芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统的制作方法

本发明属于芯片清洗，具体涉及芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统。

背景技术：

1、清洗工艺是贯穿整个半导体制造的重要环节，是影响半导体器件性能以及良率的重要因素之一。在芯片制造过程中，任何的沾污都可能影响半导体器件的性能，甚至引起失效。因此，几乎在芯片制造的每一道工序前后，都需要进行清洗工艺，去除表面的污染物，保证晶圆表面的洁净度。

2、随着超大规模集成电路的发展， 芯片工艺节点进入28nm、14nm 甚至更先进的节点，集成度不断提高，线宽不断减小，工艺流程更加复杂。先进节点的芯片制造对沾污的敏感度更高，小尺寸条件下的沾污清洗更加困难，也就导致清洗工艺步骤不断增加，清洗工艺变得更加复杂、更加重要和更具挑战性。90nm 的芯片清洗工艺约 90 道，到了 20nm 芯片的清洗工艺达到 了 215 道。随着芯片制造进入 14nm、10nm 甚至更高节点，清洗工艺的道数仍然要不断增加。

3、由于集成电路特征尺寸的逐渐减小，器件结构会要求更高的纵横比，常规湿法清洗由于表面张力很难进入晶圆深沟槽结构内部，不能满足更细线条工艺要求和高深宽比结构，直接影响沟槽内的污染物去除效果；常规湿法刻蚀各向异性差、结构坍塌严重、深沟槽刻蚀效果不明显；而等离子体干法刻蚀则存在刻蚀速率慢、光刻胶脱落和粘附、结构损伤、废气处理等一系列问题。

4、超临界二氧化碳清洗可以很好的解决这些问题，二氧化碳在7.39mpa，31℃时可达到超临界态，其具有密度大，溶解能力强，传质速率高的特点。同时还具有储量丰富、便宜易得、无毒、惰性以及容易回收和循环利用等特点。超临界二氧化碳作为弱极性溶剂，对非极性有机化合物有极强的溶解能力，能有效清除精微器件表面上的弱极性有机污染物，如硅酮、碳氢化合物和油脂等。专利公开号为cn 209000881 u公开了一种钝化前si基hgcdte芯片清洗装置。其中采用二氧化碳作为清洗剂，其低表面张力、高扩散性以及其对有机物优良的溶解能力提高了对污染物的清洗效率并缩短清洗时间。

5、然而超临界二氧化碳用于芯片清洗的技术目前研究较少，目前大多数停留在芯片清洗设备上，而稳定的二氧化碳供应也是芯片清洗重要的环节，但是目前对芯片清洗需要用的二氧化碳的稳定供应的研究几乎没有。与其他领域不同的是，芯片清洗需要二氧化碳的供应具有极好的稳定性和连续性，若是供应不稳定导致停供，对后端芯片清洗将会造成非常大的影响，经济损失非常严重。目前供应二氧化碳主要是以超临界状态供应或是液态供应，以超临界状态的二氧化碳在运输过程中易发生相变，供应稳定性差，难以实现不间断连续供应，以液态二氧化碳供应，温度和压力均较低，芯片清洗工厂内需要建设由液态二氧化碳直接变为超临界态，稳定性差。需要在清洗设备中进行调整以得到超临界状态，对设备要求较高，使得清洗设备整体的稳定性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明稳定连续供应的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统。

2、本发明提供一种芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，包括第一输送管路、第二输送管路、调压装置和加热装置，所述调压装置和加热装置位于所述第一输送管路和第二输送管路之间，所述第一输送管路内输送液态二氧化碳，所述第二输送管路内输送气态二氧化碳，所述第一输送管路包括依次连通的第一伴冷段和第二伴冷段，所述第一伴冷段和第二伴冷段之间设置有隔膜泵，所述第一输送管路的液态二氧化碳来料温度为-19℃至-22℃，所述第一伴冷段的平均温度控制在-23℃至-26℃，工作压力为19±4 barg；所述第二伴冷段的平均温度控制在-23℃至-26℃，工作压力为62±4 barg； 所述第二输送管路采用电伴热，所述第二输送管路输出的气态二氧化碳温度控制在30℃至40℃，压力控制在51barg至59 barg。

3、优选地，所述亚临界二氧化碳供应系统还包括原料储罐和缓冲储罐，所述原料储罐和缓冲储罐通过第一输送管路连通，所述隔膜泵位于所述原料储罐和缓冲储罐之间，所述第一伴冷段位于所述原料储罐和隔膜泵，所述第二伴冷段位于所述隔膜泵和缓冲储罐之间，所述缓冲储罐的出口连通所述加热装置，所述加热装置的出口连通调压装置。

4、优选地，所述原料储罐和缓冲储罐内筒材质为s30408不锈钢，所述缓冲储罐内筒厚度为35-45mm。

5、优选地，所述第二输送管路包括气体输送管、热管绝缘层、热管保护套和多段伴热带，从第二输送管路的截面来看，所述热管绝缘层环绕于所述气体输送管外，所述热管保护套环绕于所述热管绝缘层外，所述多段伴热带贴合所述气体输送管外；所述多段伴热带沿第二输送管路延伸方向间隔设置，且每段伴热带分别连接单独的伴热控制器。

6、优选地，所述热管绝缘层材料采用发泡聚氨酯，所述热管绝缘层厚度为90-120mm，所述热管保护套为不锈钢保护套。

7、优选地，所述多段伴热带分别包括沿第二输送管路依次设置的第一伴热带、第二伴热带、第三伴热带和第四伴热带，控制所述第一伴热带温度和第三伴热带温度一致，控制所述第二伴热带温度和第四伴热带温度一致，控制所述第一伴热带温度和第二伴热带温度不同，所述第一伴热带、第二伴热带、第三伴热带和第四伴热带间隔40-60米设置；控制所述第一伴热带温度为34℃，控制所述第二伴热带温度为38℃。

8、优选地，所述第二输送管路上还设置有纯化器，所述纯化器位于调压装置后端，所述伴热带位于所述纯化器和调压装置之间，所述伴热带与纯化器之间的输送距离大于900米。

9、优选地，所述第一伴冷段和第二伴冷段采用伴冷管路输送，所述伴冷管路包括液体输送管和位于所述液体输送管外的制冷剂管路，所述制冷剂管路连通冷冻机，所述液体输送管内输送液态二氧化碳，所述制冷剂管路内流动乙二醇制冷剂，所述乙二醇制冷剂选用乙二醇溶液，其包括乙二醇和水，所述乙二醇和水的比例为1：（1.21-1.23）。

10、优选地，所述芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统还包括清洗装置，所述第二输送管路的出口与所述清洗装置连通，为所述清洗装置提供气态二氧化碳，所述芯片清洗装置用于将所述气态二氧化碳调节为超临界二氧化碳，所述芯片清洗装置用于将超临界二氧化碳对芯片进行清洗。

11、本发明提供的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统具备如下有益效果：

12、1、输送的亚临界二氧化碳为气态，输送稳定性好，并且该条件靠近超临界状态，芯片清洗设备容易调整达到超临界状态，为芯片清洗设备能够提供稳定的亚临界二氧化碳。

13、2、采用前端伴冷后端伴热的方式，实现二氧化碳稳定连续供应，前端伴冷为了配合隔膜泵的工作，确保泵前是充足的液体，能够及时启动，保证稳定连续的输送；后端伴热保证亚临界气体的稳定性，便于稳定输送。

技术特征：

1.一种芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，包括第一输送管路、第二输送管路、调压装置和加热装置，所述调压装置和加热装置位于所述第一输送管路和第二输送管路之间，所述第一输送管路内输送液态二氧化碳，所述第二输送管路内输送气态二氧化碳，所述第一输送管路包括依次连通的第一伴冷段和第二伴冷段，所述第一伴冷段和第二伴冷段之间设置有隔膜泵，所述第一输送管路的液态二氧化碳来料温度为-19℃至-22℃，所述第一伴冷段的平均温度控制在-23℃至-26℃，工作压力为19±4 barg；所述第二伴冷段的平均温度控制在-23℃至-26℃，工作压力为62±4 barg； 所述第二输送管路采用电伴热，所述第二输送管路输出的气态二氧化碳温度控制在30℃至40℃，压力控制在51barg至59 barg。

2.如权利要求1所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述亚临界二氧化碳供应系统还包括原料储罐和缓冲储罐，所述原料储罐和缓冲储罐通过第一输送管路连通，所述隔膜泵位于所述原料储罐和缓冲储罐之间，所述第一伴冷段位于所述原料储罐和隔膜泵，所述第二伴冷段位于所述隔膜泵和缓冲储罐之间，所述缓冲储罐的出口连通所述加热装置，所述加热装置的出口连通调压装置。

3.如权利要求2所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述原料储罐和缓冲储罐内筒材质为s30408不锈钢，所述缓冲储罐内筒厚度为35-45mm。

4.如权利要求1所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述第二输送管路包括气体输送管、热管绝缘层、热管保护套和多段伴热带，从第二输送管路的截面来看，所述热管绝缘层环绕于所述气体输送管外，所述热管保护套环绕于所述热管绝缘层外，所述多段伴热带贴合所述气体输送管外；所述多段伴热带沿第二输送管路延伸方向间隔设置，且每段伴热带分别连接单独的伴热控制器。

5.如权利要求4所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述热管绝缘层材料采用发泡聚氨酯，所述热管绝缘层厚度为90-120mm，所述热管保护套为不锈钢保护套。

6.如权利要求4所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述多段伴热带分别包括沿第二输送管路依次设置的第一伴热带、第二伴热带、第三伴热带和第四伴热带，控制所述第一伴热带温度和第三伴热带温度一致，控制所述第二伴热带温度和第四伴热带温度一致，控制所述第一伴热带温度和第二伴热带温度不同，所述第一伴热带、第二伴热带、第三伴热带和第四伴热带间隔40-60米设置；控制所述第一伴热带温度为34℃，控制所述第二伴热带温度为38℃。

7.如权利要求1所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述第二输送管路上还设置有纯化器，所述纯化器位于调压装置后端，所述伴热带位于所述纯化器和调压装置之间，所述伴热带与纯化器之间的输送距离大于900米。

8.如权利要求1所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述第一伴冷段和第二伴冷段采用伴冷管路输送，所述伴冷管路包括液体输送管和位于所述液体输送管外的制冷剂管路，所述制冷剂管路连通冷冻机，所述液体输送管内输送液态二氧化碳，所述制冷剂管路内流动乙二醇制冷剂，所述乙二醇制冷剂选用乙二醇溶液，其包括乙二醇和水，所述乙二醇和水的比例为1：（1.21-1.23）。

9.如权利要求1所述的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，其特征在于，所述芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统还包括清洗装置，所述第二输送管路的出口与所述清洗装置连通，为所述清洗装置提供气态二氧化碳，所述芯片清洗装置用于将所述气态二氧化碳调节为超临界二氧化碳，所述芯片清洗装置用于将超临界二氧化碳对芯片进行清洗。

技术总结
本发明提供芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统。本发明提供的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统，包括第一输送管路、第二输送管路、调压装置和加热装置，调压装置和加热装置位于第一输送管路和第二输送管路之间，第一输送管路内输送液态二氧化碳，第二输送管路内输送气态二氧化碳，第一输送管路包括依次连通的第一伴冷段和第二伴冷段，第一伴冷段和第二伴冷段之间设置有隔膜泵，第二输送管路采用电伴热，第二输送管路输出的气态二氧化碳温度控制在30℃至40℃，压力控制在51barg至59 barg。本发明提供的芯片清洗用亚临界二氧化碳供应系统通过前端伴冷后端伴热的方式保证亚临界气体的稳定性，便于稳定输送。

技术研发人员：邓韬,孙永康,钟小禹
受保护的技术使用者：广州广钢气体能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17