专利名称：喷射式等离子枪与应用其的等离子处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子枪与应用其的等离子处理设备，且特别是有关 于一种具有等离子喷嘴的喷射式等离子枪与应用其的等离子处理设备。
背景技术：
在半导体产业蓬勃发展之下，各式制备方法及设备亦多元地被开发与
使用。等离子可在基材的表面上进行表面清洁、表面蚀刻、深蚀刻(trench etching)、薄膜沉积及表面成分改变等等。等离子处理设备例如是等离子 清洗设备(plasma cleaning)、等离子辅助化学气相沉积(plasma enhance chemical vapor d印osition， PECVD)、等离子辅助反应式离子蚀刻(plasma enhance reactive ion etching, PERIE)、微波等离子氧化(micro wave plasma oxidation)、微波等离子氮化(micro wave plasma nitridation)、 离子金属等离子沉积(ionized metal plasma, IMP)及溅镀沉积(sputter) 等等。喷射式等离子枪(jet plasma gun)多应用于上述等离子处理设备 中且等离子需要高速喷出的环境。
虽然等离子整体处于电中性的状态，但在等离子气氛中，包含了许多 不同电位的粒子，例如是原子(atom)、自由基(radical)、离子(ion)、
4分子(molecule)、分子自由基(molecular radical)、极化分子(polar molecule)、电子(electron)及光子(photon)等等。在等离子对基材 进行表面处理的过程中，等离子易于基材的表面侧聚集相同电性的粒子。 例如，当等离子中多是电子较靠近基材表面时，会吸引更多带负电的粒子 往基材侧移动。相对地，等离子中带正电的粒子则反方向往等离子枪集中， 因而在等离子枪与基材表面之间形成偏压。当基板与等离子枪的距离非常 小且等离子枪提供高电压等离子，例如是在常压等离子表面处理时，等离 子中的粒子平均自由径(mean free path)较小，粒子之间产生非预期碰 撞，使等离子枪与基材表面之间产生非预期且不可控制的异常放电反应， 例如是电弧作用及游丝放电的现象，因而破坏基材表面及等离子处理设 备。
此外，等离子在产生的过程中，会因为其气氛的回旋现象，在喷射式 等离子枪的出口处产生电弧。电弧是破坏喷射式等离子枪，使其的金属粒 子剥落而污染基材。由于喷射式等离子枪出口的电弧破坏及异常放电的现 象，限縮了等离子对基材处理的适用性。
发明内容
本发明目的是提供一种喷射式等离子枪与应用其的等离子处理设备， 通过绝缘材料用以抑制等离子的电弧作用及异常放电的现象，改善基材进 行等离子处理的质量。
根据本发明的一方面，提出一种喷射式等离子枪(jet plasma gun)， 用以喷出一等离子以对一基材进行表面处理。喷射式等离子枪包括一等子产生器、 一等离子喷嘴及一阻隔件。等离子产生器用以产生等离子。等 离子喷嘴设置于基材及等离子产生器之间，等离子喷嘴具有一第一开口及 一第二开口，第一开口是面向等离子产生器，第二开口是面向基材。阻隔 件是一绝缘件并设置于等离子喷嘴及基材之间，阻隔件具有一通孔，其是 对应第二开口设置，等离子是通过等离子喷嘴并经由通孔到达基材。
根据本发明的另一方面，提出一种等离子处理设备，用以产生一等离 子对一基材进行表面处理。等离子处理设备包括一承座、 一喷射式等离子 枪及一腔体。喷射式等离子枪包括一等离子产生器及一等离子喷嘴。基材 放置于承座的一承载面上。等离子产生器用以产生等离子。等离子喷嘴设 置于基材及等离子产生器之间，等离子喷嘴具有一第一开口及一第二开 口，第一开口是面向等离子产生器，第二开口是面向承座。腔体用以容置 承座及等离子喷嘴，其中喷射式等离子枪是固设于腔体，承座的承载面是 与腔体电性阻隔。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合 所附图式，作详细说明如下
图1A图绘示依照本发明第一实施例的等离子处理设备的示意图； 图1B绘示图1A图的等离子喷嘴的局部剖面图2A绘示依照本发明第二实施例的喷射式等离子枪及基材的示意图;
图2B绘示图2A的喷射式等离子枪的阻隔件的示意图3绘示本发明另一种等离子喷嘴及阻隔件的剖面示意图； -图4绘示本发明再一种等离子喷嘴及阻隔件的剖面示意图。
主要组件符号说明
100:等离子处理设备
110:等离子
130:基材
131、176、 279、 379:表面
150:承座
151:绝缘层
170、270:喷射式等离子枪
171:等离子产生器
172:第一开口
173:等离子喷嘴
174:第二开口
190:腔体
275、375、 475:阻隔件
277、377:通孔
d10、d50、 d70: 口径
hl0:距离
具体实施方式
第一实施例请同时参照图1A及图1B，图1A图绘示依照本发明第一实施例的等离 子处理设备的示意图，图1B绘示图1A图的等离子喷嘴的局部剖面图。等 离子处理设备100用以产生一等离子110对一基材130进行表面处理。等 离子处理设备100包括一承座150、 一喷射式等离子枪(jet plasma gun) 170及一腔体190。喷射式等离子枪170包括一等离子产生器171及一等 离子喷嘴173。基材130是放置于承座150的一承载面上。等离子产生器 171用以产生等离子110。等离子喷嘴173设置于基材130及等离子产生 器171之间，等离子喷嘴173具有一第一开口 172及一第二开口 174，第 一开口 172是面向等离子产生器171，第二开口 174是面向承座150。腔 体190用以容置承座150及等离子喷嘴173，其中喷射式等离子枪170是 固设于腔体190,承座150的承载面是与腔体190电性阻隔。
如图1A图所示，承座150包括一绝缘层151，此绝缘层151的上表面 可作为承座150的承载面。亦即，绝缘层151使承座150的承载面与接地 的腔体190电性阻隔，因此基材130在等离子110的气氛下是呈现浮动电 位(floating potential)的状态。详细地说，由于基材130通过绝缘层 151与腔体190电性阻隔。当等离子110气氛中的电子接触到基材130的 一表面131与电中性的基材130反应时，基材130是带负电位。由于带负 电位的基材130会因正负电荷相吸引，驱使等离子130中带正电的粒子接 近基材130以与其表面131产生反应，使基材130再度回到电中性的状态。
另外，第一开口 172最小的一口径dl0是实质上大于第二开口 174最 大的一口径d30。等离子110是由渐縮的第一开口 172至第二开口 174， 由等离子喷嘴173喷出至基材130的表面131上。 '再者，等离子处理设备100在一常压(atmospheric)环境下产生等 离子110。等离子110可用以移除基材130的表面131的一种特定粒子， 例如等离子处理设备100可以是一等离子清洗设备(plasma cleaning device)。等离子110亦可用以移除基材130的一表面层，例如等离子处 理设备100可以是一等离子辅助反应式离子蚀刻器(plasma enhance reactive ion etching, PERIE)。此外，等离子110更用以在基材130上 形成一沉积层，例如等离子处理设备可以是一等离子辅助化学气相沉积装 置(plasma enhance chemical vapor deposition, PECVD)、 离子金属等 离子沉积装置(ionized metal plasma， IMP)或一溅镀装置(sputter)。 另外，等离子处理设备100可应用于连续加工的处理设备，等离子处理设 备100更包括一输送带(未绘示)，承座150是位于输送带上，输送带用 以运送基材130。
本发明的第一实施例的等离子处理设备，通过放置基材的承载面与腔 体电性阻隔，使基材在等离子处理过程中呈现浮动电位的状态，避免等离 子的粒子产生极化现象，也抑制等离子产生非预期的偏压。因此，本实施 例的喷射式等离子枪与基材之间将不会有电弧作用或游丝放电的现象产 生。
第二实施例
本发明第二实施例的喷射式等离子枪包括一阻隔件，其余与前述相同 的处以相同标号绘示并不再赘述。
请同时参照图2A及图2B，图2A绘示依照本发明第二实施例的5t射式等离子枪及基材的示意图，图2B绘示图2A的喷射式等离子枪的阻隔件的 示意图。喷射式等离子枪270包括等离子产生器171、等离子喷嘴173及 一阻隔件275。阻隔件275是一绝缘件并设置于等离子喷嘴173及基材130 之间，阻隔件275具有一通孔277,其是对应第二开口 174 (绘示于图1B 中)设置，等离子110是通过等离子喷嘴173并经由通孔277到达基材130。
如图1B及图2B所示，阻隔件275是与等离子喷嘴173耦接。等离子 喷嘴173的第二开口 174是位于等离子喷嘴173的一表面176。阻隔件275 的一表面279是面向喷嘴173的表面176，且阻隔件275的表面279的面 积至少是实质上等于表面176的面积。通孔277最大的一口径d50至多是 实质上等于第二开口 174最小的口径d30。
进一步来说，当等离子110到达等离子喷嘴173的第二出口 174时， 绝缘的阻隔件275的表面279是抑制等离子110于等离子喷嘴173的出口 处产生电弧，因此阻隔件275可有效地阻止等离子110轰击等离子喷射枪 270将其的金属粒子击落至基材130上。另外，阻隔件275需具有较高的 化学稳定性并更可承受较高的温度，以在等离子110对基材130进行表面 处理时保持稳定，阻隔件275较佳地是一石英玻璃或一陶瓷材料。
另外，喷射式等离子枪的阻隔件可包括更多不同的态样，请参照图3， 其绘示本发明另一种等离子喷嘴及阻隔件的剖面示意图。阻隔件375具有 一通孔377，通孔377的一口径d70是实质上等于第二开口 174的口径d30。 阻隔件375的一表面379更包覆等离子喷嘴173。较佳地，阻隔件375是 以旋转的方式与等离子喷嘴173锁合。 工再者，请参照图4，其绘示本发明再一种等离子喷嘴及阻隔件的剖面'
示意图。阻隔件475与等离子喷嘴173具有一距离h10。根据不同的等离 子处理设备的态样，当阻隔件475及等离子喷嘴173具有距离hl0时，阻 隔件475可搭配准直器(collimator)设置，等离子喷嘴173可相对于阻 隔件475移动，亦或是等离子喷嘴173及阻隔件475可相对于基材130移 动。增加等离子处理设备更广泛的适用性。
本发明的第二实施例的喷射式等离子枪，包括一阻隔件设置于等离子 喷嘴及基材之间，使等离子在到达等离子喷嘴的第二开口时，不致因气旋 现象轰击喷射式等离子枪。并且等离子经过阻隔件的通孔后，等离子的气 流及其电性状态更趋于稳定，因此可提升基材表面处理的质量。
本发明上述实施例所揭露的喷射式等离子枪与应用其的等离子处理 设备，基材是放置于与腔体电性绝缘的载台的承载面上，等离子喷嘴及基 材间是设置一阻隔件。在等离子离开等离子喷嘴的出口后，由于电性绝缘 的载台，等离子不会在喷射式等离子枪及基材之间产生异常的放电现象， 因此可使等离子稳定地对基材进行表面处理。通过阻隔件设置于等离子喷 嘴及基材之间，可抑制等离子在等离子喷嘴外形成电弧，或是击落等离子 喷嘴表面的粒子污染基材。因此本发明的喷射式等离子枪与应用其的等离 子处理设备，在进行基材的表面处理时，可控制等离子处于更稳定的状态， 进而提高基材表面处理的质量及等离子处理设备的应用范围。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非甩以限定 本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附 的申请专利范围所界定的为准。
权利要求
1. 一种喷射式等离子枪，用以喷出一等离子以对一基材进行表面处理，其特征在于该喷射式等离子枪包括一等离子产生器，用以产生该等离子；一等离子喷嘴，设置于该基材及该等离子产生器之间，该等离子喷嘴具有一第一开口及一第二开口，该第一开口是面向该等离子产生器，该第二开口是面向该基材；以及一阻隔件，其是一绝缘件并设置于该等离子喷嘴及该基材之间，该阻隔件具有一通孔，其对应该第二开口设置，该等离子是通过该等离子喷嘴并经由该通孔到达该基材。
2. 如权利要求1所述的喷射式等离子枪，其特征在于，该第二开口 位于该等离子喷嘴的一第一表面，该阻隔件的一第二表面是面向该第一表 面，且该第二表面的面积至少是等于该第一表面的面积。
3. 如权利要求1所述的喷射式等离子枪，其特征在于，该通孔的最 大口径等于该第二开口的最小口径。
4. 如权利要求1所述的喷射式等离子枪，其特征在于，该阻隔件是 包括与该等离子喷嘴耦接、包覆该等离子喷嘴或与该等离子喷嘴保持一间 距。
5. 如权利要求1所述的喷射式等离子枪，其特征在于，该等离子是 包括用以移除该基材的表面的一种特定粒子、用以移除该基材的一表面层 或用以在该基材上形成一沉积层。
6. 如权利要求1所述的喷射式等离子枪，其特征在于，该阻隔件是 一陶瓷材料或一石英玻璃两者其中的一。
7. —种等离子处理设备，用以产生一等离子对一基材进行表面处理， 其特征在于该等离子处理设备包括-一承座，该基材是放置于该承座的一承载面上； 一喷射式等离子枪，包括 一等离子产生器，用以产生该等离子；及一等离子喷嘴，设置于该基材及该等离子产生器之间，该等离子喷嘴 具有一第一开口及一第二开口，该第一开口是面向该等离子产生器，该第二开口是面向该承座；以及一腔体，用以容置该承座及该等离子喷嘴，其中该喷射式等离子枪是 固设于该腔体，该承座的该承载面是与该腔体电性阻隔。
8. 如权利要求7所述的等离子处理设备，其特征在于，该承座包括 一绝缘层，该绝缘层的一表面是作为该承载面。
9. 如权利要求7所述的等离子处理设备，其特征在于，该喷射式等 离子枪还包括一阻隔件，其是一绝缘件并设置于该等离子喷嘴及该基材之间，该阻 隔件具有一通孔，其对应该第二开口设置，该等离子是通过该等离子喷嘴 并经由该通孔到达该基材。
10. 如权利要求7所述的等离子处理设备，其特征在于，该设备是在 一常压环境下产生该等离子。
全文摘要
本发明一种喷射式等离子枪与应用其的等离子处理设备。喷射式等离子枪用以喷出一等离子以对一基材进行表面处理。喷射式等离子枪包括一等离子产生器、一等离子喷嘴及一阻隔件。等离子产生器用以产生等离子。等离子喷嘴设置于基材及等离子产生器之间，等离子喷嘴具有一第一开口及一第二开口，第一开口是面向等离子产生器，第二开口是面向基材。阻隔件是一绝缘件并设置于等离子喷嘴及基材之间，阻隔件具有一通孔，其对应第二开口设置，等离子通过等离子喷嘴并经由通孔到达基材。
文档编号H05H1/24GK101483968SQ200810002288
公开日2009年7月15日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者吴清吉, 张加强, 蔡陈德, 许文通, 陈志玮 申请人:财团法人工业技术研究院