CN104979251A - 整体式pss刻蚀托盘治具 - Google Patents

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魏臻
孙智江
贾辰宇
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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Abstract

本发明公开了一种整体式PSS刻蚀托盘治具，包括整体式托盘与由金属材料制成的压环，所述的整体式托盘上排列设置有多个片槽，每个所述的片槽内设置用于放置晶圆片的搭阶，所述的片槽内位于搭阶的下方设置有冷却腔，所述的冷却腔设置多个冷却孔，所述的冷却孔通有冷却气体，每个所述的片槽内的晶圆片上方设置压环，所述的压环呈环形并覆盖于晶圆片的周向边缘。由于采用了以上技术方案，本发明将石英件的优点与金属件的优点结合了起来，对边缘效应有较好的改善效果，不需要使用如定位盘等额外工具，且不需要使用真空脂等密封材料，操作简便，可以提高工效，节省人工成本。

Description

整体式PSS刻蚀托盘治具
技术领域
本发明属于半导体技术领域。
背景技术
PSS刻蚀的对象是蓝宝石衬底，属于微米级加工工艺，工艺要求之一是片内均匀性高(<3%)，特别是要求边缘区域的图形要对称且不能有粘连。随着行业标准的不断提升, 边缘区域的质量越来越受重视，随之而来的是对边缘问题的处理能力构成了各PSS厂家，乃至于ICP设备厂商的核心竞争力，而在该工艺中托盘治具是影响边缘问题的关键因素。
目前, 市场上用于PSS刻蚀的托盘治具有大约以下2种结构。
结构一:金属托盘配合石英盖板。这种治具的优点是制造工艺简单，制造成本低廉。缺点是，由于刻蚀的晶圆需要靠石英的边缘进行压片，而石英材质不具备延展性，较脆弱。所以，经常会发生石英盘压边处崩损的事故。特别地，为了刻蚀副产物挥发的方便，石英盖板的上表面距晶圆被刻蚀的上表面的高度要低。换句话讲，为了保证刻蚀的均匀性，石英盖板必须做薄，这就进一步降低了石英盖板的强度，使得盖板更易损坏。此外，由于与晶圆直接接触的材料为石英，而石英是绝缘体，这将导致等离子场在靠近晶圆边缘的地方由于绝缘体的影响，而发生电场的偏转，从而使得边缘区域的刻蚀速率与整体有较大差距，并且由于电场的偏转，刻蚀出来的图形的形貌也不会对称。而不对称的PSS结构在外延生长过程中会产生不期望的异常结构。
结构二:金属托盘配合金属盖板。这种治具的优点是制造工艺简单，制造成本较低廉，边缘效应不明显。缺点是，金属盖板在刻蚀过程中直接接触高能等离子体，盖板的材质本身也会参与到物理化学反应中去。生成物的成分更加复杂，对设备的保养周期造成影响。同样地，为了保证副产物可以顺利被抽走，金属盖板必须要薄，但金属自身的延展性会使得金属盖板在使用过程中发生形变，从而导致冷却问题的发生。
由于治具的结构与材料的成分比例都会对ICP刻蚀设备的反射功率构成影响，或者说，一定的治具结构和材料成分是与设备的其他硬件结构相对应、相匹配的。这就意味着一旦治具结构和成分确定后，设备的其他硬件机构也就基本定型了。如果要进行治具类型的更换, 就必然会涉及到设备硬件结构的变更，改造的成本与工作量都会显著上升。
发明内容
本发明的目的在于解决一种ICP刻蚀中使用的治具设计方案，既可以减弱ICP刻蚀中普遍存在的边缘效应(保证边缘图形对称且不粘连)，又可以延长治具的使用寿命, 同时还能够简化治具的使用与操作。
为了达到上述目的，本发明提供的一种整体式PSS刻蚀托盘治具，包括整体式托盘与由金属材料制成的压环，所述的整体式托盘上排列设置有多个片槽，每个所述的片槽内设置用于放置晶圆片的搭阶，所述的片槽内位于搭阶的下方设置有冷却腔，所述的冷却腔设置多个冷却孔，所述的冷却孔通有冷却气体，每个所述的片槽内的晶圆片上方设置压环，所述的压环呈环形并覆盖于晶圆片的周向边缘。
作为进一步的改进，所述的整体式托盘由石英、金属或者陶瓷材料制成。
作为进一步的改进，所述的压环具有小爪或内环，所述的小爪或内环压紧在晶圆片的边缘并支撑于搭阶上。
作为进一步的改进，所述的晶圆片具有定位边，所述的片槽、压环配合设置有定位边。
作为进一步的改进，所述的压环的厚度与片槽的深度相适应。
作为进一步的改进，所述的冷却气体包括氦气。
作为进一步的改进，所述的片槽底部设置多个冷却孔。
作为进一步的改进，还包括密封圈，所述的片槽的内径设置有用于放置密封圈的定位槽。
由于采用了以上技术方案，本发明将石英件的优点与金属件的优点结合了起来，对边缘效应有较好的改善效果，不需要使用如定位盘等额外工具, 且不需要使用真空脂等密封材料, 操作简便, 可以提高工效, 节省人工成本。
附图说明
图1描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的整体式托盘的主视图；
图2描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的整体式托盘的局部剖视图；
图3描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的主视图；
图4描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的局部剖视图；
图5描述了另一个实施例中整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
参见附图1至附图4所示，图1描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的整体式托盘的主视图，图2描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的整体式托盘的局部剖视图，图3描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的主视图，图4描述了根据本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的局部剖视图。
本发明的整体式PSS刻蚀托盘治具，包括整体式托盘1与由金属材料制成的压环2，整体式托盘1的材质不进行限制(既可以是石英，又可以是金属，还可以是陶瓷)，但整体式托盘1必须是一个整体结构。
为了保证能放入晶圆片，需要在整体式托盘1材料中进行槽体制造。根据待处理晶圆的尺寸，以及待做金属环的厚度在整体式托盘1的主体上抠出多个片槽3，槽体的深度按实际使用效果计，为保证刻蚀效果的均匀性，使表面气流更均匀，副产物排除及时，片槽3应为浅槽，另外片槽3的具体数量按处理晶圆的数量进行设计
如附图2所示，每个片槽3内设置用于放置晶圆片的搭阶4，将待处理的晶圆片放入到片槽3内，片槽3内位于搭阶4的下方设置有冷却腔5(用于氦气的流通)，冷却腔5设置多个冷却孔6，冷却孔6位于片槽3的底部，冷却孔6通有冷却气体。
如附图3所示与附图4所示，按开槽大小设计压环2的尺寸，同时压环2具有上设置有小爪或内环7，小爪或内环7压紧在晶圆片的边缘并支撑于搭阶4上，压环2呈环形并覆盖于晶圆片的周向边缘。压环2的顶部21可以设计为与整体式托盘1的表面平齐，压环2的厚度22与片槽3的深度相适应。
将待处理的晶圆片放入到片槽3中, 然后将金属压环2压入到（石英）主体中即可，将准备好的治具放到ICP刻蚀设备中进行刻蚀作业。本发明将石英件的优点与金属件的优点结合了起来，对边缘效应有较好的改善效果，不需要使用如定位盘等额外工具，且不需要使用真空脂等密封材料，操作简便，可以提高工效，节省人工成本。
实施例二
参见附图5所示，图5描述了另一个实施例中整体式PSS刻蚀托盘治具的压环的主视图。本实施例中的压环整体与实施例一种的压环结构相类似，区别在于实际中的晶圆片往往并不是绝对的圆形, 而是存在一个定位边, 所以, 对应的片槽3、压环2都需要设计定位边8。
另外，根据设计精度及实际使用中的效果, 可以选择在片槽3的内径设计用于放置密封圈的位置，从而增强侧面局部的密封性能。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：包括整体式托盘（1）与由金属材料制成的压环（2），所述的整体式托盘（1）上排列设置有多个片槽（3），每个所述的片槽（3）内设置用于放置晶圆片的搭阶（4），所述的片槽（3）内位于搭阶（4）的下方设置有冷却腔（5），所述的冷却腔（5）设置多个冷却孔（6），所述的冷却孔（6）通有冷却气体，每个所述的片槽（3）内的晶圆片上方设置压环（2），所述的压环（2）呈环形并覆盖于晶圆片的周向边缘。
2.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的整体式托盘（1）由石英、金属或者陶瓷材料制成。
3.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的压环（2）具有小爪或内环（7），所述的小爪或内环（7）压紧在晶圆片的边缘并支撑于搭阶（4）上。
4.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的晶圆片具有定位边，所述的片槽（3）、压环（2）也配合设置有定位边。
5.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的压环（2）的厚度与片槽（3）的深度相适应。
6.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的冷却气体包括氦气。
7.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：所述的片槽（3）底部设置多个冷却孔（6）。
8.根据权利要求1所述的整体式PSS刻蚀托盘治具，其特征在于：还包括密封圈，所述的片槽（3）的内径设置有用于放置密封圈的定位槽。
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