基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及娃片的MEMS (Micro-Electro-Mechanic System微机电系统)加工技术，特别涉及一种硅片湿法腐蚀中的硅片表面的保护装置及方法。
【背景技术】
[0002]在MEMS加工中，通常都在硅基底上进行，硅片通常包括正面和背面，在完成正面为图案加工之后，往往需要在硅片背面去除大量的硅，形成空腔、沟槽、以及桥式结构等等。这就需要对硅片背面进行湿法腐蚀，一般是指碱性溶液的各向异性腐蚀，腐蚀环境是一个较高温度的强碱环境，为了避免腐蚀液对硅片正面的微结构造成损害，在进行湿法腐蚀时需要解决正面保护的问题。
[0003]现有的保护方案大致分为两类，一类是基于机械夹具的正面保护装置，通过夹具的密封手段将腐蚀液或腐蚀气体挡在硅片正面的外部，即将腐蚀液与正面微结构隔离开；第二类是将抗腐蚀材料旋涂在硅片正面(如黑蜡、ABS胶、抗腐蚀胶等)，之后通过一定方法将其去除。其中，保护夹具或者装置因为要保证密封，所以操作难度增加，且在使用过程中腐蚀液还是有少量会进入硅片正面区域，造成硅片正面微结构受损；而采用抗腐蚀材料的保护方法，当形成的保护层在硅片表面不足够厚，长时间浸入高温强碱环境中，保护层也会渗入腐蚀液，破坏硅片正面微结构，另一方面，旋涂在硅片正面的抗腐蚀材料去除困难，容易粘连硅片正面微结构，导致工艺质量降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种在硅片背面腐蚀中，可解决硅片正面接触腐蚀液、避免抗腐蚀材料去胶困难问题的硅片正面保护装置及方法，
[0005]为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的:
[0006]一种基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置，包括一个置于磁力搅拌加热台上的圆柱形容器，该圆柱形容器内灌满腐蚀溶液，其特征在于，所述圆柱形容器上端外周紧密套卡一个底座，该底座上设有多个凸台，每个凸台均开有通孔，待腐蚀硅片正面朝上置于凸台上，背面通过所述通孔与圆柱形容器内的腐蚀溶液相连通，待腐蚀硅片正面上设置有圆环，圆环上再设置压块，其中，凸台外径稍小于待腐蚀硅片的直径；圆环外径等于待腐蚀硅片的直径；压块直径大于圆环外径。
[0007]上述方案中，所述底座中心开有通孔连通圆柱形容器中盛装的腐蚀液，所述凸台外围均设有封闭的围挡，凸台、围挡之间形成环形凹腔，围挡朝向底座中心的根部设置有水平通孔，将环形凹腔与底座中心通孔相连通。
[0008]所述凸台在底座上至少设置四个，沿底座周向均布，相应的，封闭围挡及水平通孔也各有四个。所述底座凸台端面的粗糙度为3.5 μπι。
[0009]—种基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护方法，采用前述装置实现，其特征在于，包括下述步骤:
[0010](I)在圆柱形容器中装满腐蚀溶液，磁力搅拌子置于腐蚀溶液中；
[0011 ] (2)将设有多个凸台的底座紧密套卡在所述圆柱形容器上端外周，每个凸台上均放置一个待腐蚀硅片，其正面朝上，背面通过凸台上的通孔与圆柱形容器内的腐蚀溶液相连通；
[0012](3)待腐蚀硅片正面上设置圆环，圆环上再设置压块；
[0013](4)接通磁力搅拌加热台电源，腐蚀溶液温度升高，磁力搅拌子搅动腐蚀液在离心力作用下旋转上升接触待腐蚀硅片背面，完成对该面的腐蚀。
[0014]上述方法中，所述底座中心开有通孔连通圆柱形容器中盛装的腐蚀液，所述凸台外围均设有封闭的围挡，凸台、围挡之间形成环形凹腔，围挡朝向底座中心的根部设置有水平通孔，将环形凹腔与底座中心通孔相连通，当腐蚀溶液从待腐蚀硅片与凸台的缝隙中溢出到环形凹腔中时，从该水平通孔回流到圆柱形容器中。
[0015]本发明与现有正面保护方案相比，具有以下优点:
[0016]1、设计简单，不需要密封，操作简单，可同时对多个硅片进行腐蚀，提高腐蚀效率。
[0017]2、避免了硅片正面接触腐蚀液，不需要对硅片正面旋涂抗腐蚀材料保护层，精简工艺，杜绝腐蚀液对硅片正面微结构造成伤害。
[0018]3、应用磁力搅拌加热台可以对腐蚀液加温，磁力搅拌子带动溶液旋转在离心力作用下，溶液上升接触硅片底面完成腐蚀。相对传统的腐蚀环境，本发明中高温流动的腐蚀液可以提高对硅片的腐蚀速率。
【附图说明】
[0019]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0020]图1是本发明硅片背面腐蚀中，正面保护装置和辅助设备结构示意图。图中:1、磁力搅拌加热台；2、圆柱形容器；3、底座；4、压块；5、水平通孔(连通10) ;6、磁力搅拌子；7、圆环；8、待腐蚀娃片。
[0021]图2是图1中底座的俯视图。图中:9、通孔(连通腐蚀液)；10、中心通孔(连通空气及腐蚀液)；11、凸台；12、封闭围挡；13、环形凹腔。
[0022]图3是图2的剖视图。
具体实施方案
[0023]如图1所示，将待腐蚀硅片8正面朝上放置在底座3的凸台11上(图2或图3)，硅片背面通过通孔9与圆柱形容器2内腔灌满的腐蚀溶液相连，底座中心开有通孔10，上端与空气相连。圆环7置于硅片与压块4之间，用于隔离硅片正面与压块接触，防止压块对硅片正面微结构的损坏。底座3紧密套卡在圆柱形容器2上端外周。圆柱形容器置于磁力搅拌加热台I上。
[0024]为了杜绝硅片正面接触到腐蚀液，底座凸台11的外径略小于硅片直径，凸台11表面粗糙度为3.5 μπι，保持硅片水平，避免因角度倾斜造成硅片背面不同部位腐蚀速率不同。圆环7内径小于硅片直径，外径等于硅片直径，保证圆环不会压迫硅片正面的微结构。压块4直径大于圆环7的外径，确保整个腐蚀过程中硅片不会因为受到底部腐蚀液离心力的作用而发生移动。
[0025]底座凸台11周围设有封闭的围挡12，凸台、围挡之间形成环形凹腔13，围挡朝向底座中心的根部设置有水平通孔5 (3?5mm)，将凹腔13与底座通孔10相通，当腐蚀液从通孔9的硅片与凸台11的缝隙中溢出到环形凹腔13中时，会从水平通孔5流入到圆柱形容器2中，进一步避免腐蚀液接触到硅片正面。
[0026]待腐蚀硅片8、圆环7和压块4放置好后，在圆柱形容器2中倒入足量的腐蚀液，使用的腐蚀液应避免与圆柱形容器2和底座3发生化学反应，圆柱形容器最好选择透明材料，可观察到腐蚀溶液量的多少。磁力搅拌子6置于腐蚀液中。接通磁力搅拌加热台I的电源，腐蚀液会逐渐升温，磁力搅拌子6受到磁场作用下会快速旋转，搅动腐蚀液旋转，腐蚀液在离心力的作用下会上升通过底座3的通孔9接触到硅片背面，高温流动的腐蚀液对硅片背面进行腐蚀。因为是靠离心力作用使腐蚀液上升，所以腐蚀液量少会使硅片背面不能完全接触腐蚀液，量多会造成腐蚀液飞溅。具体实施过程中，透过透明的圆柱形容器，我们可以在不中断腐蚀的情况下随时观察腐蚀进度。因为腐蚀溶液高温流动，加快腐蚀速率，大大减少了腐蚀时间，可将常规腐蚀时间缩短至60%。腐蚀完成后观察硅片正反面，背面腐蚀效果理想，正面微结构保护完整。
[0027]参考图2、图3，凸台11在底座上至少设置四个，沿底座周向均布，相应的，封闭围挡及水平通孔5，也各有四个。底座凸台11、圆环7的大小、可按照硅片不同尺寸要求设计。
[0028]采用本发明装置，结构简单，硅片正面不需要密封，可同时对多个硅片进行腐蚀，提高了腐蚀效率。保护方法操作简单，正面无需旋涂抗腐蚀材料保护层且避免接触腐蚀液，完全杜绝了腐蚀液对硅片正面微结构损害。
【主权项】
1.一种基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置，包括一个置于磁力搅拌加热台上的圆柱形容器，该圆柱形容器内灌满腐蚀溶液，其特征在于，所述圆柱形容器上端外周紧密套卡一个底座，该底座上设有多个凸台，每个凸台均开有通孔，待腐蚀硅片正面朝上置于凸台上，背面通过所述通孔与圆柱形容器内的腐蚀溶液相连通，待腐蚀硅片正面上设置有圆环，圆环上再设置压块，其中，凸台外径稍小于待腐蚀硅片的直径；圆环外径等于待腐蚀硅片的直径；压块直径大于圆环外径。2.如权利要求1所述的基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置，其特征在于，所述底座中心开有通孔连通圆柱形容器中盛装的腐蚀液，所述凸台外围均设有封闭的围挡，凸台、围挡之间形成环形凹腔，围挡朝向底座中心的根部设置有水平通孔，将环形凹腔与底座中心通孔相连通。3.如权利要求2所述的基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置，其特征在于，所述凸台在底座上至少设置四个，沿底座周向均布，相应的，封闭围挡及水平通孔也各有四个。4.如权利要求1所述的基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置，其特征在于，所述底座凸台端面的粗糙度为3.5 μπι。5.一种基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护方法，采用权利要求1所述的基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置实现，其特征在于，包括下述步骤: (1)在圆柱形容器中装满腐蚀溶液，磁力搅拌子置于腐蚀溶液中； (2)将设有多个凸台的底座紧密套卡在所述圆柱形容器上端外周，每个凸台上均放置一个待腐蚀硅片，其正面朝上，背面通过凸台上的通孔与圆柱形容器内的腐蚀溶液相连通； (3)待腐蚀硅片正面上设置圆环，圆环上再设置压块； (4)接通磁力搅拌加热台电源，腐蚀溶液温度升高，磁力搅拌子搅动腐蚀液在离心力作用下旋转上升接触待腐蚀硅片背面，完成对该面的腐蚀。6.其特征在于，所述底座中心开有通孔连通圆柱形容器中盛装的腐蚀液，所述凸台外围均设有封闭的围挡，凸台、围挡之间形成环形凹腔，围挡朝向底座中心的根部设置有水平通孔，将环形凹腔与底座中心通孔相连通，当腐蚀溶液从待腐蚀硅片与凸台的缝隙中溢出到环形凹腔中时，从该水平通孔回流到圆柱形容器中。
【专利摘要】本发明公开了一种基于湿法腐蚀工艺的硅片正面微结构保护装置及方法，其特征在于，待腐蚀硅片正面朝上放置在一个底座的凸台上，硅片上置压块，硅片与压块间由一圆环隔离；底座卡在一圆柱形容器壁上，底座凸台开有通孔与圆柱形容器相通，圆柱形容器置于磁力搅拌加热台上。在圆柱形容器中装满腐蚀液，其中放置磁力搅拌子，加热台通电后，腐蚀液在磁力搅拌子旋转下受离心力上升，接触硅片背面，高温流动的腐蚀液对硅片背面完成腐蚀。本发明装置简单，可批量腐蚀硅片，提高腐蚀效率，有效防止硅片正面受到腐蚀液的伤害，可操作性好。
【IPC分类】C23F1/08, C23F1/02
【公开号】CN105220143
【申请号】CN201510697005
【发明人】王海容, 姚宇清, 吴桂珊, 王嘉欣, 孙侨
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月22日