特許 5962773 プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5962773

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20160721BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

【請求項の数】16

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-554679(P2014-554679)

(86)(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公表番号】特表2015-512117(P2015-512117A)

(43)【公表日】2015年4月23日

(86)【国際出願番号】KR2013012200

(87)【国際公開番号】WO2014104753

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2014年7月2日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0156816

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2013-0163632

(32)【優先日】2013年12月26日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】508143672

【氏名又は名称】ニュー パワー プラズマ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】チョイ， サン−ドン

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００６−５１６８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４２６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１０−００１０５６８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００ − １／５４

Ｃ２３Ｃ １４／００ −１６／５６

Ｃ２３Ｆ １／００ − ４／０４

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３ −２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６３ −２１／３６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トランスフォーマの１次巻線を有するマグネチックコアと、
前記マグネチックコアに巻きつけられたトランスフォーマの１次巻線に交流電力を供給するための交流電源供給源と、
前記マグネチックコアが取り付けられ、前記マグネチックコアを介して電圧が直接誘起されて誘導起電力が誘導される複数のプラズマチャンバー本体と、
前記プラズマチャンバー本体と絶縁領域を介して連結され、前記プラズマチャンバー本体から間接的に誘導起電力が伝達される複数のフローティングチャンバーと、
を含んで、
前記プラズマチャンバー本体内部と前記フローティングチャンバー内部の放電経路は互いに連結され、ループ状の放電経路を形成し、
前記フローティングチャンバーをグラウンドからもプラズマチャンバー本体からもフローティング状態にすることによって、前記交流電源供給源から供給される交流電力の位相変化に応じて、フローティング状態でない場合より大きな電圧差が前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバーの間に発生し、プラズマ点火が容易になること、および
プラズマを工程チャンバーに供給することを特徴とするプラズマ反応器。

【請求項2】

前記プラズマ反応器は、ループ状の放電経路上に対称的構造をなすように４個以上のマグネチックコアが取り付けられる複数のプラズマチャンバー本体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3】

前記プラズマチャンバー本体及びフローティングチャンバーは同一材質で構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ反応器。

【請求項4】

前記同一材質は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ反応器。

【請求項5】

前記絶縁領域は誘電体で形成され、前記絶縁領域は、真空絶縁のためのゴム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】

前記誘電体は、セラミックであることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ反応器。

【請求項7】

前記絶縁領域の幅は、前記交流電源供給源から供給される交流電力の電圧レベルによって決定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。

【請求項8】

前記フローティングチャンバーは、
工程チャンバーにプラズマを供給するプラズマ工程後に、帯電された電荷を放電させるための抵抗と、
プラズマ工程後に、前記抵抗と前記フローティングチャンバーとを接続させるためのスイッチング回路と、を備え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9】

前記絶縁領域を両端に備える前記フローティングチャンバーが、プラズマ反応器のガス注入口とガス排出口を含んでそれぞれさらに設けら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。

【請求項10】

前記絶縁領域を両端に備える前記フローティングチャンバーが、前記マグネチックコアの取り付けられる前記プラズマチャンバー本体と交差する位置に設けら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。

【請求項11】

前記絶縁領域を両端に備える前記フローティングチャンバーが、プラズマ反応器のガス注入口を含んでさらに設けら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。

【請求項12】

前記絶縁領域を両端に備える前記フローティングチャンバーが、プラズマ反応器のガス排出口を含んでさらに設けら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。

【請求項13】

前記複数のフローティングチャンバーのいずれか一つは接地されてい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14】

前記ガス注入口を含んで設けられる前記フローティングチャンバーはグラウンドからもプラズマチャンバー本体からもフローティング状態であり、前記ガス排出口を含んで設けられる前記フローティングチャンバーは接地されていることを特徴とする、請求項９に記載のプラズマ反応器。

【請求項15】

ガス注入口を通してガスが供給され、マグネチックコアに巻きつけられた１次巻線に交流電源供給源から交流電力が供給される段階と、
前記マグネチックコアの取り付けられた複数のプラズマチャンバー本体に誘導起電力が直接誘導される段階と、
前記プラズマチャンバー本体で誘導された誘導起電力が、前記プラズマチャンバー本体と絶縁領域を介して連結された複数のフローティングチャンバーに伝達されて、反応器本体内でプラズマ放電が誘導される段階と、
放電されたプラズマがガス排出口を通して工程チャンバーに供給される段階と、
前記フローティングチャンバーが、プラズマ放電が誘導された後に、帯電された電荷を放電するために高抵抗に接続される段階と、を含み
前記プラズマチャンバー本体内部と前記フローティングチャンバー内部の放電経路は互いに連結され、ループ状の放電経路を形成し、
前記フローティングチャンバーをグラウンドからもプラズマチャンバー本体からもフローティング状態にすることによって、前記交流電源供給源から供給される交流電力の位相変化に応じて、フローティング状態でない場合より大きな電圧差が前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバー間に発生し、プラズマ点火が容易になることを特徴とする、プラズマ反応器を用いたプラズマ点火方法。

【請求項16】

前記高抵抗に接続される段階において、前記フローティングチャンバーはスイッチング回路を介して高抵抗に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載のプラズマ反応器を用いたプラズマ点火方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法に関し、特に、ＴＣＰ、ＩＣＰ結合プラズマソース方式（誘導結合プラズマソース）において、既存に比べて相対的に低電圧を供給する場合にもプラズマ放電が可能となるようにし、既存と同一の電圧を供給する場合には既存方法に比べてプラズマ放電条件が緩和されるようにするとともに、プラズマ放電開始以降のプラズマ維持又は持続にも有利なプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマとは、超高温で負電荷を帯びた電子と正電荷を帯びたイオンとに分離された気体状態を指す。この状態では、電荷分離度がごく高いとともに、全体的に負と正の電荷数が同一であるため、中性を帯びることとなる。

【0003】

一般に、物質の状態は、固体・液体・気体の３種類に分類される。プラズマは通常、第４の物質状態と呼ばれる。固体にエネルギーを加えると液体、気体となり、気体状態に高いエネルギーを再び加えて数万℃になると、気体は電子と原子核とに分離されてプラズマ状態となるからである。

【0004】

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用いられている。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、エッチング、蒸着、洗浄、アッシングなどに多様に使用されている。

【0005】

近年、半導体装置の製造のためのウエハーやＬＣＤガラス基板は大型化しつつあり、それに伴って、プラズマイオンエネルギーの制御能力が高いとともに、大面積の処理能力を持つ拡張性の高いプラズマソースが要求されている。

【0006】

プラズマを用いた半導体製造工程において遠隔プラズマの使用は非常に有用であると知られている。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に有用である。

【0007】

遠隔プラズマ反応器（又は、遠隔プラズマ発生器と称する。）は、変圧器結合プラズマソース（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ：ＴＣＰＳ）を使用したものと、誘導結合プラズマソース（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ：ＩＣＰＳ）を使用したものがある。変圧器結合プラズマソース（ＴＣＰＳ）を使用した遠隔プラズマ反応器は、トロイダル構造の反応器本体に、１次巻線コイルを有するマグネチックコアが取り付けられた構造を有する。

【0008】

以下、添付の図面を参照して、従来技術に係る変圧器結合プラズマソース遠隔プラズマ反応器について説明する。

【0009】

図１は、プラズマ処理処置の構成を示す図である。

【0010】

図１を参照すると、プラズマ処理処置は、遠隔プラズマ反応器と工程チャンバー５とで構成されている。遠隔プラズマ反応器は、トロイダル状のプラズマチャンバー４と、プラズマチャンバー４に取り付けられたマグネチックコア３と、マグネチックコア３に巻きつけられた１次巻線２に交流電力を供給するための交流電源供給源１とで構成されている。遠隔プラズマ反応器は、プラズマチャンバー４の内部にガスが流入し、電源供給源１から供給された交流電力がトランスフォーマの１次巻線２に供給されて１次巻線が駆動すると、プラズマチャンバー４の内部に誘導起電力が伝達され、プラズマチャンバー４の内部にプラズマ放電のための反応器放電ループ６が誘導され、これでプラズマが発生する。プラズマチャンバー４はアダプター９を介して工程チャンバー５に連結され、プラズマチャンバー４に発生したプラズマは工程チャンバー５に供給され、工程チャンバー５内では被処理基板が処理される。

【0011】

図２及び図３は、従来の遠隔プラズマ反応器を示す図である。

【0012】

図２及び図３を参照すると、遠隔プラズマ反応器は、マグネチックコア３に巻きつけられた１次巻線２に、交流電源供給源１から交流電力が供給される。この時、プラズマチャンバー４は、内部に形成される反応器放電ループ６によってプラズマチャンバー４内のガスが放電されてプラズマ状態となる。プラズマチャンバー４は接地８に接続することができる。プラズマチャンバー４は環状構造になっているため、プラズマチャンバー４で交流電流が全部消費されることがあり、これを防止するために絶縁体７が設けられている。絶縁体７は、セラミックなどの誘電体物質で構成される。交流電源供給源１は、設定された周波数（Ｈｚ）に応じて反転された位相の交流電流を供給する。

【0013】

このような従来の遠隔プラズマ反応器は、高電圧の交流電力を印加してプラズマを点火した。しかしながら、例えば、プラズマチャンバー４の内部が８Ｔｏｒｒである低気圧において５００Ｖの高電圧を印加した場合、約１０００回あたりに２〜３回の点火失敗率を示した。点火失敗が発生すると、再点火のための作業が必要となり、工程進行が遅れることはもとより、再点火のために高い費用がかかる。また、アーク放電によってプラズマチャンバー４の内部が損傷することもあった。しかも、プラズマ反応器の絶縁体７がプラズマチャンバー４の内部で発生するプラズマによって容易く損傷又は破損してしまい、プラズマが発生しないこともあった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、変圧器結合プラズマソース方式や誘導結合プラズマソース方式において従来に比べて相対的に低電圧を供給する場合にもプラズマ放電が可能であるプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法を提供することにある。

【0015】

本発明の他の目的は、従来と同一の電圧を供給する場合、従来に比べてプラズマ放電を容易に発生させ、且つ発生したプラズマを容易に維持することができるプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法を提供することにある。

【0016】

本発明の他の目的は、従来に比べて相対的に低電圧を供給してプラズマを発生させる場合にもプラズマ放電が可能となるため、安価の製品を供給でき、且つアーク放電によるプラズマ反応器の損傷を最小化できるプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法を提供することにある。

【0017】

本発明の他の目的は、従来と同一の電圧を供給する場合、ガス流量が少なく、圧力が低い状態でも、プラズマ放電のための点火を容易にさせることができるプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法を提供することにある。

【0018】

本発明の更に他の目的は、従来と同一の電圧を供給する場合、低温においも、プラズマ放電のための点火を容易にさせることができるプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記の技術的課題を達成するための本発明の一面は、プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法に関する。本発明のプラズマ反応器は、１次巻線を有する複数個のマグネチックコアと、前記１次巻線に交流電力を供給するための交流電源供給源と、前記マグネチックコアが取り付けられ、電圧が直接誘導されて誘導起電力が誘導される複数個のプラズマチャンバー本体と、前記プラズマチャンバー本体と絶縁領域を介して連結され、前記プラズマチャンバー本体から間接的に誘導起電力が伝達される複数個のフローティングチャンバーと、を備え、前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバーは、内部にプラズマ放電のための一つの放電経路を有し、前記交流電源供給源から供給される交流電力の位相変化に応じて前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバー間に発生する電圧差によってプラズマ点火がなされる。

【0020】

そして、前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバーは一字状になっており、内部に一つの放電経路を有する。

【0021】

また、前記プラズマ反応器は、前記マグネチックコアがそれぞれ取り付けられる複数個のプラズマチャンバー本体を有する。

【0022】

そして、前記プラズマチャンバー本体とフローティングチャンバーはループ状になっており、内部にループ状の放電経路を有する。

【0023】

また、前記プラズマ反応器は、ループ状の放電経路上に対称的構造をなすように４個以上のマグネチックコアが取り付けられる複数個のプラズマチャンバー本体を有する。

【0024】

そして、前記プラズマチャンバー本体及びフローティングチャンバーは同一材質で構成される。

【0025】

また、前記同一材質はアルミニウムである。

【0026】

そして、前記同一材質は導体又は誘電体のいずれか一つである。

【0027】

また、前記誘電体はセラミックである。

【0028】

そして、前記プラズマチャンバー本体及び前記フローティングチャンバーは誘電体で形成され、前記プラズマチャンバー本体又は前記フローティングチャンバーの外周面に導体層が形成される。

【0029】

また、前記絶縁領域は誘電体で形成され、前記絶縁領域は真空絶縁のためのゴムを含む。

【0030】

そして、前記誘電体はセラミックである。

【0031】

また、前記絶縁領域の幅は、前記交流電源供給源から供給される交流電力の電圧レベルによって決定される。

【0032】

そして、前記フローティングチャンバーは、工程チャンバーにプラズマを供給するプラズマ工程後に、帯電された電荷を放電させるための抵抗と、プラズマ工程後に、前記抵抗と前記フローティングチャンバーとを接続させるためのスイッチング回路と、を備える。

【0033】

本発明のプラズマ反応器は、トランスフォーマの１次巻線を有するマグネチックコアと、前記マグネチックコアに巻きつけられたトランスフォーマの１次巻線に交流電力を供給するための交流電源供給源と、前記マグネチックコアが取り付けられ、前記マグネチックコアを介して直接電圧が誘起されて誘導起電力が誘導されるプラズマチャンバー本体と、前記プラズマチャンバー本体と絶縁領域を介して連結され、前記プラズマチャンバー本体から間接的に誘導起電力が伝達される複数個のフローティングチャンバーと、を備え、前記複数個のフローティングチャンバーは絶縁領域を介して連結され、前記交流電源供給源から供給される交流電力の位相変化に応じて前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバー間に発生する電圧差によってプラズマ点火が発生し、プラズマを工程チャンバーに供給する。

【0034】

そして、前記プラズマチャンバー本体と前記フローティングチャンバーは一字状になっており、内部に一つの放電経路を有する。

【0035】

また、前記プラズマ反応器は、前記マグネチックコアがそれぞれ取り付けられる複数個のプラズマチャンバー本体を有する。

【0036】

そして、前記プラズマチャンバー本体とフローティングチャンバーはループ状になっており、内部にループ状の放電経路を有する。

【0037】

また、前記プラズマ反応器は、ループ状の放電経路上に対称的構造をなすように４個以上のマグネチックコアが取り付けられる複数個のプラズマチャンバー本体を有する。

【0038】

そして、前記プラズマチャンバー本体及びフローティングチャンバーは同一材質で構成される。

【0039】

また、前記同一材質はアルミニウムである。

【0040】

そして、前記同一材質は導体又は誘電体のいずれか一つである。

【0041】

また、前記誘電体はセラミックである。

【0042】

そして、前記プラズマチャンバー本体及び前記フローティングチャンバーは誘電体で形成され、前記プラズマチャンバー本体又は前記フローティングチャンバーの外周面に導体層が形成される。

【0043】

また、前記絶縁領域は誘電体で形成され、前記絶縁領域は真空絶縁のためのゴムを含む。

【0044】

そして、前記誘電体はセラミックである。

【0045】

また、前記絶縁領域の幅は、前記交流電源供給源から供給される交流電力の電圧レベルによって決定される。

【0046】

そして、前記フローティングチャンバーは、工程チャンバーにプラズマを供給するプラズマ工程後に、帯電された電荷を放電させるための抵抗と、プラズマ工程後に、前記抵抗と前記フローティングチャンバーとを接続するためのスイッチング回路と、を備える。

【0047】

また、前記絶縁領域は、プラズマ反応器のガス注入口とガス排出口にそれぞれさらに設けられる。

【0048】

そして、前記絶縁領域は、前記マグネチックコアの取り付けられる前記プラズマチャンバー本体と交差する位置に設けられる。

【0049】

また、前記絶縁領域は、プラズマ反応器のガス注入口にさらに設けられる。

【0050】

そして、前記絶縁領域は、プラズマ反応器のガス排出口にさらに設けられる。

【0051】

また、前記複数個のフローティングチャンバーのいずれか一つは接地に接続される。

【0052】

そして、前記プラズマ反応器は、ガス注入口が設けられているフローティングチャンバーはフローティング状態であり、ガス排出口が設けられているフローティングチャンバーは接地に接続される。

【0053】

本発明のプラズマ反応器を用いたプラズマ点火方法は、ガス注入口を通してガスが供給され、マグネチックコアに巻きつけられた１次巻線に交流電源供給源から交流電力が供給される段階と、前記マグネチックコアの取り付けられたプラズマチャンバー本体に誘導起電力が直接誘導される段階と、前記プラズマチャンバー本体で誘導された誘導起電力が複数個のフローティングチャンバーに伝達されて、反応器本体内でプラズマ放電が誘導される段階と、放電されたプラズマがガス排出口を通して工程チャンバーに供給される段階と、前記フローティングチャンバーが、プラズマ放電が誘導された後に、帯電された電荷を放電するために高抵抗に接続される段階と、を含む。

【0054】

そして、前記高抵抗に接続される段階において、前記フローティングチャンバーはスイッチング回路を介して高抵抗に接続される。

【発明の効果】

【0055】

本発明のプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法は、下記の効果を有する。

【0056】

第一、従来に比べて相対的に低電圧を供給してプラズマを発生させる場合にもプラズマ放電が可能となるため、安価の製品を供給し、且つ、アーク放電によるプラズマ反応器の損傷を最小化する。

【0057】

第二、従来と同一の電圧を供給する場合、ガスフロー流量圧力が低い状態でもプラズマ放電のための点火を容易にさせる。

【0058】

第三、従来と同一の電圧を供給する場合、低温でもプラズマ放電のための点火を容易にさせる。

【図面の簡単な説明】

【0059】

【図1】従来技術に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図2】従来技術に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器の点火を説明するための図である。

【図3】従来技術に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器の点火を説明するための図である。

【図4】本発明の第１実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図5】本発明の第２実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図6】本発明の第３実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図7】本発明の第４実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図8】本発明の第５実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図9】本発明の第６実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図10】本発明の第７実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図11】本発明の第８実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図12】本発明の第９実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図13】本発明の第１０実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図14】本発明の第１１実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図15】本発明の第１２実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図16】本発明の第１３実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図17】本発明の第１４実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図18】本発明の第１５実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図19】本発明の第１６実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図20】本発明の第１７実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【図21】本発明の第１８実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0060】

本発明の充分な理解を助けるために、本発明の好適な実施例を、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もでき、本発明の範囲を、以下に詳述される実施例に限定されるものと解釈してはならない。これらの実施例は、当該分野における平均的な知識を有する者にとって本発明がより完全に理解できるように提供する。したがって、図面中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して表現することもある。各図において同一の構成は同一の参照符号で表される場合があることに留意されたい。本発明の要旨を曖昧にさせると判断される公知機能及び構成についての詳細な記述は省略する。

【0061】

図４は、本発明の好適な第１実施例に係るプラズマ反応器を示す図である。

【0062】

図４を参照すると、プラズマ反応器１０は、プラズマチャンバー本体１４ａ、第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ、マグネチックコア１３、及び交流電源１１で構成されている。本発明では、プラズマ反応器１４を、変圧器結合プラズマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）発生方式の遠隔プラズマ発生器とする。

【0063】

プラズマ反応器１０は、内部にプラズマ放電のための放電空間を有している。プラズマ反応器１０はガス注入口１６ａとガス排出口１６ｂを有している。ガス注入口１６ａはプラズマ放電のための工程ガスを供給するガス供給源に連結され、ガス供給源から供給された工程ガスは、ガス注入口１６ｂを通して反応器本体１４内に流入する。ガス排出口１６ｂは工程チャンバー（図示せず）に連結され、プラズマ反応器１０内で発生したプラズマは、ガス排出口１６ｂから工程チャンバー（図示せず）に供給される。

【0064】

プラズマ反応器１０は、ループ状の放電経路が形成され、プラズマチャンバー本体１４ａ、第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ、及び絶縁領域１９で構成されている。プラズマチャンバー本体１４ａにはマグネチックコア１３が取り付けられて電圧が直接誘起され、これによって誘導起電力が誘導される。第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、プラズマチャンバー本体１４ａを中心に絶縁領域１９を介して連結されている。第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、プラズマチャンバー本体１４ａで誘導された誘導起電力が間接的に伝達されるようにフローティングされている。絶縁領域１９は、プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間に挟持されており、プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとをそれぞれ絶縁させる。絶縁領域１９の幅は、交流電源供給源１１から供給される交流電力の電圧レベルに応じて調節することができる。交流電力の電圧が高電圧の場合は、低電圧の場合に比べて絶縁領域１９の幅をより広くすればよい。言い換えると、絶縁領域９を用いてプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間隔を調節することができる。例えば、交流電源供給源１１から供給される交流電力の電圧が高電圧である場合、低電圧が供給される場合に比べてプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間隔がより広くなるように絶縁領域１９を形成すればよい。

【0065】

プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、アルミニウムのような導体又はセラミックのような誘電体で形成することができる。プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃをアルミニウムのような導体で形成する場合、絶縁領域１９は誘電体で形成することができ、特に、誘電体の中でもセラミックで形成すればよい。絶縁領域１９は、プラズマ反応器１０の真空絶縁のためのゴムを含むことができる。プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃを誘電体で作る場合、外周面に導体層を形成することができる。プラズマ反応器１０はトロイダル状又は線形に形成する。

【0066】

マグネチックコア１３は、フェライト物質で作られ、プラズマ反応器１０のプラズマチャンバー本体１４ａに取り付けられる。マグネチックコア１３には、トランスフォーマの１次巻線である１次巻線１２が巻きつけられる。交流電源供給源１１は、マグネチックコア１３に巻きつけられた１次巻線１２に交流電力を供給する。交流電源供給源１１は、設定された周波数Ｈｚに応じて反転された位相の交流電力を、１次巻線１２に供給する。交流電源供給源１１は、インピーダンス整合のための調節回路を備えていてもよく、別個のインピーダンス整合器を介して電力を１次巻線１２に供給してもよい。マグネチックコア１３は、１次巻線１２がそれぞれ巻きつけられて、別々の交流電源供給源１１から交流電力が供給されてもよく、一つの１次巻線１２が巻きつけられて、一つの交流電源供給源１１から交流電力が供給されてもよい。

【0067】

プラズマ反応器１０のガス注入口１６ａからガスが流入し、交流電源供給源１１から交流電力が供給されて１次巻線１２が駆動すると、プラズマ反応器１０内に誘導される反応器放電ループ１５によってプラズマ放電空間でプラズマが発生する。プラズマ反応器１０で発生したプラズマは、基板を処理するための工程チャンバー（図示せず）に供給される。この時、マグネチックコア１３の取り付けられているプラズマチャンバー本体１４ａには誘導起電力が直接誘導される。第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、絶縁領域１９によってプラズマチャンバー本体１４ａと絶縁されており、絶縁領域１９を介して、プラズマチャンバー本体１４ａで直接誘導された誘導起電力が間接的に伝達される。１次巻線１２に交流電力が供給されると、プラズマチャンバー本体１４ａの一側には＋が帯電し、他側は−が帯電する現象が、交流電力の周波数に応じて交互に発生する。絶縁領域１９は、マグネチックコア１３と隣接して構成されることによって、プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃの間に、大きな電圧差が発生する。この時、第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、図５に示すように、絶縁領域１９の存在により、プラズマチャンバー本体１４で誘起された電圧に直接反応せず、以前の＋又は−状態を維持しようとする。

【0068】

ここで、交流電源供給源１１は、設定された周波数に応じて反転された位相の交流電力を供給するため、プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間に電圧差が発生する。したがって、プラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間で発生した電圧差を極大化することによって、低電圧においてもプラズマ放電を行うことが可能になる。

【0069】

例えば、プラズマチャンバー本体１４ａに５００Ｖ高電圧を印加する場合、独立した第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは互いに逆位相を有するようになる。したがって、供給電圧を１／２に抑える場合、プラズマ点火時に同一又は類似の効果が得られる一方、アーク放電によってプラズマチャンバー本体１４ａや第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃに生じうる損傷は低減させることができる。また、供給電圧を５００Ｖに維持する場合、約９５０Ｖの電圧を印加したのと同じ効果を奏するため、プラズマ放電が約２倍も円滑になるという効果が得られる。

【0070】

第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃの全体又は一部に、フローティングされた領域を形成することができる。また、第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃをスイッチング回路２２を介して高抵抗２０に接続させることができる。マグネチックコア１３に巻きつけられた１次巻線１２が交流電源供給源１１から交流電力を受けて駆動すると、マグネチックコア１３の取り付けられているプラズマチャンバー本体１４ａに誘導起電力が直接誘導される。プラズマチャンバー本体１４ａに誘導された誘導起電力は第１及び第２プラズマチャンバー１４ｂ，１４ｃに伝達され、これによってプラズマ反応器１０内でプラズマ放電がなされる。発生したプラズマは工程チャンバーに供給される。ここで、第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃは、プラズマを工程チャンバーに供給するプラズマ工程（ｐｒｏｃｅｓｓ）の後、帯電された電荷を放電させるためにスイッチング回路２２を介して高抵抗２０に接続する。本発明の実施例に含まれたフローティングチャンバーはいずれも、スイッチング回路２２を介して高抵抗２０に接続することができ、以下の実施例ではその詳細な説明を省略する。

【0071】

図５は、本発明の第２実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0072】

図５を参照すると、プラズマ反応器１０ａは、マグネチックコア１３が取り付けられるプラズマチャンバー本体１４ａと、複数個のフローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇと、で構成される。複数個のフローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇは、絶縁領域１９を介してプラズマチャンバー本体１４ａ及びフローティングチャンバーと絶縁される。マグネチックコア１３によってプラズマチャンバー本体１４ａに直接誘起された電圧は、第３乃至第６フローティングチャンバー１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇに間接的に伝達され、伝達された電圧は再び第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃに伝達される。第１乃至第６フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇはそれぞれスイッチング回路２２によって高抵抗２０に接続する。

【0073】

図６は、本発明の第３実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図であり、図７は、本発明の第４実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図であり、図８は、本発明の第５実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0074】

図６を参照すると、プラズマ反応器１０ｂはループ状に構成されるが、プラズマ反応器１０ｂのガス注入口１６ａに絶縁体１９ａが設けられている。言い換えると、複数個の絶縁領域１９はプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間に設けられており、ガス注入口１６ａには絶縁体１９ａが設けられてガス注入口１６ａを絶縁させている。

【0075】

図７を参照すると、プラズマ反応器１０ｃは、ガス排出口１６ｂに絶縁体１９ａが設けられている。言い換えると、複数個の絶縁領域１９はプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間に設けられており、ガス排出口１６ｂには絶縁体１９ａが設けられてガス排出口１６ｂを絶縁させている。

【0076】

図８を参照すると、プラズマ反応器１０ｄは、ガス注入口１６ａ及びガス排出口１６ｂに絶縁体１９ａが設けられている。言い換えると、複数個の絶縁領域１９はプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとの間に設けられており、ガス注入口１６ａ及びガス排出口１６ｂにはそれぞれ絶縁体１９ａが設けられてガス注入口１６ａとガス排出口１６ｂを絶縁させている。

【0077】

図９は、本発明の第６実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0078】

図９を参照すると、プラズマ反応器１０ｅは、複数個の絶縁領域１９が反応器本体１４において対称的に設けられて、プラズマチャンバー本体１４ａと複数個のフローティングチャンバーを分離する。マグネチックコア１３の取り付けられたプラズマチャンバー本体１４ａと第１及び第２フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃとが、及びプラズマチャンバー本体１４ａと第３及び第５フローティングチャンバー１４ｄ，１４ｆとが、絶縁領域１９を介して連結されている。また、プラズマチャンバー本体１４ａと交差する位置に設けられた第６フローティングチャンバー１４ｇは、絶縁領域１９を介して第２及び第５フローティングチャンバー１４ｃ，１４ｆと連結されており、第４フローティングチャンバー１４ｅは、絶縁領域１９を介して第１及び第３フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｄと連結されている。したがって、第１乃至第６フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇは絶縁領域１９によって絶縁される。

【0079】

図１０は、本発明の第７実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0080】

図１０を参照すると、プラズマ反応器１０ｆは、プラズマチャンバー本体１４ａと第１乃至第６フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇが誘電体で構成されてもよい。プラズマチャンバー本体１４ａと第１乃至第６フローティングチャンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇには導体層１６を設けることができる。ここでは、プラズマチャンバー本体１４ａの外周面に導体層１６が設けられた例を示している。導体層１６を備えるプラズマ反応器は、上述した如何なる実施例にも同様に適用することができる。

【0081】

図１１は、本発明の第８実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図であり、図１２は、本発明の第９実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0082】

図１１を参照すると、プラズマ反応器３０は、ガス注入口３６ａ及びガス排出口３６ｂを有しており、プラズマチャンバー本体３４ａと第１及び第２フローティングチャンバー３４ｂ，３４ｃは一字状（線形）に設けられている。プラズマチャンバー本体３４ａを中心に第１及び第２フローティングチャンバー３４ｂ，３４ｃは絶縁領域１９を介してプラズマチャンバー本体３４ａと絶縁される。マグネチックコア１３の取り付けられたプラズマチャンバー本体３４ａは、電圧が直接誘導され、第１及び第２フローティングチャンバー３４ｂ，３４ｃは、絶縁領域１９を介して間接的に電圧が伝達される。

【0083】

図１２を参照すると、プラズマ反応器３０ａは、複数の絶縁領域１９を介してプラズマチャンバー本体３４ａと第１乃至第４フローティングチャンバー３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅが絶縁されている。

【0084】

図１３は、本発明の第１０実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図であり、図１４は、本発明の第１１実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図であり、図１５は、本発明の第１２実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0085】

図１３乃至図１５では、プラズマ反応器４０，４０ａ，４０ｂにそれぞれ複数個が取り付けられるマグネチックコア１３に巻きつけられる１次巻線１２が、直列、並列、及び直・並列混合の形態でそれぞれ接続されている。

【0086】

図１３を参照すると、プラズマ反応器４０は、ガス注入口４６ａ及びガス排出口４６ｂを有する線形の反応器本体４４を備えている。プラズマ反応器４０は、線形に形成され、内部に一つの放電経路を有する。プラズマ反応器４０には複数個のマグネチックコア１３が設けられている。プラズマ反応器４０は、マグネチックコア１３が取り付けられるプラズマチャンバー本体４４ａと、複数個のフローティングチャンバー４４ｂ，４４ｃと、を備えている。プラズマチャンバー本体４４ａは複数個のフローティングチャンバー４４ｂ，４４ｃと絶縁領域１９を介して連結される。プラズマチャンバー本体４４ａと第１及び第２フローティングチャンバー４４ｂ，４４ｃは交互に配列されてプラズマ反応器４０を構成する。ここで、複数個のマグネチックコア１３には一つの１次巻線１２がそれぞれ巻きついて連結され、１次巻線１２には一つの交流電源供給源１１から交流電力が供給されるようになっている。

【0087】

図１４を参照すると、プラズマ反応器４０ａは、図１３のプラズマ反応器４０と同じ構成を有しており、ただし、複数個のマグネチックコア１３にそれぞれ１次巻線１２が巻線され、それぞれの１次巻線１２は別々の交流電源供給源１１から交流電力が供給されるようになっている点が異なる。各交流電源供給源１１は、同一の周波数の交流電力を供給してもよく、互いに異なる周波数の交流電力を供給してもよい。

【0088】

図１５を参照すると、プラズマ反応器４０ｂは、図１３のプラズマ反応器４０と同じ構成を有しており、ただし、複数個のマグネチックコア１３は一つの１次巻線１２が一度に巻きつけられ、１次巻線１２は一つの交流電源供給源１１から交流電力が供給されるようになっている点が異なる。その他、様々な方式で複数個のマグネチックコア１３に１次巻線１２を巻きつけてもよい。

【0089】

図１６は、本発明の第１３実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0090】

図１６を参照すると、プラズマ反応器５０は、ガス注入口５６ａ及びガス排出口５６ｂを有しており、内部にループ状の放電経路を有する四角形の反応器本体５４を備えている。プラズマ反応器５０には複数個のマグネチックコア１３が取り付けられており、複数個のマグネチックコア１３は互いに、ループ状の放電経路上で向かい合って配置されている。マグネチックコア１３が取り付けられるプラズマチャンバー本体５４ａは、誘導起電力が直接誘導される領域であり、プラズマチャンバー本体５４ａと絶縁領域１９を介して連結される第１乃至第４フローティングチャンバー５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅは、プラズマチャンバー本体５４ａから間接的に誘導起電力が誘導される領域である。

【0091】

図１７は、本発明の第１４実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0092】

図１７を参照すると、プラズマ反応器５０ａは、図１６に示したプラズマ反応器５０と同一に構成されており、内部にループ状の放電経路を有する四角形のプラズマ反応器５０ａを備えている。ただし、複数個のマグネチックコア１３は、ループ状の放電経路上で対称的な位置に取り付けられている。例えば、４個のマグネチックコア１３を、四角形のプラズマ反応器５０ａの各辺をなすプラズマ反応器５０ａの各部分に対称に取り付けることができる。ここで、プラズマ反応器５０ａの各辺にはそれぞれ一つ以上のマグネチックコア１３を取り付けることができる。マグネチックコア１３の取り付けられたプラズマチャンバー本体５４ａは、絶縁領域１９を介して第１乃至第４フローティングチャンバー５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅと連結されている。

【0093】

図１８は、本発明の第１５実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0094】

図１８を参照すると、プラズマ反応器６０は、ガス注入口６６ａ及びガス排出口６６ｂを有しており、内部にループ状の放電経路を持つ円形のプラズマ反応器６０を備えている。複数個のマグネチックコア１３は、円形のプラズマ反応器６０に沿って取り付けられている。マグネチックコア１３の取り付けられたプラズマチャンバー本体６４ａは絶縁領域１９を介して第１乃至第４フローティングチャンバー６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅと連結される。

【0095】

図１７及び図１８に示す反応器本体５０ａ，６０の形状は例示的なものであり、ループ状の放電経路を持つ様々な形状のプラズマ反応器に変形してもよい。

【0096】

図１９は、本発明の第１６実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0097】

図１９を参照すると、プラズマ反応器７０はループ状をしており、ガス注入口７６ａ及びガス排出口７６ｂは、一字状に第１及び第２フローティングチャンバー７４ｂ，７４ｃの中央にそれぞれ配置されている。第１及び第２フローティングチャンバー７４ｂ，７４ｃは絶縁領域１９を介してプラズマチャンバー本体７４ａと連結される。ここで、複数個のマグネチックコア１３は、図１６及び図１７に示したように、放電経路上で互いに向かい合ったり対称する位置にプラズマ反応器７０に取り付けることができる。

【0098】

図２０は、本発明の第１７実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0099】

図２０を参照すると、プラズマ反応器７０ａは、図１９に図示されたプラズマ反応器７０と同じ構成を有するが、たたじ、ガス注入口７６ａ及びガス排出口７６ｂにそれぞれ絶縁体１９ａが更に設けられている。絶縁体１９ａは、ガス注入口７６ａとガス排出口７６ｂをそれぞれ電気的に絶縁させる。図示してはいないが、絶縁体１９ａは、ガス注入口７６ａにのみ設けられてもよく、ガス排出口７６ｂにのみ設けられてもよい。

【0100】

図２１は、本発明の第１８実施例に係るＴＣＰ／ＩＣＰ結合プラズマ反応器を説明するための図である。

【0101】

図２１を参照すると、プラズマ反応器７０ｂは、図１９に示したプラズマ反応器７０と同じ構成を有するが、ただし、ガス排出口７６ｂを有する第２フローティングチャンバー７４ｃが接地に接続されている。したがって、ガス注入口７６ａを有する第１フローティングチャンバー７４ｂ、第３及び第４フローティングチャンバー７４ｄ，７４ｅは、プラズマ工程の後にスイッチング回路２２を介して高抵抗２０に接続する。本発明では、図示してはいないが、複数個のフローティングチャンバーのいずれか一つは接地に接続されてもよい。

【0102】

以上説明した本発明のプラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法の実施例は例示的なものに過ぎず、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとっては、それらの実施例から様々な変形及び均等な他の実施例が可能であるということは明らかであろう。

【0103】

したがって、本発明は、上記の詳細な説明で言及した形態に限定されるものでないことが理解され、よって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される技術的思想によって定めなければならない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及びその範囲内における変形物、均等物及び代替物をいずれも含むものとして理解しなけはればならない。

【符号の説明】

【0104】

１，１１ 交流電源供給源
２，１２ １次巻線
３，１３ マグネチックコア
４ プラズマチャンバー
５ 工程チャンバー
６ 反応器放電ループ
７ 絶縁体
８ 接地
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，３０，３０ａ，４０，４０ａ，４０ｂ，５０，５０ａ，６０，７０，７０ａ，７０ｂ プラズマ反応器
１４ａ，３４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ，７４ａ プラズマチャンバー本体
１４ｂ，３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ，６６ｂ，７６ｂ 第１フローティングチャンバー
１４ｃ，３４ｃ，４４ｃ，５４ｃ，６６ｃ，７６ｃ 第２フローティングチャンバー
１４ｄ，３４ｄ，５４ｄ，６６ｄ，７６ｄ 第３フローティングチャンバー
１４ｅ，３４ｅ，５４ｅ，６６ｅ，７６ｅ 第４フローティングチャンバー
１４ｆ，１４ｇ 第５，第６フローティングチャンバー
１５ 反応器放電ループ
１６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ，６６ａ，７６ａ ガス注入口
１６ｂ，３６ｂ，４６ｂ，５６ｂ，６６ｂ，７６ｂ ガス排出口
１９ 絶縁領域
１９ａ 絶縁体
２０ 高抵抗
２２ スイッチング回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】