一种压环、反应腔室和半导体加工设备的制作方法

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种压环、反应腔室和半导体加工设备。

背景技术：

在集成电路的制备过程中，通常采用物理气相沉积(以下简称pvd)设备完成沉积薄膜工艺。典型的pvd设备如图1所示，在反应腔室1的顶部设置有靶材5，并且在反应腔室1内设置有用于承载晶片6的基座2，以及用于包围至少部分腔室壁的内衬4，压环3用于叠压在晶片6上表面的边缘区域，从而保证将晶片6固定在基座2，而不会发生偏移，以及保证在向晶片6的背面引入冷却气体时，晶片6不会被吹飞。在进行溅射沉积工艺时，通过直流电源向靶材5施加负压，以将反应腔室1内的工艺气体激发形成等离子体，并吸引等离子中的带正电离子轰击靶材5，靶材5表面的原子被轰击逸出并通过扩散沉积在晶片6上表面，从而实现在晶片6的上表面沉积薄膜。

在实际应用中，为了提高晶片6的利用率，如图2所示，压环3上设有多个压爪7(通常8个)，用以压住晶片6上表面的边缘区域。而且，为了防止因镀膜过程中在晶片6和压爪7的连接处形成薄膜，而使晶片6粘在压爪7上，通常在压爪7压住晶片6上表面的表面上设置有压爪屋檐8，该压爪屋檐8可以起到遮挡作用，以减少沉积在晶片6和压爪7的连接处的金属粒子数量。

但是，上述压爪7虽然能够通过压爪屋檐8遮挡掉大多数垂直扩散的金属粒子，但仍有部分粒子会扩散至压爪7和晶片6的连接处，造成压环3与晶片6之间发生“粘片”。当基座2下降时，压环3由内衬4的下端支撑，同时与基座2相分离，此时由 于晶片6与压爪7之间存在粘连，晶片6的位置可能发生偏移，“粘片”较严重时甚至会造成晶片6碎裂。若想避免上述问题的发生，就要求压爪屋檐8的尺寸足够大，但这又会产生这样的问题，即：由于压爪屋檐8的尺寸较大，其遮挡晶片6上表面的区域增大，导致晶片6损失的有效镀膜区域会更多，从而造成晶片6的利用率降低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种压环、反应腔室和半导体加工设备，该压环解决了压环与晶片之间的“粘片”问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种压环，用于将晶片固定于基座上，所述压环包括环状本体和沿所述环状本体周向排布的若干个压爪，所述压环还包括设置在所述压爪底部的弹性部件，所述弹性部件与所述若干个压爪一一对应；并且，所述弹性部件在所述压环将所述晶片固定于基座上时产生压缩变形，并与所述晶片上表面的边缘区域弹性接触。

优选的是，每个所述弹性部件包括相互连接的第一弹片和第二弹片，二者之间形成夹角，且该夹角的开口朝向所述环状本体的中心轴线；其中，

所述第一弹片与所述压爪固定连接；

所述第二弹片在所述压环将被晶片固定于基座上时，与所述晶片上表面的边缘区域弹性接触。

优选的是，所述第一弹片与所述压爪的连接方式包括粘接、焊接或者压接。压接指的是通过压力使得被压部位产生机械压缩或变形，从而形成机械连接或电连接的方法。

优选的是，所述压爪的底面设置有凹槽，所述弹性部件包括第三弹片和第四弹片，二者之间形成夹角，且该夹角的开口朝向所述凹槽，并且所述第三弹片和所述第四弹片可活动的位于所述凹槽之内；

所述第三弹片与所述第四弹片的夹角处在所述压环将被加工件固定于基座上时，与所述晶片上表面的边缘区域弹性接触。

优选的是，在所述第三弹片与所述第四弹片之间的夹角处形成有弧形部，所述弧形部在所述压环将晶片固定于基座上时，与所述晶片上表面的边缘区域弹性接触。

优选的是，所述弹性部件为压缩弹簧，该压缩弹簧的一端与所述压爪固定连接，所述压缩弹簧的另外一端在所述压环将晶片固定于基座上时，与所述晶片上表面的边缘区域弹性接触。

优选的是，多个所述弹性部件与所述若干个压爪在所述环状本体的周向均匀分布。

优选的是，在所述压爪的底面设置有凹槽，

所述弹性部件在产生压缩变形时，朝向所述凹槽运动。

本发明还提供一种反应腔室，包括用于承载晶片的基座，所述基座能够上升至工艺位置进行工艺，或者下降至装卸位置进行取放片操作，所述反应腔室还包括压环，所述压环在所述基座位于所述工艺位置时，压住所述晶片上表面的边缘区域；所述压环在所述基座位于所述装卸位置时，与所述晶片分离；所述压环为上述的压环。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室为上述的反应腔室。

本发明提供了一种压环，该压环可以有效的避免压环与晶片之间的“粘片”现象的发生，该结构的压环可以使用更小的压爪来压住晶片，从而减少压爪对于晶片的遮挡区域，提高晶片的有效工艺镀膜或刻蚀区域，并能实现较高的晶片利用率，从而提高单片晶片的产能和经济效益。

附图说明

图1是背景技术中的磁控溅射设备的结构示意图；

图2是背景技术中的压环和晶片的剖面图；

图3是本发明实施例1中的一种压环和晶片的剖面图；

图4是本发明实施例1中的一种压环的剖面图；

图5是本发明实施例1中的一种压环和晶片的剖面图；

图6是本发明实施例2中的一种压环和晶片的剖面图；

图7是本发明实施例2中的一种压环和晶片的剖面图；

图8是本发明实施例2中的另一种压环和晶片的剖面图；

图9是本发明实施例2中的另一种压环和晶片的剖面图；

图10是本发明实施例3中的一种压环的剖面图。

图中：1-反应腔室；2-基座；3-压环；4-内衬；5-靶材；6-晶片；7-压爪；8-压爪屋檐；9-压环本体；10-弹性部件；11-第一弹片；12-第二弹片；13-凹槽；14-第三弹片；15-第四弹片；16-弧形部；18-凹槽本体；19-第一凹陷部；20-第二凹陷部；21-压缩弹簧。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图3～5所示，本实施例提供一种压环3，用于将晶片6固定于基座上，压环3包括环状本体9和沿环状本体9周向排布的若干个压爪7，压环3还包括设置在压爪7底部的弹性部件10，弹性部件10与若干个压爪7一一对应；并且，弹性部件10在压环3将被加工件晶片6固定于基座上时产生压缩变形，并与晶片6上表面的边缘区域弹性接触。

本实施例提供了一种压环3，该压环3可以有效的避免压环3与晶片6之间的“粘片”现象的发生，该结构的压环3可以使用更小的压爪7来压住晶片6，从而减少了压爪7对于晶片6的遮挡区域，提高晶片6的有效工艺镀膜或刻蚀区域，并能实现较高的晶片6利用率，从而提高单片晶片6的产能和经济效益。

具体的，在环状本体9的内周壁上设置有若干个压爪7，借助压爪7，可以减少压环3覆盖在晶片6上表面的边缘区域的面积， 从而可以提高晶片6的有效工艺镀膜面积，进而可以提高晶片6的利用率。

优选的，多个弹性部件10与若干个压爪7在环状本体9的周向均匀分布，以使晶片6受力均匀。

在本实施例中，用于承载压环3的基座(图中未示出)是可升降的，以使晶片6上升至工艺位置进行工艺，或者下降至装卸位置进行取放片操作。在这种情况下，如图3所示，当晶片6位于工艺位置时，压环3压紧晶片6，此时弹性部件10处于压缩变形状态，弹性部件10就被完全束缚在压爪7和晶片6之间，如图4～5所示，当晶片6离开工艺位置，并朝向装卸位置下降时，弹性部件10会在自身弹性的作用下由压缩变形状态逐渐恢复到松弛状态，在此过程中，弹性部件10的变形会使之很容易地与晶片6分离开，从而避免了压环3与晶片6之间的粘片现象。

下面对弹性部件10的具体结构进行描述。具体地，在本实施例中，每个弹性部件10包括相互连接的第一弹片11和第二弹片12，二者之间形成夹角，且该夹角的开口朝向环状本体9的中心轴线；其中，

第一弹片11与压爪7固定连接。第二弹片12在压环3将晶片6固定于基座上时，在压环3的压力的作用下，第二弹片12与晶片6上表面的边缘区域弹性接触。

需要说明的是，本实施例中，在压爪7的底面设置有凹槽13，弹性部件10在产生压缩变形时，朝向凹槽13运动。凹槽13的数量与弹性部件10的第一弹片11的数量相同，各个第一弹片11一一对应地设置在各个凹槽13中，而第二弹片12在产生压缩变形时，一一对应地朝向凹槽13运动，该凹槽13可以容纳至少一部分第二弹片12，从而可以减少弹性部件10在压爪7与晶片6之间占用的空间。

当晶片6位于工艺位置时，如图3所示，第一弹片11与第二弹片12受到压环3的压力作用发生压缩变形，两者之间的夹角变小，第一弹片11与第二弹片12之间存在使二者之间的夹角增 大的弹力，从而实现第二弹片12与晶片6上表面的边缘区域之间的弹性接触。

当晶片6离开工艺位置，并朝向装卸位置下降时，如图4～5所示，第二弹片12与第一弹片11之间的夹角逐渐增大，在此过程中，第二弹片12将与其接触的晶片6弹开，从而避免了压环3与晶片6之间出现粘片现象。

另外，优选的，第二弹片12与晶片6接触的末端为圆角，这样可以避免第二弹片12在与晶片6弹性接触时，其末端划伤晶片6。

需要说明的是，在本实施例中，第一弹片11与压爪7的连接方式为焊接。但是本发明并不限于此，在实际应用中，第一弹片11与压爪7之间的连接方式还可以为诸如粘接或者压接等的其他连接方式。这里，压接指的是通过压力使得被压部位产生机械压缩或变形，从而形成机械连接或电连接的方法。

实施例2

如图6、7所示，本实施例提供一种压环3，本实施例中的压环3与实施例1中的压环的区别为：本实施例中的压爪7的底面设置有凹槽13，弹性部件10包括第三弹片14和第四弹片15，二者之间形成夹角，且该夹角的开口朝向凹槽13，并且第三弹片14和第四弹片15可活动的位于凹槽13之内。具体的，当弹性部件10处于松弛状态时，第三弹片14和第四弹片15靠近夹角的一部分位于凹槽13之外，而其余部分位于凹槽13之内。

第三弹片14与第四弹片15的夹角处在压环3的压力的作用下，与晶片6上表面的边缘区域弹性接触。本实施例中的弹性部件10与凹槽13之间为可拆卸连接，当晶片6位于工艺位置时，压环3压紧晶片6，此时弹性部件10处于压缩变形状态，弹性部件10就被束缚在压爪7和晶片6之间，且第三弹片14与第四弹片15完全位于凹槽13内，这样完全杜绝了工艺位置时第三弹片14和第四弹片15被镀膜或者刻蚀，从而延长了弹性部件10的使 用寿命。

优选的是，在第三弹片14与第四弹片15之间的夹角处形成有弧形部16，弧形部16在压环3的压力的作用下，与晶片6上表面的边缘区域弹性接触。上述弧形部16具有一定的弧度，这样可以避免弹性部件10在于晶片6弹性接触时对于晶片6可能造成的划伤，从而保护晶片6。

具有弧形部16的弹性部件10的形状为倒置的“ω”，“ω”包括左右两条腿和设置于左右两条腿之间的弧形部16，其中第三弹片14、第四弹片15对应“ω”的左右两条腿。凹槽13包括凹槽本体18以及分别向凹槽本体18两侧凹陷的第一凹陷部19和第二凹陷部20，第三弹片14远离第三弹片14与第四弹片15之间夹角的一部分位于第一凹陷部19内，第四弹片15远离夹角的一部分位于第二凹陷部20内，弧形部16对着凹槽13的开口，凹槽13的开口朝向晶片6，凹槽13的开口的口径小于第一凹陷部19的外延和第二凹陷部20外延之间的跨度，第三弹片14和第四弹片15之间的夹角使得整个弹性部件10卡在凹槽13中，从而使得弹性部件10不会从凹槽13的开口漏出。

如图8所示，当晶片6位于装卸位置时，弹性部件10处于松弛状态时，第三弹片14、第四弹片15分别被第一凹陷部19、第二凹陷部20挡住，弹性部件10不会从凹槽13的开口漏出，弧形部16的大部分位于凹槽13开口外，弹性部件10在自身弹力的作用下很容易将之前工艺位置时粘接的晶片6弹开。如图9所示，当晶片6离开装卸位置朝向工艺位置上升时，弧形部16由凹槽13的开口向凹槽13内部运动，弹性部件10由松弛状态向压缩变形状态转变，与弧形部16分别连接的第三弹片14和第四弹片15受到压爪7和晶片6的挤压作用，第三弹片14、第四弹片15分别紧压第一凹陷部19内壁、第二凹陷部20内壁，在压环3的压力的作用下，弧形部16朝向对应的凹槽13开口运动并进入凹槽13中。本实施例中的压环3的弹性部件10与压爪7为非固定连接，这样便于出现损坏的弹性部件10进行更换，从而提高了压环3的使用 寿命。

实施例3

如图10所示，本实施例提供一种压环3，本实施例中的压环3与实施例1中的压环3的区别为：弹性部件10为压缩弹簧21，该压缩弹簧21的一端与压爪7固定连接，压缩弹簧21的另外一端在压环3将晶片6固定于基座上时，与晶片6上表面的边缘区域弹性接触。

实施例4

本实施例提供一种反应腔室，包括用于承载晶片的基座，基座能够上升至工艺位置进行工艺，或者下降至装卸位置进行取放片操作，反应腔室还包括压环，压环在基座位于工艺位置时，压住晶片上表面的边缘区域；压环在基座位于所述装卸位置时，与晶片分离；压环为实施例1～3中的压环。

实施例5

本实施例提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，反应腔室为实施例4中的反应腔室。

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。