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    一種導氣電極板，係包含：一導通材，係具有一導接部；及數微孔，係貫穿該導通材，且該數微孔於該導通材之分佈係符合下列關係式：0.35≧Ao/A≧0.045，其中，Ao係為該數微孔之透氣面積總和，A係為該導通材之面積。
    公开号:TW201320448A
    申请号:TW100141473
    申请日:2011-11-14
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Min-Hang Weng；Wei-Yu Chen；Yi-Ta Wu
    申请人:Metal Ind Res & Dev Ct；
    IPC主号:Y02E60-00
    专利说明:
    導氣電極板
    本發明係關於一種電極板，特別是一種具有導氣及均勻電位分佈之導氣電極板。
    傳統係將電漿製程[例如：電漿輔助化學氣相蒸鍍、電漿輔助蝕刻或電漿高分子等]廣泛應用於各式產業，舉凡薄膜電晶體顯示器廠、太陽能廠或晶圓廠等。
    以太陽能廠沉積微晶矽質薄膜為例，其係選擇透過電漿增強型化學氣相沉積(plasma enhaced chemical vapor deposition,PECVD)裝置，而於該裝置通入氫氣及矽烷混合氣體，以沉積微晶矽質薄膜。在此之前，係先通入射頻電流使上、下電極之間產生反應所需之電場，以由電場散佈之電子撞擊通入之電漿生成氣體[例如：氬氣]，並破壞該氣體原子或分子間之鍵結而形成電漿態，方能使電漿中之自由電子撞擊該氫氣及矽烷所混合之氣體分子，而逐漸離子化該混合氣體分子，以沉積形成微晶矽質薄膜。
    隨著業界產能及品質要求的不斷提升，係必須改善電漿中離子因電場直線加速作用，而產生離子過度轟擊成膜基板，導致沉積於基板之薄膜出現折曲度過大之現象。更因應成膜基板尺寸的逐漸增大，勢必為了加快沉積薄膜之速率及品質，而相對須提升電漿生成之速度及均勻性。
    傳統係藉由輸入較高的射頻功率而提高上、下電極的操作頻率，以提升上、下電極間所產生之電場強度，使得電漿生成氣體能於電場中快速解離，達成提高氣體解離率而快速生成電漿態之目的。
    然而，當該上、下電極之操作頻率逐步提升至正常操作頻率13.56 MHz以上，甚至高達VHF(30~100 MHz)時，係因輸出電磁波的波長逐漸變短，而容易於電極表面產生駐波效應(standing wave effect)，迫使在該電極上傳遞之電磁波因其相變化，而導致電場產生起伏變動；甚至，係因此造成上、下電極間的電場分佈不均，而導致上、下電極之電壓不穩，相對影響電漿生成的分佈均勻性，使得沉積後之薄膜恐產生厚薄不一之情形，嚴重降低沉積薄膜之品質及效率。
    請參照第1圖所示，如中華民國公告第M342906號專利案，其係揭示一種具有均勻電場分佈之電極9，係包含一電極片91，以及對應蝕刻於該電極片91四邊之微擾槽孔92，以由該微擾槽孔92控制該電極片91邊緣上的電場強度分布，藉此提升電漿生成之均勻度。
    該習知電極9雖能避免如上述因高頻作用產生駐波效應，而具有穩定電漿生成均勻度之功效。惟，該習知電極9卻始終解決不了電漿中離子因電場直線加速作用，而產生離子過度轟擊成膜基板，導致沉積於基板之薄膜出現折曲度過大之現象，使得沉積後的薄膜品質堪慮。
    此外，若將該習知電極9應用於上述任一種電漿生成裝置時，係必須同時另搭配一氣體分散板，以於該電極9生成電漿後，自該氣體分散板通入欲沉積薄膜之氣體，方能使氣體均勻分散於該電極9所生成之電場中，完成自由電子撞擊而導致氣體離子化，以沉積薄膜之作業。
    如此，不僅需耗費額外成本及時間加裝該氣體分散板，更受限於該氣體分散板設置所需之空間，而導致該習知電極9僅能適用於大型電漿生成裝置，相對降低該習知電極9之應用性。甚至，該習知電極9用於小型電漿生成裝置時，儘管欲沉積薄膜之氣體可以經由數微擾槽孔92通入電極片91之間，卻始終因數微擾槽孔92設置於側邊之特性，而無法徹底達到氣體均勻分散之效果，更可能因此造成氣體離子化不完全，而嚴重影響成膜之品質。
    有鑑於此，確實有必要發展一種供氣體直接通過而散佈於電場中之導氣電極板，且同時於該導氣電極板具有電位之均勻分佈，以解決如上所述之各種問題。
    本發明主要目的乃改善上述目的，以提供一種導氣電極板，其係能夠供氣體均勻散佈於電極間，且同時維持電極上之電位均勻性，以確保電漿生成之均勻度且提升沉積薄膜之良率者。
    本發明次一目的係提供一種導氣電極板，係能夠有效降低電漿中離子過度轟擊之現象，以穩定沉積後的薄膜折曲度，而產出高品質薄膜者。
    為達到前述發明目的，本發明之導氣電極板，係包含：一導通材，係具有一導接部；及數微孔，係貫穿該導通材，且該數微孔於該導通材之分佈係符合下列關係式：0.35≧Ao/A≧0.045，其中，Ao係為該數微孔之透氣面積總和，A係為該導通材之面積。
    其中，該數微孔係皆為圓孔，且具有相同之徑寬，該數微孔之透氣面積總和Ao係為(R×π×ψ2)/4，其中R為該數微孔之數量，ψ為該數微孔之徑寬。
    本發明之導通材係形成一第一表面及一第二表面，且於該第一表面及第二表面還可以另設有一保護層，且該數微孔係貫穿該等保護層，該等保護層係用以抵抗腐蝕性氣體。其中，該等保護層係選自由氧化釔、烯土類元素之氧化物或聚醯亞胺系樹脂之其一所形成之薄膜。
    其中，各該微孔之徑寬係為0.5~1毫米。且，以該導通材的長邊中線為一基準線時，該數微孔係可以依據該基準線呈對稱或非對稱之分佈型態，特別係可以呈輻射狀、同心圓或矩陣式之分佈型態。
    其中，該導通材係選自鋁、鋁合金、不鏽鋼、無氧銅、被覆鋁、矽、石英、碳化矽、氮化矽、藍寶石、聚醯亞胺或鐵氟龍之其一。且，該導通材之形狀係為方形、圓形、六角形或多邊形。
    為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，其係為本發明一較佳實施例，該導氣電極板係包含一導通材1及數微孔2，該數微孔2係貫穿該導通材1。藉此，係能由該數微孔2改變該導通材1的內部結構，以避免因高頻輸入而於該導通材1產生駐波效應，配合參照第2～4圖，詳述於下。
    該導通材1係可以選擇由鋁、鋁合金、不鏽鋼、無氧銅、被覆鋁、矽、石英、碳化矽、氮化矽、藍寶石、聚醯亞胺或鐵氟龍等其一具導通性質之材料，以構成如方形、圓形、六角形或多邊形之平面板狀物。
    請再參照第2圖所示，該導通材1係具有一導接部11，該導接部11係設於該導通材1之周壁，用以連接一射頻電流(Radio Frequency,RF)，且該導接部11特別係可以選擇採單邊或環繞狀之設置，以穩定提供射頻電流於該導通材1為主要原則，係為熟習該技藝之人士所能輕易理解，於此較佳係以環繞設置於該導通材1周壁之導接部11[詳如第2圖所示]為本發明較佳實施例。
    特別的是，請續參照第3圖所示，該導通材1係形成一第一表面12[即如第3圖所示之上表面]及一第二表面13[即如第3圖所示之下表面]，該第一表面12及第二表面13皆設有一保護層14，該保護層14係用以抵抗腐蝕性氣體，以避免氣體長時間接觸電極表面，而因氣體腐蝕降低電極之使用壽命。其中，該保護層14係可以選擇由塗佈等披覆方式成型一薄膜，且較佳係選擇為氧化釔、烯土類元素之氧化物或聚醯亞胺系樹脂等耐蝕性材料。
    請配合參照第2及3圖所示，該數微孔2係貫穿該導通材1，特別係由該導通材1的第一表面12成型而貫穿至該導通材1的第二表面13，尤其當該第一表面12及第二表面13皆設有該保護層14時，係同時貫穿該保護層14，以供氣體能自該數微孔2通過為較佳原則。該數微孔2於該導通材1之設置分佈情形，特別係指該數微孔2於第一表面12或第二表面13所形成之透氣面積[即該數微孔2於第一表面12所形成之開口的面積總和，與導通材1第一表面12之面積對應關係，或者係該數微孔2於第二表面所形成之開口的面積總和，與導通材1第二表面13之面積對應關係]，係符合下列關係式：0.35≧Ao/A≧0.045，其中Ao係為該數微孔2之透氣面積之總和，A係為該導通材1之面積，特別係指該導通材1之第一表面12或第二表面13的面積。舉例而言，該數微孔2係皆為圓孔，且具有相同之徑寬ψ，該數微孔2於第一表面12或第二表面13所形成之透氣面積總和Ao即為R×π×ψ2/4，其中R為該數微孔2之數量，藉以因應不同徑寬ψ之微孔2設計，而具有較佳的微孔分佈數量R，用以於該導通材1面積A上呈現較佳的數微孔2分佈態樣。
    值得注意的是，該數微孔2係可以為對稱或非對稱之分佈型態[即以第4a~4c圖所示之導通材1長邊中線為一基準線L，使得該數微孔2係依據該基準線L呈左、右對稱或非對稱之型態]，平均散佈於該導通材1之第一表面12及第二表面13，並貫穿該導通材1，特別係可以呈輻射狀、同心圓或矩陣式之分佈[詳見第4a~4c圖所示]，且以符合上述0.35≧Ao/A≧0.045之關係式為主要原則，而不僅以型態作為限制。其中，以圓形的微孔2為例，各該微孔2之徑寬ψ尤其係可以選擇為0.5~1毫米，各該微孔2形成一製程氣體流通之路徑，於製程腔體中可提供一較佳之均勻流場，此外，在該導通材1連接一射頻電流後，可於其上形成一均勻電位場，進而形成一均勻電漿場。
    舉例而言，本實施例係以長425毫米(mm)、寬425毫米之矩型鋁板作為導通材1，並選擇於該導通材1之第一表面12開設徑寬為1毫米的數微孔2，使得該數微孔2之透氣面積總和與導通材1之第一表面12面積的比值為0.12，同時該數微孔2更可以呈矩陣狀之型態平均散佈於該導通材1之第一表面12，且貫穿至該導通材1之第二表面13，以完成本發明導氣電極板之設計。如第6圖所示，其係為該數微孔2於第一表面12開設徑寬為1毫米，而該數微孔2之透氣面積總和與導通材1之第一表面12面積的比值為0.12時，所得之電位場分佈模擬分析結果。
    本發明導氣電極板較佳係可以應用於常壓化學氣相沉積[APCVD]、低壓化學氣相沉積[LPCVD]、高密度電漿化學氣相沉積[HDPCVD]、電將輔助化學氣相沉積[PECVD]、感應耦合電漿離子蝕刻[ICP]等系統，藉以控制各種化學氣相沉積系統或電漿蝕刻系統於操作過程的電漿生成密度及均勻性。
    請參照第5圖所示，其係選擇以電漿輔助化學氣相沉積裝置為例，將本發明導氣電極板裝設於一電漿箱3之腔室31內，以作為該電漿輔助化學氣相沉積裝置之上電極[即指第5圖圖面上方之電極板P1]，並相對於該上電極另設有一下電極[即指第5圖圖面下方之電極板P2]，該上、下電極皆分別導接於一射頻電流供應器R，以輸出射頻電流至該上、下電極，且控制該射頻電流之較佳操作頻率為1KHz~100MHz。
    如此，射頻電流流通於該上電極時，係因該上電極平均散佈之數微孔2設計，而阻卻電磁波推進發生駐波效應的可能性，故可以於該上、下電極間產生反應所需之均勻電場，而使該上、下電極間具有均勻之電位分佈，當通入一電漿生成氣體[例如：氬氣、氮氣、氫氣…等]於該腔室31內，以透過該電場中存在之電子撞擊該電漿生成氣體時，係能全面性地破壞該電漿生成氣體原子或分子間之鍵結而快速產生解離效應，以於該上、下電極間生成具有均勻分佈密度之電漿態氣體。接著，供一成膜氣體[例如：矽烷、乙矽烷、丙矽烷…等]自一進氣口32導入該腔室31內時，特別係透過該上電極之數微孔2直接使該成膜氣體通入該腔室31，且能夠均勻散佈於該上、下電極之間，而藉由電漿中均勻散佈之自由電子轟擊該成膜氣體，而逐漸離子化該成膜氣體，以於一成膜基板33表面形成薄膜沉積之作業。
    綜上所述，本發明導氣電極板之主要特徵在於：利用該數微孔2散佈且貫穿該導通材1之設計，係能改變該導通材1的內部結構，而於高頻電流通過該導通材1時，不僅可以降低電漿鞘層[Plasma sheath]之電位，避免電漿中離子因電場直線加速作用，而產生離子過度轟擊成膜基板之現象，使得沉積於基板的薄膜折曲度維持於較佳之範圍；甚至，更可以避免因高頻電流輸出的短波電磁波所產生之駐波效應，而降低電極間可能引起的電場起伏或變動，相對提高電極間的電壓、電位分佈均勻性，以穩定作動過程的電漿生成均勻度，達到維持薄膜厚度均一性且提升成膜品質及效率之功效。
    除此之外，於後續通入成膜氣體時，係可以直接使成膜氣體通過該數微孔2而均勻散佈於電極間，不僅無需耗費額外成本及時間加裝該氣體分散板，更不會受限於該氣體分散板設置所需之空間，而能夠有效提升本發明之應用性；甚至，透過數微孔2之設計徹底達到成膜氣體均勻分散之效果，以於電漿中自由電子的轟擊下，達到全面性離子化成膜氣體之功效，而產出較高品質之薄膜。
    本發明導氣電極板係能夠供氣體均勻散佈於電極間，且同時維持電極上之電位均勻性，以確保電漿生成之均勻度，達到提升沉積薄膜良率之功效。
    本發明導氣電極板係能夠有效降低電漿中離子過度轟擊之現象，以穩定沉積後的薄膜折曲度，而達到產出高品質薄膜之功效。
    雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。 [本發明]
    1．．．導通材
    11．．．導接部
    12．．．第一表面
    13．．．第二表面
    14．．．保護層
    2．．．微孔
    3．．．電漿箱
    31．．．腔室
    32．．．進氣口
    P1、P2．．．上電極板
    R．．．射頻電流供應器
    L．．．基準線 [習知]
    9．．．電極
    91．．．電極片
    92．．．微擾槽孔
    第1圖：習知電極板之立體示意圖。
    第2圖：本發明導氣電極板之立體示意圖。
    第3圖：本發明導氣電極板之剖面示意圖。
    第4a~4c圖：本發明導氣電極板之數微孔不同態樣之分佈圖。
    第5圖：本發明導氣電極板之應用示意圖。
    第6圖：本發明導氣電極板之電位場分佈模擬分析圖。
    1．．．導通材
    11．．．導接部
    12．．．第一表面
    13．．．第二表面
    14．．．保護層
    2．．．微孔
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] 一種導氣電極板，係包含：一導通材，係具有一導接部；及數微孔，係貫穿該導通材，且該數微孔於該導通材之分佈係符合下列關係式：0.35≧Ao/A≧0.045其中，Ao係為該數微孔之透氣面積總和，A係為該導通材之面積。
    [2] 依申請專利範圍第1項所述之具導氣電極板，其中，該導通材係形成一第一表面及一第二表面，該第一表面及第二表面皆設有一保護層，且該數微孔係貫穿該等保護層，該等保護層係用以抵抗腐蝕性氣體。
    [3] 依申請專利範圍第2項所述之導氣電極板，其中，該等保護層係選自由氧化釔、烯土類元素之氧化物或聚醯亞胺系樹脂之其一所形成之薄膜。
    [4] 依申請專利範圍第1或2項所述之導氣電極板，其中，各該微孔之徑寬係為0.5~1毫米。
    [5] 依申請專利範圍第1或2項所述之具導氣電極板，其中，該數微孔係皆為圓孔，且具有相同之徑寬，該數微孔之透氣面積總和Ao係為(R×π×ψ2)/4，其中R為該數微孔之數量，ψ為該數微孔之徑寬。
    [6] 依申請專利範圍第1或2項所述之導氣電極板，其中，該導通材的長邊中線為一基準線，該數微孔係依據該基準線呈對稱或非對稱之分佈型態。
    [7] 依申請專利範圍第1或2項所述之導氣電極板，其中，該數微孔係呈輻射狀、同心圓或矩陣式之分佈型態。
    [8] 依申請專利範圍第1項所述之導氣電極板，其中，該導通材係選自鋁、鋁合金、不鏽鋼、無氧銅、被覆鋁、矽、石英、碳化矽、氮化矽、藍寶石、聚醯亞胺或鐵氟龍之其一。
    [9] 依申請專利範圍第1或2項所述之導氣電極板，其中，該導接部係設於該導通材之周壁，用以連接一射頻電流。
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