CN101146397B - 处理系统及其等离子体产生装置 - Google Patents

Abstract

一种处理系统，利用第一流体对于物件进行处理。处理系统包括基座与等离子体产生装置。基座用以承载物件。等离子体产生装置用以对于第一流体进行离子化。等离子体产生装置包括至少一导引组件与至少一电极组件。导引组件包括路径，第一流体沿着路径依序通过第一位置与第二位置。电极组件包括第一电极与第二电极，在第一电极相对于第一位置、第二电极相对于第二位置之下，第一电极、第二电极对于第一位置与第二位置之间的第一流体进行激能后形成了第二流体，第二流体对于基座上的物件进行表面处理、活化、清洁、光致抗蚀剂灰化或蚀刻处理。

Description

处理系统及其等离子体产生装置

技术领域

本发明涉及一种等离子体产生装置，特别涉及一种无电极损耗的处理系统及其等离子体产生装置。 

背景技术

等离子体技术已发展多年，利用等离子体内的高能粒子(电子及离子)与活性物种对欲处理工件产生镀膜、蚀刻与表面改质等效应，其特性可应用于光电及半导体产业、3C产品、汽车产业、民生材料业及生物医学材料表面处理等，因其技术应用广泛，各国乃投入相当多的研发能量进行等离子体基础研究与其应用领域。 

然而，由于光电及半导体产业工艺品质的需求，等离子体技术的应用皆处于真空环境之下，庞大的真空设备成本限制了其技术于传统产业的应用，故诸多研究者尝试在大气下激发等离子体。大气等离子体(或称常压等离子体)乃指于一大气压或接近一大气压的状态下所产生等离子体，相较于目前发展已具完备的真空等离子体技术，常压等离子体系统比低压等离子体系统在成本上有绝对优势。就设备成本，它不需使用昂贵的真空设备，若能建构线状的常压等离子体系统，更可提高等离子体区域而增加处理面积；而就工艺方面，欲处理物可不受真空腔体限制并可进行R2R(Roll-to-Roll)连续式程序，这些技术特色皆可有效地降低产品的制造成本(Running Cost)。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无电极损耗的处理系统及其等离子体产生装置，如此以避免电极损耗问题(亦即，等离子体不与电极接触)，并且模块化的处理系统可提供线状大气等离子体处理装置，有效的降低设备成本并提升产率。 

本发明的等离子体产生装置用以对于第一流体进行离子化。等离子体产生装置包括至少一导引组件与至少一电极组件。导引组件包括一路径，第一  流体沿着路径依序通过第一位置与第二位置。电极组件包括第一电极与第二电极，在第一电极相对于第一位置、第二电极相对于第二位置之下，第一电极、第二电极对于第一位置与第二位置之间的第一流体进行激能(energize)后形成了第二流体，其中，第一流体的能量状态不同于第二流体的能量状态。其中，第一电极和第二电极局部环绕于导引组件的外侧。 

本发明的处理系统包括基座与等离子体产生装置。基座用以承载物件。等离子体产生装置用以对于第一流体进行离子化。 

等离子体产生装置包括至少一导引组件与至少一电极组件。导引组件包括一路径，第一流体沿着路径依序通过第一位置与第二位置。电极组件包括第一电极与第二电极，在第一电极相对于第一位置、第二电极相对于第二位置之下，第一电极、第二电极对于第一位置与第二位置之间的第一流体进行激能后形成了第二流体，如此以利用第二流体对于物件进行表面处理、活化、清洁、光致抗蚀剂灰化或蚀刻等工艺或处理。 

第一电极与第二电极之间存在有电位差。导引组件包括一中空件，路径位于中空件之内部。第一电极、第二电极可具有完全相同的尺寸。第一电极的尺寸可大于第二电极的尺寸。 

第一电极可包括一似C型结构、第二电极可包括一似C型结构。第一电极可包括一第一槽结构，第二电极可包括一第二槽结构，第一槽结构与第二槽结构相对于路径而采用交错方式的排列。 

处理系统还可包括供应装置。供应装置可为射频产生器，第一电极接收射频产生器所产生的信号而对于第一流体进行激能，并且射频产生器的频率为13.56MHz或13.56MHz的整数倍数的频率。此外，供应装置也可为电源供应器，此电源供应器具有交流电产生器，其中，交流电产生器的频率为1MHz～100MHz。 

导引组件还可包括第三位置，第二流体通过第三位置，并且在第三位置的第二流体于实质上具有均匀能量分布曲线。导引组件由介电材料制成。第一电极为线圈结构。线圈结构设置于导引组件的外部。 

导引组件还可包括侧壁部与埠结构，埠结构形成于侧壁部，并且第二流体经由埠结构对于物件进行处理，其中，埠结构可为一开孔。 

附图说明

图1表示根据本发明的第一实施例的等离子体产生装置(M1)的示意图； 

图2表示根据本发明的第二实施例的等离子体产生装置(M2)的示意图； 

图3表示根据本发明的第三实施例的等离子体产生装置(M3)的示意图； 

图4表示根据本发明的第四实施例的等离子体产生装置(M4)的示意图； 

图5A表示本发明的第一应用例的处理系统(T1a)的示意图，其中，处理系统(T1a)包括单一等离子体产生装置(M1)； 

图5B表示图5A的处理系统(T1a)的变化例(T1b)； 

图6表示本发明的第二应用例的处理系统(T1’)的示意图； 

图7表示本发明的第三应用例的处理系统(T2)的示意图，其中，处理系统(T2)包括多个导引组件(P1)； 

图8A表示根据图7中的线段(Z1-Z1)进行剖面的放大示意图，其中，多个导引组件(P1)采用并联方式的排列； 

图8B表示根据图8A的多个导引组件(P1)的另一排列方式(交叉排列)； 

图9A表示根据图7中的线段(Z2-Z2)对于第一电极(1-5)进行剖面的放大示意图，其中，位于第一电极(1-5)中的多个导引组件(P1)采用并联方式的排列；以及 

图9B表示根据图9A中的多个导引组件(P1)的另一排列方式(交叉排列)。 

简单符号说明 

1-1、1-2、1-3、1-4、1-5～第一电极 

2-1、2-2、2-3、2-4、2-5～第二电极 

3～供应装置 

5～头部 

a1-a1～第一位置 

b1-b1～第二位置 

c1-c1～第三位置 

e1、e2、e3、e4、e5～电极组件 

g1～路径 

h1～埠结构 

i1～输入端 

i2～输出端 

M1、M2、M3、M4、M5～等离子体产生装置 

n1、n1’～中空件 

P1、P1’～导引组件 

r1～物件 

s1～侧壁部 

t0～基座 

T1a、T1b、T1’、T2～处理系统 

w1、w2～第一、二流体 

x～能量分布曲线 

Z1-Z1、Z2-Z2～线段 

具体实施方式

第一实施例

如图1所示，等离子体产生装置M1用以对第一流体w1(例如：空气)进行离子化。等离子体产生装置M1包括导引组件P1、电极组件e1与供应装置3。 

导引组件P1包括圆柱状中空件n1、路径g1、第一位置a1-a1、第二位置b1-b1与第三位置c1-c1。路径g1位于中空件n1的内部，并且第一位置a1-a1、第二位置b1-b1与第三位置c1-c1分别表示相对于路径g1的三个不同的断面位置。在中空件n1的两端部分别具有输入端i1与输出端i2，其中，第一流体w1经由输入端i1进入路径g1，并且第一流体w1沿着路径g1依序通过第一位置a1-a1与第二位置b1-b1。在本实施例中，导引组件P1由介电材料(例如：石英玻璃、陶瓷或具有相同性质的其它非导体材料)制成。 

电极组件e1包括第一电极1-1与第二电极2-1。第一电极1-1、第二电极2-1分别在相对于第一位置a1-a1、第二位置b1-b1之下而环绕于导引组件P1的外侧，供应装置3提供信号或能量至第一电极1-1，第二电极2-1接地，在第一电极1-1与第二电极2-1之间存在有电位差。 

在本实施例中，第一电极1-1、第二电极2-1具有完全相同的尺寸。供应装置3可为射频产生器(例如：频率为13.56MHz或13.56MHz的整数倍数的频率)，其中，第一电极1-1接收来自射频产生器所产生的信号，如此以对第一电极1-1、第二电极2-1之间所产生的电场便可对于第一流体w1进行激能。此外，供应装置3亦可为一电源供应器(例如：具有频率为  1MHz～100MHz的交流电产生器)，此电源供应器电性连接于第一电极1-1，如此以对于第一电极1-1、第二电极2-1之间所产生的电场便可对于第一流体w1进行激能。 

在第一电极1-1相对于第一位置a1-a1、第二电极2-1相对于第二位置b1-b1之下，第一电极1-1、第二电极2-1之间所形成的电场对于第一位置a1-a1与第二位置b1-b1之间的第一流体w1进行激能后形成了第二流体w2(等离子体)，如此使得第一流体w1的能量状态系不同于第二流体w2的能量状态。 

随后，第二流体w2便通过第三位置c1-c1且经由中空件n1的输出端i2进行输出，并且在第三位置c1-c1上的第二流体w2于实质具有均匀能量分布曲线(如图1左侧之能量分布曲线x所示)。 

第二实施例

如图2所示，与第一实施例中的等离子体产生装置M1所不同之处在于：等离子体产生装置M2的电极组件e2包括了第一电极1-2与第二电极2-2，其中，第一电极1-2的尺寸大于第二电极2-2的尺寸。 

因此，在第一电极1-2相对于第一位置a1-a1、第二电极2-2相对于第二位置b1-b1之下，第一电极1-2、第二电极2-2对于第一位置a1-a1与第二位置b1-b1之间的第一流体w1进行激能后形成了第二流体w2，如此使得第一流体w1的能量状态不同于第二流体w2的能量状态，并且第二流体w2通过第三位置c1-c1且经由中空件n1的输出端i2进行输出。 

第三实施例

如图3所示，与第一实施例中的等离子体产生装置M1所不同之处在于：等离子体产生装置M3的电极组件e3包括了具似C型结构的第一电极1-3与具似C型结构的第二电极2-3，其中，第一电极1-3、第二电极2-3分别局部环绕于导引组件P1的外侧，并且在第一电极1-3、第二电极2-3分别包括第一槽结构1031、第二槽结构2031，第一槽结构1031与第二槽结构2031相对于路径g1而采用交错方式的排列。 

因此，在第一电极1-3相对于第一位置a1-a1、第二电极2-3相对于第二位置b1-b1之下，第一电极1-3、第二电极2-3对于第一位置a1-a1与第二位  置b1-b1之间的第一流体w1进行激能后形成了第二流体w2，如此使得第一流体w1的能量状态不同于第二流体w2的能量状态，并且第二流体w2通过第三位置c1-c1且经由中空件n1的输出端i2进行输出。 

第四实施例

如图4所示，与第二实施例中的等离子体产生装置M2所不同之处在于：等离子体产生装置M4的电极组件e4包括了第一电极1-4与第二电极2-4，其中，第一电极1-4为设置于导引组件P1外部的线圈结构。 

因此，在第一电极1-4相对于第一位置a1-a1、第二电极2-4相对于第二位置b1-b1之下，第一电极1-4、第二电极2-4对于第一位置a1-a1与第二位置b1-b1之间的第一流体w1进行激能后形成了第二流体w2，如此使得第一流体w1的能量状态不同于第二流体w2的能量状态，并且第二流体w2通过第三位置c1-c1且经由中空件n1的输出端i2进行输出。 

第一应用例

如图5A所示，本发明处理系统T1a包括了单一等离子体产生装置M1及其电极组件e1，并且等离子体产生装置M1也可利用其它单一等离子体产生装置M2、M3、M4及其电极组件e2、e3、e4、e5所取代，但为方便于说明，本例子以等离子体产生装置M1及其电极组件e1进行说明。 

处理系统T1a包括基座t0与等离子体产生装置M1，其中，基座t0用以承载物件r1，经由等离子体产生装置M1对于第一流体w1进行激能所形成的第二流体w2便可对于基座t0上的物件r1进行材料表面处理、活化、清洁、光致抗蚀剂灰化或蚀刻等工艺或处理。在本实施例中，物件r1可由有机材料(例如：PP、PE、PET、PC、PI、PMMA、PTFE、Nylon等)、无机材料(例如：玻璃及Si-基材料)或金属材料所制成的平板构件或具有曲面的构件。值得注意的是，由于第二流体具有均匀的能量分布，在处理平板构件时可具有相当理想的效果。 

图5B表示图5A的处理系统T1a的变化例T1b。处理系统T1b不同于处理系统T1a之处在于：处理系统T1b中采取了两组电极组件e1，并且此两组电极组件e1是以相互间隔的串联方式设置于导引组件P1之上。在连续的两组电极组件e1的作用下，由导引组件P1所输出的第二流体w2更可达  到高密度的离子化效果。 

第二应用例

如图6所示，处理系统T1’与图5A中的处理系统T1a不同之处在于：处理系统T1’的导引组件P1’的中空件n1’还包括侧壁部s1、埠结构h1与止挡部f1，其中，埠结构h1形成于侧壁部s1之上，并且止挡部f1邻接于埠结构h1的一侧。其中，埠结构h1为环绕导引组件P1’外侧的开孔，经由路径g1运行的第二流体w2便可在止挡部f1的作用下而经由埠结构h1而输出，如此便可对于物件r2的内侧壁面进行材料表面处理、活化、清洁、光致抗蚀剂灰化或蚀刻等工艺或处理。在本实施例中，物件r2为可由有机材料、无机材料或金属材料所制成的管状构件。 

第三应用例

如图7所示，处理系统T2包括头部5与等离子体产生装置M5。等离子体产生装置M5包括多个导引组件P1与电极组件e5，其中，电极组件e5包括第一电极1-5与第二电极2-5，头部5用以将第一流体w1分配至各导引组件P1，电极组件e5的第一电极1-5与第二电极2-5设置于多个导引组件P1的外部。 

图8A、8B分别表示根据图7中的线段Z1-Z1进行剖面的示意图，其中，图8A中的多个导引组件P1采用并联方式的排列，而图8B中的多个导引组件P1采用交叉方式的排列。 

图9A、9B分别表示根据图7中的线段Z2-Z2对于第一电极1-5进行剖面的示意图，其中，图9A中的第一电极1-5中的多个导引组件P1采用并联方式的排列，而图9B中的第一电极1-5中的多个导引组件P1采用交叉方式的排列。 

因此，在处理系统T2中的多个导引组件P1的并联或交叉方式的排列方式作用下，等离子体区的作用面积可被增加。 

因此，在本发明的处理系统的作用下，由于等离子体、第一电极与第二电极之间并不会相互接触，除了无电极损耗的情况产生之外，模块化的处理系统还可提供线状大气等离子体处理装置，有效的降低设备成本且提升生产率。 

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。 

Claims (28)

1.一种等离子产生装置，用以对于第一流体进行离子化，该等离子产生装置包括：

至少一导引组件，包括一路径，该第一流体沿着该路径依序通过第一位置与第二位置；以及

至少一电极组件，包括第一电极与第二电极，在该第一电极相对于该第一位置、该第二电极相对于该第二位置之下，该第一电极、该第二电极对于该第一位置与该第二位置之间的该第一流体进行激能后形成了第二流体，其中，该第一流体的能量状态不同于该第二流体的能量状态，其中，该第一电极和该第二电极局部环绕于该导引组件的外侧，

其中，该第一电极包括似C型结构，该第二电极包括似C型结构。

2.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该第一电极与该第二电极之间存在有电位差。

3.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该导引组件包括中空件，该路径位于该中空件的内部。

4.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该第一电极、该第二电极具有完全相同的尺寸。

5.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该第一电极的尺寸大于该第二电极的尺寸。

6.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该第一电极包括第一槽结构，该第二电极包括第二槽结构，该第一槽结构与该第二槽结构相对于该路径而采用交错方式的排列。

7.如权利要求1所述的等离子产生装置，还包括供应装置，该供应装置电性连接于该第一电极。

8.如权利要求7所述的等离子产生装置，其中，该供应装置为射频产生器。

9.如权利要求8所述的等离子产生装置，其中，该射频产生器之频率为13.56MHz或13.56MHz的整数倍数的频率。

10.如权利要水7所述的等离子产生装置，其中，该供应装置为电源供应器。

11.如权利要求10所述的等离子产生装置，其中，该电源供应器为交流电产生器。

12.如权利要求11所述的等离子产生装置，其中，该交流电产生器的频率为1MHz～100MHz。

13.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该导引组件还包括第三位置，该第二流体通过该第三位置，并且在该第三位置的该第二流体具有均匀能量分布曲线。

14.如权利要求1所述的等离子产生装置，其中，该导引组件由介电材料所制成。

15.一种处理系统，利用第一流体对于对象进行处理，该处理系统包括：

基座，用以承载该对象；以及

等离子产生装置，用以对于该第一流体进行离子化，该等离子产生装置包括：

至少一导引组件，包括一路径，该第一流体沿着该路径依序通过第一位置与第二位置；以及

至少一电极组件，包括第一电极与第二电极，在该第一电极相对于该第一位置、该第二电极相对于该第二位置之下，该第一电极、该第二电极对于该第一位置与该第二位置之间的该第一流体进行激能后形成了第二流体，该第二流体对于该基座上的该对象进行处理，其中，该第一电极和该第二电极局部环绕于该导引组件的外侧，

其中，该第一电极包括似C型结构，该第二电极包括似C型结构。

16.如权利要求15所述的处理系统，其中，该第一电极与该第二电极之间存在有电位差。

17.如权利要求15所述的处理系统，其中，该导引组件包括中空件，该路径位于该中空件的内部。

18.如权利要求15所述的处理系统，其中，该第一电极、该第二电极具有完全相同的尺寸。

19.如权利要求15所述的处理系统，其中，该第一电极的尺寸大于该第二电极的尺寸。

20.如权利要求15所述的处理系统，其中，该第一电极包括第一槽结构，该第二电极包括第二槽结构，该第一槽结构与该第二槽结构相对于该路径而采用交错方式的排列。

21.如权利要求15所述的处理系统，还包括一供应装置，该供应装置电性连接于该第一电极。

22.如权利要求21所述的处理系统，其中，该供应装置为射频产生器。

23.如权利要求22所述的处理系统，其中，该射频产生器之频率为13.56MHz或13.56MHz的整数倍数的频率。

24.如权利要求21所述的处理系统，其中，该供应装置为电源供应器。

25.如权利要求24所述的处理系统，其中，该电源供应器为交流电产生器。

26.如权利要求25所述的处理系统，其中，该交流电产生器的频率为1MHz～100MHz。

27.如权利要求15所述的处理系统，其中，该导引组件还包括第三位置，该第二流体通过该第三位置，并且在该第三位置的该第二流体具有均匀能量分布曲线。

28.如权利要求15所述的处理系统，其中，该导引组件由介电材料所制成。

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