超临界晶圆清洗干燥介质回收方法以及系统
本发明涉及晶圆加工，具体为一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法以及系统。
背景技术：
1、半导体晶圆是半导体工业中最重要的一种材料，对于其表面洁净度有着很高的要求。在半导体晶圆加工工艺中，为了保证晶圆表面溶剂的有效脱除，维持晶圆表面清洁，对晶圆表面的清洗和干燥是不可或缺的流程。而一些超临界态介质具有零表面张力的特点，能够更顺利地深入晶圆表面的孔隙结构，实现对溶剂的高效脱除。
2、现有的超临界态介质清洗和干燥工艺通常将超临界态的清洗/干燥介质作为“一次性”消耗品，但清洗和干燥工艺过程中对超临界态的清洗/干燥介质消耗量大，导致晶圆清洗/干燥的成本过高。进一步地，由于在特定的温度和/或压力环境中，溶剂与清洗/干燥介质可能会发生一定程度的互溶，难以通过一些简单的分离方式(例如气液分离、分液等方式)进行清洗/干燥介质的分离回收，尝尝会导致回收的清洗/干燥介质中残留较多的溶剂杂质，纯度较低。
3、因此本领域亟需一种高纯度的超临界晶圆清洗/干燥介质回收工艺以降低半导体晶圆的清洗和干燥成本。
技术实现思路
1、针对以上问题，本发明提供了一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法以及系统，能够实现清洗/干燥介质的高纯度的分离回收。
2、本发明的第一方面提供了一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，包括以下步骤：
3、清洗/干燥步骤，利用超临界态的清洗/干燥介质溶解并带走晶圆上附着的溶剂，得到携带有溶剂的混合介质；吸附步骤，将混合介质与清洗/干燥介质吸附剂接触，混合介质中的清洗/干燥介质被清洗/干燥介质吸附剂吸附富集，与溶剂分离；解吸步骤，对吸附步骤后的清洗/干燥介质吸附剂进行解吸，得到高纯度的清洗/干燥介质。
4、根据该技术方案，晶圆的加工过程中所用的溶剂一般为较易溶于超临界态的清洗/干燥介质的有机溶剂，该类的溶剂基本不被清洗/干燥介质吸附剂吸附，而清洗/干燥介质能够在特定的吸附环境参数(特定的压力、温度、气氛等一种因素或多种因素组合的环境)中被吸附剂吸附，因此采用具有选择性的清洗/干燥介质吸附剂进行吸附解吸，基本能够避免溶剂或杂质在回收的清洗/干燥介质中的残留，从而实现高纯度的清洗/干燥介质的回收。
5、需要注意的是，本发明中的“溶剂”指的是附着在晶圆表面的以有机溶剂为主的杂质液体，其中可以混杂有晶圆加工过程中产生的有机物、杂质颗粒等，并非特指纯净的溶剂。
6、作为优选的技术方案，吸附步骤在第一压力中进行，解吸步骤在第二压力中进行，第一压力大于第二压力。
7、根据该技术方案，清洗/干燥介质在较高的第一压力中富集于吸附剂中，然后在较低的第二压力下解吸，从而通过调整压力即可实现对清洗/干燥介质的吸附和解吸过程，使得分离回收过程更加灵活可控。
8、作为优选的技术方案，清洗/干燥介质为二氧化碳，吸附步骤中的第一压力为0.2～6mpa，解吸步骤中的第二压力不大于0mpa。
9、根据该技术方案，首先，超临界态二氧化碳表面张力为0，并且能够快速溶解有机溶剂。另外，当二氧化碳和溶剂混合介质的压力为0.2～6.0mpa时，吸附剂对混合介质二氧化碳具有较高的选择性吸附，溶剂不被吸附而直接排出，再将完成吸附步骤的吸附床抽至真空状态，二氧化碳由吸附剂中解吸，作为高纯度的气态二氧化碳被回收。
10、作为优选的技术方案，在吸附步骤中，调节混合介质的压力为第一压力，调节吸附/解吸单元的压力为第一压力，将混合介质通入吸附/解吸单元中，在混合介质与吸附/解吸单元内的清洗/干燥介质吸附剂充分接触吸附后，将未被吸附的溶剂排出吸附/解吸单元；在解吸步骤中，调节吸附/解吸单元的压力为第二压力，被吸附的清洗/干燥介质从吸附/解吸单元中的清洗/干燥介质吸附剂中解吸，解吸完成后得到气态的清洗/干燥介质。
11、作为优选的技术方案，吸附/解吸单元包括多个吸附床，超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法还包括如下步骤：均压步骤，打开空气流道，直至吸附/解吸单元的第一吸附床与所述第二吸附床中的压力均衡，关闭空气流道。
12、根据该技术方案，一方面，利用两个吸附床能够同时执行吸附步骤和解吸步骤，能够提升清洗/干燥介质的分离回收效率，另一方面，在第一吸附床执行完吸附步骤、第二吸附床执行完解吸步骤后，第一吸附床中的压力为较高的第一压力，需要降低压力至第二压力以执行解吸步骤，而第二吸附床中的压力为较低的第二压力，需要再次升高压力至第一压力以重新执行吸附步骤，因此，通过均压步骤能够减小已吸附后吸附床的压力并提高待吸附床的压力，这样第一吸附床只需从均衡压力降到第二压力，第二吸附床只需从均衡压力升高到第一压力，从而能够有效地减少吸附/解吸单元的压力调节成本和时间。
13、作为优选的技术方案，超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法还包括以下步骤：供气步骤，将解吸步骤中得到的气态的清洗/干燥介质和/或外部气源供给的外部介质进行加压升温，得到超临界态的清洗/干燥介质，以供给清洗/干燥步骤使用的超临界态的清洗/干燥介质；压力调整步骤，将解吸步骤中得到的气态的清洗/干燥介质进行加压输送，并在供气步骤前将加压后的清洗/干燥介质的压力调整至与外部介质的压力相同。
14、根据该技术方案，由于部分清洗/干燥介质会残留在晶圆表面，且一部分清洗/干燥介质与溶剂混合排出，因此在循环中会产生一定的清洗/干燥介质的损耗，从而采用外部气源与解吸步骤得到的气态的清洗/干燥介质混合供气，能够实现清洗/干燥介质的循环以及补充在循环中的清洗/干燥的介质损耗，维持多次循环后清洗/干燥步骤中用于清洗/干燥的超临界态介质的量，进一步地，解吸步骤得到的清洗/干燥介质处于低压状态，流动缓慢，通过压力调整步骤加压推动介质的流动速率，之后再通过压力调整使得执行供气步骤前的压力与外部气源的压力相同，能够使进入供气步骤的气态介质压力稳定。其中，外部气源中存储的外部介质可以为气态或液态介质。
15、本发明第二方面提供了一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统，包括：清洗/干燥单元，内置有晶圆，用于利用超临界态的清洗/干燥介质溶解并带走晶圆上附着的溶剂，得到携带有溶剂的混合介质；吸附/解吸单元，内置有清洗/干燥介质吸附剂，连通清洗/干燥单元的出口，用于接收清洗/干燥单元中的混合介质，混合介质中的清洗/干燥介质在吸附/解吸单元内与清洗/干燥介质吸附剂接触吸附，与溶剂分离，以及对吸附后的清洗/干燥介质吸附剂进行解吸，得到高纯度的清洗/干燥介质。
16、根据该技术方案，清洗/干燥单元执行清洗/干燥步骤，超临界态的清洗/干燥介质溶解并携带溶剂形成混合介质，混合介质流入吸附/解吸单元中，执行吸附步骤，调整混合介质的压力至第一压力，调整吸附/解吸单元中的压力至第一压力，混合介质与吸附/解吸单元中的吸附剂接触，混合介质中的清洗/干燥介质被吸附剂吸附，溶剂排出，完成分离，之后，执行解吸步骤，调整吸附/解吸单元中的压力至第二压力，气态的清洗/干燥介质由吸附剂中解吸，完成对清洗/干燥介质的回收。
17、作为优选的技术方案，吸附/解吸单元包括：第一减压阀，连通清洗/干燥单元的出口，用于降低清洗/干燥单元流出的混合介质的压力，便于清洗/干燥介质被清洗/干燥介质吸附剂吸附；吸附床，连通第一减压阀的出口，内置有清洗/干燥介质，用于吸附混合介质中的清洗/干燥介质，使其与溶剂分离；减压罐，连通吸附床的入口，用于降低吸附床中的压力，使得清洗/干燥介质从清洗/干燥介质吸附剂中解吸；净化器，连通减压罐出口，用于将解吸后的气态的清洗/干燥介质提纯，过滤其中残留的清洗/干燥介质吸附剂。
18、根据该技术方案，通过调压阀和吸附床，清洗/干燥单元流出的混合介质中的清洗/干燥介质完成吸附，溶剂被直接排出，清洗/干燥介质富集于吸附剂表面，实现介质与溶剂的分离，再通过减压罐进行减压解吸即可回收较高纯度的清洗/干燥介质，最后再通过净化器进一步净化气态的清洗/干燥介质，去除清洗/干燥介质中的吸附剂残留。
19、作为优选的技术方案，吸附/解吸单元包括两个并联的吸附床，第一吸附床与第二吸附床经由空气流道连通。
20、根据该技术方案，两个吸附床能够同时执行超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，提高清洗/干燥介质的分离回收效率，同时，两个吸附床之间利用空气流道连通，更便于完成吸附步骤的吸附床与完成解吸步骤的吸附床之间通过空气流道均衡气压。简化调压过程、降低调压成本。
21、作为优选的技术方案，超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统还包括：供气单元，供气单元连通吸附/解吸单元的出口和清洗/干燥单元的入口，用于对吸附/解吸单元流出的清洗/干燥介质加压升温，得到超临界态的清洗/干燥介质以供给清洗/干燥单元使用；外部气源，外部气源的出口连通供气单元的入口；压力调整装置，连通吸附/解吸单元的出口和外部气源的入口，压力调整装置包括沿流体流动方向依次连通的压气机以及第二减压阀。
22、根据该技术方案，通过外部气源补充系统中的介质损耗，从而可以维持系统的循环持续运行，进一步地，经过压气机升压可推动工质加速向后流动，减压阀则可以控制压力调整装置的出口压力等于外部气源的出口压力，从而使压力调整装置出口的介质能够与外部气源的介质等压混合后进入供气单元，维持系统稳定安全地运行。
技术特征：
1.一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，所述吸附步骤在第一压力中进行，所述解吸步骤在第二压力中进行，所述第一压力大于所述第二压力。
3.如权利要求2所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，所述清洗/干燥介质为二氧化碳，所述吸附步骤中的所述第一压力为0.2～6mpa，所述解吸步骤中的所述第二压力不大于0mpa。
4.如权利要求1所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，在所述吸附步骤中，调节所述混合介质的压力为第一压力，调节吸附/解吸单元的压力为第一压力，将所述混合介质通入吸附/解吸单元中，在所述混合介质与所述吸附/解吸单元内的所述清洗/干燥介质吸附剂充分接触吸附后，将未被吸附的所述溶剂排出所述吸附/解吸单元；
5.如权利要求4所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，所述吸附/解吸单元包括多个吸附床，所述超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法还包括如下步骤：
6.如权利要求1所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，其特征在于，还包括：
7.一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统，其特征在于，所述吸附/解吸单元包括：
9.如权利要求7所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统，其特征在于，所述吸附/解吸单元至少包括两个并联的吸附床，第一吸附床与第二吸附床经由空气流道连通。
10.权利要求7所述的超临界晶圆清洗/干燥介质回收系统，其特征在于，还包括：
技术总结
本发明提供了一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法以及系统，能够实现清洗/干燥介质的高纯度的分离回收。本发明的第一方面提供了一种超临界晶圆清洗/干燥介质回收方法，包括以下步骤：清洗/干燥步骤，利用超临界态的清洗/干燥介质溶解并带走晶圆上附着的溶剂，得到携带有溶剂的混合介质；吸附步骤，将混合介质与清洗/干燥介质吸附剂接触，混合介质中的清洗/干燥介质被清洗/干燥介质吸附剂吸附富集，与溶剂分离；解吸步骤，对吸附步骤后的清洗/干燥介质吸附剂进行解吸，得到高纯度的清洗/干燥介质。
技术研发人员：肖刚,文章权,刘亚飞,王征
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23