CN103184424A - 低温材料优质化方法及其处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种低温材料优质化方法，包含一第一超临界流体清洗步骤、一恒温处理步骤，及一第二超临界流体清洗步骤，第一超临界流体清洗步骤是先将一待处理材料置于真空环境中，再以超临界状态的流体清洗该待处理材料，恒温处理步骤是将清洗后的待处理材料暴露于压力在70～400atm且温度在摄氏100～450度的环境下，第二超临界流体清洗步骤是以超临界状态的流体清洗经过恒温处理步骤的待处理材料。借此，在相对低温及高压环境下进行恒温处理，使待处理材料能够进行类似于微细颗粒化的过程与再结晶化的过程，得到均匀度、覆盖性佳的高质量材料。本发明也提供一种低温材料优质化处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的优质化方法及其装置，特别是涉及一种以低温高压方式将材料优质化的方法及其处理装置。
背景技术
在现有的半导体及电子产品的加工生产制程中，大部分要通过物理气相沉积(PVD)、电弧式物理气相沉积(PVD)，或化学气相沉积(Chemical Vaper Deposition)等沉积方法在一基板上沉积出一薄膜，再利用微影黄光(Lithography)与蚀刻(Etching)技术将欲成型的图样转移至该基板上并堆叠出所需的立体结构(Architecture)。
而以上述方法所制成的电子产品，其质量大部分取决于沉积过程中所形成的薄膜质量好坏，以及制程中在半成品上所累积的静电荷与脏污是否完全去除。在现有的制程中，当半成品在真空环境下完成薄膜沉积后，尚需破真空并移至一高温炉管机台，再以大于摄氏1000度的高温环境气体(Ambient gas)通入该机台，以对该形成有薄膜的半成品进行恒温处理(Anneal)，以使材料内部的晶粒结构能够均匀化。
但是，薄膜材料在高温长时间处理下，会有热应力累积在所生产薄膜内的问题，而热应力对最终成品的可靠度将会有严重影响，在业界对线宽要求日益严格的趋势下，现有的利用高温长时间恒温处理以得到高质量薄膜的技术将逐渐被淘汰，且在未来的软性电子及可挠式电子等对可靠度有高度要求的电子产品中，可能无法继续被应用。
除此之外，现有的制程技术对制程中脏污与静电荷累积的问题尚无法提出完整且有效解决方法，这一问题在线宽及成品可靠度要求日益严格的趋势下，势必会对产品的良率及可靠度造成相当的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以相对低温将薄膜材料质量优质化的处理方法。
本发明低温材料优质化方法，包含一第一超临界流体清洗步骤、一恒温处理步骤，及一第二超临界流体清洗步骤。该第一超临界流体清洗步骤是先将一待处理材料置于一真空环境中，之后再以超临界状态的流体对该待处理材料进行清洗。该恒温处理步骤是将经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的该待处理材料暴露于压力在70～400大气压且温度在摄氏100～450度的环境下一预设时间。该第二超临界流体清洗步骤是以超临界状态的流体对经过该恒温处理步骤的该待处理材料进行清洗。
较佳地，在该恒温处理步骤中，是将经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的待处理材料暴露于压力在200大气压且温度在摄氏180度的真空环境下。
较佳地，在该恒温处理步骤中，其压力及温度是随着时间变化。
较佳地，该低温材料优质化方法还包含一个介于该第一超临界流体清洗步骤及该恒温处理步骤间的沉积步骤，该沉积步骤是在经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的待处理材料的表面形成一片薄膜。
较佳地，在该第一超临界流体清洗步骤及该第二超临界流体清洗步骤中，该流体是选自于二氧化碳、一氧化二氮、三氟一氯甲烷、二氟二氯甲烷或前述物质的组合。
较佳地，在该沉积步骤中，是以选自于溅镀、烧结、物理气相沉积、电弧物理气相沉积、化学气相沉积，或电子回旋共振式化学气相沉积的方式将该薄膜沉积于该待处理材料的表面。
本发明的另一目的，即在提供一种适用于进行该低温材料优质化方法的低温材料优质化处理装置，包含一本体、一设置于该本体内的处理单元、一设置于该本体内的沉积单元、一设置于该本体内的输送单元，及一设置于该本体内的流体单元。该本体内形成有一容置空间，该处理单元位于该本体的容置空间内并具有一处理腔室，且该处理腔室内的温度及压力是能够调整的。该沉积单元位于该本体的容置空间内并具有一沉积腔室，且能够将一薄膜镀于该待处理材料的表面。该输送单元位于该本体的容置空间内并承载该待处理材料，使其依默认流程于该处理单元及该沉积单元中进行存取。该流体单元与该处理单元的处理腔室相连通，并能够控制一流体输入该处理腔室内。
本发明的有益效果在于：利用在相对低温及相对高压的环境下进行恒温处理，使待处理材料能够进行类似于微细颗粒化(Grain)的过程与再结晶化(Recrystallization)的过程，以得到均匀度(Uniformity)、覆盖性(Step Coverage)佳的高质量材料。除此之外，也能将原先质量不均匀，或成本较低廉的镀膜(Film)转化与优质化成质量均匀的细致细颗粒高质量薄膜(Thin Film)以利后续制程使用。
附图说明
图1是一流程图，说明本发明低温材料优质化方法的第一较佳实施例；
图2是一显微实照图，辅助说明该第一较佳实施例；
图3是一显微实照图，辅助说明该第一较佳实施例；
图4是一显微实照图，辅助说明该第一较佳实施例；
图5是一流程图，说明本发明低温材料优质化方法的第二较佳实施例；及
图6是一装置配置示意图，说明本发明低温材料优质化处理装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，本发明低温材料优质化方法的第一较佳实施例，包含一第一超临界流体清洗步骤1、一恒温处理步骤2，及一第二超临界流体清洗步骤3。
该第一超临界流体清洗步骤1，是先将一待处理材料置于一真空环境中，之后再以超临界状态的流体对该待处理材料进行清洗。在实际实施时，是使该待处理材料静置于一密闭的空间内，并将该空间内抽成真空状态，随后再将流体通入该空间内，待确认预定量的流体已通入该空间后，即对该空间内的压力及温度进行调整，调整的目标值即为该流体的临界条件。在本实施例中，是以石墨作为待处理材料，并以二氧化碳作为该流体，故需将该空间内的温度及压力分别提高到至少摄氏31.1度(℃)及72.8大气压(atm)，当然，也可使用其他种类的流体，例如一氧化二氮(临界温度36.4℃、临界压力72.5atm)、三氟一氯甲烷(临界温度28.8℃、临界压力38.7atm)、二氟二氯甲烷(临界温度111.7℃、临界压力37.4atm)，仅需将该空间内的温度及压力调整至对应的临界条件即可，可视实际情况而定。
利用该第一超临界流体清洗步骤1中将流体操作在其临界条件的作业环境下，以使该流体进入超临界态，而处于超临界态的流体具有极高的溶解能力，可溶解沾附于该待处理物表面的脏污(contamination)、微尘粒(particle)，及静电荷等杂质，进而有效地清除该待处理材料表面的污染物，使该待处理材料能够在清洁的状况下进行下一个处理流程。
继续参阅图1，该恒温处理步骤2中，是将经过该第一超临界流体清洗步骤1清洗后的该待处理材料暴露于压力在70～400atm且温度在摄氏100～450度的环境下一预设时间。在实际实施时，即是将该空间内的温度及压力条件进一步分别提升至摄氏100～450℃及70～400atm，在本实施例中，是以摄氏180℃的温度及200atm的压力的操作条件来对该待处理物进行3小时的恒温处理。
透过低温及高压状态的恒温处理，使该待处理材料能够进行类似于微细颗粒化(Grain)的过程与再结晶化(Recrystallization)的过程，进而达到高晶粒均匀度及覆盖性的高质量材料。
配合参阅图2至图4，图2为处理前的电子显微镜实照图，而图3、4则为经过3小时180℃、200atm恒温处理后的电子显微镜实照图(不同放大倍率)，由图3、4可见，在经过3小时的低温及高压恒温处理后，该待处理材料(石墨)的晶粒结构已由未处理前的粒径大小参差不齐的圆球状转变为大小较为一致且排列较为整齐的晶格状，进而使材料的整体均匀度更高，且晶粒与晶粒之间的间隙也大幅缩小，也能够大幅提升材料的致密度及整体覆盖性。
值得注意的是，本实施例的恒温处理步骤2是以恒定温度(180℃)及压力(200atm)来进行处理，但实际上该恒温处理步骤2的温度及压力也可随着时间变化，例如，在该恒温步骤中，可先以180℃、200atm的作业条件对该待处理材料进行1.5小时的恒温处理，随后再以250℃、100atm的作业条件对该待处理材料进行1小时的恒温处理，最后再以180℃、200atm的作业条件对该待处理材料进行1小时的恒温处理，如此即可得到晶粒致密度及整体覆盖性更高的成品，但要注意的是，上述的处理时间及对应作业条件仅为针对特定待处理材料(在本实施例中为石墨)所使用，实际实施时则需视所需处理的待处理材料而定，在此并不加以设限。
回顾图1，完成该恒温处理步骤2后，即是进行该第二超临界流体清洗步骤3。在该第二超临界流体清洗步骤3中，是以超临界状态的流体对经过该恒温处理步骤2的该待处理材料进行清洗，在本实施例中，该第二超临界流体清洗步骤3的作业方式及条件与该第一超临界流体清洗步骤1相同，其作用及功效也雷同，故在此即不加以赘述。
本发明的第一较佳实施例的主要目的，是用于对质量有待进一步改善的待处理材料产品进行再优质化处理，例如，若既有待处理材料已经过退火处理(也可能尚未经过退火处理)，但其成品或形成于其上薄膜的晶粒质量不佳，或是表面存在有细微裂痕，即可利用本实施例的方法来对该待处理材料二次再优质化处理，以取得致密度及整体覆盖性更佳的晶粒结构，甚至是修补已经存在的细微裂痕。
参阅图5，为本发明低温材料优质化方法的第二较佳实施例，与第一较佳实施例大致相同，不同的地方在于，该第二较佳实施例更包含一介于该第一超临界流体清洗步骤1及该恒温处理步骤2之间的沉积步骤4，该沉积步骤4是在经过该第一超临界流体清洗步骤1清洗后的待处理材料的表面形成一薄膜。在本实施例中，是以化学气相沉积的方式形成该薄膜，但也可利用溅镀、烧结、物理气相沉积、电弧物理气相沉积，或电子回旋共振式化学气相沉积的方式将该薄膜沉积于该待处理材料的表面，可视实际的需要而定。
本发明的第二较佳实施例的主要目的，主要是针对需要形成薄膜的材料产品进行优质化处理，以借由整合该沉积步骤4以在该待处理材料的表面上形成薄膜，再通过该恒温处理步骤2来对该薄膜进行优质化处理，进而形成一贯化的薄膜沉积及材料优质化制程，适合应用于电子或半导体产品的加工制程中。
本发明低温材料优质化方法的第一及第二较佳实施例具有以下优点：
(1)改善材料质量：借由该恒温处理步骤2的低温及高压处理后，使待处理材料的晶粒结构的整体均匀度更高，且晶粒与晶粒之间的间隙也大幅缩小，进而能够大幅提升材料的致密度及整体覆盖性，借此提高材料的质量。
(2)降低热应力的累积：透过450℃以下的恒温处理，相较于现有制程中动辄高于1000℃的退火处理程序，能够大幅降低材料内部的热应力累积，使成品的可靠度更高，且使本方法更适合应用于对材料可靠度严格要求的电子与半导体产业中。
参阅图6，为一种低温材料优质化处理装置，适用于进行前述低温材料优质化方法，以对一待处理材料100进行优质化处理，该低温材料优质化处理装置包含一本体5、一处理单元6、一沉积单元7、一输送单元8，及一流体单元9。
该本体5内形成有一容置空间51，用以容置各项程序所需要的处理设备，该处理单元6是设置于该本体5并位于该容置空间51内，该处理单元6具有一可用于容纳该待处理材料100的处理腔室61，且该处理腔室61内的温度及压力是能够调整的，在本实施例中，该处理腔室61内的压力是可在0～400atm之间调整，而温度是可在0～450℃的温度范围内调整，以使该待处理材料100静置于该处理腔室61内时，能够暴露于前述的该第一超临界流体清洗步骤1、恒温处理步骤2，及第二超临界流体清洗步骤3的环境条件下进行处理。
该沉积单元7是设置于该本体5并位于该容置空间51内并邻近于该处理单元6，该沉积单元7具有一可容纳该待处理材料100的沉积腔室71，且能够将一薄膜镀覆于该待处理材料100的表面，在本实施例中，该沉积单元7即为一化学气相沉积设备，而此种设备的详细结构、配置及功效应为所属技术领域中具有通常知识者所熟知的技术，在此即不赘述。
该输送单元8是设置于该本体5并位于该容置空间51内，且可承载该待处理材料100，使该待处理材料100能够依默认流程于该处理单元6及该沉积单元7中进行存取。在本实施例中，该输送单元8为一可夹取该待处理材料100的机械手臂，并可将该待处理材料100依默认的流程放入该处理腔室61或沉积腔室71，或是自该处理腔室61或该沉积腔室71内取出。
该流体单元9是设置于该本体5并与该处理单元6的处理腔室61相连通，并能够控制一流体200输入该处理腔室61内，在本实施例中，该流体单元9可将二氧化碳输入该处理腔室61内，以在该处理腔室61内对该待处理材料100进行清洗及恒温处理，或是将二氧化碳自该处理腔室61内抽出，以使该处理腔室61处于真空的状态。
综上所述，借由低温高压的恒温处理方式，以对待处理材料100进行优质化处理，不仅能够使处理后的材料能够具有高致密性及均匀性，也能够避免因高温退火热处理在材料内部所造成的热应力累积。
Claims (7)
1.一种低温材料优质化方法，其特征在于：包含有
一个第一超临界流体清洗步骤，是先将一个待处理材料置于一个真空环境中，之后再以超临界状态的流体对该待处理材料进行清洗；
一个恒温处理步骤，将经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的该待处理材料暴露于压力在70～400大气压且温度在摄氏100～450度的环境下一预设时间；以及
一个第二超临界流体清洗步骤，以超临界状态的流体对经过该恒温处理步骤的该待处理材料进行清洗。
2.根据权利要求1所述低温材料优质化方法，其特征在于：在该恒温处理步骤中，是将经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的待处理材料暴露于压力在200大气压且温度在摄氏180度的真空环境下。
3.根据权利要求2所述低温材料优质化方法，其特征在于：在该恒温处理步骤中，其压力及温度是随着时间变化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述低温材料优质化方法，其特征在于：还包含一个介于该第一超临界流体清洗步骤及该恒温处理步骤间的沉积步骤，该沉积步骤是在经过该第一超临界流体清洗步骤清洗后的待处理材料的表面形成一片薄膜。
5.根据权利要求4所述低温材料优质化方法，其特征在于：在该第一超临界流体清洗步骤及该第二超临界流体清洗步骤中，该流体是选自于二氧化碳、一氧化二氮、三氟一氯甲烷、二氟二氯甲烷或前述物质的组合。
6.根据权利要求5所述低温材料优质化方法，其特征在于：在该沉积步骤中，是以选自于溅镀、烧结、物理气相沉积、电弧物理气相沉积、化学气相沉积，或电子回旋共振式化学气相沉积的方式将该薄膜沉积于该待处理材料的表面。
7.一种低温材料优质化处理装置，是对一个待处理材料进行优质化处理，其特征在于：该低温材料优质化处理装置包含有
一个本体，该本体内形成有一个容置空间；
一个处理单元，设置于该本体并位于该本体的容置空间内，该处理单元具有一个处理腔室，且该处理腔室内的温度及压力是能够调整的；
一个沉积单元，设置于该本体并位于该本体的容置空间内，该沉积单元具有一个沉积腔室，且能够将一片薄膜镀于该待处理材料的表面；
一个输送单元，设置于该本体并位于该本体的容置空间内且承载该待处理材料，使其依默认流程于该处理单元及该沉积单元中进行存取；及
一个流体单元，设置于该本体并与该处理单元的处理腔室相连通，并能够控制流体输入该处理腔室内。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130703 |