專利名稱：Rf功率分配裝置和rf功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種RF功率分配裝置，并且更具體地，涉及ー種通過單一匹配網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過阻抗匹配的RF功率分配給多個(gè)電極或電極的多個(gè)位置的RF功率分配裝置。
背景技術(shù)：
容性稱合RF 等離子體裝置(capacitively-coupled RF plasma device)包括布置在真空容器內(nèi)部的上電極、源RF功率源(source RF power source)、用于保持基底的基底支撐部件以及偏壓RF功率源(bias RF power source)0源RF功率源施加在上電極上，偏壓RF功率源施加在基底支撐部件上。然而，當(dāng)源RF功率源和偏壓RF功率源使用相同的頻率時(shí)，相互干擾使得很難穩(wěn)定地執(zhí)行等離子體處理。在另ー種容性耦合RF等離子體裝置中，RF功率源只施加在位于真空容器內(nèi)的上電極和基底支撐部件中的ー個(gè)上。遺憾的是， 當(dāng)電極被分為多個(gè)電極以調(diào)整均勻性或功率在多個(gè)位置施加在ー個(gè)電極上時(shí)，沒有合適的功率分配裝置。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于通過功率分配同時(shí)地或相繼地產(chǎn)生容性耦合等離子體的功率分配裝置。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于通過功率分配同時(shí)地或相繼地產(chǎn)生容性耦合等離子體的功率分配裝置。
技術(shù)方案在本發(fā)明的實(shí)施例中，功率分配裝置可包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其配置為傳送來自RF功率源的功率；以及功率分配単元，其配置為向至少ー個(gè)產(chǎn)生容性耦合等離子體的電極分配來自阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出功率。功率分配単元可包括第一電抗元件，其串聯(lián)連接至第一電極；可變電容器，其一端并聯(lián)連接至第一電抗元件和第一電極，且另一端接地；以及第ニ電抗元件，其一端連接至第一節(jié)點(diǎn)，且另一端連接至第二節(jié)點(diǎn)，其中，可變電容器的一端和第一電抗元件的一端在第一節(jié)點(diǎn)處彼此接觸，第二電極和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端在第二節(jié)點(diǎn)處連接。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于通過功率分配同時(shí)地或相繼地產(chǎn)生容性耦合等離子體的功率分配方法。在本發(fā)明的實(shí)施例中，功率分配方法可包括設(shè)置流向布置在真空容器內(nèi)部以產(chǎn)生容性耦合等離子體的第一電極的第一功率、第一電壓或第一電流和設(shè)置供給布置在真空容器內(nèi)部的第二電極的第二功率、第二電壓或第二電流；通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)向第一電極和第二電極提供來自RF功率源的功率；通過操作阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行匹配；測(cè)量流經(jīng)第一電極和第二電極的電流、電壓和功率中的至少一個(gè)；以及通過使用功率分配單元控制將要提供給第一電極和第二電極的設(shè)置的功率、設(shè)置的電壓或設(shè)置的電流。
技術(shù)效果
如以上所描述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RF功率分配裝置包括ー個(gè)RF功率源和ー個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。RF功率分配裝置可以防止RF功率源之間的互相干擾，并且能夠穩(wěn)定地向多個(gè)電極分配RF功率。此外，盡管功率分配會(huì)變化，因?yàn)榭傋杩瓜鄬?duì)恒定，所以阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以穩(wěn)定地工作。


圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率分配裝置。圖3-5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率分配裝置的史密斯圓圖。圖6-8是表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的功率分配裝置的功率分配比例、總阻抗的實(shí)部和虛部。圖9表示根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的功率分配単元。圖10和圖11表示根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的功率分配裝置。圖12和圖13表示根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的功率分配裝置。圖14-16表示根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的功率分配裝置。圖17和圖18表示根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的功率分配裝置。圖19和圖20表示根據(jù)本發(fā)明另ー個(gè)實(shí)施例的功率分配裝置。圖21是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率分配方法的流程圖。210:RF 功率源220:阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)230 :功率分配單元260:真空容器270 :控制器272 :第一測(cè)量單元276 :開關(guān)
具體實(shí)施例方式容性耦合等離子體廣泛地應(yīng)用于用于太陽能電池的多晶硅沉積、氧化物層的蝕刻等。然而，隨著基底的直徑趨于變大，出現(xiàn)了等離子體空間上的均勻性和清潔的問題。當(dāng)RF功率源分別向多個(gè)電極提供功率吋，如果RF功率源的頻率彼此相等，RF功率源的互相干擾導(dǎo)致阻抗匹配困難。因此，需要有效地、穩(wěn)定地向電極分配功率的功率分配裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，功率分配裝置可向多個(gè)電極分配功率或在多個(gè)位置向電極提供功率。當(dāng)電極布置在同一平面上時(shí)，功率分配裝置可提高等離子體的均勻性或處理的均勻性。當(dāng)電極布置在不同的平面上時(shí)，功率分配裝置可向多個(gè)電極分配來自RF功率源的功率以產(chǎn)生等離子體。功率分配裝置可使用単一的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率分配裝置中，布置在RF功率源和功率分配單元之間的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行阻抗匹配。在這種情況下，不管功率分配単元的電抗怎樣變化，從阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端看過去的功率分配単元的阻抗相對(duì)恒定。也就是說，從阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端看過去功率分配単元的阻抗受功率分配単元的影響很小。因此，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可執(zhí)行穩(wěn)定的阻抗匹配，提高了處理的穩(wěn)定性和可靠性。并且，功率分配単元隨可變?cè)碾娙菥€性變化，且在可變?cè)淖兓秶鷥?nèi)，功率分配単元具有寬功率分配比例。在實(shí)施例中，為了避免對(duì)本發(fā)明模糊的解釋，將不再詳細(xì)地描述已知的處理、已知的裝置結(jié)構(gòu)和已知的技木。同一附圖標(biāo)記自始至終指代同一元件。圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率分配裝置。根據(jù)圖1和圖2，功率分配裝置包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(220)，其傳送RF功率源(210)的功率；以及功率分配単元(230)，其向產(chǎn)生容性耦合等離子體的第一、第二電極(240、250)中的至少ー個(gè)分配阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(220)的輸出功率。功率分配単元(230)包括第一電抗元件(234)，其串聯(lián)連接至第一電極(240)； 可變電容器(236)，其一端并聯(lián)連接至所第一電抗元件(234)和第一電極(240)，且另一端接地；以及第二電抗元件(232)，其一端連接至第一節(jié)點(diǎn)(NI)，且另一端連接至第二節(jié)點(diǎn)(N2)，其中，可變電容器(236)的一端和所述第一電抗元件(234)的一端在第一節(jié)點(diǎn)(NI)處彼此接觸，第二電極(250)和所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(220)的輸出端231在第二節(jié)點(diǎn)(N2)處連接。RF功率源(210)可輸出單頻正弦波，且頻率可以是約0.1MHz 約200MHz。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(220)可以是用于向負(fù)載最大地傳送功率的裝置。真空容器(260)可由金屬材料制成，且真空容器(260)的蓋(262)可以是金屬板。第一電極(240)和第二電極(250)可布置為彼此相対?；?252)可安裝在第二電極(250)上。第一電極(240)可產(chǎn)生容性耦合等離子體。第一電極(240)可包括氣體分配裝置。第一電極(240)可通過功率分配単元(230)接收功率。第二電極(250)可產(chǎn)生容性耦合等離子體井向基底(252)施加偏壓。第二電極(250)可以是基底支撐部件?；?252)可以是半導(dǎo)體基底或玻璃基底。第一測(cè)量單元(272)可測(cè)量第一電極(240)的功率、電流和電壓中的至少ー個(gè)。第二測(cè)量單元(274)可測(cè)量第二電極(250)的功率、電流和電壓中的至少ー個(gè)。第一、第ニ測(cè)量單元(272、274)可包括用于測(cè)量流向第一、第二電極(240、250)的電流的拾波線圈(pick-up coil)和用于測(cè)量電壓的電壓測(cè)量電極?？刂破?270)可接收第一測(cè)量單元(272)和第二測(cè)量單元(274)的輸出，并控制功率分配単元(230)和RF功率源(210)，從而控制流向第一電極(240)和第二電極(250)的功率或電流的比例?？刂破?270)可通過計(jì)算流向第一電極(240)和/或第二電極(250)的功率、電壓或電流控制功率分配單元(230)和/或RF功率源(210)。因此，第一電極(240)和第二電極(250)可接收設(shè)置的功率、電壓或電流。也就是說，控制器(270)不僅向第一電極(240)和第二電極(250)提供分配的相對(duì)功率，還向第一電極(240)和第二電極(250)提供絕對(duì)功率。提供給第二電極(250)的功率可決定DC偏壓。開關(guān)(276、278)可直接連接至第一、第二電極(240、250)中的至少ー個(gè)。開關(guān)(276、278)可切換提供給第一電極(240)或第二電極(250)的功率。開關(guān)(276、278)的每ー個(gè)可以是使用螺線管的機(jī)械繼電器(mechanical relay)開關(guān)或使用PIN ニ極管的電子開關(guān)。第一電抗元件(234)是電感器，且第二電抗元件(232)是固定電容器。輔助電容器
(237)可設(shè)置在第二電極(250)和第二節(jié)點(diǎn)(N2)之間。輔助電容器可用于調(diào)節(jié)第一電極和第二電極之間的相位。輔助電容器可以是連接至馬達(dá)的可變電容器。輔助電容器可用于在一定范圍內(nèi)調(diào)整第一電極和第二電極之間的相位。可變電容器(236)可以是真空電容器。真空電容器可以連接至馬達(dá)(239)以改變電容。馬達(dá)(239)可由控制器(270)控制。第一測(cè)量單兀(272)可布置在第一電極(240)和第一電抗兀件(234)之間。第一測(cè)量單元(272)可測(cè)量第一電極(240)的功率、電壓或電流中的至少ー個(gè)。第二測(cè)量單元
(274)可布置在第二電極(250)第二節(jié)點(diǎn)(N2)之間。第二測(cè)量單元(274)可測(cè)量第二電極(250)的功率、電壓或電流中的至少ー個(gè)。通過計(jì) 算第一電極(240)的功率和/或第二電極(250 )的功率，控制器(270)可通過馬達(dá)(239)控制可變電容器(236)，使得設(shè)置的功率施加在第一電極(240)上。另外，控制器(270)可控制功率分配單元(230)和RF功率源(210)，使得設(shè)置的功率、電壓或電流施加在第二電極(250)上。第一開關(guān)(276)可布置在第一電極(240)和第一電抗元件(234)之間。第一開關(guān)
(276)可串聯(lián)連接至第一測(cè)量單元(272)。第二開關(guān)(278)可布置在第二電極(250)第二節(jié)點(diǎn)(N2)之間。第二開關(guān)(278)可串聯(lián)連接至第二測(cè)量單元(274)?？刂破?270)可控制第一開關(guān)(276)，第一開關(guān)(276)可切換功率分配単元(230)和第一電極(240)之間的電連接。另外，控制器(270)可控制第二開關(guān)(278)，從而切換功率分配単元(230)和第二電極(250)之間的電連接。從第二節(jié)點(diǎn)(N2)看過去的第一電極(240)的有效阻抗(Zeff=R+jX)由下面的方程式(I)給出。方程式(I):
權(quán)利要求
1.一種功率分配裝置，其包括 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其配置為傳送來自RF功率源的功率；以及 功率分配單元，其配置為向至少一個(gè)產(chǎn)生容性耦合等離子體的電極分配來自所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出功率， 其中，所述功率分配單元包括 第一電抗元件，其串聯(lián)連接至第一電極； 可變電容器，其一端并聯(lián)連接至所述第一電抗元件和所述第一電極，且另一端接地；以及 第二電抗元件，其一端連接至第一節(jié)點(diǎn)，且另一端連接至第二節(jié)點(diǎn)，其中，所述可變電容器的所述一端和所述第一電抗元件的一端在所述第一節(jié)點(diǎn)處彼此接觸，第二電極和所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端在所述第二節(jié)點(diǎn)處連接。
2.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述功率分配單元在所述第一電極和所述第二電極的多個(gè)位置提供功率，所述第一電極和所述第二電極彼此電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極布置為彼此相對(duì)， 其中，基底安裝在所述第二電極上，以及 其中，所述功率分配單元向所述第一電極和所述第二電極分配功率。
4.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極布置為在同一平面上彼此相鄰，且所述第一電極和所述第二電極被分為多個(gè)子電極，并且 其中，所述功率分配單元向所述第一電極和所述第二電極分配功率。
5.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述第一電抗元件是電感器，且所述第二電抗兀件是固定電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述第一電抗元件是固定電容器，且所述第二電抗元件是電感器。
7.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述第二電極毗鄰于真空容器的內(nèi)側(cè)壁布置，并且 其中，所述功率分配單元向所述第一電極和所述第二電極分配功率。
8.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，進(jìn)一步包括 測(cè)量單元，其配置為測(cè)量所述電極的負(fù)載的功率、電流和電壓中的至少一個(gè)；以及 控制器，其配置為接收所述測(cè)量單元的輸出，并控制所述功率分配單元和所述RF功率源，從而控制流向所述電極的所述功率的比例或所述電流的比例。
9.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，進(jìn)一步包括 開關(guān)，其串聯(lián)連接至所述電極，且配置為切換供給所述電極的所述功率。
10.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述電極包括基底支撐部件，基底安裝在所述基底支撐部件上。
11.如權(quán)利要求1所述的功率分配裝置，其中，所述RF功率源包括輸出低頻率的低頻RF功率源和輸出高頻率的高頻RF功率源，并且 其中，所述低頻RF功率源和所述高頻RF功率源的輸出被提供給所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
12.如權(quán)利要求11所述的功率分配裝置，其中，所述功率分配單元在所述第一電極和所述第二電極的多個(gè)位置提供功率，所述第一電極和所述第二電極彼此電連接。
13.如權(quán)利要求11所述的功率分配裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極布置為彼此相對(duì)， 其中，基底安裝在所述第二電極上，以及 其中，所述功率分配單元向所述第一電極和所述第二電極分配功率。
14.如權(quán)利要求11所述的功率分配裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極布置為在同一平面上彼此相鄰，且所述第一電極和所述第二電極被分為多個(gè)子電極，并且 其中，所述功率分配單元向所述第一電極和所述第二電極分配功率。
15.—種功率分配方法,其包括 設(shè)置流向布置在真空容器內(nèi)部以產(chǎn)生容性耦合等離子體的第一電極的第一功率、第一電壓或第一電流以及設(shè)置提供給布置在所述真空容器內(nèi)部的第二電極的第二功率、第二電壓或第二電流； 通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)向所述第一電極和所述第二電極提供來自RF功率源的功率； 通過操作所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行匹配； 測(cè)量流經(jīng)所述第一電極和所述第二電極的所述電流、所述電壓和所述功率中的至少一個(gè)；以及 通過使用功率分配單元控制將要提供給所述第一電極和所述第二電極的所述設(shè)置的功率、所述設(shè)置的電壓或所述設(shè)置的電流。
16.如權(quán)利要求15所述的功率分配方法，其中，控制將要提供給所述第一電極和所述第二電極的所述設(shè)置的功率、所述設(shè)置的電壓或所述設(shè)置的電流包括 將流向所述第一電極的功率與第一功率進(jìn)行比較； 調(diào)整所述功率分配單元； 將流向所述第二電極的功率與第二功率進(jìn)行比較； 改變所述RF功率源的輸出功率。
17.如權(quán)利要求15所述的功率分配方法，其中，所述RF功率源是具有不同頻率的多個(gè)RF功率源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種RF功率分配裝置和RF功率分配方法。所述裝置包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其傳送來自RF功率源的功率；以及功率分配單元，其向至少一個(gè)產(chǎn)生容性耦合等離子體的電極分配來自阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出功率。功率分配單元包括第一電抗元件，其串聯(lián)連接至第一電極；可變電容器，其一端與所述第一電抗元件和所述第一電極并聯(lián)連接，且另一端接地；以及第二電抗元件，其一端連接至第一節(jié)點(diǎn)，且另一端連接至第二節(jié)點(diǎn)，其中，所述可變電容器的一端和所述第一電抗元件的一端在第一節(jié)點(diǎn)處彼此接觸，第二電極和所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端在第二節(jié)點(diǎn)處連接。
文檔編號(hào)H03H7/40GK103026800SQ201180036298
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者金宰顯, 李相元, 李容官 申請(qǐng)人:株式會(huì)社普來馬特