专利名称：等离子体产生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体(plasma)产生装置，且特别涉及一种以射频电磁波产 生等离子体的等离子体产生装置。
背景技术：
等离子体产生装置在薄膜太阳能电池、液晶显示器及半导体芯片等产品的制造过 程中可以进行薄膜沈积、蚀刻等制程。因此等离子体产生装置在上述产品中是极为重要的 关键设备。然而，当等离子体产生装置的上电极板的尺寸与射频电磁波的波长接近时，射频 电磁波将会产生驻波现象。驻波现象将会导致等离子体分布极为不均勻，最终造成镀膜不 均勻或蚀刻不均勻等问题。尤其在射频电磁波的频率增加时，驻波效应更是显著。为了避 免驻波现象的发生，企业界便提出以下数篇专利。百瑟系统公司(Unaxis)提出美国第US 7，487，740号专利，此篇专利主要利用修 改上/下电极板的形状的方式(shaped electrode)来消除驻波效应。该设计是利用驻波 产生时，靠近上电极板中央位置的射频电压会较大而往两旁递减的现象，通过理论计算将 上电极板设计成两旁微凹向下的特殊形状，同时在上电极板与等离子体间用一介电窗来区 隔，而下电极板则维持平坦形状，以获得在上电极板与下电极板之间中有均勻的电场分布， 以产生均勻的等离子体。亦或者反过来，修改下电极板具微凹向上的曲率，并再置入一层绝 缘材料以使得整体表面具有良好的平坦性。然而，无论是修改上电极板或下电极板的形状， 这些上电极板或下电极板的形状均必须针对特定射频电磁波的频率所设计，一旦改变射频 电磁波的频率或者在不同制程压力或不同等离子体密度底下便无法适用。另外，日本三菱重工(Mitsubishi Heavy hdustries，MHI)则提出美国第US 7，141，516号专利。此篇专利主要是以栅状上电极(Ladder-Siape)来取代平板状上电极 板。此技术最大特点在于利用相位调制(Phase Modulation)方法将射频功率分别由栅状 上电极的两侧引入，并以两个相变化器将两个输入电源之间的相位差随时间做周期性的变 化(0° 360° )。如此可使得所产生的驻波节点随时间位移。当相位差改变的频率够快 时，对时间平均的电场/等离子体密度即可达到均勻分布的目的。然而，此种作法必须提供 两组电源及两组相变化器，徒增许多设备成本。此外，日本三菱重工更提出美国第US 6，417，079号专利。此篇专利主要是利用在 栅状上电极的另一端加装假负载，以使得射频电磁波传递到假负载时被吸收掉而不会产生 反射波，如此便可避免驻波的产生。然而，假负载将会损耗相当多上电极的功率，造成能源 的浪费。
发明内容
本发明涉及一种等离子体产生装置，其利用两个以上成对的阻抗调制器来调节等 离子体，使得射频电磁波所产生的驻波节点会随着时间作周期性移动，对时间平均而言，便 能产生均勻的等离子体分布。
根据本发明的一方面，提出一种等离子体产生装置。等离子体产生装置包括一等 离子体处理腔体、一上电极板、一下电极板以承载基板及至少两个阻抗调制器。上电极板用 以连接一射频电源。此些阻抗调制器两两成对。各个阻抗调制器具有一阻抗调制值曲线。 此些阻抗调制器并联于上电极板的对称处。其中，各个阻抗调制值曲线随时间变化，且此些 阻抗调制值曲线的一并联等效阻抗值曲线随时间固定。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举诸项实施例，并配合附图，作详细 说明如下
图1绘示本发明第一实施例的等离子体产生装置的示意图；图2绘示图1的上电极板及第一 第二阻抗调制器的俯视图；图3A绘示第一实施例的第一 第二阻抗调制值曲线的变化图；图IBB绘示第一实施例的第一 第二阻抗调制器的并联等效阻抗值曲线的变化 图；图4绘示本发明第二实施例的一种等离子体产生装置的上电极板及第一 第四 阻抗调制器的俯视图；图5绘示本发明第二实施例的另一种等离子体产生装置的上电极板及第一 第 四阻抗调制器的俯视图；图6A绘示第二实施例的第一 第四阻抗调制值曲线的变化图；图6B绘示第二实施例的第一 第四阻抗调制器的并联等效阻抗值曲线的变化 图；图7绘示本发明第三实施例的等离子体产生装置的上电极板及第一 第八阻抗 调制器的俯视图；图8A绘示第三实施例的第一 第八阻抗调制值曲线的变化图；以及图8B绘示第三实施例的第一 第八阻抗调制器的并联等效阻抗值曲线的变化 图。主要元件符号说明100、200、300、400 等离子体产生装置110 等离子体处理腔体120 止电极板130:下电极板141 第一阻抗调制器142 第二阻抗调制器143 第三阻抗调制器144:第四阻抗调制器145 第五阻抗调制器146 第六阻抗调制器147:第七阻抗调制器148 第八阻抗调制器
150:射频电源900 制程基板Al 上电极板的第一角点A2 上电极板的第二角点A3 上电极板的第三角点A4 上电极板的第四角点C:上电极板的中心Ll 上电极板的第一侧边L10:第一侧边的中点L12 第一阻抗调制器及第二阻抗调制器的连线L2:上电极板的第二侧边L20:第二侧边的中点L3:上电极板的第三侧边L30:第三侧边的中点L34 第三阻抗调制器及第四阻抗调制器的连线L4:上电极板的第四侧边L40:第四侧边的中点V0、V0，、V0”并联等效阻抗值曲线Vl 第一阻抗调制值曲线V2:第一阻抗调制值曲线Zmax 阻抗调制值的最大值Siiin 阻抗调制值的最小值V3:第三阻抗调制值曲线V4:第四阻抗调制值曲线V5:第五阻抗调制值曲线V6 第六阻抗调制值曲线V7 第七阻抗调制值曲线V8:第八阻抗调制值曲线
具体实施例方式以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明 欲保护的范围。此外，实施例中的附图省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。第一实施例请参照图1，其绘示本发明第一实施例的等离子体产生装置100的示意图。等离 子体产生装置100包括一等离子体处理腔体110、一上电极板120、一下电极板130、一第一 阻抗调制器141、一第二阻抗调制器142、一射频电源150、一排气孔及一抽气帮浦(排气孔 及抽气帮浦未绘示)。上电极板120及下电极板130平行设置于等离子体处理腔体110内 的上下两侧。上电极板120连接射频电源150。通常，射频电源150施加于上电极板，而下 电极可直接接地或电性浮接。制程气体由气体注入口(未图示)输入至等离子体处理腔体110中。当射频电源150输出足够射频功率时，将于上电极板120以及下电极板130之间产 生并维持等离子体。制程基板900 (例如是待加工的半导体芯片或待加工成为显示面板、太 阳能电池板的玻璃基板等)放置于下电极130上，以通过等离子体进行各种制程。抽气帮 浦通过排气孔将反应后气体抽出。成对的第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142设置 于上电极板120或下电极板130两侧的对称处(图1所绘示为设放置于上电极板120的实 施例)。第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142皆为可变电容。请参照图2，其绘示图1的上电极板120及第一 第二阻抗调制器141 142的俯 视图。上电极板120为一矩形结构或一圆形结构。在本实施例中，上电极板120为矩形结 构。上电极板120具有一第一侧边Li、一第二侧边L2、一第三侧边L3及一第四侧边L4。第 一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142并联于上电极板120的对称位置。如图2所示， 第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142的连线L12穿越上电极板120的中心C。在本 实施例中，第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142分别电性连接于相对应的第一侧边 Ll的中点LlO及第二侧边L2的中点L20。请参照图3A，其绘示第一实施例的第一、第二阻抗调制值曲线V1、V2的变化图。第 一阻抗调制器141具有随时间周期变化的一第一阻抗调制值曲线VI，第二阻抗调制器142 具有随时间变化的一第二阻抗调制值曲线V2。以图3A为例，在时间点t0 t3的时间区间内，第一阻抗调制值曲线Vl由最大 值Zmax直线递减至最小值Siiin，再由最小值Snin直线递增至最大值Zmax，然后再由最大 值Zmax直线递减至最小值Siiin，依此类推。相反的，第二阻抗调制值曲线V2则是由最小 值Snin直线递增至最大值Zmax，再由最大值Zmax直线递减至最小值Siiin，然后再由最小 值加化直线递增至最大值Zmax，依此类推。所以，在同一时间区间内，第一阻抗调制值曲线 Vl递减时，第二阻抗调制值曲线V2递增；第一阻抗调制值曲线Vl递增时，第二阻抗调制值 曲线V2递减。如此反复的周期变化，使得射频电磁波所产生的驻波节点会随着时间作周期性移 动，对时间平均而言，便能产生均勻的等离子体分布，这也是此阻抗调制所欲达到的功能。 而阻抗调制的变化频率范围是可视情况做调整的，以达到制程的最佳化，例如在第一、第二 阻抗调制器141、142的变化频率设定为0. 1赫兹(Hz) 1000赫兹的情况下，可以让第一、 第二阻抗调制值曲线VI、V2的变化周期小。如此便能产生均勻的等离子体分布。此外，如图3A所示，第一阻抗调制值曲线Vl的最大值Zmax实质上等于第二阻抗 调制值曲线V2的最大值Zmax，且第一阻抗调制值曲线Vl的最小值Snin实质上等于第二阻 抗调制值曲线V2的最小值加^!。如图:3B所示，其绘示第一实施例的第一、第二阻抗调制器 141,142的并联等效阻抗值曲线VO的变化图。在第一阻抗调制值曲线Vl与第二阻抗调制 值曲线V2的变化恰好相反且互补的情况下，任一时间点的并联等效阻抗值曲线VO皆为相 等(Siiin+Zmax)。如此，整体的等离子体源阻抗随时间是维持一固定值，可使得射频功率的 传输不会受到第一、第二阻抗调制器141、142随时间调整的影响，进而维持等离子体强度 的稳定。第二实施例请参照图4及图5，图4绘示本发明第二实施例的一种等离子体产生装置200的上 电极板120及第一 第四阻抗调制器141 144的俯视图，图5绘示本发明第二实施例的另一种等离子体产生装置300的上电极板120及第一 第四阻抗调制器141 144的俯视 图。本实施例的等离子体产生装置200、300与第一实施例的等离子体产生装置100不同之 处在于阻抗调制器的数量，其余相同之处，不再重述。如图4 图5所示，除成对的第一阻 抗调制器141及第二阻抗调制器142之外，本实施例的等离子体产生装置200还包括成对 的一第三阻抗调制器143及一第四阻抗调制器144。同样地，如同第上述第一实施例，第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142的连 线L12穿越上电极板120的中心C。第三阻抗调制器143及第四阻抗调制器144的连线L34 也穿越上电极板120的中心C。使得第一 第四阻抗调制器141 144设置于对称的位置。举例来说，以图4的等离子体产生装置200为例，当第一阻抗调制器141及第二阻 抗调制器142分别电性连接于第一侧边Ll的中点LlO及第二侧边L2的中点L20时，第三 阻抗调制器143及第四阻抗调制器144则分别电性连接于第三侧边L3的中点L30及第四 侧边L4的中点L40。以图5的等离子体产生装置300为例，当第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器 142分别电性连接于第一角点Al及第二角点时A2，第三阻抗调制器143及第四阻抗调制器 144可以分别电性连接于第三角点A3及第四角点A4。使得第一 第四阻抗调制器141 144设置于对称的位置。接着，请参照图6A，其绘示第二实施例的第一 第四阻抗调制值曲线Vl V4的 变化图。第一阻抗调制器141、第二阻抗调制器142、第三阻抗调制器143及第四阻抗调制 器144分别具有随时间周期变化的第一阻抗调制值曲线VI、第二阻抗调制值曲线V2、第三 阻抗调制值曲线V3及第四阻抗调制值曲线V4。以图6A为例，在同一时间区间内，第一阻抗调制值曲线Vl递减时，第二阻抗调制 值曲线V2递增；第一阻抗调制值曲线Vl递增时，第二阻抗调制值曲线V2递减。第三阻抗 调制值曲线V3递减时，第四阻抗调制值曲线V4递增；第三阻抗调制值曲线V3递增时，第四 阻抗调制值曲线V4递减。并且第三阻抗调制值曲线V3与第一阻抗调制值曲线Vl相差1/4 周期相位差。如此反复的周期变化，使得射频电磁波所产生的驻波节点会随着时间作周期性移 动，对时间平均而言，便能产生均勻的等离子体分布，这也是此阻抗调制所欲达到的功能。 而阻抗调制的变化频率范围是可视情况做调整的，以达到制程的最佳化。例如在第一 第 四阻抗调制器141 144的变化频率设定为0. 1赫兹(Hz) 1000赫兹的情况下，可以让 第一 第四阻抗调制值曲线Vl V4的变化周期小。如此便能产生均勻分布的等离子体。此外，如图6A所示，第一阻抗调制值曲线VI、第二阻抗调制值曲线V2、第三阻抗调 制值曲线V3及第四阻抗调制值曲线V4的最大值Zmax皆相等。第一阻抗调制值曲线VI、 第二阻抗调制值曲线V2、第三阻抗调制值曲线V3及第四阻抗调制值曲线V4的最小值Snin 皆相等。如图6B所示，其绘示第二实施例的第一 第四阻抗调制器141 144的并联等效 阻抗值曲线V0’的变化图。在第一阻抗调制值曲线Vl与第二阻抗调制值曲线V2的变化恰 好相反且互补，且第三阻抗调制值曲线V3与第四阻抗调制调制值曲线V4的变化恰好相反 且互补的情况下，任一时间点的并联等效阻抗值曲线V0’皆为相等QXBmin+Zmax])。如 此，整体的等离子体源阻抗随时间是维持一固定值，可使得射频功率的传输不会受到第一、 第二、第三、第四阻抗调制器141、142、143、144随时间调整的影响，进而维持等离子体强度
7的稳定。第三实施例请参照图7，其绘示本发明第三实施例的等离子体产生装置400的上电极板120及 第一 第八阻抗调制器141 148的俯视图。本实施例的等离子体产生装置400与第一实 施例的等离子体产生装置100不同之处在于阻抗调制器的数量，其余相同之处，不再重述。 如图7所示，除成对的第一阻抗调制器141及第二阻抗调制器142之外，本实施例的等离子 体产生装置400还包括成对的第三阻抗调制器143与第四阻抗调制器144、成对的第五阻抗 调制器145与第六阻抗调制器146以及成对的第七阻抗调制器147与第八阻抗调制器148。 第一 第八阻抗调制器141 148分别并联于上电极板120的第一侧边Ll的中点L10、第 二侧边L2的中点L20、第一角点Al、第二角点A2、第三侧边L3的中点L30、第四侧边L4的 中点L40、第三角点A3及第四角点A4。接着，请参照图8A，其绘示第三实施例的阻抗调制组140的第一 第八阻抗调制 调制值曲线Vl V8的变化图。第一 第八阻抗调制器141 148分别具有随时间周期变 化的第一 第八阻抗调制值曲线Vl V8。以图8A为例，在同一时间区间内，在第一阻抗调制值曲线Vl与第二阻抗调制值曲 线V2的变化恰好相反且互补，在第三阻抗调制值曲线V3与第四阻抗调制值曲线V4的变化 恰好相反且互补，在第五阻抗调制值曲线V5与第六阻抗调制值曲线V6的变化恰好相反且 互补，且在第七阻抗调制值曲线V7与第八阻抗调制值曲线V8的变化恰好相反且互补。并且第三阻抗调制值曲线V3与第一阻抗调制值曲线Vl相差1/8周期相位差，第 五阻抗调制值曲线V5与第三阻抗调制值曲线V3相差1/8周期相位差，第七阻抗调制值曲 线V7与第五阻抗调制值曲线V5相差1/8周期相位差。如此反复的周期变化，使得射频电磁波所产生的驻波节点会随着时间作周期性移 动，对时间平均而言，便能产生均勻的等离子体分布，这也是此阻抗调制所欲达到的功能。 而阻抗调制的变化频率范围是可视情况做调整的，以达到制程的最佳化。例如在第一 第 八阻抗调制器141 148的变化频率设定为0. 1赫兹(Hz) 1000赫兹的情况下，可以让 第一 第八阻抗调制值曲线Vl V8的变化周期小。如此便能产生均勻分布的等离子体。请参照图8B，其绘示第三实施例的第一 第八阻抗调制器141 148的并 联等效阻抗值曲线VO的变化图。任一时间点的并联等效阻抗值曲线V0”皆为相等 (4X [Zmin+Zmax])0如此，整体的等离子体源阻抗随时间是维持一固定值，可使得射频功率 的传输不会受到第一、第二、第三、第四阻抗调制器141、142、143、144随时间调整的影响， 进而维持等离子体强度的稳定。本发明上述实施例所公开的等离子体产生装置利用一对或一对以上的阻抗调制 组来调节等离子体，使得射频电磁波所产生的驻波节点会随着时间作周期性移动，对时间 平均而言，便能产生均勻的等离子体分布，以达到等离子体制程均勻度的需求。综上所述，虽然本发明已以诸项实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发 明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此， 本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种等离子体产生装置，包括 一等离子体处理腔体；一上电极板，用以连接一射频电源； 一下电极板；以及至少两个阻抗调制器，这些阻抗调制器两两成对，各该阻抗调制器具有一阻抗调制值 曲线，这些阻抗调制器并联于该上电极板的对称处；其中，各该阻抗调制值曲线随时间变化，且这些阻抗调制值曲线的一并联等效阻抗值 曲线随时间固定。
2.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中在一时间周期内，成对的这些阻抗调 制值曲线的变化相反且互补。
3.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中各该阻抗调制值曲线是直线递增或直 线递减。
4.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中各该阻抗调制值曲线的最大值实质上 相等。
5.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中各该阻抗调制值曲线的最小值实质上 相等。
6.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中该上电极板为一矩形结构或一圆形结构。
7.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中成对的这些阻抗调制器的连线穿越该 上电极板的中心。
8.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中成对的这些阻抗调制器分别电性连接 于该上电极板相对应的二侧边的中点。
9.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中成对的这些阻抗调制器分别电性连接 于该上电极板相对应的二角点。
10.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中这些阻抗调制器的变化频率是可调 整的。
全文摘要
一种等离子体产生装置。等离子体产生装置包括一等离子体处理腔体、一上电极板、一下电极板及至少两个阻抗调制器。上电极板用以连接一射频电源。此些阻抗调制器两两成对。各个阻抗调制器具有一阻抗调制值曲线。此些阻抗调制器并联于上电极板的对称处。其中，各个阻抗调制值曲线随时间变化，且此些阻抗调制值曲线的一并联等效阻抗值曲线随时间固定。
文档编号H05H1/46GK102098864SQ200910250438
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者张家豪, 张志振 申请人:财团法人工业技术研究院