CN105586574B - 一种承载装置及物理气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种承载装置及物理气相沉积设备，该承载装置包括基座和压环，基座用于承载被加工工件，基座与射频电源电连接，用以向基座提供负偏压，压环的下表面叠置在被加工工件上表面的边缘区域，用以将被加工工件固定在基座上；基座的上表面上‑设置有凹槽，凹槽对应压环的与被加工工件叠置的部分设置，且压环的与被加工工件叠置的部分的正投影位于所述凹槽内，在凹槽内设置有绝缘件，绝缘件用于减小其正上方的被加工工件表面与基座之间的电势差，且绝缘件不高于基座的上表面。该承载装置，可以避免该射频电流造成压环边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环边沿处打火现象发生的可能性。
Description
技术领域
本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种承载装置及物理气相沉积设备。
背景技术
磁控溅射技术，又称物理气相沉积技术，是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料层广泛采用的技术。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关键技术，其可以大大降低芯片之间的互连延迟。
TSV技术中通常采用物理气相沉积方法在硅通孔内沉积阻挡层和铜籽晶层。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内设置有用于承载被加工工件S的基座11和压环12，压环12包括环体121和在环体121内周壁上沿其周向间隔设置的多个压爪122，借助多个压爪122的下表面叠置在被加工工件的边缘区域，用以将被加工工件固定在该基座11上；为实现填充高深宽比的通孔，基座11与第一电源13电连接，用以向基座11提供负偏压，以吸引等离子体朝向被加工工件运动，为了适应导电性不佳的晶片，目前的PVD工艺中第一电源13通常为射频电源，且射频电源的频率范围在400k～13.56MHz。在反应腔室10的顶部设置有靶材14，借助靶材14与第二电源(图中未示出)电连接，第二电源包括直流电源，用以向靶材14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14，当氩离子的能够足够大时会使得靶材14表面的金属原子逸出而沉积在被加工工件上，从而实现在被加工工件上沉积金属薄膜。
在实际应用中，为实现基座11、压环12和被加工工件三者等电位，以防止打火现象的发生，基座11和压环12通过诱电线圈形成电接触，以实现二者等电位；压爪122下表面的靠近被加工工件的区域直接与被加工工件的上表面相接触，如图2所示，但由于被加工工件上表面上沉积金属薄膜的厚度一般为1μm，因此，仅可以实现压爪122与被加工工件S线接触导通，而针对第一电源13为射频电源来说，需要面接触导通才能实现二者等电位，也就是说，在实际应用中不能实现压环12与被加工工件S等电位。
因此，压爪122边沿与被加工工件表面之间存在第一电势差，且压爪122边沿处的被加工工件表面的第一电势差最大，所谓压爪122边沿是指压爪122的与被加工工件叠置的部分的边沿；而基座11与被加工工件表面之间存在第二电势差，且被加工工件表面各个位置处的第二电势差相等。由于被加工工件表面的总电势差等于第一电势差和第二电势差的叠加，因此，压爪122边沿处的被加工工件表面的总电势差最大，这在被加工工件表面通过等离子体与地形成回路的情况下，该总电势差使得该压爪122边沿处的被加工工件表面的射频电流远大于被加工工件的其他表面，该射频电流会造成该压爪122边沿处的被加工工件的温度远高于其他表面的温度，当温度达到一定数值，则在压爪122边沿处会发生打火现象，从而造成承载装置的稳定性差和被加工工件浪费。
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，提出了一种承载装置，其可以减小在该压环边沿处的被加工工件表面产生的射频电流，因而可以避免该射频电流造成压环边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环边沿处打火现象发生的可能性，进而可以提高承载装置的稳定性和减小打火现象造成的被加工工件损坏。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种承载装置，包括基座和压环，所述基座用于承载被加工工件，所述基座与射频电源电连接，用以向所述基座提供负偏压，所述压环的下表面叠置在被加工工件上表面的边缘区域，用以将所述被加工工件固定在所述基座上；在所述基座的上表面上设置有凹槽，所述凹槽对应所述压环的与被加工工件叠置的部分设置，且所述压环的与被加工工件叠置的部分的正投影位于所述凹槽内，并且在所述凹槽内设置有绝缘件，所述绝缘件用于减小其正上方的被加工工件表面与所述基座之间的电势差，且所述绝缘件不高于所述基座的上表面。
其中，所述绝缘件为绝缘体。
其中，所述绝缘体采用陶瓷或聚四氟乙烯材料制成。
其中，所述绝缘件为绝缘薄膜。
其中，所述绝缘薄膜包括硬质阳极氧化膜。
其中，所述压环包括环体，在所述环体的内周壁上还设置有多个压爪，所述压爪的整个或部分下表面叠置在所述被加工工件的边缘区域，或者，所述环体下表面的靠近其环孔的环形区域以及所述压爪的整个下表面叠置在所述被加工工件的边缘区域。
其中，所述压环包括环体，所述环体下表面的靠近其环孔的环形区域叠置在所述被加工工件的边缘区域。
其中，所述绝缘体在竖直方向上的厚度H根据以下公式计算：
其中，U表示在所述基座上未设置所述绝缘体时所述基座与所述被加工工件表面之间的电势差，单位为kV；厚度H的单位为mm。
其中，所述射频电源的输出功率的范围在400k～13.56MHz。
本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括承载装置，所述承载装置采用本发明提供的上述承载装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，在基座的上表面上设置有凹槽，凹槽对应压环的与被加工工件叠置的部分设置，且压环的与被加工工件叠置的部分的正投影位于凹槽内，并且在该凹槽内设置有绝缘件，绝缘件不高于基座的上表面，也就是说，压环边沿处的被加工工件表面位于该绝缘件正上方的被加工工件表面内，并且，绝缘件用于减小其正上方的被加工工件表面与基座之间的电势差(即第二电势差)，因此，可以减小压环边沿处的被加工工件表面与基座之间的电势差(即第二电势差)。本发明提供的承载装置与现有技术相比，由于该压环边沿处的被加工工件表面的总电势差等于基座和其之间的电势差(即第二电势差)与压环边沿和其之间的电势差(即第一电势差)的叠加，而本发明中压环边沿和其之间的电势差不变，基座和其之间的电势差减小，因此，压环边沿处的被加工工件表面的总电势差减小，这使得在被加工工件表面通过等离子体与地形成回路的情况下，该总电势差在该压环边沿处的被加工工件表面产生的射频电流减小，因而可以避免该射频电流造成压环边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环边沿处打火现象发生的可能性，进而可以提高承载装置的稳定性和减小打火现象造成的被加工工件损坏。
本发明提供的物理气相沉积设备，其采用本发明提供的承载装置，可以减小在该压环边沿处的被加工工件表面产生的射频电流，因而可以避免该射频电流造成压环边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环边沿处打火现象发生的可能性，进而可以提高承载装置的稳定性和减小打火现象造成的被加工工件损坏。
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中压环和被加工工件的位置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第一种承载装置的剖视图；
图4为图3所示的未放置被加工工件的承载装置的俯视图；以及
图5为本发明实施例提供的第二种承载装置的剖视图。
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，下面结合附图来对本发明实施例提供的承载装置进行详细描述。
图3为本发明实施例提供的第一种承载装置的剖视图。图4为图3所示的未放置被加工工件的承载装置的俯视图。请一并参阅图3和图4，本实施例提供的承载装置包括基座20和压环21。其中，基座20用于承载被加工工件S，且基座20与射频电源(图中未示出)电连接，用以向基座20提供负偏压，以吸引等离子体朝向位于基座20上的被加工工件S运动，其中，射频电源的频率范围一般为400k～13.56MHz，并且，射频电源的输出功率越大，向基座20上加载的负偏差也就越大，因而可以将更多的等离子体吸引到通孔内，从而可以提高沉积薄膜的台阶覆盖率。
压环21的下表面叠置在被加工工件S上表面的边缘区域，用以将被加工工件固定在基座上。具体地，在本实施例中，压环21包括环体211，并且，在环体211的内周壁上设置有多个压爪212，借助压爪212的整个下表面叠置在被加工工件S的边缘区域，用以将被加工工件S固定在基座20上。
并且，在基座20上表面上设置有凹槽，凹槽对应压环21的与被加工工件叠置的部分设置，且压环21的与被加工工件叠置的部分的正投影位于凹槽内，并且在凹槽内设置有绝缘件22，绝缘件22用于减小其正上方的被加工工件表面与基座20之间的电势差，且绝缘件22不高于基座20的上表面。具体地，在本实施例中，绝缘件22、基座20上凹槽的数量和位置与压爪212的数量和位置一一对应，即绝缘件22和基座20上的凹槽为分体结构。并且，如图3所示，绝缘件22为绝缘体，由于绝缘体的上表面不高于基座20的上表面，这可实现被加工工件平稳地放置在基座20上。
优选地，绝缘件22的上表面与基座20的上表面处于同一水平面，这可以避免被压爪212叠置的部分被加工工件仅受到压爪212向下作用力而未收到向上的支撑力造成的损坏，从而可以提高承载装置的可靠性。
另外优选地，绝缘体采用诸如陶瓷或聚四氟乙烯等的绝缘材料制成。
在本实施例中，由于绝缘体的设置，可以减少基座20与被加工工件S表面之间的电场在绝缘体正上方的被加工工件表面的分布，从而可以减小绝缘体正上方的被加工工件表面与基座20之间的电势差。
并且，由于压环21的与被加工工件叠置的部分的正投影位于凹槽内，也就是说，压环21边沿处的被加工工件表面位于该绝缘件22正上方的被加工工件表面内，因此，在绝缘体正上方的被加工工件表面与基座20之间的电势差减小的同时会减小压环21边沿处的被加工工件表面与基座20之间的电势差。所谓压环21边沿是指压环21的与被加工工件叠置的部分的边沿。
由于该压环21边沿处的被加工工件表面的总电势差等于基座20和其之间的电势差与压环21边沿和其之间的电势差的叠加，本实施例提供的承载装置与现有技术相比，压环21边沿和其之间的电势差不变，而基座20和其之间的电势差减小，因此，压环21边沿处的被加工工件表面的总电势差减小，这使得在被加工工件表面通过等离子体与地形成回路的情况下，该总电势差在该压环21边沿处的被加工工件表面产生的射频电流减小，因而可以避免该射频电流造成压环21边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环21边沿处打火现象发生的可能性，进而可以提高承载装置的稳定性和减小打火现象造成的被加工工件损坏。
优选地，绝缘体22在竖直方向上的厚度H(即，基座上设置的凹槽深度)根据以下公式计算：
其中，U表示在基座20上未设置绝缘体时基座20与被加工工件S表面之间的电势差，单位为kV；厚度H的单位为mm。
在本实施例中，被加工工件S可以为polymer键合片，即底层为玻璃，中间层为硅层，上层为polymer。由于可以减小压环21边沿处的被加工工件表面与基座20之间的电势差，因而可以减小硅层作为二次电极与压环21边沿处的被加工工件表面之间的电势差。
需要说明的是，在本实施例中，压爪212的整个下表面叠置在被加工工件的边缘区域，对应地，绝缘件22采用分体结构。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，可以借助压爪212的部分下表面叠置被加工工件的边缘区域，在这种情况下，对应地，绝缘件22采用与上述相类似的分体结构，只是二者在被加工工件径向上的尺寸不一致。
还需要说明的是，在本实施例中，绝缘件22为绝缘体。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，绝缘件22可以采用其他方式实现，只要能够实现减小基座20与被加工工件S之间的电场在绝缘件22正上方的被加工工件表面的分布，以减小绝缘件22正上方的被加工工件表面与基座20之间的电势差即可。例如，如图5所示，绝缘件22为绝缘层，优选地，绝缘层包括硬质阳极氧化膜；由于绝缘层的厚度一般为微米量级，因此，还可以在基座上不设置凹槽，而直接将绝缘件22设置在基座的上表面上。当然，在实际应用中，绝缘件22也可以采用至少两种方式的结合实现，例如，绝缘件22的一部分采用上述绝缘体的方式，另一部分采用上述绝缘层的方式。
进一步需要说明的是，在本实施例中，压环21采用具有压爪212的结构，借助每个压爪212的整个下表面叠置在被加工工件S的边缘区域，来固定被加工工件。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，压环21还可以仅包括环体211，即压环21为全周压环，借助环体211下表面的靠近其环孔的环形区域叠置在被加工工件S的边缘区域，来将被加工工件S固定在基座20的上表面上。具体地，若压环21为全周压环，则在图3和图4所示的承载装置中的绝缘件22为环形绝缘体，在图5所示的承载装置中的绝缘件22为环形绝缘层，对应地，基座20上设置的凹槽为环形凹槽。
另外，在实际应用中，也可以既借助环体211下表面的靠近其环孔的环形区域，又借助压爪212的整个下表面叠置在被加工工件S的边缘区域，在这种情况下，绝缘件22包括与环体211叠置被加工工件的部分对应设置的第一子绝缘件，以及与压爪212对应设置的第二子绝缘件，其中，第一子绝缘件与上述若压环21为全周压环时的绝缘件22的结构相类似，即为环形结构；第二子绝缘件与上述仅借助压爪212固定被加工工件S时的绝缘件22的结构相类似，即为分体结构，在此不再赘述。对应地，凹槽22包括与第一子绝缘件和第二子绝缘件对应的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽为环形凹槽，第二凹槽与上述仅借助压爪212固定被加工工件S的情况相类似。
进一步地，在实际应用中，第一子绝缘件和第二子绝缘件所采用的方式可以相同，也可以不相同。例如，第一子绝缘件采用上述绝缘体的方式，具体为，第一子绝缘件为环形绝缘体；第二子绝缘件采用上述绝缘层的方式，具体为，第二子绝缘件包括与压爪212一一对应的多个独立的绝缘层。再如，第一子绝缘件和第二子绝缘件均采用上述绝缘体或绝缘层的方式，二者分别为环形结构和分体结构的绝缘体或绝缘层。
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，其包括承载装置，承载装置采用本发明上述实施例提供的承载装置。
本实施例提供的物理气相沉积设备，其采用本发明上述实施例提供的承载装置，可以减小在该压环边沿处的被加工工件表面产生的射频电流，因而可以避免该射频电流造成压环边沿处的被加工工件表面温度过高而发生打火现象，从而可以降低压环边沿处打火现象发生的可能性，进而可以提高承载装置的稳定性和减小打火现象造成的被加工工件损坏。
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 (6)
1.一种承载装置，包括基座和压环，所述基座用于承载被加工工件，所述基座与射频电源电连接，用以向所述基座提供负偏压，所述压环的下表面叠置在被加工工件上表面的边缘区域，用以将所述被加工工件固定在所述基座上；其特征在于，在所述基座的上表面上设置有凹槽，所述凹槽对应所述压环的与被加工工件叠置的部分设置，且所述压环的与被加工工件叠置的部分的正投影位于所述凹槽内，并且
在所述凹槽内设置有绝缘体，所述绝缘体用于减小其正上方的被加工工件表面与所述基座之间的电势差，且所述绝缘体不高于所述基座的上表面；所述绝缘体在竖直方向上的厚度H根据以下公式计算：
其中，U表示在所述基座上未设置所述绝缘体时所述基座与所述被加工工件表面之间的电势差，单位为kV；厚度H的单位为mm。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘体采用陶瓷或聚四氟乙烯材料制成。
3.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述压环包括环体，在所述环体的内周壁上还设置有多个压爪，所述压爪的整个或部分下表面叠置在所述被加工工件的边缘区域，或者，
所述环体下表面的靠近其环孔的环形区域以及所述压爪的整个下表面叠置在所述被加工工件的边缘区域。
4.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述压环包括环体，所述环体下表面的靠近其环孔的环形区域叠置在所述被加工工件的边缘区域。
5.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述射频电源的频率范围在400kHZ～13.56MHz。
6.一种物理气相沉积设备，包括承载装置，其特征在于，所述承载装置采用上述权利要求1-5任意一项所述的承载装置。
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