TWI588893B - 高頻電漿裝置 - Google Patents

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TWI588893B TW105114913A TW105114913A TWI588893B TW I588893 B TWI588893 B TW I588893B TW 105114913 A TW105114913 A TW 105114913A TW 105114913 A TW105114913 A TW 105114913A TW I588893 B TWI588893 B TW I588893B
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曾慶沛
楊明忠
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Description

高頻電漿裝置
本發明係關於一種高頻電漿裝置，且特別是有關於一種藉由疊加兩同時產生並具有不同時間與空間分布之駐波，以有效改善放電均勻度之高頻電漿裝置。
電漿輔助化學氣相沉積(PECVD,plasma-enhanced chemical vapor deposition)已被廣泛應用於許多高科技產業，如半導體、面板與太陽能等，目前PECVD之電漿源仍以電容耦合電漿(CCP,capacitively coupled plasma)式為主，其典型操作頻率為13.56MHz。然為進一步藉由增加製程產率以降低生產成本，鍍膜速率之提升與電極大面積化皆為必要之要素，然CCP PECVD因電容耦合之本質，無法直接利用提升放電功率之方式，於較高鍍膜速率下鍍製元件等級之薄膜，其原因為提升放電功率會同時增加電子密度與離子轟擊能量，前者雖可加速解離鍍膜前驅物並增加製程產率，但後者卻會於薄膜中產生更多缺陷，並造成薄膜品質之劣化。
上述問題的有效解決方案為提升CCP PECVD之操作頻率，其可增加電子所消耗的能量比例，並同時降低轉移至離子的能量比例，因此可在不損傷薄膜品質前提下，提升鍍膜速率；而當頻率越高時，鍍膜速 率提升幅度越顯著。然較高頻率和較大電極面積之結合，將導致電漿中的電磁波波長更加接近電極維度，並致使駐波效應(standing wave effect)所造成的不均勻放電現象不再可忽略。
為解決駐波效應所導致的不均勻放電問題，習知技術將CCP之其中一電極改良為一具凹面空間(concave space)的電極，並藉此修正駐波效應所造成的電壓不均勻分布現象，此凹面空間具電容器作用，並和電漿構成串聯關係，原本平板式CCP具較高電壓之位置，可藉由上述電容器將部分電壓分配至凹面空間內，藉此達到放電區電壓均勻分布之目的。但凹面空間之幾何形狀必須依電極尺寸、電源頻率和電源饋入點數目及電源饋入點位置所形成的特定駐波圖案(pattern)進行設計，當電極尺寸、頻率或電源饋入點數目/位置改變時，由於駐波圖案亦將隨之變化，因此必須重新設計凹面空間之幾何形狀；更重要的是，由於該習知技術之原理乃以駐波圖案中最低電壓處為基準，藉由凹面空間所構成的串聯電容移除高於此基準之多餘電壓，一旦電源頻率過高，使得電漿區出現波節(node，意指振幅固定為零之處)時，該習知技術即無法達均勻放電之效，亦即該習知技術除僅適用於固定頻率、電極尺寸外，亦存在頻率上限之技術瓶頸。
另一習知技術採用兩空間相位差為90°，且於時間上交互生成之駐波，藉由兩駐波之能量分布具互補的特性，解決駐波效應所造成的不均勻放電現象。然由於該習知技術之兩駐波必須交互間歇性產生，因此電漿製程勢必僅能操作於脈衝模式，而非PECVD製程較常使用的連續波模式，其會在電漿製程中加諸額外限制，例如現有文獻之實驗結果已指出脈衝模式所得之矽薄膜鍍膜速度除明顯低於連續波所得結果外，脈衝模式所 製作的矽薄膜太陽能電池效能亦明顯劣於連續波。
由上述可知，雖然習知技術可解決駐波效應所造成的問題，但其具以下缺點：僅能適用固定頻率/電極尺寸、具頻率上限之技術瓶頸和僅能使用特定操作模式。因此習知技術不論於頻率、電極尺寸或操作區間等面向，皆有諸多限制，致使其具操作彈性不佳之問題。
有鑑於習知技術之缺點，本發明目的之一在於提供一種具操作彈性之高頻電漿設備，其特徵在於藉由疊加兩同時產生並具不同時間與空間分布的駐波，以有效改善電漿放電均勻性。
本發明的一實施例提出一種高頻電漿裝置。高頻電漿裝置包括一反應器腔體、一第一電極與一第二電極、一電漿放電區、複數個饋入點。第一電極與第二電極分別設置於反應器腔體中。電漿放電區位於第一電極與第二電極之間。複數個饋入點設置於第一電極與第二電極其中之一，以允許高頻訊號輸入至高頻電漿裝置之內，並於電漿放電區中同時產生具不同時間和空間分布之第一駐波和第二駐波，並藉由疊加第一駐波和第二駐波改善高頻電漿之放電均勻性。
本發明的一實施例提出一種高頻電漿裝置。高頻電漿裝置包括一反應器腔體、一第一電極與一第二電極、一電漿放電區、複數個饋入點。第一電極與第二電極分別設置於反應器腔體中。電漿放電區位於第一電極與第二電極之間。第一電極與第二電極皆設置複數個饋入點，以允許高頻訊號輸入至高頻電漿裝置之內，並於電漿放電區中同時產生具不同 時間和空間分布之第一駐波和第二駐波，並藉由疊加第一駐波和第二駐波改善高頻電漿之放電均勻性。
基於上述，在本發明的高頻電漿設備中，當高頻電漿設備之操作參數改變時，兩駐波之波長會同時因應變化，一旦兩駐波合成行進波或類行進波之電磁波後，其僅會影響特定時間出現於兩電極之間的電磁波週期數，但經時間平均後，仍可藉由產生均勻電場分布，改善電漿放電之均勻度；而另一特色則為兩駐波具同時產生之特性，因此可操作於連續波或脈衝模式，而當操作於脈衝模式時，兩駐波同時產生且同時消失。
上述特色之優點在於可使本發明之操作區間不受電源頻率、電極尺寸或其他會影響電漿中電磁波特性之操作參數所限制；此外，由於本發明之兩駐波同時產生，因此適用於連續波和脈衝模式。綜合上述可知，本發明可有效克服習知技術之既有缺點。
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103~108‧‧‧饋入點
109~110‧‧‧功率分配器
111~112‧‧‧功率合成器
201‧‧‧第一電極
202‧‧‧第二電極
203~208‧‧‧饋入點
209~210‧‧‧功率分配器
211~212‧‧‧功率合成器
213‧‧‧金屬電極板
214‧‧‧絕緣物
301‧‧‧第一電極
302‧‧‧第二電極
303~306、311、313‧‧‧饋入點
307~308、312‧‧‧功率分配器
309‧‧‧金屬電極板
310‧‧‧絕緣物
400A‧‧‧第一電極
400B‧‧‧第二電極
401~402、405~406、407~408、411~412‧‧‧饋入點
403~404‧‧‧功率分配器
409~410‧‧‧功率分配器
500A‧‧‧第一電極
500B‧‧‧第二電極
501~504、509~512‧‧‧饋入點
505~506、513~514‧‧‧功率分配器
507、515‧‧‧金屬電極板
508、516‧‧‧絕緣物
801~802‧‧‧饋入點
803~804‧‧‧饋入點
900‧‧‧高頻電漿裝置
901‧‧‧電漿反應器腔體
902‧‧‧第一電極
903‧‧‧第二電極
904‧‧‧電漿放電區
905~906‧‧‧饋入點
907、911‧‧‧電源供應器
908、913‧‧‧功率匹配器
909、912‧‧‧功率分配器
910、914‧‧‧傳輸線
915、916‧‧‧功率合成器
917‧‧‧同步連接器
918‧‧‧接地
V 11、V 12、V 21、V 22‧‧‧高頻訊號
t‧‧‧時間
第1A圖為本發明高頻電漿裝置一實施例的示意圖。
第1B圖為第1A圖之第一電極的俯視圖。
第2A圖為本發明高頻電漿裝置另一實施例的示意圖。
第2B圖為第2A圖之第一電極的俯視圖。
第3A圖為本發明高頻電漿裝置又一實施例的示意圖。
第3B圖為第3A圖之第一電極的俯視圖。
第3C圖為第3A圖之第一電極的側視圖。
第4A圖和第4B圖分別為本發明一實施例之第一電極與第二電極俯視圖。
第5A圖和第5B圖分別為本發明另一實施例之第一電極與第二電極俯視圖。
第6圖為針對第1A圖所示實施例所進行之數值模擬的結果，其中(A)、(B)與(C)分別代表僅有第一駐波、僅有第二駐波和疊加第一駐波與第二駐波等情形下，所得之瞬時電場分布隨時間變化。
第7圖為第6圖(C)之瞬時電場分布經時間平均後所得結果。
第8A圖與第8B圖分別為本發明之連續波與脈衝操作模式的實施案例示意。
第9圖為以第1A圖與第1B圖所示實施例為範例，所提出之高頻電漿裝置整體系統示意圖。
以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
第1A圖為本發明一實施例的架構示意圖。第1B圖為第1A圖之俯視圖。
如第1A圖及第1B圖所示，本實施例包含一第一電極101、一第二電極102、複數個饋入點103~108、功率分配器(power divider)109、110以及功率合成器(power combiner)111、112。
請先參閱第1A圖，第一電極101與第二電極102彼此相互平 行　，其中第一電極101與電源供應器連接，第二電極102則接地。
饋入點103、105設置於第一電極101之一側，而饋入點104、106設置於第一電極101之另一側。在本實施例中，饋入點103~106分別為將高頻訊號輸入至第一電極101之電源饋入點，其中饋入點103、104用於產生第一駐波，而饋入點105、106用於產生第二駐波。如此配置之下，藉由疊加第一駐波與第二駐波能夠調整沿著電磁波行進方向(即第1A圖中Y方向)之電場強度分佈。
請續參第1B圖。饋入點107、108分別代表設置於第一電極101邊緣的饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之維度(即第1B圖中X方向)的電場強度均勻度。此外，當饋入點107、108所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，X方向之駐波效應可忽略。
需說明的是，本實施例將用於產生第一駐波與用於產生第二駐波之饋入點107、108，同時配置於第一電極101的邊緣。然本發明不以此為限，上述複數個饋入點亦可位於第一電極之上方或下方，或部分落於第一電極之邊緣，另一部分落於第一電極之上方或下方的組合。
功率分配器(power divider)109、110，其功用為將功率平均分配至饋入點107、108所包含的複數個饋入點，功率合成器(power combiner)111、112之功用分別為合成自電源饋入點103、105與電源饋入點104、106所輸入之高頻訊號。
第2A圖為本發明另一實施例的架構示意圖。第2B圖為第2A圖之俯視圖。
如第2A圖及第2B圖所示，本實施例包含一第一電極201、 一第二電極202、複數個饋入點203~208、功率分配器209、210以及功率合成器211、212。
請先參閱第2A圖，第一電極201與第二電極202彼此相互平行，其中第一電極201與電源供應器連接，第二電極202則接地。
饋入點203、205設置於第一電極201之一側，而饋入點204、206設置於第一電極201之另一側。在本實施例中，饋入點203~206分別用於將高頻訊號輸入至第一電極201之電源饋入點，其中饋入點203、204用於產生第一駐波，饋入點205、206則用於產生第二駐波。如此配置之下，藉由疊加第一駐波與第二駐波能夠調整沿電磁波行進方向(即第2A圖中Y方向)之電場強度方布。
請續參第2B圖。第一電極201包含複數個金屬電極板213與複數個絕緣物214兩部分，其中複數個金屬電極板213相互平行，而絕緣物214位於複數個金屬電極板213中兩相鄰金屬電極板213之間。所述絕緣物214常用材質包括石英、玻璃和鐵氟龍等，但不侷限於上述材料。
饋入點207、208分別為設置於金屬電極板213之複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之維度(即第2B圖中X方向)的電場強度均勻度。當饋入點207、208所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，X方向之駐波效應可忽略。
需說明的是，本實施例將用於產生第一駐波與用於產生第二駐波之饋入點207、208，同時配置於第一電極的邊緣。然本發明不以此為限，上述複數個饋入點亦可位於第一電極之上方或下方，或部分落於第一電極之邊緣，另一部分落於第一電極之上方或下方的組合。
功率分配器209、210，其功用為將功率平均分配至饋入點207、208所包含的複數個饋入點，功率合成器211、212之功用分別為合成自電源饋入點203、205與電源饋入點204、206所輸入之高頻訊號。
第3A圖為本發明再一實施例的架構示意圖。第3B圖為第3A圖第一電極之俯視圖。第3C圖為第3A圖第一電極之側視圖。
如第3A圖至第3B圖所示，本實施例包含一第一電極301、一第二電極302、複數個饋入點303、304、305、306、311、313以及功率分配器307、308、312。
請先參閱第3A圖，第一電極301與第二電極302彼此相互平行，其中第一電極301與電源供應器連接，第二電極302則接地。饋入點303設置於第一電極301之一側，而饋入點304設置於第一電極301之另一側。在本實施例中，饋入點303、304分別用於將高頻訊號輸入至第一電極301之電源饋入點，其中饋入點303、304用於產生第一駐波。
請續參第3B圖，第一電極301包含複數個金屬電極板309與複數個絕緣物310兩部分，其中複數個金屬電極板309相互平行，而絕緣物310位於複數個金屬電極板309中兩相鄰金屬電極板309之間。所述絕緣物310常用材質包括石英、玻璃和鐵氟龍等，但不侷限於上述材料。
饋入點305、306分別為設置於金屬電極板309之複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之維度的電場強度均勻度。當饋入點305、306所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，垂直於電磁波行進方向之駐波效應可忽略。
需說明的是，本實施例將用於產生第一駐波之饋入點305、 306，同時配置於第一電極301的邊緣。上述複數個饋入點亦可位於第一電極之上方或下方，或部分落於第一電極之邊緣，另一部分落於第一電極之上方或下方的組合。
功率分配器307、308，其功用為將功率平均分配至饋入點305、306所包含的複數個饋入點。
請續參第3C圖，饋入點311、313位於第一電極301的金屬電極板309上方之複數個饋入點。在本實施例中，饋入點311為用於生成第二駐波之電源饋入點。功率分配器312用於將由饋入點311所輸入之高頻訊號的功率平均分配至饋入點313所包含的複數個饋入點。
需說明的是，本實施例將用於生成第二駐波之饋入點311設置於第一電極301之上方。上述複數個饋入點亦可位於第一電極之下方。
第4A圖與第4B圖分別為本發明一實施例之第一電極與第二電極的俯視圖。
如第4A圖與第4B圖所示，本實施例包含一第一電極400A、一第二電極400B、複數個饋入點401、402、405、406、407、408、411、412以及功率分配器403、404、409、410。
在本實施例中，第一電極400A與第二電極400B皆與電源供應器連接。
於第4A圖中，饋入點401、402分別設置於第一電極400A的兩側，饋入點401、402為用於生成第一駐波之電源饋入點。饋入點405、406分別代表設置於第一電極400A邊緣上的複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之電場強度分布。當饋入點405、406所包含的複數個饋 入點之數目與位置設置得宜時，垂直於電磁波行進方向之駐波效應可忽略。功率分配器403、404，其功用為將功率平均分配至饋入點405、406所包含的複數個饋入點。
需說明的是，本實施例將用於生成第一駐波之饋入點405、406設置於第一電極400A之邊緣。上述複數個饋入點亦可位於第一電極之上方或下方，或部分落於第一電極之邊緣，另一部分落於第一電極之上方或下方的組合。
而於第4B圖中，饋入點407、408分別設置於第二電極400B的兩側，饋入點407、408為用於生成第二駐波之電源饋入點。饋入點411、412分別代表設置於第二電極400B邊緣上的複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之電場強度分布，當饋入點411、412所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，垂直於電磁波行進方向之駐波效應可忽略。功率分配器409、410，其功用為將功率平均分配至饋入點411、412所包含的複數個饋入點。
需說明的是，本實施例將用於生成第二駐波之饋入點411、412設置於第二電極400B之邊緣。上述複數個饋入點亦可位於第二電極之上方或下方，或部分落於第二電極之邊緣，另一部分落於第二電極之上方或下方的組合。
第5A圖與第5B圖分別為本發明另一實施例之第一電極與第二電極俯視圖。
如第5A圖與第5B圖所示，本實施例包含一第一電極500A、一第二電極500B、複數個饋入點501、502、503、504、509、510、511、512 以及功率分配器505、506、513、514。
在本實施例中，第一電極500A與第二電極500B分別皆與電源供應器連接。
於第5A圖中，第一電極500A包含複數個金屬電極板507與絕緣物508兩部分，其中複數個金屬電極板507相互平行。
絕緣物508放置於複數個金屬電極板507中兩相鄰金屬電極板507之間，其常用材質如石英、玻璃和鐵氟龍等，但不侷限於上述材料。
饋入點501、502分別設置於第一電極500A的兩側，饋入點501、502為電源饋入點，其用於生成第一駐波。
饋入點503、504分別為設置於金屬電極板507邊緣之複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之電場強度分布，當饋入點503、504所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，垂直於電磁波行進方向之駐波效應可忽略，功率分配器505、506功用為將功率平均分配至饋入點503、504所包含的複數個饋入點。
需說明的是，本實施例將用於生成第一駐波之饋入點503、504設置於第一電極500A之邊緣。上述複數個饋入點亦可位於第一電極之上方或下方，或部分落於第一電極之邊緣，另一部分落於第一電極之上方或下方的組合。
於第5B圖中，第二電極500B包含複數個金屬電極板515與絕緣物516兩部分，其中複數個金屬電極板515相互平行。
絕緣物516放置於複數個金屬電極板515中兩相鄰金屬電極板515之間，其常用材質如石英、玻璃和鐵氟龍等，但不侷限於上述材料。
饋入點509、510分別設置於第二電極500B的兩側，饋入點509、510為電源饋入點，其用於生成第二駐波。
饋入點511、512分別為設置於金屬電極板515邊緣之複數個饋入點，其作用為改善垂直於電磁波行進方向之電場強度分布，當饋入點511、512所包含的複數個饋入點之數目與位置設置得宜時，垂直於電磁波行進方向之駐波效應可忽略，功率分配器513和514功用為將功率平均分配至饋入點511、512所包含的複數個饋入點。
需說明的是，本實施例將用於生成第二駐波之饋入點511、512設置於第二電極500B之邊緣。上述複數個饋入點亦可位於第二電極之上方或下方，或部分落於第二電極之邊緣，另一部分落於第二電極之上方或下方的組合。
第6圖為針對第1圖所示實施例所進行之數值模擬的結果，其中第6圖中橫軸代表在X方向上的位置(cm)，而縱軸代表在Y方向上的位置(cm)，電極長度和寬度分別為1.6m和1.3m，電源頻率為80MHz，兩電極之間的介質假設為相對介質常數為4之無損介質，電磁波於該介質傳播時所對應之波長為真空介質的50%。
第6圖中所標示的X方向與Y方向和第1A圖一致，而第6圖(A)代表僅單獨施加第一駐波時，不同相位之瞬時電場強度分布，第6圖(B)則為僅單獨施加第二駐波時，不同相位之瞬時電場強度分布，第6圖(C)則代表疊加第6圖(A)和第6圖(B)所示的兩駐波時，不同相位之瞬時電場強度分布，其中第6圖中橫軸代表在X軸上的位置，縱軸代表在Y軸上的位置。
第6圖(C)為第6圖(A)和第6圖(B)所示駐波之疊加結果，由第 6圖(A)和第6圖(B)可判斷第一駐波和第二駐波之時間和空間相位差皆為90°；此外，於模擬過程中，亦同時確認兩駐波具相同振幅。而第6圖(A)、第6圖(B)和第6圖(C)之結果皆為以振幅為基準所得之正規化電場強度分布。由圖可知，當僅施加第一駐波或第二駐波時，電場強度分布極不均勻，然於第6圖(C)中，電磁波之行為已由第6圖(A)與第6圖(B)所示之駐波形式，轉換成行進波。
第7圖為第6圖(C)之瞬時電場分布經時間平均後所得結果，第7圖之縱軸代表時間平均後所得的電場(Normalized Time-Averaged Electric Field)，X軸代表在X方向上的位置(cm)，而Y軸代表在Y方向上的位置(cm)。如此，經時間平均後之結果，依(最大電場強度-最小電場強度)/(最大電場強度+最小電場強度)所計算之電場非均勻度<±10%，非均勻度可再藉由變更饋入點107、108所含的複數個饋入點之數目/位置與第二電極102之接地點等方式，進一步提升。
於第6圖(A)中，由電極兩端所輸入的高頻訊號為同相位，因此於電極中央有一波腹(anti-node)；而於第6圖(B)中，由電極兩端所輸入的高頻訊號之間的相位差為180°，因此於電極中央有一波節。然第6圖(A)與第6圖(B)所顯示的駐波圖案並非唯一可用於合成行進波的唯一駐波圖案組合，本發明所揭露的技術內容可採用任何第一駐波之波腹對齊第二駐波之波節，且兩駐波之波腹與波節皆未位於電極中央之駐波組合。
本發明所揭露技術的可實施性並不侷限於第6圖所採用的模擬參數。以第1圖為例，當任何會影響駐波圖案的參數(如電源頻率、電極尺寸、第一電極與第二電極之間的距離、氣體壓力、氣體組成、製程溫度 等)改變時，可透過適當調整饋入點107、108所含數個饋入點之位置/數目和第二電極102之接地點設計等方式，先行改善垂直於行進波傳播方向之電場強度分布(即第1A圖所標示之X方向)，再藉由疊加第一駐波與第二駐波之方法，產生均勻高頻電漿。
此外，本發明所揭露的同時產生的第一駐波與第二駐波，可操作於連續波或脈衝模式。前者意指高頻訊號於操作期間持續供應，後者則意指兩駐波於脈衝模式操作期間，同時生成且同時消失，而非交互生成之方式。
第8A圖和第8B圖分別為連續波與脈衝模式實施案例的示意圖，其中V 11、V 12、V 21及V 22分別為由電源饋入點801、802、803、804所輸入之高頻訊號，而V 11與V 12用於形成第一駐波，V 21與V 22則用於形成第二駐波，V 11、V 12、V 21及V 22之波形與傳播方向亦如第8A圖和第8B圖中所示，且該第8A圖和第8B圖中橫軸代表時間t。於第8A圖中，V 11、V 12、V 21及V 22皆為連續波，而於第8B圖中，V 11、V 12、V 21及V 22則為脈衝波，如第8B圖所示，V 11、V 12、V 21和V 22之高頻訊號為脈衝操作模式，具同時生成且同時消失之特性。
本發明所揭露之技術範疇並非僅侷限於以上所有實施例，其可應用於任何藉由疊加兩同時產生，並具有不同時間與空間分布之駐波，以有效改善放電均勻度之高頻電漿裝置。用於產生駐波的高頻功率訊號可為任意波形，如三角波、方波、弦波或其他波形，亦可為上述波形或其他波形之組合。再者，用於產生第一駐波與第二駐波的訊號可來自同一台電源供應器或多台電源供應器，當採用多台電源供應器時，電源供應器 之間可同步或非同步操作。
第9圖為以第1A圖與第1B圖所示實施例為範例，所提出之高頻電漿裝置整體系統的示意圖。
在本實施例中，高頻電漿裝置900包括電漿反應器腔體901、第一電極902、第二電極903、電漿放電區904、複數個饋入點905、906、電源供應器907、911、功率匹配器908、913、功率分配器909、912、傳輸線910、914、功率合成器915、916、同步連結器917以及接地918。
在本實施例中，第一電極902與第二電極903設置於電漿反應器腔體901中，第一電極902與第二電極903彼此相互平行，電漿放電區904位於第一電極902和第二電極903之間。
饋入點905、906包含如第1B圖所示之饋入點107、108以及電源分配器109、110。
電源供應器907、911分別用於生成第一駐波與第二駐波，當生成第一駐波和第二駐波之高頻訊號來自不同電源供應器時，電源供應器之間可同步或非同步操作；而高頻訊號之頻率可落於HF(high frequency,3~30MHz)、VHF(very high frequency,30~300MHz)或UHF(ultra high frequency,300~3000MHz)頻段。功率匹配器908耦接於電源供應器907且作為該電源供應器907之功率匹配，功率匹配器913耦接於電源供應器911且作為該電源供應器911之功率匹配。於另一實施例中，可藉由單一電源供應器來生成第一駐波與第二駐波。
功率分配器909、912分別用於生成第一駐波與第二駐波，傳輸線910、914分別為用來調整第一駐波與第二駐波空間分布之傳輸線， 藉由改變傳輸線長度，可調整由電極兩端所輸入的高頻訊號之間的時間相位差，並藉此達改變第一駐波與第二駐波之空間分布的目的，改變傳輸線長度並非達成上述目的之唯一方式，其亦可以相移器(phase shifter)或其他具相同功能的電路或電路元件所取代。功率合成器915、916用於合成生成第一駐波與第二駐波所需之高頻訊號。同步連結器917用於第一駐波與第二駐波之電源供應器(如第9圖中的電源供應器907、911)間的同步連結，接地918則為第二電極903之接地示意，其實際設計可依電磁波分布進行調整。
本發明所揭露之技術範疇所衍生的高頻電漿裝置整體系統並非僅限於第9圖所示範例，其可依本發明所揭露之實施例或任何符合本發明揭露技術範疇之實施例進行設計變更，如饋入點905、906並非僅侷限在第一電極902側邊、第二電極903並非侷限於僅能接地、當生成第一駐波與第二駐波之高頻訊號來自不同電源供應器時，不同電源供應器之間亦可不同步操作，與生成第一駐波與第二駐波的高頻訊號亦可來自相同電源供應器。
當第一駐波與第二駐波之振幅相同，且時間和空間相位差皆為90°時，可生成一行進波；時間和空間相位差可為90°/90°、-90°/-90°、90°/-90°或-90°/90°之組合。
當第一駐波與第二駐波之振幅相近，且時間和空間相位差皆落於70°~110°之範圍內時，可生成類行進波；其中時間和空間相位差之範圍可為70°~110°/70°~110°、-70°~-110°/-70°~-110°、70°~110°/-70°~-110°或-70°~-110°/70°~110°之組合。
如前所述，當兩駐波具相同振幅且時間和空間相位差皆為 90°時，其疊加結果等同行進波。當可產生行進波時，電漿放電可獲最佳均勻度；然當兩駐波之振幅相近，且時間和空間相位差皆不顯著遠離90°，此時兩駐波之疊加結果可形成類行進波。在此必須強調的是，大部分產業對於PECVD之鍍膜非均勻度的要求並非完美的±0%，如太陽能電池產業為±10%，而面板業則為±5%，因此，類行進波仍具滿足產業需求之可能性。
本發明所揭露的高頻電漿裝置可操作於HF、VHF和UHF等頻段。
以直角座標系為例，若高頻輸入訊號為弦波之形式，則其所生成的駐波亦可以弦波函數表示之。而當兩駐波之間具振幅相同，且時間和空間相位差皆為90°之關係時，兩駐波之疊加結果將等同行進波。在此，時間和空間相位差可為同號或不同號關係，同號意指同為90°或-90°，不同號則意指90°和-90°或-90°和90°之組合。時間和空間是否具同號關係僅會影響行進波之傳播方向，但不會改變符合上述描述的兩駐波之疊加結果等同行進波之事實。
當兩駐波符合上述描述時，若忽略各駐波之初始時間與空間相位，則時間和空間相位差具同號關係的兩駐波可分別以下列兩方程式描述之(分別以SW1和SW2代表第一駐波與第二駐波)：SW1：A×cos(ωt)×cos(-kz) (1)
SW2：A×cos(ωt±90°)×cos(-kz±90°) (2)若時間和空間相位差為非同號關係時，則第二駐波可以下列方程式代表之：SW2：其中A代表駐波之振幅、ω為電磁波之角頻率、t為時間、k為電磁波之傳播 常數，而z則為電磁波傳播方向上之位置。方程式(1)與(2)之疊加結果為A×cos(ωt-kz)，而方程式(1)和(3)之疊加結果則為A×cos(ωt+kz)。
當以數學方程式表示時，駐波之特色在於時間t和位置z出現在不同的弦波項，因此方程式(1)-(3)皆為駐波；而行進波之特色則在於時間t和位置z出現在相同的弦波項。由此可知不論是方程式(1)與(2)或方程式(1)與(3)之疊加結果皆可產生行進波。方程式(1)和(2)與方程式(1)和(3)並非唯一可用來產生行進波之駐波組合，任何符合振幅相同，且空間和時間相位差皆為90°(空間和時間相位差可為同號或非同號關係)的兩駐波，皆符合本發明所揭露之技術範疇。
本發明所揭露之技術內容即基於上述原理，同時搭配於至少一電極上設置複數個饋入點之方法，產生均勻高頻電漿。
綜上所述，在本發明的高頻電漿設備中，當高頻電漿設備之操作參數改變時，兩駐波之波長會同時因應變化，一旦兩駐波合成行進波或類行進波之電磁波後，其僅會影響特定時間出現於兩電極之間的電磁波週期數，但經時間平均後，仍可藉由產生均勻電場分布，改善電漿放電之均勻度；而另一特色則為兩駐波具同時產生之特性，因此可操作於連續波或脈衝模式，而當操作於脈衝模式時，兩駐波同時產生且同時消失。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段的較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施的範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
101‧‧‧第一電極
102‧‧‧第二電極
103~106‧‧‧饋入點

Claims (11)

  1. 一種高頻電漿裝置，包括：一反應器腔體；一第一電極與一第二電極，設置於反應器腔體中，其中該第一電極之形狀與該第二電極之形狀係略呈方形；一電漿放電區，其位於第一電極與第二電極之間；以及複數個饋入點，設置於該第一電極與該第二電極其中之一，以允許高頻訊號輸入至該反應器腔體之內，並於該電漿放電區中同時產生具不同時間和空間分布之第一駐波與第二駐波，並藉由疊加第一駐波和第二駐波改善高頻電漿之放電均勻性，其中：用於產生第一駐波與第二駐波之該複數個饋入點同時設置於該第一電極或該第二電極之邊緣、上方或下方，或該複數個饋入點部分落於邊緣，該複數個饋入點另一部分落於電極之上方或下方的組合；或者，生成第一駐波之該複數個饋入點設置於該第一電極或該第二電極的邊緣，而產生第二駐波之該複數個饋入點設置於已設置有產生第一駐波之該複數個饋入點的相同電極之邊緣、上方或下方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高頻電漿裝置，其中未設置該複數個饋入點之另一電極可接地或不接地。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高頻電漿裝置，其中產生第一駐波和第二駐波之高頻訊號係來自同一電源供應器或不同電源供應器；當生成第一駐波和第二駐波之高頻訊號來自不同電源供應器時，電源供應器之間可同步或非同步操作；而高頻訊號之頻率可落於HF、VHF或UHF頻段。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高頻電漿裝置，其中同時產生的第一駐波和第二駐波可操作於連續波或脈衝模式；當操作於脈衝模式時，第一駐 波和第二駐波同時產生並同時消失。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高頻電漿裝置，其中當第一駐波與第二駐波之振幅相同，且時間和空間相位差皆為90°時，可生成一行進波；時間和空間相位差可為90°/90°、-90°/-90°、90°/-90°或-90°/90°之組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高頻電漿裝置，其中當第一駐波與第二駐波之振幅相近，且時間和空間相位差皆落於70°~110°之範圍內時，可生成類行進波；其中時間和空間相位差之範圍可為70°~110°/70°~110°、-70°~-110°/-70°~-110°、70°~110°/-70°~-110°或-70°~-110°/70°~110°之組合。
  7. 一種高頻電漿裝置，包括：一反應器腔體；一第一電極與一第二電極，設置於反應器腔體中，其中該第一電極之形狀與該第二電極之形狀係略呈方形；一電漿放電區，其位於第一電極與第二電極之間；以及複數個饋入點，設置於第一電極與第二電極，以允許高頻訊號輸入至該反應器腔體之內，並於該電漿放電區中同時產生具不同時間和空間分布之第一駐波和第二駐波，並藉由疊加第一駐波和第二駐波改善高頻電漿之放電均勻性，其中：該複數個饋入點能設置於第一電極與第二電極之邊緣、上方或下方，設置於該第一電極之該複數個饋入點用於產生第一駐波，而設置於該第二電極之該複數個饋入點用於產生第二駐波。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之高頻電漿裝置，其中產生第一駐波和第二駐波之高頻訊號可來自同一電源供應器或不同電源供應器；當生成第一駐波和第二駐波之高頻訊號來自不同電源供應器時，電源供應器之間可同步或非同步操作；而高頻訊號之頻率可落於HF、VHF或UHF頻段。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之高頻電漿裝置，其中同時產生的第一駐波和第二駐波可操作於連續波或脈衝模式；當操作於脈衝模式時，第一駐波和第二駐波同時產生並同時消失。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之高頻電漿裝置，其中當兩駐波之振幅相同，且時間和空間相位差皆為90°時，可生成一行進波；其中時間和空間相位差可為90°/90°、-90°/-90°、90°/-90°或-90°/90°之組合。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之高頻電漿裝置，其中當兩駐波之振幅相近，且時間和空間相位差皆落於70°~110°之範圍內時，可生成類行進波；其中時間和空間相位差之範圍可為70°~110°/70°~110°、-70°~-110°/-70°~-110°、70°~110°/-70°~-110°或-70°~-110°/70°~110°之組合。
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