TW201408139A - 微波電漿裝置 - Google Patents

Abstract

一種微波電漿裝置，其包括一微波源、一分支型導波組件、一真空腔體以及一第一永磁板。分支型導波組件包括一第一功率分配器、多個第二功率分配器以及多個導波管。微波源連接第一功率分配器，而這些第二功率分配器連接在第一功率分配器與這些導波管之間。真空腔體具有多個微波窗，而第一永磁板配置於真空腔體。這些導波管穿過第一永磁板，並配置於這些微波窗。第一永磁板產生的磁場用於產生電子迴旋共振。

Description

微波電漿裝置

本發明有關於一種能提供電漿(plasma)的裝置，且特別是有關於一種利用微波來產生電漿的裝置。

微波電漿裝置是一種利用微波來產生電漿的裝置，而微波電漿裝置主要是利用微波中的電場(electric field)來將通入於真空腔體(vacuum chamber)內的氣體分子解離(ionize)，從而產生電漿。不過，由於微波的波長較短，因此不易在真空腔體內形成分佈範圍大的均勻微波場(microwave field)。所以，現有的微波電漿裝置通常很難產生分佈範圍大的均勻電漿。

然而，現今許多業界，例如半導體代工業以及光電面板製造廠，對能產生分佈範圍大的均勻電漿裝置的需求增加，因此如何克服微波不容易產生分佈範圍大的均勻電漿的問題，是目前值得探討的課題。

本發明提出一種微波電漿裝置，其能產生分佈範圍大的均勻電漿。

本發明實施例提供一種微波電漿裝置，其包括一微波源、一分支型導波組件、一真空腔體以及一第一永磁板。微波源用於產生一微波，而分支型導波組件包括一第一功率分配器、多個第二功率分配器以及多個導波管。第一功 率分配器具有一第一輸入端以及多個第一輸出端，其中第一輸入端連接微波源。這些第二功率分配器個別具有一第二輸入端以及多個第二輸出端，其中這些第二輸入端分別連接這些第一輸出端。這些導波管個別具有一第三輸入端與一第三輸出端，其中這些第三輸入端分別連接這些第二輸出端。真空腔體具有多個微波窗，而第一永磁板配置於真空腔體，並具有一第一板面與一相對第一板面的第二板面。第二板面位在第一板面與真空腔體之間，其中這些導波管穿過第一板面與第二板面，並配置於這些微波窗，而第一永磁板產生一磁場，而此磁場用於產生電子迴旋共振。

綜上所述，利用第一永磁板所產生的磁場以及分支型導波組件，本發明的微波電漿裝置能產生分佈範圍大的均勻電漿，以滿足現今許多業界(例如半導體代工業以及光電面板製造廠)的需求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

圖1A是本發明一實施例之微波電漿裝置的立體示意圖，而圖1B是圖1A中的微波電漿裝置的分解示意圖。請參閱圖1A與圖1B，微波電漿裝置100包括一微波源110、一分支型導波組件120、一真空腔體130、一第一永磁板 140與一第二永磁板150。真空腔體130配置在第一永磁板140與第二永磁板150之間，而分支型導波組件120連接在微波源110與真空腔體130之間，並穿過第一永磁板140。

微波源110能產生微波，而分支型導波組件120能將此微波傳遞至真空腔體130內，並且在真空腔體130內產生多個微波場，其中這些微波場可以將通入於真空腔體130內的氣體分子解離，進而產生電漿。此外，這些微波場的能量分佈(energy distribution)大致相同。

分支型導波組件120包括一第一功率分配器121、多個第二功率分配器122與多個導波管123，其中第一功率分配器121與微波源110連接，而這些導波管123與真空腔體130連接。這些第二功率分配器122皆連接第一功率分配器121與這些導波管123，並且可位在第一功率分配器121與這些導波管123之間。

具體而言，第一功率分配器121具有一第一輸入端121a以及多個第一輸出端121b，其中第一輸入端121a連接微波源110，以使第一功率分配器121與微波源110連接。各個第二功率分配器122具有一第二輸入端122a以及多個第二輸出端122b，其中這些第二輸入端122a分別連接這些第一輸出端121b，而這些第二輸出端122b分別連接這些導波管123。如此，這些第二功率分配器122皆連接第一功率分配器121與這些導波管123。

承上述，各個導波管123具有一第三輸入端123a與一 相對第三輸入端123a的第三輸出端123b，其中這些導波管123的第三輸入端123a分別連接這些第二輸出端122b，而這些導波管123的第三輸出端123b皆連接真空腔體130。

真空腔體130具有多個微波窗132，而這些導波管123的第三輸出端123b分別配置於微波窗132，其中各個微波窗132可由能被微波穿透的介電材料(dielectric material)所製成，而此介電材料例如是石英(quartz)、玻璃或陶瓷材料。

另外，這些導波管123的尺寸彼此相同，且這些導波管123可皆為同一種類型的導波管。這些第二功率分配器122的尺寸彼此相同，且這些第二功率分配器122可皆為同一種類型的功率分配器。因此，這些導波管123的長度、寬度、構造以及材質都是彼此相同，而這些第二功率分配器122的長度、寬度、構造以及材質也都是彼此相同。

如此，當微波源110產生微波時，各個導波管123能產生單一微波場(single microwave field)，而這些單一微波場的能量分佈及相位(phase)大致上彼此相同，即這些導波管123的輸出功率與微波相位都是彼此相同。此外，這些導波管123可呈陣列(array)排列(如圖1A與圖1B所示)，以使這些單一微波場能結合而形成分佈範圍大的均勻總微波場(net microwave field)。

然而，須說明的是，在其他實施例中，即使這些導波管123的尺寸彼此不同，這些第二功率分配器122的尺寸 也彼此不同，各個導波管123也能產生單一微波場，而這些單一微波場的能量分佈及相位大致上彼此相同。所以，圖1A與圖1B所示的導波管123尺寸僅供舉例說明，並非限定本發明。

此外，雖然在圖1A與圖1B所示的實施例中，分支型導波組件120包括二種功率分配器，即第一功率分配器121以及第二功率分配器122，但是在其他實施例中，分支型導波組件120也可以包括三種或三種以上的功率分配器。

詳細而言，除了第一功率分配器121與第二功率分配器122之外，分支型導波組件120還可包括多個第三功率分配器。這些第三功率分配器的輸入端分別連接這些第二輸出端122b，且可皆為同一種類型的功率分配器，其中這些第三功率分配器的尺寸彼此相同。因此，分支型導波組件120可以包括二種或三種以上的功率分配器。

另外，微波電漿裝置100可以更包括一隔離器(isolator)180，而隔離器180具有一導波端121c，其中隔離器180可連接在微波源110與第一功率分配器121的第一輸入端121a之間。所以，在本實施例中，第一功率分配器121可以是透過隔離器180而間接連接微波源110。不過，在其他實施例中，第一功率分配器121也可以直接連接微波源110，所以圖1A與圖1B的隔離器180僅供舉例說明，不限定本發明。

當微波源110輸出微波至第一功率分配器121的第一 輸入端121a時，第一功率分配器121難免會反射部分微波，而導波端121c可作為假負載(dummy load)，並能引導上述被反射的部分微波，使此部分的微波不會傳回到微波源110，從而避免微波電漿裝置100的運作受到影響。

同理，當這些導波管123輸出微波至真空腔體130內時，這些導波管123的第三輸出端123b難免會反射部分微波，而導波管123可以作為假負載，並且能引導上述被反射的部分微波，使此部分的微波不會回到導波管123，從而避免微波電漿裝置100的運作受到影響。

此外，各個導波管123還可以具有循迴器1231與匹配器1232，其中匹配器1232具有一阻抗控制單元32a。透過對阻抗控制單元32a的操作，阻抗控制單元32a能調整微波的阻抗，以幫助在導波管123內傳遞的微波導入於真空腔體130內，而循迴器1231能轉換微波的模式，例如是將線性極化模式TE₁₀轉換成圓形極化模式TE₁₁。由於圓形極化模式TE₁₁具有較佳的方向角均勻性(azimuthal uniformity)，因此圓形極化模式TE₁₁的微波對電漿的均勻分布有良好的效果。

第一永磁板140與第二永磁板150皆配置於真空腔體130，其中第一永磁板140具有一第一板面141與一相對第一板面141的第二板面142，而第二板面142位在第一板面141與真空腔體130之間，所以第二板面142會面對真空腔體130。第一永磁板140更具有多個裸露於第一板面 141與第二板面142的孔洞140h，而這些導波管123分別從這些孔洞140h穿過第一板面141與第二板面142，以使這些導波管123穿過第一永磁板140而連接真空腔體130。

第一永磁板140與第二永磁板150皆能產生永久磁場。例如，第一永磁板140能產生磁場M1。因此，第一永磁板140與第二永磁板150二者皆為永久磁鐵，其中第一永磁板140與第二永磁板150二者可由多塊小型磁鐵塊組裝而成，或者，第一永磁板140與第二永磁板150二者可為不能分割的大型板狀磁鐵。第一永磁板140所產生的磁場M1會通過真空腔體130的內部，以使磁場M1能用於產生電子迴旋共振，其中磁場M1的方向可以是從第一永磁板140朝向第二永磁板150，如圖1A所示。

此外，微波電漿裝置100可更包括至少一永磁側板160，而在圖1B所示的微波電漿裝置100中，永磁側板160的數量可為四個。不過，在其他實施例中，微波電漿裝置100所包括的永磁側板160的數量可為一個、二個、三個或四個以上。

永磁側板160也為永久磁鐵，並能產生磁場，其中永磁側板160的結構可相同於第一永磁板140的結構，而這些永磁側板160的結構可以彼此相同。然而，在某些實施例中，其中一塊永磁側板160的結構可以不同於另一塊永磁側板160的結構，例如這些永磁側板160的結構可以彼此不相同。

永磁側板160所產生的磁場可以調整磁場M1的分布，促使磁場M1能均勻分布在真空腔體130內，即永磁側板160能幫助真空腔體130內的磁場M1形成均勻磁場。不過，須說明的是，在圖1A與圖1B所示的微波電漿裝置100中，即使沒有第二永磁板150，光由第一永磁板140與永磁側板160所產生的磁場M1已經能達到產生電子迴旋共振的基本要求。所以，圖1A與圖1B所示的第二永磁板150與永磁側板160僅為舉例說明，並非限定本發明。

值得說明的是，在本實施例中，第一永磁板140、第二永磁板150與永磁側板160分別具有圍繞在四周的導磁框架143、152及162，而各個導磁框架143、152及162可以圍繞多塊小型磁鐵塊，從而構成第一永磁板140、第二永磁板150以及永磁側板160。

另外，微波電漿裝置100還可包括一導磁板170，而第一永磁板140位在導磁板170與真空腔體130之間。導磁板170具有多個通孔170h，而這些導波管123分別從這些通孔170h穿過導磁板170。導磁板170是由鐵磁性材料所製成，而鐵磁性材料例如是鐵、鈷或鎳，但導磁板170並不是永久磁鐵，所以不會產生永久磁場。然而，導磁板170可以導引磁場M1，以使磁場M1能盡量分布在真空腔體130內，並減少磁場M1對導波管123內的微波之影響。

在本實施例中，分支型導波組件120與微波源110皆位在真空腔體130的上方，而分支型導波組件120位在微 波源110與真空腔體130之間。具體而言，真空腔體130具有一頂面130t、一相對頂面的底面130b以及一位於頂面130t與底面130b之間的側面130s，其中微波源110與分支型導波組件120皆位在頂面130t上方。

另外，第一永磁板140配置在頂面130t上，第二永磁板150配置於底面130b，而這些永磁側板160皆配置於側面130s，其中圖1B所示的側面130s包括四面平面，而四塊永磁側板160分別配置於側面130s的四面平面。所以，這些永磁側板160會圍繞真空腔體130。

特別一提的是，在本實施例中，至少一塊永磁側板160可以更具有一活動門板163，而真空腔體130更具有一腔門139，其中腔門139對應活動門板163，以使活動門板163開起之後，腔門139也可以開啟。如此，樣品(sample)得以放入真空腔體130內，與電漿進行反應，或是進行蒸鍍等。

此外，在本實施例中，這些導波管123的尺寸可以彼此相同，這些第二功率分配器122的尺寸可以彼此相同，因此這些第一輸出端121b相對於頂面130t的高度H1實質上彼此相同，而這些第二輸出端122b相對於頂面130t的高度H2實質上彼此相同，如圖1A所示。

然而，必須說明的是，在其他實施例中，這些導波管123的尺寸也可以彼此不同，而這些第二功率分配器122的尺寸也可彼此不同。因此，高度H1與H2也可以彼此不同，故本發明並不拘泥去限制這些高度H1要彼此相同， 這些高度H2要彼此相同。

圖2A是本發明另一實施例之微波電漿裝置的立體示意圖，而圖2B是圖2A中的微波電漿裝置的分解示意圖。請參閱圖2A與圖2B，本實施例的微波電漿裝置200與前述實施例100大致上相同，所以相同特徵不再重複敘述，而以下僅說明二者的差異，即微波電漿裝置200不包括任何第二永磁板150。

由於前述實施例的說明曾提及：即使前述實施例的微波電漿裝置100沒有第二永磁板150，光由第一永磁板140與永磁側板160所產生的磁場M1已經能達到產生電子迴旋共振的基本要求。所以，縱使沒有第二永磁板150，圖2A中的磁場M1也具有一定的均勻程度，從而能產生相當程度的均勻電漿。

綜上所述，利用第一永磁板所產生的永久磁場以及分支型導波組件，本發明的微波電漿裝置得以在真空腔體內產生分佈範圍大的均勻電漿。如此，本發明的微波電漿裝置可應用於多種製程設備，例如薄膜沉積設備及蝕刻設備，並能滿足現今許多業界(例如半導體代工業以及光電面板製造廠)的需求。

此外，由於本發明的微波電漿裝置是利用第一永磁板所的磁場來產生電子迴旋共振。相較於現有電漿裝置採用線圈產生的磁場來達到電子迴旋共振的手段，本發明的微波電漿裝置可以省去供給線圈電力的電源供應器以及冷卻 裝置(例如風扇或冷卻水循環管路)，進而能有效地降低製造成本，並且還能減少佔用的空間。

以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。

32a‧‧‧阻抗控制單元

100、200‧‧‧微波電漿裝置

110‧‧‧微波源

120‧‧‧分支型導波組件

121‧‧‧第一功率分配器

121a‧‧‧第一輸入端

121b‧‧‧第一輸出端

121c‧‧‧導波端

122‧‧‧第二功率分配器

122a‧‧‧第二輸入端

122b‧‧‧第二輸出端

123‧‧‧導波管

123a‧‧‧第三輸入端

123b‧‧‧第三輸出端

130‧‧‧真空腔體

130b‧‧‧底面

130t‧‧‧頂面

130s‧‧‧側面

132‧‧‧微波窗

139‧‧‧腔門

140‧‧‧第一永磁板

140h‧‧‧孔洞

141‧‧‧第一板面

142‧‧‧第二板面

143、152、162‧‧‧導磁框架

150‧‧‧第二永磁板

160‧‧‧永磁側板

163‧‧‧活動門板

170‧‧‧導磁板

170h‧‧‧通孔

180‧‧‧隔離器

1231‧‧‧循迴器

1232‧‧‧匹配器

H1、H2‧‧‧高度

M1‧‧‧磁場

圖1A是本發明一實施例之微波電漿裝置的立體示意圖。

圖1B是圖1A中的微波電漿裝置的分解示意圖。

圖2A是本發明另一實施例之微波電漿裝置的立體示意圖。

圖2B是圖2A中的微波電漿裝置的分解示意圖。

32a‧‧‧阻抗控制單元

100‧‧‧微波電漿裝置

110‧‧‧微波源

120‧‧‧分支型導波組件

121‧‧‧第一功率分配器

121a‧‧‧第一輸入端

121b‧‧‧第一輸出端

121c‧‧‧導波端

122‧‧‧第二功率分配器

122a‧‧‧第二輸入端

122b‧‧‧第二輸出端

123‧‧‧導波管

123a‧‧‧第三輸入端

123b‧‧‧第三輸出端

140‧‧‧第一永磁板

141‧‧‧第一板面

142‧‧‧第二板面

162‧‧‧導磁框架

150‧‧‧第二永磁板

160‧‧‧永磁側板

163‧‧‧活動門板

170‧‧‧導磁板

180‧‧‧隔離器

1231‧‧‧循迴器

1232‧‧‧匹配器

H1、H2‧‧‧高度

M1‧‧‧磁場

Claims (10)

1. 一種微波電漿裝置，包括：一微波源，用於產生一微波；一分支型導波組件，包括：一第一功率分配器，具有一第一輸入端以及多個第一輸出端，其中該第一輸入端連接該微波源；多個第二功率分配器，個別具有一第二輸入端以及多個第二輸出端，其中該些第二輸入端分別連接該些第一輸出端；多個導波管，個別具有一第三輸入端與一第三輸出端，其中該些第三輸入端分別連接該些第二輸出端；一真空腔體，具有多個微波窗；以及一第一永磁板，配置於該真空腔體，並具有一第一板面與一相對該第一板面的第二板面，該第二板面位在該第一板面與該真空腔體之間，其中該些導波管穿過該第一板面與該第二板面，並配置於該些微波窗，而該第一永磁板產生一磁場，該磁場用於產生電子迴旋共振。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿裝置，更包括一第二永磁板，其中該真空腔體配置在該第一永磁板與該第二永磁板之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微波電漿裝置，其中該磁場的方向從該第一永磁板朝向該第二永磁板
4. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿裝置，更包 括一導磁板，其中該第一永磁板位在該導磁板與該真空腔體之間，而該些導波管穿過該導磁板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿裝置，其中該真空腔體更具有一頂面、一相對該頂面的底面以及一位於該頂面與該底面之間的側面，該第一永磁板配置在該頂面上，該微波源位在該頂面上方，而該分支型導波組件位在該微波源與該真空腔體之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之微波電漿裝置，更包括一第二永磁板，其中該第二永磁板配置於該底面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之微波電漿裝置，更包括多個永磁側板，該些永磁側板分別配置於該側面，並且圍繞該真空腔體。
8. 如申請專利範圍第5項所述之微波電漿裝置，其中該些第一輸出端相對於該頂面的高度實質上彼此相同，而該些第二輸出端相對於該頂面的高度實質上彼此相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿裝置，其中該些導波管的輸出功率彼此相同。
10. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿裝置，其中該些導波管所輸出的微波的相位彼此相同。