201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電漿激發模組，且特別是有關於 一種感應耗合式(inductively coupled plasma，ICP)電漿激發 模組。 【先前技術】
電漿是包含離子或t子與自由基(radical)的氣體的電 離態，而受到廣泛的應用。通常電漿處理是指將氣體轉變 為電漿以及將電漿氣體沉積在基板上或將電漿氣體用於清 洗(cleaning)、塗佈（coating)、濺鍍(sputtering)、電漿化學 氣相沈積、離子植入、灰化(ashing)或餘刻等。目前常見的 電漿處理設備在運作時，當兩個電極之間形成強大的電場 之後，被供應到這兩電極之間的製程氣體就會被離子化或 解離而產生電漿。 現階段在顯示器的研發狀況，主要朝向大型化顯示器 與軟性顯示器的研究與開發應用，其中商品化過程中最重 要的課題為基板大©訂高均自度的問題。舰使用電溶 式電漿(capacitively coupled plasma，ccp)受限於電漿密肩 較小’設備之製程速率紐有效提升，_感餘合電^ (mductively coupled plasma，lcp)成為另一項極具潛 ^ ^丁。由於ICP所產生之電衆密度較高，_—般也稱 ^電之特徵為具錢生電_軸合= 圈然而，在大面積1CP的設計上會遭遇到下列問題：（1: 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 當線圈長度過長時會導致駐波的問題，影绝 率；⑺在大面積化時’電漿均勻度較難進行；敕 是在線圈邊緣的部分，容易造成電聚輔助 ^ ^ 蝕刻等製程受限。 乂冤聚輔助 中華民國專利TW 00449107提出將線圈埋 中’且介電層會放置在腔體内與基板載台對向的位二 電層可調整外型，改變電場搞合強度^然而，^ 須燒結適當的介電材料，才能進行線圈的安裝。^必 置在介電材料中的線圈的散熱必須額外通以冷卻装置；在 j本上是相對高。由於線圈是嵌入於介電層中，當實測時 若需要進行調整，反而相當不便，且進行大面積二時’，声 結大面積之介電層、線圈埋設會更加困難。 凡 美國專利US6,868，_所提出的線圈設計採 的幾何外型’其線圈是由主幹與分支所構成的對稱结構。 雖然可以避免線圈長度過長所產生的駐波現象，但 的幾何外型十分複雜使得加工精度的要求會大幅提^、，增 加I加工上的困難度與成本。此外，此篇專利的供氣系^ ^單個側邊供氣的裝置，此種設計僅在低氣壓_^ ’， 氣體分子的擴餘態才會比較好，電㈣度才會比較“均勾。 美國專利US 7,079,085提出以平行並聯且互相交錯的 方式來進行線圈的設計，並利用兩線圈互補的方式來提高 電，的均勻性。此種、賴m線所繞成的雙迴路線圈， 且每個迴路間保持相鄰與平行。而單一迴路的線圈，其電 源端與地端相鄰配置。因兩線圈為並聯式的結構，因^線 201026164 F279700X2TW 29617twf.doc/n 圈總阻抗較小。此外，由於相鄰的兩線圈每隔一段距離會 彼此平行交錯，且電源流動方向相反，可有互補的功能， 以平衡電場分布。—，此種設制於大面_其線圈的 架構複雜且加工，且安裝較不便利。 【發明内容】 ❿ ❿ 聚本發明提供-種電漿激發模組，可以產生均勻的電 圏以ί發，?出—種電漿激發模組，包括—腔體、多個線 電層外側，且各線圈4設;】管= 孔系統％繞介電層並與腔體内部相連通。 線型2發明之—實施财，上述之各線圈包括至少二個 =彼=相鄰兩線型主體的連接部。各線型主 或非弯饤或不平行。連接部例如是具細構型 的距實施财’上述之各線圈舆介電層之間 包括明之—實施财’上叙衫路分支進氣李續 =二^路、氣體進口介面以及多個 介面連接進氣管路，且個分支管路。氣體進口 之間。噴嘴配置於氣體進口介面：面=於介電層與腔體 内部連通，其中各分支管路的末端連接二路= 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 氣體出口孔控例如是可調整。 在本發明之一實施例中，上述各分支管路包括一第一 分支與多個第二、第三至第N分支，其中N為正整數。第 -分支連接主要管路。各第二分支連接第—分支的末端與 各第三分支的前端。各第分支連接各第N 2分支末端 與各第N分支前端。各第N分支連接第則分支的末 與喷嘴。各第N'1分支所連接的第N分支數量例如是相等。 • A在本發明之—實施财，上述各分支管路的長度為相 等。 。在本發明之一實施例中，電漿激發模組更包括介電層 支撐板，以將介電層鎖固於腔體上。 3 /在本發明之一實施例中，電漿激發模組更包括氣體供 、:系、洗連接至多管路分支進m氣體m统包括 氣體源與質流控制裝置(mass contr〇ller，娜 質抓控制裝置配置於多管路分支進㈣雌氣體源之間。 t發日牧—實施例中，賴激賴岐包括電源系 、、’遷接至線圈。電源系統包括高頻電源與匹配電路，Α 中匹配電路配置於制與高頻電狀間。 - μ 實 電餘發模岐包括真空抽 其中排氣管配置於腔體與真空泵之間。L排 在本發明之—實施例中，上述之 其例如是鋁或鋼。 ）㈣為金屬， 在本發明之1關巾，上叙介電層㈣料為石英 201026164 以 7W_2TW 29617twf.doc/n 玻璃或陶竟。 官路分支進氣系統 在本發明之一實施例中，上述之多 的材料為金屬。
❹ 在本發明之-實施例中，上述之腔體的材料為金屬。 基於上述，本發明之電衆激發模組利用並聯式電 圈的大型化輯並搭配多管路分支進氣系統，可以改 善電磁場均勻度與·流場均勻度，以麵電漿密度 化，而提升薄膜形成或蝕刻製程的均句度。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本 《月可用以實施之特定實施例。本發明之實施射所提到 ” ’例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、 右」 内」、「外」等，僅是參考附加圖式的方向。 因此’下列使用的方向用語僅是用來說明，以使熟習此項 技術者月b，據以實施’但並非用以限定本發明之範圍。 圖1疋依照本發明之一實施例之一種電漿激發模組的 剖面不意圖。 °月4…、圖1 ’電漿激發模組100包括腔體102、多個 ^圈120以及多管路分支進氣系統130。腔體102具有介 j U〇 ’介電層110例如是配置於腔體102的下部，且 復里開口 104。線圈12〇配置於腔體1〇2的介電層11〇外 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 側，且各個線圈120彼此間隔—個距離而並聯。多管路分 支進氣系統130環繞介電層11〇，並與腔體1〇2内部相連 通0 在一實施例中’電漿激發模組丨⑻還包括氣體供給系 統140、電源系統15〇與真空抽氣系統16〇。氣體供給系統 140連接至多管路分支進氣系統13〇,以提供氮氣、氬氣或 其他適當的製程氣體至腔體1()2内。氣體供給系統14〇包 ❹ 括氣體源142與質流控制裝置（mass fl0w. contr〇ller， MFC)144。質流控制裝置144配置於多管路分支進氣系統 130與氣體源142之間。 電源系統150連接至線圈12〇，以導入高頻電壓至線 圈12〇而產生電磁場。電源系統150包括高頻電源152與 匹配電路1M。匹配電路酉己置於線圈m與高頻電源 152之間，以達成較高的電源傳輸效率。 真空抽氣系統160連通至腔體1〇2的抽氣口 1〇6，以 將腔體102内的空氣抽出，而使腔體102内呈現真空狀態。 真空抽氣系統160包括真空泵162與排氣管164。排氣管 164配置於腔體1〇2之抽氣口 1〇6與真空泵162之間。在 此實施例中是以雙邊排氣的電漿激發模組1〇〇為例來作說 明，亦即腔體1〇2的兩側分別具有一個抽氣口 1〇6，且分 別連接至真空抽氣系統16〇，但本發明並不限於此。 在本發明之一實施例中，電漿激發模組100藉由真空 泵162對腔體1〇2進行抽氣，直到壓力穩定後，再開啟氣 體源142經質流控制裝;置144設定氣體流量，製程氣體由 201026164 rz/y/uu»2TW 29617twf.doc/n 氣體源142供給’經質流控制裴置l44、多管路分支進氣 系統130、流入於腔體1〇2 β。待供給氣體至腔體1〇2内之 壓力穩碰，開啟高頻電源152供給高頻電壓，並搭配阻 抗匹配電路154 ’對固定於介電層110外側的線圈120導 入局頻電壓產生電磁場。經由線圈12G的電感侧於腔體 搬内產生電磁％，使電子衝擊製程氣體之中性粒子造 成氣體電，’而於腔體1G2内產生密度均勻的電裝。 ❹ 圖2是賴本發明之—實施狀-種電⑽發模組底 拍立體不思圖。圖3是依照本發明之—實施例之一種電 聚激發模組頂部的立體透視示意圖。為方便說明，在圖2 與圖3中僅緣不腔體、介電層、線圈及多管路分支進氣系 統的相對配置關係。圖4是隱藏圖3之腔體的局部立體透 視示意圖。 η月同日守參照圖1、圖2、圖3與圖4，腔體撤的底部 具有開口 104’作為進氣口以及配置感應線圈之用。腔體 1()^的材料例如是金屬。介電層11G覆蓋開π 1G4,而構成 102的一面。介電層110的上表面會與腔體102内的 真空接觸’而介電層110的下表面會與大氣接觸。介電層 110的材料例如是石英玻璃或喊。線圈12G並聯配置於 腔體102的外側，即線圈12〇配置於介電層11〇位於大氣 侧的下表面上。線圈120的材料例如是金屬，其可以為銘 或銅。多S路分支進a紐m的管路例如是配置在線圈 120的下方及環繞介電層11G的周圍。多管路分支進氣系 統㈣的管路末端分別具有多個氣體出口·，且氣體出 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 口 ^30a例如是配置於介電層11〇位於腔體側的上方，而使 多官路分支進氣系統13〇能夠與腔體1〇2的内部相連通。 圖5是依照本發明之一實施例之介電層與線圈配置的 底視示意圖。圖6A至圖6C分別是依照本發明之—實施例 之線圈的示意圖。 卜明參照圖5，為多個線圈120並聯設置情形，其中， 每-線圈12G包括線型主體122與連接部124，連接;124 ，接相鄰兩個線型主體122。線型主體122彼此之間可以 疋平行也可以疋互不平行。連接部124例如 型。詳細說_是，多個線型域122湘在介 連接部124例如是將至少兩個相鄰 、線里主體122㈣料，以構成單—的線圈結構。 在:實施财’如圖6Α所示，單—線圈12〇可以是 u型i圈接^24將兩個線型主體122串聯起來所組成的 ，圈。在另一實施例中，如® 6B所示，單一線圈12〇, ❹
Si由:個ΪΪ, 124將三個線型主體122串聯起來所 又一只施例中，如圖6C所示，單一線圈 可以是藉由三個連接部124將四個線型主體122串 =的’也就是將兩個如‘6Α所示之== ，在其他實施例中，連接部 線性主體122心卩纟％ ’則會使連接的兩 限定。體22“㈣，本發明於料作特別之 此外，每個單—線圈120與介電層11〇之間的距離可 10 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 以是相同或是不相同。在施加的高頻電壓為相同的情況 下，當線圈120與介電層110之間的距離越近，腔體1〇2 内部所感應到的電場強度會越大；當線圈120與介電層11〇 之間的距離越遠，腔體102内部所感應到的電場強度會越 小。由於每個線圈120皆為平行並聯式的擺設方式，故可 以調整個別單一線圈120與介電層Π0之間的距離，來, 整特定區域的感應電場強度，以使電漿的均勻性獲得進— ❹ 步的提升。也就是說，每個單一線圈120與介電層11〇之 間的距離可以視需求逕行調整。此外，由於線圈12〇配置 在大氣側，因此可以輕易地調整單一線圈12〇的位置，而 使電場更均勻。 圖7A與圖7B分別是依照本發明之一實施例之線圈配 置與電漿密度的關係示意圖。須注意的是，在圖7A與圖 中所述之例示僅是為了詳細說明藉由調整每組線圈與 介電層之間的距離所達成的效果，以使熟習此項技術者能 φ 夠據以實施’但並非用以限定本發明之範圍。 舉例來說，如圖7A所示，當每個線圈12〇與介電層 110之間的距離皆相同時，會在兩侧的位置P1與P3處量 測到較，的電毁密度，而在中央的位置Μ處量測到較小 八電永费度，因此此種線圈配置之設計所產生的電衆 二^不均勻。如圖7B所示，在藉由調整位於位置P1與 ^的、線圈配置之後’亦即使位於位置pl與p3處的線圈 盥八:介電層U〇之間的距離較位於位置P2處的線圈120 ” I包層110之間的距離來得大，會量測到更均勻的電漿 201026164 P27970082TW29617twf.doc/n 密度分布。詳言之，當位於位置Ρ1與Ρ3的線圈120距離 介電層110較遠時，腔體1〇2内所感應的電場強度會較小， 因此可以使位置pi與Ρ3的電漿密度降低，而與位置Ρ2 的電漿密度呈現一致。 春 Ο 由於電漿密度與電場強度關係密切，因此要達成良好 的電場強度，線圈間的距離是相當重要。本發明之一實施 例所述之平面式線圈的結構簡單易於加工，多個並聯的線 圈結構亦可避免駐波問題，且藉由並聯線圈的方式可以視 需求調整線圈數來達成更λ面制線贿構，而有利於顯 不器等大面積電漿激發模組的需求。 、‘、、 的立照本發明之一實施例之多管路分支進氣系統 妒一。圖9是依照本發明之—實施例之噴嘴的立 腹不思圖。 請參照® 8 ’多管路分支進氣系统ls〇包括進氣 =2曰、氣體進π介面134與噴嘴136。氣體進口介面η =具有框架構型，且連接進氣管路請。氣體進口介面 例如是配置於介電層（未緣示)與腔體(未繪示)之間 連接，中’並與進氣管路132的 連接’以使進氣管路132可以與腔體内部連通 例如是具村難錄大，㈣氣體出σ 圖嘴 利用調整氣體出口咖的孔徑大小來改變氣體9: _速’可以作為微調氣場均勻性的手段。多管路乂 進氣系統130的材料例如是金屬。 刀支 進氣管路132包括主要管路132a與分支f路咖、 12 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 132c、132d、132e、132f。主要管路132a例如是連接氣體 供給系統140，以使氣體源142所提供的製程氣體可以經 由進氣管路132流入腔體102内。每個分支管路132f的最 末端出口會各自連接一個喷嘴136。 如圖8所示，在一實施例中，主要管路132a位於中 央，且會連接到四周方向的分支管路132b ;每個分支管路 132b會連接到兩個分支管路132c ;每個分支管路132c會 ❹ 連接到兩個分支管路132d ;每個分支管路132e會連接到 兩個分支管路132f;而每個分支管路I32f則會各自連接到 一個噴嘴136。當氣體源142供應製程氣體至主要管路132a 時’氣體會等分地流入分支管路132b，之後由各分支管路 132b依序等分地流入分支管路132c、132d、132e、mf， 因此經過數次等分的氣體會從分支管路丨3 2 f經由喷嘴13 6 流入腔體内。此外’任意組合的分支管路132b、132c、 132d、132e、132f相連接所構成的長度例如是相等。也就 是說，製程氣體從主要管路132a依序流經各分支管路 132b、132c、132d、132e、132f至噴嘴130的流動距離皆 相同。 藉由將進氣管路132依序等分成多個分支管路132b、 132d、132e、132f，並在分支管路的最末端都連接 喷f 136 ’如此—來漸進式的多管路分支進氣可有助 ^升氣場均勻度。此外’在此實施例中每個分支管路僅 二t刀成：個分支营路’而非將每個分支管路直接連接到 :、刀的大里喷嘴’因此每:欠少量的等分管路更可以使每個
實施例之一種電漿激發模 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 喷嘴排出的氣體量更為一致β 特別說明的是，電讓密度也與氣場的均勾度有關，由 於在較高缝㈣境下’電漿擴散的縣較差，因 成均勻的密度，氣場與電場的分布都轉 發明之-實施例❹管路分支進氣純，其特色除了多管 路分支進氣外，還可㈣過氣場模擬來調整不同位置喷嘴 的，孔餘，藉此微調不同位置的岐量來產生更均勾的 氣，。利用多管路分支進氣作為均勻的供氣系統產生良好 的氣場分布，可以使電漿密度更均勻。 圖10是依照本發明之另一 組底部的立體示意圖。 凊參照圖10,在一實施例中’電漿激發模組1〇〇更包 括介電層支撐板112。介電層支撐板112配置於腔體1〇2 的下方，並使介電層110與氣體進口介面134夾持在腔體 與介電層支撐板112之間。介電層支撐板ιΐ2可以將 介電層110與多管路分支進氣系統13〇鎖固於腔體1〇2 上，使腔體102内部具有氣密性，亦即使腔體1〇2内的反 應氣體可以與外界空氣隔絕。在一實施例中，介電層支撐 板112是以框架的構型壓覆在介電層110的輪廓上。介電 層支樓板H2的材料例如是金屬。 此外’本領域具有通常知識者應當知道，以上所介紹 的並聯式線圈組及多管路分支進氣系統，可以分開個別使 ^於不同的電漿激發模組，而用以提升電場均勻度或提升 氣場均勻度’並不限於上述實施例所示要同時配置在單一 14 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 電漿激發模組中。 為證實本發明之電㈣發模㈣實㈣提升電聚均 句，’接下來將以實驗例，其特性n驗例之說明 僅疋用來說鴨圈配置料電辟以及多管路分支進 氣系統對於氣場的料’錢_以限定本發明之範圍。 實驗例
圖11A至圖11C分別為使用不同線圈配置之電場的分 布圖。 如圖11A所示，當電漿激發模組中配 y，(如圖6A所示之線圈)時，可以獲得較;句= 刀布。如圖11B所示，當電漿激發模組中配置的單一線圈 ，兩組U型線圈串聯(如圖6C所示之線圈）時，也可以獲 得較均勻的電場分布。 又 此外’如圖11C所示，當電漿激發模組中配置的單一 ，圈為兩組u型線圈串聯，並使位於邊緣兩側位置p4、 j的線圈距離介電層較遠（如圖7B)時，還可以使電場 h布的均勻度獲得更進一步的改善。 卜圖12A與圖12B分別為使用不同進氣管路分支配置之 乳體量分布圖。圖12C為使用如圖12B所示之進氣 支配置之氣場的分布圖。 如圖12A所示，進氣管路是由主要管路連接到四周方 ，的四個分支管路，且每個分支管路再進一步等分成八個 虱體出口，由結果可以發現，進氣量大都分布在位於中央 15 201026164 _〇 晴〜d〇c/n 此種進氣管路分支配置的 ==分支r的嶋口，而造成進氣u 配置是相同於;^在例中所使用的進氣管路分支 ❹ ❹ 個分支管路又的：=二每 連接-個噴嘴作為氣體出口。由結=的以:別 進氣的分布= 進乳管路分支配置可以使 支配ΪΓΪΤ當使用圖陶斤示使用的進氣管路分 獲得較均勻的氣場分布’而改權激發 整體而言，由以上實驗例的結果顯示 =線=配置以及多管路分支進氣系統分別可以使電二 刀布更均勻，因此電漿激發模岐用 圈或多管路分支職系_可以產生更均勻^漿⑼線 综上所述，本發明之電漿激發模組利用平面式並聯的 線圈結構’其結構簡單易於加工，且多個並聯的結構亦可 避免駐波問題產生。由於多個線圈為並聯式的配置，故可 針對個別單-線圈與介電層之間的距離進行調整，以調整 感應電場的強度，用來使電漿均勻性獲得提升。此外，騎 由調整並聯的線醜量可以達成更大面積的線圈架構，^ 16 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 利於顯示器等大面積ICP的需求 再者，本發明之電漿激發模組利用多管路 統進行漸進式的多管路分支進氣，因此可有助於 ^ 的最末端義職射嘴，且可，整倾的的氣體^路 =場因此能夠藉_調不同位置的出氣量來產生3 = 雖然本發明已以實施例揭露 本發明，任何所屬姑供伟k 士曰+ 、、其並非用以限定 太，領域中具有通常知識者，在不脫離 的氣場分布，而使電漿密度更均勻。此外，每，J好 的悬太戚老lUgl Si丨洁拉〇 1 路 參 故本 本發明之精神和範圍内’當可作些 發明之佯鳟笳囹A、曰从u ^ 文動”潤飾’石又 月之保杨圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準 【圖式簡單說明】 剖面:上口依照本發明之-實施例之-種電漿激發模組的 部的發明之一實施例之-種嫩發模組底 部二明之一實施例之-種電繼模組頂 圖4,隱藏圖3之腔體的局部立體透視示意圖。 广、s圖!7^依照本發明之—實施例之介電層與線圈配置的 底視不意圖。 -立f认至圖6C分別是依照本發明之—實施例之線圈的 不思圖。 17 201026164 P27970082TW 29617twf doc/π 圖7A與圖7B分別是依照本發明之一實施例之線圈配 置與電漿密度的關係示意圖。 圖8是依照本發明之一實施例之多管路分支進氣系統 的立體示意圖。 圖9是依照本發明之一實施例之喷嘴的立體示意圖。 圖1〇是依照本發明之另一實施例之一種電漿激發模 組底部的立體示意圖。 ❿ 圖11A至圖11C分別為使用不同線圈配置之電場的分 布圖。 圖12A與圖12B分別為使甩不同進氣管路分支配置之 氣體量分布圖。 圖12C為使用如圖12B所示之進氣督路分支配置之々 場的分布圖。 氣 【主要元件符號說明】 100 :電漿激發模組 ❹ 102 :腔體 104 :開口 106 :抽氣口 110 :介電層 112 :介電層支撐板 120、120’、120” ：線圈 122 :線型主體 124 :連接部 18 201026164 P27970082TW 29617twf.doc/n 130 :多管路分支進氣系統 130a、136a :氣體出口 132 :進氣管路 132a :主要管路 132b、132c、132d、132e、132f :分支管路 134 氣體進口介面 136 喷嘴 140 氣體供給系統 142 氣體源 144 質流控制裝置 150 電源糸統 152 南頻電源 154 匹配電路 160 真空抽氣系統 162 真空泵 164 :排氣管 ® P卜 P2、P3、P4、P5 :位置 19