TW457511B - Electron beam plasma formation for surface chemistry - Google Patents

Description

4 δ 7 5 ! 1 五、發明說明（1) 本發明係形成一可供應高壓電漿之電子束，以使用於界 ^化學上，該界面化學包含薄膜沈積、接枝、清潔、去高 …作用（depyrogenation)，及表面之消毒。 發明 1界面化學意即在界面上或界面内所發生之化學反應。在 1者中’涛膜之成長’或有機物質之去活性，諸如細菌或 ^田彳產物’已知為致熱原（pyrogens )，為習知使用離子 ^電子束，通常為低壓。在後者矽中，某些表面，如矽’ I以經過表面反應，將之轉變成氧化物，如此轉變的例子 二，y般在真空下，在接近矽晶圓表面處。藉由導入一反 應性氧之物質而轉變為二氧化石夕。 &在美國專利案號5,5〇8,〇75 A· R〇uHn等人提示有，一 氧化屏P早層形成在一表面以作為封裝層。一電漿在真空腔 體中形成’以進行電製增強型化學氣相沈積（DECVD)。有 機石夕化合物在電漿中與氧結合，目此二化合物反應且沈積 及化學鏈結在表面上。^氧切可直接在表面形成。該專 利指出較佳的基質或表面為撓曲性熱塑性材料。 。電子束可有效使用於表面處理是習知的，在美國專利案 號5’909’032中6.1^11&1(^111〇3提示有一電子束管之妒 置，用以製造-適用於表面處理之線性或似條狀電… 該Waka lopu 1 os專利之特徽氧且女… A ^ ^ —w吉介从 符傲為具有後數個電子束管，其為 控封一）、7《射電子束穿過-薄窗而進入周圍環 境，如空氣，一相較於直空之雷 〃工疋菴子束官内為相對高壓的環

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457511 五、發明說明（2) 境’其中’電子束產生於該真空之電子束管内。

Wakal opu 1 os管之播冰切—从这m由^ 士 4 1 4 267中，揭不於吳國專利案號5,537,9 53和5, ’，.， 兩案皆讓渡與本發明之受讓人。 上述之產生電子束之電子束管，其係 導致空潢齙早仆 w ^ ι不目互作用， V至工虱離子化，並產生次級電子5 主要電子一起產生，分、社"主工南欲士 ，、電子束中之 在進4亍表面處理8^]·。盆中晰说 題之一為··該t子# θ Α Q ，、〒所遇到的問 束疋紐暫’且快速地被中和。對於坌1_U 應用而吕，因真雪工土 至了於某此 是那麼重要。力i灿卜 不· I姐皙性質就不 I在其他應用中，需卜 預期效果。 付貝们電子束以達成 電子束先前係使用在消毒殺菌，因4， 由於微生物殘敬社装+ 士 千夕例子中， 化學鍵結使去效力。 以王物在表面上之 明之—個目的為提出— -持續電子束以用於表面殺菌，& 一支；：衷；被其具有 於對來自诎飧饰主尤 叉符物’其放電以用 太藤處表面之蛋白質狀材料的去活性作用。 化4/之另一個目的為提出一高壓電漿裝置，且# _ 積、接枝、及特別用於薄膜之成形，係用於 上述目的，可使用Wakal 丨 場’如铯·^上 卞果官加上—個外邱* 電％或磁場’以隨時限制由瞢；乂 4力 ι_ν以下之雷不“二：制由s子發射’電子束能量 ★卜之電子束產生的帶 此里 效力係維持由雷早圭盥处今十计& , b外4限制力場之、 待由電子束與空氣或其他氣體互動建立之氣體電

4575 1 1 五、發明說明（3) 襞，該電子束營之 立 氣環境或苴他姓外部結構可存在周圍溫度及壓力下，如空 ^ φ ；^付別且矽之氣體。 在一電場例子中 極。最接近電子〃糸使用電子束管外部之一陽極及陰 過此屏幕。A、告言的是屏幕陽極，其係可讓電子束穿 子背向屏幕陽；離：是-調節型陰極…排斥電 發出之電子走+艰珉一電子捕集器（trap),如同光束管 乎全為中空氣分子的形成-電[其幾 放電。次要雷早 電子束之多餘電子之外’係類似白熱 屏幕陽極& $ » 也'又有大量之電子束電子，照射在介於 狀間之物體。電子束管製造-長條形 虚揲$蛐她《 II 、在目標物表面上以一組長列中反應。一 皮帶或纖維網輸送物體進入 雷羊下，，、；、隹—+ 电聚而曝路該物體之表面至 电于下以進行表面處理。 在磁場的例子中，方番工A — 蚱閲沉冲目士 電子束管外之線圈是被使用的。此 線圈可以有一車由平行匕 場。來自電子束管之雷早”軸冑角度之力 ^ 電子跟隨磁通量線，所以一個具有表 面之物體被消毒，例如一 μ 士如y 、 市水瓶，係放在通量之路彳至上。#! 於消毒殺菌作用，電漿使料4+ =置i峪仫上對 子碚骹相3& $使微生物夫去作用且在表面上與分 卞茂诚相互作用而導鼓本古妯儿/z_ m , 0 •E, - ± ^ A ,同‘、、、化作用（dePyrogenation), 而使表面免於感染有機姑, 丄… 钱物貝去南熱化作用後之灰燼可蕻 由簡單的水先而移除。 欠< /人風j籍 屏幕陽極和言周節型自極之電極或線圈 奴隹工轧T/、電子束結合之短暫電漿更高 持續之電漿。如此之電喈係尨.认丄概〜 山度且更長 4水係存在於籍由獨立電源供應器，

89115800.ptd 4575 1 1__ 五、發明說明（4) 供給能量之支撐者力場中。 如果電漿係在密封小室之惰性環境中 引入將與電子束相互影響之電子束 ，特別氣體可 有機砂氣體，其可分解成二氧化：中或體之例子為 氣體於電子束而可成長之類似薄膜材 f由引入有機矽 解氣體可使用電漿以促進電漿增強型化‘：：穑其他分 (PECVD)。 予虱相沈積 發明之悬袪楳刑 參考圖1 ，所示為一電子束管n，其具有由一 穿過之薄窗13，電子束15係由在靜電對焦纟電二子束15 12產生，且由螺旋線圏16產生之磁場更進：步地：：陰： g子wt/!1之Γ細結/揭示於美國專利案號5,6i 2,588、、、。至 G.Wakalopulos，其係讓與本發明之受讓人。 幾個微米的厚度，或更少，$ 電子束能量損失，該窗較佳传透涛窗時只有極少的

成，以使電子可快速地參透該Μ . . -- - , I 以。4γ其 /处通材枓，但氣體分子則不可 „廷 之内部係為真空壓力，而管之外部係在用 圍壓力，一般為大氣壓力，該窗 ’、周 了安全理由而伴掊/ Α + 作 個陽極，為 ’文王里由而保持在基本電#，而陰極 例如，相對於窗之電子雷朴总 員电位’ 孚击护曰p生认务 4係為-5〇kv。如果接近50%之電 α- λα is + ^ 4铃軋體分子之碰撞’則幾年 一半的原來之電子束能量將會 =則成子 此之電子能量水平對於久#好 專k至目私表面，如 Μ，徊X s m H 材料之表面消毒殺菌是足夠 的C不足以透過大部份目標材料表面超過數+

第8 ¥ S91J5S00.ptd 575 五、發明說明（5) 且 = 不像薄管窗只有3微米厚， Φ .^ 去穿透任何可被察覺之深度。 此屏幕陽極；窗口之電子電位的屏幕陽極”= 陽極時該電子束；二：f:銘門屏幕，當電子束經過屏， 之氣體電漿，宜1有大ί ’產生次級電子’形成-室雜 理的電子。—排；;=的可用來對纖維網31進行表面肩 一在高 # “ 極33 Crepeller cathode)，例如： 陽；TS戍德，如—1 0 0 0伏特之金屬線圏，從電子束背向 %極處偏斜及排斥電子，從而支樓電漿。 月向 不！向纖維網31而指向窗口13外，而纖維網31 殺菌。窗u之尺3面’就是運輸一表面來被處理’如： 其由電子束15之電子和來自周圍環境之離子化氣 該電將之曰i幕及排斥陰極33維持之電漿，係在 / &水 彳币表面上操作亦即纖維網31。 例ΐ :供J I可能為d，C.供應器或a· C，供應11，在後面的 业，权佳的係用無線電頻率以限制電漿至電極間的空 S °，、型的r. f .頻率係在1 3至ΚΜϋΖ範JIT內。- . 2 之表面係自滾輪25捲取’且藉由捲取滾輪27保 下’供給滾·輪2 5和捲取滾輪2 7可提供在電漿容積 ^ Γ之材料’無中斷之進料。或者表面的處理可在設備 衣以以石夕晶圓方式在輸送帶上進行。 在f2中，一線性排列之瓶41、43、45，可各自產生照 射在介於屏幕陽極1 7和排斥陰極間之纖維網3 1的電子束 4575 1 1 五、發明說明（6) 42、44、46。管41、43、45之結構與圖j中之電子束管u 相似的，該出現的電子束42、44、46為似條狀電子束，其 係可排列以跨過纖維網31之密度，所以纖維網表面之全部 可如同材料段被處理，亦即從供應纖維網25捲取至捲取纖 維網。任—個電子束管部可能被置放在一直線，因此纖維 網之完整寬度可被來自電子束管之電子束所處理，再一次 的，氣體電漿於屏幕陽極1 7與排斥陰極丨3間形成，該氣體 電漿係由一電源供應器23所維持，其係以^ c·模式，提供 接地或正電壓至屏幕丨7外，及負電壓至排斥陰極33。 一藉，複數個管之結合，一個較大樣品的表面可被處理， 运些官可能被排成直線，以便使電子束條並排地跨過材料 =寬度，或令人難以相信的，一個電子束些微落後另一個 ί束且’、有些微重疊量，以便使這些電子束跨越材料 =^度丄雖然圖2所示為具有沿著條狀物長度之電子束的 i寬产實際上係以上述之奇特方式’以纖維網 ，又位置之方向排列，此電子束在空氣中操作，導致 屏幕陽極及排斥陰極間體積之 此放電結合電子砉，、吞# μ 士 《…双軍 妒化μ貞Γ束將表面硬化，消毒殺菌，.或起 “：ϊ f此會導致薄膜成長’如現在在-矽晶圓上 ==相沈積，如圖3所示，其可提供 圓 性氣體或其他環境之選擇。 見 h + ^ f L中，經由窗口 1 3發射電子束於纖維網表面3 1上之 电 賞1 5 ’其係由封閉，密閉氣體小室51所包圍。電將 雲狀物21係在如上所述之電子束附近形成。小室^在= 4M7 5 U- 五、發明說明（7) *------- 始是排空的，然後充滿一來自於—供應筒5 3之惰性姊， 如氬氣。一將進行裂解之第二氣體，其係來自供庳筒= 經由:貪，噴出，該反應氣體可為—金屬_有機氣體:如石夕 -奴虱化合物。反應性氣體被電子束及電漿雲狀物 ，使得矽或其他材料之薄膜可能沈積在纖維網上，'" 應性氣體而定。惰性氣體之代表性壓力為76〇托（Τπ 反應性氣體之代表性壓力亦是76〇托，調節反應性氣俨之 流量速度以保持在小室51中些微超量供應，由於最有&效、 直接的裂解發生在電子束丨5前，喷嘴23在接近電子束附近 有一孔洞，迫使反應性氣體橫越電子束路徑。 圖4中，電子管丨丨係在一標準壓力周圍環境下使用，以 :丄、1無菌化及去高㉟，並為了健康及醫藥的用途而將 "L無菌液體°初始時，電子束1 5僅照射空瓶之内壁， 且使用電漿雲狀物2丨殺死所有微生物，該電漿係由來自管 ^ Γ Ϊ及次級電子所形成。接著，—RF力場係在電磁線 圈63中被供給能量，以提供多餘之能量給造近壁表面之次 ，電子:以氧化-細菌殘骸_至#活性狀態。該線圈係為具有. 由向，％之簡單螺旋纏繞線圈。該線圈可能以cw或脈衝之 模式操作。此磁場強度係為幾百個氣體數目之強度，一個 ^夠使電子跟隨通量線之強度。選擇線圈之尺寸以使通量 線接近小瓶之壁°被磁場線限制之電子照射在小瓶之表' 面’引發去高熱反應。小瓶可自動地被置放在線圈中。 圖5係為一與圖4相似之裝置，具有二個串聯零件6 5及6 7 之螺旋纏繞線圈，且共同具有—包圍小瓶61之軸向磁場。

第11頁 4575 11 五、發明說明（8) 該二線圈零件6 5及6 7係分開地間隔，以使輸送帶6 9在介於 零件間之輸送帶上輸送一連串的小航。更精確地是，輸送 帶6 9穿過線圈組件6 5及6 7之軸向磁場以輸送小瓶6 1。當小 瓶在電子束1 5之路徑上和軸向磁場之中心時，其暫時停 止，以使電子照射在小瓶之外部表面。當一小瓶•被電子清 洗過後，則輸送帶前進且另一個小瓶被同樣地處理。 〔元件編號之說明〕 11 電子束管 12 陰極 13 窗口 14 對焦結構 15 電子束 16 螺旋線圈 17 屏幕陽極 21 電漿霧狀物 23 喷嘴 25 供給滾輪 2 7 捲取滾輪 31 纖維網 33 排斥陰極 41 管 42 電子束 43 管 44 電子束

S9]15S00.ptd 第 12 頁 4575 1 1 五、發明說明（9) 45 管 46 電子束 51 密閉氣體小室 53 供應筒 55 供應筒 61 去高熱小瓶（輸送小瓶） 6 3 電磁線圈 6 5 線圈零件 6 7 線圈零件 69 輸送帶

89115800.ptd 第13頁 1 457511 圖式簡單說明 圖1為一電子束管發射一電子束，進入一電子維持力場 以對一材料纖維網進行表面處理之側面圖。 圖2為複數個電子束管發射複數個電子束，進入一獨立 電子維持力場，以對一材料纖維網進行表面處理之侧面 圖。 圖3為在小室中之電子束管在一電子維持力場中，以電 漿促進化學氣相沈積之侧面圖。 圖4為一電子束管發射一電子束進入一磁性維持力場， 與電子束管同軸，以對一小瓶進行表面處理之侧面圖。 圖5為一電子朿管發射一電子束進入一磁性維持力場， 垂直於電子束管軸，以對一小瓶進行表面處理之側面圖。

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Claims (1)

1. 457511 六、申請專利範圍 1. 一種表面處理裝置，其包含： 一具電子來源之真空管體之電子束管，一與電子源隔開 之内部陽極，一個接近陽極配置，且為薄的、電子可透 過、氣體不可透過之薄膜窗，以使電子以一束之形態藉由 陽極加速而穿過窗口，進入一氣體周圍之環境；一個具有 使電子穿過窗口所需電位的陽極，其具有低於7 5KV之能 量，且從與氣體周圍環境碰撞以形成次級電子， 一個在電子束管外及鄰近管窗口，且在該周圍環境之力 场，該電子束進入該力場’且電子被捕捉及 一個沈積在電子束管外部之將被處理之表面，其係位在 該電子束路徑上及該力場上。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該周圍環境係 為空氣環境。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，更包含一喷射 一選擇氣體至將被處理之表面之喷嘴，及其中，該周圍環 境係由該選擇氣體所形成。 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中，更包含一氣體 閉密小室，其包圍由選擇氣體形成之周圍環境。 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該力場係為由 管外之一陽極及一陰極所形成之電場，且該力場捕捉由電 子束產生之次級電子。 6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該力場係為管 外部之線圈所形成之磁場，且該力場捕捉由電子束產生之 次級電子。

   89J15800. put 第15頁 4575 11 六、申讀專利範圍 7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其宁，該將被處理之 表面，係為介於兩個相對薄膜之張開纖維網，該纖維網經 過電子束外部之陽極與陰極之間，且穿過電子捕集器。 8. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該電子束管外 部之陽極係為一導電屏幕。 9. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，電子束管外部 之陰極係為一導電屏幕。 1 0.如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該將被處理表 面係為沈積在載體上之矽晶圓，其經過電子束外之陰極與 陽極之間，且穿過該電子捕集器。 1 1 .如申請專利範圍第6項之裝置，其中，該磁場係具有 平行於電子束之軸。 1 2.如申請專利範圍第6項之裝置，其中，該磁場係具有 垂直於電子束之軸。 13.—種表面處理裝置，其包含， 一電子束管，共具有一窗口，且一能量小於75 KV之電子 束照射並穿過該窗口， 一屏幕陽極，其係在該窗口前面之位置，藉以使電子束 通過屏幕陽極， 一排斥陰極，其係在該窗口前面且在屏幕陽極之下游位 置，其對應於屏幕陽極具有一負的電壓，因此，電子束被 排斥陰極排斥，而進入介於排斥陰極與屏幕陽極間之空 間， 一個支撐在該體積之目標物，及

   89]15800.pld 第16頁 4575 1 1 六、申請專利範圍 — 一電源供應裝置，用以維持在排斥陰極及屏幕陽極之電 麼’藉以在其中形成電漿。 1 4.如申請專利範圍第丨3項所述之裝置，其中，該電子 束管具有一長條狀電子束。 1 5.如申請專利範圍第丨3項所述之裝置，其中，更包含 複數之電子束管’每一個管具有讓電子束照射穿過之窗 口’該電子束係跨過一目標物。 1 6 ♦如申請專利範圍第丨3項所述之裝置，其中，該電子 束管係置於密閉小室中，且注入一反應性氣體於該容積 中。 1 如申請專利範圍第1 3項所述之裝置，其中，該目標 物係為一種材料之纖維網。 1 8.如申請專利範圍第1 3項所述之裝置’其中，該目標 物係為一矽晶圓。 1 9.如申請專利範圍第丨3項所述之裝置，其中，電源供 應器係為一直流（d. c)供應器。 2。〇 _如申請專利範圍第丨3項所述之裴置，其中，電源供 應裔係為在r. f _頻率中操作之交流（d，c )供應器。 2 1 如申請專利範圍第1 6項所述之裝置，其中，該反應 性氣體係為一種有機_金屬氣體。 2 2.如申請專利範圍第2 1項戶斤述之裝置，其中，該有機_ 金屬氣體係為一種矽之有機化合物，其可藉由電子束及電 漿裂解。 2 3.如申請專利範圍第1 3項所述之裝置，其中，該屏幕

   4575 1 1 六、申請專利範圍 電極係為一金屬篩狀屏幕。 24. —種表面處理裝置，其包含： 一電子束管，其具有照射能量少於75KV電子束穿過之小 窗，離子化周圍氣體及產生次要電子， 一螺旋線圈，其在電子束管外部但接近窗口具有一磁 場’該磁場捕捉次要電子’且 一目標物，共被支撐在磁場内。 2 5.如申請專利範圍第24項所述之裝置，其中，該力場 平行於電子束。 2 6.如申請專利範圍第24項所述之裝置，其中，該力場 垂直於電子束。 2 7,如申請專利範圍第24項所述之裝置，其中，目標物 係藉由輸送帶移入磁場中。

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