CN104979234A - 反应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种反应装置及其方法，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熟化材料(或待处理材料)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、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、负电极件于通电后，正、负电极件正电极件作为牺牲阳极而对待熟化材料待杂质原子进行拔离作用(或待处理材料)进行杂质原子拔离作用，正、负电极件待如此可使待熟化材料在低温下就可以缩短熟化反应时间且使均匀度增加，或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、甚至使化学反应或化学沉积反应在低温就可进行。

Description

反应装置及其方法

技术领域

本发明是有关于一种材料的处理装置，特别是指一种使材料在低温就可以进行加速熟化、纯化、优化、化学反应或化学沉积反应的装置及其方法。

背景技术

近年来，由于电子产业的蓬勃发展以及搭上行动装置的普及，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(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)。然而因所有软性基板的玻璃转化温度都很低，因此，在未来软性基板的浪潮下，制造上势必会碰到层层的考验，必须发展出能使基板在低温条件(<100℃)下即可沉积出高品质薄膜的低温化学反应腔。

此外，所有射出成型所制成的产品在成型后仍需施予熟化步骤以使其键结更完全，传统的做法是将产品静置于烘炉(Oven)中，通过风扇的吹风以促进熟化进行，但是此种做法缺点是熟化时间较长，且均匀度不佳。

再者，目前所有化学反应是将参与反应的化学药剂置入于溶液中再添加催化剂与增加反应腔温度来加速化学反应速率，然而这类型化学反应因为是在液态溶剂里面，相关参与反应的化学分子必须相遇(碰撞)才会发生反应作用，再加上需遵守化学平衡的反应式过程，所以很难在短时间内就使化学反应百分之百完全完成，况且化学反应结束后，尚需施予分离溶剂与纯化等旷日废时的过程，无形中使传统化学反应的合成方法时间与成本增加很多，所以发展一套在新式气态反应腔内去进行取代传统化学反应的技术是有必要的。

发明内容

因此，本发明的一目的，即在提供一种能同时对材料进行加速熟化、纯化、优化或使高分子聚合或化学气相沉积反应(Chemical Vapor Deposition, CVD)在低温条件就进行反应的反应装置。

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或熟化的反应方法。

本发明的又一目的，即在提供一种能在可导电的超临界流体作用过程中搭配照射光线(UV光或镭射光)以诱发材料优化或熟化反应，并能缩短熟化时间且增加均匀度的反应装置。

本发明的再一目的，则是在于提供一种能在超临界流体作用过程中搭配化学反应气体的加入，使得材料在优化过程中，化学气体中也能以薄膜沉积方式于材料表面形成一镀覆层的反应方法。

于是，本发明反应装置，包含一本体单元、一流体供应单元、一超临界催化单元、一供电单元，以及一电极单元。该本体单元包括一壳体，以及一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密闭腔室。该流体供应单元用以将预定量的工作流体输入该密闭腔室中。该超临界催化单元设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的工作流体施以加热及加压作用，使得该密闭腔室内的工作流体成为超临界流体。该供电单元设置于该本体单元外而用以供应运作所需电力，该供电单元具有一正极与一负极。该电极单元设置于该壳体内且包括一正电极件及一负电极件，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待熟化材料（或一待处理材料），借助该正电极件与该负电极件的通电，使得超临界流体成为带电荷超临界流体，进而对该待熟化材料进行杂质原子拔离、加速熟化反应及结构重整作用。

另外，本发明反应装置的该流体供应单元还可以是用以将预定量的化学反应气体输入该密闭腔室中。且该电极单元的该正电极件则是可用以承载一待处理材料，借助该正电极件与该负电极件的通电，使得超临界流体成为带电荷超临界流体，进而对该待处理材料进行杂质原子拔离及结构重整作用，同时化学反应气体并会于该待处理材料表面形成一镀覆层。

另一方面，本发明反应方法，包含一备置步骤、一超临界流体作用步骤，及一材料优化步骤。

在该备置步骤中，是备置一密闭腔室，并于该密闭腔室内部设置一正电极件及一负电极件，该正电极件与该负电极件分别与一供电单元的一正极与一负极电连接，并将一待熟化材料置于该正电极。

在该超临界流体作用步骤，是使该密闭腔室内盛装入某一预定量可导电的超临界流体，借助所述可导电超临界流体在导入电能后可以溶解纯化待处理材料的内部杂质，并配合正、负电极件于通电后，在正、负电极件间有、无引入UV光(或镭射光)可作不同应用。

在该材料优化步骤中，是借助该供电单元供电，使得该正电极件与该负电极件通电，使得超临界流体成为带电荷超临界流体，进而对该待熟化材料进行杂质原子拔离、加速熟化反应及结构纯化或重整作用。

再者，本发明反应方法的超临界流体作用步骤，还可以是使该密闭腔室内盛装有某一预定量可导电的超临界流体且将一化学反应气体输入该密闭腔室内，借助所述超临界流体溶解该待处理材料表面或内部杂质。进而在该材料优化步骤中，当该正电极件与该负电极件通电，使得超临界流体成为带电荷超临界流体而对该待处理材料进行杂质原子拔离及结构重整排列作用时，在某些适当(Suitable)光、电通入条件下可将化学反应气体会于该待处理材料表面形成一镀覆层。

本发明的功效在于借助所述超临界流体可将该待熟化材料或该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，使得该待熟化材料或该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，可使该待熟化材料的熟化反应时间缩短且均匀度增加，或使该待处理材料的结构重整而更加致密，并成为均匀度(Uniformity)及覆盖性(Step Coverage)均佳的高品质材料。

附图说明

图1是本发明反应装置的第一较佳实施例的示意图。

图2是本发明反应方法的第一较佳实施例的流程图。

图3是本发明反应装置的第二较佳实施例的示意图。

图4是本发明反应装置的第三较佳实施例的示意图。

图5是本发明反应装置的第四较佳实施例的示意图。

图6是本发明反应装置的第五较佳实施例的示意图。

图7是本发明反应装置的第六较佳实施例的示意图。

【符号说明】

〔本发明〕

2反应装置                         21本体单元

211壳体                             212盖体

213密闭腔室                     22流体供应单元

221工作流体供应源         222化学反应气体供应源

23超临界催化单元           231加热器

232加压器                         24供电单元

241正极                             242负极

25电极单元                       251正电极件

252负电极件                     26照光单元

31待熟化材料                   32待处理材料

33化学反应槽                   34承载台

41备制步骤                       42超临界作用步骤

43材料熟化步骤。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

参阅图1，本发明反应装置2的第一较佳实施例，其包含一本体单元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，以及可分离地盖设于该壳体211的一盖体212，该盖体212盖置于该壳体211后，二者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中盛装有预定量的工作流体。所述工作流体是选自所列其中之一：水，或二氧化碳与水的组合，或二氧化碳与甲醇的组合，例如：水/二氧化碳的体积比例为0.001~30% 或甲醇/二氧化碳的体积比例为0.001~30%。在本较佳实施例中是以二氧化碳添加少量水做说明。

该超临界催化单元23包括设置于该本体单元21并用以对该密闭腔室213内的工作流体进行加热作用的一加热器231，以及设置于该本体单元21并用以对该密闭腔室213内的工作流体进行加压作用的一加压器232，借助启动该加热器231的加热及该加压器232的加压作用，使得该密闭腔室213内的工作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241与一负极242。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241、负极242电连接。

参阅图1及2，至于本发明反应方法的第一较佳实施例，包含一备置步骤41、一超临界流体作用步骤42，以及一材料优化步骤43。在该备置步骤41中，是备置如上述的该反应装置2，并将一待熟化材料31置于该正电极件251上，并将该盖体212盖设于该壳体211上后，且使该密闭腔室213抽成真空状态。

接着，在该超临界流体作用步骤42中，是利用该流体供应单元22将工作流体输入该密闭腔室213内，待确认该密闭腔室213内的工作流体已达预定量后，随即借助调整该加热器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，可溶解沾附于待熟化材料31表面的脏污(contamination)、微尘粒(particle)，及静电荷等杂质。因而能借助所述超临界流体溶解所述待熟化材料31表面杂质。

之后，进行该材料优化步骤43，借助该供电单元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熟化材料31进行杂质原子拔离作用。

特别说明的是，所谓待熟化材料31是指需经熟化反应过程的材料，如聚氨酯(Polyurethane，PU)经射出成型作业后，尚需静置冷却一段时间，以进行熟化反应过程，如此才能使结构熟化并趋于稳定。然而通过本发明的方法的实施，不但可拔离该待熟化材料31于前置作业(如射出成型作业等)所残留的杂质原子，且杂质原子去除的同时还能使该待熟化材料31的结构重整，加速熟化反应时间，均匀度及致密度也会增加，从而使得该待熟化材料31成为均匀度(Uniformity)及覆盖性(Step Coverage)均佳的高品质材料。待处理完毕后，再打开盖体212，取出所述待熟化材料31即可。

参阅图3，此为本发明反应装置2的第二较佳实施例，本较佳实施例与前述反应装置2的第一较佳实施例大致相同，不同的地方是在于还可包括设置于该壳体211内而用以对该待熟化材料31照射光线的一照光单元26，该照光单元26所输出的光线是选自紫外光(UV)或镭射光。

续参阅图2及3，本发明反应方法的第二较佳实施例，本较佳实施例与前述方法的第一较佳实施例大致相同，不同的地方是在于：在该备置步骤41中，是备置如该反应装置2的第二较佳实施例所示者。如该图3所示，所述待处理材料32是以基板形态做说明，但不以基板型态为该待处理材料32的限制。在该材料优化步骤43中，还借助设置于该密闭腔室213内的照光单元26能同时对该待熟化材料31照射光线，更能诱发及加速该待熟化材料31的熟化反应，有效地缩短熟化反应时间。

特别说明的是，如图4所示，此为本发明的第三较佳实施例，所述待处理材料32也可以是一化学反应槽33形态，而该化学反应槽33可位于该正电极件上，但不应以此限制该待处理材料32的类型及其摆放位置。借此经本较佳实施例的方法操作后，可于该待处理材料32内、外表面内沉积出该镀覆层，使得该待处理材料32能供特定的化学反应的使用所需。

请参阅图5所示，此为本发明反应装置2的第四较佳实施例，本较佳实施例与前述前述反应装置2的第二较佳实施例大致相同，不同的地方是在于：该待处理材料32放置于一化学反应槽33内，而该化学反应槽33位于该正电极件及该负电极件之间，并该化学反应槽33较佳借助一承载台34放置于该本体单元21中，该化学反应槽33用以对该待处理材料32之内、外表面生成一镀覆层。借此经本较佳实施例的方法操作后，可于该待处理材料32沉积出该镀覆层，使得该待处理材料32能供特定的化学反应的使用所需。本实施例的反应装置2同样还可包括一设置于该壳体211内而用以对该待处理材料32照射光线的照光单元26，该照光单元26所输出的光线是选自紫外光(UV)或镭射光。

参阅图6，此为本发明反应装置2的第五较佳实施例，本较佳实施例与前述前述反应装置2的第一较佳实施例大致相同，不同的地方是在于：该流体供应单元22包括用以供应所需工作流体的一工作流体供应源221，以及用以供应所需化学反应气体的一化学反应气体供应源222。借助该工作流体供应源221及该化学反应气体供应源222分别将预定量的工作流体及化学反应气体输入该密闭腔室213中。后续所进行的作业如下详述。

续参阅图2及6，本发明反应方法的第五较佳实施例，本较佳实施例与前述方法的第一较佳实施例大致相同，不同的地方是在于：在该备置步骤41中，是备置一如反应装置2的第五较佳实施例所示者，并将一待处理材料32置于该正电极件251上，所述待处理材料32是以基板形态做说明，但不应以此为限。在超临界流体作用步骤42中，是利用工作流体供应源221及化学反应气体供应源222分别将预定量的工作流体及化学反应气体输入该密闭腔室213中，借助所述超临界流体溶解该待处理材料表面杂质。在材料优化步骤43中，则是借助该供电单元24供电而使该正电极件251与该负电极件252通电，使得超临界流体成为带电荷超临界流体，进而对该待处理材料32进行杂质原子拔离及结构重整作用，在某些适当光与电通入条件下可将化学反应气体会于该待处理材料表面形成一镀覆层，该镀覆层可以为利用化学气相沉积法所生成的膜层，例如可以半导体中闸极的氧化层，在此并不设限。

本实施例的反应装置2同样还可包括一设置于该壳体211内而用以对该待处理材料32照射光线的照光单元26，该照光单元26所输出的光线是选自紫外光(UV)或镭射光。而所搭配实施的反应方法，在该材料优化步骤43中，也能借助该照光单元26对该待处理材料32照射光线，以诱发及加速该待处理材料32的熟化反应，有效地缩短熟化反应时间。

另请参照图7，此为本发明反应方法的第六较佳实施例，本较佳实施例与前述方法的第五较佳实施例大致相同，不同的地方是在于：该待处理材料32放置于一化学反应槽33内，而该化学反应槽33位于该正电极件及该负电极件之间，并该化学反应槽33较佳借助一承载台34放置于该密闭腔室213中，该化学反应槽33用以对该待处理材料32的内、外表面生成一镀覆层。借此经本较佳实施例的方法操作后，可于该待处理材料32沉积出该镀覆层，使得该待处理材料32能供特定的化学反应的使用所需。

因此，借助上述本发明反应方法及其装置的设计，不但可使该待熟化材料31在低温条件仍可进行结构重整以快速地进行熟化过程，或该待处理材料32在低温条件仍可进行优化过程，经过结构重整优化后的材料可以从非晶质(amorphous)转变成多晶质(polycrystalline)或单晶质(single crystal)材料，也可能将多晶质(polycrystal-line)转变成单晶质(single crystal)材料，原因是该反应装置2可以在低温条件下仍使待处理材料32中的原子或分子规律性区域变大，也就是将待处理材料32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(以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，该待熟化材料31或该待处理材料32的整体表面也变得较平坦。

综上所述，本发明反应方法及其装置借助上述构造设计，借助所述超临界流体溶解该待熟化材料31或该待处理材料32表面杂质，同时利用该正电极件251与该负电极件252的通电，使得该待熟化材料31或该待处理材料32表面带正电的杂质原子移往该负电极件252移动而脱离该正电极件251，如此能够在相对低温及相对高压的环境下，可使该待熟化材料31的熟化反应时间缩短且均匀度增加，或使该待处理材料32的结构重整而更加致密，并成为均匀度及覆盖性均佳的高品质材料，故确实能达成本发明的目的。

虽然本发明已利用上述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种更动与修改仍属本发明所保护的技术范畴，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种反应装置，其特征在于，包含：

一个本体单元，包括一个壳体，以及一个能够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；

一个流体供应单元，用以将预定量的一个工作流体输入该密闭腔室中；

一个超临界催化单元，设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的工作流体施以加热及加压作用，使得该密闭腔室内的该工作流体成为一个超临界流体；

一个供电单元，设置于该本体单元而用以供应运作所需电力，该供电单元具有一个正极与一个负极；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，一个待处理材料置于该密闭腔室内，借助该正电极件与该负电极件的通电，使得该超临界流体成为一个带电荷超临界流体，进而对该待处理材料进行杂质原子拔离、加速熟化反应及结构重整作用。

2.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，该流体供应单元包含一个工作流体供应源，利用该工作流体供应源以提供该工作流体输入该密闭腔室中。

3.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，该流体供应单元另包含一个化学反应气体供应源，该化学反应气体供应源供应所需的一个化学反应气体进入该密闭腔室中，使该化学反应气体于该待处理材料表面形成一个镀覆层。

4.如权利要求1、2或3所述的反应装置，其特征在于，还包括设置于该壳体内而用以对该待处理材料照射光线以使该待处理材料加速熟化的一个照光单元，该照光单元所输出的光线是选自紫外光或镭射光。

5.如权利要求1、2或3所述的反应装置，其特征在于，该工作流体是选自所列其中之一：水、二氧化碳与水的组合、二氧化碳与甲醇的组合。

6.如权利要求1、2或3所述的反应装置，其特征在于，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工作流体进行加热作用的一个加热器，以及一个设置于该本体单元并用以对该密闭腔室内的工作流体进行加压作用的一个加压器。

7.如权利要求1、2或3所述的反应装置，其特征在于，该待处理材料由该正电极件所承载。

8.如权利要求1、2或3所述的反应装置，其特征在于，该待处理材料放置于一个化学反应槽内，并该化学反应槽位于该正电极件与该负电极件之间。

9.一种反应方法，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，并将一个待处理材料置于该密闭腔室中；

一个超临界流体作用步骤，使该密闭腔室内盛装有预定量的一个超临界流体，借助该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，借助该供电单元供电，使得该正电极件与该负电极件通电，使得该超临界流体成为一个带电荷超临界流体，进而对该待处理材料进行杂质原子拔离、加速熟化反应及结构重整作用。

10.如权利要求8所述的反应方法，其特征在于，在该超临界流体作用步骤中，另将一种化学反应气体输入该密闭腔室内，使该化学反应气体于该待处理材料表面形成一个镀覆层。

11.如权利要求8或9所述的反应方法，其特征在于，在该材料优化步骤中，还借助设置于该密闭腔室内的一个照光单元能同时对该待处理材料照射光线以加速该待处理材料的结构重整作用。

12.如权利要求10所述的反应方法，其特征在于，该照光单元所输出的光线是选自紫外光或镭射光。

13.如权利要求8或9所述的反应方法，其特征在于，该超临界流体是选自所列其中之一：水、二氧化碳与水的组合、二氧化碳与甲醇的组合。

14.如权利要求8或9所述的反应方法，其特征在于，该待处理材料由该正电极件所承载。

15.如权利要求8或9所述的反应方法，其特征在于，该待处理材料放置于一个化学反应槽内，并该化学反应槽位于该正电极件与该负电极件之间。