｜大面積電容耦合射頻電漿源模組技術

摘要：本文討論電容耦合射頻電漿源，在增加製程面積至米平方等級（scaling up to meter square）以及增加射頻功率頻率至超高頻波段（very high frequency ,VHF）時，由於電磁波效應所產生的之電漿/製程不均勻問題。各章節將依序討論超高頻電漿功率的使用、駐波效應（standing wave effect）、駐波效應克服技術、趨膚效應（skin effect）以及邊緣效應（edge effect）。

Abstract: In this article, we discuss the electromagnetic-effect induced nonuniform plasma production in a large capacitively coupled plasma source with using a very high frequency rf power.  The benefits and issues of using the VHF plasma, the standing wave effect, compensation method, the skin effect and the edge effect will be discussed in sequence.

關鍵詞：電容耦合式電漿源、駐波效應、趨膚效應、邊緣效應

Keywords：Capacitively Coupled Plasma Source, CCP, standing wave effect, skin effect, edge effect

前言
電容耦合式電漿源（capacitively coupled plasma, CCP）所輸入的射頻功率除了產生電漿之外，其大部分是消耗在電漿鞘層（plasma sheath）區域，使得經過電漿鞘層到達電極（或製程基板）表面之離子具有一定的能量。然而，高能離子的轟擊容易造成薄膜缺陷的產生，進而影響到製程良率。

考慮CCP電漿中鞘層邊界之射頻電流連續條件（continuity of rf current），則主要電漿區（bulk plasma）及翹層之電場強度可寫成與射頻功率頻率及電漿密度（電漿振盪頻率）有關之關係式

其中，E_s為電漿鞘層電場強度，影響到離子能量大小，ω=2πf為射頻功率之角頻率，ω_p=（e²n_e/ε₀m）^1/2則為電漿中電子振盪頻率與電子密度（n_e）有關。由此關係式可知，離子轟擊能量與電漿中電子密度成正比，且與射頻功率頻率平方倍數成反比。也就是說超高頻電漿源能產生較高的電漿密度（固定E_s）以及較低的離子轟擊能量（固定ω_p），可以提高沉積速度並降低薄膜缺陷的產生[1,2]。然而，在大面積（ > 1 m²）製程中，高頻電磁現象如: 駐波效應（Standing Wave effect）、驅膚效應（Skin effect）及邊緣效應(Edge effect)等，將會影響到所產生的電漿均勻度，進而導致非均勻的鍍膜結果。