[發(fā)明專利]用于等離子體處理表面的工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110180474.5
• 申請日: 2005-11-03
• 公開（公告）號: CN102355789A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 利亞姆·奧奈爾;彼得·杜賓;沃爾特·卡斯塔格那
• 申請（專利權(quán)）人: 陶氏康寧愛爾蘭有限公司
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 秦晨

本申請是發(fā)明名稱為“等離子體系統(tǒng)”、國際申請日為2005年11月3日、申請?zhí)枮?00580036961.7的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子體系統(tǒng)或組件以及利用所述組件處理基片的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)物質(zhì)被持續(xù)提供以能量，其溫度會上升，并且通常由固態(tài)向液態(tài)，然后，向氣態(tài)轉(zhuǎn)變。持續(xù)提供能量導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)歷進(jìn)一步的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，在這過程中，氣體中性原子或分子被能量碰撞打開，產(chǎn)生了負(fù)電子、正或負(fù)電性離子以及其他受激物質(zhì)。上述由帶電的以及其他受激的粒子組成的混合物，顯示了集合行為，被稱作“等離子體”，即物質(zhì)的第四態(tài)。由于自身的電荷，等離子體受到外部電磁場的影響很大，使得等離子體容易被控制。另外，等離子體的高能容量為其實(shí)現(xiàn)對于其他物質(zhì)狀態(tài)，例如通過液態(tài)或氣態(tài)處理來說是不可能或很難的工藝提供了可能。

“等離子體”這個詞涵蓋了廣泛范疇的系統(tǒng)，系統(tǒng)的密度和溫度可以變化許多個數(shù)量級。有些等離子體非常熱，其所有微觀物質(zhì)(離子、電子，等等)大致上處于熱平衡，輸入系統(tǒng)的能量通過原子/分子水平的碰撞而向四周廣泛分布。然而，其他等離子體尤其是那些處于低壓(例如100Pa)下碰撞相對頻繁的等離子體，具有溫度相差很大的組分物質(zhì)，被稱為“非熱平衡”等離子體。在上述非熱平衡等離子體中，自由電子非常熱，溫度有若干千(K)開氏溫度，而中性和離子態(tài)的物質(zhì)的溫度保持較低。由于自由電子的質(zhì)量幾乎可以忽略不計，整個系統(tǒng)的熱容量較低，等離子體在接近室溫下運(yùn)行，因而為溫度敏感材料，例如塑料或聚合物的處理提供了可能，期間沒有對試樣施加破壞性的熱負(fù)荷。然而，通過高能碰撞，熱電子產(chǎn)生了大量具有能夠進(jìn)行深度化學(xué)和物理反應(yīng)性的高化學(xué)勢能的自由基和受激物質(zhì)。正是上述低溫運(yùn)行與高反應(yīng)性的結(jié)合使得非熱等離子體不僅在技術(shù)上來說重要，也成為制造和材料處理的非常強(qiáng)大的工具，能夠?qū)崿F(xiàn)需要非常高的溫度或有毒的及腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)的工藝(如果沒有等離子體仍能實(shí)現(xiàn)的話)。

對于等離子體技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，簡便的方法就是向大量工藝氣體中耦合電磁功率。工藝氣體可以是單一氣體或氣體和蒸汽的混合物，可以通過應(yīng)用電磁功率將其激發(fā)到等離子體態(tài)。等離子體通過浸入、或穿過等離子體自身或因工藝氣體電離或受激發(fā)而產(chǎn)生的帶電或受激物質(zhì)而產(chǎn)生，工件/試樣經(jīng)過等離子體處理，產(chǎn)生了包括化學(xué)自由基、離子以及UV射線在內(nèi)的可以與工件/試樣表面反應(yīng)或交互作用的物質(zhì)。通過正確選擇工藝氣體成分，激勵功率頻率、功率耦合模式、壓力以及其他控制參數(shù)，等離子體工藝可以根據(jù)制造商要求的具體應(yīng)用而做調(diào)整。

由于具有巨大的化學(xué)和熱范疇，等離子體適合于許多技術(shù)應(yīng)用。非熱平衡等離子體尤其對表面激活、表面清洗、材料刻蝕和表面涂敷有效力。

自20世紀(jì)60年代以來，微電子工業(yè)已經(jīng)將低壓輝光放電等離子體轉(zhuǎn)變成用于半導(dǎo)體、金屬和介電體處理的超高技術(shù)和高投資性成本工程工具。自20世紀(jì)80年代以來，相同的低壓輝光放電型等離子體已經(jīng)逐漸滲透到其他工業(yè)部門，為增加粘結(jié)/鍵合強(qiáng)度、高質(zhì)量去油/清洗和高性能涂層的沉積提供聚合物表面激活。輝光放電可以在真空和常壓下實(shí)現(xiàn)。在常壓輝光放電情況下，像氦或氬這樣的氣體被用作稀釋劑，高頻(例如＞1kHz)電源被用于在常壓下通過Penning電離機(jī)制(參照，例如，Kanazawa?et?al，J.Phys.D：AppI.Phys.1988，21，pp.838；Okazaki?et?al，Proc.Jpn.Symp.Plasma?Chem.1989，2，pp.95；Kanazawa?et?al，Nuclear?Instruments?and?Methods?in?Physical?Research?1989，B37/38，pp.842；以及Yokoyama?et?al.，J.Phys.D：AppI.Phys.1990，23，pp.374)產(chǎn)生均勻輝光放電。

電暈和焰(也即等離子體)處理系統(tǒng)已經(jīng)向工業(yè)提供了大約30年的大氣壓等離子體處理能力。然而，盡管有著高制造性，上述系統(tǒng)已經(jīng)不能以像低壓、僅涉及鹽浴處理的等離子體類型那樣的程度浸入市場或被工業(yè)所接受。原因在于電暈/焰系統(tǒng)有很大的局限。焰系統(tǒng)對沉積涂層極為有效，但不能在高溫(＞10,000K)下運(yùn)行。因此，它們僅適合一定的高溫基片，例如金屬和陶瓷。電暈系統(tǒng)運(yùn)行于大氣中，通常提供單一的表面激活工藝(即氧化)，對許多材料的影響可以忽略不計，對大部分材料的影響較弱。上述處理通常是不均勻的，這是因?yàn)殡姇灧烹娛钱a(chǎn)生于點(diǎn)和面電極之間的非均勻放電。電暈工藝與厚網(wǎng)或3D工件不相匹配。