CN102465278A - 等离子体工艺视窗元件与等离子体设备的工艺观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种等离子体制作工艺视窗元件与等离子体设备的制作工艺观测装置。等离子体设备的制作工艺观测装置包括视窗元件与视窗玻璃。视窗元件包括第一基材部分、第二基材部分以及连接部分。第一基材部分具有第一通孔。第二基材部分具有第二通孔与第二通孔扩散空间。第二通孔扩散空间的截面积大于第二通孔的截面积。连接部分介于第一基材部分与第二基材部分之间。视窗元件设置在等离子体设备的反应腔体与视窗玻璃之间。第二通孔扩散空间邻近视窗玻璃。第一通孔邻近反应腔体。
Description
技术领域
本发明涉及视窗元件，特别是涉及具有视窗元件的等离子体制作工艺观测装置。
背景技术
薄膜沉积及蚀刻可利用等离子体辅助化学气相沉积制作工艺的方法来进行。而薄膜沉积及蚀刻的结果与制作工艺中活性反应物种间的浓度非常的相关。因此观测并分析等离子体制作工艺环境中活性反应物种间的浓度变化是非常重要的。
举例来说，观测等离子体辅助化学气相沉积制作工艺的一种方法是利用光放射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy；OES)，从腔体外部通过例如视窗玻璃来撷取反应腔体内活性反应物种等离子体光谱变化，进而掌握反应物种间的浓度。
然而，在薄膜沉积制作工艺中，活性反应物种除了在基板上沉积，也会沉积在视窗玻璃上。沉积在视窗玻璃上的薄膜会使视窗玻璃的光穿透率下降而对反应腔体内的活性反应物种的放射光强度产生衰减的作用，这将造成OES的光谱分析活性反应物种浓度的结果失真。随着制作工艺时间的增加，这种现象会变得更加严重。
一种现有技术解决上述问题的方法是在反应腔体与视窗玻璃之间设置一蜂巢结构遮板，并在蜂巢型遮板与视窗玻璃之间通入一气流。以阻挡反应腔体中活性反应物种扩散至视窗玻璃。如此，活性反应物种便不能沉积在视窗玻璃上。
然而，这种方法的蜂巢结构遮板加工复杂且成本高，同时需要使用额外的真空管路、阀件、密封装置等等。此外，通入的气流会有影响反应腔体中气流场稳定性的疑虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体制作工艺视窗元件与等离子体设备的制作工艺观测装置。等离子体制作工艺视窗元件的结构及制造方法简单、成本低，并能通过一些简易的配件构成等离子体设备的制作工艺观测装置。具有等离子体制作工艺视窗元件的制作工艺观测装置能减少薄膜反应沉积或蚀刻制作工艺中，活性反应物种从等离子体设备的反应腔体扩散至视窗玻璃的数量，而降低视窗玻璃被污染的程度或速率，并使视窗玻璃在长时间的反应制作工艺中保有良好的光穿透率。
根据本发明的目的，提出一种等离子体制作工艺视窗元件。等离子体制作工艺视窗元件包括第一基材部分、第二基材部分以及连接部分。第一基材部分具有第一通孔。第二基材部分具有第二通孔与第二通孔扩散空间。第二通孔扩散空间的截面积大于第二通孔的截面积。连接部分介于第一基材部分与第二基材部分之间。等离子体制作工艺视窗元件设置在等离子体设备的反应腔体与视窗玻璃之间。第二通孔扩散空间邻近视窗玻璃。第一通孔邻近反应腔体。
根据本发明的目的，也提出一种用于等离子体制作工艺设备的制作工艺观测装置。制作工艺观测装置包括视窗元件与视窗板。视窗元件包括第一基材部分、第二基材部分以及连接部分。第一基材部分具有第一通孔。第二基材部分具有第二通孔与第二通孔扩散空间。第二通孔扩散空间的截面积大于第二通孔的截面积。第一通孔、第二通孔与第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径。连接部分介于第一基材部分与第二基材部分之间。视窗元件设置在等离子体设备的反应腔体与视窗板之间。第二通孔扩散空间邻近视玻璃。第一通孔邻近反应腔体。
根据本发明的目的，还提出一种等离子体制作工艺视窗元件。等离子体制作工艺视窗元件包括第一基材部分与第二基材部分。第一基材部分具有第一通孔与第一通孔扩散空间。第一通孔扩散空间的截面积大于第一通孔的截面积。第二基材部分具有第二通孔与第二通孔扩散空间。第二通孔的截面积小于第一通孔扩散空间的截面积。第二通孔扩散空间的截面积大于第二通孔的截面积。第一通孔、第一通孔扩散空间、第二通孔与第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径者。等离子体制作工艺视窗元件设置在等离子体设备的反应腔体与视窗玻璃之间。第二通孔扩散空间邻近视窗玻璃。第一通孔邻近反应腔体。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明第一实施例的视窗元件的立体透视图；
图2为本发明第一实施例的等离子体设备的剖视图；
图3为图2的等离子体设备的放大图；
图4为本发明一实施例的石英玻璃视窗玻璃在进行等离子体辅助化学气相沉积制作工艺镀膜之前与之后的光穿透率检测结果；
图5为本发明第二实施例的等离子体设备的放大图；
图6为本发明第三实施例的视窗元件的立体透视图。
主要元件符号说明
2、40、61：视窗元件
4、48：第一基材部分
6、52：第二基材部分
8、42、62：连接部分
10：网状元件
12、50、66：第一通孔
14、54、67：第二通孔
16、68：第二通孔扩散空间
18A、18B：第三基材部分
20、63：开口
21：观测孔
22：等离子体设备
24：制作工艺观测装置
26：反应腔体
28：元件设置口
30：视窗玻璃
32：中空转接元件
35、64：腔壁
36：固定销
38：传感器
46、65：第一通孔扩散空间
具体实施方式
本发明的精神在于等离子体制作工艺视窗观测通孔结构中，设计至少一扩散空间，通过该扩散空间使进入观测通孔内的活性反应物种得以沉积在扩散空间的表面上，而减少活性反应物种沉积于视窗玻璃的数量。
图1绘示第一实施例的视窗元件的立体透视图。请参照图1，视窗元件2可包括第一基材部分4、第二基材部分6、连接部分8与网状元件10。第一基材部分4具有第一通孔12。第二基材部分6具有第二通孔14与第二通孔扩散空间16。网状元件10的材质可以是金属，例如不锈钢网、铝网或钛网，且具有观测孔21。网状元件10可通过固定销36固定在第二基材部分6上。然而，本发明并不限于此。在其他实施例中，举例来说，网状元件10可通过嵌入的方式固定在第二基材部分6上。连接部分8可包括第三基材部分18A、18B与开口20。开口20可设置于第三基材部分18A与18B之间。然而，连接部分8并不限于此结构，而可为其他具有开口的结构。举例来说，在其他实施例中，连接部分8可仅具有第三基材部分18A与18B其中之一。在另一实施例中，第一基材部分4、第二基材部分6、连接部分8可为一体成形的，如后文图6说明部分所述。视窗元件2的结构及制造方法简单且成本低。
图2绘示第一实施例的等离子体设备的剖视图。图3绘示图2的等离子体设备的放大图。请参照图2，等离子体设备22可为等离子体制作工艺设备例如等离子体辅助化学气相沉积设备，然本发明并不限于此，而可包括其他的等离子体设备。等离子体设备22可包括制作工艺观测装置24、反应腔体26、腔壁35与元件设置口28。请参照图3，制作工艺观测装置24可包括视窗玻璃30、中空转接元件32以及例如图1所示的视窗元件2。视窗玻璃30可为一般的透明基板，例如石英玻璃等。视窗元件2可通过中空转接元件32设置在元件设置口28上。中空转接元件32围绕出一中空空间，与连接部分8的开口20共同构成第一通孔扩散空间65，以作为活性反应物种的扩散空间。第一通孔扩散空间65可介于第一通孔12与第二通孔14之间。开口20可使第一通孔扩散空间65、第一通孔12与第二通孔互相连通。
请参照图3，第一通孔12的尺寸远小于反应腔体26的尺寸。因此，反应腔体26中的活性反应物种浓度会扩散至第一通孔12中。第一通孔12中的活性反应物种可通过连接部分8的开口20扩散至第一通孔扩散空间65中。由于第一通孔扩散空间65的截面积比第一通孔12的截面积大，因此扩散至第一通孔扩散空间65中的活性反应沉积物种与中空转接元件32的内壁碰撞的机会是提升的，故使得大部分的活性反应沉积物种会沉积在中空转接元件32的内壁上，而减少了活性反应沉积物种的量。第二通孔14的截面积小于第一通孔扩散空间65的截面积。因此，仅有少量的剩余活性反应沉积物种会再从第一通孔扩散空间65扩散至第二通孔14中。
请参照图3，第二通孔扩散空间16的截面积大于第二通孔14的截面积。因此，从第二通孔14扩散至第二通孔扩散空间16的活性反应物种扩散开来的。再者，第二通孔扩散空间16中的活性反应物种与第二基材部分6碰撞的机会是提升的，因此促使剩余的活性反应沉积物种会沉积在第二基材部分6的表面上。较佳者，第二通孔扩散空间16的截面积是由第二通孔14往视窗玻璃30的方向逐渐变大(例如第二通孔扩散空间16具有漏斗形状)，如图3所示，如此来自第二通孔14的活性反应物种能顺沿地扩散至第二通孔扩散空间16中。在一实施例中，第二通孔扩散空间16与第二通孔14的侧壁之间的夹角为120度。然而，第二通孔扩散空间16并不限于漏斗形状，在其他实施例中，可视实际应用使用其他合适的形状。具有大的表面积的网状元件10也能让活性反应物种进一步地沉积在网状元件上。
因此，最终穿过网状元件10的观测孔21而沉积在视窗玻璃30上的活性反应沉积物种是非常少量的。如此，视窗玻璃30的受到镀膜污染程度或速率是低的，且视窗玻璃30在长时间的反应制作工艺中能保有良好的光穿透率。故视窗玻璃30的光强度衰减情形是非常的低。举例来说，图4显示一实施例的石英玻璃视窗玻璃在进行等离子体辅助化学气相沉积制作工艺镀膜之前与之后的光穿透率检测结果。等离子体辅助化学气相沉积制作工艺是沉积微晶硅(μc-Si)薄膜，制作工艺时间是40分钟。图4的结果显示在进行等离子体辅助化学气相沉积制作工艺之后，石英玻璃视窗玻璃对SiH*(光谱波长位于414nm)与Hα(光谱波长位于646nm)活性物种的光信号的穿透率衰减仅减少了0.3％，非常的低，证实了使用本发明视窗元件的制作工艺观测装置其视窗玻璃在经过长时间的等离子体镀膜制作工艺后仍保有良好的光穿透率。
请参照图3，由于反应腔体26中活性反应物种放射的等离子体光线必须穿过第一通孔12、第一通孔扩散空间65、第二通孔14、第二通孔扩散空间16、与观测孔21才会被传感器38(例如等离子体辅助化学气相沉积制作工艺中使用的光放射光谱仪(Optical Emission Spectroscopy；OES)传感器)感测。因此，第一通孔12、第一通孔扩散空间65、第二通孔14、第二通孔扩散空间16、与观测孔21的位置较佳地是互相对应的。换句话说，第一通孔12、第一通孔扩散空间65、第二通孔14、与第二通孔扩散空间16相互连通而形成一观测路径。在实施例中，第一通孔12、第二通孔14与观测孔21可具有相同一致的截面积，然而本发明并不限于此。
图5绘示第二实施例的等离子体设备的放大图。图5的等离子体设备与图3的等离子体设备的不同处在于，此例的第一通孔扩散空间65由视窗元件61的连接部分62的开口63与等离子体设备的腔壁64之间所共同形成者。其中第一通孔扩散空间65的截面积大于第一通孔66与第二通孔67的截面积。第一通孔66、第二通孔67、第一通孔扩散空间65及第二通孔扩散空间68相互连通而形成一观测路径。
图6绘示第三实施例的视窗元件的立体透视图。图6的视窗元件40与图1的视窗元件2的不同处在于，此例的第一基材部分48、第二基材部分52与连接部分42为一体成形的，且连接部分42内具有第一通孔扩散空间46。其中第一通孔扩散空间46的截面积大于第一基材部分48的第一通孔50与第二基材部分52的第二通孔54的截面积。第一基材部分48、第二基材部分52与连接部分42可为一体成形的。视窗元件40的结构及制造方法简单且成本低。
在本发明的实施例中，视窗元件的结构及制造方法简单且成本低的，且能通过简易的配件构成等离子体设备的制作工艺观测装置。
具有视窗元件的制作工艺观测装置的第一基材部分的第一通孔的尺寸远小于反应腔体的尺寸。活性反应沉积物种会扩散至第一通孔中。由于连接部分的转接通孔或第一通孔扩散空间的截面积比第一通孔的截面积大，因此扩散至转接通孔或第一通孔扩散空间中的活性反应沉积物种的量大部分被沉积在第一通孔扩散空间表面而减少的。由于第二基材部分的第二通孔的截面积小于转接通孔或第一通孔扩散空间的截面积，因此，转接通孔或第一通孔扩散空间中的剩余活性反应物种仅有少量会扩散至第二通孔中。由于第二基材部分的第二通孔扩散空间的截面积大于第二通孔的截面积。因此，扩散至第二通孔扩散空间中的活性反应物种的量再次被沉积在第二通孔扩散空间的表面上而减少的。邻近视窗玻璃的网状元件能让反应物种进一步地沉积在网状元件上。
因此，具有视窗元件的制作工艺观测装置能减少等离子体制作工艺中活性反应沉积物种从反应腔体扩散至视窗玻璃的数量，而降低视窗玻璃被污染的程度或速率，并使视窗玻璃在长时间的反应制作工艺中保有良好的光穿透率。
由于第一通孔、第二通孔、第二通孔扩散空间、观测孔与转接通孔(或第一通孔扩散空间)相互连通而形成一观测路径，因此传感器能感测反应腔体中活性反应物种放射的等离子体光线。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (16)
1.一种等离子体制作工艺视窗元件，包括：
第一基材部分，具有第一通孔；
第二基材部分，具有第二通孔与第二通孔扩散空间，该第二通孔扩散空间的截面积大于该第二通孔的截面积；以及
连接部分，介于该第一基材部分与该第二基材部分之间。
2.如权利要求1所述的等离子体制作工艺视窗元件，其中该等离子体制作工艺视窗元件设置在一等离子体设备的一反应腔体与一视窗玻璃之间，该第二通孔扩散空间邻近该视窗玻璃，该第一通孔邻近该反应腔体。
3.如权利要求2所述的等离子体制作工艺视窗元件，其中该等离子体设备包括等离子体辅助化学气相沉积设备。
4.如权利要求2所述的等离子体制作工艺视窗元件，还包括网状元件，其具有观测孔，该网状元件设置在该第二通孔扩散空间与该视窗玻璃之间。
5.如权利要求2所述的等离子体制作工艺视窗元件，其中该第二通孔扩散空间的截面积由该第二通孔往该视窗玻璃的方向逐渐变大。
6.如权利要求1所述的等离子体制作工艺视窗元件，其中该连接部分包括第三基材部分与开口，该开口邻接该第三基材部分。
7.如权利要求1所述的等离子体制作工艺视窗元件，其中该第一基材部分、该第二基材部分与该连接部分是一体成形的，且该连接部分内具有第一通孔扩散空间，该第一通孔扩散空间的截面积大于该第一通孔与该第二通孔。
8.一种等离子体设备的制作工艺观测装置，包括：
视窗元件，包括：
第一基材部分，具有第一通孔；
第二基材部分，具有第二通孔与第二通孔扩散空间，该第二通孔扩散空间的截面积大于该第二通孔的截面积，且该第一通孔、该第二通孔与该第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径；以及
连接部分，介于该第一基材部分与该第二基材部分之间；以及
视窗玻璃，
其中该视窗元件设置在一等离子体设备的一反应腔体与该视窗玻璃之间，该第二通孔扩散空间邻近该视窗玻璃，该第一通孔邻近该反应腔体。
9.如权利要求8所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，其中该等离子体设备包括等离子体辅助化学气相沉积设备。
10.如权利要求8所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，还包括网状元件，其具有观测孔，该网状元件设置在该第第二通孔扩散空间与该视窗玻璃之间。
11.如权利要求8所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，其中该第二通孔扩散空间的截面积由该第二通孔往该视窗玻璃的方向逐渐变大。
12.如权利要求8所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，其中该连接部分包括第三基材部分与开口，该开口邻接该第三基材部分。
13.如权利要求12所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，其中该视窗元件设置在该等离子体设备的腔壁中，且该连接部分的该开口与该腔壁之间形成一第一通孔扩散空间，其中，该第一通孔扩散空间的截面积大于该第一通孔与该第二通孔的截面积，且与该第一通孔、该第二通孔以及该第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径。
14.如权利要求12所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，还包括中空转接元件，其中该视窗元件通过该中空转接元件接设于该等离子体设备的腔壁中，且该连接部分的该开口与该中空转接元件之间形成一第一通孔扩散空间，该第一通孔扩散空间的截面积大于该第一通孔与该第二通孔的截面积，且与该第一通孔、该第二通孔以及该第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径。
15.如权利要求8所述的等离子体设备的制作工艺观测装置，其中该第一基材部分、该第二基材部分与该连接部分是一体成形的。
16.一种等离子体制作工艺视窗元件，包括：
第一基材部分，具有第一通孔与第一通孔扩散空间，该第一通孔扩散空间的截面积大于该第一通孔的截面积；以及
第二基材部分，具有第二通孔与第二通孔扩散空间，该第二通孔的截面积小于该第一通孔扩散空间的截面积；第二通孔扩散空间的截面积大于该第二通孔的截面积，且该第一通孔、该第一通孔扩散空间、该第二通孔与该第二通孔扩散空间相互连通而形成一观测路径者；
其中该等离子体制作工艺视窗元件设置在一等离子体设备的一反应腔体与一视窗玻璃之间，该第二通孔扩散空间邻近该视窗玻璃，该第一通孔邻近该反应腔体。
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