TW202215488A - 電漿反應器 - Google Patents

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TW202215488A
TW202215488A TW110149345A TW110149345A TW202215488A TW 202215488 A TW202215488 A TW 202215488A TW 110149345 A TW110149345 A TW 110149345A TW 110149345 A TW110149345 A TW 110149345A TW 202215488 A TW202215488 A TW 202215488A
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cylindrical
plasma reactor
resonant cavity
reactor
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小林悟
菅井英夫
托恩 崔恩
壽南 朴
迪米奇 路柏曼斯基
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

針對諧振腔之任何諧振模式 TE mnl 或 TM mnl 產生旋轉微波，其中使用者自由地選擇模式指數m、n及l之值。旋轉頻率等於操作微波頻率之快速旋轉是藉由根據m、n及l設定介於兩個微波輸入埠P及Q之間的時間相位差ΔØ及方位角Δθ來完成。頻率Ω α（通常1～1000Hz）之慢速旋轉是藉由將正交輸入系中之雙場輸入
Figure 110149345-A0101-11-0001-7
及
Figure 110149345-A0101-11-0001-8
轉換成藉由介於兩個微波埠P及Q之間的角度Δ θ界定之斜角系來產生。

Description

電漿反應器
本揭示案係關於電漿反應器腔室中之旋轉微波之產生。
在一個用於在電漿反應器腔室中產生旋轉微波之方法中，自空間90°分離之兩個埠輻射微波進入圓柱形諧振腔。藉由將介於來自兩個埠之微波之間的時間相位差設定為90°，圓柱形諧振腔中之 TE 111模式藉由兩個監控天線的回饋控制循環地旋轉，以提供高均勻性之電漿分佈。
在用於產生旋轉微波之另一方法中，將介於自兩個埠輻射之兩個微波之間的時間相位保持同相。為了產生旋轉，將來自一個埠之微波的振幅以
Figure 02_image005
之形式調變，而將來自另一個埠之微波之振幅以
Figure 02_image007
之形式調變。此處，Ω是1-1000Hz量級之角頻率，該角頻率遠小於高於1GHz量級之微波載波頻率之角頻率。該雙注入在慢頻率Ω下旋轉 TE 111模式以便緩慢地攪拌定域化電漿，將電漿擴展至更廣的區域以進一步增加特別是在高壓下之電漿分佈均勻性。
然而，提供的快速及慢速旋轉僅用於 TE 111模式。需要提供用於任何模式而不僅是用於 TE 111模式之此旋轉。
在電漿反應器中，提供了一種用於在圓柱形微波諧振腔中產生模式 TE mnl 或 TM mnl 之旋轉微波之方法，其中n、m及l是 TE模式或 TM模式之使用者選擇值，該電漿反應器包含覆蓋在工件處理腔室上之圓柱形微波諧振腔，以及在圓柱形微波諧振腔之側壁中藉由偏位角Δ θ間隔分離之第一微波輸入埠P及第二微波輸入埠Q。方法包含以下步驟：經由第一耦合孔及第二耦合孔之各別的一個將藉由時間相位差Δ Φ分離的各別微波訊號引入圓柱形微波諧振腔中；調整偏位角Δ θ及時間相位差ΔΦ之值至為使用者選擇的TE或TM模式指數m、n及l的至少兩個之函數的值，以便在圓柱形微波諧振腔中產生模式 TE mnl 或 TM mnl 之旋轉微波。
在一個實施例中，將函數定義為：
Figure 02_image009
在一個實施例中，旋轉微波以等於操作微波頻率之旋轉頻率順時針旋轉。
在一個實施例中，為了最大化順時針旋轉之能量傳輸效率，將函數定義為：
Figure 02_image011
在一個實施例中，將函數定義為：
Figure 02_image013
在一個實施例中，旋轉微波以等於操作微波頻率之旋轉頻率反時針旋轉。
在一個實施例中，為了最大化反時針旋轉之能量傳輸效率，將函數定義為：
Figure 02_image015
在一個實施例中，各別的微波訊號之第一個具有以下形式：
Figure 02_image017
其中， ω是各別的微波訊號之角頻率而 t是時間，且 η=0或
Figure 02_image019
。
在一個實施例中，各別的微波訊號之第二個具有以下形式：
Figure 02_image021
其中， ω是微波訊號之角頻率而 t是時間，且 η=0或
Figure 02_image019
。
在電漿反應器中，提供了一種用於在圓柱形微波諧振腔中產生具有旋轉頻率Ω α之旋轉微波之方法，該電漿反應器包含覆蓋在工件處理腔室上之圓柱形微波諧振腔，以及在該圓柱形微波諧振腔之側壁中藉由通用角間隔分離之第一及第二輸入埠P及Q，該方法包含以下步驟： 設定該通用角以滿足以下方程式：
Figure 02_image023
將由以下方程式分別表示之微波場輸入至輸入埠P及Q：
Figure 02_image025
其中在以下方程式中定義r及s：
Figure 02_image027
以及在「r」中之符號∓判定旋轉是反時針還是順時針。
根據另一態樣，電漿反應器包含：覆蓋在工件處理腔室上之圓柱形微波諧振腔，及在圓柱形微波諧振腔之側壁中藉由方位角間隔分離之第一輸入埠P及第二輸入埠Q；具有微波頻率並具有一對微波源輸出之微波源；一對各別的波導，各別的波導之每一個具有耦合至微波源輸出之各別的一個之微波輸入端及耦合至第一輸入埠及第二輸入埠之各別的一個之微波輸出端；位於輸出端之耦合孔板，以及在耦合孔板中之矩形耦合孔；介於耦合孔板與微波輸入端之間的光圈板，以及在光圈板中之矩形光圈開口。
在一個實施例中，矩形耦合孔及矩形光圈開口沿著耦合孔及光圈開口之各別的一個之長尺寸具有各別的平行軸，各別的平行軸平行於圓柱形微波諧振腔之對稱軸。
在一個實施例中，波導之每一個具有介於微波輸入端及微波輸出端之間的微波傳播方向，微波傳播方向朝著圓柱形微波諧振腔之對稱軸延伸。
在一個實施例中，矩形耦合孔具有分別對應於使用者選擇阻抗之長尺寸e及短尺寸f。
在一個實施例中，矩形光圈開口具有分別對應於使用者選擇諧振之長尺寸c及短尺寸d。
在一個實施例中，矩形光圈是電容光圈並且具有與圓柱形微波諧振腔之對稱軸平行之長尺寸。
在一個實施例中，矩形光圈是電感光圈並且具有與圓柱形微波諧振腔之對稱軸平行之短尺寸。
緒言：
在當前描述中，提供了用於圓柱形諧振腔中之 TE mnl 及 TM mnl 的一般情況之微波場旋轉，其中m、n及l為使用者選擇的合適整數。吾人近來的實驗工作證實了 TE 121模式在一些情況下使電漿分佈之均勻性更高。
另外，揭示了用於藉由使用安裝在供應電力波導中之光圈改變腔室阻抗之方法。大體而言，圓柱形諧振腔具有底板，在底板上切出輻射槽以將微波能量自諧振腔傳送至電漿。對於輻射槽之給定設計，腔室阻抗是固定的。若腔室阻抗在藉由短線調諧器控制之區域內，則短線調諧器將使阻抗容易地匹配。否則，調諧變成對使調諧位置振盪為不可預測的或不穩定的。相反地，若控制腔室阻抗，則阻抗可經移動至較佳的調諧器區域，此進一步導致短線的數量減少，從而導致成本降低。本文提出的方法是簡單的，並且如吾人近來的實驗所展現的，將腔室阻抗移動進入史密斯(Smith)圖表中的寬廣範圍內。採用該方法將提供穩定的電漿調諧及腔室與腔室蝕刻/電漿匹配。 在圓柱形 諧振腔中 TE mnl 及 TM mnl 模式之具有微波載波頻率之快速旋轉：
在本描述中，將快速旋轉定義為具有與操作微波頻率相同的旋轉頻率之場旋轉。第lA圖是電漿反應器100之簡化側視圖，該電漿反應器包括由壁111包圍且含有真空壓下氣體之處理腔室110以及用於支撐工件114之工件支撐體112。如第1B圖所圖示，覆蓋在處理腔室110上之圓柱形諧振腔120是由側壁121a、頂板121b及具有槽124之底板122包圍。視應用而定，可藉由金屬結構連接壁121a及111。介電板130在底板122下面提供真空密封。介電板130較佳地由對微波輻射透明之材料形成。第1C圖繪示了實施例，在該實施例中，底板122具有開口810且輔助點火電極820安置在具有真空密封件（未圖示）之開口810中。輔助點火電極820由在100Hz-10MHz範圍內之射頻(Radio Frequency; RF)頻率之RF源830驅動。RF源830可包括阻抗匹配（未圖示）。處理腔室110之底板122及/或壁111可相對於輔助點火電極820充當接地平面。替代地，輔助點火電極可藉由提供額外開口及真空密封而位於壁111上。電極820與接地平面僅藉由開口810分離。概括地說，輔助點火電極820與接地平面（亦即，腔室110之底板122及/或壁111）一起形成電容耦合式RF點火電路以幫助最終由微波電力維持之電漿的點火。
第2圖繪示了實施例，在該實施例中，在側壁121a中之第一微波輸入埠P及第二微波輸入埠Q位於藉由相對於彼此之非正交角度間隔分離之方位位置處。分別在第2圖中，在輸入埠P（其中 θ=0）以及輸入埠Q（其中 θ= θ q）處將兩個相同微波模組Set-1及Set-2連接至圓柱形諧振腔120。模組Set-1及Set-2之其他端經連接至供應微波訊號至模組Set-1及Set-2之雙數位種子（相位及振幅）產生器340之各別的輸出訊號 A 1及 A 2。在每一個模組中，藉由固態放大器350放大種子訊號，固態放大器350將種子訊號傳送至循環器352及調諧器354（通常為3極短線調諧器）以降低反射。微波最終經由具有輻射孔之波導360引入至圓柱形諧振腔120中，並且在圓柱形諧振腔120中激發固有模式（eigen mode）（諧振）。大體而言，從放大器350之輸出至短線調諧器354使用傳送線。在該實例中，輻射孔位於波導360之尖端。將同軸至波導變換器358插入調諧器354與波導360之間。然而，若採用桿狀或環形天線，則可移除變換器358。另外，將虛設負載362連接至循環器352之一個端部中以保護放大器350。
正交地放置監控天線200a及200b以接收微波訊號。藉由訊號回饋控制器340-1處理由監控天線200a及200b之每一個接收的訊號。在回饋控制器340-1中，執行同相及正交相解調（IQ解調）以量測在微波頻率下所接收的訊號之相位及振幅。當為模組Set-1及Set-2兩者執行該相位及振幅偵測時，控制器340-1使用數位訊號處理計算輸出訊號 A 1及輸出訊號 A 2之相互的時間相位差Δ φ及振幅。由於在圓柱形諧振腔中的具有微波載波頻率之 TE mnl 及 TM mnl 模式之循環快速旋轉需要Δ φ=±90°及 A 1= A 2，控制器340-1執行回饋迴路控制直至滿足需要的關係。獨立於短線調諧工作操作該回饋。因此，只要使用諸如場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array; FPGA)及微控制器之高速控制器，在小於一毫秒內就能實現迅速轉換為所需條件。 諧振腔中 TE mnl 之電磁場 之表示 ：
在第2圖中，輸入埠P及Q之傾斜（非正交）定向需要Q偏離P之時間相位延遲Δ φ的新條件，以形成圓形快速旋轉。如上所述，回饋監控系統可進行小心控制以形成完美的圓形快速旋轉。然而，需要設定最好的Δ φ之初始值使得回饋控制時間減至最小。現針對 TE mnl 及 TM mnl 導出Δ φ。在下文中，h=圓柱形諧振腔之高度，且R=圓柱形諧振腔之半徑。
對於 TE mnl ，對於給定的單一整數「m」，以高斯(Gauss)單位表示場：
Figure 02_image029
在諧振腔中之電場之切線分量必須消失的邊界條件引出以下關係：
Figure 02_image031
其中
Figure 02_image033
。
隨後，場變成
Figure 02_image035
當考慮兩個退化「n」及「-n」以及時間項
Figure 02_image037
時，吾人可將磁場寫為：
Figure 02_image039
其中，a及b是常數。
可用最新標準化常數a及b將固定(r,z)處之所有磁場分量寫為以下形式：
Figure 02_image041
其中 η=0或
Figure 02_image019
。 具體而言，在方程式(5)中，「a」及「b」分別是反時針及順時針旋轉之振幅係數。 諧振腔中 TM mnl 之電磁場 之 表示：
對於 TM mnl ，對於給定的單一整數「m」以高斯單位表示場：
Figure 02_image043
以類似於 TE mnl 之方式，在諧振腔中之電場之切線分量必須消失的邊界條件引出具有輕微變化之以下關係：
Figure 02_image045
其中 J m( y mn)=0。
Figure 02_image047
當考慮n及-n以及時間項
Figure 02_image037
時，吾人可以將磁場寫為：
Figure 02_image049
可用最新標準化常數a及b將在固定(r,z)處之所有磁場分量寫為以下形式：
Figure 02_image051
其中 η=0或
Figure 02_image019
。由於方程式(10)與方程式(5)具有相同形式，可將以下論述應用於 TE mnl 及 TM mnl 兩者。為了簡潔，在以下論述中將忽略方程式(5)及方程式(10)中之 η項。 用於 TE mnl 及 TM mnl 之單注入及雙注入：
當考慮來自埠P處之波激發時，以用作為第一近似的相等機率激發反時針及順時針旋轉。隨後，可藉由在方程式(10)中將係數a及b重標準化為1來寫入激發波：
Figure 02_image053
隨後，當用相同的功率和頻率然而用時間相位延遲Δ Φ來激發來自埠Q處之波時，激發波可表示為：
Figure 02_image055
其中Δ θ為埠Q相對於埠P之位置的角偏移，並Δ Φ為介於微波輸出 A 1及 A 2之間的時間相位差。當同時自輸入埠P及輸入埠Q兩者激發諧振腔120時，激發波可給定為方程式(11)和方程式(12)之和：
Figure 02_image057
或者考慮反時針 H +及順時針 H -分量：
Figure 02_image059
其中
Figure 02_image061
用於 TE mnl 及 TM mnl 之順時針旋轉之條件：
若方程式(14)之最後項為空，則反時針項將消失，確切而言：
Figure 02_image063
若同時滿足以下條件以及方程式(16)之條件，
Figure 02_image065
則反時針及順時針兩者都不能被激發。該同時條件可藉由以下方程式提供：
Figure 02_image067
相反地，僅激發 TE mnl 或 TM mnl 之順時針旋轉之必要且充分條件可概括為：
Figure 02_image069
為了最大化順時針旋轉之能量傳輸效率，方程式(15)之最後項必須為±1，同時方程式(16)之最後項為±1，即
Figure 02_image071
其可簡化為：
Figure 02_image073
方程式(19)被包括作為方程式(18)的特殊情況。然而，由於其最大效率，方程式(19)是較佳的。藉由設定 k=p來給出進一步的簡化
Figure 02_image075
激發具有最大效率的純順時針旋轉之微波雙注入概括如下： TE 111 之情況：埠Q與埠P分離±
Figure 02_image019
時間相位延遲：-
Figure 02_image019
（亦即，相位超前）； （21） TE 121 之情況：藉由埠Q與埠P分離
Figure 02_image077
或
Figure 02_image079
時間相位延遲：-
Figure 02_image019
（亦即，相位提前）。 （22） 用於 TE mnl 及 TM mnl 之反時針旋轉之條件：
用同樣的方式，僅激發 TE mnl 或 TM mnl 之反時針旋轉之必要且充分條件可概括為：
Figure 02_image081
方程式(23)定義Δ θ及Δ Φ為模式 TE mnl 或 TM mnl 之使用者選擇指數m、n及l之函數。為了最大化反時針旋轉之能量效率，方程式(16)之最後項應為±1，同時方程式(15)之最後項亦為±1，即：
Figure 02_image083
其可簡化為：
Figure 02_image085
或者，藉由設定 k=p給出簡化
Figure 02_image087
激發具有最大效率之純順時針旋轉之微波雙注入概括如下： TE 111 之情況：埠Q與埠P分離±
Figure 02_image019
時間相位延遲=
Figure 02_image019
(27) TE 121 之情況：埠Q與埠P分離
Figure 02_image077
或
Figure 02_image079
時間相位延遲=
Figure 02_image019
。                            (28) 方程式18至方程式20及方程式23至方程式26之每一個定義Δ θ及Δ Φ為模式 TE mnl 或 TM mnl 之使用者選擇指數m、n及l之函數。
概括而言，在諧振腔120中建立旋轉微波用於諧振腔之任何諧振模式 TE mnl 或 TM mnl ，其中，使用者可自由地選擇模式指數n、m及l之值。這是藉由設定介於埠P及埠Q之間的時間相位差Δ Φ及方位角Δ θ為在方程式18至方程式20及方程式23至方程式26中之適用的一個中所定義之m、n及l之函數來完成。上文經圖示為第3A圖之方塊圖中之方法。在第3A圖中，如在第3圖中一樣提供包括覆蓋在工件處理腔室上之圓柱形微波諧振腔之電漿反應器。第一輸入埠P及第二輸入埠Q經提供於圓柱形微波諧振腔之側壁中間隔分離偏位角Δ θ（第3A圖之方塊600）。下一個步驟是在圓柱形微波諧振腔中產生模式 TE mnl 或 TM mnl 之旋轉微波，其中m、n及l之至少兩個為TE模式或TM模式之使用者選擇值（方塊602）。這是藉由經由第一耦合孔及第二耦合孔之各別的一個將藉由時間相位差Δ Φ分離之各別的微波訊號引入圓柱形微波諧振腔中來完成的（第3A圖之方塊604）。方法包括調整偏位角Δ θ及時間相位差Δ Φ之值為使用者選擇的TE模式或TM模式指數m、n及l之至少兩個之函數的值，以便在圓柱形微波諧振腔中產生模式 TE mnl 或 TM mnl 之旋轉微波（第3A圖之方塊606）。 在圓柱形 諧振腔中用於 TE mnl 及 TM mnl 模式之慢速旋轉之通用振幅調變：
第3圖繪示了第2圖之實施例之修改，該修改用於在圓柱形諧振腔中之 TE mnl 及 TM mnl 模式之慢速旋轉之振幅調變。  除了沒有監控天線及沒有訊號回饋控制器外，第3圖與第2圖一樣。 自 埠 P 及 Q 輻射之振幅調變：
自埠P及Q（其中P及Q以90°空間分離）輻射之微波場應具有以下形式的振幅調變以得到1-1000Hz量級之頻率Ω α之慢速旋轉：
Figure 02_image089
其中 α為任意常數，Ω α為旋轉角頻率， t為時間，且 φ h為任意初始相位，且方程式(30)的加號及減號分別地對應於反時針旋轉及順時針旋轉。隨後，藉由使用方位角 θ將圓柱形諧振腔中之激發波表示如下：
Figure 02_image091
當在x-y坐標系中重寫方程式(29)至方程式(30)時，其可表述為：向量輸入
Figure 02_image093
激發向量波
Figure 02_image095
其中
Figure 02_image097
與
Figure 02_image099
分別為 x及 y方向之單位基向量。
在第3圖中，埠P及Q不必以90°間隔定位。然而，應需要的是，激發波應具有方程式(33)之形式。如第4圖所圖示，可將該問題轉化成從正交x-y系至斜角a-b系之坐標轉換。 在第4圖中，將通用向量
Figure 02_image101
定義為
Figure 02_image103
其中，將a-b系中之基向量定義為
Figure 02_image105
Figure 02_image107
因此，當埠P及Q以90°分離時，可將方程式(33)表示成：
Figure 02_image109
其中，跳過共用時間項
Figure 02_image111
。
因此，將方程式(34)中之p及q定義為：
Figure 02_image113
為了在斜角系中獲得表達式，使反基準
Figure 02_image115
及
Figure 02_image117
對應於基準
Figure 02_image119
及
Figure 02_image121
Figure 02_image123
其中，將
Figure 02_image119
及
Figure 02_image121
定義為：
Figure 02_image125
在方程式(34)之第二項及第三項上將(36-5)與(36-6)相乘，可獲得坐標轉換
Figure 02_image127
現將方程式(32)及方程式(33)中之x-y系的坐標轉換為a-b系的坐標，如下：將方程式(36-3)及方程式(36-4)插入方程式(37)、方程式(38)中，可獲得清楚的形式：
Figure 02_image129
概括而言，如第3圖或第5圖所圖示，當藉由由方程式(36-7)及方程式(36-8)定義之通用角度間隔分離埠P及Q時，可藉由來自埠P及Q之微波場激發Ω α旋轉頻率之慢速旋轉微波場，表示如下：
Figure 02_image131
其中，在方程式(40)及方程式(41)中定義r及s，且方程式(41)之加號及減號分別地對應於反時針旋轉及順時針旋轉。方程式(42-1)及方程式(42-2)的形式是具有r及s之時間變化函數之振幅調變的形式。
關於方程式(22)及方程式(28)，無人將說明埠Q與埠P分離
Figure 02_image079
來得到 TE 121之慢速旋轉之情況，如在第5圖所圖示的：
Figure 02_image133
將方程式(43)及方程式(44)代入方程式(39)至方程式(41)中得到：
Figure 02_image135
由此可見，對於第5圖之幾何構型，當以方程式(45)及方程式(46)的形式分別地從埠P及Q處供應微波功率時，激發波將等於方程式(33)之激發波。這是藉由將方程式(43)至方程式(46)代入方程式(34)得到方程式(36-2)的事實證實的，其引出方程式(32)，最終引出方程式(33)。對於埠P及Q之其他構型，熟習技術者可以如上述同樣之方式導出每一個埠之供應功率。 藉由供應 電力波導中 之光圈 導致 阻抗偏移：
如第6圖所圖示，第2圖之實施例或第3圖之實施例之兩個波導360的每一個具有輻射或耦合孔405，穿過埠P及Ｑ之各別的一個向圓柱形諧振腔120內部打開。在第6圖繪示之實施例中，波導360是矩形，具有形成矩形橫截面的四個導電壁，四個導電壁包括一對側壁410、411，底板412及頂板413。波導360之輸入開口415打開以接收微波。藉由壁418覆蓋相對端部416。上文涉及的耦合孔405形成於壁418中並且與埠P及Q之對應的一個對齊。每一個埠P及Q為諧振腔120之側壁內的開口並且可匹配耦合孔405之尺寸。
波導360可包括一或多個諸如光圈420之光圈。光圈420在矩形壁422中形成為矩形窗口。藉由矩形輸入開口415之尺寸 a× b、矩形光圈420之尺寸 c× d、矩形耦合孔405之尺寸 e× f、介於光圈420與輸入端415之間的距離g以及介於光圈420與耦合孔405之間的距離h決定波導360之行為。可選擇其他合適的形狀或尺寸。為了調諧腔室阻抗，首先調整耦合孔大小 e× f。在一個實例中，可在 e× f=60 mm×2 mm時獲得諧振「1」之最佳頻譜。為解釋之簡潔，下文將僅考慮諧振「1」。
隨後，選擇光圈420與耦合孔405之任意距離h。在第7圖中，選擇電容光圈，並且調整尺寸 d之值。三個諧振之阻抗隨著d之大小的改變而移動。此外，藉由環繞在史密斯圖表（Smith chart）中之諧振之大小表示的其品質因數Q亦變化。第8圖繪示電感光圈，藉由電感光圈可獲得不同阻抗偏移。第9圖所圖示之諧振光圈可進行臨界耦合，其中靶頻率之腔室阻抗位於史密斯圖表之中心位置。在該構型中，可移除第2圖及第3圖之短線調諧器，得到簡化且有成本有效之腔室設計。然而，由於臨界耦合具有高Q值，該設定將大體降低調諧可重複性。
如虛線所指示，第二光圈板500可位於波導360中以獲得較佳的腔室阻抗。亦可加入第三光圈板。 優點：
第1圖至第5圖之實施例之主要優點在於，針對模式 TE mnl 及 TM mnl 之使用者選擇模式指數m、n及l之任何合適的組合，可藉由在兩個不同方位位置上之微波激發之間的空間及時間分離的適當調整產生用於電漿處理之旋轉微波。第6圖至第9圖之實施例之主要優點是，可藉由將阻抗偏移光圈引入至耦合至諧振腔之電力饋送波導來調整微波腔室阻抗而不改變腔室。
儘管上文針對本發明之實施例，但在不脫離本發明之基本範疇下可設計本發明之其他及進一步實施例，並且本發明之範疇由隨後之申請專利範圍決定。
100:電漿反應器 110:處理腔室 111:處理腔室之側壁 112:工件支撐體 114:工件 120:圓柱形諧振腔 121a:圓柱形諧振腔之側壁 121b:圓柱形諧振腔之頂板 122:圓柱形諧振腔之底板 124:圓柱形諧振腔之底板內之槽 130:介電板 200a:監控天線A 200b:監控天線B 340:雙數位種子產生器 340-1:訊號回饋控制器 350:固態放大器 352:循環器 354:調諧器 358:同軸至波導變換器 360:波導 362:虛設負載 405:輻射或耦接孔 410:波導之側壁 411:波導之側壁 412:波導之底板 413:波導之頂板 415:輸入開口 416:輸入開口之相對端部 418:相對端部之壁 420:光圈 422:矩形壁 500:第二光圈板 600:第3圖之步驟一 602:第3圖之步驟二 604:第3圖之步驟三 606:第3圖之步驟四 810:圓柱形諧振腔之底板內之開口 820:輔助點火電極 830:RF源 P:微波輸入埠 Q:微波輸入埠
因此可詳細地理解在其中獲得本發明之示範性實施例之方式，由上文簡單概述之本發明之更具體描述可藉由參閱其實施例獲得，該實施例在附加圖式中圖示。應瞭解的是，為了不模糊本發明，本文並不論述某些眾所周知之製程。
第1A圖是可用於實現實施例之電漿反應器之橫截面正視圖。
第lB圖是對應於第1A圖之平面圖。
第1C圖是相關反應器之平面圖。
第2圖是包括第1A圖之反應器的系統之示意圖。
第3圖是包括第1A圖之反應器的另一系統之示意圖。
第3A圖是繪示操作第3圖之系統的方法之方塊圖。
第4圖及第5圖繪示實施方式涉及之坐標系。
第6圖是包括一對具有阻抗偏移光圈之電力饋送波導的系統之圖式。
第6A圖是對應於第6圖之平面圖。
第7圖、第8圖及第9圖繪示用於第6圖之每一個波導之不同光圈。
為了便於理解，在可能的地方已經使用相同的元件符號以指定諸圖中共用的相同的元件。應預期的是，可將一個實施例之要素及特徵有利地併入其他實施例中而無進一步詳述。然而，應注意的是，附加圖式僅圖式該發明之示範性實施例，並且因此不應認為是本發明之範疇之限制，因為本發明可承認其他同等有效之實施例。
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120:圓柱形諧振腔
200a:監控天線A
200b:監控天線B
340-1:訊號回饋控制器
340:雙數位種子產生器
350:固態放大器
352:循環器
354:調諧器
358:同軸至波導變換器
360:波導
362:虛設負載
P:微波輸入埠
Q:微波輸入埠

Claims (16)

  1. 一種電漿反應器，包括： 一工件處理腔室，該工件處理腔室包括一工件支撐件，該工件支撐件將一工件保持在一第一平面中； 一圓柱形微波諧振腔，覆蓋在該工件處理腔室上，該圓柱形微波諧振腔包含平行於該第一平面並將該圓柱形微波諧振腔與該工件處理腔室分隔開的一底板，並且包含複數個孔以供微波能量通過進入該工件處理腔室、一頂板、一圓柱形側壁、及該圓柱形微波諧振腔的該圓柱形側壁中的正好兩個微波輸入埠，該兩個微波輸入埠包括藉由一斜方位角間隔分離的一第一輸入埠及一第二輸入埠； 一微波源，該微波源具有一微波頻率並且具有一對微波源輸出； 一對各別波導，該些各別波導的每一者包括 一微波輸入端，耦合至相應該些微波源輸出端中各別一者， 一微波輸出端，耦合至該第一與第二輸入埠中各別一者， 一耦合孔板，位於該輸出端，該耦合孔板具有一矩形耦合孔貫穿其中，以及 一光圈板，位在該耦合孔板與該微波輸入端之間，該光圈板具有一矩形光圈開口貫穿其中。
  2. 如請求項1所述的電漿反應器，其中該矩形耦合孔及該矩形光圈開口具有沿著該耦合孔與該光圈開口中相應一者的一長尺寸的相應平行軸，該些相應平行軸平行於該圓柱形微波諧振腔的一對稱軸。
  3. 如請求項1所述的電漿反應器，其中該些波導的每一者具有介於該微波輸入端與該微波輸出端之間之一微波傳播方向，該微波傳播方向朝著該圓柱形微波諧振腔之一對稱軸延伸。
  4. 如請求項1所述的電漿反應器，其中該矩形耦合孔具有分別對應於一使用者選擇阻抗之長尺寸e及短尺寸f。
  5. 如請求項4所述的電漿反應器，其中該矩形光圈開口具有分別對應於一使用者選擇諧振之長尺寸c及短尺寸d。
  6. 如請求項5所述的電漿反應器，其中該矩形光圈是一電容光圈並且具有與該圓柱形微波諧振腔之一對稱軸平行之一長尺寸。
  7. 如請求項5所述的電漿反應器，其中該矩形光圈是一電感光圈並且具有與該圓柱形微波諧振腔之一對稱軸平行之一短尺寸。
  8. 如請求項1所述的電漿反應器，還包括在該圓柱形微波諧振腔中的複數個監控天線。
  9. 如請求項8所述的電漿反應器，還包括一回饋控制器，配置以基於來自該複數個監控天線的回饋來決定對該微波源的一調整。
  10. 如請求項9所述的電漿反應器，其中該微波源係配置以在由一可調節的時間相位差所分開的該對微波源輸出處產生微波訊號。
  11. 如請求項10所述的電漿反應器，其中該回饋控制器係配置以依據來自該複數個監控天線的該回饋，來決定對該時間相位差的一調整。
  12. 如請求項8所述的電漿反應器，其中該些天線係正交地放置在所述圓柱形微波諧振腔中。
  13. 如請求項1所述的電漿反應器，其中該輸入埠位於直徑大於該工件支撐件直徑的一部分的該側壁中。
  14. 一種電漿反應器，包括： 一工件處理腔室，該工件處理腔室包括一工件支撐件，該工件支撐件將一工件保持在一第一平面中； 一圓柱形微波諧振腔，覆蓋在該工件處理腔室上，該圓柱形微波諧振腔包含平行於該第一平面並將該圓柱形微波諧振腔與該工件處理腔室分隔開的一底板，並且包含複數個孔以供微波能量通過進入該工件處理腔室、一頂板、一圓柱形側壁、及該圓柱形微波諧振腔的該圓柱形側壁中的正好兩個微波輸入埠，該兩個微波輸入埠包括藉由一斜方位角間隔分離的一第一輸入埠及一第二輸入埠； 二個監控天線，位於該圓柱形微波諧振腔內，其中該二個天線正交放置在該圓柱形微波諧振腔內； 一微波源，該微波源具有一微波頻率並具有一對微波源輸出；以及 一回饋控制器，該回饋控制器配置以依據來自該二個監控天線的回饋來決定對該微波源的一調整。
  15. 如請求項14所述的電漿反應器，其中該微波源係配置以在由一可調節的時間相位差所分開的該對微波源輸出處產生微波訊號。
  16. 如請求項15所述的電漿反應器，其中該回饋控制器係配置以依據來自該複數個監控天線的該回饋，來決定對該時間相位差的一調整。
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