TWI416999B - 一種具有新式電路設計的電漿產生裝置 - Google Patents

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Description

一種具有新式電路設計的電漿產生裝置
本發明係有關一種電漿源裝置，尤其是指一種永久磁鐵型螺旋波電漿源(Helicon Plasma Source with Permanent Magnets)，其係利用射頻功率分配電路使得一射頻供應電源可以對複數個放電管的每一個提供相同功率的射頻。
工業上有許多製程都會使用電漿產生裝置，例如電漿輔助化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，縮寫為PECVD)的鍍膜製程。包含太陽光電、半導體元件、面板及其他相關產業等都會應用到PECVD製程，發展大面積之PECVD製程不但可以節省製程成本亦可節省時間，因此如何掌握大面積PECVD關鍵技術則為電漿技術研究之重點目標。
美國專利公開申請案Pub.No.US2008/0246406 A1揭露了一種永久磁鐵型螺旋波電漿產生裝置10，如圖一所示(單放電管電漿產生裝置之側視剖面示意圖)，其係包括：一真空室11、一個放電管12、至少一個永久磁鐵13、一個射頻天線14、一個氣體輸入口15以及一個射頻供應電源16。該氣體輸入口15係連接於一氣體源(未繪示)，以提供氣體給該放電管12以產生電漿，而該射頻供應電源16係電性耦接於該射頻天線14以提供射頻輸入功率。
為了大面積之電漿製程，如圖二A所示(複數個放電管電漿 產生裝置之俯視示意圖)，該專利公開申請案在電漿產生裝置10a設置複數個放電部12’(圖二A只繪示8個放電部的例子，而圖一則只有單一一個放電部)以及一個射頻功率分配電路17a，每一個放電部12’係具有一個放電管12、至少一個永久磁鐵13、一個射頻天線14以及一個氣體輸入口15，其中該射頻天線14以接線18與射頻功率分配電路17a的一個分支電路電性耦接。
然而，在電漿產生裝置10a中，其射頻供應電源經由射頻功率分配電路17a到各個射頻天線14的傳導距離不同，造成阻抗不同而使得該射頻供應電源無法對每一個放電管12提供相同功率的射頻，導致不同放電管內的電漿密度不同，這種現象尤其是在低氣壓或低功率(相當於高電阻)的製程中特別顯著，而且容易造成鍍膜不均的問題。雖然該專利公開申請案Pub.No.US2008/0246406 A1也敘述應使各個傳導電路的阻抗相等，但是並沒有提出實際的解決方法。
綜合上述，因此亟需一種永久磁鐵型螺旋波電漿源，當其與射頻供應電源電性相耦接時可以對複數個放電管的每一個提供相同功率的射頻，使得每一個放電管內的電漿密度都相同，藉以解決習知技術的問題。
本發明提供一種電漿產生裝置，尤其是指一種永久磁鐵型螺旋波電漿源，其係利用本發明設計的射頻功率分配 電路使得一射頻供應電源可以對複數個放電管的每一個提供相同功率的射頻，藉此可以在每一個放電管中產生相同的電漿密度。
其中本發明的射頻功率分配電路，其係與該複數個放電部電性連接以傳導並分配射頻輸入功率給該複數個放電部，該射頻功率分配電路更包括：一第一階電路分支、2個第二階電路分支、以及4個第三階電路分支。其中該第一階電路分支包括2個第一階分支電路；2個第二階電路分支，其係分別接合該第一階分支電路，其中每一個第二階電路分支包括2個第二階分支電路；4個第三階電路分支，其係分別接合該第二階分支電路，其中每一個第三階電路分支包括2個第三階分支電路；其中，屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的電路路徑長，第三階電路分支的每一個第三階分支電路都分別以具有相同阻抗的一接線與其中一個放電部的射頻天線電性連接，使得每一放電部擁有相同電路阻抗；其中，連續該複數階電路分支結合複數階分支電路，形成對稱式的連續分叉再分叉路徑，其中每一階電路分支具有至少一個分支電路，而相同階的每一個電路分支都具有相同數目的分支電路。
為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下： 請參閱圖二B所示，該圖係為本發明之複數個放電管電漿產生裝置之俯視示意圖。如圖所示，電漿產生裝置10b包括：一真空室11、複數個放電管12、複數個永久磁鐵13、複數個射頻天線14、複數個氣體輸入口15、一個射頻供應電源16以及一個射頻功率分配電路17b。
在本實施例中，每一個放電管12係與該真空室11相連通，而該複數個氣體輸入口15係連接於一氣體源(未繪示)，以提供氣體給該複數個放電管12以產生電漿。
在本實施例中，該複數個放電管12、複數個永久磁鐵13以及複數個射頻天線14共同形成複數個放電部12’，其中每一個放電部12’都具有一放電管12、至少一個永久磁鐵13以及一射頻天線14，而且放電管12的數目、射頻天線14的數目與放電部12’的數目都相同。在本實施例中，該電漿產生裝置10b只配置8個放電管，所以只有8個放電部12’。而且在每一個放電部12’中的放電管12、永久磁鐵13以及射頻天線14之配置方式與上述的習知技術相同(如圖一所示)，不再贅述。
本實施例中，該射頻功率分配電路17b係與該射頻供應電源16電性耦接以傳導並分配射頻輸入功率給該8個放電部12’，該射頻功率分配電路17b具有3階電路分支，包括：1個第一階電路分支171、2個第二階電路分支172以及4個第三階電路分支173。其中該第一階電路分支171包括2個第一階分支電路1711，每一個第二階電路分支172包括2個第二階分支電路1721，每一個第三階電路分支173 包括2個第三階分支電路1731，而且屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的材料、粗細、內部結構以及電路路徑長，而最後一階電路分支173的每一個第三階分支電路1731都分別以具有相同阻抗的接線18與其中一個放電部12’的射頻天線14電性耦接。
當本發明的電漿產生裝置10b為一種水冷式永久磁鐵型螺旋波電漿源時，其每一個分支電路1711、1721與1731係為具有中空內部結構的傳導線，而其材質可以是銅，也就是水可以在其內部流通的中空的銅管。
因為本發明所設計電漿產生裝置10b係使用上述之射頻功率分配電路17b，使得射頻供應電源16與每一個射頻天線14之間的傳導電路具有相同的阻抗，因此，該射頻供應電源16可以對每一個放電管12提供相同功率的射頻，藉此可以在每一個放電管12中產生相同的電漿密度。
以上係以8個放電管的電漿產生裝置作為本發明說明的實施例，但是本發明對放電管的數目、電路分支的階數、同一階電路分支中的分支電路數目並不限制。
請參考圖二B，其中本發明的射頻功率分配電路，其係與該複數個放電部電性連接以傳導並分配射頻輸入功率給該複數個放電部，該射頻功率分配電路更包括：一第一階電路分支、2個第二階電路分支、以及4個第三階電路分支。其中該第一階電路分支包括2個第一階分支電路；2個第二階電路分支，其係分別接合該第一階分支電路，其中每一個第二階電路分支包括2個第二階分支電路；4個 第三階電路分支，其係分別接合該第二階分支電路，其中每一個第三階電路分支包括2個第三階分支電路；其中，屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的電路路徑長，第三階電路分支的每一個第三階分支電路都分別以具有相同阻抗的一接線與其中一個放電部的射頻天線電性連接，使得每一放電部擁有相同電路阻抗；其中，連續該複數階電路分支結合複數階分支電路，形成對稱式的連續分叉再分叉路徑，其中每一階電路分支具有至少一個分支電路，而相同階的每一個電路分支都具有相同數目的分支電路。
關於電漿產生裝置的運作原理，先前技術多有描述，在此不再贅述。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、10a、10b‧‧‧電漿產生裝置
11‧‧‧真空室
12‧‧‧放電管
12’‧‧‧放電部
13‧‧‧永久磁鐵
14‧‧‧射頻天線
15‧‧‧氣體輸入口
16‧‧‧射頻供應電源
17a‧‧‧射頻功率分配電路
17b‧‧‧射頻功率分配電路
171‧‧‧第一階電路分支
1711‧‧‧第一階分支電路
172‧‧‧第二階電路分支
1721‧‧‧第二階分支電路
173‧‧‧第三階電路分支
1731‧‧‧第三階分支電路
18‧‧‧接線
圖一係為先前技術之單放電管電漿產生裝置之側視剖面示意圖。
圖二A係為先前技術之複數個放電管電漿產生裝置之俯視示意圖。
圖二B係為本發明之複數個放電管電漿產生裝置之俯視示意圖。
10b‧‧‧電漿產生裝置
11‧‧‧真空室
12‧‧‧放電管
12’‧‧‧放電部
13‧‧‧永久磁鐵
14‧‧‧射頻天線
15‧‧‧氣體輸入口
16‧‧‧射頻供應電源
17b‧‧‧射頻功率分配電路
171‧‧‧第一階電路分支
1711‧‧‧第一階分支電路
172‧‧‧第二階電路分支
1721‧‧‧第二階分支電路
173‧‧‧第三階電路分支
1731‧‧‧第三階分支電路
18‧‧‧接線

Claims (8)

  1. 一種電漿產生裝置，其係包括：一真空室；複數個放電部，每一個放電部更具有一放電管、至少一個永久磁鐵以及一射頻天線，而且每一個放電管都與該真空室相連通；以及一個射頻功率分配電路，其係與該複數個放電部電性連接以傳導並分配射頻輸入功率給該複數個放電部，該射頻功率分配電路更包括：一第一階電路分支，其中該第一階電路分支包括2個第一階分支電路；2個第二階電路分支，其係分別接合該第一階分支電路，其中每一個第二階電路分支包括2個第二階分支電路；4個第三階電路分支，其係分別接合該第二階分支電路，其中每一個第三階電路分支包括2個第三階分支電路；其中，屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的電路路徑長，第三階電路分支的每一個第三階分支電路都分別以具有相同阻抗的一接線與其中一個放電部的射頻天線電性連接，使得每一放電部擁有相同電路阻抗；其中，連續該複數階電路分支結合複數階分支電路，形成對稱式的連續分叉再分叉路徑，其中每一階電路分支具有至少一個分支電路，而相同階的每一個電 路分支都具有相同數目的分支電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其係更包含一個射頻供應電源，該射頻供應電源電性係與該射頻功率分配電路電性連接，以提供射頻輸入功率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿產生裝置，其中屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的材料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電漿產生裝置，其中屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的粗細。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之電漿產生裝置，其中屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相同的內部結構。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之電漿產生裝置，其中屬於同一階電路分支的每一個分支電路都具有相等長度與阻抗。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之電漿產生裝置，其中每一個分支電路都具有中空的內部結構。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之電漿產生裝置，其中每一個分支電路係為中空銅管。
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