一種乾燥微電子器件的方法及其裝置的製作方法

2023-05-14 06:15:26 1

專利名稱：一種乾燥微電子器件的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體清洗和乾燥工藝，具體的說是一種利用超臨界二氧化碳乾燥微電子器件的方法及其裝置。
背景技術：
在微電子器件的製造過程中，隨著特徵尺寸的進一步減小和結構複雜程度的進一步提高，器件結構的塌陷已成為日益嚴重的問題。以水為主要溶劑清洗之後的器件在乾燥時，其機械性結構較弱的如微機電元件及高深寬比的光刻膠圖形會遭到破壞。CO2作為一種環境友好和價格低廉的溶劑，其超臨界態具有接近於零的表面張力和高擴散性，非常適合用於半導體清洗工藝，所以2006年的國際半導體技術藍圖(ITRS)將超臨界流體視為可以解決半導體和微機電技術中清洗和乾燥的新型綠色溶劑。雖然利用液態CO2替換有機溶液， 作為清洗液，然後進入超臨界態進行乾燥的方法可以有效的解決目前結構塌陷的問題。但是為了避免一定量的有機溶液或水仍然殘留在器件結構中，往往需要進行脈衝式的多次重複置換，不僅耗時，而且(X)2的用量很大。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種減少(X)2使用量，縮短清洗時間，提高幹燥效率的乾燥微電子器件的方法及其裝置。根據本發明的一個方面，提供一種乾燥微電子器件的方法，包括去離子水浸沒待清洗的微電子器件；用液態(X)2和表面活性劑的混合溶液置換所述微電子器件中的去離子水；通入液態(X)2衝洗所述微電子器件，去除殘留在所述微電子器件上的表面活性劑； 及將液態(X)2加熱至超臨界態，對所述微電子器件進行乾燥。根據本發明的另一個方面，提供一種乾燥微電子器件的裝置，包括表面活性劑儲罐(1)、CO2儲氣罐( 、用於混合表面活性劑和(X)2的混合罐05)、 用於乾燥微電子器件的反應腔室；所述表面活性劑儲罐⑴、ω2儲氣罐⑵的出口與所述混合罐05) —端連接，所述混合罐0 另一端與所述反應腔室入口相連。通過本發明提出的方法和裝置，不僅能夠有效的解決乾燥過程中結構塌陷的問題，而且同時避免了有機溶液和(X)2的大量使用，縮短了清洗時間，提高了乾燥效率。


圖1為本發明實施例提供的利用超臨界二氧化碳乾燥微電子器件的裝置圖。其中，表面活性劑儲罐1，CO2儲氣罐2，平流泵3，增壓泵I 4，閥門15，閥門II 6， 溫度傳感器7，壓力傳感器8，加熱製冷系統9，被乾燥微電子器件10，可旋轉的託盤11，第一反應腔室12，第二反應腔室13，膨脹閥I 14，膨脹閥II 15，熱交換器I 16，分離器I 17，閥門III 18，分離器II 19，閥門IV20，過濾器I 21，冷卻器22，增壓泵II 23，閥門V 24，混合罐25，過濾器1126，接熱交換器I 27，閥門III 28。本發明目的、功能及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式如圖1所示，本發明實施例提供的利用超臨界二氧化碳乾燥微電子器件的裝置包括表面活性劑儲罐1、CO2儲氣罐2、用於混合表面活性劑和(X)2的混合罐25、用於乾燥微電子器件的反應腔室(包括第一反應腔室12和第二反應腔室13)、用於將(X)2與表面活性劑混合的溶液進行氣液分離的氣液分離裝置，CO2氣體製冷裝置及表面活性劑提純過濾裝置。 其中，氣液分離裝置包括熱交換器16、分離器I 17、熱交換器27及分離器II 19。CO2氣體製冷裝置包括過濾器I 21和冷卻器22。其中，表面活性劑儲罐1出口接有平流泵3。CO2 儲氣罐2出口經增壓泵14和平流泵3的出口連接在一起。(X)2儲氣罐2出口接入混合罐25 的入口。混合罐25的出口通過閥門I 5與第一反應腔室12連接，通過閥門II 6與第二反應腔室13連接。第一反應腔室12和第二反應腔室13的頂部都接有溫度傳感器7和壓力傳感器8。兩個腔室外部都接有加熱製冷系統9。兩個腔室的內部固定有可旋轉的託盤11。 託盤11上固定了被乾燥微電子器件的10。第一反應腔室12出口接有膨脹閥I 14，並與連接到第二反應腔室13出口的膨脹閥II 15連接。兩個膨脹閥的出口與熱交換器I 16—端連接。熱交換器I 16另一端與分離器I 17的入口相連。分離器I 17底部出口接有閥門 III 18。分離器I 17頂部出口經熱交換器I 27連接到分離器II 19的進口。分離器II 19的頂部出口接有過濾器I 21，底部出口連接閥門IV 20。過濾器I 21的出口連接到冷卻器22的一端，冷卻器22的另一端與增壓泵II 23連接。增壓泵II 23有兩個出口，一個出口經接熱交換器III觀與混合罐25相通後與兩個腔室連接，另一個出口通過閥門V對與 CO2儲氣罐連接。閥門IV20的出口經過濾器II沈與表面活性劑儲罐1連接。增壓泵II 23用來將液態(X)2泵入腔室並對腔室(第一反應腔室12或第二反應腔室1 加壓；混合罐25使液態(X)2和表面活性劑進行充分混合。溫度傳感器7用來實時測量和顯示腔室(第一反應腔室12或第二反應腔室13)內的溫度；壓力傳感器用8來實時測量和顯示腔室(第一反應腔室12或第二反應腔室13)內的壓力；託盤設計成可旋轉是為了使被乾燥微電子器件充分乾燥，提高效率；加熱製冷系統是用來給腔室升溫或製冷從而維持進入的C02為液態或達到超臨界態；膨脹閥(包括膨脹閥I 14和膨脹閥II 1 的作用是將中溫高壓流體變成低溫低壓流體；熱交換器I 16將低溫流體變為氣體，實現氣液分離；分離器II 19實現初次過濾，進一步增強氣液分離；冷卻器22用來對氣態C02製冷，使其變為液態；過濾器I用來對分離器Π19中的氣態二氧化碳進行提純和過濾。過濾器II 26用來對需要循環使用的表面活性劑物質進行過濾和提純。本發明實施例還提供一種利用超臨界二氧化碳乾燥微電子器件的方法，包括以下步驟步驟Si、將腐蝕後的微電子器件放入第一反應腔室12中的矽片卡盤上，並用去離子水浸沒，防止出現氣液界面。步驟S2、將第一反應腔室12的反應釜密封並製冷，使溫度達到5°C (這裡溫度調整的範圍為-20 20°C )，壓力維持在4MPa (這裡壓力調整的範圍為0. 6 15MPa)，該過程可以通過溫度傳感器7和壓力傳感器8進行實時測量和顯示。步驟S3、打開平流泵3和增壓泵I 4，調節泵的流量，向混合罐25通入表面活性劑 (例如，TMN-6或Α0Τ，也可根據所需乾燥的光刻膠的類型以及圖形的結構等進行選擇)和 CO20表面活性劑和(X)2在混合罐25充分混合後通入第一反應腔室12，同時旋轉託盤11。此時進入第一反應腔室12的(X)2為液體，其密度為0. 893g/cm3,小於水的密度，因此液態CO2 可從反應釜的上部泵入第一反應腔室12。因為水在純液態(X)2中的溶解度很小，但在加了表面活性劑的ω2中溶解度大大增加，所以水易被混合溶液所置換；持續通入混合溶液一段時間後，關閉平流泵3，停止泵入表面活性劑。步驟S4、泵入純液態的CO2衝洗微電子器件一段時間，去除殘留在微電子器件上的表面活性劑。步驟S5、對第一反應腔室12升溫，使(X)2到達超臨界態，完成對微電子器件的乾燥。從第一反應腔室12中流出的混合溶液體先通過膨脹閥I 14和熱交換器I 16排入分離器I 17，然後再通過熱交換器II 27進入分離器II 19中。步驟S6、從分離器I 17和分離器II 19中分離出來的氣態CO2先經過濾器121進行提純過濾，然後再經冷卻器22製冷後變為液態，液態的(X)2被增壓泵II 23注入到(X)2儲氣罐2中，而後在經混合罐25中與表面活性劑混合後，注入第二反應腔室13進行循環使用。而分離器II 19中的表面活性劑可以由過濾器II沈提純過濾後經過表面活性劑儲罐 1，再經混合罐25中與液態的(X)2混合循環使用。步驟S7、將第一反應腔室12洩壓至常壓，取出微電子器件進行後續分析，而第二反應腔室13則按照前述步驟進行乾燥，如此交替式工作。最後需停止工作時，可以將腔室和管路中的CO2回收到CO2儲氣罐中，分離器117中的廢液則經閥門III排出。所採用的液態CO2源純度達5N以上。本發明實施例公開的一種採用表面活性劑輔助超臨界二氧化碳乾燥微電子器件， 其中，超臨界二氧化碳由於具有相當低的黏滯係數、高擴散性和可忽略的表面張力等獨特性質，對更細微的結構也不會被表面張力及毛細作用的拉力所破壞，其與表面活性劑混合置換器件中的水溶液，可提高水在二氧化碳中的溶解度，有利於水的置換，且縮短水置換的時間，不僅能夠有效的解決乾燥過程中結構塌陷的問題，而且同時避免了有機溶液和(X)2的大量使用，縮短了清洗時間，提高了效率。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種乾燥微電子器件的方法，其特徵在於，包括 去離子水浸沒待清洗的微電子器件；用液態(X)2和表面活性劑的混合溶液置換所述微電子器件中的去離子水； 通入液態(X)2衝洗所述微電子器件，去除殘留在所述微電子器件上的表面活性劑；及將液態(X)2加熱至超臨界態，對所述微電子器件進行乾燥。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括在對所述微電子器件進行乾燥後，對所述混合溶液進行提純、過濾。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述對混合溶液進行提純、過濾包括 對混合溶液中的液態(X)2進行提純、過濾，以再使用；對混合溶液中的表面活性劑進行提純、過濾，以再使用。
4.一種乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於，包括表面活性劑儲罐(1)、CO2儲氣罐( 、用於混合表面活性劑和(X)2的混合罐0 、用於乾燥微電子器件的反應腔室；所述表面活性劑儲罐(1)、C02儲氣罐O)的出口與所述混合罐0 —端連接，所述混合罐0 另一端與所述反應腔室入口相連。
5.根據權利要求4所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於，還包括用於將ω2與表面活性劑混合的溶液進行氣液分離的氣液分離裝置，(X)2氣體製冷裝置及表面活性劑提純過濾裝置；所述反應腔室的出口與所述氣液處理裝置的入口連接；所述氣液處理裝置通過所述 CO2氣體製冷裝置與所述CO2儲氣罐( 連接；所述氣液處理裝置通過所述表面活性劑提純過濾裝置與所述表面活性劑儲罐(1)連接。
6.根據權利要求5所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於，所述氣液分離裝置包括 熱交換器(16)、分離器I (17)、熱交換器(XT)及分離器II (19)；所述熱交換器(16)的入口與所述反應腔室的出口連接，所述熱交換器(16)依次通過所述分離器I (17)、熱交換器(XT)及分離器II (19)與所述CO2氣體製冷裝置及表面活性劑提純過濾裝置連接。
7.根據權利要求6所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於，所述(X)2氣體製冷裝置包括過濾器I 和冷卻器02)；所述過濾器I 入口與所述分離器II (19)的出口連接；所述過濾器I 出口依次通過所述過濾器I 0 與(X)2儲氣罐(2)入口連接。
8.根據權利要求6所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於，所述表面活性劑提純過濾裝置包括過濾器I (21)，所述過濾器I 的入口與所述分離器II (19)的出口連接，所述過濾器I 的出口與所述表面活性劑儲罐(1)的入口連接。
9.根據權利要求4至8任一項所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於 所述反應腔室內部固定有可以旋轉的託盤(11)，其外部接有加熱製冷系統(9)。
10.根據權利要求4至8任一項所述乾燥微電子器件的裝置，其特徵在於 所述反應腔室外部接有溫度傳感器(7)和壓力傳感器(8)。
全文摘要
本發明公開一種乾燥微電子器件的方法包括去離子水浸沒待清洗的微電子器件；用液態CO2和表面活性劑的混合溶液置換所述微電子器件中的去離子水；及通入液態CO2衝洗所述微電子器件，去除殘留在所述微電子器件上的表面活性劑，並將液態CO2加熱至超臨界態，對所述微電子器件進行乾燥。還公開一種乾燥微電子器件的裝置包括表面活性劑儲罐、CO2儲氣罐、用於混合表面活性劑和CO2的混合罐、用於乾燥微電子器件的反應腔室；所述表面活性劑儲罐與CO2儲氣罐的出口與所述混合罐一端連接，所述混合罐另一端與所述反應腔室入口相連。通過本發明能夠有效的解決乾燥過程中結構塌陷的問題，避免了有機溶液和CO2的大量使用，縮短了清洗時間，提高了效率。
文檔編號H01L21/02GK102299051SQ20101020984
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者景玉鵬, 王磊 申請人:中國科學院微電子研究所