CN1545134A - 半导体薄膜表面刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“半导体薄膜表面刻蚀设备”，属于半导体材料和器件的制造设备。本发明是针对大尺寸工件的批量刻蚀和清洗，采用机械操作，以求低成本、高生产效率、持续稳定的运行。其技术特点是：整机由一系列刻蚀、清洗、干燥单元组合成，新型溶液池和干燥台单元的设计，适用各种尺寸和材料的工件刻蚀，可选用多种刻蚀液组合。特殊池盖的设计便于自动操作，适于挥发性或腐蚀性的处理溶液。本发明可用于半导体薄膜器件的化学刻蚀。

Description

半导体薄膜表面刻蚀设备

一、技术领域

本发明属于半导体材料和器件的制造设备

二、背景技术

碲化镉薄膜太阳电池和其他半导体薄膜器件的制造技术中，常常包含称为“刻蚀”的一道关键工序。例如碲化镉薄膜太阳电池，要将经过热处理的碲化镉薄膜进行表面处理，从而改善此层薄膜与其后沉积的下一层半导体膜层的界面状态，可大大提高太阳电池的质量和转换效率。但是若刻蚀不充分和过度的刻蚀都将严重影响器件质量，导致各项参数指标的变差。

对一些半导体器件，“刻蚀”是采用所谓干法技术。这种技术是将器件放在真空室内，用等离子体轰击其表面，以剥离其表层来起到刻蚀作用。此种方法需要昂贵的设备，在处理面积较大的器件时，设备的成本更要大幅度增加。因此，在一些器件的制造过程中，常采用湿法刻蚀技术，例如，在实验室中采用下述方式来实现碲化镉薄膜表面的刻蚀：

1、用手工工具夹持或取放碲化镉膜(太阳电池)工件(也称为基片)。

2、刻蚀是在盛有专用的刻蚀剂甲醇溶液(或其他溶液)的玻璃容器中进行。

3、在溶液中摇晃基片并计时。

4、从刻蚀液中取出基片，用甲醇等清洗液冲洗基片上的残液，再用干燥氮气吹干。

此种方式具存下述明显缺点：

1、仅适用于小型样品(＜20cm²)上的刻蚀。

2、每次只能单片操作。

3、工序中每一步操作的随意性较大，手工操作带有许多不确定性因素。

4、刻蚀和清洗对试剂的利用率低，浪费大。

5、不能用于大面积器件的刻蚀，更不能用于规模化生产。

三、发明内容

本发明的目的，是克服对上述的现有技术的缺点，而设计出一种适于大尺寸、批量刻蚀、高生产效率的，刻蚀过程能重复稳定的专用设备。

1、本发明的半导体薄膜表面刻蚀设备，整机如图1所示，由刻蚀清洗部分，工件干燥部分，工件传送部分构成。用多个基本单元积木式地组合来构成刻蚀设备的主体。

2、本发明设备，适于薄型长方形工件竖立放置在池内处理，池体大小及本设备其他部件均可根据工件的具体尺寸而变通作相应的缩放。

3、本发明设备(图1)选用多个溶液池紧邻排列来完成一系列的液相刻蚀及清洗过程。紧邻排列可减少各溶液池各液相处理步骤之间的时间间隙，缩短生产周期。实际溶液池个数可以按工艺需要来选取，溶液池在设计上满足数个溶液池拼接成整体的组合要求，又很方便于拆分，便于检修或更换。

4、本发明的专用溶液池，如图2所示。每个溶液池就是一个液相刻蚀清洗的独立的单元。溶液池池壁CB使用能防化学腐蚀和较好强度的材料制成，池内壁经特种高分子材料涂敷。整个溶液池便于加工、维修、清洗。溶液池具有上液入口F1和下液排放口F2，池壁外侧带有溶液池组合连接的锁扣装置ZB。溶液池依靠支架Y1下面装的4只足轮L1、L2等，可以灵活移动，足轮上装有制动闸LZ。

5、溶液池配用专门设计的特殊双向双开的耐腐蚀材料池盖(见图3)，池盖由水平放置的两扇长条形门MG构成，其转轴位于池内壁上沿的下方一定距离处。通常状态下溶液池盖呈关闭状态。闭合时池盖中心留有孔MK供工件支杆通过。当工件进入溶液池时自动推开池盖(向下)后又自动关上，当工件提升退出溶液池时，自动推开池盖(向上)后又自动关上。使用弹簧H来定位或恢复池盖的水平关闭位置。池盖的4根转轴是特殊设计：内端ZA插入池盖转轴套中，同时也固定了池盖的开关弹簧H；中部带螺纹，固定在池壁内；外端ZB伸出池壁，充当相邻溶液池组合时的固定锁扣的阴扣。池盖可方便拆下、清洗，或者暂时拆掉不用。

6、溶液池底部加装超声振荡器(图2中K1)，以提高液体对工件处理的均匀性，并可去除工件表面上的偶然附有的小气泡或固态小颗粒。K1也可以是磁力搅拌器，带动溶液池内底部的磁性搅拌棍转动；K1也可以是电加热板，对溶液池内的溶液加热。

7、采用多片工件集合式处理(图1中的S2)。本发明使用一种专用的工件组合夹具，来达到工件集合处理的要求。夹具尺寸按照工件大小确定，每两工件背靠背贴紧竖放，需腐蚀的表面向外。

夹具具有下列优点：

(1)可同时容纳处理多片工件。

(2)可达到工件正面刻蚀清洗而背面被保护的目的。

(3)工件在组合夹具中很方便的装入、拆下及灵巧定位。

(4)组合夹夹既方便于手持提携，也方便于机械吊运。

(5)组合夹具上下两端设有推动溶液池池盖的推块。

8、本发明具有专用的工件干燥台，见图4。干燥台上表面是工件台P2，竖立有吹风管道J，带有多个喷口。干燥台箱体内是气路、控制阀门，和气体加热器。图4中干燥台前表面的控制板上，排布有电磁阀开关V1、V2，气体加热开关V3；气体流量调节手柄T1、T2，气体加热功率调节手柄T3。。两种气体由Q1和Q2进入干燥台，经电磁阀和流量控制阀进入气体加热器，再由吹风管J上的喷口喷出。Y3是支架，L3是足轮。

四、附图说明

图1本发明半导体薄膜表面刻蚀设备的结构图。

图2本发明的液相处理池。左图A1与右图A2分别为侧视图与正视图。

图3溶液池池盖的俯视结构图。

图4工件干燥台的前视图。

图5本发明的刻蚀设备的组合结构之一，由4个溶液池灵活组成，池盖和池底部的超声振荡器是可选部件。

五、具体实施方式

按照本发明内容所述要点，选用多个溶液池的组合系统，依次按需要盛装不同的化学处理溶液，对工件采用逐池处理方式进行，最后可用干燥台进行工件干燥。

实施例1：刻蚀设备是用4个专用溶液池(C1，C2，C3，C4)组合成的联结体，见图5。4个溶液池内依序装入不同的处理溶液：溴甲醇溶液、甲醇、无水酒精、去离子水，依序进行刻蚀处理。C1、C2、C3、C4溶液池之间通过连接固定扣件L固定。溶液池下部装有组件超声振荡器K1，K2等。每个溶液池可通过进液管阀门F1添加鲜液和排液管阀门F2排放陈液，并保持确定的液面高度。

图例中，溶液池使用了本发明的专用双向双开池盖M1、M2、M3。对于挥发性不强的液体(例如C4池)可省去池盖。池盖的开闭方式，除用工件夹具的自动碰撞开启外，也可以设计为足踏开启式。

实施例2：图5中，C1、C2溶液池下部装有超声振荡器K1、K2。各个溶液池可以根据需要决定配装超声振荡器与否。K1、K2也可以是磁力搅拌器，也可以是电加热器，或者是其他附件。

实施例3：见图1。设备主体由4个溶液池(C1，C2，C3，C4)的组合联体(参见图5)，加上干燥台G1(详见图4)构成。P1是工件台，将多片工件在此装进夹具内。S2是装有多片工件的组合夹具，正位于溶液池中。4个溶液池内装不同的处理溶液，依序排列，依序进行刻蚀处理。在干燥台G1的P2台面上，利用喷气管对工件进行吹干处理，通过电磁阀按钮可选用氮气或压缩空气，也可以选用加热的气体；通过调节装置可以调节气体流量和加热功率。

实施例4：上例中的干燥台可有多种实施方式。工件夹具放在工件台P2上，P2可以固定不动，也可以水平转动。喷气管固定在台面上，正对工件表面工作；喷气管也可以通过金属软管连接，成为可变向、可变位的工作方式。气体加热方法，气体在盘管内流过，盘管外卷绕电加热带。也可以是气体通过加热腔，被加热腔内的电阻热丝加热。也可以不用电阻热丝，代之以陶瓷加热板，或者红外线加热板。

实施例5：在实施例3基础上，加装由吊运滑轮D2，吊运滑轨D1组成工件传送装置。S1是正在吊运中的装有多片工件的组合夹具，夹具上方和下方设有推块，在夹具上下进出溶液池时推开双向双开池盖。

传送装置可以用手控按钮操作，也可以使用行程开关或定时器进行自动控制。

实施例6：上述实施例中均可增加环境保护措施。为防止废蒸汽的扩散污染，整个设备置于半封闭罩内，顶部加装抽风装置，排放刻蚀过程中挥发的刻蚀液蒸汽。也可以加装尾气处理装置，过滤或收集排放尾气中的某些成分。

Claims (6)

1、一种半导体薄膜表面刻蚀设备，特点是由数个专用刻蚀清洗溶液池和干燥台构成。

2、如权利要求1所述的刻蚀设备，溶液池个数可按需选取，各溶液池间采用积木式组合。

3、一种薄型工件的刻蚀清洗溶液池，其特征是池体用强度好耐腐蚀的金属材料制造，内壁用化学性能稳定的高分子涂层。

4、如权利要求3所述的溶液池，带有上加液装置，下排液装置；下面有支架及滚轮，滚轮有制动闸；池底外侧贴有电器附件(如超声振荡器、磁力搅拌器、电加热器等选件)；池壁外侧有供相邻溶液池作组合连接和固定用的扣件。

5、如权利要求3所述的溶液池，其特征是特殊的池盖。池盖具有下述特点：池盖为长条状双扇门，轻质耐腐蚀材料制成；池盖被推动可以向上或向下作双向开合旋转；特制的转轴及弹簧保证池盖自动关闭。

6、一种半导体薄膜工件干燥台，其特征是气体多喷嘴对大面积工件的吹风干燥，气体种类和风量、气体温度可选择控制。

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