電漿製程設備之電控系統技術

摘要：目前材料表面改質或清潔技術多為濕式化學或真空製程，在環保及設備成本上為其主要議題；工研院以自有常壓電漿處理模組專利及製程自動化能力，結合疏水藥劑建構保護玻璃抗污技術，主要導入市場為材料表面改質、清潔及鍍膜產業應用，其設備預期可減少1/3以上之藥劑使用，對環境更加友善。

Abstract: Based on ITRI's atmospheric pressure plasma processing module and process automation capabilities, and combining hydrophobic medicament led to the construction of cover-glass anti-stain technology. Main applications in industry include material surface modification, cleaning and coating. This equipment can reduce more than 1/3 usage of the medicament, and is friendly to the environment.

關鍵詞：表面改質、大氣電漿、疏水抗污

Keywords：Surface Modification, Atmospheric Pressure Plasma, Hydrophobic Anti-Stain

前言
電漿已廣泛應用於各種領域，如在3C產業、半導體產業、生醫產業等方面。在電漿製程設備中，主要分成大氣電漿製程設備與真空電漿製程設備兩種，目前最普遍最成熟的電漿技術多在真空製程下進行，然而在真空製程中不僅需耗費抽真空的時間、設備成本高且不易進行連續製程，而透過本研究所開發之電漿處理模組平台系統不僅可進行連續式生產、設備成本低，更容易與前端或後端的連續式設備相結合，使生產效率大大提高。

在電漿技術中電漿源是系統的關鍵，本研究所使用的電漿源為射頻放電（13.56 MHz），透過射頻放電搭配旋轉電漿頭模組來產生電漿，接著進行表面清潔及改變材料表面的處理，處理完的產品具親水性，同時更搭配噴鍍模組進行疏水藥劑鍍膜，其膜層能使產品具疏水性，所使用產品以保護玻璃為主。

疏水抗污（hydrophobic anti-stain）技術是由蓮花效應（lotus effect） [1, 2]所延伸發展出的技術，蓮花效應是由德國植物學家Wilhelm Barthlot教授[3, 4]在1990年研究發現蓮葉表面具有超疏水（super hydrophobicity）及自潔（self-cleaning）的特性，透過利用高解析度的顯微鏡發現蓮葉表面有許多相距約10 μm~15 μm的突起的表面細胞,以及在表面佈滿直徑約1 nm的蠟狀結晶（wax crystal）。

同時Feng Lin [5]等人對荷葉表面的微米結構進行了分析，發現荷葉表面乳突上還存有奈米結構，而這種微米與奈米結構相結合的階層結構即是引起表面超疏水的主要原因。

近年來，疏水抗汙的研究可說相當熱門，然而在疏水藥劑鍍膜前，其大氣電漿表面改質是相當重要的製程。其中Kangil Kim等人[6]提出一大氣電漿噴射系統，針對聚二甲基矽氧烷 （polydimethylsiloxane, PDMS）材料使用氬氣、氦氣和氮氣進行表面改質的實驗研究，從結果中的水滴接觸角發現，使用氮氣進行表面改質為最有效。另外在PDMS上使用氮氣進行60秒的電漿處理其水滴接觸角從107度降至30度。更從研究結果中得知經過表面改質處理的PDMS其親水性可持續至少3天。

同時Abdollah Sarani等人[7]利用一大氣電漿噴射系統搭配純氬氣與混合過水蒸氣的氬氣進行聚丙烯（PP）薄膜的表面改質，從研究結果發現加入適當混過水蒸氣的氬氣濃度可增加電漿對材料表面改質的效率。

本文將對所開發之旋轉電漿頭模組及表面改質技術與如何透過電漿頭的設計來使處理效率提升做一概略說明，希望藉由本文介紹，可提供國內產業界對於旋轉電漿頭現今發展有所了解。