一种复合式电浆源制造技术

本实用新型专利技术提供一种复合式电浆源，其结合微波电浆及变压器偶合电浆的机制组成复合式电浆源以进行气体解离及化学活化。复合式电浆源的反应腔由二个微波共振腔及多组中空金属管构成，利用微波共振腔产生高强度电场产生电浆后，以变压器偶合电浆的高效率耦合机制以产生高功率及高密度电浆，可大幅提高气导，同时各组中空金属管以各组铁氧体变压器磁芯驱动以分散功率，使得各中空金属管能量密度下降，减少电浆从扩散模式(diffus ion mode)进入收缩模式(contract ion mode)的发生，进而更能提高可操作的气体流量。提高可操作的气体流量。提高可操作的气体流量。

【技术实现步骤摘要】
一种复合式电浆源


[0001]本技术是有关于一种电浆源，特别是有关于一种复合式电浆源。

技术介绍

[0002]电浆(Plasma)己广泛应用于半导体制程及其他工业制造，其优势为能将气体的分子分解，产生中性自由基、离子、原子、电子和激发分子组成的高反应性混合物以提供制程所需的各种物理及化学反应。现有许多不同的机制产生电浆，其中一种是使用铁氧体变压器磁芯产生电感耦电浆放电，其主要机制是如图1所示，利用一个铁氧体变压器磁芯502在环形真空腔(Toroidal Vacuum Chamber)500内产生感应电场，从而使气体放电。环形真空腔500的一端为气体入口506，另一端为气体出口508。此种方式类似变压器的原理，电源连接铁氧体变压器磁芯502的一次侧而电浆则成为单圈的二次侧，以磁通量相连形成良好耦合效率。电浆中感应电场驱动电子漂移电流沿着真空腔500形成闭合路径的流动，故此机制亦称为变压器耦合电浆(Transformer Coupled Plasma,TCP)。在传统技术中，铁氧体变压器磁芯502连接驱动交流电源虽能在环形真空腔500内产生感应电场以在电浆中激发电流。但环形真空腔500的结构必须要以陶瓷环形片504提供电性阻隔区，否则会对铁氧体变压器磁芯502造成短路而无法在环形真空腔500产生感应电场，而且电性阻隔区必须够小，始能产生够强的电场强度以激发及维持稳定电浆，然而铁氧体变压器磁芯502所产生的强电场在环形真空腔500的金属结构影响下会集中在陶瓷环形片504所构成的电性阻隔区，有时会引发区域性放电造成陶瓷环形片504破裂而破坏电性阻隔，甚至反放电损害驱动电源，或是引起反应腔体保护镀层脱落的问题。
[0003]Anderson在美国专利第3,500,118号及第3,987,334号中描述了这种方法。美国专利第4,180,763号则提出将铁氧体磁芯TCP应用于照明应用。Reinberg等人在美国专利第4,431,898号提出在半导体制程中以电浆去除光阻的应用。此项TCP技术己运用于解离气体提供大量活化率的电浆源。在一些高气压高气体流量的应用中，需要使用高功率密度电浆来进行工作气体的化学活化或改变气体的性质或成分，然后可以将这些化学活化的气体送到真空处理系统。此类应用被称为“远程电浆处理”包括：(1)远程腔室清洁；(2)聚合物表面的远程腔室灰化；(3)真空前级管路中的下游前级清洁和后处理气体消减。这些应用中的许多应用涉及高流量(大于1slm)的电负性电浆放电气体(如O2、NF3、SF6)和相对高的气体压力(大于1Torr)。因此，通常需要高功率密度以实现工作气体的高解离及活化的要求。在高气压高流量的操作条件下，与许多电感耦合电浆源设备一样，TCP的感应电磁场的强度不足以点燃电浆放电，而必须借由其他方式在真空反应腔中引入高强度电场来引发电浆放电，例如加装高电压电极，或是在电性隔离的部分腔体上引入高交流电压，产生局部射频辉光放电。但高电压放电装置的使用寿命及妥善率受到限制，例如曾有文献提出在电路上加入共振电路以产生高电压(1
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10kV)以有效产生区域放电以产生电浆，但是电浆产生后如果仍使用同样的电压会产生极大的电流造成功率元件损害。因此电路上必须加装高压继电器(Relay)使得电浆产生后电源电路迅速转为非共振电路以降低电压避免大电流的损害。然
而如果继电器故障或是控制讯号延迟无法立即启动继电器，将致使功率元件损害。另一方面，使用高电压极易引起真空腔体绝缘零组件的破坏造成电性短路，也会使腔体壁上的镀层脱落流入制程腔体中而造成微粒污染的情况。某些应用如面板显示器制造，因制程系统体积大必须使用大量气体(>30slm)以满足制程需要，因此在现有技术的环形真空腔的结构下，操作气压及功率密度必须大幅提高。然此状况下，由于离子和电子的碰撞、双极扩散(ambipolar diffusion)及散热效能的限制下可以导致真空腔内的圆柱形电浆(cylindrical plasma column)的直径变小使得电浆从扩散模式(diffusion mode)进入收缩模式(contraction mode)而无法充满真空腔，致使部分气体未能经由电浆反应使得整体气体活化率降低无法满足制程需求。严重时甚至产生电浆不稳定造成电浆无法维持而熄灭。因此如何改进现有技术的环形真空腔腔体结构以确保电浆稳定是进一步提升气体流量的必须克服的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于上述习知技艺的问题，本技术的目的即是针对上述现有TCP电浆技术的缺点加以改进，并为进一步提高工作气体流量提出解决方案。主要的技术在于(1)结合微波电浆及TCP电浆的机制组成复合式电浆源，利用微波共振腔产生高强度电场产生电浆后，以TCP对电浆的高效能量耦合机制产生高功率及高密度电浆。如此一方面可去除高电压点火装置的缺点，同时因微波负责激发及维持初始电浆，可以解决TCP弱电场的缺点，以提高电浆稳定性。(2)反应腔由二个微波共振腔及多组中空金属管构成，和现有技术环形真空腔(Toroidal Vacuum Chamber)相较，气导可大幅提高，使得大气流的情况下气体压力可维持在数Torr的范围。同时因为分散各组中空金属管功率，使得各中空管属管能量密度下降，减少电浆从扩散模式(Diffusion Mode)进入收缩模式(Contraction Mode)的发生。
[0005]为达前述目的，本技术提出一种复合式电浆源包含一反应腔以及至少一铁氧体变压器磁芯。该反应腔包含一第一微波共振腔、一第二微波共振腔以及至少一对中空金属管，该对中空金属管的两端分别连通该第一微波共振腔及该第二微波共振腔，其中至少一微波导入至该反应腔中，借以将该反应腔中的一工作气体激发成一电浆。该铁氧体变压器磁芯包含一铁氧体磁芯具有两空心区域分别套设于该对中空金属管上、一感应线圈借由该两空心区域缠绕该铁氧体磁芯以及一驱动电源电性连接该感应线圈，借以在该反应腔的该对中空金属管中产生一感应电场，该感应电场激发该电浆借以在该反应腔中形成具有一闭合路径的一电流，借以进一步游离该工作气体以提升该电浆的密度。
[0006]其中，该电流循环通过该第一微波共振腔、该对中空金属管及该第二微波共振腔以构成该闭合路径。
[0007]其中，更包含至少一微波源设于该反应腔的该第一微波共振腔、该第二微波共振腔或者是该第一微波共振腔与该第二微波共振腔上，用以将该微波导入该反应腔中。
[0008]其中，该微波源包含同轴设置的一磁控管、一中央金属棒及一圆柱形外管，该中央金属棒位于该圆柱形外管中，该中央金属棒的一端连接该磁控管的一输出天线，该中央金属棒的另一端伸入该反应腔中，借以将该磁控管所产生的该微波经由该中央金属棒及该圆柱形外管导入该反应腔中。
[0009]其中，该微波源更包含一微波匹配元件，用以减少该磁控管所产生的该微波经由
该中央金属棒及该圆柱形外管导入该反应腔中时的一反射量，使得该微波进入该反应腔中。
[0010]其中，该微波匹配元件包含一金属同轴管横向设于该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式电浆源，其特征在于，包含：一反应腔，该反应腔包含一第一微波共振腔、一第二微波共振腔以及至少一对中空金属管，该对中空金属管的两端分别连通该第一微波共振腔及该第二微波共振腔，其中至少一微波导入至该反应腔中，借以将该反应腔中的一工作气体激发成一电浆；以及至少一铁氧体变压器磁芯，该铁氧体变压器磁芯包含一铁氧体磁芯具有两空心区域分别套设于该对中空金属管上、一感应线圈借由该两空心区域缠绕该铁氧体磁芯以及一驱动电源电性连接该感应线圈，借以在该反应腔的该对中空金属管中产生一感应电场，该感应电场激发该电浆借以在该反应腔中形成具有一闭合路径的一电流，借以进一步游离该工作气体以提升该电浆的密度。2.如权利要求1所述的复合式电浆源，其特征在于：该电流循环通过该第一微波共振腔、该对中空金属管及该第二微波共振腔以构成该闭合路径。3.如权利要求1所述的复合式电浆源，其特征在于：更包含至少一微波源设于该反应腔的该第一微波共振腔、该第二微波共振腔或者是该第一微波共振腔与该第二微波共振腔上，用以将该微波导入该反应腔中。4.如权利要求3所述的复合式电浆源，其特征在于：该微波源包含同轴设置的一磁控管、一中央金属棒及一圆柱形外管，该中央金属棒位于该圆柱形外管中，该中央金属棒的一端连接该磁控管的一输出天线，该中央金属棒的另一端伸入该反应腔中，借以将该磁控管所产生的该微波经由该中央金属棒及该圆柱形外管导入该反应腔中。5.如权利要求4所述的复合式电浆源，其特征在于：该微波源更包含一微波匹配元件，用以减少该磁控管所产生的该微波经由该中央金属棒及该圆柱形外管导入该反应腔中时的一反射量，使得该微波进入该反应腔中。6.如权利要求5所述的复合式电浆源，其特征在于：该微波匹配元件包含一金属同轴管横向设于该圆柱形外管上，其中该金属同轴管具有同轴设置的一横向管、一金属板及一横杆，该横向管横向设于该圆柱形外管上，该横杆从该圆柱形外管延伸入该横向管中，且该金属板设于该横杆上。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇崇善，
申请(专利权)人：明远精密科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：