TWI437121B - 常壓電漿輔助化學氣相沉積設備 - Google Patents

Description

常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

本發明是有關於一種電漿裝置，且特別是有關於一種常壓電漿輔助化學氣相沉積(AP PECVD)設備。

電漿輔助化學氣相沉積技術已廣泛地應用在微製造科技上，藉以提升產品的附件價值、或創造出新的材料。由於常壓電漿輔助化學氣相沉積技術不需要昂貴的真空設備，因此極具成本上的競爭優勢。除此之外，常壓電漿輔助化學氣相沉積技術更可與微製造過程的上下游製程串連整合，而達到自動化生產的目的。

然而，在電漿輔助化學氣相沉積製程在常壓進行時，氣相碰撞頻繁，因而容易在電漿噴嘴上沉積薄膜，嚴重的話可能會影響電漿特性甚至導致電漿噴嘴塞住。此外，反應物與電漿混合不均時，也會造成反應物的浪費。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其數個常壓電漿源的噴口鄰設於反應物噴嘴之出口旁。因此，反應物一經噴出後即為電漿所包圍。如此一來，可有效減少反應物未反應的比例，而可大幅減少反應物的損失，更可改善反應物回收問題。

本發明之另一態樣是在提供一種常壓電漿輔助化學氣 相沉積設備，其反應物氣流為電漿所包圍。因此，反應物可更有效地與電漿混合，而可提高電漿活化反應物的效能。

本發明之又一態樣是在提供一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其反應物與電漿係在常壓電漿源之外才混合。因此，可有效防止反應物活化後再氣相聚合的機會，不僅可提高沉積薄膜之品質，更可避免電漿源之噴口堵塞。

根據本發明之上述目的，提出一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備。此常壓電漿輔助化學氣相沉積設備包含一反應物噴嘴以及至少二常壓電漿源。每一常壓電漿源包含一噴口，這些噴口分別鄰設於反應物噴嘴之二側，以使常壓電漿源所噴出之複數個電漿流包圍住反應物噴嘴所噴出之一反應物氣流。其中，反應物噴嘴之一出口位於常壓電漿源外。

依據本發明之一實施例，上述之反應物噴嘴具有至少二凹口，以分別容置部分之常壓電漿源，並定位常壓電漿源。

依據本發明之另一實施例，上述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備更包含一治具，以裝載並固定反應物噴嘴與常壓電漿源。

依據本發明之又一實施例，上述之每一常壓電漿源為一電弧式噴射電漿源或一絕緣障蔽式放電(Dielectric Barrier Discharge；DBD)管狀噴射電漿源。

依據本發明之再一實施例，上述之每一常壓電漿源為一電弧式大氣電漿源、一絕緣障蔽式放電大氣電漿源、或一高週波電漿源。

依據本發明之再一實施例，上述之反應物氣流包含複數個反應物，該些反應物包含氣體、液體、蒸氣、霧化溶液或粉末。

根據本發明之上述目的，另提出一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備。此常壓電漿輔助化學氣相沉積設備包含複數個沉積單元。這些沉積單元互相鄰接且排成一陣列。每一沉積單元包含一反應物噴嘴以及二常壓電漿源。在每一沉積單元中，每一常壓電漿源包含一噴口，這些噴口分別鄰設於反應物噴嘴之二側以使常壓電漿源所噴出之複數個電漿流包圍住反應物噴嘴所噴出之一反應物氣流。其中，反應物噴嘴之一出口位於常壓電漿源外。

依據本發明之一實施例，在上述每一沉積單元中，反應物噴嘴具有至少二凹口，以分別容置部分之常壓電漿源，並定位常壓電漿源。

依據本發明之另一實施例，上述每一常壓電漿源為一電弧式噴射電漿源或一絕緣障蔽式放電管狀噴射電漿源。

依據本發明之又一實施例，上述每一常壓電漿源為一電弧式大氣電漿源、一絕緣障蔽式放電大氣電漿源、或一高週波電漿源。

請參照第1A圖，其係繪示一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。常壓電漿輔助化學氣相沉積設備100a主要包含一電漿源102a與一反應物噴嘴104a。反應物噴嘴104a嵌設於電漿源102a之一側。此外，反應物 噴嘴104a之出口110位於電漿源102a的裝置中。反應物噴嘴104a所噴出之反應物氣流112先在電漿源102a內與電漿源102a所噴出之電漿流108混合，而在電漿源102a內形成混合區114。反應物氣流112與電漿流108混合後，電漿流108中的電漿解離且活化反應物氣流112中之反應物，而後再由電漿源102a下方之噴口106噴出。

然而，反應物氣流112中的反應物在電漿源102a內經活化後，容易再氣相聚合，而會在電漿源102a內部上沉積薄膜。如此一來，不僅會影響電漿特性，更可能導致電漿源102a之噴口106塞住。

另外，請參照第1B圖，其係繪示另一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。常壓電漿輔助化學氣相沉積設備100b同樣包含一電漿源102b與一反應物噴嘴104b。反應物噴嘴104b設置在電漿源102b之下方之一側。此外，反應物噴嘴104b之出口110位於電漿源102b外。電漿源102b之電漿流108由電漿源102b之噴口106噴出後，與下方反應物噴嘴104b所噴出之反應物氣流112混合，而形成混合區114。反應物氣流112與電漿流108混合後，電漿流112中的電漿解離且活化反應物氣流112中之反應物，來進行沉積。

請同時參照第1A圖、第1B圖與第2圖，其中第2圖係繪示目前之常壓電漿輔助化學氣相沉積的示意圖。利用常壓電漿輔助化學氣相沉積設備100a或100b於基板120上沉積薄膜122時，由於反應物氣流112均是位於電漿流108之一側，因此反應物氣流112僅有一側與電漿流108 混合，而反應物氣流112之另一側116則會與空氣接觸並混合。由於，反應物氣流112在混合區114內的反應物才可受到電漿流108之解離與活化，而在基板120上方的反應區124中進行沉積反應。因此，反應物氣流112之另一側116並未受到電漿流108的解離與活化，而無法在基板120上產生沉積反應，反而以離開基板120的流向118排入空氣中，而造成反應物的損失與浪費。

有鑑於此，本案提出常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，以解決目前常壓電漿輔助化學氣相沉積設備所面臨的問題。

請參照第3A圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。在本實施方式中，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200a主要包含反應物噴嘴204與二常壓電漿源202。反應物噴嘴204包含出口208。反應物噴嘴204可經由出口208來噴射反應物氣流212。其中，反應物氣流212可例如包含反應物與反應物之載氣。反應物可為含有欲沉積之薄膜成分的材料。在一些實施例中，反應物可為含有欲沉積之薄膜成分的氣體、液體、蒸氣、霧化溶液或粉末。

每個常壓電漿源202包含噴口210。常壓電漿源202可產生電漿流214。而常壓電漿源202所產生的電漿流214可經由常壓電漿源202之噴口210噴射而出。在一實施例中，常壓電漿源202可為電弧式噴射電漿源或絕緣障蔽式放電管狀噴射電漿源。在另一實施例中，常壓電漿源202可為電弧式大氣電漿源、絕緣障蔽式放電大氣電漿源、或 高週波電漿源。

在本實施方式中，此二常壓電漿源202之噴口210分別鄰設於反應物噴嘴204之二側，較佳係分別鄰設於反應物噴嘴204之出口208的二側。此外，反應物噴嘴204之出口208位於常壓電漿源202之外。如此一來，如第3B圖所示，此二常壓電漿源202所噴出之電漿流214可由二側包圍住由反應物噴嘴204之出口208所噴出之反應物氣流212，而在反應物噴嘴204之出口208的正下方形成混合區216。在混合區216中，反應物氣流212與電漿流214混合後，電漿流214中的電漿解離並活化反應物氣流112中之反應物，以在基板218上形成反應區222，進而在基板218上進行沉積而形成薄膜220。

由於電漿流214由反應物氣流212之二側包圍住反應物氣流212，因此不僅可減少反應物沒有反應的比例，而可大幅減少反應物的損失，並可改善反應物回收問題。而且，反應物可更有效地與電漿混合，而可提高電漿活化反應物的效能。此外，由於反應物噴嘴204之出口208位於常壓電漿源202之外，因此反應物與電漿係在常壓電漿源202之外才混合。故，可有效防止反應物活化後再氣相聚合的機會，進而可提高沉積薄膜之品質，更可避免常壓電漿源202之噴口210堵塞。

在一實施例中，如第3A圖所示，反應物噴嘴204可包含至少二凹口206。每一個凹口206可容置一常壓電漿源202之一部分，藉以固定並定位常壓電漿源202。因此，反應物噴嘴204之凹口206的形狀與數量較佳係配合常壓 電漿源202之形狀與數量。

請參照第4A圖與第4B圖，其係分別繪示依照本發明之二實施方式的常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200b和200c之架構大致上與上述實施方式之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200a之架構相同，主要的差異在於常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200b和200c更分別包含治具224a與224b。

如第4A圖所示，在常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200b中，治具224a可用以固定反應物噴嘴204與二常壓電漿源202，而反應物噴嘴204與二常壓電漿源202均設置在治具224a上。

如第4B圖所示，治具224b具有一容置孔232與二容置孔234。其中，反應物噴嘴204設置在治具224b之容置孔232中，而二常壓電漿源202則分別設置在此二容置孔234中。此外，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200b更包含數個鎖固元件226，例如螺絲。在常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200b中，藉由鎖固元件226穿鎖於治具224b中，可分別將反應物噴嘴204與常壓電漿源202固定在治具224b中。此外，線上工作人員可透過這些鎖固元件226，更方便地調整反應物噴嘴204之出口208與常壓電漿源202之噴口210的高度。

治具224a或224b的設置，除了可固定與定位反應物噴嘴204與常壓電漿源202外，更可有效遮蔽常壓電漿源202之噴口210之間的間隙。如此一來，可大幅減少從常壓電漿源202之噴口210噴出之電漿流214與空氣混合的 機會，而可確保電漿之活性，進而可提升電漿活化反應物的效能。

請參照第4C圖，其係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。此常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200d之架構大致上與前述實施方式之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200c之架構相同，二者的差異在於常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200d更包含一或多個排氣裝置228。

在常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200d中，排氣裝置228設置在常壓電漿源202之噴口210附近，且位於基板218上方。透過排氣裝置228，可將未參與反應之反應物自常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200d周圍排出，以降低為參與反應之反應物對線上工作人員之健康的危害。

本發明之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備可包含二各以上之常壓電漿源。請參照第5A圖與第5B圖，其係分別繪示依照本發明之二實施方式的常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的下視圖。常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200e包含一反應物噴嘴204與三個常壓電漿源202。如第5A圖所示，這三個常壓電漿源202的噴口210分別鄰設於反應物噴嘴204之三側，且較佳係分別鄰設於反應物噴嘴204之出口208的三側，而將出口208包圍起來。

另一方面，如第5B圖所示，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200f包含一反應物噴嘴204與四個常壓電漿源202。這四個常壓電漿源202的噴口210分別鄰設於反應物噴嘴204之四側，且較佳係分別鄰設於反應物噴嘴204之 出口208的四側，而更緊密地將出口208包圍起來。

本發明之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備可以陣列方式排列，以加大其沉積範圍。請參照第6A圖與第6B圖，其係分別繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的下視圖、以及第6A圖之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備之一沉積單元的下視圖。在此實施方式中，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200g包含數個沉積單元230。如第6A圖所示，這些沉積單元230互相鄰接，且以一陣列方式排列。

如第6B圖所示，每個沉積單元230包含一反應物噴嘴204與二常壓電漿源202。在一實施例中，每個沉積單元230之反應物噴嘴204與常壓電漿源202之裝置架構可如同上述實施方式之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200a的裝置架構。此二常壓電漿源202之噴口210分別鄰設於反應物噴嘴204之二側，較佳係分別鄰設於反應物噴嘴204之出口208的二側。此外，反應物噴嘴204之出口208位於常壓電漿源202之外。藉由多個沉積單元230的陣列排列設計，可使常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200g的有效沉積範圍大為擴張。

此外，在常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200g中，除了最外側的二反應物噴嘴204外，位於中間的反應物噴嘴204的出口208所噴出之反應物均可被左右二側、左上側、右上側、左下側與右下側之常壓電漿源202之噴口210所噴出之電漿解離活化。另一方面，最外側的二反應物噴嘴204的出口208所噴出之反應物可被左右二側、左下側與 右下側，或者左右二側、左上側與右上側之常壓電漿源202之噴口210所噴出之電漿解離活化。因此，可更進一步提高電漿活化反應物的效能。

請參照第7圖與第8圖，其係分別繪示依照本發明之二實施方式的常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200h包含一反應物噴嘴204、二常壓電漿源202a與治具224c。反應物噴嘴204穿設在治具224b中，而常壓電漿源202a則裝設在治具224c中。

同樣地，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200i包含一反應物噴嘴204、二常壓電漿源202b與治具224d。反應物噴嘴204穿設在治具224d中，而常壓電漿源202b則裝設在治具224d中。

如第7圖與第8圖所示，常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200h和200i與上述實施方式之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200c的架構大致上相同，二者的差異在於常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200h的常壓電漿源202a、以及常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200i的常壓電漿源202b的型式不同於常壓電漿輔助化學氣相沉積設備200c之常壓電漿源202。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為常壓電漿輔助化學氣相沉積設備之數個常壓電漿源的噴口鄰設於反應物噴嘴之出口旁。因此，反應物一經噴出後即為電漿所包圍。如此一來，可有效減少反應物未反應的比例，而可大幅減少反應物的損失，更可改善反應物回收問題。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為常壓電漿輔助化學氣相沉積設備之反應物氣流為電漿所包圍。因此，反應物可更有效地與電漿混合，而可提高電漿活化反應物的效能。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為常壓電漿輔助化學氣相沉積設備之反應物與電漿係在常壓電漿源之外才混合。因此，可有效防止反應物活化後再氣相聚合的機會，不僅可提高沉積薄膜之品質，更可避免電漿源之噴口堵塞。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100a‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

100b‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

102a‧‧‧電漿源

102b‧‧‧電漿源

104a‧‧‧反應物噴嘴

104b‧‧‧反應物噴嘴

106‧‧‧噴口

108‧‧‧電漿流

110‧‧‧出口

112‧‧‧反應物氣流

114‧‧‧混合區

116‧‧‧另一側

118‧‧‧流向

120‧‧‧基板

122‧‧‧薄膜

124‧‧‧反應區

200a‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200b‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200c‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200d‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200e‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200f‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200g‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200h‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

200i‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

202‧‧‧常壓電漿源

202a‧‧‧常壓電漿源

202b‧‧‧常壓電漿源

204‧‧‧反應物噴嘴

206‧‧‧凹口

208‧‧‧出口

210‧‧‧噴口

212‧‧‧反應物氣流

214‧‧‧電漿流

216‧‧‧混合區

218‧‧‧基板

220‧‧‧薄膜

222‧‧‧反應區

224a‧‧‧治具

224b‧‧‧治具

224c‧‧‧治具

224d‧‧‧治具

226‧‧‧鎖固元件

228‧‧‧排氣裝置

230‧‧‧沉積單元

232‧‧‧容置孔

234‧‧‧容置孔

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖係繪示一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第1B圖係繪示另一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第2圖係繪示目前之常壓電漿輔助化學氣相沉積的示意圖。

第3A圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種常壓 電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第3B圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積的示意圖。

第4A圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第4B圖係繪示依照本發明之又一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第4C圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第5A圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的下視圖。

第5B圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的下視圖。

第6A圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的下視圖。

第6B圖係繪示第6A圖之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備之一沉積單元的下視圖。

第7圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

第8圖係繪示依照本發明之再一實施方式的一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備的裝置示意圖。

200a‧‧‧常壓電漿輔助化學氣相沉積設備

202‧‧‧常壓電漿源

204‧‧‧反應物噴嘴

206‧‧‧凹口

208‧‧‧出口

210‧‧‧噴口

212‧‧‧反應物氣流

214‧‧‧電漿流

216‧‧‧混合區

Claims (10)

1. 一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，包含：一反應物噴嘴；以及至少二常壓電漿源，其中每一該至少二常壓電漿源包含一噴口，該些噴口分別鄰設於該反應物噴嘴之二側，以使該至少二常壓電漿源所噴出之複數個電漿流包圍住該反應物噴嘴所噴出之一反應物氣流，其中該反應物噴嘴之一出口位於該至少二常壓電漿源外。
2. 如請求項1所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中該反應物噴嘴具有至少二凹口，以分別容置部分之該至少二常壓電漿源，並定位該至少二常壓電漿源。
3. 如請求項1所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，更包含一治具，以裝載並固定該反應物噴嘴與該至少二常壓電漿源。
4. 如請求項1所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中每一該至少二常壓電漿源為一電弧式噴射電漿源或一絕緣障蔽式放電管狀噴射電漿源。
5. 如請求項1所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中每一該至少二常壓電漿源為一電弧式大氣電漿源、一絕緣障蔽式放電大氣電漿源、或一高週波電漿源。
6. 如請求項1所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中該反應物氣流包含複數個反應物，該些反應物包含氣體、液體、蒸氣、霧化溶液或粉末。
7. 一種常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，包含：複數個沉積單元，互相鄰接且排成一陣列，其中每一該些沉積單元包含：一反應物噴嘴；以及二常壓電漿源，其中每一該些常壓電漿源包含一噴口，該些噴口分別鄰設於該反應物噴嘴之二側以使該些常壓電漿源所噴出之複數個電漿流包圍住該反應物噴嘴所噴出之一反應物氣流，其中該反應物噴嘴之一出口位於該些常壓電漿源外。
8. 如請求項7所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中在每一該些沉積單元中，該反應物噴嘴具有至少二凹口，以分別容置部分之該些常壓電漿源，並定位該些常壓電漿源。
9. 如請求項7所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中每一該些常壓電漿源為一電弧式噴射電漿源或一絕緣障蔽式放電管狀噴射電漿源。
10. 如請求項7所述之常壓電漿輔助化學氣相沉積設備，其中每一該些常壓電漿源為一電弧式大氣電漿源、一絕緣障蔽式放電大氣電漿源、或一高週波電漿源。