CN102595759B - 微波等离子体激发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微波等离子体激发装置，包括一等离子体反应腔室、一金属窗框、具有多个窗口的多个窗格、多个微波发射机以及多个导波管。所述金属窗框设置于等离子体反应腔室的一面。窗格设置于金属窗框的窗口内，微波发射机则设置于等离子体反应腔室外。而导波管分别连接各个微波发射机与各个窗格，以构成多个等离子体激发单元。另外，在金属窗框上分别放置多个永久磁铁，则可使上述微波等离子体激发装置用作可大面积化的电子回旋共振等离子体装置。

Description

微波等离子体激发装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体激发装置，且特别是涉及一种成本低且可实现大面积等离子体制作工艺的微波等离子体激发装置。
背景技术
微波等离子体技术是一种以微波激发气体并使气体离子化而形成等离子体的技术，包括半导体晶片制作工艺、封装制作工艺乃至于近来广受各界注意的太阳能技术等，均已广泛运用此技术并期得到一较佳的制作工艺合格率。
为了因应大面积等离子体程序，等离子体源必须朝二维方向延伸。而且，在制作工艺期间往往需要使用高密度且高均匀度的等离子体源，以确保沉积薄膜速率及品质，所以目前已有采用多重微波源的概念的研究，如美国专利US 6177148B1。但是这件专利仅能实现一维线型等离子体源，因此并不符合二维大面积等离子体程序的需求。
另外，中国台湾专利证书号215250也曾提出多重微波源的概念，来实现大面积等离子体激发装置。惟因随等离子体源面积的扩大，其中微波耦合窗的面积也需随之扩大。然而，此耦合窗通常以大面积平板石英玻璃或陶瓷制成，当其面积扩大时，其大气压力耐受度将面临严格的考验，通常会发生变形或碎裂的问题，造成扩大等离子体源面积的主要瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波等离子体激发装置，能降低成本并具有可大面积化、高密度及高均匀度的等离子体特性。
为达上述目的，本发明提出一种微波等离子体激发装置，包括一等离子体反应腔室、一金属窗框、多个窗格、多个微波发射机以及多个导波管。所述金属窗框设置于等离子体反应腔室的一面，且金属窗框具有多个窗口。窗格则设置于金属窗框的窗口内。微波发射机设置于等离子体反应腔室外，而导波管分别连接各个微波发射机与各个窗格，以构成多个等离子体激发单元。
在本发明的一实施例中，上述微波等离子体激发装置还可包括介于每一导波管与等离子体反应腔室之间的一阻抗匹配(Impedance Matching)元件。
在本发明的一实施例中，上述窗格例如石英、陶瓷或其他耐高温的介电材料。
在本发明的一实施例中，上述微波等离子体激发装置还可包括多个产生电子回旋共振(electron-cyclotron-resonance，简称ECR)的永久磁铁，分别放置于金属窗框上。
在本发明的一实施例中，上述金属窗框内还可包括多个冷却水管通道，对应设置于永久磁铁底下。
在本发明的一实施例中，上述金属窗框内还可包括多个反应气体通道。其中，金属窗框还可包括多个进气孔洞，连通上述反应气体通道并从窗口开出上述进气孔洞，以使等离子体反应气体通过这些进气孔洞进入等离子体反应腔室。
在本发明的一实施例中，上述微波等离子体激发装置还可包括多个O型环，设置于金属窗框与每一窗格之间的预留沟槽中。
在本发明的一实施例中，每一等离子体激发单元构成一独立控制的等离子体激发装置，扩充所述等离子体激发单元的个数，即可扩大整体的微波等离子体激发装置的面积。
基于上述，本发明为实现大面积(电子回旋共振)微波等离子体源，使用小面积的窗格(如石英玻璃)搭配金属窗框所构成的多重等离子体激发单元来组成大面积的装置，所以不但能使每个等离子体激发单元独立产生互不相干的等离子体源而达到高密度及高均匀度的大面积等离子体，还可排除大面积石英玻璃所带来的高成本及易受到大气压力压缩变形或碎裂的问题。
为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的第一实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图；
图1B则是图1A的微波等离子体激发装置的上视图；
图2显示第一实施例的另一例的微波等离子体激发装置上视图；
图3是依照本发明的第二实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图；
图4是依照本发明的第三实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图；
图5是36个等离子体激发单元所构成的ECR等离子体激发装置的上视图。
主要元件符号说明
100、300、400：微波等离子体激发装置
102：等离子体反应腔室
104、502：金属窗框
106、508：窗口
108：窗格
110：微波发射机
112、504：导波管
114：等离子体激发单元
116：斜面
302：阻抗匹配元件
304：反应气体通道
306：进气孔洞
308：冷却水管通道
402、506：永久磁铁
404：O型环
500：ECR等离子体激发装置
具体实施方式
请参考以下实施例及随附附图，以便更充分地了解本发明，但是本发明仍可以通过多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于本文所述的实施例。而在附图中，为明确起见对于各构件以及其相对尺寸可能未按实际比例绘制。
图1A是依照本发明的第一实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图。
请参照图1A，第一实施例的微波等离子体激发装置100至少包括一等离子体反应腔室102、具有多个窗口106的金属窗框104、多个窗格108、多个微波发射机110以及多个导波管112。上述金属窗框104是设置于等离子体反应腔室102的一面，其材料可用金属合金，如铝合金等。上述窗格108例如石英、陶瓷或其他耐高温的介电材料。至于微波发射机110的功率输出可为连续式的，也可为脉冲式的。
图1B则是图1A的微波等离子体激发装置的上视图，且图1A的是图1B的I-I线段的剖面。
请同时参照图1A与图1B，窗格108设置于金属窗框104的窗口106内，如图1B的斜线部分即代表金属窗框104。微波发射机110设置于等离子体反应腔室102外，而每一个导波管112则分别连接一个微波发射机110与一个窗格108，以构成产生微波等离子体(适用压力范畴为10-2Torr～10-1Torr)的多个等离子体激发单元114。为使激发的等离子体往下顺利扩散至等离子体反应腔室102内，可将窗口106外缘设计成斜面116。另外，上述等离子体激发单元114还可交错配置，如图2所示。此外，在图1B中显示12个窗格108，所以表示这个微波等离子体激发装置100有12个等离子体激发单元114。当然本发明并不限于此，还需依照进行等离子体处理的所需面积，来设计的微波等离子体激发装置100的尺寸以及其中的等离子体激发单元114个数；换句话说，扩充等离子体激发单元114的个数，即可扩大整体的微波等离子体激发装置100的面积。
另一方面，每一组等离子体激发单元的微波发射机的输出功率可以被独立控制，由此调整区域性的等离子体密度，进而提高整体的微波等离子体激发装置的等离子体均匀度。
图3是依照本发明的第二实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图，其中使用与图1A相同的元件符号来代表相同或类似的构件，但是各构件的位置与比例并未按实际状况绘制。
请参照图3，第二实施例的微波等离子体激发装置300除了第一实施例所记载的结构外，还可在每一导波管112与等离子体反应腔室102之间设置阻抗匹配(Impedance Matching)元件302或采用一段渐变开口大小的导波管作为阻抗匹配元件(未绘于图示)，以降低微波反射功率。至于金属窗框104内还可设计多个反应气体通道304，将反应气体传输到每一等离子体激发单元114底下，并且可搭配多个连通上述反应气体通道304并从窗口106开孔的多个进气孔洞306，以使等离子体反应气体通过这些进气孔洞306进入等离子体反应腔室102，譬如将进气孔洞306设在窗口106的斜面116部分。而在金属窗框104内还可设计多个冷却水管通道308，应用于冷却永久磁铁402以及O型环404。
图4是依照本发明的第三实施例的一种微波等离子体激发装置的剖面示意图，其中使用与图3相同的元件符号来代表相同或类似的构件。
请参照图4，第二实施例的微波等离子体激发装置400在金属窗框104上设有多个能产生电子回旋共振(electron cyclotron resonance，简称ECR)的永久磁铁402，所以这样的装置是能产生ECR等离子体(适用压力范畴为10-4Torr～10-2Torr)的等离子体激发装置。永久磁铁402可设置在冷却水管通道308的上方。在微波等离子体激发装置400中配置O型环404，将其装置在金属窗框104与窗格108之间的预留沟槽中，以实现等离子体反应腔室102的真空环境。
图5是36个等离子体激发单元所构成的ECR等离子体激发装置500的上视图，其中仅绘示金属窗框502、等离子体激发单元的导波管横截面位置504、永久磁铁506的位置与窗口508的位置。至于永久磁铁506的配置，其目的在于提供电子回旋共振的必要磁场，并不限于使用柱状磁铁，也可使用其他式样的磁铁。
综上所述，本发明使用多个小窗格搭配金属窗框所构成的多重等离子体激发装置，不但能使每个等离子体激发单元独立产生互不相干的等离子体激发单元而实现高均匀度的大面积等离子体，还可免去现有使用大面积微波耦合窗所带来的高成本及易变形损坏等问题。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (5)

1.一种微波等离子体激发装置，包括： 
等离子体反应腔室； 
金属窗框，设置于该等离子体反应腔室的一面，且该金属窗框具有多个窗口，其中该些窗口外缘设计成斜面； 
多个窗格，设置于该金属窗框的该些窗口内； 
多个微波发射机，设置于该等离子体反应腔室外； 
多个导波管，分别连接该些微波发射机之一与该些窗格之一，以构成多个等离子体激发单元； 
多个反应气体通道，设置在该金属窗框内并将反应气体传输到每一等离子体激发单元底下； 
多个进气孔洞，该些进气孔洞之一连通该些反应气体通道之一，并从该些窗口开出该些进气孔洞，以使该反应气体通过该些进气孔洞进入该等离子体反应腔室，其中每一进气孔洞设置在每一窗口的该斜面部分； 
多个产生电子回旋共振的永久磁铁，其分别放置于该金属窗框上；以及 
多个冷却水管通道，设置在金属窗框内并对应设置于该些永久磁铁底下， 
其中该多个窗格与该多个微波发射机一一对应。 
2.如权利要求1所述的微波等离子体激发装置，还包括阻抗匹配元件，介于每一导波管与该等离子体反应腔室之间。 
3.如权利要求1所述的微波等离子体激发装置，其中该些窗格为石英、陶瓷或其他耐高温的介电材料。 
4.如权利要求1所述的微波等离子体激发装置，还包括多个O型环，设置于该金属窗框与每一窗格之间的预留沟槽中。 
5.如权利要求1所述的微波等离子体激发装置，其中每一等离子体激发单元构成一独立控制的等离子体激发装置，扩充该等离子体激发单元的个数，即可扩大整体微波等离子体激发装置的面积。 
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