基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及娃片的MEMS (Micro-Electro-Mechanic System微機電系統(tǒng))加工技術(shù)，特別涉及一種硅片濕法腐蝕中的硅片表面的保護裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在MEMS加工中，通常都在硅基底上進行，硅片通常包括正面和背面，在完成正面為圖案加工之后，往往需要在硅片背面去除大量的硅，形成空腔、溝槽、以及橋式結(jié)構(gòu)等等。這就需要對硅片背面進行濕法腐蝕，一般是指堿性溶液的各向異性腐蝕，腐蝕環(huán)境是一個較高溫度的強堿環(huán)境，為了避免腐蝕液對硅片正面的微結(jié)構(gòu)造成損害，在進行濕法腐蝕時需要解決正面保護的問題。
[0003]現(xiàn)有的保護方案大致分為兩類，一類是基于機械夾具的正面保護裝置，通過夾具的密封手段將腐蝕液或腐蝕氣體擋在硅片正面的外部，即將腐蝕液與正面微結(jié)構(gòu)隔離開；第二類是將抗腐蝕材料旋涂在硅片正面(如黑蠟、ABS膠、抗腐蝕膠等)，之后通過一定方法將其去除。其中，保護夾具或者裝置因為要保證密封，所以操作難度增加，且在使用過程中腐蝕液還是有少量會進入硅片正面區(qū)域，造成硅片正面微結(jié)構(gòu)受損；而采用抗腐蝕材料的保護方法，當(dāng)形成的保護層在硅片表面不足夠厚，長時間浸入高溫強堿環(huán)境中，保護層也會滲入腐蝕液，破壞硅片正面微結(jié)構(gòu)，另一方面，旋涂在硅片正面的抗腐蝕材料去除困難，容易粘連硅片正面微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致工藝質(zhì)量降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種在硅片背面腐蝕中，可解決硅片正面接觸腐蝕液、避免抗腐蝕材料去膠困難問題的硅片正面保護裝置及方法，
[0005]為達到以上目的，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0006]一種基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置，包括一個置于磁力攪拌加熱臺上的圓柱形容器，該圓柱形容器內(nèi)灌滿腐蝕溶液，其特征在于，所述圓柱形容器上端外周緊密套卡一個底座，該底座上設(shè)有多個凸臺，每個凸臺均開有通孔，待腐蝕硅片正面朝上置于凸臺上，背面通過所述通孔與圓柱形容器內(nèi)的腐蝕溶液相連通，待腐蝕硅片正面上設(shè)置有圓環(huán)，圓環(huán)上再設(shè)置壓塊，其中，凸臺外徑稍小于待腐蝕硅片的直徑；圓環(huán)外徑等于待腐蝕硅片的直徑；壓塊直徑大于圓環(huán)外徑。
[0007]上述方案中，所述底座中心開有通孔連通圓柱形容器中盛裝的腐蝕液，所述凸臺外圍均設(shè)有封閉的圍擋，凸臺、圍擋之間形成環(huán)形凹腔，圍擋朝向底座中心的根部設(shè)置有水平通孔，將環(huán)形凹腔與底座中心通孔相連通。
[0008]所述凸臺在底座上至少設(shè)置四個，沿底座周向均布，相應(yīng)的，封閉圍擋及水平通孔也各有四個。所述底座凸臺端面的粗糙度為3.5 μπι。
[0009]—種基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護方法，采用前述裝置實現(xiàn)，其特征在于，包括下述步驟:
[0010](I)在圓柱形容器中裝滿腐蝕溶液，磁力攪拌子置于腐蝕溶液中；
[0011 ] (2)將設(shè)有多個凸臺的底座緊密套卡在所述圓柱形容器上端外周，每個凸臺上均放置一個待腐蝕硅片，其正面朝上，背面通過凸臺上的通孔與圓柱形容器內(nèi)的腐蝕溶液相連通；
[0012](3)待腐蝕硅片正面上設(shè)置圓環(huán)，圓環(huán)上再設(shè)置壓塊；
[0013](4)接通磁力攪拌加熱臺電源，腐蝕溶液溫度升高，磁力攪拌子攪動腐蝕液在離心力作用下旋轉(zhuǎn)上升接觸待腐蝕硅片背面，完成對該面的腐蝕。
[0014]上述方法中，所述底座中心開有通孔連通圓柱形容器中盛裝的腐蝕液，所述凸臺外圍均設(shè)有封閉的圍擋，凸臺、圍擋之間形成環(huán)形凹腔，圍擋朝向底座中心的根部設(shè)置有水平通孔，將環(huán)形凹腔與底座中心通孔相連通，當(dāng)腐蝕溶液從待腐蝕硅片與凸臺的縫隙中溢出到環(huán)形凹腔中時，從該水平通孔回流到圓柱形容器中。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有正面保護方案相比，具有以下優(yōu)點:
[0016]1、設(shè)計簡單，不需要密封，操作簡單，可同時對多個硅片進行腐蝕，提高腐蝕效率。
[0017]2、避免了硅片正面接觸腐蝕液，不需要對硅片正面旋涂抗腐蝕材料保護層，精簡工藝，杜絕腐蝕液對硅片正面微結(jié)構(gòu)造成傷害。
[0018]3、應(yīng)用磁力攪拌加熱臺可以對腐蝕液加溫，磁力攪拌子帶動溶液旋轉(zhuǎn)在離心力作用下，溶液上升接觸硅片底面完成腐蝕。相對傳統(tǒng)的腐蝕環(huán)境，本發(fā)明中高溫流動的腐蝕液可以提高對硅片的腐蝕速率。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0020]圖1是本發(fā)明硅片背面腐蝕中，正面保護裝置和輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、磁力攪拌加熱臺；2、圓柱形容器；3、底座；4、壓塊；5、水平通孔(連通10) ;6、磁力攪拌子；7、圓環(huán)；8、待腐蝕娃片。
[0021]圖2是圖1中底座的俯視圖。圖中:9、通孔(連通腐蝕液)；10、中心通孔(連通空氣及腐蝕液)；11、凸臺；12、封閉圍擋；13、環(huán)形凹腔。
[0022]圖3是圖2的剖視圖。
具體實施方案
[0023]如圖1所示，將待腐蝕硅片8正面朝上放置在底座3的凸臺11上(圖2或圖3)，硅片背面通過通孔9與圓柱形容器2內(nèi)腔灌滿的腐蝕溶液相連，底座中心開有通孔10，上端與空氣相連。圓環(huán)7置于硅片與壓塊4之間，用于隔離硅片正面與壓塊接觸，防止壓塊對硅片正面微結(jié)構(gòu)的損壞。底座3緊密套卡在圓柱形容器2上端外周。圓柱形容器置于磁力攪拌加熱臺I上。
[0024]為了杜絕硅片正面接觸到腐蝕液，底座凸臺11的外徑略小于硅片直徑，凸臺11表面粗糙度為3.5 μπι，保持硅片水平，避免因角度傾斜造成硅片背面不同部位腐蝕速率不同。圓環(huán)7內(nèi)徑小于硅片直徑，外徑等于硅片直徑，保證圓環(huán)不會壓迫硅片正面的微結(jié)構(gòu)。壓塊4直徑大于圓環(huán)7的外徑，確保整個腐蝕過程中硅片不會因為受到底部腐蝕液離心力的作用而發(fā)生移動。
[0025]底座凸臺11周圍設(shè)有封閉的圍擋12，凸臺、圍擋之間形成環(huán)形凹腔13，圍擋朝向底座中心的根部設(shè)置有水平通孔5 (3?5mm)，將凹腔13與底座通孔10相通，當(dāng)腐蝕液從通孔9的硅片與凸臺11的縫隙中溢出到環(huán)形凹腔13中時，會從水平通孔5流入到圓柱形容器2中，進一步避免腐蝕液接觸到硅片正面。
[0026]待腐蝕硅片8、圓環(huán)7和壓塊4放置好后，在圓柱形容器2中倒入足量的腐蝕液，使用的腐蝕液應(yīng)避免與圓柱形容器2和底座3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，圓柱形容器最好選擇透明材料，可觀察到腐蝕溶液量的多少。磁力攪拌子6置于腐蝕液中。接通磁力攪拌加熱臺I的電源，腐蝕液會逐漸升溫，磁力攪拌子6受到磁場作用下會快速旋轉(zhuǎn)，攪動腐蝕液旋轉(zhuǎn)，腐蝕液在離心力的作用下會上升通過底座3的通孔9接觸到硅片背面，高溫流動的腐蝕液對硅片背面進行腐蝕。因為是靠離心力作用使腐蝕液上升，所以腐蝕液量少會使硅片背面不能完全接觸腐蝕液，量多會造成腐蝕液飛濺。具體實施過程中，透過透明的圓柱形容器，我們可以在不中斷腐蝕的情況下隨時觀察腐蝕進度。因為腐蝕溶液高溫流動，加快腐蝕速率，大大減少了腐蝕時間，可將常規(guī)腐蝕時間縮短至60%。腐蝕完成后觀察硅片正反面，背面腐蝕效果理想，正面微結(jié)構(gòu)保護完整。
[0027]參考圖2、圖3，凸臺11在底座上至少設(shè)置四個，沿底座周向均布，相應(yīng)的，封閉圍擋及水平通孔5，也各有四個。底座凸臺11、圓環(huán)7的大小、可按照硅片不同尺寸要求設(shè)計。
[0028]采用本發(fā)明裝置，結(jié)構(gòu)簡單，硅片正面不需要密封，可同時對多個硅片進行腐蝕，提高了腐蝕效率。保護方法操作簡單，正面無需旋涂抗腐蝕材料保護層且避免接觸腐蝕液，完全杜絕了腐蝕液對硅片正面微結(jié)構(gòu)損害。
【主權(quán)項】
1.一種基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置，包括一個置于磁力攪拌加熱臺上的圓柱形容器，該圓柱形容器內(nèi)灌滿腐蝕溶液，其特征在于，所述圓柱形容器上端外周緊密套卡一個底座，該底座上設(shè)有多個凸臺，每個凸臺均開有通孔，待腐蝕硅片正面朝上置于凸臺上，背面通過所述通孔與圓柱形容器內(nèi)的腐蝕溶液相連通，待腐蝕硅片正面上設(shè)置有圓環(huán)，圓環(huán)上再設(shè)置壓塊，其中，凸臺外徑稍小于待腐蝕硅片的直徑；圓環(huán)外徑等于待腐蝕硅片的直徑；壓塊直徑大于圓環(huán)外徑。2.如權(quán)利要求1所述的基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置，其特征在于，所述底座中心開有通孔連通圓柱形容器中盛裝的腐蝕液，所述凸臺外圍均設(shè)有封閉的圍擋，凸臺、圍擋之間形成環(huán)形凹腔，圍擋朝向底座中心的根部設(shè)置有水平通孔，將環(huán)形凹腔與底座中心通孔相連通。3.如權(quán)利要求2所述的基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置，其特征在于，所述凸臺在底座上至少設(shè)置四個，沿底座周向均布，相應(yīng)的，封閉圍擋及水平通孔也各有四個。4.如權(quán)利要求1所述的基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置，其特征在于，所述底座凸臺端面的粗糙度為3.5 μπι。5.一種基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護方法，采用權(quán)利要求1所述的基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置實現(xiàn)，其特征在于，包括下述步驟: (1)在圓柱形容器中裝滿腐蝕溶液，磁力攪拌子置于腐蝕溶液中； (2)將設(shè)有多個凸臺的底座緊密套卡在所述圓柱形容器上端外周，每個凸臺上均放置一個待腐蝕硅片，其正面朝上，背面通過凸臺上的通孔與圓柱形容器內(nèi)的腐蝕溶液相連通； (3)待腐蝕硅片正面上設(shè)置圓環(huán)，圓環(huán)上再設(shè)置壓塊； (4)接通磁力攪拌加熱臺電源，腐蝕溶液溫度升高，磁力攪拌子攪動腐蝕液在離心力作用下旋轉(zhuǎn)上升接觸待腐蝕硅片背面，完成對該面的腐蝕。6.其特征在于，所述底座中心開有通孔連通圓柱形容器中盛裝的腐蝕液，所述凸臺外圍均設(shè)有封閉的圍擋，凸臺、圍擋之間形成環(huán)形凹腔，圍擋朝向底座中心的根部設(shè)置有水平通孔，將環(huán)形凹腔與底座中心通孔相連通，當(dāng)腐蝕溶液從待腐蝕硅片與凸臺的縫隙中溢出到環(huán)形凹腔中時，從該水平通孔回流到圓柱形容器中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于濕法腐蝕工藝的硅片正面微結(jié)構(gòu)保護裝置及方法，其特征在于，待腐蝕硅片正面朝上放置在一個底座的凸臺上，硅片上置壓塊，硅片與壓塊間由一圓環(huán)隔離；底座卡在一圓柱形容器壁上，底座凸臺開有通孔與圓柱形容器相通，圓柱形容器置于磁力攪拌加熱臺上。在圓柱形容器中裝滿腐蝕液，其中放置磁力攪拌子，加熱臺通電后，腐蝕液在磁力攪拌子旋轉(zhuǎn)下受離心力上升，接觸硅片背面，高溫流動的腐蝕液對硅片背面完成腐蝕。本發(fā)明裝置簡單，可批量腐蝕硅片，提高腐蝕效率，有效防止硅片正面受到腐蝕液的傷害，可操作性好。
【IPC分類】C23F1/08, C23F1/02
【公開號】CN105220143
【申請?zhí)枴緾N201510697005
【發(fā)明人】王海容, 姚宇清, 吳桂珊, 王嘉欣, 孫僑
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月22日