专利名称：高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在二氧化碳环境中旋涂制膜设备，特别是涉及一种高压二氧 化碳超临界旋涂成膜系统。
背景技术：
微电子机械系统(MEMS)是近年来迅速发展起来的一项高新技术，它是指用微细 加工技术制作的微型电子机械器件、装置与系统。在MEMS加工工艺中，需要经常生长 各种性能的薄膜，传统的薄膜制备都是借用集成电路(IC)制造工艺，如物理法的溅射、 蒸发，化学法的气象淀积、外延生长等。利用这些方法可以制备各种性能的薄膜，然 而，针对服MS器件的特殊性，对薄膜的应力要求，膜厚要求都非常特殊，所以需要专 门针对这些问题提出一种新型的多用制膜设备。
实用新型内容
为了精确制备各种MEMS结构中的薄膜，本实用新型提出了一种多用制膜系统。针 对MEMS结构对薄膜的特殊要求，本系统利用二氧化碳超临界流体的特殊性能，以及对 压力和转速同时控制，实现薄膜应力和膜厚的精确控制。
所述技术方案如下
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，所述系统包括成 膜腔，在所述成膜腔内设置有真空吸盘，所述真空吸盘与旋转马达的转子相连接；在 所述成膜腔内部还设置有加热装置；所述成膜腔通过管路分别与外部二氧化碳钢瓶、 反应气体钢瓶以及成膜液体罐相连通；此外，所述成膜腔还连接有与外部连通的排气管。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，所述加热装置为电阻丝加热装 置，所述电阻丝加热装置包括一段电阻丝以及反射透镜。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，在所述成膜腔内设置有温度传感器。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统， 感器。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，表。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统， 腔，所述温控腔将成膜腔和旋转马达封装在内。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统， 冷却装置。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，窗。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，
在所述成膜腔内设置有压力传 所述旋转马达连接有转速显示 在所述成膜腔外部设置有温控 在所述温控腔内设置有水循环 在所述成膜腔外壁设置有可视 所述可视窗为蓝宝石可视窗。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是本实用新型提出的高压二氧化碳超临 界旋涂成膜系统，解决了薄膜生长过程中残余应力问题，同时膜厚可以通过压力和转
速精确控制，从而解决了 MEMS制膜工艺的一个关键难题，推动MEMS技术的迅速发展。 此外，本实用新型的特点是利用二氧化碳超临界流体技术，通过压力和转速的控 制，生长各种性能的薄膜，比传统的CVD成膜设备更简单，工艺条件易实现。该设备 的研制与推广将对MEMS成膜技术的发展具有巨大的推动作用。
图l是本实用新型提出的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型的核心结构为密封的成膜腔13。在成膜腔13内部设置有真空吸盘8， 用于放置硅片。真空吸盘8被密封在成膜腔13内，腔内压力范围为O. lMPa至10MPa。 为了准确测量和控制成膜腔13内的压力，在成膜腔13内设置压力传感器9，以便于及时调整成膜腔内的压力大小。此外，在成膜腔13的外壁还设置有排气管6，以便将 多余气体排出。
对真空吸盘8的加热采用带有反射透镜聚焦的加热装置4，较简便的方式是采用 电阻丝加热，并在电阻丝加热装置外设置反射透镜，使热量集中，其加热温度可以达 到800°C。本实用新型在成膜腔13内还设置了温度传感器10，可以随时监控腔内的温 度，并做出及时调整。
真空吸盘8的下部与旋转马达7的转子相连接，作为驱动部件。旋转马达7转动 可以直接带动真空吸盘8在成膜腔内13高速转动，其转速可在Orpm至5000rpm之间 精确控制。为精确控制马达转速，设置与旋转马达7转子连接的转速显示表11。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统的作业中需要利用到二氧化碳气 体、反应气体以及成膜材料液体，上述物质分别通过耐高压、高温的管线通入密封的 成膜腔内。在成膜腔外部分别设置有二氧化碳钢瓶1、反应气体钢瓶2以及成膜液体 罐5。其中，成膜液体罐5的出口要对准真空吸盘8。
为便于观察成膜腔内的工作状况，在成膜腔的外壁设置可视窗3，如蓝宝石可视 窗。通过可视窗3可以观察成膜过程。
为保证成膜腔的外围温度稳定，本实用新型的成膜腔13、旋转马达7都被封装在 一个温控腔12内，温控腔12内有水循环冷却装置，使整台设备外观温度范围控制在 30'C以内。
本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统可以广泛用于制备各种旋涂膜， 制膜过程中，通过调节压力和转速，来控制膜厚，可以制备厚度不同的薄膜或厚膜。
现举例说明利用本实用新型的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统的制膜过程 一、SU8胶厚膜制备
SU8胶可作厚膜，但当膜厚达到一定高度，由于胶本身的应力很大，容易使衬底 破碎。二氧化碳超临界流体有很强的渗透能力，通过压力控制，二氧化碳进入SU8内， 可以改变其应力，实现应力可调。其基本步骤为-
1、 在成膜液体罐5中注入适量SU8胶。
2、 开启成膜液体罐5阀门，将适量SU8胶滴注在真空吸盘8上。
3、 设定旋转马达7的转速，开启旋转马达7，开始旋转涂胶。
4、 打开二氧化碳钢瓶l进气阀门，向成膜腔13内通入二氧化碳。同时利用加热装置 4的电阻丝升温，当温度达到31。C、压强达到73atm时，二氧化碳进入超临界状态。5、 通过压力控制，转速控制，调节膜厚。
6、 打开排气管6阀门，将二氧化碳排出。
7、 通过加热装置4的电阻丝加热调节成膜腔13温度，在65'C和9(TC下分别烘焙2 分钟和5分钟(根据不同SU8胶型号确定烘焙时间)。
经过上述步骤可以完成SU8胶厚膜的制备。 二、氮化硅膜制备
制备氮化硅膜的原理是二氯二氢硅和氨气反应生成氮化硅。将二氯二氢硅液体旋 涂到衬底表面，通入氨气，在二氧化碳高压环境下，氨气可以深入二氯二氢硅内进行 反应，从而可制备氮化硅厚膜。
其基本步骤为
1、 在成膜液体罐5中注入适量二氯二氢硅液体。
2、 开启成膜液体罐5阀门，将适量二氯二氢硅滴注在真空吸盘8上。
3、 开启旋转马达7，开始旋转涂胶。
4、 打开反应气体(氨气)钢瓶2进气阀门，向成膜腔13内通入适量氨气，同时利用 加热装置4的电阻丝，使真空吸盘8温度达到80(TC，使氨气与二氯二氢硅反应生成 氮化硅膜。
5、 打开二氧化碳钢瓶1的进气阀门，向成膜腔13内通入二氧化碳。当压强达到73atm 时，二氧化碳进入超临界状态。
6、 通过压力控制、转速控制以及温度控制，调节膜厚。
7、 打开排气管6阀门，将二氧化碳和未反应的氨气排出。
本实用新型提出的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，解决了薄膜生长过程中残 余应力问题，同时膜厚可以通过压力和转速精确控制。从而解决了MEMS制膜工艺的一 个关键难题，推动MEMS技术的迅速发展。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新 型的保护范围之内。
权利要求1、一种高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，所述系统包括成膜腔，在所述成膜腔内设置有真空吸盘，所述真空吸盘与旋转马达的转子相连接；在所述成膜腔内部还设置有加热装置；所述成膜腔通过管路分别与外部的二氧化碳钢瓶、反应气体钢瓶以及成膜液体罐相连通；此外，所述成膜腔还连接有与外部连通的排气管。
2、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，所 述加热装置为电阻丝加热装置，所述电阻丝加热装置包括一段电阻丝以及反射透镜。
3、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，在 所述成膜腔内设置有温度传感器。
4、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，在 所述成膜腔内设置有压力传感器。
5、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，所 述旋转马达连接有转速显示表。
6、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，在 所述成膜腔外部设置有温控腔，所述温控腔将所述成膜腔和所述旋转马达封装在其内。
7、 根据权利要求6所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，在 所述温控腔内设置有水循环冷却装置。
8、 根据权利要求1所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，在 所述成膜腔外壁设置有可视窗。
9、 根据权利要求8所述的高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，其特征在于，所 述可视窗为蓝宝石可视窗。
专利摘要本实用新型公开了一种高压二氧化碳超临界旋涂成膜系统，属于微电子机械设备领域。所述系统包括密封的成膜腔，在所述成膜腔内设置有真空吸盘，所述真空吸盘与旋转马达的转子相连接；在所述成膜腔内部还设置有加热装置；所述成膜腔通过管路分别与外部二氧化碳钢瓶、反应气体钢瓶以及成膜液体罐相连通；此外，所述成膜腔还连接有与外部连通的排气管。此系统可以制备各种可以旋涂成膜的薄膜以及化学反应成膜。利用二氧化碳超临界流体的特殊性质，可以实现薄膜生长的应力可调。通过对压力和转速的控制，实现膜厚可控。该设备的发明解决了在MEMS工艺薄膜制备过程中残余应力大，薄厚膜制备困难等问题，可以大大推动MEMS工艺的发展。
文档编号B05C9/00GK201342395SQ20082012429
公开日2009年11月11日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者瑜 惠, 景玉鹏 申请人:中国科学院微电子研究所