CN105405802A - 一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，包括相互配合以夹持晶圆的底座和顶盖，所述晶圆具有需保护的正面和待腐蚀的背面，所述底座可容纳并密封包裹所述正面，所述顶盖为环形且抵压在所述背面的边缘部位，所述底座和顶盖均通过弹性缓冲的密封件与晶圆接触。本发明具有软性夹持的设计，使用中晶圆只与软质密封件接触，减少硬性接触对晶圆的损伤；对应夹持的设计，上下密封件夹持受力点对应，避免受力不均造成晶圆破裂；保护面形状对应设计，避免对夹具紧固时晶圆扭动导致受力不均进而引起裂片。

Description

一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。
在半导体集成电路制造和MEMS芯片加工晶圆的过程中，湿法腐蚀工艺是很常用的一道工序。但当只需对晶圆一面进行化学湿法腐蚀时，就要有效保护另一面的结构不被腐蚀液损害。通常可以旋涂湿法腐蚀保护胶、高温石蜡或者黑胶等方法，但湿法腐蚀保护胶价格非常昂贵、石蜡阻挡碱液效果不好并且它们都难以去除干净，残留可能影响到器件性能。湿法腐蚀保护夹具的设计，不仅能长时间有效隔离腐蚀液侵害晶圆，还不会引入任何污染，尤其是当晶圆上还有些结合性不好的材料(如金属氧化物等)时，涂敷保护膜层的方式就更无法适用。
公开号为CN104201135A的中国专利文献公开了一种湿法腐蚀装置，所述湿法腐蚀装置包括基座、衬垫和真空发生装置，所述基座内设有与所述真空发生装置相连通的气流通道，所述衬底内设有凹槽，凹槽底部设有与所述气流通道相连通且一一对应的通孔，所述凹槽底部的边缘设有与晶圆边缘弧形区域相吻合的弧形坡面。
公开号为CN103187346A的中国专利文献公开了一种可夹持晶圆的夹具。本发明所述的用于在半导体晶圆制造过程中夹持晶圆以对其进行腐蚀的夹具，包括第一夹持件，与第一夹持件枢接的第二夹持件，所述第一夹持件上设置有第一孔部，围绕所述第一孔部设置有第一密封件，在所述第一夹持件和所述第二夹持件压合后，第一孔部形成用以腐蚀夹持在所述第一夹持件和所述第二夹持件之间的晶圆的第一通道，所述第一密封件将晶圆待腐蚀区域与其它区域隔离开。
公开号为TW460029的台湾专利文献公开了一种可避免晶圆腐蚀之晶圆夹，系应用于具有复数层开放反应室之晶圆制程，其系由一夹头以及一驱动杆所组成，该夹头之上表面设有复数个固定销和氮气口，上述固定销系可以将晶圆固定于其中，并透过氮气口不断地吹出氮气使晶圆与夹头保持一适当距离，该驱动杆系固定于夹头之下方，其系可以带动夹头进行升降移动和转动，以便将晶圆输送至预定之开放反应室以进行制程反应，其特征在于该夹头在其侧表面设有复数个氮气口，上述氮气口系不断地喷出氮气并在夹头周围形成一环形气幕，该环形气幕系可以将腐蚀性气体阻绝，以避免残留在开放反应室内部之腐蚀性气体，在驱动杆带动夹头升降的过程中扩散至晶圆表面而造成晶圆的腐蚀。
现有的湿法腐蚀保护治具有些需要繁琐的抽真空装置，成本较高并且使用相对麻烦；有些结构相对简单，但密封部位应力小时易漏液，应力过大又易引起晶圆裂片。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种成本低、使用方便并且密封性能好、对晶圆无损的湿法腐蚀保护夹具。
本发明的技术方案为：
一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，包括相互配合以夹持晶圆的底座和顶盖，所述晶圆具有需保护的正面和待腐蚀的背面，所述底座可容纳并密封包裹所述正面，所述顶盖为环形且抵压在所述背面的边缘部位，所述底座和顶盖均通过弹性缓冲的密封件与晶圆接触。
底座和顶盖通过弹性缓冲的密封件夹持晶圆，在腐蚀的过程中，底座通过密封件密封包裹正面以达到保护的目的；同时顶盖设计环形，能够连通晶圆待腐蚀的背面和腐蚀液，完成腐蚀，通过弹性缓冲的密封件夹持能有效解决湿法腐蚀中晶圆裂片和漏液问题，可以较低成本地实现晶圆单面腐蚀时对另一面的完美保护。
作为优选，所述底座的中部下凹构成与所述正面形状互补的保护面。
底座正面为中部下凹结构，下凹图形与晶圆的正面一致，直径尺寸为晶圆标准直径加上相应标准公差，保证所有晶圆都能顺利放置里面但不允许有较大松动；晶圆在底座和顶盖的夹持过程中只与软质弹性缓冲的密封件接触，并不与夹具的其他部位发生硬接触，从而避免应力对晶圆的损坏；同时保护面的尺寸刚好能放置晶圆又保证晶圆不会晃动，避免对夹具紧固时晶圆扭动导致受力不均进而引起裂片。
作为优选，所述底座上设有围绕保护面布置的下环形槽，所述顶盖对应位置设有上环形槽，所述密封件分为上密封件和下密封件并分别安装在对应的环形槽内。
上、下密封件的底部分别镶嵌安装在对应的环形槽中，头部高于环形槽的槽深以夹持晶圆；在夹具的紧固和松动时，密封垫圈位置不会相对移动；环形槽的上下位置对应，保证晶圆受到上下密封件夹持时晶圆的上下面所受力在同一位置，不会对晶圆产生剪力，以避免受力不均造成晶圆破裂。
作为优选，所述底座和顶盖设有相互配合的限位环。
顶盖是与底座配合使用的，相应地在顶盖靠近环形槽处有个环状上凸结构，顶盖凸出部分外围尺寸比底座相应下凹尺寸略小，以保证两部分能顺利耦合但又不允许有较大松动；上凸的高度、晶圆厚度以及密封件的厚度的总和小于底座下凹深度，保证夹具与晶圆不会有硬接触。也可以采用在凸起结构中间设置环形槽的形式以减少径向的尺寸。
作为优选，所述底座上设有用于调节所述正面在湿法腐蚀时所受气压的调节装置，该调节装置包括：
保护面上的通气孔；
位于底座内部连通通气孔和大气的通气通道；
安装在通气通道出口处的内部中空的通气手柄。
底座中通气孔可通过底座内部的通气通道以及通气手柄中间的中空保持与外界气压平衡，尤其在加热腐蚀时能及时将晶圆被保护一侧的空气及时排除，避免气体膨胀损坏晶圆；
作为优选。所述底座上设有用于调节所述正面在湿法腐蚀时所受气压的调节装置，该调节装置包括：
保护面上的通气孔；
位于底座内部连通通气孔和大气的通气通道；
安装在通气通道出口处的密封塞。
当例如常温腐蚀等无需被保护面气压与外界实时相通的情况时，可用密封塞堵住底座的通气通道，整个夹具平躺在腐蚀液中腐蚀，使用更为方便。
作为优选，所述底座和顶盖的外沿夹持有用于分散紧固应力的平衡垫圈。
平衡垫圈保证紧固夹具时顶盖的内外侧平衡、均匀地紧固，避免长期使用时顶盖形变进而影响密封效果。
作为优选，所述底座和顶盖之间通过一组带有吊环的螺栓连接固定，所述顶盖拥有螺栓紧固时的锁定态和螺栓卸下时相对于底座自由活动的自由态。
螺栓的螺帽为六边形带有一字形凸起的吊耳，兼容扳手工具和方便手拧，吊耳可用于穿引线，方便在水平腐蚀时从腐蚀液中取出夹具。在螺栓松开的状态下，顶盖能够完全自由脱离底座。
作为优选，所示底座上设有便于调整和夹取晶圆的取片槽。
晶圆在收到夹具的受力夹持并经过腐蚀之后，往往并容易从夹具从取出，为了更好的保护晶圆，因此底座上设有便于调整和夹取晶圆的取片槽。
本发明具有以下优点：
(1)软性夹持的设计，使用中晶圆只与软质密封件接触，减少硬性接触对晶圆的损伤；
(2)对应夹持的设计，上下密封件夹持受力点对应，避免受力不均造成晶圆破裂；
(3)保护面形状对应设计，避免对夹具紧固时晶圆扭动导致受力不均进而引起裂片；
(4)气压调节设计，避免气体膨胀损坏晶圆；
(5)平衡补偿设计，平衡垫圈避免长期使用时顶盖形变进而影响密封效果；
(6)夹持稳固，密封件部分镶嵌入环形槽内，不会相对移动，密封应力大，不易漏液；
(7)螺栓扣合的设计，结构简单操作便捷。
附图说明
图1为本实施例无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具示意图；
图2为图1中湿法腐蚀保护夹具的底座示意图；
图3为图1中湿法腐蚀保护夹具的底座剖视图；
图4为图1中湿法腐蚀保护夹具的顶盖示意图；
图5为图1中湿法腐蚀保护夹具的通气手柄示意图；
图6为图1中湿法腐蚀保护夹具的螺栓示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明具体实施方式。
如图1所示，一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，包括相互配合以夹持晶圆的底座1和顶盖4，所述晶圆包括需保护的正面和待腐蚀的背面，所述底座容纳并密封包裹所述正面，所述顶盖4为环形且抵压在所述背面的边缘部位，所述底座1和顶盖4均通过弹性缓冲的密封件与晶圆接触。
该无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具具有成本低、使用方便并且密封性能好、对晶圆无损的优点。其结构具体包括底座1、下密封件2、平衡垫圈3、顶盖4、上密封件5、通气手柄6、密封塞7和螺栓8。
如图2～图3所示，底座1正面为中部下凹结构1-1，下凹图形与所腐蚀晶圆一致，直径尺寸为晶圆标准直径加上相应标准公差，保证所有晶圆都能顺利放置里面但不允许有较大松动；在本实施例中，晶圆为直径为150±0.5mm的六英寸硅片，下凹区域1-1直径相应的选用150.5mm。下凹部分靠近边沿处有个下环形槽1-2，中部有个通气孔1-3；底座正面切边处有个方便镊子取片槽1-4，外围有一组固定螺孔1-5，再外围有个平衡环形槽1-6；侧面有个通气通道1-7，通气通道1-7中间细孔与中部通气孔相通。
如图4所示，顶盖4是与底座1配合使用的，相应地在顶盖靠近内圈处有个环状上凸结构4-1，并且凸起结构中间还有个上环形槽4-2，顶盖4凸出部分外围尺寸比底座1相应下凹尺寸略小，以保证两部分能顺利耦合但又不允许有较大松动；上凸高度再加上晶圆厚度的值比底座1上的下凹深度值还要小，保证夹具与晶圆不会有硬接触；顶盖4外围是一组用于螺栓8的通孔4-3。
如图5所示，通气手柄6和密封塞7分别用于晶圆垂直放置时连接通气孔1-3和水平放置时密封导气孔1-3。通气手柄6为中空结构6-1，靠底端螺纹6-2固定于底座侧壁通气通道1-7时，保证晶圆被保护面气压与外界实时相通；无需被保护面气压与外界实时相通时，可用密封塞7堵住底座侧壁气孔1-3，可平躺在腐蚀液中腐蚀，使用更为方便。
如图6所示，螺栓8的螺帽为六边形带有吊耳，吊耳为一字形的凸起8-1，兼容扳手工具和方便手拧，一字凸起中间还有穿孔8-2，可穿引线，方便在水平腐蚀时从溶液中取出夹具。
在本实施例中，除密封件外所有结构均选用耐酸碱、耐高温的硬质聚四氟乙烯；密封垫圈可选用即耐腐蚀又有良好弹性的氟橡胶。相应的，使用同样的材料性能而不同材质的发明应包含在本发明的保护范围之内。
使用过程如下：
在需要加热腐蚀晶圆时，将通气手柄6与底座1固定牢固；在无需加热腐蚀晶圆时，可用密封塞7密封住底座1的通气孔1-3，并在部分螺栓8上引线孔8-2中穿上耐腐蚀的细绳。
将下密封件2放进靠近底座中部下凹边缘处的固定槽1-2中，并保证密封垫圈2高出固定槽1-2两边足够高度。
将晶圆放置在底座1中间下凹处的垫圈2上，注意对齐切边。
将上密封件5放进顶盖4的固定槽4-2中，并保证密封垫圈5高出固定槽4-2两边足够高度。
将顶盖凸起部分4-1扣进底座下凹部分1-2，然后用螺栓8紧固夹具。
加热腐蚀时将夹具垂直放在腐蚀液中并保持通气手柄末端在液面以上。
无需加热腐蚀时可将夹具水平放在腐蚀液中，并保证穿在螺栓8上的细绳末端在腐蚀液以外，此种情况下还可以增加搅拌，将腐蚀过程中产生的气泡及时脱离晶圆表面，避免影响腐蚀速度和均匀性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，包括相互配合以夹持晶圆的底座和顶盖，所述晶圆具有需保护的正面和待腐蚀的背面，其特征在于，所述底座可容纳并密封包裹所述正面，所述顶盖为环形且抵压在所述背面的边缘部位，所述底座和顶盖均通过弹性缓冲的密封件与晶圆接触。
2.如权利要求1所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座的中部下凹构成与所述正面形状互补的保护面。
3.如权利要求2所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座上设有围绕保护面布置的下环形槽，所述顶盖对应位置设有上环形槽，所述密封件分为上密封件和下密封件并分别安装在对应的环形槽内。
4.如权利要求3所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座和顶盖设有相互配合的限位环。
5.如权利要求4所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座上设有用于调节所述正面在湿法腐蚀时所受气压的调节装置，该调节装置包括：
保护面上的通气孔；
位于底座内部连通通气孔和大气的通气通道；
安装在通气通道出口处的内部中空的通气手柄。
6.如权利要求4所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座上设有用于调节所述正面在湿法腐蚀时所受气压的调节装置，该调节装置包括：
保护面上的通气孔；
位于底座内部连通通气孔和大气的通气通道；
安装在通气通道出口处的密封塞。
7.如权利要求1所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座和顶盖的外沿夹持有用于分散紧固应力的平衡垫圈。
8.如权利要求1所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所述底座和顶盖之间通过一组带有吊环的螺栓连接固定，所述顶盖拥有螺栓紧固时的锁定态和螺栓卸下时相对于底座自由活动的自由态。
9.如权利要求1所述的无损晶圆的湿法腐蚀保护夹具，其特征在于，所示底座上设有便于调整和夹取晶圆的取片槽。
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