專利名稱：高精度硅傳感器芯片腐蝕裝置的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及硅傳感器的濕法化學(xué)腐蝕工藝中使用的硅芯片的腐蝕裝置。
背景技術(shù)：
硅傳感器腐蝕裝置是傳感器MEMS微機(jī)械加工制造技術(shù)中批量硅敏感膜片制備工藝中的關(guān)鍵設(shè)備之一。其機(jī)理是通過(guò)濕法化學(xué)腐蝕工藝對(duì)硅片表面進(jìn)行定向刻蝕以達(dá)到批量生產(chǎn)硅傳感器敏感膜片的目的。
對(duì)于“高精度硅片腐蝕裝置”相關(guān)的國(guó)內(nèi)、外都未見(jiàn)報(bào)道，但采用濕法化學(xué)刻蝕的手段形成所要求的硅膜片的簡(jiǎn)易裝置以及刻蝕的工藝技術(shù)，在國(guó)內(nèi)、外都有很多文章進(jìn)行論述。以往為科研需要也制備了一些簡(jiǎn)易的相關(guān)硅片刻蝕裝置，但存在著許多不足之處。主要表現(xiàn)在裝置的工作效率低、刻蝕掩膜(保護(hù)背面電路等)的操作復(fù)雜；刻蝕的過(guò)程都是全程浸泡，因此在工藝操作上要求高。同時(shí)由于裝置是建立在化學(xué)試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，其工藝參數(shù)和各種條件不易得到嚴(yán)格的控制，硅片刻蝕的一致性和可控性相對(duì)較差，尤其是刻蝕過(guò)程中硅片全程浸泡在腐蝕液中，經(jīng)常容易出現(xiàn)鉆蝕。膜片厚度控制精度低，成品率不高，硅片最終腐蝕厚度控制不準(zhǔn)確，加工時(shí)間長(zhǎng)等缺陷或問(wèn)題。因此，研究適合批量生產(chǎn)的濕法化學(xué)刻蝕裝置和相關(guān)工藝，提高刻蝕的均勻性和刻蝕量的可控性，就十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度、高效率的硅傳感器芯片腐蝕裝置，適用于硅傳感器的科研、生產(chǎn)領(lǐng)域。
這是一種高精度硅傳感器芯片腐蝕裝置，包括工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)2、控制電路、電器控制柜、反應(yīng)室4、KOH儲(chǔ)液罐7、清洗液儲(chǔ)液罐6組成，其特征是計(jì)算機(jī)有CRT觸摸屏和作業(yè)控制程序，通過(guò)通訊接口與電控柜的控制電路、反應(yīng)室及管路上的閥、泵相連；反應(yīng)室內(nèi)置傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)，其噴淋管通過(guò)液體管路與KOH儲(chǔ)液罐和清洗液儲(chǔ)液罐的液下泵相連；測(cè)溫、測(cè)濃度的探頭分別設(shè)在反應(yīng)室內(nèi)。
本裝置與其它同類腐蝕裝置或?qū)嶒?yàn)裝置相比，由于采用計(jì)算機(jī)控制，規(guī)模生產(chǎn)(一次投入6片4英寸硅片)，因此集中控制程度高，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。特別是采用了噴淋工藝進(jìn)行腐蝕，完全不同于以往同類型腐蝕裝置的浸泡腐蝕工藝，減少了采用浸泡腐蝕工藝帶來(lái)的如表面鉆蝕、生成物沉積及反應(yīng)過(guò)程生成氣體排氣不暢等缺陷，避免了浸泡刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生的鉆蝕，表面生成物沉積造成腐蝕表面不光滑、不均勻現(xiàn)象發(fā)生，使腐蝕過(guò)程始終處于一個(gè)不斷沖刷、反應(yīng)、再?zèng)_刷、再反應(yīng)的良性環(huán)境中。同時(shí)由于反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有浸泡環(huán)境，使反應(yīng)過(guò)程中的各種生成氣體能及時(shí)排除，利于并可加快反應(yīng)過(guò)程，提高反應(yīng)質(zhì)量。本裝置可腐蝕的硅片為直徑110mm以下的所有硅片。該裝置完全適用于硅傳感器的科研、生產(chǎn)領(lǐng)域。


附圖1是本發(fā)明芯片腐蝕裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)左視圖；附圖3是本發(fā)明中各部件聯(lián)結(jié)框圖；附圖4是本裝置電路示意圖；附圖5是本裝置中電磁閥、電磁鐵電路示意圖；附圖6是腐蝕裝置控制程序框圖；附圖7是圖6控制程序中的PLC程序組成示意框圖；附圖8是腐蝕裝置中的傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)示意圖；附圖9是噴淋機(jī)構(gòu)中鼠籠結(jié)構(gòu)俯視圖；附圖10是腐蝕裝置作業(yè)控制流程框圖；附圖11是CRT觸摸屏平臺(tái)架示意圖；附圖12是控制系統(tǒng)操控面板；具體實(shí)施方式
結(jié)合

本發(fā)明裝置的各組成部分的構(gòu)成高精度硅傳感器芯片腐蝕裝置，見(jiàn)圖3包括工控機(jī)、反應(yīng)室、KOH儲(chǔ)液罐、清洗液儲(chǔ)液罐，其特征是裝置1的計(jì)算機(jī)2有CRT觸摸屏和作業(yè)控制程序，通過(guò)通訊接口與電控柜的控制電路、反應(yīng)室4及管路上的閥、泵相連；反應(yīng)室內(nèi)置傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)，其噴淋管通過(guò)液體管路與KOH儲(chǔ)液罐7和清洗液儲(chǔ)液罐6的液下泵相連；測(cè)溫、測(cè)濃度的探頭分別設(shè)在反應(yīng)室4內(nèi)。
本發(fā)明裝置的控制方式(1).腐蝕液溫度控制水浴+PID溫度控制系統(tǒng)(2).腐蝕期間腐蝕量的動(dòng)態(tài)控制高精度堿性濃度控制儀+計(jì)算機(jī)(3).腐蝕液循環(huán)方式動(dòng)態(tài)噴淋+循環(huán)(4).腐蝕液循環(huán)系統(tǒng)微型耐強(qiáng)堿提升泵+耐腐蝕管道+容器(5).最終的清洗系統(tǒng)H2O(純)+循環(huán)管路所述腐蝕裝置1的電器部分結(jié)構(gòu)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2在裝置的上部，見(jiàn)圖1，加熱攪拌控制器A1、見(jiàn)圖4，濃度測(cè)試儀A4、溫度測(cè)試儀A5放在裝置左側(cè)電控柜內(nèi)。PLC可編程控制器A3、24V電源A6、繼電器J1-J4、氣動(dòng)電磁閥F5、交流接觸器ZJ1、交流接觸器ZJ2、交流接觸器ZJ3、三相電源插座KQ、空氣開(kāi)關(guān)K、繼電器開(kāi)關(guān)K4安裝在柜內(nèi)配電盤(pán)上。在控制系統(tǒng)操控面板上的按鍵開(kāi)關(guān)K1-K3a K3b，見(jiàn)圖12，是實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)的兩套控制系統(tǒng)。三相電機(jī)DZ1安裝在圖1的腐蝕液罐7上，三相電機(jī)DZ2安裝在沖洗液罐6上。兩相電機(jī)DZ3安裝在圖8噴淋機(jī)構(gòu)上，即電機(jī)15。電磁鐵B安裝在反應(yīng)室的鐘罩3上，見(jiàn)圖2。電磁閥F1安裝在沖洗液上水管路上，電磁閥F2安裝在沖洗液回水管路上，電磁閥F3安裝在腐蝕液上水管路上，電磁閥F4安裝在腐蝕液回水管路上。濃度測(cè)試儀A4的傳感器安裝在腐蝕液上水管路上，溫度測(cè)試儀A5的傳感器安裝在反應(yīng)室4的底部。
結(jié)合圖4說(shuō)明上述電器的電路連接關(guān)系加熱攪拌控制器A1一端與相電壓V相連，另一端與N相連。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)A2、PLC可編程控制器A3、濃度測(cè)試儀A4、溫度測(cè)試儀A5、24V電源A6并聯(lián)后一端與按鍵開(kāi)關(guān)K2、K1的一端和繼電器J4觸點(diǎn)J44的一端相連，另一端與N相連。按鍵開(kāi)關(guān)K2的另一端經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)K與相電壓U相連。按鍵開(kāi)關(guān)K1的另一端與繼電器J4線圈一端相連。繼電器J4線圈另一端與N相連。繼電器J4觸點(diǎn)J44的另一端與按鍵開(kāi)關(guān)K3觸點(diǎn)K3a一端和觸點(diǎn)K3b一端相連。按鍵開(kāi)關(guān)SK1、SK2、SK3一端并聯(lián)后與觸點(diǎn)K3b另一端相連。PLC的輸出觸點(diǎn)K11、K21、K31一端并聯(lián)后與觸點(diǎn)K3a另一端相連。SK1的另一端與K11的另一端并聯(lián)后與繼電器J1線圈一端相連。SK2的另一端與K21的另一端并聯(lián)后與繼電器J2線圈一端相連。SK3的另一端與K31的另一端并聯(lián)后與繼電器J3線圈一端相連。J1線圈另一端與J2線圈另一端和J3線圈另一端并聯(lián)后與N相連。氣動(dòng)電磁閥F5的一端與交流接觸器ZJ1、ZJ2、ZJ3的一端并聯(lián)后經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)K與相電壓V相連。氣動(dòng)電磁閥F5的另一端與繼電器J4觸點(diǎn)J41的一端相連。交流接觸器ZJ1另一端與繼電器J1觸點(diǎn)J11的一端相連。交流接觸器ZJ2另一端與繼電器J2觸點(diǎn)J21的一端相連。交流接觸器ZJ3另一端與繼電器J3觸點(diǎn)J31的一端相連。繼電器J1觸點(diǎn)J11的另一端與繼電器J2觸點(diǎn)J21的另一端、繼電器J3觸點(diǎn)J31的另一端、繼電器J4觸點(diǎn)J41的另一端并聯(lián)后與N相連。三相電機(jī)DZ1的接線端子分別經(jīng)過(guò)交流接觸器ZJ1的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)K與相電壓V、U、W相連。三相電機(jī)DZ2的接線端子分別經(jīng)過(guò)交流接觸器ZJ2的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)K與相電壓V、U、W相連。兩相電機(jī)DZ3的接線端子①經(jīng)過(guò)交流接觸器ZJ3的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)K與相電壓V相連。兩相電機(jī)DZ3的接線端子②、③分別經(jīng)過(guò)繼電器K4的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)與N相連。
繼電器K4線圈一端，見(jiàn)圖5與電磁鐵B線圈一端、電磁閥F1、F2、F3、F4線圈一端并聯(lián)后與A相連。繼電器K4線圈另一端與PLC可編程控制器A3的輸出觸點(diǎn)K41一端相連。電磁鐵B線圈另一端與繼電器J4觸點(diǎn)J43的一端相連。電磁閥F1、F2線圈另一端并聯(lián)后與繼電器J2觸點(diǎn)J23的一端相連。電磁閥F3、F4線圈另一端并聯(lián)后與繼電器J1觸點(diǎn)J13的一端相連。K41另一端與J43另一端、J23另一端、J13另一端并聯(lián)后與0V相連。控制程序安裝在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)A2上。圖4、圖5中觸點(diǎn)J12、J14、J22、J24、J32、J34空閑。
工控機(jī)控制程序由七個(gè)程序模塊組成，見(jiàn)圖66.1初始化程序?qū)?shù)進(jìn)行初始化。6.2登錄程序分操作者登錄、工程師登錄、管理者登錄三種方式。每種登錄方式用不同的密碼，登錄后具有的權(quán)限不同。操作者只可以用自動(dòng)選擇模型。工程師可以用自動(dòng)選擇模型和人工選擇模型。管理員可以修改參數(shù)。6.3參數(shù)設(shè)定、腐蝕模型選擇程序設(shè)定參數(shù)有芯片編號(hào)、腐蝕濃度、腐蝕溫度、膜片厚度、腐蝕深度。腐蝕模型Hn＝F(t，T，N)，腐蝕模型是腐蝕深度H與腐蝕時(shí)間t、腐蝕溫度T、腐蝕濃度N之間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)腐蝕工藝的要求確定腐蝕模型共分五個(gè)。根據(jù)設(shè)定腐蝕溫度和腐蝕濃度選擇腐蝕模型Hn。6.4與PLC通訊程序通訊內(nèi)容有腐蝕液溫度值、腐蝕液濃度值；腐蝕深度；設(shè)定腐蝕深度；設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行命令；設(shè)備停止運(yùn)行命令；工控機(jī)開(kāi)機(jī)狀態(tài)標(biāo)志；工控機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)標(biāo)志；6.5報(bào)警程序有腐蝕溫度超差報(bào)警提示、腐蝕濃度超差報(bào)警提示。當(dāng)腐蝕溫度超差或腐蝕濃度超差時(shí)，顯示屏上彈出報(bào)警窗口，顯示“溫度超差”或“濃度超差”。由操作者決定是否結(jié)束腐蝕過(guò)程。6.6專家系統(tǒng)分析程序a.由腐蝕模型和腐蝕時(shí)間計(jì)算腐蝕深度，根據(jù)計(jì)算的腐蝕深度和設(shè)定的腐蝕深度比較，做出是否結(jié)束腐蝕過(guò)程的判斷。B.在線顯示腐蝕深度和腐蝕時(shí)間。C.在線顯示腐蝕液濃度和腐蝕液溫度。6.7數(shù)據(jù)存盤(pán)程序?qū)⒃O(shè)定的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
PLC控制程序由八個(gè)程序模塊組成，見(jiàn)圖77.1主程序控制腐蝕液提升泵DZ2工作程序；控制沖洗液提升泵DZ1工作程序；控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)DZ3工作程序；7.2中斷程序定時(shí)中斷程序，進(jìn)行腐蝕液溫度、腐蝕液濃度數(shù)據(jù)采集。7.3開(kāi)始、停止程序接受工控機(jī)的命令使設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行；若腐蝕深度到達(dá)設(shè)定值使設(shè)備停止運(yùn)行。7.4正反轉(zhuǎn)控制程序由A3的輸出觸點(diǎn)控制K4繼電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)DZ3的正反轉(zhuǎn)控制。7.5A/D轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏g液溫度測(cè)試儀和腐蝕液濃度測(cè)試儀的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，待發(fā)送給工控機(jī)。7.6A/D數(shù)字發(fā)送程序?qū)/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字進(jìn)行打包處理，發(fā)送給工控機(jī)。7.7對(duì)通訊數(shù)據(jù)包進(jìn)行特征值分析程序?qū)⒐た貦C(jī)的發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行特征值分析，從中分解出不同命令字。命令字如下運(yùn)行命令字、停止命令字、發(fā)送類型命令字、溫度報(bào)警命令字、濃度報(bào)警命令字、正在腐蝕標(biāo)志命令字、正在沖洗標(biāo)志命令字、開(kāi)機(jī)狀態(tài)命令字、關(guān)機(jī)狀態(tài)命令字、發(fā)送A/D數(shù)據(jù)命令字。7.8工控機(jī)開(kāi)機(jī)后的數(shù)據(jù)處理程序在PLC運(yùn)行過(guò)程中，工控機(jī)重新開(kāi)機(jī)后，將PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的采集數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
電器控制功能說(shuō)明工業(yè)控制計(jì)算機(jī)A2負(fù)責(zé)設(shè)備的自動(dòng)操作控制，A2的串行通訊口與A3相連進(jìn)行通訊。PLC可編程控制器A3，接受A2的指令，控制K11、K21、K31、K4的狀態(tài)。濃度測(cè)試儀A4負(fù)責(zé)測(cè)試腐蝕液的濃度。溫度測(cè)試儀A5負(fù)責(zé)測(cè)試反應(yīng)室內(nèi)工作時(shí)的溫度。24V電源A6負(fù)責(zé)給用電器提供24V直流電源。按鍵開(kāi)關(guān)K1控制反應(yīng)室4的鐘蓋3開(kāi)啟、關(guān)閉，當(dāng)鐘蓋3開(kāi)啟時(shí)切斷電機(jī)、電磁鐵、繼電器等電源。當(dāng)鐘蓋3關(guān)閉時(shí)連接電機(jī)、電磁鐵、繼電器等電源。按鍵開(kāi)關(guān)K2控制電器電源開(kāi)關(guān)。自/手動(dòng)開(kāi)關(guān)K3的常閉觸點(diǎn)K3a控制自動(dòng)操作。自/手動(dòng)開(kāi)關(guān)K3的常開(kāi)觸點(diǎn)K3b控制手動(dòng)操作。按鍵開(kāi)關(guān)SK1在手動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J1的工作。按鍵開(kāi)關(guān)SK2在手動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J2的工作。按鍵開(kāi)關(guān)SK3在手動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J3的工作。A3的輸出觸點(diǎn)K11在自動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J1的工作。A3的輸出觸點(diǎn)K21在自動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J2的工作。A3的輸出觸點(diǎn)K31在自動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器J3的工作。A3的輸出觸點(diǎn)K41在自動(dòng)狀態(tài)下，控制繼電器K4的工作。繼電器J1觸點(diǎn)J13控制電磁閥F3、F4，繼電器J1觸點(diǎn)J11控制交流接觸器ZJ1的線圈。交流接觸器ZJ1的觸點(diǎn)控制腐蝕用的電機(jī)DZ1。繼電器J2觸點(diǎn)J23控制電磁閥F1、F2，繼電器J2觸點(diǎn)J21控制交流接觸器ZJ2的線圈。交流接觸器ZJ2的觸點(diǎn)控制沖洗用的電機(jī)DZ2。繼電器J3觸點(diǎn)J31控制交流接觸器ZJ3的線圈。交流接觸器ZJ3的觸點(diǎn)控制片架旋轉(zhuǎn)用的電機(jī)DZ3。繼電器K4控制片架旋轉(zhuǎn)電機(jī)DZ3的正反轉(zhuǎn)。電磁鐵B吸和反應(yīng)室的鐘蓋3。
反應(yīng)室由作為蓋的鐘罩3和缸體4組成，見(jiàn)圖1，鐘罩3有密封邊緣、磁鐵B和由氣缸推動(dòng)的聯(lián)軸節(jié)5，見(jiàn)圖2，氣缸通過(guò)氣動(dòng)管路、電路與氣動(dòng)電磁閥、三聯(lián)體的氣源處理器和氣源相通；防止在工作過(guò)程中出現(xiàn)KOH溶液及蒸汽等泄漏，造成環(huán)境污染或人員傷害。
傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)和噴淋兩部分，采用兩組錐齒輪傳動(dòng)嚙合，保證齒輪傳動(dòng)效率并盡可能減小傳動(dòng)空間。見(jiàn)圖8反應(yīng)室的缸體4底部圓心處有立軸8上固定作為承物臺(tái)的大錐齒輪9和傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)；反應(yīng)室缸體4立壁上垂直相交地固定有傳動(dòng)軸13，軸13在缸體4壁外端有錐齒輪14，與由電機(jī)支架16固定的齒輪減速電機(jī)15的傳動(dòng)軸呈90°相交；軸13在缸體另一端有小錐齒輪12，與大錐齒輪9呈90°相交。其傳動(dòng)方式如下電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與固定在轉(zhuǎn)軸上的一錐齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)另一只固定在缸體4立壁上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸13上的錐齒輪將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整90度，并通過(guò)固定在反應(yīng)室上的傳動(dòng)軸將轉(zhuǎn)動(dòng)引入反應(yīng)室，同時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)傳動(dòng)軸13的另一端通過(guò)一對(duì)嚙合的錐齒輪將傳動(dòng)方向再調(diào)整九十度，該組錐齒輪為減速齒輪，通過(guò)齒輪大小完成再次的減速調(diào)整，減速比為1∶6，因此最終通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)兩套齒輪付實(shí)現(xiàn)調(diào)速傳動(dòng)動(dòng)作，滿足傳動(dòng)需要。
噴淋機(jī)構(gòu)的鼠籠架10是與立軸8同心的立體多邊形框，見(jiàn)圖8、圖9；并且多條立框的截面為兩側(cè)有槽，槽的寬度與硅片厚度相等、多邊形框的每條邊長(zhǎng)與硅片的寬度相等，立框架間的等距凹槽可同時(shí)垂直插入4英寸硅片6片，硅片垂直插入后分布形式為六棱柱形。立軸8上還固定有噴淋管11，管表面均勻分布上百個(gè)直徑0.5-0.7mm的噴口，噴口與插在鼠籠硅片架上的硅片垂直相對(duì)，噴口壓力1.0Kg/cm2，噴淋管11上端為盲端，下端與KOH液罐、清洗液罐的兩臺(tái)壓力提升泵管路相連。
CRT觸摸屏和懸臂伸縮調(diào)節(jié)臂CRT為觸摸式顯示屏2，置于一可前后左右任意自由度旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)20上，見(jiàn)圖11，固定軸17卡緊在裝置上部的邊沿處，懸臂18兩端分別連接固定軸17和轉(zhuǎn)動(dòng)軸19，平臺(tái)板20固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸19上。該懸臂伸縮調(diào)節(jié)臂可滿足操作人員在不同角度對(duì)設(shè)備觸摸操控。
本裝置的工作過(guò)程如下參見(jiàn)圖10；開(kāi)總電源，接通各組閥及泵的電源。啟動(dòng)氣動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)啟動(dòng)氣動(dòng)電磁閥門(mén)，將壓縮空氣引入牽引汽缸，汽缸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)推動(dòng)或牽引鐘罩移動(dòng)，打開(kāi)反應(yīng)室。將待腐蝕硅片處理清洗后，放入反應(yīng)室。關(guān)閉氣動(dòng)電磁閥，汽缸反向放氣，鐘罩在自重力的作用下落下并壓緊密封圈，關(guān)閉反應(yīng)室，準(zhǔn)備開(kāi)始腐蝕工作。通過(guò)控制單元的CRT觸摸屏輸入工作指令給計(jì)算機(jī)，腐蝕提升泵打開(kāi)，腐蝕液上水回路電磁閥打開(kāi)。清洗液泵及上、下水閥門(mén)全部關(guān)閉，腐蝕液經(jīng)上水閥門(mén)、管路進(jìn)入到反應(yīng)室內(nèi)通過(guò)噴淋口對(duì)硅片待腐蝕面噴射出腐蝕液，同時(shí)反應(yīng)室腐蝕液回流閥打開(kāi)，腐蝕液在完成噴射過(guò)程后經(jīng)回流閥回到到腐蝕液槽灌，再經(jīng)過(guò)提升泵重復(fù)完成噴淋過(guò)程。待全部完成腐蝕程序設(shè)定的工作后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，腐蝕液提升泵、提升泵泵閥、反應(yīng)室腐蝕液回流閥全部關(guān)閉。打開(kāi)清洗液提升泵、提升泵泵閥、反應(yīng)室清洗液回流閥，重復(fù)腐蝕液先前的全部動(dòng)作。在完成清洗程序控制的動(dòng)作后，設(shè)備自行結(jié)束工作。
權(quán)利要求
1.一種高精度硅傳感器芯片腐蝕裝置，包括工控計(jì)算機(jī)、電控柜、反應(yīng)室、KOH液罐、清洗液罐，其特征是計(jì)算機(jī)有CRT觸摸屏和作業(yè)控制程序，通過(guò)通訊接口與電控柜、反應(yīng)室及管路上的閥、泵相連，并配有手動(dòng)開(kāi)關(guān)；反應(yīng)室內(nèi)置傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)，其噴淋管通過(guò)液體管路與KOH液罐和清洗液罐的液下泵相連；測(cè)溫、測(cè)濃度的探頭分別設(shè)在反應(yīng)室內(nèi)；裝置的控制方式[1].腐蝕液溫度控制水浴+PID溫度控制系統(tǒng)[2].腐蝕期間腐蝕量的動(dòng)態(tài)控制高精度堿性濃度控制儀+計(jì)算機(jī)[3].腐蝕液循環(huán)方式動(dòng)態(tài)噴淋+循環(huán)[4].腐蝕液循環(huán)系統(tǒng)微型耐強(qiáng)堿提升泵+耐腐蝕管道+容器[5].最終的清洗系統(tǒng)H2O(純)+循環(huán)管路
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于作業(yè)控制程序由存入模塊內(nèi)的下列程序構(gòu)成(1)初始化程序?qū)?shù)進(jìn)行初始化；(2)登錄程序分操作者登錄、工程師登錄、管理者登錄三種方式，每種登錄方式用不同的密碼，登錄后具有的權(quán)限不同；(3)參數(shù)設(shè)定、腐蝕模型選擇程序設(shè)定參數(shù)有芯片編號(hào)、腐蝕濃度、腐蝕溫度、膜片厚度、腐蝕深度。腐蝕模型Hn＝F(t，T，N)，腐蝕模型是腐蝕深度H與腐蝕時(shí)間t、腐蝕溫度T、腐蝕濃度N之間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)設(shè)定腐蝕溫度和腐蝕濃度選擇腐蝕模型Hn；(4)與PLC通訊的程序通訊內(nèi)容有腐蝕液溫度值、腐蝕液濃度值、腐蝕深度、設(shè)定腐蝕深度、設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行命令、設(shè)備停止運(yùn)行命令、工控機(jī)開(kāi)機(jī)狀態(tài)標(biāo)志、工控機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)標(biāo)志；(5)報(bào)警程序有腐蝕溫度超差報(bào)警提示、腐蝕濃度超差報(bào)警提示。顯示屏上彈出報(bào)警窗口，顯示“溫度超差”或“濃度超差”；(6)專家系統(tǒng)分析程序a由腐蝕模型和腐蝕時(shí)間計(jì)算腐蝕深度，根據(jù)計(jì)算的腐蝕深度和設(shè)定的腐蝕深度比較，做出是否結(jié)束腐蝕過(guò)程的判斷；b在線顯示腐蝕深度和腐蝕時(shí)間；c在線顯示腐蝕液濃度和腐蝕液溫度；(7)數(shù)據(jù)存盤(pán)程序?qū)⒃O(shè)定的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于PLC的通訊程序由下列8個(gè)模塊組成(1)、主程序包括控制腐蝕液提升泵(DZ2)工作程序；控制沖洗液提升泵(DZ1)工作程序；控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)(DZ3)工作程序；(2)、中斷程序定時(shí)中斷程序，進(jìn)行腐蝕液溫度、腐蝕液濃度數(shù)據(jù)采集；(3)、開(kāi)始、停止程序接受工控機(jī)的命令使設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行，若腐蝕深度到達(dá)設(shè)定值使設(shè)備停止運(yùn)行；(4)、正反轉(zhuǎn)程序由(A3)的輸出觸點(diǎn)控制(K4)繼電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)(DZ3)的正反轉(zhuǎn)控制；(5)、A/D轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏g液溫度測(cè)試儀和腐蝕液濃度測(cè)試儀的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，待發(fā)送給工控機(jī)；(6)、A/D數(shù)字發(fā)送模塊將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字進(jìn)行打包處理，發(fā)送給工控機(jī)；(7)、對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值分析程序?qū)⒐た貦C(jī)的發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行特征值分析，從中分解出不同命令字。命令字如下運(yùn)行命令字、停止命令字、發(fā)送類型命令字、溫度報(bào)警命令字、濃度報(bào)警命令字、正在腐蝕標(biāo)志命令字、正在沖洗標(biāo)志命令字、開(kāi)機(jī)狀態(tài)命令字、關(guān)機(jī)狀態(tài)命令字、發(fā)送A/D數(shù)據(jù)命令字；(8)、工控機(jī)開(kāi)機(jī)后的數(shù)據(jù)處理程序在PLC運(yùn)行過(guò)程中，工控機(jī)重新開(kāi)機(jī)后，將PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的采集數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于電器件的電路連接如下加熱攪拌控制器(A1)一端與相電壓(V)相連，另一端與(N)相連；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(A2)、PLC可編程控制器(A3)、濃度測(cè)試儀(A4)、溫度測(cè)試儀(A5)、(24V)電源(A6)并聯(lián)后一端與按鍵開(kāi)關(guān)(K2)、(K1)的一端及繼電器(J4)觸點(diǎn)(J44)的一端相連，另一端與(N)相連；按鍵開(kāi)關(guān)(K2)的另一端經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(K)與相電壓(U)相連，按鍵開(kāi)關(guān)(K1)的另一端與繼電器(J4)線圈一端相連，繼電器(J4)線圈另一端與(N)相連，繼電器(J4)觸點(diǎn)(J44)的另一端與按鍵開(kāi)關(guān)(K3)觸點(diǎn)(K3a)一端和觸點(diǎn)(K3b)一端相連；按鍵開(kāi)關(guān)(SK1)、(SK2)、(SK3)一端并聯(lián)后與觸點(diǎn)(K3b)另一端相連，PLC的輸出觸點(diǎn)(K11)、(K21)、(K31)一端并聯(lián)后與觸點(diǎn)(K3a)另一端相連，(SK1)的另一端與(K11)的另一端并聯(lián)后與繼電器(J1)線圈一端相連，(SK2)的另一端與(K21)的另一端并聯(lián)后與繼電器(J2)線圈一端相連，(SK3)的另一端與(K31)的另一端并聯(lián)后與繼電器(J3)線圈一端相連，(J1)線圈另一端與(J2)線圈另一端和(J3)線圈另一端并聯(lián)后與N相連；氣動(dòng)電磁閥(F5)的一端與交流接觸器(ZJ1)、(ZJ2)、(ZJ3)的一端并聯(lián)后經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(K)與相電壓(V)相連，氣動(dòng)電磁閥(F5)的另一端與繼電器(J4)觸點(diǎn)(J41)的一端相連，交流接觸器(ZJ1)另一端與繼電器(J1)觸點(diǎn)(J11)的一端相連，交流接觸器(ZJ2)另一端與繼電器(J2)觸點(diǎn)(J21)的一端相連，交流接觸器(ZJ3)另一端與繼電器(J3)觸點(diǎn)(J31)的一端相連；繼電器(J1)觸點(diǎn)(J11)的另一端與繼電器(J2)觸點(diǎn)(J21)的另一端、繼電器(J3)觸點(diǎn)(J31)的另一端、繼電器(J4)觸點(diǎn)(J41)的另一端并聯(lián)后與(N)相連；三相電機(jī)(DZ1)的接線端子分別經(jīng)過(guò)交流接觸器(ZJ1)的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(K)與相電壓(V)、(U)、(W)相連，三相電機(jī)(DZ2)的接線端子分別經(jīng)過(guò)交流接觸器(ZJ2)的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(K)與相電壓(V)、(U)、(W)相連，兩相電機(jī)(DZ3)的接線端子①經(jīng)過(guò)交流接觸器(ZJ3)的觸點(diǎn)再經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(K)與相電壓(V)相連，兩相電機(jī)(DZ3)的接線端子②、③分別經(jīng)過(guò)繼電器(K4)的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)與(N)相連；繼電器(K4)線圈一端與電磁鐵(B)線圈一端、電磁閥(F1)、(F2)、(F3)、(F4)線圈一端并聯(lián)后與(A)相連，繼電器(K4)線圈另一端與PLC可編程控制器(A3)的輸出觸點(diǎn)(K41)一端相連，電磁鐵(B)線圈另一端與繼電器(J4)觸點(diǎn)(J43)的一端相連，電磁閥(F1)、(F2)線圈另一端并聯(lián)后與繼電器(J2)觸點(diǎn)(J23)的一端相連，電磁閥(F3)、(F4)線圈另一端并聯(lián)后與繼電器(J1)觸點(diǎn)(J13)的一端相連，(K41)另一端與(J43)另一端、(J23)另一端、(J13)另一端并聯(lián)后與(0V)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于反應(yīng)室由作為蓋的鐘罩(3)和缸體(1)組成，鐘罩(3)有密封邊緣、磁鐵(B)和由氣缸推動(dòng)的聯(lián)軸節(jié)，氣缸通過(guò)氣動(dòng)管路、電路與氣動(dòng)電磁閥、三聯(lián)體的氣源處理器和氣源相通；反應(yīng)室的缸體(4)底部圓心處有立軸(8)上固定作為承物臺(tái)的大錐齒輪(9)和傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)；缸體(4)立壁上垂直相交地固定有傳動(dòng)軸(13)，軸(13)在缸體(4)壁外端有錐齒輪(14)，與由電機(jī)支架(16)固定的齒輪減速電機(jī)(15)的傳動(dòng)軸呈90°相交；軸(13)在缸體另一端有小錐齒輪(12)，與大錐齒輪(9)呈90°相交。
6.根據(jù)利要求5所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)的鼠籠架(10)是與立軸(8)同心的立體多邊形框，并且鼠籠架立框兩側(cè)有槽，槽的寬度與硅片厚度相等、多邊形框的邊長(zhǎng)與硅片的寬度相等，框架之間相互有等距凹槽可同時(shí)垂直插入4英寸硅片6片；
7.根據(jù)利要求6所述的芯片腐蝕裝置，其特征在于立軸(8)上還固定有噴淋管(12)，管表面均勻分布上百個(gè)直徑0.5-0.7mm的噴口，噴口與固定在鼠籠架立框中的硅片呈現(xiàn)垂直，噴口壓力1.0Kg/cm2，噴淋管(11)上端為盲端，下端與KOH液罐、清洗液罐的兩臺(tái)壓力提升泵管路相連。
全文摘要
一種高精度硅傳感器芯片腐蝕裝置，包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、電器控制柜、反應(yīng)室、KOH儲(chǔ)液罐、清洗液儲(chǔ)液罐，其特征是計(jì)算機(jī)有CRT觸摸屏和作業(yè)控制程序，通過(guò)通訊接口與電控柜控制電路、反應(yīng)室及管路上的閥、泵相連；反應(yīng)室內(nèi)置傳動(dòng)噴淋機(jī)構(gòu)，其噴淋管通過(guò)液體管路與KOH儲(chǔ)液罐和清洗液儲(chǔ)液罐的液下泵相連；測(cè)溫、測(cè)KOH濃度的探頭分別設(shè)在反應(yīng)室內(nèi)。本裝置采用計(jì)算機(jī)控制，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)(一次投入6片4英寸硅片)。同時(shí)由于采用了噴淋工藝進(jìn)行腐蝕，使腐蝕過(guò)程始終處于一個(gè)不斷沖刷、反應(yīng)、再?zèng)_刷、再反應(yīng)的良性環(huán)境中，使反應(yīng)過(guò)程中的各種生成物、生成氣體能及時(shí)排除，利于并可加快反應(yīng)過(guò)程，提高反應(yīng)質(zhì)量。本裝置可腐蝕的硅片為直徑110mm以下的所有硅片。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1601708SQ03134098
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者劉沁, 匡石, 張純棣, 陳信琦 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院