[发明专利]一种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。

二氧化碳超临界干燥器现在在日美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。

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。