TWI465158B - 微波電漿激發裝置 - Google Patents

微波電漿激發裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI465158B
TWI465158B TW100101138A TW100101138A TWI465158B TW I465158 B TWI465158 B TW I465158B TW 100101138 A TW100101138 A TW 100101138A TW 100101138 A TW100101138 A TW 100101138A TW I465158 B TWI465158 B TW I465158B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
plasma
microwave
plasma excitation
excitation device
reaction chamber
Prior art date
Application number
TW100101138A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201230886A (en
Inventor
Chih Chen Chang
Kun Ping Huang
Yu Tse Hsieh
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
Priority to TW100101138A priority Critical patent/TWI465158B/zh
Priority to CN201110065895.3A priority patent/CN102595759B/zh
Priority to US13/110,934 priority patent/US8603402B2/en
Publication of TW201230886A publication Critical patent/TW201230886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI465158B publication Critical patent/TWI465158B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/4622—Microwave discharges using waveguides

Description

微波電漿激發裝置
本發明是有關於一種電漿激發裝置，且特別是有關於一種成本低且可實現大面積電漿製程的微波電漿激發裝置。
微波電漿技術是一種以微波激發氣體並使氣體離子化而形成電漿之技術，包括半導體晶圓製程、封裝製程乃至於近來廣受各界注意的太陽能技術等，均已廣泛運用此技術並期得到一較佳之製程良率。
為了因應大面積電漿程序，電漿源必須朝二維方向延伸。而且，在製程期間往往需要使用高密度且高均勻度的電漿源，以確保沉積薄膜速率及品質，所以目前已有採用多重微波源的概念的研究，如美國專利US 6177148B1。但是這件專利僅能實現一維線型電漿源，因此並不符合二維大面積電漿程序之需求。
另外，中華民國專利證書號215250也曾提出多重微波源的概念，來實現大面積電漿激發裝置。惟因隨電漿源面積的擴大，其中微波耦合窗之面積亦需隨之擴大。然而，此耦合窗通常以大面積平板石英玻璃或陶瓷製成，當其面積擴大時，其大氣壓力耐受度將面臨嚴格之考驗，通常會發生變形或碎裂的問題，造成擴大電漿源面積之主要瓶頸。
本發明提供一種微波電漿激發裝置，能降低成本並具有可大面積化、高密度及高均勻度特之電漿特性。
本發明提出一種微波電漿激發裝置，包括一電漿反應腔室、一金屬窗框、多個窗格、多個微波發射機以及多個導波管。所述金屬窗框設置於電漿反應腔室的一面，且金屬窗框具有多個窗口。窗格則設置於金屬窗框的窗口內。微波發射機設置於電漿反應腔室外，而導波管分別連接各個微波發射機與各個窗格，以構成多個電漿激發單元。
在本發明之一實施例中，上述微波電漿激發裝置還可包括介於每一導波管與電漿反應腔室之間的一阻抗匹配(Impedance Matching)元件。
在本發明之一實施例中，上述窗格例如石英、陶瓷或其他耐高溫之介電材料。
在本發明之一實施例中，上述微波電漿激發裝置還可包括多個產生電子迴旋共振(electron-cyclotron-resonance，簡稱ECR)之永久磁鐵，分別放置於金屬窗框上。
在本發明之一實施例中，上述金屬窗框內還可包括多個冷卻水管通道，對應設置於永久磁鐵底下。
在本發明之一實施例中，上述金屬窗框內還可包括多個反應氣體通道。其中，金屬窗框還可包括多個進氣孔洞，連通上述反應氣體通道並從窗口開出上述進氣孔洞，以使電漿反應氣體藉由這些進氣孔洞進入電漿反應腔室。
在本發明之一實施例中，上述微波電漿激發裝置還可包括多個O型環，設置於金屬窗框與每一窗格之間的預留溝槽中。
在本發明之一實施例中，每一電漿激發單元構成一獨立控制之電漿激發裝置，擴充所述電漿激發單元之個數，即可擴大整體的微波電漿激發裝置之面積。
基於上述，本發明為實現大面積(電子迴旋共振)微波電漿源，使用小面積的窗格(如石英玻璃)搭配金屬窗框所構成的多重電漿激發單元來組成大面積的裝置，所以不但能使每個電漿激發單元獨立產生互不相干的電漿源而達到高密度及高均勻度之大面積電漿，還可排除大面積石英玻璃所帶來的高成本及易受到大氣壓力壓縮變形或碎裂的問題。
為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參考以下實施例及隨附圖式，以便更充分地了解本發明，但是本發明仍可以藉由多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限於本文所述之實施例。而在圖式中，為明確起見對於各構件以及其相對尺寸可能未按實際比例繪製。
圖1A是依照本發明之第一實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖。
請參照圖1A，第一實施例之微波電漿激發裝置100至少包括一電漿反應腔室102、具有多個窗口106的金屬窗框104、多個窗格108、多個微波發射機110以及多個導波管112。上述金屬窗框104是設置於電漿反應腔室102的一面，其材料可用金屬合金，如鋁合金等。上述窗格108例如石英、陶瓷或其他耐高溫之介電材料。至於微波發射機110之功率輸出可為連續式的，亦可為脈衝式的。
圖1B則是圖1A之微波電漿激發裝置的上視圖，且圖1A的是圖1B之I-I線段之剖面。
請同時參照圖1A與圖1B，窗格108設置於金屬窗框104的窗口106內，如圖1B的斜線部份即代表金屬窗框104。微波發射機110設置於電漿反應腔室102外，而每一個導波管112則分別連接一個微波發射機110與一個窗格108，以構成產生微波電漿(適用壓力範疇為10-2Torr~10-1Torr)的多個電漿激發單元114。為使激發之電漿往下順利擴散至電漿反應腔室102內，可將窗口106外緣設計成斜面116。另外，上述電漿激發單元114還可交錯配置，如圖2所示。此外，在圖1B中顯示12個窗格108，所以表示這個微波電漿激發裝置100有12個電漿激發單元114。當然本發明並不限於此，還需依照進行電漿處理的所需面積，來設計之微波電漿激發裝置100的尺寸以及其中的電漿激發單元114個數；換句話說，擴充電漿激發單元114之個數，即可擴大整體的微波電漿激發裝置100之面積。另一方面，每一組電漿激發單元之微波發射機之輸出功率 可以被獨立控制，藉此調整區域性之電漿密度，進而提高整體的微波電漿激發裝置之電漿均勻度。
圖3是依照本發明之第二實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖，其中使用與圖1A相同的元件符號來代表相同或類似的構件，但是各構件之位置與比例並未按實際狀況繪製。
請參照圖3，第二實施例的微波電漿激發裝置300除了第一實施例所記載的結構外，還可在每一導波管112與電漿反應腔室102之間設置阻抗匹配(Impedance Matching)元件302或採用一段漸變開口大小的導波管作為阻抗匹配元件(未繪於圖示)，以降低微波反射功率。至於金屬窗框104內還可設計多個反應氣體通道304，將反應氣體傳輸到每一電漿激發單元114底下，並且可搭配多個連通上述反應氣體通道304並從窗口106開孔之多個進氣孔洞306，以使電漿反應氣體藉由這些進氣孔洞306進入電漿反應腔室102，譬如將進氣孔洞306設在窗口106的斜面116部份。而在金屬窗框104內還可設計多個冷卻水管通道308，應用於冷卻永久磁鐵402以及O型環404。
圖4是依照本發明之第三實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖，其中使用與圖3相同的元件符號來代表相同或類似的構件。
請參照圖4，第二實施例的微波電漿激發裝置400在金屬窗框104上設有多個能產生電子迴旋共振(electron cyclotron resonance，簡稱ECR)之永久磁鐵402，所以這樣的裝置是能產生ECR電漿(適用壓力範疇為10-4Torr~10-2 Torr)的電漿激發裝置。永久磁鐵402可設置在冷卻水管通道308的上方。在微波電漿激發裝置400中配置O型環404，將其裝置在金屬窗框104與窗格108之間的預留溝槽中，以實現電漿反應腔室102的真空環境。
圖5是36個電漿激發單元所構成的ECR電漿激發裝置500之上視圖，其中僅繪示金屬窗框502、電漿激發單元之導波管橫截面位置504、永久磁鐵506的位置與窗口508的位置。至於永久磁鐵506的配置，其目的在於提供電子迴旋共振之必要磁場，並不限於使用柱狀磁鐵，亦可使用其他式樣之磁鐵。
綜上所述，本發明使用多個小窗格搭配金屬窗框所構成的多重電漿激發裝置，不但能使每個電漿激發單元獨立產生互不相干的電漿激發單元而實現高均勻度之大面積電漿，還可免去習知使用大面積微波耦合窗所帶來的高成本及易變形損壞等問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故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。
100、300、400‧‧‧微波電漿激發裝置
102‧‧‧電漿反應腔室
104、502‧‧‧金屬窗框
106、508‧‧‧窗口
108‧‧‧窗格
110‧‧‧微波發射機
112、504‧‧‧導波管
114‧‧‧電漿激發單元
116‧‧‧斜面
302‧‧‧阻抗匹配元件
304‧‧‧反應氣體通道
306‧‧‧進氣孔洞
308‧‧‧冷卻水管通道
402、506‧‧‧永久磁鐵
404‧‧‧O型環
500‧‧‧ECR電漿激發裝置
圖1A是依照本發明之第一實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖。
圖1B則是圖1A之微波電漿激發裝置的上視圖。
圖2顯示第一實施例的另一例之微波電漿激發裝置上 視圖。
圖3是依照本發明之第二實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖。
圖4是依照本發明之第三實施例之一種微波電漿激發裝置的剖面示意圖。
圖5是36個電漿激發單元所構成的ECR電漿激發裝置之上視圖。
100‧‧‧微波電漿激發裝置
102‧‧‧電漿反應腔室
104‧‧‧金屬窗框
106‧‧‧窗口
108‧‧‧窗格
110‧‧‧微波發射機
112‧‧‧導波管
114‧‧‧電漿激發單元
116‧‧‧斜面

Claims (2)

  1. 一種微波電漿激發裝置，包括：一電漿反應腔室；一金屬窗框，設置於該電漿反應腔室的一面，且該金屬窗框具有多個窗口；多個窗格，設置於該金屬窗框的該些窗口內；多個微波發射機，設置於該電漿反應腔室外；多個導波管，每一導波管分別連接每一所述微波發射機與該電漿反應腔室，以構成多個電漿激發單元；以及多個產生電子迴旋共振之永久磁鐵，每一永久磁鐵分別放置於該電漿反應腔室上方的每一所述導波管的兩側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微波電漿激發裝置，其中每一電漿激發單元構成一獨立控制之電漿激發裝置，擴充該電漿激發單元之個數，即可擴大整體微波電漿激發裝置之面積。
TW100101138A 2011-01-12 2011-01-12 微波電漿激發裝置 TWI465158B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100101138A TWI465158B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 微波電漿激發裝置
CN201110065895.3A CN102595759B (zh) 2011-01-12 2011-03-18 微波等离子体激发装置
US13/110,934 US8603402B2 (en) 2011-01-12 2011-05-19 Microwave-excited plasma device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100101138A TWI465158B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 微波電漿激發裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201230886A TW201230886A (en) 2012-07-16
TWI465158B true TWI465158B (zh) 2014-12-11

Family

ID=46455395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100101138A TWI465158B (zh) 2011-01-12 2011-01-12 微波電漿激發裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8603402B2 (zh)
CN (1) CN102595759B (zh)
TW (1) TWI465158B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5893865B2 (ja) * 2011-03-31 2016-03-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびマイクロ波導入装置
TWI458678B (zh) 2011-12-30 2014-11-01 Ind Tech Res Inst 石墨烯層的形成方法
CN105088196A (zh) * 2015-08-26 2015-11-25 中国科学院等离子体物理研究所 一种大面积、高密度微波等离子体产生装置
US9767992B1 (en) 2017-02-09 2017-09-19 Lyten, Inc. Microwave chemical processing reactor
US9997334B1 (en) 2017-02-09 2018-06-12 Lyten, Inc. Seedless particles with carbon allotropes
US10920035B2 (en) 2017-03-16 2021-02-16 Lyten, Inc. Tuning deformation hysteresis in tires using graphene
WO2018169889A1 (en) 2017-03-16 2018-09-20 Lyten, Inc. Carbon and elastomer integration
US10756334B2 (en) 2017-12-22 2020-08-25 Lyten, Inc. Structured composite materials
CN112105922A (zh) 2018-01-04 2020-12-18 利腾股份有限公司 谐振气体传感器
US10644368B2 (en) 2018-01-16 2020-05-05 Lyten, Inc. Pressure barrier comprising a transparent microwave window providing a pressure difference on opposite sides of the window
NO345052B1 (en) * 2018-05-08 2020-09-07 Bergen Teknologioverfoering As Large area microwave plasma chemical vapour deposition (la mpcvd) reactor apparatus and method for providing same
US11037765B2 (en) * 2018-07-03 2021-06-15 Tokyo Electron Limited Resonant structure for electron cyclotron resonant (ECR) plasma ionization
CN113797870B (zh) * 2021-04-01 2022-06-07 昆明理工大学 一种开合式微波催化反应装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985091A (en) * 1995-09-21 1999-11-16 Canon Kabushiki Kaisha Microwave plasma processing apparatus and microwave plasma processing method
TW463265B (en) * 1996-11-20 2001-11-11 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus
TWM261951U (en) * 2004-08-06 2005-04-11 Atomic Energy Council Microwave plasma source device with coupled harmonic waveguide
TW200809911A (en) * 2006-06-14 2008-02-16 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
TW200901317A (en) * 2007-03-08 2009-01-01 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus, plasma processing method, and storage medium

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19634795C2 (de) * 1996-08-29 1999-11-04 Schott Glas Plasma-CVD-Anlage mit einem Array von Mikrowellen-Plasmaelektroden und Plasma-CVD-Verfahren
JP3217274B2 (ja) * 1996-09-02 2001-10-09 株式会社日立製作所 表面波プラズマ処理装置
US6246175B1 (en) * 1999-10-25 2001-06-12 National Science Council Large area microwave plasma generator
TW560817U (en) 2002-12-25 2003-11-01 Ind Tech Res Inst Surface microwave plasma exciting device of multi-microwave source
KR20050079860A (ko) * 2004-02-07 2005-08-11 삼성전자주식회사 마이크로 웨이브 공급장치, 이를 이용한 플라즈마공정장치 및 플라즈마 공정방법
US20080099447A1 (en) * 2006-10-06 2008-05-01 Makoto Ando Plasma processing apparatus and plasma processing method
CN101413115B (zh) * 2007-10-19 2010-08-25 财团法人工业技术研究院 等离子体辅助薄膜沉积方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985091A (en) * 1995-09-21 1999-11-16 Canon Kabushiki Kaisha Microwave plasma processing apparatus and microwave plasma processing method
TW463265B (en) * 1996-11-20 2001-11-11 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus
TWM261951U (en) * 2004-08-06 2005-04-11 Atomic Energy Council Microwave plasma source device with coupled harmonic waveguide
TW200809911A (en) * 2006-06-14 2008-02-16 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
TW200901317A (en) * 2007-03-08 2009-01-01 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus, plasma processing method, and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
CN102595759B (zh) 2014-09-03
CN102595759A (zh) 2012-07-18
TW201230886A (en) 2012-07-16
US20120177542A1 (en) 2012-07-12
US8603402B2 (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI465158B (zh) 微波電漿激發裝置
KR101115996B1 (ko) 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
JP4878782B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5013393B2 (ja) プラズマ処理装置と方法
JP4597792B2 (ja) 処理ガス供給構造およびプラズマ処理装置
WO2002023609A1 (fr) Procede de gravure de silicium a vitesse elevee
US20160217979A1 (en) Microwave plasma processing device
US7478609B2 (en) Plasma process apparatus and its processor
KR101256850B1 (ko) 마이크로파 플라즈마 처리 장치
TW200402104A (en) Inductor-coupled plasma processing device
KR101187100B1 (ko) 마이크로파-여기 플라즈마 처리 장치
KR20140016198A (ko) 광 ｃｖｄ막의 제조 방법 및 광 ｃｖｄ막의 제조 장치
WO2010016423A1 (ja) 誘電体窓、誘電体窓の製造方法、およびプラズマ処理装置
JP4390604B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2003203904A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2009146837A (ja) 表面波励起プラズマ処理装置
JP2008276984A (ja) プラズマ処理装置及び誘電体窓
JPH01134926A (ja) プラズマ生成源およびそれを用いたプラズマ処理装置
JP4469199B2 (ja) プラズマ処理装置
US20150155141A1 (en) Plasma processing apparatus
JP2001118698A (ja) 表面波励起プラズマの生成方法およびプラズマ発生装置
JP2010219003A (ja) マイクロ波ラインプラズマ発生装置
JP2008282947A (ja) プラズマ発生装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
WO2019095442A1 (zh) 化学气相沉积设备及成膜方法
JP2005197371A (ja) マイクロ波放電による大面積・高密度プラズマの生成方法及び装置