CN219144158U - 晶圆夹具以及晶圆湿法腐蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆夹具以及晶圆湿法腐蚀设备，所述晶圆夹具包括：第一夹持件；第二夹持件，其上具有腐蚀孔，所述第二夹持件与所述第一夹持件相连接用以夹紧晶圆；第一密封圈，安装于所述第一夹持件上；其中，晶圆夹持于所述第一夹持件和第二夹持件之间时，所述第一密封圈、第一夹持件以及晶圆的保护面共同围成一密闭空间。本实用新型实施方式的晶圆夹具进行的湿法腐蚀工艺具有效率更高，晶圆的报废率低的优点。

Description

晶圆夹具以及晶圆湿法腐蚀设备

技术领域

本实用新型是关于晶圆湿法刻蚀领域，特别是关于一种晶圆夹具以及晶圆湿法腐蚀设备。

背景技术

硅晶圆是制造微纳器件的基本材料，在微纳功能器件的制造过程中，由于目标功能器件双面结构不一致，或微纳功能器件的结构需要较高的深宽比时，需要进行单面刻蚀工艺，由于湿法刻蚀工艺以其操作简单、易于实现大批量生产，对硅晶圆损伤少的优点，是目前主流的刻蚀工艺。现有技术中，在进行硅晶圆片的单面刻蚀之前，需要在其不需要进行刻蚀的一面涂覆或生长保护层，然后将具有保护层的晶圆片浸入腐蚀液体中对其待刻蚀面进行刻蚀，最后取出该晶圆片，去除所述保护层并进行清洗，完成硅晶圆片的单面刻蚀。

由于目前硅晶圆片单面刻蚀方法的缺点是需要增加在所述硅晶圆片表面涂覆或生长保护层的工序，降低了微纳功能器件的生产效率，而且保护层在硅晶圆片浸入强碱性腐蚀液体时存在发生脱落或剥离的风险，保护层一旦脱落或剥离就会使硅晶圆片报废，从而增加所述微纳功能器件的生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆夹具，其能够在湿法腐蚀过程中，保护晶圆的保护面不被腐蚀溶液腐蚀，从而实现晶圆的单面腐蚀过程。

本实用新型的目的在于提供一种晶圆湿法腐蚀设备以及晶圆湿法腐蚀工艺。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种晶圆夹具，其特征在于，包括：

第一夹持件；

第二夹持件，其上具有腐蚀孔，所述第二夹持件与所述第一夹持件相连接用以夹紧晶圆；

第一密封圈，安装于所述第一夹持件上；

其中，晶圆夹持于所述第一夹持件和第二夹持件之间时，所述第一密封圈、第一夹持件以及晶圆的保护面共同围成一密闭空间。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆夹具还包括第二密封圈，所述第二密封圈密封连接于晶圆的腐蚀面与所述第二夹持件之间，所述第二密封圈、第二夹持件以及晶圆的腐蚀面共同围成一腐蚀空间，所述腐蚀空间与所述腐蚀孔相连通。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述第一夹持件上设有用于放置所述晶圆的限位槽。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述第一夹持件和第二夹持件之间密封连接有第三密封圈，所述第三密封圈环绕所述限位槽。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆夹具还包括与第二夹持件相连接的第三夹持件，所述第一夹持件安装于所述第二夹持件与第三夹持件内，且所述第二夹持件与第三夹持件之间密封连接有第三密封圈。

本实用新型的实施例提供了一种晶圆湿法腐蚀设备，包括腐蚀槽以及放置于该腐蚀槽内的如权上述的晶圆夹具。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于监测所述腐蚀槽内腐蚀溶液的pH值的pH传感器

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于加热所述腐蚀槽内腐蚀溶液的加热装置。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆湿法腐蚀设备用于监测所述腐蚀槽内腐蚀溶液的温度的温度传感器。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于提示腐蚀过程结束的蜂鸣器。

与现有技术相比，根据本实用新型实施方式的晶圆夹具，通过第一夹持件和第二夹持件的配合起到夹紧以及保护晶圆；另外，当晶圆夹持于第一夹持件和第二夹持件之间时，第一密封圈、第一夹持件以及晶圆的保护面共同围成一密闭空间，从而使晶圆的保护面处于密闭空间内，防止湿法腐蚀过程中腐蚀溶液对晶圆的保护面的腐蚀，从而实现晶圆的单面腐蚀过程。相比于现有技术，使用本实用新型实施方式的晶圆夹具进行的湿法腐蚀工艺具有效率更高，晶圆的报废率低的优点。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的晶圆湿法腐蚀设备的示意图；

图2是根据本实用新型一实施方式的晶圆夹具的示意图；

图3是根据本实用新型一实施方式的晶圆夹具的剖面图；

图4是图3中A处的放大图；

图5是根据本实用新型另一实施方式的晶圆夹具的示意图；

图6是根据本实用新型另一实施方式的晶圆夹具的剖面图。

主要附图标记说明：

1、腐蚀槽；2、晶圆夹具；21、第一夹持件；211、限位槽；212、第一凹槽；22、第二夹持件；221、腐蚀孔；222、第二凹槽；23、第三夹持件；231、第三凹槽；24、第一密封圈；25、第二密封圈；26、第三密封圈；27、容纳空间；271、密闭空间；272、腐蚀空间；3、pH传感器；4、温度传感器；5、加热装置；6、腐蚀溶液；7、蜂鸣器；8、处理器；9、晶圆；91、腐蚀面；92、保护面。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的一种晶圆湿法腐蚀设备，包括腐蚀槽1以及放置于该腐蚀槽1内的晶圆夹具2。

其中，在对晶圆9的湿法腐蚀过程中，腐蚀槽1内盛装有腐蚀溶液6。晶圆9可以认为是硅晶圆片。

如图1所示，一具体实施方式中，晶圆湿法腐蚀设备包括用于监测腐蚀槽1内腐蚀溶液6的pH值的pH传感器3。晶圆湿法腐蚀设备包括用于加热腐蚀槽1内腐蚀溶液6的加热装置5以及用于监测腐蚀槽1内腐蚀溶液6的温度的温度传感器4。

具体的，加热装置5可以为水浴加热器或者金属加热板。

一具体实施方式中，晶圆湿法腐蚀设备还可以包括蜂鸣器7以及处理器8，pH传感器3、加热装置5、温度传感器4以及蜂鸣器7可以均与处理器8相连接。具体的，处理器8可以为计算器。当晶圆湿法腐蚀设备对晶圆9的腐蚀完成后，蜂鸣器7可以发出提示音，从而提示操作人员将晶圆夹具2从腐蚀槽1内取出。

如图2～图4所示，一具体实施方式中，晶圆夹具2包括第一夹持件21、第二夹持件22以及第一密封圈24。其中，第二夹持件22上具有腐蚀孔221，第二夹持件22与第一夹持件21相连接用以夹紧晶圆9；第一密封圈24，安装于第一夹持件21上。当晶圆9夹持于第一夹持件21和第二夹持件22之间时，第一密封圈24、第一夹持件21以及晶圆9的保护面92共同围成一密闭空间271。

需要说明的是，通常情况下，晶圆9为片状，其具有上、下两个表面，当要进行单面腐蚀时。上、下两个表面其中一个需要腐蚀的面就可以认为是腐蚀面91，其中另一个面无需腐蚀的面就可以认为是保护面92。在本实施方式中，第一夹持件21和第二夹持件22可以围成一个用于放置晶圆9的容纳空间27，容纳空间27包括密闭空间271。腐蚀孔221与容纳空间27相连通，即在湿法腐蚀过程中，腐蚀溶液6可以通过腐蚀孔221进入至容纳空间27内，对晶圆9的腐蚀面91进行腐蚀过程；由于第一密封圈24、第一夹持件21以及晶圆9的保护面92共同围成一密闭空间271，腐蚀溶液6无法进入密闭空间271，从而避免了腐蚀溶液6对保护面92的腐蚀，实现晶圆9的单面腐蚀过程。具体的，腐蚀孔221的截面可以为方形、圆形、梯形等。

进一步的，第一夹持件21上可以具有用于安装第一密封圈24的第一凹槽212，起到对第一密封圈24的位置进行限定的效果，以及提升第一密封圈24的密封性。

如图2～图4所示，一具体实施方式中，晶圆夹具2还包括第二密封圈25，第二密封圈25密封连接于晶圆9的腐蚀面91与第二夹持件22之间，第二密封圈25、第二夹持件22以及晶圆9的腐蚀面91共同围成一腐蚀空间272，腐蚀空间272与腐蚀孔221相连通。容纳空间27包括腐蚀空间272。第二密封圈25可以进一步的起到阻止腐蚀溶液6进入至密闭空间271的作用。

具体的，第二夹持件22上可以具有用于安装第二密封圈25的第二凹槽222，起到对第二密封圈25的位置进行限定的效果，以及提升第二密封圈25的密封性。

一具体实施方式中，第一夹持件21和第二夹持件22可以为可拆卸连接，具体的，第一夹持件21和第二夹持件22可以通过螺栓实现螺纹连接。图2和图3中的第一夹持件21和第二夹持件22的孔可以为与螺栓螺纹连接的螺纹孔。

如图2～图4所示，一具体实施方式中，第一夹持件21上设有用于放置晶圆9的限位槽211。将晶圆9放置于晶圆夹具2内时，晶圆9的保护面92可以朝向限位槽211方向，晶圆9的腐蚀面91可以朝向腐蚀孔221方向。限位槽211可以起到定位晶圆9放置位置的作用。

第一夹持件21和第二夹持件22的连接处可能具有缝隙，导致腐蚀溶液6从缝隙中进入到容纳空间27内。

为解决上述问题，如图2所示，一具体实施方式中，第一夹持件21和第二夹持件22之间密封连接有第三密封圈26，第三密封圈26环绕限位槽211。第三密封圈26起到避免腐蚀溶液6从缝隙中进入到容纳空间27内的作用。

具体的，第一夹持件21和第二夹持件22上分别可以设有用于安装第三密封圈26的第三凹槽231，起到对第三密封圈26的位置进行限定的效果，以及提升第三密封圈26的密封性。

如图5和图6所示，另一具体实施方式中，晶圆夹具2还包括与第二夹持件22相连接的第三夹持件23，第一夹持件21安装于第二夹持件22与第三夹持件23内，且第二夹持件22与第三夹持件23之间密封连接有第三密封圈26。如此设置，第三密封圈26可以防止腐蚀溶液6从第二夹持件22与第三夹持件23之间的缝隙进入至容纳空间27。

具体的，第二夹持件22和第三夹持件23上分别可以设有用于安装第三密封圈26的第三凹槽231，起到对第三密封圈26的位置进行限定的效果，以及提升第三密封圈26的密封性。

在图5和图6所示的实施方式中，第一夹持件21和第二夹持件22可以为可拆卸连接，具体的，第一夹持件21和第二夹持件22可以通过螺栓实现螺纹连接。第二夹持件22和第三夹持件23可以为可拆卸连接，具体的，第二夹持件22和第三夹持件23可以通过螺栓实现螺纹连接。图5和图6中的第一夹持件21、第二夹持件22以及第三夹持件23的孔可以为与螺栓螺纹连接的螺纹孔。

在任意具体实施方式中，第一密封圈24、第二密封圈25以及第三密封圈26可以由腈橡胶、羧酸腈、氟橡胶、乙丙橡胶等材料制得。

应用于晶圆湿法腐蚀设备的晶圆的湿法腐蚀工艺可以包括以下步骤：

S1、将晶圆夹持于晶圆夹具内，且使晶圆的腐蚀面朝向腐蚀孔。

S2、晶圆夹具放置于腐蚀槽内的腐蚀溶液中，对晶圆的腐蚀面进行腐蚀。

具体的，腐蚀溶液为质量百分比浓度为40％～60％的氢氧化钾或氢氧化钠或氢氧化氨的水溶液。

具体的，腐蚀的温度为70℃～90℃，腐蚀的腐蚀速率为1～10μm/min。

可以理解的是，本实用新型的晶圆湿法腐蚀工艺通过将晶圆夹持于晶圆夹具内后，再将晶圆夹具放置于腐蚀槽内进行腐蚀，晶圆夹具可以对晶圆的保护面进行密封保护，避免其被腐蚀槽内腐蚀溶液腐蚀，而晶圆的腐蚀面可以正常的被腐蚀溶液腐蚀，从而实现晶圆的单面腐蚀工艺。

需要说明的是，晶圆的刻蚀工艺可以大致分为干法刻蚀以及湿法刻蚀两种，其中湿法刻蚀中一种具体的方式可以为利用腐蚀溶液对晶圆的表面进行腐蚀，因此，湿法刻蚀又可以称为湿法腐蚀。

在湿法刻蚀工艺中，将装有腐蚀溶液(例如氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液)的腐蚀槽置于70℃～90℃恒温的水浴槽或加热板上，pH传感器实时读取腐蚀溶液的pH值，温度传感器实时读取腐蚀溶液的温度值。利用浓度为40％～60％强碱溶液在高温环境下对夹具暴露的单面硅进行刻蚀，由于在湿法刻蚀工艺中，硅晶圆片与氢氧化钾或氢氧化钠的化学反应为：

由于硅晶圆片在刻蚀过程中氢氧化钾或氢氧化钠由于化学反应，腐蚀溶液浓度会改变，其溶液的pH值会发生改变，刻蚀速率会发生改变，因此在该工艺监控溶液的pH值和温度，处理器(例如计算机)根据目标单面刻蚀深度可以有效计算出刻蚀所需时长。最后，利用蜂鸣器提醒完成该刻蚀工艺。操作人员可以根据蜂鸣器提醒，将晶圆夹具从腐蚀槽内取出。

综上所示，本实用新型的晶圆夹具以及晶圆湿法腐蚀设备，通过将晶圆安装于晶圆夹具内，晶圆在湿法腐蚀工艺过程中，晶圆夹具可以起到保护晶圆的保护面在腐蚀过程中，避免其被腐蚀溶液腐蚀，而晶圆的腐蚀面则可以正常的进行被腐蚀溶液腐蚀，从而实现晶圆的单面腐蚀工艺。与现有的湿法刻蚀工艺相比，无需对晶圆的保护面涂覆或生长保护层，从而减少了晶圆的单面湿法刻蚀的工序，提升了晶圆的单面湿法刻蚀的效率。另外晶圆夹具对晶圆的保护面的保护稳定性大于保护层对保护面的保护稳定性，从而避免了因保护层在晶圆浸入强碱性腐蚀液体时存在发生脱落或剥离导致的晶圆报废的情况，提升了晶圆的单面湿法刻蚀工艺的稳定性以及降低了晶圆的报废率，避免了因晶圆报废导致的生产成本的提高。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种晶圆夹具，其特征在于，包括：

第一夹持件；

第二夹持件，其上具有腐蚀孔，所述第二夹持件与所述第一夹持件相连接用以夹紧晶圆；

第一密封圈，安装于所述第一夹持件上；

其中，晶圆夹持于所述第一夹持件和第二夹持件之间时，所述第一密封圈、第一夹持件以及晶圆的保护面共同围成一密闭空间。

2.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述晶圆夹具还包括第二密封圈，所述第二密封圈密封连接于晶圆的腐蚀面与所述第二夹持件之间，所述第二密封圈、第二夹持件以及晶圆的腐蚀面共同围成一腐蚀空间，所述腐蚀空间与所述腐蚀孔相连通。

3.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述第一夹持件上设有用于放置所述晶圆的限位槽。

4.如权利要求3所述的晶圆夹具，其特征在于，所述第一夹持件和第二夹持件之间密封连接有第三密封圈，所述第三密封圈环绕所述限位槽。

5.如权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于，所述晶圆夹具还包括与第二夹持件相连接的第三夹持件，所述第一夹持件安装于所述第二夹持件与第三夹持件内，且所述第二夹持件与第三夹持件之间密封连接有第三密封圈。

6.一种晶圆湿法腐蚀设备，其特征在于，包括腐蚀槽以及放置于该腐蚀槽内的如权利要求1～5任一项所述的晶圆夹具。

7.如权利要求6所述的晶圆湿法腐蚀设备，其特征在于，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于监测所述腐蚀槽内腐蚀溶液的pH值的pH传感器。

8.如权利要求6所述的晶圆湿法腐蚀设备，其特征在于，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于加热所述腐蚀槽内腐蚀溶液的加热装置。

9.如权利要求8所述的晶圆湿法腐蚀设备，其特征在于，所述晶圆湿法腐蚀设备用于监测所述腐蚀槽内腐蚀溶液的温度的温度传感器。

10.如权利要求6所述的晶圆湿法腐蚀设备，其特征在于，所述晶圆湿法腐蚀设备包括用于提示腐蚀过程结束的蜂鸣器。

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