CN116288193A - 一种带背面气体冷却的偏压载片装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种带背面气体冷却的偏压载片装置，包括基座和设置在基座上的载片台；载片台上设置有压环，压环将衬底片固定在载片台上，衬底片与载片台之间具有预设距离以在衬底片与载片台之间形成预设空间；载片台远离所述衬底片的一面设置有气体管路，用于通入惰性气体以对所述衬底片进行冷却；所述载片台上设置有偏压加载单元，通过所述偏压加载单元在所述载片台上形成偏置电压。本申请提供了一种带背面气体冷却的偏压载片装置，其可以应用到比如硅基衬底片、化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片上，并且还具有良好的热传递效果以及较高的孔底部薄膜覆盖率。
Description
技术领域
本申请涉及物理气相沉积领域，具体涉及一种带背面气体冷却的偏压载片装置。
背景技术
基于物理气相沉积技术的磁控溅射设备中，载片台用于放置衬底片。现有技术中，主要通过静电吸附的方式将衬底片固定在载片台上，而这种固定方式只适合于硅基衬底片，而不适合于化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片。并且，采用静电吸附的方式还存在静电释放的问题。
另外，在磁控溅射过程中，衬底片暴露在等离子中，在电场和等离子体介质的作用下，能量被传递到衬底片上，衬底片的温度会逐渐升高，衬底片温度会影响沉积速度和方块电阻的均匀性。并且，金属原子和离子以一定的角度溅射到衬底片，但对于高深宽比的孔，溅射的金属无法有效进入孔内部，导致孔底部的薄膜覆盖率很低，从而也导致了产品良品率的降低。
因此，开发一种能应用到更多种类衬底片、具有良好热传递效果以及提高衬底片的孔底部薄膜覆盖率的载片装置成为需要本领域技术人员解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种带背面气体冷却的偏压载片装置，其可以应用到比如硅基衬底片、化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片上，并且还具有良好的热传递效果以及较高的孔底部薄膜覆盖率。
为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：
一种带背面气体冷却的偏压载片装置，包括基座和设置在所述基座上的载片台；
所述载片台上设置有压环，所述压环将衬底片固定在所述载片台上，所述衬底片与所述载片台之间具有预设距离以在所述衬底片与所述载片台之间形成预设空间；
所述载片台远离所述衬底片的一面设置有气体管路，用于通入惰性气体以对所述衬底片进行冷却；
所述载片台上设置有偏压加载单元，通过所述偏压加载单元在所述载片台上形成偏置电压。
进一步的，所述基座和所述载片台之间设置有绝缘座，所述绝缘座用于将所述基座与所述载片台绝缘隔离开。具体地，所述绝缘座的材料为陶瓷材料。
进一步的，所述预设距离为0.3-1.2mm。优选地，所述预设距离为0.5mm。
进一步的，所述惰性气体包括氩气、氮气或氦气中的至少一种。
进一步的，所述载片台设置有冷却装置和加热装置，所述冷却装置和所述加热装置分别用于对所述载片台进行冷却和加热。
进一步的，所述冷却装置和所述加热装置对所述载片台进行冷却和加热以使所述载片台到达预设温度。具体地，所述预设温度为-45℃-300℃。
进一步的，所述冷却装置包括冷却管路，冷却管路内填充冷却液。具体地，所述冷却液包括水、乙二醇等。
进一步的，所述偏置电压的频率为400KHz～60MHz，所述偏置电压的功率为15～500W。
进一步的，所述基座上设置有升降装置，所述载片台在所述升降装置的带动下上下往复移动。
进一步的，所述升降装置包括波纹管。
进一步的，所述基座内部设置有温度采集器，所述温度采集器用于采集所述载片台的实时温度。
进一步的，所述基座包括基座本体以及基座通道；
所述载片台设置在所述基座本体上，所述基座本体上设置有气体通孔，所述气体通孔一端与所述预设空间连通，所述气体通孔另一端与所述气体管路连通；
所述基座通道形成在所述基座中以将所述惰性气体通过所述气体通孔供应到所述载片台上。
根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：
本申请实施例通过机械的压环方式固定衬底片，这种固定方式可以应用到更多种类的衬底片上，比如：常规的硅基衬底以及一些不能采用静电吸盘方式固定的化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片。另外，载片台具有背面惰性气体，在物理气相沉积过程中，衬底片和载台片之间充入惰性气体并维持一定的压力，可以使衬底片与载台片的热传递维持一定的温度，达到非常好的成膜质量。进一步的，通过偏压加载单元向载片台加载偏置电压，等离子体在偏置电压的牵引下被吸附到高深宽比孔的孔底，从而提高衬底片的孔底部薄膜覆盖率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的带背面气体冷却的偏压载片装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如背景技术所述，衬底片主要以静电吸附的方式固定在载片台上，而这种固定方式只适合于硅基衬底片，而不适合于化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片。另外，在磁控溅射过程中，衬底片的温度会逐渐升高，衬底片温度会影响沉积速度和方块电阻的均匀性。并且，金属原子和离子以一定的角度溅射到衬底片，但对于高深宽比的孔，溅射的金属无法有效进入孔内部，导致孔底部的薄膜覆盖率很低，从而也导致了产品良品率的降低。
为此，本申请提供了一种带背面气体冷却的偏压载片装置，其可以应用到比如硅基衬底片、化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片上，并且还具有良好的热传递效果以及较高的孔底部薄膜覆盖率。
图1为本申请实施例提供的带背面气体冷却的偏压载片装置的结构示意图。如图1所示，带背面气体冷却的偏压载片装置一般性地包括：基座100、基座本体110、基座通道120、载片台200、压环300、绝缘座400、气体管路500、气体通孔600、偏压加载单元(图未示)、冷却装置700、加热装置(图未示)、升降装置800、温度采集器(图未示)。
基座100包括基座本体110以及基座通道120，载片台200设置在基座110本体上，所述基座本体110上设置有气体通孔600，所述气体通孔600的一端与所述预设空间连通，所述气体通孔另一端与所述气体管路500连通。这里需要说明的是，所述预设空间为衬底片900与载片台200之间形成的空间，这里的气体管路500用于通入惰性气体以给衬底片900进行冷却。进一步的，所述基座通道120形成在所述基座100中以将气体管路500中的惰性气体通过所述气体通孔600供应到所述载片台200上。
磁控溅射技术被广泛地应用于制造半导体芯片，不同芯片制造用到的衬底片材料也会有所不同，一部分半导体芯片使用硅基衬底片，也有使用化合物半导体衬底片(比如砷化镓、碳化硅素)和其它材料衬底(比如玻璃瓶、托盘等)。现有技术中，主要通过静电吸附的方式将衬底片固定在载片台上，而这种固定方式只适合于硅基衬底片，而不适合于化合物半导体衬底片，玻璃片、托盘等材质的衬底片，并且采用静电吸附的方式还存在静电释放的问题。本申请实施例中通过机械的压环方式固定衬底片900，在载片台200上设置有压环300，所述压环300将衬底片900固定在所述载片台200上。所述衬底片900与所述载片台200之间具有预设距离，所述衬底片900与所述载片台200之间具有预设空间。进一步的，所述预设距离为0.3-1.2mm，更加具体地，所述衬底片900与所述载片台200之间的预设距离为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm和1.2mm，优选为0.5mm，限于篇幅此处不再穷举。
在一个具体的实施例中，所述压环300的中心孔为通孔，压环300的孔径和衬底片900的大小相适配，这样可以使得压环300完全覆盖放置在衬底片900上。
传统的磁控溅射技术中，金属原子和离子以一定的角度溅射到衬底片900上，但对于高深宽比的孔，溅射的金属无法有效进入孔内部，导致孔底部的薄膜覆盖率很低，从而也导致了产品良品率的降低。本申请实施例中通过在载片台200上设置偏压加载单元(图未示)，通过所述偏压加载单元(图未示)在所述载片台200上形成偏置电压，等离子体在偏置电压的牵引下被吸附到高深宽比孔的孔底。进一步的，通过改变偏压加载单元(图未示)输出的射频功率的大小可以调节载片台200的偏置电压大小，从而控制沉积速率和薄膜应力等参数。本申请实施例中，所述偏置电压的频率为400KHz～60MHz，更加具体地，所述偏置电压的频率为400KHz、700KHz、1MHz、12MHz、20MHz、30MHz、40MHz、50MHz和60MHz，优选为13.56MHz，限于篇幅此处不再穷举。本申请实施例中，所述偏置电压的功率为15～500W，更加具体地，所述偏置电压的功率为15W、50W、100W、200W、300W、400W和500W，优选为300W，限于篇幅此处不再穷举。
载片台200还设置有冷却装置700和加热装置(图未示)，通过所述冷却装置700和所述加热装置(图未示)可以使所述载片台200到达预设温度。本申请实施例中，所述预设温度为-45℃-300℃，更加具体地，所述预设温度为-45℃、-30℃、-15℃、0℃、10℃、50℃、100℃、200℃和300℃，限于篇幅此处不再穷举。
进一步的，冷却装置700包括冷却管路，冷却管路内填充冷却液。冷却装置700可以实现对载片台200的温度进行调节，避免载片台200的温度过高。更加具体地，所述冷却液包括水、乙二醇等，在本申请实施例中，所述冷却液优选为水。
磁控溅射过程中，衬底片900暴露在等离子体中，在电场和等离子体介质的作用下，能量被传递到衬底片900表面，如果不能有效地散除这些能量，衬底片900的温度就会升高，衬底片900温度升高如果得不到有效控制，就会对芯片制造工艺造成损害。为了有效地去除衬底片900从等离子体中得到的能量，就必须在真空环境下对衬底片900进行冷却。在本申请实施例中，在载片台200远离所述衬底片900的一面设置有气体管路，用于通入惰性气体以对所述衬底片900进行冷却。更加具体地，在衬底片900与载片台200的空隙间引入惰性气体作为导热介质，从衬底片900背面对其实施冷却，使得衬底片900的温度快速达到与载片台200设定温度相近的数值，一般时间为30秒内，衬底片900与载片台200的温度偏差在20℃以内。进一步的，所述惰性气体包括氩气、氮气或氦气中的至少一种，在本申请实施例中优选为氩气。在载片台200远离所述衬底片的一面设置有气体管路，气体管路中的惰性气体可以施加在衬底片900的背面，衬底片900将热量由惰性气体介质传导至载片台200，再由载片台200上的冷却装置700传导并且散失掉，从而进一步增加了冷却效果。
在一个具体的实施例中，载片台200上开设有供背面惰性气体流过的气体通孔600，惰性气体由气体管路500导入，并且经由载片台200上的气体通孔600导入衬底片900背后。具体实施时，放置在载片台200上的衬底片900由于受到压环300重力的作用，衬底片900被压在载片台200上，此时通过气体管路500的惰性气体填充衬底片900与载片台200之间的缝隙作为热传导的媒介，热量可以更好地被冷却装置700中的冷却液带走，这样可以达到冷却衬底片900的目的。进一步的，在高温过程中，还可以通过气体管路500的惰性气体来均匀地传导热量使衬底片900均匀加热。通过压环300固定衬底片900，同时衬底片900背面通有惰性气体，特殊设计的带背面气体冷却的载片装置可以将磁控溅射时衬底片900上的热量带走，保证了磁控溅射时衬底片900的温度均匀分布，满足了较好的批次间产品的重复稳定性。并且，使用压环300固定衬底片900，从衬底片900正面边缘施加机械压力，将衬底片900紧密接触地压固在载片台200上，起到了密封惰性气体的作用，可以进一步提高热传递效果。
基座100和载片台200之间设置有绝缘座400，所述绝缘座400用于将所述基座100与所述载片台200绝缘隔离开。本申请实施例中，绝缘座400的材料为陶瓷材料，所述陶瓷材料包括但不限于氧化铝、氮化硅等，用户可以根据需求进行选择，这里不做具体限定。
进一步的，载片台200上还设置有温度采集器(图未示)，所述温度采集器(图未示)用于采集载片台200的实时温度。
为了实现载片台200的上下移动，在基座100上设置有升降装置800，所述载片台200在所述升降装置800的带动下上下往复移动。所述升降装置800包括波纹管。
以上对本申请所提供的一种带背面气体冷却的偏压载片装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“垂直”“平行”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，包括基座和设置在所述基座上的载片台；
所述载片台上设置有压环，所述压环将衬底片固定在所述载片台上，所述衬底片与所述载片台之间具有预设距离以在所述衬底片与所述载片台之间形成预设空间；
所述载片台远离所述衬底片的一面设置有气体管路，用于通入惰性气体以对所述衬底片进行冷却；
所述载片台上设置有偏压加载单元，通过所述偏压加载单元在所述载片台上形成偏置电压。
2.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述基座和所述载片台之间设置有绝缘座，所述绝缘座用于将所述基座与所述载片台绝缘隔离开。
3.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述预设距离为0.3-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述惰性气体包括氩气、氮气或氦气中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述载片台设置有冷却装置和加热装置，所述冷却装置和所述加热装置分别用于对所述载片台进行冷却和加热。
6.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述偏置电压的频率为400KHz～60MHz，所述偏置电压的功率为15～500W。
7.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述基座上设置有升降装置，所述载片台在所述升降装置的带动下上下往复移动。
8.根据权利要求7所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述升降装置包括波纹管。
9.根据权利要求1所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述基座内部设置有温度采集器，所述温度采集器用于采集所述载片台的实时温度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的带背面气体冷却的偏压载片装置，其特征在于，所述基座包括基座本体以及基座通道；
所述载片台设置在所述基座本体上，所述载片台上设置有气体通孔，所述气体通孔一端与所述预设空间连通，所述气体通孔另一端与所述气体管路连通；
所述基座通道形成在所述基座中以将所述惰性气体通过所述气体通孔供应到所述载片台上。
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2022
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