CN107955972A - 旋转锗片/硅片碱腐蚀工艺及其专用设备 - Google Patents

旋转锗片/硅片碱腐蚀工艺及其专用设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了旋转锗片/硅片碱腐蚀工艺及其专用设备，设备中设有横梁，所述的横梁下方设有：搅拌机构：所述的横梁下方垂直设有转轴和反应槽，所述的转轴游离端连接转头；所述的转头为柱状，沿着其轴向延伸方向依次设有若干连接孔，所述的连接孔中可拆卸设有支撑杆，支撑杆为L型，游离端向下伸入反应槽内，并且通过连接柱连接承载器；升降机构：所述的横梁下方垂直设置升降杆，所述的升降杆下方连接升降立柱，立柱底部设有用于支承的基底。本发明使得反应碱腐蚀体系始终处于均匀状态，旋转木马结构突破了腐蚀对象的尺寸、形状的限制，且合理的空间设计保证产量最大化。通过调整碱腐蚀的原始工艺，使碱腐蚀系统具备大量生产任意形状、尺寸锗片/硅片的能力，以及避免人工操作带来的腐蚀不均匀问题，从而大大提高了锗片/硅片表面质量合格率和加工流程的效率。

Description

旋转锗片/硅片碱腐蚀工艺及其专用设备
技术领域
本发明涉及锗片/硅片生产加工方法，具体来说，涉及一种旋转锗片/硅片碱腐蚀工艺。
背景技术
锗片/硅片常用于太阳能电池衬底或集成电路基底，由锗单晶/硅单晶经过切片、研磨、腐蚀、化学机械抛光、清洗工艺等工序获得。其中腐蚀工艺是晶片加工中重要的一环，起到承前启后的作用。经切片、研磨工序后，一方面锗片/硅片的内部积累了一定的机械应力，另一方面锗片/硅片的表面层布满了微裂纹和细微切料颗粒，即通常所说得损伤层，这些因素最终导致锗片/硅片的强度较低和粗糙度较大。如果对切片、研磨工序后的锗片/硅片不采取相应的工艺处理，而直接进入抛光工序，会大幅度提高碎片率，降低生产效率，增加生产成本。因此，腐蚀工艺处理极为必要，一方面可以去除晶片前道工序造成的损伤层，另一方面去除残留在锗片/硅片内部的应力，从而提高锗片/硅片的强度和降低粗糙度，满足后道工序晶片加工的技术要求。
目前，锗片/硅片的腐蚀方法有两种，一种是HF/HNO3酸法腐蚀体系，一种是NaOH或KOH或NaOH/H2O2碱法腐蚀体系。在国家重视环境保护、公民环保意识提高的大氛围下，由于HF的剧毒性、HNO3挥发NOx的污染性，以及废液后处理困难等缺点，HF/HNO3酸法腐蚀体系逐渐被“无毒、无污染、易处理”的碱法腐蚀体系替代。碱法腐蚀过程中，一般通过手工操作或圆片滚动机(如图1所示)来实现，手工操作时，每次操作只能腐蚀一清洗花篮，腐蚀晶片数量少，生产效率低下。另外，人工操作并不能实现反应全过程溶液的均匀性，使得晶片腐蚀后，表面易出现花纹的问题；圆片滚动机在一定程度上，增加了圆形腐蚀晶片量，提高了生产效率。但是圆片滚动机也有自身的限制，即只能滚动圆形的晶片或短参考边晶片，而不能滚动小尺寸晶片、方形晶片或长参考边晶片，腐蚀对象范围窄。
根据以往的实践经验，搅拌机可以用于搅拌和混料，使得混合粉料或反应液均匀。旋转木马结构不仅可以最大程度上利用空间，而且对所载对象的外形没有限制。在锗片/硅片腐蚀工艺中，结合搅拌机和旋转木马两者的工作原理，设计一种旋转腐蚀工艺，既满足腐蚀体系均匀，又对锗片/硅片形状没有要求，且能在纵向和横向上加大腐蚀晶片数量，满足后道工序对产量和质量的生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，设有横梁，所述的横梁下方设有：
搅拌机构：横梁下方垂直设有转轴和反应槽，所述的转轴游离端连接转头；所述的转头为柱状，沿着其轴向延伸方向依次设有若干连接孔，所述的连接孔中可拆卸设有支撑杆，支撑杆为L型，游离端向下伸入反应槽内，并且通过连接柱连接承载器；支撑杆和转轴等形成旋转木马式结构。
升降机构：所述的横梁下方垂直设置升降杆，所述的升降杆下方连接升降立柱，立柱底部设有用于支承的基底。
所述的承载器设有承载器盖子和承载器基底，所述的承载器盖子和承载器基底之间通过若干支撑立柱连接，所述的承载器盖子顶部设有孔，用于与连接柱相连。承载器用于放置装有研磨片的清洗花篮，使混合辅料或者反应液均匀。
所述的连接孔分行与列排列，同行的连接孔圆心在同一圆周线上，同列的连接孔圆心在同一高线上。对锗片/硅片形状没有要求，且能在纵向和横向上加大腐蚀晶片数量。
本发明中，连接孔也可以交错设置。
所述的升降杆和转轴平行设置，用于控制转轴的升降，且升降杆和升降立柱之间设有安全限位杆。
所述的转轴通过驱动电机驱动。
本发明还公开了使用上述专用设备进行旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，包括如下步骤：
1)首先将升降杆升高到一定高度，预留出安装支撑杆和承载器的空间；
2)将支撑杆通过连接孔安装在转头上；
3)然后在反应槽中配制碱腐蚀液，将装有研磨片的清洗花篮放入承载器中，再将承载器安装在支撑杆上；
4)最后下降晶片清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时转轴开始工作，旋转速度设定为1转/分钟至10转/秒，旋转碱腐蚀1分钟至10分钟后，提升转动杆，冲洗晶片30秒至180秒；
5)取下承载器，对锗片/硅片进行清洗、甩干、送检验。
所述的步骤3)中，碱腐蚀液由溶质，氧化剂和助剂组成，所述的溶质占碱腐蚀液的重量百分比范围为1％～29.99％，氧化剂所占碱腐蚀液的重量百分比范围为0～15％；助剂所占碱腐蚀液的重量百分比范围为0～15％，余量为去离子水。
所述的溶质为NaOH或KOH，所述的氧化剂为H2O2或NaClO3，所述的助剂为异丙醇或乙醇或丙酮。
本发明通过在转头连接支撑杆，支撑杆连接承载器，形成旋转木马式的搅拌器，将待处理的晶片放入承载器中随着转头旋转，并同时受反应槽中的碱腐蚀液腐蚀，使得反应碱腐蚀体系始终处于均匀状态，旋转木马结构突破了腐蚀对象的尺寸、形状的限制，且合理的空间设计保证产量最大化。通过调整碱腐蚀的原始工艺，使碱腐蚀系统具备大量生产任意形状、尺寸锗片/硅片的能力，以及避免人工操作带来的腐蚀不均匀问题，从而大大提高了锗片/硅片表面质量合格率和加工流程的效率。
普通的搅拌机构只是针对溶液的搅拌，清洗花篮只能静置于槽中。搅拌结束时，如果采用取出清洗花篮的方式，则不能同时保证所有清洗花篮片子取出，会造成腐蚀不均匀，后取出的清洗花篮比先取出的清洗花篮腐蚀更深，严重的话，会造成废片(腐蚀过量所导致)；如果采用排液的方式，则一方面排液时间不好把握，另一方面排液期间，静止的溶液会使底部晶片表面生成一层白色的沉淀或边缘位置有花篮印(越是底部的晶片，现象越明显)。本发明中特有的旋转木马结构则可以保证所有清洗花篮同步取出，取出的同时保证晶片表面溶液处于动态，最终使得晶片腐蚀量一致性以及表面质量好。
附图说明
图1为本发明现有技术圆片滚动机的结构示意图；
图2为本发明专用设备的结构示意图；
图3为本发明承载器的结构示意图；
图4为本发明清洗花篮的结构示意图。
其中1-立柱，2-升降杆，3-驱动电机，4-安全限位杆，5-横梁，6-转轴，7-转头，8-连接孔，9-支撑杆，10-连接柱，11-承载器，11-a-承载器盖子，11-b-承载器基底，11-c-支撑立柱，11-d-孔，12-反应槽，13-基底，14-排液口。
具体实施方式
本发明中，清洗花篮为常规规格市售，不仅仅局限于本申请附图中的形状和尺寸。
搅拌机构中，转轴和转头材质为不锈钢，支撑杆材质为聚酰胺或玻纤增强尼龙66，反应槽的材质为尼龙。承载器材质全部为聚四氟乙烯。
下面结合说明书附图对本发明进行进一步详述：
实施例1：
本发明涉及一种旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，设有横梁5，横梁5下方设有：
搅拌机构：具体来说，横梁5下方垂直设有转轴6和反应槽12，转轴6游离端连接转头7；转头7为柱状，沿着其轴向延伸方向依次设有若干连接孔8，连接孔8中可拆卸设有支撑杆9，支撑杆9为L型，游离端向下伸入反应槽12内，并且通过连接柱10连接承载器11；
升降机构：横梁下方5垂直设置升降杆2，升降杆2下方连接升降立柱1，立柱1底部设有用于支承的基底13。承载器设有承载器盖子11-a和承载器基底11-b，承载器盖子11-a和承载器基底11-b之间通过若干支撑立柱11-c连接，承载器盖子11-a顶部设有孔11-d，用于与连接柱10相连。
连接孔8分行与列排列，同行的连接孔8圆心在同一圆周线上，同列的连接孔8圆心在同一高线上。升降杆2和转轴6平行设置，用于控制转轴6的升降，且升降杆2和升降立柱1之间设有安全限位杆4，转轴6通过驱动电机3驱动，反应槽12底部设有排液口14。
下面对4英寸300um厚的单面研磨锗片的碱腐工艺过程进行详细描述：
包括如下步骤：
1)首先将升降杆升高到一定高度，预留出安装支撑杆9和承载器11的空间；
2)将8组支撑杆9通过连接孔8安装在转头6上；
3)然后在反应槽12中配制碱腐蚀液，具体为将固体NaOH、去离子水在反应槽中配制质量分数25％的NaOH溶液，向该溶液中加入质量分数为10％的H2O2，以及质量分数为5％的异丙醇，将装有研磨片的8组清洗花篮共200片放入承载器11中，再将承载器11安装在支撑杆9上；
4)最后下降清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时转轴开始工作，旋转速度设定为5转/分钟，旋转碱腐蚀100秒，提升转动杆，冲洗晶片30秒至100秒；
5)取下承载器，对锗片进行清洗、甩干、送检验，该批次的锗片表面光亮、整洁，去除量平均为6um，抽检的锗片强度为10.016 1bf。
实施例2：
下面对125mm×125mm 400um厚的双面研磨方形硅片的碱腐工艺过程进行详细描述：
1)、将升降搅拌机升高到一定高度，预留出安装支撑杆和承载器的空间；
2)、将16组支撑杆通过连接孔安装在转头上；
3)、用固体KOH、去离子水在反应槽中配制质量浓度为29％的KOH溶液；
4)将装有研磨片的16组清洗花篮(共计400片)分别放入16个承载器中，再分别将承载器安装在16组支撑杆上；
5)、下降清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时搅拌机开始工作，旋转速度设定为15转/分钟，旋转碱腐蚀360秒，后提升转动杆，冲洗晶片200秒；
6)、分别取下承载器，对硅片进行清洗、甩干、送检验；
7)、对本实施例中的硅片进行检验，该批次的硅片表面光亮、整洁，去除量平均为10um，抽检的锗片强度为8.58 1bf。
实施例3：
一种旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，包括如下步骤：
1)首先将升降杆升高到一定高度，预留出安装支撑杆9和承载器11的空间；
2)将支撑杆9通过连接孔8安装在转头6上；
3)然后在反应槽12中配制碱腐蚀液，碱液中，NaOH重量份数为29.99份，H2O2重量份数为15份，异丙醇重量份数为15份，将装有研磨片的清洗花篮放入承载器11中，再将承载器11安装在支撑杆9上；
4)最后下降晶片清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时转轴开始工作，旋转速度设定为1转/分钟至10转/秒，旋转碱腐蚀1分钟至10分钟后，提升转轴，冲洗晶片30秒至180秒；
5)取下承载器，对锗片/硅片进行清洗、甩干、送检验。
实施例4：
一种旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，包括如下步骤：
1)首先将升降杆升高到一定高度，预留出安装支撑杆9和承载器11的空间；
2)将支撑杆9通过连接孔8安装在转头6上；
3)然后在反应槽12中配制碱腐蚀液，碱液中，NaOH重量份数为1份，H2O2重量份数为1份，异丙醇重量份数为2份，将装有研磨片的清洗花篮放入承载器11中，再将承载器11安装在支撑杆9上；
4)最后下降晶片清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时转轴开始工作，旋转速度设定为1转/分钟至10转/秒，旋转碱腐蚀1分钟至10分钟后，提升转轴，冲洗晶片30秒至180秒；
5)取下承载器，对锗片/硅片进行清洗、甩干、送检验。
综上所述，本发明通过将搅拌机构设置成旋转木马结构，不仅可以最大程度上利用空间，而且对所载对象的外形没有限制。既满足腐蚀体系均匀，又对锗片/硅片形状没有要求，且能在纵向和横向上加大腐蚀晶片数量，满足后道工序对产量和质量的生产需求，克服了现有技术中无法解决的缺陷，从而大大提高了锗片/硅片表面质量合格率和加工流程的效率。

Claims (8)

1.一种旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，设有横梁(5)，其特征在于：所述的横梁(5)下方设有：
搅拌机构：所述的横梁(5)下方垂直设有转轴(6)和反应槽(12)，所述的转轴(6)游离端连接转头(7)；所述的转头(7)为柱状，沿着其轴向延伸方向依次设有若干连接孔(8)，所述的连接孔(8)可拆卸设有支撑杆(9)，支撑杆(9)为L型，游离端向下伸入反应槽(12)内，并且通过连接柱(10)连接承载器(11)；
升降机构：所述的横梁下方(5)垂直设置升降杆(2)，所述的升降杆(2)下方连接升降立柱(1)，立柱(1)底部设有用于支承的基底(13)。
2.如权利要求1所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，其特征在于：所述的承载器设有承载器盖子(11-a)和承载器基底(11-b)，所述的承载器盖子(11-a)和承载器基底(11-b)之间通过若干支撑立柱(11-c)连接，所述的承载器盖子(11-a)顶部设有孔(11-d)，用于与连接柱(10)相连。
3.如权利要求1所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，其特征在于：所述的连接孔(8)分行与列排列，同行的连接孔(8)圆心在同一圆周线上，同列的连接孔(8)圆心在同一高线上。
4.如权利要求1所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，其特征在于：所述的升降杆(2)和转轴(6)平行设置，用于控制转轴(6)的升降，且升降杆(2)和升降立柱(1)之间设有安全限位杆(4)。
5.如权利要求1所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀专用设备，其特征在于：所述的转轴(6)通过驱动电机(3)驱动。
6.一种使用权利要求1-5中的专用设备进行旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)首先将升降杆升高到一定高度，预留出安装支撑杆(9)和承载器(11)的空间；
2)将支撑杆(9)通过连接孔(8)安装在转头(6)上；
3)然后在反应槽(12)中配制碱腐蚀液，将装有研磨片的清洗花篮放入承载器(11)中，再将承载器(11)安装在支撑杆(9)上；
4)最后下降晶片清洗花篮浸入碱腐蚀溶液中，同时转轴开始工作，旋转速度设定为1转/分钟至10转/秒，旋转碱腐蚀1分钟至10分钟后，提升转轴，冲洗晶片30秒至180秒；
5)取下承载器，对锗片/硅片进行清洗、甩干、送检验。
7.如权利要求6中所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，其特征在于：所述的步骤3)中，碱腐蚀液由溶质，氧化剂和助剂组成，所述的溶质占碱腐蚀液的重量百分比范围为1％～29.99％，氧化剂所占碱腐蚀液的重量百分比范围为0～15％；助剂所占碱腐蚀液的重量百分比范围为0～15％。
8.如权利要求7所述的旋转锗片/硅片碱腐蚀的工艺，其特征在于：所述的溶质为NaOH或KOH，所述的氧化剂为H2O2或NaClO3，所述的助剂为异丙醇或乙醇或丙酮。
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CN113122929A (zh) * 2020-06-05 2021-07-16 北京世纪金光半导体有限公司 一种新型半导体单晶片位错密度检测腐蚀工装及方法

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