从掩膜、载具和沉积工具部件移除沉积材料的剥离工艺的制作方法

本申请主张在2014年8月28日提交的美国临时申请第62/042,922号的权益。

本公开内容的实施方式大体而言涉及用于从诸如掩膜、载具和其他沉积系统部件的工件剥离沉积材料层的工艺和系统，且更具体地说，但不排他，本公开内容的实施方式涉及用于从工件的表面剥离沉积层的工艺和系统，包含在温度受控液体中将超声波能量施加于工件上，所述温度经控制以增加由于沉积层的材料与工件之间的热膨胀系数(coefficientofthermalexpansion；cte)失配而产生的沉积层与工件之间界面处的应力。

背景技术：

用于在基板上沉积材料薄膜的沉积系统被广泛用于诸如半导体工业、薄膜电池工业、电致变色(electrochromics)工业、平板显示器工业等许多工业中。这些沉积系统可使用各种工件，诸如掩膜、基板载具和子载具、其他沉积系统部件等。这些工件需要被频繁地进行清洗，以移除堆积在工件的表面上的沉积材料。沉积材料可包括广泛范围的材料，诸如金属、半导体、绝缘体、电解质等。通常，使用侵蚀性化学工艺(经常使用危险或有毒化学品)或机械工艺(可能负面影响工件的尺寸和完整性)清洗这些工件。

显然，需要侵蚀性较小的工艺来清洗工件，这些工艺不使用危险或有毒化学品且不显著影响工件的尺寸或完整性。

技术实现要素：

本文描述用于从诸如荫罩掩膜(shadowmask)、载具、子载具、其他沉积系统部件等的沉积系统工件移除沉积层的方法和设备。来自各种沉积系统的工件可受益于本文所描述的工艺，这些沉积系统包括物理气相沉积(physicalvapordeposition；pvd)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition；cvd)、等离子增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition；pecvd)、溅镀、热丝化学气相沉积(hotwirechemicalvapordeposition；hwcvd)、原子层沉积(atomiclayerdeposition；ald)系统等。应设想，可使用所公开方法的实施方式移除非常广泛范围的沉积材料，这些沉积材料包括金属、半导体、绝缘体、电解质等。本文所描述的工艺的实施方式可包括在温度受控液体中将超声波能量施加于经涂覆的工件上。这些工艺基于诱发由于沉积层与工件之间的cte失配造成的界面应力，从而在曝露于超声波能量期间促进沉积材料的剥离。因此，可决定剥离设备在操作范围内的温度或温度范围以有助于产生界面应力的键断裂(bondbreak)水平和因此带来的沉积层的较佳剥离/分层，从而留下非常清洁、尺寸未受影响的工件以便重复使用。

根据一些实施方式，一种用于从诸如掩膜、载具和其他材料沉积工艺部件的单个或多个工件剥离沉积材料的工艺可包含：提供工件，工件的表面涂覆有沉积材料层；将工件浸没在超声波浴中(ultrasonicbath)并将超声波能量施加于工件上，其中所述超声波浴含有流体且所述流体保持在从大于室温到小于流体沸点的范围内的恒温下，其中所述恒温经选择以提供沉积材料层与工件之间的明显cte(热膨胀系数)失配，以促进从工件剥离沉积材料层，且其中超声波浴中的处理时间在从几秒至120分钟的范围内，以使沉积材料层松动；通过利用液体冲洗来清洗工件；和干燥工件。

此外，根据一些实施方式，一种用于从诸如掩膜、载具和其他材料沉积工艺部件的单个或多个工件剥离沉积材料的工艺可包含：提供工件，工件的表面涂覆有沉积材料层；将工件浸没在超声波浴中并将超声波能量施加于工件上，其中所述超声波浴含有流体且在室温与小于流体沸点之间的范围内选择的δt下循环水，其中工件在超声波浴中的浸没期间在δt下经受多个循环，其中所述δt经选择以提供沉积材料层与工件之间存在明显cte(热膨胀系数)失配的温度偏差，以促进从工件剥离沉积材料层，且其中超声波浴中的处理时间在从几秒至120分钟的范围内，以使沉积材料层松动；通过利用液体冲洗来清洗工件；和干燥工件。

此外，本公开内容描述经构造用于实施上述工艺的设备和系统。根据一些实施方式，一种用于从诸如掩膜、载具和其他材料沉积系统部件的单个或多个工件剥离沉积材料的系统可包含：第一设备，用于自动机械磨蚀涂有沉积材料层的工件；第二设备，用于在温度受控流体中将超声波能量施加于工件上；第三设备，用于利用研磨材料擦洗工件上的沉积材料层；第四设备，用于酸处理工件上的任何残余涂层；第五设备，用于使用液体冲洗来清洗工件；和第六设备，用于干燥工件。

附图说明

熟悉此项技术的普通技术人员在结合所附附图参阅特定实施方式的以下描述后，本公开内容的这些和其他构思和特征将变得显而易见，其中：

图1是根据一些实施方式的用于从诸如掩膜、载具和其他沉积系统部件的工件移除沉积材料的第一工艺流程；

图2是根据一些实施方式的用于从工件移除沉积材料的第二工艺流程；

图3是根据一些实施方式的超声波剥离设备的示意图；以及

图4是根据一些实施方式的用于移除工艺的系统的示意图。

具体实施方式

现将参考附图详细描述本公开内容的实施方式，这些实施方式作为本公开内容的说明性实例被提供，以使熟悉此项技术的普通技术人员能够实践本公开内容。应注意，下文中的附图和实例并不意味将本公开内容的保护范围限制在单个实施方式，而是通过互换所描述或图示元件中的一些或全部，其他实施方式也是可行的。此外，在可使用已知部件来部分或完全实施本公开内容的某些元件的地方，将仅描述此类已知部件中用于理解本公开内容所需的那些部分，且将省略此类已知部件的其他部分的详细描述以免模糊本公开内容。在本说明书中，表示单个部件的实施方式不应被视为限制性；确切而言，除非本文另有明确陈述，否则本公开内容意欲涵盖包括多个相同部件的其他实施方式，反之亦然。此外，除非明确阐述，否则申请人不欲将本说明书或权利要求书中的任何术语归于不常见或特定的含义。进一步地，本公开内容涵盖本文经说明所提及的已知部件的现在与将来的已知等效物。

本文描述用于从诸如荫罩掩膜、载具、子载具、其他沉积系统部件等沉积系统工件移除沉积层的方法和设备。来自各种沉积系统的工件可受益于本文所描述的工艺，这些沉积系统包括诸如溅镀和蒸发的pvd、诸如pecvd和hwcvd的cvd、电镀、溶胶-凝胶(sol-gel)、ald系统等。应设想，可使用所公开方法的实施方式移除非常广泛范围的沉积材料，这些沉积材料包括金属、半导体、绝缘体、电解质、有机覆盖层等。本文所公开的工艺可对广泛范围的工业有益，这些工业包括半导体工业、薄膜电池工业、电致变色工业、平板显示器工业等。发明者已发现，本文所描述的方法和设备对于移除薄膜电池(thinfilmbattery；tfb)工业中使用的材料特别有效，例如，通过超声波工艺从掩膜/子载具工件轻易移除lipon和li，其中如本文所描述，在室温下的超声波浴中的流体用于li，且在约70℃下的超声波浴中的流体用于lipon，在一些情况中甚至无需超声波浴中的流体的温度循环或机械处理，且通过热超声波工艺与机械处理和超声波浴中的流体的温度循环组合轻易移除licoo2，所述超声波浴中的流体处于从室温到略低于流体沸点的温度范围内。

本文所描述的工艺的实施方式可包括在温度受控液体中将超声波能量施加于涂有沉积材料的工件上以从工件移除堆积的沉积材料。这些工艺基于诱发由于沉积层与工件之间的cte失配而造成的界面应力，以在曝露于超声波能量期间促进沉积材料的剥离。因此，可决定剥离设备在操作范围内的温度或温度范围以有助于产生界面应力的键断裂水平和因此带来的沉积层的较佳剥离/分层，从而留下非常清洁、尺寸未受影响的工件以便重复使用。

工件可由诸如以下的材料制成：类似殷瓦钢(invar；一种具有非常低cte的fe-ni合金，常用作掩膜材料)的铁磁材料；类似不锈钢的其他金属；诸如al2o3和aln的陶瓷等。

对于可受益于本公开内容的工艺和设备的电化学装置的制造中所使用的工件的特定实例，可沉积于这些工件上的一些典型材料和可用于这些沉积的特定类型的沉积系统的实例提供如下。阴极层的实例为licoo2层，阳极层的实例为li金属层，而电解质层的实例为lipon层。然而，可以预期的是，可使用广泛范围的阴极材料，诸如limn2o4和linicoalo2、v2o5、limno2、li5feo4、nmc(nimnco氧化物)、nca(nicoal氧化物)、lmo(lixmno2)、lfp(lixfepo4)、limn尖晶石等，可使用广泛范围的阳极材料，诸如si、c、硅锂合金、锂硫化硅(lithiumsiliconsulfide)、al、sn等，且可使用广泛范围的锂导电电解质材料，诸如固体聚合物电解质、lii/al2o3混合物、llzo(lilazr氧化物)、lisicon等。也可沉积各种导电材料，例如作为阳极或阴极集电体层，这些材料包括ag、al、au、ca、cu、co、sn、pd、zn和pt中的一个或多个，上述物质可为合金和/或存在于不同材料的多个层中和/或包括ti粘着层等。可使用诸如以下的沉积系统沉积这些材料：诸如溅镀和蒸发系统的pvd系统；cvd系统；电镀系统；溶胶-凝胶系统等。真空沉积系统的其他实例包括pecvd、反应溅镀(reactivesputtering)、非反应溅镀(non-reactivesputtering)、射频(radiofrequency；rf)溅镀、多频溅镀(multi-frequencysputtering)、电子束蒸发、离子束蒸发、热蒸发、ald等。基于非真空的沉积的其他实例包括等离子喷涂、喷雾热解、狭缝涂布(slotdiecoating)、网印(screenprinting)等。

图1提供根据一些实施方式的用于从诸如掩膜、载具和其他沉积系统部件的工件剥离沉积材料的工艺流程的第一实例。从用于图案化电化学装置(诸如tfb)和电致变色装置的荫罩掩膜剥离材料(诸如licoo2)的特定实例的工艺流程可包括：提供工件，在此实例中提供涂有tfb材料(诸如licoo2)的薄膜的掩膜(101)；若需要，机械磨蚀掩膜上的涂层(102)，此操作可在潮湿环境中实施(本文中的术语“潮湿环境”是指工件浸泡在流体填充的容器中或者在工件的表面上维持有流体膜，不允许所述工件干燥)以减少空气悬浮颗粒物的产生，且钢丝绒(steelwool)、砂纸等可用于磨蚀；将掩膜浸没在超声波浴中并将超声波能量施加于掩膜上(103)，其中所述浴含有流体(诸如水)且所述流体保持在从大于室温到小于流体沸点(对于水而言为100℃)范围内的恒温下，且在实施方式中，所述范围在从60℃到80℃，其中所述温度经选择以提供沉积材料层与掩膜之间的cte失配，从而足以促进从掩膜剥离沉积材料，且其中若需要使沉积材料松动，则超声波浴中的处理时间可在从几秒至120分钟之间变化；在超声波处理后，若需要，利用研磨材料(诸如钢丝绒、砂纸等)擦洗掩膜，以从掩膜表面移除残留沉积材料中的大部分(104)，此举可在潮湿环境中实施以减少空气悬浮颗粒物的产生；若需要，利用稀酸处理掩膜(105)，例如所述稀酸诸如稀盐酸(在5重量％与25重量％之间)或稀氢氟酸(小于1重量％)，以有助于移除掩膜表面上的任何残留沉积材料，特定的酸处理将取决于掩膜材料且该处理可经设计以避免影响掩膜的完整性和尺寸；使用水(例如，蒸馏水或去离子水)冲洗和/或有机溶剂冲洗来清洗掩膜(106)；和干燥掩膜(107)，例如掩膜干燥可通过对掩膜施加空气流和/或热实现。

应注意，通常第一材料的沉积层与第二材料的基板之间的应力将取决于第一层的厚度，因此可足以促进在超声波浴中的剥离的cte失配也将取决于第一层的厚度，第一层越厚，cte失配可越小，以能够使用根据本文所公开的实施方式的方法剥离第一层。

应注意，机械磨蚀(102)、擦洗(104)和酸处理(105)中的一个或多个步骤可能未必用作剥离工艺的一部分，但可有助于从工件剥离那些可能本不易移除的沉积层。举例而言，涂覆掩膜/子载具的li或lipon层将通常易于剥离且完全无需任何额外机械处理。对于涂有金属或licoo2的掩膜/子载具，在超声波处理后，可使用砂纸进行进一步清洗。另外，对于厚阴极tfb，各阴极沉积通常在掩膜/子载具上产生大于10μm厚的licoo2层，使得在各沉积后对licoo2掩膜/子载具的清洗可能是必需的，以确保良好颗粒效能(在工件的后续使用期间无颗粒产生)。由于厚阴极层中的高应力，licoo2膜可在约70℃下的热超声波工艺后开始从掩膜/子载具分层，此后轻微的砂纸处理足以从掩膜/子载具移除任何licoo2残余物。

此外，参考图1，机械磨蚀可为手动或在实施方式中为自动，且擦洗可为手动或在实施方式中为自动。此外，在实施方式中，作为将工件浸没在超声波浴中的替代，可将提供有超声波能量的温度受控水的射流(jet)或喷雾施加于工件上，其中若需要射流/喷雾到达工件的覆盖有沉积材料的所有部分，可相对于彼此移动掩膜和射流/喷雾。此外，在实施方式中，可在具有额外化学品的水中将超声波能量施加于工件上。额外化学品可经选择以产生剥离与基于化学品的清洗的组合效应，例如：(1)水加有机溶剂，特定而言为具有氢氧化物官能团的有机溶剂；(2)水加酸；或(3)水加过氧化氢。此外，在实施方式中，可施加以下中的一者或多者：超声波能量可以是脉冲或以其他方式改变，可改变超声波频率，且可同时使用多个超声波频率。

图2提供根据一些实施方式用于从诸如掩膜、载具和其他沉积系统部件的工件剥离沉积材料的工艺流程的第二实例。剥离的第二工艺流程与第一工艺流程相同，但包括将工件浸没在超声波浴中并将超声波能量施加于工件上，其中所述浴含有流体(诸如水)且流体的温度在室温到小于流体沸点(对于水而言小于100℃)范围内的δt下循环，其中在实施方式中，δt可高达80℃，而在其他实施方式中，δt介于30℃与50℃之间，其中工件在超声波浴中的浸没期间经受多次循环，在实施方式中，所谓多次(multiplicity)可介于2与5之间，在其他实施方式中，所谓多次大于5，其中所述温度经选择以提供沉积材料层与工件之间的cte失配，其足以促进从工件剥离沉积材料，且其中若需要使沉积材料松动，超声波浴中的处理时间可在从几秒至120分钟之间变化(203)。应注意，本文提出，在某些情况下，由于“界面处的移动”将可能进一步增强已开始剥离的沉积层的剥离，温度循环可诱发沉积层更加有效的移除；此外，应注意，循环所述温度可增加通过cte失配更高的温度的可能性，这是由于随温度函数变化的cte值的非线性本质与沉积材料和工件的不同cte函数组合。

图3表示根据一些实施方式的超声波剥离系统300的示意图。系统300包括填充有清洗流体302(诸如水)的浴301，工件310浸没在所述浴中。如图所示，可将超声波换能器303建造在浴中，超声波换能器303用于向工件310周围的流体302提供超声波能量，或在实施方式中，换能器可悬浮在流体302中，或在其他实施方式中，可在临近流体再进入浴之前将换能器并入流体循环回路304中。通过泵305使流体302循环通过301和流体循环回路304，且可通过加热器/冷却器306以视需要升高/降低流体的温度。(也可通过向浴中添加流体和/或从浴中移除流体来调节流体温度，举例而言，向浴中添加冷水可用于快速冷却。)控制器307用于控制流体循环、流体温度和基于超声波换能器对流体的能量输入。此外，设备300可经构造以提供快速温度循环和可变超声波功能(脉冲、频率变化等)。举例而言，在实施方式中，快速温度循环可通过向浴中添加足够的冷水以在2分钟以内使浴温度从80℃降低至室温。

图4表示根据一些实施方式的在线(in-line)剥离系统400的示意图。系统400可包含：设备402，用于自动机械磨蚀工件；设备403，用于在温度受控流体中将超声波能量施加于工件，例如超声波剥离设备300；设备404，用于在潮湿环境的实施方式中利用研磨材料擦洗工件上的涂层；设备405，用于酸处理工件上的任何残余涂层；设备406，用于使用水(例如，去离子(deionized；di)水或蒸馏水)和/或有机溶剂冲洗的清洗；和设备407，用于干燥工件。系统400可具有输送器410，或在实施方式中，具有顶置式塔架(overheadgantry)，用于在设备与设备之间移动工件。在实施方式中，系统400可经构造而具有更多或更少的设备，视待执行的特定剥离工艺的需要而定。此外，在实施方式中，可将多个设备的功能组合至一个设备中，且在进一步实施方式中，一些设备可独立存在。

尽管已参考本公开内容的某些实施方式来特定描述本公开内容的实施方式，但对于熟悉此项技术的普通技术人员而言应当显而易见的是，可在不脱离本公开内容的精神和保护范围的情况下对形式和细节做出变化和修改。