CN108796466B - 一种机械卡盘及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械卡盘及半导体加工设备，机械卡盘包括基座、溅射环和卡环，所述基座的顶面用于承载被加工件，所述溅射环套置于所述基座顶部的外侧，所述卡环包括内外嵌套设置的第一卡环组件和第二卡环组件，所述第一卡环组件设于外侧，所述第二卡环组件设于内侧，所述第一卡环组件和第二卡环组件叠置于所述溅射环的上表面，而且所述第二卡环组件叠压所述被加工件的边缘区域，以将所述被加工件固定于所述基座的顶面。该机械卡盘切换效率高，而且可避免被加工件被压碎的现象。

Description

一种机械卡盘及半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种机械卡盘及半导体加工装置。
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)技术在晶片表面沉积金属材料。随着硅通孔(Through SiliconVia，以下简称TSV)技术的成熟及广泛应用，PVD技术被应用于在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层。
在PVD设备中，静电卡盘和机械卡盘是用于固定晶片的两种常用方式。静电卡盘是利用静电引力来固定晶片，但在实施硅通孔的沉积工艺时，由于沉积在硅通孔中的薄膜厚度和应力均较大，导致静电卡盘无法对晶片进行有效吸附。而且，硅通孔的沉积工艺多出现在后道封装工艺中，此时晶片一般被减薄，而且被减薄的晶片需要粘结在玻璃基底上进行固定，然而，静电卡盘无法对粘附在玻璃基底上的晶片进行吸附。因此，在实施硅通孔技术时，需要采用机械卡盘对晶片进行固定。
图1是目前使用的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的内侧壁固定有内屏蔽件2，用于防止溅射工艺过程中靶材金属溅射到反应腔室1的底壁和侧壁；在反应腔室1的底部设置有基座4和提升手指组件6，基座4的顶面用于承载晶片(图中未示出)，提升手指组件6用于传输晶片，基座4和提升手指组件6在各自的驱动装置的驱动下可分别在纵向方向(即图中所示上下方向或称反应腔室的轴线方向)运动；在基座4和内屏蔽件2之间设有卡环3，在卡环3的内周缘设有多个压爪，压爪可压接晶片的外缘区域，卡环3依靠自身的重量将晶片固定于基座4的顶面；卡环3可在纵向方向(图1中所示上下方向)移动，并在径向方向(图1中所示左右方向)有一定的移动量，以使其与基座4同轴；在基座4的顶部设有溅射环5，溅射环5套置于基座4顶部的外侧，溅射环5用于防止靶材金属从卡环3的压爪之间的间隙溅射到反应腔室1的底部。
在实际应用中，为提高PVD设备的使用效率，同一台PVD设备常常用于加工不同尺寸的晶片(如12寸晶片和8寸晶片)，然而不同尺寸的晶片对应的内屏蔽件2、卡环3和溅射环5的尺寸不同，即加工不同尺寸的晶片所对应的机台不兼容。因此，当加工不同尺寸的晶片时需要更换与之匹配的机台，即需要更换内屏蔽件2、卡环3和溅射环5，工作量大，需要花费的时间长，降低了PVD设备的使用效率和加工效率。
此外，当利用加工12寸晶片的机台加工8寸晶片时，需要将8寸晶片对应的卡环3的外径做大，以匹配12寸晶片对应的内屏蔽件2的尺寸，这必然增加卡环3的重量，容易出现因卡环3的重量较大而压碎晶片的现象。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种机械卡盘及半导体加工设备，其仅需更换溅射环和卡环，不需更换内屏蔽件，因此，可以减小切换机台的工作量，而且可以有效地防止碎片现象。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械卡盘，包括基座、溅射环和卡环，所述基座的顶面用于承载被加工件，所述溅射环套置于所述基座的顶部的外侧，所述卡环包括内外嵌套设置的第一卡环组件和第二卡环组件，所述第一卡环组件设于外侧，所述第二卡环组件设于内侧；在将所述被加工件固定于所述基座的顶面时，所述第一卡环组件叠置于所述溅射环的上表面，所述第二卡环组件叠压所述被加工件的边缘区域。
可选地，根据本发明的机械卡盘，在所述第一卡环组件的底部的内周缘设有向所述第二卡环组件方向突出的第一卡环凸台，所述第二卡环组件的底部设有第二卡环凹台，所述第一卡环凸台可嵌置于所述第二卡环凹台内。
可选地，根据本发明的机械卡盘，在所述第一卡环凸台和所述第二卡环凹台的接触面分别设置尺寸相匹配的凸部和凹槽，当所述第一卡环组件与所述第二卡环组件相对设置时，所述凸部嵌置于所述凹槽内。
可选地，根据本发明的机械卡盘，在所述溅射环和所述第二卡环组件的接触面分别设有溅射环定位部和第二卡环组件定位部，所述第二卡环组件借助所述第二卡环组件定位部和所述溅射环定位部进行定位。
可选地，根据本发明的机械卡盘，所述第二卡环组件定位部表面形状为斜面，所述溅射环定位部表面形状为弧面；或者
所述第二卡环组件定位部表面形状为弧面，所述溅射环定位部表面形状为斜面。
可选地，根据本发明的机械卡盘，在所述溅射环的外周缘设有支撑台，所述支撑台的高度低于所述溅射环定位部的高度，所述支撑台用于支撑所述第一卡环组件。
可选地，根据本发明的机械卡盘，在所述第二卡环组件的内周缘间隔设置有多个压爪，所述第二卡环组件借助所述多个压爪叠压所述被加工件的边缘区域以将所述被加工件固定在所述基座的顶面。
可选地，根据本发明的机械卡盘，所述压爪的顶面为斜面，而且，所述压爪的自由端的厚度小于其与所述第二卡环组件的连接端的厚度。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体加工设备，包括反应腔室和机械卡盘，所述机械卡盘设置于所述反应腔室内，所述机械卡盘采用本发明所述的机械卡盘。
可选地，根据本发明的半导体加工设备，包括内屏蔽件，所述内屏蔽件固定于所述反应腔室的内侧壁，所述内屏蔽件的底端设有向所述反应腔室中心延伸的延伸部，所述延伸部的末端与所述第一卡环组件搭接。
可选地，根据本发明的半导体加工设备，在所述延伸部的末端设置有向所述反应腔室顶部延伸的折弯部，所述第一卡环组件的下表面设有凹部，所述折弯部可伸入所述第一卡环组件的凹部内。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的机械卡盘，将卡环设置为分离的第一卡环组件和第二卡环组件两部分，在卡环固定被加工件时，仅第二卡环组件叠压被加工件，第一卡环组件由溅射环支撑，从而避免了被加工件被压碎的现象；而且，由于第一卡环组件的重量不受被加工件的抗压能力的限制，提高了第一卡环组件设计的自由度，使得第一卡环组件可以完全覆盖内屏蔽件与第二卡环组件之间的空隙。因此，在切换机台时，仅需更换溅射环和卡环，不需要更换内屏蔽件等其它部件，降低了机台切换的工作量，提高了机台切换的效率。
本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的机械卡盘，机台切换的工作量小，缩短了机台切换的时间，因此，提高了PVD设备的使用效率和加工效率；而且，该机械卡盘不易压碎被加工件，从而提高了成品率。
附图说明
图1为目前使用的PVD设备的剖视图；
图2为本发明实施例提供的半导体加工设备的局部剖视图；
图3为图2中Ⅰ区域的放大图；
图4为本发明实施例提供的半导体加工设备中，第二卡环组件的压爪接触被加工件表面时的状态示意图；
图5为本发明实施例提供的半导体加工设备中，第二卡环组件和第一卡环组件分离，第二卡环组件叠压被加工件的边缘区域时的状态示意图；
图6为本发明实施例提供的半导体加工设备中，第一卡环组件脱离内屏蔽件，其重量由溅射环的支撑台支撑时的状态示意图。
附图标记：
1-反应腔室；
2-内屏蔽件；
21-延伸部；
22-折弯部；
3-卡环；
3a-第一卡环组件；
3b-第二卡环组件；
31-压爪；
32-第一卡环凸台；
33-第二卡环凹台；
34-凸部；
35-凹槽；
36-第二卡环组件定位部；
37-凹部；
4-基座；
41-肩部；
5-溅射环；
51-溅射环定位部；
52-支撑台；
6-提升手指组件；
8-被加工件。
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机械卡盘和半导体加工设备进行详细描述。
图2为本发明实施例提供的半导体加工设备的局部剖视图，图3为图2中Ⅰ区域的放大图。请结合参阅图2和图3，半导体加工设备包括反应腔室1，在反应腔室1的内侧壁固定有内屏蔽件2，用于防止溅射工艺过程中靶材金属溅射到反应腔室1的底部。内屏蔽件2是环绕反应腔室1的内壁设置的桶形结构件，在内屏蔽件2的底端设有向反应腔室中心延伸的延伸部21，在延伸部21的自由端设置有朝向反应腔室顶部延伸的折弯部22。
在反应腔室1的底部设置有基座4和提升手指组件6，基座4和提升手指组件6在各自的驱动装置的驱动下可分别在纵向方向(图2中所示上下方向，又称反应腔室1的轴线方向)运动。基座4的顶面用于承载被加工件8，提升手指组件6用于传输被加工件8。当机械手将被加工件8传输至反应腔室1时，首先由提升手指组件6承载被加工件8，之后基座4向上运动，被加工件8被放置于基座4的顶面，之后提升手指组件6向下运动至预设的位置。
在本实施例中，置于基座4顶面的被加工件8由卡环3叠压固定。如图3所示，卡环3包括第一卡环组件3a和第二卡环组件3b，第一卡环组件3a和第二卡环组件3b内外嵌套设置，第一卡环组件3a设于外侧，第二卡环组件3b设于内侧。在将被加工件8固定于基座4的顶面时，第二卡环组件3b叠压被加工件8的边缘区域，从而将被加工件8固定于基座4的顶面。
优选地，在第二卡环组件3b的内周缘间隔设置有多个压爪31，第二卡环组件3b通过压爪31叠压被加工件8的边缘区域，从而将被加工件8固定在基座4的顶面。相对于第二卡环组件3b的内周缘，压爪31叠压的面积较小，从而增加了被加工件8的有效加工面积。
更优选地，将第二卡环组件3b的顶面设置为斜面，且第二卡环组件3b靠近被加工件8的一侧(内侧)的高度低于远离被加工件8一侧(外侧)，换言之，第二卡环组件3b的内侧的厚度小于第二卡环组件3b的外侧的厚度。这可减少第二卡环组件3b对被加工件8的遮挡，从而提高被加工件8边缘区域的均匀性，并提高被加工件8的利用率。在本实施例中，不限于将第二卡环组件3b的顶面设置为斜面,还可将压爪31的顶面设置为斜面，且压爪31的自由端的厚度小于其与第二卡环组件3b连接端的厚度，以减少压爪31对被加工件8的遮挡，从而提高被加工件8的边缘区域的工艺的均匀性，进而提高被加工件8的利用率。不难理解，优选将压爪31和第二卡环组件3b的顶面设置为斜面，可进一步减少第二卡环组件3b对被加工件8的遮挡。
在基座4顶部的外侧套设有溅射环5，其用于防止靶材金属从卡环3的压爪31之间的间隙溅射到反应腔室1的底部。优选地，在基座4的顶部设置基座肩部41，溅射环5套设于基座肩部41的外侧，基座肩部41不仅可对溅射环5进行定位，还可使溅射环5在基座4顶部更牢固。
如图3所示，在第一卡环组件3a的底部的内周缘设有朝向第二卡环组件3b方向突出的第一卡环凸台32，第二卡环组件3b的底部设有第二卡环凹台33，第一卡环凸台32和第二卡环凹台33的尺寸相匹配。当第一卡环组件3a和第二卡环组件3b内外嵌套时，第二卡环组件3b的第二卡环凹台33嵌置于第一卡环组件3a的第一卡环凸台32。为了使第一卡环组件3a和第二卡环组件3b的嵌套更稳定，在第一卡环凸台32和第二卡环凹台33的接触面分别设置尺寸相互匹配的凸部34和凹槽35，即在第一卡环组件3a的第一卡环凸台32的接触面上设置凸部34，在第二卡环组件3b的第二卡环凹台33的接触面上设置凹槽35，或者在第一卡环组件3a的第一卡环凸台32的接触面上设置凹槽35，在第二卡环组件3b的第二卡环凹台33的接触面上设置凸部34，当第一卡环组件3a与第二卡环组件3b叠置时，凸部34嵌置于凹槽35内。此外，凸部34和凹槽35还可达到对第一卡环组件3a和第二卡环组件3b的相对位置进行定位。
当卡环3固定被加工件8时，第一卡环组件3a叠置于溅射环5的上表面，且第二卡环组件3b的压爪31叠压被加工件8的边缘区域，从而将被加工件8固定于基座4的顶面。此外，在溅射环5和第二卡环组件3b的接触面分别设有溅射环定位部51和第二卡环组件定位部36，第二卡环组件定位部36和溅射环定位部51的表面形状为斜面或弧面，即，第二卡环组件定位部表面形状为斜面，溅射环定位部表面形状为弧面；或者第二卡环组件定位部表面形状为弧面，溅射环定位部表面形状为斜面。
当基座4携带溅射环5由下向上运行时，卡环3借助第二卡环组件定位部36和溅射环定位部51可在反应腔室1的径向方向移动，从而对卡环3进行定位。经溅射环5定位的卡环3的压爪31可准确地叠压被加工件8的边缘区域。
在溅射环5的外周缘设有支撑台52，支撑台52的高度低于溅射环定位部51的高度。当卡环3叠压溅射环5的上表面时，第一卡环组件3a的第一卡环凸台32叠置于支撑台52。此时，第一卡环组件3a的重量是由溅射环5支撑，第二卡环组件3b的重量主要由被加工件8支撑，即被加工件8仅支撑第二卡环组件3b的重量，卡环3的多余重量由溅射环5支撑，不仅可以避免被加工件8被机械卡盘3压碎的现象，而且第一卡环组件3a的尺寸和重量不再受被加工件8的抗压能力的限制，增大了第一卡环组件3a的设计的灵活性。
如图3所示，内屏蔽件2的延伸部21的末端与第一卡环组件3a搭接，以防止靶材金属溅射到反应腔室1的底部。优选地，在第一卡环组件3a的下表面设有凹部37，弯折部22伸入第一卡环组件3a的凹部37内，使得内屏蔽件2与第一卡环组件3a的搭接处形成弯折的搭接面，这增加了搭接面积，更有效地防止靶材金属溅射到反应腔室1的底部。
本实施例提供的机械卡盘，将卡环设置为分离的第一卡环组件和第二卡环组件两部分，当卡环固定被加工件时，仅第二卡环组件叠压被加工件，第一卡环组件由溅射环支撑，避免了被加工件被压碎的现象；而且，由于第一卡环组件的重量不受被加工件的抗压能力的限制，提高了第一卡环组件设计的自由度，使得第一卡环组件可以完全覆盖内屏蔽件与第二卡环组件之间的空隙。因此，在切换机台时，仅需更换溅射环和卡环，不需要更换内屏蔽件等其它部件，降低了机台切换的工作量，提高了机台切换的效率。
下面对本实施例提供的机械卡盘的运行过程作简单描述：当机械手将被加工件8传输至反应腔室1内后，提升手指组件6升起，机械手向下移动，将被加工件8放置在提升手指组件6的顶端，此时，被加工件8由提升手指组件6支撑，机械手退出反应腔室1；之后，基座4升起并与被加工件8接触；基座4托着被加工件8继续向上运动，直到第二卡环组件3b的压爪31与被加工件8接触，如图4所示，此时，第一卡环组件3a和第二卡环组件3b均由内屏蔽件2支撑。基座4托着被加工件8继续向上运动，第二卡环组件3b和第一卡环组件3a分离，第二卡环组件3b叠压在被加工件8的边缘区域，如图5所示，此时，第一卡环组件3a由内屏蔽件2支撑，第二卡环组件3b由被加工件8支撑，在第一卡环组件3a和第二卡环组件3b不再接触；在此过程中，卡环3通过第二卡环组件定位部36和溅射环定位部51进行了定位；基座4托着被加工件8继续向上运动，第一卡环组件3a脱离了内屏蔽件2的弯折部22，如图6所示，此时，第一卡环组件3a的重量由溅射环5的支撑台52支撑，第二卡环组件3b由被加工件8支撑；基座4继续向上运动至工艺位置，之后就可以进行溅射等工艺。
本实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的机械卡盘，在切换机台时，仅需更换溅射环和卡环，不需要更换内屏蔽件等其它部件，机台切换的工作量小，缩短了机台切换的时间，因此，提高了PVD设备的使用效率和加工效率；而且，该机械卡盘不易压碎被加工件，从而提高了成品率。
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 (11)

1.一种机械卡盘，包括基座、溅射环和卡环，所述基座的顶面用于承载被加工件，所述溅射环套置于所述基座的顶部的外侧，其特征在于，所述卡环包括内外嵌套设置的第一卡环组件和第二卡环组件，所述第一卡环组件设于外侧，所述第二卡环组件设于内侧；在将所述被加工件固定于所述基座的顶面时，所述第一卡环组件叠置于所述溅射环的上表面，所述第二卡环组件叠压所述被加工件的边缘区域。
2.根据权利要求1所述的机械卡盘，其特征在于，在所述第一卡环组件的底部的内周缘设有向所述第二卡环组件方向突出的第一卡环凸台，所述第二卡环组件的底部设有第二卡环凹台，所述第一卡环凸台可嵌置于所述第二卡环凹台内。
3.根据权利要求2所述的机械卡盘，其特征在于，在所述第一卡环凸台和所述第二卡环凹台的接触面分别设置尺寸相匹配的凸部和凹槽，当所述第一卡环组件与所述第二卡环组件相对设置时，所述凸部嵌置于所述凹槽内。
4.根据权利要求1所述的机械卡盘，其特征在于，在所述溅射环和所述第二卡环组件的接触面分别设有溅射环定位部和第二卡环组件定位部，所述第二卡环组件借助所述第二卡环组件定位部和所述溅射环定位部进行定位。
5.根据权利要求4所述的机械卡盘，其特征在于，所述第二卡环组件定位部表面形状为斜面，所述溅射环定位部表面形状为弧面；或者所述第二卡环组件定位部表面形状为弧面，所述溅射环定位部表面形状为斜面。
6.根据权利要求4所述的机械卡盘，其特征在于，在所述溅射环的外周缘设有支撑台，所述支撑台的高度低于所述溅射环定位部的高度，所述支撑台用于支撑所述第一卡环组件。
7.根据权利要求1所述的机械卡盘，其特征在于，在所述第二卡环组件的内周缘间隔设置有多个压爪，所述第二卡环组件借助所述多个压爪叠压所述被加工件的边缘区域以将所述被加工件固定在所述基座的顶面。
8.根据权利要求7所述的机械卡盘，其特征在于，所述压爪的顶面为斜面，而且，所述压爪的自由端的厚度小于其与所述第二卡环组件的连接端的厚度。
9.一种半导体加工设备，包括反应腔室和机械卡盘，所述机械卡盘设置于所述反应腔室内，其特征在于，所述机械卡盘采用权利要求1-8任意一项所述的机械卡盘。
10.根据权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，包括内屏蔽件，所述内屏蔽件固定于所述反应腔室的内侧壁，所述内屏蔽件的底端设有向所述反应腔室中心延伸的延伸部，所述延伸部的末端与所述第一卡环组件搭接。
11.根据权利要求10所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述延伸部的末端设置有向所述反应腔室顶部延伸的折弯部，所述第一卡环组件的下表面设有凹部，所述折弯部可伸入所述第一卡环组件的凹部内。
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