一种适于半导体行业的晶圆夹具制作方法与流程

本发明涉及半导体行业的夹具制作领域。

背景技术：

在半导体行业制作晶圆时，无可避免地会用到晶圆夹具，将晶圆托在夹具上以实现晶圆在操作机台上的镀膜、清洗等工序。晶圆夹具的制作都采用的是机械研磨打造的方式，需要提前制作与晶圆相匹配的尺寸并与操作机台配合，且在制作小尺寸的晶圆夹具时，工艺需求精细，在制作过程中常常弄碎夹具或达不到需要的精度。

目前半导体行业的主流设备是8寸或12寸晶圆机台，而在三五族半导体行业用的较多的是6寸晶圆机台，但是在研发或生产过程中经常会涉及到较小尺寸如2寸或4寸晶圆，或其他与企业的主要晶圆尺寸不同的晶圆，当需要设计小尺寸晶圆的刻蚀、清洗时，现有的企业常通过购买新的适用机台以满足小尺寸晶圆的需求，但是通过机械研磨打造更小尺寸的夹具，工期较长、尺寸误差大、需重新购置原材料，且重新购买适用机台，其工作设备费用高，费钱费时，严重影响了晶圆制作的效率，为企业带来了更高的经营成本。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提供一种晶圆夹具的制作方法，使企业能够自己制作与晶圆尺寸相匹配的夹具，不需单独购买新的适用机台及夹具，从而提高现有机台的晶圆尺寸兼容性。

为达到上述技术目的，采用的技术方案是：

一种适于半导体行业的晶圆夹具制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

s1：制作夹具源片，具体地，在半导体材料的源片上采用光刻工艺光刻出夹具图形，形成夹具源片；

s2：去光刻胶残渣，具体地，将夹具源片送入rie蚀刻机台，采用o2进行干法刻蚀去除光刻胶残渣；

s3：刻蚀出成型夹具，具体地，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺，在夹具源片上按照光刻出的夹具图形蚀刻制作出成型夹具；

s4:清洗成型夹具。

进一步地，s1步包括以下顺次进行的工序：

s1-1：采用胶片印刷的方式制作光刻板；因需要光刻的图形尺寸较大，制作传统的光刻板会造成成本增加，因此，采用胶片制作；

s1-2：将载有光刻板的夹具源片放入光刻机，采用光刻负胶进行光刻，光刻时顺次进行涂胶、第一次烘干、曝光、第二次烘干、显影、显影后烘干等6个工序，所述第一次烘干的温度为60-90℃，烘烤时间为250-350s；所述曝光能量微800-1000mj，时间20-50s；所述第二次烘干的温度为130-170℃，烘烤时间为100-140s；所述显影采用浸泡方式，时间约600-1000s；所述显影后烘干的温度为100-140℃，烘烤时间为100-140s。

作为s1-2步骤的一种优选，第一次烘干的温度为70℃，烘烤时间为320s；所述第二次烘干的温度为150℃，烘烤时间为110s；所述曝光能量微900mj，时间45s；所述显影采用浸泡方式，时间800s；所述显影后烘干的温度为120℃，烘烤时间为120s。

进一步地，s2步的干法刻蚀的压力0.6-0.7mbar，o2的体积流量为700-1100sccm，rie蚀刻机台的蚀刻功率为500-1200w，干法刻蚀的时间为60-240s。

作为s2步的一种优选，干法刻蚀的压力0.7mbar，o2的体积流量为800sccm，rie蚀刻机台的蚀刻功率为1100w，干法刻蚀的时间为140s。

进一步地，因干法刻蚀相较于湿法刻蚀，能得到更好的各向异性好，且能保证细小图形转移后的保真性，因此，本技术方案的s3步是采用干法刻蚀工艺刻蚀夹具源片，干法刻蚀选用c4f8、sf6、ar组成的混合气体，具体地：将夹具源片送入icp机台，通过循环进行的蚀刻a工序及蚀刻b工序对夹具源片进行蚀刻，即完成蚀刻a工序后即进行蚀刻b工序继而又进行蚀刻a工序，如此循环往复600-1400圈。

其中，蚀刻a工序的蚀刻时间保持在1-3s，蚀刻压力为20-30mtorr，c4f8的体积流量为40-60sccm，sf6的体积流量为50-200sccm，ar的体积流量为20-50sccm，源功率为1000-2500w,偏置功率为450-850w；

更进一步地，蚀刻a工序的蚀刻时间保持2s，蚀刻压力为25mtorr，c4f8的体积流量为56sccm，sf6的体积流量为160sccm，ar的体积流量为45sccm，源功率为2000w，偏置功率520w；

刻蚀b工序的时间1-3s，，压力为20-60mtorr，c4f8的体积流量为40-60sccm，sf6的体积流量为100-400sccm，ar的体积流量为20-50sccm，源功率为1000-3500w，偏置功率为0-100w。

更进一步地，蚀刻b工序的蚀刻时间为1s，压力为60mtor，c4f8的体积流量为45sccm，sf6的体积流量为240sccm，ar的体积流量为41sccm，源功率为2100w，偏置功率为20w。

进一步地，作为s3步所选工艺的另一个选择，s3步也可以采用湿法刻蚀工艺刻蚀夹具源片，湿法刻蚀具有应性强、表面均匀性好、对器件损伤少、适用性广(能适应所有的金属、玻璃、塑料等材料)的特点，因而，s3步采用湿法刻蚀工艺，其选择的刻蚀溶液为koh溶液或由hno3、hf及h2o组成的混合溶液。

进一步地，s4步具体包括以下步骤：

s4-1：将s3步后的成型夹具放入负胶去除液或nmp溶液中，在常温下浸泡0-4小时，溶解掉剩余的光刻胶；

s4-2：采用去离子水清洗成型夹具；

s4-3：用n2吹干成型夹具。

更进一步地，作为s4-1的一种优选，也可以选择使成型夹具在负胶去除液或nmp溶液中，在加热到40℃-50℃的温度下浸泡0-2小时，这样可以节约浸泡时间，提高效率。

进一步地，夹具源片优选用si片，si片具有熔点较高、硬度和散热较好、价格便宜等优点，是常用的半导体材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)区别于传统的通过机械性研磨打造制作晶圆夹具的方法，本发明提供了一种采用光刻胶制作夹具图形、干法刻蚀或湿法刻蚀的方法进行晶圆夹具的制作，该方法能提高现有机台上的晶圆尺寸的兼容性，在进行其他尺寸晶圆片的制作时，不用再购置新的机台以及新的夹具，企业利用自己已有的设备，如icp机台、光刻机等，就可以制作出适合晶圆尺寸的晶圆夹具，提高了晶圆的生产效率，节约了企业经营成本。

(2)本发明所述的晶圆夹具的制作方法，因采用了光刻工序、干法或湿法刻蚀工序，可以提高晶圆夹具特别是小尺寸晶圆夹具的尺寸精度，成品率高，在生产过程中不易弄碎。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种晶圆夹具的制作方法的流程图；

图2为本发明所述的2英寸晶圆夹具制作完成后的成品图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本申请作进一步地详细说明，为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

实施例1

请参见图1，一种适于半导体行业的晶圆夹具制作方法，包括以下步骤：

下面以在6寸si片上制作2寸晶圆的夹具为例对本技术方案的完整步骤进行详细说明：

s1：在6寸si片上采用光刻工艺光刻出夹具图形，形成待刻蚀的si夹具源片,具体地顺次包括以下工序：

s1-1：采用胶片印刷夹具图形的方式制作光刻板；

s1-1：将载有光刻板的si夹具源片放入suss光刻机，采用光刻负胶进行光刻，光刻时顺次进行涂胶、第一次烘干、曝光、第二次烘干、显影、显影后烘干等6个工序，第一次烘干的温度为60-90℃，优选70℃，烘烤时间为250-350s，优选320s；第二次烘干的温度为130-170℃，优选150℃，烘烤时间为100-140s，优选110s；曝光能量微800-1000mj，优选900mj，时间20-50s，优选45s；显影采用浸泡方式，时间为600-1000s,优选800s；显影后烘干的温度为100-140℃，优选120℃，烘烤时间为100-140s，优选120s。

s2：采用灰化工艺去除si夹具源片上的光刻胶残渣，具体地，将si夹具源片送入rie蚀刻机台，采用o2进行干法刻蚀去除光刻胶残渣,干法刻蚀的压力0.6-0.7mbar，优选0.7mbar，o2的体积流量为700-1100sccm，优选为800sccm，rie蚀刻机台的蚀刻功率为500-1200w，优选为1100w，干法刻蚀的时间为60-240s，优选为140s。

s3：采用干法刻蚀工艺，在si夹具源片上按照光刻出的夹具图形蚀刻制作出成型夹具，干法刻蚀选用c4f8、sf6、ar组成的混合气体，具体地：将夹具源片送入icp机台，通过循环进行的蚀刻a工序及蚀刻b工序对si夹具源片进行蚀刻，即完成蚀刻a工序后即进行蚀刻b工序(从蚀刻a工序到蚀刻b工序为一圈)继而又进行蚀刻a工序，如此循环往复600-1400圈，优选循环800圈；

其中，蚀刻a工序的蚀刻时间保持在1-3s，优选2s，蚀刻压力为20-30mtorr，优选25mtorr，c4f8的体积流量为40-60sccm，优选为56sccm，sf6的体积流量为50-200sccm，优选为160sccm，ar的体积流量为20-50sccm，优选为45sccm，源功率为1000-2500w,优选为2000w，偏置功率为450-850w，优选为520w；

刻蚀b工序的时间1-3s，优选1s，压力为20-60mtorr，优选60mtor，c4f8的体积流量为40-60sccm，优选45sccm，sf6的体积流量为100-400sccm，优选240sccm，ar的体积流量为20-50sccm，优选41sccm，源功率为1000-3500w，优选2100w,偏置功率为0-100w,优选20w。

s4:去除成型夹具上剩余的光刻胶，具体地包括以下顺次进行的工序：

s4-1：将s3步后的成型夹具放入负胶去除液或nmp溶液中，在常温下浸泡0-4小时，优选浸泡2.5小时，溶解掉剩余的光刻胶；或者，使成型夹具在负胶去除液或nmp溶液中，在加热到40℃-50℃的温度下浸泡0-2小时，优选为温度48℃浸泡1小时，这样可以节约浸泡时间，提高制作效率。

s4-2：采用去离子水清洗成型夹具；

s4-3：用n2吹干成型夹具。

成型夹具制作完成后，成型的夹具见图2，采用盒式自动传输机台pecvd设备来测试夹具的使用效果。将4片2寸晶圆放入该成型夹具上，再将该夹具放入传输盒中，最后再放入半导体设备进料腔完成测试。从测试效果看，在真空环境中2寸晶圆与夹具紧密贴合，传输过程中没有出现滑片现象，因而该夹具能实现2寸晶圆在6寸pecvd机台上的自动传输。

实施例2

作为实施例1的一个变例，除s3步采用湿法刻蚀工艺刻蚀夹具源片外，适其余步骤与实施例1相同，所述湿法刻蚀选择的刻蚀溶液为由hno3、hf及h2o组成的混合溶液或koh溶液。

应当指出的是，本发明所述的技术方案可在6寸si片上制作2寸晶圆或4寸晶圆的夹具，也可在8寸或12寸si片上制作其他小尺寸的晶圆夹具，也可以在其他半导体材料上制作夹具，无论是在si片上制作还是在其他半导体材料上制作夹具，也无论是制作2寸晶圆或4寸晶圆或其他尺寸晶圆需要的夹具，都只需微调光刻的图形大小、工艺参数即可。

因此，针对本领域的技术人员来说，看到该技术方案的实施例可以不经创造性劳动做出其他变形和同等手段的技术方案替换，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改和等同变换，都应视为在本发明的保护范围。