[发明专利]绿色二氧化碳超临界流体半导体清洗设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术中的半导体硅片无水清洗技术领域，尤其涉及一种二氧化碳超临界流体半导体清洗设备，利用超临界态二氧化碳无表面张力的特点实现对半导体硅片的无水清洗。

背景技术

随着微电子技术的进步，芯片的集成度不断提高，元器件的尺度不断缩小，相应地对硅片洁净度的要求也越来越高。因为硅片表面的残留污染物和杂质会导致电路或器件结构失效，所以在制造过程中需要进行大量的清洗。所谓清洗，是指在不破坏硅片表面电特性及器件结构的前提下，有效去除各类污染。

在传统的清洗技术中，无论是湿法清洗还是干法清洗，最终都要使用大量高纯水进行冲洗，再用异丙醇等干燥硅片表面。由此衍生出的问题是水资源的大量消耗、化学试剂引起的芯片和环境的污染，以及干燥过程中气液界面的表面张力引起的微结构粘连和颗粒吸附。而且受液体表面张力和粘度的限制，传统清洗技术无法对微小孔隙进行有效的清洗。随着半导体技术向更小的工艺节点延伸，传统清洗渐渐变得力不从心。

超临界态二氧化碳具有低粘度、高扩散性、低表面张力、亲有机性等特点，可以深入微小孔隙进行清洗，避免了大量纯水的消耗和传统清洗技术所需的后续处理(包括废液的处理和干燥等)，满足新一代硅片高深宽比结构的要求，也大大减小了半导体工业对资源和环境的压力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳超临界流体半导体清洗设备，以克服传统清洗的困难，解决传统清洗大量耗水、污染环境、无法深入微小孔隙进行清洗以及清洗后干燥引起的结构粘连和颗粒吸附等问题，满足新一代半导体工艺的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种二氧化碳超临界流体半导体清洗设备，该设备包括主工作室1、分离室3、清洗剂及助溶剂暂存罐4、温度及压力控制系统7和二氧化碳循环控制系统8，其中，

主工作室1，用于半导体硅片的超临界流体清洗和超临界干燥，固定在支座10上，该主工作室1内部安装有温度传感器106和压力传感器107，腔室内部的温度受温度及压力控制系统7的控制；

分离室3，用于二氧化碳与清洗废液的分离，固定在支座10上，通过带电磁阀105的管道104与主工作室1相连，通过分离室排气管道301和二氧化碳循环控制系统8相连；

清洗剂及助溶剂暂存罐4，用于存放辅助清洗的有机溶剂，通过带电磁阀403的管道402与主工作室1的二氧化碳入口管道103相连；

温度及压力控制系统7，用于对主工作室1和分离室3腔室内部的温度进行控制；

二氧化碳循环控制系统8，用于实现整套设备的二氧化碳循环控制工作，固定在支座10上，由液体二氧化碳储气罐和压缩机构成，对二氧化碳进行压缩、散热和存储，同时完成主工作室1和分离室3的制冷任务；

所述二氧化碳循环控制系统8中的液体二氧化碳分别在清洗工作回路和制冷工作回路中流动；所述清洗工作回路自二氧化碳循环控制系统8的二氧化碳储气罐开始，经由主工作室进液管103、主工作室1、主工作室排液管104、分离室3、分离室排气管301、二氧化碳循环控制系统8的压缩机回到二氧化碳循环控制系统8的储气罐；所述制冷工作回路自二氧化碳循环控制系统8的二氧化碳储气罐开始，经由换热器盘管5和二氧化碳循环控制系统8的压缩机后回到二氧化碳循环控制系统8的储气罐。

上述方案中，所述主工作室1的内部有盛放硅片的片架2，外部由用于制冷的主工作室换热盘管5环绕，底部有加热丝。

上述方案中，所述主工作室1顶部设置有高压密封盖101，用于保证主工作室1具有良好的密闭性能。

上述方案中，所述硅片架2用于盛放多种规格的硅片。

上述方案中，所述分离室3的内部安装有分离室温度传感器303和分离室压力传感器304，外部由用于制冷的分离室换热盘管6环绕。

上述方案中，所述分离室3有带手动开关901的清洗废液排离管9

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果

(1)本发明提供的二氧化碳超临界流体半导体清洗设备，属无水清洗设备，避免了高纯水的大量消耗，克服了半导体工业大量耗水的困难。

(2)本发明提供的二氧化碳超临界流体半导体清洗设备，采用超临界态二氧化碳作为清洗媒体，避免了传统清洗过程中腐蚀性、易燃性以及有机溶剂等化学药品的大量使用。一方面，减少了处理清洗废液的成本，另一方面减小了对环境的污染，同时增强了操作人员的安全性。