一种静电吸盘胶层原位修复方法

技术领域

本发明涉及静电吸盘技术领域，具体地涉及一种静电吸盘胶层原位修复方法。

背景技术

静电吸盘（ElectroStatic Chuck，以下简称ESC）所使用的静电吸附技术是一种替代传统机械夹持、真空吸附方式的优势技术，在半导体、面板显示、光学等领域中有着广泛应用。ESC的基本原理是异向电荷之间相互吸引，即晶圆与电极之间通过不同种电荷之间的库仑力相互吸引，使晶圆稳定在电极上。

目前，应用于刻蚀等含有腐蚀性气体的工艺过程中的ESC，其主要结构包括三大部分：上部的陶瓷层、下部的铝基座和将前两者粘合在一起的中间层—胶层。铝基座内包含有水路、气路、电路等等结构，同时还有连接至陶瓷层的电极，用于产生静电作用。陶瓷层主要为氧化铝或氮化铝陶瓷。胶层主要为硅胶，厚度在20-100μm。胶层不仅是粘结上下两者，同时还起着均匀导热的作用。

因为ESC使用环境具有腐蚀性，虽然会有配套的防护组件，但是，长时间使用下来，不可避免还是会对静电吸盘本体有一定的腐蚀。由于陶瓷层本身具有一定的耐腐蚀性、同时铝基座虽然是金属，但表面做了阳极氧化处理也具有一定的耐腐蚀性，所以最受影响的是胶层，胶层在使用过程中会被从外向内进行腐蚀，使得陶瓷层和基座之间出现胶层缺陷，胶层被部分腐蚀后，其导热均匀性将不能得到保证，从而极大地影响了晶圆的刻蚀合格率。

为了解决上述问题，行业内也已经做了很多的努力，比如不断增加保护组件的精度及改进结构，从而更加有效地保护胶层不被腐蚀，但是，却始终无法彻底防止胶层的腐蚀。一旦胶层腐蚀到对晶圆合格率产生严重影响的时候，该ESC就无法继续使用了。显然，就此报废该ESC是一种不可取的做法，因为一枚ESC的售价少则几十万，大则上百万人民币，报废的成本对于芯片生产厂家来说，成本太高，是无法接受的。

因此开发胶层修复技术，成为不可或缺的一个环节。

到目前为止，唯一有效的胶层修复技术是先将陶瓷层取下来，将现有的胶层剔除，然后重新涂胶并将陶瓷层安装回去。由于这种修复技术不仅涉及到了胶层的修复，同时还要包括陶瓷层粘贴，更为关键的是，陶瓷层与下面的铝基座还有电极相连，陶瓷层粘回去的同时，还要进行电极的焊接，这些过程都是极其精密且复杂的，只有将ESC返回到原厂才能进行这样的修复。所以，这个过程虽然可以完美修复胶层，但是显然修复成本非常高，而且修复周期会非常久。

因此，急需要设计开发一种胶层原位修复技术，不仅可以节约修复成本，同时也可以极大的节省修复周期。这对于ESC的使用率非常重要。

发明内容

本发明的目的是解决现有静电吸盘修复操作复杂，周期长，成本高等问题，而提供一种不需要移除陶瓷层，更不需要进行后续的陶瓷与铝基座的焊接等复杂步骤，能够极大的降低修复成本和修复周期的一种静电吸盘胶层原位修复方法。

本发明实现其第一个发明目的所采用的技术方案是：一种静电吸盘胶层原位修复方法，包括以下步骤：

步骤1：修复治具的制作，制作环状治具，环状治具的内径大于待修复静电吸盘陶瓷层的外径；

步骤2：环状治具与待修复静电吸盘组装：将环状治具套设在待修复静电吸盘陶瓷层外部，使环状治具的内环面与待修复静电吸盘陶瓷层外环面以及铝基座上部外环面之间形成胶水存储间隙；

步骤3：胶水填充：在胶水存储间隙内部注入与待修复静电吸盘原胶层相同的胶水，胶水与待修复静电吸盘原胶层腐蚀区之间形成密封区间；

步骤4：利用压强差对密封区间排气：将步骤3中的填充有胶水的待修复静电吸盘与环状治具一体放置到一真空腔体中，密封并对真空腔体内部的真空吸盘抽真空，将密封区间内部气体抽出使其处于真空状态；

步骤5：利用压强差修复补胶：对步骤4中的真空腔体升压，将真空腔体内的压强逐渐升高，将储存在胶水储存间隙内的胶水向腐蚀区内部挤压、填充，使胶水与原胶层形成一体式的胶层结构；

步骤6：胶水固化处理：对步骤5中的真空腔体加热，对胶水进行固化处理；

步骤7：冷却后，取下环状治具，去除外侧多余的胶水，即可完成真空吸盘胶层的原位修复。

该静电吸盘胶层原位修复方法，由于静电吸盘原胶层厚度仅为20-100μm，厚度非常薄，且胶层的腐蚀深度，从外沿往内可以达到5-10mm，因此一般的补胶根本无法将胶均匀的填充回被腐蚀的间隙，而不留下间隙。而采用现有技术对原胶层进行修复，操作复杂，成本高，周期长等问题，而采用一种压强差补胶法，首先制作一环状治具，使环状治具环设在静电吸盘胶层与陶瓷层外侧，主要是环设在腐蚀区的外侧，在环状治具与静电吸盘之间形成胶水存储间隙，在胶水存储间隙内部注入与原胶层相同的胶水，胶水与腐蚀区之间形成一密封区间，然后将注有胶水的静电吸盘和环状治具一起放入到一真空腔体内部，对真空腔体持续一段时间进行抽真空，利用腐蚀区与真空腔体内部之是的压强差，将腐蚀区内部的空气全部抽出，使腐蚀区内部形成真空；然后再通过对真空腔体内部进行持续增压，利用真空腔体与腐蚀区之间的压强差将胶水挤压到腐蚀区，并与原胶层粘合；最后通过对真空腔体进行加热，使胶水进行固化处理，最终在腐蚀区形成与原胶层一体式结构的粘接胶层。该修复方法，操作方便快捷，而且修复后与原胶层不存在对接间隙，保证了静电吸盘的均匀导电性能，同时，该修复方法成本低，修复时间短，能够极大降低静电吸盘腐蚀后闲置时间，极大的提升了静电吸盘的利用率，提高了生产效率。

作为优选，步骤4中对真空腔体9内抽真空，使真空腔体内部气压维持在1×10

作为优选，步骤5中真空腔体升压过程，采用向真空腔体内部注入空气，升压至大气压，升压时间维持在20min～100min。升压的目的是为了实现将胶水挤压到腐蚀区，因此，升压过程持续时间根据补胶量的大小，一般需要持续20min～100min，升压至最后以使真空腔体内部过到大气压为止，从而保证了胶水能够填充满腐蚀区。

作为优选，步骤6中胶水固化处理，对真空腔体加热升温至100℃～300℃，固化时间1～10小时。胶水固化处理，是通过对真空腔体加热，使得真空腔体内部的静电吸盘在100℃～300℃温度下，使填充到腐蚀区的胶水与原胶层进行融合固化为一体，从而最终形成一体式的胶层结构。固化时间一般在1～10小时。具体根据补胶量的多少以及胶层的厚度而确定。

作为优选，步骤7中外侧多余胶水的去除采用软胶刮刀进行刮除。外部多余胶水的刮除，为了避免对静电吸盘外表面造成不利影响，优选软胶刮刀进行刮除，以保证静电吸盘的整体质量。

作为优选，所述的环状治具内环面和与铝基座配合面设置有镀铝层。静电吸盘由于使用在半导体行业，半导体对于静电吸盘的质量要求特别高，不必要的污染会给半导体带来质量是不可逆转的伤害，因此，为了避免在对胶层进行修复过程中引入静电吸盘材质不同的杂质元素，因此，对于环状治具优选与铝基座相同的材质，为了满足环状治具通用性、低成本，制作方便等多方面的要求，优选在环状治具上镀铝层，使其与胶水以及铝基座接触的部位不会存在其他金属元素。

作为优选，所述的真空腔体采用真空加热装置。真空腔体一般优选真空加热装置，这样既可以实现抽真空要求，同时还能够满足后续的胶水固化加热要求。

本发明的有益效果是：该静电吸盘胶层原位修复方法，而采用压强差补胶法，操作方便快捷，而且修复后与原胶层不存在对接间隙，保证了静电吸盘的均匀导电性能。相对于将静电吸盘送到原生产厂家进行返修，该修复方法，成本低，修复时间短，能够极大降低静电吸盘腐蚀后闲置时间，极大的提升了静电吸盘的利用率，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明待修复静电吸盘的一种结构示意图；

图2是本发明待修复静电吸盘修复过程抽真空状态的一种结构示意图；

图3是图2中A处密封区间抽真空的一种结构示意图；

图4是图2中A处密封区间处于真空状态的一种结构示意图；

图5是本发明待修复静电吸盘修复过程升压补胶状态的一种结构示意图

图6是图5中B处升压补胶过程的一种结构示意图；

图7是图5中B处补胶完成的一种结构示意图；

图8是本发明静电吸盘补胶修复后的一种结构示意图；

图9是本发明实施例2中升压补胶过程的一种结构示意图；

图中：1、铝基座，2、陶瓷层，3、原胶层，4、腐蚀区，5、环状治具，6、胶水存储间隙，7、胶水，8、密封区间，9、真空腔体，10、气道，11、一体式的胶层结构，12、镀铝层。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明各个方面进行详细描述。

实施例1：

在图1所示的实施例中，待修复静电吸盘包括铝基座1、陶瓷层2和将两者粘合在一起的中间原胶层3，原胶层3的厚度为20μm，在使用过程中胶层被腐蚀，在陶瓷层和铝基座之间形成一腐蚀区4，从外向内胶层的腐蚀深度从5mm至10mm不等，使得腐蚀区4呈不规则状。

如图2所示，一种静电吸盘胶层原位修复方法，利用压强差补胶法，从而实现了原位均匀补胶，且不留间隙。包括以下步骤：

步骤1，修复治具的制作，针对待修复静电吸盘设计加工一款与待修复静电吸盘相适配的环状治具5，环状治具5的内径大于待修复静电吸盘陶瓷层2的外径；可以根据待修复静电吸盘原胶层3腐蚀情况，将环状治具5的内径与陶瓷层2的外径之间相差1mm～10mm,若需要补胶的量较大，也可以选择更大的尺寸差，例如大于10mm以上。环状治具可以选择耐300℃高温的材质制作，优选的，环状治具一般采用与铝基座或陶瓷层相同的材质制作，以保护在补胶过程中不引入其他元素，以满足半导体行业对真空吸盘高精度的要求。当然为了使得环状治具材质不受限制，一般采用在环状治具内环面和铝基座配合端面上镀铝层，以环状治具与静电吸盘具有同材质元素，避免引入其它杂质元素。本实施例中环状治具采用纯铝材料制作而成。

步骤2：环状治具5与待修复静电吸盘组装：将环状治具5套设在待修复静电吸盘外部并且使与陶瓷层2外环面以及铝基座上部外环面之间形成胶水存储间隙6，作为存储待填充胶水的区域。环状治具的内径与陶瓷层的外径之间形成的胶水存储间隙6的宽度为5mm。

步骤3：胶水填充：在胶水存储间隙6内部注入与待修复静电吸盘原胶层3相同的胶水7，胶水7与待修复静电吸盘原胶层腐蚀区4之间形成密封区间8。由于胶层腐蚀区域厚度极小，且深度较深，由于胶水的流动性与粘度有关，粘度越高流动性越差，正常情况下具有一定粘度的胶水，在填充到胶水存储间隙6与腐蚀区4之间时，胶水7并不能通过流体的自由流动而向腐蚀区4填充，从而填充满腐蚀区4的间隙，因此，胶水存储间隙6内部的胶水7在向腐蚀区少量流动一定的量后，会将腐蚀区4填堵，使腐蚀区4形成一密封区间8。填充的胶水7采用与原胶层同样材质的胶水，能够实现与原胶层的完全匹配，保证修改后的静电吸盘导热均匀性。

步骤4：利用压强差对密封区间排气：完成上述工作后，将步骤3中的填充有胶水7的待修复静电吸盘与环状治具5一体放置到一真空腔体9中，密封并对真空腔体9内部的真空吸盘抽真空，将密封区间8内部气体抽出使其处于真空状态；要求真空度达到1×10

如图3所示，由于环状治具5和待填充胶水7的作用，已经将胶层的腐蚀区密封起来形成密封区间8，当真空腔体9内开始抽真空的时候，就在密封区间8和真空腔体9之间开始形成了一个压强差。真空腔体9内的压强随着抽真空的进行逐渐变小，而胶层腐蚀区形成的密封区间8由于被胶水7密封，压强并未同时减小，而仍然处于相当于大气压的压强。当真空腔体9内压强进一步减小的时候，胶层腐蚀区形成的密封区间8内的空气会由于压强差过大，从而冲破外部的胶水7，在胶水7中形成气道10，从而将密封区间8内部的空气向真空腔体9排出，当真空腔体9内气压在1×10

步骤5：利用压强差修复补胶：对步骤4中的真空腔体升压：如图5所示，将真空腔体9内的压强逐渐升高，直至升高到大气压，升压时间维持在20min～100min，即可完成将胶水挤压到腐蚀区内部与原胶层无缝隙对接。具体升压时间以腐蚀区大小而确定。而在这个过程中真空腔体9的压强大于腐蚀区4的压强（实际上此时腐蚀间隙内的压强可以忽略不计），仍然由于压强差的作用，如图6所示，真空腔体9内的大压强，将储存在胶水储存间隙6内的胶水7向腐蚀区4内部挤压，并且由于原胶层腐蚀区内并无空气处于真空状态，因此胶水7在外部气压的作用下可以达到近乎完美的填充，如图7所示，与原胶层3形成一体式的胶层结构11。

步骤6：胶水固化处理：对真空腔体加热，将真空腔体的温度升高至100℃，对胶水进行固化处理，处理时间1小时。

步骤7：如图8所示，冷却后，摘除环状治具，去除外侧多余的胶水，即可完成真空吸盘ESC胶层的原位修复。多余胶水的去除可以采用软胶刮刀进行刮除，以保证不会损伤铝基座和陶瓷层外部表面。

该方法不仅不需要移除陶瓷层，更不需要进行后续的陶瓷与铝基座的焊接等复杂步骤，而且还可以极大的降低修复成本和修复周期。

实施例2：

在图9所示的实施例中，待修复静电吸盘包括铝基座1、陶瓷层2和将两者粘合在一起的中间胶层3，胶层3的厚度为100μm，在使用过程中胶层被腐蚀，在陶瓷层和铝基座之间形成一腐蚀区，从外向内胶层的腐蚀深度从5mm至10mm不等，使得腐蚀区呈不规则状。

一种静电吸盘胶层原位修复方法，利用压强差补胶法，从而实现了原位均匀补胶，且不留间隙。包括以下步骤：

步骤1，修复治具的制作，针对待修复静电吸盘设计加工一款与待修复静电吸盘相适配的环状治具5，环状治具5的内径大于待修复静电吸盘陶瓷层2的外径；将环状治具5的内径与陶瓷层2的外径之间相差10mm。本实施例中环状治具采用在环状治具内壁与下端部镀有一层镀铝层12。

步骤2：环状治具5与待修复静电吸盘组装：将环状治具5套设在待修复静电吸盘外部并且使与陶瓷层2外环面以及铝基座上部外环面之间形成胶水存储间隙6，作为存储待填充胶水的区域。胶水存储间隙6的宽度为10 mm。

步骤3：胶水填充：在胶水存储间隙6内部注入与待修复静电吸盘原胶层3相同的胶水7，胶水7与待修复静电吸盘原胶层腐蚀区4之间形成密封区间8。由于胶层腐蚀区域厚度极小，且深度较深，由于胶水的流动性与粘度有关，粘度越高流动性越差，正常情况下具有一定粘度的胶水，在填充到胶水存储间隙6与腐蚀区4之间时，胶水7并不能通过流体的自由流动而向腐蚀区4填充，从而填充满腐蚀区4的间隙，因此，胶水存储间隙6内部的胶水7在向腐蚀区少量流动一定的量后，会将腐蚀区4填堵，使腐蚀区4形成一密封区间8。填充的胶水7采用与原胶层同样材质的胶水，能够实现与原胶层的完全匹配，保证修改后的静电吸盘导热均匀性。

步骤4：利用压强差对密封区间排气：完成上述工作后，将步骤3中的填充有胶水7的待修复静电吸盘与环状治具5一体放置到一真空腔体9中，密封并对真空腔体9内部的真空吸盘抽真空，将密封区间8内部气体抽出使其处于真空状态；要求真空度达到1×10

由于环状治具5和待填充胶水7的作用，已经将胶层的腐蚀区密封起来形成密封区间8，当真空腔体9内开始抽真空的时候，就在密封区间8和真空腔体9之间开始形成了一个压强差。真空腔体9内的压强随着抽真空的进行逐渐变小，而胶层腐蚀区形成的密封区间8由于被胶水7密封，压强并未同时减小，而仍然处于相当于大气压的压强。当真空腔体9内压强进一步减小的时候，胶层腐蚀区形成的密封区间8内的空气会由于压强差过大，从而冲破外部的胶水7，在胶水7中形成气道10，从而将密封区间8内部的空气向真空腔体9排出，当真空腔体9内气压在1×10

步骤5：利用压强差修复补胶：对步骤4中的真空腔体升压：将真空腔体9内的压强逐渐升高，直至升高到大气压，升压时间维持在20min～100min，即可完成将胶水挤压到腐蚀区内部与原胶层无缝隙对接。具体升压时间以腐蚀区大小而确定。而在这个过程中真空腔体9的压强大于腐蚀区4的压强（实际上此时腐蚀间隙内的压强可以忽略不计），仍然由于压强差的作用，真空腔体9内的大压强，将储存在胶水储存间隙6内的胶水7向腐蚀区4内部挤压，并且由于原胶层腐蚀区内并无空气处于真空状态，因此胶水7在外部气压的作用下可以达到近乎完美的填充，与原胶层3形成一体式的胶层结构11。

步骤6：胶水固化处理：对真空腔体加热，将真空腔体的温度升高至300℃，对胶水进行固化处理，处理时间10小时。

步骤7：冷却后，摘除环状治具，去除外侧多余的胶水，即可完成真空吸盘ESC胶层的原位修复。多余胶水的去除可以采用软胶刮刀进行刮除，以保证不会损伤铝基座和陶瓷层外部表面。

上述实施例所述的静电吸盘胶层原位修复方法，不仅不需要移除陶瓷层，更不需要进行后续的陶瓷与铝基座的焊接等复杂步骤，而且还可以极大的降低修复成本和修复周期。

该静电吸盘胶层原位修复方法，而采用压强差补胶法，操作方便快捷，而且修复后与原胶层不存在对接间隙，保证了静电吸盘的均匀导电性能。相对于将静电吸盘送到原生产厂家进行返修，该修复方法，成本低，修复时间短，能够极大降低静电吸盘腐蚀后闲置时间，极大的提升了静电吸盘的利用率，提高了生产效率。

应当指出，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明的范围内。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，在本申请的技术方案的基础上所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。