[发明专利]基于超临界二氧化碳微乳液干燥的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体清洗和干燥技术领域，尤其涉及一种基于超临界二氧化碳(SCCO₂)微乳液干燥的装置及方法。

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。

二氧化碳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。虽然利用液态二氧化碳替换有机溶液，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，而且二氧化碳的用量很大。在二氧化碳中加入一些特殊的表面活性剂，当二氧化碳遇到水时，在一定条件下可形成微乳滴，将极大的增加水在二氧化碳中的溶解度。利用液态二氧化碳置换去离子水并用超临界二氧化碳和表面活性剂组成的微乳液体系可以快速、高效的进行干燥。

因此基于超临界二氧化碳微乳液体系的提出，将是解决这个问题的一条有效途径。

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基于超临界二氧化碳微乳液干燥的装置及方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于超临界二氧化碳微乳液干燥的装置，包括：

装有表面活性剂的储液罐1和提供高纯二氧化碳的储气罐2，二者分别通过第二增压泵3和第一增压泵4连接于电磁阀5，电磁阀5的另一端连接于反应腔室6的入口；

反应腔室6的一个出口管路上通过第一手动阀9连接于观察视窗10，另一个出口管路上通过第一膨胀阀19连接于第二热交换器18；

观察视窗10的出口连接于第一分离器13，在观察视窗10与第一分离器13的连接管路上接有一个第二膨胀阀11和第一热交换器12；第一分离器13的出口连接于第一过滤纯化装置15，第一过滤纯化装置15通过第三增压泵23和第四热交换器24连接于反应腔室6；

第二热交换器18的出口连接于第三分离器17，第三分离器17依次通过第三热交换器21、第二分离器20、冷却装置22、第三增压泵23和第四热交换器24连接于反应腔室6；

第二分离器20的一个出口通过第四手动阀25和第二过滤纯化装置26连接于表面活性剂储罐1。

上述方案中，所述反应腔室6内部固定有可翻转和旋转托盘8，其外部安装有冷循环29系统、加热系统30、温度测量装置27和压力测量装置28。

上述方案中，所述第三分离器17，其第一端与第二热交换器18的出口连接，第二端通过第三热交换器21与第二分离器20连接，第三端接有第三手动阀16。

上述方案中，该装置具有一个二氧化碳循环使用系统，包括：

连接到反应腔室6底部的第一手动阀9，其另一端连接于观察视窗10，观察视窗10的出口连接有第二膨胀阀11和第一热交换器12，从第一热交换器12中出来的二氧化碳流入第一分离器13中，再经过第一过滤纯化装置15通过第三增压泵23和第四热交换器24流入反应腔室6中；

连接到反应腔室6底部的第一膨胀阀19，其另一端连接于第二热交换器18，从第二热交换器18中出来的二氧化碳流入第三分离器17中，从第三分离器17中出来的二氧化碳再经第三热交换器21流入第二分离器20中，第二分离器20的另一端连接于冷却装置22，从冷却装置22中出来的二氧化碳通过第三增压泵23和第四热交换器24流入反应腔室6中。

上述方案中，该装置具有一个表面活性剂循环使用系统，包括：

连接到反应腔室6底部的第一膨胀阀19，其另一端连接于第二热交换器18，第二热交换器18与第三分离器17连接，第三分离器17的顶部出口经第三热交换器21与第二分离器20的入口接通，表面活性剂从第二分离器20的出口再经过第四手动阀25和第二过滤纯化装置26流回表面活性剂储罐1中。

为达到上述目的，本发明还提供了一种基于超临界二氧化碳微乳液的干燥方法，该方法是利用液态二氧化碳置换去离子水，接着利用基于SCCO₂的微乳液对结构图形进行干燥，然后通入纯二氧化碳吹洗。