一种硅片表面图形刻蚀设备及其处理方法与流程

1.本发明涉及硅片生产技术领域或湿法刻蚀技术领域，尤其涉及一种硅片表面图形刻蚀设备及其处理方法。


背景技术：

2.在硅片制造的过程中，要通过刻蚀从晶片表面去除不需要的材料。最常见的处理方法是湿法刻蚀，湿法刻蚀是利用溶液和薄膜的进行化学反应去除需要刻蚀的部分而达成在各种功能材料上形成微纳米图形结构的技术。
3.刻蚀的要求取决于要制作的特征图形的类型，如铝合金连线、多晶硅栅、浅沟槽隔离区。由于器件的结构复杂，因此晶片具有大量需要不同刻蚀参数的材料，这就使得刻蚀的精确程度很难控制。随着特征尺寸的缩小，刻蚀工艺中对尺寸的控制要求更严格，但特征尺寸的缩小使得刻蚀精度也更难以控制和检测，同时随着新工艺的出现同样给刻蚀过程带来的更大的困难和更高的要求。
4.现有的湿法刻蚀装置无法对每个硅片滴加的刻蚀液进行精确控制，进而无法对刻蚀深度进行控制，以及硅片表面刻蚀不平整。
5.有鉴于此，有必要对现有技术中湿法刻蚀装置予以改进，以解决硅片刻蚀深度的精确难以控制、硅片表面刻蚀不平整的问题。


技术实现要素：

6.本发明克服了现有技术的不足，提供一种硅片表面图形刻蚀设备及其处理方法。旨在解决湿法刻蚀装置中刻蚀深度的精确难以控制、硅片表面刻蚀不平整的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种硅片表面图形刻蚀设备，包括：操作面、刻蚀液控制组件，其特征在于，所述刻蚀液控制组件正对所述操作面的上方；
8.所述操作面上阵列设置有用于安装所述硅片的若干凹槽；
9.每个所述硅片阵列有若干分割区域，每个所述硅片根据光刻胶图案分别在对应的分割区域黏附有用于容纳刻蚀液的容纳结构，
10.所述容纳结构由增强纤维构筑而成，每层所述增强纤维通过若干支撑纤维粘合，所述支撑纤维向所述容纳结构内侧延伸一定长度，至少在所述支撑纤维伸长端涂覆有超亲水介质层；
11.每个所述分割区域均对应有一操作头，所述操作头安装有滴加管、导流纤维、吸湿纤维、若干伸缩钎管以及液面检测仪器；所述滴加管和所述导流纤维均连接有刻蚀液存储腔，所述导流纤维、吸湿纤维表面分别涂覆有超疏水介质层和超亲水介质层。
12.本发明一个较佳实施例中，导流纤维和所述吸湿纤维为米字形、类三角形、c字形结构。
13.本发明一个较佳实施例中，所述操作面上每个所述凹槽等角度设置有若干夹持组件，以固定所述硅片。
14.本发明一个较佳实施例中，每个所述伸缩钎管均对应一所述支撑纤维的伸长端，所述伸缩钎管能够控制所述支撑纤维的伸长端与顶层的所述增强纤维之间的夹角。
15.本发明一个较佳实施例中，所述增强纤维间隔涂覆有超疏水介质层和超亲水介质层，并且顶层的所述增强纤维一定涂覆有超疏水介质层。
16.本发明一个较佳实施例中，滴加于所述容纳结构的刻蚀液液面由于液体表面张力作用，形成中间高、周围低的隆起。
17.本发明一个较佳实施例中，所述增强纤维为封闭的环形，所述增强纤维的尺寸大小一致，或由下到上等差式依次增大。
18.本发明一个较佳实施例中，所述刻蚀液存储腔中至少含有氢氟酸、醋酸和硝酸的混合溶液。
19.本发明提供了一种硅片表面图形刻蚀设备的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.s1、每个硅片对应的操作头同时向下运动，滴加管以取整函数的方式按照预定量滴加一定量的刻蚀液至容纳结构；
21.s2、通过导流纤维精确滴加一定量的刻蚀液至容纳结构；
22.s3、通过操作头上每个伸缩钎管精确控制对应支撑纤维的伸长端与顶层的增强纤维之间的夹角，使得支撑纤维伸长端表面的超亲水介质层对隆起部位产生引力，从而改变液体表面张力，将隆起部分的液体吸引到容纳结构的边缘，以平整液面；
23.s4、刻蚀液与硅片的分割区域表面发生刻蚀反应。
24.本发明一个较佳实施例中，在所述s3中，通过液面检测仪器测量液面的平整度，并通过液面至顶端的增强纤维的距离检测出液体的厚度，以确定吸湿纤维吸湿的液体含量。
25.本发明一个较佳实施例中，所述湿法刻蚀装置中还设置有冲洗头，采用冲洗头喷射清水对硅片进行冲洗，冲洗压力为2～4pa，冲洗时间为5～8s，以去刻蚀反应的残余溶液。
26.本发明一个较佳实施例中，通过定量加液器或数字自动滴定管等方式向所述三维结构的合围空间中滴加预定数量的液滴。还可以利用电位滴定、光度滴定、极谱滴定、电导滴定和温度滴定等，精确、自动、可靠地滴加液滴。
27.本发明一个较佳实施例中，所述氢氟酸的浓度为20～50wt％。
28.本发明一个较佳实施例中，所述硅片基于gds
‑ⅱ
文件对应的图像。
29.本发明一个较佳实施例中，所述硅片的直径尺寸可以为4in、5in、6in、8in或12in，即100mm、125mm、150mm、200mm或300mm。本发明的所述硅片优选为12in。
30.本发明一个较佳实施例中，所述硅片底部表面的平整度在0mm～0.12μm。
31.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
32.(1)本发明提供了一种硅片表面图形刻蚀设备，该装置能够为多个硅片同时进行湿法刻蚀工艺，通过操作头实现粗滴加、精滴加、精吸湿刻蚀液，实现对刻蚀液的液厚精确控制，并通过操作头上的伸缩钎管以及液面检测仪器精确控制液面的平整度，进一步提高液厚控制的精确度。
33.(2)本发明在硅片的表面阵列若干分割区域，根据光刻胶图案在对应的分割区域黏附有用于容纳刻蚀液的容纳结构，没有黏附容纳结构的分割区域表面有光刻胶。容纳结构的刻蚀液液面由于液体表面张力作用，形成中间高、周围低的隆起，通过操作头上的伸缩
钎管控制每个支撑纤维伸长端的夹角，进而支撑纤维伸长端表面的超亲水介质层对隆起部位的液体产生作用力，从而改变液体表面张力，补偿空槽，以平整液面，方便对刻蚀液厚度进行精确计量。
34.(3)本发明硅片的湿法刻蚀工艺是在光刻工艺之后，通过光刻工艺将gds
‑ⅱ
文件对应的图像精准地通过光刻胶或其他光刻胶复制到硅片的表面，从而确定了湿法工艺的刻蚀区域，通过酸性溶液去除硅片顶层没有光刻胶覆盖的区域的材料。
35.(4)本发明通过液面检测仪器测量液面的平整度，并通过液面至顶端的增强纤维的距离检测出液体的厚度，以确定吸湿纤维吸湿的液体含量，保证每个容纳结构滴加的刻蚀液的基本一致。通过调整添加醋酸的比例保证硅片表面平整度基本一致。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
37.图1是本发明的优选实施例的立体结构图；
38.图2是本发明的优选实施例的操作面的立体结构图；
39.图3是本发明的优选实施例的一种容纳结构的黏附排布示意图；
40.图4是本发明的优选实施例的另一种容纳结构的黏附排布示意图；
41.图5是本发明的优选实施例的容纳结构的立体结构图；
42.图6是本发明的优选实施例的操作头的立体结构图；
43.图中：1、操作面；11、夹持组件；2、硅片；21、容纳结构；211、增强纤维；212、支撑纤维；213、伸长端；3、刻蚀液控制组件、31、操作头；311、滴加管；312、导流纤维；313、吸湿纤维；314、伸缩钎管；315、液面检测仪器；4、冲洗头。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
46.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的
特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
47.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
48.如图1和图2所示，为一种硅片2的湿法刻蚀装置的立体结构图。该刻蚀装置采用湿法刻蚀工艺，硅片2的湿法刻蚀工艺是在光刻工艺之后，通过光刻工艺将gds
‑ⅱ
文件对应的图像精准地通过光刻胶或其他光刻胶复制到硅片2的表面，从而确定了湿法工艺的刻蚀区域，通过酸性溶液去除硅片2顶层没有光刻胶覆盖的区域的材料。
49.该刻蚀装置的内部包括：操作面1、刻蚀液控制组件3，刻蚀液控制组件3正对操作面1的上方。操作面1上阵列设置有若干凹槽；每个凹槽中用于安装待刻蚀的硅片2。操作面1上每个凹槽等角度设置有若干夹持组件11，以固定每个硅片2。
50.本发明中湿法刻蚀装置中还设置有冲洗头4，采用冲洗头4喷射清水对硅片2进行冲洗，冲洗压力为2～4pa，冲洗时间为5～8s，以去刻蚀反应的残余溶液。
51.如图3和图4所示，为两种容纳结构21的黏附排布示意图。按照gds
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文件对应的图像分别在需要刻蚀的地方黏附有容纳结构21。每个硅片2阵列有若干分割区域，每个硅片2根据光刻胶图案分别在对应的分割区域黏附有用于容纳刻蚀液的容纳结构21，没有黏附容纳结构21的分割区域表面有光刻胶。硅片2的直径尺寸可以为4in、5in、6in、8in或12in，即100mm、125mm、150mm、200mm或300mm。本发明的硅片2优选为10in。
52.如图5所示，容纳结构21由增强纤维211构筑而成，每层增强纤维211通过若干支撑纤维212粘合，支撑纤维212向容纳结构21内侧延伸一定长度。至少在支撑纤维212伸长端213涂覆有超亲水介质层。
53.容纳结构21顶层的增强纤维211一定涂覆有超疏水介质层，以使得滴加于容纳结构21的刻蚀液液面由于液体表面张力作用，形成中间高、周围低的隆起。
54.增强纤维211为封闭的环形，增强纤维211的尺寸大小一致，或由下到上等差式依次增大，具体依据不同硅片2需要决定。
55.增强纤维211间隔涂覆有超疏水介质层和超亲水介质层，这种结构有利于构筑成亲疏水性相间变化的合围空间，有利于构筑更加立体的液体结构，便于刻蚀液液体厚度精确的计量。
56.容纳结构21的截面为矩形、圆形或椭圆形。本发明优选为方形，方形大小为a
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a，a为500μm至2.0mm。本发明的容纳结构21存放500μm至2.0mm的液厚。容纳结构21的支撑纤维212大于增强纤维211的硬度，形成类似于栅栏结构，保证了容纳结构21的稳定，支撑纤维212采用高强度的纤维材料。支撑纤维212和增强纤维211均具有耐腐蚀性，支撑纤维212和增强纤维211可以采用聚四氟乙烯纤维或聚苯硫醚纤维，本发明优选为聚四氟乙烯纤维，保证容纳结构21的耐化学稳定性和热稳定性。该纤维即使在沸点下一周，强度不会发生变化，温度为93℃的甲酸、醋酸也没有影响。
57.如图6所示，每个硅片2的分割区域的上方均对应有一操作头31。依据容纳结构21
的黏附排布，调控操作头31是否工作。操作头31上安装有滴加管311、导流纤维312、吸湿纤维313、若干伸缩钎管314以及液面检测仪器315。
58.滴加管311和导流纤维312均连接有刻蚀液存储腔。通过定量加液器或数字自动滴定管等方式向三维结构的合围空间中滴加预定数量的液滴。还可以利用电位滴定、光度滴定、极谱滴定、电导滴定和温度滴定等，精确、自动、可靠地滴加液滴。
59.导流纤维312表面涂覆有超疏水介质层，使得刻蚀液能够顺利从刻蚀液存储腔导入至容纳结构21内，而不发生粘附；而吸湿纤维313表面涂覆有超疏水介质层，通过超疏水介质层对液体的吸附作用，吸湿纤维313吸湿刻蚀液。导流纤维312和吸湿纤维313为米字形、类三角形、c字形结构，这种异形纤维有利于液体的导入和吸湿。
60.本发明每个伸缩钎管314均对应一支撑纤维212的伸长端213，伸缩钎管314通过精确伸缩长短，能够控制支撑纤维212的伸长端213与顶层的增强纤维211之间的夹角。
61.本发明导流纤维312、吸湿纤维313均具有耐腐蚀性，导流纤维312、吸湿纤维313可以采用聚四氟乙烯纤维或聚苯硫醚纤维，本发明优选为聚四氟乙烯纤维。
62.滴加于容纳结构21的刻蚀液液面由于液体表面张力作用，形成中间高、周围低的隆起。刻蚀液存储腔中至少含有氢氟酸、醋酸和硝酸的混合溶液。其中，氢氟酸的浓度为20～50wt％。本发明湿法刻蚀采用的刻蚀液能够相比于干法刻蚀具有优越的刻蚀选择比。
63.本发明的硅片2底部表面的平整度控制在在0mm～0.12μm。硅片2表面平整度通过调整添加醋酸的比例。
64.本发明还提供了一种硅片2的湿法刻蚀装置的处理方法，包括以下步骤：
65.s1、每个硅片2对应的操作头31同时向下运动，滴加管311以取整函数的方式按照预定量滴加一定量的刻蚀液至容纳结构21；
66.s2、通过导流纤维312精确滴加一定量的刻蚀液至容纳结构21；
67.s3、通过操作头31上每个伸缩钎管314精确控制对应支撑纤维212的伸长端213与顶层的增强纤维211之间的夹角，使得支撑纤维212伸长端213表面的超亲水介质层对隆起部位产生引力，从而改变液体表面张力，将隆起部分的液体吸引到容纳结构21的边缘，以平整液面；
68.s4、刻蚀液与硅片2的分割区域表面发生刻蚀反应；
69.s5、采用冲洗头4喷射清水对硅片2进行冲洗，冲洗压力为2～4pa，冲洗时间为5～8s，以去刻蚀反应的残余溶液。
70.需要说明的是，在s3中，通过液面检测仪器315液面检测仪器315测量液面的平整度，并通过液面至顶端的增强纤维211的距离检测出液体的厚度，以确定吸湿纤维313吸湿的液体含量，保证每个容纳结构21滴加的刻蚀液的基本一致。
71.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。