CN102298276B - 硅片去胶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片去胶装置包括去离子水储罐、CO2储气罐、混合罐、对混合溶液加热的热交换器及用于对硅片去胶的反应腔体；去离子水储罐与CO2储气罐的出口与混合罐一端连接，混合罐另一端通过热交换器与反应腔体入口连接。还公开了一种硅片去胶方法包括：形成液态CO2和去离子水的混合溶液；对混合溶液加热，使混合溶液中的CO2达到超临界态，使去离子水达到高温高压状态；及使用含超临界态的CO2和高温高压的去离子水的混合溶液对硅片进行去胶处理。通过本发明提供的装置及方法，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶全部氧化溶解，去胶效率较高，无残留物，薄膜材料的损失最小化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体去胶技术/光刻胶剥离技术，特别涉及一种硅片去胶装置及方法。
背景技术
在现代CM0S器件制造工艺中，几乎所有衬底结构都是经由离子注入形成的。高能离子会损伤光刻胶，使其变得很难去除。在注入之后，这些离子会以氧化层、次氧化层或有机化合物等形式存在。这些高能离子还会使光刻胶表面变成一种金刚石型与石墨型混合的碳质层。因此碳化工艺使得注入光刻胶的去除变得很具挑战性。对于硅上的注入光刻胶去除，可以使用碱性或酸性氟基溶液实现，但是会造成对底层硅的损耗；也可以使用等离子体去胶技术，但是非均匀等离子体产生的电荷会损伤晶圆表面的敏感结构。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种硅损伤和硅损耗小的硅片去胶装置及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种硅片去胶装置包括：
去离子水储罐(1)、CO2储气罐(2)、用于将去离子水和CO2混合形成混合溶液的混合罐(5)、对所述混合溶液加热，使所述混合溶液中的CO2达到超临界态、使去离子水达到高温高压的热交换器(7)及用于对硅片(12)去胶的反应腔体(10)；所述去离子水储罐(1)与CO2储气罐(2)的出口与所述混合罐(5)一端连接，所述混合罐(5)另一端通过所述热交换器(7)与所述反应腔体(10)入口连接。
根据本发明的一个方面，提供一种硅片去胶方法包括：
形成液态CO2和去离子水的混合溶液；
对所述混合溶液加热，使所述混合溶液中的CO2达到超临界态，使去离子水达到高温高压状态；及
使用含超临界态的CO2和高温高压的去离子水的所述混合溶液对硅片进行去胶处理。
根据本发明的去胶处理装置及方法，利用超临界二氧化碳独特的渗透和 传输特性以及高温高压水的氧化性，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶全部氧化溶解，去胶效率较高，无残留物，薄膜材料的损失最小化；另外，省略灰化步骤大大降低了对衬底的损伤；在去胶过程中，氧化层的形成，均方差粗糙度较低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的硅片去胶装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的硅片去胶方法的流程示意图；
本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供的硅片去胶装置包括去离子水储罐1、CO2储气罐2、用于将去离子水和CO2混合形成混合溶液的混合罐5、对混合溶液加热，使混合溶液中的CO2达到超临界态、使去离子水达到高温高压的热交换器7、用于对硅片12去胶的反应腔体10、CO2回收装置。反应腔体10内设置有可以旋转的用于放置涂有光刻胶的硅片12的托盘15、用于将剥离的光刻胶带离硅片12表面的CO2源13(可以是气缸)、温度传感器8和压力传感器9。CO2源13用于将剥离的光刻胶带离样片表面同时被带出反应腔体10。盛放硅片的托盘15可以进行旋转，增大吹扫面的切向力，同时剥离的光刻胶残渣在离心力作用下脱离硅片。离子水储罐1通过一平流泵3、一阀门21与混合罐5连接。CO2储气罐2通过压力泵4、一阀门21与混合罐5连接。其中，离子水储罐1提供实验所需的去离子水；CO2储气罐2提供实验所需的CO2；平流泵3对去离子水加压同时还可以控制其流量；压力泵4对CO2加压同时还可以控制其流量；混合罐5使CO2和去离子水充分混合，以形成混合溶液。混合罐5通过一溢流阀6与热交换器7连接。溢流阀6的作用在于控制反应腔体10的进口压力。热交换器7与位于反应腔体10内的喷嘴11入口相连。喷嘴11用于将混合溶液吹射到涂有光刻胶的硅片上，同时还可以进行位置和角度的改变。热交换器7对混合溶液进行加热，达到所需要的温度。反应腔体10顶部接有温度传感器8和压力传感器9，其内部固定有可旋转托盘15。在喷嘴11(其结构采用文丘里管的结构)入口下方的反应腔体10内壁上有一个CO2气体出口。温度传感器8用于显示喷嘴出口温度。压力传感器9显示喷嘴出口压力。反应腔体10底部还设置有阀门II16和废液出口17；其中，阀门II16用于控制排水管道的开/关；排水口17可将反应腔体10中的废液排 出。CO2回收装置包括压力泵14、过滤干燥装置18及冷却器19。反应腔体10依次通过压力泵14、过滤干燥装置18及冷却器19与CO2储气罐2连接。CO2源13用于将剥离的光刻胶带离硅片表面同时被带出反应腔体10。压力泵14将反应腔体10中的CO2重新加压，从而循环利用。过滤干燥装置18将反应腔体10中出来的CO2气体进行过滤和干燥；冷却器19将气态CO2液化；阀门20控制着回收回路的开/关。
本发明实施例提供一种硅片去胶方法，包括以下步骤：
步骤S1、形成液态CO2和去离子水的混合溶液；其中，提供的CO2气体纯度达99.999％以上。
步骤S2、对混合溶液加热，使混合溶液中的CO2达到超临界态，使去离子水达到高温高压状态；其中，高温为300-700℃，高压为8-20MPa。
步骤S3、使用含超临界态的CO2和高温高压的去离子水的混合溶液对硅片进行去胶处理，及
步骤S4、进行去胶处理后的混合溶液中所含的CO2进行回收。
以上步骤可基于图1所示的硅片去胶装置来实现，具体实现如下：
打开热交换器7，当其温度接近400℃时，运行压力泵2并调整好流量，将CO2加压泵入混合罐5中，运行平流泵1并调整好流量，将去离子水加压并泵入到混合罐5中，CO2和去离子水在混合罐5中充分混合，打开CO2气源13和运行压力泵14，使托盘旋转起来；溢流阀6的压限值设为8MPa，当混合罐5中的压力超过压限值后，溢流阀6自动开启，混合流体将流入热交换器7中进行加热，使CO2达到超临界态，然后通过喷嘴11喷射到涂有光刻胶的硅片12上；喷嘴11出口处的温度和压力可以通过温度传感器8和压力传感器9实时测量显示；吹洗下来的物质由CO2气源13从硅片上带走；压力泵14会将反应腔体中的气体和颗粒带出，并经干燥过滤装置18处理后被冷却器19液化成液态CO2，流回混合罐5中进行循环使用；按照上述过程重复运行一段后，就可以将光刻胶完全去除；需要停止运行时，关闭阀门21、平流泵3和压力泵4，打开阀门20将CO2回收到储罐中，反应腔体10中的废液可以通过阀门16的控制从排液口17排出。
本发明实施例提出的硅片去胶方法及装置，将超临界二氧化碳和高温高压水结合起来，利用超临界二氧化碳独特的渗透和传输特性以及高温高压水的氧化性可以去除注入硬化或灰化后的光刻胶，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶全部氧化溶解，去胶效率较高，无残留物，薄膜材料的损失最小 化；省略灰化步骤大大降低了对衬底的损伤。另外，硅片去胶方法属于一种物理-化学相结合的清洗方式，与底层硅表面的兼容性很好，对注入表面的硅原子损耗较低。该装置及其方法操作简单，去胶效率高、表面干净光洁、成本低、环保、无需干燥，而且不会引入损伤。该过程氧化层的形成，硅损耗和均方差粗糙度较低；对特别小的注入光刻胶图形也有很好的去胶效果。快捷有效去除高剂量注入光刻胶的超临界二氧化碳和高温高压水的复合式去胶法将为22nm的去胶工艺提供前瞻性的技术和方案。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种硅片去胶装置，其特征在于，包括：
去离子水储罐（1）、CO2储气罐（2）、用于将去离子水和CO2混合形成混合溶液的混合罐（5）、对所述混合溶液加热的热交换器（7）及用于对硅片（12）去胶的反应腔体（10）；所述去离子水储罐（1）与CO2储气罐（2）的出口与所述混合罐（5）一端连接，所述混合罐（5）另一端通过所述热交换器（7）与所述反应腔体（10）入口连接；所述混合罐（5）通过一溢流阀（6）与所述热交换器（7）连接；所述反应腔体（10）内设置有可以旋转的用于放置涂有光刻胶的硅片（12）的托盘（15）和用于将剥离的光刻胶带离所述硅片（12）表面的CO2源（13）；所述热交换器（7）通过一喷嘴（11）将含超临界态的CO2和高温高压的去离子水的所述混合溶液喷射到所述硅片（12）上。
2.根据权利要求1所述的硅片去胶装置，其特征在于：
所述去离子水储罐（1）通过一平流泵（3）与所述混合罐（5）连接。
3.根据权利要求1所述的硅片去胶装置，其特征在于：
所述CO2储气罐（2）通过一压力泵I（4）与所述混合罐（5）连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的硅片去胶装置，其特征在于：
还包括CO2回收装置，所述CO2回收装置包括压力泵（14）、过滤干燥装置（18）及冷却器（19），所述反应腔体（10）依次通过所述压力泵（14）、所述过滤干燥装置（18）及所述冷却器（19）与所述CO2储气罐（2）连接。
5.根据权利要求1~3任一项所述的硅片去胶装置，其特征在于：
所述反应腔体还设置有温度传感器（8）和压力传感器（9）。
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