TW593464B - Method and apparatus for sequential plasma treatment - Google Patents

Description

593464 A7 --— B7 五、發明説明（i ) 發明範疇 本發明係有關於一種用於基板之電漿處理的方法及裝置 ’諸如用於生化醫療元件或食物及醫藥包裝元件之聚合物 處理。特別疋’本發明係有關於具有大縱橫比之非導電性 中空基板的電漿處理或沉積，諸如小直徑管件、平坦狀箱 件…·。 發明背景 具有大縱橫比之中空基板，通常應用於不同的技術領域 ，諸如用於醫療器材之導管或内視鏡，及用於食物或醫藥 應用之包裝。”大縱橫比"一詞意指中空基板，具有至少位 於一個方向尺寸相當大於另一者；更特別的是，基板之長 度為相當大於基板開縫之大小。圖4所示，為中空基板之二 個祀例，其具有大縱橫比L/a，其中L為基板之長度，盔為基 板開縫之最小尺寸。管件丨包括相對於管件直徑a，具有較 大長度L之内凹穴。大縱橫比基板，亦可具有平坦狀箱件 101之形狀，其相較於它的長度將顯示出較小之開縫高度至。 使用電漿處理之一般困難為，用於處理類似基板之内壁 的複雜性。事實上，這種基板之電漿處理為難以執行，因 為要在大縱橫比之中空基板產生電漿，一般存在有欠缺電 漿均勻度之問題，因此難以處理。對於整個基板長度，要 確保處理之均勾度，僅能在氣體先驅物之濃度、局部電漿 岔度、及壓力在極為嚴苛之固定條件下執行。 要在基板内產生電漿’係以施加電能至處理氣體完成 電子為電場所加速，在氣體分子與加速電子之間由非彈性

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593464 A7 B7 五、發明説明（ 撞擊產生離子。加速氣體内電子之電能，一般以變化電場 、變化磁場或二者皆有所產生。 备沿著中空基板之主要目標為處理或沉積電漿時，將發 生二個主要問題。第_個問題係關於如何沿著基板長度， 產生均勻之電漿密度。事實上，為達到此情形，必須在基 板施加定常電能，但對於超過某一尺寸下將變的較不可行。 第二個問題為沿著基板全部長度，為定常數量之先驅物 反應下，如何確保沿著整個長度之處理的均句度。即使配 置犄定之月b里源，可以沿著基板長度產生均勻之電漿密度 ’-旦氣體先驅物流過基板，先驅物濃度將無可補救的降 低、，因為在基板之氣體人Π處，將發生較高之先驅物消耗。 為補救這項問題，已經發展出數種解決方法。這些之一 ，如圖5所示之美國專利第4 692 347號所敘述，其組：包括 在真空容器5(Π之内’相對於定置電漿源5〇5移動被處理之 管件502。被塗敷之管件502，為初始捲繞在捲筒綱，以豆 一端經由流動控制器504流通於單體源5〇3。將管件連續通 過由定置電抗_合源5〇5所構成之輝光放電區，經由射^方 式所驅動之二個電極，將在管件5〇2内產生電漿。已完成内 壁塗敷之管件，被捲繞在接收捲筒5〇9。在管件之另2端將 連接排氣裝置逼及谓，以保持管件内位於較低之絕^壓 力。 無論如何，類似之解決方式具有盆 ^ 缺點。在滾捲及鬆開 低或南硬度之薄殼管件時，可導致 曰 丨販鈿或摺起，也就 疋說，不可補救的管件變形。此外，排 F1置之構造及使

五、發明説明（3 用較為複雜，其難以玆位、,l — _ U ^件之良好屋力控制。這些 困難，不僅β響管件電漿處理之可靠 處理之速度。 门S成本及 將=二I:方法為附加電聚源至移動機構，相對於所 ，且：二J動電漿源。無論如何’此種機構為複雜者 數""板内控制電^之均勻處理所需要的相關參 :=衆之均勻處理的電㈣移動速度及精度 和命致必要發展之電子 工制T、、冼，明顯的增加處理之成 此外，類似兀件被限制於單一管件處理。 發明概要 ^觀此等方面’本發明之—項物件為提供—種方法及一 種衣置T以解決上述之問題。換句話說，將提供一種方 .法及一種裝置之物件’對於中空基板的電漿處理均勾度， 可以涵盍基板内所有部位。 為達此目的，將提供一種中空基板電漿處理之方法，其 特徵在於包括將複數個電離作用能量源，全部沿著基板所 將被處理之部位置放、在基板内注入處理氣體，氣體包括 用於產生電漿之先驅物、保持管件内之壓力位於一預定範 圍之内、及循序致能複數個電離作用能量源，用於在基板6 内位於相對應於個別源致能之位置選擇性產生電漿；注入

處理氣體之步驟，至少在每一電離作用能量源致能之前需 要予以重複。 A 因此，依據本發明，可以沿著基板產生均勻電漿密度， 同時沿著管件具有均勻氣體濃度以作用。 本纸張尺度適用巾關家標準(CNS) Α4規格(2l〇X297公爱) -6- 593464 A7 B7

依據本發明之一方面，複數個電離作用能量源，可為恭 容式耦合電漿源或電感式耦合電漿源。 …免 J复數個電離作用能量源，可使用共同射頻能量源或用於 每一離子化能量源之個別射頻能量源所致能。 、 依據本發明之另一方面，電離作用能量源係以脈衝方 致能。 八 在基板内注入處理氣體之步驟，.亦可以脈衝方式執行。 雖然，處理氣體可以不需要使用脈衝之電離作用能量源而 具有脈衝作用；反之，依據本發明之一方面，氣體流動可 以依據循序致能之電離作用能量源而完成脈衝。.這可以確 保處理氣體及先驅物，在每一致能順序之間且位於電離作 用能量源之前端被更新。在致能順序之後所消耗之先驅物 將被更新，因此每-次在基板產生電漿時，可以保持定常 之濃度。 · 依據本發明m面’處理氣體在基板以定常之先驅 物速率下恆常的流動。因此’在此情形下，於基板内注入 處理氣體之步驟，將在基板之整個電裝處理期間連續執行。 更確切的說，基板為具有大縱橫比之中空基板。 在一項具體實例中，複數個電離作用能量源（1G7-H2)， 係依據二度空間之陣列所配置。 本發明錢供—種用於料電性h基板之電聚處理裝 置，其包括在基板產生電漿之產生構件，其特徵在於產生 構件包括複數個電離仙能量源，其係全部沿著基板所將 被處理之部位’每-相互鄰接配置’及該裝置進一步包括 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 593464

^理構件’其由㈣能量供應構件，循序致能複數個電離 作用能量源。 。更特別的是’射頻能量供應構件’包括用於致能複數個 電離作用忐1源之單一射頻能量源或用於個別致能複數個 電離作用能量源之複數個個別射頻能量源。 依據本發明之一方面’射頻能量供應構件為一種脈衝產 生型式，用於在脈衝型式下致能電離作用能量源。本發明 之裝置，'亦可包括氣體流動控制器，用於控制處理氣體流 :基板之動力。氣體流動控制器亦可以脈衝型式注入處理 札収雖然，處理氣體可以不需要使用脈衝之電離作用能 量源而具有脈衝作用，依據本發明之_方面，氣體流動控 制器可以被連接至處理構件之輸出構件，以依據電離作用 能量源之致能順序控制氣體流動。這可以確保處理氣體及 先驅物’在每—致能順序之間且位於電離作用能量源之前 端被更新。在致能順序之後所消耗之先驅物將被更新，因 此每一次在基板產生電漿時，可以保持定常之濃度。 複數個電離作用能量源，可為電容式_合電^源或雷感 式耦合電漿源。 特別是，每一電離作用能量源包括電磁構件，以垂直於 基板長度之方向產生橫貫基板之磁通量。 依據本發明之一項具體實例，該裝置進一步包括如同電 磁場構件般，設置有二個對向之場進入窗口、分別位於第 一及第二窗口之外側面之第一及第二對向線圈配置，第一 及第二線圈配置係連接於電源供應線，因此以相同方向之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

線 593464 A7 B7 五、發明説明（

電流，同時流過第一及第二線圈配置。 第一及第二線圈配置，各包括具有彎曲樣式之感應線圈。 取好的，第一及第二線圈配置，進一步包括與線圈配置 之感應線圈有關之磁心，磁心具有極面結構，並用以頂住 或靠近場進入窗口。 一般而言，射頻能量供應構件所傳遞能量之頻率大約為 10 kHz至100 MHz，較佳的為頻率13.56 MHz。 依據本發明之另一項具體實例，複數個電離作用能量源 係依據二度空間陣列配置在基板之每一側邊。 圖式簡單說明 本發明之上述物件及優點，可以由其較佳具體實例之詳 細說明及參考相關圖式中瞭解，其中·· 圖1為依據本發明第一具體實例一種用於電漿處理裝置之 橫切面示圖； 圖2為依據本發明一項具體實例之線圈配置示圖； 囷3為依據本务明第一具體貫例一種用於電漿處理裝置之 才頁切面不圖； 圖4為二個基板範例之立視圖；及 圖5為用於電漿基板處理之一種傳統裝置之示圖。 發明詳細說a月 依據本發明之一種非導電性中空基板電漿處理之方法及 裝置，將蒼考圖丨所示之第一具體實例敘述。管件丨，具有 長度L及直徑a，係在一端經由氣體流動控制器3連接於處理 氣體源2。由源2所供應之處理氣體包括一先驅物，諸如為 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593464 A7 B7 10 ) 五、發明説明 。在此方式下’電漿源包括雙線圈配置，其可配置在基板 附近，大體上同圖1所示一對電極之相同構型。 配 式 置 二個線圈配置之一之一項具體實例，相似於圖2所示。 7a，包括一感應線圈71，係依據彎曲樣式配置，·在此方 下，感應線圈具有一串列具開口鏈結迴路。 在另-具體實例之配置，可以包括以單—感應線圈所形 成之串列疊架之鏈結迴路。類似之配置，可增加感應線圈 所產生之感應能量。 本發明之線圈配置，未限制於上述二個範例；熟習該項 技術藝者可以在毫無困難之下，易於想像出用於線圈配置 之不同具體實例。 可將感應線圈附加一磁心，以增強及均化感應線圈所產 生之磁場。此等相關方面之技術，以及不同之具體實例， 已經詳述於歐洲專利申請案EP 〇 908 923。圖2所示，磁心 72包括極面構造73，以確保由感應線圈所形成迴路間之間 距的"死角"為最小化。如前所述，由磁心及感應線圈組合 所構成之線圈配置，其可令由二個線圈配置所形成之源， 於覆蓋之基板整個面積之磁通量為均勻化。感應線圈71為 個別磁心72之較低部位，以靠近被處理之基板。無論如何 ，依據構成磁心之材料特性或所預期之磁通量，感應線圈 可位於磁心之不同位置。磁心可易於配合所希望之形狀及 尺寸。 當電漿源包含二個如同上述般之線圈配置，將產生樺向 磁通量，其大體上垂直於基板凹六長度L。線圈之配置，係 •13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593464

二者皆為射頻電漿源所供應，其所產生電流z，在線圈配置 之一個個別感應線圈以相同方向流動。 如前所述，所產生橫向磁通量係垂直於基板，其方向係 以流進線圈配置之電流方向所決定。因為基板為非導電性 ，磁通量在基板平面所產生電場，係垂直於磁通量之方向。 如同磁通量垂直且橫向於基板凹穴之長度，電場在橫跨 整個基板平面環繞成為一迴圈。如前所述，用於加速電子 之路徑較長，因此可以有效獲得電漿之產生。 結果，在整個源覆蓋之區域產生電通量，其在相對應之 基板空間離子化處理氣體。這項構造特別適用於薄殼中空 基板之電漿處理，因為它具有良好的效率基準，其對於橫 向磁通夏大約為Ι^〇·3，如同歐洲專利申請案Ep⑽3 所敘述。 此外，磁場之傳送，係獨立於置放在容器之基板部位， 因為它是非導電性。 圖^所不為依據本發明用於電漿處理裝置之第二項具體實 例。在這項具體實例，電漿源組件包括依據二個方向配置 之六個電漿源陣列107至112。事實上，所將處理之基板為 平坦狀相件101，一如圖4所示。如圖3所示，三個電聚源 至109係沿著第_列每一相互鄰接配置’同時源川至 112沿著第二列分別對齊於源1〇7至1〇9。電漿源1〇7至η]係 依據二度空間’匹配於平坦狀箱件1G1之樣式依陣列配置， 其相異於管件者為，具有圖4所示之寬度w。 如同電漿源107所示，每一源包括二個零件1〇7&及1〇几， __ ·14_ ΐ紙張尺度適財S目家料(CNS) Α鐵格㈣Χ2·€------ 593464 A7 B7

之電流方向所決定。因為基板1G1為非導電性，磁通量i3〇 在基板平面所產生電場131，係垂直於磁通量i3〇之方向。 本裝置包括用於進行電漿處理之傳統電漿容器1〇2。容器 1〇2包括一密封區域，可以經由圖丨所示之排農構件，排氣 及控制壓力。容器將經由處理氣體源及氣體流動控制器（未 於圖中示出）填滿處理氣體。當基板被内含於容器1〇2:密 封區域，可以在基板内側及/或外側離子化處理氣體，可: 位於基板内側及/或外側產生電漿。 電漿容1§進一步包括石英或其他介電材料製成之第一及 第二場進人窗Π 1G2a及腿，以允許能量場經由電感式麵 合進入容器之内側，藉此產生或持續保持所需要之電漿處 理情形。在二個窗口之間構成之空間，大體上相對應於電 漿容器之内由平坦狀箱件101所占有之厚度空間。電漿容器 之樣式及尺寸，及相同的對於場進入窗口之樣式及尺寸， 端視被處理基板的樣式及尺寸而定。例如，場進入窗口必 須覆蓋平行管件中空基板之整個最寬面或管狀基板之圓形 部位。 如圖1所示之第一裝置具體實例，處理裝置211被特別程 式所設定，以循序的控制開關SW1至SW6之開啟/關閉狀態 ，因此決定出橫跨在基板全部之電漿源的方向、速度、及/ 或頻率。與第一具體實例不同的是’電襞源移動可以相對 於二度空間控制。在基板内之氣體流動’亦可經由輸出端 Spc被役使至處理裝置2 u。 -16-

Claims (1)

1. S1 106499號專利申請案 請專利範圍替換本(93年3月) A BCD 六、申請專利範圍 1. 一種中空基板（1 ; 1 〇)之電漿處理方法，其特徵在於包 括下列步驟： a) 將複數個電離作用能量源（7-10 ; 107-112)，全部沿 著基板所將被處理之部位置放， b) 在基板内注入一處理氣體，該氣體包括產生電漿之 一先驅物， c) 保持管件内之壓力位於一預定範圍之内，及 d) 循序致能該等電離作用能量源，以在基板内位於相 對應於個別源致能之位置選擇性產生電漿，該注入處理 氣體之步驟b)，至少在每一電離作用能量源致能之前予 以重複。 2·如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，該步驟 b)係依據該電離作用能量源致能順序所控制。 3 ·如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，在基板 内該注入一碟理氣體之步驟b)中，該處理氣體係在一定 常先驅物速率下，連續注入基板内。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中該等複數個電離作用能量源，為電容式耦合電漿源、 (7-10) 〇 5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中該等複數個電離作用能量源，為電感式_合1_ (107-112)。 6. 如申請專利範圍第丨至3項中任—項之電装處理方法，其 中在該步驟d)，該等複數個電離作用能量源，係以一單 一射頻能量源（6 ; 106)所致能。 * 1 - i紙張尺度適财si @家標準(CNS)八4規格(21()X297& - —------ 593464 A8 B8 C8 申請專利範圍 ’如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中在該步驟d)，該等複數個電離作用能量源，係以個別 射頻能量源所個別致能。 8 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中電離作用能量源係以脈衝方式致能。 9 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中基板; 1〇1)為具有大縱橫比（L/a)之中空基板。 1 〇·如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理方法，其 中在该步驟a)，該等複數個電離作用能量源（107-112)， 係依據二度空間陣列配置。 11· 一種非導電性中空基板（1 ; 1〇1)之電漿處理裝置，其包 括在基板產生電漿之產生構件，其特徵在於該產生構件 包括複數個電離作用能量源; 1〇7_112),其係全部 沿著基板所將被處理之部位，每一相互鄰接配置，及該 裝置進一步包括一處理裝置（11 ; 211),用以由射頻能量 供應裝置（6)，循序致能該等複數個電離作用能量源。 12·如申請專利範圍第n之裝置，其中該射頻能量供應構件 ’包括用於致能該等複數個電離作用能量源（7-10; 107胃 112)之單一射頻能量源（6; 106)。 13·如申請專利範圍第11之裝置，其中該射頻能量供應構件 ，包括用於個別致能該等複數個電離作用能量源之複數 個個別射頻能量源。 14·如申請專利範圍第11至13項中任一項之裝置，其中該射 頻能量供應構件為一種脈衝產生型式，用於在脈衝型式 593464

   下致月b a亥4電離作用能量源。 15.如申請專利範圍第m13項中任_項之裝置，其中該處 理構件具有輪出構件（Spc)，依據該#電離作用能量源之 致能順序’控制氣體流動控制器（3)。 16·如申請專利範圍第11至13項中任一項之裝置，其中該等 複數個電離作用能量源，係電容式轉合電聚源（7_10)。 17·如申請專利範圍第11至13項中任一項之裝置，其中該等 複數個電離作用能量源，係電感式耦合電漿源（1 丨12)。 18·如中請專利範圍第17項之裝置，其中每_電離作用能量 源（1〇9)包括電磁樣件（109a ; 1〇9b),以垂直於基板長度 (L)之方向產生橫貫基板（1〇1)之一磁通量（13〇)。 19·如中請專利範圍第18項之裝置，其中該裝置進一步包括 一電漿容器（102)，設置有二個對向之場進入窗口（1〇2a 、i〇2b)及如同電磁場構件（1〇9a; 1〇9b)般之分別位於第 一及第二窗口之外側面之第一及第二對向線圈配置，第 一及第二線圈配置係連接於電源供應線（119),因此以相 同方向之電流（I)，同時流過第一及第二線圈配置。 20·如申請專利範圍第19項之裝置，其中該第一及第二線圈 配置，各包括具有一彎曲樣式之感應線圈（71)。 21.如申請專利範圍第20項之裝置，其中該第一及第二線圈 配置，進一步包括與該線圈配置之感應線圈有關之一磁 心（72)，該磁心具有一極面結構，並用以頂住或靠近場 進入窗口。 22·如申請專利範圍第17項之裝置，其中該射頻能量供應構

   裝

   圍範利 專請 中六 A B c D 件所傳遞能量之頻率係介於10]^2至100^11^之間。 23 ·如申請專利範圍第11至13項中任一項之裝置，其中該等 複數個電離作用能量源係依據二度空間陣列配置在基板 (101)之每一側邊。 24.如申請專利範圍第17項之裝置’其中該射頻能量供應構 件所傳遞能量之頻率為13.56 MHz。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)