專利名稱：噴射式等離子槍與應用其的等離子處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子槍與應用其的等離子處理設備，且特別是有關 于一種具有等離子噴嘴的噴射式等離子槍與應用其的等離子處理設備。
背景技術：
在半導體產業蓬勃發展之下，各式制備方法及設備亦多元地被開發與
使用。等離子可在基材的表面上進行表面清潔、表面蝕刻、深蝕刻(trench etching)、薄膜沉積及表面成分改變等等。等離子處理設備例如是等離子 清洗設備(plasma cleaning)、等離子輔助化學氣相沉積(plasma enhance chemical vapor d印osition， PECVD)、等離子輔助反應式離子蝕刻(plasma enhance reactive ion etching, PERIE)、微波等離子氧化(micro wave plasma oxidation)、微波等離子氮化(micro wave plasma nitridation)、 離子金屬等離子沉積(ionized metal plasma, IMP)及濺鍍沉積(sputter) 等等。噴射式等離子槍(jet plasma gun)多應用于上述等離子處理設備 中且等離子需要高速噴出的環境。
雖然等離子整體處于電中性的狀態，但在等離子氣氛中，包含了許多 不同電位的粒子，例如是原子(atom)、自由基(radical)、離子(ion)、
4分子(molecule)、分子自由基(molecular radical)、極化分子(polar molecule)、電子(electron)及光子(photon)等等。在等離子對基材 進行表面處理的過程中，等離子易于基材的表面側聚集相同電性的粒子。 例如，當等離子中多是電子較靠近基材表面時，會吸引更多帶負電的粒子 往基材側移動。相對地，等離子中帶正電的粒子則反方向往等離子槍集中， 因而在等離子槍與基材表面之間形成偏壓。當基板與等離子槍的距離非常 小且等離子槍提供高電壓等離子，例如是在常壓等離子表面處理時，等離 子中的粒子平均自由徑(mean free path)較小，粒子之間產生非預期碰 撞，使等離子槍與基材表面之間產生非預期且不可控制的異常放電反應， 例如是電弧作用及游絲放電的現象，因而破壞基材表面及等離子處理設 備。
此外，等離子在產生的過程中，會因為其氣氛的回旋現象，在噴射式 等離子槍的出口處產生電弧。電弧是破壞噴射式等離子槍，使其的金屬粒 子剝落而污染基材。由于噴射式等離子槍出口的電弧破壞及異常放電的現 象，限縮了等離子對基材處理的適用性。
發明內容
本發明目的是提供一種噴射式等離子槍與應用其的等離子處理設備， 通過絕緣材料用以抑制等離子的電弧作用及異常放電的現象，改善基材進 行等離子處理的質量。
根據本發明的一方面，提出一種噴射式等離子槍(jet plasma gun)， 用以噴出一等離子以對一基材進行表面處理。噴射式等離子槍包括一等子產生器、 一等離子噴嘴及一阻隔件。等離子產生器用以產生等離子。等 離子噴嘴設置于基材及等離子產生器之間，等離子噴嘴具有一第一開口及 一第二開口，第一開口是面向等離子產生器，第二開口是面向基材。阻隔 件是一絕緣件并設置于等離子噴嘴及基材之間，阻隔件具有一通孔，其是 對應第二開口設置，等離子是通過等離子噴嘴并經由通孔到達基材。
根據本發明的另一方面，提出一種等離子處理設備，用以產生一等離 子對一基材進行表面處理。等離子處理設備包括一承座、 一噴射式等離子 槍及一腔體。噴射式等離子槍包括一等離子產生器及一等離子噴嘴。基材 放置于承座的一承載面上。等離子產生器用以產生等離子。等離子噴嘴設 置于基材及等離子產生器之間，等離子噴嘴具有一第一開口及一第二開 口，第一開口是面向等離子產生器，第二開口是面向承座。腔體用以容置 承座及等離子噴嘴，其中噴射式等離子槍是固設于腔體，承座的承載面是 與腔體電性阻隔。
為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合 所附圖式，作詳細說明如下
圖1A圖繪示依照本發明第一實施例的等離子處理設備的示意圖； 圖1B繪示圖1A圖的等離子噴嘴的局部剖面圖2A繪示依照本發明第二實施例的噴射式等離子槍及基材的示意圖;
圖2B繪示圖2A的噴射式等離子槍的阻隔件的示意圖3繪示本發明另一種等離子噴嘴及阻隔件的剖面示意圖； -圖4繪示本發明再一種等離子噴嘴及阻隔件的剖面示意圖。
主要組件符號說明
100:等離子處理設備
110:等離子
130:基材
131、176、 279、 379:表面
150:承座
151:絕緣層
170、270:噴射式等離子槍
171:等離子產生器
172:第一開口
173:等離子噴嘴
174:第二開口
190:腔體
275、375、 475:阻隔件
277、377:通孔
d10、d50、 d70: 口徑
hl0:距離
具體實施方式
第一實施例請同時參照圖1A及圖1B，圖1A圖繪示依照本發明第一實施例的等離 子處理設備的示意圖，圖1B繪示圖1A圖的等離子噴嘴的局部剖面圖。等 離子處理設備100用以產生一等離子110對一基材130進行表面處理。等 離子處理設備100包括一承座150、 一噴射式等離子槍(jet plasma gun) 170及一腔體190。噴射式等離子槍170包括一等離子產生器171及一等 離子噴嘴173。基材130是放置于承座150的一承載面上。等離子產生器 171用以產生等離子110。等離子噴嘴173設置于基材130及等離子產生 器171之間，等離子噴嘴173具有一第一開口 172及一第二開口 174，第 一開口 172是面向等離子產生器171，第二開口 174是面向承座150。腔 體190用以容置承座150及等離子噴嘴173，其中噴射式等離子槍170是 固設于腔體190,承座150的承載面是與腔體190電性阻隔。
如圖1A圖所示，承座150包括一絕緣層151，此絕緣層151的上表面 可作為承座150的承載面。亦即，絕緣層151使承座150的承載面與接地 的腔體190電性阻隔，因此基材130在等離子110的氣氛下是呈現浮動電 位(floating potential)的狀態。詳細地說，由于基材130通過絕緣層 151與腔體190電性阻隔。當等離子110氣氛中的電子接觸到基材130的 一表面131與電中性的基材130反應時，基材130是帶負電位。由于帶負 電位的基材130會因正負電荷相吸引，驅使等離子130中帶正電的粒子接 近基材130以與其表面131產生反應，使基材130再度回到電中性的狀態。
另外，第一開口 172最小的一口徑dl0是實質上大于第二開口 174最 大的一口徑d30。等離子110是由漸縮的第一開口 172至第二開口 174， 由等離子噴嘴173噴出至基材130的表面131上。 '再者，等離子處理設備100在一常壓(atmospheric)環境下產生等 離子110。等離子110可用以移除基材130的表面131的一種特定粒子， 例如等離子處理設備100可以是一等離子清洗設備(plasma cleaning device)。等離子110亦可用以移除基材130的一表面層，例如等離子處 理設備100可以是一等離子輔助反應式離子蝕刻器(plasma enhance reactive ion etching, PERIE)。此外，等離子110更用以在基材130上 形成一沉積層，例如等離子處理設備可以是一等離子輔助化學氣相沉積裝 置(plasma enhance chemical vapor deposition, PECVD)、 離子金屬等 離子沉積裝置(ionized metal plasma， IMP)或一濺鍍裝置(sputter)。 另外，等離子處理設備100可應用于連續加工的處理設備，等離子處理設 備100更包括一輸送帶(未繪示)，承座150是位于輸送帶上，輸送帶用 以運送基材130。
本發明的第一實施例的等離子處理設備，通過放置基材的承載面與腔 體電性阻隔，使基材在等離子處理過程中呈現浮動電位的狀態，避免等離 子的粒子產生極化現象，也抑制等離子產生非預期的偏壓。因此，本實施 例的噴射式等離子槍與基材之間將不會有電弧作用或游絲放電的現象產 生。
第二實施例
本發明第二實施例的噴射式等離子槍包括一阻隔件，其余與前述相同 的處以相同標號繪示并不再贅述。
請同時參照圖2A及圖2B，圖2A繪示依照本發明第二實施例的5t射式等離子槍及基材的示意圖，圖2B繪示圖2A的噴射式等離子槍的阻隔件的 示意圖。噴射式等離子槍270包括等離子產生器171、等離子噴嘴173及 一阻隔件275。阻隔件275是一絕緣件并設置于等離子噴嘴173及基材130 之間，阻隔件275具有一通孔277,其是對應第二開口 174 (繪示于圖1B 中)設置，等離子110是通過等離子噴嘴173并經由通孔277到達基材130。
如圖1B及圖2B所示，阻隔件275是與等離子噴嘴173耦接。等離子 噴嘴173的第二開口 174是位于等離子噴嘴173的一表面176。阻隔件275 的一表面279是面向噴嘴173的表面176，且阻隔件275的表面279的面 積至少是實質上等于表面176的面積。通孔277最大的一口徑d50至多是 實質上等于第二開口 174最小的口徑d30。
進一步來說，當等離子110到達等離子噴嘴173的第二出口 174時， 絕緣的阻隔件275的表面279是抑制等離子110于等離子噴嘴173的出口 處產生電弧，因此阻隔件275可有效地阻止等離子110轟擊等離子噴射槍 270將其的金屬粒子擊落至基材130上。另外，阻隔件275需具有較高的 化學穩定性并更可承受較高的溫度，以在等離子110對基材130進行表面 處理時保持穩定，阻隔件275較佳地是一石英玻璃或一陶瓷材料。
另外，噴射式等離子槍的阻隔件可包括更多不同的態樣，請參照圖3， 其繪示本發明另一種等離子噴嘴及阻隔件的剖面示意圖。阻隔件375具有 一通孔377，通孔377的一口徑d70是實質上等于第二開口 174的口徑d30。 阻隔件375的一表面379更包覆等離子噴嘴173。較佳地，阻隔件375是 以旋轉的方式與等離子噴嘴173鎖合。 工再者，請參照圖4，其繪示本發明再一種等離子噴嘴及阻隔件的剖面'
示意圖。阻隔件475與等離子噴嘴173具有一距離h10。根據不同的等離 子處理設備的態樣，當阻隔件475及等離子噴嘴173具有距離hl0時，阻 隔件475可搭配準直器(collimator)設置，等離子噴嘴173可相對于阻 隔件475移動，亦或是等離子噴嘴173及阻隔件475可相對于基材130移 動。增加等離子處理設備更廣泛的適用性。
本發明的第二實施例的噴射式等離子槍，包括一阻隔件設置于等離子 噴嘴及基材之間，使等離子在到達等離子噴嘴的第二開口時，不致因氣旋 現象轟擊噴射式等離子槍。并且等離子經過阻隔件的通孔后，等離子的氣 流及其電性狀態更趨于穩定，因此可提升基材表面處理的質量。
本發明上述實施例所揭露的噴射式等離子槍與應用其的等離子處理 設備，基材是放置于與腔體電性絕緣的載臺的承載面上，等離子噴嘴及基 材間是設置一阻隔件。在等離子離開等離子噴嘴的出口后，由于電性絕緣 的載臺，等離子不會在噴射式等離子槍及基材之間產生異常的放電現象， 因此可使等離子穩定地對基材進行表面處理。通過阻隔件設置于等離子噴 嘴及基材之間，可抑制等離子在等離子噴嘴外形成電弧，或是擊落等離子 噴嘴表面的粒子污染基材。因此本發明的噴射式等離子槍與應用其的等離 子處理設備，在進行基材的表面處理時，可控制等離子處于更穩定的狀態， 進而提高基材表面處理的質量及等離子處理設備的應用范圍。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非甩以限定 本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視后附 的申請專利范圍所界定的為準。
權利要求
1. 一種噴射式等離子槍，用以噴出一等離子以對一基材進行表面處理，其特征在于該噴射式等離子槍包括一等離子產生器，用以產生該等離子；一等離子噴嘴，設置于該基材及該等離子產生器之間，該等離子噴嘴具有一第一開口及一第二開口，該第一開口是面向該等離子產生器，該第二開口是面向該基材；以及一阻隔件，其是一絕緣件并設置于該等離子噴嘴及該基材之間，該阻隔件具有一通孔，其對應該第二開口設置，該等離子是通過該等離子噴嘴并經由該通孔到達該基材。
2. 如權利要求1所述的噴射式等離子槍，其特征在于，該第二開口 位于該等離子噴嘴的一第一表面，該阻隔件的一第二表面是面向該第一表 面，且該第二表面的面積至少是等于該第一表面的面積。
3. 如權利要求1所述的噴射式等離子槍，其特征在于，該通孔的最 大口徑等于該第二開口的最小口徑。
4. 如權利要求1所述的噴射式等離子槍，其特征在于，該阻隔件是 包括與該等離子噴嘴耦接、包覆該等離子噴嘴或與該等離子噴嘴保持一間 距。
5. 如權利要求1所述的噴射式等離子槍，其特征在于，該等離子是 包括用以移除該基材的表面的一種特定粒子、用以移除該基材的一表面層 或用以在該基材上形成一沉積層。
6. 如權利要求1所述的噴射式等離子槍，其特征在于，該阻隔件是 一陶瓷材料或一石英玻璃兩者其中的一。
7. —種等離子處理設備，用以產生一等離子對一基材進行表面處理， 其特征在于該等離子處理設備包括-一承座，該基材是放置于該承座的一承載面上； 一噴射式等離子槍，包括 一等離子產生器，用以產生該等離子；及一等離子噴嘴，設置于該基材及該等離子產生器之間，該等離子噴嘴 具有一第一開口及一第二開口，該第一開口是面向該等離子產生器，該第二開口是面向該承座；以及一腔體，用以容置該承座及該等離子噴嘴，其中該噴射式等離子槍是 固設于該腔體，該承座的該承載面是與該腔體電性阻隔。
8. 如權利要求7所述的等離子處理設備，其特征在于，該承座包括 一絕緣層，該絕緣層的一表面是作為該承載面。
9. 如權利要求7所述的等離子處理設備，其特征在于，該噴射式等 離子槍還包括一阻隔件，其是一絕緣件并設置于該等離子噴嘴及該基材之間，該阻 隔件具有一通孔，其對應該第二開口設置，該等離子是通過該等離子噴嘴 并經由該通孔到達該基材。
10. 如權利要求7所述的等離子處理設備，其特征在于，該設備是在 一常壓環境下產生該等離子。
全文摘要
本發明一種噴射式等離子槍與應用其的等離子處理設備。噴射式等離子槍用以噴出一等離子以對一基材進行表面處理。噴射式等離子槍包括一等離子產生器、一等離子噴嘴及一阻隔件。等離子產生器用以產生等離子。等離子噴嘴設置于基材及等離子產生器之間，等離子噴嘴具有一第一開口及一第二開口，第一開口是面向等離子產生器，第二開口是面向基材。阻隔件是一絕緣件并設置于等離子噴嘴及基材之間，阻隔件具有一通孔，其對應第二開口設置，等離子通過等離子噴嘴并經由通孔到達基材。
文檔編號H05H1/24GK101483968SQ200810002288
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者吳清吉, 張加強, 蔡陳德, 許文通, 陳志瑋 申請人:財團法人工業技術研究院