CN102403255B - 机械卡盘及刻蚀机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械卡盘和使用该机械卡盘的刻蚀机,其中,所述机械卡盘包括托盘和卡盘,该托盘和卡盘之间设置有流体腔,且该机械卡盘还包括用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构;所述控流结构环绕所述托盘和所述卡盘的圆周而设置,并分别与所述托盘和所述卡盘连接。本实施例中,通过在机械卡盘中所设置的用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构,使得调温流体能与放置于托盘上的晶片背面充分接触,以提高热交换的效率和速度,而且减少了氦气从流体腔中流进工艺腔室的流出量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室的纯净度。

Description

机械卡盘及刻蚀机
技术领域
本发明涉及半导体制造技术,特别涉及一种机械卡盘及刻蚀机。 
背景技术
在集成电路制造、LED制造等半导体工艺制程中,如刻蚀、溅射和化学气相沉积等工艺,都依靠机械卡盘来固定和支撑晶片。机械卡盘除了固定支撑晶片,防止其在工艺过程中发生移位及振动之外,对晶片的温度控制也是机械卡盘的一个重要功能。机械卡盘安装在工艺腔室中,以确保晶片的表面不受污染。 
图1为现有的机械卡盘的结构示意图。如图1所示,现有机械卡盘包括托盘101、卡盘102和压环108,其中,托盘101和卡盘102之间设置有流体腔109,压环108位于托盘101的上部并沿其圆周设置,托盘101可通过设置于其圆周的垫片106承托晶片107以使托盘101和晶片107之间形成微小空隙111,且晶片107可由压环108稳固在托盘101,卡盘102上设置有至少一个与微小空隙111相连通的传导孔112;且卡盘102上设置有与流体腔109相连通的通孔103,调温流体(如氦气)可通过该通孔103通入流体腔109内,并由传导孔112进入微小空隙111。 
在使用现有的机械卡盘时,调温流体从卡盘102上设置的103进入托盘101和卡盘102之间的流体腔109,调温流体经过托盘101上的传导孔112到达晶片107的下表面以与晶片107进行热交换;但是由于压差作用,大部分调温流体通过平行于托盘101下表面和卡盘102上表面的径直路径流出流体腔109,使得相当大部分氦气并没有参与热交换就离开流体腔109进入工艺腔室,导致机械卡盘对晶片107的温度控制效果差;进一步地,虽然通入过量调温流体能够增加参与热交换的调温流体量,改善对晶片107的调温效果,但这种处理方式将导致更多的调温流体进入工艺腔室,不仅造成了调温流体的严重浪费,还污染了晶片107的表面、损害了晶片107的制程质量。 
发明内容
本实施例的目的是提供一种机械卡盘和刻蚀机,用于解决现有技术中机械卡盘对晶片的温度控制的效果差、且氦气浪费严重的技术问题。 
为解决上述问题,本实施例提供了一种机械卡盘,包括托盘、卡盘和压环,该托盘和卡盘之间设置有流体腔,所述压环位于所述托盘的上部并沿所述托盘圆周设置,还包括用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构; 
所述控流结构环绕所述托盘和所述卡盘的圆周而设置,并分别与所述托盘和所述卡盘连接。 
其中,所述控流结构包括分别交错设置在所述托盘和卡盘上的两个凸件,所述两个凸件的高度之和大于所述托盘和卡盘之间的距离,且所述两个凸件所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的凸件和凹槽,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凸件设置在所述托盘上,所述凹槽设置在所述卡盘上,且所述凸件和凹槽所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的凸件和凹槽,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凹槽设置在所述托盘上,所述凸件设置在所述卡盘上,且所述凸件和凹槽所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的凸件和直角缺口,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凸件设置在所述托盘上,所述直角缺口设置在所述卡盘上,且所述凸件和直角缺口所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的凸件和直角缺口,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述直角缺口设置在所述托盘上,所述凸件设置在所述卡盘上,且所述凸件和直角缺口所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的弧形凸件和弧形缺口,所述弧形凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述弧形凸件设置在所述托盘上,所述弧形缺口设置在所述卡盘上,所述弧形凸件和弧形缺口之间的控流道阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括相适配的弧形凸件和弧形缺口,所述弧形凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述弧形缺口设置在所述托盘上,所述弧形凸件设置在所述卡盘上,所述弧形凸件和弧形缺口之间的控流道阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述控流结构包括两相互嵌套的弧形结构,且两所述弧形结构所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。 
其中,所述弧形结构为C形。 
其中,所述凸件和凹槽分别为相适配的弧形凸件和弧形凹槽。 
其中,所述弧形凸件和弧形凹槽分别为C形的弧形凸件和C形的弧形凹槽。 
本实施例还提供了一种刻蚀机,其中,包括工艺腔室、真空泵、上电极、下电极和上述任意一项所述的机械卡盘,所述机械卡盘设置于所述工艺腔室内以用于承载待加工晶片。 
本发明所提供的机械卡盘及刻蚀机,通过在机械卡盘中所设置的用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构,使得调温流体能与放置于托盘上的晶片背面充分接触,以提高热交换的效率和速度,而且减少了氦气从流体腔中流进工艺腔室的流出量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室的纯净度。 
附图说明
图1为现有的机械卡盘的结构示意图; 
图2为本发明提供的机械卡盘第一具体实施例的结构示意图; 
图3为本发明提供的机械卡盘第二具体实施例的结构示意图; 
图4为本发明提供的机械卡盘第三具体实施例的结构示意图; 
图5为本发明提供的机械卡盘第四具体实施例的结构示意图; 
图6为本发明提供的机械卡盘第五具体实施例的结构示意图; 
图7为本发明提供的机械卡盘第六具体实施例的结构示意图; 
图8为本发明提供的机械卡盘第七具体实施例的结构示意图; 
图9为本发明提供的机械卡盘第八具体实施例的结构示意图; 
图10为本发明提供的机械卡盘第九具体实施例的结构示意图; 
图11为本发明提供的刻蚀机具体实施例的结构示意图。 
具体实施方式
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步地详细描述。 
图2为本发明提供的机械卡盘第一具体实施例的结构示意图。如图2所示,本实施例机械卡盘包括托盘101、卡盘102和控流结构,在实际应用中,托盘101和卡盘102通常为圆形,通过卡盘102上的通孔103将调温的氦气传送到托盘101和卡盘102之间的流体腔109,控流结构的组件分别设置在固定托盘101和卡盘102上,并环绕托盘101和卡盘102的圆周,用于改变氦气流出流体腔109时的方向,从而阻止氦气径直流出流体腔109;在本实施例中,控流结构包括两个凸件104,凸件104分别固定在托盘101和卡盘102上,并环绕托盘101和卡盘102圆周,两个凸件104之间的位置交错设置,托盘101上凸件104设置在卡盘102上的凸件104的外侧,其中,托盘101上的凸件104的高度为H,102上的凸件104高度为H,两个凸件104的高度之和大于托盘101或卡盘102之间的流体腔109的高度,两个凸件104之间的空隙为控流道105,控流道105改变了氦气从流体腔109中的流出方向,阻止氦气在平行于托盘101或卡盘102的表面的径直路径上径直流出流体腔109,使氦气能与放置在托盘101上的晶片107背面充分接触,避免氦气从流体腔109中快速流出,以提高热交换的效率,实现其对晶片107有效控温的目的,而且减少了氦气从流体腔109进入工艺腔室的流量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室的纯净度。 
图3为本发明提供的机械卡盘第二具体实施例的结构示意图。如 图3所示,与图2所示的机械卡盘的结构不同的是,在本实施例中,将托盘101上的凸件104设置在卡盘102上的凸件104的内侧,两个凸件104的高度之和大于流体腔109的高度。 
图4为本发明提供的机械卡盘第三具体实施例的结构示意图。与图2或图3不同的是,本实施例中的控流结构包括两相互嵌套的弧形结构110,两个弧形结构110所构成的控流道105阻止调温流体氦气径直流出流体腔109,弧形结构110可以为C形,也可以为其它曲线形,如波浪形或者较复杂的回环曲线等。 
图5为本发明提供的机械卡盘第四具体实施例的结构示意图。如图5所示,凸件104固定在托盘101上,凸件104的高度H大于流体腔109的高度,在卡盘102圆周上设置有与凸件104相适配的直角缺口,凸件104和直角缺口组成控流结构,直角形凹入和凸件104之间的空隙为控流道105,在实际应用中,也可在凸件104上固定卡盘102,在托盘101圆周上设置有与凸件104相适配的直角缺口,通常将控流道105的宽度L设置在0.1mm量级。控流道105可阻止氦气在平行于托盘101或卡盘102的表面的径直路径上径直流出流体腔109,以避免氦气沿流体腔109中快速流出,进而可使得氦气能够与晶片107背面充分接触,实现其对晶片107有效控温的目的,而且减少了氦气从流体腔109中流进工艺腔室的流出量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室的纯净度。 
图6为本发明提供的机械卡盘第五具体实施例的结构示意图。如图6所示,与图5不同的是,本实施例中的控流结构由弧形凸件104和弧形缺口组成,例如可以是由C形凸件104和C形缺口组成,C形凸件104设置在托盘101的圆周上,C形缺口设置在卡盘102的圆周上,以延长形凸件104和C形缺口构成的控流道105的长度,进一步阻止氦气在平行于托盘101或卡盘102的表面的径直路径上径直流出流体腔109,在实际应用中,也可以将C形凸件104设置在卡盘102的圆周上,C形缺口设置在托盘101的圆周上。 
图7为本发明提供的机械卡盘第六具体实施例的结构示意图。如图7所示,在本实施例机械卡盘中,凸件104固定在托盘101上,在卡盘102上设置有与凸件104相适配的凹槽,该凹槽是由固定在卡盘102 表面上的两个凸件104组成,托盘101上的凸件104与卡盘102上的凸件104的高度之和小于流体腔109的高度,使凸件104嵌套在凹槽中,凸件104和凹槽组成控流结构,凹槽和凸件104之间的空隙为控流道105;在实际应用中,也可以将凹槽设置在托盘101上,将与之相适配的凸件104设置在卡盘102上。 
图8为本发明提供的机械卡盘第七具体实施例的结构示意图。如图8所示,与图7不同的是,在本实施例机械卡盘的控流结构的凹槽凹入卡盘102的表面,凸件104和凹槽组成控流结构,凸件104的高度大于流体腔109的高度,凹槽和凸件104之间的空隙为控流道105。 
图9为本发明提供的机械卡盘第八具体实施例的结构示意图。如图9所示,在本实施例中的机械卡盘,与图8不同的是,凸件104设置在卡盘102上,凹槽凹入托盘101的表面,凹槽和凸件104组成控流结构,凸件104的高度大于流体腔109的高度,使凸件104嵌套在凹槽中,凹槽和凸件104之间的空隙为控流道105。 
图10为本发明提供的机械卡盘第九具体实施例的结构示意图。在实际应用中,如图10所示,在本实施例中的机械卡盘,与图7、图8或图9不同的是,本实施例中的凸件104为弧形凸件,凹槽为相应的弧形凹槽,凸件104嵌套在凹槽中,例如可以是由C形凸件104和C形凹槽组成,C形凸件104设置在托盘101上,C形凹槽设置在卡盘102的圆周上,以延长C形凸件104和C形凹槽组成的控流道105的长度,可进一步阻止氦气在平行于托盘101或卡盘102的表面的径直路径上径直流出流体腔109;在实际应用中,也可以将C形凸件104设置在卡盘102上,将C形凹槽设置在托盘101的圆周上。 
在实际应用中,还可以在流体腔内设置温度计、气压计和流量计,实时获得氦气的温度、压强和流量,有利于根据氦气的温度、压强和流量等参数来调整其流量等,以更精确地调整和控制晶片的温度。 
上述各实施例所提供的机械卡盘,通过其所设置的用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构,使得调温流体能与放置于托盘上的晶片背面充分接触,以提高热交换的效率和速度,而且减少了氦气从流体腔中流进工艺腔室的流出量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室 的纯净度。 
图11为本发明提供的刻蚀机具体实施例的结构示意图。如图11所示,本实施例刻蚀机包括工艺腔室50、真空泵60、上电极和机械卡盘,所述机械卡盘可以采用上述机械卡盘实施例的任意一种结构,机械卡盘设置于工艺腔室50内以用于承载待加工晶片,并对待加工晶片进行控温,在本实施例中,机械卡盘采用图3所示的结构,在刻蚀晶片107的过程中,真空泵60抽取工艺腔室50中的气体,以保持工艺腔室50的真空度,避免晶片107等被杂质气体污染。 
本实施例中,通过机械卡盘的控流结构中的控流道阻止氦气径直流出流体腔,使氦气能与放置在托盘上的晶片充分接触,以提高热交换的效率和速度,实现对晶片控温的目的,而且减少了氦气从流体腔进入工艺腔室的流量,有利于提高机械卡盘所在的工艺腔室的纯净度,避免晶片表面被污染。 
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原来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。 

Claims (13)

1.一种机械卡盘,包括托盘、卡盘、压环和用于承托待加工晶片的垫片,该托盘和卡盘之间设置有流体腔,所述压环位于所述托盘的上部并沿所述托盘圆周设置,所述垫片置于所述托盘的上部并位于所述压环的内侧,以便在承托待加工晶片时,在所述托盘和待加工晶片之间形成微小空隙,并且在所述托盘中设置有连通所述微小空隙和流体腔的传导孔,其特征在于,还包括用于阻止调温流体径直流出所述流体腔的控流结构;
所述控流结构环绕所述托盘和所述卡盘的圆周而设置,并分别与所述托盘和所述卡盘连接。
2.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括分别交错设置在所述托盘和卡盘上的两个凸件,所述两个凸件的高度之和大于所述托盘和卡盘之间的距离,且所述两个凸件所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
3.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的凸件和凹槽,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凸件设置在所述托盘上,所述凹槽设置在所述卡盘上,且所述凸件和凹槽所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
4.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的凸件和凹槽,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凹槽设置在所述托盘上,所述凸件设置在所述卡盘上,且所述凸件和凹槽所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
5.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的凸件和直角缺口,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述凸件设置在所述托盘上,所述直角缺口设置在所述卡盘上,且所述凸件和直角缺口所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
6.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的凸件和直角缺口,所述凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述直角缺口设置在所述托盘上,所述凸件设置在所述卡盘上,且所述凸件和直角缺口所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
7.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的弧形凸件和弧形缺口,所述弧形凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述弧形凸件设置在所述托盘上,所述弧形缺口设置在所述卡盘上,所述弧形凸件和弧形缺口之间的控流道阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
8.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括相适配的弧形凸件和弧形缺口,所述弧形凸件的高度大于所述托盘和卡盘之间的距离;所述弧形缺口设置在所述托盘上,所述弧形凸件设置在所述卡盘上,所述弧形凸件和弧形缺口之间的控流道阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
9.根据权利要求1所述的机械卡盘,其特征在于,所述控流结构包括两相互嵌套的弧形结构,且两所述弧形结构所构成的控流道用于阻止所述调温流体径直流出所述流体腔。
10.根据权利要求9所述的机械卡盘,其特征在于,所述弧形结构为C形。
11.根据权利要求3或4所述的机械卡盘,其特征在于,所述凸件和凹槽分别为相适配的弧形凸件和弧形凹槽。
12.根据权利要求11所述的机械卡盘,其特征在于,所述弧形凸件和弧形凹槽分别为C形的弧形凸件和C形的弧形凹槽。
13.一种刻蚀机,其特征在于包括工艺腔室、真空泵、上电极和权利要求1-12任意一项所述的机械卡盘,所述机械卡盘设置于所述工艺腔室内以用于承载待加工晶片。
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