一種用于制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種用于制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備，該設(shè)備包括：控制單元；圖形襯底制備單元，圖形襯底制備單元主要分為：高、低溫酸腐模組，圖形掩膜制備模組和清洗模組。本發(fā)明引入了進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)的BOE腐蝕槽，首先從功能上實(shí)現(xiàn)了圖形掩膜圖形化的制備功能，同時(shí)根據(jù)其制備工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了BOE腐蝕槽專用的腐蝕支架，實(shí)現(xiàn)了圖形掩膜圖形化的精確控制功能；同時(shí)，增加了丙酮槽和氫氟酸腐蝕槽，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了濕法腐蝕制備圖形襯底的工藝在本設(shè)備的一體化實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了圖形襯底的制備工藝，節(jié)約時(shí)間、縮短流程。同時(shí)，本設(shè)備為生產(chǎn)大尺寸圖形襯底工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【專利說明】一種用于制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械設(shè)備技術(shù)及半導(dǎo)體發(fā)光材料的圖形襯底制備【技術(shù)領(lǐng)域】。特別涉及一種BOE溶液濕法腐蝕藍(lán)寶石得到圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來環(huán)境保護(hù)、減少污染等問題頻頻出現(xiàn)，已從相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)展成為全民關(guān)注問題再到全民參與、全民建設(shè)上。而環(huán)保、節(jié)能以及新能源的高科技產(chǎn)品已經(jīng)成為近年來引領(lǐng)國(guó)際新行業(yè)發(fā)展、開拓經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的主要領(lǐng)域。而伴隨著半導(dǎo)體發(fā)光材料的不斷發(fā)展，GaN(氮化鎵)基發(fā)光二極管(LED)在今年來被發(fā)明。其10倍于白熾燈的節(jié)能特性、無汞污染、惰性氣體污染以及小體積、靈活等優(yōu)點(diǎn)，使其成為傳統(tǒng)光源的有力替代。被認(rèn)為是既白熾燈、熒光燈后的第三代照明產(chǎn)品而引發(fā)了全球化的固態(tài)照明革命，被廣發(fā)應(yīng)用在照明、顯示、背光燈各個(gè)領(lǐng)域。從環(huán)保、安全性、健康性等多方面均有突出表現(xiàn)均展示了其突出表現(xiàn)。世界各國(guó)包括我國(guó)政府，已把發(fā)展照明工程列為實(shí)現(xiàn)構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型國(guó)家這一基本國(guó)策的重要戰(zhàn)略舉措。
[0003]而隨著GaN基LED產(chǎn)品在照明領(lǐng)域的應(yīng)用愈加深入，對(duì)其高亮度和功率化的需求也愈加明顯。由于GaN材料的目前主要使用異質(zhì)外延技術(shù),藍(lán)寶石襯底為主要襯底,然而GaN和藍(lán)寶石襯底之間的晶格常數(shù)失配度超過14%，熱失配度相差一倍多，這樣大的晶格失配度以及熱脹差別必然會(huì)引起在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN外延片的殘存應(yīng)力問題。因此，由殘存應(yīng)力、晶格失配和熱失配引起的高密度位錯(cuò)，帶來發(fā)光器件的效率和壽命下降，大量GaN相關(guān)材料、器件和工藝研究集中于克服由于非GaN襯底的異質(zhì)外延帶來的問題，因而GaN基發(fā)光材料的生長(zhǎng)過程變得復(fù)雜而低效率；此外，由于GaN材料的高折射率，使得從LED有源區(qū)發(fā)出的絕大部分光受到全反射而限制在芯片中，發(fā)光器件的外量子效率一般在40%以下。
[0004]而隨著GaN基LED器件應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其功率化、高亮度的需求越來越高，以簡(jiǎn)單的異質(zhì)襯底——藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)的GaN基LED器件很難滿足市場(chǎng)對(duì)LED器件的亮度需求。為了實(shí)現(xiàn)大功率GaN基LED的通用照明，克服傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)帶來的高位錯(cuò)密度的問題，同時(shí)，運(yùn)用新的技術(shù)手段，提高光導(dǎo)出效率是最迫切的需求和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。故一種新的工藝方法應(yīng)運(yùn)而生，就是藍(lán)寶石圖形襯底亦稱為PSS。在藍(lán)寶石基板上設(shè)計(jì)制作出微米級(jí)或納米級(jí)的具有微結(jié)構(gòu)特定規(guī)則的圖案，藉以控制LED之輸出光形式(藍(lán)寶石基板上的凹凸圖案會(huì)產(chǎn)生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同時(shí)，利用圖案化藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)GaN外延片時(shí)會(huì)使GaN層在生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)橫向合并，而是位錯(cuò)在越過圖形時(shí)出現(xiàn)彎折合并，從而減少生長(zhǎng)的GaN之間的位錯(cuò)密度，改善晶體質(zhì)量，并提升LED內(nèi)部量子效率、增加光萃取效率。與生長(zhǎng)于一般藍(lán)寶石襯底的LED相比，亮度增加了 30%以上。
[0005]藍(lán)寶石材料的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，且硬度極高，一般的物理加工手段也難以實(shí)施。目前常用方法可以分為干法刻蝕和高溫強(qiáng)酸濕法刻蝕兩種方法。
[0006]其中，干法刻蝕PSS主要是通過在藍(lán)寶石襯底上涂覆厚膜光刻膠，利用曝光技術(shù)在光刻膠上刻出圖形，并以其為掩膜用ICP (等離子誘導(dǎo)刻蝕設(shè)備)等干法刻蝕設(shè)備進(jìn)行干法刻蝕，得到最后的藍(lán)寶石圖形襯底。干法刻蝕制備圖形化藍(lán)寶石襯底是目前PSS襯底制備的主要生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是生產(chǎn)較為穩(wěn)定。然而，由于使用ICP (等離子誘導(dǎo)刻蝕設(shè)備)設(shè)備，極大的增加了制備成本，降低了產(chǎn)能。使用ICP設(shè)備制備PSS，目前一次制備最高數(shù)量為22片，需用時(shí)40分鐘以上，且由于刻蝕需要光刻膠做掩膜，這也對(duì)于前段的光刻工藝提出了很高的要求，光刻膠掩膜厚度均勻性等工藝要求極高。同時(shí)，由于設(shè)備均勻性問題，其并不適合4英寸甚至6英寸圖形化藍(lán)寶石襯底的制備。同時(shí)，在用干法刻蝕制備圖形襯底時(shí)容易對(duì)藍(lán)寶石襯底表面，特別是臺(tái)面邊緣部位，造成一定的污染和損傷，不利于外延層晶體質(zhì)量的進(jìn)一步提高。在外延生長(zhǎng)過程中，反應(yīng)物在襯底的臺(tái)面，槽中包括槽側(cè)壁上都生長(zhǎng)，并且側(cè)壁生長(zhǎng)物會(huì)和臺(tái)面?zhèn)认蛲庋訉咏Y(jié)合。而側(cè)壁面是由干法刻蝕形成的被嚴(yán)重?fù)p傷的面，在這種面上生長(zhǎng)的物質(zhì)必然有非常高的位錯(cuò)密度，其中部分位錯(cuò)將延伸到上層側(cè)向外延層中，必將降低外延層質(zhì)量，不利于進(jìn)一步提高器件性能。
[0007]而濕法刻蝕技術(shù)的出現(xiàn)可以有效的改善上述問題。濕法腐蝕工藝制備藍(lán)寶石圖形襯底的的步驟主要是:藍(lán)寶石襯底上蒸鍍二氧化硅膜，利用光刻技術(shù)在二氧化硅上刻出光刻膠的圖形，之后BOE腐蝕二氧化硅形成圖形的轉(zhuǎn)移后去膠，再利用酸腐蝕在藍(lán)寶石上刻出圖形，修飾好圖形后的晶片最后用HF去掉二氧化硅膜，已得到最終的藍(lán)寶石圖形襯底Pss0使用濕法腐蝕制備圖形襯底的主要優(yōu)點(diǎn)是可以一次性制備大量的圖形襯底，生產(chǎn)率大大提高，同時(shí)，由于腐蝕藍(lán)寶石襯底無需消耗Si02，因此，對(duì)前面的工藝要求降低，從而降低工藝成本。同樣的，濕法腐蝕制備圖形襯底不受襯底尺寸影響，可以適用于4英寸、6英寸的藍(lán)寶石圖形襯底制備。因此，其技術(shù)發(fā)展受到了襯底制備行業(yè)的廣泛關(guān)注。然而，目前并沒有專門用于濕法腐蝕制備圖形化襯底的設(shè)備，目前常用的濕法腐蝕方法在藍(lán)寶石襯底上制備圖形襯底的濕法腐蝕設(shè)備多為L(zhǎng)ED制備工藝的單純高溫腐蝕設(shè)備，其設(shè)計(jì)主要是針對(duì)制備LED芯片，只包含控溫和酸腐蝕功能。而制備濕法圖形襯底中所需要的針對(duì)S12掩膜圖形化制備功能、去掩膜功能等均無法實(shí)現(xiàn)。更加無法實(shí)現(xiàn)避免金屬離子的玷污這兩個(gè)因素的限制，在濕法制備LED芯片或制備藍(lán)寶石圖形襯底時(shí)顯然不能用同一臺(tái)設(shè)備完成，而為了生產(chǎn)購買多套濕法腐蝕設(shè)備也是不可取的。而隨著濕法腐蝕圖形襯底被生產(chǎn)的廣泛接受和使用，針對(duì)專門的濕法腐蝕設(shè)備需求明顯增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備，以解決現(xiàn)有濕法腐蝕GaN圖形襯底無專用設(shè)備的需求。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種用于制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備，該設(shè)備包括:控制單元；圖形襯底制備單元(見附圖1);其中，
[0011]控制單元主要為控制面板(見圖7)，包括:水路系統(tǒng)、風(fēng)路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和酸腐廢液排放系統(tǒng)(酸排系統(tǒng))；所述的控制單元的主要功能為:除對(duì)水路、風(fēng)路、電力和酸排系統(tǒng)地控制外，還對(duì)圖形襯底制備單元的控制，包括對(duì)酸腐蝕以及掩膜腐蝕的溫度、時(shí)間控制程序設(shè)定；清洗模組程序設(shè)定，以及對(duì)設(shè)備輔助功能的控制及酸腐槽超溫報(bào)警等的控制；
[0012]圖形襯底制備單元主要分為:高、低溫酸腐模組，圖形掩膜制備模組和清洗模組(見附圖2_4)；
[0013]所述一體化濕法腐蝕設(shè)備主要包括如下部件:控制面板；高、低溫酸性溶液腐蝕槽；Β0Ε腐蝕槽；去離子水(亦稱為D.1.Water)清洗槽；丙酮槽；氫氟酸(HF)腐蝕槽；擋板；槽體蓋；排風(fēng)系統(tǒng)；圖形掩膜制備用特制腐蝕支架；
[0014]所述的控制面板，可位于設(shè)備右側(cè)中間位置或便于操作的任何位置；可對(duì)每個(gè)槽體進(jìn)行獨(dú)立操控，可顯示每個(gè)槽體內(nèi)液體的溫度、腐蝕或清洗的時(shí)間；可設(shè)定對(duì)時(shí)間、溫度的提醒功能；所述控制面板上設(shè)有每個(gè)槽體的時(shí)間和溫度的控制模塊及顯示模塊，以便于對(duì)每個(gè)腐蝕過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，這是圖形的完整性的保證之一；
[0015]所述的高、低溫酸性溶液腐蝕槽(也可成為酸腐槽)，把高溫酸腐槽和低溫酸腐槽放到同一個(gè)腐蝕大區(qū)，用擋板隔開；高、低溫酸性溶液腐蝕槽溫度可控為0°?350° ;在樣品進(jìn)行圖形酸腐時(shí)通過精確的控溫以降低濕法腐蝕的難度，保證濕法腐蝕圖形化襯底時(shí)的圖形完整性；
[0016]所述的BOE腐蝕槽，位于另一腐蝕大區(qū)的左部；使掩膜腐蝕和濕法腐蝕完美的結(jié)合，完整了濕法腐蝕的過程，提高了生產(chǎn)效率；
[0017]所述的去離子水(亦稱為D.1.Water)清洗槽，用以隔開BOE腐蝕槽與丙酮槽、氫氟酸腐蝕槽，能夠更好地阻止各腐蝕的反應(yīng)；其材料內(nèi)壁平滑，不易掛污物；
[0018]所述的丙酮槽，對(duì)于工藝一體化提供了便利，加快了工藝進(jìn)程；
[0019]HF槽、丙酮槽和去離子水清洗槽體的加入，減少了制備圖形襯底的工藝步驟，節(jié)省了時(shí)間和資源；
[0020]所述的槽體蓋，在所述的每個(gè)槽體上配備；所述的槽體蓋因槽體材料的不同，選用與其相應(yīng)的材料制作槽體蓋；在暫不用的腐蝕槽上或腐蝕時(shí)間較長(zhǎng)的槽體上可蓋上槽體蓋，最大限度保證人身安全；
[0021]所述的電力系統(tǒng)，除了為本發(fā)明提供源源不斷的電力支持正常運(yùn)轉(zhuǎn)外，亦可對(duì)每個(gè)槽體進(jìn)行獨(dú)立控制的模組提供與之相匹配的電力控制；
[0022]所述的排風(fēng)系統(tǒng)，為負(fù)壓抽氣式排風(fēng)裝置，位于所述設(shè)備腐蝕區(qū)的上方及后方；可獨(dú)立控制對(duì)風(fēng)量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；在操作過程中，腐蝕液氣體揮發(fā)時(shí)能夠通過上方的排風(fēng)及時(shí)排出去；腐蝕液氣體揮發(fā)過程中也能通過后方被排出去；所述排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的好處是，在最大程度上減少腐蝕液氣體的殘留，保證人身安全的同時(shí)減小濕法之間的腐蝕干擾；
[0023]所述的水路系統(tǒng)，用于對(duì)清洗晶片的、停止?jié)穹ǜg進(jìn)程的去離子水的供給和排放；
[0024]所述的酸腐廢液排放系統(tǒng)，用于對(duì)高低溫酸腐蝕廢液、BOE腐蝕廢液及氫氟酸腐蝕廢液?jiǎn)蝹€(gè)的、單獨(dú)地進(jìn)行控制排放。
[0025]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是,所述的高、低溫酸性溶液腐蝕槽所選材料為石英、陶瓷、塑料或其他抗高溫抗酸腐蝕材料；所述的BOE腐蝕槽體采用石英、陶瓷、塑料或其他能抗氫氟酸和氟化銨溶液的材料；所述的去離子水清洗槽材料為石英、陶瓷、塑料或其他能抗氫氟酸和氟化銨溶液的材料；所述的氫氟酸腐蝕槽，其材料為石英或能抗氫氟酸及其溶液的材料；所述的酸腐廢液排放系統(tǒng)，采用石英或其他抗酸腐蝕材料。
[0026]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的擋板，位于所述設(shè)備的中央，可手動(dòng)升降或電動(dòng)控制，把濕法腐蝕設(shè)備腐蝕區(qū)分為兩個(gè)腐蝕大區(qū)，阻擋兩個(gè)腐蝕大區(qū)液體間(高低溫酸腐蝕槽在同一大腐蝕區(qū)內(nèi))的影響；擋板的作用主要是隔離酸腐槽與前兩個(gè)槽體，BOE腐蝕速度較快，在分別進(jìn)行腐蝕的情況下，擋板的升起可以有效的隔離酸腐對(duì)BOE腐蝕槽和去離子水清洗槽的影響；擋板厚度為0.5-10cm ;擋板升起后高度l-60cm范圍內(nèi)，應(yīng)超過另一腐蝕區(qū)槽體至少1cm ;所述擋板為耐酸、抗堿材料。
[0027]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的擋板，選用透明材質(zhì)的材料。
[0028]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的圖形掩膜制備用腐蝕支架(見圖5-6，亦可簡(jiǎn)稱為提籃)，為非固定在設(shè)備上的、獨(dú)立的與本發(fā)明所述一體化濕法腐蝕設(shè)備配套使用的個(gè)體；所述腐蝕支架由腐蝕托盤及托盤支架組成，所述腐蝕支架的底部為水平托盤，托盤的形狀為圓形、橢圓形、方形或多邊形等，其中優(yōu)選圓形與橢圓形，托盤沿盤直徑兩端做支撐，上端有手柄相連，且手柄上要有和手型相對(duì)應(yīng)的防滑凹槽(握痕紋)；托盤正面為按一定間距排列的容納相應(yīng)尺寸晶片的淺槽；腐蝕支架托盤上分布有貫穿托盤正反面的孔洞(孔洞直徑尺寸可根據(jù)承載晶片的淺槽間距設(shè)定)；所述托盤及孔洞設(shè)計(jì)是為了在保證晶片均勻腐蝕，減小水的張力和浮力同時(shí)，保證被腐蝕的晶片能隨托盤順利的進(jìn)入槽體；支撐架的作用是在腐蝕過程中及其之后的動(dòng)作，使托盤在排除人為的情況下保持水平平衡，以達(dá)到每片樣品在腐蝕的速度、溫度和時(shí)間上保持一致；對(duì)于優(yōu)選的圓形托盤，其直徑在12.6-50cm之間，其直徑和厚度依據(jù)BOE腐蝕槽設(shè)定；所述的淺槽，其直徑在5.l-31cm之間，可按實(shí)際晶片尺寸情況需要制作托盤。
[0029]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述控制面板采用手套箱式操作面板，面板孔洞的大小應(yīng)使整條手臂都能進(jìn)入操作區(qū)進(jìn)行濕法腐蝕操作；所述的操作面板材料選用抗酸且透明的材料(如石英等)；操作手套為橡膠手套或其他可抗腐蝕材料制作。
[0030]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述控制面板采用對(duì)開式操作保護(hù)面板或下拉式操作保護(hù)面板。
[0031]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，包括耐高低溫的照明裝置，位于設(shè)備腐蝕區(qū)的左右側(cè)壁板中上方，光源包括LED燈，光源外罩具有抗腐蝕性，以不含紫外線的光源為宜；能清晰觀察到腐蝕槽內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)物品狀況，在進(jìn)行濕法腐蝕試驗(yàn)中，能較為容易的判斷腐蝕的時(shí)間。
[0032]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述腐蝕槽全部設(shè)計(jì)為橢圓形；或者全部為矩形；或者丙酮槽、氫氟酸腐蝕槽為矩形，其余為橢圓形。
[0033]所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述腐蝕槽的分布設(shè)計(jì)成直線平攤式，這種設(shè)計(jì)方案中無擋板。
[0034]本發(fā)明設(shè)計(jì)的是一款一體化的專門用于濕法腐蝕制備圖形化襯底的濕法腐蝕設(shè)備。與現(xiàn)有的腐蝕設(shè)備相比有很大不同?，F(xiàn)在多見的腐蝕設(shè)備主要包括的是高溫腐蝕設(shè)備。其主要特點(diǎn)包括高、低溫酸腐槽以及去離子水清洗槽。另包括面板控制和排風(fēng)等裝備，而此種設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)濕法腐蝕圖形襯底制備工藝中圖形掩膜圖形化(即對(duì)S12圖形化)的制備步驟，同時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)掩膜去除等制備工藝步驟。因此，無法實(shí)現(xiàn)針對(duì)濕法腐蝕制備圖形襯底技術(shù)的一體化生產(chǎn)。本發(fā)明中設(shè)計(jì)的濕法腐蝕設(shè)備。創(chuàng)造性地引入了進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)的BOE腐蝕槽，首先從功能上實(shí)現(xiàn)了圖形掩膜圖形化(即對(duì)S12圖形化)的制備功能，同時(shí)根據(jù)其制備工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了 BOE腐蝕槽專用的腐蝕支架(提籃)，實(shí)現(xiàn)了圖形掩膜圖形化的精確控制功能；同時(shí)，增加了丙酮槽和氫氟酸腐蝕槽，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了濕法腐蝕制備圖形襯底的工藝在本設(shè)備的一體化實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了圖形襯底的制備工藝，節(jié)約時(shí)間、縮短流程。同時(shí)，本設(shè)備為生產(chǎn)大尺寸圖形襯底工藝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1 一體化濕法腐蝕設(shè)備整體控制流程示意圖。
[0036]圖2圓形槽腐蝕區(qū)平面示意圖。
[0037]圖3矩形槽腐蝕區(qū)平面示意圖。
[0038]圖4腐蝕槽體平攤式示意圖。圖4A:圓形腐蝕槽；圖4B:矩形腐蝕槽。其中，
[0039]101-高溫酸腐蝕槽，102-低溫酸腐蝕槽，103-B0E腐蝕槽，104-D.1.Water清洗槽(去離子水清洗槽)，105-丙酮槽，106-HF腐蝕槽，107-擋板。
[0040]圖5腐蝕托盤平面示意圖。其中，
[0041]501-托盤上的空洞；502_放片的位置；503_濕法腐蝕托盤。
[0042]圖6腐蝕支架及托盤側(cè)面示意圖。其中，601-托盤支架，602-手柄，603-托盤。
[0043]圖7控制面板示意圖。圖7A、7B提供了兩種不同的布局方法。其中，
[0044]701-腐蝕溫度顯示；702_腐蝕時(shí)間顯示；703_腐蝕時(shí)間指示燈；704_溫度設(shè)置按鈕；
[0045]705-時(shí)間設(shè)置按鈕；706、708-增加按鈕；707、709-減小按鈕；
[0046]710-電源開關(guān)；711-EM0 (緊急停止按鈕)。
[0047]圖8設(shè)備正面示意圖。圖8A具有手套操作面板，圖8B具有對(duì)開式操作面板，圖8C具有下拉式操作面板。其中，
[0048]801為排風(fēng)口 ；802_操作室內(nèi)排風(fēng)口 ；803_檢查室；804_手套操作面板(可設(shè)計(jì)成對(duì)開式或下拉式);805-左右打開式操作面板；806_下拉式操作面板。

【具體實(shí)施方式】
[0049]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用簡(jiǎn)化的示意圖形式，以輔助說明本發(fā)明的實(shí)用性及使用優(yōu)勢(shì)之目的。
[0050]一種圓形腐蝕槽體濕法腐蝕設(shè)備。包括:控制單元；圖形襯底制備單元(見附圖1)。
[0051]控制單元主要為:控制面板(見圖7，對(duì)圖形襯底制備單元的控制，包括對(duì)酸腐蝕以及掩膜腐蝕的溫度、時(shí)間控制程序設(shè)定；清洗系統(tǒng)的程序設(shè)定，以及對(duì)設(shè)備輔助功能的控制)。電力控制系統(tǒng)；水路控制系統(tǒng)；風(fēng)路控制系統(tǒng)和Ife腐廢液排放(廢液排放)控制系統(tǒng)。圖形襯底制備單元主要分為:高、低溫酸腐模組，圖形掩膜制備模組和清洗模組(見附圖2-4)。位置可放于該設(shè)備的左側(cè)、右側(cè)，便于操作，且不受身高的限制；也可考慮放于設(shè)備操作保護(hù)面板的上方，節(jié)省空間，不利因素就是操作人員受身高限制；另可考慮操作面板獨(dú)立于設(shè)備外，由電源線連接到設(shè)備上，其優(yōu)點(diǎn)是操作便利，也可根據(jù)需要加入其他控制模塊。
[0052]設(shè)備主要部件主要包括:控制面板；高、低溫酸性溶液腐蝕槽；Β0Ε腐蝕槽；去離子水(亦稱為D.1.Water)清洗槽；丙酮槽；氫氟酸(HF)槽；擋板；槽體蓋；排風(fēng)系統(tǒng)；圖形掩膜制備用腐蝕支架(亦可簡(jiǎn)稱提籃)。
[0053]圓形腐蝕槽體濕法腐蝕設(shè)備主要是指該設(shè)備腐蝕槽體為圓形，這樣為此特別設(shè)計(jì)的腐蝕支架(提籃)就能夠根據(jù)腐蝕槽體的直徑大小最大化制作提籃，完美地利用其空間。其中腐蝕設(shè)備槽體分布可設(shè)計(jì)成直線平攤式，也可分為前后兩個(gè)腐蝕大區(qū)隔開式，如果需要也可設(shè)計(jì)成左右兩個(gè)腐蝕大區(qū)隔開式。
[0054]圓形腐蝕槽體濕法腐蝕設(shè)備(見附圖2中)丙酮槽體和HF腐蝕槽體設(shè)計(jì)成矩形，主要是因?yàn)樵谶M(jìn)行這兩項(xiàng)濕法腐蝕時(shí)，可用普通卡塞進(jìn)行腐蝕過程，且不會(huì)對(duì)腐蝕工藝造成影響。若設(shè)備腐蝕槽體分布為平攤式擺放，丙酮槽體和HF腐蝕槽體就不必設(shè)計(jì)成矩形，六槽體均可制作成圓形。
[0055]該設(shè)備擋板的設(shè)計(jì)主要是隔開兩個(gè)大的腐蝕區(qū)，在擋板升起時(shí)兩個(gè)大的腐蝕區(qū)可進(jìn)行各自的腐蝕進(jìn)程，避免相互的腐蝕影響且對(duì)操作人員進(jìn)行一定的保護(hù)。槽體蓋的設(shè)計(jì)除有上述功能外，還可避免液體有效成分的揮發(fā)，影響腐蝕時(shí)間和腐蝕效果。在設(shè)備的正上方及后方設(shè)計(jì)上排風(fēng)系統(tǒng)，主要是為了操作人員的安全，也可減小液體間氣氛之間的影響。
[0056]所述的圖形掩膜制備用腐蝕支架(見圖5-6，亦可簡(jiǎn)稱為提籃)，為非固定在設(shè)備上的、獨(dú)立的與本發(fā)明所述一體化濕法腐蝕設(shè)備配套使用的個(gè)體；所述腐蝕支架由腐蝕托盤及托盤支架組成，所述腐蝕支架的底部為圓形水平托盤，托盤沿盤直徑兩端做支撐，上端有手柄相連，且手柄上要有和手型相對(duì)應(yīng)的防滑凹槽(握痕紋)；腐蝕托盤為具有一定厚度的圓形托盤，托盤正面為按一定間距排列的容納相應(yīng)尺寸晶片的淺槽，其作用是放置被腐蝕的晶片；腐蝕支架托盤上分布有貫穿托盤正反面的孔洞(孔洞直徑尺寸、數(shù)量可根據(jù)承載晶片的淺槽間距設(shè)定)；所述圓形托盤及孔洞設(shè)計(jì)是為了在保證晶片均勻腐蝕，減小水的張力和浮力同時(shí)，保證被腐蝕的晶片能隨托盤順利的進(jìn)入槽體；支撐架的作用是在腐蝕過程中及其之后的動(dòng)作，使托盤在排除人為的情況下保持水平平衡，以達(dá)到每片樣品在腐蝕的速度、溫度和時(shí)間上保持一致。
[0057]水路系統(tǒng)、酸腐廢液排放系統(tǒng)和耐高低溫的照明裝置、都是為了更好地進(jìn)行濕法腐蝕進(jìn)程而配備，且更好、更安全、更人性化。
[0058]實(shí)施例1:一種圓形腐蝕槽體濕法腐蝕設(shè)備(參圖2)
[0059]該設(shè)備采用下拉式操作面板(參圖8C)。
[0060]該設(shè)備腐蝕區(qū)域長(zhǎng)55cm，寬40cm，由6個(gè)腐蝕槽體組成，腐蝕槽體材質(zhì)為石英,用擋板分成前后兩個(gè)腐蝕大區(qū)(靠近操作人員位置為前，遠(yuǎn)離操作人員位置為后。且該設(shè)備腐蝕區(qū)域長(zhǎng)寬可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以上數(shù)據(jù)為最小尺寸)。后區(qū)為高低溫酸腐蝕槽，左側(cè)為高溫酸腐蝕槽，右側(cè)為低溫酸腐蝕槽(左右腐蝕槽可互換)。前區(qū)左側(cè)為BOE腐蝕槽，中間為去離子水清洗槽，右側(cè)上方為丙酮槽，右側(cè)下方為HF腐蝕槽。其中高低溫酸腐槽、BOE腐蝕槽和去離子水清洗槽的槽體截面均為圓形(橢圓形亦可)，直徑15cm ;丙酮槽和HF腐蝕槽為矩形，長(zhǎng)15cm，寬15cm (長(zhǎng)度可與寬度相同，且寬度必須滿足腐蝕支架直徑的長(zhǎng)度)。各槽體深5cm (各槽體的深度可以不同，但在腐蝕支架進(jìn)入腐蝕槽體的溶液時(shí)，槽體底部與腐蝕支架托盤底部間距至少2cm，腐蝕支架托盤上端與液面間距至少2cm)。
[0061]該設(shè)備的腐蝕支架(參圖6)包括托盤支架、手柄和托盤，材質(zhì)均為石英。其中，托盤支架為2根石英棒，用于連接托盤和手柄，并對(duì)托盤其支撐作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盤上。托盤直徑12.6cm，厚度1cm，托盤上有載片淺槽多個(gè)，每個(gè)淺槽的直徑5.1cm,深度0.1cm ;淺槽之間分布有若干孔洞。
[0062]實(shí)施例2:圓形腐蝕槽體帶手套箱濕法腐蝕設(shè)備
[0063]實(shí)施例2結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同之處在于:設(shè)備的操作面板除設(shè)計(jì)成對(duì)開式操作保護(hù)面板和下拉式操作保護(hù)面板外，還可設(shè)計(jì)成手套箱式(見圖8，打開方式可采用對(duì)開式或下拉式)。操作人員在進(jìn)行濕法制備圖形襯底過程中，可把整條手臂伸入到手套中進(jìn)行操作，面板上的孔洞開口要大，要保證單只手臂深入時(shí)可對(duì)腐蝕區(qū)最內(nèi)側(cè)腐蝕槽體進(jìn)行操作，更好地保護(hù)了操作人員。此圓形腐蝕槽體帶手套箱濕法腐蝕設(shè)備可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0064]腐蝕區(qū)域尺寸、腐蝕槽尺寸和腐蝕支架尺寸改為:該設(shè)備腐蝕區(qū)域長(zhǎng)160cm，寬120cm ;其中高低溫酸腐槽、BOE槽和去離子水清洗槽的槽體截面均為圓形(橢圓形亦可)，直徑40cm ;丙酮槽和HF腐蝕槽為矩形，長(zhǎng)40cm，寬40cm(長(zhǎng)度可與寬度相同，且寬度必須滿足腐蝕支架直徑的長(zhǎng)度)。各槽體深5cm (各槽體的深度可以不同，但在腐蝕支架進(jìn)入腐蝕槽體的溶液時(shí)，槽體底部與腐蝕支架托盤底部間距至少2cm，腐蝕支架托盤上端與液面間距至少 2cm)。
[0065]該設(shè)備的腐蝕支架(參圖6)包括托盤支架、手柄和托盤，材質(zhì)均為石英。其中，托盤支架為2根石英棒，用于連接托盤和手柄，并對(duì)托盤其支撐作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盤上。托盤直徑33cm，厚度1cm，托盤上有載片淺槽多個(gè)，每個(gè)淺槽的直徑30.5cm，深度0.1cm ;淺槽之間分布有若干孔洞。
[0066]實(shí)施例3:矩形腐蝕槽體濕法腐蝕設(shè)備。
[0067]實(shí)施例3結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同之處在于:濕法腐蝕區(qū)的高低溫酸腐槽，BOE腐蝕槽，去離子水清洗槽均為矩形?？捎行Ю酶g臺(tái)面空間；腐蝕區(qū)域尺寸、腐蝕槽尺寸和腐蝕支架尺寸改為:
[0068]該設(shè)備腐蝕區(qū)域長(zhǎng)220cm，寬160cm，由6個(gè)腐蝕槽體組成，腐蝕槽體材質(zhì)為石英，用擋板分成前后兩個(gè)腐蝕大區(qū)(靠近操作人員位置為前，遠(yuǎn)離操作人員位置為后。且該設(shè)備腐蝕區(qū)域長(zhǎng)寬可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以上數(shù)據(jù)為最小尺寸)。后區(qū)為高低溫酸腐蝕槽，左側(cè)為高溫酸腐蝕槽，右側(cè)為低溫酸腐蝕槽(左右腐蝕槽可互換)。前區(qū)左側(cè)為BOE腐蝕槽，中間為去離子水清洗槽，右側(cè)上方為丙酮槽，右側(cè)下方為HF腐蝕槽。其中高低溫酸腐槽、BOE腐蝕槽和去離子水清洗槽的槽體截面均為矩形，直徑60cm ;丙酮槽和HF腐蝕槽為矩形，長(zhǎng)60cm，寬60cm (長(zhǎng)度可與寬度相同，且寬度必須滿足腐蝕支架直徑的長(zhǎng)度)。各槽體深20cm(各槽體的深度可以不同，但在腐蝕支架進(jìn)入腐蝕槽體的溶液時(shí)，槽體底部與腐蝕支架托盤底部間距至少5cm，腐蝕支架托盤上端與液面間距至少5cm)。
[0069]該設(shè)備的腐蝕支架(參圖6)包括托盤支架、手柄和托盤，材質(zhì)均為石英。其中，托盤支架為2根石英棒，用于連接托盤和手柄，并對(duì)托盤其支撐作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盤上。托盤直徑50cm，厚度3cm，托盤上有載片淺槽多個(gè)，每個(gè)淺槽的直徑5.2cm，深度Icm ;淺槽之間分布有若干孔洞。
[0070]實(shí)施例4:矩形腐蝕槽體帶手套箱濕法腐蝕設(shè)備。
[0071]實(shí)施例4結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同之處在于:一、濕法腐蝕區(qū)的高低溫酸腐槽，BOE槽體，去離子水清洗槽均為矩形。可有效利用腐蝕臺(tái)面空間；二、設(shè)備的操作面板除設(shè)計(jì)成對(duì)開式操作保護(hù)面板和下拉式操作保護(hù)面板外，還可設(shè)計(jì)成手套箱式(見圖8，打開方式可采用對(duì)開式或下拉式)。操作人員在進(jìn)行濕法制備圖形襯底過程中，可把整條手臂伸入到手套中進(jìn)行操作，面板上的孔洞開口要大，要保證單只手臂深入時(shí)可對(duì)腐蝕區(qū)最內(nèi)側(cè)腐蝕槽體進(jìn)行操作，更好地保護(hù)了操作人員。此矩形腐蝕槽體帶手套箱濕法腐蝕設(shè)備可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0072]本發(fā)明的出現(xiàn)使?jié)穹ǜg步驟實(shí)現(xiàn)了一體化，制備過程短操作步驟間銜接性好，充分考慮了人員的安全性問題。相比干法刻蝕，濕法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是程序單一，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且成本低，腐蝕速率快，產(chǎn)量高，具有良好的刻蝕選擇比，并且制備大尺寸晶片有其無與倫比的優(yōu)勢(shì)。干法制備大尺寸圖形襯底時(shí)，刻蝕速度不均勻、易產(chǎn)生損傷和污染，制備大尺寸圖形襯底極其困難。而濕法腐蝕制備時(shí)可對(duì)大尺寸晶片同時(shí)進(jìn)行濕法制備，且腐蝕均勻性好，無損傷及污染，制備無損的、完美的圖形襯底對(duì)外延生長(zhǎng)中位錯(cuò)的改善起到了關(guān)鍵性的作用，亦對(duì)出光、散熱起到了良性循環(huán)的效果。制備圖形襯底主要以圖形掩膜制備設(shè)備產(chǎn)能計(jì)算，I臺(tái)ICP設(shè)備價(jià)格超過百萬元，月產(chǎn)能1-2萬片；而我們?cè)O(shè)計(jì)的一體化濕法腐蝕設(shè)備遠(yuǎn)低于ICP設(shè)備，但設(shè)計(jì)月產(chǎn)能可高達(dá)6-10萬片，以上數(shù)據(jù)足以說明濕法腐蝕制備圖形襯底在產(chǎn)能上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)加快中下游產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)程起到推動(dòng)作用。
[0073]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備圖形襯底的一體化濕法腐蝕設(shè)備，該設(shè)備包括:控制單元；圖形襯底制備單兀；其中， 控制單兀王要為控制面板，包括:水路系統(tǒng)、風(fēng)路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和Ife腐廢液排放系統(tǒng)；所述的控制單元的主要功能為:除對(duì)水路、風(fēng)路、電力和酸排系統(tǒng)地控制外，還對(duì)圖形襯底制備單元的控制，包括對(duì)酸腐蝕以及掩膜腐蝕的溫度、時(shí)間控制程序設(shè)定；清洗模組程序設(shè)定，以及對(duì)設(shè)備輔助功能的控制及酸腐槽超溫報(bào)警的控制； 圖形襯底制備單元主要分為:高、低溫酸腐模組，圖形掩膜制備模組和清洗模組； 所述一體化濕法腐蝕設(shè)備主要包括如下部件:控制面板；高、低溫酸性溶液腐蝕槽；BOE腐蝕槽；去離子水清洗槽；丙酮槽；氫氟酸腐蝕槽；擋板；槽體蓋；排風(fēng)系統(tǒng)；圖形掩膜制備用特制腐蝕支架； 所述的控制面板,可對(duì)每個(gè)槽體進(jìn)行獨(dú)立操控,可顯示每個(gè)槽體內(nèi)液體的溫度、腐蝕或清洗的時(shí)間；可設(shè)定對(duì)時(shí)間、溫度的提醒功能；所述控制面板上設(shè)有每個(gè)槽體的時(shí)間和溫度的控制模塊及顯示模塊； 所述的高、低溫酸性溶液腐蝕槽，把高溫酸腐槽和低溫酸腐槽放到同一個(gè)腐蝕大區(qū)，用擋板隔開；高、低溫酸性溶液腐蝕槽溫度可控為0°?350° ;在樣品進(jìn)行圖形酸腐時(shí)通過精確的控溫以降低濕法腐蝕的難度，保證濕法腐蝕圖形化襯底時(shí)的圖形完整性； 所述的BOE腐蝕槽，位于另一腐蝕大區(qū)的左部； 所述的去離子水清洗槽，用以隔開BOE腐蝕槽與丙酮槽、氫氟酸腐蝕槽，能夠更好地阻止各腐蝕的反應(yīng)；其材料內(nèi)壁平滑，不易掛污物； 所述的槽體蓋，在所述的每個(gè)槽體上配備； 所述的電力系統(tǒng)，除了為本發(fā)明提供源源不斷的電力支持正常運(yùn)轉(zhuǎn)外，亦可對(duì)每個(gè)槽體進(jìn)行獨(dú)立控制的模組提供與之相匹配的電力控制； 所述的排風(fēng)系統(tǒng)，為負(fù)壓抽氣式排風(fēng)裝置，位于所述設(shè)備腐蝕區(qū)的上方及后方；可獨(dú)立控制對(duì)風(fēng)量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)； 所述的水路系統(tǒng)，用于對(duì)清洗晶片的、停止?jié)穹ǜg進(jìn)程的去離子水的供給和排放；所述的酸腐廢液排放系統(tǒng)，用于對(duì)高低溫酸腐蝕廢液、BOE腐蝕廢液及氫氟酸腐蝕廢液?jiǎn)蝹€(gè)的、單獨(dú)地進(jìn)行控制排放。
2.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的高、低溫酸性溶液腐蝕槽所選材料為石英、陶瓷、塑料或其他抗高溫抗酸腐蝕材料；所述的BOE腐蝕槽體采用石英、陶瓷、塑料或其他能抗氫氟酸和氟化銨溶液的材料；所述的去離子水清洗槽材料為石英、陶瓷、塑料或其他能抗氫氟酸和氟化銨溶液的材料；所述的氫氟酸腐蝕槽，其材料為石英或能抗氫氟酸及其溶液的材料；所述的酸腐廢液排放系統(tǒng)，采用石英或其他抗酸腐蝕材料。
3.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的擋板，位于所述設(shè)備的中央，可手動(dòng)升降或電動(dòng)控制，把濕法腐蝕設(shè)備腐蝕區(qū)分為兩個(gè)腐蝕大區(qū)，阻擋兩個(gè)腐蝕大區(qū)液體間的影響；擋板厚度為0.5-10cm ;擋板升起后高度l-60cm范圍內(nèi)，應(yīng)超過另一腐蝕區(qū)槽體至少1cm ;所述擋板為耐酸、抗堿材料。
4.如權(quán)利要求3所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的擋板，選用透明材質(zhì)的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述的圖形掩膜制備用腐蝕支架，為非固定在設(shè)備上的、獨(dú)立的與本發(fā)明所述一體化濕法腐蝕設(shè)備配套使用的個(gè)體；所述腐蝕支架由腐蝕托盤及托盤支架組成，所述腐蝕支架的底部為水平托盤，托盤的形狀為圓形、橢圓形、方形或多邊形，托盤沿盤直徑兩端做支撐，上端有手柄相連，且手柄上要有和手型相對(duì)應(yīng)的防滑凹槽；托盤正面為按一定間距排列的容納相應(yīng)尺寸晶片的淺槽；腐蝕支架托盤上分布有貫穿托盤正反面的孔洞。
6.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述控制面板采用手套箱式操作面板，面板孔洞的大小應(yīng)使整條手臂都能進(jìn)入操作區(qū)進(jìn)行濕法腐蝕操作；所述的操作面板材料選用抗酸且透明的材料；操作手套為橡膠手套或其他可抗腐蝕材料制作。
7.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述控制面板采用對(duì)開式操作保護(hù)面板或下拉式操作保護(hù)面板。
8.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，包括耐高低溫的照明裝置，位于設(shè)備腐蝕區(qū)的左右側(cè)壁板中上方，光源外罩具有抗腐蝕性。
9.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述腐蝕槽全部設(shè)計(jì)為橢圓形；或者全部為矩形；或者丙酮槽、氫氟酸腐蝕槽為矩形，其余為橢圓形。
10.如權(quán)利要求1所述的一體化濕法腐蝕設(shè)備，其特征是，所述腐蝕槽的分布設(shè)計(jì)成直線平攤式，該設(shè)計(jì)方案中無擋板。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK104347386SQ201310316617
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】孫永健, 楊海艷 申請(qǐng)人:北京大學(xué)