專利名稱：硅片去膠裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體去膠技術(shù)/光刻膠剝離技術(shù)，特別涉及一種硅片去膠裝置及方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代CMOS器件制造工藝中，幾乎所有襯底結(jié)構(gòu)都是經(jīng)由離子注入形成的。高能離子會(huì)損傷光刻膠，使其變得很難去除。在注入之后，這些離子會(huì)以氧化層、次氧化層或有機(jī)化合物等形式存在。這些高能離子還會(huì)使光刻膠表面變成一種金剛石型與石墨型混合的碳質(zhì)層。因此碳化工藝使得注入光刻膠的去除變得很具挑戰(zhàn)性。對(duì)于硅上的注入光刻膠去除，可以使用堿性或酸性氟基溶液實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)造成對(duì)底層硅的損耗；也可以使用等離子體去膠技術(shù)，但是非均勻等離子體產(chǎn)生的電荷會(huì)損傷晶圓表面的敏感結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種硅損傷和硅損耗小的硅片去膠裝置及方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種硅片去膠裝置包括去離子水儲(chǔ)罐(1) XO2儲(chǔ)氣罐(2)、用于將去離子水和(X)2混合形成混合溶液的混合罐( 、對(duì)所述混合溶液加熱，使所述混合溶液中的CO2達(dá)到超臨界態(tài)、使去離子水達(dá)到高溫高壓的熱交換器(7)及用于對(duì)硅片(12)去膠的反應(yīng)腔體(10)；所述去離子水儲(chǔ)罐(1)與 CO2儲(chǔ)氣罐( 的出口與所述混合罐( 一端連接，所述混合罐( 另一端通過(guò)所述熱交換器(7)與所述反應(yīng)腔體(10)入口連接。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種硅片去膠方法包括形成液態(tài)(X)2和去離子水的混合溶液；對(duì)所述混合溶液加熱，使所述混合溶液中的(X)2達(dá)到超臨界態(tài)，使去離子水達(dá)到高溫高壓狀態(tài)；及使用含超臨界態(tài)的(X)2和高溫高壓的去離子水的所述混合溶液對(duì)硅片進(jìn)行去膠處理。根據(jù)本發(fā)明的去膠處理裝置及方法，利用超臨界二氧化碳獨(dú)特的滲透和傳輸特性以及高溫高壓水的氧化性，可以將無(wú)機(jī)碳化厚層和底部有機(jī)光刻膠全部氧化溶解，去膠效率較高，無(wú)殘留物，薄膜材料的損失最小化；另外，省略灰化步驟大大降低了對(duì)襯底的損傷； 在去膠過(guò)程中，氧化層的形成，均方差粗糙度較低。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片去膠裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片去膠方法的流程示意圖；本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的硅片去膠裝置包括去離子水儲(chǔ)罐1、CO2儲(chǔ)氣罐 2、用于將去離子水和(X)2混合形成混合溶液的混合罐5、對(duì)混合溶液加熱，使混合溶液中的 CO2達(dá)到超臨界態(tài)、使去離子水達(dá)到高溫高壓的熱交換器7、用于對(duì)硅片12去膠的反應(yīng)腔體 IOXO2回收裝置。反應(yīng)腔體10內(nèi)設(shè)置有可以旋轉(zhuǎn)的用于放置涂有光刻膠的硅片12的托盤 15、用于將剝離的光刻膠帶離硅片12表面的(X)2源13 (可以是氣缸)、溫度傳感器8和壓力傳感器9。CO2源13用于將剝離的光刻膠帶離樣片表面同時(shí)被帶出反應(yīng)腔體10。盛放硅片的托盤15可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，增大吹掃面的切向力，同時(shí)剝離的光刻膠殘?jiān)陔x心力作用下脫離硅片。離子水儲(chǔ)罐1通過(guò)一平流泵3、一閥門21與混合罐5連接。CO2儲(chǔ)氣罐2通過(guò)壓力泵4、一閥門21與混合罐5連接。其中，離子水儲(chǔ)罐1提供實(shí)驗(yàn)所需的去離子水；(X)2儲(chǔ)氣罐2提供實(shí)驗(yàn)所需的(X)2 ；平流泵3對(duì)去離子水加壓同時(shí)還可以控制其流量；壓力泵4對(duì)CO2 加壓同時(shí)還可以控制其流量；混合罐5使(X)2和去離子水充分混合，以形成混合溶液?；旌瞎?通過(guò)一溢流閥6與熱交換器7連接。溢流閥6的作用在于控制反應(yīng)腔體10的進(jìn)口壓力。熱交換器7與位于反應(yīng)腔體10內(nèi)的噴嘴11入口相連。噴嘴11用于將混合溶液吹射到涂有光刻膠的硅片上，同時(shí)還可以進(jìn)行位置和角度的改變。熱交換器7對(duì)混合溶液進(jìn)行加熱，達(dá)到所需要的溫度。反應(yīng)腔體10頂部接有溫度傳感器8和壓力傳感器9，其內(nèi)部固定有可旋轉(zhuǎn)托盤15。在噴嘴11 (其結(jié)構(gòu)采用文丘里管的結(jié)構(gòu))入口下方的反應(yīng)腔體10內(nèi)壁上有一個(gè)CO2氣體出口。溫度傳感器8用于顯示噴嘴出口溫度。壓力傳感器9顯示噴嘴出口壓力。反應(yīng)腔體10底部還設(shè)置有閥門1116和廢液出口 17 ；其中，閥門1116用于控制排水管道的開(kāi)/關(guān)；排水口 17可將反應(yīng)腔體10中的廢液排出。(X)2回收裝置包括壓力泵14、 過(guò)濾干燥裝置18及冷卻器19。反應(yīng)腔體10依次通過(guò)壓力泵14、過(guò)濾干燥裝置18及冷卻器19與(X)2儲(chǔ)氣罐2連接。(X)2源13用于將剝離的光刻膠帶離硅片表面同時(shí)被帶出反應(yīng)腔體10。壓力泵14將反應(yīng)腔體10中的CO2重新加壓，從而循環(huán)利用。過(guò)濾干燥裝置18將反應(yīng)腔體10中出來(lái)的(X)2氣體進(jìn)行過(guò)濾和干燥；冷卻器19將氣態(tài)(X)2液化；閥門20控制著回收回路的開(kāi)/關(guān)。本發(fā)明實(shí)施例提供一種硅片去膠方法，包括以下步驟步驟Si、形成液態(tài)CO2和去離子水的混合溶液；其中，提供的CO2氣體純度達(dá) 99. 999% 以上。步驟S2、對(duì)混合溶液加熱，使混合溶液中的(X)2達(dá)到超臨界態(tài)，使去離子水達(dá)到高溫高壓狀態(tài)；其中，高溫為300-700°C，高壓為8-20MPa。步驟S3、使用含超臨界態(tài)的(X)2和高溫高壓的去離子水的混合溶液對(duì)硅片進(jìn)行去膠處理，及步驟S4、進(jìn)行去膠處理后的混合溶液中所含的(X)2進(jìn)行回收。以上步驟可基于圖1所示的硅片去膠裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)如下打開(kāi)熱交換器7，當(dāng)其溫度接近400°C時(shí)，運(yùn)行壓力泵2并調(diào)整好流量，將CO2加壓泵入混合罐5中，運(yùn)行平流泵1并調(diào)整好流量，將去離子水加壓并泵入到混合罐5中，(X)2和去離子水在混合罐5中充分混合，打開(kāi)(X)2氣源13和運(yùn)行壓力泵14，使托盤旋轉(zhuǎn)起來(lái)；溢流閥6的壓限值設(shè)為8MPa，當(dāng)混合罐5中的壓力超過(guò)壓限值后，溢流閥6自動(dòng)開(kāi)啟，混合流體將流入熱交換器7中進(jìn)行加熱，使CO2達(dá)到超臨界態(tài)，然后通過(guò)噴嘴11噴射到涂有光刻膠的硅片12上；噴嘴11出口處的溫度和壓力可以通過(guò)溫度傳感器8和壓力傳感器9實(shí)時(shí)測(cè)量顯示；吹洗下來(lái)的物質(zhì)由CO2氣源13從硅片上帶走；壓力泵14會(huì)將反應(yīng)腔體中的氣體和顆粒帶出，并經(jīng)干燥過(guò)濾裝置18處理后被冷卻器19液化成液態(tài)CO2，流回混合罐5中進(jìn)行循環(huán)使用；按照上述過(guò)程重復(fù)運(yùn)行一段后，就可以將光刻膠完全去除；需要停止運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉閥門21、平流泵3和壓力泵4，打開(kāi)閥門20將(X)2回收到儲(chǔ)罐中，反應(yīng)腔體10中的廢液可以通過(guò)閥門16的控制從排液口 17排出。本發(fā)明實(shí)施例提出的硅片去膠方法及裝置，將超臨界二氧化碳和高溫高壓水結(jié)合起來(lái)，利用超臨界二氧化碳獨(dú)特的滲透和傳輸特性以及高溫高壓水的氧化性可以去除注入硬化或灰化后的光刻膠，可以將無(wú)機(jī)碳化厚層和底部有機(jī)光刻膠全部氧化溶解，去膠效率較高，無(wú)殘留物，薄膜材料的損失最小化；省略灰化步驟大大降低了對(duì)襯底的損傷。另外，硅片去膠方法屬于一種物理-化學(xué)相結(jié)合的清洗方式，與底層硅表面的兼容性很好，對(duì)注入表面的硅原子損耗較低。該裝置及其方法操作簡(jiǎn)單，去膠效率高、表面干凈光潔、成本低、環(huán)保、無(wú)需干燥，而且不會(huì)引入損傷。該過(guò)程氧化層的形成，硅損耗和均方差粗糙度較低；對(duì)特別小的注入光刻膠圖形也有很好的去膠效果?？旖萦行コ邉┝孔⑷牍饪棠z的超臨界二氧化碳和高溫高壓水的復(fù)合式去膠法將為22nm的去膠工藝提供前瞻性的技術(shù)和方案。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅片去膠裝置，其特征在于，包括去離子水儲(chǔ)罐(1) >C02儲(chǔ)氣罐(2)、用于將去離子水和(X)2混合形成混合溶液的混合罐 (5)、對(duì)所述混合溶液加熱的熱交換器(7)及用于對(duì)硅片(12)去膠的反應(yīng)腔體(10)；所述去離子水儲(chǔ)罐(1)與CO2儲(chǔ)氣罐( 的出口與所述混合罐( 一端連接，所述混合罐(5)另一端通過(guò)所述熱交換器(7)與所述反應(yīng)腔體(10)入口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片去膠裝置，其特征在于所述去離子水儲(chǔ)罐(1)通過(guò)一平流泵( 與所述混合罐( 連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片去膠裝置，其特征在于所述CO2儲(chǔ)氣罐( 通過(guò)一壓力泵I (4)與所述混合罐( 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片去膠裝置，其特征在于所述混合罐( 通過(guò)一溢流閥(6)與所述熱交換器(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅片去膠裝置其特征在于所述反應(yīng)腔體(10)內(nèi)設(shè)置有可以旋轉(zhuǎn)的用于放置涂有光刻膠的硅片(1 的托盤(15) 和用于將剝離的光刻膠帶離所述硅片(12)表面的CO2源(13)；所述熱交換器(7)通過(guò)一噴嘴(11)將含超臨界態(tài)的CO2和高溫高壓的去離子水的所述混合溶液噴射到所述硅片(12)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的硅片去膠裝置，其特征在于還包括ω2回收裝置，所述(X)2回收裝置包括壓力泵(14)、過(guò)濾干燥裝置(18)及冷卻器(19)，所述反應(yīng)腔體(10)依次通過(guò)所述壓力泵(14)、所述過(guò)濾干燥裝置(1 及所述冷卻器(19)與所述CO2儲(chǔ)氣罐(2)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的硅片去膠裝置，其特征在于 所述反應(yīng)腔體還設(shè)置有溫度傳感器( 和壓力傳感器(9)。
8.一種硅片去膠方法，其特征在于，包括 形成液態(tài)(X)2和去離子水的混合溶液；對(duì)所述混合溶液加熱，使所述混合溶液中的(X)2達(dá)到超臨界態(tài)，使去離子水達(dá)到高溫高壓狀態(tài)；及使用含超臨界態(tài)的(X)2和高溫高壓的去離子水的所述混合溶液對(duì)硅片進(jìn)行去膠處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)進(jìn)行去膠處理后的所述混合溶液中所含的(X)2進(jìn)行回收。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于 所述高溫為300-700°C，所述高壓為8-20MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅片去膠裝置，包括去離子水儲(chǔ)罐、CO2儲(chǔ)氣罐、混合罐、對(duì)混合溶液加熱的熱交換器及用于對(duì)硅片去膠的反應(yīng)腔體；去離子水儲(chǔ)罐與CO2儲(chǔ)氣罐的出口與混合罐一端連接，混合罐另一端通過(guò)熱交換器與反應(yīng)腔體入口連接。還公開(kāi)了一種硅片去膠方法包括形成液態(tài)CO2和去離子水的混合溶液；對(duì)混合溶液加熱，使混合溶液中的CO2達(dá)到超臨界態(tài)，使去離子水達(dá)到高溫高壓狀態(tài)；及使用含超臨界態(tài)的CO2和高溫高壓的去離子水的混合溶液對(duì)硅片進(jìn)行去膠處理。通過(guò)本發(fā)明提供的裝置及方法，可以將無(wú)機(jī)碳化厚層和底部有機(jī)光刻膠全部氧化溶解，去膠效率較高，無(wú)殘留物，薄膜材料的損失最小化。
文檔編號(hào)G03F7/42GK102298276SQ20101020982
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者景玉鵬, 王磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所