專利名稱：綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術中的半導體晶片無水清洗技術領域， 尤其涉及一種綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，利用超臨界態二 氧化碳無表面張力的特點實現對半導體晶片的無水清洗。
背景技術：
隨著微電子技術的進步，半導體電路的集成度不斷提高，元器件 的尺度不斷縮小，相應地對晶片潔凈度的要求也越來越高。因為殘留 在晶片表面的污染物和雜質會導致電路或器件結構失效，所以在制造 過程中需要大量的清洗工作。所謂清洗，是指在不破壞晶圓表面電特 性的前提下，有效去除各類污染。
在傳統的清洗技術中，無論是濕法清洗還是干法清洗，最終都要 使用大量高純水進行沖洗，再用異丙醇等干燥晶片表面。由此衍生出 的問題是水資源的大量消耗、化學試劑引起的芯片和環境的污染，以 及干燥過程引起的微結構粘連和顆粒吸附。而且受液體表面張力和粘 度的限制，傳統清洗技術無法深入微小孔隙進行有效的清洗。隨著半 導體技術向更小的工藝節點延伸，傳統清洗漸漸變得力不從心。
超臨界態二氧化碳具有低粘度、高擴散性、低表面張力、親有機 性等特點，可以深入微小孔隙進行清洗，避免了大量純水的消耗和傳
統清洗技術所需的后續處理(包括廢液的處理和干燥等)，滿足新一代 晶片高深寬比結構的要求，也大大減小了對資源和環境的壓力。
發明內容
(一)要解決的技術問題 有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種綠色二氧化碳超流體 半導體清洗設備，以克服傳統清洗的困難，解決傳統清洗大量耗水、污染環境、清洗后需要干燥以及無法深入微小孔隙進行清洗的問題， 滿足新一代半導體工藝的要求。
(二)技術方案
為達到上述目的，本發明提供了一種綠色二氧化碳超流體半導體 清洗設備，該設備包括主工作腔l、分離腔3、清洗劑及助溶劑暫存腔
4、溫度控制系統7和二氧化碳循環控制系統8，其中，
所述主工作腔1，用于半導體晶片的超流體清洗和干燥，固定在支
座6上，該主工作腔底部安裝有溫度控制系統7的溫度傳感器106和 壓力傳感器107，腔室內部的溫度受溫度控制系統7的控制；
分離腔3，用于二氧化碳與清洗廢液的分離，固定在支座6上，通 過帶電磁閥105的管道104與主工作腔1相連，通過分離腔排氣管道9 和二氧化碳循環控制系統8相連；
清洗劑及助溶劑暫存腔4，用于存放輔助清洗的有機溶劑，通過帶 電磁閥403的管道402與主工作腔1的二氧化碳入口管道103相連；
溫度控制系統7，用于對主工作腔1腔室內部的溫度進行控制；
二氧化碳循環控制系統8，用于實現整套設備的二氧化碳循環控制 工作，固定在支座6上，由液體二氧化碳儲氣罐和壓縮機構成，對二 氧化碳進行壓縮、散熱和存儲，同時完成主工作腔1的制冷任務。
上述方案中，所述主工作腔1的內部有盛放晶片的硅片架2，外部 由用于制冷的換熱盤管5環繞，底部有加熱絲。
上述方案中，所述主工作腔1上部設置有高壓密封蓋101，保證主 工作腔1具有良好的密閉性能。
上述方案中，所述二氧化碳循環控制系統8中的液體二氧化碳分 別在清洗工作回路和制冷工作回路中流動；
所述清洗工作回路自二氧化碳循環控制系統8的二氧化碳儲氣罐 開始，經由主工作腔進液管103、主工作腔l、主工作腔排液管104、 分離腔3、分離腔排氣管9、 二氧化碳循環控制系統8的壓縮機回到二 氧化碳循環控制系統8的儲氣罐；
所述制冷工作回路自二氧化碳循環控制系統8的二氧化碳儲氣罐開始，經由換熱器盤管5和二氧化碳循環控制系統8的壓縮機后回到 二氧化碳循環控制系統8的儲氣罐。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
(1) 本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，屬無水 清洗設備，避免了高純水的大量消耗，克服了半導體工業大量耗水的 困難。
(2) 本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，采用超 臨界態二氧化碳作為清洗媒體，避免了傳統清洗過程中腐蝕性、易燃 性以及有機溶劑等化學藥品的大量使用。 一方面，減少了處理清洗廢 液的成本，另一方面減小了對環境的污染，同時增強了操作人員的安 全性。
(3) 本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，采用超 臨界態二氧化碳作為清洗媒體，利用了超臨界流體無表面張力的特點， 深入微小孔隙進行清洗，解決了傳統清洗媒體由于表面張力而無法深 入至微小結構進行有效清洗的尷尬局面，因而更適合于新一代半導體 制造技術的要求。
(4) 本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，清洗完 成之后，使用超臨界態二氧化碳作為漂洗液，與清洗液進行充分置換 后，對清洗后的晶片實施超臨界干燥，避免了傳統清洗技術最終干燥 時由于氣——液界面極大的表面張力引起的結構粘連、圖形變形和顆 粒物的致命吸附等問題。
(5) 本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，使用二 氧化碳進行制冷和清洗。二氧化碳無毒無味、不燃燒也不助燃，化學 性質穩定，而且它的臨界溫度比較低，滿足對溫度敏感的電路或結構 的技術需要。同時，本設備使用的二氧化碳并不外排，而是經過壓縮 散熱后循環使用，避免了溫室氣體的排放，不會對環境帶來任何壓力。
圖1為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備結構示 意圖2為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備中主工 作腔示意圖3為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備中清洗 劑及助溶劑暫存腔結構示意圖4為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備中硅片 架的結構示意圖5為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備中主工 作腔高壓密封蓋示意圖中，主工作腔l，硅片架2，分離腔3，清洗劑及助溶劑暫存腔 4，主工作腔換熱盤管5，支座6，溫度控制系統7， 二氧化碳循環控制 系統8，分離腔排氣管道9，主工作腔高壓密封蓋101，主工作腔進氣 管電磁閥102，主工作腔進氣管道103，主工作腔排氣管道104，主工 作腔排氣管電磁閥105，溫度傳感器106，壓力傳感器107，清洗劑及 助溶劑暫存腔密封蓋401，暫存腔排液管402，暫存腔排液管閥門403。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具 體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖1所示，圖1為本發明提供的綠色二氧化碳超流體半導體清 洗設備結構示意圖，該設備主要由工作腔l、分離腔3、清洗劑及助溶 劑暫存腔4、溫度控制系統7和二氧化碳循環控制系統8組成。其中， 主工作腔1、分離腔3和二氧化碳循環控制系統8均固定在支座6上。
主工作腔通過帶進液電磁閥102的主腔進液管103與二氧化碳存 儲罐相連，通過帶排液電磁閥105的主腔排液管104與分離腔3相連； 暫存腔4通過帶閥門403的排液管道402與主工作腔1的進液管道103 相連；主腔1內部有盛放待清洗硅片的硅片架2，外部盤繞制冷用的換 熱盤管5，底部有加熱用的電阻絲。主腔的溫度由溫度傳感器106進行測量，并由溫度控制系統決定是否需要加熱或制冷，以保證合適的工 作溫度；主腔的壓力由壓力傳感器107進行測量。由于本設備在高壓 條件下工作，必須保證整套裝置良好的耐壓性和密閉性，所以主腔1 帶有高壓密封蓋101保證良好的密閉性能。
主工作腔1在清洗過程中始終保持液體環境，防止清洗時氣—— 液界面的表面張力對微小的器件結構和圖形造成損壞以及對雜質顆粒 的致命吸附。
分離腔3的進液管與主工作腔的排液管104相連，排氣管道9與 二氧化碳循環控制系統8內的壓縮機相連，廢液排出通道帶有手動常 閉開關。當清洗液排至分離腔后，通過降壓使液體二氧化碳氣化，氣 相二氧化碳經由排氣管9送至壓縮機進行壓縮散熱，回到儲氣罐，而 有機溶劑和清洗產生的雜質等廢液則通過上述手動開關排出本設備。
二氧化碳循環控制系統8包含二氧化碳存儲罐和壓縮機兩部分， 它是本清洗設備實現二氧化碳循環使用的關鍵結構。 一方面，參與清
洗過程的二氧化碳通過分離腔的排氣管道9進入壓縮機進行壓縮散熱 后，回儲氣罐；另一方面輸入換熱盤管5內參與制冷的二氧化碳也由 壓縮機壓縮后回儲氣罐循環使用。這樣做避免了現有的開放式系統中 二氧化碳的大量消耗，從而解決了溫室氣體排放對于環境的壓力。
將本發明所涉及的設備應用于半導體晶片清洗時，主工作腔1內 硅片架2中的待清洗晶片在清洗過程中需要始終保持液體環境，防止 氣——液界面的表面張力引起的顆粒吸附、結構粘連等不良后果。先 用含少量清洗劑和助溶劑的超臨界態二氧化碳作為清洗液對晶片進行 清洗，再用超臨界態二氧化碳進行深度漂洗，最后實施超臨界干燥。 整個過程需要控制主工作腔1的溫度和壓力。清洗過程中產生的廢液 送至分離腔3中進行處理，分離腔3降壓后，氣相二氧化碳與廢液分 離，經分離腔排氣管道9由壓縮機壓縮散熱后，回到儲氣罐，而剩余 廢液則經由手動排泄閥排出。
在使用本發明提供的設備進行清洗時的具體工作步驟如下-. (1)打開主工作腔1的高壓密封蓋101，取出硅片架2，將待清 洗的晶片在保持濕環境的條件下放置在硅片架上，送回工作腔l，關閉
8高壓密封蓋101。
(2) 打開主腔進液電磁閥102和清洗劑及助溶劑暫存腔排液閥門 403，令液體二氧化碳和清洗劑、助溶劑的混合物充滿主工作腔，保持 主腔1的工作溫度和壓力大于二氧化碳的臨界溫度和臨界壓力，對晶 片初步實施超流體清洗。
(3) 初步清洗結束后，打開主腔排液電磁閥105，由主腔進液管 輸入液體二氧化碳，對清洗液進行充分置換。清洗液由主腔排液管104 迸入分離腔。置換完成后，主腔內充滿了液體二氧化碳。
(4) 關閉主腔排液電磁閥105。控制主腔溫度和壓力在二氧化碳 的臨界溫度和臨界壓力以上，即使用超臨界態二氧化碳對清洗后的晶 片進行深度漂洗。與此同時，分離腔3降壓，作為液態媒體的二氧化 碳轉變為氣相，與含雜質的有機廢液分離，通過分離腔排氣管9排出 分離腔，經由壓縮機壓縮散熱后回儲氣罐循環使用；而廢液則通過分 離腔的手動排泄閥排出設備。
(5) 步驟4中主工作腔1內以超流體為漂洗液的深度漂洗過程結 束后，打開主腔排液電磁閥，保持腔體溫度在臨界溫度以上，緩慢降 低腔體壓力，對晶片實施超臨界干燥，腔內的二氧化碳直接氣化。氣 體二氧化碳同樣由壓縮機壓縮散熱后回儲氣罐循環使用。
(6) 至此，清洗過程結束。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體 實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍 之內。
權利要求
1、一種綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，其特征在于，該設備包括主工作腔(1)、分離腔(3)、清洗劑及助溶劑暫存腔(4)、溫度控制系統(7)和二氧化碳循環控制系統(8)，其中，所述主工作腔(1)，用于半導體晶片的超流體清洗和干燥，固定在支座(6)上，該主工作腔底部安裝有溫度控制系統(7)的溫度傳感器(106)和壓力傳感器(107)，腔室內部的溫度受溫度控制系統(7)的控制；分離腔(3)，用于二氧化碳與清洗廢液的分離，固定在支座(6)上，通過帶電磁閥(105)的管道(104)與主工作腔(1)相連，通過分離腔排氣管道(9)和二氧化碳循環控制系統(8)相連；清洗劑及助溶劑暫存腔(4)，用于存放輔助清洗的有機溶劑，通過帶電磁閥(403)的管道(402)與主工作腔(1)的二氧化碳入口管道(103)相連；溫度控制系統(7)，用于對主工作腔(1)腔室內部的溫度進行控制；二氧化碳循環控制系統(8)，用于實現整套設備的二氧化碳循環控制工作，固定在支座(6)上，由液體二氧化碳儲氣罐和壓縮機構成，對二氧化碳進行壓縮、散熱和存儲，同時完成主工作腔(1)的制冷任務。
2、 根據權利要求1所述的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備， 其特征在于，所述主工作腔(1)的內部有盛放晶片的硅片架(2)，外 部由用于制冷的換熱盤管(5)環繞，底部有加熱絲。
3、 根據權利要求1所述的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備， 其特征在于，所述主工作腔(1)上部設置有高壓密封蓋(101)，保證 主工作腔(1)具有良好的密閉性能。
4、 根據權利要求1所述的綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備， 其特征在于，所述二氧化碳循環控制系統(8)中的液體二氧化碳分別 在清洗工作回路和制冷工作回路中流動；所述清洗工作回路自二氧化碳循環控制系統(8)的二氧化碳儲氣 罐開始，經由主工作腔進液管(103)、主工作腔(1)、主工作腔排液管(104)、分離腔(3)、分離腔排氣管(9)、 二氧化碳循環控制系統(8)的壓縮機回到二氧化碳循環控制系統(8)的儲氣罐；所述制冷工作回路自二氧化碳循環控制系統(8)的二氧化碳儲氣 罐開始，經由換熱器盤管(5)和二氧化碳循環控制系統(8)的壓縮 機后回到二氧化碳循環控制系統(8)的儲氣罐。
全文摘要
本發明公開了一種綠色二氧化碳超流體半導體清洗設備，用于半導體晶片的無水清洗。該設備主要包括帶溫度和壓力控制的主工作腔(進行超流體清洗和超臨界干燥)、分離二氧化碳和清洗廢液的分離腔、存放增強清洗效果的清洗劑及助溶劑的暫存腔和對二氧化碳進行壓縮、散熱和存儲的二氧化碳循環控制系統等幾大部分。各部分通過帶閥門的管道進行連接。在少量有機溶劑的配合下，以無表面張力的二氧化碳超流體為清洗媒體和漂洗液，深入微小孔隙獲得良好的清洗效果。利用本發明提供的清洗設備，避免了純水的大量消耗和化學藥劑帶來的污染，解決了傳統工藝中由于表面張力造成的結構變形和顆粒吸附等問題，而且二氧化碳循環使用減少了溫室氣體的大量排放。
文檔編號H01L21/00GK101452820SQ20071017877
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者劉茂哲, 景玉鵬, 李全寶, 羅小光, 高超群 申請人:中國科學院微電子研究所