CN112071800B - 用于单面湿法刻蚀的手持夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于单面湿法刻蚀的手持夹具。现有湿法刻蚀加工设备不适用于小批量原型器件的制备。本发明包括下层结构、上层结构、手柄。下层结构中下层本体表面开设外圈密封槽和内圈密封槽，内置外圈密封圈和内圈密封圈，并开设下层螺纹孔。上层结构中上层本体上开有晶圆定位槽，晶圆定位槽底开有刻蚀液通孔，上层本体开设有上层螺纹孔和手柄安装孔。使用中，将需要刻蚀的材料晶圆置于晶圆定位槽内，下层本体与上层本体通过螺钉固定连接。本发明制造成本低，使用方便，能够较好的控制蚀刻时间，可以实现晶圆的单面蚀刻，便于在小批量、原型器件的研发过程中使用。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件加工技术领域，具体涉及到了一种适用于实验室半导体原型器件研发的单面湿法刻蚀的手持夹具。该夹具可以用于材料的湿法刻蚀，有方便控制、成本低、加工效率高的特点。
背景技术
随着微型电子机械系统技术的发展，对微纳制造加工工艺的需求越来越广，其中湿法刻蚀作为其中的关键技术，对相关产业和研究的发展有重要的影响。当前的湿法刻蚀加工设备，主要是用于产业化生产的大型装置，并不适用于小批量、实验室研究用的原型器件制备，难以满足实际使用过程中对单面腐蚀、腐蚀时间准确控制的需求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可以用于小批量器件试制的材料单面湿法刻蚀的手持式夹具。本发明的夹具采用单面双密封圈密封的方式实现对材料的单面刻蚀，能够实现材料小批量样品的单面湿法蚀刻，并准确控制蚀刻时间的需求。
本发明的手持夹具包括下层结构、上层结构、手柄。
所述的下层结构包括圆板形状的下层本体，下层本体上表面开设有圆环形状的外圈密封槽和内圈密封槽，外圈密封槽和内圈密封槽与下层本体同心设置，外圈密封槽内嵌有外圈密封圈，内圈密封槽内嵌有内圈密封圈；贯穿下层本体上下表面开有多个下层螺纹孔，多个下层螺纹孔位于同一圆周上，且位于外圈密封槽与内圈密封槽之间。
所述的上层结构包括圆板形状的上层本体，上层本体由底面向上开有圆形的晶圆定位槽，晶圆定位槽与上层本体同心设置,晶圆定位槽直径大于内圈密封槽直径；贯穿上层本体顶面和晶圆定位槽底面开有刻蚀液通孔；贯穿上层本体上下表面开有多个上层螺纹孔，多个上层螺纹孔位于同一圆周上，且位于晶圆定位槽边沿与上层本体边沿之间，上层螺纹孔与下层螺纹孔位置一一对应；上层结构上表面设有手柄安装孔。
所述的手柄通过手柄安装孔固定安装在上层本体的上表面。使用中，将需要单面湿法刻蚀的材料晶圆置于晶圆定位槽内，下层本体与上层本体通过螺钉固定连接。
进一步，所述的下层本体和上层本体为耐酸碱抗腐蚀材料，如PEFT铁氟龙，PPS，PEEK 等材料。
进一步，所述的手柄安装孔为螺纹盲孔，位于晶圆定位槽边沿与上层本体边沿之间位置，所述的手柄尾部攻有螺纹，手柄与上层本体通过手柄安装孔螺纹连接。
使用时候，将所需要刻蚀的晶圆放入单面湿法刻蚀的手持夹具的相应位置，通过螺钉将上、下层结构固定形成一个整体密封的腔。将夹具整体浸入湿法刻蚀液中，通过上层结构中的刻蚀液通孔，令湿法刻蚀液与晶圆接触实现刻蚀。
整个单面湿法刻蚀的手持夹具，可以放置在温控刻蚀腔内，腔内液体根据刻蚀需要可以是强酸强碱，刻蚀液面高度需要盖过上层结构的孔。需要停止刻蚀时，将手柄向上提起，令刻蚀液与结构分离，实现刻蚀的精准控制。
本发明的单面湿法刻蚀的手持夹具，制造成本低，通过双层密封圈密封，可以实现晶圆的单面蚀刻，便于在小批量、原型器件的研发过程中使用。通过把手控制腐蚀腔与腐蚀液分离，可以控制湿法刻蚀的精度。这种夹具可以被应用到各种尺寸的晶圆上，并且通过改变上层孔的形貌尺寸可以被拓展到相关的湿法刻蚀研究使用中。
相比传统的湿法刻蚀技术，利用沉积掩膜实现单面蚀刻制备的技术，本发明提出通过夹具实现单面湿法刻蚀，可以减少对掩膜材料的消耗，同时具有制造成本低，使用方便，能够较好的控制蚀刻时间。
附图说明
图1为本发明手持夹具的下层结构示意图；
图2为图1的A-A截面示意图；
图3为本发明手持夹具的上层结构示意图；
图4为图3的B-B截面示意图；
图5为本发明手持夹具的整体结构示意图；
图6为本发明手持夹具的使用状态示意图。
具体实施方式
一种用于单面湿法刻蚀的手持夹具，包括下层结构、上层结构、手柄。
如图1和2所示，下层结构包括圆板形状的下层本体1，下层本体1上表面开设有圆环形状的外圈密封槽2和内圈密封槽3，外圈密封槽2和内圈密封槽3与下层本体1同心设置，外圈密封槽2内嵌有外圈密封圈5，内圈密封槽3内嵌有内圈密封圈6。贯穿下层本体 1上下表面开有多个下层螺纹孔4，多个下层螺纹孔4位于同一圆周上，且位于外圈密封槽 2与内圈密封槽3之间。
如图3和4所示，上层结构包括圆板形状的上层本体7，上层本体7的中心由底面向上开有圆形的晶圆定位槽8，晶圆定位槽8与上层本体7同心设置。贯穿上层本体7顶面和晶圆定位槽8底面开有刻蚀液通孔9。贯穿上层本体7上下表面开有多个上层螺纹孔10，多个上层螺纹孔10位于同一圆周上，上层螺纹孔10与下层螺纹孔4位置一一对应。上层结构7上表面设有手柄安装孔11，手柄安装孔11为螺纹盲孔，位于晶圆定位槽8边沿与上层本体7边沿之间。
如图5所示，手柄12通过手柄安装孔11固定安装在上层本体7上表面，将需要单面湿法刻蚀的材料晶圆13置于晶圆定位槽8内，下层本体1与上层本体7通过螺钉14固定连接。通过外圈密封圈5和内圈密封圈6将晶圆13的下表面与外界隔离，其中晶圆13的中心下表面、下层本体1上表面与内圈密封圈6形成圆形的内圆密封腔I，晶圆13的边沿下表面、上层本体7下、表面下层本体1上表面以及外圈密封圈5和内圈密封圈6形成环形的外圈密封腔II。该手持夹具具体加工使用方法是：
(1).选取合适的耐酸碱抗腐蚀材料(如PEFT铁氟龙，PPS，PEEK等材料)用于制备湿法刻蚀的夹具。采用机械加工的方式，将下层本体1加工成具有外圈密封槽2和内圈密封槽3的下层结构，内、外圈密封槽的大小根据目前工业上常规的材料晶圆大小即2寸～12 寸(直径为50mm～300mm)进行调整，其中内圈密封槽的外径要小于所加工材料晶圆的尺寸，外圈密封槽的内径则需要大于所加工材料晶圆的尺寸；均布加工用于固定安装的下层螺纹孔4，将外圈密封圈5嵌入外圈密封槽2，内圈密封圈6嵌入内圈密封槽3；
(2).选取耐酸碱抗腐蚀材料，采用机械加工的方式，将上层本体7加工成具有晶圆定位槽8和刻蚀液通孔9的上层结构，晶圆定位槽8的深度需要与被刻晶圆相配合(一般为0.1mm～1mm)；刻蚀液通孔9的形貌可以根据具体需要设计，面积需小于下层结构中内圈密封槽的圈内面积；对应下层螺纹孔4位置加工出上层螺纹孔10，加工用于安装手柄12的手柄安装孔11；
(3).将加工的刻蚀夹具下层结构和上层结构进行配合，将手柄12安装在上层结构，将需要刻蚀的被刻材料晶圆13放入夹具的晶圆定位槽8中，其中需要刻蚀的一面对着上层结构的刻蚀液通孔9，之后将上层结构与下层结构采用螺丝螺母14相互连接的方式组合为一体，形成可以使用的刻蚀夹具；
(4).如图6，将整体组装好的用于腐蚀的夹具及材料晶圆13，浸入有腐蚀溶液的容器 15中进行腐蚀；
(5).经过腐蚀需要的时间后，通过手柄12将夹具与腐蚀液分离，在去离子水中清洗腐蚀溶液，松动螺钉，打开夹具，取出腐蚀完成的材料晶圆13，获得所需的微纳结构。
Claims (3)
1.用于单面湿法刻蚀的手持夹具，包括下层结构、上层结构、手柄；其特征在于：
所述的下层结构包括圆板形状的下层本体(1)，下层本体(1)上表面开设有圆环形状的外圈密封槽(2)和内圈密封槽(3)，外圈密封槽(2)和内圈密封槽(3)与下层本体(1)同心设置，外圈密封槽(2)内嵌有外圈密封圈(5)，内圈密封槽(3)内嵌有内圈密封圈(6)；贯穿下层本体(1)上下表面开有多个下层螺纹孔(4)，多个下层螺纹孔(4)位于同一圆周上，且位于外圈密封槽(2)与内圈密封槽(3)之间；
所述的上层结构包括圆板形状的上层本体(7)，上层本体(7)由底面向上开有圆形的晶圆定位槽(8)，晶圆定位槽(8)与上层本体(7)同心设置,晶圆定位槽(8)直径大于内圈密封槽(3)直径；贯穿上层本体(7)顶面和晶圆定位槽(8)底面开有刻蚀液通孔(9)；贯穿上层本体(7)上下表面开有多个上层螺纹孔(10)，多个上层螺纹孔(10)位于同一圆周上，且位于晶圆定位槽(8)边沿与上层本体(7)边沿之间，上层螺纹孔(10)与下层螺纹孔(4)位置一一对应；上层本体(7)上表面设有手柄安装孔(11)；
所述的手柄(12)通过手柄安装孔(11)固定安装在上层本体(7)上表面；使用中，将需要单面湿法刻蚀的材料晶圆(13)置于晶圆定位槽(8)内，下层本体(1)与上层本体(7)通过螺钉(14)固定连接。
2.如权利要求1所述的用于单面湿法刻蚀的手持夹具，其特征在于：所述的下层本体(1)和上层本体(7)为耐酸碱抗腐蚀材料。
3.如权利要求1所述的用于单面湿法刻蚀的手持夹具，其特征在于：所述的手柄安装孔(11)为螺纹盲孔，位于晶圆定位槽(8)边沿与上层本体(7)边沿之间位置，所述的手柄(12)尾部攻有螺纹，手柄(12)与上层本体(7)通过手柄安装孔(11)螺纹连接。
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