CN2756337Y - 清洗多孔材料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种清洗多孔材料的装置，至少包括：一流体储存槽，用以储放一流体；一泵，其中该泵连接该流体储存槽，且该泵提供具不同压力的该流体；一处理反应室，其中该处理反应室连接该泵，且该处理反应室用以放置并清洗该多孔材料；以及一终点检测器，其中该终点检测器连接该处理反应室，且该终点检测器用以检测出该多孔材料的清洗终点。运用此清洗多孔材料的装置时，可在利用超临界流体清洗多孔材料上的制备工艺残余物时，先在低压状态下使流体注入孔洞，再将反应压力从低压渐升至产生超临界流体的高压。如此一来，可平衡多孔材料的内外压力，达到降低压力对多孔材料的冲击的目的。

Description

清洗多孔材料的装置

技术领域

本实用新型涉及一种清洗多孔(Porous)材料的装置，特别涉及一种于利用超临界流体(Supercritical Fluid)清洗多孔材料的残余物时，降低超临界流体的高压对多孔材料的冲击所使用的装置。

背景技术

温度和压力同时高于临界值的流体称作超临界流体。超临界流体具有许多独特的性质，例如黏度、密度、扩散系数、溶解能力等性质，有些性质接近气体，而有些性质则与液体接近。超临界流体既具有气体的低黏度与高扩散系数，又具有液体的高密度与溶解能力，因而具有很好的传质、传热和渗透性能。

在现今的半导体制备工艺中，超临界流体可应用于显影光致抗蚀剂层、形成介电薄膜、以及清洗晶片上的制备工艺残余物等等。目前，利用超临界流体清洗晶片上的制备工艺残余物时，都直接利用高压的超临界流体进行清洗。其中，常用的超临界流体必须在相当高的反应压力，大约每平方英时400磅(lb/in²，psi)至4000psi之间下才能形成。

此外，为了提高元件的电性质量，目前大都采用低介电常数材料来作为多层金属连线间的隔离材料，以降低金属层与金属层间的寄生电容，而改善电阻电容延迟时间，进而达到提高元件操作速度以及降低元件功率消耗的目的。其中，低介电常数薄膜中通常具有孔洞用以降低介电常数，因此低介电常数薄膜的结构强度较一般的介电薄膜例如二氧化硅(Silicon Dioxide)低。

在半导体制备工艺中，由于基材的洁净度对制备工艺合格率有举足轻重的影响，因此通常必须在每一道半导体制备工艺进行之前，或者在每一道制备工艺完成之后，另外再进行一道基材洗净的步骤，借以清除附着在基材上的制备工艺微粒以及化学残留物等。

当利用高压的超临界流体清洗附着于晶片上的制备工艺残余物或杂质时，晶片上由多孔材料所构成的低介电常数薄膜也会受到清洗。由于，多孔材料中具有相当多孔洞，再加上超临界流体的压力非常大。因此，直接以超临界流体清洗多孔材料时，多孔材料突然受到高压超临界流体的挤压与冲击后，多孔材料极可能会被超临界流体压碎，甚至导致多孔材料破裂。如此一来，制备工艺的可靠性与产品合格率会受到相当严重的冲击。

发明内容

鉴于上述公知利用超临界流体清洗多孔材料薄膜时，超临界流体的压力相当高，而超临界流体突来的高压冲击会压碎结构脆弱的多孔材料薄膜，甚至使多孔材料薄膜产生破裂而损坏。

因此，本实用新型的一个目的是提供一种清洗多孔材料的装置，至少包括可变动压力泵以及可编程终点检测元件，其中可变动压力泵可改变超临界流体的入射压力，而可编程终点检测元件可在清洗过程中提供多组不同终点的检测。因此，可提高清洗工艺的灵活度。

根据以上所述的目的，本实用新型另外还提供了一种清洗多孔材料的装置，至少包括：一流体储存槽，用以储放一流体；一泵，其中此泵连接上述流体储存槽，且此泵提供具不同压力的流体；一处理反应室，其中此处理反应室连接上述泵，且此处理反应室用以放置并清洗多孔材料；以及一终点检测器，其中此终点检测器连接上述处理反应室，且此终点检测器用以检测出多孔材料的清洗终点。

根据上述构想，其中该终点检测器为一可编程终点检测器。

根据上述构想，所述清洗多孔材料的装置还至少包括一互溶剂槽连接于该处理反应室以及该泵。

根据上述构想，所述清洗多孔材料的装置还至少包括一预热器连接该处理反应室、该互溶剂槽、以及该泵。

根据上述构想，其中该泵为一可变动压力泵。

由于清洗流体在较低压状态下先充满多孔材料薄膜的孔洞，因此可增加多孔材料薄膜的结构强度，有利于抵抗后续的超临界流体的高压冲洗，进而达到确保多孔材料薄膜质量的目的。除此之外，还因为清洗流体存在孔洞的时间较长，而使得清洗流体有更长的时间溶解多孔材料薄膜中的杂质与残余物，进而可大幅提高多孔材料薄膜的清洗效果。

附图说明

图1为本实用新型的一较佳实施例的清洗多孔材料的流程图。

图2为本实用新型的一较佳实施例的清洗处理器的运作示意图。

其中，附图标记说明如下：

100        提供基材            102        提供清洗流体

104        提高反应室的压力    106        形成超临界流体

200        清洗处理器          202        流体供应源

204        流体储存槽          206        可变动压力泵

208        互溶剂槽            210        泵

212        预热器              214        处理反应室

216        可编程终点检测元件

218        分离器

具体实施方式

本实用新型揭示一种清洗多孔材料的装置，至少包括可变动压力泵以及可编程终点检测元件，可临场改变超临界流体的入射压力，也可在清洗过程中提供多组不同终点的检测。因此，可在清洗前先在低压下操作一段时间，借以使清洗流体的分子渗透至多孔材料薄膜中的孔洞并充满孔洞，再将反应压力从低压逐渐增加至超临界流体形成的高压。故，不仅可平衡孔洞内外压力，而且可提高多孔材料薄膜抗超临界流体的高压冲击的能力，更可增加清洗流体分子对多孔材料薄膜中的杂质的作用时间，有效提高清洗效果。为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1与图2。

请参照图1，图1为本实用新型的一较佳实施例的清洗多孔材料的流程图，且请一并参照图2，图2为本实用新型的一较佳实施例的清洗处理器的运作示意图。利用超临界流体清洗多孔材料时，首先如同步骤100所述，将待清洗的基材送入清洗处理器200的处理反应室214中，其中此基材可例如为一般半导体制备工艺的晶片，且此基材可例如包括一层多孔材料薄膜位于基材上。此层多孔材料可例如为介电材料，且有相当多的孔洞分布在此层多孔材料薄膜中。

待将基材固定在处理反应室214中后，如同步骤102所述，先由流体供应源202提供流体储存槽204清洗流体，再利用连接于流体储存槽204的可变动压力泵206控制清洗流体的压力并使清洗流体经过与可变动压力泵206连接的预热器212，而注入基材所在的处理反应室214中，以利用此清洗流体去除附着在基材及其上的多孔材料薄膜上的制备工艺残余物或杂质。其中，预热器212也与处理反应室214连接。清洗流体注入处理反应室214一预设期间后，停止注入清洗流体。其中，清洗用的流体可采用氮(Nitrogen)、氩(Argon)、氙(Xenon)、二氧化碳(Carbon Dioxide)、丙烷(Propane)、氨(Ammonia)、异丙醇(Isopropanol)、甲醇(Methanol)、以及水等。此时，反应室压力的控制是根据所采用的清洗流体而定，这是因为所采用的清洗流体不同，其临界压力不同，所以反应室压力的大小也不相同。下表一为所采用的清洗流体的临界压力与临界温度表。此外，此时的反应室压力与清洗流体注入时间受到下列因素的影响：待清洗的多孔材料薄膜的性质、此多孔材料薄膜的厚度、此多孔材料薄膜中孔洞的尺寸、以及所采用的清洗流体对此多孔材料的渗透性等。在本实用新型的一较佳实施例中，此时的反应室压力较佳是介于15psi与100psi之间。此外，若清洗流体为二氧化碳时，此时的反应室压力较佳为控制在约50psi左右。在处理反应室214的预加压期间，此时清洗用的流体的分子会渐渐渗透到多孔材料薄膜的孔洞中，进而逐渐充满这些孔洞。

表一

流体	临界压力(Pc，psi)	临界温度(Tc，℃)
			氮	-147	492
氩	-122	706
			氙	17	858
二氧化碳	31	1072
			丙烷	97	616

氨	133	1654
			异丙醇	236	690
甲醇	240	1173
			水	374	3209

接着，如同步骤104所述，利用可变动压力泵206而以一预设加压速率逐渐提高处理反应室214的压力。其中，可变动压力泵206可根据制备工艺需求改变清洗流体的压力。此预设加压速率可取决于待清洗的多孔材料薄膜的性质、此多孔材料薄膜的厚度、以及此多孔材料薄膜中孔洞的尺寸。

本实用新型的一特征就是由于清洗流体的分子在处理反应室214未达超临界流体的低压状态下，流体分子渐渐地充满多孔材料薄膜的孔洞，进而使得多孔材料薄膜中的每个孔洞的内外压力逐渐趋于平衡。借此可达到强化多孔材料薄膜的整体结构强度的目的。

本实用新型的另一特征就是因为清洗流体在尚未达到形成超临界流体的高压时，流体分子已逐渐进入多孔材料薄膜的孔洞中，而可先行溶解孔洞中的残余物或杂质。如此一来，可大幅延长清洗流体对孔洞中的残余物或杂质的作用时间。

当清洗的流体分子充满多孔材料薄膜的孔洞时，即可利用可变动压力泵206将储放在流体储存槽204的流体抽出，并将流体的压力增加到超过此清洗流体的临界点，此时即如同步骤106所述，注入处理反应室214内的清洗流体转变成超临界流体。于是，可通过超临界流体所具有的优良渗透性能、高扩散系数、以及极佳的溶解能力等，将附着于基材及其上的多孔材料薄膜上的制备工艺残余物予以去除。其中，清洗流体转变成超临界流体的临界压力取决于所使用的清洗流体的种类以及反应温度。在此较佳实施例中，此时的处理反应室214的压力较佳是增加至介于1000psi与6000psi之间。此外，在超临界流体进入预热器212之前，清洗处理器200也可提供互溶剂槽208以及泵210，而可利用泵210将互溶剂槽208内的互溶剂加入超临界流体，来增加超临界流体的溶解力，进而提高超临界流体的清洗能力。其中，泵210的一端连接互溶剂槽208，而泵210的另一端则与预热器212以及可变动压力泵206连接。另外，预热器212可用以在超临界流体进入处理反应室214前，先加热超临界流体，也可用以加热互溶剂，或同时加热超临界流体以及互溶剂。

超临界流体的清洗时间，可取决于待清洗的多孔材料薄膜的性质、此多孔材料薄膜的厚度、此多孔材料薄膜中孔洞的尺寸、以及所采用的超临界流体对此多孔材料的渗透性等。可编程终点检测元件216连接于处理反应室214，可在清洗过程中，计算处理反应室214从开始注入超临界流体至终止的总时间，或计算注入处理反应室214的超临界流体的体积。此可编程终点检测元件216可根据清洗工艺的需求，提供多组不同终点的检测，并可据以变化清洗流体的注入压力。待可编程终点检测元件216检测出清洗终点时，即可停止超临界流体的供应，而将清洗后的超临界流体收集在与可编程终点检测元件216连接的分离器218中。此分离器218可用以将清洗后的超临界流体内的杂质或互溶剂过滤出。而且，若处理过后的超临界流体有回收使用的价值，则予以回收重复利用，而若并无回收使用的价值，也对环境无害的话，就可将其排放至外界环境中。

本实用新型的一个优点就是因为利用超临界流体处理多孔材料薄膜时，先在一低压环境下操作一段时间，再使反应压力从低压逐渐加压至产生超临界流体时的高压。如此一来，流体分子即可在较低压的状态下，逐渐渗透到多孔材料薄膜的孔洞中，并填满孔洞。因此，可强化多孔材料薄膜的结构强度，而可提高多孔材料薄膜对后续的高压超临界流体的抵抗能力，确保多孔材料薄膜的质量，进而达到改善产品合格率的目的。

本实用新型的又一优点就是因为利用超临界流体清洗多孔材料薄膜时，反应室的压力是从低压逐渐增加到超临界流体形成所需的高压。因此，用以清洗流体分子可先渗透至多孔材料薄膜的孔洞中。如此一来，流体分子对多孔材料薄膜的杂质的作用时间可获得大幅延长，而可更有效地溶解多孔材料薄膜中的杂质，进而可达到提高多孔材料薄膜的清洗效果的目的。

本实用新型的再一优点就是因为本实用新型的清洗多孔材料的装置至少包括可变动压力泵以及可编程终点检测元件。因此，可临场改变超临界流体的入射压力，也可在清洗过程中提供数组不同终点的检测。故，可提高清洗工艺的灵活度。

虽然本实用新型已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围视权利要求所界定为准。

Claims (5)

1.一种清洗多孔材料的装置，其特征在于包括：

一流体储存槽；

一泵，其中该泵连接该流体储存槽；

一处理反应室，其中该处理反应室连接该泵，且该多孔材料置于该处理反应室中；以及

一终点检测器，其中该终点检测器连接该处理反应室。

2.如权利要求1所述的清洗多孔材料的装置，其特征在于该终点检测器为一可编程终点检测器。

3.如权利要求1所述的清洗多孔材料的装置，其特征在于还包括一互溶剂槽连接于该处理反应室以及该泵。

4.如权利要求3所述的清洗多孔材料的装置，其特征在于还包括一预热器连接该处理反应室、该互溶剂槽、以及该泵。

5.如权利要求1所述的清洗多孔材料的装置，其特征在于该泵为一可变动压力泵。

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