具有導入裝置的等離子系統的製作方法
2023-12-01 20:28:06 1
專利名稱：具有導入裝置的等離子系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子系統，且尤其涉及一種具有導入裝置的等離子系統。
背景技術：
等離子技術已發展多年，等離子技術是利用等離子內的高能粒子(電子及離子) 與活性物種對欲處理工件產生鍍膜、蝕刻與表面改質等效應，其特性可應用於光電及半導 體產業、3C產品、汽車產業、民生材料業及生醫材料表面處理等。以等離子鍍膜技術為例，藉由等離子與欲形成薄膜的反應物的混合，可以使得活 化反應物，並且提高基板表面的活性。等離子鍍膜技術發展至今，已經已發展出多種等離子 與反應物的混合方式。例如，日本專利第JP2000-121804號專利，是藉由上電極板及下電極 板來產生等離子。基板承載於下電極板上。反應物則注入於上電極板與下電極板之間。然 而，在此種等離子與反應物的混合方式中，反應物容易沉積於上電極板的表面，而影響等離 子的穩定度。並且，也會造成下次工藝的汙染。另外，歐洲專利第EP0617142號專利則是採用一電極棒及一電極圓桶來產生等離 子。電極棒設置於電極圓桶的中央處。反應物注入於電極棒與電極圓桶之間。藉由此一方 式，也會造成反應物沉積於電極棒或電極圓桶的表面的現象。此外，期幹丨JAPPLIED PHYSICS LETTERS 89,251504(2006)所發表一篇 [Atmospheric pressure microplasma jet as a depositing tool]則是利用小電極管及 大電極管來產生等離子。小電極管設置於大電極管的中央處，反應物則通過小電極管注入 於小電極管及大電極管之間。藉由此一方式，也會造成反應物沉積於小電極管或大電極管 的表面的現象。前述各種專利與期刊所發表的內容都是為了充分混合等離子與反應物，而採用此 些設計方式。然而，上述這些方式卻造成了反應物沉積於電極上的現象。若為了避免發生反應物沉積於電極的現象，則又可能造成等離子與反應物無法充 分混合，而降低工藝效率的情況。因此，等離子技術發展至今，一直無法沒有辦法提出一種 可以充分混合等離子與反應物，且可以有效避免反應物沉積於電極上的設計，使得等離子 技術的發展受到嚴重的限制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種具有導入裝置的等離子系統，其利用機 構的設計，使得等離子可與反應物充分混合，且可有效避免反應物沉積於電極上。根據本發明的一方面，提出一種等離子系統。等離子系統包括一等離子腔體及一 導入裝置。等離子腔體包括一第一電極及一第二電極。第一電極及第二電極用以產生一等 離子。導入裝置包括一等離子導入管體及一反應物導入管體。等離子導入管體耦接於等離 子腔體。等離子導入管體具有一入口、一出口及一外側壁。等離子導入管體由入口導入等離 子，並由出口導出等離子。外側壁的寬度由鄰近入口之處朝向鄰近出口之處逐漸縮小。反應物導入管體設置於外側壁之外。反應物導入管體用以導入一反應物至外側壁，以使反應 物沿外側壁朝向出口之處流動，並於出口之處與等離子混合。其中，該外側壁具有多個鰭片，該些鰭片用以帶動該反應物旋轉。其中，該等離子導入管體可轉動式耦接於該等離子腔體。其中，該入口的直徑大於該出口的直徑。其中，該等離子導入管體電性連接於該第二電極。其中，該反應物導入管體垂直於該入口與該出口的聯機。其中，該導入裝置還包括一蓋體，耦接該反應物導入管體，並具有一開口，該開口 對應於該出口。其中，該開口的直徑大於該出口的直徑。為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下。
圖1繪示一實施例的等離子系統的示意圖；圖2繪示圖1的導入裝置的立體剖面圖；圖3繪示圖1的導入裝置的平面剖面圖；圖4 6繪示圖1的等離子導入管體的立體圖；圖7繪示圖6的等離子導入管體的下視圖；圖8繪示等離子導入管體未旋轉的情況下，等離子與反應物混合示意圖；以及圖9繪示等離子導入管體旋轉的情況下，等離子與反應物混合示意圖。其中，附圖標記1000 等離子系統100 等離子腔體110:第一電極120:第二電極200 導入裝置210:等離子導入管體211 鰭片220 反應物導入管體230 蓋體C:等離子導入管體的中心點Dl 等離子導入管體的入口的寬度D2 等離子導入管體的出口的寬度D3:蓋體的開口的寬度E 等離子Hl 等離子導入管體之入口H2 等離子導入管體之出口H3:蓋體之開口
Ll 等離子導入管體的入口與出口的聯機R:反應物Sl 等離子導入管體的內側壁S2 等離子導入管體的外側壁SP 混合空間
具體實施例方式以下提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明 欲保護的範圍。此外，實施例中的附圖為省略不必要的組件，以清楚顯示本發明之技術特點。請參照圖1，其繪示一實施例的等離子系統1000的示意圖。本實施例的等離子系 統1000可應用於表面活化、清潔、蝕刻及薄膜沉積。在本實施例中，等離子系統1000以應用 於薄膜沉積工藝為例做說明。等離子系統1000包括一等離子腔體100及一導入裝置200。 等離子腔體100例如是一真空腔體或一常壓腔體。本實施例的等離子系統1000可應用於 真空工藝或常壓工藝。在本實施例中，等離子腔體100以應用於常壓工藝為例做說明。等 離子腔體100用以產生一等離子E。導入裝置200耦接於等離子腔體100，用以導入一反應 物R。當等離子系統1000應用於薄膜沉積工藝時，反應物R例如是含有薄膜成分的氣體或 霧化的液體。反應物R可經由載氣(Carrier gas)輸入導入裝置200。反應物R也可稱為 成膜單體或成膜先驅物。通過導入裝置200可以使等離子E與反應物R混合。等離子腔體100包括一第一電極110及一第二電極120。第一電極110及第二電 極120之間所形成的一電壓差將等離子腔體100內的氣體解離成等離子E。第一電極110 及第二電極120可以分別是一正電極及一接地電極。請參照圖2 圖3，圖2繪示圖1的導入裝置200的立體剖面圖，圖3繪示圖1的 導入裝置200的平面剖面圖。導入裝置200包括等離子導入管體210、至少一反應物導入 管體220及一蓋體230。等離子導入管體210耦接於等離子腔體100(繪示於圖1)。等離 子導入管體210具有一入口 HI、一出口 H2、內側壁Sl及一外側壁S2。等離子導入管體210 由入口 Hl導入等離子E，並由出口 H2導出等離子E。反應物導入管體220則設置於外側壁 S2之外。在本實施例中，二個反應物導入管體220設置於導入裝置200，用以導引兩種反應 物R。在另一實施例中，可包含兩個以上的導入管體220用以導引兩種以上的反應物R。蓋 體230耦接反應物導入管體220，並具有一開口 H3。開口 H3對應於出口 H2。如圖3所示，就等離子導入管體210的設計而言，本實施例的等離子導入管體210 的材質為金屬，且電性連接於第二電極120(繪示於圖1)，使得等離子導入管體210內的空 間可用以形成等離子E。等離子導入管體210的內側壁S 1的寬度由鄰近入口 Hl之處朝向 鄰近出口 H2之處逐漸縮小，所以入口 Hl的直徑Dl大於出口 H2的直徑D2。如此一來，等離 子E由出口 H2導出時，等離子E的流動速度可以加快。此外，等離子導入管體210的外側 壁S2的寬度也由鄰近入口 Hl之處朝向鄰近出口 H2之處逐漸縮小。也就是說，等離子導入 管體210形成一圓錐狀結構。如圖3所示，就反應物導入管體220的設計而言，反應物導入管體220用以導入反 應物R至外側壁S2。由於等離子導入管體210的外側壁S2的寬度由鄰近入口 Hl之處朝向鄰近出口 H2之處逐漸縮小，所以反應物R導入至外側壁S2時，反應物R可以很自然地沿外 側壁S2朝向出口 H2之處流動。此外，本實施例的反應物導入管體220實質上垂直於入口 Hl與出口 H2的聯機Li， 而外側壁S2又傾斜於入口 Hl與出口 H2的聯機Li，因此，外側壁S2也是傾斜於反應物導 入管體220。如此一來，反應物導入管體220可順利導引反應物R沿外側壁S2朝向出口 H2 處流動。如圖3所示，就蓋體230的設計而言。蓋體230設置於等離子導入管體210的出 口 H2處，並在出口 H2之處形成一混合空間SP。反應物R沿著外側壁S2朝向出口 H2之處 流動後，即可在混合空間SP與等離子E充分的混合。此外，由於蓋體230的開口 H3為了射 出混合後的反應物R與等離子E，因此，本實施例的開口 H3的直徑D3大於出口 H2的直徑 D2,以方便混合後的反應物R與等離子E射出。其中，蓋體230與反應物導入管體220可以 是分離的兩個結構組件，也可以是一體成型的同一結構，端看設計上的需求而定。本實施例的等離子E與反應物R是在等離子導入管體210之外的混合空間SP進 行混合。第一電極110及第二電極120設置於等離子腔體100內，所以第一電極110與第 二電極120並沒有與反應物R接觸。因此，反應物R不會於第一電極110或第二電極120 上沉積，不僅可以增加等離子E穩定度，更可避免下次工藝的汙染。請參照圖4 6，其繪示圖1的等離子導入管體210的立體圖。本實施例的等離子 導入管體210可轉動式耦接於等離子腔體100 (繪示於圖1)。等離子導入管體210的外側 壁S2具有6個鰭片211。請參照圖7，其繪示圖6的等離子導入管體210的下視圖。此些 鰭片211以略微偏離等離子導入管體210的中心點C配置。如此一來，當反應物R(繪示於 圖3)進入外側壁S2並推擠此些鰭片211時，此些鰭片211可以帶動等離子導入管體210 旋轉，進而使得接續導入的反應物R也隨著等離子導入管體210來旋轉。藉此，反應物R可 以沿著外側壁S2以渦流方式朝出口 H2之處流動。請參照圖8 9，圖8繪示等離子導入管體210未旋轉的情況下，等離子E與反應 物R混合示意圖，圖9繪示等離子導入管體210旋轉的情況下，等離子E與反應物R混合示 意圖。如圖8所示，在等離子導入管體210未旋轉的情況下，等離子E及反應物R以接近平 行的方式向下射出。如圖9所示，在等離子導入管體210旋轉的情況下，反應物R向中央集 中，且環繞著等離子E旋轉。由圖8與圖9的比較可以得知，反應物R向中央集中且環繞著 等離子E旋轉時，等離子E與反應物R的反應時間較長且混合情況較佳。等離子E與反應 物R反應時間長且充分混合時，即可增加沉積速率。根據上述實施例，本實施例的等離子導入管體210藉由反應物R進入外側壁S2並 推擠此些鰭片211來自動旋轉。然而，在其它實施例中，等離子系統1000更可包括一電力 源(例如是馬達)，其耦接於等離子導入管體210 (未繪示)，因此，等離子導入管體210便 可藉由動力源的驅動來產生轉動。如此一來，等離子導入管體210可以主動地帶動反應物 R以渦流方式朝出口 H2之處流動。此外，根據上述實施例，本實施例的反應物導入管體220設置於導入裝置200的對 稱位置。在此設計下，也可使不同的反應物導入管體220導入反應物R的流量或速度有差 異，來造成鰭片221的旋轉，而不需要前述的動力源。在另一實施例中，反應物導入管體220 也可稍微錯位，以使反應物R更容易推擠此些鰭片221而增加等離子導入管體210轉動的速度。在某些實施例中，前述動力源的設計、反應物R的流量/速度差異的設計或反應物 導入管體220錯位的設計可以搭配著採用其中兩種設計，或者同時採用三種設計，端看使 用上的需求而定。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種具有導入裝置的等離子系統，其特徵在於，包括一等離子腔體，包括一第一電極；及一第二電極，該第一電極及該第二電極用以產生一等離子；以及一導入裝置，包括一等離子導入管體，耦接於該等離子腔體，該等離子導入管體具有一入口、一出口及一 外側壁，該等離子導入管體由該入口導入該等離子，並由該出口導出該等離子，該外側壁的 寬度由鄰近該入口之處朝向鄰近該出口之處逐漸縮小；及至少一反應物導入管體，設置於該外側壁之外，該反應物導入管體用以導入一反應物 至該外側壁，以使該反應物沿該外側壁朝向該出口之處流動，並於該出口之處與該等離子 混合O
2.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該外側壁具有多個鰭片，該些鰭片 用以帶動該反應物旋轉。
3.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該等離子導入管體可轉動式耦接 於該等離子腔體。
4.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該入口的直徑大於該出口的直徑。
5.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該等離子導入管體電性連接於該 第二電極。
6.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該反應物導入管體垂直於該入口 與該出口的聯機。
7.根據權利要求1所述的等離子系統，其特徵在於，該導入裝置還包括一蓋體，耦接該反應物導入管體，並具有一開口，該開口對應於該出口。
8.根據權利要求7所述的等離子系統，其特徵在於，該開口的直徑大於該出口的直徑。
全文摘要
本發明公開了一種具有導入裝置的等離子系統。該等離子系統包括一等離子腔體及一導入裝置。等離子腔體包括一第一電極及一第二電極。第一電極及第二電極用以產生一等離子。導入裝置包括一等離子導入管體及一反應物導入管體。等離子導入管體耦接於等離子腔體。等離子導入管體具有一入口、一出口及一外側壁。等離子導入管體由入口導入等離子，並由出口導出等離子。外側壁的寬度由鄰近入口之處朝向鄰近出口之處逐漸縮小。反應物導入管體設置於外側壁之外。反應物導入管體用以導入一反應物至外側壁，以使反應物沿外側壁朝向出口之處流動，並於出口之處與等離子混合。
文檔編號H05H1/24GK102065625SQ20091022521
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者劉志宏, 蘇濬賢, 蔡陳德, 許文通, 鄭文欽, 陳兩儀 申請人:財團法人工業技術研究院