CN106555220B - 一种半导体晶圆电镀夹具及夹持方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体晶圆电镀夹具，用于夹持半导体晶圆，包括外部连接结构、主体结构和锁紧结构；所述外部连接结构由紧固螺钉固定在主体结构上；所述主体结构的夹具后板上设有放置半导体晶圆用的晶圆放置孔，所述夹具前板上设有放置缓冲垫用的缓冲垫凹槽，夹具前板上还设有通孔，所述导电片夹在夹具前板与夹具后板之间；所述锁紧机构上的压紧垫块设置在晶圆放置孔中，并在旋钮的作用下将半导体晶圆压在导电片上、将导电片压在缓冲垫上。本发明提供的半导体晶圆电镀夹具，其结构巧妙，夹持可靠，保证了半导体晶圆夹持的一致性，有效保障了半导体晶圆的电镀质量。本发明提供的半导体晶圆电镀夹持方法，步骤合理，提高了晶圆电镀的装配效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆表面电化学加工技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆电镀夹具及夹持方法。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，又称半导体晶圆。半导体集成电路及其他半导体器件，在生产过程中通常需要电镀处理，使其表面形成多种金属层，即而达到与电气元件连接。电镀的金属通常包括铜、镍、锡、金、银等。
晶圆电镀是将晶圆置于电镀液中，将电压负极施加到晶圆上预先制作好的薄金属层（种子层）上，将电压正极施加到可溶解或不可溶解的阳极上，通过电场作用使得镀液中的金属离子沉积到晶圆表面。在这个过程中，通常需要特制的晶圆电镀夹具用于固定晶圆，以保证晶圆电导通。
现有的半导体晶圆夹具一般采用弹簧压针或压片形成导电层，半导体晶圆装夹步骤为：先将晶圆放到夹具上，再将压针或压片依次压到晶圆预定的位置上。此种半导体晶圆夹具及夹持方法存在以下不足：
（1）由操作人员人工操作放置压针，导致放置的一致性差，容易查收操作失误，导致压针划伤晶圆，影响半导体晶圆上的光刻胶，即而影响电镀质量。
（2）现有的半导体晶圆夹具操作相对复杂，影响半导体晶圆的夹持效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种半导体晶圆电镀夹具，用于夹持半导体晶圆，其结构巧妙，夹持可靠，保证了半导体晶圆夹持的一致性，有效保障了半导体晶圆的电镀质量。本发明提供的半导体晶圆电镀夹持方法，步骤合理，提高了晶圆电镀的装配效率。
本发明的技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体晶圆电镀夹具，其包括外部连接结构、主体结构和锁紧机构；
所述外部连接结构由紧固螺钉固定在主体结构上；
所述主体结构包括夹具后板、夹具前板、导电片和缓冲垫，所述夹具后板上设有放置半导体晶圆用的晶圆放置孔，所述夹具前板上设有与晶圆放置孔相对应的通孔所述夹具前板上对应晶圆放置孔的位置还设有放置缓冲垫用的缓冲垫凹槽，所述缓冲垫设置在缓冲垫凹槽中，所述导电片夹在夹具前板与夹具后板之间、并且与外部连接结构电连接；
所述锁紧机构包括压紧垫块、旋钮及连杆，所述压紧垫块设置在晶圆放置孔中、用于将半导体晶圆压在导电片上，所述连杆的一端转动连接在夹具后板上，连杆的另一端上设置将压紧垫块限定在晶圆放置孔中并使压紧垫块压住半导体晶圆用的旋钮。
进一步地，所述晶圆放置孔靠锁紧机构的一侧设置有方便半导体晶圆放入的倾斜导向结构，倾斜导向结构为一锥形面，这样可快捷放入半导体晶圆，提高半导体晶圆夹持的效率。
进一步地，所述晶圆放置孔的内径大于半导体晶圆的外径0.1-0.5mm，晶圆放置孔的内径大于半导体晶圆的外径，这种间隙配合设计，方便半导体晶圆的安装。
进一步地，所述旋钮包括旋钮头和螺纹杆，旋钮通过螺纹杆螺纹连接在连杆上，并且旋钮与压紧垫块相接触的一端设有球形结构。
进一步地，所述旋钮的中心到转轴轴心的距离，等于压紧垫块的中心到转轴轴心的距离。
进一步地，所述导电片包括导电层、内侧覆盖膜及外侧覆盖膜，所述导电层为导电材料，所述内侧覆盖膜、外侧覆盖膜为绝缘材料并且分别设置在导电层的内、外侧，所述导电层上设有接电点并且接电点穿过外侧覆盖膜伸至外侧覆盖膜的外侧，接电点的高度大于外侧覆盖膜的厚度，所述导电片上还设置有外部导电连接点所述外部导电连接点通过导线与外部连接结构电连接。
进一步地，所述导电片包括圆环形主体和与圆环形主体连为一体的连接条，所述接电点均布在圆环形主体上，所述外部导电连接点设置在连接条上。
进一步地，所述导电片夹在夹具后板与夹具前板之间，其内侧与设置在夹具前板上的缓冲垫紧贴，其外侧的接电点与待电镀的半导体晶圆紧贴。
进一步地，所述外部连接结构上设有导线过孔，所述导线一端连接在外部导电连接点上，导线另一端穿过导线过孔后、由紧固螺钉固定在外部连接结构上。
本发明还公开了一种半导体晶圆电镀夹具的夹持方法，使用上述半导体晶圆电镀夹具，具体步骤为：
S1.组装半导体晶圆电镀夹具，将锁紧机构、外部连接结构固定在主体结构上，将缓冲垫设置在导电片的内侧；
S2.将半导体晶圆放置在夹具后板上的晶圆放置孔内；
S3.将压紧垫块放置在半导体晶圆的外侧；
S4.沿转轴旋转连杆，使旋钮旋转至压紧垫块的外侧；
S5.锁紧旋钮，半导体晶圆即被固定。
本发明有益效果：
本发明提供的一种半导体晶圆电镀夹具，具有以下有益的技术效果：
（1）其结构巧妙，夹持可靠，保证了半导体晶圆夹持的一致性，有效保障了半导体晶圆的电镀质量；
（2）使用本发明提供的半导体晶圆电镀夹具，进行相应的夹持操作，步骤合理，提高了晶圆电镀的装配效率。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明之半导体晶圆安装前的结构示意图；
图2是本发明之半导体晶圆安装后的结构示意图；
图3是图2的剖视图；
图4是图3的局部放大图；
图5是本发明之旋钮的结构示意图；
图6是本发明之导电片的轴测图；
图7是图6的局部放大图；
图8是本发明之导电片与外部连接结构的示意图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.夹具后板；1a.倾斜导向结构；1b.晶圆放置孔；2.外部连接结构；2a.导线过孔；3.紧固螺钉；4.半导体晶圆；5.压紧垫块；6.转轴；7.旋钮；7a.球形结构；7b.螺纹杆；7c.旋钮头；8.连杆；9.锁母；10.夹具前板；10a.通孔；11.导电片；11a.接电点；11b.内侧覆盖膜；11c.外部导电连接点；11d.导线；11e.导电层；11f.外侧覆盖膜；11j.圆环形主体；11k.连接条；12.缓冲垫；12a.变形区。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明一种半导体晶圆电镀夹具及夹持方法进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1至图8是本发明所述的一种半导体晶圆电镀夹具及夹持方法的相关示意图。
图1是本发明之半导体晶圆安装前的结构示意图，一种半导体晶圆电镀夹具，包括外部连接结构2、主体结构和锁紧机构；
所述外部连接结构2由紧固螺钉3固定在主体结构上；
所述主体结构包括夹具后板1、夹具前板10、导电片11和缓冲垫12（在图4中示出），所述夹具后板1上设有放置半导体晶圆4用的晶圆放置孔1b，所述夹具前板10上设有与晶圆放置孔1b相对应的通孔10a所述夹具前板10上对应晶圆放置孔1b的位置还设有放置缓冲垫12用的缓冲垫凹槽10b，所述缓冲垫12设置在缓冲垫凹槽10b中，所述导电片11夹在夹具前板1与夹具后板10之间、并且与外部连接结构2电连接；
所述锁紧机构包括压紧垫块5、转轴6、旋钮7、连杆8及锁母9，所述压紧垫块5设置在晶圆放置孔1b中、用于将半导体晶圆4压在导电片11上，所述连杆8的一端由转轴6、锁母9转动连接在夹具后板1上，连杆8的另一端上设置有将压紧垫块5限定在晶圆放置孔1b中并使压紧垫块5压住半导体晶圆用的旋钮7。
图2是本发明之半导体晶圆安装后的结构示意图，此时，半导体晶圆4放置后，连杆8旋转一定角度，旋钮7位于晶圆放置孔1b的上方；图3是图2的剖视图，图4是图3的局部放大图。
本申请中，所述夹具前板1为耐电镀液腐蚀、绝缘的材料，晶圆放置孔1b靠锁紧机构的一侧设置有方便半导体晶圆4放入的倾斜导向结构1a，倾斜导向结构1a为一锥形面；所述晶圆放置孔1b的内径与半导体晶圆4的外径配合设置，晶圆放置孔1b的内径大于半导体晶圆4的外径，两者的差值范围为0.1-0.5mm。这样，晶圆放置孔1b与半导体晶圆4之间的间隙配合设计，方便半导体晶圆的安装，提高半导体晶圆夹持的效率。
所述压紧垫块5为硬度低的工程塑料，例如PTFE；这样，一方面可以保护半导体晶圆的外观，另一方面方便旋钮压装在压紧垫块的外侧。
所述夹具后板1、夹具前板10为耐电镀液腐蚀、绝缘的材料，例如聚丙烯、聚氯乙烯等。夹具前板10与晶圆放置孔1b对应的位置设置有通孔10a，这样有利于电镀液充分流过半导体晶圆表面，保障半导体电镀的均匀性。
所述缓冲垫12为耐电镀液腐蚀、硬度低的材料，其可以采用氟橡胶。这样可以方便导电片的压紧，使导电片上面的接电点充分接触，以形成良好的导通；另一方面，利用缓冲垫的硬度低的特性，方便缓冲垫与导电片在受压下的变形，形成接电点的密封空间。
图5是本发明之旋钮的结构示意图，其为摩擦系数大的工程塑料，其包括旋钮头7c和螺纹杆7b，旋钮7通过螺纹杆7b螺纹连接在连杆8上，并且旋钮7与压紧垫块5相接触的一端设有球形结构7a；所述旋钮7的中心到转轴6轴心的距离，等于压紧垫块5的中心到转轴6轴心的距离。
所述旋钮头7c上设有滚花结构；采用摩擦系数大的工程塑料，螺纹杆7b上的螺纹与连杆8上的螺纹采用紧配合，有利于旋钮7的锁紧防松。
图6的局部放大图，如图7所示。导电片11包括导电层11e、内侧覆盖膜11b及外侧覆盖膜11f，所述导电层11e为导电材料，所述内侧覆盖膜11b、外侧覆盖膜11f为绝缘材料并且分别设置在导电层11e的内、外侧，所述导电层11e上设有接电点11a并且接电点11a穿过外侧覆盖膜11f伸至外侧覆盖膜11f的外侧，接电点11a的高度大于外侧覆盖膜11f的厚度，所述导电片11上还设置有外部导电连接点11c，所述外部导电连接点11c通过导线11d与外部连接结构2电连接。
图6是本发明之导电片的轴测图，其包括圆环形主体11j和与圆环形主体11j连为一体的连接条11k；所述接电点11a均布在圆环形主体11j上，接电点11a设置在圆环形主体11j上有一圈，即所述圆环形主体11j上设有一圈接电点11a；所述外部导电连接点11c设置在连接条11k上。
接电点11a材料为不被镀液腐蚀的金属，例如钛、金、铂等，其是通过电镀、化学镀等材料生长的方式制作而成。
在图2所述的实施例中，导电片11夹在夹具后板1与夹具前板10之间，其内侧与设置在夹具前板10上的缓冲垫12紧贴，其外侧的接电点11a与待电镀的半导体晶圆4紧贴。
图8是本发明之导电片与外部连接结构的示意图，外部连接结构2上设有导线过孔2a，所述导线11d通过过孔2a与外部连接结构2电连接。导电片11上的导线11d一端连接在外部导电连接点11c上，其另一端穿过外部连接结构2上的导线过孔2a，由紧固螺钉3固定在外部连接结构2上。外部导电连接点11c与导线11d连接后，其表面要涂抹耐腐蚀的绝缘材料。
在本申请中，导线11d为包耐腐蚀绝缘层的导线，耐腐蚀绝缘层可以是特氟龙等材料制作的管，也可以是挂具漆等材料制作的涂层。
外部连接结构2为导电的耐电镀液腐蚀金属材料，可以使用钛；外部连接结构2的表面还可以增加贵金属涂层提高导电性和耐腐蚀性，该贵金属涂层可以为铂、金等外部结构为导电的耐电镀液腐蚀金属材料，例如钛等。
本发明还公开了一种半导体晶圆电镀夹具的夹持方法，使用上述的半导体晶圆电镀夹具，其步骤是：
S1.组装半导体晶圆电镀夹具，将锁紧机构、外部连接结构2固定在主体结构上，将缓冲垫12设置在导电片11的内侧；
S2.将半导体晶圆4放置在夹具后板1上的晶圆放置孔1b内；
S3.将压紧垫块5放置在半导体晶圆4的外侧；
S4.沿转轴6旋转连杆8，使旋钮7旋转至压紧垫块5的外侧；
S5.锁紧旋钮7，半导体晶圆4即被固定。
半导体晶圆电镀夹具的夹持方法，步骤设置合理，待电镀的半导体晶圆夹持可靠，有效保证了半导体晶圆的电镀质量。
本发明提供的一种半导体晶圆电镀夹具，其结构巧妙，夹持可靠，保证了半导体晶圆夹持的一致性，有效保障了半导体晶圆的电镀质量。本发明提供的半导体晶圆电镀夹持方法，步骤合理，提高了晶圆电镀的装配效率。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种半导体晶圆电镀夹具，用于夹持半导体晶圆（4），其特征在于，包括外部连接结构（2）、主体结构和锁紧机构；
所述外部连接结构（2）由紧固螺钉（3）固定在主体结构上；
所述主体结构包括夹具后板（1）、夹具前板（10）、导电片（11）和缓冲垫（12），所述夹具后板（1）上设有放置半导体晶圆（4）用的晶圆放置孔（1b），所述夹具前板（10）上设有与晶圆放置孔（1b）相对应的通孔（10a），所述夹具前板（10）上对应晶圆放置孔（1b）的位置还设有放置缓冲垫（12）用的缓冲垫凹槽（10b），所述缓冲垫（12）设置在缓冲垫凹槽（10b）中，所述导电片（11）夹在夹具前板（1）与夹具后板（10）之间、并且与外部连接结构（2）电连接；
所述锁紧机构包括压紧垫块（5）、旋钮（7）及连杆（8），所述压紧垫块（5）设置在晶圆放置孔（1b）中、用于将半导体晶圆（4）压在导电片（11）上，所述连杆（8）的一端转动连接在夹具后板（1）上，连杆（8）的另一端上设置将压紧垫块（5）限定在晶圆放置孔（1b）中并使压紧垫块（5）压住半导体晶圆用的旋钮（7）；
所述导电片（11）包括导电层（11e）、内侧覆盖膜（11b）及外侧覆盖膜（11f），所述导电层（11e）为导电材料，所述内侧覆盖膜（11b）、外侧覆盖膜（11f）为绝缘材料并且分别设置在导电层（11e）的内、外侧，所述导电层（11e）上设有接电点（11a）并且接电点（11a）穿过外侧覆盖膜（11f）伸至外侧覆盖膜（11f）的外侧，接电点（11a）的高度大于外侧覆盖膜（11f）的厚度，所述导电片（11）上还设置有外部导电连接点（11c），所述外部导电连接点（11c）通过导线（11d）与外部连接结构（2）电连接。
2.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述晶圆放置孔（1b）靠锁紧机构的一侧设置有方便半导体晶圆（4）放入的倾斜导向结构（1a），倾斜导向结构（1a）为一锥形面。
3.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述晶圆放置孔（1b）的内径大于半导体晶圆（4）的外径0.1-0.5mm。
4.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述旋钮（7）包括旋钮头（7c）和螺纹杆（7b），旋钮（7）通过螺纹杆（7b）螺纹连接在连杆（8）上，并且旋钮（7）与压紧垫块（5）相接触的一端设有球形结构（7a）。
5.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述旋钮（7）的中心到转轴（6）轴心的距离，等于压紧垫块（5）的中心到转轴（6）轴心的距离。
6.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述导电片（11）包括圆环形主体（11j）和与圆环形主体（11j）连为一体的连接条（11k），所述接电点（11a）均布在圆环形主体（11j）上，所述外部导电连接点（11c）设置在连接条（11k）上。
7.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述导电片（11）夹在夹具后板（1）与夹具前板（10）之间，其内侧与设置在夹具前板（10）上的缓冲垫（12）紧贴，其外侧的接电点（11a）与待电镀的半导体晶圆（4）紧贴。
8.根据权利要求1所述半导体晶圆电镀夹具，其特征在于，所述外部连接结构（2）上设有导线过孔（2a），所述导线（11d）一端连接在外部导电连接点（11c）上，导线（11d）另一端穿过导线过孔（2a）后、由紧固螺钉（3）固定在外部连接结构（2）上。
9.一种半导体晶圆电镀夹具的夹持方法，其特征在于，使用权利要求1所述的半导体晶圆电镀夹具，其步骤是：
S1.组装半导体晶圆电镀夹具，将锁紧机构、外部连接结构（2）固定在主体结构上，将缓冲垫（12）设置在导电片（11）的内侧；
S2.将半导体晶圆（4）放置在夹具后板（1）上的晶圆放置孔（1b）内；
S3.将压紧垫块（5）放置在半导体晶圆（4）的外侧；
S4.沿转轴（6）旋转连杆（8），使旋钮（7）旋转至压紧垫块（5）的外侧；
S5.锁紧旋钮（7），半导体晶圆（4）即被固定。
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