一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备的制作方法
【专利摘要】一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括：控制单元；图形衬底制备单元，图形衬底制备单元主要分为：高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组。本发明引入了进行了特殊设计的BOE腐蚀槽，首先从功能上实现了图形掩膜图形化的制备功能，同时根据其制备工艺特点，设计了BOE腐蚀槽专用的腐蚀支架，实现了图形掩膜图形化的精确控制功能；同时，增加了丙酮槽和氢氟酸腐蚀槽，进一步实现了湿法腐蚀制备图形衬底的工艺在本设备的一体化实现，简化了图形衬底的制备工艺，节约时间、缩短流程。同时，本设备为生产大尺寸图形衬底工艺奠定了坚实的基础。
【专利说明】一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子机械设备技术及半导体发光材料的图形衬底制备【技术领域】。特别涉及一种BOE溶液湿法腐蚀蓝宝石得到图形衬底的一体化湿法腐蚀设备。
【背景技术】
[0002]近年来环境保护、减少污染等问题频频出现，已从相关机构发展成为全民关注问题再到全民参与、全民建设上。而环保、节能以及新能源的高科技产品已经成为近年来引领国际新行业发展、开拓经济增长点的主要领域。而伴随着半导体发光材料的不断发展，GaN(氮化镓)基发光二极管(LED)在今年来被发明。其10倍于白炽灯的节能特性、无汞污染、惰性气体污染以及小体积、灵活等优点，使其成为传统光源的有力替代。被认为是既白炽灯、荧光灯后的第三代照明产品而引发了全球化的固态照明革命，被广发应用在照明、显示、背光灯各个领域。从环保、安全性、健康性等多方面均有突出表现均展示了其突出表现。世界各国包括我国政府，已把发展照明工程列为实现构建资源节约型和环境友好型国家这一基本国策的重要战略举措。
[0003]而随着GaN基LED产品在照明领域的应用愈加深入，对其高亮度和功率化的需求也愈加明显。由于GaN材料的目前主要使用异质外延技术,蓝宝石衬底为主要衬底,然而GaN和蓝宝石衬底之间的晶格常数失配度超过14%，热失配度相差一倍多，这样大的晶格失配度以及热胀差别必然会引起在蓝宝石衬底上生长的GaN外延片的残存应力问题。因此，由残存应力、晶格失配和热失配引起的高密度位错，带来发光器件的效率和寿命下降，大量GaN相关材料、器件和工艺研究集中于克服由于非GaN衬底的异质外延带来的问题，因而GaN基发光材料的生长过程变得复杂而低效率；此外，由于GaN材料的高折射率，使得从LED有源区发出的绝大部分光受到全反射而限制在芯片中，发光器件的外量子效率一般在40%以下。
[0004]而随着GaN基LED器件应用领域越来越广泛，对其功率化、高亮度的需求越来越高，以简单的异质衬底——蓝宝石衬底生长的GaN基LED器件很难满足市场对LED器件的亮度需求。为了实现大功率GaN基LED的通用照明，克服传统的蓝宝石衬底上外延生长带来的高位错密度的问题，同时，运用新的技术手段，提高光导出效率是最迫切的需求和最关键的环节。故一种新的工艺方法应运而生，就是蓝宝石图形衬底亦称为PSS。在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案，藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同时，利用图案化蓝宝石衬底生长GaN外延片时会使GaN层在生长过程中出现横向合并，而是位错在越过图形时出现弯折合并，从而减少生长的GaN之间的位错密度，改善晶体质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。与生长于一般蓝宝石衬底的LED相比，亮度增加了 30%以上。
[0005]蓝宝石材料的化学性质十分稳定，且硬度极高，一般的物理加工手段也难以实施。目前常用方法可以分为干法刻蚀和高温强酸湿法刻蚀两种方法。
[0006]其中，干法刻蚀PSS主要是通过在蓝宝石衬底上涂覆厚膜光刻胶，利用曝光技术在光刻胶上刻出图形，并以其为掩膜用ICP (等离子诱导刻蚀设备)等干法刻蚀设备进行干法刻蚀，得到最后的蓝宝石图形衬底。干法刻蚀制备图形化蓝宝石衬底是目前PSS衬底制备的主要生产工艺，其主要特点是生产较为稳定。然而，由于使用ICP (等离子诱导刻蚀设备)设备，极大的增加了制备成本，降低了产能。使用ICP设备制备PSS，目前一次制备最高数量为22片，需用时40分钟以上，且由于刻蚀需要光刻胶做掩膜，这也对于前段的光刻工艺提出了很高的要求，光刻胶掩膜厚度均匀性等工艺要求极高。同时，由于设备均匀性问题，其并不适合4英寸甚至6英寸图形化蓝宝石衬底的制备。同时，在用干法刻蚀制备图形衬底时容易对蓝宝石衬底表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，不利于外延层晶体质量的进一步提高。在外延生长过程中，反应物在衬底的台面，槽中包括槽侧壁上都生长，并且侧壁生长物会和台面侧向外延层结合。而侧壁面是由干法刻蚀形成的被严重损伤的面，在这种面上生长的物质必然有非常高的位错密度，其中部分位错将延伸到上层侧向外延层中，必将降低外延层质量，不利于进一步提高器件性能。
[0007]而湿法刻蚀技术的出现可以有效的改善上述问题。湿法腐蚀工艺制备蓝宝石图形衬底的的步骤主要是:蓝宝石衬底上蒸镀二氧化硅膜，利用光刻技术在二氧化硅上刻出光刻胶的图形，之后BOE腐蚀二氧化硅形成图形的转移后去胶，再利用酸腐蚀在蓝宝石上刻出图形，修饰好图形后的晶片最后用HF去掉二氧化硅膜，已得到最终的蓝宝石图形衬底Pss0使用湿法腐蚀制备图形衬底的主要优点是可以一次性制备大量的图形衬底，生产率大大提高，同时，由于腐蚀蓝宝石衬底无需消耗Si02，因此，对前面的工艺要求降低，从而降低工艺成本。同样的，湿法腐蚀制备图形衬底不受衬底尺寸影响，可以适用于4英寸、6英寸的蓝宝石图形衬底制备。因此，其技术发展受到了衬底制备行业的广泛关注。然而，目前并没有专门用于湿法腐蚀制备图形化衬底的设备，目前常用的湿法腐蚀方法在蓝宝石衬底上制备图形衬底的湿法腐蚀设备多为LED制备工艺的单纯高温腐蚀设备，其设计主要是针对制备LED芯片，只包含控温和酸腐蚀功能。而制备湿法图形衬底中所需要的针对S12掩膜图形化制备功能、去掩膜功能等均无法实现。更加无法实现避免金属离子的玷污这两个因素的限制，在湿法制备LED芯片或制备蓝宝石图形衬底时显然不能用同一台设备完成，而为了生产购买多套湿法腐蚀设备也是不可取的。而随着湿法腐蚀图形衬底被生产的广泛接受和使用，针对专门的湿法腐蚀设备需求明显增加。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，以解决现有湿法腐蚀GaN图形衬底无专用设备的需求。
[0009]为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0010]一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括:控制单元；图形衬底制备单元(见附图1);其中，
[0011]控制单元主要为控制面板(见图7)，包括:水路系统、风路系统、电力系统和酸腐废液排放系统(酸排系统)；所述的控制单元的主要功能为:除对水路、风路、电力和酸排系统地控制外，还对图形衬底制备单元的控制，包括对酸腐蚀以及掩膜腐蚀的温度、时间控制程序设定；清洗模组程序设定，以及对设备辅助功能的控制及酸腐槽超温报警等的控制；
[0012]图形衬底制备单元主要分为:高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组(见附图2_4)；
[0013]所述一体化湿法腐蚀设备主要包括如下部件:控制面板；高、低温酸性溶液腐蚀槽；Β0Ε腐蚀槽；去离子水(亦称为D.1.Water)清洗槽；丙酮槽；氢氟酸(HF)腐蚀槽；挡板；槽体盖；排风系统；图形掩膜制备用特制腐蚀支架；
[0014]所述的控制面板，可位于设备右侧中间位置或便于操作的任何位置；可对每个槽体进行独立操控，可显示每个槽体内液体的温度、腐蚀或清洗的时间；可设定对时间、温度的提醒功能；所述控制面板上设有每个槽体的时间和温度的控制模块及显示模块，以便于对每个腐蚀过程进行严格监控，这是图形的完整性的保证之一；
[0015]所述的高、低温酸性溶液腐蚀槽(也可成为酸腐槽)，把高温酸腐槽和低温酸腐槽放到同一个腐蚀大区，用挡板隔开；高、低温酸性溶液腐蚀槽温度可控为0°?350° ;在样品进行图形酸腐时通过精确的控温以降低湿法腐蚀的难度，保证湿法腐蚀图形化衬底时的图形完整性；
[0016]所述的BOE腐蚀槽，位于另一腐蚀大区的左部；使掩膜腐蚀和湿法腐蚀完美的结合，完整了湿法腐蚀的过程，提高了生产效率；
[0017]所述的去离子水(亦称为D.1.Water)清洗槽，用以隔开BOE腐蚀槽与丙酮槽、氢氟酸腐蚀槽，能够更好地阻止各腐蚀的反应；其材料内壁平滑，不易挂污物；
[0018]所述的丙酮槽，对于工艺一体化提供了便利，加快了工艺进程；
[0019]HF槽、丙酮槽和去离子水清洗槽体的加入，减少了制备图形衬底的工艺步骤，节省了时间和资源；
[0020]所述的槽体盖，在所述的每个槽体上配备；所述的槽体盖因槽体材料的不同，选用与其相应的材料制作槽体盖；在暂不用的腐蚀槽上或腐蚀时间较长的槽体上可盖上槽体盖，最大限度保证人身安全；
[0021]所述的电力系统，除了为本发明提供源源不断的电力支持正常运转外，亦可对每个槽体进行独立控制的模组提供与之相匹配的电力控制；
[0022]所述的排风系统，为负压抽气式排风装置，位于所述设备腐蚀区的上方及后方；可独立控制对风量大小进行调节；在操作过程中，腐蚀液气体挥发时能够通过上方的排风及时排出去；腐蚀液气体挥发过程中也能通过后方被排出去；所述排风系统的设计的好处是，在最大程度上减少腐蚀液气体的残留，保证人身安全的同时减小湿法之间的腐蚀干扰；
[0023]所述的水路系统，用于对清洗晶片的、停止湿法腐蚀进程的去离子水的供给和排放；
[0024]所述的酸腐废液排放系统，用于对高低温酸腐蚀废液、BOE腐蚀废液及氢氟酸腐蚀废液单个的、单独地进行控制排放。
[0025]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是,所述的高、低温酸性溶液腐蚀槽所选材料为石英、陶瓷、塑料或其他抗高温抗酸腐蚀材料；所述的BOE腐蚀槽体采用石英、陶瓷、塑料或其他能抗氢氟酸和氟化铵溶液的材料；所述的去离子水清洗槽材料为石英、陶瓷、塑料或其他能抗氢氟酸和氟化铵溶液的材料；所述的氢氟酸腐蚀槽，其材料为石英或能抗氢氟酸及其溶液的材料；所述的酸腐废液排放系统，采用石英或其他抗酸腐蚀材料。
[0026]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的挡板，位于所述设备的中央，可手动升降或电动控制，把湿法腐蚀设备腐蚀区分为两个腐蚀大区，阻挡两个腐蚀大区液体间(高低温酸腐蚀槽在同一大腐蚀区内)的影响；挡板的作用主要是隔离酸腐槽与前两个槽体，BOE腐蚀速度较快，在分别进行腐蚀的情况下，挡板的升起可以有效的隔离酸腐对BOE腐蚀槽和去离子水清洗槽的影响；挡板厚度为0.5-10cm ;挡板升起后高度l-60cm范围内，应超过另一腐蚀区槽体至少1cm ;所述挡板为耐酸、抗碱材料。
[0027]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的挡板，选用透明材质的材料。
[0028]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的图形掩膜制备用腐蚀支架(见图5-6，亦可简称为提篮)，为非固定在设备上的、独立的与本发明所述一体化湿法腐蚀设备配套使用的个体；所述腐蚀支架由腐蚀托盘及托盘支架组成，所述腐蚀支架的底部为水平托盘，托盘的形状为圆形、椭圆形、方形或多边形等，其中优选圆形与椭圆形，托盘沿盘直径两端做支撑，上端有手柄相连，且手柄上要有和手型相对应的防滑凹槽(握痕纹)；托盘正面为按一定间距排列的容纳相应尺寸晶片的浅槽；腐蚀支架托盘上分布有贯穿托盘正反面的孔洞(孔洞直径尺寸可根据承载晶片的浅槽间距设定)；所述托盘及孔洞设计是为了在保证晶片均匀腐蚀，减小水的张力和浮力同时，保证被腐蚀的晶片能随托盘顺利的进入槽体；支撑架的作用是在腐蚀过程中及其之后的动作，使托盘在排除人为的情况下保持水平平衡，以达到每片样品在腐蚀的速度、温度和时间上保持一致；对于优选的圆形托盘，其直径在12.6-50cm之间，其直径和厚度依据BOE腐蚀槽设定；所述的浅槽，其直径在5.l-31cm之间，可按实际晶片尺寸情况需要制作托盘。
[0029]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述控制面板采用手套箱式操作面板，面板孔洞的大小应使整条手臂都能进入操作区进行湿法腐蚀操作；所述的操作面板材料选用抗酸且透明的材料(如石英等)；操作手套为橡胶手套或其他可抗腐蚀材料制作。
[0030]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述控制面板采用对开式操作保护面板或下拉式操作保护面板。
[0031]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，包括耐高低温的照明装置，位于设备腐蚀区的左右侧壁板中上方，光源包括LED灯，光源外罩具有抗腐蚀性，以不含紫外线的光源为宜；能清晰观察到腐蚀槽内部的实验物品状况，在进行湿法腐蚀试验中，能较为容易的判断腐蚀的时间。
[0032]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述腐蚀槽全部设计为椭圆形；或者全部为矩形；或者丙酮槽、氢氟酸腐蚀槽为矩形，其余为椭圆形。
[0033]所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述腐蚀槽的分布设计成直线平摊式，这种设计方案中无挡板。
[0034]本发明设计的是一款一体化的专门用于湿法腐蚀制备图形化衬底的湿法腐蚀设备。与现有的腐蚀设备相比有很大不同。现在多见的腐蚀设备主要包括的是高温腐蚀设备。其主要特点包括高、低温酸腐槽以及去离子水清洗槽。另包括面板控制和排风等装备，而此种设备无法实现湿法腐蚀图形衬底制备工艺中图形掩膜图形化(即对S12图形化)的制备步骤，同时，无法实现掩膜去除等制备工艺步骤。因此，无法实现针对湿法腐蚀制备图形衬底技术的一体化生产。本发明中设计的湿法腐蚀设备。创造性地引入了进行了特殊设计的BOE腐蚀槽，首先从功能上实现了图形掩膜图形化(即对S12图形化)的制备功能，同时根据其制备工艺特点，设计了 BOE腐蚀槽专用的腐蚀支架(提篮)，实现了图形掩膜图形化的精确控制功能；同时，增加了丙酮槽和氢氟酸腐蚀槽，进一步实现了湿法腐蚀制备图形衬底的工艺在本设备的一体化实现，简化了图形衬底的制备工艺，节约时间、缩短流程。同时，本设备为生产大尺寸图形衬底工艺奠定了坚实的基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1 一体化湿法腐蚀设备整体控制流程示意图。
[0036]图2圆形槽腐蚀区平面示意图。
[0037]图3矩形槽腐蚀区平面示意图。
[0038]图4腐蚀槽体平摊式示意图。图4A:圆形腐蚀槽；图4B:矩形腐蚀槽。其中，
[0039]101-高温酸腐蚀槽，102-低温酸腐蚀槽，103-B0E腐蚀槽，104-D.1.Water清洗槽(去离子水清洗槽)，105-丙酮槽，106-HF腐蚀槽，107-挡板。
[0040]图5腐蚀托盘平面示意图。其中，
[0041]501-托盘上的空洞；502_放片的位置；503_湿法腐蚀托盘。
[0042]图6腐蚀支架及托盘侧面示意图。其中，601-托盘支架，602-手柄，603-托盘。
[0043]图7控制面板示意图。图7A、7B提供了两种不同的布局方法。其中，
[0044]701-腐蚀温度显示；702_腐蚀时间显示；703_腐蚀时间指示灯；704_温度设置按钮；
[0045]705-时间设置按钮；706、708-增加按钮；707、709-减小按钮；
[0046]710-电源开关；711-EM0 (紧急停止按钮)。
[0047]图8设备正面示意图。图8A具有手套操作面板，图8B具有对开式操作面板，图8C具有下拉式操作面板。其中，
[0048]801为排风口 ；802_操作室内排风口 ；803_检查室；804_手套操作面板(可设计成对开式或下拉式);805-左右打开式操作面板；806_下拉式操作面板。
【具体实施方式】
[0049]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用简化的示意图形式，以辅助说明本发明的实用性及使用优势之目的。
[0050]一种圆形腐蚀槽体湿法腐蚀设备。包括:控制单元；图形衬底制备单元(见附图1)。
[0051]控制单元主要为:控制面板(见图7，对图形衬底制备单元的控制，包括对酸腐蚀以及掩膜腐蚀的温度、时间控制程序设定；清洗系统的程序设定，以及对设备辅助功能的控制)。电力控制系统；水路控制系统；风路控制系统和Ife腐废液排放(废液排放)控制系统。图形衬底制备单元主要分为:高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组(见附图2-4)。位置可放于该设备的左侧、右侧，便于操作，且不受身高的限制；也可考虑放于设备操作保护面板的上方，节省空间，不利因素就是操作人员受身高限制；另可考虑操作面板独立于设备外，由电源线连接到设备上，其优点是操作便利，也可根据需要加入其他控制模块。
[0052]设备主要部件主要包括:控制面板；高、低温酸性溶液腐蚀槽；Β0Ε腐蚀槽；去离子水(亦称为D.1.Water)清洗槽；丙酮槽；氢氟酸(HF)槽；挡板；槽体盖；排风系统；图形掩膜制备用腐蚀支架(亦可简称提篮)。
[0053]圆形腐蚀槽体湿法腐蚀设备主要是指该设备腐蚀槽体为圆形，这样为此特别设计的腐蚀支架(提篮)就能够根据腐蚀槽体的直径大小最大化制作提篮，完美地利用其空间。其中腐蚀设备槽体分布可设计成直线平摊式，也可分为前后两个腐蚀大区隔开式，如果需要也可设计成左右两个腐蚀大区隔开式。
[0054]圆形腐蚀槽体湿法腐蚀设备(见附图2中)丙酮槽体和HF腐蚀槽体设计成矩形，主要是因为在进行这两项湿法腐蚀时，可用普通卡塞进行腐蚀过程，且不会对腐蚀工艺造成影响。若设备腐蚀槽体分布为平摊式摆放，丙酮槽体和HF腐蚀槽体就不必设计成矩形，六槽体均可制作成圆形。
[0055]该设备挡板的设计主要是隔开两个大的腐蚀区，在挡板升起时两个大的腐蚀区可进行各自的腐蚀进程，避免相互的腐蚀影响且对操作人员进行一定的保护。槽体盖的设计除有上述功能外，还可避免液体有效成分的挥发，影响腐蚀时间和腐蚀效果。在设备的正上方及后方设计上排风系统，主要是为了操作人员的安全，也可减小液体间气氛之间的影响。
[0056]所述的图形掩膜制备用腐蚀支架(见图5-6，亦可简称为提篮)，为非固定在设备上的、独立的与本发明所述一体化湿法腐蚀设备配套使用的个体；所述腐蚀支架由腐蚀托盘及托盘支架组成，所述腐蚀支架的底部为圆形水平托盘，托盘沿盘直径两端做支撑，上端有手柄相连，且手柄上要有和手型相对应的防滑凹槽(握痕纹)；腐蚀托盘为具有一定厚度的圆形托盘，托盘正面为按一定间距排列的容纳相应尺寸晶片的浅槽，其作用是放置被腐蚀的晶片；腐蚀支架托盘上分布有贯穿托盘正反面的孔洞(孔洞直径尺寸、数量可根据承载晶片的浅槽间距设定)；所述圆形托盘及孔洞设计是为了在保证晶片均匀腐蚀，减小水的张力和浮力同时，保证被腐蚀的晶片能随托盘顺利的进入槽体；支撑架的作用是在腐蚀过程中及其之后的动作，使托盘在排除人为的情况下保持水平平衡，以达到每片样品在腐蚀的速度、温度和时间上保持一致。
[0057]水路系统、酸腐废液排放系统和耐高低温的照明装置、都是为了更好地进行湿法腐蚀进程而配备，且更好、更安全、更人性化。
[0058]实施例1:一种圆形腐蚀槽体湿法腐蚀设备(参图2)
[0059]该设备采用下拉式操作面板(参图8C)。
[0060]该设备腐蚀区域长55cm，宽40cm，由6个腐蚀槽体组成，腐蚀槽体材质为石英,用挡板分成前后两个腐蚀大区(靠近操作人员位置为前，远离操作人员位置为后。且该设备腐蚀区域长宽可根据需要进行调整，以上数据为最小尺寸)。后区为高低温酸腐蚀槽，左侧为高温酸腐蚀槽，右侧为低温酸腐蚀槽(左右腐蚀槽可互换)。前区左侧为BOE腐蚀槽，中间为去离子水清洗槽，右侧上方为丙酮槽，右侧下方为HF腐蚀槽。其中高低温酸腐槽、BOE腐蚀槽和去离子水清洗槽的槽体截面均为圆形(椭圆形亦可)，直径15cm ;丙酮槽和HF腐蚀槽为矩形，长15cm，宽15cm (长度可与宽度相同，且宽度必须满足腐蚀支架直径的长度)。各槽体深5cm (各槽体的深度可以不同，但在腐蚀支架进入腐蚀槽体的溶液时，槽体底部与腐蚀支架托盘底部间距至少2cm，腐蚀支架托盘上端与液面间距至少2cm)。
[0061]该设备的腐蚀支架(参图6)包括托盘支架、手柄和托盘，材质均为石英。其中，托盘支架为2根石英棒，用于连接托盘和手柄，并对托盘其支撑作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盘上。托盘直径12.6cm，厚度1cm，托盘上有载片浅槽多个，每个浅槽的直径5.1cm,深度0.1cm ;浅槽之间分布有若干孔洞。
[0062]实施例2:圆形腐蚀槽体带手套箱湿法腐蚀设备
[0063]实施例2结构同实施例1，不同之处在于:设备的操作面板除设计成对开式操作保护面板和下拉式操作保护面板外，还可设计成手套箱式(见图8，打开方式可采用对开式或下拉式)。操作人员在进行湿法制备图形衬底过程中，可把整条手臂伸入到手套中进行操作，面板上的孔洞开口要大，要保证单只手臂深入时可对腐蚀区最内侧腐蚀槽体进行操作，更好地保护了操作人员。此圆形腐蚀槽体带手套箱湿法腐蚀设备可根据需要进行选择。
[0064]腐蚀区域尺寸、腐蚀槽尺寸和腐蚀支架尺寸改为:该设备腐蚀区域长160cm，宽120cm ;其中高低温酸腐槽、BOE槽和去离子水清洗槽的槽体截面均为圆形(椭圆形亦可)，直径40cm ;丙酮槽和HF腐蚀槽为矩形，长40cm，宽40cm(长度可与宽度相同，且宽度必须满足腐蚀支架直径的长度)。各槽体深5cm (各槽体的深度可以不同，但在腐蚀支架进入腐蚀槽体的溶液时，槽体底部与腐蚀支架托盘底部间距至少2cm，腐蚀支架托盘上端与液面间距至少 2cm)。
[0065]该设备的腐蚀支架(参图6)包括托盘支架、手柄和托盘，材质均为石英。其中，托盘支架为2根石英棒，用于连接托盘和手柄，并对托盘其支撑作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盘上。托盘直径33cm，厚度1cm，托盘上有载片浅槽多个，每个浅槽的直径30.5cm，深度0.1cm ;浅槽之间分布有若干孔洞。
[0066]实施例3:矩形腐蚀槽体湿法腐蚀设备。
[0067]实施例3结构同实施例1，不同之处在于:湿法腐蚀区的高低温酸腐槽，BOE腐蚀槽，去离子水清洗槽均为矩形。可有效利用腐蚀台面空间；腐蚀区域尺寸、腐蚀槽尺寸和腐蚀支架尺寸改为:
[0068]该设备腐蚀区域长220cm，宽160cm，由6个腐蚀槽体组成，腐蚀槽体材质为石英，用挡板分成前后两个腐蚀大区(靠近操作人员位置为前，远离操作人员位置为后。且该设备腐蚀区域长宽可根据需要进行调整，以上数据为最小尺寸)。后区为高低温酸腐蚀槽，左侧为高温酸腐蚀槽，右侧为低温酸腐蚀槽(左右腐蚀槽可互换)。前区左侧为BOE腐蚀槽，中间为去离子水清洗槽，右侧上方为丙酮槽，右侧下方为HF腐蚀槽。其中高低温酸腐槽、BOE腐蚀槽和去离子水清洗槽的槽体截面均为矩形，直径60cm ;丙酮槽和HF腐蚀槽为矩形，长60cm，宽60cm (长度可与宽度相同，且宽度必须满足腐蚀支架直径的长度)。各槽体深20cm(各槽体的深度可以不同，但在腐蚀支架进入腐蚀槽体的溶液时，槽体底部与腐蚀支架托盘底部间距至少5cm，腐蚀支架托盘上端与液面间距至少5cm)。
[0069]该设备的腐蚀支架(参图6)包括托盘支架、手柄和托盘，材质均为石英。其中，托盘支架为2根石英棒，用于连接托盘和手柄，并对托盘其支撑作用，所述支架一端焊接在手柄上，另一端焊接在托盘上。托盘直径50cm，厚度3cm，托盘上有载片浅槽多个，每个浅槽的直径5.2cm，深度Icm ;浅槽之间分布有若干孔洞。
[0070]实施例4:矩形腐蚀槽体带手套箱湿法腐蚀设备。
[0071]实施例4结构同实施例1，不同之处在于:一、湿法腐蚀区的高低温酸腐槽，BOE槽体，去离子水清洗槽均为矩形。可有效利用腐蚀台面空间；二、设备的操作面板除设计成对开式操作保护面板和下拉式操作保护面板外，还可设计成手套箱式(见图8，打开方式可采用对开式或下拉式)。操作人员在进行湿法制备图形衬底过程中，可把整条手臂伸入到手套中进行操作，面板上的孔洞开口要大，要保证单只手臂深入时可对腐蚀区最内侧腐蚀槽体进行操作，更好地保护了操作人员。此矩形腐蚀槽体带手套箱湿法腐蚀设备可根据需要进行选择。
[0072]本发明的出现使湿法腐蚀步骤实现了一体化，制备过程短操作步骤间衔接性好，充分考虑了人员的安全性问题。相比干法刻蚀，湿法刻蚀的优点是程序单一，设备简单，而且成本低，腐蚀速率快，产量高，具有良好的刻蚀选择比，并且制备大尺寸晶片有其无与伦比的优势。干法制备大尺寸图形衬底时，刻蚀速度不均匀、易产生损伤和污染，制备大尺寸图形衬底极其困难。而湿法腐蚀制备时可对大尺寸晶片同时进行湿法制备，且腐蚀均匀性好，无损伤及污染，制备无损的、完美的图形衬底对外延生长中位错的改善起到了关键性的作用，亦对出光、散热起到了良性循环的效果。制备图形衬底主要以图形掩膜制备设备产能计算，I台ICP设备价格超过百万元，月产能1-2万片；而我们设计的一体化湿法腐蚀设备远低于ICP设备，但设计月产能可高达6-10万片，以上数据足以说明湿法腐蚀制备图形衬底在产能上的优势，对加快中下游产业链的进程起到推动作用。
[0073]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于制备图形衬底的一体化湿法腐蚀设备，该设备包括:控制单元；图形衬底制备单兀；其中， 控制单兀王要为控制面板，包括:水路系统、风路系统、电力系统和Ife腐废液排放系统；所述的控制单元的主要功能为:除对水路、风路、电力和酸排系统地控制外，还对图形衬底制备单元的控制，包括对酸腐蚀以及掩膜腐蚀的温度、时间控制程序设定；清洗模组程序设定，以及对设备辅助功能的控制及酸腐槽超温报警的控制； 图形衬底制备单元主要分为:高、低温酸腐模组，图形掩膜制备模组和清洗模组； 所述一体化湿法腐蚀设备主要包括如下部件:控制面板；高、低温酸性溶液腐蚀槽；BOE腐蚀槽；去离子水清洗槽；丙酮槽；氢氟酸腐蚀槽；挡板；槽体盖；排风系统；图形掩膜制备用特制腐蚀支架； 所述的控制面板,可对每个槽体进行独立操控,可显示每个槽体内液体的温度、腐蚀或清洗的时间；可设定对时间、温度的提醒功能；所述控制面板上设有每个槽体的时间和温度的控制模块及显示模块； 所述的高、低温酸性溶液腐蚀槽，把高温酸腐槽和低温酸腐槽放到同一个腐蚀大区，用挡板隔开；高、低温酸性溶液腐蚀槽温度可控为0°?350° ;在样品进行图形酸腐时通过精确的控温以降低湿法腐蚀的难度，保证湿法腐蚀图形化衬底时的图形完整性； 所述的BOE腐蚀槽，位于另一腐蚀大区的左部； 所述的去离子水清洗槽，用以隔开BOE腐蚀槽与丙酮槽、氢氟酸腐蚀槽，能够更好地阻止各腐蚀的反应；其材料内壁平滑，不易挂污物； 所述的槽体盖，在所述的每个槽体上配备； 所述的电力系统，除了为本发明提供源源不断的电力支持正常运转外，亦可对每个槽体进行独立控制的模组提供与之相匹配的电力控制； 所述的排风系统，为负压抽气式排风装置，位于所述设备腐蚀区的上方及后方；可独立控制对风量大小进行调节； 所述的水路系统，用于对清洗晶片的、停止湿法腐蚀进程的去离子水的供给和排放；所述的酸腐废液排放系统，用于对高低温酸腐蚀废液、BOE腐蚀废液及氢氟酸腐蚀废液单个的、单独地进行控制排放。
2.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的高、低温酸性溶液腐蚀槽所选材料为石英、陶瓷、塑料或其他抗高温抗酸腐蚀材料；所述的BOE腐蚀槽体采用石英、陶瓷、塑料或其他能抗氢氟酸和氟化铵溶液的材料；所述的去离子水清洗槽材料为石英、陶瓷、塑料或其他能抗氢氟酸和氟化铵溶液的材料；所述的氢氟酸腐蚀槽，其材料为石英或能抗氢氟酸及其溶液的材料；所述的酸腐废液排放系统，采用石英或其他抗酸腐蚀材料。
3.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的挡板，位于所述设备的中央，可手动升降或电动控制，把湿法腐蚀设备腐蚀区分为两个腐蚀大区，阻挡两个腐蚀大区液体间的影响；挡板厚度为0.5-10cm ;挡板升起后高度l-60cm范围内，应超过另一腐蚀区槽体至少1cm ;所述挡板为耐酸、抗碱材料。
4.如权利要求3所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的挡板，选用透明材质的材料。
5.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述的图形掩膜制备用腐蚀支架，为非固定在设备上的、独立的与本发明所述一体化湿法腐蚀设备配套使用的个体；所述腐蚀支架由腐蚀托盘及托盘支架组成，所述腐蚀支架的底部为水平托盘，托盘的形状为圆形、椭圆形、方形或多边形，托盘沿盘直径两端做支撑，上端有手柄相连，且手柄上要有和手型相对应的防滑凹槽；托盘正面为按一定间距排列的容纳相应尺寸晶片的浅槽；腐蚀支架托盘上分布有贯穿托盘正反面的孔洞。
6.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述控制面板采用手套箱式操作面板，面板孔洞的大小应使整条手臂都能进入操作区进行湿法腐蚀操作；所述的操作面板材料选用抗酸且透明的材料；操作手套为橡胶手套或其他可抗腐蚀材料制作。
7.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述控制面板采用对开式操作保护面板或下拉式操作保护面板。
8.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，包括耐高低温的照明装置，位于设备腐蚀区的左右侧壁板中上方，光源外罩具有抗腐蚀性。
9.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述腐蚀槽全部设计为椭圆形；或者全部为矩形；或者丙酮槽、氢氟酸腐蚀槽为矩形，其余为椭圆形。
10.如权利要求1所述的一体化湿法腐蚀设备，其特征是，所述腐蚀槽的分布设计成直线平摊式，该设计方案中无挡板。
【文档编号】H01L21/311GK104347386SQ201310316617
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】孙永健, 杨海艳 申请人:北京大学