专利名称：用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微电子机械系统(MEMS)制造工艺中用于牺牲层无 粘连释放技术领域，尤其涉及一种用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装 置。
背景技术：
微电子机械系统(MEMS)加工工艺是由集成电路(IC)工艺发展而来 的。然而，由于MEMS器件结构的特殊性和复杂性，需要特定的工艺才 能实现。牺牲层技术就是制作表面微机械结构的关键核心技术。它是利用 不同材料在同一腐蚀液体中的腐蚀速率的巨大差异，有选择性的腐蚀掉结 构层薄膜下面的牺牲层材料，从而获得各种悬空结构。
牺牲层湿法腐蚀释放后，在干燥过程中存在粘连效应。粘连效应主要 由液体的表面张力引起，使结构层与牺牲层下面的衬底粘连，导致器件失 效。
目前解决粘连效应的主要手段包括设计防粘连的特殊结构、选择低表 面张力的清洗液体、超临界二氧化碳干燥释放、干法腐蚀牺牲层、固态升 华法释放等。
其中固态升华法避免了干燥过程中液体一气体界面的出现，完全消除 了表面张力，是解决牺牲层释放工艺中粘连效应的最有效手段。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题 本实用新型的主要目的在于提供一种用于牺牲层释放的二氧化碳固 态升华装置，基于固态升华原理，应用于微电子机械系统(MEMS)制作 中的牺牲层释放干燥工艺，避免了干燥过程中液体——气体界面的出现， 完全消除了表面张力，有效地解决了牺牲层释放工艺中由于粘连效应而造成的器件结构失效。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于牺牲层释放的二氧化碳
固态升华装置，该装置至少包括过滤器l、暂存罐2、恒流恒压泵3、流量 计4、主工作腔室5、温度压力控制装置7和分离器10，其中，过滤器l、 暂存罐2、恒流恒压泵3、流量计4、主工作腔室5和分离器10依次连接， 温度压力控制装置7连接于主工作腔室5，分离器10连接于过滤器1，分 离器10与过滤器1构成循环回路。
上述方案中，所述过滤器1通过第一阀门a连接于二氧化碳钢瓶。 上述方案中，所述暂存罐2通过第二阀门b连接于恒流恒压泵3。 上述方案中，所述主工作腔室5通过第三阀门c连接于分离器10。 上述方案中，所述分离器IO进一步连接于排出乙醇的第四阀门d。 上述方案中，所述主工作腔室5进一步安装有放置芯片的硅片架6。 上述方案中，所述温度压力控制装置7中进一步安装有监视主工作腔 室5内温度和压力变化的温度传感器8和压力传感器9。
(三) 有益效果
本实用新型提供的这种用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置，基 于固态升华原理，应用二氧化碳作为置换液，有效地解决了牺牲层释放工 艺中的粘连效应。同时，相比于传统固态升华技术中应用有机置换液(如 环己垸)，二氧化碳在相态转换时压力可调，消除了有机置换液凝固时的 涨裂现象。二氧化碳的使用更加绿色环保，无有机污染，节约资源。
图1是本实用新型提供的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置的 结构示意图；其中1为过滤器，2为二氧化碳液体暂存罐，3为恒流恒压 泵，4为流量计，5为主工作腔室，6为硅片架，7为温度压力控制系统， 8为温度传感器，9为压力传感器，IO为分离器。
图2是二氧化碳固态升华过程中相态的变化曲线；通过制冷过程，液
4态二氧化碳首先沿着曲线A全部转化为固态(干冰)，同时压强降低。然 后对固态二氧化碳加热，通过压力温度控制，在饱和蒸汽压以下使之沿着 曲线B升华，全部转化为气态。
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明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，图1是本实用新型提供的用于牺牲层释放的二氧化碳固 态升华装置的结构示意图，该装置至少包括过滤器1、暂存罐2、恒流恒 压泵3、流量计4、主工作腔室5、温度压力控制装置7和分离器10，其 中，过滤器l、暂存罐2、恒流恒压泵3、流量计4、主工作腔室5和分离 器10依次连接，温度压力控制装置7连接于主工作腔室5，分离器10连 接于过滤器1，分离器10与过滤器1构成循环回路。
过滤器1通过第一阀门a连接于二氧化碳钢瓶，暂存罐2通过第二阀 门b连接于恒流恒压泵3，主工作腔室5通过第三阀门c连接于分离器10， 分离器10进一步连接于排出乙醇的第四阀门d，主工作腔室5进一步安装 有放置芯片的硅片架6，温度压力控制装置7中进一步安装有监视主工作 腔室5内温度和压力变化的温度传感器8和压力传感器9。
二氧化碳气体首先通过所述过滤器1过滤，进入所述暂存罐2内存储， 然后经过所述恒流恒压泵3压缩，以液态形式通过所述流量计4，通过所 述流量计4调节流量后，液体二氧化碳进入所述主工作腔室5，随着液体 二氧化碳不断通入所述主工作腔室5，将所述主工作腔室5内的乙醇完全 置换到所述分离器10中，此时所述主工作腔室5内全部为液体二氧化碳; 然后通过所述温度压力控制装置7对所述主工作腔室5制冷，使液体二氧 化碳全部转化为固态；随后通过所述温度压力控制装置7对所述主工作腔 室5加热，使固态二氧化碳在饱和蒸汽压下升华，全部转化为气态。升华 后的气态二氧化碳进入所述分离器10中，对所述分离器10加热，使二氧 化碳全部汽化，与乙醇分离，通过循环回路实现循环使用。
再次参照图1和图2，该装置的工艺流程如下带有牺牲层结构的 MEMS芯片，首先经过湿法腐蚀进行牺牲层释放，之后用乙醇置换腐蚀液，将MEMS芯片放到硅片架6上。此时主工作腔室5内充满乙醇，MEMS 芯片完全浸没在乙醇中。整个过程确保不产生气液界面。打开二氧化碳钢 瓶的第一阀门a， 二氧化碳首先通过过滤器1过滤，进入暂存罐2内存储。 打开暂存罐2和恒流恒压泵3之间的第二阀门b， 二氧化碳经过恒流恒压 泵3压縮，全部以液态形式通过流量计4。通过流量计4调节流量后，液 体二氧化碳进入主工作腔室5。打开主工作腔室5与分离器IO之间的第三 阀门c，随着液体二氧化碳不断通入工作腔室，将腔室内的乙醇完全置换 到分离器10中。此时主工作腔室5内全部为液体二氧化碳。关闭第二阀 门b，停止通入二氧化碳，同时关闭第三阀门c。通过温度压力控制装置7， 对主工作腔室5制冷，通过温度传感器8和压力传感器9监视腔室内温度 和压力变化，使液体二氧化碳沿着图2中A曲线，全部转化为固态(干冰)。 随后通过温度压力控制装置7对主工作腔室5加热，通过温度传感器8和 压力传感器9监视腔室内温度和压力变化，使固态二氧化碳在饱和蒸汽压 以下沿着曲线B升华，全部转化为气态。此时已经完成对MEMS芯片牺 牲层的释放干燥，由于整个过程不产生气液界面，避免了液体的表面张力， 可以得到无粘连的悬空结构。打开第三阀门c， 二氧化碳进入分离器10中， 对分离器10加热，使二氧化碳全部汽化，与乙醇分离，通过循环回路实 现循环使用。分离器10中的乙醇通过第四阀门d排出。
本实用新型提供的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置，应用二 氧化碳作为置换液，基于固态升华的原理，完成对MEMS牺牲层的无粘 连释放干燥。该装置进一步利用液体二氧化碳置换乙醇，使MEMS芯片 在无气液界面下完成释放干燥过程。该装置通过温度压力控制，使二氧化 碳在液态-固态-气体之间转化，实现固态升华。另外，该装置安装有分离 装置，使二氧化碳与被置换液分离，实现二氧化碳的循环使用。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体 实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之 内，所做的任何修改、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、一种用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置，其特征在于，该装置至少包括过滤器(1)、暂存罐(2)、恒流恒压泵(3)、流量计(4)、主工作腔室(5)、温度压力控制装置(7)和分离器(10)，其中，过滤器(1)、暂存罐(2)、恒流恒压泵(3)、流量计(4)、主工作腔室(5)和分离器(10)依次连接，温度压力控制装置(7)连接于主工作腔室(5)，分离器(10)连接于过滤器(1)，分离器(10)与过滤器(1)构成循环回路。
2、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述过滤器(1)通过第一阀门a连接于二氧化碳钢瓶。
3、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述暂存罐(2)通过第二阀门b连接于恒流恒压泵(3)。
4、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述主工作腔室(5)通过第三阀门c连接于分离器(10)。
5、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述分离器(10)进一步连接于排出乙醇的第四阀门d。
6、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述主工作腔室(5)进一步安装有放置芯片的硅片架(6)。
7、 根据权利要求1所述的用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置， 其特征在于，所述温度压力控制装置(7)中进一步安装有监视主工作腔 室(5)内温度和压力变化的温度传感器(8)和压力传感器(9)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于牺牲层释放的二氧化碳固态升华装置，该装置至少包括过滤器(1)、暂存罐(2)、恒流恒压泵(3)、流量计(4)、主工作腔室(5)、温度压力控制装置(7)和分离器(10)，其中，过滤器(1)、暂存罐(2)、恒流恒压泵(3)、流量计(4)、主工作腔室(5)和分离器(10)依次连接，温度压力控制装置(7)连接于主工作腔室(5)，分离器(10)连接于过滤器(1)，分离器(10)与过滤器(1)构成循环回路。利用本实用新型，有效地解决了牺牲层释放工艺中的粘连效应。同时，二氧化碳在相态转换时压力可调，消除了有机置换液凝固时的涨裂现象。二氧化碳的使用更加绿色环保，无有机污染，节约资源。
文档编号B81C1/00GK201427858SQ20092010767
公开日2010年3月24日 申请日期2009年5月6日 优先权日2009年5月6日
发明者瑜 惠, 景玉鹏, 高超群 申请人:中国科学院微电子研究所