CN105506570B - 一种压环组件及物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压环组件及物理气相沉积设备，该压环组件包括压环，压环的下表面叠置在基片上表面的边缘区域，用以固定基片；压环组件还包括采用相比压环材料导热性差的材料制成的隔热层，隔热层覆盖在压环的被等离子体轰击的表面上。本发明提供的压环组件，可以解决压环的与基片相接触的部分温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

Description

一种压环组件及物理气相沉积设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种压环组件及物理气相沉积设备。

背景技术

硅通孔(Through Silicon Via，以下简称TSV)技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新的技术解决方案。由于硅通孔技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，可以有效地实现这种3D芯片层叠，制造出结构更复杂、性能更强大、更具成本效率的芯片，成为了目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。

TSV技术在硅通孔内沉积阻挡层和铜籽晶层通常采用物理气相沉积方法沉积。图1为现有的一种物理气相沉积设备的结构示意图。请参阅图1，该物理气相沉积设备包括反应腔室10，在反应腔室10内设置有用于承载基片S的承载装置11和压环组件。在反应腔室10的底部设置有靶材13，借助靶材13与直流电源电连接，用以向靶材13提供负偏压，以使氩气放电产生等离子体，并吸引带正电的氩离子轰击靶材13，这使得靶材13表面的金属原子逸出并沉积在基片上，从而实现在基片上沉积金属薄膜。压环组件包括压环12、绝缘件15和遮挡件16，压环12包括环体121和多个压爪122，多个压爪122设置在环体121的内周壁上且沿其周向间隔，如图2所示，借助每个压爪122的下表面叠置在基片S的边缘区域，用以将基片S固定在承载装置11上；绝缘件15设置在环体121上表面的边缘区域，遮挡件16设置在绝缘件15上，且遮挡件16的径向尺寸大于绝缘件11的径向尺寸，遮挡件16与环体121上表面之间存在垂直间距，用以遮挡其下方环体121的上表面以避免等离子体轰击。

然而，采用上述物理气相沉积设备在实际应用中往往会出现以下问题：由于遮挡件16不能遮挡与基片相接触的压爪122，这会造成压爪122受到等离子体的轰击而造成温度过高；并且，由于TSV技术中沉积的阻挡层和籽晶层的厚度较厚而造成工艺时间较长，这使得等离子体轰击压爪122的时间较长，因而会造成压爪122受到等离子体的轰击而造成温度过高，从而造成与压爪接触的基片S的边缘区域的温度过高，进而导致基片发生粘片或碎片的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种压环组件及物理气相沉积设备，可以解决压环的与基片相接触的部分温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种压环组件，包括压环，所述压环叠置在基片上表面的边缘区域，用以固定所述基片，所述压环组件还包括隔热层，所述隔热层的导热系数小于所述压环的导热系数，且所述隔热层覆盖在所述压环与等离子体相接触的表面上。

其中，所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层覆盖所述压环的整个上表面，所述第二隔热层覆盖所述压环的内侧壁。

其中，还包括绝缘件和遮挡件，所述绝缘件设置在所述压环上表面的边缘区域，所述遮挡件设置在所述绝缘件上，所述遮挡件的径向尺寸大于所述绝缘件的径向尺寸，且所述遮挡件与所述压环的表面存在垂直间距，所述遮挡件遮挡所述压环的部分上表面，所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层覆盖所述压环上表面的与等离子体相接触的部分，所述第二隔热层覆盖所述压环的内侧壁。

其中，所述压环包括环体，所述环体的靠近其环孔的环形区域叠置在所述基片的边缘区域，用以固定所述基片，或者在所述环体的内周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叠置在所述基片的边缘区域，用以固定所述基片。

其中，所述第二隔热层与所述基片之间存在间隙；或者，所述第二隔热层和所述压环的与基片接触的内侧部分与所述基片之间存在间隙。

其中，所述间隙在基片径向上的尺寸与在竖直方向上的尺寸之比的范围＞7:1。

其中，所述隔热层采用绝缘材料制成。

其中，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷。

本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括压环组件和承载装置，所述承载装置用于承载基片，且所述承载装置未与射频电源电连接，所述压环组件用于将所述基片固定在所述承载装置上，所述压环组件采用本发明提供的上述压环组件。

本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括压环组件和承载装置，所述承载装置用于承载基片，且所述承载装置与射频电源电连接，用以向所述承载装置加载负偏压，所述压环组件用于将所述基片固定在所述承载装置上，所述压环组件采用本发明提供的上述压环组件，且隔热层采用绝缘材料制成。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的压环组件，采用导热系数小于压环的导热系数的隔热层覆盖在与等离子体相接触的表面上，可以使得等离子体直接轰击隔热层，而不会直接轰击压环，并且，由于隔热层导热系数小于压环的导热系数，这使得隔热层和压环之间的热传导效率差，因此，隔热层可以实现对压环进行隔热以避免其温度过高。由上可知，本发明提供的压环组件与现有技术相比，可以解决压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

本发明提供的物理气相沉积设备，其承载装置未与射频电源电连接，采用本发明提供的压环组件，在压环与等离子体相接触的表面上覆盖导热系数小于压环的导热系数的隔热层，可以解决压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

本发明提供的物理气相沉积设备，其承载装置与射频电源电连接，采用本发明提供压环组件，在压环与等离子体相接触的表面上覆盖导热系数小于压环的导热系数的隔热层，不仅可以避免压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高，而且还可以避免射频功率在基片表面产生射频电流造成基片温度过高，从而可以避免基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

附图说明

图1为现有的一种物理气相沉积设备的结构示意图；

图2为图1中压环的俯视图；

图3为应用本发明第一实施例提供的第一种压环组件的剖视图；

图4为图3中区域I的局部放大图；

图5为应用本发明第一实施例提供的第二种压环组件的局部放大图；

图6为本发明第一实施例提供的第三种压环组件的局部放大图；

图7为本发明第二实施例提供的第一种压环组件的局部放大图；

图8为本发明第二实施例提供的第二种压环组件的局部放大图；以及

图9为本发明第二实施例提供的第三种压环组件的局部放大图。

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压环组件及物理气相沉积设备进行详细描述。

图3为应用本发明第一实施例提供的第一种压环组件的剖视图。图4为图3中区域I的局部放大图。请一并参阅图3和图4，本实施例提供的压环组件包括压环20和隔热层21。其中，借助压环20的下表面叠置在基片S上表面的边缘区域，用以固定基片S。具体地，在本实施例中，压环20包括环体201，在环体201的内周壁上沿其周向间隔设置的多个压爪202，借助每个压爪202的下表面叠置在基片S的边缘区域，用于固定基片S。由于采用具有压爪202的压环20，这与采用全周压环(即，未设置有压爪202仅包括环体201)相比，可以提高基片表面的可沉积面积(即，有效加工面积)，进而能够满足后续电镀工艺的需求。

隔热层21的导热系数小于压环的导热系数，且隔热层21覆盖在压环20与等离子体相接触的表面上。在上述情况下，等离子体会直接轰击隔热层21而未直接轰击压环20，并且，由于隔热层21的导热系数小于压环20的导热系数，这使得隔热层21和压环20之间的热传导效率差，换言之，隔热层21阻滞其向压环20热传导，因此，隔热层21可以实现对压环20进行隔热以避免其温度过高。由上可知，本实施例提供的压环组件与现有技术相比，可以解决压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

在本实施例中，优选地，隔热层21包括第一隔热层211和第二隔热层212，第一隔热层211覆盖环体201和压爪202的整个上表面，即第一隔热层211覆盖压环20的整个上表面；第二隔热层212覆盖环体201的内周壁和压爪202的侧壁，即第二隔热层212实现覆盖压环20的内侧壁。本实施例提供的压环组件与现有技术相比，借助隔热层21实现覆盖压环20的整个上表面和内侧壁，可以实现对压环20表面进行多方位覆盖，从而可以进一步避免压环的靠近基片的部分温度过高，进而可以进一步解决压环20的温度过高造成基片发生粘片和碎片的问题。

其中，第一隔热层211和第二隔热层212不仅可采用一体成型的方式加工，而且还可以为分体结构，在使用时采用固定方式将二者固定使用或者各自独立使用。在本实施例中使用上述隔热层21时，不需要使隔热层21与压环20固定，只需要将隔热层21搁置在压环20上即可。当然，在实际应用中，可以根据需要将隔热层21固定在压环20上使用。

在本实施例中，第二隔热层212与基片S之间存在间隙，以避免基片沉积的薄膜较厚造成基片与压环20之间发生粘片现象。优选地，该间隙在基片S径向上的尺寸H与在竖直方向上的尺寸L之比的范围＞7:1，以增加等离子体经由间隙的沉积难度。

在实际应用中，也可以通过第二隔热层212和压环20的与基片接触的内侧部分与基片之间形成该间隙，所谓内侧是指靠近基片的一侧，也就是说，该间隙由第二隔热层212和基片S之间形成的子间隙和压环20的靠近基片的部分与基片S之间形成的子间隙串接组成。

需要说明的是，在本实施例中，借助第一隔热层211和第二隔热层212实现对压环20的整个上表面和内侧壁覆盖。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，压环组件还包括绝缘件22和遮挡件23，绝缘件22设置在压环20上表面的边缘区域，遮挡件23设置在绝缘件22上，遮挡件23的径向尺寸大于绝缘件的径向尺寸，且遮挡件与压环的表面存在垂直间距，遮挡件23遮挡压环20的部分上表面，如图5所示，具体地，遮挡件23遮挡环体201的上表面，在这种情况下，借助第一隔热层211覆盖压环20上表面的与等离子体相接触的部分，即压爪202的上表面，第二隔热层212覆盖压环20的内侧壁。可以理解，图5所示的压环组件同样可以解决压环的与基片相接触的部分温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题；并且，这与图3和图4所示的压环组件相比，不仅可以减少隔热层21设置面积；而且还可以借助绝缘件22和遮挡件23可以实现对压环组件配重，以保证压环组件的整体重量来固定基片。

还需要说明的是，在图3、图4和图5所示的压环组件中，压环20可以为全周压环，即，压环20仅包括环体201。当然，在实际应用中，若压环20为全周压环，也可以借助遮挡件23遮挡压爪20的整个上表面，因此可以省去第一隔热层211，如图6所示，仅借助第二隔热层212覆盖压环20的内侧壁，这同样可以避免环体201的与基片相接触的环形部分的温度不会太高，因而可以避免基片碎片或粘片。

本发明第二实施例提供的压环组件和第一实施例提供的压环组件相类似，均包括压环20和隔热层21，由于压环20和隔热层21的结构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。二者的不同点仅在于：本实施例中的隔热层21采用绝缘材料制成。

下面详细描述隔热层21采用绝缘材料的理由。具体地，在物理气相沉积设备中，为填充具有高深宽比的硅通孔，则需要使得承载装置与射频电源电连接，用以向承载装置11提供负偏压，以吸引等离子体朝向基片运动。在这种情况下，为避免发生打火现象，压环12、基片S和承载该基片S等电位，因此，三者均与射频电源电连接，该带有射频的压环12、基片S和承载装置与地可看作中间有容纳等离子体的电容，因此，带有射频的导电面积越大，在射频电源输出功率一定的前提下承载装置上加载的负偏压也就越小，这就造成射频电源的射频效率低。

为此，隔热层21采用诸如石英或陶瓷等的绝缘材料制成，这可以借助减小压环20位于等离子体环境中的导电面积，从而可以提高射频电源的射频效率。而且，借助绝缘材料的隔热层21还可以避免射频功率在基片表面产生射频电流造成基片温度过高，从而可以避免基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

具体地，在如图3所示的压环组件中，由于绝缘材料制成的第一隔热层211和第二隔热层212分别覆盖压环20的整个上表面和内侧壁，这与现有技术中压环上表面上设置的绝缘层相比，可以进一步减小压环20位于等离子体环境中的导电面积，从而可以进一步提高射频电源的射频效率。

并且，可以理解，为实现尽可能地提高射频电源的射频效率，应尽可能多地使第一隔热层211覆盖压环20的上表面。如图7-图9所示，第一隔热层211覆盖压环20的上表面的面积依次增多，因此，射频电源的射频效率依次提高。

综上所述，本实施例提供的压环组件与现有技术相比，借助采用导热性差且绝缘的材料制成的隔热层21覆盖压环20的整个上表面和内侧壁，不仅可以解决与基片接触的部分压环的温度过高而造成基片粘片和碎片的问题，而且还可以提高射频电源的射频效率；另外还可以简化压环组件的结构。

作为另外一个方案，本发明还提供一种物理气相沉积设备，其包括压环组件和承载装置，承载装置用于承载基片，压环组件用于将基片固定在承载装置上，且承载装置未与射频电源电连接，也就是说，承载装置上未加载负偏压，其中，压环组件采用本发明上述第一实施例提供的压环组件。

本实施例提供的物理气相沉积设备，其承载装置未与射频电源电连接，并且，采用本发明上述第一实施例提供的压环组件，在压环与等离子体相接触的表面上覆盖导热系数小于压环导热系数的隔热层，可以解决压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高的问题，因而可以解决基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

再作为另外一个技术方案，本发明还提供一种物理气相沉积设备，其包括压环组件和承载装置，承载装置用于承载基片，压环组件用于将基片固定在承载装置上，且承载装置与射频电源电连接，用以向承载装置加载负偏压，以吸引等离子体朝向其运动，其中，压环组件采用本发明上述第二实施例提供的压环组件。

本实施例提供的物理气相沉积设备，其承载装置与射频电源电连接，采用本发明第二实施例提供压环组件，在压环与等离子体相接触的表面上覆盖导热系数小于压环导热系数且采用绝缘材料制成的隔热层，不仅可以避免压环的与基片相接触的部分受到等离子体直接轰击而造成温度较高，而且还可以避免射频功率在基片表面产生射频电流造成基片温度过高，从而可以避免基片发生粘片或碎片的问题，从而可以提高经济效益。

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 (10)

1.一种压环组件，包括压环，所述压环叠置在基片上表面的边缘区域，用以固定所述基片，其特征在于，所述压环组件还包括隔热层，所述隔热层的导热系数小于所述压环的导热系数，且所述隔热层覆盖在所述压环与等离子体相接触的表面上。

2.根据权利要求1所述的压环组件，其特征在于，所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层覆盖所述压环的整个上表面，所述第二隔热层覆盖所述压环的内侧壁。

3.根据权利要求1所述的压环组件，其特征在于，还包括绝缘件和遮挡件，所述绝缘件设置在所述压环上表面的边缘区域，所述遮挡件设置在所述绝缘件上，所述遮挡件的径向尺寸大于所述绝缘件的径向尺寸，且所述遮挡件与所述压环的表面存在垂直间距，

所述遮挡件遮挡所述压环的部分上表面，所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层覆盖所述压环上表面的与等离子体相接触的部分，所述第二隔热层覆盖所述压环的内侧壁。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的压环组件，其特征在于，所述压环包括环体，所述环体的靠近其环孔的环形区域叠置在所述基片的边缘区域，用以固定所述基片，或者

在所述环体的内周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叠置在所述基片的边缘区域，用以固定所述基片。

5.根据权利要求2或3所述的压环组件，其特征在于，所述第二隔热层与所述基片之间存在间隙；或者

所述第二隔热层和所述压环的与基片接触的内侧部分与所述基片之间存在间隙。

6.根据权利要求5所述的压环组件，其特征在于，所述间隙在基片径向上的尺寸与在竖直方向上的尺寸之比＞7:1。

7.根据权利要求1所述的压环组件，其特征在于，所述隔热层采用绝缘材料制成。

8.根据权利要求7所述的压环组件，其特征在于，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷。

9.一种物理气相沉积设备，包括压环组件和承载装置，所述承载装置用于承载基片，且所述承载装置未与射频电源电连接，所述压环组件用于将所述基片固定在所述承载装置上，其特征在于，所述压环组件采用权利要求1-8任意一项所述的压环组件。

10.一种物理气相沉积设备，包括压环组件和承载装置，所述承载装置用于承载基片，且所述承载装置与射频电源电连接，用以向所述承载装置加载负偏压，所述压环组件用于将所述基片固定在所述承载装置上，其特征在于，所述压环组件采用权利要求7或8所述的压环组件。