本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種機(jī)械卡盤及半導(dǎo)體加工設(shè)備。

背景技術(shù)：

在集成電路的制造過(guò)程中，通常采用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，以下簡(jiǎn)稱PVD)技術(shù)進(jìn)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(jiǎn)稱TSV)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PVD技術(shù)主要被應(yīng)用于在硅通孔內(nèi)沉積阻擋層和銅籽晶層。

目前，PVD技術(shù)主要采用靜電卡盤固定晶片，但是在進(jìn)行硅通孔的沉積工藝時(shí)，由于沉積在硅通孔中的薄膜厚度較大，薄膜應(yīng)力較大，導(dǎo)致靜電卡盤無(wú)法對(duì)晶片進(jìn)行靜電吸附；而且，在后續(xù)的后道封裝工藝中，晶片的厚度被減薄，且在其底部粘結(jié)有玻璃基底，靜電卡盤無(wú)法對(duì)具有玻璃基底的晶片進(jìn)行靜電吸附，在這種情況下，就需要采用機(jī)械卡盤代替靜電卡盤固定晶片。

圖1為現(xiàn)有的PVD設(shè)備的剖視圖。如圖1所示，PVD設(shè)備包括反應(yīng)腔室1，在反應(yīng)腔室1內(nèi)的頂部設(shè)置有靶材4，其與直流電源(圖中未示出)電連接；在反應(yīng)腔室1內(nèi)，且位于靶材4的下方設(shè)置有機(jī)械卡盤，機(jī)械卡盤包括基座9和卡環(huán)8，其中，基座9是可升降的，用于承載晶片10，且與射頻電源11連接；卡環(huán)8用于在進(jìn)行工藝時(shí)壓住置于基座9上的晶片10的邊緣區(qū)域，以將晶片10固定在基座9上；并且，卡環(huán)8在基座9下降時(shí)由內(nèi)襯7支撐。此外，上述機(jī)械卡盤還連接有負(fù)偏壓測(cè)量模塊12，用于監(jiān)控在基座9上形成的負(fù)偏壓的大小。在進(jìn)行PVD工藝的過(guò)程中，直流電源向靶材4施加負(fù)偏壓，以激發(fā)反應(yīng)腔室1內(nèi)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4，以使靶材4表面的金屬原子逸出并沉積在晶片10上；與此同時(shí)，射頻電源11向基座9施加射頻功率，以在晶片10上表面上形成負(fù)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(shí)現(xiàn)對(duì)硅通孔的填充。

在上述機(jī)械卡盤中，基座9和卡環(huán)8均采用不銹鋼材質(zhì)制作。由于基座9帶有射頻功率，其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電位。在這種情況下，如果卡環(huán)8和基座9的電位不相同，二者之間就會(huì)發(fā)生打火(Arcing)，導(dǎo)致卡環(huán)8和基座9之間的晶片10因被擊穿而碎裂。由于卡環(huán)8和晶片10直接接觸，卡環(huán)8和基座9之間的豎直間距小于1mm，二者之間的電位差超過(guò)100V就非常容易發(fā)生打火(通常，打火電壓為300V/mm，而施加600W的射頻功率會(huì)在基座上產(chǎn)生300V的負(fù)偏壓，因此打火情況非常容易發(fā)生)。為此，如圖2所示，在卡環(huán)8和基座9之間設(shè)計(jì)有一個(gè)等電位環(huán)13，并且在該等電位環(huán)13的內(nèi)部設(shè)置有誘電線圈14，該誘電線圈14在卡環(huán)8壓住晶片10時(shí)與卡環(huán)8相接觸、且產(chǎn)生彈性變形，從而可以實(shí)現(xiàn)較好的電接觸，進(jìn)而可以使卡環(huán)8和基座9電導(dǎo)通，以達(dá)到等電位狀態(tài)，減少卡環(huán)8和基座9之間打火的風(fēng)險(xiǎn)。但是，這在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

其一，卡環(huán)8、誘電線圈14和等電位環(huán)13之間均存在接觸電阻，即便在理想狀態(tài)下，卡環(huán)8和基座9之間的電位差仍然存在，仍然存在卡環(huán)8和基座9之間打火的風(fēng)險(xiǎn)。

其二，由于誘電線圈14的直徑只有約0.3mm，而采用不銹鋼制作的卡環(huán)8的硬度較高，且機(jī)械組件在設(shè)計(jì)上往往存在尺寸公差，這些因素都可能會(huì)導(dǎo)致卡環(huán)8和誘電線圈14之間的接觸不良，從而造成卡環(huán)8和基座9之間的電位差在接觸不好的區(qū)域依然存在，仍然存在卡環(huán)8和基座9之間打火的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一，提出了一種機(jī)械卡盤及半導(dǎo)體加工設(shè)備，其可以避免在卡環(huán)和基座之間出現(xiàn)打火的情況，進(jìn)而避免晶片被擊穿。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種機(jī)械卡盤，包括基座和卡環(huán)，晶片放置于所述基座上；所述卡環(huán)壓住所述晶片上表面的邊緣區(qū)域；在所述基座的整個(gè)上表面上設(shè)置有第一絕緣層，且在所述卡環(huán)表面至少與所述晶片上表面相接觸的位置設(shè)置有第二絕緣層。

優(yōu)選的，所述基座和卡環(huán)采用金屬材料制作；所述第一絕緣層采用在所述基座的與所述晶片下表面相接觸的表面上進(jìn)行氧化處理的方式獲得；所述第二絕緣層采用在所述卡環(huán)的與所述晶片上表面相接觸的表面上進(jìn)行氧化處理的方式獲得。

優(yōu)選的，所述基座和卡環(huán)采用鋁制作，所述第一絕緣層和第二絕緣層為氧化鋁；或者，所述基座和卡環(huán)采用銅制作，所述第一絕緣層和第二絕緣層為氧化銅。

優(yōu)選的，所述第一絕緣層及所述第二絕緣層均采用陶瓷材料制作。

優(yōu)選的，在所述卡環(huán)上還設(shè)置有用于增加所述卡環(huán)重量的配重件。

優(yōu)選的，所述配重件所采用的材料包括銅和/或不銹鋼。

優(yōu)選的，所述第一絕緣層和第二絕緣層各自厚度的取值范圍在50～100um。

優(yōu)選的，在所述卡環(huán)和基座之間還設(shè)置有等電位環(huán)，且在所述等電位環(huán)上設(shè)置有誘電線圈，所述誘電線圈用于在所述卡環(huán)壓住所述晶片時(shí)，使所述基座與所述卡環(huán)電連接。

作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室和機(jī)械卡盤，所述機(jī)械卡盤用于將晶片固定在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，所述機(jī)械卡盤采用本發(fā)明提供的上述機(jī)械卡盤。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的機(jī)械卡盤，其在基座的與晶片下表面相接觸的表面上設(shè)置有第一絕緣層，且在卡環(huán)的與晶片上表面相接觸的表面上設(shè)置有第二絕緣層，由于上述第一絕緣層和第二絕緣層具有較高的擊穿電壓，即使卡環(huán)和基座之間具有一定的電位差，仍可以避免卡環(huán)和基座之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象，進(jìn)而避免晶片被擊穿。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過(guò)采用本發(fā)明提供的上述機(jī)械卡盤，即使卡環(huán)和基座之間具有一定的電位差，仍可以避免卡環(huán)和基座之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象，進(jìn)而避免晶片被擊穿。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的PVD設(shè)備的剖視圖；

圖2為圖1中I區(qū)域的放大圖；以及

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)械卡盤的局部剖視圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明提供的機(jī)械卡盤及半導(dǎo)體加工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)械卡盤的局部剖視圖。請(qǐng)參閱圖3，機(jī)械卡盤包括基座21和卡環(huán)22，其中，基座21用于承載晶片23；卡環(huán)22壓住晶片23上表面的邊緣區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)將晶片23固定在基座21上。在本實(shí)施例中，在卡環(huán)22和基座21之間還設(shè)置有等電位環(huán)26，且在等電位環(huán)26上設(shè)置有誘電線圈27，該誘電線圈27用于在卡環(huán)22壓住晶片23時(shí)，使基座21與卡環(huán)22電連接，從而使卡環(huán)22和基座21達(dá)到等電位狀態(tài)，減少卡環(huán)22和基座21之間打火的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，在基座21的與晶片23下表面相接觸的整個(gè)上表面上設(shè)置有第一絕緣層24，且在卡環(huán)22表面上至少與晶片23上表面相接觸的位置設(shè)置有第二絕緣層25。由于第一絕緣層24和第二絕緣層25具有較高的擊穿電壓，即使卡環(huán)22和基座21之間具有一定的電位差，仍可以避免卡環(huán)22和基座21之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象，從而可以降低晶片23因被擊穿而碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)選的，第一絕緣層24和第二絕緣層25各自厚度的取值范圍在50～100um。

優(yōu)選的，僅在卡環(huán)22下表面上與晶片23上表面相接觸的區(qū)域設(shè)置第二絕緣層25。當(dāng)然，并不局限于此，第二絕緣層25的面積可以大于以上所述，即在卡環(huán)22下表面上與晶片23上表面不相接觸的 區(qū)域也設(shè)置第二絕緣層25。

在本實(shí)施例中，基座21和卡環(huán)22采用金屬材料制作。在此基礎(chǔ)上，第一絕緣層24和第二絕緣層25分別為制作基座21和卡環(huán)22的金屬材料的氧化物，當(dāng)然，第一絕緣層24和第二絕緣層25也可以為與制作基座21和卡環(huán)22的金屬所不同的金屬的氧化物。并且，當(dāng)?shù)谝唤^緣層24和第二絕緣層25分別為制作基座21和卡環(huán)22的金屬材料的氧化物時(shí)，優(yōu)選的，第一絕緣層24可以采用在基座21的與晶片23下表面相接觸的表面上進(jìn)行氧化處理的方式獲得；第二絕緣層25采用在卡環(huán)22的與晶片23上表面相接觸的表面上進(jìn)行氧化處理的方式獲得。

優(yōu)選的，基座21和卡環(huán)22可以采用鋁制作。由于鋁的硬度較低，導(dǎo)電性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于不銹鋼材質(zhì)，這可以使誘電線圈27與卡環(huán)22的接觸更加充分，從而可以使卡環(huán)22和基座21形成更加良好的等電位狀態(tài)；同時(shí)，由于鋁材質(zhì)的熱導(dǎo)率較高(達(dá)到240W/m·k)，因而鋁材質(zhì)的基座21可以對(duì)晶片23具有更好的冷卻效果。此外，若基座21和卡環(huán)22采用鋁制作，則第一絕緣層24和第二絕緣層25的材料可以為氧化鋁。由于氧化鋁的絕緣能力較好，耐擊穿電壓可以達(dá)到1000V以上，而目前的射頻電源產(chǎn)生的電壓不會(huì)超過(guò)1000V，因此，借助第一絕緣層24和第二絕緣層25，可以避免在卡環(huán)22和基座21之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象。

進(jìn)一步優(yōu)選的，若基座21和卡環(huán)22采用鋁制作，且第一絕緣層24和第二絕緣層25分別為氧化鋁，在這種情況下，第一絕緣層24可以采用在基座21的與晶片23下表面相接觸的表面上進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理的方式獲得；同樣的，第二絕緣層25也可以采用在卡環(huán)22的與晶片23上表面相接觸的表面上進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理的方式獲得。由于鋁材質(zhì)通過(guò)陽(yáng)極氧化可以非常便捷地獲得陽(yáng)極氧化鋁層，因此，采用陽(yáng)極氧化處理的方式獲得絕緣層，可以簡(jiǎn)化絕緣層的制造工藝、降低加工成本。

或者，基座21和卡環(huán)22還可以采用銅制作，與前述相類似的，第一絕緣層24和第二絕緣層25可以分別為氧化銅，并且優(yōu)選的，第 一絕緣層24可以采用在基座21的與晶片23下表面相接觸的表面上進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理的方式獲得；第二絕緣層25也可以采用在卡環(huán)22的與晶片23上表面相接觸的表面上進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理的方式獲得。

優(yōu)選的，由于卡環(huán)22是利用自身重力壓住晶片23，但是鋁材質(zhì)的卡環(huán)22的重量較輕，為了保證卡環(huán)22的重量，使其能夠穩(wěn)定地壓住晶片23，在卡環(huán)22上還設(shè)置有配重件28，用以增加卡環(huán)22的重量。該配重件28可以采用諸如銅或者不銹鋼等的重量較重的材料制作。在本實(shí)施例中，配重件28為固定在卡環(huán)22的本體外側(cè)的環(huán)體，如圖3所示。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)配重件的結(jié)構(gòu)和尺寸。

需要說(shuō)明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，基座和卡環(huán)還可以采用諸如不銹鋼、銅等的其他金屬材料制作，且第一絕緣層和第二絕緣層分別為這些金屬材料的氧化物。并且優(yōu)選的，第一絕緣層和第二絕緣層可以采用分別在這些金屬材料的相應(yīng)表面進(jìn)行氧化處理的方式獲得。或者，第一絕緣層和第二絕緣層還可以采用分別在這些金屬材料的相應(yīng)表面上噴涂陶瓷的方式獲得，在這種情況下，第一絕緣層和第二絕緣層的材料均為陶瓷。

綜上所述，本發(fā)明提供的機(jī)械卡盤，其通過(guò)在基座的整個(gè)上表面上設(shè)置有第一絕緣層，且在卡環(huán)表面上至少與晶片上表面相接觸的位置設(shè)置有第二絕緣層，即使卡環(huán)和基座之間具有一定的電位差，仍可以避免卡環(huán)和基座之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象，進(jìn)而避免晶片被擊穿。

作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室和機(jī)械卡盤，該機(jī)械卡盤用于將晶片固定在反應(yīng)腔室內(nèi)，且采用了本發(fā)明實(shí)施例提供的上述機(jī)械卡盤。

本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其通過(guò)采用本發(fā)明實(shí)施例提供的上述機(jī)械卡盤，即使卡環(huán)和基座之間具有一定的電位差，仍可以避免卡環(huán)和基座之間出現(xiàn)打火現(xiàn)象，進(jìn)而避免晶片被擊穿。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做 出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。