TW201442139A - 托盤及電漿加工裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供的托盤及電漿加工裝置，用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節，而且，在托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且在每一個被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在凹部的底面上分佈有進氣孔，該進氣孔與熱交換氣體的氣源相連通。本發明提供的托盤，其不僅可以以提高熱交換氣體與被加工工件熱交換的效率和均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量。
Description
本發明涉及微電子加工技術領域，具體地，涉及一種托盤及電漿加工裝置。
電漿加工裝置是加工半導體裝置的常用裝置，其在進行諸如蝕刻、濺鍍和化學氣相沉積等製程程序中，為了提高電漿加工裝置的生產效率，降低生產成本，一般採用尺寸較大的托盤來承載多個晶片，並將其同時運送至反應腔室中，從而實現對多個晶片同時進行製程。
在實際製程程序中，在反應腔室中形成的電漿容易使晶片的溫度超過製程所需的溫度，因此需要對晶片的溫度進行控制。傳統的溫度控制方式是在晶片的背面（即，與晶片加工面相對的另一面）吹熱交換氣體，如氦氣，以借助熱交換氣體對晶片的溫度進行調節。具體地，在托盤的承載面上設置有多個進氣孔，氣源經由該進氣孔將熱交換氣體輸送至晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙中，從而實現熱交換氣體與晶片之間的熱交換。在實際應用中，當熱交換氣體充滿晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙之後，晶片的背面與托盤的承載面之間的氣壓會遠遠高於反應腔室內的氣壓，導致縫隙內的熱交換氣體洩漏至反應腔室內，在熱交換氣體的洩漏量達到一定程度時會給導熱效率以及製程結果帶來不良影響。
為此，人們通常採用下述兩種方法來控制熱交換氣體的洩漏量，第一種方法是通過降低托盤的承載面的粗糙度（一般小於1μm），來使晶片的背面能夠與托盤的承載面更緊密地貼合在一起，從而降低了熱交換氣體的洩漏量。而這會產生下述問題：由於晶片的背面與托盤的承載面緊密地貼合，導致晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙過小，這使得該縫隙中的熱交換氣體主要集中在進氣孔附近，而很難向晶片的邊緣擴散，從而導致熱交換氣體與晶片邊緣區域之間的熱交換效果較差，進而造成晶片邊緣區域的溫度與中心區域的溫度產生差異，被加工工件的溫度均勻性較差。
第二種方法是通過增加輸送熱交換氣體的進氣孔與晶片邊緣在托盤的徑向上的間距，來降低自進氣孔流出的熱交換氣體向晶片邊緣擴散的程度，從而降低了熱交換氣體的洩漏量。而這同樣會導致熱交換氣體與晶片邊緣區域之間的熱交換效果較差，從而造成晶片邊緣區域的溫度與中心區域的溫度產生差異，進而被加工工件的溫度均勻性較差。
在實際製程程序中，在反應腔室中形成的電漿容易使晶片的溫度超過製程所需的溫度，因此需要對晶片的溫度進行控制。傳統的溫度控制方式是在晶片的背面（即，與晶片加工面相對的另一面）吹熱交換氣體，如氦氣，以借助熱交換氣體對晶片的溫度進行調節。具體地，在托盤的承載面上設置有多個進氣孔，氣源經由該進氣孔將熱交換氣體輸送至晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙中，從而實現熱交換氣體與晶片之間的熱交換。在實際應用中，當熱交換氣體充滿晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙之後，晶片的背面與托盤的承載面之間的氣壓會遠遠高於反應腔室內的氣壓，導致縫隙內的熱交換氣體洩漏至反應腔室內，在熱交換氣體的洩漏量達到一定程度時會給導熱效率以及製程結果帶來不良影響。
為此，人們通常採用下述兩種方法來控制熱交換氣體的洩漏量，第一種方法是通過降低托盤的承載面的粗糙度（一般小於1μm），來使晶片的背面能夠與托盤的承載面更緊密地貼合在一起，從而降低了熱交換氣體的洩漏量。而這會產生下述問題：由於晶片的背面與托盤的承載面緊密地貼合，導致晶片的背面與托盤的承載面之間的縫隙過小，這使得該縫隙中的熱交換氣體主要集中在進氣孔附近，而很難向晶片的邊緣擴散，從而導致熱交換氣體與晶片邊緣區域之間的熱交換效果較差，進而造成晶片邊緣區域的溫度與中心區域的溫度產生差異，被加工工件的溫度均勻性較差。
第二種方法是通過增加輸送熱交換氣體的進氣孔與晶片邊緣在托盤的徑向上的間距，來降低自進氣孔流出的熱交換氣體向晶片邊緣擴散的程度，從而降低了熱交換氣體的洩漏量。而這同樣會導致熱交換氣體與晶片邊緣區域之間的熱交換效果較差，從而造成晶片邊緣區域的溫度與中心區域的溫度產生差異，進而被加工工件的溫度均勻性較差。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種托盤及電漿加工裝置，其不僅可以提高熱交換氣體與被加工工件熱交換的效率和均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量。
為實現本發明的目的而提供一種托盤，用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節。在該托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個該被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且在每一個該被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向該托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個該凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在該凹部的底面上分佈有進氣孔，該進氣孔與該熱交換氣體的氣源相連通。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域被設置成這樣的形式，即，在其承載被加工工件時能夠與該被加工工件的被承載面實現密封。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.1~1μm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.4μm~0.7μm。
其中，該凹部的深度的範圍為1~100μm。
其中，該凹部的深度為10μm~30μm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為0.5~10mm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為4~7mm。
其中，該進氣孔的數量為多個，並且最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為0.5~5mm。
其中，該最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為1.2~2mm。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種電漿加工裝置，包括反應腔室、位於該反應腔室內的夾持裝置，以及置於該夾持裝置上的托盤，該托盤用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節，並且該托盤採用了本發明提供的上述托盤。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的托盤，當其被加工工件承載區中承載有被加工工件時，在每一個被加工工件承載區中的非邊緣區域上的凹部和被加工工件的被承載面之間會形成閉合空間，且熱交換氣體經由分佈在凹部底面上的進氣孔流入該閉合空間內，並且，由於凹部的凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，這使得僅被加工工件承載區中的邊緣區域與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，從而使被加工工件的被承載面的絕大部分區域均位於該閉合空間內。由此，該閉合空間可以具有較大的體積來容納更多的熱交換氣體，且可以使流入其內的熱交換氣體能夠毫無障礙地向四周擴散直至分佈均勻，這與現有技術相比，不僅可以提高熱交換的效率和均勻性，而且由於僅被加工工件承載區中的邊緣區域與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，因而即使二者緊密地貼合也不會影響熱交換氣體向閉合空間的四周擴散的程度，從而可以減少熱交換氣體的洩漏量，進而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
本發明提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明提供的托盤，不僅可以提高熱交換氣體與被加工工件熱交換的效率和均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量，從而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生的不良影響。
為實現本發明的目的而提供一種托盤，用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節。在該托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個該被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且在每一個該被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向該托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個該凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在該凹部的底面上分佈有進氣孔，該進氣孔與該熱交換氣體的氣源相連通。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域被設置成這樣的形式，即，在其承載被加工工件時能夠與該被加工工件的被承載面實現密封。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.1~1μm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.4μm~0.7μm。
其中，該凹部的深度的範圍為1~100μm。
其中，該凹部的深度為10μm~30μm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為0.5~10mm。
其中，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為4~7mm。
其中，該進氣孔的數量為多個，並且最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為0.5~5mm。
其中，該最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為1.2~2mm。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種電漿加工裝置，包括反應腔室、位於該反應腔室內的夾持裝置，以及置於該夾持裝置上的托盤，該托盤用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節，並且該托盤採用了本發明提供的上述托盤。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的托盤，當其被加工工件承載區中承載有被加工工件時，在每一個被加工工件承載區中的非邊緣區域上的凹部和被加工工件的被承載面之間會形成閉合空間，且熱交換氣體經由分佈在凹部底面上的進氣孔流入該閉合空間內，並且，由於凹部的凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，這使得僅被加工工件承載區中的邊緣區域與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，從而使被加工工件的被承載面的絕大部分區域均位於該閉合空間內。由此，該閉合空間可以具有較大的體積來容納更多的熱交換氣體，且可以使流入其內的熱交換氣體能夠毫無障礙地向四周擴散直至分佈均勻，這與現有技術相比，不僅可以提高熱交換的效率和均勻性，而且由於僅被加工工件承載區中的邊緣區域與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，因而即使二者緊密地貼合也不會影響熱交換氣體向閉合空間的四周擴散的程度，從而可以減少熱交換氣體的洩漏量，進而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
本發明提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明提供的托盤，不僅可以提高熱交換氣體與被加工工件熱交換的效率和均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量，從而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生的不良影響。
10、21．．．托盤
11．．．凹部
12．．．閉合空間
13．．．進氣孔
14．．．被加工工件
20．．．反應腔室
22．．．靜電卡盤
23．．．蓋板
101．．．邊緣區域
111．．．非邊緣區域
D1．．．最大直徑
D2．．．最小直徑
第1圖為本發明實施例提供的托盤的局部剖視圖；
第2圖為本發明實施例提供的托盤的俯視圖；
第3圖為第2圖中I區域的放大圖；
第4A圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的結構示意圖；以及
第4B圖為本發明實施例提供的另一種電漿加工裝置的結構示意圖。
第2圖為本發明實施例提供的托盤的俯視圖；
第3圖為第2圖中I區域的放大圖；
第4A圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的結構示意圖；以及
第4B圖為本發明實施例提供的另一種電漿加工裝置的結構示意圖。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的托盤及電漿加工裝置的具體實施方式進行詳細描述。
本發明的實質是提供一托盤，在托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且在每一個被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在凹部的底面上分佈有進氣孔，進氣孔與熱交換氣體的氣源相連通，用於將熱交換氣體引入到凹部內。
下面結合第1圖至第3圖對本發明實施例提供的托盤進行詳細描述。其中，第1圖為本發明實施例提供的托盤的局部剖視圖。第2圖為本發明實施例提供的托盤的俯視圖。第3圖為第2圖中I區域的放大圖。
請一併參閱第1圖、第2圖和第3圖，本發明實施例提供的托盤10的上表面設定有多個被加工工件承載區100，每一個被加工工件承載區100用於承載一個被加工工件14，且其形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件14的形狀和尺寸相對應。在每一個被加工工件承載區100中的非邊緣區域111（例如中心區域）形成有一個朝向托盤10的下表面凹進的凹部11，且對於每一個凹部11而言，其凹口的最大直徑d1小於所要承載的被加工工件14的被承載面的最小直徑d2，且在凹部11的底面上分佈有進氣孔13，進氣孔13與熱交換氣體的氣源相連通，用於將熱交換氣體引入到凹部11內。所謂邊緣區域101指的是位於被加工工件承載區100內的周邊且用於承載被加工工件14的部分；所謂非邊緣區域111指的是被加工工件承載區100中的不用於承載被加工工件14的部分，當被加工工件承載區100中僅有一個凹部11時，該非邊緣區域111通常指自中心區域輻射至邊緣區域的部分；所謂凹口指的是凹部11在托盤10的上表面上的開口；所謂被加工工件14的被承載面是指被加工工件14的與托盤10相接觸的那一面，也即其下表面。
在實際製程中，當被加工工件承載區100中承載有被加工工件14時，在每一個被加工工件承載區100中的非邊緣區域111上的凹部11和被加工工件14的被承載面之間會形成閉合空間12，且諸如氦氣、氬氣和氮氣等的熱交換氣體經由分佈在凹部11底面上的進氣孔13流入該閉合空間12內，並且，由於凹部11的凹口的最大直徑d1小於所要承載的被加工工件14的被承載面的最小直徑d2，這使得僅被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件14的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，從而使被加工工件14的被承載面的絕大部分區域均位於該閉合空間12內。由此，該閉合空間12可以具有較大的體積來容納更多的熱交換氣體，且可以使流入其內的熱交換氣體能夠毫無障礙地向四周擴散直至分佈均勻，這與現有技術相比，不僅可以提高熱交換的效率和均勻性，而且由於僅被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，因而即使二者緊密地貼合也不會影響熱交換氣體向閉合空間的四周擴散的程度，從而可以減少熱交換氣體的洩漏量，進而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
在本實施例中，每一個被加工工件承載區100中的邊緣區域101被設置成這樣的形式，即，在其承載被加工工件14時能夠與該被加工工件14的被承載面實現密封。具體地，在製程程序中，該被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域相貼合，以使凹部11和被加工工件14的下表面之間的閉合空間12密封。在實際應用中，可以通過降低被加工工件承載區100中的邊緣區域101的粗糙度，來提高其與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域相貼合的緊密度，從而實現對閉合空間12的良好密封，該粗糙度的範圍可以在0.1~1μm。而由於凹部11的底面不與被加工工件14的下表面相接觸，因而無需對凹部11的底面的粗糙度進行限定，較佳地，該粗糙度可以大於0.6μm，以便於加工。而且，凹部11的深度H的範圍可以在1~100μm；被加工工件承載區100中的邊緣區域101在該被加工工件承載區100的徑向上的寬度D1的範圍可以在0.5~10mm。
在本實施例中，分佈在凹部11的底面上的多個進氣孔13排列成為同心圓的形式，並且在同心圓的圓心處可以設置一個或多個進氣孔13，在除圓心之外的每一個圓圈中皆沿其周向均勻分佈有多個進氣孔13。由於被加工工件承載區100中的邊緣區域101能夠與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域緊密地貼合，在這種情況下，每個凹部11底面上的進氣孔13可以盡可能地靠近凹部11的底面的邊緣設置，而不會造成熱交換氣體的洩漏量過大，從而可以實現在保證熱交換氣體的洩漏量較小的前提下，增加到達被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域的熱交換氣體的濃度，進而可以使被加工工件14在其徑向上的溫度分佈趨於均勻。較佳地，在每個凹部11的底面上分佈的所有進氣孔13中，最靠近凹部11的底面邊緣的進氣孔13的中心線與凹部11的底面邊緣之間的間距D2的範圍可以在0.5~5mm。可以理解，在實際應用中，上述進氣孔13在每個凹部11的底面上的分佈方式可以不侷限於本實施例中的形式，而是也可以根據具體情況自由設定。
較佳地，每一個被加工工件承載區100中的邊緣區域101的粗糙度為0.4μm~0.7μm，如此既可以保證良好密封，又便於加工；凹部11的底面的粗糙度為1.6μm；凹部11的深度H為10μm~30μm，如此，既可以保證熱交換氣體在凹部11內良好流動而利於熱交換，又便於加工且不致於使托盤10的體積過大；被加工工件承載區100中的邊緣區域101在該被加工工件承載區100的徑向上的寬度D1為4~7mm，如此，既能夠保證穩定地承載被加工工件14，又能夠保證凹部11具有較大的體積來容納較多的熱交換氣體而利於熱交換；在凹部11的底面上分佈的所有進氣孔13中，最靠近凹部11的底面邊緣的進氣孔13的中心線與凹部11的底面邊緣之間的間距D2為1.2mm，如此，既能夠保證便於加工，又能夠保證凹部11的邊緣具有良好的熱交換。
需要指出的是，在實際應用中，本發明提供的托盤並不必侷限於前述實施例該的形式，而是也可以設置其他形式：例如，托盤上表面的被加工工件承載區的數量也可以為1個；或者，對於每一個被加工工件承載區而言，可以在其非邊緣區域形成兩個或兩個以上的凹部，且在每一個凹部的底面上分佈有進氣孔；或者，凹部的底面上的進氣孔的數量也可以為1，等等。
作為另一個技術方案，第4A圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的結構示意圖。請參閱第4A圖，本發明實施例還提供一種電漿加工裝置，包括反應腔室20、位於反應腔室20內的夾持裝置，以及置於夾持裝置上的托盤21，托盤21用於承載被加工工件14，並借助熱交換氣體對被加工工件14的溫度進行調節，而且，托盤21採用了本發明實施例提供的上述托盤。另外，為了限定被加工工件14的位置，在托盤21的上表面還設置有蓋板23，並且在蓋板23上設置有多個通孔，每個被加工工件14置於托盤21的上表面並經由相應的通孔露出其被加工面。為了使蓋板23更好地固定在托盤21的上表面，在托盤21的上表面設置若干凹進部分，並在蓋板23的下表面對應地設置若干凸出部分，並使蓋板23的凸出部分嵌入到托盤21的凹進部分。
在本實施例中，在夾持裝置與托盤21之間以及托盤21與被加工工件14之間均採用靜電引力的方式固定在一起。具體地，夾持裝置包括靜電卡盤22和直流電源，其中，靜電卡盤22包括卡盤本體，該卡盤本體採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，導電材料作為卡盤本體的電極，並接地；托盤21採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，以保證托盤21不被反應腔室20內的電漿蝕刻；導電材料作為托盤電極，且與直流電源電連接，在接通直流電源後，托盤21和卡盤本體之間以及托盤21和被加工工件之間均存在電壓差，即，在托盤21和卡盤本體之間產生靜電吸附力以及在托盤21和被加工工件14之間產生靜電吸附力，從而實現卡盤本體將托盤21吸附在其上表面的同時，使被加工工件14吸附在托盤21的上表面。
在實際應用中，卡盤本體也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設卡盤電極，類似地，托盤21也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設托盤電極。
需要說明的是，雖然在本實施例中，在夾持裝置與托盤21之間以及托盤21與被加工工件14之間均採用靜電引力的方式固定在一起，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以僅在托盤21與被加工工件14之間採用靜電引力的方式固定在一起，而在夾持裝置與托盤21之間採用機械固定的方式的固定在一起，具體地，如第4B圖所示，第4B圖為本發明實施例提供的另一種電漿加工裝置的結構示意圖。夾持裝置包括機械卡盤22’和直流電源。其中，機械卡盤22’採用機械固定的方式將托盤21固定在其上表面，例如，機械卡盤22’可以包括用於承載被加工工件14的基座，以及用於將被加工工件14固定在該基座上的諸如機械夾具、壓環等的工裝；托盤21採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，導電材料作為托盤電極，且與直流電源電連接；在接通直流電源後，在托盤21和被加工工件14之間會產生靜電引力，從而實現將被加工工件14固定在托盤21的上表面。容易理解，托盤21也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設托盤電極。
此外，在實際應用中，在托盤與被加工工件之間還可以採用機械固定等的方式的固定在一起，事實上，無需限制托盤的固定方式，只要托盤能夠將被加工工件固定在其上表面上即可。
本發明實施例提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述托盤，不僅可以一定程度地改善被加工工件的邊緣區域的溫度控制效果，以提高被加工工件的中心區域與邊緣區域的溫度均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量，從而可以避免對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
本發明的實質是提供一托盤，在托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且在每一個被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在凹部的底面上分佈有進氣孔，進氣孔與熱交換氣體的氣源相連通，用於將熱交換氣體引入到凹部內。
下面結合第1圖至第3圖對本發明實施例提供的托盤進行詳細描述。其中，第1圖為本發明實施例提供的托盤的局部剖視圖。第2圖為本發明實施例提供的托盤的俯視圖。第3圖為第2圖中I區域的放大圖。
請一併參閱第1圖、第2圖和第3圖，本發明實施例提供的托盤10的上表面設定有多個被加工工件承載區100，每一個被加工工件承載區100用於承載一個被加工工件14，且其形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件14的形狀和尺寸相對應。在每一個被加工工件承載區100中的非邊緣區域111（例如中心區域）形成有一個朝向托盤10的下表面凹進的凹部11，且對於每一個凹部11而言，其凹口的最大直徑d1小於所要承載的被加工工件14的被承載面的最小直徑d2，且在凹部11的底面上分佈有進氣孔13，進氣孔13與熱交換氣體的氣源相連通，用於將熱交換氣體引入到凹部11內。所謂邊緣區域101指的是位於被加工工件承載區100內的周邊且用於承載被加工工件14的部分；所謂非邊緣區域111指的是被加工工件承載區100中的不用於承載被加工工件14的部分，當被加工工件承載區100中僅有一個凹部11時，該非邊緣區域111通常指自中心區域輻射至邊緣區域的部分；所謂凹口指的是凹部11在托盤10的上表面上的開口；所謂被加工工件14的被承載面是指被加工工件14的與托盤10相接觸的那一面，也即其下表面。
在實際製程中，當被加工工件承載區100中承載有被加工工件14時，在每一個被加工工件承載區100中的非邊緣區域111上的凹部11和被加工工件14的被承載面之間會形成閉合空間12，且諸如氦氣、氬氣和氮氣等的熱交換氣體經由分佈在凹部11底面上的進氣孔13流入該閉合空間12內，並且，由於凹部11的凹口的最大直徑d1小於所要承載的被加工工件14的被承載面的最小直徑d2，這使得僅被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件14的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，從而使被加工工件14的被承載面的絕大部分區域均位於該閉合空間12內。由此，該閉合空間12可以具有較大的體積來容納更多的熱交換氣體，且可以使流入其內的熱交換氣體能夠毫無障礙地向四周擴散直至分佈均勻，這與現有技術相比，不僅可以提高熱交換的效率和均勻性，而且由於僅被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件的被承載面的靠近其邊緣的周邊區域相接觸，因而即使二者緊密地貼合也不會影響熱交換氣體向閉合空間的四周擴散的程度，從而可以減少熱交換氣體的洩漏量，進而可以避免因熱交換氣體的洩漏量過大而對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
在本實施例中，每一個被加工工件承載區100中的邊緣區域101被設置成這樣的形式，即，在其承載被加工工件14時能夠與該被加工工件14的被承載面實現密封。具體地，在製程程序中，該被加工工件承載區100中的邊緣區域101與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域相貼合，以使凹部11和被加工工件14的下表面之間的閉合空間12密封。在實際應用中，可以通過降低被加工工件承載區100中的邊緣區域101的粗糙度，來提高其與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域相貼合的緊密度，從而實現對閉合空間12的良好密封，該粗糙度的範圍可以在0.1~1μm。而由於凹部11的底面不與被加工工件14的下表面相接觸，因而無需對凹部11的底面的粗糙度進行限定，較佳地，該粗糙度可以大於0.6μm，以便於加工。而且，凹部11的深度H的範圍可以在1~100μm；被加工工件承載區100中的邊緣區域101在該被加工工件承載區100的徑向上的寬度D1的範圍可以在0.5~10mm。
在本實施例中，分佈在凹部11的底面上的多個進氣孔13排列成為同心圓的形式，並且在同心圓的圓心處可以設置一個或多個進氣孔13，在除圓心之外的每一個圓圈中皆沿其周向均勻分佈有多個進氣孔13。由於被加工工件承載區100中的邊緣區域101能夠與被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域緊密地貼合，在這種情況下，每個凹部11底面上的進氣孔13可以盡可能地靠近凹部11的底面的邊緣設置，而不會造成熱交換氣體的洩漏量過大，從而可以實現在保證熱交換氣體的洩漏量較小的前提下，增加到達被加工工件14的下表面的靠近其邊緣的周邊區域的熱交換氣體的濃度，進而可以使被加工工件14在其徑向上的溫度分佈趨於均勻。較佳地，在每個凹部11的底面上分佈的所有進氣孔13中，最靠近凹部11的底面邊緣的進氣孔13的中心線與凹部11的底面邊緣之間的間距D2的範圍可以在0.5~5mm。可以理解，在實際應用中，上述進氣孔13在每個凹部11的底面上的分佈方式可以不侷限於本實施例中的形式，而是也可以根據具體情況自由設定。
較佳地，每一個被加工工件承載區100中的邊緣區域101的粗糙度為0.4μm~0.7μm，如此既可以保證良好密封，又便於加工；凹部11的底面的粗糙度為1.6μm；凹部11的深度H為10μm~30μm，如此，既可以保證熱交換氣體在凹部11內良好流動而利於熱交換，又便於加工且不致於使托盤10的體積過大；被加工工件承載區100中的邊緣區域101在該被加工工件承載區100的徑向上的寬度D1為4~7mm，如此，既能夠保證穩定地承載被加工工件14，又能夠保證凹部11具有較大的體積來容納較多的熱交換氣體而利於熱交換；在凹部11的底面上分佈的所有進氣孔13中，最靠近凹部11的底面邊緣的進氣孔13的中心線與凹部11的底面邊緣之間的間距D2為1.2mm，如此，既能夠保證便於加工，又能夠保證凹部11的邊緣具有良好的熱交換。
需要指出的是，在實際應用中，本發明提供的托盤並不必侷限於前述實施例該的形式，而是也可以設置其他形式：例如，托盤上表面的被加工工件承載區的數量也可以為1個；或者，對於每一個被加工工件承載區而言，可以在其非邊緣區域形成兩個或兩個以上的凹部，且在每一個凹部的底面上分佈有進氣孔；或者，凹部的底面上的進氣孔的數量也可以為1，等等。
作為另一個技術方案，第4A圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的結構示意圖。請參閱第4A圖，本發明實施例還提供一種電漿加工裝置，包括反應腔室20、位於反應腔室20內的夾持裝置，以及置於夾持裝置上的托盤21，托盤21用於承載被加工工件14，並借助熱交換氣體對被加工工件14的溫度進行調節，而且，托盤21採用了本發明實施例提供的上述托盤。另外，為了限定被加工工件14的位置，在托盤21的上表面還設置有蓋板23，並且在蓋板23上設置有多個通孔，每個被加工工件14置於托盤21的上表面並經由相應的通孔露出其被加工面。為了使蓋板23更好地固定在托盤21的上表面，在托盤21的上表面設置若干凹進部分，並在蓋板23的下表面對應地設置若干凸出部分，並使蓋板23的凸出部分嵌入到托盤21的凹進部分。
在本實施例中，在夾持裝置與托盤21之間以及托盤21與被加工工件14之間均採用靜電引力的方式固定在一起。具體地，夾持裝置包括靜電卡盤22和直流電源，其中，靜電卡盤22包括卡盤本體，該卡盤本體採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，導電材料作為卡盤本體的電極，並接地；托盤21採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，以保證托盤21不被反應腔室20內的電漿蝕刻；導電材料作為托盤電極，且與直流電源電連接，在接通直流電源後，托盤21和卡盤本體之間以及托盤21和被加工工件之間均存在電壓差，即，在托盤21和卡盤本體之間產生靜電吸附力以及在托盤21和被加工工件14之間產生靜電吸附力，從而實現卡盤本體將托盤21吸附在其上表面的同時，使被加工工件14吸附在托盤21的上表面。
在實際應用中，卡盤本體也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設卡盤電極，類似地，托盤21也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設托盤電極。
需要說明的是，雖然在本實施例中，在夾持裝置與托盤21之間以及托盤21與被加工工件14之間均採用靜電引力的方式固定在一起，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以僅在托盤21與被加工工件14之間採用靜電引力的方式固定在一起，而在夾持裝置與托盤21之間採用機械固定的方式的固定在一起，具體地，如第4B圖所示，第4B圖為本發明實施例提供的另一種電漿加工裝置的結構示意圖。夾持裝置包括機械卡盤22’和直流電源。其中，機械卡盤22’採用機械固定的方式將托盤21固定在其上表面，例如，機械卡盤22’可以包括用於承載被加工工件14的基座，以及用於將被加工工件14固定在該基座上的諸如機械夾具、壓環等的工裝；托盤21採用導電材料製作，並在導電材料的表面包覆絕緣材料，導電材料作為托盤電極，且與直流電源電連接；在接通直流電源後，在托盤21和被加工工件14之間會產生靜電引力，從而實現將被加工工件14固定在托盤21的上表面。容易理解，托盤21也可以採用絕緣材料製作，並在絕緣材料內部埋設托盤電極。
此外，在實際應用中，在托盤與被加工工件之間還可以採用機械固定等的方式的固定在一起，事實上，無需限制托盤的固定方式，只要托盤能夠將被加工工件固定在其上表面上即可。
本發明實施例提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述托盤，不僅可以一定程度地改善被加工工件的邊緣區域的溫度控制效果，以提高被加工工件的中心區域與邊緣區域的溫度均勻性，而且還可以減少熱交換氣體的洩漏量，從而可以避免對導熱效率以及製程結果產生不良影響。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
10．．．托盤
11．．．凹部
12．．．閉合空間
13．．．進氣孔
14．．．被加工工件
101．．．邊緣區域
111．．．非邊緣區域
D1．．．最大直徑
D2．．．最小直徑
Claims (1)
1. 一種托盤，用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節，其特徵在於，在該托盤的上表面形成有至少一個被加工工件承載區，每一個該被加工工件承載區的形狀和尺寸均與所要承載的被加工工件相對應，並且
在每一個該被加工工件承載區中的非邊緣區域形成有至少一個朝向該托盤的下表面凹進的凹部，且對於每一個該凹部而言，其凹口的最大直徑小於所要承載的被加工工件的被承載面的最小直徑，且在該凹部的底面上分佈有進氣孔，該進氣孔與該熱交換氣體的氣源相連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述的托盤，其特徵在於，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域被設置成這樣的形式，即，在其承載被加工工件時能夠與該被加工工件的被承載面實現密封。
3. 如申請專利範圍第2項所述的托盤，其特徵在於，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.1~1μm。
4. 如申請專利範圍第3項所述的托盤，其特徵在於，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域的粗糙度的範圍為0.4μm~0.7μm。
5. 如申請專利範圍第2項所述的托盤，其特徵在於，該凹部的深度的範圍為1~100μm。
6. 如申請專利範圍第5項所述的托盤，其特徵在於，該凹部的深度為10μm~30μm。
7. 如申請專利範圍第2項所述的托盤，其特徵在於，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為0.5~10mm。
8 如申請專利範圍第7項所述的托盤，其特徵在於，每一個該被加工工件承載區中的邊緣區域在該被加工工件承載區的徑向上的寬度的範圍為4~7mm。
9. 如申請專利範圍第2項所述的托盤，其特徵在於，該進氣孔的數量為多個，並且最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為0.5~5mm。
10. 如申請專利範圍第9項所述的托盤，其特徵在於，該最靠近該凹部的底面邊緣的進氣孔與該凹部的底面邊緣之間的間距的範圍為1.2~2mm。
11. 一種電漿加工裝置，包括反應腔室、位於該反應腔室內的夾持裝置，以及置於該夾持裝置上的托盤，該托盤用於承載被加工工件，並借助熱交換氣體對被加工工件的溫度進行調節，其特徵在於，該托盤採用了申請專利範圍第1項所述的托盤。
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