專利名稱：微波等離子體激發(fā)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種等離子體激發(fā)裝置，且特別是涉及一種成本低且可實現(xiàn)大面積等離子體制作工藝的微波等離子體激發(fā)裝置。
背景技術：
微波等離子體技術是一種以微波激發(fā)氣體并使氣體離子化而形成等離子體的技術，包括半導體晶片制作工藝、封裝制作工藝乃至于近來廣受各界注意的太陽能技術等，均已廣泛運用此技術并期得到一較佳的制作工藝合格率。為了因應大面積等離子體程序，等離子體源必須朝二維方向延伸。而且，在制作工藝期間往往需要使用高密度且高均勻度的等離子體源，以確保沉積薄膜速率及品質，所以目前已有采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(xiàn)一維線型等離子體源，因此并不符合二維大面積等離子體程序的需求。另外，中國臺灣專利證書號215250也曾提出多重微波源的概念，來實現(xiàn)大面積等離子體激發(fā)裝置。惟因隨等離子體源面積的擴大，其中微波耦合窗的面積也需隨之擴大。然而，此耦合窗通常以大面積平板石英玻璃或陶瓷制成，當其面積擴大時，其大氣壓力耐受度將面臨嚴格的考驗，通常會發(fā)生變形或碎裂的問題，造成擴大等離子體源面積的主要瓶頸。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微波等離子體激發(fā)裝置，能降低成本并具有可大面積化、高密度及高均勻度的等離子體特性。為達上述目的，本發(fā)明提出一種微波等離子體激發(fā)裝置，包括一等離子體反應腔室、一金屬窗框、多個窗格、多個微波發(fā)射機以及多個導波管。所述金屬窗框設置于等離子體反應腔室的一面，且金屬窗框具有多個窗口。窗格則設置于金屬窗框的窗口內。微波發(fā)射機設置于等離子體反應腔室外，而導波管分別連接各個微波發(fā)射機與各個窗格，以構成多個等離子體激發(fā)單元。在本發(fā)明的一實施例中，上述微波等離子體激發(fā)裝置還可包括介于每一導波管與等離子體反應腔室之間的一阻抗匹配(Impedance Matching)元件。在本發(fā)明的一實施例中，上述窗格例如石英、陶瓷或其他耐高溫的介電材料。在本發(fā)明的一實施例中，上述微波等離子體激發(fā)裝置還可包括多個產生電子回旋共振(electron-cyclotron-resonance，簡稱ECR)的永久磁鐵，分別放置于金屬窗框上。在本發(fā)明的一實施例中，上述金屬窗框內還可包括多個冷卻水管通道，對應設置于永久磁鐵底下。在本發(fā)明的一實施例中，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并從窗口開出上述進氣孔洞，以使等離子體反應氣體通過這些進氣孔洞進入等離子體反應腔室。在本發(fā)明的一實施例中，上述微波等離子體激發(fā)裝置還可包括多個0型環(huán)，設置于金屬窗框與每一窗格之間的預留溝槽中。在本發(fā)明的一實施例中，每一等離子體激發(fā)單元構成一獨立控制的等離子體激發(fā)裝置，擴充所述等離子體激發(fā)單元的個數(shù)，即可擴大整體的微波等離子體激發(fā)裝置的面積?；谏鲜?，本發(fā)明為實現(xiàn)大面積(電子回旋共振)微波等離子體源，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等離子體激發(fā)單元來組成大面積的裝置， 所以不但能使每個等離子體激發(fā)單元獨立產生互不相干的等離子體源而達到高密度及高均勻度的大面積等離子體，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(fā)明的上述特征能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。


圖IA是依照本發(fā)明的第一實施例的一種微波等離子體激發(fā)裝置的剖面示意圖；圖IB則是圖IA的微波等離子體激發(fā)裝置的上視圖；圖2顯示第一實施例的另一例的微波等離子體激發(fā)裝置上視圖；圖3是依照本發(fā)明的第二實施例的一種微波等離子體激發(fā)裝置的剖面示意圖；圖4是依照本發(fā)明的第三實施例的一種微波等離子體激發(fā)裝置的剖面示意圖；圖5是36個等離子體激發(fā)單元所構成的ECR等離子體激發(fā)裝置的上視圖。主要元件符號說明100,300,400 微波等離子體激發(fā)裝置102 等離子體反應腔室104,502 金屬窗框106、508:窗口108:窗格110:微波發(fā)射機112、504:導波管114:等離子體激發(fā)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 0 型環(huán)500 =ECR等離子體激發(fā)裝置
具體實施例方式請參考以下實施例及隨附附圖，以便更充分地了解本發(fā)明，但是本發(fā)明仍可以通過多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限于本文所述的實施例。而在附圖中，為明確起見對于各構件以及其相對尺寸可能未按實際比例繪制。圖IA是依照本發(fā)明的第一實施例的一種微波等離子體激發(fā)裝置的剖面示意圖。請參照圖1A，第一實施例的微波等離子體激發(fā)裝置100至少包括一等離子體反應腔室102、具有多個窗口 106的金屬窗框104、多個窗格108、多個微波發(fā)射機110以及多個導波管112。上述金屬窗框104是設置于等離子體反應腔室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、陶瓷或其他耐高溫的介電材料。至于微波發(fā)射機 110的功率輸出可為連續(xù)式的，也可為脈沖式的。圖IB則是圖IA的微波等離子體激發(fā)裝置的上視圖，且圖IA的是圖IB的1_1線段的剖面。請同時參照圖IA與圖1B，窗格108設置于金屬窗框104的窗口 106內，如圖IB的斜線部分即代表金屬窗框104。微波發(fā)射機110設置于等離子體反應腔室102外，而每一個導波管112則分別連接一個微波發(fā)射機110與一個窗格108，以構成產生微波等離子體(適用壓力范疇為IO-2Torr I(T1T0rr)的多個等離子體激發(fā)單元114。為使激發(fā)的等離子體往下順利擴散至等離子體反應腔室102內，可將窗口 106外緣設計成斜面116。另外，上述等離子體激發(fā)單元114還可交錯配置，如圖2所示。此外，在圖IB中顯示12個窗格108，所以表示這個微波等離子體激發(fā)裝置100有12個等離子體激發(fā)單元114。當然本發(fā)明并不限于此，還需依照進行等離子體處理的所需面積，來設計的微波等離子體激發(fā)裝置100的尺寸以及其中的等離子體激發(fā)單元114個數(shù)；換句話說，擴充等離子體激發(fā)單元114的個數(shù)， 即可擴大整體的微波等離子體激發(fā)裝置100的面積。另一方面，每一組等離子體激發(fā)單元的微波發(fā)射機的輸出功率可以被獨立控制， 由此調整區(qū)域性的等離子體密度，進而提高整體的微波等離子體激發(fā)裝置的等離子體均勻度。圖3是依照本發(fā)明的第二實施例的一種微波等離子體激發(fā)裝置的剖面示意圖，其中使用與圖IA相同的元件符號來代表相同或類似的構件，但是各構件的位置與比例并未按實際狀況繪制。請參照圖3，第二實施例的微波等離子體激發(fā)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與等離子體反應腔室102之間設置阻抗匹配(Impedance Matching)元件302或采用一段漸變開口大小的導波管作為阻抗匹配元件(未繪于圖示)， 以降低微波反射功率。至于金屬窗框104內還可設計多個反應氣體通道304，將反應氣體傳輸?shù)矫恳坏入x子體激發(fā)單元114底下，并且可搭配多個連通上述反應氣體通道304并從窗口 106開孔的多個進氣孔洞306，以使等離子體反應氣體通過這些進氣孔洞306進入等離子體反應腔室102，譬如將進氣孔洞306設在窗口 106的斜面116部分。而在金屬窗框104 內還可設計多個冷卻水管通道308，應用于冷卻永久磁鐵402以及0型環(huán)404。圖4是依照本發(fā)明的第三實施例的一種微波等離子體激發(fā)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，第二實施例的微波等離子體激發(fā)裝置400在金屬窗框104上設有多個能產生電子回旋共振(electron cyclotron resonance，簡稱ECR)的永久磁鐵402，所以這樣的裝置是能產生ECR等離子體(適用壓力范疇為KT4Torr I(T2Torr)的等離子體激發(fā)裝置。永久磁鐵402可設置在冷卻水管通道308的上方。在微波等離子體激發(fā)裝置400中配置0型環(huán)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(xiàn)等離子體反應腔室102的真空環(huán)境。圖5是36個等離子體激發(fā)單元所構成的ECR等離子體激發(fā)裝置500的上視圖，其中僅繪示金屬窗框502、等離子體激發(fā)單元的導波管橫截面位置504、永久磁鐵506的位置與窗口 508的位置。至于永久磁鐵506的配置，其目的在于提供電子回旋共振的必要磁場， 并不限于使用柱狀磁鐵，也可使用其他式樣的磁鐵。綜上所述，本發(fā)明使用多個小窗格搭配金屬窗框所構成的多重等離子體激發(fā)裝置，不但能使每個等離子體激發(fā)單元獨立產生互不相干的等離子體激發(fā)單元而實現(xiàn)高均勻度的大面積等離子體，還可免去現(xiàn)有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。雖然結合以上實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域中熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種微波等離子體激發(fā)裝置，包括等離子體反應腔室；金屬窗框，設置于該等離子體反應腔室的一面，且該金屬窗框具有多個窗口 ；多個窗格，設置于該金屬窗框的該些窗口內；多個微波發(fā)射機，設置于該等離子體反應腔室外；以及多個導波管，分別連接該些微波發(fā)射機之一與該些窗格之一，以構成多個等離子體激發(fā)單元。
2.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，還包括阻抗匹配元件，介于每一導波管與該等離子體反應腔室之間。
3.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，其中該些窗格為石英、陶瓷或其他耐高溫的介電材料。
4.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，還包括多個產生電子回旋共振的永久磁鐵，其分別放置于該金屬窗框上。
5.如權利要求4所述的微波等離子體激發(fā)裝置，其中該金屬窗框內還包括多個冷卻水管通道，其對應設置于該些永久磁鐵底下。
6.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，其中該金屬窗框內還包括多個反應氣體通道。
7.如權利要求6所述的微波等離子體激發(fā)裝置，其中該金屬窗框還包括多個進氣孔洞，連通該些反應氣體通道并從該些窗口開出該些進氣孔洞，以使等離子體反應氣體通過該些進氣孔洞進入該等離子體反應腔室。
8.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，還包括多個0型環(huán)，設置于該金屬窗框與每一窗格之間的預留溝槽中。
9.如權利要求1所述的微波等離子體激發(fā)裝置，其中每一等離子體激發(fā)單元構成一獨立控制的等離子體激發(fā)裝置，擴充該等離子體激發(fā)單元的個數(shù)，即可擴大整體微波等離子體激發(fā)裝置的面積。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微波等離子體激發(fā)裝置，包括一等離子體反應腔室、一金屬窗框、具有多個窗口的多個窗格、多個微波發(fā)射機以及多個導波管。所述金屬窗框設置于等離子體反應腔室的一面。窗格設置于金屬窗框的窗口內，微波發(fā)射機則設置于等離子體反應腔室外。而導波管分別連接各個微波發(fā)射機與各個窗格，以構成多個等離子體激發(fā)單元。另外，在金屬窗框上分別放置多個永久磁鐵，則可使上述微波等離子體激發(fā)裝置用作可大面積化的電子回旋共振等離子體裝置。
文檔編號H05H1/46GK102595759SQ20111006589
公開日2012年7月18日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2011年1月12日
發(fā)明者張志振, 謝宇澤, 黃昆平 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院