专利名称：一种二氧化碳超临界干燥装置的制作方法
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，尤其涉及一种氟利昂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，解决湿法工艺干燥时出现的粘连问 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。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。二氧化碳超临界千燥器现在在日美MEMS科研中大量使用。但现在 国内已进入实验室的这一设备只有上海微系统所有一台美国制造的，而美 国的设备二氧化碳消耗量大，二氧化碳消耗量在每次三公斤，其中三分之 二用于腔室制冷，会造成很大的资源浪费和空气污染。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千燥的反应室，与二氧化碳气瓶相 连；温度控制室5通过盘管与高压反应室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，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。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403，温度 传感器402，压力传感器404;其中，进口电磁阀401和出口电磁阀403 用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器402用于测试和控制高压反应 室4内的温度；压力传感器404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。所述温度控制室5为氟利昂制冷器，在高压反应室4下面，通过盘管 于高压反应室4相连，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。所述分离减压室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用于排除残余废气。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80mm的铝合金圆柱，且上面有 一个直径105mm深度为2毫米的凹台。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。2、 利用本发明，采用氟利昂致冷的方式，大大降低了液体二氧化碳 的消耗量，节约了能源。3、 利用本发明，用氟利昂制冷代替二氧化碳开放式制冷，克服了用 二氧化碳开放式制冷从而消耗大量二氧化碳，污染大气的难题。4、 利用本发明，增大批处理能力，将现有设备的四寸五片的批处理 能力提高到四寸十片的批处理能力，可以一次处理十片四寸的硅片，为产 业化打下了良好的基础。5、 利用本发明，采用符合中国标准的压力容器，保证了实验的安全性。6、 利用本发明，在操作上，以先手动后自动的原则，验证出最佳状态后，定型自动化操作。并且，设备运行由继电器温度压力传感器及阀门 控制自动进行，并设置安全自锁机能。
图1为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置的原理图；图2为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置的结构示意图；图3为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中氟利昂制冷的示意图；图4为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压盖截面的示意图；图5为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压反应室内部的示 意图；图6为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压反应室底部的示 意图；图7为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中盛放片子的支架的 示意图；图中，高压盖l，支座台2，盛放片子的支架3，高压反应室4，温度 控制室5，分离减压室6， 二氧化碳滤芯7，'减压排气管8，氟利昂压缩机 9，蒸发器盘管201，螺丝孔301，进口电磁阀401，温度传感器402，出 口电磁阀403，压力传感器404，气瓶701， 二氧化碳气阀702。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置的原理图。 该装置由两个圆筒状腔室构成，两个圆筒状腔室通过支座台2固定连接。 其中，左侧的圆筒状腔室为超临界干燥室，用于牺牲层的释放；右侧的圆 筒状腔室为分离减压室，用于将醇类和二氧化碳分离。如图2所示，图2为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置的结构示 意图，该装置包括超临界干燥室和分离减压室6。其中，超临界千燥室用 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。温度控制室5通过盘管与高压反应室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，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。在所述高压反应室4的顶部安装有高压盖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。如图4所示， 图4为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中高压盖的示意图。如图5和图6所示，图5为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中 高压反应室内部的示意图，图6为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置 中高压反应室底部的示意图。在所述高压反应室的底部安装有进口电磁阀 401、出口电磁阀403、温度传感器402和压力传感器404。其中，进口电 磁阀401和出口电磁阀403用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器402 用于测试和控制高压反应室4内的温度；压力传感器404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。在制造时，采用符合中国标准的压力容器，美国现有的设备采用 的美国军方标准，不符合中国的压力标准。本设备采用的高压反应室为不 锈钢材料的圆柱体，直径135mm，高82mm;高压盖也选用不锈钢材料， 直径180mm，高20mm;这样制造出来的高压反应室符合中国标准，增 强了实验中的安全性。所述温度控制室5为氟利昂制冷器，在高压反应室4的下面，通过盘 管于高压反应室4相连，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。氟利昂制冷器中的压縮机9通过消耗电能，将汽化后的氟利昂压缩成 高温、高压蒸汽，并使这种高温高压的氟利昂蒸汽，流经设置在高压室外 面的蒸发器，就像暖气片散热一样，将在高压室内吸收的热量散发到高压 室外面空气中，使制冷剂又变成高温、高压液体，这样作为制冷剂的氟利 昂就可以循环使用了。压縮机不断地运转，高压室内的热量就会不断地被 移到高压室外空气中去，于是就达到了制冷的目的。具体如图3所示，图 3为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中氟利昂制冷的示意图。所述分离减压室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用于排除残余废气。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。如图7所示，图7为本发明提供的二氧化碳超临界干燥装置中盛放片 子的支架的示意图。所述硅片支架为直径120mm，厚度80mm的铝合金 圆柱，且上面有一个直径105mm深度为2毫米的凹台。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。二氧化碳气瓶通过气阀与超临界干燥室相连，气阀用于控制气体的通 断；氟利昂制冷器在高压室下面，通过盘管于高压反应室相连实现温度控 制；超临界千燥室通过管道与分离减压室相连实现置换醇类和减压的目 的。在使用时，先打开高压盖l，将片子支架3放入高压反应室4，开主 电源，面板电源，手动开启二氧化碳气阀，记录气瓶重量，并估算液态气体残量。然后开始降温，整个高压反应室4温度通过氟利昂制冷降到零度，到达零度后温度传感器402启动进口电磁阀401向高压反应室4进液态二 氧化碳，高压反应室4内压力达到4MPa时，自动停止流动，约5分钟后， 开启高压反应室出口电磁阀403，开始置换高压反应室4中的醇类，使其 流入分离减压室6，时控继电器开始计时。30分钟后关闭出口电磁阀403。 5分钟后同时也关闭进口电磁阀401。开始加热，温度到36度，停止加热， 并维持一段时间，5分钟后，压力达到73MPa，开启出口电磁阀。压力下 降液态二氧化碳全部气化，干燥过程完成。关闭气瓶阀门，操作台断电， 主电源断电，清洗不锈钢过滤芯，填写使用记录。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于，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；温度控制室(5)通过盘管与高压反应室(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，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。
2、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述高压反应室(4)顶部安装有高压盖(1)，用于密封高压室。
3、 根据权利要求2所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述高压盖(1)由不锈钢材料制成，其直径为180mm，高为20mm。
4、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述高压反应室底部安装有进口电磁阀(401)，出口电磁阀(403)，温度 传感器(402)，压力传感器(404);其中，进口电磁阀(401)和出口电 磁阀(403)用于控制二氧化碳气体的进出；温度传感器(402)用于测试 和控制高压反应室(4)内的温度；压力传感器(404)用于测试和控制高 压反应室(4)内的压力。
5、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 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。
6、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述温度控制室(5)为氟利昂制冷器，在高压反应室(4)下面，通过盘管于高压反应室(4)相连，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。
7、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述分离减压室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)用于排除残余废气。
8、 根据权利要求1或7所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在 于，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。
9、 根据权利要求1所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 所述硅片支架为直径120mm，厚度80mm的铝合金圆柱，且上面有一个 直径105mm深度为2毫米的凹台。
10、 根据权利要求l所述的二氧化碳超临界干燥装置，其特征在于， 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
全文摘要
本发明涉及微电子技术中的微机电系统关键制造技术的牺牲层释放技术领域，公开了一种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；温度控制室5通过盘管与高压反应室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，用于将醇类和二氧化碳分离，并实现减压。利用本发明，解决了微细加工中干燥时粘连的问题，并降低了液体二氧化碳的消耗量，达到了节约能源和减少环境污染的目的。
文档编号F26B5/16GK101275806SQ20071006487
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者叶甜春, 景玉鹏, 李全宝, 毅 欧, 陈大鹏 申请人:中国科学院微电子研究所