電容耦合式射頻電漿源的製作方法
2023-12-11 02:00:57 1
專利名稱：電容耦合式射頻電漿源的製作方法
技術領域：
本發明是有關一種電容耦合式射頻電漿源，尤其是一種大面積電容耦合式射頻電
漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每埠的輸入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。
背景技術：
隨著薄膜太陽電池的玻璃基板面積不斷擴大，大面積電漿源的面積也必須隨之擴大。因此，如果可以有效排除大面電漿源的駐波效應，那麼也就掌握了大面電漿源的核心技術。
大面積電漿源是應用於薄膜太陽電池(尤指使用玻璃基板的薄膜太陽電池)的電將輔助化學氣相沉積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor-phaseD印osition， PECVD)工藝的電漿工藝設備。不同於線型電漿源的電漿線型長度僅在一維方向延伸，大面積電漿源的電漿面積必須在二維方向上延展。而現在玻璃基板的面積多已超過1平方公尺，因此大面積電漿源的面積也必須超過1平方公尺。另一方面，沉積矽薄膜的電漿源多以VHF頻段(40 80MHz)的電容耦合式射頻電漿源為主。使用此頻段激發電漿的原因有兩個一、電漿密度在此工藝壓力下較HF頻段(13.56MHz)的電容耦合式射頻電漿源為高；二、電漿鞘層(Plasma Sheath)電位相較為低。電漿密度較高可獲致較高的沉積速率；電漿鞘層電位較低則可減少電漿中離子對薄膜的轟擊，提高薄膜沉積的品質。然而頻率越高，駐波效應越趨嚴重，尤其當電容耦合式射頻電漿源的面積大於1平方公尺，並且頻率從HF頻段提高至VHF頻段，兩者皆加劇駐波現象的形成。駐波效應將嚴重影響電漿的均勻度，也就是嚴重影響沉積矽薄膜厚度的均勻度。 由於目前薄膜太陽電池的玻璃基板多使用矩形或正方形，因此電容耦合式射頻電
漿源多使用矩形或正方形的電極。然而，駐波效應依然無可避免。若將電極面積為l平方
公尺的電容耦合式射頻電漿源的電場強度分布藉由高頻結構仿真器求出馬克思威爾方程
式(Maxwell Equations)的解，將可明白，頻率越高，駐波現象越為明顯。 為了消除矩形電極的電容耦合式射頻電漿源的駐波效應，美國專利第7， 141,516
號提出一種射頻電漿源，如圖1所示。在圖1中，該射頻電漿源1包括一電漿腔體10、兩輸
入埠 11與12、兩阻抗匹配器13與14、兩射頻電源供應器15與16、一相位調節器(phase
modulator) 17以及兩震蕩器18與19。其中，藉由上述的配置，使得其中一埠與另一埠
相差一可調節的相位差，從而改變駐波的位置。就時間平均而言，電場是均勻的。因此，藉
由高頻結構仿真器的計算，將可理解駐波波結位置隨相位差的變化而上下移動。 在本發明中，提出一種電容耦合式射頻電漿源，其為一種大面積電容耦合式射頻
電漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每埠的輸
入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。
發明內容
本發明之一目的在於提供一種電容耦合式射頻電漿源，其為一種大面積電容耦合式射頻電漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每埠的輸入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。 本發明之另一目的在於提供一種電容耦合式射頻電漿源，其為一種大面積電容耦合式射頻電漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，藉由調整兩輸入端的相位差，以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。 為了達成上述的目的，本發明提供一種電容耦合式射頻電漿源，其包括一第一輸入埠 ，耦接至一矩形電極；一第二輸入埠 ，耦接至該矩形電極；一第一阻抗調節器，耦接至該第一輸入埠 ；一第二阻抗調節器，耦接至該第二輸入埠 ；一阻抗匹配電路，分別耦接至該第一阻抗調節器與該第二阻抗調節器；以及一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。 在另一實施例中，本發明更提供一種電容耦合式射頻電漿源，其包括一第一輸入埠 ，耦接至一矩形電極；一第二輸入埠 ，耦接至該矩形電極；一相位延遲裝置，耦接至該第一輸入埠 ；一阻抗匹配電路，分別耦接至該相位延遲裝置與該第二輸入埠 ；以及一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。 在另一實施例中，本發明更提供一種電容耦合式射頻電漿源，其包括一第一輸入埠，耦接至一矩形電極；一第二輸入埠，耦接至該矩形電極；一對具有相位延遲的傳輸線，其分別耦接至該第一輸入埠與該第二輸入埠 ；一阻抗匹配電路，分別耦接至該對具有相位延遲的傳輸線；以及一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。
圖1為一現有射頻電漿源示意圖； 圖2為本發明第一具體實施例的射頻電漿源示意圖示意 圖3為本發明第二具體實施例的射頻電漿源示意圖示意圖。
其中，主要附圖標記為1_射頻電漿源10--電漿腔體11--輸入埠12--輸入埠13--阻抗匹配器14--阻抗匹配器15--射頻電源供應器16--射頻電源供應器17--相位調節器18--震蕩器19--震蕩器2_射頻電漿源201-矩形電極
202-矩形電極
21--第一輸入埠
4
22-第二輸入埠23-第一阻抗調節器24-第二阻抗調節器25-阻抗匹配電路26-射頻電源供應器3-射頻電漿源
301-矩形電極302-矩形電極31-第一輸入埠32-第二輸入埠33-相位延遲裝置34-阻抗匹配電路35-射頻電源供應器
具體實施例方式
為進一步說明對本發明的特徵、目的及功能，下文特將本發明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，詳細說明陳述如下 請參閱圖2，其為本發明第一具體實施例的射頻電漿源示意圖示意圖。在第二圖中，電容耦合式射頻電漿源2包括一第一輸入埠 21、一第二輸入埠 22、一第一阻抗調節器23、一第二阻抗調節器24、一阻抗匹配電路25以及一射頻電源供應器26。詳而言之，第一輸入埠 21與第二輸入埠 22分別耦接至一矩形電極201。該矩形電極201與另一接地的矩形電極202平行設置，以容納一電漿腔體(圖中未示)。第一阻抗調節器23與第二阻抗調節器24分別耦接至該第一輸入埠 21與該第二輸入埠 22，藉以調節輸入該第一輸入埠 21與該第二輸入埠 22的輸入阻抗。另外，阻抗匹配電路25為了將射頻電源供應器26所產生的射頻電源傳輸至第一阻抗調節器23與第二阻抗調節器24，以避免因為阻抗不匹配而於產生高頻反射的現象。 在本具體實施例中，第一阻抗調節器23可包括一電感與一可變電阻。藉由選擇並調整上述被動組件的數值，而決定第一輸入埠 21的輸入阻抗。較佳者，第二阻抗調節器24包括一可變電阻。藉由選擇並調整上述被動組件的數值，而決定第二輸入埠 22的輸入阻抗。舉例而言，第一輸入埠 21的輸入阻抗可為R,j&(1^ :第一實部阻抗；j^ :第一虛
部組抗)。第二輸入埠 22的輸入阻抗為R2+jX2(R2 :第二實部阻抗；jX2 :第二虛部組抗)。
藉由上述實施例的實施，僅使用一射頻電源供應器，可使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每埠的輸入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。 此外，第一輸入埠 21與該第二輸入埠 22分別位於該矩形電極201的兩個側邊，並對稱於中線，以達成電漿的均勻化。 請再參閱圖3，其為本發明第二具體實施例的射頻電漿源示意圖示意圖。在圖3中，電容耦合式射頻電漿源3包括一第一輸入埠 31、一第二輸入埠 32、一相位延遲裝置33、一阻抗匹配電路34以及一射頻電源供應器35。詳而言之，第一輸入埠 31與第二輸入埠 32分別耦接至一矩形電極301。該矩形電極301與另一接地的矩形電極302平行設置，以容納一電漿腔體(圖中未示)。相位延遲裝置33耦接至該第一輸入埠 31，使得第一輸入埠 31與第二輸入埠 32之間產生相位差。另外，阻抗匹配電路34為了將射頻電源供應器35所產生的射頻電源傳輸至相位延遲裝置33與第二輸入埠 32，以避免因為阻抗不匹配而於產生高頻反射的現象。 在本具體實施例中，該相位延遲裝置33為一相位延遲的傳輸線。藉由上述實施例的實施，僅使用一射頻電源供應器，可使射頻功率以雙埠的方式輸入，藉由調整兩輸入端的相位差，以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。 此外，第一輸入埠 31與該第二輸入埠 32分別位於該矩形電極301的兩個側邊，並對稱於中線，以達成電漿的均勻化。 除了上述的兩個具體實施例之外，任何具有本領域技術人員，均可在不脫離本發明的精神與範圍的情況之下，提出各種變化與修飾。舉例而言，為了達成第三圖的兩輸入端31與32之間具有相位差，可以將第三圖中的兩輸入端31與32與阻抗匹配電路34之間以一對具有相位延遲的傳輸線來取代原有圖3中的的相位延遲裝置33。如此，亦可消除矩形電極之間的駐波效應，並達成電漿的均勻化。 綜上所述，當知本發明提供一種電容耦合式射頻電漿源，其為一種大面積電容耦
合式射頻電漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每
埠的輸入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在不背離本發
明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和
變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
一種電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，包括一第一輸入埠，耦接至一矩形電極；一第二輸入埠，耦接至該矩形電極；一第一阻抗調節器，耦接至該第一輸入埠；一第二阻抗調節器，耦接至該第二輸入埠；一阻抗匹配電路，分別耦接至該第一阻抗調節器與該第二阻抗調節器；以及一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。
2. 如權利要求1所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第一阻抗調節器包括 一電感與一可變電阻。
3. 如權利要求1所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第二阻抗調節器包括 一可變電阻。
4. 如權利要求1所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第一輸入埠與該第 二輸入埠分別位於該矩形電極的兩個側邊，並對稱於中線。
5. 如權利要求1所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第一輸入埠的輸入 阻抗為R,jXp
6. 如權利要求1所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第二輸入埠的輸入 阻抗為R2+jX2。
7. —種電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，包括 一第一輸入埠，耦接至一矩形電極； 一第二輸入埠，耦接至該矩形電極； 一相位延遲裝置，耦接至該第一輸入埠 ；一阻抗匹配電路，分別耦接至該相位延遲裝置與該第二輸入埠 ；以及 一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。
8. 如權利要求7所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第一輸入埠與該第二輸入埠分別位於該矩形電極的兩個側邊，並對稱於中線。
9. 如權利要求7所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該相位延遲裝置為一相 位延遲的傳輸線。
10. —種電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，包括 一第一輸入埠 ，耦接至一矩形電極； 一第二輸入埠，耦接至該矩形電極；一對具有相位延遲的傳輸線，其分別耦接至該第一輸入埠與該第二輸入埠 ； 一阻抗匹配電路，分別耦接至該對具有相位延遲的傳輸線；以及 一射頻電源供應器，耦接至該阻抗匹配電路。
11. 如權利要求io所述的電容耦合式射頻電漿源，其特徵在於，該第一輸入埠與該第二輸入埠分別位於該矩形電極的兩個側邊，並對稱於中線。
全文摘要
本發明公開了一種電容耦合式射頻電漿源，其為一種大面積電容耦合式射頻電漿源，其僅使用一射頻電源供應器，而使射頻功率以雙埠的方式輸入，並且每埠的輸入阻抗可以個別調整，用以消除駐波效應，並達成電漿的均勻化。
文檔編號H05H1/46GK101770922SQ20081018775
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者吳東權, 吳慶輝, 張家豪, 張志振, 梁沐旺, 羅展興, 黃振榮 申請人:財團法人工業技術研究院