引言

使用超臨界流體去除污染物的過程，即高于其臨界溫度和壓力的類氣體物質(zhì)。超臨界流體具有類液體溶劑化特性和類氣體擴(kuò)散和粘度，使其能夠快速穿透縫隙和邊界層膜，并完全去除其中包含的有機(jī)和無機(jī)污染物。此外，通過在超臨界和亞臨界值之間循環(huán)壓力，顆?？梢栽诿}動(dòng)的膨脹階段被非常有效地排出。超臨界流體的定義可以通過查看相圖來充分理解。

二氧化碳作為清洗液：

超臨界CO被選為主要清洗液，因?yàn)槠涞驼扯龋?.05厘米泊）、高擴(kuò)散率、非常低的表面張力，以及其他環(huán)境、安全和成本考慮。對(duì)于CO，臨界溫度T為31℃，臨界壓力也在實(shí)際范圍內(nèi)(Pc=73bar=1050psi)。

圖1顯示了略高于臨界溫度的等溫線的密度與壓力。密度隨著臨界點(diǎn)附近的壓力而顯著變化。例如，在31℃時(shí)，在環(huán)境壓力下，密度僅為0.002g/cm3，而在PC下，密度為0.468g/cm3（增加了234倍）。

高于Pc的CO2具有與有機(jī)液體相當(dāng)?shù)拿芏群腿軇┗芰?。?duì)于恒定的溫度，CO2的溶劑濃度隨壓力而變化。物理化學(xué)性質(zhì)可以在Pc以上和以下使用，即超臨界和亞臨界性質(zhì)在設(shè)計(jì)良好的清洗過程中都很重要。在這一過程中，流體在兩個(gè)壓力之間循環(huán)，如圖3所示。

圖1

晶圓清洗工藝：

最近引入了一種使用CO2的晶圓清洗系統(tǒng)。如圖4所示。晶片被裝載在清洗室的上下方塊之間。在加載期間，腔室高度約為5mm，晶片通過頂部塊中的真空夾持保持在其中。然后較低的塊被抬高，直到室被密封，此時(shí)腔室高度僅略大于晶圓厚度(1 mm)。在~800磅/平方英寸下加壓的二氧化碳然后通過位于中心的孔供應(yīng)。在清洗周期中，超臨界流體由液壓機(jī)構(gòu)脈動(dòng)。下腔塊實(shí)際上是薄壁不銹鋼膜，即隔膜。液壓流體壓力通過隔膜的彈性變形改變腔室高度，即超臨界流體壓力根據(jù)清潔腔室的體積而變化。壓力通常以25至50赫茲的頻率在800至1200磅/平方英寸之間循環(huán)。

不太頻繁地使用單獨(dú)的排出循環(huán)(每1到3秒)來用新鮮流體重新充滿清洗流體。排出循環(huán)是通過降低下腔室塊來實(shí)現(xiàn)的，因此在清潔腔室的外周向大氣壓力打開了一個(gè)2 pm的間隙。攜帶污染物的液體然后通過通道向外沖入排氣系統(tǒng)。然后密封被重新關(guān)閉，新鮮流體通過入口閥進(jìn)入，入口閥位于晶片室的上方和下方的中心。

超臨界流體的“儲(chǔ)存能量”是決定清洗效果的主要因素。殘余物在膨脹過程中噴出，超臨界流體在壓縮過程中被迫進(jìn)入縫隙。40秒的過程通常以這種方式去除所有污染物。然而，可以包括添加劑來改變流體的化學(xué)性質(zhì)、極性或溶劑化能力。

微觀清洗動(dòng)力學(xué)：

壓縮循環(huán)混合并旋轉(zhuǎn)上部和下部清潔間隙中的流體。密度增加三倍(從0.21到0.63克/立方厘米)。清洗液滲透到分子層和微米級(jí)的設(shè)備中。大量的流體運(yùn)動(dòng)有助于機(jī)械擦洗、顆粒移動(dòng)和有機(jī)材料的溶解。在膨脹沖程期間，CO2從超臨界流體變成亞臨界氣體。密度降低三倍，導(dǎo)致快速混合作用和流體從晶片表面流出。高速運(yùn)動(dòng)的流體迅速重新定位懸浮的顆粒和溶解的污染物。在排出步驟中，它們被補(bǔ)充清洗液沖出腔室。流感樣病毒在整個(gè)過程中的快速流動(dòng)阻止了病毒的再傳播。

懸浮的污染物從清洗室中被重新移走，在每1到3秒鐘的排出周期中。此時(shí)，幾乎所有的流體都以橫向向外的方向從中心排出。然后密封被關(guān)閉，向上的二氧化碳被集中注入上部和下部清潔間隙，使晶片變圓。

凈化設(shè)備：

雙浮動(dòng)(DF)、pulsa晶圓清洗裝置如f所示,“DF”名稱指的是t?事實(shí)，即晶圓在臨界流體中自由浮動(dòng)，不接觸晶片的頂部或底部。這是通過適當(dāng)控制通過下部輸入閥的流體流入來實(shí)現(xiàn)的，因此晶圓始終浮動(dòng)在早期設(shè)計(jì)的緩沖墊上，只允許清洗晶圓的一側(cè)。Th?裝置是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)，可以同時(shí)清洗晶片的兩面。下部清潔間隙非常小(< 30 pm)。結(jié)果，晶片跟隨下腔塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。中部的液壓驅(qū)動(dòng)波輪驅(qū)動(dòng)下腔塊。這在上晶片清潔間隙和下晶片清潔間隙中提供了最佳的晶片清潔動(dòng)作。在未加壓(800磅/平方英寸)的位置，圍繞晶片所有側(cè)面的總流體體積只有大約S cm3 (= z N h - z 20 x 20 x 0.0125厘米)。這種低清洗液要求簡化了對(duì)液體純度的控制。

流體性質(zhì)和腔室設(shè)計(jì)使得壓力從晶片的頂面到底面變化很小。在任何給定的時(shí)間，甚至在沖程期間，腔室中存在基本均勻的壓力分布。在清洗過程中，水被清洗液完全淹沒。因此，晶片不會(huì)受到清洗液推力或壓力變化的物理壓力。隔膜是設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。隔膜需要足夠薄，以承受顯著的彈性變形，同時(shí)足夠堅(jiān)固，以承受工藝要求的高操作壓力。

化學(xué)處理，如高頻蝕刻(濕法或無水法)不適合留下靜電活化的晶片表面，該表面會(huì)吸引顆粒和化學(xué)污染物。這種氧化物去除或清潔過程之后通常是進(jìn)一步的清洗和鈍化晶片表面的處理。用超臨界二氧化碳清洗可以緩解靜電問題，因?yàn)榫颓逑词医饘俦谥g的流體體積已經(jīng)最小化。此外，高壓清潔劑可以包括添加劑以鈍化表面。

　　審核編輯：湯梓紅