TW201308403A - 影響材料性質的方法及其應用 - Google Patents

Abstract

一種經由離子的植入來影響材料之特性的方法，例如藉由使用具有電漿鞘修改器的電漿處理設備。以此方式，可影響例如對化學品的抗性、黏附性、疏水性及親水性等特性。可將這些方法應用至各種技術。在一些情況中，於印刷機噴頭的製造中使用離子植入，藉由增加材料之疏水性以減少堵塞。在其他實施例中，使用改變流體管道及其他結構之特性的離子植入來生產MEMS元件與NEMS元件。此外，可使用離子植入以影響材料之對化學品(例如酸)的抗性。

Description

改變物質性質的方法及其應用 【相關申請案】

本申請案主張全部於2011年5月15日申請的美國暫時專利申請號61/486,296、61/486,297及61/486,299的優先權，其揭露內容在此併入本文參考。

本發明是有關於離子植入，且特別是有關於精確材料改質用的離子植入。

離子植入是用於將材料引入工件中的標準技術。所要的植入材料在離子源中被離子化，離子經加速以形成具有指定能量的離子束，且離子束經引導至工件表面處。射束中的高能離子穿透至工件材料的主體中，且在某些狀態下影響工件材料之表面及深度兩者。

當離子植入通常被使用為改變工件之電特性時，離子植入亦可被用於影響其他材料特性，例如對特定化學品之抗性、黏附性、疏水性、親水性及其他特性。

噴墨印刷為將液態墨水噴射至紙張上的技術。噴墨印頭(或墨水筒)具有噴嘴，噴嘴約為針尖(needlepoint)的尺寸，其中墨水經噴嘴而噴射。圖1為噴墨印頭1之一實施例的示意圖。在一些實施例中，例如於圖1中所示，噴墨印頭1可包括多個噴嘴2，以提供多數個彩色墨水3。印刷製程可涉及使用墨水的成核(nucleation)步驟、氣泡長成(bubble growth)、墨滴(ink drop)的噴射、以及噴 墨頭的再填充。

印刷解析度及使用期限皆受到噴墨孔隙尺寸的限制。較小的孔隙可提供較高的解析度，但由於孔隙會被墨水堵塞而減少使用期限。正在研究將噴墨印刷應用至新的領域，例如(舉例來說)生物晶片、金屬配線、液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)或微機電系統(MEMS)元件。然而，對每一應用而言，在發生普遍的採用之前，需要合適的印刷頭。舉例來說，會需要高黏度之小墨滴(ink droplet)的噴射以提供高精確度、高頻率、無化學品反應、及無堵塞的需求。因此，有益之處在於，影響用於形成印刷頭之材料以使墨水與印刷頭之間的交互作用(interaction)最小化。

其中影響材料特性為有利之其他應用為MEMS元件與奈米機電系統(NEMS)元件。MEMS元件是有關於由電力驅動之小機械元件。NEMS元件是有關於以奈米等級整合電性功能與機械功能的元件。這些元件之實例為加速度計(accelerometer)及迴轉儀(gyroscope)，雖然還有其他無數個例子。MEMS及NEMS之處理(processing)為極度複雜的。其中一個困難在於，精確的材料改質以局部地影響材料特性尚未被實際證實。

此外，許多材料由增加的抗化學性或改質的抗化學性得到益處。過去已使用高能量離子植入以影響一些材料的抗化學性。高能量植入可為耗時的且可導致增加的製造成本。這些高能量植入也通常使用奇特的(exotic)物種(其 可為昂貴的)，例如Al、Mg或Ti。另外，以前的方法僅僅於材料的表面上塗覆一厚層，且在一些例子中，上述方法會硬化表面，其影響材料的可撓性(flexibility)。

所以，在這些實例的每一者中，有益之處在於，具有精確地影響材料特性之改良的方法。然後此種改良的方法可應用到各種技術，其包括噴墨印刷、生物晶片以及MEMS元件與NEMS元件(例如加速度計、壓力感應器及迴轉儀)。

一種經由離子的植入來影響材料之特性的方法，例如藉由使用具有電漿鞘修改器(plasma sheath modifier)的電漿處理設備。以此方式，可影響例如對化學品的抗性、黏附性、疏水性及親水性等特性。可將這些方法應用至各種技術。在一些情況中，於印刷機噴頭(printer head)的製造中使用離子植入，藉由增加材料之疏水性以減少堵塞。在其他實施例中，使用改變流體管道(fluid channel)及其他結構之特性的離子植入來生產MEMS元件與NEMS元件。此外，可使用離子植入以影響材料之對化學品(例如酸)的抗性。

本文描述之實施例與特定材料及元件相關，但這些實施例不應僅限於所列之材料及元件。舉例來說，本文描述之一些實施例與MEMS及NEMS相關，但這些實施例亦可與其他元件一起使用。類似地，本文描述之一些實施例 與印刷機(例如，噴墨印刷機)相關，但這些實施例亦可與其他印刷元件一起使用。這些噴墨印刷機或其他印刷元件可用於紙張或本領域具有通常知識者已知的其他應用。雖然揭露特定形式的植入，但本領域具有通常知識者已知的其他離子植入系統(其可將離子束聚焦或其可在需要或不需要罩幕於工件上、上方或離工件一段距離的情形下植入工件的特定區域)也可用於本文描述之實施例中。雖然貫穿全文使用術語「疏水的(hydrophonic)」，但有利之處在於，可使表面為親水的(hydrophilic)以作為替代。因此，本發明並不限於以下描述的特定實施例。

雖然射線或電漿摻雜工具可用於植入離子以影響材料之特性，但亦可使用具有電漿鞘修改器的電漿處理設備。此設備具有優勢：可在不使用光阻、其他硬罩幕或接近式罩幕(proximity mask)的情形下進行2D或3D表面之選擇性植入。此種圖案化植入減少處理時間及製造成本。將待植入之工件或元件進行掃描可與對此種工件或元件進行偏壓(biased)作結合、或與改變電漿參數作結合，以完成此種選擇性植入。

圖2為具有電漿鞘修改器之電漿處理設備的方塊圖。用本技術領域中已知的方式來產生電漿140。此電漿140通常是離子和電子的準中性集合(quasi-neutral collection)。離子通常具有正電荷，而電子則具有負電荷。在大部分電漿140中可具有(例如)約0 V/cm的電場。在含有電漿140的系統中，電漿140中的離子102被吸引而 朝向工件100。這些離子102以足夠能量被吸引來植入至工件100中。電漿140以工件100附近被稱為電漿鞘(plasma sheath)242的區域為界。與電漿140相比，電漿鞘242是具有較少電子的區域。因此，負電荷與正電荷之間的差在電漿鞘242中引起鞘電位。因為電漿鞘242存在較少的電子，來自此電漿鞘242的光發射之強度小於電漿140，因而較少發生激發-鬆弛碰撞(excitation-relaxation collision)。因此，電漿鞘242有時被稱為「暗區(dark space)」。

電漿鞘修改器101經組態以改變電漿鞘242內的電場，以控制電漿140與電漿鞘242之間的邊界241的形狀。如此一來，電漿140中受到吸引而橫越(across)電漿鞘242的離子102會以大範圍的入射角來撞擊工件100。此電漿鞘修改器101可稱為(例如)聚焦板(focusing plate)或鞘工程板(sheath engineering plate)。

在圖2之實施例中，電漿鞘修改器101包括一對板(panels)212和214，它們之間界定了一個具有水平間距(G)的孔隙。板212和214可以是絕緣體、半導體或導體。在其他實施例中，電漿鞘修改器101可僅包括一個板、或可包括兩個以上的板。板212及214可為具有薄、平坦形狀的一對薄片。在其他實施例中，板212及214可為其他形狀，例如管狀、楔形(wedge-shape)及/或具有在孔隙附近的斜面邊緣。板212及214也可定位在由工件100之前表面界定的平面151上方的垂直間距(Z)處。在一 實施例中，垂直間距(Z)可為約1.0 mm至10.0 mm。

可利用不同的機制來吸引電漿140中的離子102橫越電漿鞘242。在一例子中，對工件100施加偏壓(biased)來吸引電漿140中的離子102橫越電漿鞘242。在另一例子中，對產生電漿140的電漿源及圍繞電漿140的壁施加正偏壓，且工件100可接地。在一特定實施例中，偏壓可為脈衝形式(plused)。在又一例子中，使用電場或磁場來吸引電漿140中的離子102朝向工件100。

有利之處在於，電漿鞘修改器101可修改電漿鞘242內的電場，以控制電漿140與電漿鞘242之間的邊界241的形狀。在一例子中，電漿140與電漿鞘242之間的邊界241可相對於平面151而呈凸形。例如，當對工件100施加偏壓時，離子102受到吸引而橫越電漿鞘242，並以大範圍的入射角穿過板212與214之間的孔隙。舉例而言，遵循軌跡路徑(trajectory path)271的離子102可以相對於平面151呈+θ°的角度撞擊工件100。遵循軌跡路徑270的離子102可以相對於相同平面151呈約0°的角度撞擊工件100。遵循軌跡路徑269的離子102可以相對於平面151呈-θ°的角度撞擊工件100。因此，入射角的範圍可為介於以約0°為中心的+θ°與-θ°之間。另外，有一些離子軌跡路徑(例如路徑269和271)可彼此交叉。根據一些因素(其包括但不限於，在板212及214之間的水平間距(G)、在平面151上方板212及214的垂直間距(Z)、板212及214的介電常數或電漿140的其他製程參數)，入射角(θ) 的範圍可為介於以約0°為中心的+60°與-60°之間。

可使用圖2之電漿處理設備來影響材料的特性。此技術可接著被應用至各種技術，將更詳細地描述於下。

在一實施例中，多角度離子植入之使用可修改噴嘴、通道及噴墨印頭的特性。這些構件可由(舉例來說)矽、聚合物、半導體、聚二甲基矽氧烷(poly(dimethylsiloxane)，PDMS)、SU8光阻或導體製成。圖3繪示可由離子植入引起之疏水性調節。表面之疏水性於使用電漿摻雜工具將NF₃及CF₄植入之後被調節。如圖3之中心所示，參考材料之初始接觸角度為41.58°。隨後的圖解22描繪材料上小液滴的形狀。以NF₃對材料進行植入，接觸角度降至15.08°，表示材料變得較為親水性。如上面的圖解21所顯示，小液滴較遍佈在材料的表面上。相反地，下面的圖解23顯示CF₄植入的效果。在此情況下，接觸角度增加至103.07°，表示高程度之疏水性。使用多角度離子植入可使改變2D或3D表面任一者的疏水性或多孔性變得可能。此舉將提供用於特定印刷應用之精確的噴墨小液滴特性。

如圖3中所示，離子植入可使表面改變為疏水性或親水性。因此，可改變小墨滴至表面之黏附性。藉由離子植入引起之經植入表面的物理變化(physical change)可改變表面之化學相容性(chemical compatibility)或抗化學性。最後，藉由影響黏附性或化學相容性，不同的液體會變成用於噴墨印刷之合適的墨水(聚合物、特定墨水、金屬、 油、奈米粒子或其他)。另外，使得新印刷應用變得可能，這一切可導致較長之噴墨印刷機噴嘴的使用期限。

圖4為印刷頭之實施例的剖面側視圖。其他本領域具有通常知識已知的設計是可能的。在一例子中，印刷頭300由矽工件經由製程(例如蝕刻)所製成。製得之矽元件或部件(part)接著使用黏附層黏接至遮蓋物(cover)304。此遮蓋物304可為金屬、玻璃、二氧化矽(SiO₂)、矽、PDMS或SU8。在另一例子中，印刷頭300由塑膠製成。

印刷頭300具有多個表面。印刷頭300具有通到噴嘴302的管道301。印刷頭300亦具有開口區(exit area)303，噴嘴302與外界於此處交會(meet)。管道301、噴嘴302及開口區303之全部或一些表面被植入。這些表面可以(舉例來說)C、N、H、F、He、Ar、B、As、P、Ge、Ga、Si、Zn、Al、其他惰性氣體、其他p型或n型摻質或本領域具有通常知識者已知的其他原子物種或分子物種來進行植入。植入深度可小於100 nm或(更特定言之)介於約1 nm至30 nm之間，通過表面尖峰(peak)或逆行分佈(retrograde profile)來調節表面能量。

在一例子中，與印刷頭300中墨水接觸的整體表面被植入。通過毯覆式植入、多角度植入可使3D結構之植入成為可能。噴嘴302以及管道301之側壁與底面可被植入。玻璃遮蓋物304之下表面亦可被植入。此舉使得液體在不會黏附或黏貼至管道301或噴嘴302之底面、側面或頂面的情況下流動。

在另一例子中，只有印刷頭300中與墨水接觸的部分表面被植入。此部分可與其中常見堵塞的區(需要墨水運輸之區)一致、或與其他區一致。在一特定實施例中，印刷頭300的任何角落均被植入以避免墨水留存(retained)。角落亦可比印刷頭300之其他區域以較高的劑量進行植入。

發生黏附之區(舉例來說，印刷頭300之矽部件與玻璃部件)之間的植入可影響上述兩部件之黏接。光阻或選擇性植入可避免上述問題發生。在另一例子中，進行選擇性植入以給予某些表面疏水性，而使用第二選擇性植入以改良各種工件之間的黏接步驟或使各種工件之間的黏接步驟成為可能。

植入將減少或避免墨水至印刷頭300的黏附性。被植入之離子物種可部分地影響疏水性，如圖3所示。於植入期間，某些能量位準(level)或劑量可修改圖4中印刷頭300之表面的晶格結構，其可部分地影響疏水性。由於影響疏水性的植入，其他機制為可能的。由於這些區域均被植入，即使被清潔後仍會保持疏水性，因為這些經植入區域為印刷頭300之表面構成整體的一部分(integral part)，而非印刷頭300之表面上的塗層(其可被腐蝕或被洗掉)。為了維持疏水狀態，表面之至少一些單分子層(monolayer)被植入。可控制經植入區域之劑量及深度的均勻性。當表面之某些區以不均勻方式被植入或完全未被植入，此舉會影響墨水的黏附性。在一實施例中，以0.5 kV及6.0 kV之 間的能量植入CF₄。在另一實施例中，隨時間增加電壓以改良黏附性及提供起始材料之間的界面混合，並產生新的層。在一些實施例中，此材料被植入。在其他實施例中，可植入並沈積上述材料。

在一些例子中，需要對噴墨印頭進行植入而以相反方式影響不同區域。舉例來說，參照圖9D，墨水被儲存於墨水腔351中。墨水腔351至外界的路徑穿過噴嘴352，且最終穿過開口區353。噴墨印頭350之兩個重要態樣為：以最小阻力(impedance)使小墨滴行經墨水腔351及噴嘴352的能力以及使墨水不黏附於開口區353的能力，因此引起紙張上不想要的沾污以及堵塞的噴嘴。這些需求要求噴嘴352的內部具有最高的墨水可濕性(wettability)及接近開口區353的外部表面具有最低的墨水可濕性。現今的實行往往仰賴材料選擇與CVD/PVD製程的結合以於這些表面上沈積濕潤層(wetting layer)及/或反濕潤層(anti-wetting layer)。這些類型的表面處理往往於表面沈積及基材之間具有差的黏附性，且於不堵塞孔(orifice)的情形下應用於小噴嘴特徵時會有困難。根據一實施例，利用離子植入技術，其產生高強度的界面及長的服務使用期限。可精確地控制離子植入，使微調噴墨印頭350之不同部件的可濕性是可能的。此外，可使用離子植入以奈米等級與絕佳均勻性來處理特徵，且離子植入與現有的微電子製作過程相容。離子植入亦使得噴墨印頭350之長的使用期限成為可能。

在操作中，由經處理工件354及遮蓋物358形成印刷熱350。遮蓋物358可為玻璃或一些其他材料且於處理後可施加於工件354上。參照圖9A，工件354可為任何合適的材料，包括矽。可蝕刻工件354以形成噴嘴352，如圖9B中所示。可形成噴嘴352使得頂表面356寬於開口區353，開口區353定義為其中噴嘴352與底表面交會(meet)之區。往往噴嘴352的尺寸受限於墨水傾向於堵塞的程度。於蝕刻後，希望噴嘴352呈疏水性。因此，如圖9C中所示，使用圖2之電漿處理設備的聚焦離子植入355(舉例來說)可用於使此噴嘴區352呈疏水性。如先前所描述，可使用CF₄之植入。在一些實施例中，開口區353被製成較噴嘴352的其他部分具有不同程度的疏水性。在一些實施例中，可藉由控制離子之植入角度來改變疏水性。此舉亦可藉由從頂表面356進行其他離子植入來達成，或從底表面經由離子植入來達成。另外，在一些實施例中，頂表面356的其他部分可被處理以改變頂表面356的疏水性。舉例來說，頂表面356的其他部分的疏水性可差於噴嘴352的疏水性。於進行植入之後，可藉由將遮蓋物358附接至工件354來組裝印刷頭350，如圖9D中所示。

經植入區域將表面的構成材料緻密化(densify)。此緻密化是由於植入期間添加至表面晶格的材料所造成。所述緻密化可影響表面的疏水特性或親水特性。舉例來說，在基於聚合物(polymer based)之MEMS/噴墨頭(例如PDMS及SU8)的情況下，植入可將聚合物的一些鍵結斷 開並產生石墨薄層(graphitic skin layer)，所述石墨薄層較原聚合物更為緻密。此可使用惰性氣體或活性物種(例如基於碳(carbon-based)之物種)來達成。

將得益於影響材料特性之另一應用為機電元件，例如MEMS元件與NEMS元件。這些元件使用各種設計之聚合物及使用各種目的用之聚合物。這些聚合物包括(舉例來說)SU8光阻、PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)或本領域具有通常知識者已知之其他聚合物。利用離子使全部或部分之聚合物凍化(frozen)(即，特徵之形狀於植入後將不會改變)或硬化(hardened)。舉例來說，於光阻植入的情況下，保形植入(conformal implant)可凍化光阻，使得光阻能夠經歷用於雙圖案化微影之兩次微影製程。在一例子中，在MEMS元件或NEMS元件中僅有部份之2D或3D聚合物結構被植入。舉例來說，在微型閥(micro-valve)中，流體管道可經由植入被硬化或被給予對液體的較強抗性。微型閥隔膜(membrane)可以不同物種植入或完全未被植入使得微型閥隔膜不會被堵住(jammed)。因此，由於元件之縮尺(scale)及這些元件之不同功能的兩個原因，局部植入以及局部植入之控制是重要的。上述聚合物之硬化或凍化可涉及惰性物種(例如惰性氣體)之植入或活性物種(例如矽、NF₃、C_xH_y、C_xF_y、SiF₄、SiH₄、二矽烷或CF₄)之植入。當然，其他物種可被植入。

MEMS元件與NEMS元件亦會需要側壁的圓滑化 (smoothing)。遮罩步驟或其他處理步驟可引起大量的粗糙程度。舉例來說，聚合物之側壁的圓滑化可改良MEMS元件或NEMS元件的性能。可植入惰性氣體至1 nm及100 nm(舉例來說)之間的深度，且引起至側壁表面之物理改變。與聚合物凍化或硬化類似，由於元件之縮尺及這些元件之不同功能的兩個原因，局部植入以及局部植入之控制是重要的。

MEMS元件或NEMS元件中的金屬膜可被植入以調整應力。這些金屬膜可為非常小的。可在不對MEMS元件或NEMS元件之鄰近區或鄰接區進行植入的情形下完成這些金屬膜之圖案化植入或選擇性植入。

MEMS元件或NEMS元件之局部處理可影響物理特性。舉例來說，如以上關於印刷頭之描述，在全部或部分之NEMS元件或MEMS元件中，可於2D或3D表面之任一者上使用離子植入以調整疏水性或多孔性。表面可(舉例來說)以C、N、H、F、He、Ar、B、As、P、Ge、Ga、Si、Zn、Al、其他惰性氣體、其他p型或n型摻質或本領域具有通常知識者已知的其他物種物種來進行植入。這些可為包含(舉例來說)先前列出之離子或本領域具有通常知識者已知之其他物種的原子離子或分子離子。

在一例子中，整體表面被植入。在另一例子中，僅有部分表面被植入。舉例來說，在生物晶片或微流體(microfluidics)元件中，其中流體會流動或聚集之管道或區域可被植入。此將影響液體使否會黏附於表面。因此， 為了改良元件的性能，需要確認液體經過的區域、或容易被堵塞的區域。這些經確認區域可接著被離子植入以影響其疏水性、減少堵塞的風險及改良元件性能。

圖10顯示一個代表性的生物晶片。生物晶片800可用於在DNA中之單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)的偵測。生物晶片800包括各種不同的功能，在元件800中所述功能為實體分開的(physically separated)。舉例來說，流體可經由入口801進入元件。此流體可穿過具有阻礙物802之曲折混合器(meander mixer)。足夠的混合之後，所述流體進入加熱腔803。在加熱之後，所述流體進入過濾器區塊(filter section)，過濾器區塊包括粗過濾器(coarse filter)804以及快速、有選擇力的微型柱過濾器(micropillar filter)805。這些區塊各自藉由對合適的工件807進行處理來形成之。在對工件807進行處理之後，(例如)藉由玻璃板806來遮蓋工件807。

元件800內這些不同的功能可具有不同的要求。舉例來說，為了增加混合能力，影響曲折混合器中材料的特性可為有益的，但其他區並非如此。另外，假如曲折混合器之不同區域內的疏水性不同，可發生增強之混合。選擇性地影響曲折混合器中材料之各種部分之疏水性(或親水性)的聚焦離子植入或圖案化離子植入可增強混合。類似地，微型柱過濾器805可得益於增強的疏水性。由於微型柱為具有高深寬比之非常小的特徵，對每一個微型柱進行保形 覆蓋(如目前正在做的方式)是無效率的。保形離子植入(其使用圖2之設備)可在不增加個別微型柱之尺寸的情形下而影響材料特性。此種離子植入使得保形處理之較佳控制以及通過最小增加微型柱尺寸來對微型柱進行黏附性處理之較佳控制成為可能。此外，有利之處在於，不影響生物晶片800之其他部件的特性。舉例來說，加熱腔803可完全不被處理。當然，其他變化也是可能的。此舉僅僅作為說明以非常小的等級選擇性地影響材料之特性以改良元件性能的能力。此外，有利之處在於，如果這些處理不影響工件807至玻璃遮蓋物806之黏接。區域之這些精確的處理在此態樣中是重要的。

圖11顯示MEMs元件850之另一實例。此元件為微型泵，且包括一些個別工件851a~851d，於進行處理後全部工件851a~851d互相固定以形成泵850。下工件851a包括入口區(inlet area)852、出口區(outlet area)853及出口隔膜或檔板(flap)854。第一中間工件851b包括入口隔膜或檔板855、入口區856及出口區857。第二中間工件851c具有可移動的膜片(diaphragm)858。頂工件851d具有反向電極(counter electrode)859。在操作中，膜片858向上移動，於腔860中形成局部真空(partial vacuum)。此使得液體推動入口隔膜855向上，允許流體穿過入口區852、856並進入腔860。當膜片858向下移動，膜片858迫使腔860中的流體推動出口檔板854向下，允許流體離開出口區857、853。對適當操作而言，有益之處在於，影 響元件之可移動的那些部件，例如包括入口隔膜855及出口檔板854的材料。有益之處在於，確保這些部分不會黏附至工件851a~851d的其他部分。此舉可涉及改變隔膜854、855的黏附特性或疏水性，或改變與這些隔膜854、855接觸之部分工件的黏附特性或疏水性。有益之處亦在於，處理膜片858以確保膜片858不會黏附至反向電極859。或者，反向電極859可被處理。在一些實施例中，對微型泵之處理僅僅針對部分工件，使得其他部分完全不被處理、或可接受不同的處理。

如上所述，植入將減少或避免被液體的黏附。被植入之離子物種可部分地影響疏水性。於植入期間，某些能量位準或劑量可修改表面之晶格結構，其亦可部分地影響疏水性。由於植入影響疏水性的其他機制為可能的。即使被清潔後經植入區域仍會保持疏水性，因為經植入區域為表面的一部分，而非表面上可被腐蝕或被洗掉的塗層。為了維持疏水狀態，表面之至少一些單分子層(monolayer)被植入。可控制經植入區域之劑量及深度的均勻性。

MEMS元件與NEMS元件可包括任何微型機械元件或奈米機械元件。此包括加速度計、迴轉儀、感測器、微微型致動器(例如微型泵、微型檔板、微型閥、光交換器、或鏡片)、熱致動器、微型鏡片、微型諧振器、壓電偵測器、懸臂樑(cantilever)、微量天平(microbalance)、壓力感測器、生物MEMS、生物感測器、化學感測器、擴音器、靜電馬達、微流體元件、干涉調變器顯示器 (interferometric modulator display)、微型投影機(pico projector)、RF MEMS天線、RF過濾器、RF MEMS相移器或其他元件。亦可於MEMS元件或NEMS元件上進行其他局部毯覆式植入或圖案化植入、蝕刻或沈積步驟。亦可藉由這些植入或處理來影響電特性、光特性或磁特性。可於2D或3D元件上進行聚焦多角度之處理。在一些例子中，減少至約5 μm特徵尺寸之局部區域可被處理。

雖然許多本揭示描述將離子植入至表面中，但本揭示並不限於此實施例。舉例來說，可使用圖2之設備來將塗層或膜層添加至現有的特徵或結構上。圖5為側壁多孔材料之形成的側視剖面圖。某些MEMS元件與NEMS元件需要側壁多孔材料之形成，但小尺寸使得沈積困難。舉例來說，矽、多孔矽、類鑽石碳或其他材料可形成於側壁上。使用離子102以於特徵400之側壁上形成層401。例如，層401的厚度介於5 nm及100 nm之間。此可藉由調整離子102之角度來進行。在一些例子中，於特徵400的基部(base)上或僅僅於特徵400的一個側壁上形成層是可能的。藉由調整離子102的角擴散(angle spread)或離子102之角擴散內的相對劑量使不同表面上之層401的厚度不同是可能的。

此多孔材料之形成可發生在許多類型的元件上。舉例來說，在一實施例中，加速度計900之側壁被處理以添加多孔材料，如圖12中所示。加速度計之電容或敏感度與表面面積成比例。加速度計側壁之增加的表面面積使得其對 移動更為敏感。由於多孔材料之表面面積大於平坦(planar)表面之表面面積，此可大幅提高元件900的敏感度。在一些實施例中，SOI固定部件901及SOI移動部件902中的一者或兩者被處理以於其側壁上添加多孔材料。

可使用多孔材料沈積以形成元件周圍的保護層。在一實施例中，可使用圖2之設備來塗覆意欲安置於主體(body)中之元件使元件為生物相容的(biocompatible)。元件亦可被塗覆以改變其他特性，例如疏水性。

在又一實施例中，有益之處在於，使用離子植入以影響材料對各種化學品的抗性。在一實施例中，本文揭露之處理使用低能量植入，其比高能量植入較快及較不複雜。這些實施例亦可僅僅影響材料之最初0 nm至100 nm的深度，雖然其他深度是可能的。藉由僅僅影響被植入材料之一小膜層，將改變少於全部之材料的特性且材料的可撓性不會被負面地影響。因此，可在不影響整體工件的情形下來影響材料之表面處的特性。此有利之處在於，在不影響其可撓性的情形下，改變一些材料或元件之抗化學性是可能的。

圖6為正在對工件進行植入的側視剖面圖。工件501可由(舉例來說)聚合物、玻璃、塑膠、絕緣體、金屬或其他材料所組成。雖然工件501可具有如圖6中繪示之2D或平坦表面504，此植入亦可應用於3D結構。具有此種3D結構時，多角度植入可處理3D結構之全部表面。另外， 雖然繪示以離子500正在對整體表面504進行處理，但可進行選擇性植入或圖案化植入。選擇性植入將相對離子500掃描表面504且調整施加至表面504(或包含表面504之工件501)或施加至電漿狀態的偏壓，使得僅有部分表面504被植入。

離子500形成穿透工件501之表面504的植入區域502。舉例來說，植入區域502的深度(即，尺寸503)可介於約0 nm至100 nm之間。植入分佈可為高斯(Gaussian)或表面尖峰以提供不同的抗化學特性。離子500可為(舉例來說)惰性氣體或其他惰性物種，雖然其他物種是可能的。在一例子中，離子500為Ar、Ne、Kr、Xe或He且這些離子將表面504上及植入區域502中的一些鍵結斷開，使得此表面504對某些化學品敏感。因此，工件501之表面特性被改變。亦可藉由低能量植入來影響表面504之交聯。舉例來說，可使用此種低能量電處理來破壞聚合物之內酯(lactone)或酯基。在又另一實施例中，對植入而言，使用活性物種，例如N₂、H₂、NF₃、C_xH_y、C_xF_y、SiF₄、SiH₄、二矽烷或CF₄。此活性物種可被植入以引起表面504中之化學品改變。可使用上述方式取代或補充由植入引起之物理改變。

圖13為正在對3D特徵1400進行植入之一實施例的側視剖面圖。離子102之入射角度被使用為僅於3D結構1400之側壁上形成植入區域1401。當然，在替代性實施例中，僅有3D結構1400之基部可被植入。在又另一實施例 中，3D結構1400之基部及側壁被植入至不同的深度或以不同的劑量被植入。此可藉由調整(舉例來說)離子102之角擴散或角擴散內離子102之相對劑量來完成。其他3D結構是可能的，且可於僅僅一些表面上進行選擇性植入，而其他表面不被處理。在一些情況中，僅有特徵的一個側面需要被植入。上述情況之實例可為MEMS感測器。

在一特定實施例中，使用氦氣(He)植入將密封層安置於表面上。此具有He的植入減少對植入區域下方之區的濺射及損傷。在一例子中，此可與聚合物一起使用。在一例子中，此密封層可介於1 nm及30 nm之間，且可將表面之一些鍵結斷開以改變局部組成。

實驗已顯示將He植入至聚合物層中可影響抗化學性。在上述實驗中，於植入之前聚合物對丙酮無抗性，但於植入之後聚合物對丙酮有抗性。圖7A~7B代表He植入至結構中之一實施例。在圖7A中，聚合物(在此情況下為光阻)被圖案化。在此實施例中，光阻圖案化包括一系列的垂直壁700。在圖7B中，接著，以氦氣植入光阻來硬化聚合物。圖8A顯示圖案化光阻。各種厚度之垂直壁形成於工件上。圖8B顯示於五秒丙酮清洗後之的工件，其中工件未經歷圖7B製程。未經處理的情形下，在丙酮中聚合物自樣品中被移除。圖8C顯示經歷圖7B製程之工件。通過He植入，丙酮處理後聚合物仍保留完整。因此，圖8C中所示之圖案與未經清洗之參考樣品的圖案(如圖8A中所示)相同。此He植入可與CF₄結合以同樣使所得 之聚合物呈疏水性。

影響抗化學性的能力同樣具有其他重要的應用。舉例來說，對於工業印刷技術(例如太陽能金屬觸點印刷(solar metla contact printing)、印刷電子(printed electronic)、軟性電子(flexible electronic)及其他應用)而言，需要基於墨水之溶劑(solvent based ink)。由於上述原因，用於印刷機噴頭之材料亦需要與這些侵蝕性(aggressive)液體相容。傳統之基於聚合物之孔洞及管道無法與這些侵蝕性液體相容。因此，如上所述將離子植入引入，可維持疏水性需求但增加對化學品(例如，這些墨水)的抗性。

在一些實施例中，可使用紫外(UV)光來改良抗化學性。電漿往往產生各種頻率的光。因此，由電漿發出之光及UV可藉由將聚合物中一些鍵結斷開來額外地影響抗化學性。可藉由使用不同的萃取板材料來微調光之頻率。在一些實施例中，當不同的材料將具有不同的透光度(transparency)時，萃取板作為光過濾器。因此，用於萃取板之適當材料之選擇可改變頻率(聚合物曝露於所述頻率)。因此，當可選擇環繞電漿的材料或配置於電漿及被植入工件之間的材料以傳輸某些類型之UV光時，此能量可對被植入離子進行補充。

本文描述之一些實施例之一個優點在於，於植入之後，結構或表面之特徵尺寸可相同。與其他處理不同，一或多層不會添加至表面上。相反地，表面本身被影響。第二個優點在於，藉由使用某些植入參數，離子可將表面圓 滑化。此可影響或可不影響表面的尺寸。上述圓滑化的等級可隨植入參數改變。

印刷頭、微流體、MEMS元件、NEMS元件或生醫應用會需要抗化學性，當其被設計為自一區域傳輸液體至另一區域。此液體可為工業化學品、水、體液或其他材料。這些元件可為具有高深寬比之3D結構。第三個優點在於，本文描述之實施例可使尺寸仍維持小尺寸(或完全不被影響)而提供完全的抗化學性或圖案化的抗化學性。

雖然提到了MEMS元件、NEMS元件及噴墨印頭，其他元件亦可以受益。舉例來說，有機發光二極體(OLED)可於每一有機層之間被處理。於OLED之生產期間，藉由旋轉塗佈而沈積第一有機層，接著烘烤第一有機層。接著，沈積第二有機層。來自第二有機層的溶劑可能攻擊(attack)第一有機層。因此，第一有機層之植入給予第一有機層對化學品之抗性，可以改良OLED。傳輸或承載液體之其他元件或有機層之間具有界面之其他元件亦可受益。

此外，可給予其他材料(例如手套、靴、織品、保護衣物、或保護設備)對化學品(舉例來說，例如酸)之更強的抗性。可給予噴墨印刷機墨水筒、噴頭、或噴嘴對某些墨水或化學品更強的抗性。其他元件或材料亦可被植入以影響抗化學性。

本揭示並不限於本文所描述之特定實施例的範疇。實際上，本領域具有通常知識者將自上述描述以及附圖顯而易見除本文中所描述之實施例以及修改外的本揭示之其他 各種實施例以及修改。因此，這些其他實施例以及修改意欲落入本揭示之範疇內。此外，雖然本文中已在針對特定目的之特定環境下的特定實施方案之情況下描述本揭示，但本領域具有通常知識者將了解，本揭示之適用性不限於此，且可在針對任何數目之目的於任何數目之環境下有益地實施本揭示。因此，下文所闡述之申請專利範圍應根據如本文中所描述的本揭示之全廣度以及精神來解釋。

1‧‧‧噴墨印頭

2‧‧‧噴嘴

3‧‧‧彩色墨水

21~23‧‧‧圖解

100‧‧‧工件

101‧‧‧電漿鞘修改器

102‧‧‧離子

140‧‧‧電漿

151‧‧‧平面

212、214‧‧‧板

241‧‧‧邊界

242‧‧‧電漿鞘

269、270、271‧‧‧路徑

300‧‧‧印刷頭

301‧‧‧管道

302‧‧‧噴嘴

303‧‧‧開口區

304‧‧‧遮蓋物

350‧‧‧噴墨印頭

351‧‧‧墨水腔

352‧‧‧噴嘴

353‧‧‧開口區

354‧‧‧工件

355‧‧‧聚焦離子植入

356‧‧‧頂表面

358‧‧‧遮蓋物

400‧‧‧特徵

401‧‧‧層

500‧‧‧離子

501‧‧‧工件

502‧‧‧植入區域

503‧‧‧尺寸

504‧‧‧表面

700‧‧‧垂直壁

800‧‧‧生物晶片

801‧‧‧入口

802‧‧‧阻礙物

803‧‧‧加熱腔

804‧‧‧粗過濾器

805‧‧‧微型柱過濾器

806‧‧‧玻璃板

807‧‧‧工件

850‧‧‧泵

851a~851d‧‧‧工件

852‧‧‧入口區

853‧‧‧出口區

854‧‧‧出口隔膜或檔板

855‧‧‧入口隔膜或檔板

856‧‧‧入口區

857‧‧‧出口區

858‧‧‧膜片

859‧‧‧反向電極

860‧‧‧腔

900‧‧‧加速度計

901‧‧‧SOI固定部件

901‧‧‧SOI移動部件

1400‧‧‧結構

1401‧‧‧植入區域

為更佳地理解本揭示，參照以引用方式併入本文之附圖，附圖中：圖1為噴墨印刷機之一實施例的圖示。

圖2為具有電漿鞘修改器之電漿處理設備的方塊圖。

圖3繪示疏水性調節。

圖4為印刷頭之一實施例的側視剖面圖。

圖5為側壁多孔材料之形成的側視剖面圖。

圖6為正在對工件進行植入的側視剖面圖。

圖7A至7B代表氦氣植入至結構中之一實施例。

圖8A至圖8C顯示根據圖7之植入結果。

圖9A至圖9D顯示處理噴墨印頭之代表性的順序。

圖10代表一個典型生物晶片。

圖11代表一個微型泵。

圖12為加速度計內部之分解圖示(exploded view)。

圖13為正在對3D結構或特徵進行植入的側視剖面圖。

300‧‧‧印刷頭

301‧‧‧管道

302‧‧‧噴嘴

303‧‧‧開口區

304‧‧‧遮蓋物

350‧‧‧噴墨印頭

Claims (17)

1. 一種影響工件之抗化學性的方法，包括：進行物種之低能量植入，使所述物種進入工件之一部分的表面中，其中所述物種包括惰性氣體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影響工件之抗化學性的方法，其中所述表面包括3D特徵。
3. 如申請專利範圍第2項所述之影響工件之抗化學性的方法，其中一部分的所述表面包括所述3D特徵的側面。
4. 一種噴墨印頭的製造方法，包括：提供工件，所述工件具有頂表面、底表面及穿過所述底表面的孔隙，所述孔隙形成噴嘴；進行所述噴嘴的聚焦離子植入，以影響所述噴嘴的疏水性；以及將遮蓋物施加至所述頂表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之噴墨印頭的製造方法，更包括將所述孔隙蝕刻至所述工件中。
6. 如申請專利範圍第4項所述之噴墨印頭的製造方法，其中使用CF₄來進行所述離子植入。
7. 如申請專利範圍第4項所述之噴墨印頭的製造方法，其中所述工件包括所述孔隙與所述底表面交會的開口區，且所述噴墨印頭的製造方法更包括於所述開口區上進行聚焦離子植入，使得所述開口區與所述噴嘴具有不同的疏水性。
8. 如申請專利範圍第4項所述之噴墨印頭的製造方法，其中進行所述離子植入至小於100 nm的深度。
9. 如申請專利範圍第4項所述之噴墨印頭的製造方法，更包括於所述頂表面上進行離子第二離子植入，使得所述頂表面與所述噴嘴具有不同的疏水性。
10. 一種機電元件的製造方法，包括：確認元件中關注之第一區域，所述第一區域小於所述元件的整體，其中影響關注之所述第一區域的第一特性可為有益的；以及進行經確認之所述區域的聚焦離子植入，以影響關注之所述第一區域的特性。
11. 如申請專利範圍第10項所述之機電元件的製造方法，其中關注之所述第一區域包括流體穿過的區域，且所述第一特性包括疏水性。
12. 如申請專利範圍第11項所述之機電元件的製造方法，其中使用CF₄來進行所述離子植入。
13. 如申請專利範圍第10項所述之機電元件的製造方法，其中關注之所述第一區域包括可移動部件，且所述第一特性包括黏附性。
14. 如申請專利範圍第10項所述之機電元件的製造方法，其中進行所述離子植入至所述區域中之小於100 nm的深度。
15. 如申請專利範圍第10項所述之機電元件的製造方法，更包括確認關注之第二區域；以及 進行關注之所述第二區域之第二聚焦離子植入。
16. 如申請專利範圍第15項所述之機電元件的製造方法，其中關注之所述第二區域具有將被影響為不同於所述第一特性的特性。
17. 如申請專利範圍第10項所述之機電元件的製造方法，其中關注之所述第一區域包括與化學品接觸的區域，且所述第一特性為對所述化學品之抗性。