CN105575873B - 压环机构及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的压环机构及半导体加工设备，包括用于将被加工工件固定在基座上的压环，在压环内沿其周向环绕设置有环形通道；通过向该环形通道输送冷却介质，而实现对压环进行冷却。本发明提供的压环机构，其可以避免因温度过高而导致被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

Description

压环机构及半导体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造领域，具体涉及一种压环机构及半导体加工设备。

背景技术

在集成电路的制造过程中，通常采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，以下简称PVD)技术进行在晶片上沉积金属层等材料的沉积工艺。随着硅通孔(Through Silicon Via，以下简称TSV)技术的广泛应用，PVD技术主要被应用于在硅通孔内沉积阻挡层和籽晶层。典型的PVD技术，例如集成电路铜互连工艺，通常采用静电卡盘固定晶片，但是对于硅通孔的沉积工艺，由于在硅通孔中沉积的薄膜厚度较大，导致静电卡盘无法与晶片静电吸附，而且在进行后道封装工艺时，在减薄后的晶片背面粘结有玻璃基底，此时静电卡盘同样无法与带有玻璃基底的晶片进行静电吸附，因此，对于硅通孔的沉积工艺，通常采用压环将晶片固定在基座上。

图1为现有的PVD设备的剖视图。如图1所示，PVD设备包括反应腔室1，在反应腔室1内的顶部设置有靶材4，其与激励电源(图中未示出)电连接，并且在靶材4的上方设置有磁控管5及驱动该磁控管5旋转的驱动源6；在反应腔室1内，且位于靶材4的下方设置有用于承载晶片10的基座9，该基座9可升降，且通过上升将晶片10传输至工艺位置进行工艺，或者通过下降将晶片10传输至装卸位置进行取放片。而且，在反应腔室1内还设置有压环8，用于在晶片10位于工艺位置时固定晶片10，该压环8在晶片10离开工艺位置时由内衬7支撑。在TSV技术应用中，由于沉积的阻挡层和籽晶层较厚，因而需要进行长时间的溅射工艺，在长时间高能等离子体中的离子和电子的轰击下，会使得压环8的温度快速上升，导致TSV晶片与压环8相接触的部分会被高温的压环8破坏，甚至发生碎片，从而降低了良品率。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种压环机构及半导体加工设备，其可以避免因温度过高而导致被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

为实现本发明的目的而提供一种压环机构，包括用于将被加工工件固定在基座上的压环，在所述压环内沿其周向环绕设置有环形通道；通过向所述环形通道输送冷却介质，而实现对所述压环进行冷却。

优选的，在所述压环的底面设置有与所述环形通道连通的入流口和出流口；所述压环机构包括用于向所述环形通道输入和输出冷却介质的输送组件，所述输送组件包括可在所述压环升降时随之伸缩的输入管路和输出管路，二者分别与所述入流口和出流口连通，且自所述反应腔室的底部延伸出去。

优选的，所述输入管路和输出管路中的每一个管路包括上冷却管和下冷却管，其中，所述上冷却管的上端与所述压环密封连接，所述上冷却管的下端与所述下冷却管的上端相对、且间隔设置，并且在所述上冷却管的下端与所述下冷却管的上端之间设置有环形绝缘件，用以在二者之间形成密封空间，且使二者之间电绝缘；所述下冷却管的下端自所述反应腔室的底部延伸出去；在所述下冷却管的下端连接有柔性管，或者所述下冷却管为柔性管，所述柔性管通过伸直或弯曲而实现所述上冷却管和下冷却管在所述压环升降时随之伸缩。

优选的，所述输送组件还包括两个波纹管，且分别套设在所述输入管路和输出管路的下冷却管上，并且每个波纹管的上端与所述下冷却管密封连接，每个波纹管的下端与所述反应腔室的底部密封连接，用以对所述下冷却管与所述反应腔室之间的间隙进行密封。

优选的，所述输送组件还包括两个真空隔离管，二者分别套设在所述输入管路和输出管路的下冷却管上，且位于所述波纹管的底部；所述波纹管的下端与所述真空隔离管的上端密封连接，所述真空隔离管的下端与所述反应腔室的底部密封连接。

优选的，所述输送组件还包括上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰分别套设在所述上冷却管和下冷却管上，且将所述环形绝缘件夹持固定在二者之间；并且，在所述上法兰与所述环形绝缘件之间，以及所述下法兰与所述环形绝缘件之间分别设置有密封件。

优选的，所述环形通道为具有两个端部的非闭合环形结构，所述两个端部紧靠在一起；所述入流口和出流口分别对应地位于所述两个端部处。

优选的，所述环形通道为闭合的环形结构；所述入流口和出流口关于所述压环的中心对称。

优选的，所述环形通道为一个或多个，且多个所述环形通道互为同心环。

优选的，所述冷却介质包括冷却液体或者冷却气体。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的基座，以及用于将被加工工件固定在所述基座上的压环机构，所述压环机构采用本发明提供的上述压环机构。

优选的，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的压环机构，其在压环内沿其周向环绕设置有环形通道，通过向该环形通道内输送冷却介质，可以实现对压环进行冷却，从而可以有效降低压环的温度，进而可以避免被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述压环机构，可以避免因温度过高而导致被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

附图说明

图1为现有的PVD设备的剖视图；

图2为本发明实施例提供的压环机构的剖视图；

图3A为本发明实施例提供的压环机构所采用的一种环形通道的俯视图；

图3B为本发明实施例提供的压环机构所采用的另一种环形通道的俯视图；

图3C为本发明实施例提供的压环机构所采用的又一种环形通道的俯视图；

图4A为本发明实施例提供的压环机构所采用的输送组件的剖视图；以及

图4B为图4A中I区域的放大图。

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，下面结合附图对本发明提供的压环机构及半导体加工设备进行详细描述。

本发明提供的压环机构包括用于将被加工工件固定在基座上的压环，在该压环内沿其周向环绕设置有环形通道，通过向该环形通道输送冷却介质，可以实现对压环进行冷却，从而可以有效降低压环的温度，进而可以避免被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

在实际应用中，压环机构采用机械固定方式将被加工工件固定在基座上，下面对该固定方式的一个具体实施方式进行详细描述。具体地，图2为本发明实施例提供的压环机构的剖视图。请参阅图2，基座21用于承载被加工工件23，该基座21是可升降的，用以通过上升将被加工工件23传输至工艺位置进行工艺，或者通过下降将被加工工件23传输至装卸位置进行取片或放片。压环机构包括用于采用机械方式将被加工工件23固定在基座21上的压环22，具体固定方式为：在基座21未上升至工艺位置时，压环22由设置在反应腔室(图中未示出)内的内衬24支撑；在基座21自装卸位置上升，直至到达工艺位置的过程中，压环22被基座21托起并脱离内衬24，同时，压环22利用自身重力压住被加工工件23的边缘区域，从而实现对被加工工件23的固定。

在压环22内沿其周向环绕设置有环形通道25，该环形通道25的结构如图2和图3A所示，其为具有两个端部的非闭合环形结构，这两个端部紧靠在一起，也就是说，环形通道25近似为一个完整的环形，而仅在两个端部之间具有很小的间隔。而且，在该压环22的底面设置有与环形通道25连通的入流口251和出流口252，二者分别对应地位于环形通道25的两个端部处。冷却介质自入流口251流入环形通道25，并沿环形通道25顺时针流动，然后自出流口252流出环形通道25，从而实现冷却介质的循环流动。

但是本发明并不局限于此，事实上，环形通道25还可以为闭合的环形结构，如图3B所示，环形通道25是一个完整的环形。在这种情况下，入流口251和出流口252优选关于压环22的中心对称。当冷却介质自入流口251流入环形通道25之后，会自动分流形成两路，然后在出流口252处汇聚后，同时流出环形通道25，如图3B中的箭头所示。容易理解，与上述非闭合环形结构的环形通道相比，该闭合的环形结构的环形通道可以将冷却介质的流动路程缩短一半，从而可以避免因冷却介质的流动路程较长而造成冷却介质的上游温度与下游温度之间温差过大，从而可以提高对压环22的冷却均匀性。

上述两种结构的环形通道的数量均为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，环形通道的数量还可以为两个、三个或四个以上，且各个环形通道互为同心环。例如，如图3C所示，环形通道的数量为两个，分别为环形通道25和环形通道26，二者互为同心环。

需要说明的是，在实际应用中，环形通道的截面形状、尺寸以及在压环内的位置均可以根据具体情况自由设定，只要其能够实现对压环进行冷却即可。

本发明实施例提供的压环机构还包括用于向上述环形通道输入和输出冷却介质的输送组件。在本实施例中，由于压环22会在基座21上升过程中被基座21托起并脱离内衬24，或者在基座21自工艺位置下降过程中下落至内衬24上，这就要求该输送组件能够在压环22升降时随之伸缩，以保证输送组件与压环22始终连接在一起。

图4A为本发明实施例提供的压环机构所采用的输送组件的剖视图。请参阅图4A，输送组件包括可在压环22升降时随之伸缩的输入管路31和输出管路32，二者分别与入流口251和出流口252连通，且自反应腔室100的底部延伸出去，并分别与热交换器40的输出端42和输入端41连接。热交换器40通过输出端42向输入管路31提供冷却介质，并通过输入端41将来自输出管路32的冷却介质回收和重新冷却。

由于输入管路31和输出管路32的结构相同，因而下面仅对输入管路31的结构进行详细描述。具体地，图4B为图4A中I区域的放大图。请参阅图4B，输入管路31包括上冷却管311和下冷却管312，其中，上冷却管311的上端与压环22密封连接(例如焊接)，上冷却管311的下端与下冷却管312的上端相对、且间隔设置，并且在上冷却管311的下端与下冷却管312的上端之间设置有环形绝缘件313，用以在二者之间形成密封空间，也就是说，在上冷却管311的下端与下冷却管312的上端之间保持一段间隔，并由环形绝缘件313将这段间隔密封形成密封空间，从而使得下冷却管312内的冷却介质会通过该密封空间向上流入上冷却管311内，而不会泄漏出去。另外，环形绝缘件313还用于使上冷却管311和下冷却管312之间电绝缘，从而可以避免压环22上的射频沿上冷却管311和下冷却管312导出，造成因压环22、被加工工件23和基座21之间具有电位差而出现打火现象。

在本实施例中，环形绝缘件313的固定方式具体为：输送组件还包括上法兰331和下法兰332，二者分别套设在上冷却管311和下冷却管312上，且将环形绝缘件313夹持固定在二者之间；并且，在上法兰331与环形绝缘件313之间，以及下法兰332与环形绝缘件313之间分别设置有密封件(图中未示出)，用以防止密封空间内的冷却介质泄漏出去。

下冷却管312的下端自反应腔室100的底部延伸出去，且在下冷却管312的下端连接有柔性管314，由于柔性管314是可弯曲的，因而通过将柔性管314在下连接管312和输出端42之间预留出富裕的长度，可以在压环22上升，即被基座21托起的过程中，允许柔性管314伸直一定的长度，从而使得上冷却管311和下冷却管312能够随压环22上升或下降。容易理解，柔性管314自其弯曲状态变化至伸直状态的长度变化量应大于压环22的上升高度。

在本实施例中，在反应腔室100的底部设置有通孔，以供下冷却管312的下端通过并延伸出去，这就需要对下冷却管312与该通孔之间进行密封，以保证反应腔室100的真空环境。为此，输送组件还包括两个波纹管和两个真空隔离管，输入管路31和输出管路32各自套设有一个波纹管和一个真空隔离管，同样的，仅对套设在输入管路31的下冷却管312上的波纹管34和真空隔离管35的结构进行详细描述。具体地，波纹管34的上端与下冷却管312密封连接，真空隔离管35位于波纹管34的底部，且其上端与波纹管34的下端密封连接，真空隔离管35的下端与反应腔室100的底部密封连接，并将反应腔室100的底部上的通孔容纳在其中，从而实现对下冷却管312与该通孔之间的密封。当然，在实际应用中，波纹管也可以套设在上冷却管上，在这种情况下，真空隔离管应根据波纹管的长度同时套设在下冷却管和上冷却管上；或者，也可以省去真空隔离管，而仅利用波纹管实现对下冷却管与该通孔之间的密封，即，波纹管的上端与下冷却管密封连接，波纹管的下端与反应腔室的底部密封连接。

容易理解，由于波纹管在竖直方向上是可伸缩的，因而其可以在上冷却管和下冷却管升降时随二者一起伸长或缩回，从而始终保证对下冷却管与反应腔室之间的间隙进行密封。此外，真空隔离管在上冷却管和下冷却管升降时，固定不动。

需要说明的是，在实际应用中，也可以直接将柔性管用作下冷却管，即，省去下冷却管，而使柔性管的上端直接与上冷却管的下端密封连接。

还需要说明的是，在实际应用中，若环形通道的数量为两个以上，即，具有两个以上的入流口和两个以上的出流口，则输入管路的数量应与入流口的数量相对应，且二者一一对应地设置；输出管路的数量应与出流口的数量相对应，且二者一一对应地设置。

还需要说明的是，在实际应用中，冷却介质包括冷却液体或者冷却气体。其中，冷却液体包括冷却水或冷却液；冷却气体包括例如氦气等的惰性气体。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在该反应腔室内设置有用于承载被加工工件的基座，以及用于将被加工工件固定在该基座上的压环机构，其中，压环机构本发明实施例提供的上述压环机构。

在实际应用中，半导体加工设备可以为物理气相沉积设备，该物理气相沉积设备可以为TSV PVD设备、hardmask(硬掩膜)PVD设备、ITO PVD设备、AlN(氮化铝)、PVD设备等等。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述压环机构，可以避免因温度过高而导致被加工工件损坏，从而可以提高良品率。

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)

1.一种压环机构，包括用于将被加工工件固定在基座上的压环，其特征在于，在所述压环内沿其周向环绕设置有环形通道；

通过向所述环形通道输送冷却介质，而实现对所述压环进行冷却；

所述压环机构包括用于向所述环形通道输入和输出冷却介质的输送组件，所述输送组件包括可在所述压环升降时随之伸缩的输入管路和输出管路以及两个波纹管；

所述输入管路和输出管路中的每一个管路包括上冷却管和下冷却管，其中，所述上冷却管的上端与所述压环密封连接，所述上冷却管的下端与所述下冷却管的上端相对、且间隔设置，并且在所述上冷却管的下端与所述下冷却管的上端之间设置有环形绝缘件，用以在二者之间形成密封空间，且使二者之间电绝缘；

两个所述波纹管分别套设在所述输入管路和输出管路的下冷却管上，并且每个波纹管的上端与所述下冷却管密封连接，每个波纹管的下端与反应腔室的底部密封连接，用以对所述下冷却管与所述反应腔室之间的间隙进行密封。

2.根据权利要求1所述的压环机构，其特征在于，在所述压环的底面设置有与所述环形通道连通的入流口和出流口；

所述输入管路和所述输出管路分别与所述入流口和出流口连通，且自所述反应腔室的底部延伸出去。

3.根据权利要求2所述的压环机构，其特征在于，所述下冷却管的下端自所述反应腔室的底部延伸出去；

在所述下冷却管的下端连接有柔性管，或者所述下冷却管为柔性管，所述柔性管通过伸直或弯曲而实现所述上冷却管和下冷却管在所述压环升降时随之伸缩。

4.根据权利要求1所述的压环机构，其特征在于，所述输送组件还包括两个真空隔离管，二者分别套设在所述输入管路和输出管路的下冷却管上，且位于所述波纹管的底部；

所述波纹管的下端与所述真空隔离管的上端密封连接，所述真空隔离管的下端与所述反应腔室的底部密封连接。

5.根据权利要求1所述的压环机构，其特征在于，所述输送组件还包括上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰分别套设在所述上冷却管和下冷却管上，且将所述环形绝缘件夹持固定在二者之间；并且，

在所述上法兰与所述环形绝缘件之间，以及所述下法兰与所述环形绝缘件之间分别设置有密封件。

6.根据权利要求2所述的压环机构，其特征在于，所述环形通道为具有两个端部的非闭合环形结构，所述两个端部紧靠在一起；

所述入流口和出流口分别对应地位于所述两个端部处。

7.根据权利要求2所述的压环机构，其特征在于，所述环形通道为闭合的环形结构；

所述入流口和出流口关于所述压环的中心对称。

8.根据权利要求6或7所述的压环机构，其特征在于，所述环形通道为一个或多个，且多个所述环形通道互为同心环。

9.根据权利要求1所述的压环机构，其特征在于，所述冷却介质包括冷却液体或者冷却气体。

10.一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的基座，以及用于将被加工工件固定在所述基座上的压环机构，其特征在于，所述压环机构采用权利要求1-9任意一项所述的压环机构。

11.根据权利要求10所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备。

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