專利名稱：犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于微電子技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)關(guān)鍵制造技術(shù)之犧牲層釋放工藝，即采用基于固態(tài)升華原理的一種犧牲層釋放設(shè)備。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)中，硅基表面微機(jī)械加工技術(shù)是一個(gè)重要組成部分，避免了縱向的體硅深加工，與集成電路工藝有更好的兼容性，有利于結(jié)構(gòu)性器件和處理電路的集成。在硅基表面微機(jī)械加工過(guò)程中，要運(yùn)用到“犧牲層”技術(shù)來(lái)制造懸空的梁、膜或空腔結(jié)構(gòu)。犧牲層釋放過(guò)程中或犧牲層形成之后，多數(shù)情況下液體揮發(fā)產(chǎn)生表面張力引起結(jié)構(gòu)層下拉，該現(xiàn)象稱為粘連現(xiàn)象。一般目前國(guó)內(nèi)外常用超臨界二氧化碳干燥設(shè)備和固態(tài)升華釋放設(shè)備來(lái)解決該問(wèn)題。
眾所周之，超臨界二氧化碳干燥設(shè)備需工作在高壓(82.7atm)環(huán)境下，且裝置復(fù)雜，成本高。固態(tài)升華釋放設(shè)備較之使用安全，成本低。鑒于此，固態(tài)升華釋放設(shè)備在應(yīng)用中更易被接受。固態(tài)升華釋放設(shè)備原理基于犧牲層腐蝕完后，殘留于犧牲層中的腐蝕液經(jīng)過(guò)與多種液體的相互置換，將最后一種置換液凝固(溫度控制在其凝固點(diǎn)以下)再將其升華(溫度控制在其固態(tài)升華點(diǎn)以上，同時(shí)壓強(qiáng)控制在固態(tài)升華時(shí)的蒸氣壓)，以此避免犧牲層腐蝕完成后干燥過(guò)程中腐蝕液揮發(fā)產(chǎn)生表面張力引起結(jié)構(gòu)層下拉，導(dǎo)致表面微機(jī)械結(jié)構(gòu)失效。國(guó)內(nèi)的固態(tài)升華釋放設(shè)備在控制固態(tài)升華壓強(qiáng)部分，僅靠反應(yīng)腔體中的氮?dú)饬鱽?lái)改變壓強(qiáng)和帶走可能產(chǎn)生的水汽，這是不可靠的；加之制冷加熱完全基于半導(dǎo)體，會(huì)造成加熱速度慢，難免會(huì)受到真空和溫度的波動(dòng)影響，出現(xiàn)置換液由固態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)的可能性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備，它基于固態(tài)升華原理和改良后的結(jié)構(gòu)，能將最終的置換液變成固態(tài)再升華到氣態(tài)，避免液態(tài)的揮發(fā)產(chǎn)生表面張力引起結(jié)構(gòu)層下拉與硅襯底粘連。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是提供一種犧牲層釋放改良設(shè)備，由機(jī)箱、盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器、控制鍵、風(fēng)冷系統(tǒng)和電源組成。其中，密封的機(jī)箱正面設(shè)有控制鍵，控制鍵包括溫控鍵、冷熱切換鍵、電源開(kāi)關(guān)鍵等；風(fēng)冷系統(tǒng)和電源設(shè)在機(jī)箱背面，風(fēng)冷系統(tǒng)為散熱風(fēng)機(jī)，其出風(fēng)口位于機(jī)箱后壁中部；電源經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲與電源開(kāi)關(guān)鍵和各用電部件相連接；其還包括真空室、真空系統(tǒng)和制冷加熱區(qū)；在機(jī)箱頂面有一開(kāi)口，開(kāi)口上方設(shè)有真空室，機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通；真空室的側(cè)壁上有孔，該孔與真空管道密封連通，真空管道另一端密封連通于真空系統(tǒng)；在機(jī)箱頂面開(kāi)口中設(shè)有制冷加熱區(qū)，制冷加熱區(qū)位于機(jī)箱頂面下方，在機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通處；制冷加熱區(qū)設(shè)有盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器、加熱電阻絲、電磁繼電器，其中，加熱電阻絲直接環(huán)繞固貼在盛放硅片的托盤底部，呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器位于加熱電阻絲下方，半導(dǎo)體熱電制冷器和加熱電阻絲共一中心軸；呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器上表面，均布有復(fù)數(shù)個(gè)電磁繼電器，電磁繼電器下端與半導(dǎo)體熱電制冷器上表面固接，上端與盛放硅片的托盤周緣固接。
所述的改良設(shè)備，其所述機(jī)箱為不銹鋼材料，電源是220V的直流電源，加熱功率1000～1100W，制冷能在30～35min內(nèi)由室溫降到-10～-15℃，加熱能在30～35sec內(nèi)由-10～-15℃升到90～100℃；電磁繼電器型號(hào)為JQX-12(JL-6)，在24～25V直流電壓下即產(chǎn)生吸合電流，釋放電流遠(yuǎn)小于吸合電流。
所述的改良設(shè)備，其所述真空室呈圓柱形，由真空罩和觀察窗組成，管狀真空罩上端為透明的觀察窗密封，下端固接于機(jī)箱頂面開(kāi)口的外周圓上；真空罩的側(cè)壁上有孔，該孔與真空管道密封連通，真空管道另一端密封連通于真空系統(tǒng)；真空罩為不銹鋼材料；真空室極限真空度為6.0×10-2Pa。
所述的改良設(shè)備，其所述電磁繼電器，上端設(shè)有抓爪，抓爪與盛放硅片的托盤周緣固接。
所述的改良設(shè)備，其所述真空系統(tǒng)，由分子泵組和機(jī)械泵、真空管道組成，分子泵組通過(guò)真空管道與真空罩密封連通，分子泵組和機(jī)械泵位于機(jī)箱側(cè)面，分子泵組在機(jī)械泵上方，兩者由另一真空管道密封連通。
所述的改良設(shè)備，其還包括水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)的散熱管環(huán)布于機(jī)箱內(nèi)腔上部，其進(jìn)水口和出水口分別位于機(jī)箱后壁上部，所用冷卻水溫度≤27℃。
所述的改良設(shè)備，其所述水冷系統(tǒng)的進(jìn)水口和出水口，各至少為一個(gè)。
所述的改良設(shè)備，其所述制冷加熱區(qū)，還包括固定硅片的裝置，為間隙多瓣夾具，放在托盤里，硅片倒扣在夾具中。
所述的改良設(shè)備，其所述間隙多瓣夾具，為環(huán)形夾具，采用聚四氟乙烯材料制作，由至少三瓣弧形條狀物組成，條狀物有上下水平平行面、外圓面和內(nèi)圓面，其內(nèi)圓面上設(shè)有一水平凹槽，能使硅片倒扣在凹槽中；環(huán)形夾具分為夾2英寸、3英寸、4英寸硅片的，共三組。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是該犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備配備有真空系統(tǒng)，在置換液凝固后準(zhǔn)備升溫之前，將真空室抽至置換液固態(tài)升華時(shí)的蒸氣壓，再迅速升溫到其固態(tài)升華點(diǎn)，可以成功升華；制冷與加熱裝置基于不同原理，半導(dǎo)體熱電制冷，電阻絲加熱，兩者的分離由繼電器控制，從而達(dá)到快速加熱到置換液固態(tài)升華溫度的目的，可以降低真空和溫度的波動(dòng)影響，降低出現(xiàn)置換液由固態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)的可能性；采用間隙四瓣夾具使硅片倒扣在夾具中，利用置換液的重力平衡部分表面張力；采用效果更優(yōu)于風(fēng)冷的水冷散熱裝置。
本實(shí)用新型的改良設(shè)備成本低廉，生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定，可以獲得防止粘連的犧牲層，適合用于大規(guī)模生產(chǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。


圖1為本實(shí)用新型犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1(a)為設(shè)備正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為機(jī)箱背面示意圖；
圖2為本實(shí)用新型的制冷加熱區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的間隙多瓣夾具，其中一瓣的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型為一種犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備，尤指一種針對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外常用的兩種設(shè)備——超臨界二氧化碳干燥設(shè)備和固態(tài)升華釋放設(shè)備的缺陷加以改良的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
本實(shí)用新型的犧牲層釋放改良設(shè)備基于固態(tài)升華原理研制，但與已有固態(tài)升華釋放設(shè)備相比，本實(shí)用新型的犧牲層釋放設(shè)備從四方面進(jìn)行了改良配備有真空系統(tǒng)，在置換液凝固后準(zhǔn)備升溫之前，將真空室抽至置換液固態(tài)升華時(shí)的蒸氣壓，再迅速升溫到其固態(tài)升華點(diǎn)，可以成功升華；制冷與加熱裝置基于不同原理，半導(dǎo)體熱電制冷，電阻絲加熱，兩者的分離由繼電器控制，從而達(dá)到快速加熱到置換液固態(tài)升華溫度的目的，可以降低真空和溫度的波動(dòng)影響，降低出現(xiàn)置換液由固態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)的可能性；采用間隙四瓣夾具使硅片倒扣在夾具中，利用置換液的重力平衡部分表面張力；采用效果更優(yōu)于風(fēng)冷的水冷系統(tǒng)。
請(qǐng)參閱圖1、圖2，本實(shí)用新型一種犧牲層固態(tài)升華釋放改良設(shè)備，由機(jī)箱1、真空室2、分子泵組3、機(jī)械泵4、盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器61、加熱電阻絲62、電磁繼電器63、控制鍵7、水冷系統(tǒng)8、風(fēng)冷系統(tǒng)9和電源10組成。其中，密封的機(jī)箱1正面設(shè)有控制鍵7，控制鍵7包括溫控鍵、冷熱切換鍵、電源開(kāi)關(guān)鍵等；水冷系統(tǒng)8、風(fēng)冷系統(tǒng)9和電源10設(shè)在機(jī)箱1背面，風(fēng)冷系統(tǒng)9為散熱風(fēng)機(jī)，其出風(fēng)口位于機(jī)箱1后壁中部；水冷系統(tǒng)8的散熱管環(huán)布于機(jī)箱1內(nèi)腔上部，其進(jìn)水口81和出水口82分別位于機(jī)箱1后壁上部；電源10經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲11與電源開(kāi)關(guān)鍵和各用電部件相連接。
在機(jī)箱1頂面有一開(kāi)口12，開(kāi)口12上方設(shè)有真空室2，機(jī)箱1內(nèi)腔與真空室2連通，真空室2呈圓柱形，由真空罩21和觀察窗22組成，管狀真空罩21上端為透明的觀察窗22密封，下端固接于機(jī)箱1頂面開(kāi)口12的外周圓上。真空罩21的側(cè)壁上有孔，該孔與真空管道5密封連通，真空管道5另一端密封連接于分子泵組3。
分子泵組3和機(jī)械泵4位于機(jī)箱1側(cè)面，分子泵組3在機(jī)械泵4上方，兩者由真空管道51密封連通。
在機(jī)箱1頂面開(kāi)口12中設(shè)有制冷加熱區(qū)6，制冷加熱區(qū)6位于機(jī)箱1頂面下方，在機(jī)箱1內(nèi)腔與真空室2連通處，由盛放硅片的托盤(圖2中沒(méi)示出)、半導(dǎo)體熱電制冷器61、加熱電阻絲62、電磁繼電器63組成，其中，加熱電阻絲62直接環(huán)繞固貼在盛放硅片的托盤底部，呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器61位于加熱電阻絲62下方，半導(dǎo)體熱電制冷器61和加熱電阻絲62共一中心軸。呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器61上表面，均布有復(fù)數(shù)個(gè)電磁繼電器63，本實(shí)施例中電磁繼電器63為四個(gè)，電磁繼電器63下端與半導(dǎo)體熱電制冷器61上表面固接，上端設(shè)有抓爪64，抓爪64與盛放硅片的托盤周緣固接(圖2中沒(méi)示出)，可使托盤上下移動(dòng)。電磁繼電器63型號(hào)為JQX-12(JL-6)，在24～25V直流電壓下即可產(chǎn)生吸合電流，釋放電流遠(yuǎn)小于吸合電流。
機(jī)箱1為不銹鋼材料，尺寸為500mm×400mm×220mm，真空罩2也選用不銹鋼材料，尺寸為φ270mm×200mm，電源10是220V的直流電源，加熱功率1000～1100W，制冷能在30～35min內(nèi)由室溫降到-10～-15℃，加熱能在30～35sec內(nèi)由-10～-15℃升到90～100℃。
機(jī)箱1背后有兩個(gè)進(jìn)水口81和兩個(gè)出水口82，各與機(jī)箱1內(nèi)腔中的水冷系統(tǒng)8相連通，所用冷卻水溫度≤27℃。
由分子泵組3和機(jī)械泵4、真空管道5、51組成的真空系統(tǒng)，可將真空室2抽空到極限真空度6.0×10-2Pa。
放在托盤里固定硅片的裝置是采用聚四氟乙烯材料制作的間隙四瓣夾具，如圖3所示，為夾具其中一瓣的外形圖。間隙四瓣夾具，為環(huán)形夾具，由四瓣弧形條狀物組成，條狀物有上下水平平行面、外圓面和內(nèi)圓面，其內(nèi)圓面上設(shè)有一水平凹槽，能使硅片倒扣在凹槽中。至少三瓣弧形條狀物即可組成一套環(huán)形夾具。環(huán)形夾具分能夾2英寸、3英寸、4英寸硅片的，共三組。
本實(shí)用新型的加熱電阻絲62直接繞貼在盛放硅片的托盤底部，在1000～1100W加熱功率下能在30～35sec內(nèi)由-10～-15℃升到90～100℃，許多置換液的固態(tài)升華溫度在該溫度范圍內(nèi)(如環(huán)己烷的固態(tài)升華溫度為81℃)。
本實(shí)用新型的四個(gè)JQX-12(JL-6)型電磁繼電器63，當(dāng)開(kāi)關(guān)切換到制冷的時(shí)候，24～25V直流電壓下能產(chǎn)生吸合電流使繼電器63吸合，此時(shí)盛放硅片的托盤下移與半導(dǎo)體制冷環(huán)61緊密接觸，以達(dá)到較好的制冷效果。制冷完畢，開(kāi)關(guān)切換到加熱的時(shí)候，繼電器63釋放，此時(shí)托盤與半導(dǎo)體制冷環(huán)61徹底分離，同時(shí)加熱電阻絲62通電開(kāi)始快速對(duì)托盤加熱。
本實(shí)用新型的水冷系統(tǒng)8配合使用的水為低于室溫(27℃以下)的流動(dòng)水，能帶來(lái)比風(fēng)冷更好的制冷效果。
本實(shí)用新型的真空系統(tǒng)，能從大氣壓抽到極限真空度6.0×10-2Pa，可以使大多數(shù)置換液達(dá)到固態(tài)升華蒸氣壓。使用真空系統(tǒng)時(shí)，升華完畢后，還要抽一段時(shí)間，這樣能帶走可能產(chǎn)生的水汽。
本實(shí)用新型的使硅片倒扣的夾具必須是間隙瓣?duì)畹?即硅片圓周具備間隙)，這樣能使腐蝕液分子向各方向運(yùn)動(dòng)，從而充分而快速地得到升華。
權(quán)利要求1.一種犧牲層釋放改良設(shè)備，由機(jī)箱、盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器、控制鍵、風(fēng)冷系統(tǒng)和電源組成；其中，密封的機(jī)箱正面設(shè)有控制鍵，控制鍵包括溫控鍵、冷熱切換鍵、電源開(kāi)關(guān)鍵等；風(fēng)冷系統(tǒng)和電源設(shè)在機(jī)箱背面，風(fēng)冷系統(tǒng)為散熱風(fēng)機(jī)，其出風(fēng)口位于機(jī)箱后壁中部；電源經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲與電源開(kāi)關(guān)鍵和各用電部件相連接；其特征在于還包括真空室、真空系統(tǒng)和制冷加熱區(qū)；在機(jī)箱頂面有一開(kāi)口，開(kāi)口上方設(shè)有真空室，機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通；真空室的側(cè)壁上有孔，該孔與真空管道密封連通，真空管道另一端密封連通于真空系統(tǒng)；在機(jī)箱頂面開(kāi)口中設(shè)有制冷加熱區(qū)，制冷加熱區(qū)位于機(jī)箱頂面下方，在機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通處；制冷加熱區(qū)設(shè)有盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器、加熱電阻絲、電磁繼電器，其中，加熱電阻絲直接環(huán)繞固貼在盛放硅片的托盤底部，呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器位于加熱電阻絲下方，半導(dǎo)體熱電制冷器和加熱電阻絲共一中心軸；呈環(huán)狀的半導(dǎo)體熱電制冷器上表面，均布有復(fù)數(shù)個(gè)電磁繼電器，電磁繼電器下端與半導(dǎo)體熱電制冷器上表面固接，上端與盛放硅片的托盤周緣固接。
2.如權(quán)利要求1所述的改良設(shè)備，其特征在于所述機(jī)箱為不銹鋼材料，電源是220V的直流電源，加熱功率1000～1100W，制冷能在30-35min內(nèi)由室溫降到-10～-15℃，加熱能在30～35sec內(nèi)由-10～-15℃升到90～100℃；電磁繼電器型號(hào)為JQX-12(JL-6)，在24～25V直流電壓下即產(chǎn)生吸合電流，釋放電流遠(yuǎn)小于吸合電流。
3.如權(quán)利要求1所述的改良設(shè)備，其特征在于所述真空室呈圓柱形，由真空罩和觀察窗組成，管狀真空罩上端為透明的觀察窗密封，下端固接于機(jī)箱頂面開(kāi)口的外周圓上；真空罩的側(cè)壁上有孔，該孔與真空管道密封連通，真空管道另一端密封連通于真空系統(tǒng)；真空罩為不銹鋼材料；真空室極限真空度為6.0×10-2Pa。
4.如權(quán)利要求1或2所述的改良設(shè)備，其特征在于所述電磁繼電器，上端設(shè)有抓爪，抓爪與盛放硅片的托盤周緣固接。
5.如權(quán)利要求1或3所述的改良設(shè)備，其特征在于所述真空系統(tǒng)，由分子泵組和機(jī)械泵、真空管道組成，分子泵組通過(guò)真空管道與真空罩密封連通，分子泵組和機(jī)械泵位于機(jī)箱側(cè)面，分子泵組在機(jī)械泵上方，兩者由另一真空管道密封連通。
6.如權(quán)利要求1所述的改良設(shè)備，其特征在于還包括水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)的散熱管環(huán)布于機(jī)箱內(nèi)腔上部，其進(jìn)水口和出水口分別位于機(jī)箱后壁上部，所用冷卻水溫度≤27℃。
7.如權(quán)利要求6所述的改良設(shè)備，其特征在于所述水冷系統(tǒng)的進(jìn)水口和出水口，各至少為一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的改良設(shè)備，其特征在于所述制冷加熱區(qū)，還包括固定硅片的裝置，為間隙多瓣夾具，放在托盤里，硅片倒扣在夾具中。
9.如權(quán)利要求8所述的改良設(shè)備，其特征在于所述間隙多瓣夾具，為環(huán)形夾具，采用聚四氟乙烯材料制作，由至少三瓣弧形條狀物組成，條狀物有上下水平平行面、外圓面和內(nèi)圓面，其內(nèi)圓面上設(shè)有一水平凹槽，能使硅片倒扣在凹槽中；環(huán)形夾具分為夾2英寸、3英寸、4英寸硅片的，共三組。
專利摘要一種犧牲層釋放改良設(shè)備，涉及微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)，包括真空室、真空系統(tǒng)和制冷加熱區(qū)；在機(jī)箱頂面上方有真空室，機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通；真空室與真空管道密封連通，真空管道另一端密封連通于真空系統(tǒng)；在機(jī)箱頂面開(kāi)口中設(shè)有制冷加熱區(qū)，制冷加熱區(qū)位于機(jī)箱頂面下方，在機(jī)箱內(nèi)腔與真空室連通處；制冷加熱區(qū)設(shè)有盛放硅片的托盤、半導(dǎo)體熱電制冷器、加熱電阻絲、電磁繼電器，其中，加熱電阻絲直接環(huán)繞固貼在托盤底部，半導(dǎo)體熱電制冷器位于加熱電阻絲下方，半導(dǎo)體熱電制冷器上表面，均布有復(fù)數(shù)個(gè)電磁繼電器，電磁繼電器上端與盛放硅片的托盤周緣固接。本實(shí)用新型生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定，可以獲得防止粘連的犧牲層，適合用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK2804054SQ20052002309
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者石莎莉, 陳大鵬, 歐毅, 葉甜春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所