夹持装置及半导体加工设备的制作方法

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种夹持装置及半导体加工设备。

背景技术：

随着微电子技术的不断发展，相关生产企业的竞争越来越激烈，降低成本、提高生产效率则是提高企业竞争力的常用手段。如LED光源生产企业为提高生产效率、降低生产成本，在图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrates，以下简称PSS)刻蚀工艺过程中，采用托盘搬运的方式实现同时搬运和刻蚀多个蓝宝石基片，以应对日益增加的市场需求。

图1为常见的夹持装置的剖面图。图2为图1中I区域的放大图。请一并参阅图1和图2，夹持装置包括托盘1和盖板2。其中，在托盘1的上表面上设置有多个用于承载晶片的凹槽10，该凹槽10的内径略大于晶片的直径，以能够将晶片容纳在其中；并且，在凹槽10的底面上还设置有凸台11，凸台11的高度略低于托盘1的上表面，且凸台11的外径小于凹槽10的内径，从而在凸台11的外周壁与凹槽10的内周壁之间形成环形间隙。在该环形间隙内安装有密封圈4，该密封圈4的高度略高于凸台11的上表面，从而当晶片放置于凹槽10内时，晶片下表面与凸台11的上表面之间形成一密封空间。此外，在托盘1内还设置有进气通道12，用以将热交换气体(例如氦气)输送至上述密封空间内，用以均匀地在托盘1与晶片之间传递热量。盖板2通过螺钉3与托盘1固定连接，且在盖板2上设有内径略小于晶片直径的通孔20，以使盖板2能够借助通孔20下表面的边缘部分来固定晶片。

上述夹持装置在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于螺钉3的紧固力难以实现均匀化，导致托盘1上的各个晶片因局部受力不均出现倾斜的现象，倾斜的晶片会造成各个晶片背面的上述密封空间不对称，从而影响工艺均匀性。

技术实现要素：

为至少解决上述技术问题之一，本发明提供一种夹持装置及半导体加工设备，其可以避免被加工工件出现倾斜的现象，从而可以保证位于各个被加工工件之间或者单个被加工工件的不同区域之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。

本发明提供一种夹持装置，包括承载件，所述承载件包括用于承载被加工工件的承载面，在所述承载面上设置有第一凹槽，所述第一凹槽的内径小于所述被加工工件的直径；在所述第一凹槽内设置有密封圈，所述密封圈的顶端高于所述承载面，用以使所述被加工工件的下表面与所述第一凹槽之间形成密封空间。

优选的，在所述第一凹槽的底面上设置有凸台，所述凸台的上表面低于所述承载面；所述凸台的外周壁与所述第一凹槽的内周壁之间形成环形密封槽，用于放置所述密封圈。

优选的，在所述承载件的上表面上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的底面用作所述承载面；并且，所述第二凹槽的内径大于所述被加工工件的直径。

优选的，所述第二凹槽的深度小于所述被加工工件的厚度。

优选的，所述密封圈的横截面形状的长宽比不等于1，且该横截面形状的长度方向与所述承载面相互垂直。

优选的，所述密封圈的横截面形状为椭圆形。

优选的，所述承载件为用于承载多个被加工工件的托盘，或者用于承载单个被加工工件的基座。

优选的，所述夹持装置还包括盖板和紧固件，所述盖板通过所述紧固件与所述承载件固定连接；并且，在所述盖板上，且与所述承载面相对应的位置处还设置有通孔，所述通孔的直径小于所述被加工工件的直径。

优选的，在所述承载件内还设置有进气通道，用以向所述密封空间输送热交换气体。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载被加工工件的夹持装置，所述夹持装置采用了本发明提供的上述夹持装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的夹持装置，其通过利用承载件直接支撑被加工工件，即，采用刚性支撑的方式支撑被加工工件，可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于各个被加工工件之间或者单个被加工工件的不同区域之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。同时，通过在上述承载面上设置内径小于被加工工件的直径的第一凹槽，并在该第一凹槽内设置密封圈，该密封圈的顶端高于承载面，可以在被加工工件的下表面与第一凹槽之间形成密封空间，通过向该密封空间内通入热交换气体，可以实现均匀地在承载件与被加工工件之间的传递热量。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述夹持装置，可以实现采用刚性支撑的方式支撑被加工工件，从而可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于各个被加工工件之间或者单个被加工工件的不同区域之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。

附图说明

图1为常见的夹持装置的剖面图；

图2为图1中I区域的放大图；

图3A为本发明实施例提供的夹持装置的局部剖视图；

图3B为图3A中II区域的放大图；以及

图4为本发明实施例所采用的密封圈的截面示意图。

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，下面结合附图来对本发明提供的夹持装置和等离子体加工设备进行详细阐明。

为了便于描述，以下实施例将夹持装置放置在水平面上，承载件的上表面是指承载件朝向上的表面，被加工工件的下表面是指被加工工件的朝下的表面。

图3A为本发明实施例提供的夹持装置的局部剖视图。图3B为图3A中II区域的放大图。请一并参阅图3A和图3B，该夹持装置包括承载件40、盖板41和紧固件43。其中，承载件40为可承载多个被加工工件42的托盘，该托盘包括多个承载面，用以一一对应地承载被加工工件42。这里，承载面是指托盘承载各个被加工工件的区域，该区域的尺寸和形状与被加工工件的尺寸和形状一致。盖板41通过紧固件43(例如螺钉)与上述托盘固定连接；并且，在盖板41上，且与承载面相对应的位置处还设置有通孔411，该通孔411的直径小于被加工工件42的直径，利用盖板41下表面的位于各个通孔411周边区域一一对应地压住各个被加工工件42上表面的边缘区域，从而实现将被加工工件42固定在承载件40上，并且借助通孔411将被加工工件42上表面的工作区域暴露出来，以进行加工。

下面对承载件40的具体实施方式进行详细描述。具体地，如图3B所示，在承载件40的上表面401上设置有形成有第二凹槽403，该第二凹槽403的底面402用作上述承载面。第二凹槽403的内径大于被加工工件42的直径，这样，第二凹槽403可以将被加工工件42容纳在其中，从而可以限定被加工工件42在承载件40上的位置，以避免被加工工件42发生偏移或者从承载件40上滑落。

优选的，第二凹槽403的深度小于被加工工件42的厚度，这可以使被加工工件42的上表面411高于承载件40的上表面401，从而可以保证盖板41的下表面能够与被加工工件42的上表面411相接触。

在第二凹槽403的底面402(即，承载面)上还设置有第一凹槽46，该第一凹槽46的内径小于被加工工件42的直径，这使得被加工工件42下表面的边缘区域能够叠置在第二凹槽403的底面402上，且覆盖第一凹槽46的开口，即，被加工工件42直接由承载件40支撑，从而实现采用刚性支撑的方式支撑被加工工件，从而可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于各个被加工工件之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。

此外，在第一凹槽46内设置有密封圈44，用以在被加工工件42的下表面与第一凹槽46之间形成密封空间。具体来说，在本实施例中，在第一凹槽46的底面405上设置有凸台47，该凸台47的上表面404低于第二凹槽403的底面402，用以使该上表面404与被加工工件42的下表面之间具有可形成上述密封空间的竖直间隙；凸台47的外周壁与第一凹槽46的内周壁之间形成环形密封槽461，用于放置密封圈44，该密封圈44的顶端高于第二凹槽403的底面402，以在被加工工件42放置于该底面402上时，密封圈44通过发生弹性形变而与被加工工件42的下表面紧密接触，从而实现密封作用。

当被加工工件42被固定于第二凹槽403的底面402上时，被加工工件42会受盖板41的压力作用将密封圈44压缩变形，密封圈44在被压缩到一定程度后，被加工工件42与第二凹槽403的底面402相接触，由于该底面402与凸台47的上表面404相互平行，因此被加工工件42的下表面与凸台47的上表面404也相互平行，从而可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于各个被加工工件之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。同时，被加工工件42的下表面会与密封圈44紧密接触，从而将上表面404与被加工工件42的下表面之间的竖直间隙密封形成上述密封空间。此外，在承载件40内还设置有进气通道45，该进气通道45的出气口位于凸台47的上表面404上，用以将热交换气体输送至上述密封空间内，从而可以实现均匀地将在承载件40与被加工工件42之间的传递热量。热交换气体可以为氦气等的导热性好的惰性气体。

在密封圈44的直径一定的前提下，上述凸台47的高度越小，则密封空间的容积越大，而密封空间的容积越大，越有利于密封空间内的热交换气体均匀分布、扩散和流通。同时，上述凸台47的外径越大，则被加工工件42的下表面暴露在密封空间内的区域越大，即，被加工工件42下表面的边缘区域暴露在密封空间内的面积越多，该面积越多越有利于减小被加工工件42的边缘效应，从而可以提高被加工工件42的温度均匀性。另外，上述凸台47的外径越大，还可以压缩密封圈44的横向宽度(即平行于承载面方向上的宽度)，增大密封圈的纵向高度(即垂直于承载面方向上的高度)，从而可以提高密封效果，减少热交换气体的泄漏。综上所述，可以根据上述原理适当降低凸台47的高度，同时增大凸台47的外径，不仅可以进一步提高被加工工件42的温度均匀性，而且还可以提高密封圈44的密封效果，减少热交换气体的泄漏。

优选的，上述密封圈44的横截面形状为椭圆形，即，如图4所示，该密封圈44的长轴B(即纵向高度)与承载面相互垂直，这有利于密封圈44与被加工工件42下表面的密封接触，从而可以提高密封效果。同时，由于该密封圈44的短轴A(即横向宽度)较小，这可以为增大凸台47的宽度提供条件，从而有利于减小被加工工件42的边缘效应。当然，在实际应用中，上述密封圈的横截面形状并不局限于椭圆形，只要是长宽比不等于1的横截面形状，且该横截面形状的长度方向与承载面相互垂直，均可以实现上述效果。

需要说明的是，本实施例所采用的承载件为可承载多个被加工工件的托盘，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，承载件还可以为用于承载单个被加工工件的基座，例如静电卡盘或者机械卡盘。该基座通过采用上述实施例的技术方案，可以实现采用刚性支撑的方式支撑被加工工件，从而可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于单个被加工工件的不同区域之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。

还需要说明的是，在本实施例中，在承载件40的上表面401上设置有形成有第二凹槽403，该第二凹槽403的底面402用作上述承载面，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以将承载件40的上表面401用作承载面，即，省去第二凹槽403。或者，还可以在承载件40的上表面401上设置凸台，并将该凸台的上表面用作承载面。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，在该反应腔室内设置有用于承载被加工工件的夹持装置，该夹持装置采用本发明实施例提供的上述夹持装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述夹持装置，可以实现采用刚性支撑的方式支撑被加工工件，从而可以避免被加工工件出现倾斜的现象，保证位于各个被加工工件之间或者单个被加工工件的不同区域之间背面的密封空间尺寸一致，从而可以提高工艺均匀性。

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。