一种压环装置的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种压环装置。

背景技术：

目前TSV(Through Silicon Via，硅通孔技术)的应用越来越广泛，该技术大大降低了芯片之间的互连延迟，并且是三维集成实现的关键技术。而PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)是TSV中至关重要的一项工艺。PVD在TSV中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层。物理气相沉积又称磁控溅射，是集成电路制造过程中沉积金属层和相关材料广泛采用的镀膜方法。目前PVD技术主要采用静电卡盘对硅片进行固定，但是这种对晶片进行支持的方式，仅是依赖于静电卡盘上产生的静电吸附晶片，使晶片能够固定在基座上。

而这种通过静电卡盘对硅片进行固定的方式，在集成电路铜互连工艺中具有很好的固定效果。但是，在TSV中的由于沉积的薄膜厚度较大，薄膜应力过大会导致静电卡盘无法有效的对晶片进行静电吸附。因此在TSV的PVD中，需要采用机械压环对晶片进行固定。

图1为典型的磁控溅射设备的剖视图。在该磁控溅射设备中安装有机械压环，所安装的机械压环以及用于固定机械压环的装置如8所示。如图1所示，磁控溅射设备具有圆环型反应腔体1，承载晶片的基座9，当晶片10放置在基座9上后，基座9会托举晶片10向上移动，使晶片10压在机械卡盘8下。4为靶材，其被密封在真空腔体上，2为一种绝缘材料，该材料和靶材4中间充满了去离子水3。在溅射过程中，直流电源会施加偏压至靶材4，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材4，当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在晶片10上。

现有的机械压环的俯视结构如图2所示，从图2中可知，现有的机械压环为一固定尺寸的环状结构。现有的这种机械压环，应用在磁控溅射设备中 时，由于机械压环的尺寸是固定的，因此，安装有机械压环的磁控溅射设备仅能满足对一种尺寸的晶片磁控溅射工艺。而如果需要对多种尺寸晶片进行磁控溅射工艺时，则需要采用多台磁控溅射设备，在每台磁控溅射设备中设置不同尺寸的机械压环，以满足需求。

可见，现有的机械压环由于尺寸固定，因此，需要对多种尺寸的晶片进行磁控溅射工艺时，需要占用多台磁控溅射设备。这不仅需要花费大量的人力资源在各台磁控溅射设备上安装机械压环，还需要占用多台磁控溅射设备，磁控溅射设备的利用率低。

技术实现要素：

本发明提供了一种压环装置以解决现有的机械压环存在的上述问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种压环装置，所述压环装置用于对待进行磁控溅射的晶片进行固定，所述压环装置包括：第一压环和用于改变所述压环装置的内直径的第二压环；所述第二压环安装于所述第一压环的第一表面上，其中，所述第一表面为所述第一压环安装完成后面向地面的一面，所述第二压环的环心与所述第一压环的环心重合，所述第二压环的外直径小于所述第一压环的外直径、且大于所述第一压环的内直径；在需要调整所述压环装置的内直径时，通过调整所述第二压环调整所述压环装置的内直径。

优选地，所述第二压环为由至少两块独立的圆弧组成的压环；各块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第一滑槽安装于所述第一压环的第一表面上，可沿所述第一滑槽滑动；在需要调整所述压环装置的内直径时，将所述各块独立圆弧均滑至所述第一滑槽靠近环心的一端，使所述各块独立圆弧围成一封闭的压环，以缩小所述压环装置的内直径。

优选地，所述压环装置还包括：用于改变所述压环装置的内直径的第三压环，其中，所述第三压环的外直径小于所述第二压环的外直径、且大于所述第二压环的内直径；所述第三压环为由至少两块独立的圆弧组成的压环，各块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第二滑槽安装于所述第二压环的第一表面上、可沿所述第二滑槽滑动，其中，所述第二压环的第一表面为所述第二压环安装完成后面向地面的一面；在需要调整所述压环装置的内直 径时，将所述第二压环包括的各块独立的圆弧、与所述第三压环包含的各块独立的圆弧均滑至各自相匹配的滑槽靠近环心的一端，使所述第三压环的各块独立圆弧围成一封闭的压环，以缩小所述压环装置的内直径。

优选地，所述第二压环包含的各块独立的圆弧大小相等，所述第三压环包含的各块独立的圆弧大小相等。

优选地，所述第二压环为一整体的压环，所述第二压环通过螺丝安装于所述第一压环的第一表面上。

优选地，所述压环装置还包括：用于改变所述压环装置的内直径的第三压环，其中，所述第三压环为一整体的压环；所述第三压环通过螺丝安装于所述第二压环的第一表面上，其中，所述第二压环的第一表面为所述第二压环安装完成后面向地面的一面，所述第三压环与所述第二压环的环心重合，所述第三压环的外直径小于所述第二压环的外直径、且大于所述第二压环的内直径。在需要调整所述压环装置的内直径时，通过拆卸、安装所述第二压环或所述第三压环实现对所述压环装置的内直径的调整。

优选地，所述第二压环的外半径与内半径之差，大于所述第一压匹配的晶片的半径与所述第二压环匹配的晶片的半径之差、且小于所述第一压环的外半径与内半径之差；所述第三压环的外半径与内半径之差，大于所述第二压环匹配的晶片的半径与所述第三压环匹配的晶片的半径之差、且小于所述第二压环的外半径与内半径之差。

优选地，所述第一压环的内直径小于所述第一压环匹配的晶片的直径，所述第二压环的内直径小于所述第二压环匹配的晶片的直径，所述第三压环的内直径小于所述第三压环匹配的晶片的直径。

优选地，所述第一压环、所述第二压环和所述第三压环的材质为以下任意一种：陶瓷、石英、钛、铜、铜合金和铝合金。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的压环装置，包含至少两个压环即第一压环、第二压环，这两个压环同心设置、第二压环安装在第一压环的下表面，在需要调整压环装置的内直径时，通过调整第二压环即能够调整压环装置的内直径，例如：将 第二压环拆卸掉，这样，可以扩大压环装置的内直径；再例如：将第二压环设置成可伸缩的压环，当需要扩大压环装置的内直径时，将第二压环缩进，但需要缩要再次缩小压环装置的内直径时，将第二压环伸出即可。可见，通过本发明提供的压环装置，仅通过简单的调整第二压环便可实现对压环装置内直径的调整，便可以满足对不同尺寸的晶片的固定需求。采用本发明提供的压环装置，仅需一台磁控溅射设备、无需占用多台磁控溅射设备，能够提高磁控溅射的利用率。

附图说明

图1是现有的一种典型的PVD设备的截面示意图；

图2是现有的机械压环的俯视示意图；

图3是根据本发明实施例一的一种压环装置的仰视示意图；

图4是根据本发明实施例一的一种压环装置的俯视示意图；

图5是图4中所示的压环装置的截面示意图；

图6是根据本发明实施例二的一种压环装置的仰视示意图；

图7是根据本发明实施例三的一种压环装置的截面的正视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图3，示出了本发明实施例一的一种压环装置的仰视示意图。

参照图4，示出了本发明实施例一的另一种压环装置的俯视示意图。

本实施例中的压环装置安装在图1所示的磁控溅射设备的腔室中，用于对待进行磁控溅射的晶片进行固定。

本实施例的压环装置包括：第一压环和用于改变压环装置的内直径的第二压环。第二压环安装于第一压环的第一表面上，其中，第一表面为第一压环安装完成后面向地面的一面，第二压环的环心与第一压环的环心重合，第 二压环的外直径小于第一压环的外直径、且大于第一压环的内直径。

需要说明的是，第二压环可以通过任意适当的形式安装在第一压环的第一表面上，以下为两种优选的安装方式：

第一种优选地安装方式为：第二压环在安装在第一压环的第一表面上时，可以预先被分割成至少两块独立的圆弧，各块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第一滑槽安装于第一压环的第一表面上。安装后的压环装置的仰视示意图如图3所示。

如图3所示，第二压环被分割成了相同大小的六块独立的圆弧301，各各块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第一滑槽302安装于第一压环的第一表面303上。各块独立的圆弧可分别沿第一滑槽滑动。在需要调整压环装置的内直径时，将各块独立圆弧均滑至第一滑槽靠近环心的一端，使各块独立圆弧围成一封闭的压环，以缩小压环装置的内直径。当需要将压环装置的内直径调大时，则将各块独立的圆弧沿第一滑槽划至第一滑槽远离环心的一端，将压环装置的内直径调整为与第一压环的内直径相同的大小。通过在第一滑槽上滑动各第一滑槽上安装的各块独立的圆弧能够调整压环装置的内直径。由于压环装置的内直径可调，因此，可以适用于多种尺寸的晶片。

需要说明的是，在对第二压环进行分割时，可以将其分成成相同大小至少两块独立的圆弧，也可以分割成大小不相同的至少两块独立的圆弧。所分割的具体块数，由本领域技术人员根据实际需求进行设置，可以是2块、3块、4块、5块、6块等，当然也可以分割成更多的块数，本实施例对此不作具体限制。

第二种优选的安装方式为：第二压环在安装在第一压环的第一表面上时，作为一个整体通过固定装置进行安装，安装后组成的压环装置的俯视示意图如图4所示。

如图4所示，第二压环401通过固定装置402安装于第一压环403的第一表面上。在需要调整压环装置的内直径时，通过拆卸、或安装第二压环以调整压环装置的内直径。图5为图4中所示的压环装置的截面示意图，图5中清楚地展示了第二压环401与第一压环403之间的位置关系，第二压环401 是通过固定装置402安装在第一压环403的第一表面上。安装完成后的第二压环位于第一压环的下方，其中，在图5中所示的包含环心的半圆即第二压环匹配的晶片404。

例如：当将第二压环从压环装置中拆除时，则可以通过第一压环来固定晶片，也即，将压环装置的内直径调整至与第一压环的内直径相同的大小。当需要固定的晶片的尺寸小于第一压环匹配的晶片的尺寸时，将第二压环安装至压环装置中，则可以通过第二压环来固定晶片，即可实现对不同尺寸的晶片进行固定，以满足对不同尺寸的晶片进行磁控溅射的需求。

本实施例提供的压环装置，包含第一压环和调整压环装置内直径的第二压环，这两个压环同心设置、第二压环安装在第一压环的下表面，在需要调整压环装置的内直径时，通过调整第二压环即能够调整压环装置的内直径，例如：将第二压环拆卸掉，这样，可以扩大压环装置的内直径；再例如：将第二压环设置成可伸缩的压环，当需要扩大压环装置的内直径时，将第二压环缩进，但需要缩要再次缩小压环装置的内直径时，将第二压环伸出即可。可见，通过本实施例提供的压环装置，仅通过简单的调整第二压环便可实现对压环装置内直径的调整，便可以满足对不同尺寸的晶片的固定需求。采用本发明提供的压环装置，仅需一台磁控溅射设备即可满足对不同尺寸的晶片进行磁控溅射工艺，无需占用多台磁控溅射设备，能够提高磁控溅射设备的利用率。

实施例二

参照图6，示出了本发明实施例二的一种压环装置的仰视示意图。

如图6所示，本实施例中的压环装置包含第一压环、第二压环以及第三压环。其中，第二压环为由六块独立的圆弧601组成的压环，六块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第一滑槽602安装于第一压环603的第一表面上，安装在第一压环的可沿第一滑槽滑动。

第三压环的外直径小于第二压环的外直径、且大于第二压环的内直径，第三压环也为由六块独立的圆弧604组成的压环，六块独立的圆弧分别通过 与其大小相匹配的第二滑槽605安装于第二压环601的第一表面上、可沿第二滑槽滑动，其中，第二压环的第一表面为第二压环安装完成后面向地面的一面。

从图6中可知，第二压环包含的各块独立的圆弧大小相等，第三压环包含的各块独立的圆弧大小也相等。第二圆环包含的各块独立的圆弧与第三压环包含的各块独立的圆弧重叠安装在第一压环的第一表面上。

需要说明的是，第三压环分割的圆弧的块数要小于或等于第二压环分割的圆弧的块数。本实施例中仅是以将第二压环、第三压环平均分割成六块圆弧为例进行的说明，在具体实现过程中，可以将各块独立的圆弧分割成不等大的块。并且，分割的块数也不局限于图6中所示的六块，还可以是大于二的任意适当的数值，例如：4块、7块等。

在需要调整由三层压环组成的压环装置的内直径时，将第二压环包括的各块独立的圆弧、与第三压环包含的各块独立的圆弧均滑至各自相匹配的滑槽靠近环心的一端，使第三压环的各块独立圆弧围成一封闭的压环，以缩小压环装置的内直径。当然，待进行磁控溅射的晶片的尺寸与第二压环相匹配时，则仅需将第二压环包含的各块独立的圆弧均滑至各自相匹配的第一滑槽靠近环心的一端，使第二压环的各块独立圆弧围成一封闭的压环。当待进行磁控溅射的晶片的尺寸与第一压环相匹配时，则需保证第二压环包含的各块独立的圆弧以及第三压环包含的各块独立的圆弧均收缩至相匹配的滑槽中即可。

下面对于第一压环、第二压环以及第三压环的设置尺寸进行说明：

第一压环、第二压环以及第三压环分别与一种尺寸的晶片相匹配。第一压环匹配的晶片的尺寸大于第二压环匹配的晶片的尺寸，第二压环匹配的晶片的尺寸大于第三压环匹配的晶片的尺寸。第一压环的内直径小于第一压环匹配的晶片的直径，第二压环的内直径小于第二压环匹配的晶片的直径，第三压环的内直径小于第三压环匹配的晶片的直径。通过这样的设置，才能保证压环在固定与其匹配的晶片时，能够与基片有部分重合，将晶片固定住。

第二压环的外半径与内半径之差即第二压环的环宽，大于第一压匹配的 晶片的半径与第二压环匹配的晶片的半径之差、且小于第一压环的外半径与内半径之差。第三压环的外半径与内半径之差即第三压环的环宽，大于第二压环匹配的晶片的半径与第三压环匹配的晶片的半径之差、且小于第二压环的外半径与内半径之差。通过这样的设置，既保证了第二压环能够固定住与其相匹配的晶片，又能够保证第二压环在缩进第一滑槽时，不影响第一压环固定晶片。同时，还既保证了第三压环能够固定住与其相匹配的晶片，又能够保证第三压环在缩进第二滑槽时，不影响第二压环固定晶片。

例如：第一压环的环宽为85mm，第二压环匹配的晶片与第一压环匹配的晶片的半径差为51，那么，第二压环的环宽则需要设置成小于85mm，且大于51mm，例如：63mm。这样，第二压环在滑至第一滑槽靠近弧心的一端时能够将与第二压环相匹配的晶片固定住，在第二压环划至第一滑槽远离弧心的一端时，可以完全缩到第一压环中，不影响第一压环固定晶片。

三个压环可以设置成同种材质，可以设置成不同的材质，在具体实现过程中，具体材质的选取由本领域技术人员根据实际需求进行选择，在本实施例中不做具体限制。可以根据导电或者绝缘的要求，来设置压环的材质。第一压环、第二压环和第三压环的材质可以为以下任意一种：陶瓷、石英、钛、铜、铜合金和铝合金。当然，并不局限于上述列举的材质，还可以是其他任意适当的材质。

需要说明的是，本实施例中仅是以压环装置通过三层压环组装而成为例对压环装置进行的说明。在具体实现过程中，本领域技术人员可以根据实际需求添加第四压环，将第四压环分割成至少两块独立的圆弧，将各块独立的圆弧分别通过与其大小相匹配的第三滑槽安装于第三压环的第一表面上。更甚之通过相应地方式添加第五压环、第六压环等等多层的压环，每添加一层压环，当压环划至滑槽靠近环心的一端时，都会减小压环装置的内直径，使压环装置能够适用于更小尺寸的晶片。

需要说明的是，第一压环、第二压环以及第三压环可以是带压爪的压环也可以是不带压爪的压环，对于带压爪的压环在安装时，则需要将压爪拆卸掉进行安装。

通过本实施例提供的压环装置，在实施例一提供的压环装置的基础上，添加了第三压环装置，优化后的压环装置除具有实施例一种的压环装置的有益效果外，由于增加了第三压环，因此，固定的晶片的尺寸相较于仅由两个压环组成的压环装置可固定的晶片的尺寸更多。

实施例三

参照图7，示出了本发明实施例三的一种压环装置的截面的正视图。

如图7所示，本实施例中的压环装置包含第一压环701、以及用于改变压环装置内直径的第二压环702以及第三压环703，而第三压环703是与晶片704的尺寸相匹配的压环。其中，第一压环、第二压环以及第三压环均为整体的压环。第二压环通过固定装置例如：螺丝安装于第一压环的第一表面上，第三压环通过固定装置安装于第二压环的第一表面上。其中，第一压环的第一表面为第一压环安装完成后面向地面的一面，第二压环的第一表面为所述第二压环安装完成后面向地面的一面。也就是说，第二压环位于第一压环的下方、第三压环位于第二压环的下方。

第二压环的环心与第一压环的环心重合，第二压环的外直径小于第一压环的外直径、且大于第一压环的内直径。第三压环与第二压环的环心重合，第三压环的外直径小于第二压环的外直径、且大于第二压环的内直径。

在需要调整压环装置的内直径时，通过拆卸、安装第二压环或第三压环或同时安装第二压环和第三压环实现对压环装置的内直径的调整。例如：当需要采用第二压环固定晶片时，则需将第三压环拆除、若需要采用第一压环固定晶片时，则续将第二、第三压环均拆除。但在拆除后，后续需要采用第二压环装置固定晶片时，则将第二压环装置安装至第一压环的第一表面，后续若还需要采用第三压环装置固定晶片时，则将第三压环装置安装至第二压环的第一表面。

可见，通过本实施例提供的压环装置，可以根据所要固定的晶片的尺寸的种类设置相应个数的压环，并且在设置每个压环时，根据所需对应固定的晶片的尺寸设置与匹配的尺寸，以通过对压环的安装、拆卸完成对不同尺寸 的晶片的固定。可见，本实施例提供的可调节内直径的压环装置，能够解决现有技术中，由于机械压环一旦设计完成，其内直径尺寸是固定、不可改变的。对于不同尺寸的晶片进行固定时，需要更换溅射设备以实现更换对应尺寸的机械压环的问题。

需要说明的是，本实施例中的第一压环、第二压环以及第三压环的尺寸的设置可以参见实施例二中所述的相关方法即可，本实施例对此不做具体限制。

本实施例中的三个压环可以设置成同种材质，可以设置成不同的材质，在具体实现过程中，具体材质的选取由本领域技术人员根据实际需求进行选择，在本实施例中不做具体限制。可以根据导电或者绝缘的要求，来设置压环的材质。第一压环、第二压环和第三压环的材质可以为以下任意一种：陶瓷、石英、钛、铜、铜合金和铝合金。当然，并不局限于上述列举的材质，还可以是其他任意适当的材质。

下面分别以第一压环(即基体)与12寸晶片相匹配、第二压环(即挡板)与8寸晶片相匹配、第三压环(即第二挡板)与5寸晶片相匹配为例，对本实施例中的压环装置中的各压环环宽的设置进行说明。

也就是说，本实例中第一压环可实现对12寸晶片的固定，第二压环可实现对8寸晶片的固定，第三压环可实现对5寸晶片的固定。

假设第一压环的环宽为85mm。那么在计算第二压环以及第三压环的环宽时，除通过实施例二中给出的方式外，还可以通过下述方式计算确定：

计算第二压环环宽的步骤为：12寸晶片与8寸晶片的半径差值为51mm，第二压环与第一压环之间每边的重叠宽度为8mm(也可以是其他值)，第二压环固定8寸晶片时按压在晶片上的宽度为4mm(也可以是其他值)，因此第二压环的环宽为63mm。

计算第三压环环宽的步骤为：8寸晶片与5寸晶片的半径差值为38mm，第三压环与第二压环之间每边的重叠宽度为8mm(也可以是其他值)，第三压环固定5寸晶片时按压在晶片上的宽度为4mm(也可以是其他值)，因此第三压环的环宽为50mm。

通过上述计算方式可以确定第一压环、第二压环、以及第三压环的环宽。在依据计算的尺寸，设置相应的压环后，将压环按照本实施例中的安装方式进行安装。在第一压环的下表面安装第二压环、在第二压环的下表面安装第三压环组合成压环装置。将压环装置安装在直流磁控溅射设备腔室中，采用本实施例的对5寸晶片固定时，基座会托举晶片向上移动，使晶片压在第三压环下并继续向上移动到达晶片工艺位置，此时本实施例的压环装置会被举起并依靠自身重力固定住晶片。可见，本实施例的压环装置和现有技术中的机械压环一样，都是通过自身重力固定晶片，因此实施例的压环装置不会对工艺位置造成影响，因此，本实施例提供的压环装置在安装在磁控溅射设备中时，与现有的机械压环的安装方式相同，具体安装请参见现有技术即可。

需要说明的是，本实施例中仅是以压环装置通过三层压环组装而成为例对压环装置进行的说明。在具体实现过程中，本领域技术人员可以根据实际需求添加第四压环，将第四压环安装于第三压环的第一表面上。更甚之通过相应地方式添加第五压环、第六压环等等多层的压环，每添加一层压环都能够使压环装置适用于更小尺寸的晶片。

需要说明的是，第一压环、第二压环以及第三压环可以是带压爪的压环也可以是不带压爪的压环，对于带压爪的压环在安装时，则需要将压爪拆卸掉。

通过本实施例提供的压环装置，在实施例一提供的压环装置的基础上，添加了第三压环，优化后的压环装置除具有实施例一种的压环装置的有益效果外，由于增加了第三压环，因此，固定的晶片的尺寸相较于仅由两个压环组成的压环装置可固定的晶片的尺寸更多。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种压环装置进行了详细介绍，本文中应用了具 体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。