晶圆压紧装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体刻蚀技术领域，尤其是涉及一种晶圆压紧装置。


背景技术：

2.在半导体集成电路制造工艺中，刻蚀是其中最为重要的一道工序，通常刻蚀发生在真空反应腔室内，真空反应腔室内包括机械电极，用于承载晶圆、射频负载及冷却晶圆等作用，机械电极上表面分布有凹槽，凹槽内通有气体，晶圆位于电极的上表面，通过机械电极上表面凹槽内气体的流动来实现工艺反应过程中晶圆的冷却以及晶圆表面温度均匀。
3.由于晶圆下表面通有气体，因此需要通过晶圆压紧装置来固定晶圆。相关技术中常用的晶圆压紧装置主要通过驱动装置来实现压环的升降运动，从而压紧晶圆，压环均通过相应的几个支撑杆来实现某一方向的运动，由于很难保证压环与晶圆完全平行，通过几个支撑杆来带动压环运动的机构很难保证压环能完全压住晶圆，当压环不能完全与晶圆接触时，机械电极表面上的气体不能完全被封住，使得该气体会进入真空反应腔室内从而影响工艺效果，甚至由于晶圆受力不均导致出现晶圆压碎的风险。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本实用新型提出一种晶圆压紧装置，所述晶圆压紧装置可以实现压杆组件在运动方向上的弹性可调，使得压环和晶圆可以接触完全，保证对晶圆的压紧固定作用。
6.根据本实用新型的晶圆压紧装置，所述晶圆承载在电极上，所述晶圆和所述电极均位于真空腔室内，所述晶圆压紧装置弹性可调地将所述晶圆压紧在所述电极上，所述晶圆压紧装置包括：压环，所述压环的内环边缘可压住所述晶圆的外边缘以将所述晶圆固定在所述电极上；多个压杆组件，多个所述压杆组件围绕所述压环的外周设置，每个压杆组件均连接在所述压环和驱动装置之间，每个所述压杆组件均包括：第一压杆，所述第一压杆的一端与所述压环的外周固定相连；第二压杆，所述第二压杆和所述第一压杆一一对应相连，且所述第二压杆连接在所述第一压杆的另一端和所述驱动装置之间；弹性件，所述弹性件连接在所述第一压杆和所述第二压杆之间。
7.根据本实用新型的晶圆压紧装置，可以实现压杆组件在运动方向上的弹性可调，使得压环和晶圆可以接触完全，保证对晶圆的压紧固定作用，同时可以使得晶圆的受力均匀，避免出现晶圆被压碎的风险。
8.根据本实用新型的一个实施例，所述第一压杆朝向所述第二压杆的一端设有机械腔体，所述机械腔体内限定有容纳腔室，所述弹性件连接在所述第二压杆朝向所述第一压杆的一端并套设在所述第二压杆上，所述第二压杆贯穿所述机械腔体的底部且所述弹性件位于所述容纳腔室内。
9.根据本实用新型的一个示例，所述弹性件的底部抵接在所述机械腔体的内底壁上。
10.根据本实用新型的另一个示例，所述弹性件和所述第二压杆朝向所述第一压杆的一端通过第一固定板相连。
11.根据本实用新型可选的实施例，所述晶圆压紧装置还包括：支撑环，所述支撑环连接在所述多个压杆组件之间，且所述支撑环与所述多个压杆组件的第二压杆固定相连。
12.进一步地，所述驱动装置与所述支撑环固定相连且所述驱动装置位于所述支撑环的下侧，所述驱动装置和所述支撑环均位于所述真空腔室的外侧，所述多个压杆组件的第二压杆分别贯穿所述真空腔室的底部并分别与所述支撑环螺接相连。
13.进一步地，所述驱动装置和所述支撑环之间设有水平调节件，用以调节所述支撑环保持水平位置。
14.根据本实用新型的又一个示例，所述第二压杆形成为波纹管。
15.根据本实用新型的另一个实施例，所述压环上设有多个延伸部，每个所述延伸部和对应的所述压杆组件固定相连。
16.根据本实用新型的又一个实施例，多个所述压杆组件包括两个，两个所述压杆组件围绕所述压环中心对称布置。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置与真空腔室的结构示意图；
20.图2是根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置的俯视图；
21.图3是图2中沿a-a线的剖视图；
22.图4是图3中b的局部放大图；
23.图5是根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置压紧晶圆的示意图。
24.附图标记：
25.压环101、延伸部1011、压杆组件102、第一压杆1021、第二压杆1022、弹性件1023、机械腔室1024、第一固定板1025、支撑环103、驱动装置104、第二固定板1041、水平调节件105、
26.真空腔室200、电极201、晶圆202、聚焦环203。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面参考图1-图5描述根据本实用新型第一方面实施例的晶圆压紧装置。
30.如图1所示，根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置，晶圆202承载在电极201上，晶圆202和电极201均位于真空腔室200内，晶圆压紧装置弹性可调地将晶圆202压紧在电极201上，以保证与晶圆202的压紧接触更加充分，对晶圆202的固定更加可靠、稳定。
31.具体地，晶圆压紧装置包括压环101和多个压杆组件102，压环101的内环边缘可压住晶圆202的外边缘以将晶圆202固定在电极201上，多个压杆组件102围绕压环101的外周设置，从多个方向上对晶圆202进行压紧固定，每个压杆组件102均连接在压环101和驱动装置104之间，驱动装置104可驱动压杆组件102沿运动方向(如图1所示的上下方向)运动。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.进一步地，每个压杆组件102均包括第一压杆1021、第二压杆1022和弹性件1023。第一压杆1021的一端(如图1所示第一压杆1021的上端)与压环101的外周固定相连，第二压杆1022和第一压杆1021一一对应相连，且第二压杆1022连接在第一压杆1021的另一端(如图1所示的第一压杆1021的下端)和驱动装置104之间，弹性件1023连接在第一压杆1021和第二压杆1022之间。
33.可以理解的是，与相关技术中的压环结构相比，本实用新型实施例中，通过在第一压杆1021和第二压杆1022之间设置弹性件1023，使得压杆组件102的运动位置弹性可调，进而使得压环101与晶圆202的边缘接触较为完全充分，晶圆202受到的压紧力均匀，防止出现晶圆202被压碎的风险。
34.根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置，可以实现压杆组件102在运动方向上的弹性可调，使得压环101和晶圆202可以接触完全，保证对晶圆202的压紧固定作用，同时可以使得晶圆202的受力均匀，避免出现晶圆202被压碎的风险。
35.这里需要说明的是，在工艺过程中需要控制晶圆202温度均匀性，故在电极201的上表面设计有气体凹槽，由于晶圆202的下表面通有气体，故需采用晶圆压紧装置来实现对晶圆202的固定。
36.另外，在电极201的周边还设计有聚焦环203(陶瓷)11来保护电极201，避免电极201被刻蚀到。
37.根据本实用新型的一个实施例，第一压杆1021的朝向第二压杆1022的一端(如图1所示的第一压杆1021的下端)设有机械腔体1024，机械腔体1024内限定有容纳腔室，弹性件1023连接在第二压杆1022的朝向第一压杆1021的一端(如图1所示第二压杆1022的上端)并套设在第二压杆1022上，第二压杆1022贯穿机械腔体1024的底部，并且弹性件1023位于容纳腔室内。
38.根据本实用新型的一个示例，弹性件1023的底部抵接在机械腔体1024的内底壁上。
39.如图4所示，需要说明的是，第二压杆1022的上端从机械腔体1024的底部穿入容纳腔室内，弹性件1023的上端与第二压杆1022的上端连接固定，并且弹性件1023套设在第二压杆1022上，弹性件1023的下端抵接在机械腔体1024的内底壁上，这样，当向下拉动第二压
杆1022时，弹性件1023在第二压杆1022的上端和机械腔体1024内底壁之间受到压缩，进而可以带动机械腔体1024以及第一压杆1021也向下运动，可以理解的是，由于弹性件1023的弹性作用，使得再带动机械腔体1024以及第一压杆1021向下运动时具有一定的缓冲作用，避免刚性冲击。
40.根据本实用新型的另一个示例，弹性件1023和第二压杆1022朝向第一压杆1021的一端(如图1所示的第二压杆1022的上端)通过第一固定板1025相连，使得弹性件1023和第二压杆1022之间的连接更加可靠。
41.根据本实用新型可选的实施例，晶圆压紧装置还包括：支撑环103，支撑环103连接在多个压杆组件102之间，且支撑环103与多个压杆组件102的第二压杆1022固定相连。这样，可以使得多个压杆组件102在围绕压环101的方向上连接更加稳固。
42.进一步地，驱动装置104与支撑环103固定相连，并且驱动装置104位于支撑环103的下侧，驱动装置104和支撑环103均位于真空腔室200的外侧，多个压杆组件102的第二压杆1022分别贯穿真空腔室200的底部并分别与支撑环103螺接相连。
43.进一步地，驱动装置104和支撑环103之间设有水平调节件105，用以调节支撑环103保持水平位置。可选地，水平调节件105为调节顶丝，可以理解的是，在调节时，需要先将驱动装置104(例如气缸)和支撑环103之间的连接件松开，再调节水平调节件105，调节到预定的高度，然后紧固连接件，即调节完成，可以补偿因装配及加工问题导致的压环101不水平问题。如图2所示，在支撑环103上设计有4个顶丝螺纹孔。支撑环103通过螺栓固定到气缸上，当压环101发生倾斜(不水平)时，可先将固定支撑环103上的螺栓拧松之后，在通过调整调节顶丝来调节支撑环103的水平，从而实现压环101的水平调节。
44.根据本实用新型的又一个示例，第二压杆1022形成为波纹管。如图1所示，第二压杆1022贯穿真空腔室200的底部，由于真空腔室200内为真空环境，通过第二压杆1022采用波纹管可以隔绝真空腔室200内的真空环境和真空腔室200外的大气环境，对真空腔室200具有很好的密封作用。
45.根据本实用新型的另一个实施例，压环101上设有多个延伸部1011，每个延伸部1011和对应的压杆组件102固定相连。如图2所示，压环101上设有两个延伸部1011，每个延伸部1011均和对应的压杆组件102相连，通过延伸部1011的设置，无需设置外径过大的压环101，而且在空间上避免对电极201造成干扰，使得压杆组件102和电极201之间保持合理的空间距离。
46.根据本实用新型的又一个实施例，多个压杆组件102包括两个，两个压杆组件102围绕压环101中心对称布置。
47.如图1所示，本实用新型实施例中的晶圆压紧装置，气缸通过螺栓固定到第二固定板1041上，第二固定板1041固定不动。在工作过程中，当晶圆202放置在电极201上需要压紧时，气缸被压缩，即气缸顶杆向下运动，支撑环103通过螺接的方式与气缸固定，从而带动支撑环103向下运动。
48.第二压杆1022的一端设有螺纹，并与与支撑环103相连接，向下运动的支撑环103进一步带动第二压杆1022向下运动，第二压杆1022与第一固定板1025相连接，当第二压杆1022向下运动时带动第一固定板1025向下运动，此时弹性件1023(例如弹簧)被压缩，弹性件1023的反作用力将带动机械腔体1024向下运动。
49.第一压杆1021与机械腔体1024相连接，第一压杆1021与压环101相连接，故当机械腔体1024向下运动时将带动第一压杆1021向下运动，进而第一压杆1021带动压环101也向下运动，从而实现弹性压紧晶圆202的目的。
50.由于压环101是通过两个及以上的第一压杆1021来进行固定的，每个第一压杆1021均对应一个机械腔体1024，故当压环101向下运动时，可通过每个机械腔体1024中弹性件1023不同的压缩量来补偿因压环101与晶圆202的水平偏差，避免出现压环101不能完全压住晶圆202的问题。
51.也就是说，在气缸下降过程中，如图5所示，如果压环101若发生水平倾斜，假设随着气缸向下运动，压环101的右侧先于晶圆202接触，此时气缸继续向下压缩，右侧的第一压杆1021及机械腔体1024将不在向下运动，但左右两侧的第一固定板1025将在第二压杆1022的带动下继续向下运动，且左侧弹簧的反作用力将带动左侧的第一压杆1021继续向下运动，直到压环101的左侧与晶圆202接触，此时气缸将不在向下运动，晶圆202被完全压紧，此时右侧弹簧的压缩量较左侧弹簧的压缩量更大，利用在不同机械腔体1024中弹簧的不同压缩量来实现对晶圆202的压紧，具体如图5所示。
52.可选地，可选取不同形式、不同弹性系数的弹簧来调节压环101的压紧力，从而实现对晶圆202所受压力的调节，避免因晶圆202受力过大而出现压碎的现象。
53.根据本实用新型实施例的晶圆压紧装置的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。