特許 7544925 ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2023119165

(22)【出願日】2023-07-21

【審査請求日】2023-07-24

(31)【優先権主張番号】63/450,652

(32)【優先日】2023-03-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】112117349

(32)【優先日】2023-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】521488440

【氏名又は名称】明遠精密科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】寇崇善

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５１２１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００４８９８４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２００４－５０６３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００３６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リングチャンネルを有し、更に、前記リングチャンネルに位置する、ガス入り口と、出口と、を有する反応チャンバーと、
第１のコイルが巻き付けられている第１のフェライト磁気コアと、第２のコイルが巻き付けられている第２のフェライト磁気コアと、駆動電源と、を備え、前記反応チャンバーの前記リングチャンネルは、前記第１のフェライト磁気コアと前記第２のフェライト磁気コアとの間にある中空エリアを挿通する少なくとも一つのフェライトトランスと、
を備え、
前記駆動電源は、前記第１のコイルに第１の電圧を有する交流電源を加えて、前記第１のフェライト磁気コアに交番磁界を生成し、
前記第２のコイルは、前記交番磁界の誘導により第２の電圧が生成され、前記第２の電圧は前記反応チャンバーの少なくとも一つの中空円筒管に加えることにより、ホローカソード放電メカニズムによって、前記リングチャンネルにおける作動ガスを励起してプラズマを生成し、
前記反応チャンバーの前記リングチャンネルは、変圧器カップリングプラズマメカニズムによって、前記交番磁界の誘導によって誘導電界を生成することにより、前記プラズマを励起して、前記反応チャンバーの前記リングチャンネル内に、閉じた経路を有する電流を形成することにより、前記作動ガスをさらに解離して前記プラズマの密度を増加することを特徴とするホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項2】

前記反応チャンバーは、リング状キャビティーであり、少なくとも一つの中空キャビティーと、前記少なくとも一つの中空円筒管と、少なくとも一つのバリア構造と、を備え、前記バリア構造は、前記中空キャビティーと前記少なくとも一つの中空円筒管との間に少なくとも一つの隙間を形成して、少なくとも一つの開回路を成し、前記少なくとも一つの中空円筒管は、ダブル開口金属管と単一開口金属管とから構成されるグループから選ばれることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項3】

前記反応チャンバーは、リング状キャビティーであり、複数の中空キャビティーと、複数の中空円筒管と、複数のバリア構造と、を備え、前記複数のバリア構造は、前記複数の中空キャビティーと前記複数の中空円筒管との間に隙間を複数形成して、複数の開回路を成すことを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項4】

前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管はダブル開口金属管であり、前記ダブル開口金属管は前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することにより、前記リング状キャビティーを構成することを特徴とする、請求項３に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項5】

前記金属キャビティーは、二つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの上側と下側を構成し、前記ダブル開口金属管は、二つあり、前記リング状キャビティーの二つの側辺を構成し、前記ダブル開口金属管の両端は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項４に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項6】

前記金属キャビティーは、四つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの四つのコーナーを構成し、前記ダブル開口金属管は、四つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの四つの側辺を構成し、その両端が、前記バリア構造を介して、隣接する二つの前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項４に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項7】

前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管はダブル開口金属管および単一開口金属管であり、前記ダブル開口金属管と前記単一開口金属管は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項３に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項8】

前記金属キャビティーは、二つあり、前記リング状キャビティーの上側と下側をそれぞれ構成し、前記ダブル開口金属管は、二つあり、前記リング状キャビティーの二つの側辺を構成し、前記単一開口金属管は、二つあり、それぞれ前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項７に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項9】

前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管は単一開口金属管であり、前記単一開口金属管は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項３に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項10】

前記金属キャビティーは、二つあり、前記金属キャビティーは、それぞれ前記リング状キャビティーの上側と下側を構成し、前記単一開口金属管は、二つあり、それぞれ前記金属キャビティーと接続することを特徴とする、請求項９に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項11】

前記第２のコイルは、前記交番磁界の誘導により前記第２の電圧が生成され、且つ前記第２の電圧は、並列であるように前記複数の中空円筒管に加えられ、前記第２の電圧の数値は、前記第１の電圧の数値とＭ／Ｎを掛けたものであり、Ｍは前記第２のコイルの巻き数であり、Ｎは前記第１のコイルの巻き数であることを特徴とする、請求項３に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項12】

前記第１のコイルが巻き付けられた前記第１のフェライト磁気コアは、変圧器の一次側とされ、前記反応チャンバーの前記リングチャンネルは、前記変圧器の二次側とされることにより、前記変圧器カップリングプラズマメカニズムを利用して、前記リングチャンネルに前記誘導電界を生成することを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項13】

更に、前記第２のコイルと前記中空円筒管との間に位置し、両方と電気的に接続する少なくとも一つのコントローラーを備え、前記コントローラーは、前記反応チャンバーの前記中空円筒管に供給する前記第２の電圧を制御するためのものであることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項14】

前記各バリア構造はセラミックリングを備えることを特徴とする、請求項３に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項15】

前記各バリア構造は、更に、シールリングを備えることを特徴とする、請求項１４に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項16】

前記反応チャンバーは、アルマイト処理されたアルミニウム製品であることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項17】

前記交流電源の出力周波数の範囲は、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚであることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項18】

前記交流電源は、定電力または定電流であり、その出力電圧の範囲は３００ボルト～５００ボルトであることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項19】

前記作動ガスの気圧は、０．５Ｔｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒであることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項20】

前記作動ガスのガス流量は、１０^－２ｓｌｍ～約１０^２ｓｌｍであることを特徴とする、請求項１に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源。

【請求項21】

ホローカソード放電メカニズムにより、作動ガスは、請求項１から２０の何れかの１項に記載のホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源において、プラズマを形成し、変圧器カップリングプラズマメカニズムにより、エネルギーが前記プラズマとカップリングすることにより、前記プラズマは放電して電子ドリフト電流を生成して、前記作動ガスをより有効に解離して、前記プラズマの密度を増加することを特徴とするホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ（Ｐｌａｓｍａ）は、半導体プロセスやその他の工業生産で広く使用されており、その利点は、ガス分子を分解して、中性フリーラジカル、イオン、原子、電子、励起分子で構成される高反応性混合物を生成し、プロセスに必要なさまざまな物理的特性および化学反応を提供できることである。従来の色々なメカニズムはプラズマを生成することができる。そのうちの一つは、フェライトトランス磁気コアにより、インダクタンスカップリングプラズマ放電を生成し、その主なメカニズムは、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、一つのフェライトトランス磁気コア５０２により、リング状真空チャンバー（Ｔｏｒｏｉｄａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｃｈａｍｂｅｒ）５００内に誘導電界を生成して、ガスを放電する。リング状真空チャンバー５００は、一端がガス入り口５０６であり、他端が出口５０８である。この方式は、変圧器の原理に類似し、電源がフェライトトランス磁気コア５０２の一次側コイルと接続して磁界を生成して、リング状真空チャンバー５００において、磁気コアにおける磁束の誘導により、電界を生成して、電子ドリフト電流は、駆動されて、リング状真空チャンバー５００に沿って流れる閉じた経路を形成し、形成されるリング状を呈するプラズマ構造は、変圧器の単巻の二次側となって、カップリング効率は極めて高くなる。このため、このメカニズムも変圧器カップリングプラズマ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ，ＴＣＰ）と称する。しかし、リング状真空チャンバー５００は、セラミックリング状シート５０４により電気バリアエリアを形成しないと、フェライトトランス磁気コア５０２が短絡して、リング状真空チャンバー５００に誘導電界を生成することができず、なお、電気バリアエリアは十分に小さくないと、十分に強い電界を生成することができないため、プラズマを励起して安定に保持することができない。一方、フェライトトランス磁気コア５０２による強い電界は、金属製のリング状真空チャンバー５００の影響により、セラミックリング状シート５０４で構成される電気バリアエリアに集中して、局所放電が偶に生成して、セラミックリング状シート５０４の破裂を起こして電気バリアを破壊し、更に、逆放電して駆動電源を破壊し、又は反応キャビティーの保護メッキ層の脱落を来す。

【0003】

Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏は、このような方法について、米国特許第３，５００，１１８号および第３，９８７，３３４号を提案した。米国特許第４，１８０，７６３号では、フェライト磁気コアＴＣＰを照明の用途に適用する。Ｒｅｉｎｂｅｒｇ氏らは、米国特許第４，４３１，８９８号で、半導体プロセスにおいて、プラズマによりフォトレジストを除去する技術を提案した。

【0004】

このＴＣＰ技術は、ガスを解離して大量の活性粒子を供給するプラズマ源に適用した。ある高気圧、高ガス流量の応用には、高出力密度プラズマにより、作動ガスの化学活性化、又はガスの性質や成分の変更を行って、これらの化学活性化されたガスを真空処理システムに送ることが必要である。このような応用は、「遠隔プラズマ処理」と称し、（１）遠隔チャンバー洗浄と、（２）ポリマーの表面の遠隔チャンバー灰化と、（３）真空フォアラインでの下流の前洗浄および後処理ガスの削減と、を含む。これらの応用のうちの多くは、大流量（１ ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ，１分あたりの標準リットル）より大きい）の電気陰性度プラズマ放電ガス（例えばＯ_２、ＮＦ_３、ＳＦ_６）と、相対的に高いガス圧力（１ Ｔｏｒｒより高く）とに関与する。このため、一般的に、高出力密度ではないと、作動ガスの高度な解離および活性化を実現することができない。

【0005】

高気圧および高流量の動作条件下で、多くのインダクタンスカップリングプラズマ源装置と同じように、ＴＣＰの誘導電磁界は、プラズマ放電を点火するには十分強力ではない。このため、その他の方式により、真空反応チャンバーに高強度の電界を導入して、プラズマ放電を誘発することが必要であり、例えば高電圧装置を増設し、又は電気的に絶縁された一部のキャビティーに高交流電圧を導入して、真空窓（例えば石英やセラミック）を介して局所的なＲＦグロー放電を生成するが、高電圧放電装置および真空窓の寿命により、可用性が制限される。しかし、高電圧放電装置は、依然として高気圧、大流量下でのＴＣＰの安定した励起条件を提供するにはまだ十分ではないため、ある文献は、ＴＣＰ駆動電源回路に共振回路を加えて高電圧（１～１０ｋＶ）を生成して、高電圧放電装置に合わせて、エリア放電を有効に生成することにより、ＴＣＰに要求されるリング状のプラズマ構造を生成する。しかし、リング状プラズマを生成した後、依然として同じ共振電圧を使用すると、極めて大きい電流が生成してパワー素子を壊れる。このため、回路に高圧リレー（Ｒｅｌａｙ）を増設することが必要であり、そうすると、プラズマを生成した後、電源回路は迅速に非共振回路に変換されて電圧を降下することにより、大電流による損壊を回避することができる。しかし、リレーが故障し、又は制御信号が遅延してリレーを即時に起動することができないと、パワー素子を保護することができず、ひいてはパワー素子を損壊する。別の方面では、高電圧を使用すると、真空キャビティーの絶縁部材が破壞されやすく、電気的短絡を来し、そしてキャビティーの壁面でのメッキ層が脱落して、プロセスキャビティーに流れ込んで粒子汚染を引き起こす。

【0006】

別の方面では、図２に示すように、従来の技術を使用する、円筒形を呈する放電構造において、円筒６００と別の金属６０２とに相対電圧を加え、適切な動作条件では、ホローカソード効果（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｅｆｆｅｃｔ）を発生することができるため、高速電子とイオンをより効率的に利用できるようになり、比較的低い電圧で高密度のプラズマを生成でき、すなわち、ホローカソード放電（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）である。このホローカソード放電効果によれば、高速電子は、静電気に制限され、且つ対向する陰極の表面の間に振動し（すなわち、言われるスイング電子（ｐｅｎｄｕｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）を形成し）、このため、陰極降下（ｃａｔｈｏｄｅ－ｆａｌｌ）エリアで得られた電子エネルギーの大部分はプラズマ内で散逸される。また、陰極の表面に入射して二次電子の射出を来すプラズマイオンの比率は増加する。研究結果によると、円筒形構造の放電特性は、電圧が小さいときに、電流が少なくなり、低密度の拡散グロー放電（ｄｉｆｆｕｓｅ ｇｌｏｗ）を呈し、電圧が増加すると、電流が増加して、放電が異常コロナ放電（ａｂｎｏｒｍａｌ ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＡＧＤ）に入り、電圧をさらに増加すると、このとき、ホローカソード放電効果が起こされ、電流の増加速度が大きくなることに従って、プラズマの密度も大幅に増加し、円筒形構造に大面積のプラズマエリアを形成する。ホローカソード放電による電圧は、円筒形構造の寸法および作動気圧によって決まるが、通常は数百ボルト（３００Ｖ～５００Ｖ）である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の主な目的は、上記の従来のＴＣＰプラズマ技術の欠点を改善することにある。その主な技術は、複数のホローカソード放電（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）構造とＴＣＰ変圧器カップリングプラズマの反応チャンバーを整合して複合式プラズマ源を構成することにある。本発明では、ホローカソード放電メカニズムを利用して、反応チャンバーにおいて、エリアを分けてプラズマを有効に生成した後、ＴＣＰメカニズムはリング状のプラズマ構造を形成しやすく、高出力を有効にカップリングして高密度のプラズマを生成することができる。そうすると、高電圧点火装置や共振作動を使用する必要がなくなると共に、ホローカソード放電メカニズムは、初期プラズマの励起と維持を担当するため、ＴＣＰ弱電界の欠点を解決することもでき、プラズマの安定性を向上することができる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、リングチャンネルを有し、更に、リングチャンネルに位置する、ガス入り口と、出口と、を有する反応チャンバーと、
第１のコイルが巻き付けられている第１のフェライト磁気コアと、第２のコイルが巻き付けられている第２のフェライト磁気コアと、駆動電源と、を備え、反応チャンバーのリングチャンネルは、第１のフェライト磁気コアと第２のフェライト磁気コアとの間にある中空エリアを挿通する少なくとも一つのフェライトトランスと、
を備え、
駆動電源は、第１のコイルに第１の電圧を有する交流電源を加えて、第１のフェライト磁気コアに交番磁界を生成し、
第２のコイルは、交番磁界の誘導により第２の電圧が生成され、第２の電圧は反応チャンバーの少なくとも一つの中空円筒管に加えることにより、ホローカソード放電メカニズムによって、リングチャンネルにおける作動ガスを励起してプラズマを生成し、
反応チャンバーのリングチャンネルは、変圧器カップリングプラズマメカニズムによって、交番磁界の誘導によって誘導電界を生成することにより、プラズマを励起して、反応チャンバーのリングチャンネル内に、閉じた経路を有する電流を形成することにより、作動ガスをさらに解離してプラズマの密度を増加することを特徴とする。

【0009】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記反応チャンバーは、リング状キャビティーであり、少なくとも一つの中空キャビティーと、前記少なくとも一つの中空円筒管と、少なくとも一つのバリア構造と、を備え、前記バリア構造は、前記中空キャビティーと前記少なくとも一つの中空円筒管との間に少なくとも一つの隙間を形成して、少なくとも一つの開回路を成し、前記少なくとも一つの中空円筒管は、ダブル開口金属管と単一開口金属管とから構成されるグループから選ばれることを特徴とする。

【0010】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記反応チャンバーは、リング状キャビティーであり、複数の中空キャビティーと、複数の中空円筒管と、複数のバリア構造と、を備え、前記複数のバリア構造は、前記複数の中空キャビティーと前記複数の中空円筒管との間に隙間を複数形成して、複数の開回路を成すことを特徴とする。

【0011】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管はダブル開口金属管であり、前記ダブル開口金属管は前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することにより、前記リング状キャビティーを構成することを特徴とする。

【0012】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記金属キャビティーは、二つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの上側と下側を構成し、前記ダブル開口金属管は、二つあり、前記リング状キャビティーの二つの側辺を構成し、前記ダブル開口金属管の両端は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0013】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記金属キャビティーは、四つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの四つのコーナーを構成し、前記ダブル開口金属管は、四つあり、それぞれ前記リング状キャビティーの四つの側辺を構成し、その両端が、前記バリア構造を介して、隣接する二つの前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0014】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管はダブル開口金属管および単一開口金属管であり、前記ダブル開口金属管と前記単一開口金属管は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0015】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記金属キャビティーは、二つあり、前記リング状キャビティーの上側と下側をそれぞれ構成し、前記ダブル開口金属管は、二つあり、前記リング状キャビティーの二つの側辺を構成し、前記単一開口金属管は、二つあり、それぞれ前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0016】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記中空キャビティーは金属キャビティーであり、前記中空円筒管は単一開口金属管であり、前記単一開口金属管は、前記バリア構造を介して前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0017】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記金属キャビティーは、二つあり、前記金属キャビティーは、それぞれ前記リング状キャビティーの上側と下側を構成し、前記単一開口金属管は、二つあり、それぞれ前記金属キャビティーと接続することを特徴とする。

【0018】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記第２のコイルは、前記交番磁界の誘導により前記第２の電圧が生成され、且つ前記第２の電圧は、並列であるように前記複数の中空円筒管に加えられ、前記第２の電圧の数値は、前記第１の電圧の数値とＭ／Ｎを掛けたものであり、Ｍは前記第２のコイルの巻き数であり、Ｎは前記第１のコイルの巻き数であることを特徴とする。

【0019】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記第１のコイルが巻き付けられた前記第１のフェライト磁気コアは、変圧器の一次側とされ、前記反応チャンバーの前記リングチャンネルは、前記変圧器の二次側とされることにより、前記変圧器カップリングプラズマメカニズムを利用して、前記リングチャンネルに前記誘導電界を生成することを特徴とする。

【0020】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、更に、前記第２のコイルと前記中空円筒管との間に位置し、両方と電気的に接続する少なくとも一つのコントローラーを備え、前記コントローラーは、前記反応チャンバーの前記中空円筒管に供給する前記第２の電圧を制御するためのものであることを特徴とする。

【0021】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記各バリア構造はセラミックリングを備えることを特徴とする。

【0022】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記各バリア構造は、更に、シールリングを備えることを特徴とする。

【0023】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記反応チャンバーは、アルマイト処理されたアルミニウム製品であることを特徴とする。

【0024】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記交流電源の出力周波数の範囲は、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚであることを特徴とする。

【0025】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記交流電源は、定電力または定電流であり、その出力電圧の範囲は３００ボルト～５００ボルトであることを特徴とする。

【0026】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記作動ガスの気圧は、０．５Ｔｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒであることを特徴とする。

【0027】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、前記作動ガスのガス流量は、１０^－２ｓｌｍ～約１０^２ｓｌｍであることを特徴とする。

【0028】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の作動方法は、ホローカソード放電メカニズムにより、作動ガスは、ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源において、プラズマを形成し、変圧器カップリングプラズマメカニズムにより、エネルギーがプラズマとカップリングすることにより、プラズマは放電して電子ドリフト電流を生成して、作動ガスをより有効に解離して、プラズマの密度を増加することを特徴とする。

【発明の効果】

【0029】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法には、次のような効果がある。
（１）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、高気圧、高ガス流量下で、高出力、高密度のプラズマを生成することができる。

【0030】

（２）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、高電圧点火装置および共振作動を使用することが必要であるという欠点を無くすことができる。

【0031】

（３）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、ＴＣＰ弱電界の欠点を解決することができ、プラズマの安定性を向上することもできる。

【0032】

（４）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、必要な作動電圧が小さくなり、真空反応キャビティーに対する破壊を大幅に減少することができ、寿命を延ばすこともできる。

【0033】

本発明の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】従来の技術に係るリング状低電界プラズマ源のリング状真空チャンバーを示す模式図であって、図１（Ａ）は斜視図であり、図１（Ｂ）は断面図である。

【図2】従来の技術に係る円筒形放電構造を示す断面図である。

【図3】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の作動を示すフローチャートである。

【図4】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第１の実施の形態を示す断面図である。

【図5】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第２の実施の形態を示す断面図である。

【図6】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第３の実施の形態を示す断面図である。

【図7】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第４の実施の形態を示す断面図である。

【図8】本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源のシステムの作動を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本発明はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、下記の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。

【0036】

さらに、明細書全体および実用新案登録請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本発明を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本発明の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。

【0037】

この記事での「第１」、「第２」、「第３」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本発明を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。

【0038】

次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。

【0039】

本発明に係る複合式プラズマ源とその作動方法は、ホローカソード放電（Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）メカニズムと変圧器カップリングプラズマ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ，ＴＣＰ）メカニズムを合わせる。図３は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の作動を示すフローチャートである。図３に示すように、本発明に係る作動方法は、ホローカソード放電工程（ステップＳ１０）を行うことにより、作動ガスにプラズマを生成し、変圧器カップリングプラズマ工程（ステップＳ２０）を行うことによって、エネルギーを有効にカップリングすることにより、このプラズマが放電して電子ドリフト電流を生成して、ひいては作動ガスをより有効に解離して、高出力、高密度のプラズマを生成する。本発明では、ホローカソード放電メカニズムを利用して、反応チャンバーにおいて、エリアを分けて作動ガスにプラズマを有効に生成した後、ＴＣＰメカニズムはリング状プラズマ構造を形成しやすく、高出力を有効にカップリングして、高密度のプラズマを生成する。本発明によれば、高気圧、高ガス流量（例えば、１Ｔｏｒｒと１０ｓｌｍより大きい）下で、高出力、高密度のプラズマを生成することができる。

【0040】

図４から図８を参照する。図４は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第１の実施の形態を示す断面図である。図５は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第２の実施の形態を示す断面図である。図６は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第３の実施の形態を示す断面図である。図７は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源の第４の実施の形態を示す断面図である。図８は本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源のシステムの作動を示す模式図である。本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源１００は、反応チャンバー１０と、少なくとも一つのフェライトトランス３０と、を備える。反応チャンバー１０は、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーであり、中空キャビティー１４と、中空円筒管１５と、バリア構造１６と、を備える。反応チャンバー１０は、ガス入り口１２と、出口１３と、を備える。ガス入り口１２と出口１３は、それぞれ反応チャンバー１０のリングチャンネル１１の両端に位置する。作動ガス２０は、ガス入り口１２を経由して、反応チャンバー１０のリングチャンネル１１に導入され、且つ解離された作動ガス（すなわち、プラズマ２２）は、出口１３を経由して反応チャンバー１０の外側に導出される。上記のリングチャンネル１１とリング状キャビティーとの形状は、リング状を呈することに限定されず、正方形や長方形などの、中空エリアを有するサラウンド形状を呈してもよい。また、本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源１００の反応チャンバー１０は、例えばプロセスチャンバー（図示せず）と接続し、又は整合することにより、出口１３を経由して、前記プロセスチャンバーにプラズマ２２を供給することができる。

【0041】

本発明で使用されている作動ガス２０の種類は特に限定されず、実際のプロセスの必要によって決定される。例えば、作動ガス２０は、例えば不活性ガス、反応ガスやその組合せを含む。本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源１００の特徴は、ホローカソード放電メカニズムと変圧器カップリングプラズマメカニズムを合わせることにより、高電圧の電極を増設し、又は高交流電圧を導入して局所的なＲＦグロー放電を生成することが必要なくなり、従来の高気圧、大流量の作動条件下で、ＴＣＰメカニズムの誘導電磁界の強度が不足なため、プラズマ放電を点火することができないという問題を解決できることである。本発明は、外部の高電圧放電装置により局所的なＲＦグロー放電を生成する必要がないため、従来のＴＣＰのように、作動の可用性が高電圧放電装置および真空窓（例えば石英やセラミック）の寿命に制限されるという問題はない。本発明で使用されている作動ガス２０の気圧の範囲は、約１０^－３Ｔｏｒｒ～約１０^３Ｔｏｒｒであり、且つ上記の気圧範囲における任意の数値および範囲であってもよく、例えば、約０．５Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒであり、又は約０．５Ｔｏｒｒ～約４Ｔｏｒｒであってもよく、気圧の大きさは、作動ガスの種類やガス流量によって調整することができる。作動ガス２０のガス流量の範囲は、約１０^－２ｓｌｍ～約１０^２ｓｌｍであり、且つ上記のガス流量の範囲における任意の数値および範囲であってもよく、例えば約５ｓｌｍ～約２０ｓｌｍであってもよく、ガス流量の大きさは、作動ガスの種類や気圧によって調整することができる。本発明の構造の設計によれば、作動ガス２０の気圧は１Ｔｏｒｒより高くでき、ガス流量は１０ｓｌｍより多くできるため、大流量（１ｓｌｍより多く）及び相対的に高いガス圧力（１Ｔｏｒｒより高く）に関与する電気陰性度プラズマ放電ガス（例えばＯ_２、ＮＦ_３、ＳＦ_６）に適用することができ、これにより、作動ガス２０の高解離および活性化の要件を満たす。

【0042】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源１００のフェライトトランス３０は、フェライトトランス磁気コア３２、３４と、駆動電源３６と、を備える。第１のフェライト磁気コア３２ｂは、第２のフェライト磁気コア３４ｂと接続してリング状のフェライト磁気コアを構成する。フェライトトランス磁気コア３２は、第１のコイル３２ａが巻き付けられた第１のフェライト磁気コア３２ｂを備える。フェライトトランス磁気コア３４は、第２のコイル３４ａが巻き付けられた第２のフェライト磁気コア３４ｂを備える。反応チャンバー１０のリングチャンネル１１は、第１のフェライト磁気コア３２ｂと第２のフェライト磁気コア３４ｂとの間にある中空エリア３５を挿通する。例えば、図４から図７に示す実施の態様のように、反応チャンバー１０のリングチャンネル１１は、リング状のフェライト磁気コアの中空エリア３５を挿通して周る。フェライトトランス３０の駆動電源３６は、フェライトトランス磁気コア３２の第１のコイル３２ａと電気的に接続し、第１のコイル３２ａに第１の電圧（Ｖ_１）を有する交流電源を直接に加えることにより、第１のフェライト磁気コア３２ｂに交番磁界を生成する。

【0043】

図４から図７に示す実施の態様のように、本発明に係る反応チャンバー１０は、少なくとも一つの中空キャビティー１４と、少なくとも一つの中空円筒管１５と、少なくとも一つのバリア構造１６とを互いに連通するように接続して、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーを構成する。バリア構造１６は、中空キャビティー１４と中空円筒管１５との間に位置し、中空キャビティー１４と中空円筒管１５との間に少なくとも一つの隙間を形成するためのものである。バリア構造１６により、回路に開回路を少なくとも一つ形成することができる。本発明の作動方式の説明の便宜のために、本発明では、反応チャンバー１０は、複数の中空キャビティー１４と、複数の中空円筒管１５と、複数のバリア構造１６と、を備えることを例として説明した。複数のバリア構造１６は、複数の中空キャビティー１４と複数の中空円筒管１５との間に位置して、複数の隙間を形成することにより、複数の開回路を形成する。反応チャンバー１０は、例えばアルマイト処理されたアルミ製の反応チャンバーとするにより、腐食性活性粒子（例えばＮＦ_３、ＳＦ_６プラズマ）の大量流に適している。バリア構造１６は、例えば、セラミックリング１６ａとシールリング１６ｂの組合せ構造を備えるが、これに限定されず、中空キャビティー１４に開回路を形成することにより、反応チャンバー１０の真空気密性を維持することができれば、全て本発明の保護範囲に属する。シールリング１６ｂは、例えば、真空気密性を提供するための着脱可能なＯリングなどの弾性体であり、又は永久的な真空気密性を与える固定ジョイントである。しかし、反応チャンバー１０は、真空気密性を保持することができれば、オプションでシールリング１６ｂを省略してもよい。

【0044】

本発明では、反応チャンバー１０は、例えば複数のキャビティー（すなわち、上記の中空キャビティー１４及び中空円筒管１５）を接続して構成され、中空キャビティー１４と中空円筒管１５との材料は、同じでも異なってもよいが、説明の便宜のために、本発明では、同じ材料を採用する、中空キャビティー１４と中空円筒管１５とを例として説明する。本発明では、例えばアルミ製の反応チャンバーに対してアルマイト処理を行って保護膜を形成することにより、アルマイト処理されたアルミ製の反応チャンバーを得る。しかし、本発明に係る反応チャンバー１０の材料は、これに限定されず、プラズマ２２の生成に適している限り、あらゆる材料が本発明の保護範囲に属する。例えば、反応チャンバー１０は導電性材料で構成され、又は導電性材料および誘電材料で構成される。適切な導電性材料は、例えばアルミ、銅、ニッケル及び鉄鋼などの金属である。或いは、反応チャンバー１０の材料は、コーティングされた金属（例えば陽極酸化処理されたアルミやニッケルをメッキされたアルミ）を採用してもよい。また、反応チャンバー１０が導電性キャビティーと誘電材料製のキャビティーを組み付けて構成される場合には、この誘電材料製のキャビティーで上記のバリア構造１６と取り替えてもよい。

【0045】

反応チャンバー１０のリングチャンネル１１は、第１のフェライト磁気コア３２ｂと第２のフェライト磁気コア３４ｂとの間にある中空エリア３５を挿通する。駆動電源３６は、フェライトトランス３０の第１のコイル３２ａに、第１の電圧（Ｖ_１）を有する交流電源を直接に加える（すなわち、フェライトトランス磁気コア３２を一次側回路或いは主回路とし）ため、変圧器カップリングプラズマメカニズムによって、反応チャンバー１０をフェライトトランス３０の二次側とすることができる。すなわち、作動ガスがイオン化されたと、リングチャンネル１１において、生成されたプラズマ２２はフェライトトランス３０の二次回路とされるため、第１のフェライト磁気コア３２ｂにおいて、生成された上記の交番磁界の誘導により、反応チャンバー１０のリングチャンネル１１において、リング状電界が生成される。第１のコイル３２ａの巻き数はＮである場合に、Ｎは例えば任意の数値であり、反応チャンバー１０において、誘導された電圧は駆動電源３６の１／Ｎである。なお、この電圧は、反応チャンバー１０の各セクションのキャビティーが接続されている隙間に均等に分配される（すなわち、バリア構造１６による開回路の位置）。隙間が八つあるものを例にすると、この電圧は駆動電源３６の電圧の１／８Ｎである。この隙間電圧により、作動ガス２０を直接に励起してプラズマ２２を生成することが難しいため、本発明は、ホローカソード放電メカニズムにより、プラズマ２２の励起を補助する。

【0046】

次に、図８、図３から図７を参照する。駆動電源３６は、第１の電流Ｉ_１を入力して、フェライトトランス３０の一次側コイル（すなわち、第１のコイル３２ａ）に第１の電圧（Ｖ_１）を有する交流電源を直接に加えるため、フェライトトランス３０の二次側コイル（すなわち、第２のコイル３４ａ）は、交番磁界の磁束Ｆの誘導により、第２の電流Ｉ_２及び第２の電圧（Ｖ_２）が生成される。本発明の特徴は、反応チャンバー１０に第２の電圧（Ｖ_２）を加え、例えば、反応チャンバー１０の各セクションのキャビティーに、同じ第２の電圧（Ｖ_２）を加えて、ホローカソード放電メカニズムにより、リングチャンネル１１における作動ガス２０を励起してプラズマ２２を生成することにある。上記の第２の電圧（Ｖ_２）は、例えば複数の中空円筒管１５は並列に接続されているため、同じ電圧を有し、第２の電圧（Ｖ_２）の数値は、第１の電圧（Ｖ_１）の数値と（Ｍ／Ｎ）を掛けたものである。Ｍは第２のコイル３４ａの巻き数であり、Ｎは第１のコイル３２ａの巻き数であり、ＭとＮとは、例えば任意の数値であり、

である。適切な巻き数比を採用すると、この第２の電圧Ｖ_２は例えば約５００ボルトを超え、ひいてはホローカソード放電の物理的メカニズムにより、中空円筒管１５において、安定なプラズマを励起する。本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源１００は、オプションで少なくとも一つのコントローラー４０を備える。コントローラー４０は、例えば第２のコイル３４ａと中空円筒管１５との間に位置し、両方と電気的に接続し、実際の必要によって、オプションでそれに対応する制御信号（例えば図４及び図５に示す制御信号Ｃ_１～Ｃ_４や図６及び図７に示す制御信号Ｃ_１～Ｃ_２）を生成する。これにより、上記の誘導によって得られた第２の電圧（Ｖ_２）を制御して、それに対応する複数の中空円筒管１５の反応チャンバー１０の複数のエリア（例えばエリアＡ_１～Ａ_４）に供給し、ホローカソード放電メカニズムによって、リングチャンネル１１における作動ガス２０を励起してプラズマ２２を生成する。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、本発明の上記の内容に従って、反応チャンバー１０に第２の電圧（Ｖ_２）を供給する方法と、コントローラー４０により第２の電圧（Ｖ_２）を制御して反応チャンバー１０に供給する方法とを理解できるはずであり、ひいてはホローカソード放電メカニズムを実行することができるはずであるため、説明を省略した。

【0047】

本発明の特徴は、変圧器カップリングプラズマメカニズムによる上記の交番磁界の誘導により、反応チャンバー１０のリングチャンネル１１において、誘導電界を生成して、ホローカソード放電メカニズムによって生成されたプラズマ２２を励起することができ、ひいては反応チャンバー１０のリングチャンネル１１において、閉じた経路を有する電流（電子ドリフト電流）を形成し、そして作動ガス２０を更に解離してプラズマ２２の密度を増加することにある。簡単に説明すると、本発明では、ホローカソード放電メカニズムを利用して、反応チャンバー１０において、エリアを分けてプラズマ２２を有効に生成することにより、変圧器カップリングプラズマメカニズムによれば、リング状プラズマ構造を形成しやすくなり、高出力を有効にカップリングして高密度のプラズマを生成することができる。

【0048】

本発明の図４から図７に示す例では、反応チャンバー１０の複数の中空円筒管１５は、例えばダブル開口金属管１８と単一開口金属管１９で構成されるグループから選ばれる。すなわち、中空円筒管１５は、オプションでダブル開口金属管１８、単一開口金属管１９、又はダブル開口金属管１８及び単一開口金属管１９である。しかし、中空円筒管１５は、何れかの形状、材料や寸法を有しても、変圧器カップリングプラズマメカニズムを行うことができれば、全て本発明の保護範囲に属する。上記のダブル開口金属管１８とは、両端に開口がそれぞれ設けられている金属管を指す。上記の単一開口金属管１９でとは、両端のうちの一方に開口が設けられており、両端のうちの他方が閉じられた金属管を指す。

【0049】

図４に示す第１の実施の態様を例とする場合、複数の中空キャビティー１４は四つの金属キャビティー１７であり、複数の中空円筒管１５は四つのダブル開口金属管１８であり、バリア構造１６は、八つあり、八つの隙間を構成することができる。四つの金属キャビティー１７は、それぞれリング状キャビティーの四つのコーナーとされ、例えば図４に示す形状を呈する。四つのダブル開口金属管１８は、それぞれリング状キャビティーの四つの側辺とされ、なお、八つのバリア構造１６は、隣接する金属キャビティー１７とダブル開口金属管１８との間にそれぞれ位置することにより、これらを合わせると、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーが構成される。

【0050】

図５に示す第２の実施の形態では、複数の中空キャビティー１４は二つの金属キャビティー１７であり、複数の中空円筒管１５は二つのダブル開口金属管１８及び二つの単一開口金属管１９であり、複数のバリア構造１６は、六つあり、これにより、回路全体に４つの隙間を形成することができる。二つの金属キャビティー１７は、それぞれリング状キャビティーの上側と下側を構成し、例えば図５に示す形状を呈する。二つのダブル開口金属管１８はリング状キャビティーの二つの側辺を構成し、二つの単一開口金属管１９は、それぞれ二つの金属キャビティー１７の側辺に位置し、なお、六つのバリア構造１６は、隣接する金属キャビティー１７とダブル開口金属管１８との間と、金属キャビティー１７と単一開口金属管１９との間とにそれぞれ位置することにより、これらを合わせると、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーが構成される。第１のコイル３２ａの巻き数はＮである場合に、反応チャンバー１０での誘導による電圧は駆動電源３６の１／Ｎであり、なお、この電圧は各セクションのキャビティーが接続されている隙間に均等に分配され（すなわち、バリア構造１６の位置）、隙間が四つあるものを例にすると、この電圧は駆動電源３６の電圧の１／４Ｎである。

【0051】

図６に示す第３の実施の態様を例とする場合、複数の中空キャビティー１４は二つの金属キャビティー１７であり、複数の中空円筒管１５は二つのダブル開口金属管１８であり、複数のバリア構造１６は四つある。すなわち、４セットのセラミックリング１６ａとシールリング１６ｂとを含む組合せ構造は、四つの隙間を構成する。二つの金属キャビティー１７は、それぞれリング状キャビティーの上側と下側を構成し、例えば図６に示す形状を呈し、二つのダブル開口金属管１８は、それぞれリング状キャビティーの二つの側辺を構成し、なお、四つのバリア構造１６は、隣接する金属キャビティー１７とダブル開口金属管１８との間にそれぞれ位置することにより、これらを合わせると、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーが構成される。

【0052】

図７に示す第４の実施の形態では、複数の中空キャビティー１４は二つの金属キャビティー１７であり、複数の中空円筒管１５は複数の単一開口金属管１９であり、例えば二つの単一開口金属管１９である。また、複数のバリア構造１６は、四つあり、回路全体に二つの隙間を構成することができる。二つの金属キャビティー１７は、それぞれリング状キャビティーの周りを構成し、例えば図７に示す形状を呈し、二つの単一開口金属管１９は、それぞれ二つの金属キャビティー１７の側辺に位置し、そのうちの二つのバリア構造１６は、それぞれ金属キャビティー１７と単一開口金属管１９との間に位置し、残りの二つのバリア構造１６は、それぞれ金属キャビティー１７に位置することにより、これらを合わせると、リングチャンネル１１を有するリング状キャビティーが構成される。複数の単一開口金属管１９は、二つの金属管を例として説明したが、単一開口金属管１９の数量は、実際の必要によって、オプションで二つより多くてもよく、例えば四つあり、又は四つ以上ある。

【0053】

簡単に説明すると、本発明に係る変圧器カップリングプラズマ技術により、プラズマ２２をリング状構造に形成することができるため、エネルギーをプラズマ２２に伝達することができる。これにより、反応チャンバー１０におけるリング状構造プラズマは、変圧器がカップリングする二次側を構成して、誘導エネルギー応答を行う。本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源は、ホローカソード放電メカニズムを利用して、反応チャンバー１０において、生成された電界により、高気圧、高ガス流量（気圧は１Ｔｏｒｒより高くて、ガス流量は１ｓｌｍより多い）下で安定なプラズマ２２を励起して、十分な自由電子を提供し、フェライトトランス３０の誘導によって生成される電界に駆動されて加速され、反応チャンバー１０内に、閉じた経路を有する電子ドリフト電流を形成することにより、ガスを更に有効に解離して高密度のプラズマを生成する。変圧器カップリング技術によれば、プラズマ２２にエネルギーを極めて有効に伝達することができるが、多くのインダクタンスカップリングプラズマ装置と同じように、誘導電界の強度（１０Ｖ／ｃｍ）は不十分なため、作動ガス２０を分解してリング状プラズマ構造を形成することができない。特に、プラズマ２２を点火するという目的は、高気圧、高ガス流量下で、高電圧装置（１ｋＶより高い）により、反応チャンバー１０（すなわち、真空チャンバー）において、初期放電を生成することによっても達成できるが、高電圧放電装置の寿命および可用性が制限され、且つ反応チャンバー１０の真空反応キャビティーを破壞しやすい。特に、変圧器カップリングプラズマは、低電界強度のメカニズムに属し、気圧または気流が乱されると、例えばプロセスが作動ガスの流量を変更するときに、プラズマは不安定になって、リング状プラズマ構造を破壞しやすく、ひいてはプラズマが消える事態は起こる。このため、本発明では、反応チャンバー１０の構造を利用して、セグメントに分けてホローカソードプラズマメカニズムと結合することにより、リング状プラズマ構造の形成が容易となると共に、気圧または気流が乱れるときに、リング状プラズマ構造の安定性を向上することもできる。従来の技術に比べて、本発明によれば、必要な作動電圧がより小さくなり、真空反応キャビティーの破壞を大幅に減少することができ、反応チャンバー１０の寿命を延ばすことができる。

【0054】

また、本発明に係るＴＣＰプラズマを駆動する電源（すなわち、駆動電源３６）は、例えば交流電源と変圧器で構成される。駆動電源３６が交流電源であることを例とする場合、採用される交流電源の周波数は、プラズマの駆動の適合性、パワー素子の耐電圧と耐電流、及びフェライトトランス磁気コア３２、３４の損失によって、適切に選ばれ、その範囲は例えば約１００ｋＨｚ～約５００ｋＨｚである。交流電源は定電力または定電流で動作可能である。出力電圧の範囲は、例えば約３００ボルト～約５００ボルトであり、又は数百ボルトのうちの任意の数値や任意の範囲（例えば約３００ボルト～約３５０ボルト）である。従来の技術において、交流電源の負荷インピーダンスは、プラズマを励起する過程中に、低密度のプラズマから安定した高密度プラズマへの変化は極めて大きく、パワー素子にとって大きな課題となる。しかし、本発明によれば、初期のホローカソード放電の強電界と高効率により、一定密度のプラズマを励起することができるため、負荷インピーダンスの動的な変化を大幅に減少することができ、パワー要素の故障確率を降下することができる。そして、従来の技術のように、共振回路と非共振回路が相互作用する方式を採用することが必要なくなるため、本発明によれば、回路の複雑度を降下して、安定性および可用性を向上することができる。

【0055】

本発明に係るホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法によれば、次のような効果がある。
（１）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、高気圧、高ガス流量下で、高出力、高密度のプラズマを生成することができる。

【0056】

（２）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、高電圧点火装置および共振作動を使用することが必要であるという欠点を無くすことができる。

【0057】

（３）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、ＴＣＰ弱電界の欠点を解決することができ、プラズマの安定性を向上することもできる。

【0058】

（４）ホローカソード放電構造と変圧器カップリングプラズマ構造を合わせることにより、必要な作動電圧が小さくなり、真空反応キャビティーに対する破壊を大幅に減少することができ、寿命を延ばすこともできる。

【0059】

以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本発明の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、添付の請求の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１０ 反応チャンバー
１１ リングチャンネル
１２ ガス入り口
１３ 出口
１４ 中空キャビティー
１５ 中空円筒管
１６ バリア構造
１６ａ セラミックリング
１６ｂ シールリング
１７ 金属キャビティー
１８ ダブル開口金属管
１９ 単一開口金属管
２０ 作動ガス
２２ プラズマ
３０ フェライトトランス
３２、３４ フェライトトランス磁気コア
３２ａ 第１のコイル
３２ｂ 第１のフェライト磁気コア
３４ａ 第２のコイル
３４ｂ 第２のフェライト磁気コア
３５ 中空エリア
３６ 駆動電源
４０ コントローラー
１００ ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源
５００ リング状真空チャンバー
５０２ フェライトトランス磁気コア
５０４ セラミックリング状シート
５０６ ガス入り口
５０８ 出口
６００ 円筒
６０２ 金属
Ａ_１～Ａ_４ エリア
Ｃ_１～Ｃ_４ 制御信号
Ｆ 磁束
Ｍ、Ｎ 巻き数
Ｖ_１ 第１の電圧
Ｖ_２ 第２の電圧
Ｉ_１ 第１の電流
Ｉ_２ 第２の電流
Ｓ１０ ホローカソード放電工程を行う
Ｓ２０ 変圧器カップリングプラズマ工程を行う

【要約】

【課題】ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法を提供する。
【解決手段】ホローカソード放電補助用変圧器カップリングプラズマ源とその作動方法は、ホローカソード放電メカニズムと変圧器カップリングプラズマメカニズムを合わせる。変圧器カップリングプラズマ源は、リングチャンネルを有する反応チャンバーと、フェライトトランスと、を備え、ホローカソード放電メカニズムは、まず、反応チャネル内の領域を分割して、作動ガスのプラズマの生成をより効率的にすることにより、変圧器カップリングプラズマメカニズムはリング状プラズマを形成しやすくなって、高気圧、高ガス流量下で、高出力かつ高密度のプラズマを生成することができる。
【選択図】図８

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】