CN101190438A

CN101190438A - 超临界流体清洗方法及其系统

Info

Publication number: CN101190438A
Application number: CN 200610144892
Authority: CN
Inventors: 金光祖; 陈秋美; 张佩琳; 陈宜晶
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-04

Abstract

一种超临界流体清洗方法及其系统，是配合超临界流体清洗系统，以超临界流体清洁具有表面微结构的材料表面，再以超临界流体进行元件浸泡、清洗与干燥的步骤，元件表面可包含纳米孔洞或高深宽比微结构，以此超临界流体清洗方法可移除元件表面的不纯物质或水气。

Description

超临界流体清洗方法及其系统

技术领域

本发明是关于一种元件清洗方法及其系统，特别是关于一种超临界流体清洗方法及其系统。

背景技术

为因应未来产品需求，许多元件设计皆朝向更精细、更繁复及高密度的方向发展。导致微结构元件的尺寸已由微米、次微米逐渐发展至纳米级尺度，由于微结构材料含有许多微小的表面结构，如纳米级沟槽、孔隙等，制程中所导入的物质一旦进入此类纳米级沟槽、孔隙中，就不易被去除。微结构材料表面的不纯物常导致元件的电性改变或使表面特性产生缺陷，因此需要于制程中加入清洗步骤去除元件表面杂质。传统的清洗方法，需用大量的强氧化性溶液、有机溶剂或酸碱性溶液清洗元件，虽具有一定成效，但后续产生的大量废水和废酸碱液，容易导致产品及环境污染，也增加制程的污水处理成本。

并且，当元件具有多孔性微结构时，由于溶剂的表面张力过大，一般溶剂无法确实的进入微结构及带走杂质，易造成残留。同时元件后续需进行干燥步骤，于干燥过程中，可能造成元件的微结构毁损，导致特性劣化。

因此，发展出利用超临界流体(Supercriticalfluid，SCF)进行元件清洗的制程。如美国第6306754号专利所揭露，由超临界流体清洗蚀刻后的孔隙及光阻残余物。超临界流体具备低的表面张力与高扩散性的特殊性质，可润湿、渗透进入细微的微结构、多孔性材质或复杂构造的零件或元件。并且可于溶解低挥发性的流体材料后，利用高压气体吹走，达成清洗的目的。适用于助焊剂、光阻剂等溶剂的去除清洁，并具有无毒、不需干燥、不需废水/废液处理、节省能源等优点。但是针对目前多孔性低介电常数薄膜基材，经过蚀刻之后极易造成薄膜材质劣化，水气吸附于残留孔导致介电常数上升。因此水气与有机污染物共同存在的问题不容忽视，如何进一步提升超临界流体进行元件清洗的效果，同时去除有机污染物与水气达成表面活化与改质，以提升产品良率及可靠度，则为当前的重要目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超临界流体清洗方法及其系统，用以移除元件表面的不纯物质，有效提升表面性质。

本发明揭露的超临界流体清洗方法，用以移除置于处理槽的元件表面的不纯物质，其步骤包含通入第一超临界流体于处理槽以清洁元件表面；排放第一超临界流体；通入第二超临界流体于处理槽以浸泡元件；使第二超临界流体动态循环以冲洗元件；最后，干燥元件。元件表面可包含纳米孔洞或高深宽比微结构，位于纳米孔洞或微结构内的不纯物质或水气则可由超临界流体所携出，而与元件分离。

于本发明实施例中，第一超临界流体包含修饰剂以加强清洁效果，修饰剂的添加比例范围可占总组成的0.5％至15％体积百分率，修饰剂可为甲醇、乙醇、丙醇及丁醇。

于本发明实施例中，第一超临界流体温度范围是介于摄氏40至80度，压力范围是介于1000至5000磅/平方英时(pound per square inch，psi)。

于本发明实施例中，用以浸泡元件及冲洗元件的第二超临界流体浸泡温度范围是介于摄氏40至80度，压力范围是介于1000至5000磅/平方英时。

配合上述方法，本发明还包含超临界流体清洗系统，包含超临界流体源、修饰剂供应源、循环回路及处理槽。处理槽可通入及排放超临界流体；超临界流体源连接于处理槽，以提供超临界流体至处理槽；修饰剂供应源连接于处理槽，以提供修饰剂至处理槽；循环回路具有出口及入口，入口及出口分别连接于处理槽，超临界流体透过循环回路的出口离开处理槽，再经由循环回路的入口进入处理槽，循环回路可使处理槽内的超临界流体循环流动。

于本发明实施例中，处理槽包含元件固定装置，可用以垂直或水平放置欲清洗的元件。并且，此元件固定装置可使元件以旋转或摇动的方式运动，增加清洗效果。

于本发明实施例中，还包含排放流体回收装置，是连接于处理槽以排放超临界流体，并进而回收至反应流体供应源。排放流体回收装置可包含过滤器以滤除排放的超临界流体中的杂质。

于本发明实施例中，还包含流量控制装置，是连接超临界流体源及处理槽，以控制超临界流体通入处理槽的流量。

于本发明实施例中，还包含压力控制装置，以控制超临界流体通入处理槽的压力。以及温度控制装置，以控制超临界流体通入处理槽的温度。

由上述方法可使元件达成不破坏清洗材质的原有结构、特性，具有清洁与改质的双重功效，并兼具高效率与环保等优点。利用超临界流体可深入元件表面微结构，可在不破坏微结构的情形下，将不纯物质及水气等杂质去除。并且，大部分已知的超临界流体在常压下均属气态，在使用后只要减压即会变回气相，而和其它固、液相的物质分离，故容易回收再使用。

附图说明

为使对本发明的目的、特征及其功能有进一步的了解，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中：

图1为本发明较佳实施例的流程图；

图2为本发明较佳实施例的示意图；及

图3为二极纳米碳管场发射器的操作电场与电流密度的对应图。

具体实施方式

本发明揭露一种超临界流体清洗方法，请参考图1，其为本发明较佳实施例的流程图。用以移除置于处理槽的元件表面的不纯物质，其步骤包含通入第一超临界流体于处理槽以清洁元件表面(步骤110)；排放第一超临界流体(步骤120)；通入第二超临界流体于处理槽以浸泡元件(步骤130)；使第二超临界流体动态循环以冲洗元件(步骤140)；最后，降温与泄压以干燥元件(步骤150)。其中，于干燥元件之前，可停止动态循环第二超临界流体浸泡元件一段时间再进行动态循环冲洗，以重复一次以上第二超临界流体浸泡元件与冲洗元件的步骤，以充分清洁元件表面。

以超临界流体清洁材料表面，超临界流体的温度范围可介于摄氏40度至80度，压力范围可介于1000至5000磅/每平方英时，超临界流体接触材料表面时间可依情形持续1分钟至50分钟。超临界流体可包含惰性气体超临界流体，如二氧化碳，二氧化碳成为超临界状态后转变为亲有机性，具有溶解有机物的能力。且超临界流体还包含占总组成体积百分率0.5％至15％修饰剂，其可为烯类、醇类、酮类、二甲基亚枫或其任意组合，具体来说，如甲醇、乙醇、丙醇及丁醇。

配合上述方法，本发明还包含超临界流体清洗系统，请参考图2，其为本发明较佳实施例的示意图。包含超临界流体源210、修饰剂供应源220、循环回路230、处理槽240、流量控制装置250、元件固定装置260、压力控制装置270、温度控制装置280及排放流体回收装置290。超临界流体源210连接于处理槽240，以提供超临界流体至处理槽；修饰剂供应源220连接于处理槽240，以提供修饰剂至处理槽240；循环回路230具有出口231及入口232，入口231及出口232分别连接于处理槽240，超临界流体透过循环回路230的出口232离开处理槽240，再经由循环回路230的入口231进入处理槽240，循环回路230可使处理槽240内的超临界流体循环流动。

并且，排放流体回收装置290连接于处理槽240以将排放的超临界流体回收至反应流体供应源210；流量控制装置250是连接超临界流体源210及处理槽240，以控制超临界流体通入处理槽240的流量。压力控制装置270是用以控制超临界流体通入处理槽240的压力；温度控制装置280是用以控制超临界流体通入处理槽240的温度。处理槽240包含元件固定装置241用以水平放置欲清洗的元件，此元件固定装置可使元件以旋转或摇动的方式运动，增加清洗效果。排放流体回收装置290包含过滤器291以滤除排放的超临界流体中的杂质。

为更清楚说明本发明的实施方式，特进行对照实验，并详细说明操作流程如下：

以二极纳米碳管场发射器作为待表面处理的具有表面微结构的材料，先将二极纳米碳管场发射器经泡水处理，以仿真二极纳米碳管场发射器于图案化(pattern)制程中，常接触到酸、碱及水气等污染，而造成元件电性缺陷的情形，并测试是否可由本发明的超临界流体清洗方法改善。将泡水后的二极纳米碳管场发射器以超临界流体清洁二极纳米碳管场发射器表面，以本发明实施例的流程进行清洗。其第一超临界流体包含二氧化碳超临界流体及占总组成体积百分率5％的丙醇作为修饰剂，第一超临界流体的温度为摄氏50度，压力为3000磅/每平方英时。并于清洗5分钟之后，重复以第二超临界流体浸泡与动态冲洗二极纳米碳管场发射器数次。

最后，测量二极纳米碳管场发射器的电场效率，其结果如图3所示，为二极纳米碳管场发射器的操作电场与电流密度的对应图。X轴为操作电场，Y轴为二极纳米碳管场发射器的电流密度，操作电场越小效果越省电，电流密度的曲线越陡峭越利于元件控制。由图3可知，二极纳米碳管场发射器经泡水处理后，电性产生缺陷，但是经过本发明实施例的超临界流体清洗程序后，电场效率可恢复至一定程度。

虽然本发明的较佳实施例揭露如上所述，然其并非用以限定本发明，任何熟习相关技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定的为准。

Claims

1.一种超临界流体清洗方法，用以移除置于一处理槽的一元件表面的不纯物质，其特征在于，其步骤包含：

通入一第一超临界流体于该处理槽以清洁该元件表面；

排放该第一超临界流体；

通入一第二超临界流体于该处理槽以浸泡该元件；

使该第二超临界流体动态循环以冲洗该元件；及干燥该元件。

2.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第一超临界流体包含修饰剂，其添加比例范围占总组成的0.5％至15％体积百分率。

3.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第二超临界流体包含修饰剂，其添加比例范围占总组成的0.5％至15％体积百分率。

4.如权利要求2或3项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该修饰剂选自甲醇、乙醇、丙醇及丁醇其中之一。

5.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该元件表面包含纳米孔洞或高深宽比微结构。

6.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第一超临界流体温度范围介于摄氏40度至80度。

7.如权利要求8项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第二超临界流体温度范围介于摄氏40度至80度。

8.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第一超临界流体压力范围介于1000至5000磅/每平方英时。

9.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第二超临界流体压力范围介于1000至5000磅/每平方英时。

10.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该第一与第二超临界流体为二氧化碳超临界流体。

11.如权利要求1项所述的超临界流体清洗方法，其特征在于，其中该元件干燥之前，进行一次下列步骤：

停止该第二超临界流体动态循环以浸泡该元件；及

动态循环该第二超临界流体以冲洗该元件。

12.一种超临界流体清洗系统，其特征在于，包含：

一处理槽，是可通入及排放一超临界流体；

一超临界流体源，连接于该处理槽，以提供该超临界流体至该处理槽；

一修饰剂供应源，连接于该处理槽，以提供一修饰剂至该处理槽；及

一循环回路，具有一出口及一入口，该入口及该出口分别连接于该处理槽，该超临界流体透过该出口离开该处理槽，再经由该入口进入该处理槽。

13.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中该处理槽包含一元件固定装置，用以放置欲清洗的一元件。

14.如权利要求13项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中该元件固定装置使该元件以旋转或摇动的方式运动。

15.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中还包含一排放流体回收装置，连接于该处理槽以排放该超临界流体，并回收至该反应流体供应源。

16.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中该排放流体回收装置包含一过滤器，以滤除该超临界流体的杂质。

17.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中还包含一流量控制装置，是连接该超临界流体源及该处理槽，以控制该超临界流体通入该处理槽的流量。

18.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中还包含一压力控制装置，以控制该超临界流体通入该处理槽的压力。

19.如权利要求12项所述的超临界流体清洗系统，其特征在于，其中还包含一温度控制装置，以控制该超临界流体通入该处理槽的温度。