CN103764879A - 用于对静电卡盘进行热水密封的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于处理双极ESC的方法，所述双极ESC具有前表面和后表面，所述前表面包括阳极化层。所述方法包括：除去阳极化层；将新的阳极化层布置在所述前表面上；以及用水来处理新的阳极化层以密封所述新的阳极化层。

Description

用于对静电卡盘进行热水密封的系统和方法
背景技术
在半导体晶片制作中经常使用双极静电卡盘（ESCs或单数形式ESC）。在制造过程中，这些ESCs利用静电力将半导体晶片保持在适当位置上。随时间推移，卡盘由于使用而磨损并且其性能下降。
已经开发出用于整修ESCs的方法，然而已知的用于整修的阳极化处理可能存在与阳极化层的介电常数相关联的一致性问题。
所需要的是使能制作具有一致的介电常数的阳极化层的ESC整修方法。
发明内容
本发明提供了用于整修具有阳极化层的ESC的方法，其是通过应用去离子水密封（seal）用以供给阳极化层来进行的。
依照本发明的方案，提供了用于处理双极ESC的方法，所述双极ESC具有前表面和后表面，所述前表面包括阳极化层。所述方法包括：除去阳极化层；将新阳极化层布置在前表面上；以及用水来处理新阳极化层以密封新阳极化层。
本发明的另外的优点和新颖的特征部分地阐述于下面的说明书中，部分地通过考察下文对于本领域技术人员变得显而易见或者可通过本发明的实践而获知。本发明的优点可通过尤其在所附权利要求书中指出的手段和组合来实现和达到。
附图说明
并入且构成说明书的一部分的附图图示出本发明的示例性实施方式，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1图示出依照本发明的方案的示例性ESC的剖视图；
图2图示出依照本发明的方案的如参考图1所描述的示例性的局部ESC的剖视图，其中已移除层部分；
图3图示出依照本发明的方案的示例性的局部整修的ESC的剖视图，其中有缺陷的或变形的层部分已经由新的层部分替换；
图4图示出依照本发明的方案的示例性的ESC的剖视图，其中有缺陷的或变形的层部分已经由功能性层部分替换；以及
图5图示出依照本发明的方案的用于整修半导体晶片的示例性方法。
具体实施方式
依照本发明的方案，从ESC去除阳极化层。然后，将替换阳极化层添加到ESC。用热水来处理新的阳极化层以除去其中的孔隙。经热水处理的阳极化层更耐腐蚀并且比未经热水处理的阳极化层保持更长时间段的一致的电磁特性。
图1图示出依照本发明的方案待整修的示例的ESC100的部分的剖视图。
从图中看出，ESC100包括电极102和阳极化层104。ESC100用于在制造过程中经由半导体晶片和ESC100之间的静电吸引而将半导体晶片（未示出）保持在适当位置上。电极102可带正电或负电。通过在电极102和第二电极（未示出）之间施加电压差来产生施加到电极102的电荷。阳极化层104防止电极102的不期望的氧化。
阳极化层104包括多孔层106和阻挡层108。作为非限制性示例，多孔层106和阻挡层108可由Al2O3形成。阳极化层104存在于电极102的顶面110上。阻挡层108存在于电极102和多孔层106之间并且存在于顶面110上。典型地，阻挡层108的厚度小于多孔层106的厚度。此外，通常，阻挡层108的密度大于多孔层106的密度。
将诸如Al2O3之类的铝合金阳极化生成了包含高密度显微孔隙的多孔层（例如，多孔层106），显微孔隙样本表示为孔隙122。由于孔隙，阳极化的铝合金易于与空气中的氧气反应或发生氧化反应，导致了不期望的氧化，即，腐蚀。所导致的氧化在整个材料体积中变化，生成材料的可变电磁特性（即，与电特性相关联的电容率或ε0以及与磁特性相关联的磁导率或μ0）。可变电磁特性导致了不一致的操作并且不利地影响用于制作半导体晶片的ESC的性能。
ESC用于经由静电吸引（还称为卡住晶片）来保持晶片。此外，经由静电排斥（还称为脱卡）从ESC释放晶片。随着ESC的电磁特性（即，ε0以及μ0）由于不期望的氧化而开始变化，与卡住晶片和晶片脱卡相关联的参数也变化。此外，由于制作半导体所要求的精度，卡住晶片和晶片脱卡的效率、有效性和能力由于与在Al2O3整个体积中分布的电磁特性相关联的不期望氧化和不期望的变化而受到不利影响。
此外，随时间的推移，由于产生裂缝、凹痕、窝凹、刮痕和深刮痕，ESC100将磨损。由于随着使用而形成的表面条件，可能出现降级。由于与ESC100相关联的物理缺陷，半导体晶片的处理可能未正确地进行、可能未充分地进行和/或可能未高效地进行。
对于ESC100可能产生多种类型的磨损。微粒物质可能粘附到顶面111上，示例性的微粒物质图示为微粒物质112和微粒物质120。刮痕或标记会出现在阳极化层104中，示例性的刮痕图示为刮痕114、刮痕116和刮痕118。
在极精确的条件下操作使用ESC100的晶片处理系统。当ESC100的电磁特性变化时，整个晶片处理系统的操作效率降级。因此，重要的是维持ESC100的电磁特性。为了维持ESC100的电磁特性，应当解决由于随时间推移而造成的操作磨损引起的问题。可通过已知的方法从ESC100的表面上去除微粒物质112和120，然而刮痕114、116和118需要更细致的维修。
具有受损的阳极化层104的ESC100可进行整修从而恢复其电磁特性。ESC100的整修处理包括阳极化层104的去除和替换。
图1图示出ESC100的剖视图，其中阳极化层104在操作过程中已受到物理损伤。为了恢复ESC100的电磁特性，可以去除并替换阳极化层104。将参考图2-3来说明阳极化层的去除和替换。
图2图示出图1的ESC100的剖视图，其中已经去除了阳极化层104。阳极化层104的去除可通过任何已知方法来进行，其非限制示例包括用车床加工（剥离）。
通过30秒或以下的受控拆分，随后通过去离子水进行清洗和测量，可以精确地剥离阳极化层104。为了在前面的阳极材料已经去除时停止材料去除处理，控制剥离。然后，对顶面110进行抛光以去除1至2毫英寸的电极102。由于去除了阳极化层，电极102的顶面110易于接收新的阳极化层。
图3图示出依照本发明的方案的示例性的局部整修的ESC300的剖视图，其中有缺陷的阳极化层已由新的阳极化层替换。
局部整修的ESC300包括电极102、阻挡层302和层308。在局部整修的ESC300中使用术语“局部”，因为依照本发明的方案，直到用热水处理新的阳极化层才对ESC进行完全地整修。下面将对此进行说明。
层308形成在阻挡层302之上。阻挡层302形成有厚度304，层308形成有厚度312。作为非限制示例，层308可由Al2O3制作而成。层308已在顶面306之上形成有厚度312。
阻挡层302和层308形成层部分310。
当形成层部分310时，同时形成了阻挡层302和层308。由于阻挡层302的密度大于层308，阻挡层302的厚度408以比阻挡层302的厚度304快的速率增加。层形成过程开始于零电流，并且电流增大。随着电流增大，新形成的层部分310的表面上的电压开始升高。表面成核作用起作用以辅助层部分310的生成。表面成核作用是溶液中的组分析出并且形成吸引附加析出物的核的过程。
为了维持精确的品质，可以控制许多制作参数。在非限制性示例中，电压电位是75伏，厚度304近似为750埃至800埃。此外，控制层部分310的施加的pH，其中在示例性实施方式中，pH维持在5.6和6.2之间。此外，控制层部分310的施加的温度，其中在示例性实施方式中，温度维持在96°-99°摄氏度之间。在这些示例性参数的情况下，每75分钟形成近似1毫英寸的层部分310。因此，在这些参数的情况下，形成2毫英寸的层部分310的时间近似是150分钟。
在形成层部分310之后，ESC可起作用以根据常规系统来处理晶片。然而，由于层308的多孔本质，将经受参考图1所描述的与氧化相关联的不期望的效应。为防止氧化和与氧化相关联的不期望的不利性能，依照本发明的方案处理层308，如下文参考图4所讨论的。
图4图示出依照本发明的方案的示例性的ESC400的剖视图。
经整修的ESC400包括电极102、阻挡层302和层402。
已经通过用水密封处理层308（图3）形成了层402。作为非限制示例，可通过施加热的去离子水来进行水密封。
通过将水处理到水无离子的程度来生成去离子水。生成去离子水的常用方法是使相对纯净的水源通过逆渗透过滤器。可通过在水位于选择性薄膜的一面上时向水施压来进行逆渗透过滤，使得溶解物保持在薄膜的增压面上，而去离子水穿过到薄膜的减压面。薄膜允许小的粒子通过，但是诸如离子的较大粒子不能通过。
层402是经由使热的去离子水与层308的多孔Al2O3反应而形成的（图3）。Al2O3与去离子水的反应形成了AlO（OH）。在一些实施方式中，AlO（OH）呈勃姆石（boehmite）的形式。
层402具有厚度408并且包括用于防止腐蚀和/或氧化的高耐腐蚀性。此外，层402包括一致的介电常数，以避免与卡住或脱卡相关联的故障。作为非限制示例，介电常数10可归属于层402。
已经去除了参考图3所描述的孔隙（例如，孔隙316）（其具有造成不期望氧化的可能），如图4的层402所图示的。特别地，通过用热水处理Al2O3，已经去除了孔隙。更特别地，Al2O3与热水反应并且转换成AlO（OH），如图4所示。如图4所示的AlO（OH）比图3的Al2O3孔隙更少，并且结果更不易于遭遇不期望的氧化。
图4的AlO（OH）比参考图1所描述的Al2O3保持更长时间段的一致电磁特性。
虽然图4的AlO（OH）层的电磁特性（即，那些与ε0和μ0相关联的特性）略微不同于图1的Al2O3的电磁特性，但是经整修的ESC400足以进行卡住和脱卡操作。此外，经整修的ESC400进行较长时间段的卡住和脱卡并且与更易于遭遇氧化的ESC100相比随时间推移而操作更高效。
层402的厚度408大于阻挡层302的厚度304。
阻挡层302的密度大于层402的密度。
用于经整修的ESC400的卡盘力由下文示出的等式（1）表征：
F=(1/2)εoεrV2/D2   （1）
变量F表示用于经整修的ESC400的卡盘力，εo=8.85×10-12F/m并且表示自由空间的电容率，相对电容率εr表示层402的介电常数，变量V表示所施加的卡盘电压，变量D表示阳极膜的厚度或厚度410。
因为卡住/脱卡力与如参考等式（1）所展示的介电常数成正比，所以与层402相关联的一致的介电常数导致可靠的卡住/脱卡力。与层402相关联的一致的介电常数防止了过低的介电常数并且使能正确卡住。此外，一致的介电常数有助于防止在腔室测试和晶片生产过程中由于过低的卡住力而导致的高氦流泄漏。此外，氦可用于控制半导体处理的温度，并且如果过量的氦用于半导体制造过程，则会得到不充分的卡住力，从而得到有缺陷的晶片。
对于过大的介电常数，水湿气会陷入阳极膜的孔隙内，造成差的脱卡。
由于ESC的使用所带来的问题是在“脱卡”期间难以去除晶片和ESC之间的残留静电力。该残留力是由于积聚在晶片和ESC支撑表面之间的界面处的电荷引起的。一种用于脱卡的技术涉及到将电极和晶片接地。另一技术将施加到电极的DC卡住电压的极性反向以使电极放电。然而，这些技术在去除电极和晶片上的电荷方面不完全有效。结果，通常需要机械力来克服由于电极和晶片上的残留电荷引起的剩余的静电吸引力。有时，用于释放晶片的机械力会导致晶片“弹出”，即，以不可预测的方式从卡盘上释放，这会导致晶片受损或者难以从非预期位置取回晶片。因此，成功的脱卡操作是使晶片处于受到低至可接受的残留静电吸引力而不会使晶片“弹出”的状态下的一种脱卡操作。
ESC的电压控制用于设备的运行，因为所形成的电压差还产生了用于吸引和保持用于处理的晶片的电场。经整修的ESC400的电容是影响电压的参数，因此保持一致从而维持一致的电压控制。
经整修的ESC400的电容由下面所示的等式（2）表征：
C=εoεrA/D   （2）
变量C表示经整修的ESC400的电容，并且变量A表示经整修的ESC400的顶面的表面积。此外，经整修的ESC400将半导体晶片412接收到经整修的ESC400的顶面414上。
从等式（2）中能够看出，电容C与介电常数εr成正比，因此，为了维持一致的电容，维持一致的介电常数。
经整修的ESC400的电阻是影响电弧放电的参数并且因此一致地保持从而防止电弧放电。在一些实例中，由于与ESC相关联的低电阻点会导致发生电弧放电。为了防止电弧放电，电阻维持在一致高的值。材料的电容率ε由下面所示的等式（3）给出：
ε=εoεr   （3）
电容率ε是当在介质中形成电场时遇到多大电阻的度量。电容率是电场如何影响的度量，并且受介电介质影响。电容率由材料响应于电场而极化的能力确定，并且因此减弱了材料内的总电场。电容率描述了材料传送（即，容许）电场的能力。由于极化效应，在具有高电容率的介质中存在较小的电通量。层402经由去离子水的处理有助于减弱电弧放电的电容率。
图5图示出依照本发明的方案的用于整修半导体晶片的示例性方法。
在示例性实施方式中，方法500开始（S502），并且如果第二层的该部分存在，则第二层的一部分（例如，多孔层106（图1））被去除，或者如果ESC不存在第二层（S504），则阻挡层的一部分（例如，阻挡层108（图1））被去除。
层的去除可通过用于去除层的任何已知手段或方法来进行。用于去除层的手段和方法的非限制示例包括机械的、化学的和电的。
对第二层和阻挡层是否已被去除进行判定（S506）。
利用坐标测量机来测量ESC的尺寸。基于所测量的尺寸，对是否要去除额外层材料进行判定。
在判定出充分去除了层材料之后（S506），如结合图2所描述的来构造ESC。
将新的层部分（例如，层部分310（图3））添加到ESC（S510）。
可以利用任意已知手段或方法将层部分添加到ESC。
对层部分的添加是否已完成进行判定（S512）。
利用坐标测量机来测量ESC的尺寸。基于所测量的尺寸，对是否要添加额外层材料进行判定。
在判定出充分添加了层材料之后（S512），如结合图3所描述的来构造ESC。
将去离子水密封应用于层部分310（图3）（S514）。
经由热的去离子水与多孔Al2O3层308反应（图3）来形成阳极膜（例如，层402（图4））。Al2O3与去离子水的反应形成了ALO(OH)，也称为勃姆石（boehmite）。
对是否已成功地整修多个晶片进行判定（S516）。
进行测量、测试和分析，以判定是否已成功地进行多个ESC的整修。
对于尚未成功地处理多个ESC的判定，开始整修ESC的处理（S518）。
之前未成功整修的ESC可被再次处理，或者尚未尝试整修的完全不同的ESC可被再次处理。
对于已经成功地处理多个ESC的判定（S516），开发处理规格。
基于在成功地处理多个ESC的同时所确定的测量值以及其它关联信息来开发处理规格（S520）。
方法500停止操作（S522）。
ESC由于与运行关联的条件而受到磨损和/或降级。可以通过用已受到水密封的新的阳极化层替换降级的阳极化层来整修ESC，用于实现具有有助于整修的ESC的成功运行的特性的阳极化层。
出于解释和说明的目的提供了本发明的不同实施方式的前面的说明。不意在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式，显然，根据上述教导，可以进行许多修改和变型。选择和说明这些示例性实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使得本技术领域的其他人能够在各种实施方式中最优地使用本发明和各种适合于所构想的特定应用的修改方案。目的在于本发明的范围通过所附权利要求限定。

Claims (8)

1.一种处理双极静电卡盘的方法，所述双极静电卡盘具有前表面和后表面，所述前表面具有阳极化层，所述方法包括：
除去所述阳极化层；
将新阳极化层布置在所述前表面上；以及
用水来处理所述新阳极化层以密封所述新阳极化层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述将新阳极化层布置在所述前表面上包括布置作为第一层Al2O3和第二层Al2O3的所述新阳极化层。
3.如权利要求2所述的方法，
其中所述第一层Al2O3具有第一厚度和第一密度，
其中所述第二层Al2O3具有第二厚度和第二密度，
其中所述第一厚度小于所述第二厚度，并且
其中所述第一密度大于所述第二密度。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述布置第二层Al2O3包括布置第二层多孔Al2O3。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述用水来处理所述新阳极化层以密封所述新阳极化层包括：使所述第二层多孔Al2O3与水反应以形成AlO（OH）。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述使所述第二层多孔Al2O3与水反应以形成AlO（OH）包括：使第二层多孔Al2O3与水反应以形成勃姆石。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述用水来处理所述新阳极化层以密封所述阳极化层包括：使第二层多孔Al2O3与水反应以形成AlO（OH）。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述使第二层多孔Al2O3与水反应以形成AlO（OH）包括：使所述第二层多孔Al2O3与水反应以形成勃姆石。
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