[发明专利]一种半导体制冷的二氧化碳超临界干燥装置

说明书

技术领域

本发明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技术领域，尤其涉及一种半导体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，解决湿法腐蚀后结构层之间的粘连问题。

背景技术

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。设备原理基于在牺牲层腐蚀完后，低温时用液体二氧化碳置换出微细结构中的醇类液体，然后缓慢升温进入超临界点，保持数十分钟后打开阀门减压汽化干燥，从而解决湿法工艺干燥时的粘连问题。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。

我国现在从事MEMS相关的微细加工的科研机构和高校有近千家之多。日本韩国也有不少这样的研究机构。湿法工艺设备简单，成本廉价的特点，也将使这一数字迅速发展，因此目前在国内就有一个庞大的市场。而美国已有的二氧化碳超临界干燥设备采用的是二氧化碳制冷，严重的污染环境，二氧化碳的使用量很大造成资源浪费。根据联合国京都二氧化碳排放协议，日本韩国研究机构的现有设备将退出实验室。低二氧化碳排放设备对占领对地球温暖化反应过敏的日本韩国以及东南亚科研机构市场十分有利。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半导体制冷的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，本发明的技术方案是这样实现的：

一种半导体制冷的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，且高压反应室4的外壁上安装有半导体制冷环201；温度控制室5通过蒸发器盘管与高压反应室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，用于减压后将醇类和二氧化碳分离；

所述超临界干燥室与分离减压室6通过支座台2固定连接。

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402，温度传感器11，压力传感器10；其中，进口电磁阀401和出口电磁阀402用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器11用于测试和控制高压反应室4内的温度；压力传感器10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；

所述半导体制冷环焊接在高压反应室4的外壁，其内径为135mm。

所述分离减压室6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用于排除残余液体和气体。

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2mm的铝合金圆柱。

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，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，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。