一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備的製作方法
2023-06-10 14:34:41
專利名稱：一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，尤其涉及一種對微機電系統(MEMS)體矽腐蝕設備--叵溫腐蝕設備和恆溫加超聲腐蝕設備的缺陷加以改進的體矽腐蝕配套設備。
背景技術：
在MEMS製造技術中，體矽加工技術是一個重要組成部分，能製造 懸空的梁或膜。用來腐蝕體矽的恆溫腐蝕設備或恆溫加超聲腐蝕設備只能 滿足均勻、速率可調地腐蝕體矽，但是整個體矽腐蝕過程中，會在體矽腐 蝕到鄰近另外一層膜(即懸空膜)的界面時，由於熱衝擊或超聲振動造成 膜的破裂。即使在最後腐蝕階段膜沒有破，在人工取片的過程中，也會由 於手的抖動或傾斜帶來的水流衝擊造成膜的破裂。發明內容(一) 要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種抗水流衝擊的腐蝕配套設 備，以解決熱衝擊、超聲振動或水流衝擊造成懸空膜破裂的問題。(二) 技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設 備，包括腐蝕槽、支撐裝置、導流管、腐蝕液容器和用於放置矽片的石英 架，所述支撐裝置用於豎直固定所述腐蝕槽，且所述腐蝕槽槽口向上；所 述導流管具有開關， 一端與設置在腐蝕槽底部的開口連通，另一端連接到 所述腐蝕液容器；所述石英架設置於腐蝕槽的內部空間；所述腐蝕槽的內部空間在豎直方向上呈幾何對稱，且腐蝕槽內部空間 的豎直對稱軸通過所述底部開口的中心；所述石英架上在放置有矽片時，矽片在豎直方向上的中心對稱軸與所述腐蝕槽內部空間的豎直對稱軸重合。優選地，所述腐蝕槽為一底部收緊的敞口圓柱玻璃瓶，或為一底部收 緊的敞口圓柱塑料瓶。優選地，所述支撐裝置包括主豎直支架、橫支架、底盤和固定件，所 述主豎直支架豎直地固定到底盤上，所述橫支架一端與主豎直支架連接， 另一端通過固定件與腐蝕槽連接。優選地，所述腐蝕槽中在矽片兩側進一步對稱地設置有加熱器。進一步優選地，所述加熱器為加熱絲。再優選地，所述加熱絲的功率小於或等於ioow，或加熱溫度小於或 等於85°C。優選地，所述腐蝕槽尺寸為4)180mmX300mm，底部中心開口的直徑 為4)20mm;所述導流管的規格為20滴腐蝕液，對應容積為1 士O.lml;所 述導流管與腐蝕槽底部中心開口連通的一端的內徑尺寸為小5mm，與腐蝕 液容器連接的一端的內徑尺寸為小2mm。優選地，述石英架至少具有放置2英寸、3英寸、4英寸和5英寸矽 片的四種規格。優選地，所述石英架固定地設置於腐蝕槽中靠近敞口的位置。 優選地，所述石英架採用掛鈎進行固定。(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、 利用本發明，在矽片兩側可以形成對稱的水流流速場和壓力場， 從而剩餘的一層薄薄的體矽和待懸空的膜受力均勻，基本不受水流衝擊的 影響。2、 利用本發明，在不採用加熱器時，可以從根本上避免對矽片不對 稱熱衝擊；在採用加熱器時，由於加熱器對稱地分布於矽片的兩側，且採 用小功率加熱絲進行加熱，因此也可以有效地避免對矽片不對稱熱衝擊。3、 本發明提供的設備成本低廉，生產效率高，工藝穩定，可以獲得 完整的MEMS鏤空結構，適合用於大規模生產，具有良好的實用價值。4、 在本發明提供的設備中，腐蝕槽(包括放矽片的石英架和腐蝕液導流管)結構呈圓柱狀中心對稱；腐蝕槽支架固定，便於裝卸。5、利用本發明，矽片雙面外的水流流速場和壓力場的對稱性可以由大型軟體Gambit和Fluent得到仿真驗證。
圖1為本發明提供的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，並參照附圖，對本發明作進一步詳細說明。 下面首先介紹本發明的實現原理。本發明提供的抗水流衝擊的腐蝕配套設備基於力學平衡原理，在矽片 腐蝕到只剩薄薄一層，接近待鏤空膜時，即將體矽腐蝕到鄰近另外一層膜 (即懸空膜)的界面(該界面距離懸空膜約50至8(Him)時的矽片取出， 放入到抗水流衝擊的腐蝕配套設備腐蝕槽內部空間的正幾何中心處(如果 需要，還可對腐蝕液加熱)，此時矽片在豎直方向上的中心對稱軸與腐蝕 槽的豎直對稱軸重合，然後將腐蝕槽下方的導流管開啟。根據對稱原理，矽片兩側表面外的水流流速場和壓力場對稱，從而剩 餘的一層薄薄的體矽和待懸空的膜受力均勻，基本不受水流衝擊的影響。 矽片一邊進行腐蝕，腐蝕液一邊從底部導流出來，直到腐蝕液導流完成、 體矽腐蝕完畢，最後矽片保持完好無損地裸露在腐蝕槽裡。國內外的恆溫腐蝕設備和恆溫加超聲腐蝕設備，雖然在矽片腐蝕最終 階段，可以通過降溫、降低或停止超聲來減小水流衝擊，但是這並不易於 控制。尤其在人工提取矽片石英架或直接用鑷子取片的過程中，由於手的 抖動或傾斜帶來的水流衝擊造成膜的破裂基本是不可避免的。本發明提供的抗水流衝擊的腐蝕配套設備基於上述原理研製，但與恆 溫腐蝕設備和恆溫加超聲腐蝕設備相比，本篇的抗水流衝擊的腐蝕配套設 備是在其基礎上的一個必要補充。下面結合圖1說明本發明提供的抗水流 衝擊的體矽腐蝕配套設備的結構。如圖1所示，本發明提供的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備包括腐蝕槽l、支撐裝置、導流管2、腐蝕液容器3和用於放置矽片的石英架4。所 述支撐裝置用於豎直固定所述腐蝕槽l;所述導流管2具有開關11， 一端 與設置在腐蝕槽底部中心的開口 9連通，另一端連接到所述腐蝕液容器3;所述石英架4設置於腐蝕槽的內部空間；腐蝕槽1的內部空間呈幾何對稱， 且腐蝕槽的豎直對稱軸通過所述腐蝕槽底部開口 9的中心；石英架4上在放置有矽片時，矽片在豎直方向上的中心對稱軸與所述腐蝕槽l的豎直對 稱軸重合。所述支撐裝置包括主豎直支架5、橫支架6、底盤7和固定件8，主豎 直支架5豎直地固定到底盤7上，所述橫支架6 —端與主豎直支架5連接， 另一端通過固定件8與腐蝕槽1連接，並將腐蝕槽1豎直固定成開口向上。 這裡的固定件8可以是鋼圈、卡扣連接件以及其它可以固定腐蝕槽1的連 接件。其中，底盤7約為0.25平方米，主豎直支架5高約0.6m，橫支架6 長約0.4m。腐蝕槽1為底部漸縮(當然也可以不必設置成底部漸縮)的敞 口圓柱玻璃瓶(或塑料瓶)，尺寸約為小180mmX300mm。這裡，腐蝕槽 1一般為圓柱形，它的內部空間的橫截面是圓形。腐蝕槽1當然也可以是 矩形體、橢圓體等，它的內部空間的橫截面當然也可以是幾何對稱的形狀， 例如矩形、橢圓形等。整個設備(放有腐蝕液和矽片)的重心基本在底盤 7的幾何中心。腐蝕槽1在底部具有開口 9，開口 9處的內徑尺寸約為d)20mm。導流 管2的上端通過套在開口 9處的橡膠蓋10與開口 9連通，下端連接到腐 蝕液容器3。這裡，腐蝕液容器3可以是適當的燒杯等適於容納腐蝕液的 容器。導流管2長度為1.5至2m,並由兩段內徑大小不同的導管組成，上 段內徑尺寸約為4)5mm，下段內徑尺寸約為4>2mm，以便更大限度地減小 倒流速度。導流管2的規格為20滴腐蝕液對應容積l士(Uml。導流管2 具有開關11。石英架4平穩地固定設置於腐蝕槽中軸靠近敞口的位置，固定方式由 掛鈎固定，且石英架要放置平穩，不能傾斜。需要注意的是，腐蝕槽l的內部空間呈幾何對稱，且腐蝕槽l的豎直 對稱軸通過所述腐蝕槽底部開口 9的中心，並且所述石英架4上在放置有矽片時，矽片的中心對稱軸與所述腐蝕槽1的豎直對稱軸重合。放矽片的石英架4可以有放置2英寸、3英寸、4英寸、5英寸四種規 格，以便腐蝕2英寸、3英寸、4英寸、5英寸的矽片。當然，石英架4 的規格可以根據實際需要變化。另外，為了避免不必要的熱衝擊，在腐蝕槽1中在矽片兩側可以進一 步對稱地設置有加熱器。這裡，加熱器可以是小功率加熱絲(電源沒有示 出)。所述加熱絲的功率小於或等於100W或者加熱溫度小於或等於S5。C。需要說明的是，除了本實施例僅示出了一個腐蝕槽的情形，本發明也 可以同時使用多個腐蝕槽以便進行批量生產，這相應地會增加與腐蝕槽配 套的裝置。在本發明提供的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備中，放入腐蝕槽的矽 片兩側的水流流速場和壓力場的對稱性由大型軟體Gambit和Fluent得到 仿真驗證。軟體Gambit用來創建模型和網格，軟體Fluent對其模擬仿真。本發明的特點是結合常用的恆溫腐蝕設備或恆溫加超聲腐蝕設備，在 矽片腐蝕到只剩薄薄一層，接近待鏤空膜時，將其取出放入該設備中。根 據腐蝕槽(包括放矽片的石英架和腐蝕液導流管)結構呈圓柱狀中心對稱 性，基於力學平衡原理和軟體的驗證，薄矽層和待鏤空膜在垂直面上的受 力基本為零，在腐蝕液導流完成、體矽腐蝕完畢時，最後矽片保持完好無 損地裸露在腐蝕槽裡。該設備成本低廉，生產效率高，工藝穩定，可以獲得完整的MEMS 鏤空結構，適合用於大規模生產，具有一定的實用價值。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，但是應當理解的是，所述具體實施例僅是說明性的， 並不用於限制本發明，且凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，包括腐蝕槽、支撐裝置、導流管、腐蝕液容器和用於放置矽片的石英架，所述支撐裝置用於豎直固定所述腐蝕槽，且所述腐蝕槽槽口向上；所述導流管具有開關，一端與設置在腐蝕槽底部的開口連通，另一端連接到所述腐蝕液容器；所述石英架設置於腐蝕槽的內部空間，其特徵在於所述腐蝕槽的內部空間在豎直方向上呈幾何對稱，且腐蝕槽內部空間的豎直對稱軸通過所述底部開口的中心；所述石英架上在放置有矽片時，矽片在豎直方向上的中心對稱軸與所述腐蝕槽內部空間的豎直對稱軸重合。
2、 根據權利要求1所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵 在於所述腐蝕槽為一底部收緊的敞口圓柱玻璃瓶，或為一底部收緊的敞 口圓柱塑料瓶。
3、 根據權利要求1所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵 在於所述支撐裝置包括主豎直支架、橫支架、底盤和固定件，所述主豎 直支架豎直地固定到底盤上，所述橫支架一端與主豎直支架連接，另一端 通過固定件與腐蝕槽連接。
4、 根據權利要求1至3中任一項所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套 設備，其特徵在於所述腐蝕槽中在矽片兩側進一步對稱地設置有加熱器。
5、 根據權利要求4所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵在於所述加熱器為加熱絲。
6、 根據權利要求5所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵 在於所述加熱絲的功率小於或等於100W，或加熱溫度小於或等於85°C。
7、 根據權利要求1所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵在於所述腐蝕槽尺寸為4) 180mmX 300mm，底部中心開口的直徑為4> 20mm;所述導流管的規格為20滴腐蝕液，對應容積為l土0.1ml; 所述導流管與腐蝕槽底部中心開口連通的一端的內徑尺寸為小5mm，與腐蝕液容器連接的一端的內徑尺寸為4> 2mm。
8、 根據權利要求1所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵 在於所述石英架至少具有放置2英寸、3英寸、4英寸和5英寸矽片的 四種規格。
9、 根據權利要求1所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵 在於所述石英架固定地設置於腐蝕槽中靠近敞口的位置。
10、 根據權利要求9所述的抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，其特徵在於所述石英架採用掛鈎進行固定。
全文摘要
本發明涉及一種抗水流衝擊的體矽腐蝕配套設備，尤指一種對MEMS體矽腐蝕設備——恆溫腐蝕設備和恆溫加超聲腐蝕設備的缺陷加以改進的體矽腐蝕配套設備。本發明中，被固定的腐蝕槽的底部設有與具有開關的導流管的一端連通的開口，導流管的另一端連接到腐蝕液容器，且放置矽片的石英架固定在腐蝕槽的靠近敞口的位置；所述腐蝕槽的內部空間呈幾何對稱，且腐蝕槽的豎直對稱軸通過所述腐蝕槽底部開口的中心；所述石英架上放置有矽片時，矽片的中心對稱軸與所述腐蝕槽的豎直對稱軸重合。本發明還可以在所述腐蝕槽中在矽片兩側對稱地設置有加熱器。由此，在矽片兩側可以形成對稱的水流流速場和壓力場，並可以避免對矽片的不必要的熱衝擊。
文檔編號H01L21/306GK101274742SQ20071006486
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者葉甜春, 景玉鵬, 毅 歐, 石莎莉, 陳大鵬 申請人:中國科學院微電子研究所