TW201447023A - 電漿沉積方法 - Google Patents

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Abstract

一種於一基材上電漿沉積一塗層之方法，該方法係使用以一電漿反應器裝置所產生的一非熱平衡大氣壓電漿來進行，該電漿反應器裝置與該基材間係由一間隙隔開，該方法包括：於一腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流，該腔室係由一具有一出口之介電質殼體所界定，前述之產生方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感或不相關；將該紊流發光電漿噴流與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物；使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物，以及將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材以於該基材上形成塗層。一種製造物，包括由該方法製備而得的一塗覆基材。

Description

電漿沉積方法
本發明包括一種電漿沉積方法及由其製備之製造物。
使用直接與基材接觸的發光電漿來塗覆基材的電漿沉積方法是已知的。此種方法於一殼體中使用發光層流或紊流電漿噴流，致使電漿噴流傳播至殼體的出口並穿越過去，發光電漿於該處直接接觸基材。層流電漿噴流向下驅動活化成分至基材的窄區域上。
WO 2012/010299 A1所記載的方法特別使用了一具有一出口之介電質殼體，該出口與基材間係由一間隙隔開。除了其他步驟外，此方法還將基材置於鄰近該介電質殼體之出口，以使基材之表面與電漿接觸。此外，此方法控制製程氣體的流率以及介電質殼體之出口與基材間的間隙，以使製程氣體在介電質殼體內具有紊流狀態。
為了克服直接電漿法的問題，US 7,968,154 B2發展出一種方法，其中基材的設置係遠離激發介質。US 7,968,154 B2的遠端基材激發介質法使形成塗層的材料接觸側向產生的激發介質。
本案發明人發現先前技術之方法的問題。舉例而言，關於層流電漿噴流法，我們發現將層流電漿噴流從基材移開或是將基材從層流電漿噴流移開，均會不利地使周遭大氣或真空干擾層流電漿噴流之流動動態 並導致塗層不均勻。例如，塗層不均勻具有不理想的高總厚度變異(TTV)、對於待塗覆基材表面的不均勻覆蓋或者是兩種情形都發生。此外，將層流電漿噴流從基材移開會在電漿反應器裝置之出口及基材之間形成相對大的不受限空間，並使利於塗覆之成分由於在到達基材前發生在所有方向上的浮昇及非浮昇流而產生不利的散射現象。此散射現象會造成反應性成分損失且降低層流電漿噴流法的效率。此外，我們發現控制製程氣體的流率及介電質殼體與基材間的間隙來產生紊流電漿的作法很不理想地對於間隙尺寸的微小改變敏感。此等微小改變會將電漿劇烈地從紊流狀態變換成層流狀態而不理想地造成塗層不均勻。
我們為解決先前技術方法某些問題的努力，使我們完成了一 種於基材上電漿沉積塗層之改良方法，其中該塗層可具有一或多項改良特點。我們相信，對於我們所發現的問題而由我們提出的技術方案並未由引用之資料揭示、教示或建議。
本發明包括一種電漿沉積方法，其中發光電漿並未與基材直接接觸，以及由此製得之製造物。本發明之實施例包括：一種於一基材上電漿沉積一塗層之方法，該方法係使用以一電漿反應器裝置所產生的一非熱平衡大氣壓電漿來進行，該電漿反應器裝置與該基材間係由一間隙隔開，該方法包括：於一腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流，該腔室係由一具有一出口之介電質殼體所界定，前述之產生方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊 流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感；將該紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物，其中該等利於塗覆之產物包括反應性前驅物成分及前驅物片段；使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物；以及將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材以於該基材上形成塗層，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。紊流發光電漿噴流之紊流部的存在對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感且不相關。紊流發光電漿噴流並不直接接觸基材或甚至不到達介電質殼體之出口。
一種製造物，包括由該方法製備而得的一塗覆基材。
架設電漿反應器裝置來進行該方法。此方法可用於製備製造物的塗覆基材。此等製造物具有許多應用。前述實施例可具有其他用途和應用，包括與塗覆用途和應用無關者。
【發明詳述】
發明內容及摘要係併入此處作為參考。本發明實施例包括上述的方法及製造物。本發明也包括一種使用一非熱平衡大氣壓電漿於一基材上電漿沉積一塗層之方法，其中該方法使用一介電質殼體，該介電質殼體與該基材間係由一間隙隔開，該介電質殼體界定一腔室，且具有透過該腔室而彼此分隔的近端與遠端，該介電質殼體之近端界定一製程氣體入口及前驅物材料入口，而該介電質殼體之遠端界定一出口，其中該等入口係彼此分隔且與該出口分隔，其中該腔室具有一鄰近該介電質殼體之該等入口的發光區域，且該腔室選擇性地具有一鄰近該介電質殼體之出口的非發光區域，其中該等入口係依序透過該腔室之發光區域及非發光區域(若存在非發光區域)而與該介電質殼體之出口形成流體連通，且其中該介電質殼體之功能在於將反應性成分流從該電漿引導至該基材，該方法包括：於該腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流，其方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感；將該紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物，其中該等利於塗覆之產物包括反應性前驅物成分及前驅物片段；使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體 之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物；以及將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材以於該基材上形成塗層，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。
該方法包括於該腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流之步驟，其方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感。本發明一發明點在於，即使在不存在介電質殼體的情形下，電漿噴流也可為紊流。此方法並不採用介電質殼體來產生紊流電漿狀態。介電質殼體於此方法中並非用來產生紊流，而是主要用於將材料流引導至基材。於此方法中，介電質殼體可具有額外的功能，只要此等額外的功能不包括形成紊流電漿狀態。此外，電漿噴流之紊流不會因為改變介電質殼體尺寸、改變間隙尺寸或移除介電質殼體而受影響。換言之，紊流電漿噴流之紊流部對於介電質殼體與介於介電質殼體和基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感且不相關。這代表在介電質殼體被移除，或是介電質殼體存在時，在所有的間隙尺寸條件下，都會存在紊流電漿噴流之紊流部。本發明涵蓋任何達到此結果的適合產生方法。一種適合之產生方法的實例包括使用以下步驟於該發光區域內(且限制於其內)產生該紊流發光電漿噴流：施加一射頻電壓至一電極以提供一活性電極，該電極係位於該介電質殼體之製程氣體入口內且與該介電質殼體分隔，其中該射頻電壓可有效產生一電漿，且該製程氣體入口具有一實際水力直徑Dact；將一具有動黏度νg之製程氣體以流率F流至該製程氣體入口，經過該製程氣體入口通過該活性 電極到達該介電質殼體之出口並離開，其中該製程氣體之動黏度νg小於氦的動黏度νHe，其中動黏度ν係於攝氏25度下量測；且其中Dact大於或等於一計算水力直徑Dcalc，其中Dcalc=4*F/(π*ν*Re)，其中*代表相乘，/代表相除，F及各v之定義如前，且Re為一大於或等於1,000之雷諾數；藉此於該腔室之發光區域內在大氣壓力下產生該紊流發光電漿噴流。
此紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形 成擴散發光電漿之區域。通常此擴散作用發生於與製程氣體入口相距計10倍於製程氣體入口之實際水力直徑Dact處。紊流發光電漿以大致垂直於噴流之軸的方向從紊流發光電漿噴流向外自然側向分散或散射而形成擴散發光電漿。舉例而言，若紊流發光電漿噴流是以垂直向下y方向設置，則擴散發光電漿是由紊流發光電漿於大致x方向的自然向外分散或散射而側向形成。擴散發光電漿的光度於擴散電漿移動接近介電質殼體之出口時自然降低，直到(若介電質殼體夠長)擴散電漿最終在到達介電質殼體之出口前變成擴散非發光電漿。腔室的選擇性部分(擴散電漿於其內變成非發光者)於本文中係稱為腔室的非發光區域。
該方法也包括將該紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物的步驟，其中該等利於塗覆之產物包括反應性前驅物成分及前驅物片段。可將霧化前驅物材料流入或注入腔室的發光區域內來進行接觸步驟，而於發光區域內發生接觸。
該方法也包括以下步驟：使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出 口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物。可使用具有足夠長度的介電質殼體，而使紊流發光電漿噴流側向分散或散射以於到達介電質殼體之出口前在其內部形成擴散發光電漿，藉此保持紊流發光電漿噴流從介電質殼體之出口隔開。擴散電漿可為發光者，或是在發光區域內為發光者，而在腔室的非發光區域內為非發光者。若是離開出口的擴散電漿為非發光者，則使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物從該發光區域流至該介電質殼體之出口的步驟可包括：採用一具有足夠長度的介電質殼體以供形成該非發光區域，且使該等利於塗覆之產物從該腔室的發光區域流至該腔室的非發光區域，該擴散發光電漿於此非發光區域成為一擴散非發光電漿。 之後，使包含該擴散非發光電漿的該等利於塗覆之產物從該腔室的非發光區域流至該出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物。非發光區域無紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿。在本方法的某些實施例中，腔室不存在非發光區域。在本方法的其他實施例中，腔室內存在非發光區域。 腔室中是否存在非發光區域與腔室從一或多個製程氣體入口至介電質殼體之出口的長度相關連。非發光區域與介電質殼體之製程氣體入口的距離與擴散發光電漿失去其光度且成為非發光者處相關連，而非相反。
若擴散電漿為發光者，則使包含一擴散電漿之該等利於塗覆 之產物從該發光區域流至該介電質殼體之出口的步驟可包括：使包含該擴散發光電漿的該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域直接流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以 提供包括該擴散發光電漿的經釋放之利於塗覆之產物，其係位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔。
該方法也包括將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材 以於該基材上形成塗層之步驟，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。可使經釋放之利於塗覆之產物射至基材之準備塗覆表面上並與其物理性接觸以進行接觸步驟。經釋放之利於塗覆之產物可包括擴散發光電漿或是經釋放之非發光電漿。
紊流發光電漿噴流並不直接接觸基材或甚至未到達介電質 殼體之出口。於某些實施例中，擴散發光電漿可不直接接觸基材或甚至未到達介電質殼體之出口。另一方面，於本文所述之其他實施例中，於所有擴散發光電漿可變成非發光者之前，擴散發光電漿而非紊流發光電漿噴流可直接接觸基材。可藉由縮短介電質殼體(例如介電質管道)之長度，致使在進行本方法的過程中沒有機會形成腔室的選擇性之非發光區域，且部分擴散發光電漿可從介電質管道之出口離開，而實現本方法中擴散發光電漿直接接觸基材的實施例。介電質殼體與基材間的間隙通常獨立於介電質殼體內界定的腔室之長度，且更通常的是不論於其中界定的腔室之長度為何，間隙都相同。
在本方法的前述步驟期間，於開始後不久及/或在穩態條件 下，紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿以及任何擴散非發光電漿同時共同存在。電漿的特徵在於，在本方法的前述步驟期間，其於腔室的發光區域內為發光者且於腔室的非發光區域(若存在的話)內為非發光者。
若存在的話，腔室的非發光區域之特徵通常在於在本方法期 間其內部設置有擴散非發光電漿，其中肉眼並無法觀察到該擴散非發光電漿。腔室的發光區域之特徵通常在於在本方法期間其內部設置有發光電漿，其中肉眼可觀察到該發光電漿。為便於比較及保存紀錄，電漿的光度及非光度可利用文後所述之數位偵測方法確認。舉例而言，電漿的光度可利用該偵測方法而偵測，而電漿之非光度並無法利用該偵測方法而偵測。
可將腔室的發光區域區分為兩區：發光電漿噴流區(區域1) 及擴散發光電漿區(區域2)。發光電漿噴流區係位於緊鄰介電質殼體之入口(例如製程氣體入口及霧化前驅物材料入口)，而擴散發光電漿區係位於發光電漿噴流區及介電質殼體之出口或腔室的非發光區域(若存在的話，區域3)之間。發光電漿噴流區之特徵可在於具有一線性及界限分明的發光電漿噴流，其通常為圓柱形。擴散發光電漿區之特徵可在於具有擴散發光電漿，其形態或形狀不明確。發光電漿噴流及擴散發光電漿區之每一者獨立具有一長度(垂直距離)，其係為最大直徑製程氣體入口之實際水力直徑Dact的1至10倍。發光電漿噴流區的長度係獨立於製程氣體之流率F，前述製程氣體進入製程氣體入口，而發光電漿噴流由此處離開。確認在發光電漿噴流區與擴散發光電漿區之間的精確邊界對於本發明之方法而言並不重要。相同地，確認在發光區域及非發光區域(若存在的話)之間的精確邊界對於本發明之方法也不重要。於該方法期間，腔室之發光區域及任何非發光區域可輕易透過肉眼辨識，或是透過文後所述之偵測方法辨識。
本方法可包括以向下y方向朝著設置於電漿反應器裝置下 方的基材供給用以產生紊流電漿的製程氣體，此係相對於以平行基材的水平或側向x方向進行供給而言。本方法是基於一種創造性技術方案，其係 針對為了克服使用浮昇電漿噴流(例如在大氣壓力下利用向下供給的氦製程氣體所產生者)的缺點所遭遇到的問題。這些缺點包括利於塗覆之產物的散射以及干擾接近基材之利於塗覆之產物的整體流動動態。這些缺點導致低沉積率及/或不均勻的塗層。本方法可有利地在使用向下供給的製程氣體時於介電質殼體與基材間的間隙內產生利於塗覆之產物的壁面噴流。本方法有利地將向下供給的製程氣體之流動動態與利於塗覆之產物於間隙處的流動動態兩者去除關連。本發明的技術方案並無法由引用文獻達成，也未由其揭示、教示或建議。
於本文中，「可」代表一種選擇，而不是代表必定要。「選擇 性(地)」代表可存在或不存在。「接觸」代表進行物理性接觸。「操作性接觸」包括功能上有效的碰觸，例如修飾、塗覆、附著、密封或填充。操作性接觸可為直接物理性碰觸或間接碰觸。本文參照的所有美國專利申請案公開及專利案或是其部分(若只參照了一部分)，在所併入的標的不與本案描述相矛盾的程度上，係併入本文作參考，且若發生相矛盾時，本文的描述應優先適用。所有的「wt%」(重量百分比)，除非另有指明，否則應基於用來構成組成物之所有成分的總重量，且相加後總和為100wt%。任何包含上位及其下位概念的馬庫西群組包含上位概念中的下位概念，例如，於「R為烴基或烯基」的馬庫西群組中，R可為烯基，或R可為烴基，其包含烯基及其他下位概念。「非發明」態樣並不是指先前技術態樣；任何非發明態樣可獨立是或不是先前技術。所有的黏度，包括動黏度，以及密度係於攝氏25度(℃)及101千帕(kPa)下量測，除非另有指明。通用格式「有機聚矽氧烷」之術語及通用格式「聚有機矽氧烷」之術語可於本文中互換使用。術語「實 質相同」代表至少90%或至少95%或至少98%但低於100%相同。「x方向」及「y方向」各自代表直角座標系統的橫軸和縱軸。在指稱於本方法中所產生的紊流發光電漿噴流時，此術語與術語電漿噴流、紊流電漿、紊流電漿噴流及發光電漿噴流於本文中可互換使用。
以下參照一實施例說明本方法，其中接觸基材的擴散電漿為 經擴散之非發光電漿。適用於本方法的一裝置之實例如圖1所示。以圖1的裝置來說明(但不限制)適用於本方法的裝置之類型。於本方法中，圖1的裝置以向下y方向朝著基材供給用來產生電漿的製程氣體。
於所有圖式中，類似的編號代表類似的元件。然而，為了便於在文後說明中進行區分，類似的元件也可賦予不同編號。
圖1為適合的電漿反應器裝置及基材的實施例之剖視圖。於圖1中，電漿反應器裝置1包括以下元件及特徵：電極11及12、腔室13、介電質管道14、出口15、製程氣體入口16及17、介電質噴射器本體19、霧化器21、前驅物材料入口22、噴霧器出口23以及金屬板28。裝置1可選擇性地更包括介電質支座27。可架構裝置1及其變形以實施本方法，且其可用於本方法的某些實施例中。為了方便，圖1也顯示基材25及介於介電質管道14與基材25之間的間隙30。
請再參照圖1，裝置1包括介電質噴射器本體19、介電質管道14及電極11及12。介電質噴射器本體19界定了製程氣體入口16及17。電極11及12分別位於製程氣體入口16及17中央。電極11及12與製程氣體入口16及17之尺寸係設計為可使製程氣體入口16及17每一者獨立具有一實際水力直徑Dact。介電質噴射器本體19也界定了霧化器21。霧化器21 具有前驅物材料入口22及噴霧器出口23。介電質管道14具有近端及遠端(未指明)，兩者彼此分隔。介電質管道14可具有圓柱形或盒形，或是橢圓形，或是其他幾何形狀或非幾何形狀。於圖1中，介電質管道14為圓柱形。介電質管道14的近端鄰近於介電質噴射器本體19且與其密封操作性接觸，且介電質管道14的遠端界定了出口15。介電質噴射器本體19及介電質管道14共同包含一介電質殼體，其界定了腔室13，腔室13為一除了製程氣體入口16及17與出口15以外的密閉體積空間。金屬板28係設置為與介電質管道14的出口15垂直且相間隔。可將金屬板28接地或不接地。圖1顯示選擇性的介電質支座27，介電質支座27係設置於金屬板28之上且與金屬板28實質平行。圖1也顯示裝設於介電質支座27上的基材25，致使基材25與介電質管道14之出口15間被間隙30所隔開。間隙30是與裝置1周遭(即裝置1外部)的大氣(例如空氣)及腔室13內含物流體連通的空間。
請再參照圖1，於本方法過程中，腔室13係設計為具有一 發光區域(圖未示)鄰近於介電質噴射器本體19之製程氣體入口16及17以及一非發光區域(圖未示)鄰近於介電質管道14的出口15，其中製程氣體入口16及17及霧化器21係依序經由腔室13的發光區域及非發光區域與介電質管道14之出口15流體連通。換言之，製程氣體入口16及17及霧化器21依序流體連通至發光區域的發光電漿噴流區、發光區域的擴散電漿區、非發光區域及出口15，其均屬於腔室13。通過腔室13的流體連通通常不受阻礙，因為在腔室13內不含有中介性物理結構。或者是裝置(1)可更包含一物理結構(例如檔板)設置在腔室13內，此等物理結構可改變但不會 防礙通過腔室13的流體連通之路徑。腔室13的發光區域可為腔室13的上部5至95體積百分比(vol%)部分(圖未示)，而相反的腔室13的非發光區域可為腔室13下部95至5vol%部分(圖未示)。於本方法期間，發光區域含有紊流發光電漿，其係由腔室13之非發光區域而與介電質管道14之出口15相隔。
於本方法期間，將製程氣體分別經由製程氣體入口16及17 通過電極11及12供給至腔室13內，其均屬於電漿反應器裝置1。將前驅物材料從前驅物材料入口22經由霧化器21供給至噴霧器出口23並進入腔室13。霧化器21霧化前驅物材料(圖未示)以於腔室13之發光區域的發光電漿噴流區內形成霧化形式的前驅物材料(圖未示)。或者是，霧化器21可不存在於電漿反應器裝置1，而可將前驅物材料以氣體形式併入前驅物氣體流內經由前驅物氣體入口16及/或17進入。將電極11及12通電，而於大氣壓力下在腔室13的發光區域之發光電漿噴流區內產生紊流發光電漿噴流(圖未示)，其方式係使紊流發光電漿噴流之紊流部對於介電質管道14及介於介電質管道14與基材25之間的間隙30的存在與尺寸不敏感或不相關。將發光電漿(紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿)與霧化前驅物材料接觸以於腔室13的發光區域內提供利於塗覆之產物(圖未示)。使包括擴散電漿的利於塗覆之產物，而非紊流發光電漿噴流，從發光區域流至介電質管道14之出口15，之後離開介電質管道14之出口15，而提供經釋放之利於塗覆之產物，其包括位於介電質殼體外且與紊流電漿相間隔之擴散非發光電漿。擴散電漿可為擴散發光電漿，但在本說明中，擴散電漿為經擴散之非發光電漿。利於塗覆之產物流至腔室13的非發光區域(圖未示)， 且於此非發光區域處，擴散發光電漿已成為經擴散之非發光電漿。利於塗覆之產物之後從腔室13的非發光區域流至出口15，並離開介電質管道14之出口15而提供經釋放之利於塗覆之產物。將包括擴散非發光電漿的經釋放之利於塗覆之產物接觸基材，以於基材上形成塗層，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。紊流發光電漿噴流(圖未示)並不直接接觸基材25或甚至未到達介電質管道14之出口15。只有呈現擴散非發光電漿(圖未示)形式的電漿離開介電質管道14之出口15並接觸基材25。
請再參照圖1，於發光區域(圖未示)內產生紊流電漿的步 驟可包括施加一射頻(1千赫(kHz)至300吉赫(GHz))電壓至位於介電質殼體之介電質噴射器本體19部的製程氣體入口16及17內之電極11及12，以活化電極11及12。射頻電壓可有效產生電漿。製程氣體具有動黏度νg，並以獨立流率F被流至製程氣體入口16及17的每一者。製程氣體的動黏度νg小於氦的動黏度νHe。Dact大於或等於計算水力直徑Dcalc，其中Dcalc=4 * F/(π * ν * Re)，其中*代表相乘，/代表相除，F及各v之定義如前，且Re為一大於或等於1,000之雷諾數(即Re1.000×103)。舉例而言，Re可為>1.000×103；或>1.5×103；或>2.0×103；或>2.5×103。Re可具有任何上限。實用的Re上限可為5×103；或4×103；或3×103。
在電漿反應器裝置1的使用期間，紊流電漿噴流形成並離開 入口16及17進入腔室13之發光區域。換言之，紊流電漿的紊流部對於介電質管道14及介於介電質管道14與基材25之間的間隙30的存在與尺寸不敏感或不相關。電漿噴流可以是自然的紊流，即使不存在介電質管道14，其主要係用於本方法中以將材料流(例如電漿及利於塗覆之產物，包括反 應性成分)從電漿物理性引導至基材。藉由Re1,000，基於Re以設計製程氣體入口16及17以獨立具有實際水力直徑Dact(其大於或等於計算水力直徑Dcalc)，且使用具有動黏度νg(其小於氦的動黏度νHe)的製程氣體，紊流電漿噴流係於大氣壓力下產生且被侷限於腔室13之發光區域的電漿噴流區內。為了方便，於本文中將其稱為特徵(a)。
請再參見特徵(a)，於本方法期間，紊流電漿噴流對於注入 的霧化前驅物材料具有改善的混合及接觸交互作用，因為一旦離開製程氣體入口16及17並進入腔室13的發光區域，紊流發光電漿噴流會於腔室13的發光區域中側向分散，而不會向下朝向腔室13的出口15射去。換言之，製程氣體的流率F不再增加電漿噴流向下往介電質管道14的射出，反倒是紊流發光電漿噴流被侷限在並停留於腔室13的發光區域之發光電漿噴流區內。有利的是，介電質管道14引導利於塗覆之產物流及任何未反應的製程氣體向下至出口15，而利於塗覆之產物及未反應的製程氣體不會在側向方向(即與介電質管道14之軸垂直的方向)上分散或損失，這在沒有使用介電質管道14的情形下則會發生。
請再參見特徵(a)，於本方法期間，製程氣體的動黏度νg、 製程氣體流率F及介電質管道14在其出口15處的形狀能使離開接近介電質管道14之壁面(圖未示)的出口15及介於介電質管道14之遠端(圖未示)及基材(25)間的鄰接間隙30的利於塗覆之產物流的部分，滿足於出口15處具有利於塗覆之產物的非浮昇噴流的條件。若使用的製程氣體其密度大於或等於介電質管道14周遭之大氣的密度，則將滿足此條件。舉例而言，若使用氬作為製程氣體而空氣作為周遭大氣，其中於本方法期間在其各自 的溫度下氬的密度大於空氣，則將滿足此條件。
在本方法所使用的條件下，腔室13沿著其軸的長度Lc(即 從介電質噴射器本體19內製程氣體入口16及17至介電質管道14之出口15)具有足夠長的距離，而可使紊流發光電漿與其內的非發光區域分離，但此距離並不會過長而造成發光區域中形成的全部反應性成分在所形成的利於塗覆之反應產物離開介電質管道14之出口15且接觸基材25之前有時間失去活性。此條件可使被製程氣體活化之成分及前驅物分子或片段在腔室13的非發光區域內或在基材25的表面進一步交互作用。此外，介電質管道14之主要功能在於引導利於塗覆之產物通過發光及非發光區域而到達基材，藉此防止利於塗覆之產物於其到達基材前發生散射。為了方便，於本文中將其稱為特徵(b)。腔室(如13)的典型長度Lc為8毫米(mm)至400mm，或8至90mm，或90至200mm。腔室13的典型平均直徑(即介電質管道14的內徑)為8至500mm(例如18mm)。長度Lc可大於、等於或小於介電質管道的內徑。舉例而言，若介電質噴射器本體內有少數製程氣體入口(例如圖1中介電質噴射器本體19只有16及17)，則長度Lc可大於介電質管道(如14)的內徑。若介電質噴射器本體內有許多製程氣體入口(例如10或20個製程氣體入口，圖未示)，則長度Lc可小於介電質管道(圖未示)的內徑。舉例而言，介電質殼體之長度可為8至400毫米；介電質殼體之內徑可為8至500毫米，且選擇性地，該長度係大於介電質殼體之內徑。 長度Lc有助於避免或最少化對基材25之電漿入射表面(上表面，圖未示)造成任何電漿引發之損害，而若基材是與電漿接觸的情形下則將會發生此種損害。此外，長度Lc使紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿能混合及形成， 並防止各紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿直接與基材接觸。只有擴散非發光電漿直接與基材接觸。長度Lc防止利於塗覆之產物局部沉積在基材25(會設置在製程氣體入口16及17下方)的區域上，因此降低或避免基材25上的塗層不理想地非均勻沉積。換言之，紊流發光電漿(發光電漿噴流區)可不沿著裝置管道14的腔室13之整個長度Lc向下傳播。
若選擇製程氣體流率F及間隙30而使電漿噴流的福祿數Fr 最大化，則當使用的製程氣體其密度小於或等於空氣密度時，有可能於介電質殼體之出口(如15)處滿足利於塗覆之材料的非浮昇噴流之條件。福祿數Fr是慣性力及浮力的比值，其係根據以下數學式：Fr=Uo2/(g * DFrd *(ρ0-ρa)/ρ0)>1，其中*及/定義如前；Uo為利於塗覆之產物的速度，g為重力常數，ρ0為製程氣體之密度，ρa為周遭大氣(空氣)之密度，其中DFrd為圓柱狀間隙(例如30，其由基材(例如25)上方的圓柱狀介電質管道(例如14)所限定)的水力直徑，其中DFrd=2 *間隙30，且Uo等於利於塗覆之產物的流率除以間隙(例如30)的表面積，其等於(介電質管道(例如14)及基材(例如25)間的距離)乘以(圓柱狀介電質管道(例如14)之圓周)所得之積。為了方便，於本文中將其稱為特徵(c)。
在不受到理論的限制下，本方法藉由確認並首次結合特徵(a) 至(c)於單一製程中而實現某些優點。舉例而言，特徵(a)可使紊流電漿噴流於x方向(即於腔室13的發光區域(圖未示)內水平)上分散，藉此增加紊流電漿和從霧化器21注入發光區域內的霧化前驅物材料之間的碰撞和交互作用，同時於本方法的前述產生、接觸、使流動及接觸步驟期間確保紊流發光電漿噴流停留在發光區域的發光電漿噴流區內。特徵(b)結合特徵(a) 可使腔室(例如13)的發光及非發光區域內的流動動態與腔室(例如13)的出口(例如15)處的流動動態去除關連，這可在腔室(例如13)的出口(例如15)及基材(例如25)之間的間隙(例如30)增加時，確保發光區域內的紊流電漿狀態不會改變。增加間隙(例如30)可能是理想且有利的，以使利於塗覆之產物進一步在x方向上於基材上方分散出去，藉此於基材上方電漿反應器裝置的給定通過中或於電漿反應器裝置(例如1)下方基材的單次通過中增加基材的被塗覆面積。於本發明之前，增加間隙(例如30)會干擾電漿噴流。特徵(b)也確保利於塗覆之產物內的活性成分(例如被製程氣體活化之成分、前驅物分子及前驅物分子片段)在利於塗覆之產物於基材上形成塗層時仍會存在。特徵(c)係關於經由出口(例如15)離開腔室(例如13)的利於塗覆之產物之氣體流的慣性，且造成利於塗覆之產物流成為經過介於介電質管道(例如14)及基材(例如25)間的間隙(例如30)的壁面噴流之形式。特徵(c)確保利於塗覆之產物流不被外部大氣(例如空氣氣流)的任何移動所干擾或降低干擾。本方法利用特徵(a)至(c)的結合提供了紊流電漿，其係於塗層形成期間作為一不受電漿反應器裝置(例如1)周遭大氣(例如空氣)干擾或僅輕微干擾之穩定噴流，藉此增加沉積於基材上的塗層之均勻性、減少其中的粉末形成並減少其總厚度變異(TTV)。
本方法的好處之一在於基材上形成的塗層具有較低的 TTV。本方法也增加塗層的對稱性(若越過塗覆區域(位於腔室13之出口15的正下方)進行觀察)。透過與非發明之方法進行比較，若使用層流電漿噴流來取代此處的紊流電漿，基材(直接位於向下傳播至基材的層流電漿噴流下方中央)上非發明之塗層的厚度會是最大，且厚度會從直接被噴流 撞擊的基材區域向外徑向減少。因此，非發明之塗層的TTV會較本發明大，且非發明之塗層會較本發明不對稱。降低TTV的優點如圖2a所示。圖2a中顯示在利用氬作為製程氣體而使用本方法進行塗覆後之圓形基材。視覺觀察顯示塗層在整個基材上均為均勻且一致。圖2a的塗層係使用圖2b所示的電漿反應器裝置之蛇形沉積路徑施用至基材。
附加的好處在於本方法增加於基材上形成塗層的利於塗覆 之產物的沉積率，此係相較於使用層流電漿噴流或使用非紊流電漿或其中利於塗覆之產物並未被引導向基材的非發明之方法而言。此外，本發明之塗層並不僅在腔室13的出口15之正下方形成，而是良好的延伸超過下方設置介電質管道14之基材的區域。這是因為由介電質殼體遠端(例如14的遠端)及基材之間的間隙(例如30)所形成的壁面噴流形狀促使離開介電質腔室(例如13)之出口(例如15)之利於塗覆之產物的所有活性成分平行於基材表面而移動，進而增加其與基材進行塗覆交互作用的時間長度。因此，經釋放之利於塗覆之產物可擴散通過間隙30到達基材25(其係位於周遭大氣下，例如空氣)的區域上。因此，本方法增加了給定直徑的介電質管道14的塗覆區域的大小。此外，本方法也因此增加了沉積效率，其中沉積效率係定義為基材上沉積的膜之質量與供給到介電質腔室之前驅物的質量之比例。
延伸塗覆區域超過介電質管道14正下方之基材的區域之此 種優點可見圖3。圖3顯示利用本方法之實施例部分塗覆的圓形基材之透視圖。於圖3中，圓圈32對應介電質管道14的內徑(圖1)。圖3所示之沉積圖案係相對於14的圓形呈現對稱，且沉積作用從位於介電質管道14之出 口15正下方的基材之區域延伸多達30mm。圓圈32(具有半徑<介電質管道14之內徑)內的區域具有棕色且對應至較薄但均勻的膜厚。此外，從腔室出口對稱延伸整個晶圓表面的藍色區域34對應至較厚的沉積，顯示沉積作用發生於遠離介電質腔室出口處，且不受周遭環境(空氣)影響。由於靜態沉積圖案的對稱性，介電質管道14於基材25上依照圖2b所示蛇形路徑的移動可形成厚度絕佳均勻之薄膜的沉積(圖2a)。
製程氣體可具有動黏度νg，其小於氦的動黏度νHe。換 言之，製程氣體可具有動黏度νg，其等於或小於1.17*10-4平方米/秒(m2/s)。製程氣體的動黏度vg可為1.00*10-4m2/s，或8*10-5m2/s，或6*10-5m2/s，或4*10-5m2/s，或2*10-5m2/s。製程氣體的動黏度vg可為>1*10-6m2/s，或>5*10-6m2/s，或>1*10-5m2/s。製程氣體可為一氬、氮或氬及氮之混合物之氣體。於25℃及101kPa下，氬之動黏度νg等於1.3416*10-5m2/s。製程氣體可含有微量的氦(例如<5wt%，或<2wt%，或<1wt%。或者是製程氣體不含氦(0.0wt% He)。製程氣體可為任何滿足前述條件(例如特徵(a)至(c))或vg及vHe之動黏度關係的氣體或氣體混合物。
製程氣體之密度d可大於氦在25℃及101kPa下的密度。
可使製程氣體以流率F流至各製程氣體入口，其中對於各製程氣體入口，F係獨立為1*10-5立方米/秒(m3/s)至1*10-3m3/s。於此範圍內，至製程氣體入口的製程氣體之流率F可為2*10-5m3/s，或4*10-5m3/s，或8*10-5m3/s；及/或8*10-4m3/s，或6*10-4m3/s，或4*10-4m3/s。製程氣體流可為脈衝式或連續式。
前驅物材料可為單一物質、兩種或更多物質的混合物或是一 連串依序供給的兩種或更多種不同物質。一連串依序供給的兩種或更多種不同物質可使本方法於基材25上產生一多層塗層。
前驅物材料為可被紊流電漿霧化及離子化且引導通過腔室 13以於基材25上形成塗層的任何物質。舉例而言，前驅物材料可為聚合性前驅物材料。前驅物材料可為固體、液體或氣體或蒸氣，或是其任兩者或多者的混合物。前驅物材料可為無機或有機者。適合的有機前驅物材料為羧酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯類、甲基丙烯腈、烯類及二烯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯及其他甲基丙烯酸烷酯，以及對應之丙烯酸酯，包括有機官能基性甲基丙烯酸酯與丙烯酸酯，包括聚(乙甘醇)丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯類、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸三甲氧基矽基丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸二烷基胺基烷酯及(甲基)丙烯酸氟烷酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、富馬酸及酯、伊康酸(及酯)、馬來酸酐、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、鹵化烯(例如乙烯鹵化物，如氯乙烯、氟乙烯，及氟化烯，例如全氟烯)、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙烯、丙烯、烯丙基胺、亞乙烯基鹵化物、丁二烯、丙烯醯胺(例如N-異丙基丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺)、環氧化合物，例如縮水甘油氧丙基三甲氧基矽烷、縮水甘油、苯乙烯氧化物、丁二烯一氧化物、乙甘醇二縮水甘油醚、甲基丙烯酸縮水甘油酯、雙酚A二縮水甘油醚(及其寡聚物)、乙烯基環己烯氧化物，導電聚合物(例如吡咯及噻吩及其衍生物)，及含磷化合物，例如二甲基烯丙基膦酸鹽。前驅物材料也可包括丙烯官能性有機矽氧烷及/或矽烷。
適合的無機前驅物材料可為金屬、金屬氧化物或含矽材料。 有機金屬化合物也可為適合的前驅物材料。此等有機金屬化合物包括金屬烷氧化物，例如鈦酸鹽、錫烷氧化物、鋯酸鹽以及鍺與鉺之烷氧化物。含矽前驅物材料可為矽氧烷系者。適合的含矽前驅物材料包括矽烷(例如矽烷、烷基矽烷、烷基鹵代矽烷、烷氧基矽烷)及線性(例如聚二甲基矽氧烷或聚氫甲基矽氧烷)及環狀矽氧烷(例如八甲基環四矽氧烷)，包括有機官能性線性及環狀矽氧烷(例如含Si-H、鹵代官能性及鹵烷官能性線性及環狀矽氧烷，例如四甲基環四矽氧烷及三(九氟丁基)三甲基環三矽氧烷)。 可使用不同含矽前驅物材料之混合物，以例如設計符合特定需求之基材塗層物性(例如熱性質、光學性質(如折射率)及黏彈性)。
本方法將製程氣體及前驅物材料轉化成利於塗覆之產物，其包含反應性前驅物成分及前驅物片段及任何製程氣體。
基材(如圖1中的25)可為任何適於根據本方法於大氣壓力下經由電漿沉積接受塗層的材料。可使用不同的前驅物材料以製備利於塗覆之產物而將多種功能性塗層沉積至多種基材上。這些塗層被移植至基材且可保留前驅物材料分子的功能性化學。基材可為矽，例如矽晶圓。本方法可於矽晶圓上形成塗層以製備矽晶圓而用作為光伏電池。於本方法中，可將基材相對於電漿反應器裝置(例如1)之出口(例如25)移動，以連續塗覆基材。
本方法可塗覆具有任何結構的基材，包括二維表面，例如片狀基材的主要表面，及複雜形狀，例如管子、瓶子、配管、蓋子、包裝材、容器、罩、盒、紙盒、袋、泡殼包裝、模造塑膠件及積層體、電子設備、光學元件、醫療器材、牆壁、地板、粉末、粒子、醫用植體、針、墊圈、 密封件、輪廓、軟管、電子及診斷元件、家用物品，包括廚房、浴室及烹飪用具、辦公家具及實驗室用具。中空基材(例如管子或瓶子)可被塗覆於內側表面、外側表面或內側及外側表面。可被塗覆的電子設備包括織品及布料系電子印刷電路板、顯示器(包括撓性顯示器)及電子元件(例如電阻器、二極體、電容器、電晶體、發光二極體(LED)、有機LED、雷射二極體、積體電路(IC)、IC晶粒、IC晶片、記憶體裝置、邏輯裝置、連接器、鍵盤、半導體基材、光伏電池、光伏電池製備用晶圓及燃料電池。光學元件包括鏡片、隱形眼鏡及其他光學基材。製造物可包括塗覆基材，其係根據本方法而塗覆任一種前述基材而製得。
可由本方法形成的塗層之實例為用於表面活化、抗菌、減少 摩擦(潤滑劑)、生物相容性、抗蝕、疏油性、親水性、疏水性、阻障、自潔、捕捉的活性物及印刷附著塗層的塗層。
本方法可將活性材料施用於基材上，而活性材料可於該處被 捕捉於基材上。術語「活性材料」代表一或多種材料，當其存在某一環境下時可實現一或多種特定功能，但不會在此電漿環境內發生化學鍵形成反應。活性材料係與術語「反應性」清楚區分；反應性材料或化學成分旨在表示於電漿環境中發生化學鍵形成反應的成分。活性材料當然可於塗覆製程後進行一反應。適合的活性材料之實例包括抗微生物劑(例如四級銨及銀系者)、酵素、蛋白質、DNA/RNA、醫藥材料、防曬液、抗氧化劑、阻燃劑、化妝品、治療用或診斷用材料抗生素、抗菌劑、抗真菌劑、化妝品、清潔劑、生長因子、蘆薈及維生素、香水&調味料；農用化學品(費洛蒙、殺蟲劑、除草劑)、染料及色素(例如光色染料及色素)及催化劑。本發明 使用之活性材料的化學性質通常不十分重要。其可包含任何固體或液體材料，此種材料可結合於組成物中且(若適當的話)之後可以所欲速率進行釋放。
本發明所用的電漿一般可為任一種的非平衡大氣壓電漿。電 漿可為非局部熱平衡大氣壓電漿放電，包括介電阻障放電及擴散介電阻障放電，例如輝光放電電漿。
電漿反應器裝置(如圖1中的1)可具有1、2或多於2個 電極(例如11及12)。即使使用1個電極，該裝置仍可產生紊流電漿。高電位電極的存在於製程氣體(例如Ar(g)或N2(g))附近產生了足夠強的電場而導致電漿離子化程序並形成紊流電漿。電極可為裸金屬電極，例如鎢電極。電極可含有放射性元素以促進製程氣體的離子化。電極可涉及一尖點以促進製程氣體離子化。電極可為實心或空心者。可將製程氣體吹過實心電極外部或通過空心電極內部及/或通過其外部。
電漿反應器裝置(如圖1中的1)可具有出口(例如15)， 其可藉由調換進出不同尺寸的介電質管道(例如14)而調整。不同尺寸的出口可更有效率地塗覆不同尺寸的基材。
霧化器(如圖1中的21)可為任一種適合將前驅物材料霧 化的該種裝置。霧化器可利用製程氣體來霧化前驅物材料。霧化器可為例如氣動噴霧器，特別是平行路徑噴霧器，例如由Burgener Research Inc.,Mississauga,Ontario,Canada所販售者，或於美國專利第6634572號中所記載者；超音波霧化器，例如超音波噴嘴，購自Sono-Tek Corporation,Milton,New York,USA；電灑技術。霧化器可與電極結合，而使霧化器也可作為 電極。
提供至一或多個電極(例如圖1中的11及12)的電源(圖 未示)為範圍1kHz至300GHz的射頻電源。本方法可使用極低頻率(VLF)3kHz-30kHz頻帶，即使低頻率(LF)30kHz-300kHz範圍也可成功使用。 一種適合的電源為Haiden Laboratories Inc。該單元的頻率也可變動(1-100kHz)以符合電漿系統。
電漿反應器裝置的介電元件可由任一種為直接電流之非導 體且適於接觸紊流電漿的材料所組成。此等材料的實例為有機聚合物，例如聚醯胺、聚烯烴(例如聚丙烯)、聚全氟烯烴(例如聚四氟乙烯)；鈉鈣玻璃(例如石英)、礬土及此等材料的複合材料，包括玻璃纖維強化的有機聚合物。適合的電漿反應器裝置之實例係記載於US 2009/0142514 A1中者，其可輕易採用以用於本方法中。
本發明解決了先前技術之電漿沉積方法所發現的某些問 題。舉例而言，本方法於基材上形成了塗層，其中該塗層具有比非發明之方法更低的總厚度變異(TTV)。本發明的某些態樣可獨立解決額外的問題及/或具有其他優點。
對照及/或發明實例中使用的材料：利用文後非限制性實例進一步說明本發明，且各組成物/方法可為其特徵及限制條件的任一種組合。實例的組成物/配方中的成分之濃度係由所添加成分的重量來確認，除非另有指明。
電漿光度/非光度偵測方法：當電漿設置於黑箱內時，利用NIKON COOLPIX D5000數位相機組以5.6毫米的快門光圈及每秒1/16的快 門速度，紀錄電漿的樣本影像。將所得樣本影像儲存於電腦中，並利用ImageJ影像處理軟體進行處理。可以灰階或彩色影像顯示或列印樣本影像。於380至760奈米的波長下使用ImageJ軟體來確認色密度值。比較樣本影像的色密度值和在相同波長下關掉電漿而取得的參照「黑色」影像之色密度值。
實例(Ex.)1：使用圖1的電漿反應器裝置1，雷諾數Re 1,000；氬氣作為製程氣體以流率F(等於2.0公升/分鐘(L/min))進入製程氣體入口16及17；製程氣體入口16及17的計算水力直徑Dcalc為1.6mm，且因此各製程氣體入口16及17之實際水力直徑Dact係大於或等於1.6mm。
Ex.2：使用圖1的電漿反應器裝置1，雷諾數Re1,000； 氬氣作為製程氣體以流率F(等於20L/min)進入製程氣體入口16及17；製程氣體入口16及17的計算水力直徑Dcalc為16mm，且因此各製程氣體入口16及17之實際水力直徑Dact係大於或等於16mm。
Ex.3：使用圖1的電漿反應器裝置1，其為一圓柱形介電質 管道14，具有周長P=56.5mm及內徑18mm；介電質管道14位於基材25上方，其具有間隙30為0.5mm或1mm。計算福祿數Fr的水力直徑DFrd為間隙30 * 2，得到DFrd分別等於1mm及2mm。福祿數Fr與離開腔室13的利於塗覆之產物及製程氣體之流量(以L/min表示)相關連。當增加製程氣體流量F時更能滿足Fr的條件，因為這會使離開出口15之利於塗覆之產物及製程氣體的慣性增加。若是Fr>1的標準未被滿足(例如當F=1L/min而間隙30為1mm時)，將間隙30從1mm減少至0.5mm可滿足Fr>1，且因此滿足非浮昇條件。樣本計算值如下表1所示。
使用2.5L/min的氬製程氣體流量及1mm的間隙30(滿足具有福祿數Fr遠大於1的標準)來塗覆圖3的矽晶圓。
將以下申請專利範圍作為對應編號的態樣而於此併入本文作為參照，差異處在於將「請求項」改寫為「態樣」。本發明包括由此形成的編號態樣。
可參照附圖說明及描述本發明之實施例和某些優點。
圖1為可用於該方法某些實施例與基材的電漿反應器裝置之實施例的剖視圖。
圖2a為一塗覆基材之圖示。
圖2b為用於塗覆圖2a之基材的電漿反應器裝置之蛇形沉積 路徑的圖示。
圖3為利用該方法一實施例部分塗覆之圓形基材之透視圖。

Claims (13)

  1. 一種於一基材上電漿沉積一塗層之方法，該方法係使用以一電漿反應器裝置所產生的一非熱平衡大氣壓電漿來進行，該電漿反應器裝置與該基材間係由一間隙隔開，該方法包括：於一腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流，該腔室係由一具有一出口之介電質殼體所界定，前述之產生方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感；將該紊流發光電漿噴流及擴散發光電漿與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物，其中該等利於塗覆之產物包括反應性前驅物成分及前驅物片段；使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物；以及將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材以於該基材上形成塗層，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。
  2. 一種使用一非熱平衡大氣壓電漿於一基材上電漿沉積一塗層之方法，其中該方法使用一介電質殼體，該介電質殼體與該基材間係由一間隙隔開，該介電質殼體界定一腔室，且具有透過該腔室而彼此分隔的近端與遠端，該介電質殼體之近端界定一製程氣體入口及前驅物材料入口，而該介電質殼體之遠端界定一出口，其中該等入口係彼此分隔且與該出口分隔，其中該腔室具有一鄰近該介電質殼體之該等入口的發光區域，且 該腔室選擇性地具有一鄰近該介電質殼體之出口的非發光區域，其中該等入口係依序透過該腔室之發光區域及非發光區域(若存在非發光區域)而與該介電質殼體之出口形成流體連通，且其中該介電質殼體之功能在於將反應性成分流從該電漿引導至該基材，該方法包括：於該腔室之發光區域內在大氣壓力下產生一紊流發光電漿噴流，其方式係使該紊流發光電漿噴流側向擴散以於該腔室之發光區域內形成一擴散發光電漿之區域，且使該紊流發光電漿噴流之紊流部對於該介電質殼體與介於介電質殼體和該基材之間的間隙的存在與尺寸不敏感；將該紊流電漿噴流及擴散發光電漿與一霧化前驅物材料接觸以於該腔室之發光區域內提供利於塗覆之產物，其中該等利於塗覆之產物包括反應性電漿成分及前驅物片段；使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物，而非該紊流發光電漿噴流，從該發光區域流至該介電質殼體之出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物；以及將該等經釋放之利於塗覆之產物接觸該基材以於該基材上形成塗層，其中該塗層係衍生自該等經釋放之利於塗覆之產物。
  3. 如請求項2所述之方法，其中使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物從該發光區域流至該介電質殼體之出口的步驟包括：採用一具有足夠長度的介電質殼體以供形成該非發光區域，且使該等利於塗覆之產物從該腔室的發光區域流至該腔室的非發光區域，該擴散發光電漿於此非發光區域成為一擴散非發光電漿，以及之後使包含該擴散非發光電漿的該等 利於塗覆之產物從該腔室的非發光區域流至該出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中於該發光區域內產生該紊流發光電漿噴流之步驟包括：施加一射頻電壓至一電極以提供一活性電極，該電極係位於該介電質殼體之製程氣體入口內且與該介電質殼體分隔，其中該射頻電壓可有效產生一電漿，且該製程氣體入口具有一實際水力直徑Dact；將一具有動黏度νg之製程氣體以流率F流至該製程氣體入口，經過該製程氣體入口通過該活性電極到達該介電質殼體之出口並離開，其中該製程氣體之動黏度νg小於氦的動黏度νHe，其中動黏度ν係於攝氏25度下量測；以及其中Dact大於或等於一計算水力直徑Dcalc，其中Dcalc=4*F/(π*ν*Re)，其中*代表相乘，/代表相除，F及各v之定義如前，且Re為一大於或等於1,000之雷諾數；藉此於該腔室之發光區域內在大氣壓力下產生該紊流發光電漿噴流。
  5. 如請求項4所述之方法，其中使包含一擴散電漿之該等利於塗覆之產物從該發光區域流至該介電質殼體之出口的步驟包括：採用一具有足夠長度的介電質殼體以供形成該非發光區域，且使該等利於塗覆之產物從該腔室的發光區域流至該腔室的非發光區域，該擴散發光電漿於此非發光區域成為一擴散非發光電漿，以及之後使包含該擴散非發光電漿的該等 利於塗覆之產物從該腔室的非發光區域流至該出口，且之後離開該介電質殼體之出口，以提供位於該介電質殼體外且與該紊流發光電漿噴流分隔的經釋放之利於塗覆之產物，且該製程氣體之動黏度νg小於或等於1.17*10-4平方米/秒(m2/s)。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該製程氣體為一氬、氮、氧或氬及氮之混合物之氣體。
  7. 如請求項4至6中任一項所述之方法，其中該製程氣體至該製程氣體入口之流率F為1*10-5立方米/秒(m3/s)至1*10-3m3/s。
  8. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中該製程氣體之密度大於氦之密度。
  9. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中該介電質殼體界定至少兩個製程氣體入口，且各製程氣體入口含有一電極。
  10. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中該介電質殼體之長度為8至400毫米；該介電質殼體之內徑為8至500毫米。
  11. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於一靜電塗覆狀態，其中該等經釋放之利於塗覆之產物的非浮昇壁面噴流於該基材之一區域上形成一塗層，該區域係大於該介電質殼體之出口的表面積。
  12. 如前述請求項中任一項所述之方法，其特徵在於一動態塗覆狀態，其中該基材及/或該電漿反應器裝置係彼此相對移動以於該基材上形成一塗層。
  13. 一種製造物，包括一根據請求項1至12中任一項所述之方法製備而得的塗覆基材。
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