CN116408252A - 工件处理方法、工件及等离子体处理装置 - Google Patents

工件处理方法、工件及等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工件处理方法、工件及等离子体处理装置，本发明公开的工件处理方法包括：覆盖：在工件上覆盖液态碳硅烷，所述液态碳硅烷至少覆盖在所述工件的待处理位置；固化：将覆盖于所述工件上的液态碳硅烷固化，形成功能层。本发明采用液态碳硅烷作为化学源，经过浸渍和低温固化，获得包含碳化硅的功能层，该功能层耐腐蚀、耐刻蚀、耐磨；致密、厚度均匀、热传导效率高、粘度高。

Description

工件处理方法、工件及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及领域工件加工领域，具体涉及一种工件处理方法、静电吸盘、内衬、供气系统及等离子体处理装置。
背景技术
晶圆刻蚀工艺中，暴露在刻蚀腔等离子体环境下的工件外表面，以及有腐蚀性气体流过的工件内壁，都会受到不同程度的损害。
工件受损后，直接更换工件的耗时长、成本高。若采用硅胶等材料修复工件缺损，受限于操作空间和工艺水平，硅胶难以填充深层的受损区域。也可预先涂覆涂层来保护易受损的区域，但执行不同功能的区域可能涂覆不同材质的涂层，在涂层交接界面处需要采用复杂的表面处理工艺进行密封保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀、致密、粘度高、形成方式不受操作空间限制的功能层。
为了达到上述目的，本发明提供了一种工件处理方法，包括：
覆盖：在工件上覆盖液态碳硅烷，所述液态碳硅烷至少覆盖在所述工件的待处理位置；
固化：将覆盖于所述工件上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
可选地，所述功能层包含碳化硅。
可选地，在室温下，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷。
可选地，在室温至120℃下，将覆盖于所述工件上的液态碳硅烷固化。
可选地，所述覆盖步骤和所述固化步骤交替进行若干次。
可选地，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷的方法为浸渍。
可选地，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷的方法为喷涂。
可选地，所述工件为用于等离子体环境中的工件。
本发明还提供了一种静电吸盘，包含层叠的基底、粘合层和陶瓷层，所述粘合层设置于所述基底和所述陶瓷层之间；通过上述工件处理方法加工所述静电吸盘，所述待处理位置为待设置所述粘合层的相邻结构之间；覆盖的所述液态碳硅烷经固化后，在所述相邻结构之间形成所述功能层，作为所述静电吸盘的粘合层。
可选地，所述静电吸盘还包括绝缘层，所述粘合层包含第一粘合层和第二粘合层，所述第一粘合层设置于所述基底和所述绝缘层之间，所述第二粘合层设置于所述陶瓷层和所述绝缘层之间。
可选地，所述待处理位置还包括所述静电吸盘的侧壁，使所述液态碳硅烷覆盖于所述静电吸盘的外围，经固化后，在所述静电吸盘的侧壁形成所述功能层，作为第一保护层，以保护所述静电吸盘的侧壁。
可选地，所述静电吸盘设有通孔，用于容纳气体和/或升降顶针；所述待处理位置还包括所述通孔的内壁，使所述液态碳硅烷覆盖于所述通孔的内壁，经固化后，在所述通孔的内壁形成所述功能层，作为第一保护层，以保护所述通孔的内壁。
可选地，所述待处理位置还包括所述静电吸盘经等离子体侵蚀后的受损区域，使所述液态碳硅烷覆盖于所述静电吸盘的受损区域，经固化后，在所述受损区域上，形成所述功能层，以修复缺损。
可选地，所述受损区域包括：
所述粘合层；和/或
在所述静电吸盘外壁形成的第一保护层；和/或
在所述通孔内壁形成的第一保护层。
可选地，所述受损区域的形状为贯入的通道或孔隙。
可选地，所述受损区域包含硅和/或铝。
本发明还提供了一种等离子体处理装置，包括一反应腔，所述反应腔内设置上述静电吸盘。
一种内衬，其特征在于，上述工件处理方法加工所述内衬，所述待处理位置至少包括所述内衬的气体通道、工艺面及二者的连接处，在所述待处理位置上形成所述功能层。
可选地，所述工艺面包含铝材料。
可选地，在向所述工艺面覆盖所述液态碳硅烷前，对所述工艺面进行阳极氧化处理，所述液态碳化硅覆盖在所述工艺面的阳极氧化区域上。
可选地，在所述工艺面上形成所述功能层后，在所述功能层上设置第二保护层。
可选地，所述第二保护层包含稀土材料。
可选地，所述第二保护层包含Y2O3和/或YOF。
本发明还提供了一种等离子体处理装置，包括一反应腔，其特征在于，所述反应腔内设置上述内衬。
一种供气系统，所述供气系统至少包括管道、接头或管件中的任意一种或几种，所述管道用于输送腐蚀性气体，所述接头设置于相邻管道之间，所述管件设置于所述管道上，通过上述工件处理方法加工所述供气系统，所述待处理位置至少包括所述管道、接头或管件中任意一种或几种的内壁。
可选地，所述供气系统为不锈钢材质。
可选地，所述管件包括流量计和/或阀门。
本发明还提供了一种等离子体处理装置，包括一反应腔，所述反应腔内设置上述供气系统。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用液态碳硅烷作为化学源，经过覆盖和低温固化，在工件上获得包含碳化硅的功能层，该功能层耐腐蚀、耐刻蚀、耐磨；致密、厚度均匀、热传导效率高、粘度高，既能够作为连接工件相邻结构的粘合层，也可以作为覆盖在工件上的保护层，以有效保护工件，延长工件的使用寿命。
(2)本发明提供的获得功能层的方法不受操作空间的限制，既能够修复纵深大的缺损，也能够修复工件的骨质疏松、微通道或微孔隙。
(3)通过对液态碳硅烷的化学组成与结构进行优化设计，能够实现对功能层的组成、结构与性能的调控，实现低温陶瓷化(室温至120℃)以及获得具有特定性能的功能。
附图说明
图1为本发明提供的工件修复方法流程图。
图2为本发明实施例1提供的静电吸盘的结构示意图。
图3为本发明实施例2提供的静电吸盘的结构示意图。
图4为本发明实施例3提供的静电吸盘的结构示意图。
图5为本发明提供的静电吸盘的俯视图。
图6a为使用前静电吸盘的侧壁示意图。
图6b为静电吸盘侧壁的第一粘合层受损示意图。
图6c为补胶后静电吸盘的侧壁示意图。
图7为本发明实施例5中待修复的静电吸盘示意图。
图8为本发明实施例5中另一待修复的静电吸盘示意图。
图9a为受损的静电吸盘示意图。
图9b为受损的静电吸盘粘合层示意图。
图10a为使用本发明提供的工件处理方法修复后的静电吸盘示意图。
图10b为使用本发明提供的工件处理方法修复后的静电吸盘粘合层示意图。
图11为本发明提供的等离子体处理设备示意图。
图12为等离子体刻蚀装置的内衬结构示意图。
图13为等离子体刻蚀装置的另一内衬结构示意图。
图14为现有技术中气体通道和工艺面交接处的涂层示意图。
图15为现有技术中HAA面受热冲击后的电镜图。
图16为等离子体刻蚀装置一种供气系统的示意图。
图中，1-基底，2-粘合层，21-第一粘合层，22-第二粘合层，3-陶瓷层，4-绝缘层，5-加热器，6-通道，7-第一保护层，8-通孔，9-静电吸盘，10-气体通道，10a-进气口，10b-气体扩散槽，10c-出气口，11-工艺面，12-气体通道和工艺面的连接处，13-喷嘴结构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明使用的液态碳硅烷是一种碳化硅陶瓷的先驱体，化学简式[(CH2RSiH)x(CH2R’SiH)y(CH2R”SiH)z]n，其中，R、R’和R”为官能团，x、y和z为三个基团的比例，n为聚合度，x、y、z和n均大于0；密度0.94g/cm3，复数粘度＜0.1Pa·S，数均分子量介于1000±300g/mol。在低温乃至室温下，该液态碳硅烷能够保持近似于水的粘度和流动性。将该液态碳硅烷加温固化后，能够形成包含碳化硅的功能层。与硅胶等材料相比，通过本发明提供的工件处理方法所形成的功能层耐刻蚀、耐腐蚀，且具有优异的耐磨性。该功能层可作为涂覆在工件上的保护层，防止工件受到侵蚀；由于该功能层具有粘结力，也可作为连接工件中相邻结构之间的粘合层。基于液态碳硅烷的流动性，当保护层和粘合层受损后，可利用本发明提供的工件处理方法进行修复。
如图1所示，本发明提供的基于液态碳硅烷的工件处理方法包括：
S1：覆盖：在工件上覆盖液态碳硅烷，液态碳硅烷至少覆盖在工件的待处理位置。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于工件上。覆盖液态碳硅烷的方式可以根据功能层的作用、位置或形状来确定。可以将工件浸没于液态碳硅烷溶液中，或将液态碳硅烷滴涂在待处理位置，也可以通过静电喷涂的方式涂覆液态碳硅烷。
S2：固化：将覆盖于工件上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于工件上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层。
步骤S1和步骤S2可交替进行若干次，直至功能层的形貌符合要求。步骤S2结束后，可对功能层的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S1。
初步固化后，也可使用静电喷涂工艺，通过本发明提供的工件处理方法对某些区域再次涂层，从而实现对特定区域涂层的加强。喷涂时，为了保护工件上不需要涂层的位置，可以对该位置加以遮蔽，例如在喷涂静电吸盘时，可以遮蔽静电吸盘的上表面。
在晶圆刻蚀工艺中，静电吸盘作为下电极的关键部件，用于吸住晶圆、保障晶圆温度的均匀性。静电吸盘在等离子体环境中容易受到侵蚀，导致骨质疏松、材料老化，形成微孔隙甚至微通道，造成静电吸盘的温度传递不均匀、静电吸盘漏气等问题，影响晶圆良率和机台量产的稳定性。
现有技术中，采用半固态的硅胶作为粘合材料，以修复静电吸盘的缺损。由于待修复的粘合层厚度从70μm-90μm至200μm不等，难以通过将受损的粘合层完全去除后重新补胶的方式修复，仅能在1.0mm-2.0mm的范围内以多次补胶的方式修复。当受损程度更深，造成骨质疏松，甚至在侵蚀界面上形成微孔隙，或从侵蚀界面向粘合层内部形成微通道时，受限于操作空间和工艺水平，无法通过填充硅胶的方式修复缺损。
由于本发明中形成的包含碳化硅的功能层具有粘性，该功能层可以用于连接工件中的相邻结构。如图2所示，本发明提供了一种静电吸盘，包括基底1、粘合层2和陶瓷层3，粘合层2设置于基底1和陶瓷层3之间，以连接基底1和陶瓷层3。粘合层2通过本发明的工件处理方法获得。陶瓷层3用于承载待处理的晶圆。在一些实施例中，基底1内设有冷却通道6，冷却通道6中通入冷媒，通过冷媒与基底1的接触进行热量交换，以冷却静电吸盘。
以下通过实施例1，介绍使用本发明的工件处理方法加工粘合层2的步骤。
实施例1
S1.1：覆盖：至少在静电吸盘的基底1和陶瓷层3之间覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于基底1和陶瓷层3之间。可以将基底1和/或陶瓷层3浸没于液态碳硅烷溶液中，分别在其相对的连接面上覆盖一层液态碳硅烷，或将液态碳硅烷滴涂在基底1和陶瓷层3之间，也可以通过静电喷涂的方式涂覆液态碳硅烷。
S1.2：固化：将覆盖于基底1和陶瓷层3之间的液态碳硅烷固化，形成粘合层2。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于基底1和陶瓷层3之间的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为粘合层2。
步骤S1.1和步骤S1.2可交替进行若干次，直至粘合层2的形貌符合要求。步骤S1.2结束后，可对粘合层2的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S1.1。
进一步地，本发明还提供了另一种静电吸盘，如图3所示，静电吸盘包括基底1、绝缘层4和陶瓷层3，绝缘层4设置于基底1和陶瓷层3之间。绝缘层4中设有加热器5，用于控制陶瓷层3的升温。在一些实施例中，基底1中设有冷却通道6，冷却通道6中能够通入冷媒，通过冷媒与基底1的接触进行热量交换以冷却静电吸盘。陶瓷层3用于承载待处理晶圆，绝缘层4中的加热器5和基底1中的冷媒共同对陶瓷层3控温。基底1和绝缘层4之间设有第一粘合层21，用于粘合基底1和绝缘层4；绝缘层4和陶瓷层3之间设有第二粘合层22，用于粘合绝缘层4和陶瓷层3。第一粘合层21和第二粘合层22通过本发明的工件处理方法获得。
以下通过实施例2，介绍使用本发明的工件处理方法加工第一粘合层21和第二粘合层22的步骤。
实施例2
S2.1：覆盖：至少在静电吸盘的基底1和绝缘层4之间、绝缘层4和陶瓷层3之间覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，覆盖液态碳硅烷。可以将基底1、绝缘层4、陶瓷层3浸没于液态碳硅烷溶液中，分别在其相对的连接面上覆盖一层液态碳硅烷，或将液态碳硅烷滴涂在基底1和绝缘层4之间、绝缘层4和陶瓷层3之间，也可以通过静电喷涂的方式涂覆液态碳硅烷。
S2.2：固化：将覆盖于基底1和绝缘层4之间的液态碳硅烷固化，形成第一粘合层21；将覆盖于绝缘层4和陶瓷层3之间的液态碳硅烷固化，形成第二粘合层22。
在室温至120℃的条件下，固化液态碳硅烷。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为第一粘合层21和第二粘合层22。
步骤S2.1和步骤S2.2可交替进行若干次，直至第一粘合层21和第二粘合层22的形貌符合要求。步骤S2.2结束后，可对第一粘合层21和第二粘合层22的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S2.1。
利用等离子体处理晶圆时，设备中的工件暴露在等离子体环境里，受到较强的离子轰击，导致工件受损，影响工件的电学性能。尤其是包含了硅元素或铝元素的材料，更容易因等离子体的侵蚀而产生缺陷。现有技术中，有时在静电吸盘的侧壁增加硅胶作为保护层，例如设置一硅胶圈，但硅胶的致密性差，容易被等离子体腐蚀。硅胶圈与侧壁的连接不够紧密，对静电吸盘的保护作用有限。当硅胶圈发生缺损时，只能通过多次补胶的方式，或将硅胶圈整体替换。为了保护静电吸盘，尤其是静电吸盘的粘合层不受等离子体的侵蚀，如图4所示，本发明还提供了一种在侧壁(sidewall)的外围设置第一保护层7的静电吸盘，使组成静电吸盘的层叠结构均能在第一保护层7的作用下，不受等离子体的侵蚀。第一保护层7能够通过本发明的工件处理方法获得。
以下通过实施例3，介绍使用本发明的工件处理方法，在静电吸盘的侧壁上加工第一保护层7的步骤。
实施例3
S3.1：覆盖：至少在静电吸盘的侧壁覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于静电吸盘的侧壁上。可以将静电吸盘的侧壁浸没于液态碳硅烷溶液中，或将液态碳硅烷滴涂在静电吸盘的侧壁上，也可以通过静电喷涂的方式在静电吸盘的侧壁涂覆液态碳硅烷。覆盖液态碳硅烷时，可将静电吸盘以一定角度倾斜，利用液态碳硅烷的流动性，使之完全覆盖于静电吸盘的侧壁、与组成静电吸盘的层叠结构紧密贴合。
S3.2：固化：将覆盖于静电吸盘的侧壁上的液态碳硅烷固化，形成第一保护层7。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于静电吸盘的侧壁上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为静电吸盘的第一保护层7。
如图6a所示，静电吸盘的基底1包含斜面，使用半固态的硅胶在斜面上涂覆第一保护层时，硅胶与斜面难以紧密连接。本发明提供的液态碳硅烷具有流动性，覆盖的液态碳硅烷能在基底1的斜面上流动，使得液态碳硅烷经固化后形成的碳化硅与斜面能紧密接触。即，基于液态碳硅烷修复受损工件并形成的第一保护层7，不因接触面的形状而影响第一保护层与接触面的接触效果。
步骤S3.1和步骤S3.2可交替进行若干次，直至第一保护层7的形貌符合要求。步骤S3.2结束后，可对第一保护层7的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S3.1。
可以理解到，第一保护层7可直接加工在现有技术提供的静电吸盘上，对现有的静电吸盘侧壁的受损位置进行修复，也可在制作新的静电吸盘时，将第一保护层7设置于本发明实施例1和/或实施例2提供的静电吸盘上。
如图5所示，静电吸盘上还设有通孔8，用于容纳气体和/或升降顶针，通孔8包括针孔(pin hole)和氦气孔(helium hole)。通孔8的内壁也容易因等离子体的侵蚀而受损。无论是在通孔8内壁涂覆包含硅胶的第一保护层，还是在通孔8的内壁增加硅胶圈，都受限于通孔8的尺寸而难以加工。为防止等离子体侵蚀通孔8的内壁，可在通孔8的内壁加工第一保护层7。即使是小尺寸的通孔8，流动性强的液态碳硅烷也能进入其中，并经固化后在内壁上形成第一保护层7。
以下通过实施例4，介绍使用本发明提供的工件处理方法，在通孔8的内壁加工第一保护层7的步骤。
实施例4
S4.1：覆盖：至少在静电吸盘的通孔8内壁覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于静电吸盘的通孔8内壁上。可以将静电吸盘的通孔8内壁浸没于液态碳硅烷溶液中，或将液态碳硅烷滴涂在静电吸盘的通孔8内壁上，也可以通过静电喷涂的方式在静电吸盘的通孔8内壁涂覆液态碳硅烷。覆盖液态碳硅烷时，可将静电吸盘以一定角度倾斜，利用液态碳硅烷的流动性，使之完全覆盖于静电吸盘的通孔8内壁、与组成静电吸盘的层叠结构紧密贴合。
S4.2：固化：将覆盖于静电吸盘的通孔8内壁上的液态碳硅烷固化，形成第一保护层7。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于静电吸盘的侧通孔8内壁上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为静电吸盘通孔8内壁的第一保护层7。
步骤S4.1和步骤S4.2可交替进行若干次，直至第一保护层7的形貌符合要求。步骤S4.2结束后，可对第一保护层7的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S4.1。
可以理解到，第一保护层7可直接加工在现有技术提供的静电吸盘上，也可设置于本发明实施例1、实施例2和/或实施例3提供的静电吸盘上。
静电吸盘长期暴露于等离子体环境中，当其上起到保护作用的硅胶、或覆盖的第一保护层7被等离子体侵蚀后，等离子体会进一步侵蚀静电吸盘，尤其是包含硅元素和铝元素的粘合层。被等离子体侵蚀后的粘合层形成的缺损包括多种形式。以实施例2制备的静电吸盘侧壁的第一粘合层2受侵蚀为例，如图6a所示，正常状态下，第一粘合层2均匀填充在基底1和绝缘层4之间，使基底1和绝缘层4之间不存在空隙，基底1、第一粘合层21、绝缘层4和第二粘合层22的侧面还可以涂覆有第一保护层7。如图6b所示，等离子体将第一保护层7腐蚀后，继续由静电吸盘的侧壁向静电吸盘的内部侵蚀第一粘合层21，使第一粘合层21形成由侧壁向内部凹陷的受损区域，基底1和绝缘层4之间存在空隙。实际上，第一粘合层21暴露于等离子体环境中的接触面，并不总是以平面或曲面的形式由侧壁向内部凹陷、形成图6b中整块的受损区域。无论是侵蚀发生之初，还是侵蚀的过程中，都有可能在接触面上形成微小的受损孔隙，或由接触面向内延伸，形成细长的受损通道。由于第一粘合层21和第二粘合层22分别连接于包含了加热器5的绝缘层4的两侧，当粘合层上有多种形式的缺损时，容易影响静电吸盘内部的热量交换，使静电吸盘的温度分布不均匀，进而影响晶圆的良率和机台量产的稳定性，还会造成静电吸盘骨质疏松、材料老化。通孔8的内壁受侵蚀，还容易导致气体泄漏。
如图6c所示，现有技术通常在缺损的位置填补硅胶，对缺损进行修复。对于整块的受损区域，当受损区域较深时，硅胶难以伸入。即使硅胶能够伸入，也仅能在1.0mm-2.0mm的范围内以多次补胶的方式修复。对于在粘合层与等离子体的接触面上形成的受损孔隙或受损通道，该类型的缺损尺寸很小，且受限于操作空间，难以通过涂覆硅胶的方式修复；半固态的硅胶流动性差，将硅胶涂覆在接触面的表层，硅胶也不能流动渗入受损孔隙或受损通道。将整块的受损区域填充后，在先前的接触面上形成的受损孔隙或受损通道会保留在粘合层内，影响静电吸盘的性能。由于待修复的粘合层厚度从70μm-90μm至200μm不等，更不适宜通过将受损的粘合层完全去除后再重新填充。
现有技术也采用涂覆氧化钇的方式修复缺损。但氧化钇需要通过离子溅射制程或高温蒸发制程在靶材上喷涂沉积，本发明的静电吸盘侧壁和通孔处的缺损尺寸很小，难以实现精准涂覆。
本发明提供的工件处理方法，还能够用于工件修复，尤其是针对静电吸盘等暴露于等离子体环境中、容易受到侵蚀的工件。
如图7和图8所示，以下通过实施例5，介绍使用本发明提供的工件处理方法修复静电吸盘受损区域的步骤。受损区域至少产生在静电吸盘的粘合层、环绕静电吸盘侧壁设置的硅胶或第一保护层7、静电吸盘通孔8内壁的粘合层、以及静电吸盘通孔8内壁设置的第一保护层7。
实施例5
S5.1：覆盖：至少在静电吸盘的受损区域覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于静电吸盘的受损区域上。覆盖液态碳硅烷的方式可以根据受损区域的作用、位置或形状来确定。可以仅将静电吸盘的受损区域浸渍在液态碳硅烷中，使液态碳硅烷填充至受损区域内；如图7所示，例如当受损区域为静电吸盘的侧壁时，由于沿侧壁的周向，可能存在多处连续或非连续的受损区域，浸渍过程中或浸渍后，可将静电吸盘倾斜一定程度，使液态碳硅烷在重力作用下，能够渗入并完全填充受损通道或受损孔隙。可以将静电吸盘整体浸没于液态碳硅烷溶液中，此时为了保护静电吸盘的上表面，可对静电吸盘的上表面加以遮蔽。可以将液态碳硅烷滴涂在静电吸盘的受损区域，如图8所示，由于通孔8的尺寸小，在修复位于静电吸盘通孔8内壁的受损区域时，优选采用滴涂的方式覆盖液态碳硅烷，即使滴涂工具不完全伸入通孔内，在重力作用下，利用液态碳硅烷的流动性，也能使液态碳硅烷由上至下流动覆盖在通孔8内壁上；同时以一定角度倾斜静电吸盘，使流动在通孔8内壁表面的液体，能够渗入通孔8内壁的缺损通道或缺损孔隙中。还可以通过静电喷涂的方式涂覆液态碳硅烷。
覆盖液态碳硅烷时，可采用微能量的超声工艺扰动液态碳硅烷，以使其具有更好的流动性，从而覆盖更深、更小的受损孔隙或受损通道。
S5.2：固化：将覆盖于静电吸盘的受损区域上的液态碳硅烷固化。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于静电吸盘受损区域上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，利用该功能层填补缺损，以修复受损区域。
步骤S5.1和步骤S5.2可交替进行若干次，直至功能层的形貌符合要求。步骤S5.2结束后，可对功能层的修复情况进行检查，以决定是否要再次进行步骤S5.1。
可以理解到，本实施例提供的修复方法，可用于修复现有技术中的静电吸盘，也可用于修复本发明实施例1、实施例2、实施例3和/或实施例4提供的静电吸盘上。修复完成后，可进一步利用实施例3和/或实施4提供的方法，在静电吸盘上加工第一保护层7。
修复前，受损的静电吸盘及粘合层如图9a和图9b所示。使用本发明提供的方法修复后，静电吸盘及粘合层如图10a和图10b所示。利用液态碳硅烷作为化学源，通过低温陶瓷化的方法修复粘合层的缺损，不受操作空间的限制。液态碳硅烷的流动性强，能够深入缺损的内部进行修复，并均一稳定地包覆在静电吸盘的侧壁或通孔的内壁，形成新的第一保护层7。
如图11所示，本发明还提供了一种等离子体处理设备，设备中的静电吸盘9由上述任意一种实施例获得。
除了上文描述的静电吸盘，ICP(Inductive coupled plasma)或CCP(Capacitivecoupled plasma)刻蚀腔内部还设置内衬，用于将等离子体约束在内衬内部，保护反应腔内壁不受等离子体腐蚀。内衬的表面在等离子体刻蚀过程中与等离子体接触。内衬表面材料和性能的变化会显著影响刻蚀工艺的稳定性。内衬通常为铝合金材料，内衬表面涂覆等耐等离子体腐蚀的涂层，以保持工艺的稳定性，延长使用寿命。
如图12和图13所示，内衬包括供反应气体流动的气体通道10和具有传热、密封功能的工艺面11。气体通道10包括进气口10a、气体扩散槽10b和出气口10c，出气口10c可以直接是贯穿气体扩散槽10b和工艺面11的孔状结构，也可以在孔状结构内设置喷嘴结构13，所述喷嘴结构13的出气端可以与工艺面11齐平，也可以设置突出于所述工艺面11一定距离，以实现对工艺气体的调节。内衬的工作温度能达到100℃，长时间使用会产生裂纹，使部件表面受损，腐蚀性气体还会对气体通道造成腐蚀，因此，通常在气体通道上涂覆耐腐蚀的高分子涂层，如特氟龙；对铝基工艺面进行阳极氧化处理后，采用等离子喷涂、物理气相沉积或原子层沉积等工艺涂覆耐等离子体腐蚀的含钇涂层，如Y2O3和/或YOF。由于气体通道与工艺面相连接，如图14所示，特氟龙(Teflon)涂层和含钇涂层也存在交界的连接处，该气体通道和工艺面的连接处12采用HAA面(硬质阳极氧化面)作为交接界面，并采用设计复杂的双道密封圈加以密封保护，其表面处理过程工艺复杂、成本高。如图15所示，该HAA交接界面在受到热冲击后容易开裂。
碳化硅具有耐腐蚀性、优异的高温强度、抗氧化性和化学稳定性，常用作刻蚀机台腔体材料。但Si-C键的高共价键和性和低自扩散性，纯SiC的烧结极为困难，只能通过高温高压的方式进行致密化。基于CH3Cl3Si或SiCl4/CH4化学合成碳化硅也需要在极高温度下进行，导致碳化硅材料在铝基部件表面的应用受限。
本发明提供的工件处理方法，以液态碳硅烷为原料，在较低温度下能够形成高致密的耐腐蚀碳化硅层。以下通过实施例6，介绍使用本发明提供的工件处理方法在内衬上形成涂层的步骤。
S6.1：覆盖：在内衬上覆盖液态碳硅烷，液态碳硅烷至少覆盖在内衬的气体通道10、工艺面11及气体通道和工艺面的连接处12。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于内衬上。可以将内衬浸没于液态碳硅烷溶液中，或将液态碳硅烷滴涂在内衬上，也可以通过静电喷涂的方式涂覆液态碳硅烷。可选地，内衬上凡是气体流经的区域，都覆盖液态碳硅烷。
在气体通道10和工艺面11上覆盖液态碳硅烷的方式可以相同或不同。可将液态碳硅烷灌入或滴入狭长的气体通道10，使液态碳硅烷流挂于其中；对于工艺面11则可通过喷雾热解工艺，将液态碳硅烷喷涂于工艺面11上。
在一些实施例中，内衬为铝材质。
在进行S6.1前，还包含将内衬的工艺面进行阳极氧化处理的步骤，液态碳硅烷至少覆盖于进行了阳极氧化处理的区域。
S6.2：固化：将覆盖于内衬上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于内衬上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为覆盖于内衬上的涂层。
步骤S6.1和步骤S6.2可交替进行若干次，直至功能层的形貌符合要求。步骤S6.2结束后，可对功能层的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S6.1。多次循环后，最终在气体通道10、工艺面11及气体通道和工艺面的连接处12形成无间隙、无死角的陶瓷化高致密的耐腐蚀碳化硅层。
在进行S6.2后，还包含在工艺面11的功能层上，通过等离子喷涂、物理气相沉积或原子层沉积等工艺设置耐腐蚀的第二保护层的步骤。第二保护层包含稀土材料，例如Y2O3和/或YOF等。第二保护层能够进一步加强内衬的耐腐蚀性能和生命周期，从而满足纳米级刻蚀、甚至原子级刻蚀对部件表面处理的界面工程需求。
使用实施例6提供的方法所获得的内衬，其气体通道10、工艺面11及气体通道和工艺面的连接处12均覆盖了高热导率、耐热冲击、耐强腐蚀性的碳化硅膜，内衬表面的结构完整，在高于100℃的热冲击/热循环条件下也不易开裂，保证了内衬在极端条件下的可靠性和稳定性。气体通道10和工艺面11覆盖碳化硅膜后，气体通道和工艺面的连接处12无需进行额外的密封处理也能实无间隙地连接，不存在交界面。气体通道10的表面不再覆盖特氟龙涂层，避免了在气体通道上高温(380℃)制备特氟龙造成的能量损耗，也减少了由于热冲击而对大尺度部件造成的微变形、微翘曲。
本发明还提供了一种等离子体处理设备，设备中的内衬由实施例6获得。
ICP或CCP刻蚀设备通过供气系统输入和排放各类工艺气体，其中包括一些腐蚀性气体。如图16所示，供气系统由长径比很大的不锈钢管道、连接管道的接头和设置于管道上的管件组成。管件包括例如阀门、流量计等动件和不动件。在刻蚀设备运行过程中，腐蚀性气体流经供气系统时，对供气系统的各个组成部分都会造成腐蚀，引起金属和颗粒污染，进而污染晶圆，影响刻蚀精度和良率。在每个预防性维护(Preventive Maintenance)过程，连接腔室的不锈钢管道都需要更换，耗时长、成本高。通常在管线内壁涂覆硅/氧化硅涂层或氟基柔性高分子涂层来抵抗腐蚀。硅或氧化硅涂层存在本征脆性问题，在特定高温场景下使用后由于长时间的热冲击容易老化；氟基高分子涂层容易刮擦损伤，接头或动件会因摩擦产生颗粒，污染机台。
由于液态碳硅烷形成的包含碳化硅的功能层耐腐蚀、耐摩擦，本发明提供的功能层涂覆于供气系统，作为保护供气系统的涂层，使供气系统能够抵抗腐蚀性气体的腐蚀，降低因摩擦产生的颗粒。
以下通过实施例7，介绍使用本发明提供的工件处理方法，在供气系统的管道内壁形成涂层的步骤。
实施例7
S7.1：覆盖：在刻蚀设备的管道内壁上覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于管道内壁上。可以将管道浸没于液态碳硅烷溶液中，使液态碳硅烷充斥于管道内，或将液态碳硅烷滴涂在管道内壁上，也可以通过静电喷涂的方式覆盖液态碳硅烷。
在一些实施例中，可将管道竖起，向管道内灌入或滴入液态碳化硅。此时，由于流体力学效应，靠近管壁的液体流速最慢，溶液与管壁摩擦，速度逐渐将至0，从而在管壁处均匀流挂液态碳化硅，使液态碳化硅充分覆盖于管道内壁上。远离管壁、靠近管道中心处的液体流速最大，最终会流出管道。
S7.2：固化：将覆盖于管道内壁上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于管道内壁上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，此时，在S7.1中停留在管道内壁上的液态碳化硅经固化后，留在管壁表面，形成包含碳化硅的纳米级别的功能层，作为保护管道内壁的涂层。
步骤S7.1和S7.2可交替进行若干次，直至功能层的形貌符合要求。步骤S7.2结束后，可对功能层的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S7.1。初期的碳化硅功能层为网格状，经过多次反复操作，在光滑的不锈钢管道内壁形成多层致密的耐腐蚀、耐摩擦的碳化硅涂层。
由于接头用于连接相邻不锈钢管道，使用实施例7提供的工件处理方法也可在接头的内壁形成碳化硅涂层，以保护接头内壁不受腐蚀。
以下通过实施例8，介绍使用本发明提供的工件处理方法，在供气系统的动件内壁形成涂层的步骤。
S8.1：覆盖：在刻蚀设备供气系统的动件内壁上覆盖液态碳硅烷。
在室温条件下，将液态碳硅烷覆盖于供气系统的动件内壁上。可以将动件浸没于液态碳硅烷溶液中，或将液态碳硅烷滴涂在动件内壁上，也可以通过静电喷涂的方式覆盖液态碳硅烷。
在一些实施例中，动件为测量腐蚀性气体流量的流量计，或调节腐蚀性气体流速的阀门。
S8.2：固化：将覆盖于刻蚀设备供气系统的动件内壁上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
在室温至120℃的条件下，将覆盖于动件内壁上的液态碳硅烷固化。加温固化的过程中，液态碳硅烷中的碳和氢受热挥发，形成包含碳化硅的功能层，作为保护动件内壁的涂层。
步骤S8.1和S8.2可交替进行若干次，直至功能层的形貌符合要求。步骤S8.2结束后，可对功能层的形成状态进行检查，以决定是否要再次进行步骤S8.1。
上述实施例7和实施例8提供的方法，在刻蚀机台供气系统的管道、接头或管件上，将液态碳化硅陶瓷化，形成碳化硅保护层。该碳化硅涂层更加致密，耐腐蚀、耐蚀刻、耐磨性优异，且覆盖性高、厚度均匀、热传导效率高。避免了不锈钢管道、接头和管件内部的腐蚀，对于经常产生动摩擦的动件，能够防止动件因动摩擦而造成的损伤，避免摩擦产生的金属颗粒污染机台。
本发明还提供了一种等离子体处理设备，设备中的供气系统由实施例7和实施例8获得。
综上所述，本发明提供了一种工件处理方法，采用液态碳硅烷作为化学源，经过覆盖和低温固化，在工件上形成包含碳化硅的功能层。该功能层耐腐蚀、耐刻蚀、耐磨；致密、厚度均匀、热传导效率高、粘度高，能够加工在等离子体刻蚀装置的多个工件上，起到保护、粘合等作用。由于该方法的使用不受操作空间的限制，对于尺寸微小的缺损也能填充修复，当工件中的功能层或粘合层等结构受损时，可以通过本发明提供的工件处理方法修复缺损。经修复后的工件，使用寿命更长，能够克服在长时间热冲击进而老化后，可能造成材料的本征脆性问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (28)

1.一种工件处理方法，其特征在于，包括：
覆盖：在工件上覆盖液态碳硅烷，所述液态碳硅烷至少覆盖在所述工件的待处理位置；
固化：将覆盖于所述工件上的液态碳硅烷固化，形成功能层。
2.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，所述功能层包含碳化硅。
3.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，在室温下，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷。
4.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，在室温至120℃下，将覆盖于所述工件上的液态碳硅烷固化。
5.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，所述覆盖步骤和所述固化步骤交替进行若干次。
6.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷的方法为浸渍。
7.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，在所述工件上覆盖所述液态碳硅烷的方法为喷涂。
8.如权利要求1所述的工件处理方法，其特征在于，所述工件为用于等离子体环境中的工件。
9.一种静电吸盘，其特征在于，包含层叠的基底、粘合层和陶瓷层，所述粘合层设置于所述基底和所述陶瓷层之间；通过如权利要求1-8任意一项所述的工件处理方法加工所述静电吸盘，所述待处理位置为待设置所述粘合层的相邻结构之间；覆盖的所述液态碳硅烷经固化后，在所述相邻结构之间形成所述功能层，作为所述静电吸盘的粘合层。
10.如权利要求9所述的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘还包括绝缘层，所述粘合层包含第一粘合层和第二粘合层，所述第一粘合层设置于所述基底和所述绝缘层之间，所述第二粘合层设置于所述陶瓷层和所述绝缘层之间。
11.如权利要求9或10任意一项所述的静电吸盘，其特征在于，所述待处理位置还包括所述静电吸盘的侧壁，使所述液态碳硅烷覆盖于所述静电吸盘的外围，经固化后，在所述静电吸盘的侧壁形成所述功能层，作为第一保护层，以保护所述静电吸盘的侧壁。
12.如权利要求9或10任意一项所述的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘设有通孔，用于容纳气体和/或升降顶针；所述待处理位置还包括所述通孔的内壁，使所述液态碳硅烷覆盖于所述通孔的内壁，经固化后，在所述通孔的内壁形成所述功能层，作为第一保护层，以保护所述通孔的内壁。
13.如权利要求9或10任意一项所述的静电吸盘，其特征在于，所述待处理位置还包括所述静电吸盘经等离子体侵蚀后的受损区域，使所述液态碳硅烷覆盖于所述静电吸盘的受损区域，经固化后，在所述受损区域上，形成所述功能层，以修复缺损。
14.如权利要求13所述的静电吸盘，其特征在于，所述受损区域包括：
所述粘合层；和/或
在所述静电吸盘外壁形成的第一保护层；和/或
在所述通孔内壁形成的第一保护层。
15.如权利要求13所述的静电吸盘，其特征在于，所述受损区域的形状为贯入的通道或孔隙。
16.如权利要求13所述的静电吸盘，其特征在于，所述受损区域包含硅和/或铝。
17.一种等离子体处理装置，包括一反应腔，其特征在于，所述反应腔内设置如权利要求9-16任意一项所述的静电吸盘。
18.一种内衬，其特征在于，通过如权利要求1-8任意一项所述的工件处理方法加工所述内衬，所述待处理位置至少包括所述内衬的气体通道、工艺面及二者的连接处，在所述待处理位置上形成所述功能层。
19.如权利要求18所述的内衬，其特征在于，所述工艺面包含铝材料。
20.如权利要求19所述的内衬，其特征在于，在向所述工艺面覆盖所述液态碳硅烷前，对所述工艺面进行阳极氧化处理，所述液态碳化硅覆盖在所述工艺面的阳极氧化区域上。
21.如权利要求18所述的内衬，其特征在于，在所述工艺面上形成所述功能层后，在所述功能层上设置第二保护层。
22.如权利要求21所述的内衬，其特征在于，所述第二保护层包含稀土材料。
23.如权利要求22所述的内衬，其特征在于，所述第二保护层包含Y2O3和/或YOF。
24.一种等离子体处理装置，包括一反应腔，其特征在于，所述反应腔内设置如权利要求18-23任意一项所述的内衬。
25.一种供气系统，其特征在于，所述供气系统至少包括管道、接头或管件中的任意一种或几种，所述管道用于输送腐蚀性气体，所述接头设置于相邻管道之间，所述管件设置于所述管道上，通过如权利要求1-8任意一项所述的工件处理方法加工所述供气系统，所述待处理位置至少包括所述管道、接头或管件中任意一种或几种的内壁。
26.如权利要求25所述的供气系统，其特征在于，所述供气系统为不锈钢材质。
27.如权利要求25所述的供气系统，其特征在于，所述管件包括流量计和/或阀门。
28.一种等离子体处理装置，包括一反应腔，其特征在于，所述反应腔内设置如权利要求25-27任意一项所述的供气系统。
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