之后部件的电性能也在规格之上(大于50兆欧姆)。
图13是进一步对表示出根据现有处理与根据本发明的各方面制备的部件(例如图5的部件500)的电阻的实验结果进行比较的图表1300。图表1300示出了使用现有处理，部件的电阻在真空烘烤之后在不到7个小时内从约110兆欧姆下降到低于15兆欧姆的规格电阻。相反，图表1300示出了当利用本文描述的处理时，部件的电阻在真空烘烤之后和在54小时标记附近下降到约15兆欧姆的规格值之前使用阻断气体(例如，氩气)维持在约110兆欧姆达至少12个小时。
因而，本发明提供了对湿气和吸附/吸收对部件功能的影响更不敏感性的室部件。本发明的室部件具有增加的寿命和改进的功能性，有利地提高了性能，并减少了由于延长维护停机时间而引起的失去的功能能力，由此提高了生产率和处理产量。
尽管前述涉及本发明的实施例，但是可以在不脱离基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步的实施例，本发明的范围由权利要求书确定。

Claims (14)

1.一种具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件，所述部件包括：
部件，其具有设置在所述部件的多孔表面上的非粘性湿气阻挡，其中所述非粘性湿气阻挡包括设置在所述多孔表面的孔中的阻断气体，并且其中所述部件从由真空处理室部件、高真空系统部件、医疗部件、矫形部件、具有热喷涂涂层的部件、具有等离子体喷涂涂层的部件、修复部件、具有高表面面积的可充电电池和具有高表面面积的可充电燃料电池组成的群组中选择；以及
密封的气密性封装，其中间设置有所述部件。
2.根据权利要求1所述的部件，其中，所述密封的气密性封装是真空密封的。
3.根据权利要求1所述的部件，其中，所述密封的气密性封装回填有干燥惰性气体。
4.根据权利要求3所述的部件，其中，所述干燥惰性气体从由Ar、Ne和N2组成的群组中选择。
5.根据权利要求3所述的部件，其中，所述干燥惰性气体的质量和/或尺寸大于水蒸气分子的质量和/或尺寸。
6.根据权利要求1所述的部件，其中，所述部件由吸湿材料制造，或者涂覆有吸湿材料。
7.根据权利要求1所述的部件，其中，所述部件是静电卡盘。
8.一种用于处理具有降低的对湿气暴露的敏感性的部件的方法，其包括如下步骤：
在受控制的环境中从部件驱除水分；
将处于所述受控制的环境中的所述部件暴露于阻断气体；
从所述受控制的环境移除所述部件；并且
可选择地将所述部件密封在气密性封装中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，密封所述部件还包括：
将所述部件真空包装在所述气密性封装中。
10.根据权利要求8所述的方法，密封所述部件还包括：
用所述阻断气体填充所述气密性封装。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阻断气体的质量和/或尺寸大于水蒸气分子的质量和/或尺寸。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述部件从由真空处理室部件、高真空系统部件、具有多孔表面的部件、医疗部件、矫形部件、具有热喷涂涂层的部件、具有等离子体喷涂涂层的部件、修复部件、具有高表面面积的可充电电池和具有高表面面积的可充电燃料电池组成的群组中选择。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述部件是静电卡盘。
14.一种用于在衬底已经从处理室移除之后并且在对所述处理室进行通风之前保持室部件的功能的方法，所述方法包括如下步骤：
在低于周围压力的压力下将阻断气体排入所述处理室中，以使得所述处理室中具有吸湿材料的所述室部件覆盖有所述阻断气体，所述阻断气体进入所述吸湿材料的孔中；
对所述处理室进行通风；并且
打开所述处理室，以将所述室部件暴露于周围氛围，同时所述阻断气体保留在所述吸湿材料的所述孔中。
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