[发明专利]大面积等离子体处理装置与均匀等离子体生成方法

说明书

技术领域

本发明为利用放电用气体的辉光放电所产生的电浆（也称为：等离子体），应用在基板表面拟实施的各种机能化处理的大面积等离子体处理装置与均匀等离子体生成方法。特别是一种以频率30MHz - 300MHz的超高频电源作为产生放电用气体的辉光放电条件下，产生等离子体或反应性等离子体的大面积等离子体处理装置与均匀等离子体生成方法。 

现有技术

对于真空容器内设置2片平行平板电极的装置而言，从同轴电缆供给超高频电力(通常的射频频率为13.56MHz)于电极中央的周边多点供给方法，以达到薄膜的均匀目的。 

为了提升制膜速度(或蚀刻速度)，专家们提出了以超高频电力(30MHz~300MHz)作为等离子体源的方案，以致逐渐被广泛需求与应用。然而在使用超高频率即提高频率降低波长(变短)时，等离子体分布会因波长变短相对需要增加基板尺寸时，容易产生驻波效应。换言之，在超高频率领域下供给电力的同轴电缆线外部导体容易放出电磁波，产生天线效应，在电缆线周边发生异常放电，使得在大面积沉积的薄膜均匀性不易达成。 

为了避免异常放电发生，传统手法多半在电缆在线覆盖一层以上绝缘体以防止异常放电。但上述手法虽然可以阻止部分缆在线的放电，但无法有效避免缆线和真空容器等的异常放电所造成的电力消耗。 

举例，制作大面积高质量的硅薄膜太阳能电池设备所需功能性条件的要求，在于能制作1m×1m以上大面积均匀度良好的制程设备。例如使用60MHz超高频等离子体源的电磁波波长为5m，电极宽度设计应为5m x 1/8波长以下宽度，即电极宽度大于62cm时，放电电极上会形成驻波效应，放电电压会不稳定，等离子体分布也变得不均匀。 

为了解决上述问题，可采用下列的一方法解决： 

1.放电电极采用金属球镜面，使等离子体分布均匀化。

2.采用180°相位差功率分配器所产生的正负180度相位差的超高频电力，平行供给两枚平行平板电极，将正负两相平行供电的同轴电缆外皮导体所产生的电磁波相互抵消，以减少电磁波产生的方法，而得到较稳定且均匀的等离子体，使薄膜均匀化等对策。 

因此，如何设计出一种能防止异常放电装置所获得大面积高密度稳定且均匀等离子体的方法，以解决目前光电半导体制程所遇到的大面积化薄膜制程优化相关问题，特别是相关设备厂商以及研发人员所共同期待的目标。 

发明内容

本发明人有鉴于现有等离子体处理装置无法防止异常放电，使等离子体稳定度及分布均匀性不佳而影响制程质量和产品功能性。更减少因异常放电所导致巨大不必要的额外电力支出和装置成本负担。乃积极着手进行开发改善相关关键技术，以期可以解决上述既有的缺点，经过一年多来的努力，终于成功完成本发明。 

本发明的第一目的，提供一种防止异常放电，且能提高制程与产品质量及降低制造成本的大面积等离子体处理装置。 

为了达成上述的目的，本发明的大面积等离子体处理装置，包括一超高频电源(VHF Power Source)(30MHz~300MHz)、一功率放大器(Power Amplifer)、一匹配箱(Matching Box)、一180°相位差功率分配器(Power Divider with 180° Phase difference)、一示波器(Oscilloscope)、一真空容器(Vacuum Chamber)、二平行电极平板(Pair of Parallel Electrodes)以及一可变电容器(Variable Capacitance)。 

该超高频电源提供超高频电力。该功率放大器与该超高频电源电性连接。该匹配箱与该功率放大器电性连接。该180°相位差功率分配器与该匹配箱电性连接，并接收从该超高频电源传来，经过该功率放大器以及该匹配箱的超高频电力，并将超高频电力转换为正负~180度相位差电位电力。该示波器与该180°相位差功率分配器连结。该示波器撷取一电力供应系统的反馈讯息。 

该等平行平板电极，设置于该真空容器内，且该等平行平板电极非接地重叠，呈绝缘悬浮，且互相平行，该等平行平板电极分别以一同轴电缆线与该180°相位差功率分配器电性连接，以接收正负~180度相位差电位的超高频电力，其中该等同轴电缆线分别透过一双极真空电源接头导入该真空容器内。 

该可变电容器以二同轴电缆线与该等平行平板电极尾端连接，并与该等平行平板电极形成并联，其中该等同轴电缆线分别透过一双极真空电源接头导入该真空容器内。