专利名称：一种干燥微电子器件的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体清洗和干燥工艺，具体的说是一种利用超临界二氧化碳干燥微电子器件的方法及其装置。
背景技术：
在微电子器件的制造过程中，随着特征尺寸的进一步减小和结构复杂程度的进一步提高，器件结构的塌陷已成为日益严重的问题。以水为主要溶剂清洗之后的器件在干燥时，其机械性结构较弱的如微机电元件及高深宽比的光刻胶图形会遭到破坏。CO2作为一种环境友好和价格低廉的溶剂，其超临界态具有接近于零的表面张力和高扩散性，非常适合用于半导体清洗工艺，所以2006年的国际半导体技术蓝图(ITRS)将超临界流体视为可以解决半导体和微机电技术中清洗和干燥的新型绿色溶剂。虽然利用液态CO2替换有机溶液， 作为清洗液，然后进入超临界态进行干燥的方法可以有效的解决目前结构塌陷的问题。但是为了避免一定量的有机溶液或水仍然残留在器件结构中，往往需要进行脉冲式的多次重复置换，不仅耗时，而且(X)2的用量很大。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种减少(X)2使用量，缩短清洗时间，提高干燥效率的干燥微电子器件的方法及其装置。根据本发明的一个方面，提供一种干燥微电子器件的方法，包括去离子水浸没待清洗的微电子器件；用液态(X)2和表面活性剂的混合溶液置换所述微电子器件中的去离子水；通入液态(X)2冲洗所述微电子器件，去除残留在所述微电子器件上的表面活性剂； 及将液态(X)2加热至超临界态，对所述微电子器件进行干燥。根据本发明的另一个方面，提供一种干燥微电子器件的装置，包括表面活性剂储罐(1)、CO2储气罐( 、用于混合表面活性剂和(X)2的混合罐05)、 用于干燥微电子器件的反应腔室；所述表面活性剂储罐⑴、ω2储气罐⑵的出口与所述混合罐05) —端连接，所述混合罐0 另一端与所述反应腔室入口相连。通过本发明提出的方法和装置，不仅能够有效的解决干燥过程中结构塌陷的问题，而且同时避免了有机溶液和(X)2的大量使用，缩短了清洗时间，提高了干燥效率。
图1为本发明实施例提供的利用超临界二氧化碳干燥微电子器件的装置图。其中，表面活性剂储罐1，CO2储气罐2，平流泵3，增压泵I 4，阀门15，阀门II 6， 温度传感器7，压力传感器8，加热制冷系统9，被干燥微电子器件10，可旋转的托盘11，第一反应腔室12，第二反应腔室13，膨胀阀I 14，膨胀阀II 15，热交换器I 16，分离器I 17，阀门III 18，分离器II 19，阀门IV20，过滤器I 21，冷却器22，增压泵II 23，阀门V 24，混合罐25，过滤器1126，接热交换器I 27，阀门III 28。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例提供的利用超临界二氧化碳干燥微电子器件的装置包括表面活性剂储罐1、CO2储气罐2、用于混合表面活性剂和(X)2的混合罐25、用于干燥微电子器件的反应腔室(包括第一反应腔室12和第二反应腔室13)、用于将(X)2与表面活性剂混合的溶液进行气液分离的气液分离装置，CO2气体制冷装置及表面活性剂提纯过滤装置。 其中，气液分离装置包括热交换器16、分离器I 17、热交换器27及分离器II 19。CO2气体制冷装置包括过滤器I 21和冷却器22。其中，表面活性剂储罐1出口接有平流泵3。CO2 储气罐2出口经增压泵14和平流泵3的出口连接在一起。(X)2储气罐2出口接入混合罐25 的入口。混合罐25的出口通过阀门I 5与第一反应腔室12连接，通过阀门II 6与第二反应腔室13连接。第一反应腔室12和第二反应腔室13的顶部都接有温度传感器7和压力传感器8。两个腔室外部都接有加热制冷系统9。两个腔室的内部固定有可旋转的托盘11。 托盘11上固定了被干燥微电子器件的10。第一反应腔室12出口接有膨胀阀I 14，并与连接到第二反应腔室13出口的膨胀阀II 15连接。两个膨胀阀的出口与热交换器I 16—端连接。热交换器I 16另一端与分离器I 17的入口相连。分离器I 17底部出口接有阀门 III 18。分离器I 17顶部出口经热交换器I 27连接到分离器II 19的进口。分离器II 19的顶部出口接有过滤器I 21，底部出口连接阀门IV 20。过滤器I 21的出口连接到冷却器22的一端，冷却器22的另一端与增压泵II 23连接。增压泵II 23有两个出口，一个出口经接热交换器III观与混合罐25相通后与两个腔室连接，另一个出口通过阀门V对与 CO2储气罐连接。阀门IV20的出口经过滤器II沈与表面活性剂储罐1连接。增压泵II 23用来将液态(X)2泵入腔室并对腔室(第一反应腔室12或第二反应腔室1 加压；混合罐25使液态(X)2和表面活性剂进行充分混合。温度传感器7用来实时测量和显示腔室(第一反应腔室12或第二反应腔室13)内的温度；压力传感器用8来实时测量和显示腔室(第一反应腔室12或第二反应腔室13)内的压力；托盘设计成可旋转是为了使被干燥微电子器件充分干燥，提高效率；加热制冷系统是用来给腔室升温或制冷从而维持进入的C02为液态或达到超临界态；膨胀阀(包括膨胀阀I 14和膨胀阀II 1 的作用是将中温高压流体变成低温低压流体；热交换器I 16将低温流体变为气体，实现气液分离；分离器II 19实现初次过滤，进一步增强气液分离；冷却器22用来对气态C02制冷，使其变为液态；过滤器I用来对分离器Π19中的气态二氧化碳进行提纯和过滤。过滤器II 26用来对需要循环使用的表面活性剂物质进行过滤和提纯。本发明实施例还提供一种利用超临界二氧化碳干燥微电子器件的方法，包括以下步骤步骤Si、将腐蚀后的微电子器件放入第一反应腔室12中的硅片卡盘上，并用去离子水浸没，防止出现气液界面。步骤S2、将第一反应腔室12的反应釜密封并制冷，使温度达到5°C (这里温度调整的范围为-20 20°C )，压力维持在4MPa (这里压力调整的范围为0. 6 15MPa)，该过程可以通过温度传感器7和压力传感器8进行实时测量和显示。步骤S3、打开平流泵3和增压泵I 4，调节泵的流量，向混合罐25通入表面活性剂 (例如，TMN-6或Α0Τ，也可根据所需干燥的光刻胶的类型以及图形的结构等进行选择)和 CO20表面活性剂和(X)2在混合罐25充分混合后通入第一反应腔室12，同时旋转托盘11。此时进入第一反应腔室12的(X)2为液体，其密度为0. 893g/cm3,小于水的密度，因此液态CO2 可从反应釜的上部泵入第一反应腔室12。因为水在纯液态(X)2中的溶解度很小，但在加了表面活性剂的ω2中溶解度大大增加，所以水易被混合溶液所置换；持续通入混合溶液一段时间后，关闭平流泵3，停止泵入表面活性剂。步骤S4、泵入纯液态的CO2冲洗微电子器件一段时间，去除残留在微电子器件上的表面活性剂。步骤S5、对第一反应腔室12升温，使(X)2到达超临界态，完成对微电子器件的干燥。从第一反应腔室12中流出的混合溶液体先通过膨胀阀I 14和热交换器I 16排入分离器I 17，然后再通过热交换器II 27进入分离器II 19中。步骤S6、从分离器I 17和分离器II 19中分离出来的气态CO2先经过滤器121进行提纯过滤，然后再经冷却器22制冷后变为液态，液态的(X)2被增压泵II 23注入到(X)2储气罐2中，而后在经混合罐25中与表面活性剂混合后，注入第二反应腔室13进行循环使用。而分离器II 19中的表面活性剂可以由过滤器II沈提纯过滤后经过表面活性剂储罐 1，再经混合罐25中与液态的(X)2混合循环使用。步骤S7、将第一反应腔室12泄压至常压，取出微电子器件进行后续分析，而第二反应腔室13则按照前述步骤进行干燥，如此交替式工作。最后需停止工作时，可以将腔室和管路中的CO2回收到CO2储气罐中，分离器117中的废液则经阀门III排出。所采用的液态CO2源纯度达5N以上。本发明实施例公开的一种采用表面活性剂辅助超临界二氧化碳干燥微电子器件， 其中，超临界二氧化碳由于具有相当低的黏滞系数、高扩散性和可忽略的表面张力等独特性质，对更细微的结构也不会被表面张力及毛细作用的拉力所破坏，其与表面活性剂混合置换器件中的水溶液，可提高水在二氧化碳中的溶解度，有利于水的置换，且缩短水置换的时间，不仅能够有效的解决干燥过程中结构塌陷的问题，而且同时避免了有机溶液和(X)2的大量使用，缩短了清洗时间，提高了效率。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种干燥微电子器件的方法，其特征在于，包括 去离子水浸没待清洗的微电子器件；用液态(X)2和表面活性剂的混合溶液置换所述微电子器件中的去离子水； 通入液态(X)2冲洗所述微电子器件，去除残留在所述微电子器件上的表面活性剂；及将液态(X)2加热至超临界态，对所述微电子器件进行干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在对所述微电子器件进行干燥后，对所述混合溶液进行提纯、过滤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对混合溶液进行提纯、过滤包括 对混合溶液中的液态(X)2进行提纯、过滤，以再使用；对混合溶液中的表面活性剂进行提纯、过滤，以再使用。
4.一种干燥微电子器件的装置，其特征在于，包括表面活性剂储罐(1)、CO2储气罐( 、用于混合表面活性剂和(X)2的混合罐0 、用于干燥微电子器件的反应腔室；所述表面活性剂储罐(1)、C02储气罐O)的出口与所述混合罐0 —端连接，所述混合罐0 另一端与所述反应腔室入口相连。
5.根据权利要求4所述干燥微电子器件的装置，其特征在于，还包括用于将ω2与表面活性剂混合的溶液进行气液分离的气液分离装置，(X)2气体制冷装置及表面活性剂提纯过滤装置；所述反应腔室的出口与所述气液处理装置的入口连接；所述气液处理装置通过所述 CO2气体制冷装置与所述CO2储气罐( 连接；所述气液处理装置通过所述表面活性剂提纯过滤装置与所述表面活性剂储罐(1)连接。
6.根据权利要求5所述干燥微电子器件的装置，其特征在于，所述气液分离装置包括 热交换器(16)、分离器I (17)、热交换器(XT)及分离器II (19)；所述热交换器(16)的入口与所述反应腔室的出口连接，所述热交换器(16)依次通过所述分离器I (17)、热交换器(XT)及分离器II (19)与所述CO2气体制冷装置及表面活性剂提纯过滤装置连接。
7.根据权利要求6所述干燥微电子器件的装置，其特征在于，所述(X)2气体制冷装置包括过滤器I 和冷却器02)；所述过滤器I 入口与所述分离器II (19)的出口连接；所述过滤器I 出口依次通过所述过滤器I 0 与(X)2储气罐(2)入口连接。
8.根据权利要求6所述干燥微电子器件的装置，其特征在于，所述表面活性剂提纯过滤装置包括过滤器I (21)，所述过滤器I 的入口与所述分离器II (19)的出口连接，所述过滤器I 的出口与所述表面活性剂储罐(1)的入口连接。
9.根据权利要求4至8任一项所述干燥微电子器件的装置，其特征在于 所述反应腔室内部固定有可以旋转的托盘(11)，其外部接有加热制冷系统(9)。
10.根据权利要求4至8任一项所述干燥微电子器件的装置，其特征在于 所述反应腔室外部接有温度传感器(7)和压力传感器(8)。
全文摘要
本发明公开一种干燥微电子器件的方法包括去离子水浸没待清洗的微电子器件；用液态CO2和表面活性剂的混合溶液置换所述微电子器件中的去离子水；及通入液态CO2冲洗所述微电子器件，去除残留在所述微电子器件上的表面活性剂，并将液态CO2加热至超临界态，对所述微电子器件进行干燥。还公开一种干燥微电子器件的装置包括表面活性剂储罐、CO2储气罐、用于混合表面活性剂和CO2的混合罐、用于干燥微电子器件的反应腔室；所述表面活性剂储罐与CO2储气罐的出口与所述混合罐一端连接，所述混合罐另一端与所述反应腔室入口相连。通过本发明能够有效的解决干燥过程中结构塌陷的问题，避免了有机溶液和CO2的大量使用，缩短了清洗时间，提高了效率。
文档编号H01L21/02GK102299051SQ20101020984
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者景玉鹏, 王磊 申请人:中国科学院微电子研究所