一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构及其使用方法
阅读说明：本技术 一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构及其使用方法 (Automatic etching mechanism based on electrophoresis technology and use method thereof ) 是由 许红梅 闫艳琴 王迪 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构,包括操作面,刻蚀液操纵组件,操作面上阵列设置有若干安装槽；每个硅片根据光刻胶图案黏附有刻蚀腔体,每个刻蚀腔体的上方均对应有刻蚀操纵组件；每层刻蚀腔体均由增强纤维构筑而成,增强纤维通过若干支撑纤维固定；每个刻蚀腔体从顶层向下以三个增强纤维为涂布周期布置有亲疏水性不同的增强纤维,涂布周期包括两个超亲水介质层、一个涂布有超疏水介质层；刻蚀操纵组件包括若干等角度布置的喷头和导电纤维；每个喷头能够自动切换到刻蚀操纵组件的中心实现下料；导电纤维沿同心圆轨迹运动。该设备基于电泳操纵液滴的技术,通过电场的强弱变化,液滴表面的电荷发生迁移,改变液体表面的张力,达到平整液面的目的。(The invention discloses an automatic etching mechanism based on an electrophoresis technology, which comprises an operation surface and an etching liquid control assembly, wherein a plurality of mounting grooves are formed in the operation surface in an array manner; each silicon chip is adhered with an etching cavity according to the photoresist pattern, and an etching control assembly is correspondingly arranged above each etching cavity; each layer of etching cavity is constructed by reinforced fibers, and the reinforced fibers are fixed by a plurality of supporting fibers; each etching cavity is provided with reinforced fibers with different hydrophilicity and hydrophobicity from the top layer to the bottom layer by taking three reinforced fibers as a coating period, and the coating period comprises two super-hydrophilic dielectric layers and one super-hydrophobic dielectric layer; the etching control component comprises a plurality of nozzles and conductive fibers which are arranged at equal angles; each spray head can be automatically switched to the center of the etching control assembly to realize blanking; the conductive fibers follow concentric circular tracks. The device is based on the technology of manipulating liquid drops through electrophoresis, charges on the surfaces of the liquid drops are transferred through the change of the strength of an electric field, the tension of the surfaces of the liquid drops is changed, and the purpose of leveling the liquid level is achieved.)
技术领域
本发明涉及硅片加工
技术领域
或电子技术领域，尤其涉及一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构及其使用方法。背景技术
电泳是生化分析中的重要手段，它是指液体(或胶状物)中的带电粒子在均匀电场的作用下运动的效应。由于液体(或胶体)中悬浮体中不同成分物质的在电场作用下迁移速度的不同，电泳效应可以有效地用于包括DNA、蛋白质、细胞等在内的物质分离，它也可用于对物质分子结构的分析。
随着器件特征尺寸的缩小，对器件制造的精确度要求越来越高。在半导体制造的过程中，要通过刻蚀从晶片表面去除不需要的材料。刻蚀的要求取决于要制作的特征图形的类型，如铝合金连线、多晶硅栅、浅沟槽隔离区。由于器件的结构复杂，因此晶片具有大量需要不同刻蚀参数的材料，这就使得刻蚀的精确程度很难控制。随着特征尺寸的缩小，使用方法中对尺寸的控制要求更严格，但特征尺寸的缩小使得刻蚀精度也更难以控制和检测，同时随着新工艺的出现同样给刻蚀过程带来的更大的困难和更高的要求。现有的刻蚀设备无法对每个硅片滴加的刻蚀液进行精确控制，进而无法对刻蚀深度进行控制，以及硅片表面刻蚀不平整。
有鉴于此，有必要对现有技术中刻蚀设备予以改进，以解决硅片刻蚀深度的精确难以控制、硅片表面刻蚀不平整的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构及其使用方法，旨在解决硅片刻蚀深度的精确难以控制、硅片表面刻蚀不平整的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构，包括操作面，所述操作面上方设置的若干刻蚀液操纵组件，其特征在于，所述操作面上阵列设置有用于安装硅片的若干安装槽；每个所述硅片根据光刻胶图案黏附有刻蚀腔体，每个刻蚀腔体的上方均对应有所述刻蚀操纵组件；
所述刻蚀腔体至少为三层，相邻层所述刻蚀腔体的截面大小一致；每层所述刻蚀腔体均由增强纤维构筑而成，每层所述增强纤维通过若干支撑纤维固定；每个刻蚀腔体从顶层向下以三个所述增强纤维为涂布周期布置有亲疏水性不同的所述增强纤维，所述涂布周期包括两个超亲水介质层、一个涂布有超疏水介质层；
所述刻蚀操纵组件包括若干等角度布置的喷头，至少三个导电纤维；每个所述喷头能够自动切换到所述刻蚀操纵组件的中心实现下料，每个所述喷头对应不同溶液或不同浓度的溶液；所述导电纤维沿同心圆轨迹运动。
本发明一个较佳实施例中，所述刻蚀操纵组件分别对每个所述导电纤维连接的相应电极上施加直流或低频交流电压。
本发明一个较佳实施例中，外缘的所述导电纤维的电压的频率大于同心圆内侧的所述导电纤维。
本发明一个较佳实施例中，所述刻蚀液至少包括氢氟酸、硝酸或氢氟酸和硝酸混合溶液，刻蚀时间在200s-400s之间。
本发明一个较佳实施例中，顶层的所述增强纤维表面涂布有超疏水介质层，液滴能够与所述增强纤维的表面形成亲和力，导致液体与增强纤维的接触面总比中间液面要高，形成中间低、周围高的内凹液面。
本发明一个较佳实施例中，所述刻蚀腔体每层高度依据每种溶液的预定量决定。
本发明一个较佳实施例中，所述刻蚀操纵组件的表面还搭载光学检测单元，以检测所述刻蚀腔体内液面的平整度。
本发明一个较佳实施例中，所述导电纤维的截面为米字形、类三角形或C字形。
本发明提供了一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、每个硅片对应的刻蚀操纵组件同时向下运动，对准后其中一个喷头自动切换到中心按照预定量滴加一定量的刻蚀液至刻蚀腔体，液体表面由于表面张力形成中间低、周围高的内凹；
S2、光学检测单元检测液面的平整度，控制同心圆轨迹上的导电纤维运动，并给导电纤维连接的相应电极上施加电压；
S3、在电场作用下，液滴表面的电荷发生迁移，液体表面张力随之变化，外围液滴朝中心扩散，实现平整液面；
S4、喷头复原后，其他喷头自动切换到中心按照预定量滴加一定量的刻蚀液至刻蚀腔体，重复S2和S3操作。
本发明一个较佳实施例中，根据所述刻蚀腔体中滴加溶液表面的内凹程度，至少控制外缘的所述导电纤维运动，外缘的所述导电纤维的电压的频率大，液滴表面的电荷发生迁移速率快。
本发明一个较佳实施例中，通过计算出所有刻蚀腔体内的液体质量和所有液体的滴加比例来控制刻蚀的速率和所述刻蚀腔体内溶液的比例，硅片表面平整度通过调整添加醋酸的比例。
本发明一个较佳实施例中，本发明的刻蚀腔体可以滴加具有腐蚀性的液体，如甲酸、醋酸等。本发明刻蚀腔体的增强纤维采用聚苯硫醚纤维，保证刻蚀腔体的耐化学稳定性好，热稳定性优良。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明提供了一种阵列刻蚀设备，该设备基于电泳操纵液滴的技术，通过电场的强弱变化，液滴表面的电荷发生迁移，改变液体表面的张力，达到平整液面的目的。该设备具备较高的刻蚀选择比，能够精确把控每种溶液的比例。
(2)本发明在顶层的增强纤维表面涂布有超亲水介质层，液滴能够与增强纤维的表面形成吸附力，导致液体与增强纤维的接触面总比中间液面要高，形成中间低、周围高的内凹液面。
(3)本发明导电纤维连接的相应电极上施加直流或低频交流电压，外缘的导电纤维的电压的频率大于同心圆内侧，内凹液面能够接收电场作用，外围的液滴表面电荷运动强烈，液滴朝中心移动，实现补偿内凹液面空槽的目的。
(4)本发明每个刻蚀液填充装置从顶层向下以三个增强纤维为涂布周期布置有亲疏水性不同的所述增强纤维，涂布周期包括两个超亲水介质层、一个涂布有超疏水介质层，两亲一疏的结构提高了增强纤维的表面对液面的亲和力，更易形成内凹液面的结构，并且这种结构有利于构筑更加立体的液体结构，添加的刻蚀液实际量更加接近于预计量。
(5)本发明通过计算出所有刻蚀腔体内的液体质量和所有液体的滴加比例来控制刻蚀的速率和所述刻蚀腔体内溶液的比例，硅片表面平整度通过调整添加醋酸的比例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的立体结构图；
图2是本发明的优选实施例的刻蚀腔体的立体结构图；
图3是本发明的优选实施例的刻蚀液操纵组件的立体结构图；
图中：1、操作面；11、硅片；2、刻蚀液操纵组件；21、喷头；22、导电纤维；23、光学检测单元；3、刻蚀腔体；31、增强纤维；32、支撑纤维。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所述，示出了本发明一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构的立体结构图。该设备基于电泳操纵液滴的技术，通过电场的强弱变化，液滴表面的电荷发生迁移，改变液体表面的张力，达到平整液面的目的。该设备具备较高的刻蚀选择比，能够精确把控每种溶液的比例。
刻蚀设备包括操作面1，操作面1上方设置的若干刻蚀液操纵组件2，其特征在于，操作面1上阵列设置有用于安装硅片11的若干安装槽；每个硅片11根据光刻胶图案黏附有刻蚀腔体3，每个刻蚀腔体3的上方均对应有刻蚀操纵组件。
如图2所示，刻蚀腔体3至少为三层，相邻层刻蚀腔体3的截面大小一致。每层刻蚀腔体3均由增强纤维31构筑而成，每层增强纤维31通过若干支撑纤维32固定；每个刻蚀腔体3从顶层向下以三个增强纤维31为涂布周期布置有亲疏水性不同的增强纤维31，涂布周期包括两个超亲水介质层、一个涂布有超疏水介质层。这种两亲一疏的结构提高了增强纤维31的表面对液面的亲和力，更易形成内凹液面的结构，并且这种结构有利于构筑更加立体的液体结构，添加的刻蚀液实际量更加接近于预计量。本发明在顶层的增强纤维31表面涂布有超亲水介质层，液滴能够与增强纤维31的表面形成吸附力，导致液体与增强纤维31的接触面总比中间液面要高，形成中间低、周围高的内凹液面。
需要说明的是，本发明亲疏水性相间变化的合围空间内部的液体被构筑成侧面沿竖直方向上大小间隔变化的稳定结构。若从增强纤维31只涂布有超亲水介质层一种，那合围空间内部的液体会全部附着于纤维表面，形成侧面错落不平整的柱形结构，不方便于后期液体厚度精确的计量。
本发明用于形成每个刻蚀腔体3的基础二维结构不限于矩形、圆形、星形或椭圆形，只要是封闭的合围图形均适用于本发明的基础二维结构，本发明的基础二维结构优选为方形，方形为大小为a×a，a为500μm至2.0mm。
本发明支撑纤维32采用高强度的纤维材料，优选为芳纶1414，这种纤维强度高、化学性能稳定，适合作为刻蚀腔体3的支柱，在往刻蚀腔体3的合围空间内滴加液体时，保证刻蚀腔体3不形变。
本发明的刻蚀腔体3可以滴加具有腐蚀性的液体，如甲酸、醋酸等。本发明刻蚀腔体3的增强纤维31采用聚苯硫醚纤维，保证刻蚀腔体3的耐化学稳定性好，热稳定性优良。该纤维即使在沸点下一周，强度不会发生变化，温度为93℃的甲酸、醋酸也没有影响，只有在强氧化剂的情况下才能对本发明的纤维产生强烈的降解，即本发明的刻蚀腔体3可以检测除一定温度、一定浓度下的强氧化剂外的任何溶液的液厚。
如图3所示，刻蚀操纵组件包括若干等角度布置的喷头21，至少三个导电纤维22。每个喷头21能够自动切换到刻蚀操纵组件的中心实现下料，每个喷头21对应不同溶液或不同浓度的溶液。
导电纤维22沿同心圆轨迹运动，导电纤维22的截面为米字形、类三角形或C字形。刻蚀操纵组件分别对每个导电纤维22连接的相应电极上施加直流或低频交流电压。外缘的导电纤维22的电压的频率大于同心圆内侧的导电纤维22。
需要说明的是，本发明导电纤维22连接的相应电极上施加直流或低频交流电压，外缘的导电纤维22的电压的频率大于同心圆内侧，内凹液面能够接收电场作用，外围的液滴表面电荷运动强烈，液滴朝中心移动，实现补偿内凹液面空槽的目的。
本发明往刻蚀腔体3的合围空间内滴加液滴，刻蚀液操纵组件2上不限于使用如滴定管、定量加液器、数字自动滴定管等设备，其目的是通过一定的方式让滴加至刻蚀腔体3的液滴的数量和体积得到精确控制。
本发明刻蚀液至少包括氢氟酸、硝酸或氢氟酸和硝酸混合溶液，刻蚀时间在200s-400s之间。本发明通过计算出所有刻蚀腔体3内的液体质量和所有液体的滴加比例来控制刻蚀的速率和所述刻蚀腔体3内溶液的比例，硅片11表面平整度通过调整添加醋酸的比例。
顶层的增强纤维31表面涂布有超疏水介质层，液滴能够与增强纤维31的表面形成亲和力，导致液体与增强纤维31的接触面总比中间液面要高，形成中间低、周围高的内凹液面。
刻蚀腔体3每层高度依据每种溶液的预定量决定。
刻蚀操纵组件的表面还搭载光学检测单元23，以检测刻蚀腔体3内液面的平整度。
本发明的湿法使用方法在光刻工艺之后，通过光刻工艺将GDS-Ⅱ文件对应的图像精准地通过光刻胶或其他光刻胶复制到硅片11的表面，从而确定了湿法工艺的刻蚀区域，通过酸性溶液去除硅片11顶层没有光刻胶覆盖的区域的材料。
本发明提供了一种基于电泳技术的自动化刻蚀机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、每个硅片11对应的刻蚀操纵组件同时向下运动，对准后其中一个喷头21自动切换到中心按照预定量滴加一定量的刻蚀液至刻蚀腔体3，液体表面由于表面张力形成中间低、周围高的内凹；
S2、光学检测单元23检测液面的平整度，控制同心圆轨迹上的导电纤维22运动，并给导电纤维22连接的相应电极上施加电压；
S3、在电场作用下，液滴表面的电荷发生迁移，液体表面张力随之变化，外围液滴朝中心扩散，实现平整液面；
S4、喷头21复原后，其他喷头21自动切换到中心按照预定量滴加一定量的刻蚀液至刻蚀腔体3，重复S2和S3操作。
根据刻蚀腔体3中滴加溶液表面的内凹程度，至少控制外缘的导电纤维22运动，外缘的导电纤维22的电压的频率大，液滴表面的电荷发生迁移速率快。
通过计算出所有刻蚀腔体3内的液体质量和所有液体的滴加比例来控制刻蚀的速率和刻蚀腔体3内溶液的比例，硅片11表面平整度通过调整添加醋酸的比例。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
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