TWI357621B - Method for removing a composite coating containing - Google Patents

Description

1357621 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於從陶瓷基板移除塗層之方法，且 更明確而言係關於一種從陶瓷基板之表面移除包含钽及鋁 層之合成塗層而不會不利地影響下方陶瓷基板之方法。 【先前技術】 半導體器件之製造需要矽晶圓的表面及本體之大量的化 學處理。此處理一般涉及如擴散、氧化及沈積之化學反應。籲 對於涉及沈積之過程，諸如多晶矽、氮化矽及二氧化矽的 介電材料經由適當之化學方法而沈積於晶圓之表面上。在 沈積應用中’來自諸如目標、氣體入口歧管及其類似物之 源的物質可沈積於曝露的内腔室表面上，包含腔室壁及硬 體。沈積環經設計以截取此雜散物質。經長期使用後，該 沈積環降級且必須定期取代以保證該沈積設備之最佳效 能。 沈積環一般由塗覆有金屬層的陶瓷基板組成。該金屬層 0 提供一雜散物質可易於沈積於上方的表面。金屬層一般由 具有與陶瓷基板之有限反應性、抗腐蝕且牢固黏著於基板 亚具有經濟競爭力的金屬組成。鋁為與此等要求精密匹配 之金屬。鋁層一般電弧喷塗於陶瓷基板上並增強了（例如） 钽沈積物或其它沈積物之黏著力，藉此改良沈積環之效 能。基於金屬之頂層一般由作為沈積物質的鈕組成，該沈 積物質於+導體製造中在使用沈積S時經由真空沈積而沈 積0 95369.doc 2沈積環對沈積物質（此實例中為旬的持續曝露將使 罩受到污染且降級至其不再起作用的程度。隨後受到 W且Μ的屏必須以新的—個屏蔽罩進行取代。可 整修（refurblsh)用過的㈣屏蔽罩以減少沈積設備之維護 成t I地’用過的陶瓷環藉由首先從陶瓷基板移除該 H等）金屬層來處理。該（該等）舊金屬層-般藉由將沈積環 二氫氧化卸的熱 >谷液中來移除。氫氧化鉀溶液溶解銘 層：藉此將钽層進行底切。儘管氫氧化鉀溶液對於移除該 (該等）舊金屬層是有用的’但是其亦具有損壞陶究基板之表 面的傾向藉此弱化了初始金屬層至陶瓷基板之黏結導致 不良的分層與剝離。 因此，需要研發-種方法用於從陶瓷基板之表面移除金 屬層而不會扣壞該陶瓷基板以保證不出現再塗覆金屬層之 分層。進-步需要研發一種方法用於從陶曼基板之表面移 除金屬層同％增強陶瓷基板之表面以用於隨後之再塗覆。 【發明内容】 本發明一般而言係關於一種從陶瓷基板之表面移除金屬 層之方法。本發明之方法提供一對陶瓷基板之表面具有極 少或完全沒有損壞的移除金屬層之有效過程。該方法進一 步在一較佳實施例中提供了增強且製備該陶瓷基板之表面 以用於隨後新金屬層之塗覆從而促進了它們之間改良的黏 結或黏著之益處》本發明之方法係關於有助於移除金屬層 之包含強酸之溶液的使用。發明者發現較佳之強酸為鹽酸 (HC1) ’此係因為此酸不會對陶瓷基板造成進一步的顯著損 95369.doc 1357621 壞。在該較佳實施例中，該方法進一步係關於熱處理陶曼 基板以退火避免（anneal out)任何可出現於該表面上之缺點 或先前存在之損壞，且進一步移除其上的任何雜質或污染 物。 本發明之方法較佳在陶瓷基板上進行，例如在陶瓷基板 上具有由紹層組成之合成層的沈積環。在半導體製造中在 使用沈積環時，组金屬一般沈積於|g層上。在本發明之一 較佳實施例中，將鋁金屬電弧喷塗於陶瓷基板之表面上。 在本發明之一態樣中，提供了一種從陶瓷基板之表面移 除金屬層之方法，其中該方法包括將塗覆有由至少一種金 屬形成之該（該等）金屬層的陶瓷基板在強酸溶液中浸沒足 夠時間以從該基板至少大體上移除該金屬層的步驟。 在本發明之一特定態樣中，提供一種從陶瓷基板之表面 移除金屬層的方法，其中該方法包括以下步驟： 將塗覆有由至少一種金屬形成之金屬層的陶瓷基板在濃 度高達3 1 %的鹽酸溶液中浸沒足夠時間以從該基板至少大 體上移除該金屬層； 從該強酸溶液中移除該陶瓷基板；及 在一預定溫度下將該陶瓷基板退火一段時間以至少減少 經由退火造成的該陶瓷基板之表面十的損壞或缺陷。 在本發明之另一態樣中，提供了 一種整修沈積環之方 法，該沈積環包括塗覆有金屬合成層之陶瓷基板，該金屬 亡成層具有一接觸陶瓷基板之表面的紹層，及一接觸且覆 蓋鋁層之鈕層，其中該方法包括以下步驟： 95369.doc 1357621 將塗覆有由至少一種金屬形成之金屬層的陶瓷基板在濃 度高達約3 1%的HC1溶液中浸沒足夠時間以從該基板至少 大體上移除該金屬層； 從該強酸溶液中移除該陶瓷基板； 用水漂洗該基板； 將該基板浸沒於HNO3及HF的酸性浸泡劑中. 用水漂洗該基板；及 在-預定溫度下將該陶兗基板在一烘箱内乾燥一段時間 以使基板乾燥。 下面參考圖式詳細描述本發明之各種實施例，其中相似 的項目藉由相同的參考編號進行標識，其中： 【實施方式】 本發明涉及-種用於從陶£基板移除基於金屬之合成層 的方法。在—較佳實施例中，本發明之方法增強合成層二 移除，同時大體上改良或至少保持下方㈣基板之表面品 質以用於隨後新的基於令屬夕人# a 通仇W 7丞7、金屬之合成層的再塗覆。本方法之 各種實施例避免了一般與先前技術移除方法相關的對陶兗 基板之表面的損壞。已進—步發現本發明之較佳方法用於 改善陶竞基板先前存在的表面損壞或缺點。本發明之方法 在其實施财提供了 m以有效地Μ本有效地製備 :吏用過的陶曼基板以用於整修與更新，該方法如彼等與在 造+導體器件時矽晶圓之處理相關的方法。在一實施例 I’陶究基板形成沈積環之零件（未圖示），但本發明並不揭 、於此且可適用於從多個其它零件移除基於金屬之合成或 95369.doc 1357621 個別層。 半導體益件之製造包含使用真空沈積過程以用於將塗層 尤積於石板上。該沈積過程在使氣相沈積於所要的 基板上時可為物理過程，或在使氣相經過所要的基板且表 面士發生化學反應時可為化學過程。氣相之使用總會使源 材料漂移遍佈沈積設備之處理腔室，需要使用沈積環來減 t源材料在各種組件上之沈積。結果，沈積不僅出現於目 私基板上，而且出現於諸如沈積環自身的曝露組件上。钽 2典型的源材料。另外，該處理—般會使料組件之表面 迎著T間的逝去而降級且重複使用至該組件不再運作的程 度’因此需要取代且整修該耗盡.的組件。將新的或經整修 的沈積環，鋁層位於陶瓷基板上，提供給半導體製造者。 在使用期間’ Μ沈積於m，且隨著時間的逝去會降低相 關沈積環之效率。 在本發明之一態樣中，提供了一種從陶瓷基板之表面移 除金屬層之方法’纟中該方法包括將塗覆有由至少一種金 屬形成之金>|層的陶£基板在濃度高達31%的鹽酸（脆)溶 液中浸沒-段時間以從該基板至少大體上移除該金屬層的 步驟。在—較佳實施例中，本方法在塗覆有合成金屬層之 陶瓷基板上進行’該合成金屬層包括一鋁層及一覆蓋於鋁 層上的鈕沈積層。 、在本發明之另一態樣中，提供了 一種整修沈積環之方 法該/尤積衩包括塗覆有金屬合成層之陶瓷基板，該金屬 一成a八有接觸陶瓷基板之表面的鋁層，及一接觸且覆 95369.doc 1357621 蓋銘層之组沈積層，龙中兮古土 τ該方法包括以下步驟： 將塗覆有金屬合成層陶 之闹尤丞扳在浪度尚達31%的UC1 溶液中浸沒一段時間以产兮且 從該基板至少大體上移除該金屬 層； 從該強酸溶液中移除該陶瓷基板；及 用一新金屬層塗覆該陶瓷基板。 參考圖1，大致展示了本發 J尽發明之較佳實施例的步驟。此 等步驟依次包含：將塗霜右冬屬 震覆有金屬的陶瓷基板浸沒於鹽酸 (HC1)的酸_性浸泡劑2中以你兮w· Ir a . 扣1ί7以從該基板剝離或溶解單個或合成 金屬塗層，在漂洗溶液4中^ 甲不/光該基板，用吹風乾燥器6乾 燥該基板；在窯8中將該基板在高溫下退火；且經由塗覆系 統10用理想金屬再塗覆該基板。在此實例中，理想金屬為 銘，但本發明之此說明並非意謂著限制為使用㉟。下面給 出某些此等步驟的進一步細節。 在圖2甲展示了轉明之、一第二實施例，其次於圖i之實 施例。在第二實施例中沒有使用窯8的第一實施例之退火步 驟，必須使用額外步驟，正如圖所示。注意第二實施例之 前兩個步驟及最後的步驟與圖丨之較佳實施例的前兩個步 驟及最後的步驟相同。第二實施例之依次步驟包含：將塗 覆有金層的陶瓷基板浸沒於HC1酸性浸泡劑2中；將剝離了 金屬層之基板浸沒於漂洗溶液4中；將該基板浸沒於硝酸及 氫氟酸浸泡劑7中；用吹風乾燥器6乾燥該基板；在超音波 漂洗劑12中漂洗該基板；用吹風乾燥器6乾燥該基板；在焕 箱14中烘烤該基板；且經由塗覆系統1〇用理想金屬再塗覆 95369.doc •11- 1357621 該基板。下面給出某些此等步驟的進一步細節。 進一步參考圖1，說明了簡化之方塊圖以展示執行本發明 之較佳方法的基本組件及步驟。本發明之較佳方法利用包 含酸性剝離溶液之酸性浸泡劑2，該酸性剝離溶液經調配以 用於經由剝離或溶解該（該等）金屬層離開陶瓷基板之表面 而移除或剝離金屬合成層，同時將陶瓷基板之表面保持為 大體上完好狀態。該酸性剝離溶液由強酸之含水混合物組 成，較佳為鹽酸。較佳酸性剝離溶液包含高達31體積％之籲 i馱且更佳為約3 1體積％之鹽酸。該酸性剝離溶液非常 適合移除該（該等）金屬層，舉例而言，其可由覆蓋陶瓷組件 之鋁及鈕的合成物組成。已發現使用大約31%之Hci的本發 . 明之酸性剝離溶液易於移除或剝離該（該等）金屬層，而不會 對下方陶瓷基板造成任何明顯損壞。 如前面所指出，本發明之一應用係針對於一般用於沈積 設備中之沈積環組件的陶瓷基板上耗儘或用過的金屬合成 層之整修。一般地，該金屬合成層包括一覆蓋一黏結至陶 籲 瓷基板表面之鋁層的鉅層（例如，在半導體製造中在使用沈 積環時所沈積）。最初將耗儘之沈積環浸沒於包括有包含酸 性剝離溶液之酸性浸泡劑2的酸性浸泡劑貯槽中。較佳的， 該耗儘之沈積環懸浮於酸性浸泡劑貯槽中，舉例而言，此 可稭由使用普通吊鉤（hanger hook)(未圖示）來完成。沈積環 保持浸沒足夠時間以容許酸性剝離溶液剝離或溶解該金屬 層。酸性浸泡劑2之溫度保持為約周圍溫度。通常沈積環在 酸性剝離溶液或浸泡劑2中浸沒自約15分鐘至約丨小時變化 95369.doc -12- 1357621 之時期。然而，浸沒時間並非受 金屬合成層的厚度及合成物而變化。 可視将移除之 =將沈積環在漂洗溶液〇漂洗且移除以從現在大體 二路之陶，基板之表面移除任何酸性剝離溶液及/或污 二中::1由將沈積環浸沒於包含靜態漂洗溶液4之漂洗 該靜態漂洗溶液4為水。將沈積環在靜態漂 洗浴液钟以足㈣間’—般為自約三十 鐘 移除殘留物。 β ^ w 隨後將沈積環從靜態漂洗溶液4中移除且用去離子水喷 射漂洗以移除任何可能仍存在於其表面上之殘留物…經 喷射漂洗，其後就將沈積環浸沒於溢出(。verfl〇w)漂洗貯槽 (未圖不）中。根據需要重複沈積環在漂洗溶液4中之漂洗直 至沈積裱在其表面上不再包含任何可干擾隨後為整修該組 件之再塗覆過程的殘留物。 在本發明之此較佳實施例中，該沈積環藉由使其在窯8 中經受受控温度勻變（ramp)來進行熱處理。該熏8可藉由習 知商用g而提供。已發現此熱處理步驟經由退火而從陶曼 基板之表面移除或消除任何缺點或先前存在之損壞。此 外，使沈積ί衣經受熱處理發生氧化且從其表面驅散有機殘 留物及污染物。 在進行退火步驟時，在該窯8中 以約122°F/小時之加熱勻 變率（ramp rate)將沈積環自約302T加熱至一溫度。保持該 溫度約一小時。其後以約212Τ/小時之加熱勻變率將沈積環 加熱至約752卞之溫度。其後，以約347^Λ〗、時之加熱勻變 95369.doc -η- 1357621 率將沈積壞加熱至約1652卞之溫度。保持該溫度約7小時β 7小^後’使沈積環以約負210Τ/小時之冷卻勻變率冷卻至 約100°F之溫度。 在圖2之實施例中’如前所述，將使用硝酸/氫氟酸浸泡 劑或/合液7之酸性漂洗步驟持續5至丨〇分鐘以從該基板移除 污點發明者發現包含等份（各三分之一）水、^11?及11]^〇3的 酸性浸泡劑7移除污點，同時最小化對基板之損壞。然而， 使用該冷液可損壞基板，且只要可能就應避免，尤其是當 該基板可經由使用(例如)窯或其它退火器件退火時。 進步參考圖2之貫施例，在浸沒於酸性浸泡劑7之後， 尤積m於漂洗溶液9(意即，靜態漂洗及/或溢流漂洗 :n)中以增強任何殘留物、污染物及其類似物之移除。 隨後經由吹風乾燥器6乾燥沈積環或陶竟基板，接著使用習 知超音波清潔裝置浸沒於超音波漂洗劑12中。其後，經由 使用吹風乾燥器6使沈積環或陶竞基板部分乾燥。隨後將沈 ::置放於處於約在250卞之溫度的烘箱14中約一小時以 完=乾燥該基板。所使用之烘箱14可為任何彼等可講得之 π力乂研相 、…、υ 1 人，就马以塗覆牵 -㈣用金屬層再塗覆而準備該沈積環或陶莞基板。塗覆系 統10可涵蓋塗覆金屬層或塗層之技術中熟知之任何入適的 线系統，包括但不限於雙線電弧噴塗系統。在本發明之 ::施例中，最初經由合適方法用紹塗覆沈積環以產生一 八有所要厚度、硬度、㈣度及㈣強度條件之_ 95369.doc 1357621 塗層可經由使用包括尤其在此項技術中廣泛熟知之雙線電 狐噴塗系統的熱喷塗系統而進行塗覆。該沈積環現已經整 修，且準備安裝於主設備中以運行。 儘管已展示且描述了本發明之各種實施例，但並非意謂 著限於該等實施例。熟悉此項技術者可意識到對此等實施 例之各種修改，該等修改將由附加中請專利制之精神及 範_所涵蓋。例如，本發明不限於使用塗覆有金屬的陶究 沈積環，且可用於從其它基於陶瓷之組件或零件移除金屬 塗層。同樣，可使用除HC1以外之其它強酸，但發明者發現 其與HC1不同，會促使陶瓷基板降級。發明者亦意識到若使 用較低溫度及/或低於約31% HC1i酸濃度，則該處理時間 "T月b過長同樣，若使用較咼溫度及/或高於高達31 % HC1 之較高酸濃度，則可損壞陶瓷基板或組件。 【圖式簡單說明】 【主要元件符號說明】 圖1係本發明之一較佳實施例之簡化方塊圖；及 圖2係本發明之另一實施例之簡化方塊圖。 2 HC1酸性浸泡劑V酸性浸泡齊j 4 漂洗溶液 6 吹風乾燥器 7 硝酸/氫氟酸浸泡劑 8 窒 9 漂洗溶液 10 塗覆系統 95369.doc 1357621 12 超音波漂洗劑 14 烘箱

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Claims (1)

1. 月(Γ\日修，赍，正本 、申請專利範圍： 一種從一陶瓷基板之表面移除一今 人窗人 于金屬合成層的方法，該 金屬&成層具有一鋁層與沉積在該 χ 兮士、增上之—金屬層， 該方法包括： 將塗覆有該金屬合成層之# 乂滑之忒陶瓷基板在以體積計 南達約3 1〇/。的鹽酸酸性溶液中浸沒— 次文奴時間，以從該基板 大體上移除該金屬合成層；以及 在接續該浸沒步驟之後，將該陶瓷基板在一預定 溫度下充分退火’以至少減少該陶究基板表面中先前存 在之損壞。 2.如咕求項丨之方法，其中該鋁層與該陶瓷基板接觸，且沉 積在該鋁層上之該金屬層為一鈕沈積物。 3·如請求項2之方法，其中將該陶瓷基板退火之步驟是在一 寞中執行。 4’如晴求項1之方法，其中該退火步驟進一步包括使用至少 —預定加熱勻變率使該溫度勻變。 5·如清求項3之方法，其中該退火步驟進一步包括使用至少 —預定加熱勻變率使該溫度勻變。 17 1357621 6·如請求項1之方法，其進一步包含在該浸沒步驟之後，將 該基板浸沒於包含硝酸（11]^〇3)及氫氟酸（HF)溶液之一酸 性浸泡劑中以移除污點的步驟。 7. 如請求項6之方法，其中該酸性浸泡劑包含等份水、确酸 及氫氟酸。 8. 如請求項4之方法’其中該勻變步驟進一步包括： 以約122T/小時之一第一加熱勻變率加熱至一約3〇2卞 之第一溫度； 保持該第一溫度約一小時； 以約212T/小時之一第二加熱勻變率加熱至一約752卞 之第二溫度； 以約347卞/小時之一第三加熱勻變率加熱至一約 1652°F之第三溫度； 保持該第三溫度約7小時；及 容許以約負21 0T/小時之一冷卻勻變率冷卻至一約 100°F之第四溫度。 9. 如請求項5之方法，其中該勻變步驟進—步包括： 以約122T/小時之一第〆加熱勻變率自約302T加熱至 一第一溫度； 保持該第一溫度約一小時； 18 叫621 以約212°F/小時之一第二加熱勻變率加熱至一約752°F 之第二溫度； 以約347T/小時之一第三加熱勻變率加熱至一約 1652°F之第三溫度； 保持該第三溫度約7小時；及 容許以約負210°F/小時之一冷卻勻變率冷卻至一約 100°F之第四溫度。 10·如請求項5之方法，其中該勻變步驟進一步包括： 以約122V/小時之一第一加熱勻變率加熱至一約3〇2下 之第一溫度；及 保持該第一溫度約一小時。 U·如請求項1〇之方法，其中該勻變步驟進一步包括： 以約212V/小時之一第二加熱勻變率加熱至一約752卞 之第二溫度。 如請求項丨丨之方法，其中該勻變步驟進一步包括·· 以约347 F/小時之-第三加熱勾變率加熱至一約 1652°F之第三溫度；及 保持該溫度約7小時。 如請求項12之方法，立中兮 八〒6亥勻變步驟進一步包括： 容許以約負210T/小時之一 A 冷部勻變率冷卻至一約 19 1357621 100°F之第四溫度。 14 15. 16. 一種從一陶瓷基板之該表面移除一金屬合成層的方法， 該金屬合成層具有一鋁層與沉積在該鋁層上之一金屬 層，該方法包括以下步驟； 將塗覆有由一種金屑形成之該金屬合成層的該陶究基 板在一酸性溶液中浸沒一段時間，以從該基板移除至少 一部分的該金屬合成層；及 在該浸沒步驟之後將該陶瓷基板在一高溫下充分退 火，以至少減少該基板之表面中先前存在的損壞，該退 火步驟使用一加熱勻變率，其包含： 以約122卞/小時之一第一加熱勻變率加熱至3〇2卞之 第一溫度；及 保持該第一溫度一小時。 如》月求項14之方法，其中該酸性溶液包括以該溶液之體 積比計濃度高達3 1%之鹽酸。 如請求項14之方法，其中該勻變步驟進一步包括： 以’’勺212 F /小時之一第二加熱勻變率加熱至一約7 $ 2卞 之第二溫度。 •如請求項16之方法，其中該勻變步驟進一步包括： 以約347T/小時之一第三加熱勻變率加熱至一約 1357621 1652°F之第三溫度；及 保持該第三溫度約7小時。 18.如請求項π之方法，其中該勻變步驟進—步包括： 容許以約負21〇T/小時之一冷卻勻變率冷卻至一約 l〇〇°F之第四溫度。 19_如請求項14之方法’其中該勻變步驟進—步包括： 以約12YF/小時之一第一加熱句變率自約3〇2卞加熱至 一第一溫度； 保持該第一溫度約一小時； 以約21YF/小時之一第二加熱勻變率加熱至一約752卞 之第二溫度； 以約347V/小時之一第三加熱勻變率加熱至一約 1652°F之第三溫度； 保持該第三溫度約7小時；及 容許以約負210°F/小時之一冷卻勻變率冷卻至—約 100°F之第四溫度。 20. —種整修一沈積環之方法，該沈積環包括一塗覆有—金 屬合成層之陶瓷基板’該金屬合成層具有一接觸該陶竟 基板之表面的铭層及一沈積於該紹層上之纽芦，琴 、 ^ 万法 包括以下步驟： 將塗覆有該金屬合成層之該陶瓷基板在以體積計高達 21 1357621 31/。之鹽酸（HC1)溶液申浸沒—段時間，以從該基板移除 至少一部分的該金屬合成層； 從該酸性溶液中移除該陶瓷基板； 在一漂洗溶液中漂洗該陶瓷基板； 乾燥該基板； 將該陶竞基板在一預定溫度下退火一段足夠時間，以 至少減少該陶瓷基板表面中之損壞或缺陷；及 用一新金屬層塗覆該陶瓷基板。 21. 如請求項20之方法，其進一步包括在該漂洗步驟之後， 將該基板浸沒於HNO3及HF的酸性浸泡劑溶液中以移除 污點之步驟’其後進行另一漂洗步驟。 22. 如請求項21之方法，纟中該酸性浸泡劑溶 H2〇、HN〇3 及 HF。 23.如請求項21之方法，其進一步包括在該塗覆步 在一預定溫度下將該基板乾燥一段預定時間之 驟之前， 步驟。

   且該預定 24.如請求項23之方法，其中該預定溫度為卞 時間為約一小時。 25.如請求項2〇之方法，纟中該退火步驟進_步包括使用至 少一預定加熱勻變率使該溫度勻變。 22 1357621 26.如請求項25之方法，其中該勻變步驟進一步包括： 以約122°F/小時之一第一加熱勻變率自約302°F加熱至 一第一溫度； 保持該第一溫度約一小時； 以約212°F/小時之一第二加熱勻變率加熱至一約752°F 之第二溫度； 以約347°F/小時之一第三加熱勻變率加熱至一約 1652°F之第三溫度； 保持該第三溫度約7小時；及 容許以約負210°F/小時之一冷卻勻變率冷卻至一約 100°F之第四溫度。 23