專利名稱：高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體清洗/光刻膠剝離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代半導(dǎo)體器件制造工藝，尤其是MEMS制造工藝中，經(jīng)常需要使用固化后的光刻膠，如聚酰亞胺(PI)或SU-8膠。聚酰亞胺(PI)對硅片、鋁、銅和玻璃等材料具有很好的黏附性能，亞胺化后的PI具有優(yōu)異的耐腐蝕性，能抗有機(jī)溶劑的腐蝕，因此對于固化后的 PI很難去除。SU-8光刻膠是一種化學(xué)增強(qiáng)型負(fù)性光刻膠，具有良好的光敏性和高深寬比， 廣泛應(yīng)用于MEMS、LIGA、封裝和微模鑄等領(lǐng)域。固化后的SU-8膠也很難去除。由于固化后的PI或SU-8等很難用傳統(tǒng)的方法去除，使得固化交鏈的光刻膠的去除變得很具挑戰(zhàn)性。對于硅上的固化光刻膠去除，可以使用堿性或酸性氟基溶液實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)造成對底層硅的損耗，增大硅片表面微粗糙度；也可以使用等離子體去膠技術(shù)，但是非均勻等離子體產(chǎn)生的電荷會(huì)損傷晶圓表面的敏感結(jié)構(gòu)。為了滿足國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖對更低硅損傷和硅損耗的要求，可利用高溫高壓水輔助超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法去除固化光刻膠。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法。( 二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置，該裝置包括二氧化碳儲(chǔ)氣罐1，通過第一閥門2連接于第一質(zhì)量流量控制器3，第一質(zhì)量流量控制器3的出口連接于第一增壓泵4 ；氧氣罐6，連接于平流泵5，通過第二閥門9與第二質(zhì)量流量控制器10連接；去離子水儲(chǔ)罐8，連接于計(jì)量泵7，通過第三閥門11與流量計(jì)12連接；精密混合器13，連接于第一增壓泵4、平流泵5和計(jì)量泵7的出口；球形混合器14 一端連接精密混合器13，另一端連接加熱器15 ；加熱器15，通過溢流閥16連接于延伸至反應(yīng)腔室17內(nèi)部的噴嘴18 ；安裝于反應(yīng)腔室17內(nèi)部并用于固定樣片的旋轉(zhuǎn)托盤20 ；安裝于噴嘴18下方反應(yīng)腔室17內(nèi)壁上將反應(yīng)腔室17中的氣態(tài)物和顆粒物帶出的二氧化碳?xì)庠?9 ；噴嘴18，連接于反應(yīng)腔室17的入口 ；
安裝于反應(yīng)腔室17側(cè)壁出口的第二增壓泵21 ；過濾器23，連接于第二增壓泵21的出口 ；連接于過濾器23并對其出口氣體進(jìn)行冷卻的冷卻器24 ；安裝于反應(yīng)腔室17底部并控制排液管道開關(guān)的第四閥門22 ；
連接于冷卻器24另一出口的第五閥門25。上述方案中，該裝置還包括C02循環(huán)使用回路和CO2回收回路，所述過濾器23進(jìn)一步用于過濾干燥CO2循環(huán)使用回路和CO2回收回路中的co2。上述方案中，該裝置還包括安裝于反應(yīng)腔室17上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口溫度的溫度傳感器和安裝于反應(yīng)腔室17上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口壓力的壓力傳感器。上述方案中，所述精密混合器13用于預(yù)混合，所述球形混合器14用于充分混合。上述方案中，所述二氧化碳?xì)庠?9位于噴嘴18下方反應(yīng)腔室17內(nèi)壁上，用于將剝離下來的光刻膠帶離樣片的表面。上述方案中，所述噴嘴18連接于反應(yīng)腔室17內(nèi)部且其位置和角度可改變。上述方案中，所述溢流閥16位于加熱器15的出口且用于維持恒定的壓力。為達(dá)到上述目的的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法，該方法將超臨界二氧化碳、高溫高壓水和氧氣結(jié)合起來去除光刻膠。上述方案中，所述水為去離子水，CO2氣體純度達(dá)99. 999%以上，氧氣純度達(dá) 99. 99% 以上。上述方案中，所述高溫為300°C至700°C，壓力為8Mpa至50MPa。(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、本發(fā)明提供的這種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法，是利用物理和化學(xué)共同作用的結(jié)果，利用超臨界二氧化碳獨(dú)特的滲透和傳輸特性以及高溫高壓水在富氧條件下的強(qiáng)氧化性，將固化交鏈的光刻膠全部氧化溶解，去膠效率較高， 無殘留物，薄膜材料的損失最小化；省略灰化步驟大大降低了對襯底的損傷；該過程沒有氧化層的形成，硅損耗和均方差粗糙度較低；對特別小的注入光刻膠圖形也有很好的去膠效果。同時(shí)該裝置操作簡單，剝離后的表面干凈光潔、成本低、無環(huán)境污染，集去膠和干燥與一體。所以該去膠技術(shù)對光刻膠的剝離，特別是難以去除的光刻膠提供了一種很好的研究方向，并對半導(dǎo)體器件的制造具有重要的參考價(jià)值，從而可以大大推動(dòng)半導(dǎo)體去膠工藝的發(fā)展。2、本發(fā)明提供的這種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法，將超臨界二氧化碳、高溫高壓水以及雙氧水結(jié)合起來，利用超臨界二氧化碳獨(dú)特的滲透和傳輸特性以及高溫高壓水在富氧條件下的強(qiáng)氧化性可以去除固化后的光刻膠。該方法屬于一種物理_化學(xué)相結(jié)合的方式，與底層硅表面的兼容性很好，對注入表面的硅原子損耗較低。該裝置及其方法操作簡單，去膠效率高、表面干凈光潔、成本低、環(huán)保、無需干燥，而且不會(huì)引入損傷。


圖1是本發(fā)明提供的高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1為二氧化碳儲(chǔ)氣罐，2為第一閥門，3為第一質(zhì)量流量控制器，4為第一增壓泵，5為平流泵，6為氧氣罐，7為計(jì)量泵，8為去離子水罐，9為第二閥門，10為第二質(zhì)量流量控制器，11為第三閥門，12為流量計(jì)，13為精密混合器，14球形混合器，15為加熱器，16為溢流閥，17為反應(yīng)腔室，18為噴嘴，19為二氧化碳?xì)庠矗?0為托盤，21為第二增壓泵，22為第四閥門，23為過濾器，24為冷卻器，25為第五閥門，26為單向閥。
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，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置包括二氧化碳儲(chǔ)氣罐1，通過第一閥門2連接于第一質(zhì)量流量控制器3，第一質(zhì)量流量控制器3的出口連接于第一增壓泵4 ；氧氣罐6，連接于平流泵5， 通過第二閥門9與第二質(zhì)量流量控制器10連接；去離子水儲(chǔ)罐8，連接于計(jì)量泵7，通過第三閥門11與流量計(jì)12連接；精密混合器13，連接于第一增壓泵4、平流泵5和計(jì)量泵7的出口 ；球形混合器14 一端連接精密混合器13，另一端連接加熱器15 ；加熱器15，通過溢流閥16連接于延伸至反應(yīng)腔室17內(nèi)部的噴嘴18 ；安裝于反應(yīng)腔室17內(nèi)部并用于固定樣片的旋轉(zhuǎn)托盤20 ；安裝于噴嘴18下方反應(yīng)腔室17內(nèi)壁上將反應(yīng)腔室17中的氣態(tài)物和顆粒物帶出的二氧化碳?xì)庠?9 ；噴嘴18，連接于反應(yīng)腔室17的入口 ；安裝于反應(yīng)腔室17側(cè)壁出口的第二增壓泵21 ；過濾器23，連接于第二增壓泵21的出口 ；連接于過濾器23并對其出口氣體進(jìn)行冷卻的冷卻器24 ；安裝于反應(yīng)腔室17底部并控制排液管道開關(guān)的第四閥門22 ； 連接于冷卻器24另一出口的第五閥門25。該裝置還包括0)2循環(huán)使用回路和CO2回收回路，所述過濾器23進(jìn)一步用于過濾干燥CO2循環(huán)使用回路和CO2回收回路中的co2。該裝置還包括安裝于反應(yīng)腔室17上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口溫度的溫度傳感器和安裝于反應(yīng)腔室17上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口壓力的壓力傳感器。其中，所述精密混合器13用于預(yù)混合，所述球形混合器14用于充分混合。所述二氧化碳?xì)庠?9位于噴嘴18下方反應(yīng)腔室17內(nèi)壁上，用于將剝離下來的光刻膠帶離樣片的表面。所述噴嘴18連接于反應(yīng)腔室17內(nèi)部且其位置和角度可改變。所述溢流閥16位于加熱器15的出口且用于維持恒定的壓力。另外，本發(fā)明提供了一種基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法，該方法將超臨界二氧化碳、高溫高壓水和氧氣結(jié)合起來去除光刻膠。所述水為去離子水，CO2氣體純度達(dá)99. 999%以上，氧氣純度達(dá)99. 99%以上。所述高溫為300°C至700°C， 壓力為SMpa至5OMPa。再次參照圖1，該裝置中各部件的連接關(guān)系為二氧化碳儲(chǔ)氣罐1的出口接第一閥門2，經(jīng)第一質(zhì)量流量控制器3與第一增壓泵4連接起來；氧氣罐6的出口與平流泵5的進(jìn)口相連，該平流泵5的出口經(jīng)第二閥門9與第二質(zhì)量流量控制器10連接；去離子水罐8的出口接計(jì)量泵7的入口，該計(jì)量泵7的出口經(jīng)第三閥門11與流量計(jì)12連接；第一增壓泵4、第二質(zhì)量流量控制器10和流量計(jì)12的出口都連接在精密混合器13的入口，精密混合器13 的出口接有球形混合器14 ；球形混合器14的出口與加熱器15連接，并與溢流閥16的一端連接；溢流閥16的另一端與位于反應(yīng)腔室17內(nèi)的噴嘴18入口相連；反應(yīng)腔室17內(nèi)部固定有可旋轉(zhuǎn)托盤20 ；在噴嘴18入口下方的反應(yīng)腔室17內(nèi)壁上有一個(gè)CO2氣體出口 ；第二增壓泵21 —端與腔室出口相連，另一端與過濾器23相連，過濾器23的出口一路經(jīng)單向閥26與第一增壓泵4的出口相連，另一路與冷卻器24的入口相連，冷卻器24的出口經(jīng)第五閥門25 和二氧化碳儲(chǔ)氣罐1入口相連；腔室17底部有一個(gè)排液口，排液管路上接有第四閥門22。

該裝置中各部件的作用為二氧化碳儲(chǔ)氣罐1提供實(shí)驗(yàn)所需的CO2 ；去離子水儲(chǔ)罐 8提供實(shí)驗(yàn)所需的去離子水；氧氣罐6提供實(shí)驗(yàn)所需氧氣，使去離子水在高溫高壓下富含氧；第一、第二質(zhì)量流量控制器控制氣體的流量；計(jì)量泵7對去離子水加壓；第一增壓泵4 對CO2加壓；平流泵6對氧氣加壓；流量計(jì)12對去離子水的流量進(jìn)行控制；精密混合器13 使CO2、去離子水和氧氣進(jìn)行前混合；球形混合器14使CO2、去離子水和氧氣進(jìn)行充分混合； 溢流閥16，控制反應(yīng)腔室17的進(jìn)口壓力；加熱器15對混合流體進(jìn)行加熱，達(dá)到所需要的溫度；二氧化碳?xì)庠?9用于將剝離的光刻膠帶離樣片表面同時(shí)被帶出反應(yīng)腔室；可動(dòng)噴嘴18 用于將混合流體吹射到涂有光刻膠的硅片上，同時(shí)還可以進(jìn)行位置和角度的改變；盛放硅片的托盤20可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，增大吹掃面的切向力，同時(shí)剝離的光刻膠殘?jiān)陔x心力作用下脫離樣片；第二增壓泵21將腔室中的CO2重新加壓，從而循環(huán)利用；第四閥門22用于控制排水管道的開/關(guān)；過濾器23將腔室中出來的CO2氣體進(jìn)行過濾和干燥；冷卻器24將氣態(tài) CO2液化；第五閥門25控制著回收回路的開/關(guān)；單向閥26使流體單向流動(dòng)，防止倒流現(xiàn)象。結(jié)合圖1，整個(gè)工藝流程為打開加熱器15，當(dāng)其溫度接近400°C時(shí)，運(yùn)行第一增壓泵4，打開第一閥門2并通過第一質(zhì)量流量控制器3調(diào)整好流量，將CO2加壓泵入精密混合器13中，運(yùn)行平流泵5，打開第二閥門9并通過第二質(zhì)量流量控制器10調(diào)整好流量，將氧氣加壓并泵入到精密混合器13中，運(yùn)行計(jì)量泵7，打開第三閥門11并通過流量計(jì)12調(diào)整好流量，將去離子水加壓并泵入到精密混合器13中，CO2、去離子水和氧氣在精密混合器13 中進(jìn)行前混合，然后在球形混合器14中進(jìn)行充分混合；打開二氧化碳?xì)庠?9和運(yùn)行第二增壓泵21，使托盤旋轉(zhuǎn)起來；溢流閥16的壓限設(shè)為8MPa，經(jīng)過加熱器后，管道中的二氧化碳達(dá)到超臨界態(tài)；當(dāng)加熱后混合流體的壓力超過壓限值后，溢流閥自動(dòng)開啟，混合流體將通過噴嘴18噴射到涂有光刻膠的硅片上；噴嘴18出口處的溫度和壓力可以通過溫度傳感器和壓力傳感器實(shí)時(shí)測量顯示；吹洗下來的物質(zhì)由二氧化碳?xì)庠?9從硅片上帶走；第二增壓泵21 會(huì)將反應(yīng)腔室17中的氣體和顆粒帶出，并經(jīng)過濾器23處理后通過單向閥26流回精密混合器13中進(jìn)行循環(huán)使用；按照上述過程重復(fù)運(yùn)行一段后，就可以將光刻膠完全去除；需要停止運(yùn)行時(shí)，停止加熱，第一增壓泵4、平流泵5和計(jì)量泵7停止運(yùn)行，回收被冷卻器24液化成液態(tài)的CO2，其通過經(jīng)第五閥門25的控制回收到鋼瓶中；反應(yīng)腔室17中的廢液可以通過第四閥門22的控制從反應(yīng)腔室17底部排出。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(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)施例而已，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
1.一種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置，其特征在于，該裝置包括二氧化碳儲(chǔ)氣罐(1)，通過第一閥門(2)連接于第一質(zhì)量流量控制器(3)，第一質(zhì)量流量控制器(3)的出口連接于第一增壓泵(4)；氧氣罐(6)，連接于平流泵(5)，通過第二閥門(9)與第二質(zhì)量流量控制器(10)連接； 去離子水儲(chǔ)罐(8)，連接于計(jì)量泵(7)，通過第三閥門(11)與流量計(jì)(12)連接； 精密混合器(13)，連接于第一增壓泵(4)、平流泵(5)和計(jì)量泵(7)的出口 ； 球形混合器(14) 一端連接精密混合器(13)，另一端連接加熱器(15)； 加熱器(15)，通過溢流閥(16)連接于延伸至反應(yīng)腔室(17)內(nèi)部的噴嘴(18)； 安裝于反應(yīng)腔室(17)內(nèi)部并用于固定樣片的旋轉(zhuǎn)托盤(20)；安裝于噴嘴(18)下方反應(yīng)腔室(17)內(nèi)壁上將反應(yīng)腔室(17)中的氣態(tài)物和顆粒物帶出的二氧化碳?xì)庠?19)；噴嘴(18)，連接于反應(yīng)腔室(17)的入口 ；安裝于反應(yīng)腔室(17)側(cè)壁出口的第二增壓泵(21)；過濾器(23)，連接于第二增壓泵(21)的出口 ；連接于過濾器(23)并對其出口氣體進(jìn)行冷卻的冷卻器(24)；安裝于反應(yīng)腔室(17)底部并控制排液管道開關(guān)的第四閥門(22)；連接于冷卻器(24)另一出口的第五閥門(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，該裝置還包括C02循環(huán)使用回路和CO2回收回路，所述過濾器(23)進(jìn)一步用于過濾干燥CO2循環(huán)使用回路和CO2回收回路中的C02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，該裝置還包括安裝于反應(yīng)腔室(17)上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口溫度的溫度傳感器和安裝于反應(yīng)腔室(17)上壁并實(shí)時(shí)測量顯示噴嘴出口壓力的壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，所述精密混合器(13)用于預(yù)混合，所述球形混合器(14)用于充分混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，所述二氧化碳?xì)庠?19)位于噴嘴(18)下方反應(yīng)腔室(17)內(nèi)壁上，用于將剝離下來的光刻膠帶離樣片的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，所述噴嘴(18)連接于反應(yīng)腔室(17)內(nèi)部且其位置和角度可改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置， 其特征在于，所述溢流閥(16)位于加熱器(15)的出口且用于維持恒定的壓力。
8.一種基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1 所述的裝置，其特征在于，該方法將超臨界二氧化碳、高溫高壓水和氧氣結(jié)合起來去除光刻膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法， 其特征在于，所述水為去離子水，CO2氣體純度達(dá)99. 999%以上，氧氣純度達(dá)99. 99%以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的方法，其特征在于，所述高溫為300°C至7 00°C，壓力為8Mpa至50MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫高壓水輔助的超臨界二氧化碳剝離光刻膠的裝置及方法。本發(fā)明將超臨界二氧化碳、高溫高壓水以及雙氧水結(jié)合起來，利用超臨界二氧化碳獨(dú)特的滲透和傳輸特性以及高溫高壓水在富氧條件下的強(qiáng)氧化性可以去除固化后的光刻膠。該方法屬于一種物理-化學(xué)相結(jié)合的方式，與底層硅表面的兼容性很好，對注入表面的硅原子損耗較低。該裝置及其方法操作簡單，去膠效率高、表面干凈光潔、成本低、環(huán)保、無需干燥，而且不會(huì)引入損傷。
文檔編號G03F7/42GK102346381SQ20101024198
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者景玉鵬, 王磊 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所