一种二氧化碳超临界干燥装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微电子技术中的微机电系统关键制造技术的牺牲层释放技术领域，公开了一种二氧化碳超临界干燥装置，该装置包括：超临界干燥室，用于牺牲层的释放，由高压反应室４和温度控制室５组成；高压反应室４用于盛放硅片支架，提供二氧化碳置换和气化干燥的反应室，与二氧化碳气瓶相连；温度控制室５通过盘管与高压反应室４相连，实现高压反应室４的制冷和加热；分离减压室６，通过管道与高压反应室４相连，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。利用本发明专利技术，解决了微细加工中干燥时粘连的问题，并降低了液体二氧化碳的消耗量，达到了节约能源和减少环境污染的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子技术中的微机电系统(MEMS)关键制造技术的牺 牲层释放
，尤其涉及一种氟利昂制冷的二氧化碳超临界干燥装 置，利用液体二氧化碳进入超临界状态时，二氧化碳变成一种似液似气的 没有表面张力进入超临界状态的特点，解决湿法工艺干燥时出现的粘连问 题。
技术介绍
微机电系统(MEMS)制造技术中，硅基表面微机械加工技术是一个 重要组成部分，避免了纵向的体硅深加工，与集成电路工艺有更好的兼容 性，有利于结构性器件和处理电路的集成。在硅基表面微机械加工过程中，要运用到"牺牲层"技术来制造悬空的 梁、膜或空腔结构。牺牲层释放过程中或牺牲层形成之后，多数情况下液 体挥发产生表面张力引起结构层下拉，该现象称为粘连现象，二氧化碳超 临界干燥器是解决微细加工中干燥时粘连最好的方法。超临界状态下微细结构之间的液体就变成了一种没有表面张力的液 体(也可称作气体)，此时再进行干燥加热或减压汽化，就不会发生液体 缓慢蒸发汽化时表面张力造成的粘连现象。本设备基于此原理的效果要明显强于冻结干燥法和有机置换等其他方法。二氧化碳超临界千燥器现在在日美MEMS科研中大量使用。但现在 国内已进入实验室的这一设备只有上海微系统所有一台美国制造的，而美 国的设备二氧化碳消耗量大，二氧化碳消耗量在每次三公斤，其中三分之 二用于腔室制冷，会造成很大的资源浪费和空气污染。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种二氧化碳超临界干燥装 置，以解决微细加工中干燥时粘连的问题，并降低液体二氧化碳的消耗量， 达到节约能源的目的。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种二氧化碳超临界干燥装置，该装置包括超临界干燥室，用于牺 牲层的释放，由高压反应室4和温度控制室5组成；高压反应室4用于盛 放硅片支架，提供二氧化碳置换和气化千燥的反应室，与二氧化碳气瓶相 连；温度控制室5通过盘管与高压反应室4相连，实现高压反应室4的制 冷和加热；分离减压室6，通过管道与高压反应室4相连，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。所述高压反应室4顶部安装有高压盖1，用于密封高压室。 所述高压盖1由不锈钢材料制成，其直径为180mm，高为20mm。所述高压反应室底部安装有进口电磁阀401，出口电磁阀403，温度 传感器402，压力传感器404;其中，进口电磁阀401和出口电磁阀403 用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器402用于测试和控制高压反应 室4内的温度；压力传感器404用于测试和控制高压反应室4内的压力。所述高压反应室为不锈钢材料制成的圆柱体，其直径为135mm，高为 82mm。所述温度控制室5为氟利昂制冷器，在高压反应室4下面，通过盘管 于高压反应室4相连，所述硅片支架置于高压反应室4内部，加热电阻丝 直接绕贴在高压反应室4的底部。所述分离减压室接有进气管和减压排气管8，进气管用于连接高压反 应室4与分离减压室；减压排气管8用于排除残余废气。所述分离减压室为不锈钢材料制成的圆柱体，其直径为135mm，高为 200mm。所述硅片支架为直径120mm，厚度80mm的铝合金圆柱，且上面有 一个直径105mm深度为2毫米的凹台。该装置由继电器温度压力传感器及阀门控制自动运行，并设置安全自 锁机能。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果 1、利用本专利技术，采用二氧化碳超临界干燥法解决了湿法工艺干燥时 的粘连问题。超临界状态下微细结构之间的液体就变成了一种没有表面张力的液体(也可称作气体)，此时再进行干燥加热或减压汽化，就不会发 生液体缓慢蒸发汽化时表面张力造成的粘连现象。2、 利用本专利技术，采用氟利昂致冷的方式，大大降低了液体二氧化碳 的消耗量，节约了能源。3、 利用本专利技术，用氟利昂制冷代替二氧化碳开放式制冷，克服了用 二氧化碳开放式制冷从而消耗大量二氧化碳，污染大气的难题。4、 利用本专利技术，增大批处理能力，将现有设备的四寸五片的批处理 能力提高到四寸十片的批处理能力，可以一次处理十片四寸的硅片，为产 业化打下了良好的基础。5、 利用本专利技术，采用符合中国标准的压力容器，保证了实验的安全性。6、 利用本专利技术，在操作上，以先手动后自动的原则，验证出最佳状态后，定型自动化操作。并且，设备运行由继电器温度压力传感器及阀门 控制自动进行，并设置安全自锁机能。附图说明图1为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置的原理图；图2为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置的结构示意图；图3为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中氟利昂制冷的示意图；图4为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压盖截面的示意图；图5为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压反应室内部的示 意图；图6为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压反应室底部的示 意图；图7为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中盛放片子的支架的 示意图；图中，高压盖l，支座台2，盛放片子的支架3，高压反应室4，温度 控制室5，分离减压室6， 二氧化碳滤芯7，'减压排气管8，氟利昂压缩机 9，蒸发器盘管201，螺丝孔301，进口电磁阀401，温度传感器402，出 口电磁阀403，压力传感器404，气瓶701， 二氧化碳气阀702。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置的原理图。 该装置由两个圆筒状腔室构成，两个圆筒状腔室通过支座台2固定连接。 其中，左侧的圆筒状腔室为超临界干燥室，用于牺牲层的释放；右侧的圆 筒状腔室为分离减压室，用于将醇类和二氧化碳分离。如图2所示，图2为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置的结构示 意图，该装置包括超临界干燥室和分离减压室6。其中，超临界千燥室用 于牺牲层的释放，由高压反应室4和温度控制室5组成。高压反应室4用 于盛放硅片支架，提供二氧化碳置换和气化干燥的反应室，与二氧化碳气瓶相连。温度控制室5通过盘管与高压反应室4相连，实现高压反应室4的制冷和加热。分离减压室6通过管道与高压反应室4相连，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。在所述高压反应室4的顶部安装有高压盖1，用于密封高压室。所述 高压盖1由不锈钢材料制成，其直径为180mm,高为20mm。如图4所示， 图4为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压盖的示意图。如图5和图6所示，图5为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置中 高压反应室内部的示意图，图6为本专利技术提供的二氧化碳超临界干燥装置 中高压反应室底部的示意图。在所述高压反应室的底部安装有进口电磁阀 401、出口电磁阀403、温度传感器402和压力传感器404。其中，进口电 磁阀401和出口电磁阀403用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器402 用于测试和控制高压反应室4内的温度；压力传感器404用于测试和控制 高压反应室4内的压力。所述高压反应室为不锈钢材料制成的圆柱体，其直径为135mm，高为 82mm。在制造时，采用符合中国标准的压力容器，美国现有的设备采用 的美国军方标准，不符合中国的压力标准。本设备采用的高压反应室为不 锈钢材料的圆柱体，直径135mm，高82mm;高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于，该装置包括：超临界干燥室，用于牺牲层的释放，由高压反应室（４）和温度控制室（５）组成；高压反应室（４）用于盛放硅片支架，提供二氧化碳置换和气化干燥的反应室，与二氧化碳气瓶相连；温度控制室（５）通过盘管与高压反应室（４）相连，实现高压反应室（４）的制冷和加热；分离减压室（６），通过管道与高压反应室（４）相连，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李全宝，景玉鹏，陈大鹏，欧毅，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]