使用超临界二氧化碳剥离碳化光刻胶的实验

使用超临界二氧化碳剥离碳化光刻胶的实验关键词：超临界清洗，离子注入光刻胶，光刻胶剥离目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要1\o"CurrentDocument"超临界二氧化碳是什么1\o"CurrentDocument"介绍5\o"CurrentDocument"实验6\o"CurrentDocument"结果和讨论6\o"CurrentDocument"结论7摘要本文提出了一种有效的、环保的干剥离方法，使用超临界二氧化碳(SCC02)系统，在40°C到100C和压力从90巴到340巴时去除离子植入的光刻剂和残留物。高剂量离子注入后，使用纯SCCO2不容易去除光刻胶。因此，加入极性溶剂作为高溶于SCCO2的共溶剂，以去除重有机物(光刻胶和光刻胶残留物)。单一共溶剂修饰的SCCOz体系不能有效去除，而是膨胀重有机物。而经多种共溶剂修饰的SCCO2体系对离子植入光刻胶的去除效率较高(约95%)o本研究表明，采用多种共溶剂改性的SCCO2系统的干剥离法可以取代等离子体灰烬或酸和溶剂湿台法，并显著减少相关的化学使用和处置。超临界二氧化碳是什么二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26°C,压力高于临界压力Pc=72.9atm的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力.用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景.超临界二氧化碳是研究最广泛的流体之一，因为它具有以下几个特点：如2临界温度为31.26C，临界压力为72.9atm，临界条件容易达到；（2）CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好；（3）价格便宜，纯度高，容易获得。二氧化碳，可以说是应用最广的超临界流体，这主要是因为它没有毒性，临界温度低与价格便宜等因素.近年来最引人注意的研究领域则主要在机能性成分的萃取，纤维染色技术，半导体的清洗，特殊药用成分的颗粒生产，乾洗技术，化学反应与超临界流体净米技术等。以下为常见的超临界二氧化碳在各种工业中的应用范围。1）食品工业植物油脂（大豆油，篦麻油，棕油，可哥脂，玉米油，米糠油，小麦胚芽油等）的提取动物油脂（鱼油，肝油，各种水产油）的提取；食品原料（米，面，禽蛋）的脱脂脂质混合物（甘油酯，脂肪酸，卵磷脂等）的分离与精制油脂的脱色和脱臭植物色素和天然香味成分的提取咖啡，红茶脱除咖啡因啤酒花的提取发酵酒精的浓缩2）化妆品工业鱼油中的高级脂肪酸（EPA,DHA,脱氢抗坏血酸等）的提取植物或菌体中高级脂肪酸（y■亚麻酸等）的提取药效成分（生物碱，黄酮，脂溶性维生素，旅等）的提取香料成分（动物香料，植物香料等）的提取化妆品原料（美肤效果剂，表面活性剂，脂肪酸酯等）的提取烟草脱除尼古丁.3）化学工业常见使用超临界二氧化碳技术的应用包括了传统产业的乾洗业，纤维染色技术，化学反应和高科技产业的半导体清洗技术传统乾洗业，正面临其所使用的有机溶剂，过氯酸乙烯（percholoretylene）,对于健康上与环保上的危害的压力，许多主要的相关产业业者，也不断的寻求替代的方法.事实上，利用超临界流体技术的乾洗设备，已经在1999年正式在美国设立营业店面，这套设备的单价约在75,000美金到50,000美金之间.PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion这个超临界流体工业化的应用，证明超临界二氧化碳，能有效的与传统民生工业在价格上作竞争.另外的清洗应用包括了金属零组件的清洗，商业用洗碗机与一般的家用清洗设备.利用超临界二氧化碳，取代现行有机溶剂的染色技术，对于环保，废水处理与制造成本上，有非常多的优点.由于超临界二氧化碳流体，基本上的特性较接近气体，故对于应用于取代有机液体，进行聚酯纤维的染色技术制程而言，不会有排废问题的产生，这还包括了工业用水的减少，与有害工业废弃物的减量.在经济性的优点，还包括了产量的增加，减少能源的消耗，纤维染色技术工业化的应用成功，将增强染色技术在经济上的竞争力，和纺织工业制程操作的技术提升，更能有效减少废水的排放与染色的时间，对于时间，能源，环保与成本等层面，都是一大进步.因此，超临界流体染色技术，将会是更省时，更经济，更环保的新制程.超临界流体染色技术研究在工研院化工所的努力之下，将带领化工业者进入绿色化学时代的新摇篮.超临界二氧化碳，提供了传统有机溶剂使用的另一种选择.除了在环保上的优点之外，对于温度，压力，流速，反应物浓度等反应变因的控制，使反应本身的控制更为容易，由于反应操作控制容易，也相对的增加了反应的选择性与产量.因此，反应本身能在较少的时间与空间上进行，对于设备成本投资的减少也是一大贡献，对于一些反应物本身在二氧化碳流体溶解度较小的物质，主要的技术克服要点在于乳化微粒(micelle)的形成，与其在二氧化碳流体中的动速率.在这方面的应用，以美国杜邦公司在北卡罗兰那州，投资达4,000万美元的新建研究工厂投资案，最受到关注，主要的研究方向就是想利用超临界二氧化碳，作为反应溶液，以生产含筑聚合物(fluoropolymer).对于半导体晶片上光阻物质和蚀刻的残留物质，一直都没有一种有效的化学方法来去除，通常必须配合几种不同的方法与设备，例如电浆灰化(Plasmaashing)与湿式或乾式清洗，才能达到产品品质的要求，现有的湿式清洗方法是利用具侵蚀性的硫酸，双氧水或有机溶剂混合使用，这些传统的方法会产生大量的有机废液，对环境造成极大的冲击.因此包括隶属美国能源部著名的LosAlamos国家实验室和其他各国的研究机构，也积极的在开发利用超临界二氧化碳处理技术，以去除半导体晶片上的上述的光阻物质，利用超临界流体技术处理方法，能有效的在单一清洗槽中，将半导体晶片上残留杂质清洗干净，由于超临界流体的表面张力和黏度非常的低，故能有效而且快速的将清洁溶剂，带到低于0.18um的微细组织结构中，对于光阻物质及其衍生物的去除，同样的能大量的减少有害溶液的使用量，并减少废水的产生，更重要的是简化了制程并增加产量.此外，下列的化工产业也开始使用超临界二氧化碳莘取技术，以降低生产过程的污染物产生石油残渣油的脱沥原油的回收，润滑油的再生炷的分离，煤液化油的提取含有难分解物质的废液的处理医学工业超临界二氧化碳在医学工业上的应用远超过其他工业，因此将超临界二氧化碳在医学工业范畴内的应用分为三大类-生物活性物质和天然药物提取，药剂学，药物分析生物活性物质和天然药物提取浓缩沙丁鱼油，扁藻中的EPA和DHA,综合利用海藻资源开辟了新的途径.从蛋黄中提取蛋黄磷酯从大豆中提取大豆磷酯从烂掉的番茄中提取B-胡萝卜素药剂学超临界流体结晶技术是根据物质在超临界流体中的溶解度对温度和压力敏感的特性制备超细颗粒，其中气体抗溶剂过程(GAS)常用于生物活性物质的加工.GAS过程是指在高压条件下溶解的二氧化碳使有机溶剂膨胀，内聚能显着降低，溶解能力减小，使已溶解的物质形成结晶或无定型沉淀的过程.应用如下将二氧化碳和胰岛素二甲亚碾溶液经一特制喷嘴，从顶部进入沉淀器，二者在高压下混合后流出沉淀器，胰岛素结晶就聚集在底部的筛检程式上.如提高溶解性差的分子的生物利用度开发对人体的损害较少的非肠道给药方式(如肺部给药和透皮吸收系统).药物分析将超临界流体用于色谱技术称超临界流体色谱，兼有高速度，高效和强选择性，高分离效能，且省时，用量少，成本低，条件易于控制，不污染样品等，适用于难挥发，易热解高分子物质的快速分析.专家用超临界流体色谱分析了咖啡，姜粉，胡椒粉，蛇麻草，大麻等.总之，超临界技术在制药业除了用于从植物中提取活性物质外，应用越来越广泛，许多有前途的应用正在开发之中.特殊药用成分的颗粒生产在药品工业应用上，特殊药品颗粒的制造，超临界流体技术工业化应用重要技术发展超临界流体技术能有效的控制药用颗粒的形成，不论是实心颗粒或是内部结构松散的颗粒，极性或是非极性以及粒径由50nm到50um大小的颗粒都能生产，这些颗粒形成的应用技术主要有三大类，分别是：超临界溶液快速膨胀法(RESS),气体或超临界流体的反溶剂(GASorSAS)以及压缩反溶剂沉淀(PCA).上述技术的应用产品范围包括了吞食性药粉，静脉注射性溶液分散剂等.目这方面的应用研究的小型设备非常多，而工业化生产的设备也只需约50公升的槽体即可，在设计上也以多产品多功能的设备较合实际的需要，主要的问题可能是在于设备必须符合药品良好作业程序规范(cGMP)的规定，这些要求可能必须包括二氧化碳的品质与来源，和对于制程与原料的各项要求，在工厂的软体与硬体的规定，则包括制程标准化，品管与品保制度，作业程序订定，控制软体与硬体认证，原料与设备材质的品质要求，压力容器检验，设备清洗作业规定与控制器感应装置的校正等，这些规定对于设备制造商与使用设备的产品制造商而言，都非常重要，也是必须估计在投资的成本计算上.介绍随着微电子工业继续提高性能、降低功耗和克服威胁阻碍成功的障碍，过程工程师反过来又面临着发明新材料(铜和低k)、设计和制造工艺的挑战。在可预见的未来，增加长宽比、新材料、选择性和不断缩小的尺寸似乎是湿式蚀刻和清洗模块的关键技术过程挑战。现代超大规模集成电路半导体清洗工艺有一个重要的问题，包括在制造步骤之前、期间和之后去除污染。例如，光刻胶条和去除残留物是集成电路(IC)制造的关键过程。在这项工作中，我们开发了一种使用超临界二氧化碳和共溶剂去除后HDIPRo实验使用超高纯度二氧化碳，无需进一步纯化。将一个200毫米的单晶片切成1x1厘米的晶片，用于所有实验。图2显示了我们的超临界二氧化碳处理图。将蜡样品装入处理容器并密封容器。然后通过计量泵(ELM-1,LEWA)从二氧化碳气体柜引入处理容器。通过弯曲加热器和PID温度控制器将反应器的温度控制在±1°C范围内。当达到所需温度时，将预热的二氧化碳注入处理反应器至所需的压力，同时将共溶剂注入处理反应器以开始剥离过程。在剥离步骤中，搅拌磁性棒以增强SCCO2与共溶剂的混合。剥离温度选择在40至100之间，剥离压力在90至340bar之间，剥离时间为lOmin。剥离后，SCCO2和辅溶剂的混合物通过新鲜的二氧化碳(净化步骤)流入分离器，然后分离。在清洗步骤中，操作压力和流体流量由一个计量泵和一个微型计量阀控制。使用的二氧化碳量由干燥测试仪测量，然后将二氧化碳排放到大气中。将共溶剂作为完全混合相，在二氧化碳中共溶剂的浓度低于10%(v/v)oSCCO2清洗后，用图像分析仪、扫描电子显微镜和FT-IR(nexus)对剥离后的晶片样品进行分析。图1超临界二氧化碳处理图5.结果和讨论HDI后的光驱形态：图3为高剂量植入后的碳化PR示意图。顶部PR表面的碳化地壳层厚度约为600A,PR侧壁约为450A(C等，图3。HDI处理后的抗蚀剂示意图。HDI导致PR中氢的损失，使表面具有较强的C-C结合态。这导致了一个“碳化层”的形成(如图3所示)，它比整体区域更容易被去除。碳化层在光刻抵抗特性的外部有效地创造了一个刚性的、儿乎不透水的地壳。共溶剂改性SCC02清洗：仅用纯超临界二氧化碳(SCC02)几乎无法去除晶片上的光致抗蚀剂。而共溶剂修饰的SCC02体系具有较高的光刻胶去除效率。使用单一共溶剂修饰的seco?系统从晶片上剥离植入离子的光刻胶是非常困难的，因为植入的物种可以穿透光刻胶中，驱动氢形成硬化的、碳化的光刻胶的地壳。然而，由于二氧化碳扩散到基质中，光刻胶膨胀，共溶剂可能有助于降解聚合物并破坏表面的键。图2显示了SCC02剥离前后晶圆侧壁上HDIPR的扫描电镜显微图。在SCC02剥离之前，晶片上存在的PR层被SCCO2剥离完全去除。图3显示了SCC02剥离前后晶圆表面HDIPR的图像分析仪照片。用混合共溶剂修饰的SCC02完全去除晶片