CN104867844A - 材料低温优化方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种材料低温优化方法及其装置，主要是在一密闭的本体单元内盛装预定量的超临界流体，配合在本体单元内设置一电极单元，电极单元包括一用以承载一待处理材料的正电极件，及一负电极件，且分别电连接一供电单元的正极与负极，借此不但可利用超临界流体溶解待处理材料的表面杂质，并配合正电极件与负电极件于通电后，正电极件作为牺牲阳极而对待处理材料产生杂质拔离作用，如此可使待处理材料在低温就可以进行优化，且结构更加致密、纯化。

Description

材料低温优化方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种将材料进行处理的设备及方法，特别是涉及一种使材料在低温就可以进行优化的方法及装置。
背景技术
近年来，由于电子产业的蓬勃发展以及随着行动装置的普及，半导体技术持续发展已经是不争的事实且变成不可或缺的角色，而且在现有的半导体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(ChemicalVaperDeposition)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栈出所需的立体结构(Architecture)。利用上述方法所制成的半导体产品的质量好坏大部分是决定于沉积过程中所形成的薄膜质量，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，尚需离开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(Ambientgas)通入该机台，对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，会有热应力累积的问题，进而严重影响最终成品的可靠度，在业界对线宽要求日益严格的趋势下，利用高温长时间恒温处理以得到高质量薄膜的技术日后将逐渐被淘汰，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，更可能无法继续被应用。且在未来的软性基板的浪潮下，势必会碰到另一种层层的考验，最主要原因是所有软性基板的玻璃转化温度都很低，所以发展低温优化是一件迫不及待的任务，现在世界各国科技大厂，无不尽全力去发展在未来台面上一定是大家注目与追逐的焦点，高温优化在未来半导体制程会包括(1)热处理时间长(长达数十小时)、(2)热处理所需电能成本非常高、(3)热处理所需温度与热温度曲线(Thermalprofile)不恰当会造成芯片扭曲、(4)制程参数调控窗口小、(5)热处理的温度造成电场杂质移位等诸多不利因素，在未来更精密的制程势必被取代。
此外，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，此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。
另外，半导体生产制程中常常会需要一些零件(parts)充当芯片的支撑物(Holder)，在使用一段时日后表面会被侵蚀，如果有一些材料优化程序，此优化动作将材料被侵蚀破坏的部分一一修复，则此零件支撑物就有机会重新回生产线继续扮演原来角色与任务，如此可将零件支撑物其生命周期与使用年限无形中延长很多，这样的概念可使制造成本降低同时也是材料优化另一应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同时对材料进行除污且使材料低温优化的材料低温优化装置。
本发明的另一目的，则是在于提供一种能使材料在低温条件下同时进行除污及优化的材料低温优化方法。
本发明材料低温优化装置，包含：一个本体单元、一个流体供应单元、一个超临界催化单元、一个供电单元，以及一个电极单元。
该本体单元包括一个壳体，以及一个可分离地盖设于该壳体的盖体，该壳体与该盖体并共同界定出一个密闭腔室。
该流体供应单元是用以使该密闭腔室中盛装有预定量的流体。
该超临界催化单元是用以使该密闭腔室内的流体成为超临界流体，该超临界催化单元包括一个设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的流体进行加热作用的加热器，以及一个设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的流体进行加压作用的加压器。
该供电单元设置于该本体单元外且具有一个正极与一个负极。
该电极单元设置于该壳体内且包括一个正电极件及一个负电极件，该正电极件与该负电极件分别电连接于该供电单元的该正极与该负极，该正电极件并用以承载一个待处理材料。
本发明的材料低温优化装置，该流体供应单元所盛装的流体是水。
本发明的材料低温优化装置，该流体供应单元所盛装的流体是二氧化碳与水的组合。
本发明的材料低温优化装置，该流体供应单元所盛装的流体是二氧化碳与甲醇的组合。
本发明的材料低温优化方法，包含：一个备置步骤、一个第一次超临界流体清洗步骤、一个材料优化步骤，及一个第二次超临界流体清洗步骤。该备置步骤是备置一个密闭腔室，并于该密闭腔室内部设置一个正电极件及一个负电极件，该正电极件与该负电极件分别与一个供电单元的一个正极与一个负极电连接。该第一次超临界流体清洗步骤，将一个待处理材料置于该正电极件上，使该密闭腔室内盛装有预定量的超临界流体，借由所述超临界流体溶解该待处理材料表面杂质。该材料优化步骤是借由该供电单元供电，使得该正电极件与该负电极件通电，使得所述待处理材料表面进行杂质原子拔离作用。第二次超临界流体清洗步骤，再次利用所述超临界流体对已经材料优化步骤处理后的所述待处理材料进行表面清洁作业。
本发明的材料低温优化方法，该超临界流体是二氧化碳与水的组合。
本发明的材料低温优化方法，该超临界流体是二氧化碳与甲醇的组合。
本发明的有益效果在于：借由所述超临界流体溶解所述待处理材料表面杂质，同时利用该正电极件与该负电极件的通电，使得所述待处理材料表面带正电的杂质原子移往该负电极件移动而脱离该正电极件，如此能够在相对低温及相对高压的环境下将该待处理材料进行低温优化，使该待处理材料的结构更加致密，同时利用该正电极件于通电后作为牺牲阳极而对所述待处理材料进行杂质原子拔离作用，而使该待处理材料更加纯化，成为均匀度(Uniformity)及覆盖性(StepCoverage)均佳的高质量材料。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明材料低温优化装置的一较佳实施例；
图2是一使用示意图，说明该较佳实施例的使用态样；
图3是一流程图，说明本发明材料低温优化方法的一较佳实施例；
图4是一示意图，显示非晶质材料的原子排列态样；
图5是一示意图，显示多晶质材料的原子排列态样；
图6是一示意图，显示单晶质材料的原子排列态样；及
图7(a)至(c)是一晶相图，分别辅助说明图4至6。
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，本发明材料低温优化装置2包含一本体单元21、一流体供应单元22、一超临界催化单元23、一供电单元24，以及一电极单元25。
该本体单元21包括一壳体211，以及一可分离地盖设于该壳体211的盖体212，该盖体212盖置于该壳体211后并共同界定出一密闭腔室213。
该流体供应单元22是用以使该密闭腔室213中盛装有预定量的流体。所述流体是水，或二氧化碳与水的组合，或二氧化碳与甲醇的组合。在本较佳实施例中是以水做说明。
该超临界催化单元23包括一设置于该本体单元21并用以对该密闭腔室213内的流体进行加热作用的加热器231，以及一设置于该本体单元21并用以对该密闭腔室213内的流体进行加压作用的加压器232，借由启动该加热器231的加热及该加压器232的加压作用，使得该密闭腔室213内的流体成为超临界流体。
该供电单元24为直流电源且具有一正极与一负极。该供电单元24设置于该本体单元21外以供应运作所需电力。
该电极单元25设置于该壳体211内且包括一正电极件251及一负电极件252，该正电极件251与该负电极件252分别与该供电单元24的正极、负极电连接。该正电极件251用以承载一个待处理材料3。
参阅图2、3，至于本发明材料低温优化方法的一较佳实施例，包含一备置步骤41、一第一次超临界流体清洗步骤42、一材料优化步骤43，及一第二次超临界流体清洗步骤44。在该备置步骤41中，是备置一如上述的材料低温优化装置2。简言之，是备置该密闭腔室213，并于该密闭腔室213内部设置该正电极件251及该负电极件252。
接着，在该第一次超临界流体清洗步骤42中，是将一待处理材料3置于该正电极件251上，将该盖体212盖设于该壳体211上后，将该密闭腔室213抽成真空状态，随后再利用该流体供应单元22将流体输入该密闭腔室213内，待确认该密闭腔室213内的流体已达预定量后，随即借由调整该加热器231的加热温度及该加压器232所施加的压力，使得该密闭腔室213内的流体成为超临界流体。由于超临界流体具有极高的溶解能力，可溶解沾附于待处理材料3表面的脏污(contamination)、微尘粒(particle)，及静电荷等杂质。因而能借由所述超临界流体溶解所述待处理材料3表面杂质。
然后，进行该材料优化步骤43，借由该供电单元24供电，使得该电极单元25的正电极件251及负电极件252通电，此时正电极件251作为牺牲阳极而对待处理材料3表面进行杂质原子拔离作用。
最后进行该第二次超临界流体清洗步骤44，在此步骤44中，是于材料优化步骤43后，使该电极单元25切换成断电，再次利用超临界流体对已经材料优化步骤43处理后的所述待处理材料3于加工过程所产生的电荷清理干净，处理完毕后，再打开盖体212，取出所述待处理材料3即可。
特别说明的是，前述材料优化的过程，可以由材料的原子或分子排列的观点开始说明：非晶质(amorphous)(如图4、图7(a)所示)、多晶质(polycrystalline)(如图5、图7(b)所示)，及单晶质(singlecrystal)(如图6、图7(c)所示)材料为固体材料的三种普遍形式，每一种形式可由材料中具有规律性区域的尺度大小来界定。所谓规律性区域是指原子或分子大小的规律区域。以图5、图7(b)所示的多晶质材料而言，具有数十或数百个原子或分子大小规律性区域。但其中原子或分子排列方向并不一致的区域称微晶粒(grain)。晶粒间以所谓晶界(grainboundary)互相分离。理想上，如图6、图7(c)所示的单晶质材料具有完整的原子或分子拥有周期性排列亦即将此区域扩充至整个材料空间，由于晶界会降低电子的特性表现，一般而言，单晶质材料会有比非单晶质(非晶质或多晶质)材料具有较佳电特性。
因此借由上述本发明材料低温优化方法及其装置的设计，不但可使该待处理材料3在低温条件仍进行优化过程，优化后的材料可以从非晶质(amorphous)转变成多晶质(polycrystalline)或单晶质(singlecrystal)材料，也可能将多晶质(polycrystal-line)转变成单晶质(singlecrystal)材料，原因是该材料低温优化装置2可以在低温条件下仍使待处理材料3中的原子或分子规律性区域变大，也就是将待处理材料3原先原子或分子排列方向并不一致的微晶粒(grain)作修正的动作，除了将晶界的异质原子(类似电镀过程的牺牲阳极)被抽离至负极，且原子在足够能量下进行重新排列，造成拥有周期性排列的区域可以扩充变大，此外，待处理材料3的整体表面也变得较平坦。
从而本发明针对材料低温优化具有很多制程上的必要的优势，包括：(1)热处理快速，大约数小时即可达成、(2)热处理温度比室温高许多但所需成本低很多、(3)热处理所需温度与热温度曲线(Thermalprofile)容易控制且不会造成芯片任何几何平坦度改变、(4)制程参数调控窗口大、(5)热处理的温度不会造成电场杂质移位，所以产品良率容易控制。
综上所述，本发明材料低温优化方法及其装置借由上述构造设计，利用所述超临界流体溶解待处理材料3表面杂质，同时搭配该正电极件251与该负电极件252的通电，使得待处理材料3表面杂质脱离该正电极件251，如此能够在相对低温及相对高压的环境下将该待处理材料3进行低温优化，使待处理材料3的结构更加致密，成为均匀度及覆盖性均佳的高质量材料。

Claims (7)

1.一种材料低温优化装置，其特征在于：包含：
一个本体单元，包括一个壳体，以及一个可分离地盖设于该壳体的盖体，该壳体与该盖体并共同界定出一个密闭腔室；
一个用以使该密闭腔室中盛装有预定量的流体的流体供应单元；
一个用以使该密闭腔室内的流体成为超临界流体的超临界催化单元，该超临界催化单元包括一个设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的流体进行加热作用的加热器，以及一个设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的流体进行加压作用的加压器；
一个供电单元，设置于该本体单元外且具有一个正极与一个负极；以及
一个电极单元，设置于该壳体内且包括一个正电极件及一个负电极件，该正电极件与该负电极件分别电连接于该供电单元的该正极与该负极，该正电极件并用以承载一个待处理材料。
2.根据权利要求1所述的材料低温优化装置，其特征在于：该流体供应单元所盛装的流体是水。
3.根据权利要求1所述的材料低温优化装置，其特征在于：该流体供应单元所盛装的流体是二氧化碳与水的组合。
4.根据权利要求1所述的材料低温优化装置，其特征在于：该流体供应单元所盛装的流体是二氧化碳与甲醇的组合。
5.一种材料低温优化方法，其特征在于：包含：
一个备置步骤，备置一个密闭腔室，并于该密闭腔室内部设置一个正电极件及一个负电极件，该正电极件与该负电极件分别与一个供电单元的一个正极与一个负极电连接；
一个第一次超临界流体清洗步骤，将一个待处理材料置于该正电极件上，使该密闭腔室内盛装有预定量的超临界流体，借由所述超临界流体溶解该待处理材料表面杂质；
一个材料优化步骤，借由该供电单元供电，使得该正电极件与该负电极件通电，使得所述待处理材料表面进行杂质原子拔离作用；及
一个第二次超临界流体清洗步骤，再次利用所述超临界流体对已经材料优化步骤处理后的所述待处理材料进行表面清洁作业。
6.根据权利要求5所述的材料低温优化方法，其特征在于：该超临界流体是二氧化碳与水的组合。
7.根据权利要求5所述的材料低温优化方法，其特征在于：该超临界流体是二氧化碳与甲醇的组合。
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