超临界流体清洗系统及清洗方法技术方案

本发明专利技术提供一种超临界流体清洗系统及清洗方法，系统包括：清洗腔及超临界清洗流体供给装置，清洗腔用于容置有表面至少部分附着有被清洗液体的待清洗样品；超临界清洗流体供给装置提供清洗所需的清洗流体，并驱动清洗流体以压力升高并高于超临界压力、温度升高并高于超临界温度的方式进入清洗腔，在波动压力的作用下振荡清洗待清洗样品；以及驱动超临界清洗流体以压力下降并不低于超临界压力的方式从清洗腔内流出。本发明专利技术通过改变清洗流体的压力，使得清洗流体以压力波动的形式对待清洗样品进行振荡清洗，加压过程提高了超临界清洗流体对被清洗液体的溶解速度，降压过程可以带出被清洗液体，提高了清洗效率，且适于清洗大批量的待清洗样品。量的待清洗样品。量的待清洗样品。

【技术实现步骤摘要】
超临界流体清洗系统及清洗方法


[0001]本专利技术涉及清洗装置
，具体为一种超临界流体清洗系统及清洗方法。

技术介绍

[0002]半导体晶圆是半导体工业中最重要的一种材料，对于其表面洁净度有着很高的要求。在半导体晶圆清洗工艺中，晶圆表面干燥处理是不可缺少的一个环节，因为在晶圆清洗工艺完成后，晶圆表面仍会存在少量的液体(通常是水)，干燥的目的是把晶圆表面的液体除尽，防止晶圆表面再污染或出现“水痕”等缺陷，影响晶圆的性能，降低晶圆片的成品率。
[0003]目前，已经发展出了很多晶圆表面的干燥技术，主要有离心甩干技术、Marangoni干燥技术以及异丙醇(Isopropyl alcohol，IPA)干燥技术等。对于批量清洗的晶圆主要采用IPA干燥法，晶片在干燥之前，需要浸入IPA液体中，由于互溶性，晶圆表面的水会溶解到IPA中，取而代之的是液态的IPA。IPA则通过重力、表面张力和挥发等多重作用离开晶圆表面，达到晶圆表面干燥的目的。
[0004]在晶圆清洗领域，随着半导体工艺节点的进一步减小以及图形的深宽比越来越大，IPA离开晶圆表面过程中，由于其表面张力的作用，会破坏晶圆的图形结构，甚至使结构发生粘连、塌陷等，从而导致晶圆产品失效。
[0005]现有的处理晶圆表面残留IPA的方法是采用表面张力几乎为0的超临界二氧化碳流体缓慢溶解晶圆表面的IPA，最终将晶圆表面的IPA全部置换为超临界二氧化碳流体，最后通过降温、降压使晶圆表面的超临界二氧化碳流体通过蒸发的方式离开晶圆表面。但此方法受IPA在超临界二氧化碳中溶解速率的限制，无法在较短时间内对批量晶圆进行干燥处理，干燥效率低。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术提供了一种超临界流体清洗系统及清洗方法，通过加压或降压改变清洗流体的压力，使得清洗流体能够以振荡的方式进行清洗，加压过程提高了超临界清洗流体对于被清洗液体的溶解速度，降压过程可以带出被清洗液体，提高了清洗效率，适合批量清洗待清洗样品。
[0007]本专利技术提供一种超临界流体清洗系统，包括：清洗腔及超临界清洗流体供给装置，清洗腔用于容置有表面至少部分附着有被清洗液体的待清洗样品；超临界清洗流体供给装置提供清洗所需的清洗流体，并驱动清洗流体以压力升高并高于超临界压力、温度升高并高于超临界温度的方式进入清洗腔，在波动压力的作用下振荡清洗待清洗样品；以及驱动超临界清洗流体以压力下降并不低于超临界压力的方式从清洗腔内流出。
[0008]本专利技术通过改变清洗流体的压力，使得清洗流体以压力波动的形式对待清洗样品进行振荡清洗，加压过程提高了超临界清洗流体对于被清洗液体的溶解速度，降压过程可以带出被清洗液体，提高了清洗效率，且适于清洗大批量的待清洗样品。
[0009]本专利技术的可选技术方案中，超临界清洗流体供给装置包括腔体、加热装置及冷却
装置，腔体的出口与加热装置的入口连通，加热装置的出口与清洗腔的入口连通，清洗腔的出口与冷却装置的出口连通，冷却装置的出口与腔体的入口连通；
[0010]腔体用于容置清洗流体，腔体内设有活塞，活塞的一侧与驱动装置连接，活塞远离驱动装置的一侧与腔体的内壁围设形成清洗流体占据的空间，驱动装置驱动活塞沿着腔体的内壁移动升高或降低清洗流体的压力；
[0011]加热装置用于对清洗流体加热形成超临界清洗流体；
[0012]冷却装置用于冷却自清洗腔流出的溶解有被清洗液体的超临界清洗流体。
[0013]本专利技术的可选技术方案中，还包括用于分离清洗流体和被清洗液体的分离器，分离器包括第一接口、第二接口及第三接口，腔体上设有第一入口和第一出口，第一入口和第一出口分别位于腔体的两端，且第一入口相对远离活塞设置，第一出口相对靠近活塞，第一接口通过第一管路与第一出口连通，第二接口通过第二管路与第一入口连通，第三接口为排放口；第一管路上设有第一单向阀，第二管路上设有第二单向阀，第一单向阀控制流体自腔体向分离器的单向流动，第二单向阀控制清洗流体自分离器向腔体的单向流动；活塞位于第一出口远离第一入口的一侧时，分离器与清洗流体占据的空间连通，活塞位于第一入口与第一出口之间时，分离器与清洗流体占据的空间不连通。
[0014]根据该技术方案，分离器通过两个管路与腔体连接，并通过第一单向阀、第二单向阀控制流体的流向，实现清洗流体的循环利用，方便、可控，简化了超临界流体清洗系统的结构；通过改变活塞的位置实现分离器与流体占据空间的连通或不连通，结构简单、操作方便，简化了系统结构。
[0015]本专利技术的可选技术方案中，还包括设置在腔体与加热装置之间的第三单向阀、设置在加热装置与清洗腔之间的第四单向阀及设置在冷却装置与腔体之间的第五单向阀。
[0016]根据该技术方案，单向阀的设置能够防止液体回流，影响清洗效果。
[0017]本专利技术的可选技术方案中，还包括清洗流体补充管路，清洗流体补充管路的出口与腔体的出口和加热装置的入口之间的管路连通，清洗流体补充管路上还设有开关阀。
[0018]根据该技术方案，清洗流体补充管路结构简单，能够根据需要向流体供给装置内补充流体，满足清洗所需的清洗流体量。
[0019]本专利技术的可选技术方案中，驱动装置为电驱动杆，或者驱动装置为斯特林循环系统中的飞轮，飞轮通过连杆与活塞驱动连接。
[0020]根据该技术方案，采用电驱动杆驱动活塞改变腔体的体积，简单、易操作，且电驱动提高了清洗系统的工作效率。采用斯特林循环系统中飞轮通过连杆驱动活塞改变腔体的体积，不需要额外配置活塞在腔体内运动的动力源，只须一定的外部热源即可。
[0021]本专利技术的可选技术方案中，超临界清洗流体供给装置为一个或多个。
[0022]根据该技术方案，一个清洗腔可以配置超临界流体供给装置，从而实现不同压力波动范围的振荡清洗，提高清洗系统对不同超临界清洗流体和被清洗液体的适用性，提高清洗效率。
[0023]本专利技术的可选技术方案中，超临界清洗流体供给装置包括依次连接形成斯特林循环的膨胀腔、加热装置、回热器、冷却装置及压缩腔，清洗腔的入口连接于加热器的出口与回热器之间的管路上，清洗腔的出口连接于回热器与冷却装置之间的管路上。
[0024]本专利技术的可选技术方案中，清洗流体为二氧化碳，待清洗样品为晶圆。
[0025]根据该技术方案，采用表面张力几乎为0的超临界二氧化碳作为清洗流体，结合压力波动造成的振荡清洗晶圆，能够解决现有的晶圆清洗存在的IPA溶解效率低下、晶圆结构易损坏的缺陷。
[0026]本专利技术另提供一种超临界流体系统的清洗方法，包括以下步骤：
[0027]加压步骤：驱动清洗流体以压力升高并高于超临界压力的方式流出并进入清洗腔；
[0028]加热步骤：对清洗流体加热形成超临界清洗流体；
[0029]清洗步骤：超临界清洗流体在波动压力的作用下振荡清洗待清洗样品；
[0030]降压步骤：驱动溶解了被清洗液体的超临界清洗流体以压力下降并不低于其超临界压力的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界流体清洗系统，其特征在于，包括：清洗腔及超临界清洗流体供给装置，所述清洗腔用于容置有表面至少部分附着有被清洗液体的待清洗样品；所述超临界清洗流体供给装置提供清洗所需的清洗流体，并驱动所述清洗流体以压力升高并高于超临界压力、温度升高并高于超临界温度的方式进入所述清洗腔，在波动压力的作用下振荡清洗所述待清洗样品；以及驱动所述超临界清洗流体以压力下降并不低于超临界压力的方式从所述清洗腔内流出。2.根据权利要求1所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，所述超临界清洗流体供给装置包括腔体、加热装置及冷却装置，所述腔体的出口与所述加热装置的入口连通，所述加热装置的出口与所述清洗腔的入口连通，所述清洗腔的出口与所述冷却装置的出口连通，所述冷却装置的出口与所述腔体的入口连通；所述腔体用于容置清洗流体，所述腔体内设有活塞，所述活塞的一侧与驱动装置连接，所述活塞远离所述驱动装置的一侧与所述腔体的内壁围设形成所述清洗流体占据的空间，所述驱动装置驱动所述活塞沿着所述腔体的内壁移动升高或降低所述清洗流体的压力；所述加热装置用于对所述清洗流体加热形成超临界清洗流体；所述冷却装置用于冷却自所述清洗腔流出的溶解有所述被清洗液体的超临界清洗流体。3.根据权利要求2所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，还包括用于分离清洗流体和被清洗液体的分离器，所述分离器包括第一接口、第二接口及第三接口，所述腔体上设有第一入口和第一出口，所述第一入口和所述第一出口分别位于所述腔体的两端，且所述第一入口相对远离所述活塞设置，所述第一出口相对靠近所述活塞，所述第一接口通过第一管路与所述第一出口连通，所述第二接口通过第二管路与所述第一入口连通，所述第三接口为排放口；所述第一管路上设有第一单向阀，所述第二管路上设有第二单向阀，所述第一单向阀控制流体自所述腔体向所述分离器的单向流动，所述第二单向阀控制清洗流体自所述分离器向所述腔体的单向流动；所述活塞位于所述第一出口远离所述第一入口的一侧时，所述分离器与所述清洗流体占据的空间连通，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，刘亚飞，纪宇轩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：