一种晶圆夹持装置的制作方法

1.本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种晶圆夹持装置。


背景技术：

2.在集成电路制造过程中，晶圆的湿法工艺是影响产品良率的重要工艺过程。其中，单片式湿法工艺由于其所具有的良好均匀性、可重复性及稳定性，得到了越来越广泛的应用。目前的单片式湿法工艺，一般将进行湿法刻蚀或清洗的晶圆固定在晶圆卡盘上，并使得晶圆在晶圆卡盘的带动下旋转，通过喷布湿法药液对晶圆表面进行工艺处理。
3.在进行湿法刻蚀或清洗工艺的过程中，根据工艺需要会用到不同的湿法药液。由于湿法药液本身的物理特性如粘度、亲疏水性的不同，喷射到晶圆表面会有不同程度的反溅，一般湿法药液的反溅不会对晶圆造成污染。但是，某些粘度小、疏水性大的湿法药液反溅较为严重，在晶圆旋转过程中，粘度小、疏水性大的湿法药液由于离心力的作用，会产生一定角度的飞溅，从而对晶圆造成二次污染。
4.然而，目前的晶圆夹持装置没有留出足够的空间释放反溅的湿法药液，也没有考虑喷到晶圆表面时哪个角度更有利于的飞溅液体的释放。
5.因此，有必要提出一种新的防止湿法药液飞溅的晶圆夹持装置，来解决上述问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆夹持装置，用于解决现有技术中单片式湿法工艺中传统晶圆夹持装置无法顺利释放湿法药液，避免湿法药液反溅造成晶圆污染以及湿法药液易积液残留的问题。
7.为达到上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种晶圆夹持装置，安装在晶圆卡盘上，该晶圆夹持装置包括：
8.基座，设置在晶圆卡盘上；
9.支撑台，设置在基座上，用于支撑晶圆；
10.导向柱，设置在基座上，用于引导并限位晶圆于设定位置；
11.夹持件，与基座活动连接，用于晶圆被引导并限位于设定位置后，夹持晶圆的侧面并固定晶圆，夹持件与晶圆卡盘的径向方向成一设定角度。
12.上述的晶圆夹持装置，其中，设定角度可根据晶圆卡盘的旋转速率进行调节。
13.上述的晶圆夹持装置，其中，设定角度的范围为0
°
～45
°
。
14.上述的晶圆夹持装置，其中，夹持件上设有用于夹持晶圆的抵靠面，且抵靠面为平面。
15.上述的晶圆夹持装置，其中，夹持件的两侧均设有排液缺口。
16.上述的晶圆夹持装置，其中，排液缺口的底面不高于基座的上表面。
17.上述的晶圆夹持装置，其中，夹持件上与抵靠面相对的一侧设有凹槽，且凹槽的长度方向与排液缺口的长度方向平行。
18.上述的晶圆夹持装置，其中，抵靠面的下方设有导流槽，且导流槽的长度方向与排液缺口的长度方向平行，导流槽的下半部分具有延伸至导流槽下方的导流斜面。
19.上述的晶圆夹持装置，其中，导向柱为一个，且沿晶圆卡盘周向方向设置于夹持件的一侧。
20.上述的晶圆夹持装置，其中，导向柱为同轴的圆锥和圆柱上下拼接而成。
21.上述的晶圆夹持装置，其中，支撑台的上表面设有棱线结构，用于接触并支撑晶圆。
22.上述的晶圆夹持装置，其中，棱线结构的棱线沿晶圆卡盘的径向方向延伸。
23.上述的晶圆夹持装置，其中，棱线结构由相交的两个倾斜面共同形成。
24.上述的晶圆夹持装置，其中，支撑台相比夹持件更靠近晶圆卡盘的圆心。
25.上述的晶圆夹持装置，其中，晶圆夹持装置按组设置且至少为一组；每一组包含至少三个晶圆夹持装置，至少三个晶圆夹持装置等间距设置于晶圆卡盘的边缘，晶圆卡盘上不同组的晶圆夹持装置的支撑台高度不同。
26.上述的晶圆夹持装置，其中，晶圆卡盘设置有多组用于分别夹持不同尺寸晶圆的晶圆夹持装置，该多组晶圆夹持装置在晶圆卡盘上呈同心圆分布，该多组晶圆夹持装置的支撑台高度由内圈至外圈依次升高。
27.如上所述，相对于现有技术，本发明提供了一种晶圆夹持装置，具有以下有益效果：晶圆在晶圆卡盘不同转速的带动下，通过设置夹持件与晶圆卡盘的径向方向成一设定角度，从而使飞溅的湿法药液能够顺利释放，并且保证了足够的空间来释放飞溅的湿法药液，避免了对晶圆造成污染。
附图说明
28.图1至图3分别为本发明实施例一中提供的晶圆夹持装置从不同角度上观察的结构示意图；
29.图4为本发明实施例一中提供的晶圆夹持装置夹持晶圆的局部俯视图；
30.图5为本发明实施例一中提供的夹持件的结构示意图；
31.图6为本发明实施例一中提供的多个晶圆夹持装置安装于晶圆卡盘上的示意图；
32.图7为图6中bb’方向上的截面图；
33.图8为本发明实施例一中提供的晶圆夹持装置夹持晶圆的示意图；
34.图9为图6中从a方向观察所得侧视图；
35.图10和图11分别为本发明实施例一中提供的晶圆夹持装置夹持固定晶圆前、后的局部示意图；以及
36.图12为本发明实施例二中提供的晶圆夹持装置夹持晶圆的示意图。
37.元件标号说明
38.1晶圆夹持装置
39.2晶圆卡盘
40.3晶圆
41.α设定角度
42.101基座
43.102支撑台
44.102a棱线结构
45.102b倾斜面
46.103导向柱
47.104夹持件
48.104a抵靠面
49.104b导流槽
50.104c导流斜面
51.104d凹槽
52.104e配重部
53.104f旋转轴安装孔
54.104g旋转轴
55.105排液缺口
56.401晶圆卡盘
57.402第一晶圆夹持装置
58.403第二晶圆夹持装置
具体实施方式
59.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
60.请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
61.实施例一
62.请参阅图1至图11，本实施例1提供了一种晶圆夹持装置1，该晶圆夹持装置1安装于晶圆卡盘2上，该晶圆夹持装置1包括：
63.基座101，设置于晶圆卡盘2的边缘；
64.支撑台102，设置于基座101上，用于支撑晶圆3；
65.导向柱103，设置于基座101上，用于引导并限位晶圆3于设定位置；
66.夹持件104，与基座101活动连接，用于晶圆3被引导并限位于设定位置后，夹持晶圆3的侧面并固定晶圆3，夹持件104与晶圆卡盘2的径向方向成设定角度α。当晶圆3在晶圆卡盘2的旋转带动下，晶圆3表面上的湿法药液沿着夹持件104的方向顺利排出。
67.图1至图3为本实施例1所提供的晶圆夹持装置1从不同角度上观察所得透视图。从图1至图3中可以看出，支撑台102、导向柱103和夹持件104都设置在基座101上。支撑台102相比夹持件104更靠近晶圆卡盘2的圆心。支撑台102上设有位于其上表面的棱线结构102a，用于接触并支撑晶圆3。较佳地，棱线结构102a由相交的两个倾斜面102b共同形成。导向柱
103沿晶圆卡盘2周向方向设置于夹持件104的一侧，用于引导并限位晶圆3于设定位置。导向柱103为表面光滑的同轴的圆锥和圆柱上下拼接而成。上下拼接的圆锥和圆柱的光滑表面进一步减少了导向柱103对于湿法药液排出的阻碍，使得湿法药液可以沿导向柱103光滑的表面顺利排出。
68.图4为本实施例1所提供的晶圆夹持装置1夹持晶圆3的俯视图。晶圆夹持装置1中的夹持件104与晶圆卡盘2的径向方向成设定角度α。设定角度α可根据晶圆卡盘的旋转速率进行调节，以便于晶圆3表面的湿法药液沿着夹持件104的方向顺利排出。在一个实施例中，设定角度α的范围为0
°
～45
°
。
69.图5为本实施例1所提供的夹持件104的透视图。夹持件104上设有用于夹持晶圆3的抵靠面104a；且抵靠面104a为平面，当夹持件104夹持晶圆3时，抵靠面104a与晶圆3的接触为面接触。抵靠面104a的下方设有导流槽104b，导流槽104b的下半部分具有延伸至导流槽104b下方的导流斜面104c。夹持件104上与抵靠面104a相对的一侧还设有凹槽104d。夹持件104还设有配重部104e和旋转轴安装孔104f。如图5和图10所示，夹持件104通过旋转轴安装孔104f安装于旋转轴104g，以活动连接基座101，并能绕旋转轴104g旋转。
70.图6为本实施例1中多个晶圆夹持装置1安装于晶圆卡盘2上的示意图。图7为图6中bb’方向上的截面图。图8为本实施例1提供的晶圆夹持装置1夹持晶圆3的示意图。从图6中可以看出，本实施例1中共采用六个晶圆夹持装置1在晶圆卡盘2的周向上等间距排列。从图7中可以看出，晶圆卡盘2在其上表面的边缘区域安装晶圆夹持装置1，在其中心和底部区域还设有连接转轴等其他结构的连接部位，以通过转轴(图中未画出)等驱动结构带动其旋转。从图8中可以看出，六个晶圆夹持装置1等间距排列在晶圆卡盘2的周向上来夹持晶圆3。
71.图9为图6中从a方向观察所得侧视图。从图9中可以看出，夹持件104的两侧均设有排液缺口105，用于晶圆3表面的湿法药液从排液缺口105顺利排出，避免湿法药液在夹持件104上形成积液。从另一方面看，也可以认为是夹持件104的两侧分别削去部分结构，形成排液缺口105。较佳地，排液缺口105的底面不高于基座101的上表面。通过设置排液缺口105的底面不高于基座101的上表面，能够防止排液缺口105处的湿法药液沿基座101的上平面回流至工艺区域，使得湿法药液能够顺利排出。
72.作为示例，如图6至图9所示，夹持件104上的凹槽104d的长度方向与排液缺口105的长度方向平行。当晶圆3在晶圆卡盘2的旋转带动下旋转时，湿法药液从排液缺口105和凹槽104d顺利排出。从另一方面看，也可以认为是夹持件104上与抵靠面104a相对的一侧削去部分结构，形成凹槽104d。本实施例1通过引入凹槽104d，为湿法药液的排出提供了足够的空间，避免晶圆表面的湿法药液飞溅至夹持件104上凹槽104d的一侧，而导致积液存留在夹持件104上的缺陷。且凹槽104d的长度方向与排液缺口105的长度方向平行，这确保了湿法药液能够在晶圆卡盘2旋转的离心力的作用下，沿着夹持件104的方向从排液缺口105和凹槽104d顺利排出。
73.作为示例，如图6至图9所示，夹持件104上的抵靠面104a的下方设有导流槽104b，且导流槽104b的长度方向与排液缺口105的长度方向平行，导流槽104b的下半部分具有延伸至导流槽104b下方的导流斜面104c。导流槽104b及其导流斜面104c的设置将有利于湿法药液沿该处向下方顺利排出，避免了湿法药液积液留存。
74.作为示例，如图6至图9所示，棱线结构102a的棱线沿晶圆卡盘2的径向方向延伸。
本实施例1通过引入棱线结构102a与放置的晶圆3实现线接触，减少接触区域，避免了现有技术中支撑台102与晶圆3因面接触所造成的湿法药液在接触区域积液残留的缺陷。且棱线结构102a的棱线沿晶圆卡盘2的径向方向延伸，这确保了可能存在的积液能够在晶圆卡盘2旋转的离心力的作用下，沿棱线方向顺利排出。两个倾斜面102b除了在其上方相交以形成棱线结构102a外，还同时沿平行于棱线结构102a的方向朝向远离晶圆卡盘2中心的方向倾斜。上述设置可以进一步确保在倾斜面102b上的湿法药液可以沿远离晶圆的径向方向顺利排出。
75.作为示例，如图6至图9所示，导向柱103为一个，且沿晶圆卡盘2周向方向设置于夹持件104的一侧。导向柱103为同轴的圆锥和圆柱上下拼接而成，上下拼接的圆锥和圆柱的光滑表面进一步减少了导向柱103对于湿法药液排出的阻碍，使得湿法药液可以沿导向柱103光滑的表面顺利排出。
76.如图10和图11所示，分别是晶圆3放置于晶圆卡盘2上，晶圆夹持装置1夹持固定晶圆3前、后的局部示意图。
77.在图10中，晶圆3放置于晶圆卡盘2上，通过导向柱103的引导，被支撑台102所承载。此时，晶圆卡盘2和晶圆3处于未转动的静止状态，夹持件104在其下方配重部104e的作用下处于松开状态。而，当晶圆卡盘2和晶圆3开始转动时，如图10中箭头方向所示，配重部104e将在旋转离心力的作用下向外侧运动，而在旋转轴104g上方相对的另一侧，夹持件104将向晶圆3运动，通过抵靠面104a将晶圆3夹持固定，如图11所示。
78.在图11中，晶圆卡盘2和晶圆3在湿法工艺过程中保持同步转动，夹持件104夹持固定晶圆3。喷布于晶圆3上表面的湿法药液随着晶圆3的转动从晶圆3的中心区域沿图11中箭头所示d方向向晶圆3的边缘区域流动。在晶圆3的边缘区域，由于本发明设置了排液缺口105、凹槽104d以及导流槽104b，湿法药液将从夹持件104的侧方、后方和下方顺利排出，而不会出现积液残留。
79.作为示例，如图1至图4以及图10和图11所示，夹持件104上用于夹持晶圆3的抵靠面104a为平面。当夹持件104夹持晶圆3时，抵靠面104a与晶圆3的接触为面接触。在本实施例中，夹持件104仅从侧面与晶圆3发生面接触，因此，不会对晶圆3造成其他方向，例如向下方的压力，避免了晶圆3因为应力而出现裂片。抵靠面104a的外形可以根据晶圆3的侧面形貌进行调整，以确保夹持件104对晶圆3的稳固夹持。
80.本实施例1考虑了湿法药液的粘度、疏水性，从而设计出了角度可调的夹持件104，实现了晶圆在晶圆卡盘不同转速的带动下，由于湿法药液离心力的不同，需要从不同角度来释放飞溅的湿法药液；通过引入夹持件上的凹槽等结构，为湿法药液的排出提供了足够的空间，避免晶圆表面的湿法药液积液存留，提升了湿法工艺的可靠性和稳定性。
81.实施例二
82.请参阅图12，本实施例提供了一种晶圆夹持装置，与实施例一相比，区别在于：
83.在本实施例2中，晶圆夹持装置按组分为两组，每一组的数量为三个晶圆夹持装置，且三个晶圆夹持装置等间距设置于晶圆卡盘的边缘，不同组的晶圆夹持装置的支撑台高度不同。
84.作为示例，如图12所示，晶圆卡盘401的边缘共设有六个晶圆夹持装置，分别为三个第一晶圆夹持装置402和三个第二晶圆夹持装置403。每一组中的三个第一晶圆夹持装置
402或三个第二晶圆夹持装置403之间为等间距排列，并通过其设置的支撑台为晶圆提供支撑，且不同组的晶圆夹持装置的支撑台高度各不相同。由于三点可以确定一个面，本实施例的设置可以通过三个晶圆夹持装置为一组，确定一个支撑面。由于晶圆本身有一定的翘曲度，即晶圆接触支撑台的下表面并非理想平面，通过本实施例中的多组晶圆夹持装置所提供的多个不同的支撑面，对于具有一定翘曲的晶圆，将其固定于与之接触的最为平稳的一个支撑面上。即，可以通过多组晶圆夹持装置所提供的的不同支撑面中的一个来进行最为稳定的支撑。由此可以对晶圆实现更为稳定的支撑，且能够兼容不同制程的晶圆进行工艺。
85.此外，本实施例所提供的多组晶圆夹持装置还可以实现对于不同尺寸晶圆的兼容。例如可以设计两组晶圆夹持装置分别用于支撑8英寸晶圆和12英寸晶圆。其中，支撑8英寸晶圆的晶圆夹持装置排列于较小的同心内圈且其支撑台高度较低，而支撑12英寸晶圆的晶圆夹持装置则排列于直径较大的同心外圈且其支撑台高度较高。通过以上设置可以使单片式湿法等工艺设备能够兼容不同尺寸的晶圆进行作业，以提升设备兼容性。
86.本实施例的其他设置与实施例一相同，此处不再赘述。
87.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。