CN105575874A - 夹具组件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供了一种用于在等离子体加工室中将基底的外周部分夹紧到支撑件上的夹具组件，所述等离子体加工室为射频(RF)偏压功率在所述基底的等离子体加工期间被应用到所述支撑件上的类型的等离子体加工室，所述夹具组件包括：外部夹具构件；以及内部夹具构件，所述内部夹具构件由所述外部夹具构件容纳，所述内部夹具构件限定了将基底暴露于等离子体加工的孔；其中，所述外部夹具构件具有在内边缘中终止的内部部分，其中，所述内部部分与所述内部夹具构件间隔开。

Description

夹具组件
技术领域
本发明涉及一种用于在等离子体加工室中将晶片夹紧到支撑件上的夹具组件，并且涉及相关的等离子体加工设备、方法、夹具构件和成套部件。
背景技术
在等离子体刻蚀中，晶片典型地通过静电夹盘(electrostaticchuck，ESC)或通过机械夹具被夹持在适当位置，以便确保晶片在系统内的精度配准并且使晶片能够冷却。ESC使用静电力将晶片保持在适当位置。机械夹具依靠诸如指状物或环形结构之类的紧压在晶片上的机械装置以将晶片夹持在适当位置。相当普遍的是，气流被导引在晶片和晶片支撑压板的上部之间以增强从晶片到冷却的压板组件的热传递。这是晶片的温度能够被控制的方式。
对安装在载具上的薄晶片的加工导致了特定的问题，尤其是对穿透晶片的通孔的等离子体刻蚀的问题。载具晶片通常由绝缘材料制成，并且在此情况下，仅使用静电夹紧不起作用。载具通常昂贵因而被重复利用。另外，可能需要对减薄的晶片进行边缘保护。已知使用具有指状构件的“指状物”型的机械夹具，并且US610664中描述了示例。然而，指状构件增大了由夹具导致的晶片边缘无管芯区域(waferedgeexclusion)。附加地，这种类型的夹具允许对减薄的晶片和载具进行等离子体侵蚀，这减少了载具的寿命并且增加了与颗粒材料相关的问题的风险。已知提供单件式环形机械夹具。这种现有技术的夹具的示例在图1中描述，图1示出了被定位在ESC12上的载具10和薄晶片。晶片通过单件环形夹具14被夹持在适当位置。还示出了衬垫16，如本领域周知，衬垫16被定位成消除不需要的暗区等离子体。环形夹具14提供了增强的夹紧力，这增强了由ESC12提供的夹紧。也可以不使用ESC，而是完全依靠夹具以对晶片提供夹紧作用。夹具14保护薄晶片和载具10的边缘，并且载具能够被重复利用。然而，为了最小化晶片边缘无管芯区域，在与晶片接触的区域中环形夹具必须很薄。这种类型的环形夹具遇到的问题是夹具的侵蚀速率很高。使用以高速率侵蚀的薄晶片的结果是夹具的有效寿命短因而必须经常更换夹具。明显地，这从商业视角来看是不合需要的，并且这导致了高的购置成本(costofownership，COO)和低的清洁间隔平均晶片(meanwafersbetweencleans，MWBC)和清洁间隔平均时间(meantimebetweencleans，MTBC)。已知提供两件式夹具组件，其中，夹具内件被牺牲。US5534110和US6231038中公开了两件式夹具组件的示例。在US6231038中，牺牲了两件夹具件中的一件，这具有以下优点，仅牺牲件(sacrificialpiece)需要被更换，这减少了更换部件的成本。然而，这种方法不会减少与中断制造过程相关的其它成本。另外，不会改进MWBC和MTBC。
发明内容
本发明在其至少一些实施例中解决了上文描述的问题。应注意，上文描述的问题不完全与载具上的减薄的晶片相关。实际上，这些问题涉及诸如晶片本身之类的基底的加工，并且本发明涉及诸如晶片本身之类的基底。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在等离子体加工室中将基底的外周部分夹紧到支撑件上的夹具组件，所述等离子体加工室为RF(射频)偏压功率在基底的等离子体加工期间被施加到支撑件上的类型的等离子体加工室，所述夹具组件包括：
外部夹具构件；以及
内部夹具构件，所述内部夹具构件被所述外部夹具构件所容纳，所述内部夹具构件限定了将基底暴露于等离子体加工的孔；
其中，所述外部夹具构件具有在内边缘中终止的内部部分，其中，所述内部部分与所述内部夹具构件间隔开。
在所述外部夹具构件和所述内部夹具构件之间提供间隙能够减小侵蚀速率并且因此增加所述内部夹具构件的寿命。所述内部夹具构件可被用作夹具组件的牺牲元件。
RF偏压功率在基底的等离子体加工期间被施加到支撑件上。发明人实现了：通过使所述外部夹具构件的内部部分与所述内部夹具构件间隔开，可减小所述内部夹具构件和所述支撑件之间的RF耦合。这进而减小了所述内部夹具构件的侵蚀速率。
本领域技术人员应明白，本文中使用的与本发明有关的术语“内部”、“外部”、“向内地”和“向外地”涉及特征与由所述内部夹具构件限定的孔的接近度。
所述外部夹具构件的内部部分可与所述内部夹具构件间隔一小于250微米的间隙。所述间隙可小于100微米并且优选地小于80微米。
所述内部夹具构件和所述外部夹具构件至少之一可具有用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。
所述外部夹具构件可包括用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。所述外部夹具构件的夹紧表面在使用中可贡献由夹具组件提供的对晶片的夹紧力中的大多数夹紧力。典型地，外部夹具的夹紧表面包括外部夹具的一部分下表面。
所述内部夹具构件可包括用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。所述内部夹具构件的下表面可包括凸缘。所述凸缘可包括所述内部夹具构件的夹紧表面。所述凸缘可进一步包括从所述内部夹具构件的夹紧表面向内地延伸的内表面。所述内表面可相对于所述夹紧表面凸起，使得在使用中，所述内表面不会夹紧所述基底的外周部分。所述内表面可相对于所述夹紧表面凸起小于100微米。凸起的内表面可进一步减小RF耦合并且减小侵蚀速率。
所述内表面可从下部夹紧表面向内地延伸小于0.75mm，优选地，小于0.5mm。
所述内部夹具构件可具有内边缘。所述内边缘可以以不超过1mm的方式从所述外部夹具构件的内边缘向内地布置。
所述内部夹具构件可具有与所述外部夹具构件间隔开的外部部分。所述内部夹具构件的外部部分可与所述外部夹具构件间隔一小于0.75mm并且优选地，小于0.5mm的间隙。
所述外部夹具构件可包括第一上表面和第二上表面，所述第二上表面从所述第一上表面向内地布置。所述内部夹具构件的外部部分可与所述第二上表面接触。所述内部夹具构件的外部部分可与所述第一上表面间隔开。所述外部夹具构件的第一上表面和第二上表面可由台阶部分分离。所述内部夹具构件的外部部分可与所述台阶部分间隔开。
所述外部夹具构件可包括本体部分，所述本体部分向外地布置在所述内部部分之外。所述本体部分可比所述内部部分厚。所述本体部分可在所述内部部分的水平之下延伸。当夹具组件处于其使用构造时，术语“水平”应被理解为涉及包含内部部分的最低点或表面的水平面。
所述内部夹具构件和所述外部夹具构件可以为环形的。原则上，所述内部夹具构件和所述外部夹具构件中的一个或两个可包括多个子单元。举例而言，可考虑开口环布置。
所述内部夹具构件和所述外部夹具构件可由介电材料形成。所述介电材料可以为氧化铝。可使用其它的绝缘材料，例如其它的陶瓷材料。所述介电材料可以为石英。
所述外部夹具构件可包括用于以与所述外部夹具构件期望的对准或配准的方式保持所述内部夹具构件的一个或多个保持特征。所述保持特征可以是倾斜表面、凸起特征、锯齿状特征、棘爪、切口或用于保持所述内部夹具构件和所述外部夹具构件之间的相互对准的任何其它适合的特征。配合特征可设置在所述内部夹具构件上。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用在本发明的第一方面的夹具组件中的内部夹具构件。
根据本发明的第三方面，提供了一种使用在本发明的第一方面的夹具组件中的外部夹具构件。
根据本发明的第四方面，提供了用于根据本发明的第一方面的夹具组件的成套部件，所述成套部件包括内部夹具构件和外部夹具构件。
根据本发明的第五方面，提供了一种包含本发明的第一方面的夹具组件的等离子体加工设备。所述等离子体加工设备可以呈等离子体刻蚀设备的形式。
所述等离子体加工设备包括用于基底的RF驱动支撑件。所述支撑件可包括静电夹盘。
所述基底可包括半导体材料。
所述基底可以为平面基底。
所述基底可以为晶片。所述基底可包括载具晶片上的晶片。所述基底可包括载具晶片上的减薄的晶片。减薄的晶片的示例为减薄的碳化硅(SiC)晶片。减薄的晶片可以具有小于500微米的厚度并且优选地具有小于300微米的厚度。
根据本发明的第六方面，提供了一种在等离子体加工室中对基底进行等离子体加工的方法，所述方法包括以下步骤：
使用本发明的第一方面的夹具组件来将基底夹紧到支撑件上；以及
对基底进行等离子体加工，其中，RF偏压功率在基底的等离子体加工期间被施加到支撑件上。
虽然上文描述了本发明，但是本发明延伸到上文或以下说明、附图或权利要求书中陈述的特征的任何创造性组合。举例而言，关于本发明的一个方面描述的任何特征被认为是也关于本发明的任何其它方面公开。
附图说明
现在将参考附图来描述根据本发明的夹具组件的实施例，在附图中：
图1为由现有技术的单件式夹环夹紧的晶片的局部剖视图；
图2以内夹环的剖视图示出了夹具组件的分解透视图；
图3(a)示出了由图2的夹具组件夹紧的晶片的局部剖视图，并且图3(b)示出了夹具组件中的、外夹环的内部部分与内夹环间隔开的区域中的局部放大剖视图；以及
图4示出了夹环在刻蚀之前和在刻蚀之后的尺寸的光学测量值。
具体实施方式
图2示出了夹具组件，本发明中夹具组件总体表示为20。夹具组件20包括外环24和内环22。外环24包括第一主上表面24a，第一主上表面24a由轮缘24b包围，轮缘24b相对于第一上表面24a凸起。第一上表面24a内存在通向第二上表面24c的向下的台阶，第二上表面24c被设置在第一上表面24a的水平的下方。外环24还包括环形倾斜表面24d，环形倾斜表面24d朝第二上表面24c向内地和向下地倾斜。倾斜表面24d通向内边缘24e，图3中清楚可见内边缘24e。倾斜表面24d、第二上表面24c和第一上表面22a的最内区域限定了能够容置内环22的容器区域(receptaclearea)。内环22包括上表面22a、倾斜表面22b和内边缘22c，倾斜表面22b朝上表面22a向内地和向下地倾斜。
图3(a)和图3(b)示出了被用以将晶片30夹紧在等离子体刻蚀设备中的夹具组件20。在图3中示出的实施例中，晶片30为载具上的晶片类型，载具上的晶片在厚得多的载具30b上包括薄晶片30a。晶片30被定位在静电夹盘32上。如本领域所周知，衬垫34被设置在晶片30的下方并且被设置成超过晶片30的外周，以便消除暗区等离子体。
夹具组件20具有图2中示出的设计，并且因此，相同的附图标记被用于表示夹具组件20的特征。外环24的内边缘24e能够更清楚地在图3(b)中看到。外环24为与夹具相关联的晶片提供大部分夹紧力或甚至提供所有夹紧力。外环24应当足够大，从而以适量的重叠来可靠地夹紧晶片的外周区域。大约2mm的重叠通常被认为符合要求。内夹具22能够被设置为牺牲件。内环22最好较薄，并且不应从外环24的内边缘24e伸出很多，以便最小化晶片边缘无管芯区域。一般来说，内环22被设计成从内边缘24e伸出不多于1mm。内环22和外环24被制造成使得内环22和外环24之间存在一间距36。间距36为内环22的最内部分和外环24的倾斜表面24d/内边缘24e之间的环形间距。这与晶片的射频(RF)驱动的区域相对应。间距36显著地减小了内环22和静电夹盘32之间的RF耦合，并且这显著地减小了内环22在使用中的侵蚀速率。已经发现，间距36不需要非常大，以便显著地减小RF耦合。间距36通常小于500微米并且典型地小于100微米。内环22包括内部环形凸缘22d，内部环形凸缘22d载有内边缘22c。内部凸缘22d具有夹紧表面22e，夹紧表面22e接触晶片30的表面。在实践中，由夹紧表面22e施加的夹紧力可以极小。内部凸缘22d还包括内部台阶部分22f，内部台阶部分22f包含内表面22g，内表面22g相对于夹紧表面22e凸起。内表面22g凸起，以使得当晶片30被夹紧时，存在适当的间隙以进一步减小RF耦合并且因此减小内环22的侵蚀速率。代表性但非限制性的间隙为70微米。内表面22g的径向伸长典型地为大约400微米。内环22和外环24还被制造成使得内环22的外部区域和外环24的第一上表面24a之间存在间隙38。间隙38典型地小于500微米。间隙38减小了其他情况下可能由于内环的外环的相对运动而存在的颗粒的水平。
进行了使用等离子体刻蚀来加工碳化硅晶片的试验。刻蚀通过使用图1中示出的类型的单件式夹环以及如图2和图3中示出的本发明的两件式夹具组件来进行。单件式夹环和两件式夹具组件都由氧化铝形成。使用单件式夹环的刻蚀被执行了40RF小时并且使用两件式夹具组件的刻蚀被执行了30RF小时。夹环和夹具组件的尺寸的光学测量值在刻蚀工艺之前和在刻蚀工艺之后做出。光学测量值的结果能够在图4中看到。曲线40与刻蚀之前的单件式夹环相对应；曲线42与40RF小时刻蚀之后的单件式夹环相对应；曲线44与刻蚀之前的两件式夹具组件相对应；以及曲线46与30RF小时刻蚀之后的两件式夹具组件相对应。图4示出了单件式夹环以每25整片/每40RF小时大约1毫米直径的速率被快速地侵蚀。在大约25个晶片被刻蚀之后，单件式夹环必须被更换。能够看到，夹具组件的牺牲的内夹环的侧向侵蚀速率已被减小至接近零。在30RF小时的刻蚀之后，测量到两件式夹具组件的内径没有变化。顺便应注意，图4表明两件式夹具组件的高度和外径在刻蚀之后增大。这是真实的结果并且被认为起因于形成于夹具组件上的聚合物沉积。图4表明本发明能够大大地减小侵蚀速率并且因此增加牺牲的内夹环的寿命。由于晶片加工的物理性质，室中积累了大量的不挥发性产物。打开室以更换诸如夹具之类的部件将触发室清洁。因此，增加夹具组件的牺牲件的寿命增大了MTBC。

Claims (22)

1.一种用于在等离子体加工室中将基底的外周部分夹紧到支撑件上的夹具组件，所述等离子体加工室为RF偏压功率在所述基底的等离子体加工期间被施加到所述支撑件上的类型的等离子体加工室，所述夹具组件包括：
外部夹具构件；以及
内部夹具构件，所述内部夹具构件被所述外部夹具构件所容纳，所述内部夹具构件限定了将所述基底暴露于等离子体加工的孔；
其中，所述外部夹具构件具有在内边缘中终止的内部部分，其中，所述内部部分与所述内部夹具构件间隔开。
2.根据权利要求1所述的夹具组件，其中，所述外部夹具构件的内部部分与所述内部夹具构件间隔一小于250微米的间隙。
3.根据权利要求2所述的夹具组件，其中，所述间隙小于100微米，优选地，小于80微米。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件和所述外部夹具构件中的至少一个具有用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。
5.根据权利要求4所述的夹具组件，其中，所述外部夹具构件包括用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。
6.根据权利要求4或5所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件包括用于夹紧所述基底的外周部分的夹紧表面。
7.根据权利要求6所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件包括凸缘，所述凸缘包括所述夹紧表面和内表面，所述内表面从所述夹紧表面向内地延伸并且所述内表面相对于所述夹紧表面凸起，使得在使用中，所述内表面不会夹紧所述基底的外周部分。
8.根据权利要求7所述的夹具组件，其中，所述内表面相对于所述夹紧表面凸起小于100微米。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的夹具组件，其中，所述内表面从下部夹紧表面向内地延伸小于0.75mm，优选地，小于0.5mm。
10.根据任一前述权利要求所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件具有内边缘，所述内边缘以不超过1mm的方式从所述外部夹具构件的内边缘向内地布置。
11.根据任一前述权利要求所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件具有与所述外部夹具构件间隔开的外部部分。
12.根据权利要求11所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件的外部部分与所述外部夹具构件间隔一小于0.75mm并且优选地，小于0.5mm的间隙。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的夹具组件，其中，所述外部夹具构件包括第一上表面和第二上表面，所述第二上表面从所述第一上表面向内地布置，其中，所述内部夹具构件的外部部分与所述第二上表面接触并且与所述第一上表面间隔开。
14.根据任一前述权利要求所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件和所述外部夹具构件为环形的。
15.根据任一前述权利要求所述的夹具组件，其中，所述内部夹具构件和所述外部夹具构件由介电材料形成。
16.根据权利要求15所述的夹具组件，其中，所述介电材料为氧化铝。
17.一种内部夹具构件，所述内部夹具构件使用在根据权利要求1所述的夹具组件中。
18.一种外部夹具构件，所述外部夹具构件使用在根据权利要求1所述的夹具组件中。
19.一种成套部件，用于根据权利要求1所述的夹具组件，所述成套部件包括内部夹具构件和外部夹具构件。
20.一种等离子体加工设备，包括根据权利要求1所述的夹具组件。
21.根据权利要求20所述的等离子体加工设备，呈等离子体刻蚀设备的形式。
22.一种在等离子体加工室中对基底进行等离子体加工的方法，包括以下步骤：
使用根据权利要求1所述的夹具组件来将所述基底夹紧到支撑件上；以及
对所述基底进行等离子体加工，其中，RF偏压功率在所述基底的等离子体加工期间被施加到所述支撑件上。
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