CN107958856A - 一种实验室用汽化蚀刻设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室用汽化蚀刻设备，包括密闭的操作箱体，操作箱体的两侧对应设置有凸出的进料口和出料口，进料口、操作箱体和出料口中设置有用于输送蚀刻工件的输送机构，还包括蚀刻液储槽、雾化汽化组件和汽相导出组件，雾化汽化组件与蚀刻液储槽相配合，汽相导出组件用于将蚀刻液汽化产物导出至输送机构顶端的蚀刻工件表面。该实验室用汽化蚀刻设备通过设置雾化汽化组件和汽相导出组件，通过将蚀刻液储槽中的蚀刻液雾化汽化呈细小的液滴，满足实验室小批量试验的需要，结构简单，使用和维护方便可靠。

Description

一种实验室用汽化蚀刻设备
技术领域
本发明涉及蚀刻设备技术领域，具体涉及一种实验室用汽化蚀刻设备。
背景技术
在微电子工业中，湿法刻蚀是通过化学刻蚀液和被刻蚀物质之间的化学反应将被刻蚀物质剥离下来的刻蚀方法。大多数湿法刻蚀是不容易控制的各向同性刻蚀。特点是适应性强，表面均匀性好、对硅片损伤少，几乎适用于所有的金属、玻璃、塑料等材料。缺点在于图形刻蚀保真表面不理想，刻蚀图形的最小线难以掌控；干法刻蚀的刻蚀剂是等离子体，是利用等离子体和表面薄膜反应，形成挥发性物质，或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀的工艺。特点是能实现各向异性刻蚀，从而保证细小图形转移后的保真性。缺点在于造价高，用于微流控芯片制备的较少。
实际操作中本领域技术人员发现，将蚀刻液汽化或者雾化呈微小液滴，并以一定的压力喷射在蚀刻工件的表面，能一定程度上改善湿法蚀刻最小线难以掌控的缺陷。现有技术中用于实验室小型试验的设备通常采用喷淋、浸泡能蚀刻手段，未见相关的汽化设备。因此，设计一种满足汽化蚀刻需要的实验室设备，是本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种实验室用汽化蚀刻设备，该蚀刻设备中配合设置有蚀刻液汽化设备和汽相导出组件，满足汽化蚀刻液并喷淋的试验需要。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种实验室用汽化蚀刻设备，包括密闭的操作箱体，操作箱体的两侧对应设置有凸出的进料口和出料口，进料口、操作箱体和出料口中设置有用于输送蚀刻工件的输送机构，其特征在于，还包括蚀刻液储槽、雾化汽化组件和汽相导出组件，雾化汽化组件与蚀刻液储槽相配合，汽相导出组件用于将蚀刻液汽化产物导出至输送机构顶端的蚀刻工件表面。
蚀刻液中组分存在升温分解的可能，或者组分之间升温下易发生反应，为了避免上述问题，优选的技术方案为，雾化汽化组件为设置在蚀刻液储槽中的超声雾化组件，或者为与蚀刻液储槽相通的射流雾化组件。超声雾化和射流雾化两种将蚀刻液雾化的方式均不用加热反应液，雾化或者汽化的汽相中各组分的含量与蚀刻液中一致。进一步的，雾化汽化组件包括但不限于上述两种常温雾化汽化的方式，还可采用现有技术中任意一种已知的雾化汽化方式替代，满足不破坏蚀刻液汽相组成、组分不分解、组分之间不发生反应的要求即可。
超声雾化组件利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将蚀刻液中物质的分子键打散而产生自然飘逸的雾态，与现有技术中的超声波加湿器雾化组件相同；射流雾化是根据文丘里喷射原理，利用压缩空气通过细小管口形成高速气流，产生的负压带动液体或其它流体一起喷射到阻挡物上，在高速撞击下向周围飞溅使液滴变成雾状微粒从出气管喷出。其中，射流雾化所采用的压缩空气必须为洁净处理后的压缩保护气体，通常为氮气。
为了保证蚀刻液雾化汽化后的汽相能稳定并具有一定压力喷射到工件表面，优选的技术方案为，汽相导出组件包含出汽管、补风机构、稳压阀和喷头，出气管的一端与蚀刻液储槽顶端或雾化汽化组件连接，另一端与喷头连接；补风机构与出汽管连接并用于向出汽管中补入洁净氮气；稳压阀连接在出汽管上，导出组件包含两个喷头，两个喷头相对设置在蚀刻工件的两侧斜上方，喷头的喷嘴倾斜向下设置。 喷嘴设置在工件斜上方可避免汽相液化后液滴滴落至工件表面，影响汽相在工件表面冷凝蚀刻的均匀性。由于直接采用雾化喷头喷出的液滴大小分布区间较大，而且，不同蚀刻液表面张力和粘度不一，采用相同的喷头所喷出的液滴大小也有区别。利用管道和部分机构进行送风，粒径较大的液滴与管壁接触液化，粒径较小的液滴喷出，液滴大小分布区间较小。
为了使上述的试验设备适用于不同大小工件的蚀刻处理，优选的技术方案为，喷头与定位件一一对应固定连接，所述定位件上配合设置有升降驱动机构和/或间距调节机构，升降驱动机构用于调节喷嘴与蚀刻工件的高度间距，间距调节机构用于调节两喷嘴的水平间距。
为了便于实现自动控制，优选的技术方案为，所述升降驱动机构为升降直线气缸，升降直线气缸的缸体与操作箱体的顶面连接，升降直线气缸的活塞杆与定位件固定连接。
为了简化驱动机构，减少导轨等部件的使用，避免向高洁净度的箱体中引入新的杂质，优选的技术方案为，升降直线气缸的缸体与操作箱体的顶面铰接连接，间距调节机构为斜撑直线气缸，斜撑直线气缸的缸体和活塞杆分别与升降直线气缸的缸体以及操作箱体的顶面铰接连接，升降直线气缸的中心轴和斜撑直线气缸的中心轴位于同一平面内。
为了避免汽相逸散在密闭箱体中，同时保证雾化汽化生成的汽相充分利用，优选的技术方案为，还包括汽相回收组件，汽相回收组件用于收集逸散至蚀刻元件周围的汽相。
部分蚀刻液反应需要在加热条件下进行，优选的技术方案为，密闭的操作箱体内设置有加热元件，或者补风机构上配合设置有加热元件；或者密闭的操作箱体内和补风机构上同时配合设置有加热元件。
进一步优选的技术方案为，汽相回收组件包括设置在汽相回收口、回收管和气泵，汽相回收口设置在工件周围和/或操作箱体侧壁，汽相回收口通过回收管与出汽管连接。
蚀刻反应完成后停机，需要将汽相排空，为了实现蚀刻液的充分回收，优选的技术方案为，汽相回收组件还包括冷凝器，回收管上连通设置有第一支管和第二支管，第一支管与出汽管连通，第二支管与冷凝器连通，冷凝器的冷凝液出口与蚀刻液储槽连通；操作箱体顶端设置有废气管，冷凝器的气体出口与废气管连通。
进一步的，上述的输送机构还可以增设喷淋头等，以适合多种蚀刻方式试验的需要。具体的，如CN 106086890 A中公开的方案，输送机构由若干个传送辊组合而成，传送辊上套设有输送轮，若干个输送轮组合成输送平面，蚀刻工件置于输送轮上方。
本发明的优点和有益效果在于：
该实验室用汽化蚀刻设备通过设置雾化汽化组件和汽相导出组件，通过将蚀刻液储槽中的蚀刻液雾化汽化呈细小的液滴，满足实验室小批量试验的需要，结构简单，使用和维护方便可靠。
附图说明
图1是本发明实验室用汽化蚀刻设备实施例1的外部结构示意图
图2是实施例1的剖视图；
图3是实施例2的结构示意图。
图中：1、操作箱体；2、进料口；3、出料口；4、输送机构；5、蚀刻液储槽；6、雾化汽化组件；7、汽相导出组件；71、出汽管；72、补风机构；73、稳压阀；74、喷头；8、废气管；9、定位件；10、升降直线气缸；11、斜撑直线气缸；12、加热元件；13、汽相回收口；14、回收管；15、气泵；16、冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1和2所示，实施例1实验室用汽化蚀刻设备，包括密闭的操作箱体1，操作箱体1的两侧对应设置有凸出的进料口2和出料口3，进料口2、操作箱体1和出料口3中设置有用于输送蚀刻工件的输送机构4，还包括蚀刻液储槽5、雾化汽化组件6和汽相导出组件7，雾化汽化组件6与蚀刻液储槽5相配合，汽相导出组件7用于将蚀刻液汽化产物导出至输送机构顶端的蚀刻工件表面。
雾化汽化组件6为设置在蚀刻液储槽5中的超声雾化组件。作为替代，雾化汽化组件还可以为与蚀刻液储槽5相通的射流雾化组件。
汽相导出组件7包含出汽管71、补风机构72、稳压阀73和喷头74，出气管71的一端与蚀刻液储槽5顶端连接，另一端与喷头74连接；补风机构72与出汽管71连接并用于向出汽管71中补入洁净氮气；稳压阀73连接在出汽管71上，导出组件包含两个喷头74，两个喷头74相对设置在蚀刻工件的两侧斜上方，喷头74的喷嘴倾斜向下设置。
实施例1操作箱体中的逸散汽相通过顶端的废气管排出。
实施例2
如图3所示，实施例2与实施例1的区别在于：喷头74与定位件9一一对应固定连接，定位件9上配合设置有升降驱动机构和/或间距调节机构，升降驱动机构用于调节喷嘴与蚀刻工件的高度间距，间距调节机构用于调节两喷嘴的水平间距。
升降驱动机构为升降直线气缸10，升降直线气缸10的缸体与操作箱体的顶面连接，升降直线气缸10的活塞杆与定位件9固定连接。
升降直线气缸10的缸体与操作箱体的顶面铰接连接，间距调节机构为斜撑直线气缸11，斜撑直线气缸11的缸体和活塞杆分别与升降直线气缸10的缸体以及操作箱体的顶面铰接连接，升降直线气缸10的中心轴和斜撑直线气缸11的中心轴位于同一平面内。
实施例2还包括汽相回收组件，汽相回收组件用于收集逸散至蚀刻元件周围的汽相。
密闭的操作箱体和补风机构上同时配合设置有加热元件12，加热元件用于加热补入的洁净氮气。
汽相回收组件包括设置在汽相回收口13、回收管14和气泵15，汽相回收口13设置在工件周围和操作箱体侧壁，汽相回收口通过回收管14与出汽管71连接。
汽相回收组件还包括冷凝器16，回收管14上连通设置有第一支管和第二支管，第一支管与出汽管71连通，第二支管与冷凝器16连通，冷凝器16的冷凝液出口与蚀刻液储槽5连通；操作箱体顶端设置有废气管17，冷凝器16的气体出口与废气管8连通。
使用时，首先将蚀刻工件放置在进料口的输送装置上，启动输送装置将蚀刻工件输送到蚀刻的预定位置，打开雾化汽化组件开始将蚀刻液雾化成微小液滴，控制补风量，保证含有微小液滴的气流以一定的压力喷射在蚀刻工件表面，持续作业，实施例2中的汽相回收组件同时将逸散在操作箱体中的汽相回收补入出汽管中，达到预定反应时间后，将逸散在操作箱体中的汽相回收至冷凝器中冷凝，液相回收至蚀刻液储槽中，启动输送装置将蚀刻工件输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实验室用汽化蚀刻设备，包括密闭的操作箱体，操作箱体的两侧对应设置有凸出的进料口和出料口，进料口、操作箱体和出料口中设置有用于输送蚀刻工件的输送机构，其特征在于，还包括蚀刻液储槽、雾化汽化组件和汽相导出组件，雾化汽化组件与蚀刻液储槽相配合，汽相导出组件用于将蚀刻液汽化产物导出至输送机构顶端的蚀刻工件表面。
2.根据权利要求1所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，雾化汽化组件为设置在蚀刻液储槽中的超声雾化组件，或者为与蚀刻液储槽相通的射流雾化组件。
3.根据权利要求1所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，汽相导出组件包含出汽管、补风机构、稳压阀和喷头，出气管的一端与蚀刻液储槽顶端或雾化汽化组件连接，另一端与喷头连接；补风机构与出汽管连接并用于向出汽管中补入洁净氮气；稳压阀连接在出汽管上，导出组件包含两个喷头，两个喷头相对设置在蚀刻工件的两侧斜上方，喷头的喷嘴倾斜向下设置。
4.根据权利要求3所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，喷头与定位件一一对应固定连接，所述定位件上配合设置有升降驱动机构和/或间距调节机构，升降驱动机构用于调节喷嘴与蚀刻工件的高度间距，间距调节机构用于调节两喷嘴的水平间距。
5.根据权利要求4所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，所述升降驱动机构为升降直线气缸，升降直线气缸的缸体与操作箱体的顶面连接，升降直线气缸的活塞杆与定位件固定连接。
6.根据权利要求5所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，升降直线气缸的缸体与操作箱体的顶面铰接连接，间距调节机构为斜撑直线气缸，斜撑直线气缸的缸体和活塞杆分别与升降直线气缸的缸体以及操作箱体的顶面铰接连接，升降直线气缸的中心轴和斜撑直线气缸的中心轴位于同一平面内。
7.根据权利要求3所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，还包括汽相回收组件，汽相回收组件用于收集逸散至蚀刻元件周围的汽相。
8.根据权利要求3所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，密闭的操作箱体内设置有加热元件，或者补风机构上配合设置有加热元件；或者密闭的操作箱体内和补风机构上同时配合设置有加热元件。
9.根据权利要求7所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，汽相回收组件包括设置在汽相回收口、回收管和气泵，汽相回收口设置在工件周围和/或操作箱体侧壁，汽相回收口通过回收管与出汽管连接。
10.根据权利要求9所述的实验室用汽化蚀刻设备，其特征在于，汽相回收组件还包括冷凝器，回收管上连通设置有第一支管和第二支管，第一支管与出汽管连通，第二支管与冷凝器连通，冷凝器的冷凝液出口与蚀刻液储槽连通；操作箱体顶端设置有废气管，冷凝器的气体出口与废气管连通。
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