CN102476108A - 高温水蒸气和水混合射流清洗系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清洗系统包括：臭氧发生器、去离子水储罐、用于对去离子水加热并使其达到高温状态的控制装置、两个喷嘴及清洗腔室；所述去离子水储罐的出口通过所述控制装置与所述两个喷嘴中的一个喷嘴入口连接；所述臭氧发生器的出口与所述另一喷嘴入口连接；所述两个喷嘴的出口分别与所述清洗腔室两个入口连接。本发明还公开了一种清洗方法包括：形成高温状态的水蒸气；高温水蒸气和臭氧同时喷射到清洗腔室；及高温水蒸气和臭氧的混合流体对样片进行清洗处理。根据本发明的清洗系统及方法，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶以及固化交联的SU-8全部剥离，去胶效率大大提高，无残留物，基底材料的损失最小化。

Description

高温水蒸气和水混合射流清洗系统及方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高温水蒸气和臭氧混合射流清洗系统及方法。
背景技术
在现代CMOS器件中，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降低在对样片清洗时，对样片基底材料造成损坏的高温水蒸气和臭氧混合射流清洗系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种高温水蒸气和臭氧混合射流清洗系统包括：
臭氧发生器、去离子水储罐、用于对去离子水加热并使其达到高温状态的控制装置、两个喷嘴及清洗腔室；所述去离子水储罐的出口通过所述控制装置与所述两个喷嘴中的一个喷嘴入口连接；所述臭氧发生器的出口与所述另一喷嘴入口连接；所述两个喷嘴的出口分别与所述清洗腔室两个入口连接。
根据本发明的一个方面，提供一种高温水蒸气和臭氧混合射流清洗方法包括：
形成高温状态的水蒸气；及
形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；及
使用所述混合流体对样片进行清洗处理。
根据本发明的清洗系统及方法，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶以及固化交联的SU-8全部剥离，去胶效率大大提高，无残留物，基底材料的损失最小化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的清洗系统的结构示意图；
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清洗系统包括：用于存储去离子水的去离子水储罐7、用于提供臭氧的臭氧发生器18、用于对去离子水加热并使其达到高温状态的控制装置、清洗腔室14、用于分别将高温水蒸气和臭氧喷射到清洗腔室14的喷嘴12和15、用于输送去离子水的去离子水辅助载流装置、去离子水回收装置及臭氧处理装置28和尾气处理装置29。
其中，去离子水辅助载流装置包括N2气瓶1(用于提供输送去离子水的N2)、压力计2、减压阀3、过滤器4、阀门5及流量计9(用于控制管路中流体的流量)。N2气瓶1的出口依次通过压力计2、减压阀3、过滤器4、阀门5与去离子水储罐7的入口连接，去离子水储罐7的出口依次通过阀门8、流量计9与热交换器21的入口连接。去离子水储罐7设置有压力计6。
控制装置包括热交换器21(用于加热去离子水，使去离子水温度达到200～500℃)及恒温控制与显示装置10。其中，去离子水储罐7的出口依次通过阀门8、流量计9与热交换器21的入口连接。热交换器21的出口依次通过恒温控制与显示装置10、阀门11与喷嘴12的入口连接。
臭氧发生器18的出口依次通过质量流量控制阀17、阀门16与喷嘴15的入口连接。
清洗腔室14内设置有可以旋转的用于固定样片的托盘13。托盘13位于两个相向的喷嘴12和15下。两相向喷嘴12和15均包括一旋转接头，均能够绕旋转接头的轴线360°旋转，且均可拆卸更换。
去离子水回收装置包括气液分离器20(用于分离残余的去离子水与臭氧混合流体)和冷循环装置25(用于促使气液分离)。过滤器4的入口与气液分离器20的出口连接。过滤器4的出口经单向阀22和阀门23与热交换器21的入口相连。气液分离器20通过阀门24与冷循环装置25(作用主要是使去离子水和臭氧分离充分；其主要部件有压缩机，风机，冷循环管等)连接。气液分离器20的入口与清洗腔室14的出口连接。气液分离器20的出口与一废液罐26的入口连接。废液罐26的出口与一排液阀门27的入口连接。气液分离器20的出口经臭氧处理装置28(处理多余的臭氧，避免影响操作人员的健康)与尾气处理装置29(处理尾气，避免环境污染)连接。
本发明实施例还提供一种清洗方法，包括以下步骤：
步骤S1、形成高温状态的水蒸气；
步骤S2、形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；及
步骤S3、使用所述混合流体对样片进行清洗处理。
其中，清洗处理的高温水蒸气和臭氧混合流体中水蒸气的温度达为200～500℃(例如，200℃，300℃，400℃，500℃)。
步骤S4、对进行清洗处理后的混合流体中所含的去离子水进行回收。
步骤S5、对进行清洗处理后的混合流体进行臭氧处理及尾气处理。
基于图1所示的系统对该清洗方法以以下具体示例进行详细说明。
实施例1
该清洗方法过程如下：将样片放入托盘13并固定；通过设定恒温控制与显示装置10的温度值对热交换器21加热，当温度达到所需温度时，调节减压阀3，打开阀门5和阀门8，调节流量计9，此时N2将通过阀门5和阀门8，并经过流量计9控制流量，输送去离子水流入热交换器21中，去离子水在热交换器21中吸收热量形成200℃的高温水蒸气，然后通过喷嘴12喷射到清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面；调节质量流量控制器17，打开阀门16，臭氧发生器18产生的臭氧经喷嘴15喷射到固定在托盘13上的样片表面；在清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面将形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；同时让固定样片的托盘13旋转起来对样片进行清洗处理；从清洗腔室14中流出的混合流体经分离器20分离后，液体物质(去离子水)流入废液罐26中，而气态物质则经臭氧处理装置28处理后再经尾气处理装置29处理；废液罐26中的部分去离子水还可以通过过滤器4过滤后经单向阀22流回热交换器21中，从而部分实现循环利用；当实验结束后可以将热交换器21中的残留去离子水经阀门23流到废液罐26中；废液罐26中的废液最终可以通过排液阀27排出。
实施例2
该清洗方法过程如下：将样片放入托盘13并固定；通过设定恒温控制与显示装置10的温度值对热交换器21加热，当温度达到所需温度时，调节减压阀3，打开阀门5和阀门8，调节流量计9，此时N2将通过阀门5和阀门8，并经过流量计9控制流量，输送去离子水流入热交换器21中，去离子水在热交换器21中吸收热量形成300℃的高温水蒸气，然后通过喷嘴12喷射到清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面；调节质量流量控制器17，打开阀门16，臭氧发生器18产生的臭氧经喷嘴15喷射到固定在托盘13上的样片表面；在清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面将形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；同时让固定样片的托盘13旋转起来对样片进行清洗处理；从清洗腔室14中流出的混合流体经分离器20分离后，液体物质(去离子水)流入废液罐26中，而气态物质则经臭氧处理装置28处理后再经尾气处理装置29处理；废液罐26中的部分去离子水还可以通过过滤器4过滤后经单向阀22流回热交换器21中，从而部分实现循环利用；当实验结束后可以将热交换器21中的残留去离子水经阀门23流到废液罐26中；废液罐26中的废液最终可以通过排液阀27排出。
实施例3
该清洗方法过程如下：将样片放入托盘13并固定；通过设定恒温控制与显示装置10的温度值对热交换器21加热，当温度达到所需温度时，调节减压阀3，打开阀门5和阀门8，调节流量计9，此时N2将通过阀门5和阀门8，并经过流量计9控制流量，输送去离子水流入热交换器21中，去离子水在热交换器21中吸收热量形成400℃的高温水蒸气，然后通过喷嘴12喷射到清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面；调节质量流量控制器17，打开阀门16，臭氧发生器18产生的臭氧经喷嘴15喷射到固定在托盘13上的样片表面；在清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面将形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；同时让固定样片的托盘13旋转起来对样片进行清洗处理；从清洗腔室14中流出的混合流体经分离器20分离后，液体物质(去离子水)流入废液罐26中，而气态物质则经臭氧处理装置28处理后再经尾气处理装置29处理；废液罐26中的部分去离子水还可以通过过滤器4过滤后经单向阀22流回热交换器21中，从而部分实现循环利用；当实验结束后可以将热交换器21中的残留去离子水经阀门23流到废液罐26中；废液罐26中的废液最终可以通过排液阀27排出。
实施例4
该清洗方法过程如下：将样片放入托盘13并固定；通过设定恒温控制与显示装置10的温度值对热交换器21加热，当温度达到所需温度时，调节减压阀3，打开阀门5和阀门8，调节流量计9，此时N2将通过阀门5和阀门8，并经过流量计9控制流量，输送去离子水流入热交换器21中，去离子水在热交换器21中吸收热量形成500℃的高温水蒸气，然后通过喷嘴12喷射到清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面；调节质量流量控制器17，打开阀门16，臭氧发生器18产生的臭氧经喷嘴15喷射到固定在托盘13上的样片表面；在清洗腔室14中固定在托盘13上的样片表面将形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；同时让固定样片的托盘13旋转起来对样片进行清洗处理；从清洗腔室14中流出的混合流体经分离器20分离后，液体物质(去离子水)流入废液罐26中，而气态物质则经臭氧处理装置28处理后再经尾气处理装置29处理；废液罐26中的部分去离子水还可以通过过滤器4过滤后经单向阀22流回热交换器21中，从而部分实现循环利用；当实验结束后可以将热交换器21中的残留去离子水经阀门23流到废液罐26中；废液罐26中的废液最终可以通过排液阀27排出。
本发明实施例提供的清洗方法及其系统，利用臭氧极强的氧化性以及流体的高速射流冲击作用，可以将无机碳化厚层和底部有机光刻胶以及固化交联的SU-8全部剥离，去胶效率大大提高，无残留物，基底材料的损失最小化；省略灰化步骤可大大降低对衬底的损伤；该过程没有氧化层的形成，均方差粗糙度和硅损耗较低；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和固化后的光刻胶将为22nm的去胶工艺提供前瞻性的技术和方案，也有助于推动SU-8胶在MEMS技术中的广泛应用。
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 (10)

1.一种高温水蒸气和臭氧混合射流清洗系统，其特征在于，包括：
臭氧发生器、去离子水储罐、用于对去离子水加热并使其达到高温状态的控制装置、两个喷嘴及清洗腔室；所述去离子水储罐的出口通过所述控制装置与一喷嘴的入口连接；所述臭氧发生器的出口与所述另一喷嘴的入口连接；所述两个喷嘴分别与所述清洗腔室两个入口连接。
2.根据权利要求1所述的清洗系统，其特征在于，还包括：
去离子水辅助载流装置，所述去离子水辅助载流装置包括N2气瓶、过滤器；所述N2气瓶的出口通过所述过滤器与所述去离子水储罐的入口连接。
3.根据权利要求1所述的清洗系统，其特征在于，所述控制装置包括：
热交换器及恒温控制与显示装置；所述热交换器的入口通过一流量计、一阀门与所述去离子水储罐的出口连接；所述热交换器的出口通过所述恒温控制与显示装置及一阀门与所述两个喷嘴的中的一个喷嘴连接。
4.根据权利要求1所述的清洗系统，其特征在于：
所述清洗腔室中的两个所述喷嘴是两个相向喷嘴；所述喷嘴能绕旋转接头的轴线360°旋转，且所述喷嘴能拆卸更换。
5.根据权利要求4所述的清洗系统，其特征在于：
所述清洗腔室内设置有可以旋转的用于固定样片的托盘；所述托盘位于所述两个相向喷嘴下。
6.根据权利要求3-5任一项所述的清洗系统，其特征在于：
还包括去离子水回收装置，所述去离子水回收装置包括气液分离器、过滤器和冷循环装置；所述气液分离器的入口与所述清洗腔室的出口连接；所述气液分离器的出口与通过所述过滤器、一单向阀所述热交换器的入口连接；所述气液分离器的出口与通过所述过滤器、一阀门所述热交换器的入口连接；所述气液分离器的出口还与一废液罐的入口连接；所述冷循环装置与所述气液分离器连接。
7.根据权利要求6所述的清洗系统，其特征在于：
还包括臭氧处理装置和尾气处理装置，所述臭氧处理装置的入口与所述气液分离器的出口连接；所述臭氧处理装置的出口与所述尾气处理装置的入口连接。
8.根据权利要求1-5任一项所述的清洗系统，其特征在于：
所述处于高温状态的水蒸气的温度为200～500℃。
9.一种高温水蒸气和臭氧混合射流清洗方法，其特征在于，包括：
形成高温状态的水蒸气；及
形成高温水蒸气和臭氧的混合流体；及
使用所述混合流体对样片进行清洗处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
对清洗处理后的所述混合流体中所含的去离子水进行回收；及
对清洗处理后的所述混合流体中的气态物质进行臭氧处理再进行尾气处理；所述处于高温状态的水蒸气的温度为200～500℃。
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