CN104851832B - 一种固定装置、反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

一种固定装置、反应腔室及等离子体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种固定装置、反应腔室及等离子体加工设备，固定装置用于将被加工工件固定在位于反应腔室内的基座的承载面上，固定装置包括位于基座上方的固定环板，在固定环板的内周壁上设置有沿其周向间隔设置的多个固定爪，每个固定爪的下表面叠置在置于基座的承载面上的被加工工件的上表面的边缘区域以将被加工工件固定在基座的承载面上。本发明提供的固定装置，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。

Description

一种固定装置、反应腔室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，具体涉及一种固定装置、反应腔室及等离子体加工设备。
背景技术
穿透硅通孔（Through Silicon Via，以下简称TSV）技术是目前实现电子产品封装变小的关键技术。在进行后续封装工艺时，TSVPVD设备主要应用于在TSV工艺流程中沉积薄膜，且由于进行后续封装工艺的被加工工件较薄，通常在沉积薄膜时要求采用固定装置将被加工工件固定在承载被加工工件的基座的上表面上。
图1为现有的TSV PVD设备的剖视图。图2为图1中I区域的局部放大图。图3为图1中固定装置的俯视图。请一并参阅图1、图2和图3，等离子体加工设备包括反应腔室100，其中，在反应腔室100内的顶部的设置有靶材105，靶材105与设置在反应腔室100外侧的激励源（图中未示出）电连接，用以将反应腔室100内的气体激发成等离子体，且激励源在靶材105上产生一定的负偏压，以吸引等离子体中的正离子轰击靶材105的表面，使靶材105表面的金属原子逸出并沉积在被加工工件101的表面，从而在被加工工件101的表面沉积薄膜。并且，在反应腔室100内设置有基座102和固定装置，其中，被加工工件101置于基座102的承载面上；固定装置包括固定环板104，固定环板104的下表面的靠近环孔106的环形区域与被加工工件101的上表面的边缘区域相互叠置，用以将被加工工件101固定在基座102的承载面上，此外，在基座102内设置有热交换管道103，且热交换管道103的出气口位于基座102的上表面，进气口与热交换媒介源相连通，在进行工艺的过程中，由热交换媒介源提供的热交换媒介经由热交换管道103流入被加工工件101的下表面和基座102的承载面之间的间隙中，以实现热交换媒介与被加工工件101的热交换，从而使被加工工件101的温度达到工艺所需的温度。
在实际应用中，采用上述固定装置的TSV PVD设备会存在以下问题，即：由于固定环板104的下表面的靠近环孔106周边的环形区域叠置在被加工工件101的上表面的边缘区域，这使得等离子体不能在被加工工件101的上表面的边缘区域沉积薄膜，从而不仅导致被加工工件101的可加工面积不能满足后续工序的需要，而且还可能增加后续工序（如电镀工序）的加工难度。为此，在沉积薄膜工艺进行至后期时，通常需要将基座102相对于固定环板104下降预定距离，以使被加工工件101的上表面与固定环板104的下表面彼此分离，从而使得等离子体可以在整个被加工工件101的上表面上沉积薄膜，以满足后续工序的需要。
然而，这又会存在以下问题，即：由于在基座102相对于固定环板104下降预定距离之后，在被加工工件101的上表面和固定环板104的下表面之间会存在竖直间隙，这使得流入被加工工件101的下表面和基座102的承载面之间的间隙中的热交换媒介会经由该竖直间隙泄漏至反应腔室100内，导致对反应腔室100内的工艺环境产生不良影响，从而在基座102相对于固定环板104下降预定距离的情况下，必须停止借助热交换媒介加热被加工工件101，导致无法控制被加工工件101的温度，进而降低了工艺质量。此外，等离子体中的金属原子还会经由该竖直间隙溅射到反应腔室100内的位于基座102下方的区域，这会对位于该区域内的电子器件造成损伤，甚至还可能出现电子器件因金属原子的沉积而连通的问题，造成更严重的后果。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种固定装置、反应腔室及等离子体加工设备，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
本发明提供了一种固定装置，用于将被加工工件固定在位于反应腔室内的基座的承载面上，所述固定装置包括位于所述基座上方的固定环板，在所述固定环板的内周壁上设置有沿其周向间隔设置的多个固定爪，每个所述固定爪的下表面叠置在置于所述基座的承载面上的被加工工件的上表面的边缘区域以将所述被加工工件固定在所述基座的承载面上。
其中，所述固定环板的内径不大于置于所述基座的承载面上的被加工工件的外径。
其中，多个所述固定爪沿所述固定环板的内周壁均匀分布。
其中，所述固定装置还包括与所述固定环板相对设置的遮挡环，且所述遮挡环的外径不小于所述固定环板的外径；并且所述遮挡环的内径与所述固定环板的内径相等。
其中，所述遮挡环的数量为多个，多个所述遮挡环沿竖直方向叠置，且除了位于最下层的遮挡环之外，每个所述遮挡环的下表面与位于其下方且相邻的遮挡环的上表面间隔设置；位于最下层的遮挡环的下表面与所述固定环板的上表面间隔设置。
其中，对应地在每个所述遮挡环的下表面，且靠近其外缘的区域设置有凸部，所述遮挡环的凸部的下端叠置在位于其下方且相邻的所述遮挡环的上表面上，位于最下层的遮挡环的凸部的下端叠置在所述固定环板的上表面上；并且，多个所述遮挡环的所述凸部在竖直方向上对应设置，且沿竖直方向设置有贯穿多个所述遮挡环、凸部和所述固定环板的螺纹孔，所述遮挡环、凸部和所述固定环板借助与所述螺纹孔相配合的一个螺钉固定在一起。
其中，在位于最上层的所述遮挡环的上表面上，且与所述螺钉相对应的位置处设置有保护罩，用以容纳所述螺钉的位于最上层的遮挡环的上表面上方的部分。
其中，所述遮挡环的数量为一个，在所述遮挡环的下表面，且靠近其外缘的区域设置有凸部，所述凸部的下端叠置在所述固定环板的上表面上；并且沿竖直方向设置有贯穿所述遮挡环、凸部和所述固定环板的螺纹孔，所述遮挡环、凸部和所述固定环板借助与所述螺纹孔相配合的一个螺钉固定在一起。
其中，在所述遮挡环的上表面上，且与所述螺钉相对应的位置处设置有保护罩，用以容纳所述螺钉的位于所述遮挡环的上表面上方的部分。
其中，所述保护罩的外表面采用喷砂处理方式处理。
其中，所述遮挡环所采用的材料包括不锈钢。
其中，所述遮挡环的外表面采用喷砂处理方式处理。
其中，所述固定环板所采用的材料包括不锈钢。
其中，相邻两个所述固定爪之间的爪间距根据所述被加工工件的材料设置。
本发明还提供一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的基座，以及用于将所述被加工工件固定在所述基座的承载面上的固定装置，所述固定装置采用本发明提供的上述固定装置。
其中，所述反应腔室还包括热交换媒介源，并且，在所述基座内设置有热交换管道，所述热交换管道的出气口位于所述基座的承载面上，所述热交换管道的进气口与所述热交换媒介源相连通；所述热交换媒介源用于经由所述热交换管道向所述基座的承载面与置于其上的被加工工件的下表面之间间隙提供热交换媒介。
本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的固定装置，其借助在固定环板的内周壁上设置有沿其周向间隔设置的多个固定爪，每个固定爪的下表面叠置在置于基座的承载面上的被加工工件的上表面的边缘区域，以将被加工工件固定在基座的承载面上。由于间隔设置的多个固定爪仅遮挡了基座承载面上的被加工工件的部分边缘区域，这与现有技术中固定装置完全遮挡了基座承载面上的被加工工件的整个边缘区域相比，无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，这不仅可以避免由于下降基座造成的热交换媒介对反应腔室的环境产生不良影响或者停止输送热交换媒介对被加工工件的温度不能控制而造成的工艺质量差，而且可以避免由于下降基座造成的反应腔室内的位于基座下方的区域内的电子器件造成损伤等问题，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的固定装置，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
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，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
附图说明
图1为现有的TSV PVD设备的剖视图；
图2为图1中I区域的局部放大图；
图3为图1中固定装置的俯视图；
图4A为本发明第一实施例提供的固定装置的剖视图；
图4B为图4A中固定装置的俯视图；
图5A为本发明第二实施例提供的固定装置的剖视图；
图5B为图5A中I区域的局部放大图；
图5C为图5A中固定装置的俯视图；
图5D为图5A中遮挡环的俯视图；以及
图6为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖视图。
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固定装置、反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。
图4A为本发明第一实施例提供的固定装置的剖视图。图4B为图4A中固定装置的俯视图。请一并参阅图4A和图4B，该固定装置用于将被加工工件201固定在位于反应腔室内的基座202的承载面上，固定装置包括位于基座202上方的固定环板203，固定环板203所采用的材料包括不锈钢等高密度的材料，在固定环板203的内周壁（即，固定环板203的环孔204的内周壁）上设置有沿其周向间隔设置的多个固定爪205，每个固定爪205的下表面叠置在置于基座202的承载面上的被加工工件201的上表面的边缘区域以将被加工工件201固定在基座202的承载面上。由于间隔设置的多个固定爪205仅遮挡了基座202承载面上的被加工件201的部分边缘区域，这与现有技术中固定装置完全遮挡了基座202承载面上的被加工工件201的整个边缘区域相比，无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件201的可加工面积，这不仅可以避免由于下降基座造成的热交换媒介对反应腔室的环境产生不良影响或者停止输送热交换媒介对被加工工件的温度不能控制而造成的工艺质量差，而且可以避免由于下降基座造成的反应腔室内的位于基座下方的区域内的电子器件造成损伤等问题，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
容易理解，固定环板203的内径D1应该不大于置于基座202的承载面上的被加工工件201的外径，这使得固定环板203与被加工工件201之间不会产生间隙，等离子体中的金属原子不会经由该间隙溅射到反应腔室内位于基座202下方的区域，因而不会对位于该区域内的电子器件造成损伤，从而可以提高工艺的稳定性；而且可以避免电子器件因金属原子的沉积而连通造成更严重的后果。
优选地，多个固定爪205沿固定环板203的内周壁均匀分布，这使得基座202承载面上的被加工工件201的边缘区域受力均匀，从而可以将被加工工件201稳定地固定在基座202的承载面上，进而可以提高工艺的稳定性。
需要说明的是，在实际应用中，相邻两个固定爪205之间的爪间距H根据被加工工件201的材料设置，当相邻两个固定爪205之间的爪间距H确定之后，这使得固定爪205的数量可根据被加工工件201的尺寸具体设定。例如，若被加工工件201由较软材质制成，该种材质往往会在受热后变得更软，导致被加工工件201很容易因受到位于被加工工件201与基座202之间的热交换媒介施加的压力而变形，且相邻两个固定爪205之间的爪间距越大，变形程度越明显，在这种情况下，就需要减小相邻两个固定爪205之间的爪间距，即，增加固定爪205的数量。在本实施例中，采用本实施例提供的固定装置固定12寸键合片时，优选地，固定爪的数量为48爪，且沿着固定环板203的内周壁均匀分布，并且爪间距小于10mm。
图5A为本发明第二实施例提供的固定装置的剖视图。图5B为图5A中I区域的局部放大图。图5C为图5A中固定装置的俯视图。图5D为图5A中遮挡环的俯视图。请一并参阅图5A、图5B、图5C和图5D，本实施例提供的固定装置与上述第一实施例相比，同样包括固定环板203和固定爪205，由于固定环板203和固定爪205的结构关系和功能在上述第一实施例中已有了详细的描述，在此不再赘述。
下面详细地对本实施例与第一实施例之间的不同点进行详细地描述：由于等离子体中的金属原子会轰击固定环板203的表面，这使得固定环板203的温度升高，因而使得与固定环板203叠置的被加工工件201的边缘区域相对于其中心区域温度过高，从而使得被加工工件201的温度不均匀，进而导致工艺质量差。为此，在本实施例中，固定装置还包括与固定环板203相对设置的遮挡环206，遮挡环206采用不锈钢材料制成，遮挡环206的外径R2不小于固定环板203的外径R1，并且在遮挡环206的内径D2与固定环板203的内径D1相等，这使得遮挡环206将固定环板203的上表面完全覆盖，因而金属原子不会直接轰击固定环板203的上表面，从而可以避免固定环板203的温度过高。优选地，遮挡环206的外表面采用喷砂处理方式处理，可以在金属原子自由移动的基础上进一步吸引金属原子轰击遮挡环206，因而可以进一步避免金属原子轰击固定环板203的表面。
优选地，遮挡环206的数量为多个，在本实施例中，遮挡环206的数量为两个，如图5B所示，多个遮挡环206沿竖直方向叠置，且除了位于最下层的遮挡环206之外，每个遮挡环206的下表面和位于其下方且相邻的遮挡环206的上表面间隔设置；位于最下层的遮挡环206的下表面与固定环板203的上表面间隔设置。
下面详细地介绍相邻两个遮挡环206之间以及最下层遮挡环206与固定环板203之间相互间隔设置的具体结构：具体地，对应地在每个遮挡环206的下表面，且靠近其外缘的区域设置有凸部208，遮挡环206的凸部208的下端叠置在位于其下方且相邻的遮挡环206的上表面上，位于最下层的遮挡环206的凸部208的下端叠置在固定环板203的上表面上，这使得相邻两个遮挡环206之间以及最下层遮挡环206与固定环板203之间的接触面积均为对应凸部208的下端面，即，相邻两个遮挡环206之间以及最下层遮挡环206与固定环板203之间的热交换面积仅为凸部208的下端面，因而可以降低二者之间的热传递效率，从而可以进一步防止固定环板203的温度变高。
并且，多个遮挡环206的凸部208在竖直方向上对应设置，且沿竖直方向设置有贯穿多个遮挡环206、凸部208和固定环板203的螺纹孔，所有的遮挡环206、凸部208和固定环板203借助与螺纹孔相配合的一个螺钉209固定在一起。其中，凸部208可以为沿遮挡环206周向设置的闭合凸部，也可以为沿遮挡环206周向间隔设置的多个子凸部，各个遮挡环206设置的子凸部的数量和位置一一对应。在保证所有遮挡环206和固定环板203稳定固定的前提下，可以尽可能地减少子凸部的设置数量，优选地，子凸部的数量为3个，且沿遮挡环206的周向间隔且均匀设置。
在实际应用中，在保证在凸部208上设置的螺纹孔以满足螺钉209的前提下，可以尽可能地减小凸部208的下端面的面积，以进一步的减小遮挡环206与固定环板203的热交换面积，从而可以进一步降低遮挡环206与固定环板203的热交换效率。
另外，在本实施例中，在位于最上层的遮挡环206的上表面上，且与螺钉209相对应的位置处设置有保护罩210，用以容纳螺钉209的位于最上层的遮挡环206的上表面上方的部分，这使得金属原子不会直接轰击位于最上层遮挡环206上表面的螺钉209的表面，因而不会使得螺钉209的温度升高并与固定环板203进行热交换，从而不会导致固定环板203的温度升高。优选地，保护罩210的外表面采用喷砂处理方式处理，可以在金属原子自由移动的基础上进一步吸引金属原子轰击保护罩210，因而可以进一步避免金属原子轰击固定环板203的表面，从而可以进一步避免固定环板203的温度过高。
需要说明的是，在本实施例中，遮挡环206的数量为多个，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，遮挡环206的数量为一个，在这种情况下，在遮挡环206的下表面，且靠近其外缘的区域设置有凸部208，凸部208的下端叠置在固定环板203的上表面上；并且，沿竖直方向设置有贯穿遮挡环206、凸部208和固定环板203的螺纹孔，遮挡环206、凸部208和固定环板203借助与螺纹孔相配合的一个螺钉209固定在一起。此外，保护罩210设置在遮挡环206的上表面上，且与螺钉209相对应的位置处。
还需要说明的是，当固定环板203的内径D1小于被加工工件201的外径时，在保证固定装置将被加工工件201固定在基座202的承载面上的前提下，可以适当的减小固定环板203在径向上的尺寸，因而可以减少固定装置遮挡基座202承载面上被加工工件的边缘区域的面积，从而可以进一步的增大被加工工件201的可加工面积。
作为另一个技术方案，图6为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖视图。请参阅图6，在反应腔室20内设置有用于承载被加工工件201的基座202，以及用于将被加工工件201固定在基座202的承载面上的固定装置，其中，固定装置采用上述第一实施例或第二实施例提供的固定装置。
另外，反应腔室20还包括热交换媒介源，并且，在基座202内设置有热交换管道30，热交换管道30的出气口位于基座202的承载面上，热交换管道30的进气口与热交换媒介源相连通；热交换媒介源用于经由热交换管道30向基座202的承载面与置于其上的被加工工件201的下表面之间间隙提供热交换媒介，并借助热交换媒介与被加工工件201进行热交换，以使被加工工件201达到工艺所需的温度。
本实施例提供的反应腔室，其通过采用本实施例提供的上述固定装置，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
需要说明的是，在本实施例中，采用上述固定装置将被加工工件201固定在基座202的承载面上，代替现有技术中借助基座202相对于固定环板203下降预定距离，不仅可以增大被加工工件201的可加工面积以满足后续工序需要，而且可以采用热交换媒介对被加工工件201进行热交换，因而可以提高被加工工件的温控性，从而可以提高工艺质量。
作为另一个技术方案，本实施例还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室20，其中，反应腔室20采用本实施例提供的上述反应腔室。
本实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述反应腔室，其可以无需相对于固定装置下降基座就可以增大被加工工件的可加工面积，因而可以满足后续工序的需要和降低后续工序的加工难度，从而可以保证工艺的稳定性。
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 (16)

1.一种固定装置，用于将被加工工件固定在位于反应腔室内的基座的承载面上，其特征在于，所述固定装置包括位于所述基座上方的固定环板，在所述固定环板的内周壁上设置有沿其周向间隔设置的多个固定爪，每个所述固定爪的下表面叠置在置于所述基座的承载面上的被加工工件的上表面的边缘区域以将所述被加工工件固定在所述基座的承载面上；所述固定装置还包括与所述固定环板相对设置的遮挡环，所述遮挡环的外径不小于所述固定环板的外径，所述遮挡环的内径与所述固定环板的内径相等；
所述遮挡环的数量为一个或多个，当所述遮挡环的数量为多个时，在每个所述遮挡环的下表面，且靠近其外缘的区域设置有凸部，所述遮挡环的凸部的下端叠置在位于其下方且相邻的所述遮挡环的上表面上，位于最下层的遮挡环的凸部的下端叠置在所述固定环板的上表面上，当所述遮挡环的数量为一个时，所述凸部的下端叠置在所述固定环板的上表面上。
2.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述固定环板的内径不大于置于所述基座的承载面上的被加工工件的外径。
3.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，多个所述固定爪沿所述固定环板的内周壁均匀分布。
4.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，当所述遮挡环的数量为多个时，多个所述遮挡环沿竖直方向叠置，且除了位于最下层的遮挡环之外，每个所述遮挡环的下表面与位于其下方且相邻的遮挡环的上表面间隔设置；
位于最下层的遮挡环的下表面与所述固定环板的上表面间隔设置。
5.根据权利要求4所述的固定装置，其特征在于，多个所述遮挡环的所述凸部在竖直方向上对应设置，且沿竖直方向设置有贯穿多个所述遮挡环、凸部和所述固定环板的螺纹孔，所述遮挡环、凸部和所述固定环板借助与所述螺纹孔相配合的一个螺钉固定在一起。
6.根据权利要求5所述的固定装置，其特征在于，在位于最上层的所述遮挡环的上表面上，且与所述螺钉相对应的位置处设置有保护罩，用以容纳所述螺钉的位于最上层的遮挡环的上表面上方的部分。
7.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，当所述遮挡环的数量为一个时，沿竖直方向设置有贯穿所述遮挡环、凸部和所述固定环板的螺纹孔，所述遮挡环、凸部和所述固定环板借助与所述螺纹孔相配合的一个螺钉固定在一起。
8.根据权利要求7所述的固定装置，其特征在于，在所述遮挡环的上表面上，且与所述螺钉相对应的位置处设置有保护罩，用以容纳所述螺钉的位于所述遮挡环的上表面上方的部分。
9.根据权利要求6或8所述的固定装置，其特征在于，所述保护罩的外表面采用喷砂处理方式处理。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的固定装置，其特征在于，所述遮挡环所采用的材料包括不锈钢。
11.根据权利要求10所述的固定装置，其特征在于，所述遮挡环的外表面采用喷砂处理方式处理。
12.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述固定环板所采用的材料包括不锈钢。
13.根据权利要求1所述的固定装置，其特征在于，相邻两个所述固定爪之间的爪间距根据所述被加工工件的材料设置。
14.一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的基座，以及用于将所述被加工工件固定在所述基座的承载面上的固定装置，其特征在于，所述固定装置采用权利要求1-13任意一项所述的固定装置。
15.根据权利要求14所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括热交换媒介源，并且，在所述基座内设置有热交换管道，所述热交换管道的出气口位于所述基座的承载面上，所述热交换管道的进气口与所述热交换媒介源相连通；
所述热交换媒介源用于经由所述热交换管道向所述基座的承载面与置于其上的被加工工件的下表面之间间隙提供热交换媒介。
16.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求14-15任意一项所述的反应腔室。
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