[發明專利]機械卡盤及等離子體加工設備

有效

• 申請號: 201410072321.2
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104878363B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 侯玨
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: C23C14/50
• 分類號: C23C14/50
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 彭瑞欣,張天舒

技術領域

本發明涉及微電子加工技術領域，具體地，涉及一種機械卡盤及

等離子體加工設備。

背景技術

在集成電路的制造過程中，通常采用物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，以下簡稱PVD）技術進行在晶片上沉積金屬層等材料的沉積工藝。隨著硅通孔（Through Silicon Via，以下簡稱TSV）技術的廣泛應用，PVD技術主要被應用于在硅通孔內沉積阻擋層和銅籽晶層。

目前，PVD技術主要采用靜電卡盤固定晶片，但是在進行硅通孔的沉積工藝時，由于沉積在硅通孔中的薄膜厚度較大，薄膜應力較大，導致靜電卡盤無法對晶片進行靜電吸附；而且，在后續的后道封裝工藝中，晶片的厚度被減薄，且在其底部粘結有玻璃基底，靜電卡盤無法對具有玻璃基底的晶片進行靜電吸附，在這種情況下，就需要采用機械卡盤代替靜電卡盤固定晶片。

圖1為現有的PVD設備的剖視圖。如圖1所示，PVD設備包括反應腔室10，在反應腔室10內的頂部設置有靶材14，其與直流電源（圖中未示出）電連接；在反應腔室10內，且位于靶材14的下方設置有機械卡盤，機械卡盤包括基座11和卡環13，其中，基座11用于承載晶片12，且與射頻電源15連接；卡環13用于在進行工藝時壓住置于基座11上的晶片12的邊緣區域，以將晶片12固定在基座11上。在進行PVD工藝的過程中，直流電源向靶材14施加負偏壓，以激發反應腔室10內的工藝氣體形成等離子體，并吸引等離子體中的高能離子轟擊靶材14，以使靶材14表面的金屬原子逸出并沉積在晶片12上；與此同時，射頻電源15向基座11施加射頻功率，以在晶片12上表面上形成的負偏壓，這可以吸引被濺射出的金屬原子沉積至硅通孔中，從而實現對硅通孔的填充。

在實際應用中，等離子體受負偏壓的控制程度通常由射頻效率（Resputter Rate）來衡量，即，加載射頻功率時的薄膜電阻平均值與不加載射頻功率時的薄膜電阻平均值的比值，該比值越大（通常需要大于1），則意味著等離子體可以更垂直地轟擊晶片表面，從而可以實現對高深寬比（大于6:1）的硅通孔進行填充。

通過實驗發現，分別向機械卡盤與靜電卡盤加載600W的射頻功率，靜電卡盤的射頻效率為1.18，而機械卡盤的射頻效率只有0.88。出現這種情況的原因在于：在相同的工藝時間和射頻功率的前提下，負偏壓的大小取決于電容面積的大小，即：電容面積越小，則負偏壓越大；反之，則越小。所謂電容面積，是指與射頻電源導通的一個或多個元件與地之間形成了一個中間容納有等離子體的電容，該元件的暴露在等離子體中的表面面積即為電容面積。對于靜電卡盤而言，其電容面積為晶片上表面面積；而對于機械卡盤而言，由于為了防止在射頻電源15向基座11加載射頻功率時發生打火現象，需要基座11、晶片12和卡環13彼此導通，以使三者的電位相等，這使得基座11、晶片12和卡環13均具有射頻電壓，從而機械卡盤的電容面積為晶片12的上表面面積與卡環13的上表面面積之和。

由于卡環13的上表面面積與晶片12的上表面面積相當（以300mm的PVD設備為例，晶片12的上表面面積為0.071m²；卡環13的上表面面積為0.055m²），因而與靜電卡盤相比，機械卡盤的電容面積增加了近一倍，從而降低了在晶片12上表面上形成的負偏壓，進而降低了射頻效率。雖然可以通過增大射頻功率的方式提高負偏壓，但是射頻功率的提高不僅會增加使用成本，而且還會導致反應腔室和晶片的溫度的提高，從而給反應腔室的使用壽命以及工藝質量帶來不良影響。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種機械卡盤及等離子體加工設備，其可以在不提高射頻功率的前提下，提高在被加工工件上表面上形成的負偏壓，從而可以提高射頻效率。

為實現本發明的目的而提供一種機械卡盤，其包括用于承載被加工工件的基座，所述機械卡盤還包括固定組件，所述固定組件包括由下而上依次疊置的卡環、絕緣環和隔離環，其中所述卡環用于在進行工藝時壓住置于所述基座上的被加工工件的邊緣區域，以將其固定在所述基座上；所述隔離環在所述卡環上表面上的投影與所述卡環上表面重合；所述絕緣環用于使所述卡環與隔離環電絕緣，并且所述絕緣環的內周壁與所述卡環上表面和隔離環下表面的位于該內周壁內側的部分形成第一凹槽，所述絕緣環的外周壁與所述卡環上表面和隔離環下表面的位于該外周壁外側的部分形成第二凹槽，用以防止等離子體沉積到所述絕緣環的表面上。

優選的，所述第一凹槽和第二凹槽各自的槽深與槽寬之比大于7:1。