一种用于微孔加工的晶圆夹具的制作方法

本发明涉及半导体加工技术领域，更进一步涉及一种用于微孔加工的晶圆夹具。

背景技术：

目前，三维封装芯片微孔的加工方法主要分为干法刻蚀、湿法刻蚀和激光打孔刻蚀等几种方式，激光微孔加工为非接触式打孔，设备可移植性高等特性受到广泛关注。激光微孔加工应用于众多场合，例如pcb板的微孔加工，激光切割孔等。在三维芯片封装的微孔加工方面，常常需要对材料芯片进行三维微孔加工，并要求微孔具有较高的径深比、良好的圆整度、几乎无重铸层、极小的热影响区以及孔壁光滑无锥度等。

但目前激光微孔成型的质量普遍不高，存在微孔的径深比不高、出入口圆整度低、通孔锥度等问题。传统的激光微孔加工过程中，晶圆在机械固定或者吸盘固定的夹具上进行，如图1所示，为现有技术中一种晶圆夹具的结构示意图，晶圆片放置于底座01上，通过四周的限位圆环02实现限位和固定。在大量激光高深径比微孔加工实验中发现，加工碎屑的排除对加工质量有关键性影响。碎屑吸收激光能量，激光能量无法传递到微孔的底部，无法进行加工出高深度的微孔；传统加工过程碎屑只能向上排出，在此过程中，往上飞溅的碎屑吸收后续激光的能量，使加工过程缓慢，能量在孔上方累积，增大孔径，同时碎屑吸收能量使碎屑溅射到孔壁上，孔壁粗糙度增加，加大的重铸层。

对于本领域的技术人员来说，如何设计一种能够及时排除加工过程产生的碎屑的装置，是目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于微孔加工的晶圆夹具，可以及时将刻蚀产生的碎屑排出，从而提高加工质量，具体方案如下：

一种用于微孔加工的晶圆夹具，包括：

环状支撑座，中间开设悬空孔；晶圆的中间正对所述悬空孔悬空放置，其边缘由所述环状支撑座支撑；

进气通道，开设于所述环状支撑座的周向侧壁上，使所述悬空孔与外界保持横向连通；

出气通道，开设于所述环状支撑座的周向侧壁上，使所述悬空孔与外界保持横向连通，所述出气通道与所述进气通道相对设置；晶圆正上方设置吹气装置，将晶圆上微孔中的碎屑向下吹送至所述悬空孔内，并随所述进气通道进入的气流从所述出气通道向外排出；

固定件，与晶圆的边缘接触，将晶圆压装固定于所述环状支撑座的上表面。

可选地，所述固定件包括相互固定连接的橡胶层和金属层，下层的所述橡胶层用于与晶圆压接；所述橡胶层和所述金属层对应贯通开设固定孔，通过所述固定孔与所述环状支撑座采用螺栓连接固定。

可选地，所述固定件靠近晶圆的侧壁为圆弧面，圆弧面的圆弧直径大于或等于所述悬空孔的直径。

可选地，所述环状支撑座的上表面沿所述悬空孔的周向开设定位槽，所述定位槽的尺寸略大于晶圆的圆周，且其深度小于或等于晶圆的厚度。

可选地，所述定位槽上设置标志线，所述标示线与晶圆上的定位缺口的形状及尺寸相同。

可选地，所述环状支撑座的上表面还设置取放槽，所述取放槽位于所述定位槽周向之外，且深度大于所述定位槽。

可选地，所述进气通道为螺纹孔，用于连接气嘴；所述出气通道为纵截面呈矩形的通孔，尺寸大于所述进气通道。

可选地，所述进气通道的上端距离放置到位的晶圆下表面的间距为0.5～1.5mm。

可选地，所述环状支撑座沿竖直向设置固定螺孔，所述固定螺孔沿周向分布。

可选地，晶圆上方的吹气装置向下吹送氮气，与所述进气通道连接的气嘴吹送空气。

本发明提供了一种用于微孔加工的晶圆夹具，包括环状支撑座、进气通道、出气通道、固定件等结构，环状支撑座中间开设悬空孔，晶圆边缘由环状支撑座支撑，当晶圆的中间正对悬空孔放置时，晶圆的中心用于刻蚀的位置呈悬空，可以用于激光刻蚀加工微孔；进气通道和出气通道分别开设于环状支撑座的周向侧壁上，使悬空孔与外界保持横向连通，出气通道与进气通道相对设置；固定件与晶圆的边缘接触，将晶圆压装固定于环状支撑座的上表面。

晶圆正上方设置吹气装置，当微孔打通后将晶圆上微孔中的碎屑向下吹送至悬空孔内，碎屑随进气通道进入的气流从出气通道向外排出，避免碎屑在晶圆的微孔加工处堆积，进而避免碎屑产生的溅射层，提高微孔的深径比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种晶圆夹具的结构示意图；

图2为本发明提供的用于微孔加工的晶圆夹具一种具体实施方式的结构示意图；

图3为气体循环的示意图；

图4为固定件的一种具体结构图。

其中包括：

环状支撑座1、悬空孔11、进气通道12、出气通道13、定位槽14、标志线15、取放槽16、固定螺孔17、固定件2、橡胶层21、金属层22、固定孔23。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种用于微孔加工的晶圆夹具，可以及时将刻蚀产生的碎屑排出，从而提高加工质量。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的晶圆夹具进行详细的介绍说明。

如图2所示，为本发明提供的用于微孔加工的晶圆夹具一种具体实施方式的结构示意图。其中包括环状支撑座1、进气通道12、出气通道13、固定件2等结构，环状支撑座1是主体的支撑结构，用于放置晶圆片，环状支撑座1用于与其他结构相连接。环状支撑座1中间开设悬空孔11，悬空孔11呈上下贯通设置，晶圆放置于悬空孔11上，其边缘由环状支撑座1支撑，晶圆的中间正对悬空孔11悬空放置。

进气通道12开设于环状支撑座1的周向侧壁上，呈横向贯通设置，使悬空孔12与外界保持横向连通；出气通道13开设于环状支撑座1的周向侧壁上，使悬空孔11与外界保持横向连通；出气通道13与进气通道12相对设置，从进气通道12中进入的气体可以直接从出气通道13中向外排出，不受阻碍。

除了环状支撑座1及其附属部件之外，在晶圆正上方还设置吹气装置，如图3所示，为气体循环的示意图，晶圆上方吹气装置的气流为a，吹送方向沿微孔的开设方向，将晶圆上微孔中的碎屑向下吹送至悬空孔11内，并随进气通道12进入的气流从出气通道13向外排出，为b，通过相互交叉的气流，将激光刻蚀过程中产生的碎屑及时排出到外部。

固定件2与晶圆的边缘接触，将晶圆压装固定于环状支撑座1的上表面，起到固定晶圆的作用。采用本发明提供的晶圆夹具，当晶圆夹装定位后，其中间部分为悬空状态；在微孔刻蚀贯通之前，通过晶圆上方的吹气装置将产生的碎屑及时吹出，此时碎屑从晶圆的上方排出，减少碎屑的积累，提供相对良好的加工条件；当微孔贯通之后，在上方气流的吹动下，碎屑会沿着微孔从下方排出，进气通道12中通入气流，进入到悬空孔11中之后，沿着进气通道12和出气通道13这条通路向外排出。

相对于只能向上排出的排屑方式，本发明将晶圆悬空设置，在下方设置碎屑排出的通道，在微孔刚形成时，即可使碎屑向下方排出，加速了排屑效率，增加出口的直径，减小通孔锥度。

在上述方案的基础上，如图4所示，为固定件2的一种具体结构图，固定件2包括相互固定连接的橡胶层21和金属层22，橡胶层21在下，金属层22在上，下层的橡胶层21用于与晶圆压接，橡胶可以柔性变形，避免压坏晶圆；橡胶层21和金属层22对应贯通开设固定孔23，固定孔23贯穿橡胶层21和金属层22，通过固定孔23与环状支撑座1采用螺栓连接固定，螺栓插入固定孔23中，并与环状支撑座1上相应的螺纹孔连接，即可实现固定。

固定件2优选地设置两块，当然，若为一个完整的圆环状结构也是可以的。固定件2靠近晶圆的侧壁为圆弧面，此侧壁可称为内侧壁，为靠近圆心的一侧，圆弧面的圆弧直径大于或等于悬空孔11的直径，当与环状支撑座1相互固定连接后，固定件2的内侧面与悬空孔11的外周恰好重合、或者与悬空孔11的外周有一小段距离，从而避免压到晶圆的悬空部分。

为了方便对晶圆进行定位，在环状支撑座1的上表面沿悬空孔11的周向开设定位槽14，定位槽14的尺寸略大于晶圆的圆周，使晶圆可以完全放入；定位槽14的深度小于或等于晶圆的厚度，当晶圆放置后可以恰好与环状支撑座1的上表面齐平或者略高于环状支撑座1的上表面，以方便固定件2夹持定位。优选地，定位槽14环状结构的宽度可为10mm，使晶圆加工处均呈悬浮状态。

定位槽14整体呈圆形，在定位槽14的圆周方向上设置标志线15，标志线15与晶圆上的定位缺口的形状和尺寸均相同，可以准确定位晶圆位置。定位过程如下：将晶圆放置在定位槽14中，定位槽14的尺寸略大于晶圆，晶圆可晃动；此时将晶圆上的定位缺口与标志线15对紧贴合，即可实现精确的定位。

环状支撑座1的上表面还设置取放槽16，取放槽16位于定位槽14周向之外，与定位槽14保持连通，取放槽16的深度大于定位槽14，可以方便夹持晶圆。一般地，取放槽16应设置两个，呈相对设置，方便从两侧抓取晶圆。

具体地，进气通道12为螺纹孔，用于连接气嘴，直接将带有螺纹的气嘴拧上固定即可，图2中所示设置两个进气通道12，具体的数量设定可根据应用作出选择，本发明在此不作具体的限定。出气通道13为纵截面呈矩形的通孔，尺寸大于进气通道12，可以对悬空孔11中的气流进行整合，从而排出碎屑。

优选地，进气通道12的上端距离放置到位的晶圆下表面的间距为0.5～1.5mm，既能进行气体的流动循环，又保证气体不直接吹到晶圆，防止气压吹断晶圆。

环状支撑座1沿竖直向设置固定螺孔17，固定螺孔17沿周向分布，可以将环状支撑座1与加工装置进行固定。

晶圆上方的吹气装置向下吹送氮气，氮气除了吹动碎屑之外，还可防止激光加工处因高温发生氧化，对微孔起到保护作用。与进气通道12连接的气嘴吹送空气，从进气通道12进入的气体成分不作严格限定，可采用普通压缩空气。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。