CN110158029B - 掩膜结构和fcva设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种掩膜结构和FCVA设备，该掩膜结构用于在静电卡盘的承载面上制造凸点，且包括均采用导电金属制作的主掩膜板和侧掩膜板，其中，主掩膜板用于在静电卡盘的承载面上形成对应凸点的图形化膜层；侧掩膜板用于完全遮挡静电卡盘的侧面，以避免在该侧面上形成膜层。本发明提供的掩膜结构，其可以导电，且可以避免静电卡盘的侧面被镀膜，从而可以应用于FCVA设备。

Description

掩膜结构和FCVA设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种掩膜结构和FCVA设备。
背景技术
在半导体制造工艺过程中，需要使用静电卡盘(ESC)采用静电吸附的方式固定被加工工件，例如晶圆，以避免晶圆在加工过程中出现移动。
一般来说，静电卡盘通常包括用于承载晶圆的介质层，且在该介质层中内嵌一个或多个电极。以双极型静电卡盘为例，其可以包括两个电极，二者分别与直流电源的正负两极电连接，以提供直流电压，从而利用静电引力将晶圆牢牢吸附在卡盘表面。
但是，晶圆与静电卡盘之间的这种紧密接触可能会导致晶圆及卡盘之间的磨损，从而引发微小颗粒的产生。随着加工时间的增加，颗粒的数量会逐渐增加，并且大量颗粒可能附着在晶圆的背面，然后随着工艺步骤的推进被传递到不同的腔室，从而给半导体工艺带来不良影响。
为了避免上述情况的发生，一种做法是在静电卡盘的表面制作数个彼此间隔的凸点，这样可以使晶圆背面除了与凸点接触之外的区域不与静电卡盘接触，从而可以减小附着在晶片背面的颗粒数量。在现有技术中，一种方法是采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，以下简称PVD)设备制备上述凸点，但是，由PVD设备制造的凸点的耐高温性能较差，很容易发生脱落，从而无法应用在高温环境中。还有一种方法是利用过滤阴极真空电弧(Filtered Cathodic Vacuum Arc，FCVA)设备来制备凸点，采用该FCVA设备制备的凸点既具有较高的硬度和良好的耐磨性能，又可以应用在高温环境(250℃以上)中。
但是，由于普通的PVD设备与FCVA设备的结构和镀膜原理不同，PVD设备采用的掩膜板无法应用在FCVA设备中，因此，目前亟需一种能够适用于FCVA设备的掩膜板。
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，提出了一种掩膜结构，该掩膜结构可以导电，且可以避免静电卡盘的侧面被镀膜，从而可以应用于FCVA工艺中。此外，本发明还提供一种FCVA设备，其采用本发明提供的上述掩膜结构，可利用FCVA工艺在静电卡盘的承载面上制造凸点。
为实现上述目的，本发明提供了一种掩膜结构，用于在静电卡盘的承载面上制造凸点，所述掩膜结构包括均采用导电金属制作的主掩膜板和侧掩膜板，其中，
所述主掩膜板用于在所述静电卡盘的承载面上形成对应所述凸点的图形化膜层；
所述侧掩膜板用于完全遮挡所述静电卡盘的侧面，以避免在所述侧面上形成膜层。
可选的，所述侧掩膜板用于环绕设置在所述静电卡盘的主体部分的侧面，且完全包覆所述静电卡盘自所述主体部分的侧面凸出的边缘部分。
可选的，所述侧掩膜板包括第一分体、第二分体和连接螺钉，其中，
所述第一分体设置在所述静电卡盘的边缘部分的正面一侧；所述第二分体设置在所述静电卡盘的边缘部分的背面一侧；并且，在所述第一分体和/或第二分体上形成有环绕在所述静电卡盘的边缘部分的侧面的外延部，所述外延部用于将所述第一分体和第二分体电导通；
所述连接螺钉用于将所述第一分体、所述第二分体与所述静电卡盘的边缘部分固定连接。
可选的，在所述第一分体与所述静电卡盘的边缘部分之间，和/或在所述第二分体与所述静电卡盘的边缘部分之间设置有缓冲件。
可选的，所述缓冲件包括密封圈或者缓冲垫片。
可选的，所述掩膜结构还包括环形遮挡板，所述环形遮挡板设置在所述侧掩膜板的正面，且所述环形遮挡板的内侧边缘延伸至所述主掩膜板的边缘内侧。
可选的，在所述侧掩膜板的内侧面上设置有贯通至所述侧掩膜板的正面的环形凹部，所述主掩膜板的边缘部分位于所述环形凹部中。
可选的，所述掩膜结构还包括导电结构，所述导电结构用于将所述主掩膜板和侧掩膜板电导通。
可选的，所述导电结构包括导电弹性件，所述导电弹性件分别与所述主掩膜板和侧掩膜板电连接。
可选的，所述导电弹性件为导电簧片或者导线。
可选的，所述掩膜结构还包括浮动锁紧组件，所述浮动锁紧组件用于通过向所述主掩膜板施加朝向所述静电卡盘的承载面的单向弹力，来将所述主掩膜板固定在所述承载面上。
可选的，所述浮动锁紧组件包括锁紧螺母、螺钉和弹性件，其中，
所述锁紧螺母包括螺母柱体和设置在所述螺母柱体的第一端的环形凸缘，所述环形凸缘自所述螺母柱体的外周面凸出；并且，在所述螺母柱体中，且位于其第二端的端面设置有螺纹孔；
在所述主掩膜板中设置有沿其厚度贯穿的第一通孔，且对应地在所述静电卡盘的主体部分中设置有沿其厚度贯穿的第二通孔，所述螺母柱体位于所述第一通孔和第二通孔中，所述环形凸缘叠置在所述主掩膜板的正面；
所述螺钉通过所述第二通孔与所述螺纹孔相配合，所述螺钉的头部位于所述静电卡盘的主体部分的背面一侧；
所述弹性件设置在所述螺钉的头部与所述静电卡盘的主体部分的背面之间。
可选的，所述弹性件包括弹性片或者压缩弹簧。
可选的，所述弹性片包括片状环体和沿所述片状环体的周向对称分布的多个压爪，其中，
所述片状环体套设在所述螺钉上，且与所述螺钉的头部相互叠置；
多个所述压爪叠置在所述静电卡盘的主体部分的背面。
可选的，所述螺钉的旋紧力矩的取值范围在0.1-0.4N.m。
可选的，所述螺母柱体与所述第一通孔之间具有径向间隙。
可选的，所述径向间隙的取值范围在0.1-0.3mm。
可选的，所述浮动锁紧组件为一个或者多个，且多个所述浮动锁紧组件分布在所述主掩膜板的不同位置处。
可选的，对应地分别在所述主掩膜板与所述静电卡盘的主体部分设置有中心通孔；
所述掩膜结构还包括中心紧固螺栓，所述中心紧固螺栓安装在所述中心通孔中，以将所述主掩膜板紧固在所述静电卡盘的主体部分上。
可选的，在所述主掩膜板中设置有多个与各个所述凸点一一对应的工艺孔，并且在所述主掩膜板的正面的除所述工艺孔所在区域之外的区域还设置有加强筋结构，用于提高所述主掩膜板的强度和平面度。
可选的，所述加强筋结构包括以所述主掩膜板的中心为圆心的一个环形加强筋或者半径不同的多个环形加强筋；并且，在相邻的两个所述环形加强筋之间设置有沿其周向分布的多个径向连接筋。
可选的，所述工艺孔的直径的取值范围在1-5mm。
可选的，任意相邻的两个所述工艺孔之间的中心距的取值范围在5-15mm。
可选的，所述加强筋结构的厚度大于或等于1mm；所述加强筋结构与所述主掩膜板的厚度之和小于或等于5mm；所述主掩膜板的厚度小于或等于1.5mm；所述加强筋结构和与之相邻的任意一个所述工艺孔的边沿之间的间距大于或等于2mm。
可选的，在所述主掩膜板中，且位于其中心区域还设置有工艺镂空部，用于在所述静电卡盘的承载面上形成测试用导电薄膜。
可选的，所述工艺镂空部包括具有开口的圆弧形镂空部和至少三个分叉镂空部，其中，
所述圆弧形镂空部的中心与所述主掩膜板的中心重合；
至少三个所述分叉镂空部以所述圆弧形镂空部的中心对称分布，且每个所述分叉镂空部的一端与所述圆弧形镂空部连接，另一端沿所述圆弧形镂空部的径向延伸。
可选的，所述导电金属的热膨胀系数的取值范围在3×10-6/℃-10×10-6/℃。
可选的，所述导电金属的热膨胀系数与所述静电卡盘的热膨胀系数相同。
可选的，所述导电金属包括铁钴镍合金或者钛。
可选的，所述凸点包括在所述承载面上形成间隔分布的多个凸点。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种FCVA设备，包括电源、腔室以及置于所述腔室中的石墨靶、静电卡盘和掩膜结构，所述电源通过电弧的作用使位于所述石墨靶材产生碳等离子体，并通过所述掩膜结构在所述静电卡盘的承载面上沉积构成凸点的膜层；所述掩膜结构采用本发明提供的上述掩膜结构。
本发明的有益效果：
本发明所提供的掩膜结构和FCVA设备的技术方案中，掩膜结构包括均采用导电金属制作的主掩膜板和侧掩膜板，该主掩膜板用于在静电卡盘的承载面上形成对应凸点的图形化膜层；侧掩膜板用于完全遮挡静电卡盘的侧面，以避免在该侧面上形成膜层。上述主掩膜板和侧掩膜板通过采用导电金属制作，二者均可以通过接地来保持整体处于地电位，从而可以使沉积离子能够朝向静电卡盘移动，同时借助主掩膜板，在静电卡盘的承载面上形成凸点。此外，借助侧掩膜板完全遮挡静电卡盘的侧面，可以避免在该侧面上形成膜层，从而可以起到保护静电卡盘的作用。由此，本发明所提供的掩膜结构，由于其具有导电和防侧镀的特性，可以应用于FCVA设备中，用于在静电卡盘的承载面上制造凸点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的FCVA设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的掩膜结构的装配后的剖视图；
图3为图2中A区域的放大图；
图4A为本发明实施例采用的浮动锁紧组件的剖视图；
图4B为本发明实施例采用的浮动锁紧组件的位于静电卡盘背面一侧的侧视图；
图5为本发明实施例采用的主掩膜板的正面一侧的侧视图；
图6为本发明实施例采用的主掩膜板的局部尺寸图。
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掩膜结构和FCVA设备进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的FCVA设备的结构示意图。请参阅图1，该设备利用过滤阴极真空电弧技术(FCVA)来制备凸点。具体地，该设备可以包括电源101、腔室102以及置于该腔室102中的石墨靶103、静电卡盘104和掩膜结构105。
电源101通过电弧的作用使石墨靶103产生碳等离子体，并通过掩膜结构105在静电卡盘104的承载面上沉积构成凸点的膜层。可选的，电源101例如为arc电源。
上述FCVA设备可以根据不同的工艺要求对碳等离子体的能量进行精确控制。同时，采用上述FCVA设备工艺能够很好的控制凸点的电阻率，以能够将凸点的电阻率控制在10-4-109Ω·cm的范围内，从而可以使凸点的导电性能满足要求。
在本实施例中，优选的，在碳等离子体朝向承载面移动，并在沉积无氢非晶碳层的过程中，利用磁场对碳等离子体进行过滤和/或聚焦。
具体地，腔室102包括沿等离子体的移动方向依次设置的第一部分1021、第二部分1022和第三部分1023，其中，第二部分1022可以设置有过滤磁场，用于将碳等离子体中的宏观粒子、原子团过滤干净。经过这样的磁过滤处理之后，用于沉积的离子的离化率可高达100％，并且可以过滤掉大的颗粒。这样，在无需加热静电卡盘104的条件下，经过磁场交互作用后，FCVA沉积离子具有更高、更均匀的能量，从而在低温条件下可以形成致密、高硬度、低电阻率、具有超强附着力的膜层。
此外，在腔室402的第三部分1023中可以设置有聚焦磁场，用于将经过滤后的离子可以聚集至静电卡盘，从而在静电卡盘上沉积无氢非晶碳层，最终形成凸点。
上述掩膜结构105用于在静电卡盘的承载面上形成图形化膜层。该掩膜结构105是在制备静电卡盘之前预先制备的掩膜板。由于在FCVA设备中，静电卡盘104需要侧向设置在腔室102中，即，其承载面竖直设置，在这种情况下，需要一种能够在对承载面进行图形化镀膜的同时，保护静电卡盘的侧面不被侧镀的掩膜结构。这里，静电卡盘的侧面是静电卡盘的除承载面之外的暴露在等离子体环境中的表面。同时，在进行FCVA工艺的过程中，沉积离子会奔向地电位，这就需要采用导电的金属材质制作掩膜板，并保持整体处于地电位，以使沉积离子能够沉积在静电卡盘的承载面上。所谓沉积离子，是指等离子体在经过磁过滤处理之后，最终能够沉积在静电卡盘的承载面上形成膜层的离子，例如，金属离子(如Ti离子)或其他能够用于制作凸点的材料形成的离子。
为此，本发明实施例提供一种掩膜结构，其用于在静电卡盘的承载面上制造凸点，请一并参阅图2至图6，静电卡盘2通过安装板1侧向悬挂固定在上述FCVA设备的腔室102中，以使其承载面能够垂直于水平面。如图2至图6所示，X方向为水平方向，Z方向和Y方向所在平面与X方向相互垂直，静电卡盘2的承载面垂直于X方向。
掩膜结构包括均采用导电金属制作的主掩膜板3和侧掩膜板4，其中，主掩膜板3用于在静电卡盘2的承载面上形成对应凸点的图形化膜层。具体来说，主掩膜板3包括与凸点的形状和尺寸一致的镂空部分，该部分未遮挡静电卡盘2的承载面，从而在沉积时，沉积离子能够通过该镂空部分沉积在静电卡盘2的承载面上的与该镂空部分对应的区域，而承载面的其余区域则不会有沉积离子沉积在上面，从而在承载面上形成图形化的膜层，即，凸点。
侧掩膜板4用于完全遮挡静电卡盘2的侧面，以避免在该侧面上形成镀膜，即，防止静电卡盘2的侧面被侧镀，起到保护静电卡盘的作用。
同时，上述主掩膜板3和侧掩膜板4通过采用导电金属制作，二者均可以通过接地来保持整体处于地电位，从而可以使沉积离子能够朝向静电卡盘2移动。
由此，本发明实施例提供的掩膜结构，由于其具有导电和防侧镀的特性，可以应用于FCVA设备中，用于在静电卡盘2的承载面上制造凸点。
通常，静电卡盘2包括主体部分21和自该主体部分21的侧面凸出的边缘部分22，并且边缘部分22的背面222与主体部分21的背面212相平齐，且边缘部分22的厚度小于主体部分21的厚度。在这种情况下，侧掩膜板4用于环绕设置在静电卡盘2的主体部分21的侧面，且完全包覆边缘部分22。这样，主体部分21的侧面、边缘部分22的正面、背面和侧面均被侧掩膜板4覆盖，从而可以完全遮挡静电卡盘2的整个侧面，甚至边缘部分22背面也可以遮挡，进而有效起到保护静电卡盘2的作用。
需要说明的是，为了便于描述，所谓“正面”，均为与静电卡盘2的承载面的朝向相同的表面；所谓“背面”，均为与静电卡盘2的承载面的朝向相反的表面。如图2至图6所示，“正面”的朝向与X方向的箭头指向相反；“背面”的朝向与X方向的箭头指向相同。
优选的，如图3所示，为了便于安装，侧掩膜板4包括第一分体41、第二分体42和连接螺钉9，其中，第一分体41设置在静电卡盘2的边缘部分22的正面221一侧；第二分体42设置在边缘部分22的背面222一侧；并且，在第一分体41上形成有环绕在静电卡盘2的边缘部分22的侧面的外延部411，该外延部411用于遮挡该边缘部分22的侧面，同时将第一分体41和第二分体42电导通，从而可以使二者保持同电位。当然，在实际应用中，外延部411也可以设置在第二分体42上，并与第一分体41电导通；或者，还可以为两个，且分别设置在第一分体41和第二分体42上，且两个外延部411电导通，这同样可以使第一分体41和第二分体42保持同电位。
连接螺钉9用于将第一分体41、第二分体42和静电卡盘的边缘部分22固定连接，这样，第一分体41和第二分体42能够将边缘部分22夹持固定在二者之间。在本实施例中，连接螺钉9依次贯通第一分体41、第二分体42和静电卡盘的边缘部分22，并与安装板1螺纹连接，从而在实现将第一分体41、第二分体42和静电卡盘的边缘部分22固定在安装板1上。
优选的，在第一分体41与静电卡盘的边缘部分22之间，和/或在第二分体42与静电卡盘的边缘部分22之间设置有缓冲件8，用于避免静电卡盘的陶瓷层被挤碎。可选的，缓冲件包括诸如密封圈或者缓冲垫片等的能够起缓冲作用的弹性件。
在本实施例中，优选的，主掩膜板3的侧面与侧掩膜板4的第二分体42的内侧面之间具有径向间隙。在进行工艺时，主掩膜板3往往会因受热膨胀而产生变形，在这种情况下，通过在主掩膜板3的侧面与侧掩膜板4的第二分体42的内侧面之间预留出适当的间隙，可以允许主掩膜板3产生一定程度的变形，从而可以避免主掩膜板3损坏。类似的，侧掩膜板4的第二分体42的内侧面与静电卡盘2的主体部分21的侧面之间，及外延部411的内侧面与静电卡盘2的边缘部分22的侧面之间均可以预留适当大小的径向间隙，以允许静电卡盘2的陶瓷层产生一定程度的变形，从而可以避免该陶瓷层损坏。
优选的，掩膜结构还包括环形遮挡板5，该环形遮挡板5设置在侧掩膜板4的正面，即，第二分体42的正面421，且环形遮挡板5的内侧边缘延伸至主掩膜板3的边缘内侧。如图3所示，环形遮挡板5的内侧边缘位于主掩膜板3的边缘的内侧，且二者之间的径向间距为D。通过使环形遮挡板5的内侧边缘延伸至主掩膜板3的边缘内侧，可以遮挡主掩膜板3与侧掩膜板4的第二分体42的内侧面之间的上述径向间隙，从而可以避免等离子体进入该间隙。
进一步优选的，在侧掩膜板4的第二分体42的内侧面上设置有环形凹部422，该环形凹部422贯通至该第二分体42的正面421，主掩膜板3的边缘部分位于该环形凹部422中。这样，可以使第二分体42的内侧面与主掩膜板3的侧面之间的径向间隙构成迷宫式通道，从而可以进一步防止等离子体的进入。
优选的，掩膜结构还包括导电结构，该导电结构用于将主掩膜板3和侧掩膜板4电导通。这样，可以使主掩膜板3和侧掩膜板4整体保持同电位，从而可以在进行FCVA工艺的过程中，使沉积离子奔向地电位的掩膜结构，进而可以使沉积离子能够沉积在静电卡盘2上。
可选的，上述导电结构包括导电弹性件，该导电弹性件分别与主掩膜板3和侧掩膜板4电连接。例如，如图3所示，导电弹性件为导电簧片10，其一端与主掩膜板3电导通，另一端固定在连接螺钉9上，且与环形遮挡板5电导通，而环形遮挡板5与侧掩膜板4电导通，从而实现主掩膜板3、环形遮挡板5和侧掩膜板4保持同电位。上述导电簧片10例如为铍铜簧片等。
在借助上述导电弹性件来实现主掩膜板3、环形遮挡板5和侧掩膜板4保持同电位的同时，由于导电弹性件具有弹性，其在主掩膜板3因受热膨胀而产生变形时，仍然可以利用自身弹性来与主掩膜板3保持电接触，从而可以提高连接的稳定性。
在本实施例中，如图4A和图4B所示，掩膜结构还包括浮动锁紧组件11，该浮动锁紧组件11用于通过向主掩膜板3施加朝向静电卡盘2的承载面，即，主体部分21的正面的单向弹力，来将主掩膜板3固定在该承载面上。所谓“单向弹力”，是指仅朝向单一方向施力，从而使受力方仅受到单向约束，而其余方向均未受到该力的约束。基于此，由于主掩膜板3仅受到垂直于其正面的压力，这使得该主掩膜板3只受到X方向的约束，从而可以允许主掩膜板3在其余方向产生热膨胀变形，而不会因受到多方向约束而损坏。同时，由于浮动锁紧组件11施加的压力为弹力，即，浮动锁紧组件11本身具有一定的弹性，这可以允许主掩膜板3在X方向上也能够产生一定大小的热膨胀变形，从而可以提高连接的稳定性。
在本实施例中，上述浮动锁紧组件11包括锁紧螺母111、螺钉112和弹性件113，其中，锁紧螺母111包括螺母柱体1111和设置在该螺母柱体1111的第一端(图4A中螺母柱体1111的左端)的环形凸缘1112，该环形凸缘1112自螺母柱体1111的外周面凸出；并且，在螺母柱体1111中，且位于其第二端(图4A中螺母柱体1111的右端)的端面设置有螺纹孔。而且，在主掩膜板3中设置有沿其厚度贯穿的第一通孔，且对应地在静电卡盘2的主体部分21中设置有沿其厚度贯穿的第二通孔，螺母柱体1111位于该第一通孔和第二通孔中，上述环形凸缘1112叠置在主掩膜板3的正面31，从而可以限定螺母柱体1111在第一通孔和第二通孔中的位置。
螺钉112自静电卡盘2的主体部分21的背面212一侧穿入其第二通孔中，并与螺母柱体1111中的螺纹孔相配合；并且，螺钉112的头部1121位于静电卡盘2的主体部分21的背面212一侧；弹性件113设置在螺钉112的头部1121与静电卡盘2的主体部分21的背面212之间。这样，在螺钉112旋紧后，其头部1121会与弹性件113之间产生预紧力，此时螺钉112与螺母柱体1111共同向主掩膜板3和电卡盘2的主体部分21施加X方向上的单向压力，同时，由于弹性件113具有弹性，其在主掩膜板3在X方向上产生热膨胀变形时，会随之产生弹性变形，从而可以保护主掩膜板3不被损坏。
在本实施例中，上述弹性件113为弹性片，如图4B所示，该弹性片包括片状环体1131和沿该片状环体1131的周向对称分布的多个压爪1132，其中，片状环体1132套设在螺钉112上，且与螺钉112的头部1121相互叠置，这样，在螺钉112旋紧时，螺钉112的头部1121会与该片状环体1132之间产生预紧力。多个压爪1132叠置在静电卡盘2的主体部分21的背面212。该压爪1132会随主掩膜板3在X方向上产生热膨胀变形而产生弹性变形。
当然，在实际应用中，上述弹性件113还可以采用其他任意具有弹性的结构，例如，压缩弹簧。
优选的，螺钉112的旋紧力矩的取值范围在0.1-0.4N.m。通过将螺钉112的旋紧力矩的大小控制在该范围内，可以使主掩膜板3仅受到较轻微的单向压力，从而可以使主掩膜板3很容易克服该单向压力在X方向上产生热膨胀变形。
优选的，如图4A所示，螺母柱体1111与主掩膜板3中的上述第一通孔之间具有径向间隙B。该径向间隙B用于避免螺母柱体1111妨碍主掩膜板3在径向上产生的热膨胀变形。可选的，该径向间隙的取值范围在0.1-0.3mm。该范围能够避免螺母柱体1111妨碍主掩膜板3在径向上产生的热膨胀变形。
在实际应用中，上述浮动锁紧组件11可以为一个，优选的，上述浮动锁紧组件11为多个，且分布在主掩膜板3的不同位置处，以能够均匀地向主掩膜板3的不同位置施加单向压力。
在本实施例中，可选的，如图2所示，对应地分别在主掩膜板3与静电卡盘2的主体部分21设置有中心通孔；并且，掩膜结构还包括中心紧固螺栓，该中心紧固螺栓安装在上述中心通孔中，以将主掩膜板3紧固在静电卡盘2的主体部分21上。具体地，中心紧固螺栓的螺柱7自静电卡盘2的主体部分21的背面212穿过中心通孔，中心紧固螺栓的螺母6与螺柱7相配合，且与主掩膜板3的正面之间产生预紧力。
借助上述中心紧固螺栓，可以在上述浮动锁紧组件11的浮动式固定的基础上，在主掩膜板3的中心位置处对其施加刚性固定，由于该固定点位于在主掩膜板3的中心位置处，其对主掩膜板3和静电卡盘2的热膨胀变形的妨碍可以忽略不计，从而可以进一步提高主掩膜板3与静电卡盘2之间的连接稳定性。
另外，在设置中心紧固螺栓的基础上，可以选择采用导线等的导电弹性件来实现主掩膜板3与侧掩膜板4之间的电导通。具体地，导线的一端与侧掩膜板4固定连接，且电导通；导线的另一端与中心紧固螺栓的螺柱或者螺母固定连接，且电导通。
在本实施例中，如图5所示，在主掩膜板3中设置有多个与各个凸点一一对应的工艺孔12，可选的，该工艺孔12的直径E的取值范围在1-5mm。任意相邻的两个工艺孔12之间的中心距的取值范围在5-15mm。
当然，在实际应用中，工艺孔12的尺寸、形状和排布方式等参数可以根据凸点的设计来自由设定。在本实施例中，是以在静电卡盘2的承载面上形成间隔分布的多个凸点为例，对工艺孔12的结构和参数进行了设计。
并且在主掩膜板3的正面31的除工艺孔12所在区域之外的区域(即，非镂空区域)还设置有加强筋结构13，用于提高主掩膜板3的强度和平面度。其中，平面度的提高可以使主掩膜板3的背面与静电卡盘2的主体部分21的正面211更贴合，从而可以提高掩膜工艺质量。可选的，上述平面度可以控制在0.05以内。
具体地，上述加强筋结构13包括以主掩膜板3的中心为圆心的一个环形加强筋131或者半径不同的多个环形加强筋131；并且，在相邻的两个环形加强筋131之间设置有沿其周向分布的多个径向连接筋132。这样，可以全面提高整个主掩膜板3的强度，同时更有利于提高平面度。
优选的，如图6所示，上述加强筋结构13的厚度H2大于或等于1mm，以有效提高主掩膜板3的强度和平面度。加强筋结构13与主掩膜板3的厚度之和(H2+H1)小于或等于5mm；而主掩膜板3的厚度小于或等于1.5mm；加强筋结构13和与之相邻的任意一个工艺孔12的边沿之间的间距L大于或等于2mm。这里，主掩膜板3的厚度不宜过厚，以避免妨碍等离子体通过。基于同一目的，加强筋结构13的厚度也不宜过厚，并且上述间距L也不宜过小。
在本实施例中，在主掩膜板3中，且位于其中心区域还设置有工艺镂空部14，用于在静电卡盘2的承载面上形成测试用导电薄膜。该工艺镂空部14的形状应与静电卡盘2自身的形状相适配，以实现测试功能，例如，工艺镂空部14包括具有开口的圆弧形镂空部141和至少三个分叉镂空部142，其中，圆弧形镂空部141的中心与主掩膜板3的中心重合；至少三个分叉镂空部142以圆弧形镂空部141的中心对称分布，且每个分叉镂空部142的一端与圆弧形镂空部141连接，另一端沿圆弧形镂空部141的径向延伸。
优选的，上述主掩膜板3和侧掩膜板4所采用的导电金属的热膨胀系数的取值范围在3×10-6/℃-10×10-6/℃。该范围内的导电金属的热膨胀系数较低，很容易与静电卡盘2所采用的材料(通常为氧化铝陶瓷)的热膨胀系数匹配，即，找到热膨胀系数与静电卡盘2的热膨胀系数相同的导电金属的类型，从而极大地改善了工艺镀膜过程中因掩膜板热膨胀而引起的图形化镀膜不精确的问题。
可选的，上述导电金属包括铁钴镍合金或者钛等的热膨胀系数满足上述要求的导电金属。其中，铁钴镍合金可以选用的中国牌号为：4J5、4j6、4j9、4j18、4j20、4j28、4j29、4j30、4j31、4j32、4j33、4j34、4j35、4j36、4j38、4j40、4j42、4j44、4j45、4j46、4j47、4j48、4j49、4j50、4j52、4j54、4j58、4j78、4j80等等。
综上所述，本发明实施例所提供的掩膜结构和FCVA设备的技术方案中，掩膜结构包括均采用导电金属制作的主掩膜板和侧掩膜板，该主掩膜板用于在静电卡盘的承载面上形成对应凸点的图形化膜层；侧掩膜板用于完全遮挡静电卡盘的侧面，以避免在该侧面上形成膜层。上述主掩膜板和侧掩膜板通过采用导电金属制作，二者均可以通过接地来保持整体处于地电位，从而可以使沉积离子能够朝向静电卡盘移动，同时借助主掩膜板，在静电卡盘的承载面上形成凸点。此外，借助侧掩膜板完全遮挡静电卡盘的侧面，可以避免在该侧面上形成膜层，从而可以起到保护静电卡盘的作用。由此，本发明所提供的掩膜结构，由于其具有导电和防侧镀的特性，可以应用于FCVA设备中，用于在静电卡盘的承载面上制造凸点。
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 (29)

1.一种掩膜结构，用于在静电卡盘的承载面上制造凸点，其特征在于，所述掩膜结构包括均采用导电金属制作的主掩膜板和侧掩膜板，其中，
所述主掩膜板用于在所述静电卡盘的承载面上形成对应所述凸点的图形化膜层；
所述侧掩膜板用于完全遮挡所述静电卡盘的侧面，以避免在所述侧面上形成膜层；
所述掩膜结构还包括浮动锁紧组件，所述浮动锁紧组件用于通过向所述主掩膜板施加朝向所述静电卡盘的承载面的单向弹力，来将所述主掩膜板固定在所述承载面上；
对应地分别在所述主掩膜板与所述静电卡盘的主体部分设置有中心通孔；
所述掩膜结构还包括中心紧固螺栓，所述中心紧固螺栓安装在所述中心通孔中，以将所述主掩膜板紧固在所述静电卡盘的主体部分上。
2.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述侧掩膜板用于环绕设置在所述静电卡盘的主体部分的侧面，且完全包覆所述静电卡盘自所述主体部分的侧面凸出的边缘部分。
3.根据权利要求2所述的掩膜结构，其特征在于，所述侧掩膜板包括第一分体、第二分体和连接螺钉，其中，
所述第一分体设置在所述静电卡盘的边缘部分的正面一侧；所述第二分体设置在所述静电卡盘的边缘部分的背面一侧；并且，在所述第一分体和/或第二分体上形成有环绕在所述静电卡盘的边缘部分的侧面的外延部，所述外延部用于将所述第一分体和第二分体电导通；
所述连接螺钉用于将所述第一分体、所述第二分体与所述静电卡盘的边缘部分固定连接。
4.根据权利要求3所述的掩膜结构，其特征在于，在所述第一分体与所述静电卡盘的边缘部分之间，和/或在所述第二分体与所述静电卡盘的边缘部分之间设置有缓冲件。
5.根据权利要求4所述的掩膜结构，其特征在于，所述缓冲件包括密封圈或者缓冲垫片。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的掩膜结构，其特征在于，所述掩膜结构还包括环形遮挡板，所述环形遮挡板设置在所述侧掩膜板的正面，且所述环形遮挡板的内侧边缘延伸至所述主掩膜板的边缘内侧。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的掩膜结构，其特征在于，在所述侧掩膜板的内侧面上设置有贯通至所述侧掩膜板的正面的环形凹部，所述主掩膜板的边缘部分位于所述环形凹部中。
8.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述掩膜结构还包括导电结构，所述导电结构用于将所述主掩膜板和侧掩膜板电导通。
9.根据权利要求8所述的掩膜结构，其特征在于，所述导电结构包括导电弹性件，所述导电弹性件分别与所述主掩膜板和侧掩膜板电连接。
10.根据权利要求9所述的掩膜结构，其特征在于，所述导电弹性件为导电簧片或者导线。
11.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述浮动锁紧组件包括锁紧螺母、螺钉和弹性件，其中，
所述锁紧螺母包括螺母柱体和设置在所述螺母柱体的第一端的环形凸缘，所述环形凸缘自所述螺母柱体的外周面凸出；并且，在所述螺母柱体中，且位于其第二端的端面设置有螺纹孔；
在所述主掩膜板中设置有沿其厚度贯穿的第一通孔，且对应地在所述静电卡盘的主体部分中设置有沿其厚度贯穿的第二通孔，所述螺母柱体位于所述第一通孔和第二通孔中，所述环形凸缘叠置在所述主掩膜板的正面；
所述螺钉通过所述第二通孔与所述螺纹孔相配合，所述螺钉的头部位于所述静电卡盘的主体部分的背面一侧；
所述弹性件设置在所述螺钉的头部与所述静电卡盘的主体部分的背面之间。
12.根据权利要求11所述的掩膜结构，其特征在于，所述弹性件包括弹性片或者压缩弹簧。
13.根据权利要求12所述的掩膜结构，其特征在于，所述弹性片包括片状环体和沿所述片状环体的周向对称分布的多个压爪，其中，
所述片状环体套设在所述螺钉上，且与所述螺钉的头部相互叠置；
多个所述压爪叠置在所述静电卡盘的主体部分的背面。
14.根据权利要求11任意一项所述的掩膜结构，其特征在于，所述螺钉的旋紧力矩的取值范围在0.1-0.4N.m。
15.根据权利要求11所述的掩膜结构，其特征在于，所述螺母柱体与所述第一通孔之间具有径向间隙。
16.根据权利要求15所述的掩膜结构，其特征在于，所述径向间隙的取值范围在0.1-0.3mm。
17.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述浮动锁紧组件为一个或者多个，且多个所述浮动锁紧组件分布在所述主掩膜板的不同位置处。
18.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，在所述主掩膜板中设置有多个与各个所述凸点一一对应的工艺孔，并且在所述主掩膜板的正面的除所述工艺孔所在区域之外的区域还设置有加强筋结构，用于提高所述主掩膜板的强度和平面度。
19.根据权利要求18所述的掩膜结构，其特征在于，所述加强筋结构包括以所述主掩膜板的中心为圆心的一个环形加强筋或者半径不同的多个环形加强筋；并且，在相邻的两个所述环形加强筋之间设置有沿其周向分布的多个径向连接筋。
20.根据权利要求18所述的掩膜结构，其特征在于，所述工艺孔的直径的取值范围在1-5mm。
21.根据权利要求18所述的掩膜结构，其特征在于，任意相邻的两个所述工艺孔之间的中心距的取值范围在5-15mm。
22.根据权利要求18所述的掩膜结构，其特征在于，所述加强筋结构的厚度大于或等于1mm；所述加强筋结构与所述主掩膜板的厚度之和小于或等于5mm；所述主掩膜板的厚度小于或等于1.5mm；所述加强筋结构和与之相邻的任意一个所述工艺孔的边沿之间的间距大于或等于2mm。
23.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，在所述主掩膜板中，且位于其中心区域还设置有工艺镂空部，用于在所述静电卡盘的承载面上形成测试用导电薄膜。
24.根据权利要求23所述的掩膜结构，其特征在于，所述工艺镂空部包括具有开口的圆弧形镂空部和至少三个分叉镂空部，其中，
所述圆弧形镂空部的中心与所述主掩膜板的中心重合；
至少三个所述分叉镂空部以所述圆弧形镂空部的中心对称分布，且每个所述分叉镂空部的一端与所述圆弧形镂空部连接，另一端沿所述圆弧形镂空部的径向延伸。
25.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述导电金属的热膨胀系数的取值范围在3×10-6/℃-10×10-6/℃。
26.根据权利要求25所述的掩膜结构，其特征在于，所述导电金属的热膨胀系数与所述静电卡盘的热膨胀系数相同。
27.根据权利要求25或26所述的掩膜结构，其特征在于，所述导电金属包括铁钴镍合金或者钛。
28.根据权利要求1所述的掩膜结构，其特征在于，所述凸点包括在所述承载面上形成间隔分布的多个凸点。
29.一种FCVA设备，其特征在于，包括电源、腔室以及置于所述腔室中的石墨靶、静电卡盘和掩膜结构，所述电源通过电弧的作用使位于所述石墨靶材产生碳等离子体，并通过所述掩膜结构在所述静电卡盘的承载面上沉积构成凸点的膜层；所述掩膜结构采用权利要求1-28任意一项所述的掩膜结构。
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