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TW200814859A - Processing system and plasma generation device thereof - Google Patents

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TW200814859A
TW200814859A TW095134000A TW95134000A TW200814859A TW 200814859 A TW200814859 A TW 200814859A TW 095134000 A TW095134000 A TW 095134000A TW 95134000 A TW95134000 A TW 95134000A TW 200814859 A TW200814859 A TW 200814859A
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TW
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electrode
plasma generating
fluid
processing system
generating apparatus
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TW095134000A
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TWI345431B (en
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Chi-Hung Liu
Wen-Tzong Hsieh
Chen-Der Tsai
Chun-Hsien Su
Chih-Wei Chen
Chun Hung Lin
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Ind Tech Res Inst
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Description

200814859 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產生裝置，特別是有關於 種無電極損耗之處理系統及其電漿產生裝置。 【先前技術】 電漿技術已發展多年，係利用電漿内之高能粒子（電子 及離子）與活性物種對欲處理工件產生鍍膜、蝕刻與表面改 • 質等效應，其特性可應用於光電及半導體產業、3C產品、 汽車產業、民生材料業及生醫材料表面處理等，因其技術 應用廣泛，各國乃投入相當都多之研發能量進行電漿基礎 研究與其應用領域。 然而，由於光電及半導體產業製程品質的需求，電漿 技術的應用皆處於真空環境之下，龐大的真空設備成本限 制了其技術於傳統產業之應用，故諸多研究者嘗試於大氣 下激發電漿。大氣電漿（或稱常壓電漿）乃指於一大氣壓或 ^ 接近一大氣壓之狀態下所產生電漿，相較於目前發展已具 完備的真空電漿技術，常壓電漿系統比低壓電漿系統於成 本上有絕對優勢。就設備成本，它不需使用昂貴的真空設 備，若能建構線狀之常壓電漿系統，更可提高電漿區域而 增加處理面積；而就製程方面，欲處理物可不受真空腔體 限制並可進行R2R(Roll-to-Roll)連續式程序，這些技術特 色皆可有效地降低產品的製造成本(Running Cost)。 【發明内容】 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexiin 5 200814859 甘於士匕本發明提供一種無電極損耗之處理系統及 ，、電水生裝置，如此以避免電極損耗問題（亦即，電漿不 =1接觸）’亚且模組化之處理系統可提供線狀大氣電聚 處理衣置，有效的降低設備成本並提升產率。 本^之電漿產生裝置係用以對於 裝置包括至少—導引元件與至少-電極元 Γ= 路徑’第一流體沿著路徑依序通過- : 一弟二位置。電極元件包括一第-電極盘-第 二第：電極相對於第-位置、第二電極相對於第 一位〒之下，弟—電極、第二電極對於第一位置盥第二位 :=:狀態係不同於第二流體之能量狀態。 座俜==系統包括—基座與-電漿產生裝置。基 行離子化。 生衣置係用以對於第一流體進 電漿產生裝置包括至少—導弓 件。導引元件包括一路徑，—y包極兀 -第-位置與—第二位w广流體沿著路徑依序通過 第-帝極t… 電極元件包括一第一電極與一 第二置之:弟；_電：:對！第—位置、第二電極相對於 位置之間的第體激則…^ 以利用第二流體對於物件進 j了弟一k體，如此 阻灰化或飯刻等製程或處理。處理、活化、清潔、光 電位差。導引元件包 第一電極與第二電極之間存在有 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 6 200814859 括一中空件，路徑係位於中空件之内部。第一電極、第二 電極可具有完全相同的尺寸。第一電極之尺寸係可大於第 二電極之尺寸。 第一、二電極係可環繞或局部環繞於導引元件之外 侧。第一電極可包括一似c型結構、第二電極可包括一似 c型結構。第一電極可包括一第一槽結構，第二電極可包 括一第二槽結構，第一槽結構與第二槽結構係相對於路徑 而採用交錯方式之排列。 • 處理系統更可包括一供應裝置。供應裝置可為一射頻 產生器，第一電極係接收射頻產生器所產生之信號而對於 第一流體進行激能，並且射頻產生器之頻率為13.56 MHz 或13.56 MHz之整數倍數之頻率。此外，供應裝置亦可為 一電源供應器，此電源供應器具有一交流電產生器，其中， 交流電產生器之頻率為1MHz〜100MHz。 導引元件更可包括一第三位置，第二流體係通過第三 位置，並且在第三位置之第二流體於實質上具有均勻能量 ^ 分佈曲線。導引元件係由介電材料所製成。第一電極係為 一線圈結構。線圈結構係設置於導引元件之外部。 導引元件更可包括一侧壁部與一埠結構，埠結構形成 於侧壁部，並且第二流體經由埠結構對於物件進行處理， 其中，埠結構可為一開孔。 【實施方式】 第一實施例 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 7 200814859 圃尸/f不 电浆產生裝置Ml仫 叫例如：空氣Μ行離子化。=以對於第—流 導引元件ΡΙ、_雷朽电水產生裝置Ml包括一 、首，— 电極70件el與一供應裝置3。 ¥引兀件P1包括—圓柱狀中 第一位置al-al、 笛 1、—路徑gi、一 1 al、一弟二位置μ_μ盥― 路徑d係位於中空件nl之且弟^立置心。 二位置M_bl與第二位$〗弟一位置al-a卜第 - ^ 位| ei_cl分別表示相對於妨尸 二個不同的斷面位置。於中* 對於吩徑gl之 入端il與-輸出端i2，盆中=端4分別具有-輸 進入了路徑gl，並且第—^^一經由輪入端11 -位置…第-位置=:1沿著路徑_通過第 〆、乐—位置bl-bl。於太每# /丨丄 pi係由介電材料(例如··石英玻璃、陶’ 之其它非導體材料)所製成。 尤或〃有相同性質 電極元件el包括—第―電極Ml 第一電極1-1、第-帝朽9 ,产 ^弟一电極2-1 〇 1 1 — 电極係分別在相對於第一办罢 a -a、弟二位置bl_bk下而環繞於導引元件 :共應裝置3提供信號或能量至第—電極 丄：； 係接地，於第一電極與第-命 弟一電極2_1 差。 弟—电極2·1之間存在有電位 於本實施例中，第一電極M、 + 尺寸。供應裝置3可為一射頻產 数倍數之頻率），其中， 私極Μ接收來自射頻產生器所產生 、 弟一咖小弟二電極W之間所產生的電場便可對於第 °96Β-Α21843TWF(N2) ；P53950〇50TW；alexlin 200814859 一流體W1進行激能。此外，供應裝置3亦可為一電源供 應器（例如：具有頻率為1MHz〜100MHz之交流電產生器）， 此電源供應器係電性連接於第一電極1-1，如此以對於第一 電極Μ、第二電極2-1之間所產生的電場便可對於第一流 體wl進行激能。 在第一電極1-1相對於第一位置al-al、第二電極2-1 相對於第二位置b 1 -b 1之下，第一電極1 -1、第二電極2-1 之間所形成之電場對於第一位置al-al與第二位置bl-bl ® 之間的第一流體wl進行激能後形成了一第二流體w2(電 漿），如此使得第一流體wl之能量狀態係不同於第二流體 w2之能量狀態。 隨後，第二流體w2便通過第三位置cl-cl且經由中空 件nl之輸出端i2進行輸出，並且在第三位置cl-cl上之第 二流體w2於實質具有均勻能量分佈曲線(如第1圖左侧之 能量分佈曲線X所示）。 第二實施例 如第2圖所示，與第一實施例中之電漿產生裝置Ml 所不同之處在於··電漿產生裝置M2之電極元件e2包括了 一第一電極1-2與一第二電極2-2，其中，第一電極1-2之 尺寸係大於第二電極2-2之尺寸。 因此，在第一電極1 -2相對於第一位置a 1 -a 1、第二電 極2-2相對於第二位置bl-bl之下，第一電極1-2、第二電 極2-2對於第一位置al-al與第二位置bl-bl之間的第一流 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexiin 9 200814859 體wl進行激能後形成了第二流體w2，如此使得第一流體 w 1之能量狀態係不同於第二流體w2之能量狀態，並且第 二流體w2通過第三位置cl-cl且經由中空件nl之輸出端 i2進行輸出。 第三實施例 如第3圖所示，與第一實施例中之電漿產生裝置Ml 所不同之處在於：電漿產生裝置M3之電極元件e3包括了 • 一具似C型結構之第一電極1-3與一具似C型結構第二電 極2-3，其中，第一電極1-3、第二電極2-3係分別局部環 繞於導引元件P1之外侧，並且於第一電極1-3、第二電極 2-3分別包括一第一槽結構1031、一第二槽結構2031，第 一槽結構1031與第二槽結構2031係相對於路徑gl而採用 交錯方式之排列。 因此，在第一電極1-3相對於第一位置al-al、第二電 極2-3相對於第二位置bl-bl之下，第一電極1-3、第二電 ^ 極2-3對於第一位置al-al與第二位置bl>bl之間的第一流 體wl進行激能後形成了第二流體w2，如此使得第一流體 wl之能量狀態係不同於第二流體w2之能量狀態，並且第 二流體w2通過第三位置c 1 -c 1且經由中空件η 1之輸出端 i2進行輸出。 第四實施例 如第4圖所示，與第二實施例中之電漿產生裝置M2 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 10 200814859 所不同之處在於：電漿產生裝置M4之電極元件e4包括了 ’ 一第一電極1-4與一第二電極2-4，其中，第一電極1-4為 設置於導引元件P1外部之一線圈結構。 因此，在第一電極1-4相對於第一位置al-al、第二電 極2-4相對於第二位置bl-bl之下，第一電極1-4、第二電 極2-4對於第一位置al-al與第二位置bl-bl之間的第一流 體wl進行激能後形成了第二流體w2，如此使得第一流體 wl之能量狀態係不同於第二流體w2之能量狀態，並且第 ® 二流體w2通過第三位置cl-cl且經由中空件nl之輸出端 i2進行輸出。 第一應用例 如第5A圖所示，本發明處理系統Tla包括了單一電 漿產生裝置Ml及其電極元件el，並且電漿產生裝置Ml 亦可利用其它單一電漿產生裝置M2、M3、M4及其電極元 件e2、e3、e4、e5所取代，但為方便於說明，本例子係以 ^ 電漿產生裝置Ml及其電極元件el進行說明。 處理系統Tla包括一基座t0與電漿產生裝置Ml，其 中，基座t0用以承載物件rl，經由電漿產生裝置Ml對於 第一流體wl進行激能所形成之第二流體w2便可對於基座 t0上之物件rl進行材料表面處理、活化、清潔、光阻灰化 或蝕刻等製程或處理。於本實施例中，物件rl係可由有機 材 /料 G列士口 ·· PP、PE、PET、PC、PI、PMMA、PTFE、Nylon 等）、無機材料(例如：Glass及Si-based材料)或金屬材料所 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；a!exlin 200814859 製成之一平板構件或具有曲面之構件。值得注意的是，由 於第二流體具有均勻的能量分佈，在處理平板構件時可具 有相當理想的效果。 第5B圖表示第5A圖之處理系統Tla之一變化例 Tib。處理系統Tib不同於處理系統Tla之處在於··處理 系統Tib中採取了兩組電極元件el，並且此兩組電極元件 e 1是以相互間隔之串聯方式設置於導引兀件P1之上。在 連續之兩組電極元件el的作用下，由導引元件P1所輸出 • 之第二流體w2更可達到高密度之離子化效果。 第二應用例 如第6圖所示，處理系統ΤΓ與第5A圖中之處理系統 Tla不同之處在於：處理系統ΤΓ之導引元件ΡΓ之中空件 ηΓ更包括一侧壁部s；l、一埠結構hi與一止擋部Π，其中， 埠結構hi形成於侧壁部si之上，並且止擋部fl係鄰接於 埠結構hi之一侧。其中，埠結構hi為一環繞導引元件ΡΓ ® 外侧之開孔，經由路徑gl運行之第二流體w2便可在止擋 部Π之作用下而經由埠結構hi而輸出，如此便可對於物 件r2之内侧壁面進行材料表面處理、活化、清潔、光阻灰 化或蝕刻等製程或處理。於本實施例中，物件r2係為可由 有機材料、無機材料或金屬材料所製成之一管狀構件。 第三應用例 如第7圖所示，處理系統T2包括一頭部5與一電漿產 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 12 200814859 生裝置M5。電漿產生裝置M5包括複數導引元件P1與一 電極元件e5，其中，電極元件e5包括一第一電極1-5與一 第二電極2-5，頭部5係用以將第一流體wl分配至各導引 元件P1，電極元件e5之第一電極1-5與第二電極2-5係設 置於複數導引元件P1之外部。 第8A、8B圖分別表示根據第7圖中之線段21-21進 行剖面之示意圖，其中，第8A圖中之複數導引元件P1係 採用並聯方式之排列，而第8B圖中之複數導引元件P1係 籲採用交叉方式之排列。 第9A、9B圖分別表示根據第7圖中之線段Z2-Z2對 於第一電極1-5進行剖面之示意圖，其中，第9A圖中之第 一電極1-5中之複數導引元件P1係採用並聯方式之排列， 而第9B圖中之第一電極1-5中之複數導引元件P1係採用 交叉方式之排列。 因此，在處理系統T2中之複數導引元件P1之並聯或 交叉方式之排列方式作用下，電漿區之作用面積可被增加。 • 因此，在本發明之處理系統的作用下，由於電漿、第 一電極與第二電極之間並不會相互接觸，除了無電極損耗 之情況產生之外，模組化之處理系統更可提供線狀大氣電 漿處理裝置，有效的降低設備成本且提升生產率。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做更動與潤飾，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-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 13 200814859 【圖式簡單說明】 第1圖表示根據本發明之第一實施例之一電漿產生裝 置（Ml)之示意圖； 第2圖表示根據本發明之第二實施例之一電漿產生裝 置（M2)之示意圖； 第3圖表示根據本發明之第三實施例之一電漿產生裝 置（M3)之示意圖； 第4圖表示根據本發明之第四實施例之一電漿產生裝 置（M4)之示意圖； 第5A圖表示本發明之第一應用例之一處理系統(Tla) 之示意圖，其中，處理系統(T1 a)包括單一電漿產生裝置 (Ml)； 第、5B圖表示第5A圖之處理系統(Tla)之一變化例 (Tib)； 第6圖表示本發明之第二應用例之一處理系統(ΤΓ)之 不意圖， 第7圖表示本發明之第三應用例之一處理系統(T2)之 示意圖，其中，處理系統(T2)包括複數導引元件(P1); 第8A圖表示根據第7圖中之線段(Z1-Z1)進行剖面之 放大示意圖，其中，複數導引元件（P1)係採用並聯方式之 排列； 第8B圖表示根據第8A圖之複數導引元件(P1)之另一 排列方式（交叉排列）； 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 14 200814859 第9A圖表示根據第7圖中之線段(Z2-Z2)對於第一電 極（1-5)進行剖面之放大示意圖，其中，位於第一電極（1-5) 中之複數導引元件（P1)係採用並聯方式之排列；以及 第9B圖表示根據第9A圖中之複數導引元件（P1)之另 一排列方式(交叉排列）。 【主要元件符號說明】 1- 1、1-2、1-3、1-4、1-5〜第一電極 2- 1、2-2、2-3、2-4、2-5〜第二電極 3〜供應裝置 5〜頭部 al-al〜第一位置 bl-bl〜第二位置 cl-cl〜第三位置 el、e2、e3、e4、e5〜電極元件 gl〜路控 h 1〜璋結構 il〜輸入端 i2〜輸出端
Ml、M2、M3、M4、M5〜電漿產生裝置 ηΐ、ηΓ〜中空件 Ρ1、Ρ1’〜導引元件 rl〜物件 si〜侧壁部 0968-A21843TWF(N2);P53950050TW；alexlin 15 200814859 to〜基座
Tla、Tib、ΤΓ、T2〜處理系統 wl、w2〜第一、二流體 X〜能量分佈曲線 Zl-Z：l、Z2-Z2〜線段 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexiin

Claims (1)

  1. 200814859 十、申請專利範圍： 1. 一種電漿產生裝置，用以對於一第一流體進行離子 化，該電漿產生裝置包括： 至少一導引元件，包括一路徑，該第一流體沿著該路 徑依序通過一第一位置與一第二位置；以及 至少一電極元件，包括一第一電極與一第二電極，在 該第一電極相對於該第一位置、該第二電極相對於該第二 位置之下，該第一電極、該第二電極對於該第一位置與該 • 第二位置之間的該第一流體進行激能後形成了一第二流 體，其中，該第一流體之能量狀態係不同於該第二流體之 能量狀態。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 該第一電極與該第二電極之間存在有電位差。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 該導引元件包括一中空件，該路徑係位於該中空件之内部。 4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， • 該第一電極、該第二電極具有完全相同的尺寸。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 該第一電極之尺寸係大於該第二電極之尺寸。 6/如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 該第一電極係環繞於該導引元件之外侧。 7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 該第二電極係環繞於該導引元件之外侧。 8. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中， 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexi}n 17 200814859 該第-電極係局部環繞於該導引元件之外侧。 9·^申請專利範圍第8項所述之電漿產 ;一電栩白乜一如Π·, ,、„ I具中， 該第一電極包括一似C型結構。
    10.如申請專利範圍第i項所述之電漿產生 該第二電極係局部環繞於該導引元件之外侧。、 :1.:申請專利範圍第10項所述之電漿產生裝置 ，该第二電極包括一似C型結構。 •士申明專利範圍第丨項所述之電漿產生妒置 二電極包括—第—槽結構，該第二電極^括-第 -、、、口構’该弟-槽結構與該第二槽結 而採用交錯方式之㈣。 徑 13.如申請專利範圍第}項所述之電聚產生裝置勺 括-供應裝置，該供應裝置係電性連接於該第—電極。匕 14·如申請專利範圍第13項所述之電漿產生裝 1 中，該供應裝置為一射頻產生器。 ^ 〃 15·如申請專利範圍第14項所述之電漿產生裝置，其 中，該射頻產生器之頻率為13.56驗或13·56職^ 數倍數之頻率。 正 中 中 中 其 其 其 第 6·如申％專利範圍第13項所述之電漿產生裝置，其 中’该供應裝置為一電源供應器。 17’如申凊專利範圍第16項所述之電漿產生裝置，其 中’该電源供應器為一交流電產生器。 18·如申睛專利範圍第17項所述之電漿產生裝置，其 中’该交流電產生器之頻率為1MHz〜100MHz。 〇968~A2l843TWF(N2);P53950050TW；alexiin 200814859 19. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其 中，該導引元件更包括一第三位置，該第二流體係通過該 第三位置，並且在該第三位置之該第二流體於實質上具有 均勻能量分佈曲線。 20. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其 中，該導引元件係由介電材料所製成。 21. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其 中，該第一電極係為一線圈結構。 • 22.如申請專利範圍第21項所述之電漿產生裝置，其 中，該線圈結構係設置於該導引元件之外部。 23. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其 中，該導引元件更包括一侧壁部與一埠結構，該埠結構形 成於該侧壁部，並且該第二流體經由該埠結構對於該物件 進行處理。 24. 如申請專利範圍第23項所述之電漿產生裝置，其 中，該埠結構為一開孔。 ® 25.—種處理系統，利用一第一流體對於一物件進行處 理，該處理系統包括： 一基座’用以承載該物件，以及 一電漿產生裝置，用以對於該第一流體進行離子化， 該電漿產生裝置包括： 至少一導引元件，包括一路徑，該第一流體沿著該路 徑依序通過一第一位置與一第二位置；以及 至少一電極元件，包括一第一電極與一第二電極，在 0968-A21843TWF(N2)；P53950050TW；alexlin 19 200814859 該第-電極相對於該第一位置、該第二電極相 :置之下，該第-電極、該第二電極對於該第-位 弟-位置之間的該第一流體進行激能後形成了一第二治 體’該第二流體係、對於該基座上之該物件進行處理。* …26·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其 该第一電極與該第二電極之間存在有電位差。
    、27·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該導引元件包括一中空件，該路徑係位於該中空件之内部 …28·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該第一電極、該第二電極具有完全相同的尺寸。 29·如申请專利範圍第乃項所述之處理系統，其中， 該第一電極之尺寸係大於該第二電極之尺寸。 /、 ’ )斤3〇·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該第一電極係環繞於該導引元件之外侧。 31·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該第二電極係環繞於該導引元件之外侧。 32·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該第一電極係局部環繞於該導引元件之外侧。 33·如申請專利範圍第32項所述之處理系統，其中， 該第一電極包括一似C型結構。 34·如申請專利範圍第25項所述之處理系統，其中， 該第二電極係局部環繞於該導引元件之外侧。 35·如申請專利範圍第34項所述之處理系統，其中， 該第二電極包括一似C型結構。 謂 43TWF(N2);P5395刪勸丨 20 200814859 該第-〜 利範圍第25項所述之處理系統，其令， έ士椹电圣包括一第一槽結構，該第二電極包括—第二样 、-冓’㈣-槽結構與該第二槽 -曰 用交錯方式之排列。 相對於该路控而採 -供請專利範圍第25項所述之處理系統，更包括 ’、μ衣，该供應裝置係電性連接於該第一電極。 級如申請專利範圍第37項所述之處理㈣ 该供應裝置為一射頻產生器。 ……、中， 39·如申請專利範圍第38項所述 ::::生器之頻率為―心= 其中 .统 其中 該二:!申^專利範圍第40項所述之處理系統 X电源ί、應為為一交流電產生器。 其中 >上·女申明專利範圍第41項所述之處理系統 口亥又机电產生态之頻率為1Μηζ〜1〇〇μΗζ〇 該=‘如=專利範圍第25項所述之處理_，其中， 位晋兀更包括一第三位置，該第二流體係通過古亥第二 置，亚且在該第三位置之該第二流體於 : 能量分佈曲線。 男、貝上具有均勻 ，其中， ’其中， …44.如申請專利範圍帛25項所述之處理系統 該導引元件係由介電材料所製成。 、 45.如申請專利範圍第25項所述之處理系統 0968-A21843TWF(N2) ；P53950050TW；alexIin 200814859 5亥第一電極係為一線圈結構。 其中 46. 如申請專利範圍第45項所述之處 該線圈結構係設置於該導引元件之^處理系統 47. 如申凊專利範圍第25項 該導引元件更包括一側壁部與一、埠結二其中， 處理。 以弟體經由該埠結構對於該物件進行 二48·如申請專利範圍第47項所述之處理系統，其中， 該埠結構為一開孔。
    〇968-A21843TWF(N2)；P53950050TW：alexlin 22
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