CN102065625B - 具有导入装置的等离子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有导入装置的等离子系统。该等离子系统包括一等离子腔体及一导入装置。等离子腔体包括一第一电极及一第二电极。第一电极及第二电极用以产生一等离子。导入装置包括一等离子导入管体及一反应物导入管体。等离子导入管体耦接于等离子腔体。等离子导入管体具有一入口、一出口及一外侧壁。等离子导入管体由入口导入等离子，并由出口导出等离子。外侧壁的宽度由邻近入口之处朝向邻近出口之处逐渐缩小。反应物导入管体设置于外侧壁之外。反应物导入管体用以导入一反应物至外侧壁，以使反应物沿外侧壁朝向出口之处流动，并于出口之处与等离子混合。

Description

具有导入装置的等离子系统

技术领域

本发明涉及一种等离子系统，且尤其涉及一种具有导入装置的等离子系统。

背景技术

等离子技术已发展多年，等离子技术是利用等离子内的高能粒子(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、民生材料业及生医材料表面处理等。

以等离子镀膜技术为例，藉由等离子与欲形成薄膜的反应物的混合，可以使得活化反应物，并且提高基板表面的活性。等离子镀膜技术发展至今，已经已发展出多种等离子与反应物的混合方式。例如，日本专利第JP2000-121804号专利，是藉由上电极板及下电极板来产生等离子。基板承载于下电极板上。反应物则注入于上电极板与下电极板之间。然而，在此种等离子与反应物的混合方式中，反应物容易沉积于上电极板的表面，而影响等离子的稳定度。并且，也会造成下次工艺的污染。

另外，欧洲专利第EP0617142号专利则是采用一电极棒及一电极圆桶来产生等离子。电极棒设置于电极圆桶的中央处。反应物注入于电极棒与电极圆桶之间。藉由此一方式，也会造成反应物沉积于电极棒或电极圆桶的表面的现象。

此外，期刊APPLIED PHYSICS LETTERS 89，251504(2006)所发表一篇[Atmospheric pressure microplasma jet as a depositing tool]则是利用小电极管及大电极管来产生等离子。小电极管设置于大电极管的中央处，反应物则通过小电极管注入于小电极管及大电极管之间。藉由此一方式，也会造成反应物沉积于小电极管或大电极管的表面的现象。

前述各种专利与期刊所发表的内容都是为了充分混合等离子与反应物，而采用此些设计方式。然而，上述这些方式却造成了反应物沉积于电极上的现象。

若为了避免发生反应物沉积于电极的现象，则又可能造成等离子与反应物无法充分混合，而降低工艺效率的情况。因此，等离子技术发展至今，一直无法没有办法提出一种可以充分混合等离子与反应物，且可以有效避免反应物沉积于电极上的设计，使得等离子技术的发展受到严重的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有导入装置的等离子系统，其利用机构的设计，使得等离子可与反应物充分混合，且可有效避免反应物沉积于电极上。

根据本发明的一方面，提出一种等离子系统。等离子系统包括一等离子腔体、一导入装置及一混合空间。等离子腔体包括一第一电极及一第二电极。第一电极及第二电极用以产生一等离子。导入装置包括一等离子导入管体及一反应物导入管体。等离子导入管体耦接于等离子腔体。等离子导入管体具有一入口、一出口及一外侧壁。等离子导入管体由入口导入等离子，并由出口导出等离子。外侧壁的宽度由邻近入口之处朝向邻近出口之处逐渐缩小。反应物导入管体设置于外侧壁之外。反应物导入管体用以导入一反应物至外侧壁，以使反应物沿外侧壁朝向出口之处流动。混合空间设置于该出口之处，该反应物沿该外侧壁朝向该出口之处流动后，于该混合空间与该等离子混合。

其中，该外侧壁具有多个鳍片，该些鳍片用以带动该反应物旋转。

其中，该等离子导入管体可转动式耦接于该等离子腔体。

其中，该入口的直径大于该出口的直径。

其中，该等离子导入管体电性连接于该第二电极。

其中，该反应物导入管体垂直于该入口与该出口的连线。

其中，该导入装置还包括一盖体，耦接该反应物导入管体，并具有一开口，该开口对应于该出口。

其中，该开口的直径大于该出口的直径。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示一实施例的等离子系统的示意图；

图2绘示图1的导入装置的立体剖面图；

图3绘示图1的导入装置的平面剖面图；

图4～6绘示图1的等离子导入管体的立体图；

图7绘示图6的等离子导入管体的下视图；

图8绘示等离子导入管体未旋转的情况下，等离子与反应物混合示意图；以及

图9绘示等离子导入管体旋转的情况下，等离子与反应物混合示意图。

其中，附图标记：

1000：等离子系统

100：等离子腔体

110：第一电极

120：第二电极

200：导入装置

210：等离子导入管体

211：鳍片

220：反应物导入管体

230：盖体

C：等离子导入管体的中心点

D1：等离子导入管体的入口的宽度

D2：等离子导入管体的出口的宽度

D3：盖体的开口的宽度

E：等离子

H1：等离子导入管体之入口

H2：等离子导入管体之出口

H3：盖体之开口

L1：等离子导入管体的入口与出口的连线

R：反应物

S1：等离子导入管体的内侧壁

S2：等离子导入管体的外侧壁

SP：混合空间

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图为省略不必要的组件，以清楚显示本发明之技术特点。

请参照图1，其绘示一实施例的等离子系统1000的示意图。本实施例的等离子系统1000可应用于表面活化、清洁、蚀刻及薄膜沉积。在本实施例中，等离子系统1000以应用于薄膜沉积工艺为例做说明。等离子系统1000包括一等离子腔体100及一导入装置200。等离子腔体100例如是一真空腔体或一常压腔体。本实施例的等离子系统1000可应用于真空工艺或常压工艺。在本实施例中，等离子腔体100以应用于常压工艺为例做说明。等离子腔体100用以产生一等离子E。导入装置200耦接于等离子腔体100，用以导入一反应物R。当等离子系统1000应用于薄膜沉积工艺时，反应物R例如是含有薄膜成分的气体或雾化的液体。反应物R可经由载气(Carrier gas)输入导入装置200。反应物R也可称为成膜单体或成膜先驱物。通过导入装置200可以使等离子E与反应物R混合。

等离子腔体100包括一第一电极110及一第二电极120。第一电极110及第二电极120之间所形成的一电压差将等离子腔体100内的气体解离成等离子E。第一电极110及第二电极120可以分别是一正电极及一接地电极。

请参照图2～图3，图2绘示图1的导入装置200的立体剖面图，图3绘示图1的导入装置200的平面剖面图。导入装置200包括等离子导入管体210、至少一反应物导入管体220及一盖体230。等离子导入管体210耦接于等离子腔体100(绘示于图1)。等离子导入管体210具有一入口H1、一出口H2、内侧壁S1及一外侧壁S2。等离子导入管体210由入口H1导入等离子E，并由出口H2导出等离子E。反应物导入管体220则设置于外侧壁S2之外。在本实施例中，二个反应物导入管体220设置于导入装置200，用以导引两种反应物R。在另一实施例中，可包含两个以上的导入管体220用以导引两种以上的反应物R。盖体230耦接反应物导入管体220，并具有一开口H3。开口H3对应于出口H2。

如图3所示，就等离子导入管体210的设计而言，本实施例的等离子导入管体210的材质为金属，且电性连接于第二电极120(绘示于图1)，使得等离子导入管体210内的空间可用以形成等离子E。等离子导入管体210的内侧壁S1的宽度由邻近入口H1之处朝向邻近出口H2之处逐渐缩小，所以入口H1的直径D1大于出口H2的直径D2。如此一来，等离子E由出口H2导出时，等离子E的流动速度可以加快。此外，等离子导入管体210的外侧壁S2的宽度也由邻近入口H1之处朝向邻近出口H2之处逐渐缩小。也就是说，等离子导入管体210形成一圆锥状结构。

如图3所示，就反应物导入管体220的设计而言，反应物导入管体220用以导入反应物R至外侧壁S2。由于等离子导入管体210的外侧壁S2的宽度由邻近入口H1之处朝向邻近出口H2之处逐渐缩小，所以反应物R导入至外侧壁S2时，反应物R可以很自然地沿外侧壁S2朝向出口H2之处流动。

此外，本实施例的反应物导入管体220实质上垂直于入口H1与出口H2的连线L1，而外侧壁S2又倾斜于入口H1与出口H2的连线L1，因此，外侧壁S2也是倾斜于反应物导入管体220。如此一来，反应物导入管体220可顺利导引反应物R沿外侧壁S2朝向出口H2处流动。

如图3所示，就盖体230的设计而言。盖体230设置于等离子导入管体210的出口H2处，并在出口H2之处形成一混合空间SP。反应物R沿着外侧壁S2朝向出口H2之处流动后，即可在混合空间SP与等离子E充分的混合。此外，由于盖体230的开口H3为了射出混合后的反应物R与等离子E，因此，本实施例的开口H3的直径D3大于出口H2的直径D2，以方便混合后的反应物R与等离子E射出。其中，盖体230与反应物导入管体220可以是分离的两个结构组件，也可以是一体成型的同一结构，端看设计上的需求而定。

本实施例的等离子E与反应物R是在等离子导入管体210之外的混合空间SP进行混合。第一电极110及第二电极120设置于等离子腔体100内，所以第一电极110与第二电极120并没有与反应物R接触。因此，反应物R不会于第一电极110或第二电极120上沉积，不仅可以增加等离子E稳定度，更可避免下次工艺的污染。

请参照图4～6，其绘示图1的等离子导入管体210的立体图。本实施例的等离子导入管体210可转动式耦接于等离子腔体100(绘示于图1)。等离子导入管体210的外侧壁S2具有6个鳍片211。请参照图7，其绘示图6的等离子导入管体210的下视图。此些鳍片211以略微偏离等离子导入管体210的中心点C配置。如此一来，当反应物R(绘示于图3)进入外侧壁S2并推挤此些鳍片211时，此些鳍片211可以带动等离子导入管体210旋转，进而使得接续导入的反应物R也随着等离子导入管体210来旋转。借此，反应物R可以沿着外侧壁S2以涡流方式朝出口H2之处流动。

请参照图8～9，图8绘示等离子导入管体210未旋转的情况下，等离子E与反应物R混合示意图，图9绘示等离子导入管体210旋转的情况下，等离子E与反应物R混合示意图。如图8所示，在等离子导入管体210未旋转的情况下，等离子E及反应物R以接近平行的方式向下射出。如图9所示，在等离子导入管体210旋转的情况下，反应物R向中央集中，且环绕着等离子E旋转。由图8与图9的比较可以得知，反应物R向中央集中且环绕着等离子E旋转时，等离子E与反应物R的反应时间较长且混合情况较佳。等离子E与反应物R反应时间长且充分混合时，即可增加沉积速率。

根据上述实施例，本实施例的等离子导入管体210藉由反应物R进入外侧壁S2并推挤此些鳍片211来自动旋转。然而，在其它实施例中，等离子系统1000更可包括一电力源(例如是马达)，其耦接于等离子导入管体210(未绘示)，因此，等离子导入管体210便可藉由动力源的驱动来产生转动。如此一来，等离子导入管体210可以主动地带动反应物R以涡流方式朝出口H2之处流动。

此外，根据上述实施例，本实施例的反应物导入管体220设置于导入装置200的对称位置。在此设计下，也可使不同的反应物导入管体220导入反应物R的流量或速度有差异，来造成鳍片221的旋转，而不需要前述的动力源。在另一实施例中，反应物导入管体220也可稍微错位，以使反应物R更容易推挤此些鳍片221而增加等离子导入管体210转动的速度。

在某些实施例中，前述动力源的设计、反应物R的流量/速度差异的设计或反应物导入管体220错位的设计可以搭配着采用其中两种设计，或者同时采用三种设计，端看使用上的需求而定。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有导入装置的等离子系统，其特征在于，包括：

一等离子腔体，包括一第一电极及一第二电极，该第一电极及该第二电极用以产生一等离子；以及

一导入装置，包括一等离子导入管体及至少一反应物导入管体，该等离子导入管体耦接于该等离子腔体，该等离子导入管体具有一入口、一出口及一外侧壁，该等离子导入管体由该入口导入该等离子，并由该出口导出该等离子，该外侧壁的宽度由邻近该入口之处朝向邻近该出口之处逐渐缩小；该至少一反应物导入管体，设置于该外侧壁之外，该反应物导入管体用以导入一反应物至该外侧壁，以使该反应物沿该外侧壁朝向该出口之处流动；以及

一混合空间，设置于该出口之处，该反应物沿该外侧壁朝向该出口之处流动后，于该混合空间与该等离子混合。

2.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该外侧壁具有多个鳍片，该些鳍片用以带动该反应物旋转。

3.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该等离子导入管体可转动式耦接于该等离子腔体。

4.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该入口的直径大于该出口的直径。

5.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该等离子导入管体电性连接于该第二电极。

6.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该反应物导入管体垂直于该入口与该出口的连线。

7.根据权利要求1所述的等离子系统，其特征在于，该导入装置还包括：

一盖体，耦接该反应物导入管体，并具有一开口，该开口对应于该出口。

8.根据权利要求7所述的等离子系统，其特征在于，该开口的直径大于该出口的直径。

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