CN111446201B - 承载装置及半导体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种承载装置及半导体设备，其中，承载装置包括基座、托盘、卡环和绝缘连接部件，其中，托盘位于基座上；卡环环绕设置在托盘的周围，且卡环的内周壁与托盘的外周壁在水平方向上具有第一预设距离，第一预设距离满足能够使卡环与托盘在径向上相互绝缘；绝缘连接部件设置在托盘与卡环之间，用于使卡环与托盘相互绝缘。本发明提供的承载装置及半导体设备能够避免打火现象的发生，并且能够避免压环与待加工工件的工艺面接触，从而提高待加工工件的工艺结果。

Description

承载装置及半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种承载装置及半导体设备。
背景技术
目前，在半导体加工设备中，机械卡盘普遍用于对高度翘曲的基底、键合的基底以及绝缘基底进行承载，可以应用于半导体加工的常温溅射工艺中，对晶圆进行承载。
现有的半导体加工设备中，工艺腔室内通常设置有基座装配装置、压环和机械卡盘，其中，机械卡盘包括设置在基座装配装置上用于承载晶圆的托盘，和环绕设置在托盘周围的卡环。在进行溅射沉积工艺时，晶圆、卡环和压环的上表面均暴露在等离子体的环境中，均会受到带电粒子的轰击，其中，晶圆由于材质导电性差，其上表面会积累电荷，而卡环与压环通常采用金属材质，且通过托盘与基座装配装置相连，因此，卡环与压环的上表面的电荷能够自由迁移得到释放，由此便造成晶圆的上表面与卡环的上表面之间产生电位差，导致晶圆的边缘与卡环之间出现打火(尖端放电)现象，造成晶圆的损坏、颗粒超标以及工艺性能变差等一系列严重的后果。
为了避免上述打火现象的出现，在进行溅射沉积工艺时，将压环压住晶圆的上表面的边缘区域，以使晶圆上表面的电荷能够通过压环自由迁移得到释放，从而减小晶圆与卡环之间的电位差。
但是，由于晶圆的上表面的边缘区域被压环压住，这就使得该边缘区域在溅射沉积的过程中无法得到沉积，从而对后续工艺(如电镀)产生影响。并且，在连续工艺的过程中，压环上累积的热量会传递至晶圆上，导致晶圆边缘温度过高从而影响工艺性能。另外，在一些诸如物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)设备中，当给基座装配装置加载射频偏压时，大部分射频能量通过压环导入至晶圆的边缘部分，而仅有较少的射频能量通过托盘加载至晶圆的中间部分，这就使得加载到晶圆上的射频能量密度从晶圆边缘到中心逐渐减小，导致对薄膜沉积的均匀性造成较大影响。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种承载装置及半导体设备，其能够避免打火现象的发生，并且能够避免压环与待加工工件的工艺面接触，从而提高待加工工件的工艺结果。
为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括：
基座；
托盘，所述托盘位于所述基座上；
卡环，所述卡环环绕设置在所述托盘的周围，且所述卡环的内周壁与所述托盘的外周壁在水平方向上具有第一预设距离，所述第一预设距离满足能够使所述卡环与所述托盘在径向上相互绝缘；
绝缘连接部件，所述绝缘连接部件设置在所述托盘与所述卡环之间，用于使所述卡环与所述托盘相互绝缘。
优选的，所述托盘的外周壁上设置有环形凸台；
所述绝缘连接部件设置在所述环形凸台与所述卡环之间，且所述卡环的下表面与所述环形凸台的上表面在竖直方向上具有第二预设距离，所述第二预设距离满足能够使所述卡环与所述环形凸台在轴向上相互绝缘。
优选的，所述绝缘连接部件包括至少两个绝缘销，至少两个所述绝缘销沿所述环形凸台的周向间隔分布，且各所述绝缘销的两端分别与所述环形凸台和所述卡环连接。
优选的，各所述绝缘销包括第一销部和第二销部，其中，所述第一销部呈锥状，且在所述卡环的下表面上设置有与所述第一销部相配合的第一销槽；所述第二销部与所述环形凸台固定连接。
优选的，所述绝缘连接部件包括绝缘垫片，所述绝缘垫片的厚度等于所述第二预设距离；
优选的，所述承载装置还包括绝缘固定件，所述绝缘固定件用于实现所述卡环、所述绝缘垫片以及所述环形凸台三者的固定。
优选的，所述绝缘连接部件包括第一绝缘环和第二绝缘环，其中：
所述第一绝缘环位于所述环形凸台的上表面上，并环绕设置在所述托盘的周围，且所述第一绝缘环的径向尺寸等于所述第一预设距离；
所述第二绝缘环位于所述环形凸台的上表面上，并环绕设置在所述第一绝缘环的外周壁上，所述卡环设置在所述第二绝缘环上，并环绕设置在所述第一绝缘环的周围，且第二绝缘环的厚度等于所述第二预设距离。
优选的，所述第一预设距离大于或等于1mm。
优选的，所述第二预设距离大于或等于1mm。
本发明还提供一种半导体设备，所述半导体设备包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载装置，其中，所述承载装置采用如本发明提供的所述承载装置，所述承载装置用于承载待加工工件。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，借助设置在托盘与卡环之间的绝缘连接部件，使卡环与托盘相互绝缘的连接，并通过将卡环环绕设置在托盘的周围，且使卡环的内周壁与托盘的外周壁在水平方向上具有能够使卡环与托盘在径向上相互绝缘的第一预设距离，以使卡环与托盘在径向上相互绝缘，这就使得在半导体加工工艺过程中，轰击到卡环上的带电粒子无法迁移到托盘上，从而使带电粒子能够在卡环上积累，这样就可以使卡环与待加工工件在加工工艺过程中同时积累电荷，以使待加工工件与卡环之间电位差相近甚至相同，从而能够避免打火现象的发生。并且，由于待加工工件上的电荷无需得到迁移，也就使得压环无需与待加工工件的工艺面接触，使得待加工工件的工艺面在沉积工艺中能够得到全面的沉积，以避免对待加工工件的后续工艺产生影响，并且还可以避免因压环上累积的热量传递至待加工工件上，导致待加工工件由于温度过高而影响工艺性能，而且还可以避免压环将大量射频能量导入至待加工工件上，从而提高待加工工件上射频能量的均匀性，以提高薄膜沉积的均匀性，以上都能够使待加工工件的工艺结果得到提高。
本发明提供的半导体设备，借助本发明提供的承载装置承载待加工工件，能够避免打火现象的发生，并且能够避免压环与待加工工件的工艺面接触，从而提高待加工工件的工艺结果。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的承载装置设置在基座上时的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的承载装置的局部放大结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的承载装置的结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的承载装置的局部放大结构示意图；
图5为本发明第三实施例提供的承载装置的局部放大结构示意图；
附图标记说明：
11-托盘；12-卡环；13-环形凸台；14-绝缘销；141-第一销部；142-第二销部；151-绝缘钉；152-绝缘垫片；161-第一绝缘环；162-第二绝缘环；2-待加工工件；3-压环；4-基座。
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承载装置及半导体工艺腔室进行详细描述。
如图1-图3所示，本发明第一实施例提供一种承载装置，包括基座4、托盘11、卡环12和绝缘连接部件，其中，托盘11位于基座4上；卡环12环绕设置在托盘11的周围，且卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上具有第一预设距离(如图1中距离A所示)，第一预设距离满足能够使卡环12与托盘11在径向上相互绝缘；绝缘连接部件设置在托11盘与卡环12之间，用于使卡环12与托盘11相互绝缘。
本实施例提供的承载装置，借助设置在托盘11与卡环12之间的绝缘连接部件，使卡环12与托盘11相互绝缘的连接，并通过将卡环12环绕设置在托盘11的周围，且使卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上具有能够使卡环12与托盘11在径向上相互绝缘的第一预设距离，以使卡环12与托盘11在径向上相互绝缘，这就使得在半导体加工工艺过程中，轰击到卡环12上的带电粒子无法迁移到托盘11上，从而使带电粒子能够在得卡环12上积累，这样就可以使卡环12与待加工工件2在加工工艺过程中同时积累电荷，进而使待加工工件2与卡环12之间电位差相近甚至相同，从而能够避免打火现象的发生。并且，由于待加工工件2上的电荷无需得到迁移，也就使得压环3无需与待加工工件2的工艺面接触，待加工工件2的工艺面在沉积工艺中能够得到全面的沉积，从而避免对待加工工件2的后续工艺产生影响，并且还可以避免因压环3上累积的热量传递至待加工工件2上，导致待加工工件2由于温度过高而影响工艺性能，而且还可以避免压环3将大量射频能量导入至待加工工件2上，从而提高待加工工件2上射频能量的均匀性，以提高薄膜沉积的均匀性，以上都能够使待加工工件2的工艺结果得到提高。
在本实施例中，待加工工件2可以是晶片。
在本实施例中，托盘11的外周壁上设置有环形凸台13；绝缘连接部件设置在环形凸台13与卡环12之间，且卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离(如图2中距离B所示)，第二预设距离满足能够使卡环12与环形凸台13在轴向上相互绝缘。
具体的，环形凸台13环绕在托盘11的周围，并与托盘11的外周壁连接，以能够对设置在其上的绝缘连接部件进行支撑，从而通过绝缘连接部件对与绝缘连接部件连接的卡环12进行支撑。由于环形凸台13与托盘11的外周壁连接，因此，通过使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有能够使卡环12与环形凸台13在轴向上相互绝缘的第二预设距离，以使卡环12与环形凸台13在轴向上相互绝缘，从而使得卡环12与托盘11之间相互绝缘。
在本实施例中，绝缘连接部件包括至少两个绝缘销14，至少两个绝缘销14沿环形凸台13的周向间隔分布，且各绝缘销14的两端分别与环形凸台13和卡环12连接。
具体的，绝缘销14可以为两个，也可以为三个或更多个，每个绝缘销14的一端均与环形凸台13连接，另一端均与卡环12连接，将多个绝缘销14沿环形凸台13的周向间隔分布，可以提高绝缘销14对卡环12支撑的均匀性，以提高卡环12的稳定性。
优选的，各绝缘销14包括第一销部141和第二销部142，其中，第一销部141呈锥状，且在卡环12的下表面上设置有与第一销部141相配合的第一销槽；第二销部142与环形凸台13固定连接。
在对卡环12与环形凸台13进行连接时，仅需将卡环12下表面的第一销槽对准绝缘销14的第一销部141，并使第一销部141***至第一销槽中即可，此时，第二销部142位于第一销槽之外，以通过第二销部142使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离。即，绝缘销14包括第一销部141和第二销部142，其中第一销部141在卡环12与环形凸台13连接时，能够***至第一销槽，第二销部142露于第一销槽之外，且位于卡环12的下表面与环形凸台13的上表面之间，且第二销部142的高度就等于第二预设距离(即，二者的数值相等)。在对卡环12与环形凸台13进行拆卸时，仅需将卡环12抬起即可，环形凸台13与卡环12的这种可拆卸的连接方式，可以便于环形凸台13与卡环12的拆装，从而便于对环形凸台13与卡环12的维护或者更换。
如图4所示，本发明第二实施例提供的承载装置，其与第一实施例相比，区别在于绝缘连接部件的具体形式不同。本实施例主要对绝缘连接部件进行详细描述，具体的，在第二实施例中，绝缘连接部件包括绝缘垫片152，绝缘垫片152的厚度等于第二预设距离(如图4中距离B所示)。绝缘垫片152放置在环形凸台13的上表面上，绝缘垫片152的下表面与环形凸台13的上表面接触，卡环12放置在绝缘垫片152的上表面上，绝缘垫片152的上表面与卡环12的下表面接触，从而通过绝缘垫片152使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离。
在本实施例中，卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上也具有第一预设距离(如图4中距离A所示)。
在本实施例中，承载装置还包括绝缘固定件151，绝缘固定件151用于实现卡环12、绝缘垫片152以及环形凸台13三者的固定。
可选的，绝缘固定件151可以采用绝缘钉，并在环形凸台13上设置供绝缘钉穿过的通孔，卡环12的下表面设置有供绝缘钉***的插接槽，且绝缘钉能够贯穿绝缘垫片152的厚度。在对卡环12与环形凸台13进行连接时，将绝缘钉穿过设置在环形凸台13上的通孔，并将绝缘钉贯穿绝缘垫片152的厚度，再将绝缘钉151***插接槽中，以使卡环12、绝缘垫片152以及环形凸台13三者固定。此时，绝缘垫片152位于卡环12的下表面与环形凸台13的上表面之间，以通过绝缘垫片152使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离。
可选的，绝缘钉可以采用带有外螺纹的螺钉，并在插接槽中设置能够与外螺纹螺纹配合的内螺纹，通过将绝缘钉旋入插接槽中，以通过内螺纹与外螺纹螺纹配合，使绝缘钉与插接槽连接。
如图5所示，本发明第三实施例提供的承载装置，其与第一实施例和第二实施例相比，区别在于绝缘连接部件的具体形式不同。具体的，在第三实施例中，绝缘连接部件包括第一绝缘环161和第二绝缘环162，其中，第一绝缘环161位于环形凸台13的上表面上，并环绕设置在托盘11的周围，且第一绝缘环161的径向尺寸等于所述第一预设距离(如图5中距离A所示)；第二绝缘环162位于环形凸台13的上表面上，并环绕设置在第一绝缘环161的外周壁上，卡环12设置在第二绝缘环162上，并环绕设置在第一绝缘环161的周围，且第二绝缘环162的厚度等于第二预设距离(如图5中距离B所示)。
在第三实施例中，在对卡环12与环形凸台13进行连接时，仅需将卡环12放在第二绝缘环162的上表面上，并环绕在第一绝缘环161的周围即可，以通过第二绝缘环162使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离，并通过第一绝缘环161使卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上具有第一预设距离。这与第一实施例相比，能够进一步便于环形凸台13与卡环12的拆装，从而进一步便于对环形凸台13与卡环12的维护或者更换。
在以上各实施例中，卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上具有第一预设距离，第一预设距离满足能够使卡环12与托盘11在径向上相互绝缘，卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上具有第二预设距离，第二预设距离满足能够使卡环12与环形凸台13在轴向上相互绝缘。
优选的，第一预设距离可以是大于或等于1mm。
优选的，第二预设距离可以是大于或等于1mm。
具体的，在第二实施例中，可以将绝缘垫片152的厚度设置为大于或等于1mm，以使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上的第二预设距离满足大于或等于1mm。在第三实施例中，可以将第一绝缘环161的径向尺寸设置为大于或等于1mm，以使卡环12的内周壁与托盘11的外周壁在水平方向上的第一预设距离满足大于或等于1mm，以及将第二绝缘环162的厚度设置为大于或等于1mm，以使卡环12的下表面与环形凸台13的上表面在竖直方向上的第二预设距离满足大于或等于1mm。
在以上各实施例中，绝缘连接部件可以采用陶瓷、石英或者耐高温橡胶等绝缘材料制作。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体设备，该半导体设备包括工艺腔室和设置在工艺腔室中的承载装置，其中，承载装置采用如以上任意实施例所提供的承载装置，承载装置用于承载待加工工件2。
本实施例提供的半导体设备，借助本发明提供的承载装置承载待加工工件2，能够避免打火现象的发生，并且能够避免压环3与待加工工件2的工艺面接触，从而提高待加工工件2的工艺结果。
综上所述，本发明实施例提供的承载装置及半导体工艺腔室能够避免打火现象的发生，并且能够避免压环3与待加工工件2的工艺面接触，从而提高待加工工件2的工艺结果。
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。

Claims (9)

1.一种承载装置，包括：
基座；
托盘，所述托盘位于所述基座上；
卡环，所述卡环环绕设置在所述托盘的周围，且所述卡环的内周壁与所述托盘的外周壁在水平方向上具有第一预设距离，所述第一预设距离满足能够使所述卡环与所述托盘在径向上相互绝缘；以及
绝缘连接部件，所述绝缘连接部件设置在所述托盘与所述卡环之间，用于使所述卡环与所述托盘相互绝缘，
其特征在于，所述托盘的外周壁上设置有环形凸台；
所述绝缘连接部件设置在所述环形凸台与所述卡环之间，且所述卡环的下表面与所述环形凸台的上表面在竖直方向上具有第二预设距离，所述第二预设距离满足能够使所述卡环与所述环形凸台在轴向上相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘连接部件包括至少两个绝缘销，至少两个所述绝缘销沿所述环形凸台的周向间隔分布，且各所述绝缘销的两端分别与所述环形凸台和所述卡环连接。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，各所述绝缘销包括第一销部和第二销部，其中，所述第一销部呈锥状，且在所述卡环的下表面上设置有与所述第一销部相配合的第一销槽；所述第二销部与所述环形凸台固定连接。
4.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘连接部件包括绝缘垫片，所述绝缘垫片的厚度等于所述第二预设距离。
5.根据权利要求4所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括绝缘固定件，所述绝缘固定件用于实现所述卡环、所述绝缘垫片以及所述环形凸台三者的固定。
6.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘连接部件包括第一绝缘环和第二绝缘环，其中：
所述第一绝缘环位于所述环形凸台的上表面上，并环绕设置在所述托盘的周围，且所述第一绝缘环的径向尺寸等于所述第一预设距离；
所述第二绝缘环位于所述环形凸台的上表面上，并环绕设置在所述第一绝缘环的外周壁上，所述卡环设置在所述第二绝缘环上，并环绕设置在所述第一绝缘环的周围，且第二绝缘环的厚度等于所述第二预设距离。
7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述第一预设距离大于或等于1mm。
8.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述第二预设距离大于或等于1mm。
9.一种半导体设备，其特征在于，所述半导体设备包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载装置，其中，所述承载装置采用如权利要求1-8任意一项所述的承载装置，所述承载装置用于承载待加工工件。
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