CN103066002A - 用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，包括承载盘，其特征在于：所述承载盘设置有盘底板，所述盘底板正面上设有一个或多个凹陷坑，形成用于放置晶片衬底的一个或多个容置腔；所述容置腔的周缘形成盘侧壁，所述盘底板与容置腔对应的凹陷坑底面上开设有作为供背冷氦气流过的气体通孔；所述凹陷坑底面设置为平整的底面，用于便于限定晶片衬底的位置；所述承载盘的外廓与下电极的平面尺寸匹配，即等于或小于下电极的平面尺寸；和/或，所述凹陷坑底面的平面大小与所述晶片衬底的外廓大小匹配，即等于或大于所述晶片衬垫的面积。本发明提供的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，既能够具有很好的散热降温效果，冷却均匀，且晶片易于取下，不会破损的用于真空等离子体工艺，又具有较好的机械强度，可以在工艺过程中反复使用。

Description

用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置

技术领域

本发明涉及一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，属于真空等离子体工艺技术领域。

背景技术

等离子体工艺今天被广泛地应用于制造半导体芯片和其它各种形形色色的微电子芯片，当然，不同芯片的制造用到的材料和等离子体工艺会有所不同。从衬底材料看，大多数半导体芯片使用硅晶圆片作为衬底，也有使用化合物半导体（比如砷化镓、碳化硅素）和其它材料（比如石英、蓝宝石，甚至陶瓷或金属材料）作为衬底的。从等离子体的工艺看，大多数芯片的制造都要涉及到在衬底表面有局域选择性地生长新物质的薄膜生长工艺和去除物质的刻蚀工艺。这种局域选择性，要通过敷盖在衬底表面的光阻掩膜板产生精确的图形转移，使衬底表面有的局部区域被光阻掩膜板所遮盖，有的局部区域则被裸露出来。

晶片衬底表面暴露在等离子体中，在电场和等离子体介质的作用下，能量被传递到衬底表面。如果不能有效地散除这些能量，衬底温度就会升高。尽管在少数特定的场合，衬底温度升高对芯片制造工艺可能有用，但是在绝大多数场合，衬底温度升高如果得不到有效控制，就会对芯片制造工艺造成损害。比如，许多光阻掩膜材料在温度超过120-150℃时，表面会发生焦糊现象，既降低掩膜板的保护功能，又对后续去除光胶掩膜板的工艺步骤造成困难。又比如，有些芯片的制造工艺要求晶片衬底保持较低温度，否则芯片的功能就会受损。而在另一方面，为了提高芯片制造工艺的生产效率，人们要求提高薄膜生长或刻蚀的速率，因而需要增加等离子体的能量密度和介质密度。增加等离子体的能量密度，必然的结果是造成晶片衬底在工艺过程中升温的趋向更大。

为了有效地去除晶片衬底从等离子体中得到的能量，就必须在真空环境下对晶片衬底进行冷却。一般的技术办法是：将晶片衬底放置于下电极的表面，在衬底与下电极表面之间的空隙内引入气体作为导热介质，从晶片衬底背面对其实施冷却。通常使用最多的气体是氦气（He），因为氦气既是惰性气体，即使泄露到工艺腔室中，也不会对等离子体的化学气氛带来较大的改变；氦气又具有较好的导热性能。为了达到足够的冷却效果，晶片衬底背面的氦气压力一般要维持在1-10托（Torr）的范围内，可是，等离子体工艺腔室的工作压力一般只有几十毫托（mTorr），因此，对晶片衬底背面的氦气有必要进行密封处理。如果衬底背面的周边与下电极表面之间的空隙足够微小，比如几个微米或者更小，就可以达到良好的密封效果。通常使用机械卡盘，从晶片衬底正面边缘施加机械压力，将衬底紧密接触地压固在下电极表面上，从而起到密封氦气的效果。这种办法在实践中有效，但是也存在诸如在衬底正面造成机械损伤和产生颗粒污染的问题，限制芯片制造的成品率。此外，机械卡片的方式不适用于超薄晶片（≤150μm厚度），因为在晶片两边压力差的作用下，晶片中间部分会发生弯曲，导致冷却不均匀，甚至晶片破裂。对于大直径（＞8英寸）晶片衬底，使用机械卡盘实现氦气密封，晶片中央可能会发生较大的鼓起，造成氦气背冷不均匀。

另一种经常采用的办法，是采用静电吸盘的方式，从衬底背面施加较大的吸附力，从而将衬底均匀、紧密地吸固在下电极表面，起到密封氦气的效果。一般的静电吸盘，是由一个或多个导体电极和包裹电极的绝缘介质材料（比如陶瓷）组成，如图1所示为现有的一种双电极型静电吸盘，其包括电极静电吸盘部分01和电极射频源部分02，在静电吸盘部分01中设置静电吸盘直流电极03。在双电极之间设置氦气通道04，引入氦气到电极静电吸盘与晶片05之间。当静电吸盘中电极与直流高电压（几百到几千伏特）电源连通时，就会在覆盖电极的绝缘介质材料表面产生极化静电荷，并形成静电场。当晶片衬底表面与静电吸盘的表面接近时，在该静电场的作用下，在衬底表面就会产生感应静电荷。异性电荷间的吸引力，使晶片衬底被吸引紧固在下电极表面，这种吸引力，往往可以达到100托以上，甚至接近大气压力。此时，如果其它的工艺条件也具备，就可以开启射频电源06，进行工艺操作。

以双极静电吸盘为例，当直流电压V接通其电极后，在晶片衬底产生的静电吸引力为：

$F=\frac{e_o}{2}{\left(\frac{\mathrm{V\ϵ}}{D+\mathrm{d\ϵ}}\right)}^2---\left(1\right)$

吸引力的单位为牛顿/平方米，所以静电吸引力其实是一个等效的压强。在方程中：

e_o：真空绝对介电常数，数值为8.85x10^-12

V：施加于静电吸盘电极的电压

ε：包裹静电吸盘电极的绝缘介质材料的相对介电常数

D：绝缘介质层厚度

d：晶片衬底与静电吸盘表面之间的距离，表面平整时，此距离只有几微米或更小

从方程（1）中可以看到，静电吸盘的吸引力，同施加于吸盘电极间的直流电压成平分正比关系，同晶片衬底与吸盘电极表面间的距离有平方反比关系，而且，绝缘层的介电常数越大，静电吸盘能产生的吸引力越大。

静电吸盘分为两类，即库仑类（Coulomb）和迥斯热背（Johnsen-Rahbek）类。对于库仑类静电吸盘而言，晶片衬底要具有导电性或半导电性。换言之，对绝缘的晶片衬底不能使用库仑类静电吸盘达到吸附的目的。对于迥斯热背类吸盘，晶片衬底可以不具有导电性。

在等离子体工艺完成之后，需要从静电吸盘表面取走晶片衬底。而此时，即使在关闭了等离子体射频电源和静电吸盘直流电源的情况下，在晶片背表面可能仍然存在残留静电荷，使晶片与静电吸盘之间仍然存在吸引力。尤其是在晶片同静电吸盘相接触的背表面存在绝缘层时，这样的残留静电吸引力容易产生。如果这种残留的吸引力足够大，在使用机械外力移动晶片时，对于易碎晶片或者机械强度偏低的晶片，比如砷化镓晶片、超薄晶片或者微电机系统（Micro Electric Mechanical Systems，简称为MEMS）晶片，就很容易造成晶片破碎。

所以，为了使晶片衬底在经过了等离子体工艺之后能够安全轻易地从静电吸盘表面脱离，就必须在真空环境下有效地消除这种残留静电吸引力。在实际应用中，人们找到了一些消除残留静电荷的方法，比如在将晶片衬底移离静电吸盘表面之前，对静电吸盘中的直流电极施加反向电压，或施加不同波形的电压，等等。可是，这些办法都只是在某种程度上减少残留静电吸引力，不能完全消除残留的静电吸引力。一旦晶片衬底在电极或者静电吸盘的表面发生破裂，就必须中断正常的生产工艺，对等离子体设备进行清理和维护。

那么，为了解决对于超薄或者易碎的晶片衬底的紧固、移动或者传送问题，也可以先将晶片衬底直接放置于托盘上，然后再采用机械卡盘或者静电吸盘的方式，进行移动、传送和紧固。但是，这种办法却不能对晶片衬底进行有效的冷却。如果使用导热剂、导热胶或导热膏先将晶片粘贴在托盘上，然后对托盘进行机械卡压或者静电吸附的方式进行移动、传送和紧固，可以解决对晶片衬底进行有效的冷却的问题，但是，这种办法需要在工艺之前对晶片衬底和托盘进行粘贴，在工艺之后对晶片去粘处理，以使晶片衬底与托盘分离开来，这样的操作既费时间，又往往反而增加了晶片衬底破损的机率。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，既能够具有很好的散热降温效果，冷却均匀，且晶片易于取下，不会破损。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，包括承载盘，其特征在于：所述承载盘设置有盘底板，所述盘底板正面上设有一个或多个凹陷坑，形成用于放置晶片衬底的一个或多个容置腔；所述容置腔的周缘形成盘侧壁，所述盘底板与容置腔对应的凹陷坑底面上开设有作为供背冷氦气流过的气体通孔；所述凹陷坑底面设置为平整的底面，用于便于限定晶片衬底的位置。

所述承载盘的外廓与下电极的平面尺寸匹配，即等于或小于下电极的平面尺寸；和/或，所述凹陷坑底面的平面大小与所述晶片衬底的外廓大小匹配，即等于或稍大于所述晶片衬底的面积。

所述承载盘的外径比下电极的外径大2-5mm；所述承载盘的整体厚度为1-5mm；和/或，所述容置腔的内径比晶片衬底的外径大1-2mm，所述容置腔的高度与晶片衬底高度相等或小0.1-0.5mm；和/或，所述凹陷坑底面厚度为0.5-2.0mm；和/或，所述气体通孔的孔径为0.5-2.0mm。

还包括压片环，所述压片环为环片，所述环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径小于容置腔的上端口的口径，使得压环片的下端面压盖在置于容置腔中的晶片衬底的上端面，或者，所述环片的中心孔为阶梯孔，其中孔径大的孔段与容置腔的上端口的口径对应，孔径大的孔段的轴向高度设置为：孔径大的孔段的轴向高度与容置腔的高度之和等于晶片衬底的高度；孔径小的孔段的孔径小于容置腔的上端口的口径。

如果环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径比晶片衬底的外径小1-3mm；如果环片的中心孔为阶梯孔，所述孔径小的孔段的孔径比晶片衬底的外径小1-3mm。

还包括配用的顶针装置，所述顶针装置包括一个支架，所述支架上设置平行的多个竖直顶针，顶针穿过下电极上的穿孔，另一端抵在所述凹陷坑底面上。

所述盘底板的背面周缘设置有薄膜圆环；和/或，所述薄膜圆环是通过沉积生长形成的具有导电性能的薄膜圆环；所述薄膜圆环的覆盖区域，与放置晶片衬底的区域无重叠；和/或，所述薄膜圆环的厚度≤5微米。

所述承载盘的材质为金属或陶瓷。

所述承载盘的材料为陶瓷，其相对介质常数≥5.0，并且含有浓度≤1000ppm的钾、钠或钙离子，从而使其具有一定的静电荷储存功能。

所述承载盘的材料的热传导率≥1瓦每米每开尔文。

有益效果：本发明提供的一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，既能够具有很好的散热降温效果，冷却均匀，且晶片易于取下，不会破损的用于真空等离子体工艺，又具有较好的机械强度，可以在工艺过程中反复使用。

附图说明

图1为现有技术静电吸盘的结构示意图；

图2至图4为本发明的结构示意图；

图5为本发明提供的不带压片环的一次单片的承载盘在使用时与晶片衬底的装配示意图；

图6为本发明提供的带压片环的一次单片的承载盘在使用时与晶片衬底的装配示意图；

图7为本发明提供的承载盘在使用时与晶片和机械卡盘等装置装配的结构示意图；

图8为本发明提供的承载盘在使用时与晶片和静电吸盘等装置的装配的结构示意图；

图9至图11为本发明中带有多个容置腔的承载盘的结构示意图；

图12为在图11所示承载盘中放置多个晶片衬底的结构示意图。

其中：承载盘1，气体通孔2，凹陷坑3，薄膜圆环4，晶片衬底5，压片环6，机械卡盘7，下电极8，气体通道9，射频电源10，静电吸盘11，电极12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2至图7所示，包含本发明一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，包括承载盘1，所述承载盘1设置有盘底板，所述盘底板正面上设有一个或多个凹陷坑3，形成用于放置晶片衬底的一个或多个容置腔；所述容置腔的周缘形成盘侧壁，所述盘底板与容置腔对应的凹陷坑底面上开设有作为供背冷氦气流过的气体通孔2；所述凹陷坑底面设置为平整的底面，用于便于限定晶片衬底的位置。所述承载盘1的外廓与下电极8的平面尺寸匹配，即等于或小于下电极8的平面尺寸；和/或，所述凹陷坑底面的平面大小与所述晶片衬底5的外廓大小匹配，即等于或大于所述晶片衬底5的面积。

承载装置的外形与等离子体工艺设备的下电极外形匹配，一般为圆盘结构，所述承载盘1的外径比下电极的外径大2-5mm；和/或，所述容置腔的内径比晶片衬底5的外径大1-2mm，所述容置腔的高度与晶片衬底5高度相等或小0.1-0.5mm。

所述气体通孔2的孔径为0.5-2.0mm；和/或，此外，凹陷坑底面厚度在保证机械强度的前提下，应当尽量小，作为优选，所述凹陷坑底面为0.5-2.0mm。所述承载盘1的整体厚度为1-5mm。

作为优选方案，所述承载盘1的材料的热传导率≥1瓦每米每开尔文。

所述承载盘1的材质为金属或陶瓷；承载盘1裸露于等离子体的表面具有抗等离子体腐蚀的性能；承载盘1裸露于等离子体的表面应当具有抗等离子体腐蚀的性能，并且具有有效防止钠、钾或钙离子渗出或逃逸至等离子体中对工艺气氛的性能。所述承载盘1的材料也可以为陶瓷，其相对介质常数≥5.0，并且含有浓度≤1000ppm的钾、钠或钙离子，从而使其具有一定的静电荷储存功能，承载盘裸露于等离子体的表面应当具有抗等离子体腐蚀的性能，并且具有有效防止钠、钾或钙离子渗出或逃逸至等离子体中对工艺气氛的性能。作为实施例，承载盘的材料可以是氧化铝陶瓷材料。在烧结该陶瓷材料的过程中，掺杂微量的碳酸钠材料，就可以达到使承载盘中含有移动性较强的钠离子的目的。

本发明承载盘适用于机械卡盘、静电吸盘等的固片方式固定在下电极上。

（1）如图5、图6和图7所示，当使用机械卡盘7的方式对承载盘与晶片衬底进行紧固时，在传送之前，可对承载盘1与晶片衬底5进行简易装配。如图5所示，晶片衬底5直接放置于承载盘1上的凹陷坑3内，二者之间不使用任何粘贴介质；也可以如图6所示，在晶片衬底5上方放置压片环6，其为一环片，该环片的结构可以是：该环片的中心孔为通孔，该通孔的孔径小于所述承载盘上所述凹陷坑的上端口，使得该压环片的下端面压盖在置于所述凹陷坑中的晶片衬底的上端面。这种压片环结构适用于晶片衬底高度与凹陷坑的深度相等的情况。对应于晶片衬底高度稍大于凹陷坑的深度的情况，该环片的侧壁为阶梯孔，其中孔面积较大的孔段的端口形状和大小与所述承载盘的所述容置腔的上端口对应，该孔段的轴向高度为：使得所述环片压盖在所述承载盘上使得其中的晶片衬底的上端面与阶梯孔的凸台相抵而压住晶片衬底；孔径较小的孔段的孔径小于所述凹陷坑的上端口的口径。压片环6的所述凸台能够对晶片衬底进行完全覆盖和直接施加机械压力。然后，该承载装置与晶片衬底一体在等离子体设备内进行传送或移动。本发明承载装置与机械卡盘7配合使用时，还可以包括压片环6，所述压片环为环片，所述环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径小于容置腔的上端口的口径，使得压环片的下端面压盖在置于容置腔中的晶片衬底5的上端面，或者，所述环片的中心孔为阶梯孔，其中孔径大的孔段与容置腔的上端口的口径对应，孔径大的孔段的轴向高度设置为：孔径大的孔段的轴向高度与容置腔的高度之和等于晶片衬底5的高度；孔径小的孔段的孔径小于容置腔的上端口的口径。如果环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径比晶片衬底5的外径小1-3mm；如果环片的中心孔为阶梯孔，所述孔径小的孔段的孔径比晶片衬底5的外径小1-3mm。这样就可以使压片环完全覆盖放置在承载盘上的所有的晶片衬底。

本发明承载装置还可以与顶针装置配用（图中未示出），所述顶针装置包括一个支架，所述支架上设置平行的多个（通常为三个）竖直顶针，顶针穿过下电极上的穿孔，另一端抵在所述凹陷坑底面上；或者，在凹陷坑底面的背面上开设顶针盲孔，竖直顶针从下方穿过下电极上的穿孔，另一端抵入顶针盲孔中，使得将承载盘1和晶体衬底5一起顶起，从而将晶体衬底5顶出承载装置离开下电极。所述顶针盲孔的孔径大于凹陷坑底面上的气体通孔的孔径。这样的结构可以使得在等离子体工艺结束通过传动装置移动晶片时，传动装置不会直接接触晶片衬底。机械卡盘7直接紧压在环形压片环6上，利用其凸台压紧晶片衬底5和承载盘1的外边缘区域。在等离子体工艺过程中，用于冷却的氦气（He）由下电极8上的气体通道9导入，并且经由承载盘上的气体通孔2导入晶片衬底的背后，形成一定的氦气压力（1-10Torr）后，就可以开启与下电极连接的射频电源10进行等离子体工艺。在等离子体工艺过程中，晶片衬底从等离子体中接受的能量在转化为热量之后，由氦气介质传导至承载盘，再由氦气介质传导给下电极，并由下电极传导并且散失掉。等离子体工艺结束和传片条件满足之后，衬底顶针装置升起，将承载装置与晶片衬底一体顶离下电极8的表面，进行后续的传片操作。在传送过程中，由于传动装置直接与承载盘接触，不直接接触晶片衬底，所以能对晶片起到良好的保护作用。对晶片衬底和承载装置进行紧压时，只要设计合理，压片环、晶片衬底和承载片在受力区域的几何尺寸搭配得当，就能避免对晶片衬底造成机械性损伤。这样，尤其是对于超薄或易碎的晶片衬底，就可以有效地实现氦气冷却、移动传送和等离子体工艺等各项技术操作。

（2）如图8所示，本发明承载装置也可以与静电吸盘配合使用。当使用静电吸盘固定时，为了便于增加承载盘在静电吸盘上的吸引力，还可以在承载盘背面的周围边缘，沉积生长导电性良好的薄膜圆环4，如图3所示，但是该薄膜圆环的覆盖区域，不应与承载盘正面放置晶片衬底的区域有较多的重叠，最好与放置晶片衬底的区域无重叠。本实施例中的薄膜圆环4的内径与凹陷坑3的内径相等。所述薄膜圆环4的覆盖区域，与放置晶片衬底4的区域无重叠；和/或，所述薄膜圆环4的厚度≤5微米。所述盘底板的背面周缘设置有薄膜圆环4；和/或，所述薄膜圆环4是通过沉积生长形成的具有导电性能的薄膜圆环。当使用静电吸盘的方式对承载装置和晶片衬底进行紧固时，晶片衬底5直接放置于承载盘1上的凹陷坑内，二者之间不使用任何粘贴介质。当安装在下电极8上的静电吸盘11内的电极12接通直流电压后，在静电吸盘11的表面就会产生极化电荷，形成静电场。在此电场的作用下，承载盘内的离子（钠、钾、镁、钙等）就会极化并且发生运动，向局部地区聚集，在承载盘形成感应静电场；该感应静电场进一步在晶片衬底5与承载盘1接近的表面形成感应静电荷，从而将晶片衬底紧密吸附在承载盘上。这样，当冷却氦气经由下电极8上的气体通道9和承载盘上的气体通道2到达晶片衬底背面后，就可以被密封在晶片衬底背面与承载片表面之间的微小空隙内并形成一定的压力。在等离子体工艺过程中，开启与下电极8连接的射频电源10进行工艺操作。晶片衬底5从等离子体中接受的能量在转化为热量之后，由氦气介质传导至承载盘，再由氦气介质传导给静电吸盘11下电极8，由其散失掉。等离子体工艺结束和传片条件满足之后，衬底顶针装置11升起，将承载装置与晶片衬底一体顶离静电吸盘11的表面，进行后续的传片操作。如图8所示，当使用静电吸盘的方式对承载装置和晶片衬底进行紧固时，晶片衬底5直接放置于承载盘1上的凹陷坑内，二者之间不使用任何粘贴介质。当安装在下电极8上的静电吸盘11内的电极12接通直流电压后，在静电吸盘11的表面就会产生极化电荷，形成静电场。在此电场的作用下，承载盘内的离子（钠、钾、镁、钙等）就会极化并且发生运动，向局部地区聚集，在承载盘形成感应静电场；该感应静电场进一步在晶片衬底5与承载盘1接近的表面形成感应静电荷，从而将晶片衬底紧密吸附在承载盘上。这样，当冷却氦气经由下电极8上的气体通道9和承载盘上的气体通道2到达晶片衬底背面后，就可以被密封在晶片衬底背面与承载片表面之间的微小空隙内并形成一定的压力。在等离子体工艺过程中，开启与下电极8连接的射频电源10进行工艺操作。晶片衬底5从等离子体中接受的能量在转化为热量之后，由氦气介质传导至承载盘，再由氦气介质传导给静电吸盘11下电极8，由其散失掉。等离子体工艺结束和传片条件满足之后，衬底顶针装置11升起，将承载装置与晶片衬底一体顶离静电吸盘11的表面，进行后续的传片操作。

只要承载盘具有较好的机械强度，就不会在残留静电吸引力和顶针装置的局部推力的作用下发生破裂。在传送过程中，传动装置直接与承载盘接触，不直接接触晶片衬底，尤其是超薄或者易碎的晶片衬底，所以能对其起到良好的保护作用。在传送动作完成并且承载装置与晶片衬底都置于大气压环境后，在承载盘与晶片衬底之间可能仍然存在残留静电吸引力，此时可采用气体吹扫的方式消除静电荷，或者使用机械辅助的方式，在空气环境中较为安全、轻易地将晶片衬底与承载盘分离开来。

如前所述，针对应用于以静电吸盘方式进行吸片紧固的情形，承载盘材料应当具有较高介电常数、机械强度好、热传导率高和对等离子体有一定的抗腐性。更进一步，在承载盘的材料中还含有移动性较强的钠、钾、镁或者钙离子。下表1列举了几种通常可供选择的介质材料。这几种材料，介电常数都在5.0以上；除了氧化锆，热传导率都在10W m-1 K-1以上；机械硬度都在1000以上。尽管从理论上讲，这些材料在Cl-基、F-基、CHx-基和O-基等离子体中，会在载能离子和活性反应粒子发生刻蚀反应，但是实际应用的大部分情况下，只要等离子体的偏压较低（≤1000伏）、等离子体的密度较低（≤10x19cm^-3）、气体温度不高（≤350℃)，这些介质材料在等离子体中发生刻蚀反应的速率就会很低，可以起到良好的使用效果。

表1，几种可供选择用于承载装置的介质材料

承载盘的材料中含有的移动性较强的钠、钾、镁或者钙离子，其浓度需要控制在≤1000ppm的水平上，这些离子起到两个非常重要的作用。首先，在外在静电场的作用下，这些离子很容易向局部特定区域移动和聚集，形成新的感应静电场，将晶片衬底吸附住。换言之，此时在承载盘中更容易产生极化静电荷并且发生电荷分离，增加静电吸盘的效率；否则，由于静电吸力与距离成平方反比的关系，在增加了承载盘后，会大大减低静电吸盘对晶片衬底的吸引力。其次，在外部静电场消除的情况下，这种由可移动离子形成的静电场还会保持一段时间，因为可移动离子的扩散性在介质中不是很高，聚集的静电荷不会很快发散。在承载装置和晶片衬底被移动离开静电吸盘后，它们可能还有一系列的一体移动和传送操作。在这些后续的移动和传送的操作中，要尽量避免承载装置和晶片衬底之间的相对滑动，否则，就可能在晶片衬底的背表面造成划伤或者其他损害。从这个意义上讲，承载盘的材料中含有移动性较强的钠、钾、镁或者钙离子，实际上是起到电荷储备的功能。

由于在等离子体中，承载装置上发生反应的介质表面与晶片衬底的表面几乎没有接触，逃逸出来的钠、钾、镁或者钙离子并且以气态形式存在，在低真空（≤100mTorr）反应腔室中能够及时被真空系统抽离，所以，在大部分情况下，比如使用表1所列的介质材料时，即使不对介质材料表面进行特殊处理，也不会对晶片衬底造成污染。当然，如果需要完全避免钠、钾、镁或者钙离子扩散到晶片衬底，可以在承载盘和压环表面生长出氮化硅薄膜层，因为致密的氮化硅薄膜对上述离子能起到良好的隔离和密封作用。

在等离子体中，往往还会要求一次同时加工多片晶片衬底。在这种情形下，需要对每一片晶片衬底都进行有效的氦气冷却。为此，本发明还涉及到另外一种承载盘，如图9、图10和图11所示。在这种承载盘1上，开有多个凹陷坑3，在图示的此例中，凹陷坑数为3个。每一个凹陷坑的外径尺寸与晶片衬底的尺寸相匹配。在每个凹陷坑3区域的底部，都开有若干个直径为0.5-2.0mm的气体通孔2，作为氦气通道。在承载盘背面与正面的晶片衬底覆盖区域不相重叠的区域内，可以生长具有较好导电性能的薄膜层4，以增加该承载盘在静电吸盘上时的吸附效率。

如图12所示，在使用时，将晶片衬底5直接放置于该承载盘1上，在晶片衬底5与承载盘1之间不使用任何粘贴剂、粘贴胶或粘贴膏。每一个凹陷坑3内都必须放置晶片衬底5，以保证所有的气体通孔2都被完全覆盖。也可以在晶片衬底5上方放置压片环6，其边缘能够对每一个晶片衬底进行完全覆盖和施加机械压力。然后，该承载装置与晶片衬底一体在等离子体设备内进行传送或移动。晶片衬底5和承载装置一体由传送装置传送至并且紧固在等离子体设备的下电极表面，进行等离子体工艺操作。该承载盘适用于机械卡盘或静电吸盘的固片方式。在等离子体工艺完成并且具备传片条件时，设置在下电极内的顶针装置升起，将承载装置和晶片衬底一体推动离开下电极或静电吸盘表面，进行后续的传片操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，包括承载盘，其特征在于：所述承载盘设置有盘底板，所述盘底板正面上设有一个或多个凹陷坑，形成用于放置晶片衬底的一个或多个容置腔；所述容置腔的周缘形成盘侧壁，所述盘底板与容置腔对应的凹陷坑底面上开设有作为供背冷氦气流过的气体通孔；所述凹陷坑底面设置为平整的底面，用于便于限定晶片衬底的位置。

2.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述承载盘的外廓与下电极的平面尺寸匹配，即等于或小于下电极的平面尺寸；和/或，所述凹陷坑底面的平面大小与所述晶片衬底的外廓大小匹配，即等于或稍大于所述晶片衬底的面积。

3.根据权利要求2所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述承载盘的外径比下电极的外径大2-5mm；所述承载盘的整体厚度为1-5mm；和/或，所述容置腔的内径比晶片衬底的外径大1-2mm，所述容置腔的高度与晶片衬底高度相等或小0.1-0.5mm；和/或，所述凹陷坑底面厚度为0.5-2.0mm；和/或，所述气体通孔的孔径为0.5-2.0mm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：还包括压片环，所述压片环为环片，所述环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径小于容置腔的上端口的口径，使得压环片的下端面压盖在置于容置腔中的晶片衬底的上端面，或者，所述环片的中心孔为阶梯孔，其中孔径大的孔段与容置腔的上端口的口径对应，孔径大的孔段的轴向高度设置为：孔径大的孔段的轴向高度与容置腔的高度之和等于晶片衬底的高度；孔径小的孔段的孔径小于容置腔的上端口的口径。

5.根据权利要求4所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：如果环片的中心孔为通孔，所述通孔的孔径比晶片衬底的外径小1-3mm；如果环片的中心孔为阶梯孔，所述孔径小的孔段的孔径比晶片衬底的外径小1-3mm。

6.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：还包括配用的顶针装置，所述顶针装置包括一个支架，所述支架上设置平行的多个竖直顶针，顶针穿过下电极上的穿孔，另一端抵在所述凹陷坑底面上。

7.根据权利要求1至3、或6任一项所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述盘底板的背面周缘设置有薄膜圆环；和/或，所述薄膜圆环是通过沉积生长形成的具有导电性能的薄膜圆环；所述薄膜圆环的覆盖区域，与放置晶片衬底的区域无重叠；和/或，所述薄膜圆环的厚度≤ 5微米。

8.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述承载盘的材质为金属或陶瓷。

9.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述承载盘的材料为陶瓷，其相对介质常数≥5.0 ，并且含有浓度≤1000 ppm的钾、钠或钙离子，从而使其具有一定的静电荷储存功能。

10.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的晶片衬底承载装置，其特征在于：所述承载盘的材料的热传导率≥1 瓦每米每开尔文。

Images