CN105702614B - 基片承载装置和刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片承载装置，包括托盘和盖板，所述托盘用于承载多个基片，所述盖板用于将所述多个基片固定在所述托盘上，其中，所述基片承载装置设置为当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同，以使得工艺时腔室内的多个所述基片的上表面处的等离子体浓度相同。本发明还提供一种刻蚀设备，在利用包括本发明所提供的基片承载装置的刻蚀设备进行刻蚀时，多个基片表面处的等离子浓度大致相同，因此，多个基片的上表面受到的等离子体的轰击能量也大致相同，所以刻蚀结束后，不同基片上的图形尺寸基本是相同的。

Description

基片承载装置和刻蚀设备

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，具体地，涉及基片承载装置和一种包括该基片承载装置的刻蚀设备。

背景技术

图形化蓝宝石衬底(PSS，Patterned Sapphire Substrate)是目前铺面采用的一种提高GaN基发光二极管器件的发光效率的方法。通常，对蓝宝石衬底进行刻蚀的刻蚀方法包括以下步骤：将多个基片(即，蓝宝石衬底)设置在基片承载装置1中；利用光刻技术在基片上形成所需图形，如图1所示；利用干法等离子体刻蚀技术刻蚀所述基片，刻蚀完毕后获得图2中所示的图形，从图2中可以看出，基片表面形成的图形为规则的圆锥形。

在进行刻蚀工艺时，利用压环2固定基片承载装置1。基片承载装置通常包括托盘和托盘盖板。在将多个基片(即，蓝宝石衬底)设置在基片承载装置中的步骤中，先将基片设置在托盘上，然后利用托盘盖板将基片固定在托盘上，如图3所示。但是，在利用上述方法可使基片后获得的图形化的基片中，托盘中部的基片上图形高度大于托盘外围的基片上图形的高度，如表1所示。

表1

位置	高度(μm)	宽度(μm)
			1#	1.69	2.59
4#	1.59	2.56
			12#	1.53	2.50
14#	1.54	2.53
			19#	1.56	2.54
22#	1.58	2.54

因此，如何使得各个基片上的图形尺寸(包括宽度和高度)均匀成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基片承载装置，利用包括所述基片承载装置进行刻蚀工艺获得的多个图形化的基片上的图形形状尺寸均匀。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种基片承载装置，包括托盘和盖板，所述托盘用于承载多个基片，所述盖板用于将所述多个基片固定在所述托盘上，其中，

所述基片承载装置设置为当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同，以使得工艺时腔室内的多个所述基片的上表面处的等离子体浓度相同。

优选地，工艺时腔室内的同一水平高度处，等离子体浓度较高的位置对应的基片的上表面高度低于等离子体浓度较低的位置对应的基片的上表面高度。

优选地，所述托盘中部的所述基片的上表面的高度低于所述托盘上其他位置处的所述基片的上表面的高度。

优选地，所述托盘中部的所述基片的上表面的高度比位于所述托盘上其他位置处的所述基片的上表面的高度低50μm至150μm。

优选地，所述基片承载装置还包括多个密封圈，当所述基片设置在基片承载装置中时，多个所述密封圈分别位于多个所述基片和所述托盘之间，以使所述基片的下表面与所述托盘的上表面之间形成间隙，所述托盘上设置有多个密封圈固定槽，多个所述密封圈分别设置在多个所述密封圈固定槽中，多个所述密封圈固定槽的深度相同，当所述基片设置在所述托盘上时，所述托盘中部的基片下方的所述密封圈沿该密封圈厚度方向的压缩量大于所述托盘上其他所述基片下方的所述密封圈该密封圈厚度方向的压缩量。

优选地，所述基片承载装置还包括多个密封圈，当所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述密封圈分别位于多个所述基片和所述托盘之间，以使所述基片的下表面与所述托盘的上表面之间形成间隙，所述托盘上设置有多个密封圈固定槽，多个所述密封圈分别设置在多个所述密封圈固定槽中，所述托盘中部的密封圈固定槽的深度大于所述托盘其他部位的密封圈固定槽的深度。

优选地，位于所述托盘中部的基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在50μm至100μm之间。

优选地，除所述托盘中部的基片之外的其他基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在150μm至200μm之间。

优选地，位于所述托盘中部的密封圈固定槽的深度比位于所述托盘上其他位置处的密封圈固定槽的深度大50μm至150μm。

作为本发明的另一个方面，提供一种刻蚀设备，所述刻蚀设备包括基片承载装置，其中，所述基片承载装置为本发明所提供的上述基片承载装置。

在本发明所提供的基片承载装置中，不同位置处基片的上表面高度不同，从而使得多个基片表面处的等离子浓度大致相同，因此，多个基片的上表面受到的等离子体的轰击能量也大致相同，所以刻蚀结束后，各个基片上的图形尺寸也是均匀的。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是基片上形成有光刻胶图形后的扫描图片；

图2是完成刻蚀后，基片上图形的扫描图片；

图3是设置有基片的基片承载装置的俯视图；

图4是基片承载装置的主剖示意图；

图5是本发明所提供的基片承载装置设置有基片后的主剖示意图；

图6是两种间隙下，不同基片上形成的图形的高度对比的曲线；

图7是两种间隙下，不同基片上形成的图形的底宽对比的对比曲线。

附图标记说明

1：基片承载装置 2：压环

100：托盘 200：密封圈

300：盖板

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

经本发明的发明人反复研究发现，在现有的刻蚀方法中，工艺气体是从腔室的中心的上部通入的，如图4所示(该图4中的虚线箭头表示的是工艺气体的流动方向)，因此，基片承载装置1中部的上方工艺气体浓度大于基片承载装置1其他部分上方的工艺气体的浓度。工艺气体在高频电源激发下产生等离子体，因此，基片承载装置1中部的等离子体的浓度大于基片承载装置1其他部分的等离子体的浓度，从而导致了基片承载装置1中部的基片上图形的高度大于基片承载装置上其他部分的基片上的图形高度。

因此，为了克服上述缺陷，作为本发明的一个方面，提供一种基片承载装置，该基片承载装置包括托盘100和盖板300，托盘100用于承载多个基片，盖板300用于将所述多个基片固定在托盘100上，其中，所述基片承载装置设置为当所述多个基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面的高度不同，以使得工艺时腔室内的多个所述基片的上表面处的等离子体浓度相同。

由于工艺气体是从腔室的一个方向通入的，因此，距离工艺气体入口越近的位置，等离子体浓度越高，在利用本发明所提供的基片承载装置进行刻蚀工艺时，多个所述基片的上表面处的高度不同，并且多个所述基片的上表面处的等离子浓度相同，因此，多个基片的上表面受到的等离子体的轰击能量也大致相同，所以刻蚀结束后，不同基片上的图形尺寸基本上是相同的。

本领域技术人员应当理解的是，在本发明中所谓的“多个所述基片的上表面处的等离子浓度相同”并非是指严格相同，而是大致相同即可，例如，各个基片的上表面处的等离子体浓度可在某预定范围内，只要能够使得刻蚀结束后各个基片上的图形尺寸是均匀的即可。

由于工艺气体是从腔室的纵向轴线附近通入的，因此，在同一水平高度处，不同位置的等离子体浓度是不同的。如图5所示，在同一高度H1处，区域A1和区域A3的等离子体浓度自然小于区域A2处的等离子浓度。

因此，为了实现“当所述多个基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面的高度不同，以使得工艺时腔室内多个所述基片的上表面处的等离子体浓度相同”，作为本发明的一种实施方式，工艺时腔室内的同一水平高度处，等离子体浓度较高的位置对应的基片的上表面高度低于等离子体浓度较低的位置对应的基片的上表面高度，从而可以达到各个基片的上表面处的等离子浓度都相同。

在对基片进行刻蚀时，工艺气体通常是从腔室上方的中部通入的，因此在腔室中，越往下等离子体的浓度逐渐减小。如图5中所示，在低于高度H1的高度H2处，区域A1下方的区域A1’处的浓度自然低于区域A1处的浓度。

相应地，所述托盘中部的基片上表面的高度低于所述托盘上其他部分的基片的上表面的高度，从而可以达到各个基片的上表面处的等离子浓度都相同。

当进行图形化蓝宝石衬底的刻蚀工艺时，所述托盘中部的所述基片的上表面的高度比位于所述托盘上其他位置处的所述基片的上表面的高度低50μm至150μm。

在本发明中，可以通过多种方式实现托盘中部的基片的上表面高度低于托盘上其他部分的基片的上表面高度。作为本发明的一种实施方式，可以将托盘设置为该托盘的上表面具有不同的高度。具体地，所述托盘中部的上表面的高度低于所述托盘上其他部分的上表面的高度。

参照图5，托盘100上对应于高度H1处的区域A1处的部分的上表面的高度可以高于托盘100上对应于高度H1处的区域A2处的部分的上表面的高度。

如上文中所述，工艺时，在腔室内同一水平高度处，托盘100中部上方的等离子浓度大于托盘100其他部分上方的等离子浓度。因此，可以将托盘100中部的上表面的高度低于托盘100上其他部分的上表面的高度，以使得位于托盘100中部的基片1#的上表面最低，从而使得多个基片表面处的等离子浓度大致相同，因此，多个基片的上表面受到的等离子体的轰击能量也大致相同，所以刻蚀结束后，各个基片上的图形尺寸也是均匀的。

当托盘100中部的上表面的高度低于托盘100上其他部分的上表面的高度时，托盘100中部的上表面高度比位于托盘100上其他部分的上表面高度低50μm至150μm。即，将多个基片设置在所述基片承载装置上之后，基片1#的上表面高度比其他基片的上表面高度低50μm至150μm。

本领域技术人员应当理解的是，为了便于在对基片进行加工的过程中对基片进行冷却，优选地，可以在托盘100上设置对应于基片的冷却孔(未示出)，通过冷却孔向基片的下表面吹送冷却气体，以对基片进行降温。为了防止冷却气体进入腔室内影响刻蚀工艺的正常进行，通常，如图5中所示，所述基片承载装置还包括多个密封圈200，多个密封圈200设置在托盘100上，且当所述基片设置在托盘100上时，多个密封圈200分别位于多个所述基片和托盘100之间，以使所述基片的下表面与托盘100的上表面之间形成间隙。为了便于设置密封圈，通常，在托盘上设置有多个密封圈固定槽，相应地，多个密封圈200分别设置在多个密封圈固定槽中。

为了便于制造，可以将托盘100的上表面设置为同一平面，通过设置密封圈200实现“当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同”。具体地，可以通过调节密封圈的设置方式使得中部的基片1#的下表面与托盘的上表面之间距离小于其他基片的下表面与托盘的上表面之间的距离。

在本发明中，对多个基片的下表面与托盘100的上表面之间的距离并没有特殊的限制，只要可以使得多个基片的上表面处的等离子体浓度大致相同即可。例如，位于托盘100中心的基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在50μm至100μm之间。相应地，托盘100上其他基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在150μm至200μm之间。

如图6所示，当所述基片的下表面与托盘的上表面之间的间隙在50μm至100μm之间时：基片1#上形成的图形高度为1.54μm，基片4#上形成的图形高度为1.49μm，基片12#上形成的图形高度为1.46μm，基片14#上形成的图形高度为1.45μm，基片19#上形成的图形高度为1.43μm，基片22#上形成的图形高度为1.49μm。当所述基片的下表面与托盘的上表面之间的间隙在150μm至300μm之间时：基片1#上形成的图形高度为1.69μm，基片4#上形成的图形高度为1.59μm，基片12#上形成的图形高度为1.53μm，基片14#上形成的图形高度为1.54μm，基片19#上形成的图形高度为1.56μm，基片22#上形成的图形高度为1.58μm。

如图7中所示，当所述基片的下表面与托盘的上表面之间的间隙在50μm至100μm之间时：基片1#上形成的图形的底宽对比为2.62，基片4#上形成的图形的底宽对比为2.52，基片12#上形成的图形的底宽对比为2.52，基片14#上形成的图形的底宽对比为2.50，基片19#上形成的图形的底宽对比为2.53，基片22#上形成的图形高度为2.54。当所述基片的下表面与托盘的上表面之间的间隙在150μm至300μm之间时：基片1#上形成的图形的底宽对比为2.59，基片4#上形成的图形的底宽对比为2.56，基片12#上形成的图形的底宽对比为2.50，基片14#上形成的图形的底宽对比为2.53，基片19#上形成的图形的底宽对比为2.54，基片22#上形成的图形的底宽对比为2.54。

通过图6和图7可知，当基片1#的底表面与托盘100的上表面之间的距离设置在50μm至100μm之间时，基片1#上形成的图形的尺寸与其他基片的底面与托盘100的上表面之间的距离设置在150μm至300μm之间时，所述其他基片上形成的图形的尺寸差不多。

调节密封圈200达到“当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同”的方法有多种。例如，当多个密封圈固定槽的深度都相同时，可以通过设置在其中的调节密封圈200的沿该密封圈200厚度方向(即，图5中的上下方向)的压缩量来调节基片的下表面与托盘的上表面之间的距离。优选地，托盘100中部的基片1#下方的所述密封圈沿该密封圈厚度方向的压缩量大于托盘100上其他所述基片下方的所述密封圈沿该密封圈厚度方向的压缩量。

在上述情况中，进行刻蚀工艺时，可以将盖板300设置为该盖板300的中部能够发生弹性变形，将盖板300与托盘100固定连接后，盖板300中部朝向托盘100发生弹性变形，以使得基片1#下方的密封圈的压缩量大于其他所述基片下方的密封圈的压缩量，将盖板300拆除后，盖板300会恢复至原来的形状。托盘盖板是通过紧固件与托盘100固定连接的，所述紧固件可以为螺栓或螺钉，可以通过调节螺栓或螺钉的旋入量来调节密封圈200的压缩量。托盘100中部的螺栓或螺钉的旋入量大一些(即，拧的紧一些)，此处的密封圈压缩量就会大一些，基片的底面与托盘100的上表面之间的距离就会小一些；托盘100上其他位置的螺栓或螺钉的旋入量小一些(即，拧的松一些)，此处的密封圈200的压缩量会小一些，基片的底面与托盘100的上表面之间的距离就会大一些。在本发明中，对各处密封圈的压缩量并没有严格的限制，只要能够使得各个基片的上表面处的等离子体浓度大致相同即可。或者，可以将盖板300设置为，盖板中部具有朝向托盘凸出的凸块，在将盖板300与托盘100固定连接时，凸块可以对凸块对应的密封圈进行进一步的压缩，从而使得该处的密封圈压沿其厚度方向的压缩量比其他位置处的密封圈沿其厚度方向的缩量更大。

作为实现调节密封圈200达到“工艺时多个所述基片的上表面高度不同”的另一种优选实施方式，如图5所示，托盘100中部的密封圈固定槽的深度大于托盘100其他部分的密封圈固定槽的深度。

由于托盘100中部的密封圈固定槽的深度大于托盘100其他部分的密封圈固定槽的深度，因此，托盘100中部的密封圈200的顶表面的高度低于托盘100其他部分的密封圈200的顶表面，这就使得位于托盘100中部的基片1#的上表面的高度低于托盘100上其他基片的高度。

同样地，在本发明中，对各个密封圈固定槽的深度并没有严格的限制，只要可以使得各个基片的上表面处的等离子体浓度大致相同即可。

通过这样的设置可以使得在利用所述基片承载装置进行刻蚀方法时，位于托盘100中部的基片的上表面低于位于托盘100外围的基片的上表面，从而使得各个基片的上表面处的等离子体的浓度大致相同，因此，刻蚀方法结束后，不同基片上的图形尺寸是均匀的。

优选地，位于所述托盘中部的密封圈固定槽的深度比位于所述托盘上其他位置处的密封圈固定槽的深度大50μm至150μm。

作为本发明的再一个方面，提供一种刻蚀设备，该刻蚀设备包括基片承载装置，其中，所述基片承载装置为本发明所提供的上述基片承载装置。

利用本发明所提供的刻蚀设备进行刻蚀工艺时，可以获得图形尺寸均匀的图形化基片。

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 (8)

1.一种基片承载装置，包括托盘和盖板，所述托盘用于承载多个基片，所述盖板用于将所述多个基片固定在所述托盘上，其特征在于，

所述基片承载装置设置为当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同，以使得工艺时腔室内的多个所述基片的上表面处的等离子体浓度相同；

所述基片承载装置还包括多个密封圈和多个密封圈固定槽，多个所述密封圈分别设置在多个所述密封圈固定槽中，当所述基片设置在基片承载装置中时，多个所述密封圈分别位于多个所述基片和所述托盘之间，以使所述基片的下表面与所述托盘的上表面之间形成间隙，通过设置多个密封圈沿该密封圈厚度方向的压缩量或者所述密封圈固定槽的深度以使当多个所述基片设置在所述基片承载装置中时，多个所述基片的上表面高度不同。

2.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，工艺时腔室内的同一水平高度处，等离子体浓度较高的位置对应的基片的上表面高度低于等离子体浓度较低的位置对应的基片的上表面高度。

3.根据权利要求1或2所述的基片承载装置，其特征在于，所述托盘中部的所述基片的上表面的高度低于所述托盘上其他位置处的所述基片的上表面的高度。

4.根据权利要求3所述的基片承载装置，其特征在于，所述托盘中部的所述基片的上表面的高度比位于所述托盘上其他位置处的所述基片的上表面的高度低50μm至150μm。

5.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，位于所述托盘中部的基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在50μm至100μm之间。

6.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，除所述托盘中部的基片之外的其他基片的下表面与所述托盘的上表面之间的间隙在150μm至200μm之间。

7.根据权利要求1所述的基片承载装置，其特征在于，位于所述托盘中部的密封圈固定槽的深度比位于所述托盘上其他位置处的密封圈固定槽的深度大50μm至150μm。

8.一种刻蚀设备，所述刻蚀设备包括基片承载装置，其特征在于，所述基片承载装置为权利要求1至7中任意一项所述的基片承载装置。