CN1127381C - 提供脉动流体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

这项发明提供了一种把脉动流体供应给压力容器(54)的***，该***包括：至少一个贮存器(10、12)，用于贮存待产生脉动的流体；备有阀门的管道(14、16、20)，它们把贮存器(10、12)连接到至少一个泵(24)上；带控制阀(28)的管道(26)，它从泵(24)延伸到一个或多个储罐(36、38、40)，其中控制阀(28)能够按顺序或间歇地把流体流引向每个压载储罐(36、38、40)；管道(42、44、46)，它们从每个压载储罐(36、38、40)延伸到控制阀(48)；以及注射阀(50)，该注射阀把来自管道(42、44、46)的流体(它们分别来自每个压载储罐(36、38、40))注入高压处理容器(54)，在那里准备与脉动流体接触的材料与流体接触。为了使处理流体再循环，来自高压处理容器(54)的管道(60、64)可以被连接到分离容器(66)、二次处理容器或储存容器上。

Description

提供脉动流体的装置和方法
这项申请要求具有1998年3月30日申请的美国专利临时申请第60/079,918号和1998年3月30日申请的美国专利临时申请第60/079,919号的权益。
本发明的技术领域
这项发明涉及提供脉动流体的装置和方法。它在把脉动的超临界流体提供给准备用超临界流体处理的涂层表面时是特别有用的。
这项发明是按照美国能源部颁发的合同(合同号W-7405-ENG-36)在政府的支持下完成的。就这项发明而言，政府具有某些权力。
本发明的现有技术
现在有许多科学处理和工业处理要求把流体传送到某个表面以便处理那个表面或清除那个表面上的可溶性物质。在一些这样的应用中，流体需要以脉动方式传送。在一些这样的应用中，流体不得不在表面与流体接触时保持超临界状态。
一种特别适合本发明的装置的用途是在与本申请同日提交的保护将用于从制造集成电路或其它电子元器件时使用的基材上清除光刻胶材料的某些流体的发明专利申请中介绍的。
在集成电路即通常指的半导体芯片或微型芯片的制造期间，使用重复若干次的光刻工艺。在这种制造工艺中导电壁垒层中的导电离子掺杂栅极如二氧化硅、氮化硅或金属，首先通过几种适当的工艺如热氧化、化学气相淀积、溅射、离子移植或真空蒸镀中的任何一种沉积在基材如硅或砷化镓晶片上。
在形成或淀积了导电壁垒层之后，借助任何适当的装置把光刻胶材料涂布到晶片上，包括但不限于通过旋涂使液体光刻胶均匀地分布在晶片的表面上。
通常接下来在“低温烘烤(soft bake)”或预烘烤阶段给涂覆晶片的光刻胶材料加热，以便改善光刻胶材料对基材表面和/或壁垒层的粘接和清除通常为聚合物的光刻胶材料中的溶剂。
在光刻胶在壁垒层上经过低温烘烤之后，使晶片上经过低温烘烤的光刻胶涂层部分按照光刻掩膜定义的所需图案有选择地暴露在高能光线如高强度的紫外光之下。然后用显影剂使光刻胶材料暴露在高能光线下的部分显影。
在使用正光刻胶材料时，通过曝光和显影，光刻胶材料中被显影的部分被溶液化并且随后被洗去，留在涂覆晶片上的壁垒层部分被暴露出来，而用壁垒层涂覆的晶片的其余部分在剩余的未曝光且未显影的光刻胶层下面。
反之，在使用负光刻胶材料时，光刻胶材料中未显影的部分被有选择地除去，以便使涂覆基材的壁垒层中按所需图案选定的部分暴露出来。
一旦光刻胶图案在晶片建立起来，该晶片将经受“高温烘烤(hard bake)”以便使光刻胶材料变得密实和坚韧以及改善对壁垒层的粘接。然后，借助几种适当的方法中的任何一种(取决于用作壁垒层的材料)蚀刻(除去)暴露的基材和/或壁垒材料。湿法化学蚀刻、干法蚀刻、等离子体蚀刻、溅射蚀刻或活性离子蚀刻等工艺都可以使用。蚀刻工艺除去不受光刻胶保护的壁垒材料，留下裸露的晶片部分和具有壁垒层和光刻胶材料的分层涂层的晶片部分，其中光刻胶材料保护下面的壁垒层使它免受晶片表面上的蚀刻处理。
然后，表面上有用光刻胶材料涂覆的壁垒层材料的图案的晶片将通过侵蚀步骤处理以便从壁垒层材料的保留图案中除去经过高温烘烤的光刻胶材料。按惯例这是利用溶剂洗涤完成的，例如卤代烃、硫酸和过氧化氢的混合物或氢氧化物与活化剂的强碱性混合物。使用这些溶剂混合物中的任何一种都将产生大量的不希望的废液流。
在除去经过高温烘烤的光刻胶材料之后，在最后的步骤中，将用去离子水洗涤上面有带图案的表面层的基材，以保证从晶片表面上清除掉所有痕量的光刻胶清洗剂。这种光刻工艺根据需要被重复许多次，以便在基材上产生与所希望的层数一样多的图案各异的导电壁垒层，因此往往形成大量的被污染的废水流。
所以，需要一些有效地清除光刻胶材料的方法，用这些方法将减少不希望的废液流量。
更一般的说，需要一种装置和方法以便把脉动流体提供给反应部位或将要用那些流体处理的表面；更具体地说，需要一种装置和方法以便把脉动的超临界流体提供给将要用该超临界流体处理的表面。
所以，这项发明的一个目标是提供一种装置和方法以便把脉动流体提供给反应部位或将要用该流体处理的表面。
这项发明的另一个目标是一种方法和装置以便清除在制造集成电路或其它电子元器件(如电路板、光波导和平板显示器)时使用的光刻胶材料。
本发明的附加目标、优点和新颖性特征将在下面的介绍中部分地予以陈述，本领于的技术人员可以通过研究下述内容使这些附加目标、优点和新颖性特征部分地变得明了，或者可以通过实践本发明而明了这些附加目标、优点和新颖性特征。本发明的目标和优点可以借助在权利要求书中具体指出的手段和组合得以实现和完成。权利要求书倾向于覆盖不脱离本发明的精神和范围的所有的变化和改进。
本发明的概述
为了实现上述和其它目标，依据本发明的目的，正象通过本文体现和广泛介绍的那样，用于把脉动流体提供给压力容器的装置包括：至少一个供将要产生脉动的流体使用的贮存器；把所述的贮存器与泵送装置连接起来的备有阀门的管道；从泵送装置延伸到一个或多个压载储罐的备有至少一个控制阀的管道，其中所述的控制阀能够按顺序或间歇地引导流体流使之进入每个压载储罐；从每个压载储罐延伸到控制/注射阀的管道，其中所述的控制/注射阀把流体从来自每个压载储罐的管道注射到高压处理容器中，在该容器中将要与脉动流体接触的材料与该流体接触。
为了使处理流体再循环，来自高压处理容器的管道可以与单一的或多单元的分离容器、二次处理容器或储存容器相连接，借此处理流体可以返回贮存器以便在该处理中再次使用，或者为了其它目的被引导到别的地方。
附图简要说明
并入这份说明书并且构成其一部分的附图将图解说明本发明的实施方案，并且与陈述部分一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，
图1是为了使基材上的光刻胶材料与密相流体和密相流体改性剂的混合物接触而使用的本发明的装置的示意图；
图2是依据本发明把脉动流体提供给压力容器的装置的示意图。
本发明的详细叙述
业已发明了一种装置，它能够把脉动流体提供给反应部位或将用该脉动流体处理的材料表面。
本发明包括：至少一个供流体使用的贮存器；把每个贮存器与泵送装置连接起来的备有阀门的管道；从泵送装置延伸到一个或多个压载储罐的备有数个控制阀的管道，其中所述的控制阀能够按顺序或间歇地引导流体流使之进入每个压载储罐；从每个压载储罐延伸到控制/注射阀的管道，其中所述的控制/注射阀把流体从来自每个压载储罐的管道注射到高压处理容器中，在该容器中待处理的反应部位或材料与流体接触。此外，还可以有从与一个或多个压载储罐连接的控制阀延伸到处理容器的引导管道，以便提供一种装置以便将几种原料流体中的一种流体流或未产生脉动的流体或流体混合物的流体流直接引入处理容器，从而为压载储罐提供旁路。
如果需要用脉动的超临界流体进行处理，例如在使用脉动的超临界流体混合物清除基材表面上的光刻胶材料时，将使用能够产生并维持高压的高压处理容器和泵。
如果需要，可以简单地引导原料流体或流体混合物以及来自反应或被处理的材料的任何污染物离开该处理工艺，然后象需要的那样进行处理、储存或输送。
为了使处理流体再循环，来自处理容器的管道可以与分离容器、多单元分离容器或串联起来的多个分离容器连接。在这类分离容器中，其中带有任何污染物的处理流体或流体混合物可以用几种方式中的任何一种进行处理，这取决于所需的产品、经济因素以及设备、空间和工程能力。
例如，在用本发明的装置对着涂有光刻胶材料的基材使密相流体和密相流体改性剂的超临界混合物产生脉动时，至少有三种不同的分离容器设计可用于选择不同的处理方法。
在第一种情况下，可以使用单一的分离容器容纳该混合物，同时把温度和压力调节到光刻胶材料不再是可溶性的并且析出的数值。然后，使剩余的密相流体和密相流体改性剂一起再循环。
在第二种情况下，可以使用分离容器或分离容器的舱室容纳混合物，同时降低压力和升高温度，使它们达到这样的数值，以致在该压力和温度下超临界密相流体将蒸发，留下密相流体改性剂和光刻胶材料的混合物。然后，呈气态的密相流体再次凝聚成液体并且在该工艺中再次使用。而密相流体改性剂和光刻胶材料将在另一个容器或单一分离容器的另一个舱室中分离。
在第三种情况即目前优选的情况下，使用多单元分离容器，以便首先调节混合物的温度和压力使光刻胶材料不再是可溶性的并且析出，然后在第二单元中通过降低压力和升高温度使密相流体蒸发留下密相流体改性剂。
正象在这个使用本发明的装置清除光刻胶材料的实例中所需要的那样，提供一些管道，借助这些管道使密相流体改性剂可以被引导到用于分离溶解的光刻胶材料的装置，然后再使清洗的密相流体改性剂返回密相流体改性剂贮存器以便在本发明的工艺中再次使用，或者把该密相流体改性剂引导到别的地方用于其它目的。
再者，在这个实例中，象装置所需要的那样，还可以提供一些管道，因为蒸发的超临界流体将被引导到冷凝器以便在能那里凝聚然后再返回密相流体贮存器以便在本发明的工艺中再次使用或者被引导到别的地方用于其它目的。
一般的说，需要的压载储罐的数目是足以提供尽可能连续有效的处理的储罐数目，因为在任何需要的时候只要简单地交替选择储罐就能提供准备好的可靠的压缩流体源。
虽然本发明的装置的一个或多个实施方案几乎可以供所有需要用脉动流体接触反应部位或表面的应用使用，但是本发明的装置对于在制造电子元器件包括集成电路和电路板期间从已经过涂覆导电壁垒层和光刻胶材料、预热、有选择地曝光和显影、蚀刻和高温烘烤诸项处理的基材上清除经过高温烘烤的光刻胶材料是特别有用的。
在通常用于制造集成电路和电路板的光刻工艺最后一步开始时，导电壁垒材料层和经过高温烘烤的光刻胶材料层(该层已在光刻工艺的蚀刻步骤期间对导电壁垒材料实施保护)的图案保留在基材上。按照这项发明，经过高温烘烤的光刻胶材料将被除去，其方法是使用本发明的装置和方法使它与至少一种密相流体和至少一种密相流体改性剂的混合物发生多次冲击接触。
处于液态的密相流体是最便于作为初始组成部分使用的，但是就目前这个实例而言，它的温度和压力将足够高，以便维持该流体处于超临界状态，使其性能即象液体(在密度方面)又象气体(在扩散性方面)并且能够溶解密相流体改性剂。必要的温度和压力将取决于所用的密相流体。
就这个目的而言有用的密相流体通常是那些将使选定的改性剂以足够的数量溶解在其中的密相流体，以便有效地清除光刻胶材料。目前最优选的是二氧化碳，因为它不易燃、无毒、具有易于实现的临界相并且是一种醚类物质的极好的溶剂。
密相流体的量要足以溶解选定量的改性剂并且要满足接触光刻胶材料区的要求。
一般的说，目前作为密相流体改性剂优选的是具有下图所示官能团的环状化合物化合物：
Figure C9980470100151
以及具有下图所示官能团的醚，
Figure C9980470100152
因为它们具有比较高的沸点、高极性、低毒性和生物降解能力。
一般的说，目前优选的密相流体改性剂包括但不限于在下式范围内的醚：
Figure C9980470100161
其中R1、R2、R3和R4是选自氢、具有1至10个碳原子的烃基、卤素和具有1至10个碳原子的卤代烃基的取代基，并且其中每个R1、R2、R3和R4可以是相同的或不同的取代基；以及在下式范围内的醚：
其中R1、R2、R3和R4是选自氢、具有1至10个碳原子的烃基、卤素和具有1至10个碳原子的卤代烃基的取代基，并且其中每个R1、R2、R3和R4可以是相同的或不同的取代基；
环醚通常被看作是比较有用的，因为与开链醚相比其空间位阻的或然率比较低。
目前优选的密相流体改性剂包括但不限于碳酸亚丙酯(1，3-dioxalane-2-one，4-methyl)、碳酸亚乙酯，碳酸丁酯、二甲亚砜以及γ-丁内酯(2，4-dioxalane-3-one)。
能够完全溶解在选定的密相流体中的密相流体改性剂是特别有用的，因为在密相流体中的完全溶解性有利于用一个步骤将被处理表面上的改性剂与密相流体一起清除干净。
密相流体改性剂的量要足以使光刻胶聚合物中的化学键断裂到便于清除光刻胶材料的程度。
当密相流体改性剂实际上可完全溶解在超临界流体中时保持单一超临界相的溶剂溶液形成。
形成溶剂的单一超临界相的密相流体和密相流体改性剂的混合物是这样制备的，即在维持足以把单相超临界流体保持在超临界状态的压力和温度的同时把两种选定量的化合物合并。为了维持化合物处于单一的超临界相可以采用各种各样的压力和温度，取决于化合物的选择。例如，在选择二氧化碳作为密相流体并且选择碳酸亚乙酯作为密相流体改性剂时需要至少为1080psi的压力和至少31℃的温度作用在密相流体和密相流体改性剂两者之上。
具有导电壁垒材料和经过高温烘烤的光刻胶材料的带图案的涂层的基材可以在浸泡周期内首先与依据本发明将诸组成部分按选定的成比例的量配制成的组合物接触。在浸泡期间带涂层的基材在足以使流体混合物保持超临界状态的温度和压力下浸没在静态的超临界流体混合物中。
然后，在维持流体处于超临界状态的温度下使带涂层接触依次受压力驱动的超临界流体混合物的冲击。压力顺序通常是继高压流体冲击之后跟着间歇时间周期，在该时间周期内允许正在与被处理的基材接触的流体压力下降到较低的水平但仍然是升高的压力。目前优选的流体高压脉冲通常是在大约550psi至大约10,500psi的范围内，以便以足以清除被溶液化或软化的光刻胶材料的力接触带涂层的基材。目前更优选的是在大约1500psi至大约5000psi范围内的流体高压脉冲，取决于采用何种溶剂溶液成分和何种温度。在采用二氧化碳作为密相流体并采用碳酸亚乙酯作为密相流体改性剂时，目前最优选的是在大约2000psi至大约4000psi范围内的流体高压脉冲。
在浸泡期间，如果使用浸泡期，在用去胶流体简单地填充高压容器时，该压力保持在大约500psi至大约10,000psi范围内。
在低压接触的周期内，去胶流体的压力通常在大约500psi至大约10,000psi范围内。目前更优选的是压力在大约1,100psi至大约2,000psi范围内的流体低压周期。
在接触的浸泡周期和低压周期内，改性的超临界流体都使经过高温烘烤的光刻胶材料软化并且摆脱与基材上的导电壁垒材料层的结合。
当充分提高接触带涂层的基材的超临界处理流体的压力时，软化的和脱粘的光刻胶材料在承受数次高压冲击期间被超临界处理流体溶解和清洗，离开带涂层的基材。
利用本发明的装置，在把光刻胶清除到与现有的晶片工业标准一致或优于该标准的水平之后，可以用未改性的超临界流体对基材进行最后的漂洗，以便清除残留的改性剂。
图1示意地展示了一个本发明的示范实施方案，其中使用带三个压载储罐的装置从带涂层的基材上清除光刻胶材料。
参照图1，分开的贮存器10和12是分别为密相流体和密相流体改性剂提供的。这两个贮存器还起着作为这些成分的长期储存设施的作用。另外，为了容纳密相流体和密相流体改性剂的混合物，可以使用单一的贮存器。
管道14把密相流体贮存器10与控制阀18连接起来，该控制阀导入选定量的密相流体，该选定量与从密相流体改性剂贮存器20通过管道16分配给控制阀18的密相流体改性剂的量是成比例的。控制阀18通过管道20连接到高压泵24上。控制阀18还可以用于把未改性的密相流体分配给管道20以便在需要时用未改性的密相流体冲洗***或进行最后的漂洗步骤。
高压泵24具有产生所需要的流体压力和形成高体积流量的能力。
待处理的晶片在高压处理容器54中借助任何适当的装置定位和固定。例如，晶片可以借助固定夹附着在悬浮在高压处理容器54中的架子上。这样放置晶片为的是使流体脉冲直接冲击待清除的光刻胶材料。
为了把晶片放进高压处理容器54和从该容器中取出晶片，先将高压处理容器54隔离，然后卸压。
为了使光刻胶材料软化和开始溶解，可以使用第一浸泡步骤。如果希望使用浸泡步骤，可以使用高压泵24把通过控制阀18的分配使密相流体与密相流体改性剂的量成比例的本发明的混合物直接通过固定56泵送到高压处理容器54中。高压处理容器54被维持在足够高的温度和压力下，以便保持本发明的溶剂混合物处于超临界相。
在这样的浸泡步骤中，允许晶片在高压处理容器54中用静态的超临界混合物浸泡一段时间，浸泡时间周期在大约30秒至大约10分钟范围内以便使待清除的光刻胶材料软化和/或降解。
然后，使用高压泵24将选定的本发明的密相流体和密相流体改性剂的混合物通过管道26泵送到控制阀28中，该控制阀能够按顺序或间歇地通过三条管道30、32和34中的每一条释放预定份额的密相流体和密相流体改性剂的混合物。控制阀28中的三个触点可以通过电子电路激活以便控制被释放到三条管道30、32和34中每一条管道中的混合物的压力。三条管道30、32和34被分别连接到三个压载储罐36、38和40上。一般的说，优选的是在至少一个其它压载储罐由于有流体从它那里流入多口控制阀48而正在释放压力时至少有一个压载储罐是全额增压的，其中所述多口控制阀将通过注射阀50和管道52将流体注射到高压处理容器54中。
举例说，仍然参照图1，当增压流体从管道30进入压载储罐36使压载储罐36增压时，阀门48关闭来自压载储罐36的管道42，与此同时，来自压载储罐38的增压流体正通过管道44释放到多口控制阀48中，而该多口控制阀48此刻正允许来自压载储罐38的增压流体进入注射阀50以便注入高压处理容器54。在这个实例中，压载储罐40可能正在用来自管道34的流体增压，而连接多口控制阀48的管道46在增压期间被关闭。另外，依据产生所需时间间隔和进入高压处理容器54的流体脉冲的压力对压力的要求，流体可能正通过管道46从压载储罐40释放到多口控制阀48中以便通过注射阀50注入高压处理容器54。
以高压脉冲与低压脉冲交替的形式泵送超临界流体混合物冲击带光刻胶涂层的基材表面。在使用本文介绍的装置时，压力脉冲的长度是压载储罐分送压力脉冲使其压力下降到与高压处理容器54中的压力达到平衡所需要的时间。
本发明的流体混合物每次在高压处理容器54中冲击晶片之后，已在高压处理容器54中与基材上的光刻胶接触过的流体混合物被引导离开高压处理容器54。这是这样完成的，即打开管道60上的控制阀62释放在高压处理容器54中建立起来的压力直到高压处理容器54中的压力降回到浸泡周期的压力水平。
带光刻胶涂层的基材将在高压处理容器中用本发明的单相超临界溶剂混合物处理足以允许光刻胶材料完全被清除的时间周期。依据密相流体和密相流体改性剂的脉冲压力、温度、速度和体积以及成比例的量，通常需要至少大约1分钟的周期。如果其它因素是优化的，则时间周期通常没有必要比大约30分钟还长。
在这样释放高压处理容器54的压力的同时，被引导通过带阀门62的管道60离开高压处理容器54的流体混合物通过管道64被输送到分离容器66中。
分离容器66可以具有任何适当的配置，以满足把密相流体与有光刻胶材料溶解在其中的密相流体改性剂分离的要求，而且如果需要还应满足把溶解的光刻胶材料与密相流体改性剂分开的要求。有用的分离容器66的一个实例是三级的多极分离设备，该设备备有独立控制对该分离容器66的三个部分66A、66B和66C中每个部分加热的装置。
在这个分离容器实例中，多极分离设备66的第一部分66A被用于给包含溶解的光刻胶材料的本发明的超临界流体混合物预热。在温度升高到足以允许密相流体和密相流体改性剂的可混溶的混合物“煮掉”光刻胶材料的温度之后，把该混合物输送到分离设备的第二部分66B。
在这个实例的分离设备66的第二部分66B中，压力受到充分地控制，以允许光刻胶材料从密相流体和密相流体改性剂的单相可混溶的混合物中淀析出来。光刻胶材料从密相流体和密相流体改性剂的可混溶的混合物中淀析出来是因为在降低的压力下这种单相可混溶的混合物没有能力使光刻胶材料保留在溶液中。
然后，将这个实例的多极分离设备66的第三部分66C用于把密相流体和密相流体改性剂分开。在第三部分66C中，温度和/或压力将针对两种流体在蒸汽压方面的差异进一步受到控制，以使这两种流体分成两相。
依据被选定的是哪种密相流体，分离容器66的温度被维持在大约0℃至大约100℃范围内。例如，在采用二氧化碳作为密相流体、采用碳酸亚丙酯作为密相流体改性剂时，分离容器66的温度被维持在大约0℃至大约25℃范围内。在使用多极分离容器时，这个步骤是在分离容器66的第一级66A中完成的。
压力下降引起密相流体混合物中超临界或临界的成分作为气体分离出来并且通过管道68离开分离容器66。管道68使气相流体流入冷凝器70，在那里气相流体被液化。然后，液化的密相流体可以通过管道72返回到密相流体贮存器10以便在需要是再次在本发明的工艺中使用。另外，该密相流体也可以从该反应器回路中去除。
用于分离在密相流体改性剂中溶解的或以机械方式携带的光刻胶材料的装置66B可以并入分离容器66。在这个实例中，已经从中清除了光刻胶材料的密相流体改性剂如果需要可以通过管道78返回到密相流体改性剂贮存器12。任何被分离的光刻胶材料都通过管道74被引导到用于收集被分离的光刻胶材料的装置76。另外，内含被溶解的光刻胶材料的密相流体改性剂还可以从分离设备66泵送出反应器回路以便在远程设备中分离。
在用本发明的流体混合物以足以清除光刻胶的次数冲击带涂层的基材之后，最后用未改性的流体漂洗基材晶片是这样完成的，即将来自密相流体贮存器10的未改性的密相流体通过“三通”阀28和绕开压载储罐的独立管道58直接泵送到多口控制阀48中以便注入高压处理容器54。
使用本发明的装置和方法使最后的步骤成为不必要的，在该步骤中，上面带有导电图案的基材将用去离子水清洗以保证从晶片表面除去所有痕量的有机溶剂和硫酸盐。超临界处理流体溶液不会遗留任何密相流体改性剂，因为密相流体改性剂可以完全溶解在超临界流体中。
本发明的装置和方法适合或易于变得适合大量的应用，因为该装置和方法可应用于可通过该装置泵送的任何流体脉冲的各种压力、体积、温度、次数和顺序。
实施例1
为了证明本发明的可操作性，利用提供单压载流体脉冲的装置做有创意的运行。为了进行在这个实施例中介绍的有创意的运行，设备按示意图图2所示的方式建造。
为了从半导体芯片的硅基材上清除光刻胶材料，用二氧化碳作为密相流体，用碳酸亚丙酯作为密相流体改性剂。
由H.PGas Products有限公司用标准尺寸的A型虹吸钢瓶供应的5％碳酸亚丙酯与95％二氧化碳的混合物被用作来自碳酸亚丙酯和二氧化碳贮存器11的原料。虹吸钢瓶中的压力在室温下大约为900psi，这足以维持钢瓶内的东西呈液态。    -
碳酸亚丙酯和二氧化碳贮存器11通过管道13连接到ISCOTM260D型注射泵15上，该注射泵依次通过管道17连接到充当压载储罐21的WhiteyTM 304L-HDF4型1000毫升的高压采样瓶上。在注射泵15和压载储罐21之间的管道17有减压阀19。
在压载储罐21的下游，1/4英寸外径的不锈钢钢管管道23把压载储罐21连接到DUR-O-LOKTM型速启高压过滤器壳体上，该壳体经过改造充当净化容器27。由C.F.Technologies公司制造的DUR-O-LOKTM型过滤器壳体是通过添加减压口和加工该容器的内侧以考虑供特殊的晶片夹持装置使用的栓系点完成改造的。经过改造的容器被重新检定，以便满足A.S.M.E.Code，Sec.VIII，Div.1标准。
定位夹具是为了在清洗容器27中固定硅片而设计的。晶片定位夹具是直径大约为2英寸的不锈钢盘，该不锈钢盘被镗孔以便接受有晶片安装在其中的第二盘。
清洗容器27的有效体积大约为320毫升。
通过管道23到清洗容器27的高压输入口被定位，以便允许密相流体混合物直接注射到硅片表面上。
大功率加热器29、热电偶31、卸压阀33和减压阀35都安装在通过改造充当清洗容器27的速启高压过滤器壳体上。
高压管材(304不锈钢硬管和SwagelokTM不锈钢丝编包的聚四氟乙烯软管)被用来作为管道37，把清洗容器27与AutoclaveEngineers制造的高压过滤器壳体连接起来，该高压过滤器壳体经过改造充当缓冲罐41。精密的测微波纹管针阀39安装在管道37上以允许控制清洗容器27释放过高的压力同时维持清洗容器27内压力高于临界点。
改造后充当缓冲罐41的高压过滤器壳体具有2升体积并且为来自清洗容器27的膨胀压力留有充分的余地。
上面带阀门的管道43把缓冲罐41与5升的储罐连接起来，该储罐适合充当鼓泡水罐47收集从缓冲罐41释放出来的气体混合物中的碳酸亚丙酯。来自鼓泡水罐47的管道49引导洁净的二氧化碳离开鼓泡水罐47释放到大气中。与碳酸亚丙酯形成溶液的水在需要时从鼓泡水罐47中排放掉。
在为这次示范运行开始增压之前，将压载储罐21和清洗容器27预热到50℃。两个可调变压器被用于分别控制压载储罐21和清洗容器27的温度。
让二氧化碳和碳酸亚丙酯的混合物流入该***并且允许它充满高压注射泵15、压载储罐21和清洗容器27。最终压力大约为900psi，填充时间大约整整两分钟。
一旦完成填充，用高压注射泵15把清洗容器27和压载储罐21的压力升高到大约1100psi，该压力是临界压力。然后，关闭在压载储罐21和清洗容器27之间的阀门25，并且让泵15运行大约5分钟以使压载储罐21增压至大约1600psi。这5分钟的时间周期变成在清洗容器27中的“晶片浸泡时间”。
一旦压载储罐21被增压到1600psi，打开阀门25，以便将压力释放到清洗容器27中。压载储罐21(1600psi)和清洗容器27(1100psi)之间的压力差使二氧化碳与碳酸亚丙酯的密相流体混合物伴随着高压和高速直接注射到晶片上，借此清除来自晶片的光刻胶。我们认为将在二氧化碳和碳酸亚丙酯的密相流体混合物中变成溶液。
让压载储罐21和清洗容器27中的压力趋于平衡，平衡压力大约为1400psi。在压载储罐21和清洗容器27的压力达到平衡之后，打开下游的测微波纹管针阀39并持续足以允许压载储罐21和清洗容器27的压力下降到1100psi的时间(大约1分钟)。
然后，关闭测微波纹管针阀39和在压载储罐21和清洗容器27之间的阀门25。随着测微波纹管针阀39和在压载储罐21和清洗容器27之间的阀门25被关闭，高压注射泵15被激活，再次给压载储罐21增压，以便重复上述程序，在清洗容器27中将另一个压力脉冲施加在硅片上。这个程序总共重复3次。
在完成3个压力脉冲之后，降低整个***的压力，从清洗容器27中取出夹持硅片的特制夹具，并且用经过过滤的去离子水冲洗整个***。
硅片分析表明所有的光刻胶材料本质上已借助流体的脉冲从晶片上清除。
尽管为了说明已详细地介绍了这项发明的制造工艺和制品，但本发明的工艺和制品不仅限于此。这份专利倾向于覆盖在其精神和范围内的所有变化和改进。
工业应用
本发明的装置和工艺可以被用于任何希望用流体冲击表面的应用，特别是为了用超临界流体冲击表面以清除可溶解于那种特定溶剂的物质。
本发明的装置和工艺在制造电子器件、特别是半导体芯片和晶片期间可以用于从金属化的和非金属化的基材上清除光刻胶材料。本发明的装置和工艺还可以用于其它需要光刻胶掩膜的制造工艺，例如光波导和平板显示器的生产。

Claims (31)

1.一种把脉动流体提供给处理容器的装置，该装置包括：
(A)至少一个贮存器，用于储存将要产生脉动的流体；
(B)至少一个备有阀门的管道，它将贮存器连接到泵送装置上；
(C)至少一个备有控制阀的管道，它从所述的泵送装置延伸到一个或多个压载储罐，其中所述控制阀能够按顺序或间歇地把流体流引入所述的一个或多个压载储罐中的每个储罐；
(D)从每个压载储罐延伸到一个控制/注射阀管道，其中所述的控制/注射阀把来自与所述的一个或多个压载储罐中的每个储罐相连的管道的流体注入处理容器，在那里准备与脉动流体接触的材料与该流体接触；
其中所述的处理容器是高压处理容器，而所述的泵送装置能够产生并维持高压。
2.根据权利要求1的装置，其中至少一个管道把所述的至少一个用于储存将要产生脉动的流体的贮存器直接连接到所述的处理容器上，借此提供一种直接把流体引入所述的处理容器的装置，从而给所述的一个或多个压载储罐设置旁路。
3.根据权利要求1的装置，其中所述的高压足以维持流体处于超临界状态。
4.根据权利要求1的装置，其中所述的处理容器是通过管道连接到位于所述处理容器下游的储存容器上的。
5.根据权利要求1的装置，其中所述的处理容器是通过管道连接到位于所述处理容器下游的至少一个附加处理容器上的。
6.根据权利要求5的装置，其中所述的至少一个附加处理容器是一个分离器并且具有至少一个把所述的至少一个附加处理容器与所述的用于储存将要产生脉动的流体的贮存器连接起来的管道和至少一个引导不同于将要产生脉动的流体的物质离开所述的至少一个附加处理容器的管道。
7.根据权利要求6装置，其中所述的分离器已与冷却设备和阀门连接，其中所述阀门是可调的，以便允许降低其中的压力。
8.根据权利要求5的装置，其中所述的至少一个附加处理容器具有两个分开的舱室，其中的第一舱室不但与冷却设备和能够通过调节降低舱内压力的阀门连接而且与通往接收从所述的第一隔离舱室排放的气体的凝聚舱室的管道连接；而其中的第二舱室可以包含液态和固态物质。
9.根据权利要求5的装置，其中所述的至少一个附加处理容器是一个多单元的分离容器，该分离容器具有第一隔离舱室，该舱室与冷却设备和能够通过调节降低舱内压力的阀门连接并且与第二隔离舱室流体连通，其中所述的第二隔离舱室具有与它连接的加热器以便使其中包含的流体的诸馏份蒸发。
10.根据权利要求9的装置，其中所述的第二隔离舱室通过管道与所述的至少一个供将要产生脉动的流体使用的贮存器连接并且通过另一个管道引导不蒸发的流体和固体离开所述的第二隔离舱室。
11.根据权利要求8的装置，其中所述的凝聚器通过管道与所述的至少一个供将要产生脉动的流体使用的贮存器连接以便使凝聚的流体能够回流到所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器。
12.根据权利要求1的装置具有两个压载储罐。
13.根据权利要求1的装置具有三个压载储罐。
14.根据权利要求1的装置，其中所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器与温度控制器和用于维持所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器内的压力的装置连接。
15.根据权利要求14的装置，其中所述的温度控制器和用于维持所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器内的压力的装置足以使其中的流体保持在超临界状态。
16.根据权利要求1的装置具有两个分开的供将要产生脉动的流体使用的贮存器，其中每个贮存器通过备有阀门的管道连接到所述的泵送装置上。
17.根据权利要求1的装置在所述的把贮存器连接到泵送装置上的至少一个备有阀门的管道上进一步具有可预先编程的控制设备。
18.根据权利要求1的装置在所述的从所述的泵送装置延伸到所述的一个或多个压载储罐的管道上进一步具有可预先编程的控制设备。
19.根据权利要求1的装置在所述的从每个压载储罐延伸到所述的控制/注射阀的管道上进一步具有可预先编程的控制设备。
20.根据权利要求2的装置在所述的把流体直接引入所述的处理容器的管道上进一步具有可预先编程的控制设备。
21.根据权利要求5的装置在所述的通往位于所述处理容器下游的所述的至少一个附加处理容器的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
22.根据权利要求6的装置在所述的把所述的至少一个附加处理容器与所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器连接起来的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
23.根据权利要求8的装置在所述的通往接收从所述的第一隔离舱室排放的气体的所述的凝聚舱室的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
24.根据权利要求10的装置在所述的通往所述的供将要产生脉动的流体使用的至少一个贮存器的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
25.根据权利要求11的装置在所述的通往所述的供将要产生脉动的流体使用的贮存器的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
26.根据权利要求16的装置在所述的通往所述的通往所述的泵送装置的备有阀门的管道的管道上进一步具有阀门和可预先编程的控制设备。
27.一种在待处理的材料表面上产生脉动流体的方法，该方法包括：
(A)在加压条件下将处理流体容纳在与泵相连的贮存器中；
(B)在加压条件下将所述的处理流体泵送到一个或多个压载储罐中；
(C)将所述的处理流体从所述的一个或多个压载储罐之一释放到待处理的材料在其中定位的处理容器中；
(D)在所述的一个或多个压载储罐之一中的压力与所述的处理容器中的压力达到平衡之后，引导处理流体离开所述的处理容器；然后，
(E)将来自所述的一个或多个压载储罐之一的所述处理流体的另一个脉动释放到所述的处理容器中；
(F)在所述的一个或多个压载储罐之一中的压力与所述的处理容器中的压力达到平衡之后，引导处理流体离开所述的处理容器。
28.根据权利要求27的方法，其中所述的一个或多个压载储罐之一在步骤(E)中将用所述的处理流体填充和增压，同时在步骤(C)中从所述的一个或多个压载储罐之一释放所述的处理流体。
29.根据权利要求27的方法，其中所述的处理流体被引导离开所述的处理容器之后被引导到分离器中。
30.根据权利要求29的方法，其中来自所述的分离器的所述的处理流体中的气体部分回流到所述的贮存器中。
31.根据权利要求27的方法，其中所述的处理流体在所述的贮存器中保持超临界状态而在所述的压载储罐中保持密相状态。
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