TWI530584B - 無碳刷旋轉電漿電極結構及鍍膜系統 - Google Patents

無碳刷旋轉電漿電極結構及鍍膜系統 Download PDF

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Description

無碳刷旋轉電漿電極結構及鍍膜系統
本發明是有關於一種電極結構及鍍膜系統，且特別是有關於一種無碳刷旋轉電漿電極結構與包含無碳刷旋轉電漿電極結構的鍍膜系統。
第1圖為習知技藝之碳刷式旋轉電漿電極結構的示意圖。請參閱第1圖。
習知技藝之碳刷式旋轉電漿電極結構10由兩電極部11、兩導引部12、隔離部13、由石墨所製成的碳刷14、RF產生器15以及接地電極16所構成。隔離部13位於兩電極部11之間。導引部12貫穿於兩電極部12。碳刷14配置於電極部11之周緣。RF產生器15與接地電極16分別耦接於相對應的碳刷14之一端，而碳刷14之另一端與電極部11彼此接觸。
在此配置之下，電極部11係繞軸心A1進行轉動，藉由碳刷14以將RF產生器15所產生的射頻功率(RF Power)傳遞至電極部11，進而自導引部12產生電漿以對工件(workpiece)進行表面處理。然而，旋轉中的電極部11會摩擦到碳刷14，故會導致摩擦生熱而產生高溫，長時間運轉下恐有起火之危險。
再者，經摩擦後的碳刷14亦會產生粉塵(particle)，且這些粉塵會掉落至工件而產生污染，而致使電漿處理後的工件會有良率不佳的問 題。習知技藝中有利用粉塵罩收集粉塵來降低粉塵掉落至工件的機率，但仍無法解決電極部11摩擦碳刷14所產生高溫的問題並進而造成阻抗上升。由此可知，習知技藝之碳刷式旋轉電漿電極結構10亦存有阻抗高的問題，如此將會導致產生的RF能量不佳。
本發明提供一種無碳刷旋轉電漿電極結構，其為一無接觸式功率耦合結構，可提升功率耦合的效率，並可避免粉塵而產生汙染以及高溫的產生而可降低阻抗。
本發明提供一種鍍膜系統，其包括無碳刷旋轉電漿電極結構，而可以提升功率耦合的效率，以產生較高的RF能量，進而增加電漿產生之強度。
本發明的一實施例提出一種無碳刷旋轉電漿電極結構，包括一本體、複數個導引部、複數個導通件。本體繞一軸心進行轉動，本體包括複數個間隔設置的電極部，各電極部的周緣設置第一凸出部。導引部貫穿於電極部。各導通件包括一第二凸出部，第一凸出部與相對應的第二凸出部具有一第一間隔。
本發明的一實施例提出一種鍍膜系統，包括上述的無碳刷旋轉電漿電極結構。
基於上述，在本發明的無碳刷旋轉電漿電極結構中，藉由上述導通件的設計，使得導通件並未與電極部接觸而形成一高功率RF功率耦合結構，藉此提升功率耦合之效率，進而產生較高的RF能量。進一步地將無碳刷旋轉電漿電極結構運用在鍍膜系統時，可增加電漿產生的強度。
10‧‧‧碳刷式旋轉電漿電極結構
14‧‧‧碳刷
50‧‧‧鍍膜系統
60‧‧‧工件
100、200、300、400、500、600、700‧‧‧無碳刷旋轉電漿電極結構
110‧‧‧本體
11、112、114、212、312、412、512‧‧‧電極部
113‧‧‧環形板
112a、212a、312a、512a‧‧‧第一凸出部
12、120‧‧‧導引部
13、130‧‧‧隔離部
140、240、340、440‧‧‧導通件
142、242、442‧‧‧第二凸出部
15、150‧‧‧RF產生器
16、160‧‧‧接地電極
A‧‧‧平板的面積
A1‧‧‧軸心
c‧‧‧電容
d‧‧‧二平板間隔的距離
d1‧‧‧第一間隔
d2‧‧‧第二間隔
ε‧‧‧介電常數
ω‧‧‧角頻率
j‧‧‧虛數單位
Q‧‧‧電荷量
V‧‧‧電壓
Z‧‧‧阻抗
第1圖為習知技藝之碳刷式旋轉電漿電極結構的示意圖。
第2圖為本發明之無碳刷旋轉電漿電極結構的示意圖。
第3圖至第7圖為本發明之無碳刷旋轉電漿電極結構的不同實施例的示意圖。
第8圖為本發明之無碳刷旋轉電漿電極結構的另一實施例的示意圖。
第9圖為本發明之鍍膜系統的示意圖。
以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
第2圖為本發明之無碳刷旋轉電漿電極結構的示意圖。請參閱第2圖。在本實施例中，無碳刷旋轉電漿電極結構100包括一本體110、複數個導引部120、一隔離部130、複數個導通件140、一RF產生器150以及一接地電極160。
本體110繞一軸心A1進行轉動，本體110包括複數個(圖示為兩個)間隔設置的電極部112、114，其中隔離部130位於兩電極部112之間。
導引部120貫穿於電極部112。導引部120例如是由介電材料所製成的一中空管件，以導引如離子化氣體通過上述電極部112、114而形成電漿。
在本實施例中，所述導通件140分別位於電極部112、114的 周緣。在本實施例中，導通件140的數目為4個，其中兩個導通件140位於上端之電極部112的兩端，而另外兩個導通件140則是位於下端之電極部114的兩端。需說明的是，上述導通件140並未與電極部112、114接觸。
在本實施例中，電極部112、114之周緣呈鰭片狀。各電極部112、114的周緣設置第一凸出部112a。
在本實施例中，導通件140之一端呈鰭片狀。各導通件140包括第二凸出部142。各導通件140所具有的第二凸出部142的數量為3個，每一個第二凸出部142位於兩相對應的第一凸出部112a之間，第一凸出部112a與相對應的第二凸出部142具有一第一間隔d1，其中第一間隔d1小於2mm，以產生足夠之電容。需說明的是，本實施例並不對第一凸出部的數量、第二凸出部的數量加以限制。
在本實施例中，各導通件140的第二凸出部142至相對應的電極部112、114具有一第二間隔d2，其中所述第二間隔d2大於2mm，以避免產生火花。
在本實施例中，RF產生器150耦接於相對應的導通件140，即以第2圖而言，RF產生器150連接於位於上方的導通件140，該RF產生器150頻率大於13.56MHZ。接地電極160則耦接於位於下方的導通件140，以作為接地之用。
以下藉由阻抗(electrical impedance)與其相關的公式來說明本實施例的無碳刷旋轉電漿電極結構100係可形成一高功率RF功率耦合結構。相關公式如下所述：
於公式(1)中，Z表示阻抗，j表示虛數單位，ω表示角頻率，c表示電容。
於公式(2)中，c表示電容，V表示電壓，Q表示電荷量。電容c是測量當電容器兩端的電位差或電壓V為單位值時，儲存在電容器電極的電荷量Q。進一步地，在平行板電容器的電容量來說，ε表示介電常數，A表示平板的面積，而d為二平板間隔的距離。
由上述公式(1)可知，阻抗Z的大小會隨著電容量的大小而改變，也就是說，電容量越高的話，阻抗值也會跟著降低，如此便能產生較高的RF能量。並且由上述公式(2)可知，電容量和平板的面積A成正比，和二平板之間的距離d成反比。
對應上述公式(1)、(2)可知，在本實施例中，第一凸出部112a與相對應的第二凸出部142具有第一間隔d1，每一個第一凸出部112a與相對應的第二凸出部142會有一對應的電容量。並且，若第一凸出部112a的面積與相對應的第二凸出部142的面積越大，則電容量越高。再者，這些第一凸出部112a與這些第二凸出部142形成一並聯的型態，如此一來再將每一個電容量相加，而可以獲得較大的電容量。在此配置之下，當本體100繞軸心A1進行轉動時，藉由上述導通件140的設計，使得導通件140並未與電極部112接觸，以形成一高功率RF功率耦合結構而可以獲得較高的電容量，進而降低阻抗值，藉此來提升功率耦合之效率，而產生較高的RF能量。
第3圖至第7圖為本發明無碳刷旋轉電漿電極結構的不同實施例的示意圖。需說明的是，第3圖至第7圖的無碳刷旋轉電漿電極結構200、300、400、500、600與第2圖的無碳刷旋轉電漿電極結構100相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，並且，為了便於說明，第3圖至第7圖只繪示出電極部及與電極部相關之部分構件，以下僅說明差異處。
第3圖與第2圖的不同之處在於，各導通件240所具有的第一凸出部242之數量為4個，每一個電極部212的第一凸出部212a位於兩相對應的第一凸出部242之間。
第4圖與第3圖的不同之處在於，導通件340並未有如第2圖的至第3圖所示的導通件140、240之一端是呈鰭片狀。導通件340本身就是第二凸出部，而導通件340位於電極部312的兩相對應的第一凸出部312a之間，以形成電極部312的第一凸出部312a包覆部分導通件340，且第一凸出部312a並未接觸於導通件340。
第5圖與第4圖的不同之處在於，導通件440之一端呈一ㄇ字形，即導通件440包括兩個第二凸出部442，而電極部312的第一凸出部312a位於第二凸出部442之間，以形成導通件440所具有的第二凸出部442包覆部分第一凸出部312a，且第二凸出部442並未接觸於第一凸出部312a。
第6圖與第5圖的不同之處在於，電極部412並未有如第2圖的至第5圖所示的電極部112、212、312之周緣是呈鰭片狀。電極部412本身就是第一凸出部，而電極部412位於兩相對應的第二凸出部442之間，以形成第二凸出部442包覆部分電極部412，且第二凸出部442並未接觸於電極部 412。
第7圖與第6圖的不同之處在於，導通件340本身就是第二凸出部，而電極部412本身就是第一凸出部，導通件340並未接觸電極部412。需說明的是，上述第2圖至第7圖僅為示例，但不限於上述實施例，亦可將第2圖至第7圖中不同實施例的導通件與電極部相互搭配。
需說明的是，上述第2圖中的第一凸出部112a由一環形板113套在電極部112所形成，而第3圖中的第一凸出部212a、第4圖與第5圖中的第一凸出部312a也是經由環形板113套在電極部212、312所形成。在此不限制第一凸出部的形成方式，以下以第8圖來舉例之。
第8圖為本發明之無碳刷旋轉電漿電極結構的另一實施例的示意圖。需說明的是，第2圖至第7圖的無碳刷旋轉電漿電極結構100、200、300、400、500、600與第8圖的無碳刷旋轉電漿電極結構700相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明。第8圖的與第2圖至第7圖不同之處在於。在本實施例中，第一凸出部512a由電極部512經加工銑槽而形成，換言之，即將電極部512的周緣加工而形成多個凹槽，使得在電極部512的周緣形成具有多個第一凸出部512a而呈鰭片狀，每一個第二凸出部142亦位於兩相對應的第一凸出部512a之間。如此亦能夠形成一高功率RF功率耦合結構而可以獲得較高的電容量，進而降低阻抗值，藉此來提升功率耦合之效率，而產生較高的RF能量。此外，第8圖中的導通件140僅為示例，但不限於上述實施例，亦可將第2圖至第7圖中不同實施例的導通件與第8圖中的電極部512相互搭配。同樣地，本發明也不限制第8圖中的電極部512之第一凸出部512a的形式，也可經由將電極部512的周緣加工而 形成如第2圖至第5圖所示的第一凸出部。
第9圖為本發明之鍍膜系統的示意圖。在本實施例中，鍍膜系統50用以對於一工件60進行鍍膜處理或薄膜沉積。所述工件60例如是晶圓或者可鍍基材。鍍膜系統50包括無碳刷旋轉電漿電極結構100。無碳刷旋轉電漿電極結構100具體實施例結構如第2圖配合以上說明所述，在此不再重複說明。此外，在其他實施例中，亦可將第3圖至第8圖所示的無碳刷旋轉電漿電極結構200、300、400、500、600、700運用於鍍膜系統50，亦有相同的功效。
當鍍膜系統50進行運作時，由於無碳刷旋轉電漿電極結構100本身形成高功率RF功率耦合結構，以產生較高的RF能量，如此便能夠增加電漿產生之強度，來對所述工件60進行鍍膜處理或薄膜沉積。
綜上所述，在本發明的無碳刷旋轉電漿電極結構中，藉由上述導通件的設計，使得導通件並未與電極部接觸而形成一高功率RF功率耦合結構，藉此提升功率耦合之效率，進而產生較高的RF能量。再者，由於導通件並未與電極部接觸，故可避免粉塵而產生汙染與高溫的產生而造成阻抗上升。進一步地將無碳刷旋轉電漿電極結構運用在鍍膜系統時，可增加電漿產生的強度。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
100‧‧‧無碳刷旋轉電漿電極結構
110‧‧‧本體
112、114‧‧‧電極部
112a‧‧‧第一凸出部
113‧‧‧環形板
120‧‧‧導引部
130‧‧‧隔離部
140‧‧‧導通件
142‧‧‧第二凸出部
150‧‧‧RF產生器
160‧‧‧接地電極
A1‧‧‧軸心
d1‧‧‧第一間隔
d2‧‧‧第二間隔

Claims (22)

  1. 一種無碳刷旋轉電漿電極結構，包括：一本體，其繞一軸心進行轉動，該本體包括複數個間隔設置的電極部，各該電極部的周緣設置一第一凸出部；複數個導引部，貫穿於該些電極部；複數個導通件，各該導通件包括一第二凸出部，該第一凸出部與相對應的該第二凸出部具有一第一間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，更包括：一RF產生器，耦接於相對應的該導通件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，更包括：一隔離部，位於該些電極部之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件之一端呈鰭片狀，各該電極部之周緣呈鰭片狀，該第二凸出部位於兩相對應的該第一凸出部之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件之一端呈鰭片狀，各該電極部之周緣呈鰭片狀，該第一凸出部位於兩相對應的該第二凸出部之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件位於兩相對應的該第一凸出部之間，各該第一凸出部包覆部分該導通件，且該第一凸出部並未接觸於該導通件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件一端呈ㄇ字形，該導通件所具有的該第二凸出部包覆部分該第一凸出部，且該第二凸出部並未接觸於該第一凸出部。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件 一端呈ㄇ字形，該電極部位於兩相對應的該第二凸出部之間，各該第二凸出部包覆部分該電極部，且該第二凸出部並未接觸於該電極部。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中各該導通件至相對應的該電極部具有一第二間隔，該第二間隔大於2mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中該第一凸出部是經由一環形板套在該電極部所形成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中該第一凸出部是由電極部經加工銑槽而形成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之無碳刷旋轉電漿電極結構，其中該第一間隔小於2mm。
  13. 一種鍍膜系統，包括：一無碳刷旋轉電漿電極結構，包括：一本體，其繞一軸心進行轉動，該本體包括複數個間隔設置的電極部，各該電極部的周緣設置一第一凸出部；複數個導引部，貫穿於該些電極部；以及複數個導通件，各該導通件包括一第二凸出部，該第一凸出部與相對應的該第二凸出部具有一第一間隔；一隔離部，位於該些電極部之間；以及一RF產生器，耦接於相對應的該導通件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件之一端呈鰭片狀，各該電極部之周緣呈鰭片狀，該第二凸出部位於兩相對應的該第一凸出部之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件之一端呈鰭片狀，各該電極部之周緣呈鰭片狀，該第一凸出部位於兩相對應的該第二凸 出部之間。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件位於兩相對應的該第一凸出部之間，各該第一凸出部包覆部分該導通件，且該第一凸出部並未接觸於該導通件。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件一端呈ㄇ字形，該導通件所具有的該第二凸出部包覆部分該第一凸出部，且該第二凸出部並未接觸於該第一凸出部。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件一端呈ㄇ字形，該電極部位於兩相對應的該第二凸出部之間，各該第二凸出部包覆部分該電極部，且該第二凸出部並未接觸於該電極部。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中各該導通件至相對應的該電極部具有一第二間隔，該第二間隔大於2mm。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中該第一凸出部是經由一環形板套在該電極部所形成。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中該第一凸出部是由電極部經加工銑槽而形成。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之鍍膜系統，其中該第一間隔小於2mm。
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