CN117524942A - 一种垂直浸洗蚀刻装置及刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种垂直浸洗蚀刻装置及刻蚀方法，包括：垂直固定件，所述垂直固定件内部开设有反应腔，所述反应腔的开口用于密封连接待加工件，使所述待加工件的刻蚀面垂直于水平面并位于所述反应腔的内侧；所述反应腔的底部设置有刻蚀液的输入口，用于刻蚀液从底部注入直至充满所述反应腔；排液阀，所述排液阀连接在反应腔的底部，用于将反应后的刻蚀液，和/或，清洁后的纯水从反应腔内排出；所述反应腔的底部设置有进水口，用于使纯水从底部注入直至充满所述反应腔使清洗刻蚀后的刻蚀面。

Description

一种垂直浸洗蚀刻装置及刻蚀方法
技术领域
本申请涉及垂直浸洗蚀刻装置技术领域，尤其涉及一种垂直浸洗蚀刻装置及刻蚀方法。
背景技术
浸洗蚀刻是一种常见的工艺，主要用于制造半导体器件、集成电路(IC)、光学元件和微纳加工等领域。
在半导体制造过程中，浸洗蚀刻用于去除不需要的材料，如金属、氧化物或光刻胶，从而形成所需的电路图案和结构。这个过程通常涉及将硅片暴露在蚀刻液中，以选择性地去除材料。
IC制造中的蚀刻步骤是将金属和绝缘层材料逐渐去除，以形成电路的特定结构和连接。这些步骤使用浸洗蚀刻来控制材料的选择性去除，并实现微小尺寸和复杂结构的精确定义。
在光学元件制造中，浸洗蚀刻可用于控制玻璃或晶体材料的形状和表面特征。例如，在制造光学透镜时，可以使用蚀刻工艺来调整曲率半径或形成特定的光学表面。
浸洗蚀刻是微纳加工中常用的步骤，用于制造微细结构和纳米尺寸的器件。这些应用包括微电子机械系统(MEMS)、纳米传感器、微流体芯片等。
目前为了对需要单面刻蚀的工件处理，由于需要刻蚀的工件表面在接触水时会出现气泡，而气泡会影响刻蚀液对工件表面的刻蚀处理，从而采用倾斜式的浸入方式排出会影响刻蚀质量的气泡。
但是，采用倾斜式浸泡方式，会导致板面上不同高度处接触刻蚀药液时间长短的不同，进而导致位于最低点的工件板面接触药液的时间较长，药液对最低点的刻蚀程度和对最高点的刻蚀程度不同，进而导致蚀刻均一性不佳。
因此，仍需要一种垂直浸洗蚀刻装置及刻蚀方法，以解决上述问题。
申请内容
本申请提供了解决上述问题的一种垂直浸洗蚀刻装置。
本申请的目的采用以下技术方案实现：
一种垂直浸洗蚀刻装置，包括：垂直固定件，所述垂直固定件内部开设有反应腔，所述反应腔的开口用于密封连接待加工件，使所述待加工件的刻蚀面垂直于水平面并位于所述反应腔的内侧；
所述反应腔的底部设置有刻蚀液的输入口，用于刻蚀液从底部注入直至充满所述反应腔；
排液阀，所述排液阀连接在反应腔的底部，用于将反应后的刻蚀液，和/或，清洁后的纯水从反应腔内排出；
所述反应腔的底部设置有进水口，用于使纯水从底部注入直至充满所述反应腔使清洗刻蚀后的刻蚀面。
在一个实施例中，还包括夹持件和密封件，所述夹持件呈环形分布在所述反应腔的开口外侧，所述夹持件具有调节把手和紧固头，通过所述调节把手调节所述紧固头将所述待加工件通过密封件密封连接所述垂直处置固定件。
在一个实施例中，所述垂直固定件的顶部开设有排气孔，所述排气孔连通所述反应腔和外部，当所述反应腔内的液位升或降时，用于平衡所述反应腔内部的气压。
在一个实施例中，所述垂直固定件的内壁上靠近顶部开设有溢流口。
在一个实施例中，所述溢流口对应的垂直固定件的外侧设置有双通阀，所述双通阀的总管连通所述溢流口，所述双通阀的支管至少包括药液溢流气动球阀和水溢流气动球阀，当所述反应腔内的刻蚀液液位上升时，所述药液溢流气动球阀打开，水溢流气动球阀关闭；
当所述反应腔内的水位上升时，所述水溢流气动球阀打开，药液溢流气动球阀关闭。
在一个实施例中，所述排液阀包括第一泄流阀和第二泄流阀，所述第一泄流阀和第二泄流阀分别设置在所述反应腔的底部不相邻的两侧，当所述刻蚀液从反应腔排出时，所述第一泄流阀打开，第二泄流阀关闭；
当所述纯水从反应腔排出时，所述第一泄流阀关闭，第二泄流阀打开。
在一个实施例中，还包括设置在反应腔的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件，所述喷射件均匀分布在所述反应腔的内壁，并且喷射件的喷射孔朝向所述待加工件的刻蚀面，用于喷射纯水清洗所述刻蚀面上的刻蚀液。
一种刻蚀方法，使用上述任意一项所述的垂直浸洗蚀刻装置，包括：
S1：将待加工件固定在所述固定垂直件上，使待刻蚀的一侧朝向反应腔的内侧并垂直于水平面；
S2：通过输入口向所述反应腔内注入刻蚀液，并在10s内使液面从待刻蚀的刻蚀面底端升至刻蚀面的顶部，停止输入刻蚀液；
S3：打开排液阀，使刻蚀液在10s内从所述反应腔内排完；
S4：关闭所述排液阀，将纯水在10s内通过进水口注入满反应腔的内部，停止输入纯水；
S5：打开所述排液阀，使纯水在10s内从所述反应腔内排完。
在一个实施例中，所述垂直固定件的内壁上靠近顶部开设有溢流口；所述溢流口对应的垂直固定件的外侧设置有双通阀，所述双通阀的总管连通所述溢流口，所述双通阀的支管至少包括药液溢流气动球阀和水溢流气动球阀，所述药液溢流气动球阀和所述水溢流气动球阀分别通过水泵连通所述垂直固定件的内壁的底部；所述S2包括：
S21：将刻蚀液从输入口输入到反应腔内；
S22：直至注入到液面到达溢流口以上，停止输入刻蚀液，并将水泵启动，使刻蚀液从底部循环注入反应腔内；
S23：关闭水泵；
所述S4包括：
S41：将水从进水口14输入到反应腔内；
S42：直至注入到液面到达溢流口以上，停止输入纯水，并启动水泵，使刻蚀液从底部循环注入反应腔内；
S43：关闭水泵。
在一个实施例中，所述垂直浸洗蚀刻装置还包括设置在反应腔的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件；
还包括位于S41和S42之间的S5：将喷射件打开，使纯水喷向刻蚀面上。
与现有技术相比，本申请的有益效果至少包括：
将待加工的工件垂直固定在反应腔的内侧，使需要接触到刻蚀液的一侧位于反应腔内。待刻蚀的一面垂直设置在反应腔内，液体在注入时，能够在短时间，从而待刻蚀的一面最低点提升至最高点，缩小反应时间差，进而保证刻蚀的一致性，待刻蚀的表面和液面存在夹角不会由于气泡的残留影响刻蚀表面，也无需通过复杂的机构来夹持工件使一侧均匀快速蚀刻。
附图说明
图1是本申请实施例的垂直浸洗蚀刻装置结构示意图一；
图2是本申请实施例的垂直浸洗蚀刻装置结构示意图二。
图中：1、垂直固定件；11、反应腔；12、输入口；13、排液阀；14、进水口；2、夹持件；21、调节把手；22、紧固头；3、密封件；4、排气孔；5、溢流口；6、双通阀；61、药液溢流气动球阀；62、水溢流气动球阀；7、第一泄流阀；8、第二泄流阀；9、喷射件。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。
参照图1-2，本申请提供了一种垂直浸洗蚀刻装置，包括：垂直固定件1、排液阀13。
所述垂直固定件1内部开设有反应腔11，所述反应腔11的开口用于密封连接待加工件，使所述待加工件的刻蚀面垂直于水平面并位于所述反应腔11的内侧。
待加工件例如是板状结构，板状结构上需要刻蚀的一侧加工有待刻蚀的材料，待刻蚀的材料在遇到刻蚀液后会发生化学反应，在待加工件上形成指定的图案或形状。
所述反应腔11的底部设置有刻蚀液的输入口12，反应腔11内例如是一个矩形腔体，用于刻蚀液从底部注入直至充满所述反应腔11。所述排液阀13连接在反应腔11的底部，用于将反应后的刻蚀液，和/或，清洁后的纯水从反应腔11内排出。所述反应腔11的底部设置有进水口14，用于使纯水从底部注入直至充满所述反应腔11使清洗刻蚀后的刻蚀面。在将待加工的工件一侧贴合在反应腔11内部，垂直固定件1上的反应腔11是一个带有开口的腔体，在工作时，先将待加工件上需要加工的一侧贴合在反应腔11的开口上，然后通过输入口12，刻蚀液在很短的时间内从最底部快速提升液面的高度直至完全浸没待加工件上需要刻蚀的最顶点，并刻蚀反应一段时间，然后将刻蚀液从底部的排液阀13排出。然后，纯水从最下方的进水口14进入到反应腔11的内部，将待加工件位于反应腔11一侧的表面上的刻蚀液，清洗下来，直至液面完全淹没待加工面上的最高点，然后启动排液阀13件将纯水排出，以将清洁后的废液排出，完成蚀刻。通过将待加工件的待加工面垂直置于反应腔11内，然后在极短的时间内，将刻蚀液从最底部快速提升至代加工面的最高点，以将待加工面上的表面化学反应，产生指定的形状，缩短最低点和最高底点的反应时间差，有利于保持待加工面的一致性，并且用于清洗刻蚀液的纯水从待加工面的最低点在短时间内提升至待加工面的最高点，快速终止刻蚀液在待加工面上的反应，同样能够保持较高的一致性，能够减少待加工面上最高点和最低点之间的刻蚀程度差距。
在一个实施例中，还包括夹持件2和密封件3，所述夹持件2呈环形分布在所述反应腔11的开口外侧，所述夹持件2具有调节把手21和紧固头22，通过所述调节把手21调节所述紧固头22将所述待加工件通过密封件3密封连接所述垂直处置固定件。密封件3例如是呈环形分布的耐腐蚀性弹性圈，材质在此不做限定。夹持件2的固定座连接在垂直固定件1的外侧靠近反应腔11的开口处，在工作时，先将待加工件的一侧贴合在密封件3上，然后依次将周围的夹持件2上的调节把手21下压，压力通过杠杆的形式抵接在待加工件上的外侧表面。无需通过其他复杂的机构来将板状的待加工件固定，并将该待测件以其他复杂的位姿进入到刻蚀液中，将待加工件的表面刻蚀。
在一个具体实施例中，所述垂直固定件1的顶部开设有排气孔4，所述排气孔4连通所述反应腔11和外部，当所述反应腔11内的液位升或降时，用于平衡所述反应腔11内部的气压，由利于反应腔11内的液位快速稳定的升降，不受气压的影响，当刻蚀液从底部快速注入到反应腔11内时，反应腔11内的空气快速从顶部的排气口排出，保证气压不会阻止刻蚀液从底部升到顶部的速率，从而减小待刻蚀表面的最低点和最高点的差异。
更具体的，所述垂直固定件1的内壁上靠近顶部开设有溢流口5，当液体上升到反应腔11内的顶部时，液体可以通过溢流口5流出到外部，防止内部刻蚀液或纯水超出反应腔11的最大限度时，多余的水流可以通过溢流口5到达外界，防止反应腔11内的液体压力过大而出现事故。
在一个实施例中，所述溢流口5对应的垂直固定件1的外侧设置有双通阀6，所述双通阀6的总管连通所述溢流口5，所述双通阀6的支管至少包括药液溢流气动球阀61和水溢流气动球阀62，当所述反应腔11内的刻蚀液液位上升时，所述药液溢流气动球阀61打开，水溢流气动球阀62关闭。
当所述反应腔11内的水位上升时，所述水溢流气动球阀62打开，药液溢流气动球阀61关闭。当刻蚀液在注入到达容量上限时，药液溢流气动球阀61打开，多余的药液通过药液溢流气动球阀61流出，药液溢流气动球阀61的另一端可以连通对应的收纳箱，多余的刻蚀液可以回收，并在下一次刻蚀过程中，重复利用。
在另一个实施例中，所述排液阀13包括第一泄流阀7和第二泄流阀8，所述第一泄流阀7和第二泄流阀8分别设置在所述反应腔11的底部不相邻的两侧，当所述刻蚀液从反应腔11排出时，所述第一泄流阀7打开，第二泄流阀8关闭。
当所述纯水从反应腔11排出时，所述第一泄流阀7关闭，第二泄流阀8打开。方便刻蚀液或纯水在排放时，快速回流到装置内部。
在一个实施例中，还包括设置在反应腔11的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件9，所述喷射件9均匀分布在所述反应腔11的内壁，并且喷射件9的喷射孔朝向所述待加工件的刻蚀面，用于喷射纯水清洗所述刻蚀面上的刻蚀液。通过在反应腔11的内壁设置可以将待加工件表面的刻蚀反应终止的喷射件9，喷射件9能够喷射均匀的纯水，统一时间内终止待加工件上所有刻蚀反应，保证刻蚀的一致性，
本发明还提供了一种刻蚀方法，使用如上述任意一项所述的垂直浸洗蚀刻装置，包括；S1-S5。
S1：将待加工件固定在所述固定垂直件上，使待刻蚀的一侧朝向反应腔11的内侧并垂直于水平面。加工件例如是板状结构，先将板状的待加工件需要刻蚀的一面贴合并朝向反应腔11的内部，然后将待加工件固定。
S2：通过输入口12向所述反应腔11内注入刻蚀液，并在10s内使液面从待刻蚀的刻蚀面底端升至刻蚀面的顶部，停止输入刻蚀液。通过外部的水泵或者其他的加压设备将刻蚀液快速注入到反应腔11内，直至达到指定的液位后，停止输送。
S3：打开排液阀13，使刻蚀液在10s内从所述反应腔11内排完。反应一段时间后，刻蚀液例如在4.28秒以内将反应腔11内的刻蚀液快速排完。
S4：关闭所述排液阀13，将纯水在10s内通过进水口14注入满反应腔11的内部，停止输入纯水。
S5：打开所述排液阀13，使纯水在10s内从所述反应腔11内排完。
在另一个实施例中，所述垂直浸洗蚀刻装置还包括设置在反应腔11的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件9。
在一个实施例中，所述垂直固定件1的内壁上靠近顶部开设有溢流口5；所述溢流口5对应的垂直固定件1的外侧设置有双通阀6，所述双通阀6的总管连通所述溢流口5，所述双通阀6的支管至少包括药液溢流气动球阀61和水溢流气动球阀62，所述药液溢流气动球阀61和所述水溢流气动球阀62分别通过水泵连通所述垂直固定件1的内壁的底部。
所述S2包括：
S21：将刻蚀液从输入口12输入到反应腔11内。将刻蚀液通过外部的储存设备通过输入口12注入到反应腔11的内部。
S22：直至注入到液面到达溢流口5以上，停止输入刻蚀液，并将水泵启动，使刻蚀液从底部循环注入反应腔11内。将内部的刻蚀液循环流动的状态反复进入反应腔11内，使待加工件上的表面刻蚀液能够充分同时的，提升刻蚀液和待加工件的充分反应，保证多个待加工件上的多个位置同时和刻蚀液反应，提升刻蚀的一致性。
S23：关闭水泵；
所述S4包括：
S41：将水从进水口14输入到反应腔11内。
S42：直至注入到液面到达溢流口5以上，停止输入纯水，并启动水泵，使刻蚀液从底部循环注入反应腔11内。将水流循环进入反应腔11，能够同时充分的清洗待加工件上的刻蚀液，充分的终止药液对待加工件的反应，保证待加工件上刻蚀进程的一致性。
S43：关闭水泵。
在一个实施例中，还包括位于S41和S42之间的S5：
S51：将喷射件9打开，使纯水喷向刻蚀面上。在输送时，纯水的喷射方式可以有两种，第一种是仅仅通过反应腔11的下方的输入口12进入到反应腔11内，另一种是同时开启进水口14和通过喷射件9上喷水方式，将待刻蚀的表面刻蚀液清洁下来。通过喷射件9的辅助清洁下，能够快速将待刻蚀的表面的刻蚀液清洁，然后随着水位的上升直至完全淹没完成深度清洁，保证待刻蚀的表面的一致性。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下，在申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，包括：
垂直固定件，所述垂直固定件内部开设有反应腔，所述反应腔的开口用于密封连接待加工件，使所述待加工件的刻蚀面垂直于水平面并位于所述反应腔的内侧；
所述反应腔的底部设置有刻蚀液的输入口，用于刻蚀液从底部注入直至充满所述反应腔；
排液阀，所述排液阀连接在反应腔的底部，用于将反应后的刻蚀液，和/或，清洁后的纯水从反应腔内排出；
所述反应腔的底部设置有进水口，用于使纯水从底部注入直至充满所述反应腔使清洗刻蚀后的刻蚀面。
2.根据权利要求1所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，还包括夹持件和密封件，所述夹持件呈环形分布在所述反应腔的开口外侧，所述夹持件具有调节把手和紧固头，通过所述调节把手调节所述紧固头将所述待加工件通过密封件密封连接所述垂直处置固定件。
3.根据权利要求1所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，所述垂直固定件的顶部开设有排气孔，所述排气孔连通所述反应腔和外部，当所述反应腔内的液位升或降时，用于平衡所述反应腔内部的气压。
4.根据权利要求3所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，所述垂直固定件的内壁上靠近顶部开设有溢流口。
5.根据权利要求4所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，所述溢流口对应的垂直固定件的外侧设置有双通阀，所述双通阀的总管连通所述溢流口，所述双通阀的支管至少包括药液溢流气动球阀和水溢流气动球阀，当所述反应腔内的刻蚀液液位上升时，所述药液溢流气动球阀打开，水溢流气动球阀关闭；
当所述反应腔内的水位上升时，所述水溢流气动球阀打开，药液溢流气动球阀关闭。
6.根据权利要求1所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，所述排液阀包括第一泄流阀和第二泄流阀，所述第一泄流阀和第二泄流阀分别设置在所述反应腔的底部不相邻的两侧，当所述刻蚀液从反应腔排出时，所述第一泄流阀打开，第二泄流阀关闭；
当所述纯水从反应腔排出时，所述第一泄流阀关闭，第二泄流阀打开。
7.根据权利要求1所述的垂直浸洗蚀刻装置，其特征在于，还包括设置在反应腔的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件，所述喷射件均匀分布在所述反应腔的内壁，并且喷射件的喷射孔朝向所述待加工件的刻蚀面，用于喷射纯水清洗所述刻蚀面上的刻蚀液。
8.一种刻蚀方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任意一项所述的垂直浸洗蚀刻装置，包括；
S1：将待加工件固定在所述固定垂直件上，使待刻蚀的一侧朝向反应腔的内侧并垂直于水平面；
S2：通过输入口向所述反应腔内注入刻蚀液，并在10s内使液面从待刻蚀的刻蚀面底端升至刻蚀面的顶部，停止输入刻蚀液；
S3：打开排液阀，使刻蚀液在10s内从所述反应腔内排完；
S4：关闭所述排液阀，将纯水在10s内通过进水口注入满反应腔的内部，停止输入纯水；
S5：打开所述排液阀，使纯水在10s内从所述反应腔内排完。
9.根据权利要求8所述的刻蚀方法，其特征在于，所述垂直固定件的内壁上靠近顶部开设有溢流口；所述溢流口对应的垂直固定件的外侧设置有双通阀，所述双通阀的总管连通所述溢流口，所述双通阀的支管至少包括药液溢流气动球阀和水溢流气动球阀，所述药液溢流气动球阀和所述水溢流气动球阀分别通过水泵连通所述垂直固定件的内壁的底部；所述S2包括：
S21：将刻蚀液从输入口输入到反应腔内；
S22：直至注入到液面到达溢流口以上，停止输入刻蚀液，并将水泵启动，使刻蚀液从底部循环注入反应腔内；
S23：关闭水泵；
所述S4包括：
S41：将水从进水口输入到反应腔内；
S42：直至注入到液面到达溢流口以上，停止输入纯水，并启动水泵，使刻蚀液从底部循环注入反应腔内；
S43：关闭水泵。
10.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述垂直浸洗蚀刻装置还包括设置在反应腔的内壁并朝向所述待加工件的刻蚀面一侧的喷射件；
还包括位于S41和S42之间的S5：将喷射件打开，使纯水喷向刻蚀面上。
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