专利名称：Rf功率分配装置和rf功率分配方法
技术领域：
本发明涉及ー种RF功率分配装置，并且更具体地，涉及ー种通过单一匹配网络将经过阻抗匹配的RF功率分配给多个电极或电极的多个位置的RF功率分配装置。
背景技术：
容性稱合RF 等离子体装置(capacitively-coupled RF plasma device)包括布置在真空容器内部的上电极、源RF功率源(source RF power source)、用于保持基底的基底支撑部件以及偏压RF功率源(bias RF power source)0源RF功率源施加在上电极上，偏压RF功率源施加在基底支撑部件上。然而，当源RF功率源和偏压RF功率源使用相同的频率时，相互干扰使得很难稳定地执行等离子体处理。在另ー种容性耦合RF等离子体装置中，RF功率源只施加在位于真空容器内的上电极和基底支撑部件中的ー个上。遗憾的是， 当电极被分为多个电极以调整均匀性或功率在多个位置施加在ー个电极上时，没有合适的功率分配装置。
发明内容
技术问题本发明的实施例提供一种用于通过功率分配同时地或相继地产生容性耦合等离子体的功率分配装置。本发明的实施例提供一种用于通过功率分配同时地或相继地产生容性耦合等离子体的功率分配装置。
技术方案在本发明的实施例中，功率分配装置可包括阻抗匹配网络，其配置为传送来自RF功率源的功率；以及功率分配単元，其配置为向至少ー个产生容性耦合等离子体的电极分配来自阻抗匹配网络的输出功率。功率分配単元可包括第一电抗元件，其串联连接至第一电极；可变电容器，其一端并联连接至第一电抗元件和第一电极，且另一端接地；以及第ニ电抗元件，其一端连接至第一节点，且另一端连接至第二节点，其中，可变电容器的一端和第一电抗元件的一端在第一节点处彼此接触，第二电极和阻抗匹配网络的输出端在第二节点处连接。本发明的实施例提供一种用于通过功率分配同时地或相继地产生容性耦合等离子体的功率分配方法。在本发明的实施例中，功率分配方法可包括设置流向布置在真空容器内部以产生容性耦合等离子体的第一电极的第一功率、第一电压或第一电流和设置供给布置在真空容器内部的第二电极的第二功率、第二电压或第二电流；通过阻抗匹配网络向第一电极和第二电极提供来自RF功率源的功率；通过操作阻抗匹配网络执行匹配；测量流经第一电极和第二电极的电流、电压和功率中的至少一个；以及通过使用功率分配单元控制将要提供给第一电极和第二电极的设置的功率、设置的电压或设置的电流。
技术效果
如以上所描述，根据本发明实施例的RF功率分配装置包括ー个RF功率源和ー个阻抗匹配网络。RF功率分配装置可以防止RF功率源之间的互相干扰，并且能够稳定地向多个电极分配RF功率。此外，尽管功率分配会变化，因为总阻抗相对恒定，所以阻抗匹配网络可以稳定地工作。
图1和图2表示根据本发明实施例的功率分配装置。图3-5是根据本发明实施例的功率分配装置的史密斯圆图。图6-8是表示根据本发明构思的实施例的功率分配装置的功率分配比例、总阻抗的实部和虚部。图9表示根据本发明另ー个实施例的功率分配単元。图10和图11表示根据本发明另ー个实施例的功率分配装置。图12和图13表示根据本发明另ー个实施例的功率分配装置。图14-16表示根据本发明其它实施例的功率分配装置。图17和图18表示根据本发明另ー个实施例的功率分配装置。图19和图20表示根据本发明另ー个实施例的功率分配装置。图21是表示根据本发明实施例的功率分配方法的流程图。210:RF 功率源220:阻抗匹配网络230 :功率分配单元260:真空容器270 :控制器272 :第一测量单元276 :开关
具体实施例方式容性耦合等离子体广泛地应用于用于太阳能电池的多晶硅沉积、氧化物层的蚀刻等。然而，随着基底的直径趋于变大，出现了等离子体空间上的均匀性和清洁的问题。当RF功率源分别向多个电极提供功率吋，如果RF功率源的频率彼此相等，RF功率源的互相干扰导致阻抗匹配困难。因此，需要有效地、稳定地向电极分配功率的功率分配装置。根据本发明的实施例，功率分配装置可向多个电极分配功率或在多个位置向电极提供功率。当电极布置在同一平面上时，功率分配装置可提高等离子体的均匀性或处理的均匀性。当电极布置在不同的平面上时，功率分配装置可向多个电极分配来自RF功率源的功率以产生等离子体。功率分配装置可使用単一的阻抗匹配网络以简化系统的结构。在根据本发明实施例的功率分配装置中，布置在RF功率源和功率分配单元之间的阻抗匹配网络执行阻抗匹配。在这种情况下，不管功率分配単元的电抗怎样变化，从阻抗匹配网络的输出端看过去的功率分配単元的阻抗相对恒定。也就是说，从阻抗匹配网络的输出端看过去功率分配単元的阻抗受功率分配単元的影响很小。因此，阻抗匹配网络可执行稳定的阻抗匹配，提高了处理的稳定性和可靠性。并且，功率分配単元随可变元件的电容线性变化，且在可变元件的变化范围内，功率分配単元具有宽功率分配比例。在实施例中，为了避免对本发明模糊的解释，将不再详细地描述已知的处理、已知的装置结构和已知的技木。同一附图标记自始至终指代同一元件。图1和图2表示根据本发明实施例的功率分配装置。根据图1和图2，功率分配装置包括阻抗匹配网络(220)，其传送RF功率源(210)的功率；以及功率分配単元(230)，其向产生容性耦合等离子体的第一、第二电极(240、250)中的至少ー个分配阻抗匹配网络(220)的输出功率。功率分配単元(230)包括第一电抗元件(234)，其串联连接至第一电极(240)； 可变电容器(236)，其一端并联连接至所第一电抗元件(234)和第一电极(240)，且另一端接地；以及第二电抗元件(232)，其一端连接至第一节点(NI)，且另一端连接至第二节点(N2)，其中，可变电容器(236)的一端和所述第一电抗元件(234)的一端在第一节点(NI)处彼此接触，第二电极(250)和所述阻抗匹配网络(220)的输出端231在第二节点(N2)处连接。RF功率源(210)可输出单频正弦波，且频率可以是约0.1MHz 约200MHz。阻抗匹配网络(220)可以是用于向负载最大地传送功率的装置。真空容器(260)可由金属材料制成，且真空容器(260)的盖(262)可以是金属板。第一电极(240)和第二电极(250)可布置为彼此相対。基底(252)可安装在第二电极(250)上。第一电极(240)可产生容性耦合等离子体。第一电极(240)可包括气体分配装置。第一电极(240)可通过功率分配単元(230)接收功率。第二电极(250)可产生容性耦合等离子体井向基底(252)施加偏压。第二电极(250)可以是基底支撑部件。基底(252)可以是半导体基底或玻璃基底。第一测量单元(272)可测量第一电极(240)的功率、电流和电压中的至少ー个。第二测量单元(274)可測量第二电极(250)的功率、电流和电压中的至少ー个。第一、第ニ测量单元(272、274)可包括用于测量流向第一、第二电极(240、250)的电流的拾波线圈(pick-up coil)和用于测量电压的电压测量电极。控制器(270)可接收第一测量单元(272)和第二测量单元(274)的输出，并控制功率分配単元(230)和RF功率源(210)，从而控制流向第一电极(240)和第二电极(250)的功率或电流的比例。控制器(270)可通过计算流向第一电极(240)和/或第二电极(250)的功率、电压或电流控制功率分配单元(230)和/或RF功率源(210)。因此，第一电极(240)和第二电极(250)可接收设置的功率、电压或电流。也就是说，控制器(270)不仅向第一电极(240)和第二电极(250)提供分配的相对功率，还向第一电极(240)和第二电极(250)提供绝对功率。提供给第二电极(250)的功率可决定DC偏压。开关(276、278)可直接连接至第一、第二电极(240、250)中的至少ー个。开关(276、278)可切换提供给第一电极(240)或第二电极(250)的功率。开关(276、278)的每ー个可以是使用螺线管的机械继电器(mechanical relay)开关或使用PIN ニ极管的电子开关。第一电抗元件(234)是电感器，且第二电抗元件(232)是固定电容器。辅助电容器
(237)可设置在第二电极(250)和第二节点(N2)之间。辅助电容器可用于调节第一电极和第二电极之间的相位。辅助电容器可以是连接至马达的可变电容器。辅助电容器可用于在一定范围内调整第一电极和第二电极之间的相位。可变电容器(236)可以是真空电容器。真空电容器可以连接至马达(239)以改变电容。马达(239)可由控制器(270)控制。第一测量单兀(272)可布置在第一电极(240)和第一电抗兀件(234)之间。第一测量单元(272)可測量第一电极(240)的功率、电压或电流中的至少ー个。第二测量单元
(274)可布置在第二电极(250)第二节点(N2)之间。第二测量单元(274)可測量第二电极(250)的功率、电压或电流中的至少ー个。通过计 算第一电极(240)的功率和/或第二电极(250 )的功率，控制器(270)可通过马达(239)控制可变电容器(236)，使得设置的功率施加在第一电极(240)上。另外，控制器(270)可控制功率分配单元(230)和RF功率源(210)，使得设置的功率、电压或电流施加在第二电极(250)上。第一开关(276)可布置在第一电极(240)和第一电抗元件(234)之间。第一开关
(276)可串联连接至第一测量单元(272)。第二开关(278)可布置在第二电极(250)第二节点(N2)之间。第二开关(278)可串联连接至第二测量单元(274)。控制器(270)可控制第一开关(276)，第一开关(276)可切換功率分配単元(230)和第一电极(240)之间的电连接。另外，控制器(270)可控制第二开关(278)，从而切換功率分配単元(230)和第二电极(250)之间的电连接。从第二节点(N2)看过去的第一电极(240)的有效阻抗(Zeff=R+jX)由下面的方程式(I)给出。方程式(I):
权利要求
1.一种功率分配装置，其包括 阻抗匹配网络，其配置为传送来自RF功率源的功率；以及 功率分配单元，其配置为向至少一个产生容性耦合等离子体的电极分配来自所述阻抗匹配网络的输出功率， 其中，所述功率分配单元包括 第一电抗元件，其串联连接至第一电极； 可变电容器，其一端并联连接至所述第一电抗元件和所述第一电极，且另一端接地；以及 第二电抗元件，其一端连接至第一节点，且另一端连接至第二节点，其中，所述可变电容器的所述一端和所述第一电抗元件的一端在所述第一节点处彼此接触，第二电极和所述阻抗匹配网络的输出端在所述第二节点处连接。
2.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述功率分配单元在所述第一电极和所述第二电极的多个位置提供功率，所述第一电极和所述第二电极彼此电连接。
3.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述第一电极和所述第二电极布置为彼此相对， 其中，基底安装在所述第二电极上，以及 其中，所述功率分配单元向所述第一电极和所述第二电极分配功率。
4.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述第一电极和所述第二电极布置为在同一平面上彼此相邻，且所述第一电极和所述第二电极被分为多个子电极，并且 其中，所述功率分配单元向所述第一电极和所述第二电极分配功率。
5.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述第一电抗元件是电感器，且所述第二电抗兀件是固定电容器。
6.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述第一电抗元件是固定电容器，且所述第二电抗元件是电感器。
7.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述第二电极毗邻于真空容器的内侧壁布置，并且 其中，所述功率分配单元向所述第一电极和所述第二电极分配功率。
8.如权利要求1所述的功率分配装置，进一步包括 测量单元，其配置为测量所述电极的负载的功率、电流和电压中的至少一个；以及 控制器，其配置为接收所述测量单元的输出，并控制所述功率分配单元和所述RF功率源，从而控制流向所述电极的所述功率的比例或所述电流的比例。
9.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，进一步包括 开关，其串联连接至所述电极，且配置为切换供给所述电极的所述功率。
10.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述电极包括基底支撑部件，基底安装在所述基底支撑部件上。
11.如权利要求1所述的功率分配装置，其中，所述RF功率源包括输出低频率的低频RF功率源和输出高频率的高频RF功率源，并且 其中，所述低频RF功率源和所述高频RF功率源的输出被提供给所述阻抗匹配网络。
12.如权利要求11所述的功率分配装置，其中，所述功率分配单元在所述第一电极和所述第二电极的多个位置提供功率，所述第一电极和所述第二电极彼此电连接。
13.如权利要求11所述的功率分配装置，其中，所述第一电极和所述第二电极布置为彼此相对， 其中，基底安装在所述第二电极上，以及 其中，所述功率分配单元向所述第一电极和所述第二电极分配功率。
14.如权利要求11所述的功率分配装置，其中，所述第一电极和所述第二电极布置为在同一平面上彼此相邻，且所述第一电极和所述第二电极被分为多个子电极，并且 其中，所述功率分配单元向所述第一电极和所述第二电极分配功率。
15.—种功率分配方法,其包括 设置流向布置在真空容器内部以产生容性耦合等离子体的第一电极的第一功率、第一电压或第一电流以及设置提供给布置在所述真空容器内部的第二电极的第二功率、第二电压或第二电流； 通过阻抗匹配网络向所述第一电极和所述第二电极提供来自RF功率源的功率； 通过操作所述阻抗匹配网络执行匹配； 测量流经所述第一电极和所述第二电极的所述电流、所述电压和所述功率中的至少一个；以及 通过使用功率分配单元控制将要提供给所述第一电极和所述第二电极的所述设置的功率、所述设置的电压或所述设置的电流。
16.如权利要求15所述的功率分配方法，其中，控制将要提供给所述第一电极和所述第二电极的所述设置的功率、所述设置的电压或所述设置的电流包括 将流向所述第一电极的功率与第一功率进行比较； 调整所述功率分配单元； 将流向所述第二电极的功率与第二功率进行比较； 改变所述RF功率源的输出功率。
17.如权利要求15所述的功率分配方法，其中，所述RF功率源是具有不同频率的多个RF功率源。
全文摘要
本发明提供一种RF功率分配装置和RF功率分配方法。所述装置包括阻抗匹配网络，其传送来自RF功率源的功率；以及功率分配单元，其向至少一个产生容性耦合等离子体的电极分配来自阻抗匹配网络的输出功率。功率分配单元包括第一电抗元件，其串联连接至第一电极；可变电容器，其一端与所述第一电抗元件和所述第一电极并联连接，且另一端接地；以及第二电抗元件，其一端连接至第一节点，且另一端连接至第二节点，其中，所述可变电容器的一端和所述第一电抗元件的一端在第一节点处彼此接触，第二电极和所述阻抗匹配网络的输出端在第二节点处连接。
文档编号H03H7/40GK103026800SQ201180036298
公开日2013年4月3日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年7月30日
发明者金宰显, 李相元, 李容官 申请人:株式会社普来马特