專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)關(guān)鍵制造技術(shù)的犧 牲層釋放技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝 置，利用液體二氧化碳進(jìn)入超臨界狀態(tài)時(shí)，二氧化碳變成一種似液似氣的 沒(méi)有表面張力進(jìn)入超臨界狀態(tài)的特點(diǎn)，解決濕法腐蝕后結(jié)構(gòu)層之間的粘連 問(wèn)題。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)中，硅基表面微機(jī)械加工技術(shù)是一個(gè) 重要組成部分，避免了縱向的體硅深加工，與集成電路工藝有更好的兼容 性，有利于結(jié)構(gòu)性器件和處理電路的集成。在硅基表面微機(jī)械加工過(guò)程中，要運(yùn)用到"犧牲層"技術(shù)來(lái)制造懸空的 梁、膜或空腔結(jié)構(gòu)。犧牲層釋放過(guò)程中或犧牲層形成之后，多數(shù)情況下液 體揮發(fā)產(chǎn)生表面張力引起結(jié)構(gòu)層下拉，該現(xiàn)象稱(chēng)為粘連現(xiàn)象，二氧化碳超 臨界干燥器是解決微細(xì)加工中干燥時(shí)粘連最好的方法。超臨界狀態(tài)下微細(xì)結(jié)構(gòu)之間的液體就變成了一種沒(méi)有表面張力的液 體(也可稱(chēng)作氣體)，此時(shí)再進(jìn)行干燥加熱或減壓汽化，就不會(huì)發(fā)生液體 緩慢蒸發(fā)汽化時(shí)表面張力造成的粘連現(xiàn)象。設(shè)備原理基于在犧牲層腐蝕完后，低溫時(shí)用液體二氧化碳置換出微細(xì)結(jié)構(gòu)中的醇類(lèi)液體，然后緩慢升溫 進(jìn)入超臨界點(diǎn)，保持?jǐn)?shù)十分鐘后打開(kāi)閥門(mén)減壓汽化干燥，從而解決濕法工 藝干燥時(shí)的粘連問(wèn)題。本設(shè)備基于此原理的效果要明顯強(qiáng)于凍結(jié)干燥法和 有機(jī)置換等其他方法。我國(guó)現(xiàn)在從事MEMS相關(guān)的微細(xì)加工的科研機(jī)構(gòu)和高校有近千家之 多。日本韓國(guó)也有不少這樣的研究機(jī)構(gòu)。濕法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，成本廉價(jià)的 特點(diǎn)，也將使這一數(shù)字迅速發(fā)展，因此目前在國(guó)內(nèi)就有一個(gè)龐大的市場(chǎng)。 而美國(guó)巳有的二氧化碳超臨界干燥設(shè)備采用的是二氧化碳制冷，嚴(yán)重的污 染環(huán)境，二氧化碳的使用量很大造成資源浪費(fèi)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)京都二氧化碳 排放協(xié)議，日本韓國(guó)研究機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有設(shè)備將退出實(shí)驗(yàn)室。低二氧化碳排放 設(shè)備對(duì)占領(lǐng)對(duì)地球溫暖化反應(yīng)過(guò)敏的日本韓國(guó)以及東南亞科研機(jī)構(gòu)市場(chǎng) 十分有利。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超 臨界干燥裝置，以解決微細(xì)加工中干燥時(shí)粘連的問(wèn)題，并降低液體二氧化 碳的消耗量，達(dá)到節(jié)約能源的目的。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置，該裝置包括超臨界干燥室，用于犧牲層的釋放，由高壓反應(yīng)室4和溫度控制室5 組成;高壓反應(yīng)室4用于盛放硅片支架，提供二氧化碳置換和氣化干燥的反應(yīng)室，與二氧化碳?xì)馄肯噙B，且高壓反應(yīng)室4的外壁上安裝有半導(dǎo)體制 冷環(huán)201;溫度控制室5通過(guò)蒸發(fā)器盤(pán)管與高壓反應(yīng)室4相連，實(shí)現(xiàn)高壓 反應(yīng)室4的制冷和加熱；分離減壓室6，通過(guò)管道與高壓反應(yīng)室4相連，用于減壓后將醇類(lèi)和 二氧化碳分離；所述超臨界干燥室與分離減壓室6通過(guò)支座臺(tái)2固定連接。 所述高壓反應(yīng)室4頂部安裝有高壓蓋1，用于密封高壓室。 所述高壓蓋1由不銹鋼材料制成，其直徑為180mm，高為20mm。 所述高壓反應(yīng)室底部安裝有進(jìn)口電磁閥401，出口電磁閥402，溫度 傳感器ll，壓力傳感器10;其中，進(jìn)口電磁閥401和出口電磁閥402用 于控制二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)出；溫度傳感器11用于測(cè)試和控制高壓反應(yīng)室4 內(nèi)的溫度；壓力傳感器10用于測(cè)試和控制高壓反應(yīng)室4內(nèi)的壓力。所述高壓反應(yīng)室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為135mm，高為 82mm。所述硅片支架置于高壓反應(yīng)室4內(nèi)部，加熱電阻絲直接繞貼在高壓反應(yīng)室4的底部；所述半導(dǎo)體制冷環(huán)焊接在高壓反應(yīng)室4的外壁，其內(nèi)徑為135mm。 所述分離減壓室6接有進(jìn)氣管和減壓排氣管8，進(jìn)氣管用于連接高壓 反應(yīng)室4與分離減壓室；減壓排氣管8用于排除殘余液體和氣體。所述分離減壓室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為135mm，高為200mm o
所述硅片支架為直徑120mm，厚度2mm的鋁合金圓柱。 該裝置由繼電器溫度壓力傳感器及閥門(mén)控制自動(dòng)運(yùn)行，并設(shè)置安全自 鎖機(jī)能。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 利用本發(fā)明，采用二氧化碳超臨界干燥法解決了濕法工藝干燥時(shí) 的粘連問(wèn)題。超臨界狀態(tài)下微細(xì)結(jié)構(gòu)之間的液體就變成了一種沒(méi)有表面張 力的液體(也可稱(chēng)作氣體)，此時(shí)再進(jìn)行干燥加熱或減壓汽化，就不會(huì)發(fā) 生液體緩慢蒸發(fā)汽化時(shí)表面張力造成的粘連現(xiàn)象。
2、 利用本發(fā)明，采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)代替現(xiàn)有的二氧化碳開(kāi)放式制 冷，大大降低了液體二氧化碳的消耗量，節(jié)約了能源。
3、 利用本發(fā)明，采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)代替現(xiàn)有的二氧化碳開(kāi)放式制 冷，克服了用二氧化碳開(kāi)放式制冷從而消耗大量二氧化碳，污染大氣的難 題。
4、 利用本發(fā)明，采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)代替現(xiàn)有的二氧化碳開(kāi)放式制 冷，與二氧化碳制冷或氟里昂制冷相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)噪音，無(wú)污染，制 冷速度快。
5、 利用本發(fā)明，增大批處理能力，將現(xiàn)有設(shè)備的四寸五片的批處理 能力提高到四寸十片的批處理能力，可以一次處理十片四寸的硅片，為產(chǎn) 業(yè)化打下了良好的基礎(chǔ)。6、 本發(fā)明采用符合中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器，安全性較高，設(shè)備運(yùn)行由 繼電器溫度壓力傳感器及闊門(mén)控制自動(dòng)進(jìn)行，并設(shè)置安全自鎖機(jī)能，因此 大大降低了設(shè)備運(yùn)行的危險(xiǎn)系數(shù)。
7、 利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷二氧化碳超臨界干燥裝備的操作自 動(dòng)化，設(shè)備通過(guò)手工操作驗(yàn)證出最佳狀態(tài)時(shí)可定型自動(dòng)化操作，設(shè)備運(yùn)行 由時(shí)控繼電器和溫度壓力傳感器以及閥門(mén)控制自動(dòng)進(jìn)行，并設(shè)置安全自鎖 機(jī)能。


圖1為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖2為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中半導(dǎo)體 制冷環(huán)的示意圖3為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓蓋 截面的示意圖4為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓反 應(yīng)室內(nèi)部的示意圖5為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓反 應(yīng)室底部的示意圖中，高壓蓋l，支座臺(tái)2，盛放片子的支架3，高壓反應(yīng)室4，溫度 控制室5，分離減壓室6， 二氧化碳濾芯7，減壓排氣管8，控制面板9， 壓力傳感器IO，溫度傳感器ll，半導(dǎo)體制冷環(huán)201，螺絲孔301，進(jìn)口電磁閥401，出口電磁閥402。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥 裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置由兩個(gè)圓筒狀腔室和溫度控制裝置構(gòu)成，兩個(gè)
圓筒狀腔室通過(guò)支座臺(tái)2固定連接。其中，左側(cè)的圓筒狀腔室為超臨界干 燥室，用于犧牲層的釋放；右側(cè)的圓筒狀腔室為分離減壓室，用于將醇類(lèi) 和二氧化碳分離。
超臨界干燥室由高壓反應(yīng)室4和溫度控制室5組成；高壓反應(yīng)室4位 于上部，用于盛放硅片支架3，提供二氧化碳置換和氣化干燥的反應(yīng)室， 與二氧化碳?xì)馄肯噙B，且高壓反應(yīng)室4的外壁上安裝有半導(dǎo)體制冷環(huán)201; 溫度控制室5位于高壓反應(yīng)室4下部，包括半導(dǎo)體制冷和加熱裝置，通過(guò) 蒸發(fā)器盤(pán)管與高壓反應(yīng)室4相連，實(shí)現(xiàn)高壓反應(yīng)室4的制冷和加熱。
分離減壓室6通過(guò)管道與高壓反應(yīng)室4相連，用于減壓后將醇類(lèi)和二 氧化碳分離。
在所述高壓反應(yīng)室4的頂部安裝有高壓蓋1，用于密封高壓室。所述 高壓蓋1由不銹鋼材料制成，其直徑為180mm，高為20mm。如圖3所示， 圖3為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓蓋截面 的示意圖。
如圖4和圖5所示，圖4為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓反應(yīng)室內(nèi)部的示意圖，圖5為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷 的二氧化碳超臨界干燥裝置中高壓反應(yīng)室底部的示意圖。在所述高壓反應(yīng)
室的底部安裝有進(jìn)口電磁閥401、出口電磁閥402、溫度傳感器ll和壓力 傳感器10。其中，迸口電磁閥401和出口電磁閥402用于控制二氧化碳?xì)?體的進(jìn)出；溫度傳感器11用于測(cè)試和控制高壓反應(yīng)室4內(nèi)的溫度；壓力 傳感器10用于測(cè)試和控制高壓反應(yīng)室4內(nèi)的壓力。
所述支架臺(tái)2上裝有控制面板9顯示和控制溫度，并且顯示高壓反應(yīng) 室4內(nèi)的壓力，控制面板與溫度控制室相連。
所述高壓反應(yīng)室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為135mm，高為 82mm。在制造時(shí)，采用符合中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器，美國(guó)現(xiàn)有的設(shè)備采用 的美國(guó)軍方標(biāo)準(zhǔn)，不符合中國(guó)的壓力標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)備采用的高壓反應(yīng)室為不 銹鋼材料的圓柱體，直徑135mm，高82mm;高壓蓋也選用不銹鋼材料， 直徑180mm，高20mm;這樣制造出來(lái)的高壓反應(yīng)室符合中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，增 強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)中的安全性。
所述硅片支架置于高壓反應(yīng)室4內(nèi)部，加熱電阻絲直接繞貼在高壓反 應(yīng)室4的底部。
如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體制冷的二氧化梭超臨界干燥 裝置中半導(dǎo)體制冷環(huán)的示意圖。半導(dǎo)體制冷環(huán)焊接在高壓反應(yīng)室4的外壁， 其內(nèi)徑為135mm。
半導(dǎo)體制冷是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)，當(dāng)在兩種半導(dǎo)體的兩端通上 直流電時(shí)，兩端分別吸熱和放熱，在吸熱端安裝蒸發(fā)器散熱裝置就能形成 制冷器。與二氧化碳制冷和氟里昂制冷相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)噪音，無(wú)污染，制冷速度快。
所述分離減壓室接有進(jìn)氣管和減壓排氣管8，進(jìn)氣管用于連接高壓反 應(yīng)室4與分離減壓室；減壓排氣管8用于排除殘余廢氣。
所述分離減壓室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為135mm，高為 200mm。
所述硅片支架為直徑120mm，厚度2mm的鋁合金圓柱。 該裝置由繼電器溫度壓力傳感器及閥門(mén)控制自動(dòng)運(yùn)行，并設(shè)置安全自 鎖機(jī)能。
在使用時(shí)，先打幵高壓蓋l，將片子支架3放入高壓反應(yīng)室4，開(kāi)主 電源，面板電源，手動(dòng)開(kāi)啟二氧化碳?xì)忾y，記錄氣瓶重量，并估算液態(tài)氣 體殘量。然后開(kāi)始降溫，整個(gè)高壓反應(yīng)室4溫度通過(guò)氟利昂制冷降到零度， 到達(dá)零度后溫度傳感器11啟動(dòng)進(jìn)口電磁閥401向高壓反應(yīng)室4進(jìn)液態(tài)二 氧化碳，壓力傳感器10顯示高壓反應(yīng)室4內(nèi)壓力達(dá)到4MPa時(shí)，自動(dòng)停 止流動(dòng)，約5分鐘后，開(kāi)啟高壓反應(yīng)室出口電磁閥402，開(kāi)始置換高壓反 應(yīng)室4中的醇類(lèi)，使其流入分離減壓室6，時(shí)控繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)。30分鐘 后關(guān)閉出口電磁閥402。 5分鐘后同時(shí)也關(guān)閉進(jìn)口電磁閥401。開(kāi)始加熱， 溫度到36度，停止加熱，并維持一段時(shí)間，5分鐘后，壓力達(dá)到73MPa， 開(kāi)啟出口電磁閥402。壓力下降液態(tài)二氧化碳全部氣化，干燥過(guò)程完成。 關(guān)閉氣瓶閥門(mén)，操作臺(tái)斷電，主電源斷電，清洗不銹鋼過(guò)濾芯，填寫(xiě)使用 記錄。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而己，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置，其特征在于，該裝置包括超臨界干燥室，用于犧牲層的釋放，由高壓反應(yīng)室(4)和溫度控制室(5)組成；高壓反應(yīng)室(4)用于盛放硅片支架，提供二氧化碳置換和氣化干燥的反應(yīng)室，與二氧化碳?xì)馄肯噙B，且高壓反應(yīng)室(4)的外壁上安裝有半導(dǎo)體制冷環(huán)(201)；溫度控制室(5)通過(guò)蒸發(fā)器盤(pán)管與高壓反應(yīng)室(4)相連，實(shí)現(xiàn)高壓反應(yīng)室(4)的制冷和加熱；分離減壓室(6)，通過(guò)管道與高壓反應(yīng)室(4)相連，用于減壓后將醇類(lèi)和二氧化碳分離；所述超臨界干燥室與分離減壓室(6)通過(guò)支座臺(tái)(2)固定連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述高壓反應(yīng)室(4)頂部安裝有高壓蓋(1)，用于密封高 壓室。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述高壓蓋(1)由不銹鋼材料制成，其直徑為180mm，高 為20mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述高壓反應(yīng)室底部安裝有進(jìn)口電磁閥(401)，出口電磁閥(402)，溫度傳感器(11)，壓力傳感器(10);其中，進(jìn)口電磁閥(401) 和出口電磁閥(402)用于控制二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)出；溫度傳感器(11)用于測(cè)試和控制高壓反應(yīng)室(4)內(nèi)的溫度；壓力傳感器(10)用于測(cè)試 和控制高壓反應(yīng)室(4)內(nèi)的壓力。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝 置，其特征在于，所述高壓反應(yīng)室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為135mm， 高為82mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述硅片支架置于高壓反應(yīng)室(4)內(nèi)部，加熱電阻絲直接繞貼在高 壓反應(yīng)室(4)的底部；所述半導(dǎo)體制冷環(huán)焊接在高壓反應(yīng)室(4)的外壁，其內(nèi)徑為135mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述分離減壓室(6)接有進(jìn)氣管和減壓排氣管(8)，進(jìn)氣 管用于連接高壓反應(yīng)室(4)與分離減壓室；減壓排氣管(8)用于排除殘 余液體和氣體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝 置，其特征在于，所述分離減壓室為不銹鋼材料制成的圓柱體，其直徑為 135mm，高為200mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，所述硅片支架為直徑120mm，厚度2mm的鋁合金圓柱。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置， 其特征在于，該裝置由繼電器溫度壓力傳感器及閥門(mén)控制自動(dòng)運(yùn)行，并設(shè) 置安全自鎖機(jī)能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體制冷的二氧化碳超臨界干燥裝置，包括超臨界干燥室，用于犧牲層的釋放，由高壓反應(yīng)室和溫度控制室組成；高壓反應(yīng)室用于盛放硅片支架，提供二氧化碳置換和氣化干燥的反應(yīng)室，與二氧化碳?xì)馄肯噙B，且高壓反應(yīng)室的外壁上安裝有半導(dǎo)體制冷環(huán)；溫度控制室通過(guò)蒸發(fā)器盤(pán)管與高壓反應(yīng)室相連，實(shí)現(xiàn)高壓反應(yīng)室的制冷和加熱；分離減壓室通過(guò)管道與高壓反應(yīng)室相連，用于減壓后將醇類(lèi)和二氧化碳分離；所述超臨界干燥室與分離減壓室通過(guò)支座臺(tái)固定連接。利用本發(fā)明，解決了微細(xì)加工中干燥時(shí)粘連的問(wèn)題，并降低了液體二氧化碳的消耗量，達(dá)到了節(jié)約能源的目的，與二氧化碳制冷或氟里昂制冷相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)噪音，無(wú)污染，制冷速度快。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101275805SQ20071006485
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者劉茂哲, 葉甜春, 景玉鵬, 毅 歐, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所