專利名稱：電漿產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電漿產(chǎn)生裝置，尤其有關(guān)一種用于薄膜工藝或蝕刻工藝的電 漿產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
電楽輔助化學(xué)氣相沉禾只(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)為一種常見的成長薄膜的鍍膜技術(shù)。一般而言，電漿輔助化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，以其 電漿激發(fā)源的型式分類，包含有射頻電漿以及微波電漿。射頻電漿主要包含有電容耦合 (capacitively coupled plasma，CCP)，以及電感華禹合(inductively coupled plasma, I CP) 等。而微波電漿由于具有較高的電漿密度、較高的電子游離率、不需要電極，以及所使用的 系統(tǒng)構(gòu)造較為簡單等因素，使其逐漸受到重視。為了得到大面積的鍍膜區(qū)域，微波電漿產(chǎn)生裝置可設(shè)計為線型，其將一傳導(dǎo)天線 貫穿于一真空腔體內(nèi)，并以一柱狀石英管套設(shè)于該傳導(dǎo)天線的外圍，以將傳導(dǎo)天線與真空 腔體內(nèi)的空間隔離。操作時，利用傳導(dǎo)天線將微波源的微波能量導(dǎo)入真空腔體內(nèi)，并藉傳導(dǎo) 天線輻射電磁波，使電磁波穿過石英管將真空腔體中的特定氣體激發(fā)為電漿，以提供薄膜 沉積或蝕刻工藝使用。然而，其主要缺點是微波經(jīng)由天線表面輻射時，微波能量會隨著輻射 而減小，以致遠(yuǎn)離微波源的微波能量較弱，而其周圍激發(fā)的電漿密度亦較低，造成電漿密度 在空間上的不均勻。因此，為了解決上述問題，如美國專利6，831，259號案，利用二微波源分別將微波 由一天線的兩端輸入真空腔體內(nèi)，如此在特定的微波功率下，利用兩微波源激發(fā)電漿的密 度的線性疊加，如此可得到較均勻的電漿密度分布。然而，雙電磁波源的設(shè)計需要良好且精 準(zhǔn)的控制才能產(chǎn)生穩(wěn)定的均勻電漿，同時必須找到特定的功率操作點，否則仍易造成電漿 分布的不均勻。申請人:鑒于現(xiàn)有技術(shù)問題改善之所需，經(jīng)過悉心試驗與研究，構(gòu)思出本發(fā)明，能夠 克服上述缺點，以下為本案的簡要說明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的，在于提供一種電漿產(chǎn)生裝置，其產(chǎn)生的電漿的密度具有較佳的 均勻性。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種電漿產(chǎn)生裝置，包含一中空腔體、一慢波天線，以 及一電磁波產(chǎn)生器。該中空腔體具有一容置空間。該慢波天線具有一貫穿該容置空間的中 心導(dǎo)電管，以及一套設(shè)于該中心導(dǎo)電管上的介電質(zhì)管。該電磁波產(chǎn)生器用以耦合電磁波于 該慢波天線上，藉此，該電磁波產(chǎn)生器通過該慢波天線向該容置空間傳導(dǎo)并輻射一電磁波， 產(chǎn)生強度均勻的電漿。本發(fā)明藉該慢波天線傳遞電磁波，使電磁波的能量可大致無損失地沿該慢波天線 傳導(dǎo)，并激發(fā)表面波，該表面波的相速度小于光速，因此該表面波為慢波，由于慢波天線中的電磁波能量較不易因傳遞而衰減，使微波的能量可大致無損失地沿慢波天線軸向傳播， 并徑向地耦合電磁波至容置空間中的電漿區(qū)，可以達(dá)到較長的分布距離，可獲得較高的電 磁波能量利用率及激發(fā)均勻的大尺寸電漿。 本發(fā)明僅利用單一電磁波產(chǎn)生器與慢波天線，即可產(chǎn)生一均勻的電漿區(qū)，相較現(xiàn) 有技術(shù)來說，可減少電磁波產(chǎn)生器設(shè)備成本，減少電磁波能量消耗率，并可提高電漿均勻度。


圖1為本發(fā)明的電漿產(chǎn)生裝置的第一較佳實施例的示意圖；圖2為該第一較佳實施例的電將產(chǎn)生裝置的側(cè)視剖面圖；圖3為該第一較佳實施例的慢波天線的示意圖；圖4為另一慢波天線的示意圖；圖5為該第一較佳實施例的另一實施方式的示意圖；圖6為該第一較佳實施例的又一實施方式的示意圖；圖7為本發(fā)明的電漿產(chǎn)生裝置的第二較佳實施例的示意圖；圖8為該第二較佳實施例的剖視示意圖；圖9為該第二較佳實施例的慢波天線的色散關(guān)系圖；圖10及圖11為該第二較佳實施例的慢波天線的電磁場徑向分布12為該慢波天線所產(chǎn)生的電漿密度相對氣壓的變化圖；圖13為該慢波天線徑向的電漿密度分布圖；圖14為該慢波天線軸向的電漿密度分布圖；圖15為另一慢波天線軸向的電漿密度分布圖。主要組件符號說明電漿產(chǎn)生裝置100 基板200中空腔體10容置空間11慢波天線20中心導(dǎo)電管21端部211、212 介電質(zhì)管22電磁波產(chǎn)生器30 共振調(diào)整件40絕緣管50彈性氣密件60電漿 70
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說明，配合

如下參閱圖1及圖2，為本發(fā)明的電漿產(chǎn)生裝置100的第一較佳實施例。該電漿產(chǎn)生裝 置100用以對一基板200作電漿薄膜沉積或電漿蝕刻處理，該電漿產(chǎn)生裝置100主要包含 有一中空腔體10、一慢波天線20，以及一電磁波產(chǎn)生器30。該中空腔體10大致為一中空長方體，其可由金屬材質(zhì)所制成，但不以此限。該中 空腔體10內(nèi)具有一容置空間11。該容置空間11可供該基板200設(shè)置于其內(nèi)。該慢波天線20大致位于容置空間11內(nèi)。該慢波天線20具有一橫向貫穿整個該容置空間11的中心導(dǎo)電管21，以及一套設(shè)于該中心導(dǎo)電管21上的介電質(zhì)管22。該中心導(dǎo) 電棒21具有分別突出于該中空腔體10外的二端部211、212。該介電質(zhì)管22緊配合地套設(shè) 于該中心導(dǎo)電管21上。該中心導(dǎo)電管21由金屬導(dǎo)體、非金屬導(dǎo)體，或?qū)щ娊饘傺趸锼?成，其管壁厚度必須大于電磁波的集膚深度(skin depth)。如圖2及圖3所示，該介電質(zhì)管 22沿其軸向具有一致的厚度，但不以此為限。該介電質(zhì)管22可由金屬化合物，非金屬化合 物，或高分子化合物所制成，舉例來說，可采用PTFE材質(zhì)制成。較佳地，該介電質(zhì)管22的介 電常數(shù)介于2至10之間。該電磁波產(chǎn)生器30用以耦合電磁波于該中心導(dǎo)電管21的一端部211上。該電磁 波產(chǎn)生器30產(chǎn)生的電磁波是頻率為2. 45GHz的微波，但不以此頻率為限。由電磁波產(chǎn)生器 30產(chǎn)生的微波沿中心導(dǎo)電管21進(jìn)入介電質(zhì)管22，并在介電質(zhì)管22的外表面附近激發(fā)出表 面波，詳細(xì)來說，該表面波的相速度(Phase velocity)會小于光速，可將該表面波稱為慢波 (slow wave)。由于慢波較不易因傳遞而衰減，使微波的能量可大致無損失地沿慢波天線20 軸向傳播，并徑向地耦合電磁波至容置空間11中的電漿區(qū)，以產(chǎn)生一具有均勻電漿密度的 電漿區(qū)。此外，該電漿產(chǎn)生裝置100還包含一電連接于該中心導(dǎo)電管21的另一端部212的 共振調(diào)整件40，藉以調(diào)整慢波天線20內(nèi)的微波形成共振，以獲得較佳的電漿均勻性。為了進(jìn)一步改善慢波天線的微波能量衰減，如圖4所示，該慢波天線20可采用另 一種實施方式，將套設(shè)于該中心導(dǎo)電管21上的介電質(zhì)管22制作成沿其徑向具有不同的厚 度。如圖5所示，介電質(zhì)管22的厚度由鄰近該電磁波產(chǎn)生器30朝遠(yuǎn)離該電磁波產(chǎn)生器30 方向漸減。該介電質(zhì)管22厚度較薄處的輻射強度較強，可藉以彌補微波沿慢波天線20軸 向傳播所具有的微小損失。此外，為了在實際使用時可進(jìn)一步依實際情況微調(diào)該中空腔體10中各區(qū)域的電 漿密度，該介電質(zhì)管22更可設(shè)計成為沿其軸向具有不一致的厚度，舉例如圖6中所示的波 浪狀，但實際實施時不以此限。參閱圖7所示，為本發(fā)明的電漿產(chǎn)生裝置100的第二較佳實施例。其大致與第一 較佳實施例相同。不同之處在于本較佳實施例更包含在中空腔體10內(nèi)設(shè)置的一套設(shè)于該 慢波天線20外的絕緣管50。該絕緣管50可由玻璃或石英等材質(zhì)所制成，其兩端分別反向 延伸至該中空腔體10，并藉一環(huán)狀彈性氣密件60以氣密地隔絕該慢波天線20。該彈性氣 密件60可為一彈性膠圈(Ο-ring)。由于慢波天線20被隔絕于絕緣管50內(nèi)，可避免電漿中 的帶電粒子轟擊或反應(yīng)物質(zhì)附著至慢波天線20而造成污染，以增加慢波天線20的使用壽 命。此外，還可于該絕緣管50與該慢波天線20之間的空間中以及中心導(dǎo)電管中注入 氣體作為冷卻流體，以有效冷卻慢波天線20在操作時所產(chǎn)生的高熱，以避免高熱降低微波 的傳遞效率，影響電漿密度及其均勻性。以下，對上述慢波天線進(jìn)行簡要的理論分析如圖8所示，為第二較佳實施例的慢波天線及該絕緣管位于電漿環(huán)境中的一剖視 示意圖。該慢波天線20與該絕緣管50之間為空氣。該絕緣管50外為電漿70。圖8所示 的結(jié)構(gòu)的電磁波傳導(dǎo)行為可以圖9所示的色散關(guān)系來表示。圖9包含有電漿密度(n)分別 為0和IO11CnHB的兩種情況，圖中可見，當(dāng)電漿密度為0時，電磁波只能以單一模式傳導(dǎo)，類似于接地介質(zhì)導(dǎo)體板中的表面波模式，電磁場被束縛在介質(zhì)中，且在離開介電質(zhì)管22后便 向外衰減，且以慢波形式傳導(dǎo)，一般稱為導(dǎo)引模式(guide mode)。在低頻時，由于電磁波波長較長，介電質(zhì)管22對于電磁場的束縛能力較弱，因此 相速趨近于自由空間中電磁波在空氣的傳遞速度，即為光速(k0= β)。在高頻時，由于電 磁波波長較短，幾乎全部的電磁場都被局限在介電質(zhì)管22中，因此相速則主要由介電質(zhì)管 22的介電常數(shù)所決定(k0 ε 11/2 = β )。當(dāng)電漿產(chǎn)生時，如電漿密度為IO11CnHB的情況，電 磁波則由原本的單一傳導(dǎo)模式轉(zhuǎn)變成為兩個傳導(dǎo)模式。由圖10及圖11中的電磁場徑向分布，可了解這兩種模式間的差異。如圖10所示， 電漿的出現(xiàn)對于原本的電磁場分布僅有微小的影響。在導(dǎo)引模式中，由于電磁場幾乎都被 局限在介電質(zhì)管中，電漿的出現(xiàn)僅在電磁場衰減的尾端產(chǎn)生微小的擾動，因此不會對電磁 場的分布造成太大的影響。所以可以判定高通頻段(higher pass-band)的解是由原本的導(dǎo)引模式轉(zhuǎn)變而來 的。同時電漿的出現(xiàn)讓原本的導(dǎo)引模式在低頻區(qū)域出現(xiàn)了快波解，并且出現(xiàn)了截止頻率 (cut-off frequency)，這是由于當(dāng)ω < ωρ時，電漿的介電常數(shù)為負(fù)值，使得電漿對于電磁 波如同形成一個反射面，類似加了一片金屬板，因此原本無限遠(yuǎn)處的邊界條件不需要嚴(yán)格 的成立，使得其結(jié)構(gòu)如同軸波導(dǎo)管的TM Μ模式一般。圖11中電場最強的位置出現(xiàn)在電漿和絕緣管之間的不連續(xù)接口上，且此模式僅 出現(xiàn)于電漿產(chǎn)生時，可以判定此為一電漿表面波形式的電漿模式(Plasma mode)。并且，圖11可以看到在此模式下，電磁波的傳導(dǎo)有一頻率的上限值，電漿表面波
產(chǎn)生時，當(dāng)電漿頻率固定時，電磁波的傳導(dǎo)頻率必定有一上限值
權(quán)利要求
一種電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，包含一中空腔體，具有一容置空間；一慢波天線，具有一貫穿該容置空間的中心導(dǎo)電管，以及一套設(shè)于該中心導(dǎo)電管上的介電質(zhì)管；以及一電磁波產(chǎn)生器，用以耦合電磁波于該慢波天線上，藉此，該電磁波產(chǎn)生器通過該慢波天線向該容置空間傳導(dǎo)并輻射一電磁波。
2.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該中心導(dǎo)電管由金屬導(dǎo)體、非金屬 導(dǎo)體，或?qū)щ娊饘傺趸锼瞥伞?br> 3.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該中心導(dǎo)電管的管壁厚度必須大 于電磁波的集膚深度。
4.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，該介電質(zhì)管緊配合地套設(shè)于該中心導(dǎo)電管上。
5.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電質(zhì)管由金屬化合物，非金屬 化合物，或高分子化合物所制成。
6.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電質(zhì)管的介電常數(shù)介于2至 10之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電質(zhì)管沿其軸向具有一致的厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電質(zhì)管沿其軸向具有不一致 的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該介電質(zhì)管的厚度由鄰近該電磁 波產(chǎn)生器朝遠(yuǎn)離該電磁波產(chǎn)生器方向漸減。
10.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該電磁波具有微波的頻段。
11.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包含一套設(shè)于該慢波天線外的絕緣管。
12.如權(quán)利要求11所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，該絕緣管兩端分別反向延伸至 該中空腔體以氣密地隔絕該慢波天線。
13.如權(quán)利要求11所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包含設(shè)置于該絕緣管與該慢 波天線之間以及中心導(dǎo)電管中的冷卻流體。
14.如權(quán)利要求1所述的電漿產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包含一電連接于該中心導(dǎo)電管 的共振調(diào)整件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電漿產(chǎn)生裝置，包含一中空腔體、一慢波天線，以及一電磁波產(chǎn)生器。該中空腔體具有一容置空間。該慢波天線具有一貫穿該容置空間的中心導(dǎo)電管，以及一套設(shè)于該中心導(dǎo)電管上的介電質(zhì)管。該電磁波產(chǎn)生器系耦合電磁波于該慢波天線上，藉此，該電磁波產(chǎn)生器通過該慢波天線向該容置空間傳導(dǎo)并輻射一電磁波，產(chǎn)生強度均勻的電漿。
文檔編號H05H1/46GK101990352SQ20091016537
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者寇崇善, 林欣樺, 林瑞堉, 潘彥儒, 王騰緯, 詹議翔 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司