CN103094037A - 一种夹持装置及应用该夹持装置的等离子体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种夹持装置及等离子体加工设备，所述夹持装置包括托盘和盖板，在所述盖板上设有贯穿托盘厚度的第一通孔，被加工工件设置在所述托盘和盖板之间、且与所述第一通孔的位置相对，所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的距离等于或大于所述被加工工件的厚度；而且，在所述托盘与所述盖板之间设有用以减小所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的电位差的调节板，在所述调节板上设有与所述第一通孔位置相对应的第二通孔，所述被加工工件的外周缘与所述第二通孔的内周缘紧密接触。所述夹持装置可以提高被加工工件的刻蚀形貌的对称性，从而不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以提高被加工工件的利用率。

Description

一种夹持装置及应用该夹持装置的等离子体加工设备
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种夹持装置及应用该夹持装置的等离子体加工设备。
背景技术
随着微电子技术的不断发展，相关生产企业的竞争越来越激烈，降低成本、提高生产效率则是提高企业竞争力的常用手段。如LED光源生产企业为提高生产效率、降低生产成本，在图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrates，以下简称PSS)刻蚀工艺过程中，采用托盘搬运的方式实现同时搬运和刻蚀多个蓝宝石基片，以应对日益增加的市场需求。
图1为现有的进行PSS刻蚀的等离子体加工设备的结构简图。如图1所示，该等离子体加工设备包括反应腔室1、电感耦合线圈4、线圈匹配器21、线圈射频电源22、机械卡盘6、下电极匹配器31、下电极射频电源32以及夹持装置5。其中，电感耦合线圈4设置于反应腔室1的顶部，并与线圈匹配器21和线圈射频电源22依次连接；机械卡盘6包括下电极(图中未示出)，其设置于反应腔室1内部的下方，并且下电极与下电极匹配器31和下电极射频电源32依次连接；夹持装置5用于同时承载和运送多个晶片，其进入反应腔室1之后被放置于机械卡盘6上。众所周知，夹持装置的结构对晶片的刻蚀效果以及可利用率具有很大的影响。
图2为常见的夹持装置的剖面图。请参阅图2，夹持装置包括托盘51和盖板52。在盖板52上设有内径略小于晶片7外径的通孔57，以使盖板52能够借助通孔57的边缘部分来固定晶片7。使用时，首先将晶片7放置在托盘51上，然后将盖板52叠置在托盘51上，最后用螺钉53将盖板52与托盘51连接，从而将晶片7固定在托盘51与盖板52之间，而且位于通孔57位置。
在利用上述夹持装置进行刻蚀工艺的过程中，下电极射频系统在提供射频能量时在晶片7的上表面和托盘51的上表面会形成不同的射频偏压，使晶片7的上表面与托盘51的上表面之间存在电位差，这种电位差在晶片7的边缘区域尤为明显，会使在晶片7的边缘区域与托盘上靠近晶片边缘的上表面之间形成偏离晶片的径向方向的非垂直电场。这种非垂直电场不仅会影响晶片的刻蚀效果，而且会使晶片的边缘区域的刻蚀速率与晶片中心区域的刻蚀速率产生较大的差别，从而使晶片边缘区域的表面质量下降，导致晶片边缘区域无法被用于制作电子器件，进而使晶片的利用率降低。
发明内容
为至少解决上述技术问题之一，本发明提供一种夹持装置，其能够减弱被加工工件边缘区域的非垂直电场，从而可以提高被加工工件的刻蚀效果以及利用率。
本发明还提供一种等离子体加工设备，其能够减弱被加工工件边缘区域的非垂直电场，从而可以提高被加工工件的刻蚀效果以及利用率。
为此，本发明提供了一种夹持装置，包括托盘和盖板，在所述盖板上设有贯穿盖板厚度的第一通孔，被加工工件位于所述托盘和盖板之间、且与所述第一通孔的位置相对，其中，所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的距离等于或大于所述被加工工件的厚度，而且，在所述托盘与所述盖板之间设有用以减小所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的电位差的调节板，在所述调节板上设有与所述第一通孔位置相对应的第二通孔，所述被加工工件的外周缘与所述第二通孔的内周缘紧密接触。
其中，所述调节板的上表面不高于所述被加工工件的上表面。
其中，在所述托盘的上表面且与所述第一通孔相对的位置设有凸台，所述凸台的外周缘尺寸不大于所述第二通孔的内周缘尺寸。
其中，所述凸台在所述托盘所在平面上的投影的外轮廓与所述被加工工件在所述托盘所在平面上的投影的外轮廓相同。
其中，所述调节板的厚度小于或等于所述被加工工件厚度与所述凸台厚度的和。
其中，所述调节板与所述托盘采用可拆装的连接方式固定在一起。
其中，所述调节板的阻抗与所述被加工工件的阻抗相匹配。
优选的，所述调节板采用绝缘材料或半导体材料制作。
优选的，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。
其中，在所述被加工工件与所述托盘之间设置有密封件，且在所述托盘上且与放置所述被加工工件相对应的位置处设有贯穿所述托盘厚度的气孔，所述密封件、所述被加工工件以及所述托盘共同构成仅与所述气孔相连通的密闭空间，所述气孔与气体源连接，以调节所述被加工工件的工作温度。
其中，在所述托盘上且与所述被加工工件的周缘相对应的位置处设置有用于放置所述密封件的凹槽。
其中，所述盖板与所述托盘采用可拆装的连接方式固定在一起。
另外，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室以及设置在所述反应腔室内的卡盘和夹持装置，所述夹持装置固定在所述卡盘上，其中，所述夹持装置采用本发明提供的上述夹持装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的夹持装置，借助调节板以及使托盘的上表面与被加工工件的上表面之间的距离等于或大于被加工工件的厚度，使被加工工件边缘区域的非垂直电场减弱，从而可以使被加工工件的边缘区域和中心区域的刻蚀形貌对称，这不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以将被加工工件边缘区域利用，从而提高被加工工件的利用率。
本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的上述夹持装置使被加工工件边缘区域的非垂直电场减弱，从而可以使被加工工件的边缘区域和中心区域的刻蚀形貌对称，这不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以将被加工工件边缘区域利用，从而提高被加工工件的利用率。
附图说明
图1为现有的进行PSS刻蚀的等离子体加工设备的结构简图；
图2为现有的晶片装载系统的剖面图；
图3为本发明第一实施例提供的夹持装置的剖面图；
图4为本发明第一实施例提供的夹持装置的局部放大剖面图；以及
图5为本发明第二实施例提供的夹持装置的局部放大剖面图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的夹持装置和等离子体加工设备进行详细阐明。
为了便于描述，以下实施例将夹持装置放置在水平面上，托盘的上表面是指托盘朝向上的表面，被加工工件的上表面是指被加工工件的朝向上的表面。
实施例一
图3为本发明第一实施例提供的夹持装置的剖面图。图4为本发明第一实施例提供的夹持装置的局部放大剖面图。请一并参阅图3和图4，本实施例提供的夹持装置包括托盘8、盖板9以及用以减小所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间电位差的调节板10。其中，调节板10设置在托盘8和盖板9之间。在盖板9上设有贯穿其厚度的第一通孔91，在调节板10上设有与第一通孔91位置相对应的第二通孔101。使用时，首先将调节板10放置在托盘8上，再将被加工工件11嵌套在调节板10的第二通孔101内，然后将盖板9放置在被加工工件11的上方，且使第一通孔91与被加工工件11的位置相对，最后用紧固螺钉13将盖板9固定在托盘8上，从而将被加工工件11固定在盖板9和托盘8之间。
在托盘8的上表面上与第一通孔91相对的位置处设有凸台81，凸台81在托盘8所在平面上的投影的外轮廓与被加工工件11在托盘8所在平面上的投影的外轮廓相同。被加工工件11放置在凸台81上，借助凸台81可以增加被加工工件11的上表面与托盘8的上表面之间的距离(或高度差)，从而可以减弱被加工工件11边缘区域的非垂直电场，进而提高被加工工件11的刻蚀形貌的对称性。
调节板10叠置在托盘8的上表面上，并利用紧固螺钉12与托盘8固定在一起。当然，也可以采用诸如胶粘等其它方式固定。本实施例中，设置在调节板10上的第二通孔101的内径尺寸大于或等于被加工工件11的外径尺寸，从而将被加工工件11嵌套在调节板10内，这样可以避免被加工工件11在托盘8的表面上移动，从而有利于将被加工工件11固定在托盘8与盖板9之间。
本实施例中，调节板10的上表面不高于被加工工件11的上表面。进一步地，调节板10的阻抗与所述被加工工件的阻抗相匹配，如，调节板10采用绝缘材料或半导体材料制作而成，其中，绝缘材料包括陶瓷或石英。这样可以减弱被加工工件11边缘区域的非垂直电场，从而可以提高被加工工件11的刻蚀形貌的对称性，从而不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以提高被加工工件的利用率。
优选地，调节板10的厚度d4大于凸台81的高度d3，且小于或等于凸台81与被加工工件11的厚度之和d。这样可以确保位于第一通孔91周边的盖板9部分能够挤压被加工工件11，从而有利于被加工工件11的固定。
进一步，在被加工工件11与托盘8之间设置有密封件14，并且，在托盘8上且位于凸台81所在位置处设有贯穿托盘8厚度的气孔82，密封件14、被加工工件11以及托盘8共同构成仅与气孔82相连通的密闭空间。气孔82与气体源连接，用以向被加工工件11输送冷却气体，从而调节被加工工件11的工作温度。
优选地，在托盘8上且位于凸台81的周缘位置处设置有用于放置密封件14的凹槽83，借助凹槽83更有利于密封件14的安装与定位，从而可以提高夹持装置的安装效率。
需要说明的是，在本实施例中，凸台81的外周缘尺寸与第二通孔101的内周缘尺寸相等，但在实际应用中并不局限于此，凸台81的外周缘尺寸还可以小于第二通孔101内周缘的尺寸，同样可以实现本发明的目的，同样属于本发明的保护范围。
还需要说明的是，本实施例中采用了紧固螺钉12将调节板10与托盘8固定连接，但在实际应用中并不局限于此，所有能够以可拆装的连接方式将调节板10与托盘8固定的方式均可以用于本发明。
实施例二
图5为本发明第二实施例提供的夹持装置的局部放大剖面图。请参阅图5，本实施例提供的夹持装置包括托盘62、盖板63和调节板64，托盘62、盖板63和调节板64的位置及连接关系与实施例一相同，这里不再赘述。在此仅对与实施例一不同之处进行描述。
托盘62的上表面未设置凸台，即托盘62的上表面为光滑的平面。这样，被加工工件61的上表面与托盘62的上表面之间的距离d5等于被加工工件61的厚度，结合调节板64同样可以减弱被加工工件11边缘区域的非垂直电场，进而提高被加工工件11的刻蚀形貌的对称性。
上述实施例提供的夹持装置，借助调节板以及使托盘的上表面与被加工工件的上表面之间的距离等于或大于被加工工件的厚度，使被加工工件边缘区域的非垂直电场减弱，从而可以使被加工工件的边缘区域和中心区域的刻蚀形貌对称，这不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以将被加工工件边缘区域利用，从而提高被加工工件的利用率。
本发明还提供了一种等离子体加工设备，包括反应腔室以及设置在反应腔室内的卡盘和夹持装置，夹持装置固定在卡盘上，夹持装置采用本实施例提供的夹持装置。本实施例中，卡盘可以为机械卡盘、静电卡盘等用以承载和固定被加工工件的装置。
本实施例提供的等离子体加工设备借助上述实施例提供的夹持装置，可以使被加工工件边缘区域的非垂直电场减弱，从而可以使被加工工件的边缘区域和中心区域的刻蚀形貌对称，这不仅可以提高被加工工件的刻蚀效果，而且可以将被加工工件边缘区域利用，从而提高被加工工件的利用率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种夹持装置，包括托盘和盖板，在所述盖板上设有贯穿盖板厚度的第一通孔，被加工工件位于所述托盘和盖板之间、且与所述第一通孔的位置相对，其特征在于，所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的距离等于或大于所述被加工工件的厚度，
而且，在所述托盘与所述盖板之间设有用以减小所述托盘的上表面与所述被加工工件的上表面之间的电位差的调节板，在所述调节板上设有与所述第一通孔位置相对应的第二通孔，所述被加工工件的外周缘与所述第二通孔的内周缘紧密接触。
2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述调节板的上表面不高于所述被加工工件的上表面。
3.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，在所述托盘的上表面且与所述第一通孔相对的位置设有凸台，所述凸台的外周缘尺寸不大于所述第二通孔的内周缘尺寸。
4.根据权利要求3所述的夹持装置，其特征在于，所述凸台在所述托盘所在平面上的投影的外轮廓与所述被加工工件在所述托盘所在平面上的投影的外轮廓相同。
5.根据权利要求3所述的夹持装置，其特征在于，所述调节板的厚度小于或等于所述被加工工件厚度与所述凸台厚度的和。
6.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述调节板与所述托盘采用可拆装的连接方式固定在一起。
7.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述调节板的阻抗与所述被加工工件的阻抗相匹配。
8.根据权利要求7所述的夹持装置，其特征在于，所述调节板采用绝缘材料或半导体材料制作。
9.根据权利要求8所述的夹持装置，其特征在于，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。
10.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，在所述被加工工件与所述托盘之间设置有密封件，且在所述托盘上且与放置所述被加工工件相对应的位置处设有贯穿所述托盘厚度的气孔，所述密封件、所述被加工工件以及所述托盘共同构成仅与所述气孔相连通的密闭空间，所述气孔与气体源连接，以调节所述被加工工件的工作温度。
11.根据权利要求10所述的夹持装置，其特征在于，在所述托盘上且与所述被加工工件的周缘相对应的位置处设置有用于放置所述密封件的凹槽。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的夹持装置，其特征在于，所述盖板与所述托盘采用可拆装的连接方式固定在一起。
13.一种等离子体加工设备，包括反应腔室以及设置在所述反应腔室内的卡盘和夹持装置，所述夹持装置固定在所述卡盘上，其特征在于，所述夹持装置采用权利要求1-12中任意一项所述的夹持装置。
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