CN104282610A - 承载装置及等离子体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的承载装置及等离子体加工设备，承载装置用于承载被加工工件，其包括托盘和盖板，盖板与托盘相互配合来将被加工工件固定在二者之间，在托盘的上表面上形成有多个凸台，用以承载被加工工件，并且在盖板上设置有数量和位置与凸台相对应的通孔，并且凸台的上表面与托盘的上表面存在预定高度差；并且通过调节预定高度差、通孔的孔壁与盖板下表面之间的倾角以及盖板的厚度，而使进行工艺时在被加工工件的边缘区域形成的电场方向趋于垂直向下。本发明提供的承载装置，其可以提高被加工工件的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，进而可以提高工艺质量。

Description

承载装置及等离子体加工设备
技术领域
本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及承载装置及等离子
体加工设备。
背景技术
图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate，以下简称PSS）是目前较为主流的提高蓝光LED出光效率的方法之一，该方法通常采用干法刻蚀技术对存在掩膜图形的蓝宝石衬底进行刻蚀，以在蓝宝石衬底上制作图形。感应耦合等离子体（Inductively coupled plasma，以下简称ICP）刻蚀设备是一种应用比较广泛的制作PSS衬底的设备，且在刻蚀工艺中，为了提高单次工艺的产能，通常采用承载装置将多个被加工工件S传送至反应腔室内，以同时对多个被加工工件S进行工艺加工。
图1为目前常用的承载装置的立体图。图2为承载装置的局部剖视图。请一并参阅图1和图2，承载装置10包括由金属制成的托盘101和由石英制成的盖板102，以及多个螺钉103。其中，在托盘101的上表面上设置有多个用于承载被加工工件S的装片位，并且在盖板102的上表面上，且与各个装片位相对应的位置处设置有贯穿其厚度的通孔，通孔的直径小于被加工工件S的直径，盖板102的下表面的靠近每个通孔周边的环形区域与置于相应装片位上的被加工工件S上表面的边缘区域相互叠置，用以将被加工工件S固定在托盘101上；并且，托盘101和盖板102借助多个螺钉103固定在一起。在进行工艺时，将承载多个被加工工件S的上述承载装置放置在反应腔室内的与射频电源电连接的电极板上，当射频电源开启时，其在被加工工件S的上表面上加载有负的直流自偏压，该负的直流自偏压所产生的电场方向垂直于被加工工件S的上表面，以吸引等离子体中的正离子垂直轰击被加工工件S的表面，从而实现对被加工工件S的刻蚀。
然而，上述承载装置在进行工艺的过程中不可避免地存在以下问题，即：由于等离子体中的自由电子会堆积在盖板102的各个通孔的孔壁104上，导致在该孔壁104上会产生负的自偏压，且该负的自偏压所产生的电场方向垂直于孔壁104，这使得在每个被加工工件S的边缘区域，由于被加工工件S的上表面产生的电场方向会因与由孔壁104产生的不同矢量的电场相互叠加而发生偏转，且越靠近被加工工件S的边缘偏转越大，从而造成被加工工件S的边缘区域的刻蚀效果不均匀。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种承载装置及等离子体加工设备，其可以使在被加工工件边缘区域产生的电场趋于垂直向下，从而可以提高被加工工件的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，进而可以提高工艺质量。
本发明提供一种承载装置，用于承载被加工工件，其包括托盘和盖板，所述盖板与所述托盘相互配合将被加工工件固定在二者之间，在所述托盘的上表面上形成有多个凸台，用以承载被加工工件，并且在所述盖板上设置有数量和位置与所述凸台相对应的通孔，且所述凸台的上表面与所述托盘的上表面存在预定高度差；通过调节所述预定高度差、所述通孔的孔壁与所述盖板下表面之间的倾角以及所述盖板的厚度，而使进行工艺时在被加工工件的边缘区域形成的电场方向趋于垂直于被加工工件的上表面向下。
其中，所述凸台的外径小于所述被加工工件的直径，在所述托盘的上表面上，且环绕每个所述凸台设置有环形凹槽，并且在所述环形凹槽内放置有绝缘环，所述绝缘环的上表面高于置于所述凸台上的所述被加工工件的下表面，用以对被加工工件进行定位。
其中，在每个所述绝缘环的上表面上与置于所述凸台上的被加工工件下表面相互重叠的位置处形成有环形的密封槽，并且，在所述密封槽内设置有密封件，用以密封所述凸台的上表面和所述被加工工件之间的间隙。
其中，所述绝缘环所采用的材料包括陶瓷或石英。
其中，所述通孔的直径小于所述被加工工件的直径，所述盖板的下表面的靠近各个通孔周边的环形区域与所述被加工工件上表面的边缘区域相互叠置，用以将所述被加工工件固定在所述凸台的上表面上。
其中，所述通孔的直径不小于所述被加工工件的直径，并且在各个所述通孔的孔壁上沿其周向间隔设置有多个压爪，每个所述压爪的下表面与所述被加工工件上表面的边缘区域相互叠置，用以将所述被加工工件固定在所述凸台的上表面上。
其中，所述预定距离为1.9mm；所述通孔的孔壁与所述盖板下表面之间的倾角为45°；所述盖板的厚度为2.5mm。
优选地，在所述盖板的下表面上，且对应于所述托盘上表面的空置区域形成有支撑体，并且所述支撑体的下表面与托盘的上表面之间存在预定间距。
其中，所述托盘所采用的材料包括金属。
其中，所述被加工工件包括蓝宝石衬底。
本发明还提供一种等离子体加工设备，包括用于承载多个被加工工件的承载装置，所述承载装置采用本发明提供的所述承载装置。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的承载装置，其托盘的上表面上形成有多个承载被加工工件的凸台，且凸台的上表面与托盘的上表面之间存在预定高度差，由于在工艺过程中，凸台上形成的直流负偏压在被加工工件的边缘区域产生电场方向朝向凸台中心的电场，该电场与孔壁在被加工工件的边缘区域产生的不同矢量的电场相互叠加，形成被加工工件的边缘区域的电场，且通过调节该预定高度差、盖板上通孔的孔壁与盖板下表面之间的倾角以及盖板的厚度，使得进行工艺时在被加工工件的边缘区域形成的电场方向趋于垂直向下，从而可以提高被加工工件的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，进而可以提高工艺质量。
本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，可以提高被加工工件的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，从而可以提高被加工工件的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。
附图说明
图1为目前常用的承载装置的立体图；
图2为承载装置的局部剖视图；
图3为本发明第一实施例提供的承载装置的局部剖视图；
图4为图3中盖板的俯视图；
图5为在被加工工件的边缘区域的电场矢量叠加示意图；
图6为本发明第一实施例提供的另一种承载装置的局部剖视图；以及
图7为图3中盖板的另一种结构的俯视图。
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，下面结合附图对本发明提供的承载装置及等离子体加工设备进行详细描述。
图3为本发明第一实施例提供的承载装置的局部剖视图。图4为图3中盖板的俯视图。图5为在被加工工件S的边缘区域的电场矢量叠加示意图。请一并参阅图3、图4和图5，承载装置用于承载被加工工件，被加工工件包括蓝宝石衬底，其包括托盘20和盖板30，盖板30与托盘20相互配合来将被加工工件S固定在二者之间，在托盘20的上表面上形成有多个凸台201，用以承载被加工工件S，并且在盖板30上设置有数量和位置与凸台201相对应的通孔301，在本实施例中，通孔301的直径小于被加工工件S的直径，盖板30的下表面的靠近每个通孔301周边的环形区域与置于凸台201上表面的被加工工件S上表面的边缘区域相互叠置，用以将被加工工件S固定在托盘20的凸台201的上表面上，凸台201的上表面与托盘20的上表面存在预定高度差H。并且，托盘20所采用的材料包括金属，其中，金属包括铝；盖板所采用的材料包括石英或者陶瓷。
在工艺过程中，将托盘20放置在反应腔室内的与射频电源电连接的电极板上，当射频电源开启时，其在被加工工件S上加载有负的直流自偏压，该负的直流自偏压所产生的电场方向垂直于被加工工件S的上表面，由于被加工工件S的边缘区域受到凸台201的影响，这使得在被加工工件S的边缘区域产生电场E1的方向朝向凸台201的中心偏转，并且预定高度差H越大，电场E1朝向被加工工件S的中心区域的偏转角度B越大。而且，在工艺过程中，盖板30上各个通孔301的孔壁302上由于电子的堆积产生负的自偏压，该自偏压在被加工工件S的边缘区域形成电场E2方向朝向孔壁302偏转，并且，通孔301的孔壁302与盖板30下表面之间的倾角θ越大，电场E2朝向孔壁302的偏转角度A越大；盖板30的厚度T越大，电场E2朝向孔壁302的偏转角度A越大。因此，在被加工工件的边缘区域形成的电场E为电场E1与电场E2矢量叠加。
综上所述，通过调节预定高度差H、通孔301的孔壁302与盖板30下表面之间的倾角θ以及盖板30的厚度T，以使进行工艺时在被加工工件S的边缘区域形成的电场E的方向趋于垂直于被加工工件的上表面向下，从而可以提高被加工工件的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，进而可以提高工艺质量。
此外，偏转角度A和B的大小与被加工工件S上表面沿径向上的不同位置有关，具体地，在距离凸台201边缘越近的位置偏转角度B越大，距离孔壁302越近的位置处偏转角度A越大。而且由于电场E1和E2在不同位置之间的电场强度变化并不相同，因而无法通过调节预定高度差H、通孔301的孔壁302与盖板30下表面之间的倾角θ以及盖板30的厚度T，使在被加工工件S的边缘区域的每一个位置处形成的电场方向均垂直向下。
下面通过举例来详细地描述具体的调节过程：假设承预定高度差H很小，倾角θ以及盖板的厚度T均很大，在这种情况下，电场E的方向朝向通孔301的孔壁302的方向偏转，而且，在越靠近被加工工件S的边缘的位置处的电场E的偏转角度越大，例如，在距离被加工工件S的边缘3mm位置处的偏转角度比在距离被加工工件S的边缘2mm和1mm的位置处的偏转角度大，在距离被加工工件S的边缘2mm位置处的偏转角度比在距离被加工工件S的边缘1mm的位置处的偏转角度大；
增大预定高度差H，使电场E的方向朝向孔壁302的偏转角度逐渐减小，直至在距离被加工工件S的边缘3mm位置处的电场E的方向垂直向下，此时，在距离被加工工件S的边缘2mm位置处的电场E的方向朝向孔壁302的偏转角度较小，在距离被加工工件S的边缘1mm位置处的电场E的方向朝向孔壁302的偏转角度较大；
继续增大预定高度差H，直至在距离被加工工件S的边缘2mm位置处的电场E的方向垂直向下，此时，在距离被加工工件S的边缘3mm的位置处的电场E的方向朝向凸台201的中心偏转，且偏转角度较小，在距离被加工工件S的边缘1mm的位置处的电场E的方向仍朝向孔壁302的偏转，且偏转角度相对步骤1中偏转角度偏小。优选地，预定高度差H为1.9mm；通孔301的孔壁302与盖板30下表面之间的倾角θ为45°；盖板30的厚度T为2.5mm。
由上可知，在距离被加工工件S的边缘区域2mm的位置处的电场E的方向垂直向下，这使得2mm位置处的刻蚀工艺满足工艺需求，而且在距离被加工工件S的边缘区域3mm和1mm位置处的电场E的偏转角度都很小，即，电场E的方向趋于垂直向下，这使得等离子体中的正离子在该电场E下来完成的刻蚀工艺在工艺指标范围内，从而可以在提高被加工工件S的边缘区域的刻蚀效果均匀性，进而可以提高被加工工件S的工艺质量。
在本实施例中，凸台201的外径小于被加工工件S的直径，在托盘20的上表面上，且环绕每个凸台201设置有环形凹槽202，并且在环形凹槽202内放置有绝缘环203，绝缘环203所采用的材料包括陶瓷或石英，绝缘环203的上表面高于置于凸台201上的被加工工件S的下表面，用以对被加工工件S进行定位。容易理解，绝缘环203的尺寸与环形凹槽202的尺寸相匹配，以防止绝缘环203与环形凹槽202相对移动，这不仅可以降低装卸载被加工工件S的难度，而且可以避免在装卸载过程中对被加工工件S造成损坏。
并且，在每个绝缘环203的上表面上与置于凸台201上的被加工工件S下表面相互重叠的位置处形成有环形的密封槽204，并且，在密封槽204内设置有密封件205，用以密封凸台201的上表面和被加工工件S之间的间隙，以防止二者之间的热交换媒介泄露，进一步避免泄露的热交换媒介对反应腔室的工艺环境造成污染。
在本实施例中，承载装置还包括多个螺钉，螺钉用于将托盘20与盖板30固定。在实际应用中，托盘20与盖板30之间也可以采用其他方式固定，例如，采用机械压爪的方式将盖板30固定在托盘20的上表面上，具体地，机械压爪的下表面叠置在盖板30的边缘区域。当然，也可以采用其他方式固定，在此并不限定托盘20与盖板30之间的固定方式。
图6为本发明第一实施例提供的另一种承载装置的局部剖视图。请参阅图6，由于凸台201的上表面和托盘20的上表面之间存在预定高度差H，这使得盖板30的下表面的靠近每个通孔301周边的环形区域与置于凸台201上表面的被加工工件S上表面的边缘区域相互叠置时，盖板30下表面的未与被加工工件S的上表面接触的区域处在高悬空状态，这使得盖板30易损坏，导致盖板的强度差，因而在盖板30的下表面上，且对应于托盘20上表面上的空置区域形成有支撑体303，且支撑体303的下表面与托盘20的上表面之间存在预定间距，以使盖板30的下表面的靠近每个通孔301周边的环形区域可以叠置在置于凸台201上表面的被加工工件S上表面的边缘区域，并且预定间距在0.1～2mm。优选地，支撑体303和盖板30可以一体成型，这可以进一步增加盖板30的强度，从而可以增加盖板30的使用寿命，进而可以提高承载装置的稳定性。在实际应用中，支撑体303和盖板30也可以采用粘接、螺纹等方式固定。
需要说明的是，在本实施例中，通孔301的直径小于被加工工件S的直径，借助盖板30的下表面的靠近每个通孔301周边的环形区域与被加工工件S上表面的边缘区域相互叠置，将被加工工件S固定在凸台201的上表面上，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，盖板30上的通孔301的直径可以不小于被加工工件S的直径，在各个通孔301的孔壁302上沿其周向间隔设置有多个压爪302，如图7所示，每个压爪302的下表面与被加工工件S上表面的边缘区域相互叠置，用以将被加工工件S固定在凸台201的上表面上，借助间隔设置的多个压爪302的下表面与被加工工件S上表面的边缘区域叠置，这使得被加工工件S上表面的边缘区域的部分面积被覆盖，可以增加被加工工件S的可加工面积。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括用于承载多个被加工工件S的承载装置，该承载装置采用了上述各个实施例提供的承载装置。
本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的承载装置，可以提高被加工工件S的边缘区域的刻蚀效果的均匀性，从而可以提高被加工工件S的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。
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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (11)

1.一种承载装置，用于承载被加工工件，其包括托盘和盖板，所述盖板与所述托盘相互配合将被加工工件固定在二者之间，其特征在于，在所述托盘的上表面上形成有多个凸台，用以承载被加工工件，并且在所述盖板上设置有数量和位置与所述凸台相对应的通孔，且所述凸台的上表面与所述托盘的上表面存在预定高度差；
通过调节所述预定高度差、所述通孔的孔壁与所述盖板下表面之间的倾角以及所述盖板的厚度，而使进行工艺时在被加工工件的边缘区域形成的电场方向趋于垂直于被加工工件的上表面向下。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述凸台的外径小于所述被加工工件的直径，在所述托盘的上表面上，且环绕每个所述凸台设置有环形凹槽，并且
在所述环形凹槽内放置有绝缘环，所述绝缘环的上表面高于置于所述凸台上的所述被加工工件的下表面，用以对被加工工件进行定位。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，在每个所述绝缘环的上表面上与置于所述凸台上的被加工工件下表面相互重叠的位置处形成有环形的密封槽，并且，在所述密封槽内设置有密封件，用以密封所述凸台的上表面和所述被加工工件之间的间隙。
4.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘环所采用的材料包括陶瓷或石英。
5.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述通孔的直径小于所述被加工工件的直径，所述盖板的下表面的靠近各个通孔周边的环形区域与所述被加工工件上表面的边缘区域相互叠置，用以将所述被加工工件固定在所述凸台的上表面上。
6.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述通孔的直径不小于所述被加工工件的直径，并且
在各个所述通孔的孔壁上沿其周向间隔设置有多个压爪，每个所述压爪的下表面与所述被加工工件上表面的边缘区域相互叠置，用以将所述被加工工件固定在所述凸台的上表面上。
7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述预定距离为1.9mm；所述通孔的孔壁与所述盖板下表面之间的倾角为45°；所述盖板的厚度为2.5mm。
8.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，在所述盖板的下表面上，且对应于所述托盘上表面的空置区域形成有支撑体，并且
所述支撑体的下表面与托盘的上表面之间存在预定间距。
9.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述托盘所采用的材料包括金属。
10.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述被加工工件包括蓝宝石衬底。
11.一种等离子体加工设备，包括用于承载多个被加工工件的承载装置，其特征在于，所述承载装置采用上述权利要求1-10任意一项所述的承载装置。
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