专利名称：打孔系统及方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种打孔系统及方法。
背景技术：
常用的玻璃打孔工艺方法有钻头钻孔，电火花加工打孔，激光打孔等工艺。钻头钻孔方法适合打大孔，直径在2mm以上的孔，且钻头易断，产品废品率较高；电火花加工工艺打孔在0. 2mm以上，但加工速度很慢；激光打孔可以打0. 06mm以上的孔，速度较快。玻璃是一种硬脆性材料，容易在外力作用下破裂，传统的机械加工方式难以高效的对其进行加工，特别难在石英玻璃上加工小孔。虽然激光打孔速度快，效率高，但是激光的高能量容易导致孔周围变形，并存在大量的微裂纹。而且激光对操作人员的眼睛和皮肤有很大的伤害。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种消除在对玻璃片打孔时，对玻璃片造成裂纹的打孔系统及方法。根据本发明的一个方面，提供一种打孔系统包括C02气瓶、HF气瓶、用于形成(X)2 和HF的混合气体且使所述混合气体中的(X)2达到超临界态的控制装置及用于对玻璃片打孔的反应腔室；所述(X)2气瓶的出口及所述HF气瓶的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接。根据本发明的一个方面，提供一种打孔方法包括形成HF和含超临界态(X)2的混合气体；及使用所述混合气体对玻璃片进行打孔处理。根据本发明的打孔系统及方法，可对玻璃片进行任意角度刻蚀，可刻蚀深宽比较大的3D图形，且孔径精度和光洁度大大提高，而且不会造成微裂纹。
图1是本发明实施例提供的打孔系统的结构示意图；图2是本发明实施例提供的打孔方法的原理图；本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例提供的打孔系统包括用于存储辅助载流体的CO2气瓶 1 (提供的(X)2气体纯度达99. 999%以上)、用于刻蚀玻璃片的HF气瓶5、用于形成(X)2和HF 的混合气体且使混合气体中的(X)2达到超临界态的控制装置、用于对玻璃片打孔的反应腔室13及CO2回收装置。其中，控制装置包括用于控制二氧化碳和氢氟酸的流量的质量流量控制器I 3 (可以是流量控制阀)、高压泵4、质量流量控制器II 7、精密混合器9、球形混合器10及热交换器11。CO2气瓶1的出口依次通过阀门2、质量流量控制器I 3、高压泵4 (用于对二氧化碳气体加压，从而达到二氧化碳的临界压力以上)与精密混合器9的入口连接。HF气瓶 5的出口依次通过阀门2、质量流量控制器II 7、高压泵4与精密混合器9的入口连接。精密混合器9的出口与球形混合器10的入口连接。球形混合器10的出口依次通过热交换器 11 (用于对二氧化碳加热使其到达临界温度以上)、阀门2与反应腔室13的入口连接。反应腔室13室内设置有可以旋转的用于固定玻璃片16的卡盘17和用于将反应腔室13中的气态物和颗粒物带出反应腔室13的(X)2源15。热交换器11通过反应腔室13 室内设置的一喷嘴14将HF和含超临界态的(X)2的混合气体喷射到玻璃片16上。反应腔室 13还设置有实时测量显示腔室温度的温度传感器和实时测量显示腔室压力的压力传感器。CO2回收装置包括尾气处理装置19(用于去除尾气中的HF和其它反应产物，例如， SiF4)、过滤纯化装置20 (用于对二氧化碳干燥和纯化)和冷却器M (用于将气态(X)2液化， 方便回收利用)。其中，尾气处理装置19(采用一多孔丝网结构，采用碱性物质作为吸收剂， 例如，氢氧化钾，氢氧化铵等)的入口通过一溢流阀6(作用是使超过额定压力的气体被排出，从而维持腔室恒定压力)与反应腔室13的出口连接。尾气处理装置19的出口依次通过过滤纯化装置20(采用干燥剂粉末、玻璃纤维、分子筛或聚四氟等)、一高压泵4、一阀门 2、冷却器24与(X)2气瓶1的入口连接。另外，尾气处理装置19的出口还依次通过过滤纯化装置20、一高压泵4、一阀门2与精密混合器9的入口连接。本发明实施例还提供一种打孔方法，包括以下步骤步骤Si、形成HF和含超临界态(X)2的混合气体。步骤S2、使用混合气体对玻璃片进行打孔处理。其中，打孔处理的温度为 :35-100°C，打孔处理的压力为7-25MPa。步骤S3、对进行打孔处理后的混合气体中所含的(X)2进行回收。基于图1所示的系统对该打孔方法以一具体示例进行详细说明。该方法过程如下反应腔室13中初始压力为7MPa，温度为40°C ；调节并打开质量流量控制器13和质量流量控制器117，将玻璃片16放入卡盘17并固定，调节喷嘴14的角度，调节卡盘17的转速；对热交换器11进行加热，将温度设定在100°C，从而使混合气体中的二氧化碳达到超临界状态；运行高压泵4对二氧化碳和氟化氢进行加压；当反应腔室13入口处气体压力达到 SMI^a时，将含超临界二氧化碳和氟化氢的混合气体通过喷嘴14喷射到玻璃片16表面，到达玻璃表面的氟化氢将会刻蚀玻璃片，并可按照掩膜层的图形完成打孔；反应腔室13内壁上的CO2气源15可以将刻蚀产物带离玻璃片16的表面；当反应腔室13中压力超过溢流阀 6的限定压力(例如，7MPa)时，溢流阀6就会打开，将反应产物(混有多余的氟化氢气体， SiF4)送入尾气处理装置19中进行处理；从尾气处理装置19中出来的二氧化碳经过滤纯化装置20后一路可回流到精密混合器9中进行循环利用，另一路则可通过冷却器M制冷后回流到二氧化碳气瓶1中，实现回收利用；经过一段时间后，就可完成对玻璃片16的打孔， 最后可用去离子水将玻璃片16洗净，并用&吹干。图2示出了反应腔室13内对玻璃片打孔的原理图，从图中可看出来从喷嘴14喷射出的混合气体21，通过一掩蔽板41喷射到掩膜层61，并按照掩膜层61的图形对玻璃片 16完成打孔。本发明实施例提供的打孔方法及其系统，采用氟化氢气体作为刻蚀剂，超临界二氧化碳作为辅助的载流体，对玻璃进行刻蚀打孔。与传统的单一湿法氢氟酸刻蚀相比，该刻蚀系统设备简单，所需温度较低，刻蚀速率更快，可以对玻璃片进行任意角度刻蚀，且孔径精度和光洁度大大提高，而且不会造成微裂纹。二氧化碳作为辅助流体，一方面因其达到超临界态后具有优良的传输特性和零表面张力，可以刻蚀出高深宽比的3D图形和非常小的孔洞；另一方面，二氧化碳的加入可以调节气路气体混合比，提高安全性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种打孔系统，其特征在于，包括CO2气瓶、HF气瓶、用于形成(X)2和HF的混合气体且使所述混合气体中的(X)2达到超临界态的控制装置及用于对玻璃片打孔的反应腔室；所述CO2气瓶的出口及所述HF气瓶的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接。
2.根据权利要求1所述的打孔系统，其特征在于所述控制装置包括高压泵、精密混合器、球形混合器及热交换器；所述精密混合器的入口通过一所述高压泵与所述CO2气瓶的出口连接；所述精密混合器的入口通过另一所述高压泵与所述HF气瓶的出口连接；所述精密混合器的出口与所述球形混合器的入口连接；所述球形混合器的出口通过所述热交换器与所述反应腔室的入口连接。
3.根据权利要求2所述的打孔系统，其特征在于所述控制装置还包括质量流量控制器，所述质量流量控制器设置在高压泵与所述(X)2 气瓶、所述HF气瓶之间。
4.根据权利要求2所述的打孔系统其特征在于所述反应腔室内设置有可以旋转的用于固定玻璃片的卡盘、一喷嘴及用于将反应腔室中的气态物、颗粒物带出反应腔室的(X)2源；所述热交换器与所述喷嘴连接，将含超临界态的(X)2和HF的混合气体喷射到所述玻璃片上。
5.根据权利要求2 4任一项所述的打孔系统，其特征在于还包括C02回收装置，所述C02回收装置包括尾气处理装置、过滤纯化装置和冷却器； 所述尾气处理装置的入口通过一溢流阀与所述反应腔室的出口连接；所述尾气处理装置的出口依次通过所述过滤纯化装置、一高压泵、所述冷却器与所述(X)2气瓶的入口连接；所述尾气处理装置的出口还依次通过所述过滤纯化装置、一高压泵与所述精密混合器的入口连接。
6.根据权利要求1 4任一项所述的打孔系统，其特征在于 所述反应腔室还设置有温度传感器和压力传感器。
7.—种打孔方法，其特征在于，包括 形成HF和含超临界态CO2的混合气体；及使用所述混合气体对玻璃片进行打孔处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括对进行打孔处理后的所述混合气体中所含的(X)2进行回收。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述打孔处理的温度为35-100°C，所述打孔处理的压力为7-25MPa。
全文摘要
本发明公开了一种打孔系统包括CO2气瓶、HF气瓶、用于形成CO2和HF的混合气体且使所述混合气体中的CO2达到超临界态的控制装置及用于对玻璃片打孔的反应腔室；所述CO2气瓶的出口及所述HF气瓶的出口与所述控制装置的入口连接，所述控制装置的出口与所述反应腔室的入口连接。本发明还公开了一种打孔方法包括形成HF和含超临界态CO2的混合气体；及使用所述混合气体对玻璃片进行打孔处理。根据本发明的打孔系统及方法，可对玻璃片进行任意角度刻蚀，可刻蚀深宽比较大的3D图形，且孔径精度和光洁度大大提高，而且不会造成微裂纹。
文档编号C03B33/04GK102329078SQ20101022628
公开日2012年1月25日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者景玉鹏, 王磊 申请人:中国科学院微电子研究所