TWI341872B - Plasma deposition apparatus and depositing method thereof - Google Patents

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TWI341872B
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Description

1341872 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種電漿鍍膜裝置及其鍍膜方法’特 別係有關於一種大氣壓電漿鍍膜裝置及其鍍膜方法。 <· .. 【先前技術】 鍍膜技術在現代的工業應用裏扮演很重要的角色’鍍 • 膜可用濕式或乾式的方式來達成，高級的應用一般要靠乾 式的製程才能達到。傳統的乾式鍍膜技術有物理氣相沉積 (physical vapor deposition, PVD)、化學氣相沉積（chemical vapor depositon, CVD)、大氣壓（常壓）化學氣相沉積 (atmospheric pressure CVD，APCVD)、電漿增強型化學氣相 沉積（plasma-enhanced CVD，PECVD)、金屬有機氣相沉積 (metal organic CVD, MOCVD)、分子束蠢晶（molecular beam epitaxy, MBE)、_ 化物氣相蟲晶法（Halide Vapor Phase _ Epitaxy, HVPE)、蒸鍵（Evaporation)等等。以上技術除了 APCVD (又稱Thermal CVD )之外，都需要真空環境才能 進行鍍膜製程。不需要真空環境的乾式電漿鍍膜製程，又 稱為大氣壓電漿增強型輔助鍍膜(AP PECVD)，這幾年越來 越受到重視與興趣’此處的”大氣壓”或”常壓，’的定義為鍍 膜製程壓力約在一大氣壓力或與外界氣壓相同。目前習知 的大氣壓電漿輔助鍍膜技術不易產生平整的鍍膜表面，易 有表面突起的現象(Hill Like) ’或針尖狀的表面型態。這些 影響鍍膜的品質，如透光度、潔淨度、及表面特性，應用 0968-A21672TWF(N2):P53950019TW；ianchen 5 1341872 在鍍膜品質要求不高的應用場合時，如民生應用，還尚能 應付，但對於高品質鍍膜要求的產品時，如光電半導體產 品，就會產生嚴重的問題，如何免微粒的產生，或避免鍍 膜後的表面不平整，如表面突起的現象(Hill Like)，或針尖 狀的表面型態，需要一種新的乾式大氣壓電漿輔助鑛膜（AP PECVD)的方法與裝置，以解決目前習知之大氣壓電漿輔助 鍍膜製程所擔心的問題。 【發明内容】 本發明的目的在於，提出一個新的乾式大氣壓電漿輔 助鍍膜(APPECVD)的方法與裝置，以解決目前所習知之大 氣壓電漿輔助鍍膜製程所擔心的問題，如大氣壓電漿增強 型輔助鍍膜所易產生的微粒問題，以及不易產生平整的鍍 膜表面，易有表面突起的現象(Hill Like)，或針尖狀的表面 型態。 本發明以大氣壓電漿製程的方法，配合特別的電漿源 設計，可以解決目前習知以大氣壓電漿輔助鍍膜製程所面 臨到的問題。 為達成發明的上述目的，本發明提供一種電漿鍍膜裝 置，包括：一反應室；一載座，設置於上述反應室中；一 電漿源產生裝置，設置於上述反應室中，且位於上述載座 上方，上述電漿源產生裝置包含一電漿束噴射器，用以提 供一沉積薄膜用的電漿束，上述電漿束噴射器所產生的上 述電漿束與上述載座的法線夾角〇°<心<90° ;以及一抽氣 裝置，設置於上述反應室中，且位於上述載座上方，上述 0968-A21672TWF(N2)；P53950019TW;ianchen 6 1341872 抽氣裝置包含一抽氣管，用以提供一抽氣路徑以抽取上述 電漿束形成薄膜時產生的微粒以及副產物，上述抽氣管與 上述載座的法線夾角0°<θ2<90°。 本發明係又提供一種電漿鍍膜方法，包括：提供一基 板；利用具有一電漿束噴射器之一電漿源產生裝置產生一 沉積薄膜用的電漿束，以形成一薄旗於上述基板上，上述 電漿束喷射器所產生的上述電漿束與上述載座的法線夾角 0^(90° ;以及利用具有一抽氣管之一抽氣裝置抽取上述 電漿束於上述基板上形成上述薄膜時產生的微粒以及副產 物，上述抽氣管與上述載座的法線夾角0°<θ2<90°。 【實施方式】 以下利用圖式，以更詳細地說明本發明較佳實施例之 電漿鍍膜裝置。第la至lg圖分別顯示較佳實施例之裝置 剖面圖，在本發明各實施例中，相同的符號表示相同的元 件。 請參考第la圖，其顯示第一實施例中的電漿鍍膜裝置 100示意圖。電漿鍍膜裝置100主要包括反應室110、載座 3、電漿源產生裝置120以及抽氣裝置130。反應室110係 用以提供電漿鍍膜的環境。反應室110的氣壓可為常壓（與 外界壓力相同，例如為760托(torr))或為低壓（例如為0.1〜1 托(torr))。再者，該反應室110中設置有一載座3，載座3 係用以承載欲鍍膜的材料，可將欲鑛膜的材料，例如基板 21置於載座3上。反應室110中設置一電漿源產生裝置 120,且位於載座3上方。電漿源產生裝置120包含一電漿 0968-A21672TWF(N2)；P53950019TW：ianchen 7 1341872 束噴射器122，在電漿束喷射器122内產生電漿的氣體可 為氮(N2)、氦(He)、氬(Ar)、甚至為空氣(Air)等，另外鍍膜 所需之前趨物（precursor)同時通入電漿束喷射器122内。 前趨物（precursor)可為四乙氧基石夕烧（Tetraethoxysilane, TEOS)、六曱基石夕氧烧(Hexamethyldisioxane，HMDSO)、六 甲基二矽氮烷(Hexamethyldisilazane，HMDSN)、四甲基二 石圭烧（Tetramethyldisi]oxane, TMDSO)、石夕曱炫（Silane, SiH4) φ 或四氟甲烷（Tetrafluoromethane, CF4)之反應氣體形成上述 混合之電漿束20 ’用以在基板21上沉積一薄膜22，且上 述電漿束20與載座3的法線夾角心為，較佳為 30〜60 ，更佳為40°〜50。。亦即此電漿束2〇會以一（9〗的 •入射角射向基板21 ’斜向的電漿束2〇於基板21上形成一 J例如二氧化矽（Sl〇2)或氮化矽（SiNx)等功能性的薄膜22。在 反應室110相對於電漿源產生裝置12〇的位置設置一抽氣 裝置130 ’其同樣地位於載座3上方。抽氣裝置13〇包含 鲁一抽氣管132，且抽氣管132與載座3的法線央角心為〇β <θ2<9〇。，較佳為30。〜60。，更佳為4〇。〜％。，用以提供一 抽氣路徑29抽取形成薄膜22時產生的微粒或副產物％， 使微粒制產物30不致於掉落至細22上而污染沉積鑛 膜的基板21，造成基板21上的薄膜22粗糙度不佳或基板 21與薄膜22之間的附著性差。a m圭。心與心的差值較佳為小於 20 ’更佳為小於5 ’最佳為η。 马0 °本發明較佳實施例中， 斜向的電漿束20主要可謓供瞪沾立 ♦锻M的表面避免產生嚴重的問 題，如避免鑛膜後的表面不平款 , ^ 个十整，如表面突起的現象（Hil] 0968-A21672TWF(N2)：P53950019TW；ianchen 1341872
Like)，或針尖狀的表面型態，同時可使鑛膜沉積時產生的 微粒或副產物30彈離基板21，而被位於反射路徑（即抽氣 路徑29)上的抽氣管24抽取帶離，可解決習知大氣壓電漿 輔助鑛膜製程因微粒或副產物導致鍍膜品質不良的問題。 • 本發明較佳實施例中，基板21的材質以及形狀並無限 定。對於非平面的基板21，例如第】b圖所示的碗狀物基 板21，電漿鍍膜裝置1〇〇可於碗狀物基板21上形成薄膜 φ 22。為使薄膜22完整地形成於基板21上，可使抽氣裝置 130以電漿源產生裝置12〇為旋轉軸33a旋轉，如第lc圓 所示。或如第Id圖所示’可用一殼體34包覆抽氣裝置13〇 與電漿源產生裝置120，以例如馬達的帶動裝置使抽氣裝 '置130與電漿源產生裝置120對稱一旋轉軸33b旋轉。為 . 使薄膜Μ此均勻地形成於基板21上，如第】e圖所示，可 使抽氣裝置130與電漿源產生裝置12〇相對於載座3平行 移動。或如第If圖所示，電漿束20與載座3的法線夾角心 • 可以任意調整’或者電漿束噴射器122的末端可設置不同 的喷射道35，以射出不同入射角（<9l)的電漿束20 ;抽氣管 132也可配合不同入射角的電漿束2〇而調整與載座3 的法線夾角，或者抽氣管132的末端可設計為廣口狀， 儘可能抽取所有的微粒或副產物30。如第lg圖所示，本 發明較佳實施例的電漿鍍膜裝置1〇〇也可於載座3上方以 及袖氣裝置130與電漿源產生裝置120之間設置一感應裝 置36。感應裝置36可為鑛膜生成物分析(product analysis) 裝置或粒子執跡该測(particle tracking)器，用以偵測薄膜 096S-A2l672TWF(N2)；P53950019TW;ianchen 9 1341872 22的成分或微粒或副產物30的彈射方向。 請參考第2圖，其顯示本發明電漿鍍膜裝置100的鍍 膜方法。首先，在步驟210中，提供一基板。接著，在步 驟220中，利用具有一斜向之電漿束噴射器之一電漿源產 生裝置產生一沉積薄膜用的電漿束，以形成一薄膜於基板 上，可以避免鍍膜後的表面不平整，如表面突起的現象（Hill Like)，或針尖狀的表面型態。上述電漿束與基板的法線夾 角0°<心<90°。然後，在步驟230中，利用具有一抽氣管 之一抽氣裝置抽取電漿束於基板上形成薄膜時產生的微粒 以及副產物，上述抽氣管與基板的法線夾角0°<θ2<90°。 為了表示本發明電漿鍍膜裝置100的鍍膜品質，以粗 糙度（Ra)量測值分析習知的大氣壓電漿鍍膜裝置（心二0 °， 有抽氣管）以及本發明較佳實施例的電漿鍍膜裝置100，粗 糙度量測值愈大表示鍍膜品質愈差，薄膜透光度也愈低。 請參考第3a及3b圖，其顯示習知的大氣壓電漿鍍膜裝置 和本發明較佳實施例的電漿鍍膜裝置，於大氣壓（760 torr) 環境下形成二氧化矽（Si02)薄膜表面的掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM )影像以及粗縫度（Ra) 量測值。習知的大氣壓電漿鍵膜裝置形成的Si02薄膜表面 粗糙度約為0.6/xm，而本發明較佳實施例的電漿鍍膜裝置 100形成的Si02薄膜表面粗糙度約為0.02μηι。相較於習知 的大氣壓電漿鍍膜裝置，本發明較佳實施例的電漿鍍膜裝 置100所形成的薄膜表面粗糙度較小且薄膜透光度較高， 具有較佳的鍍膜品質。 0968-A21672TWF(N2)；P53950019TW;ianchen 10 1341872 本發明的電漿鍍膜裝置，可應用於大氣壓電漿製程， 配合斜向的電漿源產生裝置以及對應的抽氣系統，在不須 額外增加真空系統的情形下，形成具有粗糙度小、透光度 高且附著性佳的薄膜，具有結構簡單且製造成本低等多項 優點。 本發明的電漿鍍膜裝置，可不限於應用於大氣壓電漿 製程，也可應用於低壓電漿鍍膜製程或表面處理。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
0968-A21672TWF(N2)：P53950019TW;ianchen 1341872 【圖式簡單說明】 第la圖為本發明第一實施例之電漿鍍膜裝置剖面示意 圖。 第lb圖為本發明第二實施例之電漿鍍膜裝置剖面示 意圖。 第lc圖為本發明第三實施例之電漿鍍膜裝置剖面示意 圖。 第Id圖為本發明第四實施例之電漿鍍膜裝置剖面示 意圖。 第le圖為本發明第五實施例之電漿鍍膜裝置剖面示意 圖。 第If圖為本發明第六實施例之電漿鍍膜裝置剖面示意 圖。 第lg圖為本發明第七實施例之電漿鍍膜裝置剖面示 意圖。 第2圖為本發明電漿鍍膜裝置的鍍膜流程圖。 第3a圖為習知的大氣壓電漿鍍膜裝置之鍍膜表面的 SEM影像及Ra量測值。 第3b圖為本發明較佳實施例的電漿鍍膜裝置之鍍膜 表面的SEM影像以及Ra量測值。 【主要元件符號說明】 100〜電漿鍍膜裝置； 110〜反應室； 0968-A21572TWF(N2)；P53950019TW；ianchen 12 1341872 120〜電漿源產生裝置； 122〜電漿束喷射器； 130〜抽氣裝置； 132〜抽氣管； 3〜載座， 20〜電漿束； 21〜基板； 22〜薄膜； • 29〜抽氣路徑； 30〜微粒或副產物； 33a, 33b〜旋轉軸； τ 3 4〜殼體， . 3 5〜噴射道； 36〜感應裝置。 0968-A21672TWF(N2)；P53950019TW;ianchen

Claims (1)

  1. 修正本
    ^ 修正 S 期:99.7.5 +、申請專利範圍： 1.一種電漿鍍膜裝置，包括： 一反應室； 一載座，設置於該反應室中； 一電漿源產生裝置，設置於該反應室中，且位於該載 座上方，該電漿源產生裝置包含一電漿束噴射器，用以提 供一沉積薄膜用的電漿束，該電漿束喷射器所產生的該電 聚束與該載座的法線失角0^0590° ;以及 一抽氣裝置，設置於該反應室中，且位於該載座上方， 孩抽氣裝置包含一抽氣管，用以提供一抽氣路徑以抽取該 電毁束死/成薄膜Bxj·產生的微粒以及副產物，該抽氣管與該 载座的法線夾角〇。<02<9〇。，其中Θ!等於θ2。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中 該抽氣裝置係以該電漿源產生裝置為旋轉軸旋轉。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中 該電漿源產生裝置以及該抽氣裝置係相連結。 4. 如申请專利範圍第3項所述之電聚鍍膜裝置，其中 $連結之該電漿源產生裝置以及該抽氣裝置係受一動力源 帶動而一體旋轉。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中θι 與θ2的差值小於20。。 二6.如申請專利範圍第丨項所述之電漿鍍膜裝置，其中 該θ]或㊀2可以任意調整。 7.如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中 % 95128840 修 JL 日期:99.7j 該抽氣管的末端為廣口狀。 8.如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍臈裝置，其中 j-感應裝置’其設於該載座上方以及該抽氣裝置與該 電水源產生裝置之間。 /、。 …9.如申請專利範圍第8項所述之電聚錢膜裝置，其中 。玄感應凌置係為鍍膜生成物分析（pr〇duct抓_也)裝置。
    :‘如申請專利範圍第8項所述之電漿鍍膜裝置，其中 該感應裝置係為粒子轨跡偵測(particle tracking)器。 =^1.如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中 該抽氣t置與該電㈣產生裝置係料該載座平行移動。 12. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中 包括—基板’設置於該載座上，用以提供沉積薄膜。 13. 如申請專利範圍第〗項所述之電漿鍍膜裝置，其中 °亥反應室的氣壓與外界氣壓相同。 14.一種電漿鍍膜方法，包括下列步驟：
    修正本 提供一基板； 利用具有一電漿束噴射器之一電漿源產生裝置產生— 沉積薄膜用的電漿束，以形成一薄膜於該基板上，該電漿 束喷射器所產生的該電漿束與該基板的法線夾角〇。<0】<9〇 ° ;以及 利用具有一抽氣管之一抽氣裝置抽取該電漿束於該基 板上形成該薄膜時產生的微粒以及副產物，該抽氣管與該 基板的法線夾角〇。<02<9〇。，其中θι等於〇2。 15.如申請專利範圍第】4項所述之電漿鍍膜方法，其 1341872 .^95128840號 修正日期:99.7.5 修正本 中θι與Θ2的差值小於2〇。。 16.如申請專利範圍第14項所述之電漿鍍膜方法，其 中包括一感應裝置，其設於該基板上方以及該抽氣 該電漿源產生裝置之間。 /、 =Γ7.如申凊專利範圍第16項所述之電漿鍍膜方法，其 中“感應裝置係、為鑛膜生成物分析(㈣肋办如)裝置。 /8·如中請專利範圍第16項所述之電漿鑛膜方法'其 中"亥感應裝置係為粒子執跡偵測㈣的咖叩)器。 由；^如巾β專利^^圍® 14項所述之電漿鑛膜方法，装 中形成該薄膜的氣壓與外界氣壓相同。 - 中2如^ 4專利範圍第14項所狀電㈣膜方法，其 (pkCd，。的形成方式為電漿増強型化學氣相沉積法 中該薄14項所述之電㈣膜方法，其 η 夕薄膜或氮化石夕薄膜。 中該薄範圍第14項所述之電祕膜方法，其 々寻犋為無機薄獏。
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