CN110176428A - 一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法。所述晶圆夹具包括载体，所述载体包括第一表面和第二表面；至少两组夹持臂，所述夹持臂连接至所述载体的第一表面并可沿所述第一表面运动，所述每组夹持臂都可独立夹持晶圆；升降装置，所述升降装置连接至所述第二表面，用于控制所述晶圆夹具移动；驱动部件，所述驱动部件安装在所述升降装置上，可使所述载体绕所述驱动部件与所述第二表面连接处的轴线旋转。所述晶圆夹具可改善晶圆刻蚀均匀度，提高产品良率。

Description

一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法。
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的产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，可制成高纯度的多晶硅，接着是将这些多晶硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，经过照相制版、研磨、抛光以及切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。
刻蚀工艺是集成电路制造过程中最关键的工艺之一，其主要作用是完成光刻工艺中的图形在硅片上的最终转移与定型，因此刻蚀工艺的稳定性和均匀性决定了最终刻蚀图形的结构和线宽，进而直接影响到产品的电学性能和良率。目前，现有的晶圆刻蚀方法包括干法刻蚀和化学刻蚀，由于干法刻蚀的设备较为昂贵，生产成本较高，因此，人们大多采用化学刻蚀。现有的化学刻蚀方法先用光刻胶将晶圆需要的表面保护起来，再将晶圆放到混合酸的刻蚀槽中腐蚀。在化学刻蚀工艺中，由于晶圆下部先接触刻蚀液，并且工艺完成后晶圆下部最后离开刻蚀液，因此晶圆下部的刻蚀量要大于其上部，导致晶圆刻蚀均匀度不好，进而影响产品良率。
因此，有必要开发一种新的晶圆刻蚀设备以及方法，来提高晶圆刻蚀均匀度，进而提高产品良率。
发明内容
本申请提供一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法，可以提高晶圆刻蚀均匀度，进而提高产品良率。
本申请的一个方面提供一种晶圆夹具，包括：载体，所述载体包括第一表面和第二表面；至少两组夹持臂，所述夹持臂连接至所述载体的第一表面并可沿所述第一表面运动，所述每组夹持臂都可独立夹持晶圆；升降装置，所述升降装置连接至所述第二表面，用于控制所述晶圆夹具移动；驱动部件，所述驱动部件安装在所述升降装置上，可使所述载体绕所述驱动部件与所述第二表面连接处的轴线旋转。
在本申请的一些实施例中，所述载体的第一表面设置有至少两条沟槽，所述每组夹持臂对应设置于一条所述沟槽内，并可沿所述沟槽运动。
在本申请的一些实施例中，所述至少两条沟槽平行设置。
在本申请的一些实施例中，所述沟槽为两条，沿所述第一表面的中心对称设置。
在本申请的一些实施例中，所述每组夹持臂包括至少两个所述夹持臂。
在本申请的一些实施例中，所述每个夹持臂上包括至少五十个晶圆卡槽，用于夹持晶圆。
在本申请的一些实施例中，所述驱动部件为驱动部件为连杆驱动装置。
在本申请的一些实施例中，所述连杆驱动装置包括驱动气缸、连杆以及滚轴，所述连杆第一端连接至所述驱动气缸，第二端与所述滚轴第一端相连，所述滚轴第二端连接至所述第二表面。
本申请的另一个方面提供一种晶圆刻蚀方法，包括：将晶圆装载于以上所述的晶圆夹具的所述夹持臂中；将装载有所述晶圆的晶圆夹具放入刻蚀容器，执行刻蚀工艺；在所述刻蚀工艺执行至一半时，将装载有晶圆的所述晶圆夹具旋转一定角度；继续执行所述刻蚀工艺直至完成。
在本申请的一些实施例中，所述一定角度为180度。
本申请提供的一种晶圆夹具以及使用所述夹具的晶圆刻蚀方法，所述晶圆夹具包括载体、至少两组夹持臂以及升降装置，当刻蚀工艺执行至一半时，将装载有晶圆的所述夹具旋转一定角度，使刻蚀工艺完成后先进入刻蚀溶液的部分晶圆先离开刻蚀液，从而保证整片晶圆刻蚀时间相对一致，进而改善晶圆刻蚀均匀度，提高产品良率。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1为本实施例中一种晶圆夹具的主视图。
图2为本实施例中一种晶圆夹具的侧视图。
图3为本实施例中载体的第一表面的结构示意图。
图4(a)和图4(b)分别为本实施例中夹持臂的主视图和侧视图。
图5为本实施例中一种驱动装置的结构示意图。
图6至图9为本实施例中一种晶圆刻蚀方法各步骤结构示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1和图2分别为本实施例中一种晶圆夹具100的主视图和侧视图。
参考图1和图2，所述晶圆夹具100包括载体110和至少两组夹持臂。所述载体110包括第一表面111和第二表面112，用于承载所述至少两组夹持臂并可在外力的作用下带动所述至少两组夹持臂以及装载的晶圆旋转；其中，所述至少两组夹持臂连接至所述载体110的第一表面111并可沿所述第一表面111运动，所述每组夹持臂包括位于所述晶圆150同一侧可以组合夹持所述晶圆150的至少2个夹持臂120，所述每组夹持臂都可独立夹持晶圆150。
在本申请的一些实施例中，所述载体110的第一表面111设置有至少两条沟槽，所述每组夹持臂对应设置于一条所述沟槽内，并可沿所述沟槽运动。
图3为本实施例中载体110的第一表面111的结构示意图。参考图3，在本实施例中，所述载体110的第一表面111设置有第一沟槽113和第二沟槽114，其中，所述第一沟槽113用于安装第一组夹持臂，第二沟槽114用于安装第二组夹持臂。所述第一组夹持臂通过连接装置连接至所述第一沟槽，并且可沿所述第一沟槽运动，所述的运动方式例如为滑动。同样的，所述的第二组夹持臂通过连接装置连接至所述第二沟槽，并且可沿所述第二沟槽运动，所述的运动方式例如为滑动。所述的第一沟槽113和第二沟槽114之间的间距可小于等于晶圆的直径，以方便所述夹持臂夹持晶圆。
在本申请的一些实施例中，所述载体110的第一表面111设置有至少两条沟槽时，所述至少两条沟槽可平行设置。如附图3中所示，所述第一沟槽113和第二沟槽114平行设置，且沿所述第一表面111的中心对称设置。
附图3中，所述载体110为圆盘结构，在本申请的一些实施例中，所述载体110也可以为其他形状，例如方形。
在本申请的一些实施例中，每条沟槽对应于一组所述夹持臂，例如，当所述晶圆夹具100包括三组所述夹持臂120时，所述第一表面111包括三条所述沟槽。
在本申请的一些实施例中，所述每组夹持臂包括至少两个所述夹持臂120。参考图1，在本实施例中，所述晶圆夹具100包括两组夹持臂，所述每组夹持臂分别包括两个所述夹持臂120。在本实施例中，所述第一组夹持臂包括夹持臂120C和夹持臂120D，第二组夹持臂包括夹持臂120A和夹持臂120B。所述夹持臂120C和夹持臂120D设置于所述第二沟槽114中，并且可以沿所述第二沟槽114运动；所述夹持臂120A和120B设置于所述第一沟槽113中，并且可以沿所述第一沟槽113运动。
所述夹持臂120C和夹持臂120D可以独立夹持所述晶圆150，包括夹持臂120A和夹持臂120B也可以独立夹持所述晶圆150。在执行刻蚀工艺时，安装和卸载所述晶圆150时，需要将其中位于同一侧的每组夹持臂向外移动形成供所述晶圆150通过的开口，所以当位于同一侧的每组夹持臂打开时，其余每组夹持臂需要能够单独夹持所述晶圆150，避免所述晶圆150脱落。例如，在本实施例所述的晶圆夹具100中，将所述夹持臂120C和夹持臂120D打开形成一个开口后，另一组夹持臂中的夹持臂120A和夹持臂120B仍然可以夹持所述晶圆150，避免所述晶圆150脱落。需要注意的是，出于简洁的目的，图1中只是示意性地展示出当所述晶圆夹具100处于工作状态时，所述夹持臂120和所述晶圆150的位置关系。
图4为本实施例中所述夹持臂120的结构示意图的主视图(a)和侧视图(b)。参考图4，所述夹持臂120包括晶圆卡槽125和安装部126。所述晶圆卡槽125用于夹持所述晶圆150，所述晶圆卡槽125为圆弧形，所述圆弧与所述晶圆150的轮廓可以契合。所述安装部126用于将所述夹持臂120安装于所述第一表面111，所述安装部126的截面形状和大小与所述沟槽相匹配。所述夹持臂120与所述第一表面111通过所述安装部126和所述沟槽相连。
在本申请的一些实施例中，所述每个夹持臂120上包括至少五十个晶圆卡槽125，所述晶圆卡槽125用于夹持所述晶圆150。
参考图1和图2，所述晶圆夹具100还包括升降装置130，所述升降装置130连接至所述第二表面112，所述升降装置130可以控制所述晶圆夹具100移动。在本实施例中，所述升降装置130通过滚轴141连接至所述第二表面112。
在本申请的一些实施例中，所述升降装置130还可以通过其他方式连接至所述第二表面112，例如，在所述第二表面112上形成螺孔，再通过螺钉将所述升降装置130连接至所述第二表面112。
继续参考图1和图2，所述晶圆夹具100还包括驱动部件140，所述驱动部件140连接至所述第二表面112，所述驱动部件140可使所述载体110绕所述驱动部件140与所述第二表面112连接处的轴线旋转。在本实施例中，所述驱动部件140通过所述滚轴141连接至所述第二表面112。
在本申请的一些实施例中，所述滚轴141与所述第二表面112的连接点为所述第二表面112的中心。
图5为本实施例中一种驱动装置140的结构示意图。参考图5，在本实施例中，所述驱动部件140为连杆驱动装置，所述连杆驱动装置包括驱动气缸142、连杆143以及滚轴141，所述连杆143第一端连接至所述驱动气缸142，第二端与所述滚轴141第一端相连，所述滚轴141第二端连接至所述第二表面112。需要注意的是，由于所述滚轴141与所述连杆143不在一个平面内，因此图5中只是示意性地画出所述滚轴141的连接位置。
所述连杆驱动装置的工作原理如下：所述驱动气缸142内设置有活塞，所述驱动气缸142通过空气的膨胀或者压缩来引导所述活塞在缸内进行直线往复运动，并带动与所述活塞相连的连杆143做同样的直线往复运动，当所述连杆143做直线运动时，所述连杆143的第二端可以带动所述滚轴141旋转，进而带动所述载体110旋转，例如，当所述连杆驱动装置各零件在如图5中所示的位置时，当所述连杆143向下运动时，所述连杆143的第二端可以带动所述滚轴141顺时针旋转，进而带动所述载体110顺时针旋转。
在本申请的一些实施例中，所述驱动部件140安装于所述升降装置130上。所述驱动部件140通过所述滚轴141与所述升降装置130连接。
本申请提供的一种晶圆夹具100，所述晶圆夹具100包括载体110、至少两组夹持臂以及驱动装置140，当刻蚀工艺执行至一半时，可以通过所述驱动装置140将装载有晶圆150的所述晶圆夹具100旋转一定角度，例如旋转180度，晶圆150先进入刻蚀溶液的部分旋转到靠近所述刻蚀容器170顶部的位置，然后工艺完成后晶圆150先进入刻蚀溶液的部分先离开刻蚀液，从而保证整片晶圆150刻蚀时间相对一致，进而改善晶圆刻蚀均匀度，提高产品良率。
本申请的另一个方面提供一种晶圆刻蚀方法，包括：将晶圆150装载于以上所述的晶圆夹具100的所述夹持臂120中；将装载有所述晶圆150的晶圆夹具100放入刻蚀容器170，执行刻蚀工艺；在所述刻蚀工艺执行至一半时，将装载有晶圆150的所述晶圆夹具100旋转一定角度，例如旋转180度，；继续执行所述刻蚀工艺直至完成。
图6至图9为本实施例中一种晶圆刻蚀方法各步骤结构示意图。下面将通过附图对所示晶圆刻蚀方法各步骤进行详细说明。
参考图6，将晶圆150装载于以上所述的晶圆夹具100的所述夹持臂120中的具体步骤为，首先将所述夹持臂120C和所述夹持臂120D分别向外移动，形成一个可以让所述晶圆150通过的开口，然后将所述晶圆150夹持在所述夹持臂120A和夹持臂120B的卡槽125中，最后将所述夹持臂120C和所述夹持臂120D还原到原来的位置，并使所述夹持臂120C和所述夹持臂120D上的卡槽125夹持住所述晶圆150。
参考图7，通过所述升降装置130将所述装载有所述晶圆150的晶圆夹具100放入刻蚀容器170中，纯粹为了方便说明，在图中将所述晶圆150分为先进入刻蚀溶液的第一部分151和后进入刻蚀溶液第二部分152。在传统工艺中，由于所述第一部分151先进入到所述刻蚀容器170中接触刻蚀液，在完成刻蚀工艺后，所述晶圆150按照同样的方式离开所述刻蚀容器，所述第一部分151后离开所述刻蚀容器170，因此所述第一部分151的刻蚀量要大于所述第二部分152，导致晶圆刻蚀均匀度不好，进而影响产品良率。出于简洁的目的，在附图中并未画出所述升降装置130。
参考图8，在本实施例中，在所述刻蚀工艺执行至一半时，通过所述驱动装置140将装载有晶圆150的所述晶圆夹具100旋转一定角度，例如旋转180度，如图所示，使所述晶圆150的第一部分151和第二部分152的相对位置关系发生调换。
参考图9，通过所述升降装置130将所述装载有所述晶圆150的晶圆夹具100升起离开所述刻蚀容器170，然后将所述晶圆150从所述晶圆夹具100上卸载。将所述晶圆150从所述晶圆夹具100上卸载的步骤为，首先将所述夹持臂120B和所述夹持臂120A分别向外移动，形成一个可以让所述晶圆150通过的开口，然后将所述晶圆150从所述夹持臂120D和120C的卡槽125中移出。由于所述第一部分151先离开刻蚀液，从而保证整片晶圆150刻蚀时间相对一致，进而改善晶圆刻蚀均匀度，提高产品良率。
在本申请的一些实施例中，为了进一步保证整片晶圆150刻蚀时间相对一致，所述晶圆夹具100进入所述刻蚀容器170和离开所述刻蚀容器170的速度相同。
本申请提供的一种晶圆刻蚀方法，当刻蚀工艺执行至一半时，将装载有晶圆的所述晶圆夹具100旋转一定角度，例如旋转180度，先进入刻蚀溶液的第一部分151旋转到靠近所述刻蚀容器170顶部的位置，完成所述刻蚀工艺后，先进入所述刻蚀容器170接触刻蚀液的晶圆第一部分151先离开刻蚀液，从而保证整片晶圆刻蚀时间相对一致，进而改善晶圆刻蚀均匀度，提高产品良率。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
应当理解，本实施例使用的术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本发明的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。
此外，通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (10)

1.一种晶圆夹具，其特征在于，包括：
载体，所述载体包括第一表面和第二表面；
至少两组夹持臂，所述夹持臂连接至所述载体的第一表面并可沿所述第一表面运动，所述每组夹持臂都可独立夹持晶圆；
升降装置，所述升降装置连接至所述第二表面，用于控制所述晶圆夹具移动；
驱动部件，所述驱动部件安装在所述升降装置上，可使所述载体绕所述驱动部件与所述第二表面连接处的轴线旋转。
2.如权利要求1所述晶圆夹具，其特征在于，所述载体的第一表面设置有至少两条沟槽，所述每组夹持臂对应设置于一条所述沟槽内，并可沿所述沟槽运动。
3.如权利要求2所述晶圆夹具，其特征在于，所述至少两条沟槽平行设置。
4.如权利要求2所述晶圆夹具，其特征在于，所述沟槽为两条，沿所述第一表面的中心对称设置。
5.如权利要求1所述晶圆夹具，其特征在于，所述每组夹持臂包括至少两个所述夹持臂。
6.如权利要求1所述晶圆夹具，其特征在于，所述每个夹持臂上包括至少五十个晶圆卡槽，用于夹持晶圆。
7.如权利要求1所述晶圆夹具，其特征在于，所述驱动部件为驱动部件为连杆驱动装置。
8.如权利要求7所述晶圆夹具，其特征在于，所述连杆驱动装置包括驱动气缸、连杆以及滚轴，所述连杆第一端连接至所述驱动气缸，第二端与所述滚轴第一端相连，所述滚轴第二端连接至所述第二表面。
9.一种晶圆刻蚀方法，其特征在于，包括：
将晶圆装载于权利要求1-8中任意一项所述的晶圆夹具的所述夹持臂中；
将装载有所述晶圆的晶圆夹具放入刻蚀容器，执行刻蚀工艺；
在所述刻蚀工艺执行至一半时，将装载有所述晶圆的所述晶圆夹具旋转一定角度；
继续执行所述刻蚀工艺直至完成。
10.如权利要求9所述晶圆刻蚀方法，其特征在于，所述一定角度为180度。
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