CN203055887U - 用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，包括晶片衬底和电极、陶瓷压环、压环连杆、连杆支架、永磁体组对、驱动电机、电机支架；晶片衬底放置于电极上，陶瓷压环设置在晶片衬底上方，通过压环连杆与连杆支架相连接；永磁体组对包括两个相对应设置相互磁力耦合的第一组永磁体和第二组永磁体；第一组永磁体与连杆支架固定连接，第二组永磁体固定在驱动电机上，驱动电机活动连接设置在电机支架上。能够克服现有的机械式晶片卡压装置不能兼容不同厚度和表面平整度的晶片衬底的技术缺陷，使用可靠；降低和消除在陶瓷压环在接触到晶片衬底表面时对晶片衬底产生的瞬间冲击力，减少晶片衬底的表面损伤或破裂的几率，提高生产效率。

Description

用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，属于真空等离子体工艺技术领域。

背景技术

在半导体芯片以及其它种类的微电子芯片的生产制造过程中，等离子体工艺技术，尤其是等离子体刻蚀技术和气相薄膜生长技术，被广泛地应用。等离子体刻蚀，就是在衬底材料表面有局域选择性地去除物质；气相薄膜生长，就是在衬底表面有局域选择性地生长出新的物质。而实现这种局域选择性，则要利用敷盖在衬底表面的掩膜板产生精确的图形转移，使衬底表面有的区域被遮盖，有的区域则被裸露出来。通常所涉及到的衬底材料，大致有三类：元素半导体（如硅、锗等）、化合物半导体（如砷化镓、碳化硅等）和其它材料（如石英、蓝宝石、玻璃等）。在大多数情况下，衬底材料呈现晶体形态，并且以圆形薄片的形式应用于芯片制造过程。

当晶片衬底暴露在等离子体中时，由于电场和等离子体介质的作用，能量被传递到晶片衬底的表面。如果这种能量不能有效地散除，衬底温度就会升高。在大多数时候，衬底温度升高如果得不到有效控制，就会对芯片的制造工艺造成有害影响。比如，在许多工艺中，人们使用有机光阻胶材料作为掩膜板，在温度超过120-150℃时，其表面会发生焦糊现象，既降低掩膜板的选择保护功能，又对后续清除光阻胶的工艺步骤造成困难。又比如，有些芯片的制造工艺要求晶片衬底保持较低温度，否则芯片的功能就会受到损害。在另一方面，为了提高芯片制造工艺的生产效率，人们往往要通过增加等离子体的能量密度和介质密度来提高薄膜生长或刻蚀的速率，其结果是增大晶片衬底在工艺过程中升温的趋向。

去除晶片衬底从等离子体中所获得的热量，就需要在真空环境下对晶片衬底进行冷却。一般的技术办法是：将晶片衬底放置于电极上，在衬底背面与电极表面之间的空隙内引入气体作为导热介质，对晶片衬底进行冷却。使用最多的气体是惰性气体氦气（He），因为它具有较好的导热性能。为了达到足够的冷却效率，晶片衬底背面的氦气压力一般要维持在几托至几十托（Torr）的范围内。可是，等离子体工艺腔室的工作压力一般只有几十毫托（mTorr），因此，对晶片衬底背面的氦气需要进行密封处理，否则氦气就会泄漏到工艺气氛中。通常使用机械式卡压装置，从晶片衬底正面的周围边缘对晶片施加机械压力，将衬底紧密地压固在电极表面上，从而实现对氦气的密封。另一种办法是采用静电吸盘的方式，从晶片衬底背面施加较大的吸附力，从而将衬底均匀紧密地吸固在电极表面，起到密封氦气的效果。

机械式卡压装置比静电吸盘简单，具有适用范围较广、机械可靠性较好、制造成本较低等特点。目前，在各种类型的真空等离子体工艺设备中，有一半以上的设备采用机械式卡压装置来紧固晶片衬底。传统的机械式卡压装置由几部分组成，主要包括陶瓷压环、压环连杆、支架，以及与支架直接连接在一起的驱动电机等。一般而言，陶瓷压环和金属连杆的一部分要置于真空工艺腔室内，压环连杆的其余部分、支架和驱动电机要置于工艺腔室外，处在大气压环境中，因此，在系统中还需要能够实现真空密封的机构。陶瓷压环的外径大于电极的外径；陶瓷压环的内径小于晶片衬底的外径，以便于在与晶片衬底对准位置的条件下，能够完全覆盖晶片衬底的边缘。

在使用时，驱动电机作竖直方向的上下运动，并且通过与该电机直接相连的支架和与支架直接相连的连杆，带动陶瓷压环发生上下运动。晶片衬底放置在等离子体工艺设备的电极上表面，但是处于陶瓷压环的下方。陶瓷压环向下运动，直到与晶片衬底的上表面相接触，从而到达其至最低位置。在此位置上，驱动电机停止运动并且锁紧，继续对支架、压环连杆和陶瓷压环施加向下的拉力。依靠这个拉力，就可以将晶片衬底紧密地压固在电极表面上，实现密封氦气的目的。陶瓷压环向上运动，与晶片衬底脱离接触，直到可允许的最高位置。此时，晶片衬底在驱动机构的作用下，也可以向上运动，与电极表面脱离接触，升至某个特定的位置，等待机械手将其移卸和传送。在这里描述的运动过程，涉及到几个特定的位置，包括陶瓷压环的最低位置、陶瓷压环的最高位置和晶片衬底的最高位置，这些位置需要通过控制驱动机构的参数来实现，比如在装置中设置限位开关或者行程开关，或/和预先通过校准调节来设定驱动电机在不同步骤下的运动行程，等等。

传统的机械式晶片卡压装置在实际应用中存在一些问题，尤其是对陶瓷压环运动到最低位置时的控制方式存在弊端。首先，不同晶片衬底的厚度会不一样，表面平整度也会不一样。对同一批同一直径规格的晶片衬底，其厚度和表面平整度有一定的公差范围；在极端的情况下，陶瓷压环能“感知”的厚度差异可以达到0.1-0.2毫米。这样，在使用同一工艺处理多个晶片衬底的情况下，当陶瓷压环运动到预先设置的最低位置时，稍薄的晶片衬底有可能不会被有效地压紧，稍厚的晶片衬底则有可能会被压得过紧而破损。其次，由于陶瓷压环与驱动电机之间采用硬连接的方式，在陶瓷压环的下表面与晶片衬底表面接触的瞬间，驱动电机应当即时停止运动，以使陶瓷压环也即时停止运动。如果驱动电机没有即时停止或者停止的时间稍晚，比如只有0.1-0.2秒，就会对晶片衬底产生很大的瞬间冲击力。晶片衬底材料往往具有较大的易脆性，这种瞬间冲击力很可能造成晶片衬底的表面损伤或者破裂。

在现实中，不可能彻底消除晶片衬底在厚度和表面平整度上的差异，也不可能频繁地打断生产节奏，对机械式卡盘装置的运动系统进行反复的校准调节，以保证驱动电机每一次的停机时机都恰到好处。因此，有必要对传统的机械式晶片卡压装置进行改进。

实用新型内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，利用永磁体的磁力耦合连接陶瓷压环和驱动电机，改善陶瓷压环在接触晶片衬底时和接触后对晶片衬底的施力方式，以增强对不同厚度和表面平整度的晶片衬底的适应性，降低晶片衬底的破损。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，包括晶片衬底03和电极02，所述晶片衬底03放置于电极02上，其特征在于：还包括陶瓷压环04、压环连杆05、连杆支架06、永磁体组对07、驱动电机10、电机支架11；所述陶瓷压环04设置在晶片衬底03上方，通过压环连杆05与连杆支架06相连接；所述永磁体组对07包括两个相对应设置相互磁力耦合的第一组永磁体和第二组永磁体；所述第一组永磁体与连杆支架06固定连接，所述第二组永磁体固定在驱动电机10上，所述驱动电机10活动连接设置在电机支架11上。

还包括真空腔体01，所述电极02与真空腔体01形成一个闭合的真空腔室，所述晶片衬底03和陶瓷压环04置于所述真空腔室内；所述压环连杆05上端设置在真空腔室内与陶瓷压环04相连，穿过真空腔体01的腔壁，另一端设置在真空腔室外与连杆支架06相连。

还包括软性真空波纹管12，在所述真空腔体01外表面与连杆支架06之间的压环连杆05外套置有起真空密封作用的软性真空波纹管12。

还包括永磁体支架08和运动导杆09，所述第一组永磁体通过永磁体支架08与连杆支架06固定连接，所述永磁体支架08活动连接设置在运动导杆09上。

还包括晶片顶针13和顶针支架15，所述晶片顶针13穿过电极02，顶端与晶片衬底03的下表面接触，底端抵在顶针支架15上；和/或, 还包括驱动导杆16，所述连杆支架06上固定设置有用于驱动晶片顶针13作上下运动的驱动导杆16，所述驱动导杆16上端结构与顶针支架15底部相配合。

还包括软性波纹管14，在所述电极02与顶针支架15之间的晶片顶针13外套置有起真空密封作用的软性波纹管14。

所述第一组永磁体和第二组永磁体为一块或多块永磁体，且平行设置在同一平面上相对应位置； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离为2-20毫米。

所述第一组永磁体和第二组永磁体为剩磁度在0.5-1.5特斯拉的永磁体；和/或, 所述第一组永磁体和第二组永磁体为稀土永磁体； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体为钕铁永磁体或钐钴永磁体。

所述第一组永磁体和第二组永磁体设置有用于实现磁力耦合的加强体，和/或,所述加强体的材质对永磁体的磁力不产生屏蔽、衰减或发散，同时对高频电磁辐射能起到屏蔽作用； 和/或,所述加强体的材质为金属铝、铝合金、陶瓷或硬质塑料。

所述加强体的厚度比第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离小2-10毫米。

有益效果：本实用新型提供的一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，能够克服传统的机械式晶片卡压装置不能兼容不同厚度和表面平整度的晶片衬底的技术缺陷，增加了装晶片卡压装置的使用可靠性；还能够有效地降低甚至消除在陶瓷压环在接触到晶片衬底表面时对晶片衬底产生的瞬间冲击力，从而减少晶片衬底的表面损伤或者晶片破裂的几率，提高生产效率。通过利用成永磁体组对的强磁力耦合，将驱动电机的机械驱动力转化为施加到到晶片衬底表面的压力。放置在真空腔室外面与耦合永磁体组对中的一块或一组永磁体，和驱动电机固定连接在一起，随着驱动电机作上下运动；耦合永磁体组对中的另一块或一组和陶瓷压环连接在一起，通过磁力耦合，带动放置在真空腔室内的陶瓷压环作上下运动，发生陶瓷压环在真空腔室内对晶片衬底的卡压或松开动作。驱动电机与陶瓷压环之间的这种连接方式不是机械式的“硬连接”，而是一种具有自我调节特性的“软连接”方式。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2和图3为本实用新型另一种实施例的结构示意图；

图4为本实用新型中永磁体组对之间的水平方向吸引力随相对位移的变化图；

图5为本实用新型的晶片卡压装置的简化结构示意图；

图6为本实用新型述在驱动电机行程过量的情形下施加于晶片衬底表面的压力状态图。

其中：真空腔体01、电极02、晶片衬底03、陶瓷压环04、压环连杆05、连杆支架06、永磁体组对07、永磁体支架08、运动导杆09、驱动电机10、电机支架11、软性真空波纹管12、晶片顶针13、软性波纹管14、顶针支架15、驱动导杆16 。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，包括电极02、晶片衬底03、陶瓷压环04、压环连杆05、连杆支架06、永磁体组对07、驱动电机10、和电机支架11；所述晶片衬底03放置于电极02上，所述陶瓷压环04设置在晶片衬底03上方，通过压环连杆05与连杆支架06相连接；所述永磁体组对07包括两个相对应设置相互磁力耦合的第一组永磁体和第二组永磁体；所述第一组永磁体与连杆支架06固定连接，所述第二组永磁体固定在驱动电机10上，所述驱动电机10活动连接设置在电机支架11上。还包括真空腔体01，所述电极02与真空腔体01形成一个闭合的真空腔室，所述晶片衬底03和陶瓷压环04置于所述真空腔室内；所述压环连杆05上端设置在真空腔室内与陶瓷压环04相连，穿过真空腔体01的腔壁，另一端设置在真空腔室外与连杆支架06相连。还包括软性真空波纹管12，所述真空腔体01外表面与连杆支架06之间的压环连杆05外套置有起真空密封作用的软性真空波纹管12。还包括永磁体支架08和运动导杆09，所述第一组永磁体通过永磁体支架08与连杆支架06固定连接，所述永磁体支架08活动连接设置在运动导杆09上。

如图2和图3所示，一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，包括真空腔体01、电极02、晶片衬底03、陶瓷压环04、压环连杆05、连杆支架06、永磁体组对07、永磁体支架08、运动导杆09、驱动电机10、电机支架11、软性真空波纹管12、驱动导杆16；还包括晶片顶针13和顶针支架15，所述晶片顶针13穿过电极02，顶端与晶片衬底03的下表面接触，底端抵在顶针支架15上；和/或, 还包括驱动导杆16，所述连杆支架06上固定设置有用于驱动晶片顶针13作上下运动的驱动导杆16，所述驱动导杆16上端结构与顶针支架15底部相配合。还包括软性波纹管14，所述电极02与顶针支架15之间的晶片顶针13外套置有起真空密封作用的软性波纹管14。

作为优选方案，所述第一组永磁体和第二组永磁体为一块或多块永磁体，且平行设置在同一平面上相对应位置； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离为2-20毫米。

作为优选方案，所述第一组永磁体和第二组永磁体为剩磁度在0.5-1.5特斯拉的永磁体；和/或, 所述第一组永磁体和第二组永磁体为稀土永磁体； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体为钕铁永磁体或钐钴永磁体。

作为优选方案，所述第一组永磁体和第二组永磁体设置有用于实现磁力耦合的加强体，和/或,所述加强体的材质对永磁体的磁力不产生屏蔽、衰减或发散，同时对高频电磁辐射能起到屏蔽作用； 和/或,所述加强体的材质为金属铝、铝合金、陶瓷或硬质塑料。

作为优选方案，所述加强体的厚度比第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离小2-10毫米。

本实用新型中，晶片衬底03和陶瓷压环04都放置于真空腔室内，压环连杆05穿过真空腔体01的腔壁，其余构件都可以放置于真空腔室外的大气压环境中。为了实现真空密封，在所述真空腔室的腔壁开孔处和连杆支架06之间还安装了具有真空密封功能的软性真空波纹管12。陶瓷压环04、压环连杆05和连杆支架06一体固定连接；永磁体组对07中左边的一块永磁体块固定连接在永磁体支架08上，永磁体支架08固定安装在连杆支架06的底部。这样，这几个构件便组成了一个一体连接的机构。当所述永磁体块作上下运动时，就可以带动这个一体连接的机构作上下运动。为了控制上下运动的方向和准确性，永磁体支架08还需要同固定的运动导杆09密切配合安装；通过选用适当的机械零件结构（比如滚轴滑轮）、导杆材料以及加工精度，永磁体支架08和运动导杆09之间的运动摩擦力可以很小。永磁体组对07中右边的永磁体块与驱动电机10固定连接在一起。所述驱动电机需要安装在固定的电机支架11上，当电机的马达转动时，驱动电机10就可以沿着电机支架11作上下运动。在这里，所述电机支架11还起到控制驱动电机运动的方向和准确性的作用。所述驱动电机可以是步进电机，也可以是伺服电机，需要输出0.001 - 0.1米/秒的直线运动速度和10-100牛顿的驱动力。为了保证通过永磁体磁力传递运动的有效性和准确性，所述运动导杆09和电机支架11需要平行安装。

本实用新型与传统的装置有很大的不同。在传统的卡压装置中，驱动电机与陶瓷压环之间是通过机械的连杆和支架直接进行固定连接，驱动电机输出的动力，以机械的方式直接传递给陶瓷压环，施加到晶片衬底上。在本实用新型的卡压装置中，驱动电机与陶瓷压环之间没有通过机械的支架和连杆直接进行固定连接，驱动电机输出的驱动力，以磁场耦合的物理方式传递给陶瓷压环，并施加到晶片衬底上。通过耦合永磁体的磁力方式传递动力，其原理在于两块相互吸引的永磁体会在磁场的作用下保持一个稳定的相对位置。当一对永磁体中的一块永磁体发生运动并且偏离原来的稳定位置时，磁力线就会推动这一块永磁体或者另一块永磁体发生运动，以求恢复到原来稳定的相对位置。因此，两块永磁体之间的耦合磁力的大小就成为能否实现机械动力有效传递的关键指标。首先，两块永磁体需要能有效地实现耦合。在实际应用中，可将永磁体组对中两块永磁体的端面相对平行设置，保持一定的空间间隙，并且在两块永磁体之间的间隙内不放置其它任何阻隔物，如图1所示。为了尽量提高永磁体组对之间的磁力，两块永磁体平行端面之间的垂直距离保持在2-20毫米的范围内，而且在晶片卡压装置的整个动作过程中，所述永磁体组对始终保持端面相对平行的状态，并且端面之间的垂直距离保持恒定不变。

在实际应用的其它情形下，两块永磁体的平行端面之间可能需要放置其它物体。比如，在永磁体组对所处的局部空间里，可能存在较强的射频电磁辐射。为了避免电磁辐射对驱动电机及其控制器的干扰，需要在其周围设置金属板，以屏蔽和保护驱动电机及其控制器。当一块具有一定厚度的材料置于两块永磁体之间时，如果材料选择得当，磁力线还是可以会穿越该材料，达到磁力耦合，只是磁场的强度会受到一定程度的衰减或者发散。因此，阻隔材料不应是不锈钢系列材料，比如304或316系列的不锈钢材料，因为铁质材料会在磁力线的作用下发生磁化，导致磁力耦合失效，但可以是铝、铝合金、陶瓷、硬质塑料等任何不易磁化并且对射频电磁波有良好的屏蔽性能的材料。为了减少磁场的衰减程度，材料的厚度不宜过厚，并且厚度小于永磁体组对平行端面之间的垂直距离。使用铝或铝合金材料时，材料厚度在2-5毫米的范围内，而且在永磁铁组对运动的行程范围内，材料厚度不能显著地发生变化，以免耦合的磁力在行程范围内发生较大的变化。其次，两块永磁体组对之间的磁力的大小需要与传动的有效负荷相匹配。换言之，如果磁力较弱，就不足以推动过重的传动负荷，那么通过磁力传递运动的有效性就会降低。因此，在设计和使用本实用新型所描述的传动装置时，应当考虑两点：（1）永磁体的剩磁强度需要足够大，（2）被传递的有效负荷需要尽量小。

永磁体组对，如果是由剩磁度较大的永磁体组成，则其间的磁力就较大。在上世纪八十年代，人类发现了具有超强磁力的稀土系列的钕铁永磁体（Nd2Fe14B）和钐钴永磁体（SmCo），它们的剩磁度分别在0.6—1.4特斯拉和0.8—1.2特斯拉，大约是普通铁镍磁永磁体的5—10倍或者更高。在今天，具有超强磁力并且体积紧凑的钕铁永磁体已经成为常见商品，在市场上可以适宜的价格广泛获得。

如图1至图3所示，同陶瓷压环一体连接的机构往往具有0.5-5公斤的自重；可以再包括装置中弹簧构件（未在图上标出）的作用力和构件之间的摩擦力，一体连接的机构在运动过程中的有效负荷可能达到2-20公斤。永磁体组对07则要提供能够驱动该有效负荷的磁力。

本实用新型的真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置的另一种实现方式的实例如图2所示。除了如图1所述的机械构件外，还包括晶片顶针13和顶针支架15。在这个实例中，晶片顶针13穿过电极02，其顶端与晶片衬底03的下表面接触。由于真空密封的需要，在所述电极的开孔处和顶针支架15之间还安装了具有真空密封功能的软性波纹管14。为了驱动晶片顶针13作上下运动，在连杆支架06和顶针支架15之间还安装了驱动导杆16，所述驱动导杆与连杆支架06固定连接在一起，并且与顶针支架15底部的锥形套有位置上的对应关系。在晶片卡压装置处于最低位置时，顶针支架15与驱动导杆16处于分离状态。

如图3所示，当驱动电机10沿电机支架11向上运动时，永磁体组对07之间的磁力带动永磁体支架08向上运动，推动连杆支架06和压环连杆05，驱动陶瓷压环04运动到最高位置。在此过程中，驱动导杆16也向上运动，并且与顶针支架15底部的锥形套实现对接配合，推动晶片顶针13向上运动，使晶片衬底03离开电极表面并到达其最高位置，从而为晶片衬底03被传送退出等离子体工艺腔室做准备。当然，对陶瓷压环04和晶片衬底03而言，其各自的最高位置不能一样。此时，晶片衬底03的上表面应当比陶瓷压环04的最下端的表面低2-5毫米，以便于晶片衬底03便捷地由机械手（图中未画出）传送离开真空腔室。在图3所示的最高位置上，如果晶片衬底03已经被移走，那么下一个晶片衬底就可以由机械手传送进入真空腔室，并且被放置于晶片顶针13上。完成这一动作后，驱动电机10就可以沿电机支架11向下运动。在永磁体组对07之间的磁力作用下，永磁体支架08也跟随向下运动，带动连杆支架06、压环连杆05和陶瓷压环04向下运动。同时，驱动导杆16也向下运动，带动顶针支架15和晶片顶针13向下运动；最终，驱动导杆16与顶针支架15底部的锥形套脱离，晶片衬底03被放置于电极02的表面（参见图2）。随后，陶瓷压环04也运动到接近其最低位置，开始与晶片衬底03的上表面接触，对其施加向下的压力。此时，陶瓷压环04与晶片衬底03的上表面接触的方式，同永磁体组对之间的磁力特性有直接关系，如图4所示：在一对端面呈平行状态并且分开放置的永磁体之间，存在一个稳定的相对位置，通常是当两块永磁体互相对齐的位置。在此位置上，没有水平方向的吸引力。但是，只要两块永磁体之间的相对水平位置偏离这一稳定的相对位置，就会在两块永磁体之间产生水平方向的吸引力，而且其大小同永磁体之间的相对水平位移密切相关。在很小的范围内，比如2-5毫米，水平方向的吸引力随着相对水平位移的增加而急剧增加；在此范围之外，水平方向的吸引力随着相对水平位移的增加而减小。正是这种水平方向的吸引力，使永磁体组对有恢复和保持在稳定的相对位置的趋向。

进一步，当永磁体组对中的一块永磁体（主动永磁体）开始运动时，另一块永磁体（被动永磁体）需要在水平方向吸引力产生之后才能发生运动，因此，被动永磁体的运动在时间上要滞后于主动永磁体。这种滞后效应，是消除由于驱动电机运动行程过量而对晶片衬底表面造成的瞬间冲击力的前提。

现在来看一看实际可能发生的情形，即驱动电机运动行程过量或者晶片衬底厚度过大，在陶瓷压环接触到晶片衬底表面的瞬间，驱动电机还在继续运动。为了简化说明，在如图5所示中，只画出了等离子体工艺设备的电极02、晶片衬底03、陶瓷压环04、压环连杆05、连杆支架06、永磁体组对07、永磁体支架08和驱动电机10，其中永磁体组对07以虚线圆圈标示出来。在这里，在陶瓷压环04接触到晶片衬底03的瞬间，驱动电机10还在继续向下运动。可是，由于晶片衬底03放置于固定的电极02表面上，所以一旦陶瓷压环接触到晶片衬底，其运动即刻停止，在永磁体组对07中左边的永磁体也不得不即刻停止运动。在陶瓷压环04接触到晶片衬底03的瞬间，永磁体组对07中两块永磁体之间存在一个相对位置，不妨将此位置称为“位置1”。在此位置上，陶瓷压环在瞬间施加到晶片衬底03表面的压力相当于在正常运动过程中的永磁体耦合磁力。由于耦合永磁体的滞后效应，所述耦合磁力较小，因此，施加到晶片衬底表面的压力也较小，如图6所示。

在永磁体组对07中左边的永磁体停止运动之后，驱动电机10和固定连接在电机上的另一块永磁体继续向下运动，到达“位置2”，此时永磁体组对07中的两块永磁体之间的相对位移增加，导致由陶瓷压环04施加到晶片衬底03表面的压力加大，进一步增加对晶片衬底的卡压力。不过，这种压力是在陶瓷压环和晶片衬底都处于静止状态时施加的，所以不会有任何冲击的效果。

驱动电机10继续运动，直到“位置3”才停止。同样的道理，陶瓷压环04施加到晶片衬底03表面的压力进一步加大，更增加了对晶片衬底的卡压力，但是这种压力还是不会对晶片衬底有任何冲击的效果。

本实用新型涉及到的机械式晶片卡压装置的技术优良性可以从前面的描述中得到说明。在传统的晶片卡压装置中，晶片衬底所承受的压力相当于驱动电机的直接输出力，该输出力的大小取决于电机马达的转速；马达的转速越低，输出力越大。而人们通常所关注的是驱动电机的直线运动速度，所以驱动电机的直线运动速度可能很低，而输出力却很大。这样，当驱动电机的输出力传送到晶片衬底的表面时，就可能造成对晶片衬底的损伤。但是，通过永磁体组对传输动力时，情形就大不一样。输送到晶片衬底表面的力的大小，同驱动电机的输出力的关系不大，反而同驱动电机的直线运动速度直接相关；直线运动的速度越低，输送力越小。这样，只要驱动电机的运动速度合适，比如0.005-0.01米/秒，在陶瓷压环接触到晶片衬底表面的瞬间，施加到晶片衬底上的力就很小。更进一步，从前面的说明中还可以理解，利用永磁体组对传输动力，由于磁力的滞后效应，在驱动电机行程过量不能适时停止运动的情况下，卡压装置具有很大的施力柔韧性，因而对应用于不同厚度和表面平整度的晶片衬底有很大的兼容性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，包括晶片衬底（03）和电极（02），所述晶片衬底（03）放置于电极（02）上，其特征在于：还包括陶瓷压环（04）、压环连杆（05）、连杆支架（06）、永磁体组对（07）、驱动电机（10）、电机支架（11）；所述陶瓷压环（04）设置在晶片衬底（03）上方，通过压环连杆（05）与连杆支架（06）相连接；所述永磁体组对（07）包括两个相对应设置相互磁力耦合的第一组永磁体和第二组永磁体；所述第一组永磁体与连杆支架（06）固定连接，所述第二组永磁体固定在驱动电机（10）上，所述驱动电机（10）活动连接设置在电机支架（11）上。

2.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：还包括真空腔体（01），所述电极（02）与真空腔体（01）形成一个闭合的真空腔室，所述晶片衬底（03）和陶瓷压环（04）置于所述真空腔室内；所述压环连杆（05）上端设置在真空腔室内与陶瓷压环（04）相连，穿过真空腔体（01）的腔壁，另一端设置在真空腔室外与连杆支架（06）相连。

3.根据权利要求2所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：还包括软性真空波纹管（12），在所述真空腔体（01）外表面与连杆支架（06）之间的压环连杆（05）外套置有起真空密封作用的软性真空波纹管（12）。

4.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：还包括永磁体支架（08）和运动导杆（09），所述第一组永磁体通过永磁体支架（08）与连杆支架（06）固定连接，所述永磁体支架（08）活动连接设置在运动导杆（09）上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：还包括晶片顶针（13）和顶针支架（15），所述晶片顶针（13）穿过电极（02），顶端与晶片衬底（03）的下表面接触，底端抵在顶针支架（15）上；和/或, 还包括驱动导杆（16），所述连杆支架（06）上固定设置有用于驱动晶片顶针（13）作上下运动的驱动导杆（16），所述驱动导杆（16）上端结构与顶针支架（15）底部相配合。

6.根据权利要求5所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：还包括软性波纹管（14），在所述电极（02）与顶针支架（15）之间的晶片顶针（13）外套置有起真空密封作用的软性波纹管（14）。

7.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：所述第一组永磁体和第二组永磁体为一块或多块永磁体，且平行设置在同一平面上相对应位置； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离为2-20毫米。

8.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：所述第一组永磁体和第二组永磁体为剩磁度在0.5-1.5特斯拉的永磁体；和/或, 所述第一组永磁体和第二组永磁体为稀土永磁体； 和/或,所述第一组永磁体和第二组永磁体为钕铁永磁体或钐钴永磁体。

9.根据权利要求1所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：所述第一组永磁体和第二组永磁体设置有用于实现磁力耦合的加强体，和/或,所述加强体的材质对永磁体的磁力不产生屏蔽、衰减或发散，同时对高频电磁辐射能起到屏蔽作用； 和/或,所述加强体的材质为金属铝、铝合金、陶瓷或硬质塑料。

10.根据权利要求9所述的用于真空等离子体工艺的机械式晶片卡压装置，其特征在于：所述加强体的厚度比第一组永磁体和第二组永磁体平行端面之间的垂直距离小2-10毫米。

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