一种晶圆夹具的制作方法

1.本实用新型涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种晶圆夹具。


背景技术：

2.晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之ic产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999％。晶圆制造厂再把此多晶硅融解，再于融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。
3.在部分干法蚀刻生产工艺中，待生产的晶圆需放置在生产设备的静电吸附盘(esc)上面，等离子体化学及物理作用在晶圆上，到达蚀刻目的。目前集成电路制造行业中，主流晶圆尺寸一般为4英寸、6英寸、8英寸和12英寸。在砷化镓集成电路制造工艺中，需要将150mm的砷化镓晶圆粘合(bonding)到156mm的蓝宝石衬底上，粘合后的晶圆将由原来的150mm变为156mm。为满足156mm砷化镓晶圆的生产需要，部分厂商将设备定制为156mm晶圆生产设备。156mm晶圆生产设备放置晶圆的静电吸附盘(esc)尺寸一般为153mm-156mm，比150mm晶圆要稍大一些。如生产150mm甚至更小尺寸的晶圆，这些晶圆将无法完全覆盖住静电吸附盘(esc)，导致在生产过程中，等离子体损伤静电吸附盘(esc)的裸露区域。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于解决150mm甚至更小尺寸的晶圆在156mm晶圆生产设备上的生产问题，提供了一种晶圆的夹具。夹具放置在晶圆上，机械手臂将晶圆和夹具放在静电吸附盘上。中空设计的夹具不影响晶圆的正常加工生产，并且可以有效的保护静电吸附盘不被等离子体损坏。
5.具体地，本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.主要提供一种晶圆夹具，用于将晶圆固定在静电吸附盘上，所述夹具包括一个外环和一个内环，所述内环的外侧与所述外环的内侧同轴连接成台阶状，所述夹具中空；
7.所述外环的外径不小于静电吸附盘的直径，所述外环的内径与所述内环的外径相同，所述内环的内径小于晶圆的直径，所述内环的外径大于晶圆的直径。
8.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环的厚度小于所述内环的厚度。
9.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环的高度大于所述内环的高度，所述外环与所述内环的高度差大于晶圆的厚度。
10.作为一选项，一种晶圆夹具，所述夹具呈圆环状。
11.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环的外径等于静电吸附盘的直径。
12.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环和内环的上表面在同一水平面，所述晶圆放置在所述内环的下表面下和外环的环内。
13.作为一选项，一种晶圆夹具，所述夹具的总高度不超过3.5mm。
14.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环和内环均为碳化硅环。
15.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环与所述内环的高度差为1.5mm。
16.作为一选项，一种晶圆夹具，所述外环的外径为156.5mm，所述内环的内径为146.5mm，所述内环的外径为152.5mm。
17.需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
18.与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
19.(1)通过设计一个外环与静电吸附盘匹配，设计一个小于外环的内环用于放置晶圆，由于内环的外侧与所述外环的内侧同轴连接成台阶状，且外环的外径不小于静电吸附盘的直径，可以将夹具完全覆盖静电吸附盘上，当晶圆的尺寸比静电吸附盘小时，较大直径的外环可以将晶圆无法遮挡的部分覆盖，避免静电吸附盘因裸露在等离子体中而造成的损坏。
20.(2)夹具采用中空的圆环形设计，夹具仅覆盖晶圆边缘的少量无效区域，晶圆的有效生产区域完全裸露于等离子体中，不影响晶圆的正常生产。
21.(3)本实用新型可根据实际情况改变内环的尺寸，适用于多种尺寸的晶圆生产设备，包括但不限于156mm设备。
附图说明
22.图1为本实用新型一种晶圆夹具的俯视图；
23.图2为本实用新型一种晶圆夹具的截面图；
24.图3为本实用新型晶圆和夹具放在静电吸附盘上的整体结构示意图；
25.图4为本实用新型晶圆夹具使用时的俯视图。
26.图中标号说明：1、外环；2、内环。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.本实用新型主要通过内外环的设计，此夹具可以解决干法蚀刻生产工艺中，小晶圆在大尺寸静电吸附盘上的生产问题(晶圆直径《静电吸附盘直径)，实现150mm甚至更小尺寸的晶圆在156mm晶圆生产设备上的生产，可节省静电吸附盘的昂贵改造费和漫长改造时间，并且此夹具的独特设计结构，对蚀刻工艺本身不产生不良影响。
32.实施例1
33.在一示例性实施例中，如图1、2所示，提供一种晶圆夹具，用于将晶圆固定在静电吸附盘上，所述夹具包括一个外环1和一个内环2，所述内环2的外侧与所述外环1的内侧同轴连接成台阶状，所述夹具中空；
34.所述外环1的外径不小于静电吸附盘的直径，所述外环1的内径与所述内环2的外径相同，所述内环2的内径小于晶圆的直径，所述内环2的外径大于晶圆的直径。
35.具体地，图1中内环2的内径为r1，外径为r2，外环1的内径为r2，外径为r3，夹具总宽度为(r3-r1)/2，其中外环1厚度w1＝(r3-r2)/2，内环2厚度w2＝(r2-r1)/2。
36.进一步地，如图3、4所示，在使用该夹具时，将晶圆放在夹具的内环2与外环1形成的台阶上，然后将晶圆和夹具一起放入等离子体反应腔室中进行生产工艺，由于外环1的外径不小于静电吸附盘的直径，可以将夹具完全覆盖静电吸附盘上，当晶圆的尺寸比静电吸附盘小时，较大直径的外环可以将晶圆无法遮挡的部分覆盖，避免静电吸附盘因裸露在等离子体中而造成的损坏。
37.进一步地，夹具采用中空的环形设计，夹具仅覆盖晶圆边缘的少量无效区域，晶圆的有效生产区域完全裸露于等离子体中，不影响晶圆的正常生产。
38.进一步地，内环2厚度w2可根据实际情况改变尺寸，适用于多种尺寸的晶圆生产设备，包括但不限于156mm设备，解决了150mm甚至更小尺寸的晶圆在156mm晶圆生产设备上的生产问题。
39.实施例2
40.基于实施例1，提供一种晶圆夹具，如图2所示，所述外环1的厚度小于所述内环2的厚度。图中，外环1的厚度为w1，内环2的厚度为w2，w2》w1。
41.进一步地，一种晶圆夹具，所述外环1的高度大于所述内环2的高度，所述外环1与所述内环2的高度差大于晶圆的厚度。图中，外环1的高度为h2，内环2的高度为h1，h2》h1。
42.进一步地，一种晶圆夹具，所述夹具呈圆环状。
43.进一步地，一种晶圆夹具，外环1的外径r3的大小与实际静电吸附盘直径相匹配，所述外环1的外径可以等于静电吸附盘的直径，也可以大于所述静电吸附盘的直径，保证覆盖静电吸附盘的边缘露出部分即可。
44.进一步地，一种晶圆夹具，所述外环1和内环2的上表面在同一水平面，所述晶圆放置在所述内环2的下表面下和外环1的环内。具体地，整个夹具盖在晶圆上，因内环(2)的内径小于晶圆直径，晶圆不会向上滑出夹具。外环1的外径外径r3大于晶圆直径，在水平面上
外环1将晶圆限制在其环内，晶圆不会在水平面上滑出夹具，晶圆和夹具底部始终有物体支撑，整个生产过程没有倾斜和翻转，夹具和晶圆始终保持在同一水平面上，夹具和晶圆不会脱离开。
45.进一步地，夹具是把晶圆限制在夹具的一定范围内，晶圆在夹具内是可以在允许的范围内移动的，夹具类似于拓宽了晶圆的尺寸。在其他实施例中，外环1和内环2的上表面可不在同一水平面。
46.进一步地，内环2的内径小于晶圆的直径，内环2可以部分遮盖住晶圆外边缘，晶圆外边缘存在少量无效区域被遮挡，晶圆的有效生产区域完全裸露于等离子体中，不影响晶圆的正常生产。
47.进一步地，内环2内径r1略小于晶圆直径，外环1的内径r2略大于晶圆直径，夹具直径可变化，可放入不同直径的晶圆。
48.实施例3
49.基于以上实施例，提供一种晶圆夹具，夹具外环外径与156mm设备的静电吸附盘尺寸相匹配。所述夹具的总高度即外环高度不超过3.5mm。
50.进一步地，，夹具可由单独的内环和外环结合而成，也可由同一种材料按照既定尺寸打磨成一个整体。
51.进一步地，一种晶圆夹具，所述外环1和内环2均为碳化硅环，碳化硅环一方面是耐等离子体腐蚀材料，可有效抵抗设备中等离子体的侵蚀，另一方面，碳化硅环具有优良的导热性。在其他实施例中，外环1和内环2为陶瓷环。
52.进一步地，一种晶圆夹具，内环2高度h1为1.5mm，所述外环1与所述内环2的高度差为1.5mm。
53.进一步地，一种晶圆夹具，所述外环1的外径为156.5mm，所述内环2的内径为146.5mm，所述内环2的外径为152.5mm。
54.以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。