CN102969554A - 射频功率分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种射频功率分配装置，其利用二阶段的功率分配单元，以特定尺寸及阻抗的同轴传输线对射频功率进行均分，可将输入射频功率均分为四份。藉此，可将输入该装置的射频功率进行有效分配及输出，并应用于电浆装置。

Description

射频功率分配装置

技术领域

本发明涉及一种射频功率分配装置，且特别涉及使用一种可承载高功率的同轴传输线的方式，可用于电浆装置(plasma apparatus)，节省射频功率产生器的数量，并产生大面积且均匀的电浆分布。

背景技术

在今日半导体工艺技术中，如晶圆厂或芯片型太阳能厂，电浆增强型化学式气相沉积工艺(Plasma enhance chemical vapor deposition，PECVD)系统可在晶圆(圆片)级的芯片上达到非常高效率的薄膜沉积。

此外，传统微晶硅质薄膜太阳能电池的工艺方式通过在电浆增强型化学式气相沉积工艺中通入大量氢气与硅烷做稀释，再经由反应形成微晶硅质薄膜，以提升硅质薄膜太阳能电池各项电特性，达到高效率产能的目标。提升工艺电浆频率可以增加镀膜速率。然而电浆频率的增加，表示波长减短，当欲镀膜的基板面积增大时，基板上传递的电磁波将会因其相位变化造成电场的变动，相对地也影响了电浆的均匀性及镀膜的效率。且，目前镀膜基板尺寸由昔日的八寸、十二寸晶圆增大到用于薄膜液晶显示器(Thin film transistor liquid crystaldisplay，TFT LCD)厂或薄膜太阳能厂中的一平方米以上的大面积玻璃基板时，电浆的均匀性问题将会严重影响量产的效率及成本。

为了解决上述问题，有需要提供一种具有产生均匀性电浆密度的电极，以克服现有技术的缺点。

参照美国专利公告第7,141,516号，标题为“具有高频电浆产生器及其产生方法”(High frequency plasma generator and high frequency plasma generatingmethod)，其揭示一种采用梯型(ladder shape)电极的电浆辅助气相沉积系统，该梯型电极是采用以多点馈入方式对管状电极进行线性相位匹配以达到一大面积均匀分布的电场。然而该专利所揭示的多能量馈入点方式过于复杂。然而，因应产业的趋势，以多馈入点方式处理大面积的镀膜基板势必无法避免。

有鉴于此，为节省成本，因此有需要提出一种可降低成本的多馈入点方式且又可形成一大面积均匀化电场的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频功率分配装置，不仅可以节省射频功率产生器的数量，此外，也可以在大面积的基板形成均匀的射频能量分布并产生均匀化的电浆场。

所述射频功率分配装置包含功率输入单元、第一功率分配单元以及多个第二功率分配单元。其中，功率输入单元具有第一输入端及第一输出端。第一功率分配单元具有第二输入端及二第二输出端，第二输入端电性连接于功率输入单元的第一输出端。第一功率分配单元用以均分自第一输出端所输出的射频功率，且第二输入端至第二输出端的长度为操作频率的四分之一波长。第二功率分配单元具有第三输入端及二第三输出端，第三输入端电性连接于第一功率分配单元的第二输出端。第二功率分配单元用以均分自第二输出端所输出的射频功率，其中第三输入端至第三输出端的长度为操作频率的四分之一波长。

本发明的射频功率分配装置具有以下功效：

1.通过使用功率分配的的方法，可以连接至多个负载，可节省功率产生器的数量，具有可节省机台成本的优点；

2.本装置通过使用同轴传输线的传输方式，可以承受较高功率，其具有避免设备因高功率传输时的高压高电流使传输线损坏的机率，具有可节省机台成本的优点；以及

3.本装置通过功率分配的方式，可以具有多个输出端，可用于同时连接电浆装置中的电极板，使得大面积电浆装置具有均匀的电浆分布的优点，达到提升生产效能的目的。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附的附图说明如下：

图1本发明的第一实施例示意图；

图2本发明的同轴传输线示意图；

图3本发明的第二实施例示意图；

图4本发明的第三实施例示意图；

图5本发明的第四实施例示意图。

其中，附图标记

100：射频功率分配装置

110：功率输入单元

111：第一输入端

112：第一输出端

120：第一功率分配单元

121：第二输入端

122：第二输出端

130：第二功率分配单元

131：第三输入端

132：第三输出端

200：同轴传输线

210：导体线

220：接地金属外罩

230：绝缘物质

300：射频功率分配装置

310：真空腔体

320：电极片

400：射频功率分配装置

410：真空腔体

420：电极片

500：射频功率分配装置

510：真空腔体

520：电极片

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示及于下文中说明是为本发明的较佳实施例，并请了解本文所揭示是考虑为本发明的一范例，且并非意图用以将本发明限制于附图及/或所描述的特定实施例中。

现请参照图1，为本发明的第一实施例示意图，其包含：功率输入单元110、第一功率分配单元120以及多个第二功率分配单元130。功率输入单元110具有第一输入端111及一第一输出端112。第一输入端111用以输入射频功率，现有用于连接一射频功率产生设备(RF power generator)。射频功率经由第一输出端112输出至第一功率分配单元120。第一功率分配单元120具有第二输入端121及二第二输出端122。其中第二输入端121电性连接于功率输入单元110的第一输出端112。第一功率分配单元120用以均分自第一输出端112所输出的射频功率，且第二输入端121至第二输出端122的长度为操作频率的四分之一波长。

多个第二功率分配单元130分别具有第三输入端131及二第三输出端132，第三输入端131电性连接于第一功率分配单元120的第二输出端122。第二功率分配单元130用以均分自第二输出端122所输出的射频功率，第三输入端131至第三输出端132的长度为操作频率的四分之一波长。第一功率分配单元120的第二输入端121至第二功率分配单元130的第三输出端132的长度总和为操作频率的二分之一波长，使该两端的射频功率中的电流及电压幅度一致。

于本发明所揭示的射频分配装置100，其可使用射频功率的频率范围为1到300MHz。需注意的是，功率输入单元110、第一功率分配单元120及多个第二功率分配单元130为同轴传输线，且其射频阻抗介于1到300奥姆之间。同轴传输线对于功率承载能力较现有的可积体化传输线高，于本发明实施例中，射频功率分配装置100可使用射频功率范围为0到100千瓦。

现请参照图2，为本发明的同轴传输线示意图，其中，同轴传输线的形式为一接地金属外罩220包覆一导体线210，且接地金属外罩220与导体线210间以一绝缘物质230隔绝。其中，接地金属外罩220及导体线210的材质是选自：镍、金、银、钛、铜、钯、不锈钢、铍铜合金、铝、被覆铝及其组合所构成的群组。

射频阻抗由接地金属外罩220、导体线210间、绝缘物质230三者的尺寸，材质决定。于本发明的实施例中，功率输入单元110、第一功率分配单元120及第二功率分配单元130的阻抗使用50奥姆。功率输入单元110与第一功率分配单元120的接地金属外罩220是采用不锈钢，导体线210是采用铜片，绝缘物质230是采用空气。第二功率分配单元130中，接地金属外罩220是采用不锈钢，导体线210是采用铜片，绝缘物质230是采用铁氟龙。此外，如图2所示，a、b、c、d分别为2mm、35mm、28.5mm、19mm。

需注意的是，当绝缘物质230为空气时，a、b、c、d分别为2mm、55mm、10.5mm、20mm；当绝缘物质230为氧化铝时，a、b、c、d分别为2mm、7.5mm、31.25mm、19mm。

需注意的是，为使射频功率传导路径上不因阻抗不匹配而产生功率损耗，需使功率输入单元110、第一功率分配单元120及第二功率分配单元130的射频阻抗值相等，使射频功率传导至第二功率分配单元130的第三输入端131时的输入阻抗与功率输入单元110的第一输入端111输入阻抗相乘等于第一功率分配单元120的第二输入端121输入阻抗的平方。其中，输入阻抗定义为射频功率由输入端传导至输出端路径的等效阻抗。

射频分配装置100还包含多个负载单元，其配置于第二功率分配单元130的第三输出端132，用以承接射频功率，且负载单元所接收的射频功率总量与输入功率输入单元110的功率相等。

现请参照图3，为本发明的第二实施例示意图。本实施例用于电浆装置的射频功率传输，也即于第二功率分配单元130的第三输出端132连接多个负载单元，且多个负载单元可为至少一电极片320，电极片320是作为电浆装置中的阴极，其装置于真空腔体310中，并通入工艺气体于真空腔体310以产生电浆。本实施例可以单一组射频功率产生器同时提供四组电浆装置产生电浆反应所需的射频能量，达到节省设备成本的功效。

现请参照图4，为本发明的第三实施例示意图，与第二实施例的主要差异在于第三输出端132连接的负载单元为二组电极片420，其作为电浆装置中的阴极，装置于二组真空腔体410中。本实施例的功效在于，可于大面积基板的电浆装置中，以双点馈入方式得到一较均匀的射频功率分布，以及以单一组射频功率产生器同时提供两组电浆装置产生电浆反应所需的射频能量，达到节省设备成本的功效。

现请参照图5，为本发明的第四实施例示意图，与第三实施例的主要差异在于第二功率单元130的各第三输出端132连接的负载单元为单一电极片520，电极片520是作为电浆装置中的阴极，其装置于真空腔体510中。相较于前述的实施例，本实施例的配置可于大面积基板的电浆装置中，以四点馈入的方式，使电极片得到一最均匀的射频功率分布，并可在通入工艺气体于真空腔体510中时，得到一最均匀的电浆分布。

综上所述，本发明的一种射频功率分配装置100具有以下功效：

1.通过使用功率分配的方式，可以连接至多个负载，以节省功率产生器的数量，具有可节省机台成本的优点；

2.本装置通过使用同轴传输线的传输方式，可以承受较高功率，其具有避免设备因高功率传输时的高压高电流使传输线损坏的机率，具有节省机台成本的优点；以及

3.本装置通过功率分配的方式，可以具有多个输出端，每个输出端可同时连接电浆装置中的电极板，使得大面积电浆装置具有均匀的电浆分布的优点，达到提升生产效能的目的。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种射频功率分配装置，其特征在于，包含：

一功率输入单元，具有一第一输入端及一第一输出端；

一第一功率分配单元，具有一第二输入端及二第二输出端，该第二输入端电性连接于第一输出端，该第二输入端至该第二输出端的长度为操作频率的四分之一波长，该第一功率分配单元是用以均分自该第一输出端所输出的射频功率；以及

多个第二功率分配单元，每一第二功率分配单元具有一第三输入端及二第三输出端，该第三输入端电性连接于该第二输出端，该第三输入端至该第三输出端的长度为操作频率的四分之一波长，该第二功率分配单元用以均分自该第二输出端所输出的射频功率。

2.根据权利要求1所述的射频功率分配装置，其特征在于，该功率输入单元、该第一功率分配单元及该些第二功率分配单元为同轴传输线，且其射频阻抗介于1到300奥姆之间。

3.根据权利要求2所述的射频功率分配装置，其特征在于，该功率输入单元、该第一功率分配单元及该些第二功率分配单元的阻抗值相等。

4.根据权利要求2所述的射频功率分配装置，其特征在于，该同轴传输线的形式为一接地金属外罩包覆一导体线，且该接地金属外罩与该导体线间以绝缘物质隔绝。

5.根据权利要求4所述的射频功率分配装置，其特征在于，该接地金属外罩及该导体线的材质为选自：镍、金、银、钛、铜、钯、不锈钢、铍铜合金、铝、被覆铝，及其组合所构成的群组。

6.根据权利要求1所述的射频功率分配装置，其特征在于，该射频功率分配装置可使用射频功率范围为0到100千瓦。

7.根据权利要求1所述的射频功率分配装置，其特征在于，该射频功率分配装置可使用射频功率的频率范围为1到300MHz。

8.根据权利要求1所述的射频功率分配装置，其特征在于，还包含多个负载单元，配置于该第二功率分配单元的该第三输出端，用以承接射频功率。

9.根据权利要求8所述的射频功率分配装置，其特征在于，该些负载单元所接收的射频功率总量与输入该功率输入单元的功率相等。

10.根据权利要求8所述的射频功率分配装置，其特征在于，每一该负载单元为一电极片。

11.根据权利要求10所述的射频功率分配装置，其特征在于，该电极片作为电浆装置中的阴极。

Images