專利名稱：高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在二氧化碳環(huán)境中旋涂制膜設(shè)備，特別是涉及一種高壓二氧 化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它是指用微細(xì) 加工技術(shù)制作的微型電子機(jī)械器件、裝置與系統(tǒng)。在MEMS加工工藝中，需要經(jīng)常生長(zhǎng) 各種性能的薄膜，傳統(tǒng)的薄膜制備都是借用集成電路(IC)制造工藝，如物理法的濺射、 蒸發(fā)，化學(xué)法的氣象淀積、外延生長(zhǎng)等。利用這些方法可以制備各種性能的薄膜，然 而，針對(duì)服MS器件的特殊性，對(duì)薄膜的應(yīng)力要求，膜厚要求都非常特殊，所以需要專 門(mén)針對(duì)這些問(wèn)題提出一種新型的多用制膜設(shè)備。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了精確制備各種MEMS結(jié)構(gòu)中的薄膜，本實(shí)用新型提出了一種多用制膜系統(tǒng)。針 對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜的特殊要求，本系統(tǒng)利用二氧化碳超臨界流體的特殊性能，以及對(duì) 壓力和轉(zhuǎn)速同時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)薄膜應(yīng)力和膜厚的精確控制。
所述技術(shù)方案如下
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括成 膜腔，在所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有真空吸盤(pán)，所述真空吸盤(pán)與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子相連接；在 所述成膜腔內(nèi)部還設(shè)置有加熱裝置；所述成膜腔通過(guò)管路分別與外部二氧化碳鋼瓶、 反應(yīng)氣體鋼瓶以及成膜液體罐相連通；此外，所述成膜腔還連接有與外部連通的排氣管。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，所述加熱裝置為電阻絲加熱裝 置，所述電阻絲加熱裝置包括一段電阻絲以及反射透鏡。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，在所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)， 感器。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，表。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)， 腔，所述溫控腔將成膜腔和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)封裝在內(nèi)。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)， 冷卻裝置。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，窗。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，
在所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有壓力傳 所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)連接有轉(zhuǎn)速顯示 在所述成膜腔外部設(shè)置有溫控 在所述溫控腔內(nèi)設(shè)置有水循環(huán) 在所述成膜腔外壁設(shè)置有可視 所述可視窗為藍(lán)寶石可視窗。
本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案的有益效果是本實(shí)用新型提出的高壓二氧化碳超臨 界旋涂成膜系統(tǒng)，解決了薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中殘余應(yīng)力問(wèn)題，同時(shí)膜厚可以通過(guò)壓力和轉(zhuǎn)
速精確控制，從而解決了 MEMS制膜工藝的一個(gè)關(guān)鍵難題，推動(dòng)MEMS技術(shù)的迅速發(fā)展。 此外，本實(shí)用新型的特點(diǎn)是利用二氧化碳超臨界流體技術(shù)，通過(guò)壓力和轉(zhuǎn)速的控 制，生長(zhǎng)各種性能的薄膜，比傳統(tǒng)的CVD成膜設(shè)備更簡(jiǎn)單，工藝條件易實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備 的研制與推廣將對(duì)MEMS成膜技術(shù)的發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。


圖l是本實(shí)用新型提出的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型的核心結(jié)構(gòu)為密封的成膜腔13。在成膜腔13內(nèi)部設(shè)置有真空吸盤(pán)8， 用于放置硅片。真空吸盤(pán)8被密封在成膜腔13內(nèi)，腔內(nèi)壓力范圍為O. lMPa至10MPa。 為了準(zhǔn)確測(cè)量和控制成膜腔13內(nèi)的壓力，在成膜腔13內(nèi)設(shè)置壓力傳感器9，以便于及時(shí)調(diào)整成膜腔內(nèi)的壓力大小。此外，在成膜腔13的外壁還設(shè)置有排氣管6，以便將 多余氣體排出。
對(duì)真空吸盤(pán)8的加熱采用帶有反射透鏡聚焦的加熱裝置4，較簡(jiǎn)便的方式是采用 電阻絲加熱，并在電阻絲加熱裝置外設(shè)置反射透鏡，使熱量集中，其加熱溫度可以達(dá) 到800°C。本實(shí)用新型在成膜腔13內(nèi)還設(shè)置了溫度傳感器10，可以隨時(shí)監(jiān)控腔內(nèi)的溫 度，并做出及時(shí)調(diào)整。
真空吸盤(pán)8的下部與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7的轉(zhuǎn)子相連接，作為驅(qū)動(dòng)部件。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7轉(zhuǎn)動(dòng) 可以直接帶動(dòng)真空吸盤(pán)8在成膜腔內(nèi)13高速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速可在Orpm至5000rpm之間 精確控制。為精確控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，設(shè)置與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7轉(zhuǎn)子連接的轉(zhuǎn)速顯示表11。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)的作業(yè)中需要利用到二氧化碳?xì)?體、反應(yīng)氣體以及成膜材料液體，上述物質(zhì)分別通過(guò)耐高壓、高溫的管線通入密封的 成膜腔內(nèi)。在成膜腔外部分別設(shè)置有二氧化碳鋼瓶1、反應(yīng)氣體鋼瓶2以及成膜液體 罐5。其中，成膜液體罐5的出口要對(duì)準(zhǔn)真空吸盤(pán)8。
為便于觀察成膜腔內(nèi)的工作狀況，在成膜腔的外壁設(shè)置可視窗3，如藍(lán)寶石可視 窗。通過(guò)可視窗3可以觀察成膜過(guò)程。
為保證成膜腔的外圍溫度穩(wěn)定，本實(shí)用新型的成膜腔13、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7都被封裝在 一個(gè)溫控腔12內(nèi)，溫控腔12內(nèi)有水循環(huán)冷卻裝置，使整臺(tái)設(shè)備外觀溫度范圍控制在 30'C以內(nèi)。
本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)可以廣泛用于制備各種旋涂膜， 制膜過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力和轉(zhuǎn)速，來(lái)控制膜厚，可以制備厚度不同的薄膜或厚膜。
現(xiàn)舉例說(shuō)明利用本實(shí)用新型的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)的制膜過(guò)程 一、SU8膠厚膜制備
SU8膠可作厚膜，但當(dāng)膜厚達(dá)到一定高度，由于膠本身的應(yīng)力很大，容易使襯底 破碎。二氧化碳超臨界流體有很強(qiáng)的滲透能力，通過(guò)壓力控制，二氧化碳進(jìn)入SU8內(nèi)， 可以改變其應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力可調(diào)。其基本步驟為-
1、 在成膜液體罐5中注入適量SU8膠。
2、 開(kāi)啟成膜液體罐5閥門(mén)，將適量SU8膠滴注在真空吸盤(pán)8上。
3、 設(shè)定旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7的轉(zhuǎn)速，開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)涂膠。
4、 打開(kāi)二氧化碳鋼瓶l進(jìn)氣閥門(mén)，向成膜腔13內(nèi)通入二氧化碳。同時(shí)利用加熱裝置 4的電阻絲升溫，當(dāng)溫度達(dá)到31。C、壓強(qiáng)達(dá)到73atm時(shí)，二氧化碳進(jìn)入超臨界狀態(tài)。5、 通過(guò)壓力控制，轉(zhuǎn)速控制，調(diào)節(jié)膜厚。
6、 打開(kāi)排氣管6閥門(mén)，將二氧化碳排出。
7、 通過(guò)加熱裝置4的電阻絲加熱調(diào)節(jié)成膜腔13溫度，在65'C和9(TC下分別烘焙2 分鐘和5分鐘(根據(jù)不同SU8膠型號(hào)確定烘焙時(shí)間)。
經(jīng)過(guò)上述步驟可以完成SU8膠厚膜的制備。 二、氮化硅膜制備
制備氮化硅膜的原理是二氯二氫硅和氨氣反應(yīng)生成氮化硅。將二氯二氫硅液體旋 涂到襯底表面，通入氨氣，在二氧化碳高壓環(huán)境下，氨氣可以深入二氯二氫硅內(nèi)進(jìn)行 反應(yīng)，從而可制備氮化硅厚膜。
其基本步驟為
1、 在成膜液體罐5中注入適量二氯二氫硅液體。
2、 開(kāi)啟成膜液體罐5閥門(mén)，將適量二氯二氫硅滴注在真空吸盤(pán)8上。
3、 開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)馬達(dá)7，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)涂膠。
4、 打開(kāi)反應(yīng)氣體(氨氣)鋼瓶2進(jìn)氣閥門(mén)，向成膜腔13內(nèi)通入適量氨氣，同時(shí)利用 加熱裝置4的電阻絲，使真空吸盤(pán)8溫度達(dá)到80(TC，使氨氣與二氯二氫硅反應(yīng)生成 氮化硅膜。
5、 打開(kāi)二氧化碳鋼瓶1的進(jìn)氣閥門(mén)，向成膜腔13內(nèi)通入二氧化碳。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到73atm 時(shí)，二氧化碳進(jìn)入超臨界狀態(tài)。
6、 通過(guò)壓力控制、轉(zhuǎn)速控制以及溫度控制，調(diào)節(jié)膜厚。
7、 打開(kāi)排氣管6閥門(mén)，將二氧化碳和未反應(yīng)的氨氣排出。
本實(shí)用新型提出的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，解決了薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中殘 余應(yīng)力問(wèn)題，同時(shí)膜厚可以通過(guò)壓力和轉(zhuǎn)速精確控制。從而解決了MEMS制膜工藝的一 個(gè)關(guān)鍵難題，推動(dòng)MEMS技術(shù)的迅速發(fā)展。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括成膜腔，在所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有真空吸盤(pán)，所述真空吸盤(pán)與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子相連接；在所述成膜腔內(nèi)部還設(shè)置有加熱裝置；所述成膜腔通過(guò)管路分別與外部的二氧化碳鋼瓶、反應(yīng)氣體鋼瓶以及成膜液體罐相連通；此外，所述成膜腔還連接有與外部連通的排氣管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，所 述加熱裝置為電阻絲加熱裝置，所述電阻絲加熱裝置包括一段電阻絲以及反射透鏡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，在 所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，在 所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，所 述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)連接有轉(zhuǎn)速顯示表。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，在 所述成膜腔外部設(shè)置有溫控腔，所述溫控腔將所述成膜腔和所述旋轉(zhuǎn)馬達(dá)封裝在其內(nèi)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，在 所述溫控腔內(nèi)設(shè)置有水循環(huán)冷卻裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，在 所述成膜腔外壁設(shè)置有可視窗。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，其特征在于，所 述可視窗為藍(lán)寶石可視窗。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓二氧化碳超臨界旋涂成膜系統(tǒng)，屬于微電子機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。所述系統(tǒng)包括密封的成膜腔，在所述成膜腔內(nèi)設(shè)置有真空吸盤(pán)，所述真空吸盤(pán)與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子相連接；在所述成膜腔內(nèi)部還設(shè)置有加熱裝置；所述成膜腔通過(guò)管路分別與外部二氧化碳鋼瓶、反應(yīng)氣體鋼瓶以及成膜液體罐相連通；此外，所述成膜腔還連接有與外部連通的排氣管。此系統(tǒng)可以制備各種可以旋涂成膜的薄膜以及化學(xué)反應(yīng)成膜。利用二氧化碳超臨界流體的特殊性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)薄膜生長(zhǎng)的應(yīng)力可調(diào)。通過(guò)對(duì)壓力和轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)膜厚可控。該設(shè)備的發(fā)明解決了在MEMS工藝薄膜制備過(guò)程中殘余應(yīng)力大，薄厚膜制備困難等問(wèn)題，可以大大推動(dòng)MEMS工藝的發(fā)展。
文檔編號(hào)B05C9/00GK201342395SQ20082012429
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者瑜 惠, 景玉鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所