TWI579405B - 電漿鍍膜裝置 - Google Patents

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張瀛方
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Description

電漿鍍膜裝置
本發明是有關於一種電漿鍍膜裝置，且特別是有關於一種具有液滴篩選功能的電漿鍍膜裝置。
目前的工業技術之中，鍍膜技術扮演著相當重要的角色，鍍膜技術基本上可分為氣相沉積成膜法(vapor deposition)與液態沉積成膜法(liquid deposition)等兩種方法。氣相沉積成膜法主要包括物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)以及化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)，而液態成膜法主要包括溶液沉積法(solution deposition)、電鍍法(electroplating)等等。
現今電漿鍍膜製程多在真空環境下進行，也因此具有諸多缺點，例如真空設備成本昂貴、高設備維護費、基板尺寸受限於真空腔體的大小以及抽真空耗時等。相較於真空電漿鍍膜系統而言，常壓電漿鍍膜系統無需受限於真空環境，因此逐漸地被面板、半導體或太陽能等相關產業所採用。
然而，常壓下的電漿鍍膜製程易受環境的大氣影響，無法確實掌握電漿鍍膜裝置周邊的壓力、溫度、濕度與氧含量等環境因素，進而導致成膜的光電特性不易控制。此外，鍍膜製程中所需的霧化先驅物(atomized precursor)可能於管路的輸送途中凝結成顆粒大的液滴。當大液滴的先驅 物進入電漿鍍膜裝置時，先驅物無法完全解離，易導致成膜品質不佳並產生微粒缺陷(particulate defect)的情形。
本發明提供一種具有液滴篩選裝置的電漿鍍膜裝置。
在一實施例中，此電漿鍍膜裝置包括電漿產生單元以及液滴篩選單元。電漿產生單元具有入口端以及出口端。液滴篩選單元設置於電漿產生單元的入口端，液滴篩選單元具有第一腔室以及連接第一腔室的導入口以及連接口。連接口連接電漿產生單元的入口端，導入口用以接收霧化先驅物，且霧化先驅物在進入第一腔室後適於被分離為第一部分以及第二部分，其中第一部份的霧化先驅物的液滴顆粒小於第二部分的霧化先驅物的液滴顆粒。第一部分的霧化先驅物適於經由連接口進入電漿產生單元的入口端。
為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明之一實施例之電漿鍍膜裝置的方塊圖。請參考圖1，在本實施例中，電漿鍍膜裝置100包括電漿產生單元110、液滴篩選單元120以及霧化產生器130。霧化產生器130用以自鹽類水溶液或有機溶液產生霧化先驅物P，且霧化先驅物P會被導引至液滴篩選單元120。一般而言，霧化先驅物P可能於輸送過程中，凝結成顆粒大 小不一的液滴。液滴篩選單元120可對霧化先驅物P的液滴顆粒大小進行篩選。例如，將霧化先驅物P中具有較大顆粒的部分篩出，而讓具有較小顆粒的部分進入電漿產生單元110。更具體而言，液滴篩選單元120可將霧化先驅物P分離為液滴顆粒較小的第一部分P1以及液滴顆粒較大的第二部分P2，其中第一部分P1被導引至電漿產生單元110，而第二部分P2由液滴篩選單元120被排出。霧化先驅物P的第一部分P1可於電漿產生單元110中解離並合成為電漿PA。在本實施例中，電漿鍍膜裝置100例如是採用氣相成膜技術，如電漿輔助化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)，在基板表面形成薄膜。此外，本實施例所採用的電漿鍍膜裝置100例如是常壓電漿鍍膜裝置。
另一方面，本實施例的電漿鍍膜裝置100還可選擇性地包括氣幕單元140，其連接於電漿產生單元110，可產生氣幕，以防止電漿PA與環境空氣作用，確保成膜品質。
當然，本實施例之電漿鍍膜裝置100也可以是真空電漿鍍膜裝置或其他類型的鍍膜裝置。一般而言，真空鍍膜裝置的製程環境可以是高度真空或低度真空。本實施例之電漿鍍膜裝置100可根據製程環境的實際狀況來考量氣幕單元140的配置與否。
下文更進一步對本申請之電漿鍍膜裝置可能的實際結構配置作進一步說明。在此，沿用前述實施例的元件符號來表達相同或相似的元件與其間的連接關係。
圖2為本發明之一實施例之電漿鍍膜裝置的結構圖。圖3為圖2之液滴篩選單元的放大圖。請參考圖2與3，電漿鍍膜裝置100包括電漿產生單元110以及液滴篩選單元120。電漿產生單元110具有入口端110a以及出口端110b。液滴篩選單元120設置於電漿產生單元110的入口端110a，並且具有第一腔室122以及連接第一腔室122的導入口122a以及連接口122b。連接口122b連接電漿產生單元110的入口端110a。導入口122a連接霧化產生器130，用以接收霧化先驅物P。另外，液滴篩選單元更包括排出口122c，部分霧化先驅物P適於經由排出口122c離開液滴篩選單元120。
經由導入口122a進入第一腔室122的霧化先驅物P，其具有顆粒大小不一的液滴。有鑒於此，本實施例之液滴篩選單元120針對第一腔室122的導入口122a、連接口122b以及排出口122c採取以下的配置。
首先，在本實施例中，液滴篩選單元120之連接口122b相對於第一腔室122的底部122d的高度H1，大於排出口122c相對於第一腔室122的底部122d的高度H2。另一方面，液滴篩選單元120之連接口122b相對於第一腔室122的底部122d的高度H1，大於液滴篩選單元120之導入口122a相對於第一腔室122的底部122d的高度H3。
進一步而言，當霧化先驅物P經由導入口122a進入第一腔室122時，大小液滴的霧化先驅物P分別受到重力的影響，其中大液滴的霧化先驅物P例如係落至第一腔室 122的底部122d，而小液滴的霧化先驅物P例如係漂浮於第一腔室122之中。根據上述之連接口122b相對於排出口122c的高度差配置以及導入口122a相對於連接口122b的高度差的配置，可實現篩選霧化先驅物P的功能。此外，在本實施例中，高度H1以及高度H3所形成之高度差例如介於1釐米至20釐米之間。
更具體而言，本實施例的液滴篩選單元120具有凸起部124，位於第一腔室122的底部122d，且朝向第一腔室122內部突出。凸起部124與第一腔室122的側壁122e之間形成儲存空間126。篩選後的大液滴的霧化先驅物P將落至儲存空間126內，而形成霧化先驅物P的第二部分P2。連接口122b位於凸起部124的頂面124a，漂浮於第一腔室122之中的小液滴的霧化先驅物P可進入連接口122b，而形成霧化先驅物P的第一部分P1。另外，排出口122c位於儲存空間126的底部122d，儲存空間126中的霧化先驅物P的第二部分P2將由排出口122c排出。在此，霧化先驅物P之第二部分P2可以是由排出口122c直接排放，也可以是由排出口122c導引至圖1之霧化產生器130，將霧化先驅物P之第二部分P2回收再行使用。
此外，液滴篩選單元120具有第一通道128，貫穿凸起部124。連接口122b位於第一通道128的頂端128a，且電漿產生單元110的入口端110a延伸插入第一通道128。因此霧化先驅物P的第一部分P1可自連接口122b進入第一通道128，並且被導引至電漿產生單元110的入口端 110a，而進入電漿產生單元110。
圖4為本發明之另一液滴篩選單元的示意圖。請參考圖4，在本實施例中，液滴篩選單元220具有與前述液滴篩選單元120類似的效果，可用以分離液滴顆粒大小不一的霧化先驅物P。另外，液滴篩選單元220具有導入口222a、連接口222b以及排出口222c，其中導入口222a例如係連接圖1之霧化產生器130，用以接收霧化先驅物P。連接口222b例如係連接圖2之電漿產生單元110。藉由渦漩氣流A1導引霧化先驅物P進入液滴篩選單元220的第一腔室222。液滴顆粒較小的部分的霧化先驅物P1將會被導引至連接口222b，而液滴顆粒較大的部分的霧化先驅物P2將會被下沉至排出口222c，並離開第一腔室222。在本實施例中，液滴篩選單元220之第一腔室222為錐形(tapered)，且鄰近排出口222c的第一腔室222的內徑R1小於鄰近導入口222a的第一腔室222的內徑R2。
如圖3所示，篩選後的霧化先驅物P的第一部分P1可經由第一通道128被導引至電漿產生單元110的入口端110a。
圖5為圖2之電漿產生單元的示意圖。請參考圖2與5，電漿產生單元110包括本體112、第一電極114以及第二電極116。本體112具有第二腔室112a，其連接入口端110a與出口端110b。第一電極114位於第二腔室112a內，，第二腔室112a經由入口端110a連接第一腔室122的連接口122b。因此霧化先驅物P的第一部分P1將自入 口端110a經由連接口122b，而進入第二腔室112a。另外，第二電極116設置於第二腔室112a的內壁112b，且第二電極116與第一電極114相對。
本實施例的第二電極116例如是設置於第二腔室112a的內壁112b上的電極層。第一電極114與第二電極116例如是分別連結至電源供應器(未繪示)的高壓端及接地端，因此第一電極114與第二電極116之間可產生電場。當霧化先驅物P的第一部分P1進入第二腔室112a時，將會受電場作用而解離為電漿PA。在此，第一電極114例如是由導電金屬構成的柱狀電極，第二電極116例如是由導電金屬構成。
霧化先驅物P的第一部分P1於第二腔室112a形成電漿PA後，將被導引至出口端110b而離開電漿產生單元110，並在圖2所繪示的待鍍物190上形成薄膜。
吾人可視操作環境的實際情況，選擇性地配置氣幕單元140於出口端110b。圖6為圖1之氣幕單元的示意圖。圖7為圖6之氣幕單元沿方向D1的底視圖。如圖6與7所示，氣幕單元140設置於電漿產生單元110的出口端110b，用以產生圍繞出口端110b且氣流向下的氣幕140a。在本實施例中，氣幕單元140包括外罩142，其圍繞電漿產生單元110的本體112。外罩142具有側壁142a，且外罩142與本體112之間形成第三腔室144以及向下的出氣口144b。
本實施例的出氣口144b例如是環形狹縫。具體而言， 環形狹縫可以是由外罩142與本體112的出口端110b共同形成的間隙。第三腔室144連接進氣口144a與出氣口144b，使得由進氣口144a導入的氣體A2可經由環形狹縫排出而形成可封閉圖2所繪示的待鍍物190上之成膜區域S的氣幕140a。如此將氣幕單元140配置於電漿產生單元110的出口端110b(例如於常壓的環境下)，氣幕單元產生140的氣幕140a可阻絕環境空氣，減少外部氧氣與電漿反應。另外，且提供部分冷卻的功能，以控制成膜的品質。
當然，本實施例之出氣口144b之環形狹縫的形成方式與位置並不限於是由外罩142與本體112共同形成且位於兩者之間。舉例而言，吾人也可以選擇直接在外罩142的側壁142a內形成前述進氣口144a、第三腔室144以及出氣口144b。
此外，所述出氣口144b的形狀亦不限於是環形。舉凡可提供類似之氣幕效果的出氣口設計，皆可適用於此。圖8即繪示依據本申請之另一實施例的出氣口的設計。在本實施例中，氣幕單元240具有圍繞出口端110b設置的多個孔洞，以作為出氣口244b。在此，出氣口246b可以是規則或不規則排列的孔洞(如圓孔)，並且形成於外罩242的側壁242a中。
本申請之電漿鍍膜裝置藉由液滴篩選單元來對可能具有不同大小液滴顆粒的霧化先驅物提供篩選的功能。為此，液滴篩選單元採用連接口相對於排出口的高度差配置以及導入口相對於連接口高度差的配置，將霧化先驅物分 離為液滴顆粒較大的部分以及液滴顆粒較小的另一部分。液滴顆粒較大霧化先驅物自排出口排出，而液滴顆粒較小霧化先驅物導入至至電漿產生單元，並受電場作用而解離為電漿。另外，視鍍膜製程環境的實際情況，可選擇性地配置氣幕單元於電漿產生單元的出口端，氣幕單元用以成氣幕而阻絕環境空氣，減少外部氧氣與電漿反應，且於待鍍物的成膜區域提供部分冷卻的功能，避免成膜上的缺陷，而確保電漿鍍膜的品質。
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，任何所屬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，當可作些許之更動與潤飾，故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。
100‧‧‧電漿鍍膜裝置
110‧‧‧電漿產生單元
110a‧‧‧入口端
110b‧‧‧出口端
112‧‧‧本體
112a‧‧‧第二腔室
112b‧‧‧內壁
114‧‧‧第一電極
116‧‧‧第二電極
120、220‧‧‧液滴篩選單元
122、222‧‧‧第一腔室
122a、222a‧‧‧導入口
122b、222b‧‧‧連接口
122c、222c‧‧‧排出口
122d‧‧‧底部
122e‧‧‧側壁
124‧‧‧凸起部
124a‧‧‧頂面
126‧‧‧儲存空間
128‧‧‧第一通道
128a‧‧‧頂端
130‧‧‧霧化產生器
140、240‧‧‧氣幕單元
140a‧‧‧氣幕
142、242‧‧‧外罩
142a、242a‧‧‧側壁
144‧‧‧第三腔室
144a‧‧‧進氣口
144b、244b‧‧‧出氣口
190‧‧‧待鍍物
A1‧‧‧渦漩氣流
A2‧‧‧氣體
D1‧‧‧方向
H1、H2、H3‧‧‧高度
P、P1、P2‧‧‧霧化先驅物
PA‧‧‧電漿
R1、R2‧‧‧內徑
S‧‧‧成膜區域
圖1為本發明之一實施例之電漿鍍膜裝置的方塊圖。
圖2為本發明之一實施例之電漿鍍膜裝置的結構圖。
圖3為圖2之液滴篩選單元的放大圖。
圖4為本發明之另一液滴篩選單元的示意圖。
圖5為圖2之電漿產生單元的放大圖。
圖6為圖1之氣幕單元的放大圖。
圖7為圖6之氣幕單元沿方向D1的底視圖。
圖8為本發明之氣幕單元之另一出氣口設計的示意圖。
100‧‧‧電漿鍍膜裝置
110‧‧‧電漿產生單元
110a‧‧‧入口端
110b‧‧‧出口端
120‧‧‧液滴篩選單元
122‧‧‧第一腔室
122a‧‧‧導入口
122b‧‧‧連接口
122c‧‧‧排出口
190‧‧‧待鍍物
P、P1、P2‧‧‧霧化先驅物
S‧‧‧成膜區域

Claims (14)

  1. 一種電漿鍍膜裝置，包括：一電漿產生單元，具有一入口端以及一出口端；一液滴篩選單元，設置於該電漿產生單元的該入口端，該液滴篩選單元具有一第一腔室以及連接該第一腔室的一導入口以及一連接口，該連接口連接該電漿產生單元的該入口端，該導入口用以接收一霧化先驅物，且該霧化先驅物在進入該第一腔室後適於被分離為一第一部分以及一第二部分，其中該第一部份的霧化先驅物的液滴顆粒小於該第二部分的霧化先驅物的液滴顆粒，該第一部分的霧化先驅物適於經由該連接口進入該電漿產生單元的該入口端；以及一霧化產生器，連接該液滴篩選單元的該導入口，用以提供該霧化先驅物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該霧化先驅物的成分包括鹽類水溶液或有機溶液。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該液滴篩選單元更包括一排出口，該第二部分的霧化先驅物適於經由該排出口離開該液滴篩選單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電漿鍍膜裝置，其中該連接口相對於該第一腔室底部的高度大於該排出口相對於該第一腔室底部的高度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該連接口相對於該第一腔室底部的高度大於該導入口相對 於該第一腔室底部的高度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該連接口與該導入口之間的高度差介於1釐米至20釐米之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該液滴篩選單元包括：一凸起部，位於該第一腔室底部；以及一第一通道，貫穿該凸起部，該連接口位於該第一通道的頂端，且該電漿產生單元的該入口端延伸插入該第一通道。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電漿鍍膜裝置，其中該凸起部朝向該第一腔室內部突出，並與該第一腔室的側壁之間形成一儲存空間，該連接口位於該凸起部的一頂面。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之電漿鍍膜裝置，其中該第一腔室為錐形，且鄰近該排出口的該第一腔室的內徑小於鄰近該導入口的該第一腔室的內徑。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，其中該電漿產生單元包括：一本體，具有一第二腔室，連接該入口端與該出口端；一第一電極，位於該第二腔室內；以及一第二電極，設置於該第二腔室的內壁，且與該第一電極相對。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電漿鍍膜裝置，更包括一氣幕單元，設置於該電漿產生單元的該出口端，用 以產生圍繞該出口端的一氣幕。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電漿鍍膜裝置，其中該氣幕單元包括一外罩，圍繞該電漿產生單元的該本體，該外罩具有一進氣口，且該外罩與該本體之間形成一第三腔室以及向下的一出氣口，該第三腔室連接該進氣口與該出氣口。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電漿鍍膜裝置，其中該出氣口包括一環形狹縫或圍繞該出口端設置的多個孔洞。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電漿鍍膜裝置，更包括一氣幕單元，設置於該電漿產生單元的該出口端，用以產生圍繞該出口端的一氣幕。
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