(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス入口とガス出口を有してプラズマ放電空間を提供するプラズマチャンバーと、
前記プラズマ放電空間の内側にコア保存空間を備え、一つ以上の貫通口を具備してプラズマ集中及び非集中チャンネルを形成する一つ以上のコアシリンダジャケットと、及び
一次巻線を有して前記貫通口を覆うように前記コア保存空間に設置されるマグネチックコアを具備する一つ又は二つ以上の変圧器を含む、プラズマ反応器であって、
前記プラズマ放電空間は、
前記プラズマ集中チャンネルを形成するための一つ以上の第1空間領域と、
前記プラズマ非集中チャンネルを形成するための一つ以上の第2空間領域と、
を含み、
前記第1空間領域は第1間隔を有して対向する前記プラズマチャンバーの内側一面と前記コアシリンダジャケットの一面を含み、
前記第2空間領域は第2間隔を有して対向する前記プラズマチャンバーの他の一面と前記コアシリンダジャケットの他の一面を含み、
前記第2間隔は前記第1間隔よりも小さい値を有し、
前記プラズマチャンバーは冷却チャンネルを含み、
前記コアシリンダジャケットは冷却チャンネルを含む、ことを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項２】
前記第1空間領域と前記第2空間領域との間に設置されるスペーサーブロックを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
【請求項３】
前記プラズマチャンバーの外部と前記コア保存空間が連通されるように前記プラズマチャンバーと前記コアシリンダジャケットとの間に連結される管構造を有する一つ又は二つ以上の連結ブリッジを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項４】
前記連結ブリッジを通じて前記コア保存空間に冷却水又は冷却風を供給する冷却装置を含むことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ反応器。
【請求項５】
前記プラズマ放電空間内で前記プラズマ放電チャンネルを限定するために前記プラズマチャンバーと前記コアシリンダジャケットとの間に設置される一つ以上の放電誘導ブロックを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項６】
前記コアシリンダジャケットと前記プラズマチャンバーは伝導体物質を含み、前記コアシリンダジャケットと前記プラズマチャンバーは電気的に絶縁され、
前記プラズマチャンバーは電気的に接地されて前記変圧器が駆動されることによって前記コアシリンダジャケットと前記プラズマチャンバーは電位差が発生することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項７】
前記プラズマ放電空間にプラズマの点火を助ける自由電荷を発生する点火電極を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項８】
前記プラズマ放電空間に光学的に連結されてプラズマの点火を助ける自由電荷を発生する紫外線源を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項９】
前記プラズマ放電チャンネルに位置し、プラズマの点火及び維持を助ける自由電荷を発生する点火維持電極を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項１０】
一つ以上のスイッチング半導体装置を具備して無線周波数を発生し、前記一つ又は二つ以上の変圧器に供給する交流スイッチング電源供給源(AC switching power supply)を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項１１】
前記一つ以上のスイッチング半導体装置は一つ以上のスイッチングトランジスタを含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ反応器。
【請求項１２】
前記交流スイッチング電源供給源は前記二つ以上の変圧器を直列又は並列駆動することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ反応器。
【請求項１３】
前記変圧器の一次巻線と前記プラズマ放電空間に発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータを測定する測定回路と、及び
前記測定回路から測定された電気的又は光学的パラメータ値に基づき前記交流スイッチング電源供給源の動作を制御して前記変圧器の一次巻線に供給される電圧及び電流を制御する制御回路(power control circuit)を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ反応器。
【請求項１４】
一つ以上のスイッチング半導体装置を具備して無線周波数を発生し、前記二つ以上の変圧器のうち対応する一つの変圧器にそれぞれ供給する二つ以上の交流スイッチング電源供給源(AC switching power supply)を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項１５】
前記一つ以上のスイッチング半導体装置は一つ以上のスイッチングトランジスタを含むことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反応器。
【請求項１６】
前記変圧器の一次巻線と前記プラズマ放電空間に発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータを測定する測定回路と、及び
前記測定回路から測定された電気的又は光学的パラメータ値に基づき前記交流スイッチング電源供給源の動作を制御して前記変圧器の一次巻線に供給される電圧及び電流を制御する制御回路を含むことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反応器。
【請求項１７】
前記第1空間領域は二つ以上の貫通口を含み、
前記第2空間領域は間隔を有して対向する前記プラズマチャンバーの一面と前記コアシリンダジャケットの一面を含み、
前記第2空間領域の間隔は前記二つ以上の貫通口のそれぞれの内径よりも小さい値を有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項１８】
前記ガス入口は二つ以上の分離したガス入口を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項１９】
前記二つ以上の分離されたガス入口は反応ガス(reactive gas)を供給するための第1ガス入口と、希ガス(noble gas)を供給するための第2ガス入口を含むことを特徴とする請求項21に記載のプラズマ反応器。
【請求項２０】
前記ガス入口に設置され、ガスを分配してプラズマチャンバーに流入させるための多孔性ガス流入板を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２１】
前記ガス出口は二つ以上の分離したガス出口を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２２】
前記ガス入口と前記ガス出口はプラズマ集中チャンネルを指向して整列されている構造を有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２３】
前記コアシリンダジャケットは伝導体物質を含み、前記伝導体物質内に電気的な不連続性を形成するための一つ以上の電気的絶縁領域を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２４】
前記プラズマチャンバーと前記コアシリンダジャケットのうち少なくとも一つは伝導体物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２５】
前記伝導体物質はアルミニウム又は複合素材(炭素ナノチューブと共有結合されたアルミニウム)のうちいずれか一つを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ反応器。
【請求項２６】
前記プラズマチャンバーと前記コアシリンダジャケットのうち少なくとも一つは絶縁体物質を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２７】
前記絶縁体物質は石英を含むことを特徴とする請求項２２に記載のプラズマ反応器。
【請求項２８】
プラズマチャンバーで発生したプラズマを収容するプロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバーのプラズマ流入口と前記プラズマチャンバーのガス出口との間に連結されるアダプターを含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【請求項２９】
前記アダプターに内蔵される冷却チャンネルを含むことを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反応器。
【請求項３０】
前記アダプターは前記プラズマチャンバーを経由しない一つ以上のガス入口を含むことを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反応器。
【請求項３１】
前記アダプターはプラズマの光学的パラメータを測定するためのウィンドウを含むことを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反応器。
【請求項３２】
前記プロセスチャンバーの内部で前記プラズマ流入口の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させる拡散器を含むことを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反応器。
【請求項３３】
前記プロセスチャンバーの内部で前記プラズマ流入口の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させるバッフル平板を含むことを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反応器。
【請求項３４】
前記一つ又は二つ以上の変圧器を駆動するための無線周波数を供給する電源供給ユニットを含み、
前記電源供給ユニットは前記プラズマチャンバーと物理的に分離した構造を有し、
前記電源供給ユニットの電源出力端と前記一つ又は二つ以上の変圧器の一次巻線に連結される電源入力端は無線周波数供給ケーブルによって遠隔で連結されることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ放電によってイオン、自由ラジカル、原子及び分子を含む活性ガスを発生させて活性ガスで固体、粉末、ガスなどのプラズマ処理を行うためのプラズマ反応器に関し、具体的には多重経路誘導結合プラズマ反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電はイオン、自由ラジカル、原子、分子を含む活性ガスを発生するためのガス励起に使用されている。活性ガスは多様な分野で広く使用されており、代表的には、半導体製造工程、例えば蝕刻、蒸着、洗浄、アッシングなど多様に使用されている。
最近、半導体装置の製造のためのウエハやLCD ガラス基板は更に大型化されてきている。それにより、プラズマイオンエネルギーに対する制御能力が高く、大面積の処理能力を有する拡張性が容易なプラズマ源が要求されている。
【０００３】
プラズマを発生するためのプラズマ源は様々であるが、無線周波数(radio frequency)を使用した容量結合プラズマ源と誘導結合プラズマ源などがある。誘導結合プラズマ源は無線周波数電源の増加によってイオン密度を比較的容易に増加させることができ、高密度プラズマを得るのに相応しいものとして知られている。
【０００４】
しかし、誘導結合プラズマ方式は供給されるエネルギーに比べてプラズマに結合されるエネルギーが低く高電圧の駆動コイルを使用している。だから、イオンエネルギーが高くプラズマ反応器の内部表面がイオン衝撃(ion bombardment)によって損傷される場合が発生することがある。イオン衝撃によるプラズマ反応器の内部表面損傷はプラズマ反応器の寿命を縮めるだけではなく、プラズマ処理汚染源として作用する否定的な結果を得るようになる。イオンエネルギーを低める場合には、プラズマに結合されるエネルギーが低くプラズマ放電がオフになる場合が度々発生するようになる。それにより、安定的なプラズマ維持が困難となる問題点が発生することがある。
【０００５】
一方、半導体製造工程でプラズマを利用した工程で遠隔プラズマの使用は極めて有用なものと知られている。例えば、工程チャンバーの洗浄やフォトレジストストリップのためのアッシング工程で有用に使用されている。ところで、被処理基板の大型化によって工程チャンバーのボリュームも増加しており、高密度の活性ガスを充分に遠隔で供給することができるプラズマ源が要求されている。
【０００６】
高い密度のプラズマを大量に発生させるためにはプラズマ反応器のボリュームも大きくならざるを得ない。遠隔プラズマ反応器の場合には、大部分がプロセスチャンバーの上部に設置されるが、反応器のサイズが大きくなる場合、設置が容易でなくなる問題点が発生する。さらに、変圧器を構成するマグネチックコアがプラズマチャンバーの周辺を覆う構造、いわゆるトロイダル構造のプラズマ反応器はプラズマチャンバーにエディ電流が発生することを遮断するための一つ以上の絶縁領域を具備している。かかる分離した構造を有するプラズマチャンバーは大容量のプラズマ反応器を具備するにあたり堅固性と緊密性を低下させる問題点が発生し得る。また、従来のように無線周波数発生器とプラズマ反応器が一つのユニットで構成される場合には、さらに問題点が発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の他の目的はプラズマチャンバーに絶縁領域を具備せずにプラズマチャンバーを堅固かつ簡便に構成することができ、エネルギーの伝達効率を高めて大容量のプラズマを安定的に発生することができる内蔵変圧器を有するプラズマ反応器を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するための本発明の一面はプラズマ反応器に関する。本発明のプラズマ反応器は、ガス入口とガス出口を有してプラズマ放電空間を提供するプラズマチャンバーと、上記プラズマ放電空間でコア保存空間を提供し、一つ以上の貫通口を具備してプラズマ集中及び非集中チャンネルを形成する一つ以上のコアシリンダジャケットと、及び一次巻線を有して上記貫通口を覆うように上記コア保存空間に設置されるマグネチックコアを具備する一つ又は二つ以上の変圧器を含み、上記プラズマ放電空間は、上記プラズマ集中チャンネルを形成するための一つ以上の第1空間領域と、上記プラズマ非集中チャンネルを形成するための一つ以上の第2空間領域を含む。
【０００９】
一実施例において、上記第1空間領域は第1間隔を有して対向する上記プラズマチャンバーの内側一面と上記コアシリンダジャケットの一面を含み、上記第2空間領域は第2間隔を有して対向する上記プラズマチャンバーの他の一面と上記コアシリンダジャケットの他の一面を含み、上記第2間隔は上記第1間隔よりも小さい値を有する。
【００１０】
一実施例において、上記第1空間領域と上記第2空間領域との間に設置されるスペーサーブロックを含む。
【００１１】
一実施例において、上記プラズマチャンバーは冷却チャンネルを含む。
【００１２】
一実施例において、上記コアシリンダジャケットは冷却チャンネルを含む。
【００１３】
一実施例において、上記プラズマチャンバーの外部と上記コア保存空間が連通されるように上記プラズマチャンバーと上記コアシリンダジャケットとの間に連結される管構造を有する一つ又は二つ以上の連結ブリッジを含む。
【００１４】
一実施例において、上記連結ブリッジを通じて上記コア保存空間に冷却水又は冷却風を供給する冷却装置を含む。
【００１５】
一実施例において、上記プラズマ放電空間内で上記プラズマ放電チャンネルを限定するために上記プラズマチャンバーと上記コアシリンダジャケットとの間に設置される一つ以上の放電誘導ブロックを含む。
【００１６】
一実施例において、上記コアシリンダジャケットと上記プラズマチャンバーは伝導体物質を含み、上記コアシリンダジャケットと上記プラズマチャンバーは電気的に絶縁され、上記プラズマチャンバーは電気的に接地されて上記変圧器が駆動されることによって上記コアシリンダジャケットと上記プラズマチャンバーは電位差が発生する。
【００１７】
一実施例において、上記プラズマ放電空間にプラズマの点火を助ける自由電荷を発生する点火電極を含む。
【００１８】
一実施例において、上記プラズマ放電空間に光学的に連結されてプラズマの点火を助ける自由電荷を発生する紫外線源を含む。
【００１９】
一実施例において、上記プラズマ放電チャンネルに位置し、プラズマの点火及び維持を助ける自由電荷を発生する点火維持電極を含む。
【００２０】
一実施例において、一つ以上のスイッチング半導体装置を具備して無線周波数を発生し、上記一つ又は二つ以上の変圧器に供給する交流スイッチング電源供給源(AC switching power supply)を含む。
【００２１】
一実施例において、上記一つ以上のスイッチング半導体装置は一つ以上のスイッチングトランジスタを含む。
【００２２】
一実施例において、上記交流スイッチング電源供給源は上記二つ以上の変圧器を直列又は並列駆動する。
【００２３】
一実施例において、上記変圧器の一次巻線と上記プラズマ放電空間に発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータを測定する測定回路と、及び上記測定回路から測定された電気的又は光学的パラメータ値に基づき上記交流スイッチング電源供給源の動作を制御して上記変圧器の一次巻線に供給される電圧及び電流を制御する制御回路(power control circuit)を含む。
【００２４】
一実施例において、一つ以上のスイッチング半導体装置を具備して無線周波数を発生し、上記二つ以上の変圧器のうち対応する一つの変圧器にそれぞれ供給する二つ以上の交流スイッチング電源供給源(AC switching power supply)を含む。
一実施例において、上記一つ以上のスイッチング半導体装置は一つ以上のスイッチングトランジスタを含む。
【００２５】
一実施例において、上記変圧器の一次巻線と上記プラズマ放電空間に発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータを測定する測定回路と、及び上記測定回路から測定された電気的又は光学的パラメータ値に基づき上記交流スイッチング電源供給源の動作を制御して上記変圧器の一次巻線に供給される電圧及び電流を制御する制御回路を含む。
【００２６】
一実施例において、上記第1空間領域は二つ以上の貫通口を含み、上記第2空間領域は間隔を有して対向する上記プラズマチャンバーの一面と上記コアシリンダジャケットの一面を含み、上記第2空間領域の間隔は上記二つ以上の貫通口のそれぞれの内径よりも小さい値を有する。
【００２７】
一実施例において、上記ガス入口は二つ以上の分離したガス入口を含む。
【００２８】
一実施例において、上記二つ以上の分離したガス入口は反応ガス(reactive gas)を供給するための第1ガス入口と希ガス(noble gas)を供給するための第2ガス入口を含む。
【００２９】
一実施例において、上記ガス入口に設置され、ガスを分配してプラズマチャンバーに流入させるための多孔性ガス流入板を含む。
【００３０】
一実施例において、上記ガス出口は二つ以上の分離したガス出口を含む。
【００３１】
一実施例において、上記ガス入口と上記ガス出口はプラズマ集中チャンネルを指向して整列されている構造を有する。
【００３２】
一実施例において、上記コアシリンダジャケットは伝導体物質を含み、上記伝導体物質内に電気的な不連続性を形成するための一つ以上の電気的絶縁領域を含む。
【００３３】
一実施例において、上記プラズマチャンバーと上記コアシリンダジャケットのうち少なくとも一つは伝導体物質を含む。
【００３４】
一実施例において、上記伝導体物質はアルミニウム又は複合素材(炭素ナノチューブと共有結合されたアルミニウム)のうちいずれか一つで構成される。
【００３５】
一実施例において、上記プラズマチャンバーと上記コアシリンダジャケットのうち少なくとも一つは絶縁体物質を含む。
【００３６】
一実施例において、上記絶縁体物質は石英を含む。
【００３７】
一実施例において、プラズマチャンバーで発生したプラズマを収容するプロセスチャンバーと上記プロセスチャンバーのプラズマ流入口と上記プラズマチャンバーのガス出口との間に連結されるアダプターを含む。
【００３８】
一実施例において、上記アダプターに内蔵される冷却チャンネルを含む。
【００３９】
一実施例において、上記アダプターは上記プラズマチャンバーを経由しない一つ以上のガス入口を含む。
【００４０】
一実施例において、上記アダプターはプラズマの光学的パラメータを測定するためのウィンドウを含む。
【００４１】
一実施例において、上記プロセスチャンバーの内部で上記プラズマ流入口の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させる拡散器を含む。
【００４２】
一実施例において、上記プロセスチャンバーの内部で上記プラズマ流入口の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させるバッフル平板を含む。
【００４３】
一実施例において、上記一つ又は二つ以上の変圧器を駆動するための無線周波数を供給する電源供給ユニットを含み、上記電源供給ユニットは上記プラズマチャンバーと物理的に分離した構造を有し、上記電源供給ユニットの電源出力端と上記一つ又は二つ以上の変圧器の一次巻線に連結される電源入力端は無線周波数供給ケーブルによって遠隔で連結される。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の内蔵変圧器を有するプラズマ反応器によれば、プラズマチャンバーに変圧器が内蔵され、変圧器からプラズマ放電空間に伝達されるエネルギーがほぼ損失せずに伝達されるためエネルギー伝達効率が極めて高い。だから、大容量の活性ガスを発生するのに極めて相応しい。また、プラズマチャンバーが伝導体物質を使用して構成しても別途の絶縁領域を構成する必要がなく、プラズマチャンバーを構成するのが極めて容易である。また、プラズマチャンバー自体だけでも充分に外観ケースを構成することができるためプラズマ反応器の製作が極めて簡便になる。二つ以上の変圧器を使う場合には、相対的に大容量の活性ガスを発生することができる。また、活性ガスを多数のガス出口を通じてプロセスチャンバーに供給しなければならない場合にも効果的に使用される。又は、多数個の小容量の変圧器を使用することで一つの高容量の変圧器を使用する場合に発生する様々な問題点を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明を充分に理解するために本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が下記で詳細に説明する実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供にされる。したがって、図面での要素の形状などはより明確な説明を強調するために誇張されて表現されることがある。各図面で同一の部材は同一の参照符号で図示した場合があることを留意されたい。本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される公知機能及び構成に対する詳細な技術は省略する。
【００４６】
図1は本発明の好ましい実施例によるプラズマ反応器を具備したプラズマ処理装置を示す図面である。
【００４７】
図1を参照して、本発明の好ましい実施例によるプラズマ反応器(100)は変圧器(130)が内蔵されたプラズマチャンバー(110)を具備する。プラズマチャンバー(110)はガス入口(112)とガス出口(114)を有してプラズマ放電空間を提供する。プラズマチャンバー(110)の内部にはコア保存空間を提供するコアシリンダジャケット(120)が具備される。コアシリンダジャケット(120)はプラズマチャンバー(110)の内側壁と間隔を置いて連結ブリッジ(122)を通じてプラズマチャンバー(110)に連結される。コアシリンダジャケット(120)のコア保存空間は連結ブリッジ(122)を通じてプラズマチャンバー(110)の外部と連通される。コアシリンダジャケット(120)のコア保存空間には変圧器(130)が設置される。変圧器(130)は一次巻線(134)を有するマグネチックコア(132)を具備する。マグネチックコア(132)はコアシリンダジャケット(120)の貫通口(124)を覆うようにコア保存空間に設置され、一次巻線(134)は連結ブリッジ(122)を通じてプラズマチャンバー(110)の外部に延長されて無線周波数を供給する電源供給ユニット(200)に電気的に連結される。プラズマチャンバー(110)のガス出口(114)はアダプター(310)を通じてプロセスチャンバー(300)と連結される。
【００４８】
コアシリンダジャケット(120)は貫通口(124)を具備してプラズマチャンバー(110)のプラズマ放電空間に貫通口(124)を経由するプラズマ集中及び非集中チャンネル(150、152)を形成する。プラズマ放電空間はコアシリンダジャケット(120)によって多数の空間領域に区分され、その一つはプラズマ集中チャンネル(150)を形成するための第1空間領域(140)であり、他の一つはプラズマ非集中チャンネル(152)を形成するための第2空間領域(146)である。第1空間領域(140)は第1間隔を有して対向するプラズマチャンバー(110)の一面とコアシリンダジャケット(120)の一面を含む。第2空間領域(146)は第2間隔を有して対向するプラズマチャンバー(110)の他の一面とコアシリンダジャケット(120)の他の一面を含む。第1間隔は第2間隔よりも大きい値を有する。これに加えて貫通口(124)の内径も第2間隔よりも大きい値を有する。プラズマ集中チャンネル(150)とプラズマ非集中チャンネル(152)はコアシリンダジャケット(120)の貫通口(124)を共有する。
【００４９】
ガス供給源(図示せず)から工程ガスがプラズマ反応器(100)に供給され、電源供給ユニット(200)から無線周波数が変圧器(130)に供給されると、プラズマチャンバー(110)の内部放電空間にプラズマが発生する。プラズマ発生によってプラズマチャンバー(110)の内部で生成された活性ガスはガス出口(114)に連結されたアダプター(310)を通じてプロセスチャンバー(300)に提供される。この時、プラズマチャンバー(110)の内部で大部分のガス流れが第1空間領域(140)と貫通口(124)を通じて行われるため、大部分の活性ガスはプラズマ集中チャンネルで発生する。
【００５０】
かかるプラズマ反応器(100)はプラズマチャンバー(110)に変圧器(130)が内蔵され、変圧器(130)からプラズマ放電空間に伝達されるエネルギーがほぼ損失せずに伝達されるためエネルギー伝達効率が極めて高い。それにより、大容量の活性ガスを発生するのに極めて相応しい。また、プラズマチャンバー(110)が伝導体物質を使用して構成しても別途の絶縁領域を構成する必要がなく、プラズマチャンバー(110)を構成するのが極めて容易である。また、プラズマチャンバー(110)自体だけでも充分に外観ケースを構成することができるためプラズマ反応器(100)の製作が極めて簡便になる。
【００５１】
コアシリンダジャケット(120)とプラズマチャンバー(110)は伝導体物質を含んで構成される場合、コアシリンダジャケット(120)とプラズマチャンバー(110)は電気的に絶縁されるように構成される。かかる構造でプラズマチャンバー(110)は電気的に接地されて変圧器(130)が駆動されることによってコアシリンダジャケット(120)とプラズマチャンバー(110)は電位差が発生する。かかる電位差はプラズマチャンバー(110)とコアシリンダジャケット(130)との間に発生する電位差による容量結合プラズマを発生させる。すなわち、プラズマ放電チャンバー(110)の内部には変圧器(130)による誘導結合プラズマとプラズマチャンバー(110)とコアシリンダジャケット(130)の電位差による容量結合プラズマが複合的に発生する。
【００５２】
プラズマ反応器(100)はプラズマチャンバー(110)内部のプラズマ放電空間にプラズマ点火を助ける自由電荷(free charges)を発生する点火電極(352)を具備することができる。点火電極(352)は点火回路(350)を通じて自由電荷発生のための電源が供給受けて駆動される。例えば、図2に図示されたように、点火回路(350)は変圧器(130)のマグネチックコア(132)に巻線された点火電源誘導コイル(354)に電気的に連結されて点火電力が供給され、スイッチング制御信号(電源供給ユニット(200)に具備された制御回路(230)から提供される)によってプラズマ点火動作区間で点火電極を駆動する。
【００５３】
点火のための電力供給方法は多様な方式で変形することができる。また、プラズマ反応器(100)の点火方式は他の形態に変形が可能である。例えば、プラズマ放電空間に光学的に連結されてプラズマの点火を助ける自由電荷を発生する紫外線源を具備することができる。又は、プラズマ反応器(100)は別途の点火電極を具備しないこともできる。例えば、プラズマ非集中チャンネル(152)を形成する第2空間領域(146)で第2間隔を充分に狭く構成してプラズマ点火を助ける自由電荷が発生されるようにすることもできる。
【００５４】
変圧器(130)の一次巻線(132)は無線周波数を供給する電源供給ユニット(200)に電気的に連結される。電源供給ユニット(200)は一つ以上のスイッチング半導体装置を具備して無線周波数を発生する交流スイッチング電源供給源(AC switching power supply)(220)と制御回路(power control circuit)(230)及び電圧供給源(210)を含む。一つ以上のスイッチング半導体装置は例えば、一つ以上のスイッチングトランジスタを含む。
【００５５】
電圧供給源(210)は外部から入力される交流を静電圧に変換して交流スイッチング電源供給源(220)に供給する。交流スイッチング電源供給源(220)は制御回路(230)の制御を受けて動作し、変圧器(130)を駆動するための無線周波数を発生して電源出力端(202)を通じて出力する。制御回路(230)は交流スイッチング電源供給源(220)の動作を制御し、変圧器(130)の一次巻線(132)に供給される電圧及び電流を制御する。
【００５６】
制御回路(230)の制御は変圧器(130)の一次巻線(132)とプラズマチャンバー(110)の内部で発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータ値に基づき行われる。このために、変圧器(130)の一次巻線(132)とプラズマ放電空間に発生するプラズマのうち少なくとも一つと関連する電気的又は光学的パラメータ値を測定するための測定回路が具備される。
【００５７】
例えば、プラズマの電気的及び光学的パラメータを測定するための測定回路は電流プローブ(360)と光学検出器(365)を含む。一次巻線(132)の電気的パラメータを測定するための測定回路(240)は一次巻線(132)の駆動電流、一次巻線の両端電圧、電圧供給源(210)で発生した電圧、一次巻線(132)の平均電力と最大電力などを測定する。制御回路(230)は測定回路を通じて一次巻線(132)とプラズマチャンバー(110)の内部で発生するプラズマと関連する電気的又は光学的パラメータ値を持続的にモニタリングし、測定された値と正常動作に基づいた基準値と比較しながら交流スイッチング電源供給源(220)を制御して一次巻線(132)に供給される電圧及び電流を制御する。
【００５８】
プラズマ反応器(100)は非正常的な動作環境によって発生することがある損傷を防止するための保護回路が具備され、プラズマ反応器(100)の過熱を防止するための冷却装置を含む。
【００５９】
電源供給ユニット(200)はプラズマ処理システムの全般を制御するシステム制御部(250)と連結される。電源供給ユニット(200)はプラズマ反応器(100)の動作状態をシステム制御部(250)に提供する。システム制御部(250)はプラズマ処理システムの全般を制御するための制御信号(242)を発生し、プラズマ反応器(100)の動作する過程でプロセスチャンバー(300)の動作を制御する。
【００６０】
電源供給ユニット(200)はプラズマチャンバー(110)と物理的に分離した構造を有する。電源供給ユニット(200)の電源出力端(202)と変圧器(130)の一次巻線(134)に連結される電源入力端(106)は無線周波数供給ケーブル(104)によって遠隔で連結される。かかる分離構造によりプラズマ反応器(100)の維持補修と設置が容易になる。しかし、電源供給ユニット(200)とプラズマチャンバー(110)を物理的に一つのユニットで構成することもできる。
【００６１】
プラズマチャンバー(110)で発生したプラズマはプロセスチャンバー(300)に出力されて収容される。プラズマチャンバー(110)のガス出口(114)はプロセスチャンバー(300)のプラズマ流入口(308)とアダプター(310)を通じて連結される。アダプター(310)は電気的絶縁領域を具備してプラズマチャンバー(110)とプロセスチャンバー(300)が電気的に絶縁されるようにすることが好ましい。アダプター(310)は過熱を防止するために冷却チャンネル(312)を具備することができる。アダプター(310)はプラズマチャンバー(110)を経由しない一つ以上のガス入口(図示せず)を具備することができる。そして、アダプター(310)はプラズマチャンバー(300)に流入されるプラズマの光学的パラメータを測定するためのウィンドウ(図示せず)を具備することができる。
【００６２】
プロセスチャンバー(300)の内部にはプラズマ流入口(308)の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させる拡散器(330)を含むことができる。プロセスチャンバー(300)の内側上部にはプラズマ流入口(308)の下に設置されて流入されるプラズマを拡散させるバッフル平板(306)を含むことができる。
【００６３】
プロセスチャンバー(300)の内部には被処理基板(304)を支持するための基板支持台(302)が具備される。被処理基板(304)は例えば、半導体装置を製造するためのシリコンウエハ基板又は液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの製造のためのガラス基板である。基板支持台(302)は一つ又は二つ以上のバイアス電源供給源(340、341)に連結され、単一バイアス又は多重バイアスすることができる。
【００６４】
図3は図1と関連してプラズマチャンバーの一例を示す斜視図であり、図4は図3のプラズマチャンバーの主要構成を示す分解斜視図である。
【００６５】
図3及び図4を参照して、一実施例によるプラズマチャンバー(400)はプラズマ放電空間を提供するチャンバー本体(410)とチャンバーカバー(416)を具備する。チャンバー本体(410)とチャンバーカバー(416)はOリング(図示せず)で真空絶縁されて結合構成される。プラズマチャンバー(400)は変圧器(430)が内蔵された構造を有するため金属物質を使用してチャンバー本体(410)とチャンバーカバー(416)を構成しても別途の絶縁領域を構成する必要がない。チャンバーカバー(416)にはガス入口(412)が構成され、チャンバー本体(410)の底面にはガス出口(414)が構成される。チャンバーカバー(416)にはコアシリンダジャケット(420)の連結ブリッジ(423)と結合される二つのブリッジ連結開口部(451)が構成される。
【００６６】
プラズマチャンバー(400)の内部にはコアシリンダジャケット(420)が設置される。コアシリンダジャケット(420)はジャケット本体(421)とジャケットカバー(422)を具備する。ジャケット本体(421)とジャケットカバー(422)は後述する図12ないし図18を参照した説明のとおりOリング(472)と絶縁リング(473)で真空及び電気的絶縁されて結合構成される。コアシリンダジャケット(420)が伝導体物質で構成される場合、絶縁リング(473)はコアシリンダジャケット(420)にエディ電流(eddy current)が発生することを遮断するように電気的不連続性を有する絶縁領域として機能する。ジャケット本体(421)はコア保存領域(427)を垂直に貫通する貫通口(424)を具備する。変圧器(430)を構成するマグネチックコア(432)は貫通口(424)にコア開口部(433)が挟まれるように設置される。
【００６７】
コアシリンダジャケット(420)は一つ又は二つ以上の連結ブリッジ(423)を具備する。例えば、二つの連結ブリッジ(423)がジャケットカバー(422)に構成され、連結ブリッジ(423)はチャンバーカバー(416)に構成されたブリッジ連結開口部(451)に結合される。連結ブリッジ(423)とブリッジ連結開口部(451)はOリング(図示せず)で真空絶縁される。連結ブリッジ(423)はコアシリンダジャケット(420)がプラズマチャンバー(400)の内部で一定の間隔を置いてプラズマ放電空間に維持されるようにする。また、連結ブリッジ(423)はプラズマチャンバー(400)の外部とコア保存空間(427)が連通されるように管構造を有する。変圧器(430)の一次巻線(434)は二つの連結ブリッジ(423)を通じてプラズマチャンバー(400)の外部に延長されて電源供給源(図示せず)と電気的に連結される。
【００６８】
図5は図3のプラズマチャンバーの平断面図であり、図6は図5のA-A線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図である。
【００６９】
図5及び図6を参照して、コアシリンダジャケット(420)はプラズマチャンバー(400)の内側面と間隔を置いて設置され、プラズマ放電空間に貫通口(424)を経由するプラズマ集中及び非集中放電チャンネル(450、452)を形成する。プラズマ放電空間はコアシリンダジャケット(420)によって二つの空間領域に区分され、その一つはプラズマ集中チャンネル(450)を形成するための第1空間領域(440)であり、他の一つはプラズマ非集中チャンネル(452)を形成するための第2 空間領域(446)である。
【００７０】
プラズマ集中チャンネル(450)を形成するための第1空間領域(440)は第1間隔を有して対向するプラズマチャンバー(400)の一面(442)とコアシリンダジャケット(420)の一面(441)を含む。プラズマチャンバー(400)の一面(442)とコアシリンダジャケット(420)の一面(441)は全体的に中空の円筒状構造で第1空間領域(440)を構成する。第1空間領域(440)の第1間隔(実質的に中空の円筒状構造の内径)はコアシリンダジャケット(420)の貫通口(424)の内径と同一かあるいは小さく構成することができる。プラズマ集中チャンネル(450)は第1空間領域(440)と貫通口(424)を経由して形成される。
【００７１】
プラズマ非集中チャンネル(452)を形成するための第2空間領域(446)は第2間隔を有して対向するプラズマチャンバー(400)の他の一面(448)とコアシリンダジャケット(420)の他の一面(447)を含む。第2間隔は第1間隔よりも小さい値を有する。プラズマ非集中チャンネル(452)は第2空間領域(446)と貫通口(424)を経由して形成される。実質的に第2空間領域(446)は相対して対向するプラズマチャンバー(400)の内側壁とコアシリンダジャケット(420)の外側壁から第1空間領域(440)を除外した残りの部分に該当する。
【００７２】
第2空間領域(446)の間隔は第1空間領域(440)の間隔よりも相対的に狭いため、実質的にプラズマチャンバー(400)の内部で大部分のガス流れは第1空間領域(440)と貫通口(424)を通じて行われ、大部分の活性ガスはプラズマ集中チャンネル(450)で発生する。
【００７３】
図6に図示されたように、プラズマチャンバー(400)に具備されるガス入口(412)とガス出口(414)はプラズマ集中チャンネル(450)を指向するように配置される。すなわち、ガス入口(412)とガス出口(414)との間にプラズマ集中チャンネル(450)が位置するようになることで、ガス入口(412)を通じて流入されたガスは第1空間領域(440)と貫通口(424)を通じて大部分が分配されて流れるようになる。それにより、プラズマ集中チャンネル(450)を通じて生成された活性ガスはガス出口(114)に連結されたアダプター(310)を通じてプロセスチャンバー(300)に提供される。
【００７４】
図7はプラズマ集中チャンネル周辺に誘電体障壁を構成した例を示す図面である。
【００７５】
図7を参照して、プラズマチャンバー(400)の内部放電領域にはプラズマ集中チャンネル(450)をさらに確実に形成するために第1空間領域(440)と第2空間領域(446)との間にスペーサーブロック(460)を設置することができる。スペーサーブロック(460)は第1空間領域(440)と第2空間領域(446)の境界でプラズマチャンバー(400)の内側面とコアシリンダジャケット(420)の外側面との間に挟まれるように設置される。スペーサーブロック(460)はセラミックスのような絶縁体物質で構成するのが好ましい。
【００７６】
プラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)はそれぞれ冷却チャンネル(418、428)が具備される。冷却チャンネル(418、428)はチャンバーカバー(416)の具備された多数個の冷却水注入及び排出口(419)と連結される。冷却水は冷却チャンネル(418、428)を循環して過熱したプラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)を冷却させる。冷却チャンネル(418、428)はプラズマ集中チャンネルを形成する第1空間領域(440)の周辺に設置されるのが好ましく、必要な場合は他の部分に追加的に設置することもできる。
【００７７】
図8はプラズマチャンバーの内部に複数個のプラズマ集中チャンネルを具備した例を示す図面である。
【００７８】
図8を参照して、他の実施例としてプラズマチャンバー(400)の内部放電領域は複数個のプラズマ集中チャンネルを分けて形成するように複数個の分離した第1空間領域(440a、440b、440c、440d)が構成される。これによってプラズマ非集中チャンネルも分けられた第2空間領域(446a、446b、446c、446d)を通じて形成される。複数個の分離した第1空間領域(440a、440b、440c、440d)は相対して対向するプラズマチャンバー(400)の内側一面(442a、442b、442c、442d)とコアシリンダジャケット(420)の外側一面(441a、441b、441c、441d)を含む。複数個の分離した第2空間領域(446a、446b、446c、446d)はプラズマチャンバー(400)の内側の他の一面(448a、448b、448c、448d)とコアシリンダジャケット(420)の外側の他の一面(447a、447b、447c、447d)を含む。そして、これに加えてプラズマチャンバー(440)とコアシリンダジャケット(420)には分離した第1空間領域(440a、440b、440c、440d)の周辺に多数の冷却チャンネル(418a、428a、418b、428b、418c、428c、418d、428d)が構成される。
【００７９】
図9は図5のB-B線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図であり、図10及び図11はコアシリンダジャケットの固定方法と関連する変形例を示す図面である。
【００８０】
図9を参照して、コアシリンダジャケット(420)に連結される連結ブリッジ(423)はプラズマチャンバー(400)の外部とコア保存空間(427)が連通されるように管構造を有する。この連結ブリッジ(423)を通じてコア保存空間(427)に冷却水又は冷却風を供給することができ、このための冷却装置を使用することができる。二つの連結ブリッジ(423)のうち一つは冷却水(又は冷却風)を入出力するのに使用することができる。
【００８１】
コアシリンダジャケット(420)をプラズマチャンバー(400)の内部に固定する方法はコアシリンダジャケット(420)の上部に構成することと、図10及び図11に図示されたように、多数個の連結ブリッジ(423)を上端と下端にそれぞれ構成する方法があり得る。また、図面には図示されていないが、プラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)の側壁に構成することもできる。構成方法によって冷却水又は冷却風を入出力する方法も多様に変形実施が可能である。
【００８２】
一方、プラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)は例えば、アルミニウムのような伝導体物質で製作することができる。又は、プラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)うちいずれか一つを石英のような絶縁体物質で構成することも可能である。伝導体物質で製作される場合には、陽極処理された(anodized)ものを使用するのが好ましい。伝導体物質で構成する場合、複合素材例えば、炭素ナノチューブと共有結合されたアルミニウムで構成される複合素材を使用するのが極めて有用である。かかる複合素材は既存のアルミニウムよりも強度がおおよそ3倍以上あり、強度に対比して重量は軽量である特徴を有する。複合素材で構成されたプラズマチャンバー(400)とコアシリンダジャケット(420)は多様な工程環境と熱的環境でも安定的な構造を維持することができ、プラズマチャンバーの大容量化による設備負担を減少することができる。
【００８３】
コアシリンダジャケット(420)は伝導体物質で構成される場合、プラズマ放電によってエディ電流(eddy current)が誘導されることがある。エディ電流はエネルギー伝達効率を低減させるため遮断するのが好ましい。それにより、コアシリンダジャケット(420)は電気的不連続性を有するように電気的絶縁領域を具備する。電気的絶縁領域を構成する方法の一つは、ジャケット本体(421)とジャケットカバー(422)を絶縁リング(471)を使用して間隔(470)を置いて結合する。絶縁リング(471)とともに真空絶縁のためにOリング(472)を使用することができる。間隔(470)の構造と絶縁リング(471)の構造は、効果的な電気的絶縁と真空絶縁のために添付された図12ないし図18に例示したように多様な変形が可能である。例えば、図12ないし図14に例示されたように、絶縁リング(471)を断面構造が矩形構造を有するようにすることができ、図15に例示されたように、二つの絶縁リング(471、473)を使用して構成することも可能である。又は、図16及び図17に例示されたように、絶縁リング(471)の断面構造がいずれか一方向にV字構造を有するようにすることもできる。又は、図18に例示されたように、絶縁リング(471)の断面構造が凹凸構造を有することができる。絶縁リング(471)の多様な構造とともに間隔(470)の断面構造も多様な変形が可能である。
【００８４】
図19及び図20はガス入口に多孔性ガス流入板を構成した例を示す図面であり、図21及び図 22は多孔性ガス流入板の平面構造を例示する図面である。
【００８５】
図19ないし図22を参照して、プラズマチャンバー(400)のガス入口(421)は多孔性ガス流入板(480)を具備することができる。ガス流入板(480)は貫通された多孔(481)が形成されている。貫通された多孔(481)は図19に図示されたように垂直に形成されたり、図20に図示されたように互いに異なる傾斜を有するように形成することができる。また、図21及び図22に図示されたように、貫通された多孔(481)は線状配置構造や円状配置構造で配列され、サイズが小さい微細多孔(482)を追加的に形成することができる。かかる多孔性ガス流入板(480)はプラズマチャンバー(400)の内部に流入されるガスが選択されて分配することができるようにしながら、二つ以上の互いに異なるガスが流入される場合、均一な混合が行われるようにする。
【００８６】
図23及び図24はプラズマチャンバーにガス入口とガス出口を構成する他の変形例を例示する図面である。
【００８７】
図23を参照して、プラズマチャンバー(400)に具備される分離した二つ以上のガス入口(412-1、412-2)を含むことができる。二つのガス入口(412-1、412-2)は二つ以上の互いに異なるガスが混合して供給されたり、分離して供給することができる。例えば、一つのガス入口(412-1)を通じて反応ガス(reactive gas)が供給され、他の一つのガス入口(412-2)を通じて希ガス(noble gas)を供給することができる。
【００８８】
図24を参照して、プラズマチャンバー(400)は分離した二つ以上の分離ガス出口(414-1、414-2)を含むことができる。二つ以上の分離ガス出口(414-1、414-2)は広い処理空間をプロセスチャンバー(例えば、二枚の被処理基板を同時に処理するマルチステーションを有するプロセスチャンバー)に活性ガスを分離して供給することができる。
【００８９】
図25はプラズマチャンバーの内部に放電誘導ブロックを具備した例を示す図面である。
【００９０】
図25を参照して、プラズマチャンバー(400)は一つ以上の放電誘導ブロック(490)を具備することができる。例えば、多数個の放電誘導ブロック(490)が相互間隔を有し、放射状の多重放電経路(491)を形成するようにコアシリンダジャケット(420)の上部に設置することができる。図面には示されていないが、コアシリンダジャケット(420)の下部にも同一の構造で多数個の放電誘導ブロック(490)を設置することができる。放電誘導ブロック(490)は絶縁体や伝導体で構成することができる。
【００９１】
図26は点火電極の一例を示す図面である。
【００９２】
図26を参照して、プラズマ点火を助ける自由電荷を発生するための点火電極(510)をチャンバー本体(410)に具備することができる。例えば、チャンバー本体(410)の一部に開口部(520)を形成し、開口部(520)に点火電極(510)を設置する。点火電極(510)がチャンバー本体(410)に直接的に接触しないようにすることと、放電空間に直接的に露出しないように絶縁体カバー(500)を間に置いて結合することができる。また、真空及び電気的絶縁のために絶縁リング(530)とOリング(540)を間に置いて結合することができる。
【００９３】
図27はプラズマチャンバーの内部に設置された点火維持電極の例を示す図面であり、図28は図27の点火電極に絶縁カバーを付加して構成した例を示す図面である。
【００９４】
図27を参照して、プラズマチャンバー(400)の内部には点火維持電極(550)を設置することができる。点火維持電極(550)はプラズマ放電空間に位置し、その形状はプラズマ放電経路に沿って折曲した例えば、‘コ' の字形態にすることができる。かかる構造で点火維持電極(550)の両末端(552、553)はコアシリンダジャケット(420)の貫通口(424)を指向するように延長されて配置される。そして、一側の折曲した角部分の延長部分(554)はプラズマチャンバー(400)の外部に延長されて点火電源(図示せず)と電気的に連結されるようにする。図28に例示されたように、点火維持電極(550)は金属電極(551)とこれを覆う絶縁体カバー(560)を含むことができる。
【００９５】
このように、プラズマチャンバー(400)の内部に設置される点火維持電極(550)はプラズマ非集中チャンネル(452)に位置するようにすることが好ましい。上記図29に例示されたように、かかる構造でプラズマチャンバー(400)のガス入口(412)とガス出口(414)をコアシリンダカバー(430)の貫通口(424)に整列してより集中的なプラズマ流れ(570)の発生が可能である。そして、点火維持電極(550)によってプラズマチャンバー(400)内部のプラズマはより安定的な維持が可能となる。
【００９６】
図30は二つの変圧器が内蔵された他の実施例のプラズマチャンバーを説明するための概念図である。
【００９７】
図30を参照して、本発明の他の実施例によるプラズマ反応器(1100)は二つの変圧器(1130a、1130b)が内蔵されたプラズマチャンバー(1110)を具備する。プラズマチャンバー(1110)はガス入口(1112)とガス出口(1114)を有してプラズマ放電空間を提供する。プラズマチャンバー(1110)の内部にはコア保存空間を提供するコアシリンダジャケット(1120)が具備される。コアシリンダジャケット(1120)はプラズマチャンバー(1110)の内側壁と間隔を置いて連結ブリッジ(1122)を通じてプラズマチャンバー(1110)に連結される。コアシリンダジャケット(1120)のコア保存空間は連結ブリッジ(1122)を通じてプラズマチャンバー(1110)の外部と連通される。コアシリンダジャケット(1120)のコア保存空間には二つの変圧器(1130a、1130b)が設置される。二つの変圧器(1130a、1130b)はそれぞれ一次巻線(1134a、1134b)を有するマグネチックコア(1132a、1132b)を具備する。マグネチックコア(1132a、1132b)はコアシリンダジャケット(1120)の二つの貫通口(1124a、1124b)を覆うようにコア保存空間に設置され、一次巻線(1134a、1134b)は連結ブリッジ(1122)を通じてプラズマチャンバー(1110)の外部に延長されて無線周波数を供給する電源供給ユニット(図示せず)に電気的に連結される。プラズマチャンバー(1110)のガス出口(1114)はアダプター(図示せず)を通じてプロセスチャンバー(300)と連結される。
【００９８】
コアシリンダジャケット(1120)は二つの貫通口(1124a、1124b)を具備し、プラズマチャンバー(1110)のプラズマ放電空間にそれぞれの貫通口(1124a、1124b)を経由するプラズマ集中及び非集中チャンネル(1150a、1150b)(1152a、1152b)を形成する。プラズマ放電空間はコアシリンダジャケット(1120)によって多数の空間領域に区分され、その一つはプラズマ集中チャンネル(1150a、1150b)を形成するための第1空間領域(1140a、1140b)であり、他の一つはプラズマ非集中チャンネル(1152a、1152b)を形成するための第2空間領域(1146a、1146b)である。第1空間領域(1140a、1140b)は第1間隔を有して対向するプラズマチャンバー(1110)の一面とコアシリンダジャケット(1120)の一面を含む。第2空間領域(1146)は第2間隔を有して対向するプラズマチャンバー(1110)の他の一面とコアシリンダジャケット(1120)の他の一面を含む。第1間隔は第2間隔よりも大きい値を有する。これに加えて貫通口(1124a、1124b)の内径も第2間隔よりも大きい値を有する。プラズマ集中チャンネル(1150a、1150b)とプラズマ非集中チャンネル(1152a、1152b)はコアシリンダジャケット(1120)の貫通口(1124a、1124b)を共有する。
【００９９】
かかるプラズマ反応器(1100)は上述した一つの変圧器が内蔵されたプラズマ反応器とほぼ同一の構成と動作構造を有する。それにより、同一の構成と動作に対して重複する説明は省略する。ただし、コアシリンダジャケット(1120)が二つの変圧器(1130a、1130b)を内蔵し、二つの貫通口(1124a、1124b)を具備することに差異がある。しかし、プラズマチャンバー(1110)の内部プラズマ放電空間で第1空間領域(1140a、1140b)を経由するプラズマ集中チャンネル(1150a、1150b)と第2空間領域(1146a、1146b)を経由するプラズマ非集中チャンネル(1152a、1152b)を形成する構造は基本的に同一である。
【０１００】
かかるプラズマ反応器(1100)はプラズマチャンバー(1110)に内蔵された二つの変圧器(1130a、1130b)からプラズマ放電空間に伝達されるエネルギーがほぼ損失せずに伝達されるためエネルギー伝達効率が極めて高い。それにより、大容量の活性ガスを発生するのに極めて相応しい。特に、二つの変圧器(1130a、1130b)を使用するため相対的に多くの容量の活性ガスを発生することができる。また、活性ガスを多数のガス出口を通じてプロセスチャンバーに供給しなければならない場合にも効果的に使用することができる。又は、多数個の小容量の変圧器を使用することで一つの高容量の変圧器を使用する場合に発生することがある様々な問題点を回避することができる。
【０１０１】
図31ないし図33は二つの変圧器の電気的連結方式の多様な実施構造を例示する図面である。
【０１０２】
二つの変圧器(1130a、1130b)は様々な方式で駆動することができる。例えば、図31に図示したように、一つの交流スイッチング電源供給源(1220)に二つの変圧器(1130a、1130b)が直列で連結されて駆動することができる。又は、並列で連結されて駆動することもできる。図32に図示されたように、一つの交流スイッチング電源供給源(1220)に二つの変圧器(1130a、1130b)が連結されるが、それぞれの一次巻線(1134a、1134b)が二つのマグネチックコア(1132a、1132b)に共通して巻線することができる。又は、図33に図示されたように、二つの交流スイッチング電源供給源(1220a、1220b)を使用して二つの変圧器(1130a、1130b)を並列に駆動することもできる。この時、二つの交流スイッチング電源供給源(1220a、1120b)の位相を同期させるための共通クロック回路を使用することができる。
【０１０３】
図34は図30と関連して二つの変圧器が内蔵されたプラズマチャンバーの斜視図であり、図35は図34のプラズマチャンバーの主要構成を示す分解斜視図である。
【０１０４】
図34及び図35を参照して、一実施例によるプラズマチャンバー(1400)はプラズマ放電空間を提供するチャンバー本体(1410)とチャンバーカバー(1416)を具備する。チャンバー本体(1410)とチャンバーカバー(1416)はOリング(図示せず)で真空絶縁されて結合構成される。プラズマチャンバー(1400)は二つの変圧器(1430)が内蔵された構造を有するため、金属物質を使用してチャンバー本体(1410)とチャンバーカバー(1416)を構成しても別途の絶縁領域を構成する必要がない。チャンバーカバー(1416)にはガス入口(1412)が構成され、チャンバー本体(1410)の底面にはガス出口(図面には見えない)が構成される。チャンバーカバー(1416)にはコアシリンダジャケット(1420)の連結ブリッジ(1423)と結合される二つのブリッジ連結開口部(1451)が構成される。
【０１０５】
プラズマチャンバー(1400)の内部にはコアシリンダジャケット(1420)が設置される。コアシリンダジャケット(1420)はジャケット本体(1421)とジャケットカバー(1422)を具備する。ジャケット本体(1421)とジャケットカバー(1422)はOリング(図示せず)と絶縁リング(図示せず)で真空及び電気的絶縁されて結合構成される。コアシリンダジャケット(1420)が伝導体物質で構成される場合、絶縁リング(図示せず)はコアシリンダジャケット(1420)にエディ電流(eddy current)が発生することを遮断するように電気的不連続性を有する絶縁領域として機能する。ジャケット本体(1421)はコア保存領域(1427)を垂直に貫通する二つの貫通口(1424)を具備する。二つの変圧器(1430)を構成するそれぞれのマグネチックコア(1432)は二つの貫通口(1424)にコア開口部(1433)が挟まれるように設置される。
【０１０６】
コアシリンダジャケット(1420)は一つ又は二つ以上の連結ブリッジ(1423)を具備する。例えば、二つの連結ブリッジ(1423)がジャケットカバー(1422)に構成され、この連結ブリッジ(1423)はチャンバーカバー(1416)に構成された二つのブリッジ連結開口部(1451)に結合される。二つの連結ブリッジ(1423)と二つのブリッジ連結開口部(1451)はOリング(図示せず)で真空絶縁される。二つの連結ブリッジ(1423)はコアシリンダジャケット(1420)がプラズマチャンバー(1400)の内部で一定の間隔を置いてプラズマ放電空間に維持されるようにする。また、二つの連結ブリッジ(1423)はプラズマチャンバー(1400)の外部とコア保存空間(1427)が連通されるように管構造を有する。二つの変圧器(1430)の一次巻線(1434)は連結ブリッジ(1423)を通じてプラズマチャンバー(1400)の外部に延長されて電源供給源(図示せず)と電気的に連結される。
【０１０７】
図36は図34のプラズマチャンバーの平断面図であり、図37は図36のC-C線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図である。
【０１０８】
図36及び図37を参照して、コアシリンダジャケット(1420)はプラズマチャンバー(1400)の内側面と間隔を置いて設置され、プラズマ放電空間に二つの貫通口(1424)を経由するプラズマ集中及び非集中チャンネル(図面ではプラズマ集中チャンネル(1450)だけ示されている)を形成する。プラズマ放電空間はコアシリンダジャケット(1420)によって二つの空間領域に区分され、その一つはプラズマ集中チャンネル(1450)を形成するための二つの第1空間領域(1440)であり、他の一つはプラズマ非集中チャンネル(図37では示されていない)を形成するための二つの第2空間領域(1446)である。
【０１０９】
プラズマ集中チャンネル(1450)を形成するための第1空間領域(1440)は第1間隔を有して対向するプラズマチャンバー(1400)の一面(1442)とコアシリンダジャケット(1420)の一面(1441)を含む。プラズマチャンバー(1400)の一面(1442)とコアシリンダジャケット(1420)の一面(1441)は全体的に中空の円筒状構造で第1空間領域(1440)を構成する。第1空間領域(1440)の第1間隔(実質的に中空の円筒状構造の内径)はコアシリンダジャケット(1420)の貫通口(1424)の内径と同一かあるいは小さく構成することができる。プラズマ集中チャンネル(1450)は第1空間領域(1440)と貫通口(1424)を経由して形成される。
【０１１０】
特に、二つの変圧器(1430)が装着される構造で一次巻線(図示せず)の巻線方向によって二つの貫通口(1424)を経由するプラズマ集中チャンネル(1450-2)を形成することができる。すなわち、プラズマ集中チャンネル(1450)は二つの第1空間領域(1440)と二つの貫通口(1424)を経由する二つのプラズマ集中チャンネル(1450-1、1450-3)と二つの貫通口(1424)のみを経由するまた他のプラズマ集中チャンネル(1450-2)を含むことができる。
【０１１１】
プラズマ非集中チャンネル(図37には図示されない)を形成するための第2空間領域(1446)は第2間隔を有して対向するプラズマチャンバー(1400)の他の一面(1448)とコアシリンダジャケット(1420)の他の一面(1447)を含む。第2間隔は第1間隔よりも小さい値を有する。プラズマ非集中チャンネルは二つの第2空間領域(1446)と二つの貫通口(1424)を経由して形成される。実質的に二つの第2 空間領域(1446)は相対して対向するプラズマチャンバー(1400)の内側壁とコアシリンダジャケット(1420)の外側壁から二つの第1空間領域(1440)を除外した残りの部分に該当する。
【０１１２】
第2空間領域(1446)の間隔は第1空間領域(1440)の間隔よりも相対的に狭いため、実質的にプラズマチャンバー(1400)の内部で大部分のガス流れは第1 空間領域(1440)と貫通口(1424)を通じて行われ、大部分の活性ガスはプラズマ集中チャンネル(1450)で発生する。冷却チャンネル(1418、1428)はプラズマ集中チャンネルを形成する第1空間領域(1440)の周辺で設置されるのが好ましく、必要な場合は他の部分に追加的に設置することもできる。
【０１１３】
図38ないし図44はプラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【０１１４】
図38を参照して、一変形のプラズマチャンバー(1400a)は二つの第1空間領域(1440)が二つの貫通口(1424)と交差して整列される構造を有するようにすることができる。又は、図39に図示されたように、他の変形のプラズマチャンバー(1400b)は二つの貫通口(1424)のみでプラズマ集中チャンネルを構成した例である。
【０１１５】
図40を参照して、また他の変形のプラズマチャンバー(1400c)はそれぞれ一つの変圧器(1430)を具備した二つのコアシリンダジャケット(1420)を具備することができる。二つのコアシリンダジャケット(1420)はそれぞれ独立的に第1空間領域(1440)と第2空間領域(1446)を形成する。又は、図41に図示されたように、また他の変形のプラズマチャンバー(1400d)はそれぞれ一つの変圧器(1430)を具備した二つのコアシリンダジャケット(1420)を具備するが、二つのコアシリンダジャケット(1420)は共通した一つの第1空間領域(1440)とそれぞれ独立した第2空間領域(1446)を形成する。
【０１１６】
図42ないし図44は三つの変圧器が内蔵されたプラズマチャンバーの様々な変形例を示す図面である。
【０１１７】
図42ないし図44に図示されたように、また他の変形のプラズマチャンバー(1400e、1400f、1400g)は三つの変圧器(1430)が内蔵される。図42に図示されたように、一変形例のプラズマチャンバー(1400e)は三つの変圧器(1430)が一つのコアシリンダジャケット(1420)に設置される。図43に図示されたように、他の変形例のプラズマチャンバー(1400f)は三つの変圧器(1430)が三つのコアシリンダジャケット(1420)にそれぞれ独立的に分けて設置することもできる。又は、図44に図示されたように、また他の変形例のプラズマチャンバー(1400g)は分離した三つのコア保存空間(1427)と三つの貫通口(1424)、そして別途のまた他の貫通口(1428)を具備したコアシリンダジャケット(1420)を具備する。
【０１１８】
かかる変形例でプラズマ集中チャンネルを形成するための一つ以上の第1空間領域(1440)が多様に配置されて構成することができ、これによってプラズマ非集中チャンネルを形成するための一つ以上の第2空間領域(1446)も多様な配置構造をとる。独特にコアシリンダジャケット(1420)に具備された二つ以上の貫通口(1424)のみを利用してプラズマ集中チャンネルを構成することもできる。
【０１１９】
以上で説明した本発明の内蔵変圧器を有するプラズマ反応器の実施例は例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。それにより、本発明は上記の詳細な説明で言及される形態のみに限定されるものではない。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的思想によって決められるべきである。また、本発明は添付された請求の範囲によって定義される本発明の精神とその範囲内にある全ての変形物と均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の内蔵変圧器を有するプラズマ反応器は固体、粉末、ガスなど多様な材料の処理のための工程に有用に使用することができ、蝕刻や蒸着のような半導体処理装置のプロセスチャンバーの洗浄にも有用に使用することができる。また、ガス分離のための装置として、活性ガス源として、反応ガス源として使用することができる。また、イオン注入やイオンミリングのためのイオン源として使用することができる。また、大気圧プラズマトーチとして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の好ましい実施例によるプラズマ反応器を具備したプラズマ処理装置を示す図面である。
【図２】点火回路構成の一例を示す図面である。
【図３】図1と関連してプラズマチャンバーの一例を示す斜視図である。
【図４】図3のプラズマチャンバーの主要構成を示す分解斜視図である。
【図５】図3のプラズマチャンバーの平断面図である。
【図６】図5のA-A線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図である。
【図７】プラズマ集中チャンネル周辺で誘電体障壁を構成した例を示す図面である。
【図８】プラズマチャンバーの内部に複数個のプラズマ集中チャンネルを分けて具備した例を示す図面である。
【図９】図4のB-B線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図である。
【図１０】コアシリンダジャケットの固定方法と関連する変形例を示す図面である。
【図１１】コアシリンダジャケットの固定方法と関連する変形例を示す図面である。
【図１２】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１３】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１４】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１５】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１６】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１７】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１８】コアシリンダジャケットの絶縁構造の様々な例を示す図面である。
【図１９】ガス入口に多孔性ガス流入板を構成した例を示す図面である。
【図２０】ガス入口に多孔性ガス流入板を構成した例を示す図面である。
【図２１】多孔性ガス流入板の平面構造を例示する図面である。
【図２２】多孔性ガス流入板の平面構造を例示する図面である。
【図２３】プラズマチャンバーにガス入口とガス出口を構成する他の変形例を例示する図面である。
【図２４】プラズマチャンバーにガス入口とガス出口を構成する他の変形例を例示する図面である。
【図２５】プラズマチャンバーの内部に放電誘導ブロックを具備した例を示す図面である。
【図２６】点火電極の一例を示す図面である。
【図２７】プラズマチャンバーの内部に設置された点火維持電極の例を示す図面である。
【図２８】図27の点火維持電極に絶縁カバーを付加して構成した図面である。
【図２９】点火維持電極が設置されたプラズマチャンバー内部に集中されたプラズマ流れを例示する図面である。
【図３０】二つの変圧器が内蔵された他の実施例のプラズマチャンバーを説明するための概念図である。
【図３１】二つの変圧器の電気的連結方式の多様な実施構造を例示する図面である。
【図３２】二つの変圧器の電気的連結方式の多様な実施構造を例示する図面である。
【図３３】二つの変圧器の電気的連結方式の多様な実施構造を例示する図面である。
【図３４】図30と関連して二つの変圧器が内蔵されたプラズマチャンバーの斜視図である。
【図３５】図34のプラズマチャンバーの主要構成を示す分解斜視図である。
【図３６】図34のプラズマチャンバーの平断面図である。
【図３７】図36のC-C線を基準としたプラズマチャンバーの垂直断面図である。
【図３８】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図３９】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図４０】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図４１】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図４２】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図４３】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【図４４】プラズマチャンバーの多様な変形構造を例示する図面である。
【符号の説明】
【０１２２】
100: プラズマ反応器                    104: 無線周波数ケーブル
106: 電源入力端                        110: プラズマチャンバー
112: ガス入口                          114: ガス出口
120: コアシリンダジャケット            122: 連結ブリッジ
124: 貫通口                            130: 変圧器
140: 第1空間領域                       146: 第2空間領域
150: プラズマ集中チャンネル            152: プラズマ非集中チャンネル
200: 電源供給ユニット                  202: 電源出力端
210: 電圧供給源                        220: 交流スイッチング電源供給源
230: 電源制御回路                      300: プロセスチャンバー
302: 基板支持台                        304: 被処理基板
306: バッフル平板                      308: プラズマ流入口
310: アダプター                        312: 冷却チャンネル
330: 拡散器                            340,341: バイアス電源
342: インピーダンス整合器              350: 点火回路
352: 点火電極                          354: 点火電源誘導コイル
360: 電流プローブ                      365: 光学検出器
400: プラズマチャンバー                410: チャンバー本体
412: ガス入口                          414: ガス出口
416: チャンバーカバー                  418: 冷却チャンネル
419: 冷却水流入及び排出口              420: コアシリンダジャケット
421: ジャケット本体                    422: ジャケットカバー
423: 連結ブリッジ                      424: 貫通口
427: コア保存空間                      428: 冷却チャンネル
430: 変圧器                            432: マグネチックコア
433: コア開口部                        434: 一次巻線
440: 第1空間領域                  
441: コアシリンダジャケットの一面
442: プラズマチャンバーの一面          446: 第2空間領域
447: コアシリンダジャケットの他の一面
448: プラズマチャンバーの他の一面
450: プラズマ集中チャンネル            451: ブリッジ連結開口部
452: プラズマ非集中チャンネル          460: スペーサーブロック
470: 間隔                              471: 絶縁スペーサー
472: Oリング                           490: 放電誘導ブロック
500: 誘電体カバー                      510: 点火電極
530: 絶縁リング                        540: Oリング
550: 点火維持電極                      551: 金属電極
552,553: 両末端                        554: 延長部分
560: 絶縁体カバー
【図１】
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【図２】
0005517021.tif 000003
【図３】
0005517021.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005517021.tif 000006
【図６】
0005517021.tif 000007
【図７】
0005517021.tif 000008
【図８】
0005517021.tif 000009
【図９】
0005517021.tif 000010
【図１０】
0005517021.tif 000011
【図１１】
0005517021.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005517021.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005517021.tif 000019
【図１９】
0005517021.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
0005517021.tif 000041
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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