CN101064986B - 结合有多重磁芯的电感耦合等离子体反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种结合有多重磁芯的电感耦合等离子体反应器，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率高，可以稳定地维持等离子体，可以稳定地得到高密度的等离子体。本发明的电感耦合等离子体反应器结合有变压器，变压器具有用于向反应器主体的等离子体放电室传递等离子体放电的电动势的多重磁芯、和初级线圈。位于等离子体放电室内部的磁芯部分，由芯保护管整体覆盖而受保护。初级线圈与提供射频功率的电源供给源电连接。在电感耦合等离子体反应器中，多个磁芯横截部分位于等离子体放电室的内部，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率很高。

Description

结合有多重磁芯的电感耦合等离子体反应器
技术领域
本发明涉及一种等离子体反应器，通过等离子体放电，产生包括离子、自由基、原子、以及分子的活性气体，用于利用活性气体进行固体、粉末、以及气体等的等离子体处理，具体而言涉及一种结合有多重磁芯的电感耦合等离子体反应器。
背景技术
等离子体放电使用于气体激发，该气体激发用于产生包括离子、自由基、原子、以及分子的活性气体。活性气体在很多领域被广泛使用，代表性的有半导体制造处理，例如刻蚀、蒸镀、以及清洗等多种。
最近，用于制造半导体装置的晶片或LCD玻璃基板进一步大型化。因此，需要如下容易扩散的等离子体源：对等离子体离子能量的控制能力高，并且具有大面积处理能力。
用于产生等离子体的等离子体源有多种，作为其代表性的例子有使用射频(radio frequency)的电容耦合等离子体和电感耦合等离子体。其中电感耦合等离子体源，可以通过增加射频电源，比较容易地使离子密度增加，适于得到高密度等离子体。
但是，电感耦合等离子体方式，与供给的能量相比，与等离子体耦合的能量较低，从而使用电压很高的驱动线圈。因此，存在如下情况：离子能量高，因而等离子体反应器的内部表面因离子轰击(ionbombardment)而损伤。离子轰击造成的等离子体反应器的内部表面的损伤，不仅缩短等离子体反应器的寿命，而且得到起等离子体处理的污染源的作用的消极结果。在降低离子能量时，产生因与等离子体耦合的能量低而等离子体放电频繁断开(OFF)的情况。因此，产生稳定的等离子体维持困难的问题。
另一方面，在半导体制造处理中，公知在利用等离子体的处理中使用远程等离子体很有用。例如，有效地利用于处理腔的清洗或用于光刻胶剥离的灰化(ashing)处理中。但是，随着非处理基板的大型化，处理腔的体积也增加，需要可以在远处充分供给高密度的活性气体的等离子体源。进而，在对多个基板同时进行处理的多重处理腔的情况下特别需要。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种结合有多重磁芯的电感耦合等离子体反应器，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率高，可以稳定地维持等离子体，可以稳定地得到高密度的等离子体。
用于完成上述技术问题的本发明的一个方式的电感耦合等离子体反应器，包括：反应器主体，具有多个等离子体放电室；变压器，具有多个横穿等离子体放电室设置的磁芯、和初级线圈；芯保护管，将位于等离子体放电室的内部的磁芯部分覆盖从而进行保护；以及电源供给源，与初级线圈连接，由电源供给源驱动初级线圈的电流，初级线圈的驱动电流感应产生AC电位(AC potential)，该AC电位形成完成变压器的次级电路的电感耦合等离子体，电感耦合等离子体以覆盖芯保护管的外侧的方式形成在多个等离子体放电室中。
在一个实施例中，包括：气体入口，至少与一个等离子体放电室连接；及气体出口，至少与另外一个等离子体放电室连接，包括相互连接两个等离子体放电室的连接通路。
在一个实施例中，反应器主体包括与至少两个腔连接通路连接的气体集合区域。
在一个实施例中，包括向气体入口均匀分配并供给气体的气体分配部。
在一个实施例中，具有包括两个以上分离的多重气体出口的多重放电室。
在一个实施例中，反应器主体包括金属物质，为了将涡电流(EddyCurrent)最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
在一个实施例中，具有多重放电室，其芯保护管包括电介体物质。
在一个实施例中，芯保护管包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
在一个实施例中，具有多重放电室，其包括设置在芯保护管的内侧的冷却水供给通道。
在一个实施例中，冷却水供给通道包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
在一个实施例中，包括经由磁芯的中心部而形成的冷却水供给通道。
在一个实施例中，包括阻抗匹配电路，其在电源供给源和初级线圈之间构成，进行阻抗匹配。
在一个实施例中，上述电源供给源，没有可调整的匹配电路，而进行动作。
在一个实施例中，还包括处理腔，接收容纳在反应器主体中产生的等离子体气体。
在一个实施例中，反应器主体具有可搭载在处理腔上的结构，电源供给源具有与反应器主体物理分离的结构，电源供给源与反应器主体由电源连接电缆在远处进行连接。
在一个实施例中，流入到等离子体放电室中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。
本发明的另外一个方式的电感耦合等离子体反应器，包括：反应器主体，构成等离子体放电室，具有气体入口和气体出口；变压器，包括：两个以上的芯横截部分，横穿等离子体放电室的内部；磁芯，具有位于等离子体放电室的外侧的芯的一部分；以及初级线圈，缠绕在磁芯上；芯保护管，覆盖位于等离子体放电室的内部的两个以上的芯横截部分；以及电源供给源，与初级线圈电连接，由电源供给源驱动初级线圈的电流，初级线圈的驱动电流感应产生等离子体放电室内侧的AC电位，该AC电位形成完成变压器的次级电路的电感耦合等离子体，电感耦合等离子体以两个以上的芯横截部分为中心，以覆盖芯保护管的外侧的方式在等离子体放电室中形成为多段。
在一个实施例中，包括如下配置结构：两个以上的芯横截部分中的任何一个与等离子体放电室内部的气体流路垂直或平行。
在一个实施例中，磁芯包括一体化的多重环型的磁芯。
在一个实施例中，磁芯包括具有单一环的单一环磁芯。
在一个实施例中，磁芯具有如下安装结构：芯的一部分露出在反应器主体的侧壁外部。
在一个实施例中，反应器主体具有可容纳芯的一部分的侧壁室，并且具有如下结构：磁芯的芯的一部分被安装在反应器主体的侧壁室中。
在一个实施例中，芯保护管包括对于一个芯横截部分分别独立地安装的单一芯保护管，反应器主体包括：用于设置单一芯保护管的两端的多个开口部；和真空绝缘部件，对单一芯保护管与多个开口部的接触部分进行真空绝缘。
在一个实施例中，芯保护管包括一体型多重芯保护管，其两端分别与一个凸缘结构一体化，反应器主体包括：开口部，用于设置一体型多重芯保护管的凸缘部分；和真空绝缘部件，对一体型多重芯保护管的凸缘与开口部的接触部分进行真空绝缘。
在一个实施例中，芯保护管包括对于一个芯横截部分分别独立地安装的单一芯保护管，反应器主体的侧壁室包括：用于设置两个以上的单一芯保护管的两端的多个开口部；和真空绝缘部件，对两个以上的芯保护管与多个开口部的接触部分进行真空绝缘。
在一个实施例中，芯保护管包括一体型多重芯保护管，其两端分别与一个凸缘结构一体化，反应器主体的侧壁室包括：开口部，用于设置一体型多重芯保护管的凸缘部分；和真空绝缘部件，对一体型多重芯保护管的凸缘与开口部的接触部分进行真空绝缘。
在一个实施例中，芯保护管包括电介体物质。
在一个实施例中，芯保护管包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
在一个实施例中，反应器主体包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
在一个实施例中，包括设置在芯保护管的内侧的冷却水供给通道。
在一个实施例中，包括经由磁芯的中心部而形成的冷却水供给通道。
在一个实施例中，包括设置在各芯保护管的内侧的电容耦合电极，电容耦合电极在芯横截部分上缠绕多个，作为变压器的次级线圈而发挥功能，至少两个电容耦合电极在相互之间被感应产生相反电压，从而电容性耦合。
在一个实施例中，包括感应电压控制电路，用于可变地控制由电容耦合电极感应产生的电压。
在一个实施例中，包括阻抗匹配电路，在电源供给源与初级线圈之间构成，进行阻抗匹配。
在一个实施例中，上述电源供给源，没有可调整的匹配电路，而进行动作。
在一个实施例中，包括两个以上的分离的多重气体出口。
在一个实施例中，还包括处理腔，接收容纳在反应器主体中产生的等离子体气体。
在一个实施例中，反应器主体具有可搭载在处理腔上的结构，电源供给源具有与反应器主体物理分离的结构，并且电源供给源与反应器主体由射频电缆在远处进行连接。
在一个实施例中，还包括与反应器主体一体地结合的处理腔。
在一个实施例中，流入到等离子体放电室中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。
根据上述本发明的具有多重放电室的等离子体反应器，在等离子体反应器中，多个磁芯横截部分位于等离子体放电室的内部，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率很高。进而，在多段上配置多个等离子体放电室，可以不用勉强地增加射频功率而容易得到高密度的等离子体。此外，在构成电容耦合电极时，追加提供与等离子体耦合的可变的电容耦合能量，由此不仅可以稳定地维持等离子体，而且可以容易地控制等离子体离子密度和离子能量。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的等离子体反应器的透视图。
图2a是图1的等离子体反应器的正剖面图。
图2b是图1的等离子体反应器的侧剖面图。
图3是表示被安装在磁芯上的芯保护管及冷却管的分解透视图。
图4a是表示安装有磁芯的芯保护管及冷却管的状态下的剖面图的图。
图4b是表示安装有磁芯的芯保护管及冷却管的状态下的剖面图的图。
图5a是表示气体流路的多种变形的正剖面图。
图5b是表示气体流路的多种变形的正剖面图。
图5c是表示气体流路的多种变形的正剖面图。
图6a是表示气体出口的实施例的底面透视图。
图6b是表示气体出口的实施例的底面透视图。
图7是表示等离子体发生器被搭载在处理腔上的例子的图。
图8a是表示第1实施例的等离子体发生器的变形的图。
图8b是表示第1实施例的等离子体发生器的变形的图。
图8c是表示第1实施例的等离子体发生器的变形的图。
图8d是表示第1实施例的等离子体发生器的变形的图。
图9是本发明的第2实施例的等离子体反应器的透视图。
图10是表示图9的等离子体反应器的主体结构的透视图。
图11是表示图9的等离子体反应器的内部的部分分解透视图。
图12是表示被安装在图9的磁芯上的芯保护管、冷却管、以及电容耦合电极的结构的分解透视图。
图13是直观地表示变压器的电连接以及由此感应产生的磁场及电场的等离子体反应器的剖面图。
图14是表示等离子体反应器的多段等离子体放电区域的剖面图。
图15a是表示用于将涡电流断流的绝缘区域的结构的多种变形例的图。
图15b是表示用于将涡电流断流的绝缘区域的结构的多种变形例的图。
图15c是表示用于将涡电流断流的绝缘区域的结构的多种变形例的图。
图15d是表示用于将涡电流断流的绝缘区域的结构的多种变形例的图。
图16是用于说明由电容耦合电极感应的电压的相位关系的图。
图17是表示电容耦合电极的感应电压控制电路的结构的图。
图18是变形实施例的等离子体反应器的透视图。
图19是表示图18的等离子体反应器的主体结构的透视图。
图20是图18的芯保护管的透视图。
图21是表示芯保护管的安装结构的等离子体反应器的剖视图。
图22是表示其他备用方案的变形实施例的等离子体反应器的透视图。
图23a是表示其他备用方案的变形实施例的等离子体反应器的透视图。
图23b是表示其他备用方案的变形实施例的等离子体反应器的透视图。
图24是具有多重气体排出口的等离子体反应器的底面透视图。
图25是将磁芯安装在主体的侧壁上的其他变形例的等离子体反应器的透视图。
图26a是表示图25的等离子体反应器的内部结构的图。
图26b是表示图25的等离子体反应器的内部结构的图。
图26c是表示图25的等离子体反应器的内部结构的图。
图26d是表示图25的等离子体反应器的内部结构的图。
图27是表示将单一环的磁芯层叠且并列安装的例子的分解透视图。
图28是变形为凸缘结构的一体型芯保护管的透视图。
图29是其他变形例的等离子体反应器的透视图。
图30a是图29的等离子体反应器的剖面透视图。
图30b是图29的等离子体反应器的剖面透视图。
图31是变形为凸缘结构的一体型芯保护管的透视图。
图32是表示等离子体反应器被搭载在处理腔上的例子的图。
图33是用于说明在处理腔的上部一体地构成的电感耦合等离子体反应器的图。
具体实施方式
以下，参照附图及附图中记载的内容，详细说明由本发明和本发明的动作上的优点及本发明的实施例实现的目的。在各附图中，同一部件尽可能用同一参照标号进行图示。而且，省略对被判断为使本发明的要点模糊的不必要的公知功能及结构的详细技术。
实施例1
以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行说明，从而详细说明本发明的具有多重放电室的等离子体反应器。
图1是本发明的第1实施例的等离子体反应器的透视图，图2a及图2b是图1的等离子体反应器的正剖面图及侧剖面图。
本发明的第1实施例的等离子体反应器(10)具有反应器主体(20)，该反应器主体(20)具有多个独立的等离子体放电室(21)。在反应器主体(20)上结合有变压器(40)，其用于向等离子体放电室(21)传递用于等离子体放电的电动势。变压器(40)具有横穿等离子体放电室(21)而设置的磁芯(41)和初级线圈(42)。位于等离子体放电室(21)内部的磁芯(41)部分，由芯保护管(45)整体覆盖而受保护。初级线圈(42)与提供射频功率的电源供给源(60)电连接。
多个等离子体放电室(21)，例如具有如下结构：在上段并列排列两个，在其下段并列排列两个，从而整体上分两段并列排列四个等离子体放电室(21)。反应器主体(20)上构成有气体入口(22)，该气体入口(22)具有在上段的两个等离子体放电室(21)上开口的多个孔。构成有从下段的两个等离子体放电室(21)向下部开放的气体出口(25)。而且，构成有连接通路(23)，其具有将上段和下段的等离子体放电室(21)相互连接的多个孔。这样，在气体入口(22)与气体出口(25)之间，多段且并列地形成有经由多个等离子体放电室(21)的气体流路。
为了均匀地供给气体，可以在反应器主体(20)的上部构成气体分配部(30)。气体分配部(30)包括：气体入口(31)，与气体供给源(未图示)连接；和一个以上的气体分配板(32)，使气体均匀分配。流入到等离子体放电室(21)中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。或选择适合等离子体处理的其他气体。
反应器主体(20)，与芯保护管(45)的接触部分由真空绝缘部件(44)而真空绝缘。反应器主体(110)用金属物质、例如铝、不锈钢、以及铜等金属物质制造。或用涂层的金属、例如被阳极处理的铝或镀镍的铝制造。或用耐火金属(refractory metal)制造。此外，作为其他备用方案，反应器主体(20)也可以用如石英、陶瓷的绝缘物质制造，也会用适合于预定的等离子体处理的其他物质制造。
在反应器主体(20)包括金属物质时，为了将涡电流最小化，在金属物质内包括一个以上的电绝缘区域(27)，以具有电不连续性。例如，如图所示，可以横穿各等离子体放电室(21)的附近构成绝缘区域(27)。
磁芯(41)，被至少两个等离子体放电室(21)共有，且具有芯的一部分露出在反应器主体(20)的外部的安装结构。磁芯(41)用铁素体物质制造，但也可以由如铁、空气的其他备用方案的材料构成。
芯保护管(45)用如石英、陶瓷等电介体物质制造。或如上所述，芯保护管(45)可以用与反应器主体(20)相同的金属物质制造，但在该情况下，为了防止涡电流，包括一个以上的电绝缘区域，以具有电不连续性。
图3是表示被安装在磁芯上的芯保护管及冷却管的分解透视图，图4a及图4b是表示安装有磁芯的芯保护管及冷却管的状态的剖面图的图。
在磁芯(41)上，安装有用于形成冷却水供给通道的冷却水供给管(44)。作为其他备用方案，也会贯通磁芯(42)的中心部形成冷却水供给通道(43)。也可以在冷却水供给管(44)和磁芯(41)的中心部上都形成冷却水供给通道(43)。也可以在反应器主体(20)上形成多个冷却水通道(26)。附图4a的剖面图是表示在磁芯(41)的中心部形成冷却水供给通道(43)、并且在芯保护管(45)的内侧也设置冷却水供给管(44)的状态的剖面图。附图4b是表示只设置冷却水供给管(44)的状态的剖面图。冷却水供给管(44)可由金属材料构成，优选此时在冷却水供给管(44)上具有绝缘区域(48)，以防止感应产生涡电流。
此外，如图2a及图2b所示，由电源供给源(60)驱动初级线圈(42)的电流。初级线圈(42)的驱动电流，感应产生等离子体放电室(113)内侧的AC电位(AC potential)，该AC电位形成完成变压器(40)的次级电路的电感耦合等离子体。而且，电感耦合等离子体在各等离子体放电室(21)中以芯横截部分为中心，以覆盖芯保护管的外侧的方式分别形成在等离子体放电室(21)中。附图的参照标号‘46’表示被磁芯(41)感应产生的电场，参照标号‘47’表示由感应电场(46)二次感应产生的电场。
电流供给源(60)，使用RF电源供给源而构成，该RF电源供给源在控制输出电压时可以不需要另外的阻抗匹配器。作为其他备用方案，也可以使用由另外的阻抗匹配器匹配阻抗的RF电源供给源而构成。
在本发明的等离子体反应器(10)中，多个磁芯横截部分位于等离子体放电室(21)的内部，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率很高。进而，在多段上配置多个等离子体放电室(21)，可以不用勉强地增加射频功率而容易得到高密度的等离子体。
图5a至图5c是表示气体流路的多种变形的正剖面图，图6a及图6b是表示气体出口的实施例的底面透视图。
根据图5a的一个变形例，可以在四个等离子体放电室(21)的中心部构成气体集合区域(50)。气体集合区域(50)中聚集在上段的两个等离子体放电室(21)中产生的等离子体气体，并再次分散输入到下段的等离子体放电室(21)中。
根据图5b的另一变形例，可以在下段的两个等离子体放电室(21)的下部构成气体集合区域(52)。气体集合区域(52)中聚集在下段的两个等离子体放电室(21)中产生的等离子体气体，并经由一个气体出口(25)输出。
根据图5c的其他变形例，构成一个气体出口(25)，并设有与下段的两个等离子体放电室(21)连接的气体排出路径(54)。
如图6a所示，气体出口(25)可以由在反应器主体(20)的下部细微开口的狭缝形态的气体出(25a)构成。作为其他备用方案，可以由图6b所示的包含凸缘结构的圆形气体出(26b)构成。
图7是表示等离子体发生器被搭载在处理腔上的例子的图。
图7的等离子体反应器(10)，被安装在处理腔(70)上，从而在远处向处理腔(70)供给等离子体。例如，可以安装在处理腔(70)的顶部外侧上。等离子体反应器(10)，从作为电源供给源的射频发生器(72)提供射频，由气体供给系统(未图示)供给气体，从而产生活性气体。
处理腔(70)，容纳在等离子体反应器(10)中产生的活性气体，进行预定的等离子体处理。处理腔(70)，例如包括进行蒸镀处理的蒸镀腔、或进行刻蚀处理的刻蚀腔。此外例如包括用于将光刻胶剥离的灰化腔。除此之外，例如包括用于进行多种半导体制造处理的等离子体加工腔。
特别是，具有等离子体反应器(10)与作为供给射频的电源供给源的射频发生器(72)分离的结构。即，等离子体反应器(10)构成为可安装在处理腔(70)上的固定型，射频发生器(72)构成为可与等离子体反应器(10)分离的分离型。而且，射频发生器(72)的输出端与等离子体反应器(10)的射频输入端，在相互远离处由射频电缆(74)连接。因此，与现有技术的射频发生器和等离子体反应器构成为一个单元不同，可以很容易地设置在处理腔(70)上，可以提高系统的维持管理效率。
图8a至图8d是表示第1实施例的等离子体发生器的变形的图。此外在其他变形的多种等离子反应器(10a～10d)中，两个等离子体放电室垂直排列(参照图8a)、或水平排列(参照图8d)，或者是多个等离子体放电室垂直地并列排列(参照图8b)、或水平地并列排列(参照图8c)。
上述变形，除此之外还有其他各种变形，但在这种变形基于本发明的思想时，本领域技术人员显然是明白的。
实施例2
图9是本发明的第2实施例的等离子体反应器的透视图，图10是表示图9的等离子体反应器的主体结构的透视图。而且，图11是表示图9的等离子体反应器的内部的部分分解透视图。
本发明的第2实施例的等离子体反应器(100)具有反应器主体(110)，该反应器主体(110)中构成等离子体放电室(113)，具有气体入口(120)和气体出口(121)。变压器(130)包括：两个以上的芯横截部分，横穿等离子体放电室(113)的内部；磁芯(131)，具有位于等离子体放电室(113)的外侧的芯的一部分；以及初级线圈(132)，缠绕在磁芯(131)上。初级线圈(132)与电源供给源(133)(参照图13)电连接。
电源供给源(133)，使用RF电源供给源而构成，该RF电源供给源在控制输出电压时可以不需要另外的阻抗匹配器。作为其他备用方案，可以使用具有另外的阻抗匹配器而构成的RF电源供给源。
流入到等离子体放电室(113)中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。此外可选择适合等离子体处理的其他气体。
反应器主体(110)，包含设置单一芯保护管(140)的两端的多个开口部(111)。单一芯保护管(140)与多个开口部(111)的接触部分，由真空绝缘部件(101)(参照图13)进行真空绝缘。反应器主体(110)用金属物质、例如铝、不锈钢、以及铜等金属物质制造。或用涂层的金属、例如被阳极处理的铝或镀镍的铝制造。或用耐火金属(refractory metal)制造。此外，作为其他备用方案，反应器主体(110)也可以用如石英、陶瓷等绝缘物质制造，也会用适合于预定的等离子体处理的其他物质制造。
在反应器主体(110)包括金属物质时，为了将涡电流最小化，在金属物质内包括一个以上的电绝缘区域(112)，以具有电不连续性。如图15a至图15d所示，电绝缘区域(112)能以多种方式构成。
磁芯(131)具有芯的一部分露出在反应器主体(110)的侧壁外部的安装结构。磁芯(131)是一体化的多重环型，例如构成为具有两段的多重环。但是，磁芯(131)也可以使用独立的单一环型。磁芯(131)用铁素体物质制造，但也可以由如铁、空气的其他备用方案的材料构成。
位于等离子体放电室(113)的内部的两个以上的芯横截部分，由管形状的芯保护管(140)覆盖而受保护。芯保护管(140)，对于一个芯横截部分被分别独立地安装。芯保护管(140)用如石英、陶瓷等电介体物质制造。此外如上所述，芯保护管(140)可以用与反应器主体(110)相同的金属物质制造，但在该情况下，为了防止涡电流，包括一个以上的电绝缘区域，以具有电不连续性。
图12是表示被安装在图9的磁芯上的芯保护管、冷却管、以及电容耦合电极的结构的分解透视图。
在图12的磁芯(131)上，安装有用于形成冷却水供给通道的冷却水供给管(141)。作为其他备用方案，也会贯通磁芯(131)的中心部形成冷却水供给通道。此外也可以在冷却水供给管(141)和磁芯(131)的中心部上都形成冷却水供给通道。此外也可以在反应器主体(110)上形成冷却水通道。磁芯(131)上安装有电容耦合电极(142)。电容耦合电极(142)可以选择安装，在后文中进行具体说明。
图13是直观地表示变压器(130)的电连接、以及由此感应产生的磁场(133)及电场(134)的等离子体反应器的剖面图，图14是表示等离子体反应器(110)的多段等离子体放电区域(PDR_1～PDR_3)的剖面图。
由图13及图14的电源供给源(133)，驱动初级线圈(132)的电流。初级线圈(132)的驱动电流，感应产生等离子体放电室(113)内侧的AC电位(AC potential)，该AC电位形成完成变压器(130)的次级电路的电感耦合等离子体。而且，电感耦合等离子体，以两个以上的芯横截部分为中心，以覆盖芯保护管的外侧的方式在等离子体放电室(113)中形成多段。这样，等离子体放电室(113)沿着多段等离子体放电区域(PDR_1～PDR_3)气体流路而形成。
如图所示，两个以上的芯横截部分被配置成与等离子体放电室(113)内部的气体流路(153)垂直。但是，作为备用方案，也可以位于水平面上。
图16是用于说明由电容耦合电极感应的电压的相位关系的图。
图16的电容耦合电极(142)，在芯横截部分上缠绕多个，作为变压器(130)的次级线圈而发挥功能，至少两个电容耦合电极(142a、142b、142c)在相互之间感应产生相反电压(V+、V-)，从而电容性耦合。
例如，在三个芯横截部分上向适当的方向缠绕有多个初级线圈，各个相邻的芯横截部分感应产生彼此相反方向的电场(133a、133b、133c)。因此，三个电容耦合电极(142a、142b、142c)分别感应产生彼此相反的电压(V+、V-)。
图17是表示电容耦合电极的感应电压控制电路(150)的结构的图。
图17的感应电压控制电路(150)具有切换电路(151)，该切换电路(151)对用于改变电容耦合电极(142)的缠绕数的转接插头(152)和转接插头(152)进行切换，从而改变缠绕数。通过切换电路(151)的切换来改变缠绕数，通过缠绕数的改变来改变由电容耦合电极(142)感应产生的电压的电平。
在上述本发明的电感耦合等离子体反应器中，多个磁芯横截部分位于等离子体放电室(113)的内部，与等离子体耦合的电感耦合能量的传递效率很高。此外，构成电容耦合电极(142)，从而追加提供与等离子体耦合的可变的电容耦合能量，由此不仅可以稳定地维持等离子体，而且可以容易地控制等离子体离子密度和离子能量。电容耦合电极(142)，还可以在等离子体反应器(100)的驱动初期，仅在对等离子体进行点火的阶段选择使用，可以在等离子体点火之后，用于调节等离子体的离子密度和离子温度。
图18是变形的实施例的等离子体反应器的透视图，图19是表示图18的等离子体反应器的主体结构的透视图。图20是图18的一体型多重芯保护管的透视图。而且，图21是表示芯保护管的安装结构的等离子体反应器的剖视图。
图18至图21的变形的实施例的等离子体反应器(100)，可以由一体型多重芯保护管(145)构成。一体型多重芯保护管(145)，其芯保护管(140)的两端分别一体化在一个凸缘(144)结构上。反应器主体(110′)，形成有适于设置多重芯保护管(145)的凸缘(144)部分的形态的开口部(111′)。而且，构成有真空绝缘部件(102)，对多重芯保护管(145)的凸缘(144)和开口部(111′)的接触部分进行真空绝缘。
图22、图23a及图23b是表示其他备用方案的变形实施例的等离子体反应器的透视图。
图22的其他备用方案的等离子体反应器(200)是采用如下变压器(230)的情况：使用具有单一环的磁芯(231)和初级线圈(232)。磁芯(231)被安装成与形成在气体入口(220)和气体出口(221)之间的气体路径垂直。
图23a及图23b的其他备用方案的等离子体反应器(300)，具有如下变压器(330)：具有与形成在气体入口(320)和气体出口(321)之间的气体流路平行安装的磁芯(331)、和初级线圈(332)。
上述被安装在等离子体反应器上的磁芯可以有很多种变形。但是，在这种变形基于本发明的思想时，对本领域技术人员来说是显而易见的。
图24是具有多重气体排出口的等离子体反应器的底面透视图。
如图24所示，等离子体反应器(100)包括两个以上分离的多重气体出口(121a～121d)。多重气体出(121a、121d)在具有大体积的等离子体处理中，有效用于将大面积的等离子体广阔且均匀地提供。
图25是将磁芯安装在主体的侧壁上的变形例的等离子体反应器的透视图，图26a至图26d是表示图25的等离子体反应器的内部结构的图。该变形例的等离子体反应器(400)，具有与上述例子相同的结构。因此省略对同一结构的说明。
该变形例的等离子体反应器(400)的独特的特征在于，反应器主体(410)具有可容纳芯的一部分的侧壁室(415)。变压器(430)的磁芯(131)的芯的一部分被安装在反应器主体(410)的侧壁室(415)中。反应器主体(410)在外部具有向侧壁室(415)开口的开口部(417)，经由该开口部(417)，作为用于供给初级线圈(432)和冷却水的通路而使用。
在反应器主体(410)由导电性金属构成时，为了将涡电流最小化，在构成于侧壁室(415)和等离子体反应室(413)之间的侧壁(414)上，适当构成一个以上的绝缘区域(412)。芯保护管(440)对于一个芯横截部分被分别独立地安装，在侧壁(414)上构成有多个用于对其进行安装的开口部(411)。两个以上的芯保护管(440)和多个开口部(411)的接触部分，由真空绝缘部件(402)进行真空绝缘。
如图26d所示，在磁芯(431)上，如上述例子那样安装有芯保护管(440)和冷却水供给管(441)、以及电容耦合电极(442)。
具有多重环的磁芯(431)，被并列设置成芯横截部分在气体入口(420)和气体出口(421)之间垂直交叉。如图27所示，作为其他备用方案，具有单一环的多个磁芯(431)层叠且并列设置。
如图28所示，作为其他备用方案，由具有共同凸缘(444)的一体型多重芯保护管(445)构成。在构成有多重芯保护管(445)时，如上所述，反应器主体(410)也构成与其适当的变形和真空绝缘。
图29是其他变形例的等离子体反应器的透视图，图30a及图30b是图29的等离子体反应器的剖面透视图。
此外，作为其他备用方案的变形，等离子体反应器(500)，可以使用一个多重环磁芯(531)、和具有初级线圈的变压器(530)而构成。上述其他实施例也同样可以进行这种变形。此外，可以使用分别独立的芯保护管(540)，如图31所示，作为备用方案，也可以使用具有共同凸缘(544)的多重芯保护管(545)。除了这种备用方案的变形，该变形例的详细结构和动作与上述例子相同，从而省略具体说明。
图32是表示等离子体反应器被搭载在处理腔上的例子的图。
在上述本发明的多种实施例中说明的等离子体反应器(100)，被安装在处理腔(600)上，在远处供给等离子体。例如，被安装在处理腔(600)的顶部外侧。等离子体反应器(100)从作为电源供给源的射频产生气(610)提供射频，由气体供给系统(未图示)供给气体，从而产生活性气体。
处理腔(600)，容纳在等离子体反应器(100)中产生的活性气体，进行预定的等离子体处理。处理腔(600)，例如包括进行蒸镀处理的蒸镀腔、或进行刻蚀处理的刻蚀腔。此外可包括用于将光刻胶剥离的灰化腔。除此之外，可包括用于进行多种半导体制造处理的等离子体加工腔。
特别是，具有等离子体反应器(100)与射频发生器(610)分离的结构。即，等离子体反应器(100)构成为可安装在处理腔(600)上的固定型，射频发生器(610)构成为可与等离子体反应器(100)分离的分离型。而且，射频发生器(610)的输出端与等离子体反应器(100)的射频输入端，在相互远离处由射频电缆(620)连接。因此，与现有技术的射频发生器和等离子体反应器构成为一个单元不同，可以很容易地设置在处理腔(600)上，可以提高系统的维持管理效率。
图33是用于说明在处理腔的上部一体地构成的电感耦合等离子体反应器的图。
图33的上述本发明的等离子体反应器(100)，与处理腔(700)一体地结合而构成。优选构成于顶部上，该顶部与处理腔(700)的内部具有的基板支撑台(701)相对。等离子体反应器(100)的下部具有相对基板支撑台(701)整体开放的结构(121′)。在等离子体反应器(100)中产生的活性气体，沿着处理腔(700)的内部区域(703)流动。虽然未图示在附图上，但一般而言，基板支撑台与偏压电源连接，可以在基板(702)上使活性气体离子加速。
如上所述，本发明以附图上图示的实施例为参照进行了说明，但这不过是示例，本领域技术人员明白由此可以有多种变形及均等的其他实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围由权利要求的范围内的技术思想决定。

Claims (36)

1.一种电感耦合等离子体反应器，其特征在于，包括：
反应器主体，具有多个等离子体放电室；
变压器，具有多个横穿等离子体放电室设置的磁芯、和初级线圈；
芯保护管，将位于等离子体放电室的内部的磁芯部分覆盖从而进行保护；以及
电源供给源，与初级线圈连接，
由电源供给源驱动初级线圈的电流，初级线圈的驱动电流感应产生AC电位，该AC电位形成完成变压器的次级电路的电感耦合等离子体，电感耦合等离子体以覆盖芯保护管的外侧的方式形成在多个等离子体放电室中，
其中，每个磁芯至少被两个等离子放电室共有。
2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括：气体入口，至少与一个等离子体放电室连接；及气体出口，至少与另外一个等离子体放电室连接，
包括相互连接两个等离子体放电室的连接通路。
3.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体包括与至少两个腔连接通路连接的气体集合区域。
4.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括向气体入口均匀分配并供给气体的气体分配部。
5.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括两个以上分离的多重气体出口。
6.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
7.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括电介体物质。
8.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
9.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括设置在芯保护管的内侧的冷却水供给通道。
10.根据权利要求9所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
冷却水供给通道包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
11.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括经由磁芯的中心部而形成的冷却水供给通道。
12.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括阻抗匹配电路，其在电源供给源和初级线圈之间构成，进行阻抗匹配。
13.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
上述电源供给源，没有可调整的匹配电路，而进行动作。
14.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
还包括处理腔，接收容纳在反应器主体中产生的等离子体气体。
15.根据权利要求14所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体具有可搭载在处理腔上的结构，电源供给源具有与反应器主体物理分离的结构，
电源供给源与反应器主体由电源连接电缆在远处进行连接。
16.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
流入到等离子体放电室中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。
17.一种电感耦合等离子体反应器，包括：
反应器主体，构成等离子体放电室，具有气体入口和气体出口；
变压器，包括：两个以上的芯横截部分，横穿等离子体放电室的内部；磁芯，具有位于等离子体放电室的外侧的芯的一部分；以及初级线圈，缠绕在磁芯上；
芯保护管，覆盖位于等离子体放电室的内部的两个以上的芯横截部分；以及
电源供给源，与初级线圈电连接，
由电源供给源驱动初级线圈的电流，初级线圈的驱动电流感应产生等离子体放电室内侧的AC电位，该AC电位形成完成变压器的次级电路的电感耦合等离子体，
电感耦合等离子体以两个以上的芯横截部分为中心，以覆盖芯保护管的外侧的方式在等离子体放电室中形成为多段，
其特征在于，
所述电感耦合等离子体反应器包括设置在各芯保护管的内侧的电容耦合电极，
电容耦合电极在芯横截部分上缠绕多个，作为变压器的次级线圈而发挥功能，至少两个电容耦合电极在相互之间被感应产生相反电压，从而电容性耦合。
18.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括如下配置结构：两个以上的芯横截部分中的任何一个与等离子体放电室内部的气体流路垂直或平行。
19.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
磁芯具有如下安装结构：芯的一部分露出在反应器主体的侧壁外部。
20.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体具有可容纳芯的一部分的侧壁室，
并且具有如下结构：磁芯的芯的一部分被安装在反应器主体的侧壁室中。
21.根据权利要求19所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括对于一个芯横截部分分别独立地安装的单一芯保护管，
反应器主体包括：用于设置单一芯保护管的两端的多个开口部；和
真空绝缘部件，对单一芯保护管与多个开口部的接触部分进行真空绝缘。
22.根据权利要求19所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括一体型多重芯保护管，其两端分别与一个凸缘结构一体化，
反应器主体包括：开口部，用于设置一体型多重芯保护管的凸缘部分；和
真空绝缘部件，对一体型多重芯保护管的凸缘与开口部的接触部分进行真空绝缘。
23.根据权利要求20所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括对于一个芯横截部分分别独立地安装的单一芯保护管，
反应器主体的侧壁室包括：用于设置两个以上的单一芯保护管的两端的多个开口部；和
真空绝缘部件，对两个以上的芯保护管与多个开口部的接触部分进行真空绝缘。
24.根据权利要求20所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括一体型多重芯保护管，其两端分别与一个凸缘结构一体化，
反应器主体的侧壁室包括：开口部，用于设置一体型多重芯保护管的凸缘部分；和
真空绝缘部件，对一体型多重芯保护管的凸缘与开口部的接触部分进行真空绝缘。
25.根据权利要求21至24中的任意一项所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
芯保护管包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
26.根据权利要求21至24中的任意一项所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体包括金属物质，为了将涡电流最小化，金属物质包括一个以上的电绝缘区域，以使在金属物质内具有电不连续性。
27.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括设置在芯保护管的内侧的冷却水供给通道。
28.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括经由磁芯的中心部而形成的冷却水供给通道。
29.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括感应电压控制电路，用于可变地控制由电容耦合电极感应产生的电压。
30.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括阻抗匹配电路，在电源供给源与初级线圈之间构成，进行阻抗匹配。
31.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
上述电源供给源，没有可调整的匹配电路，而进行动作。
32.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
包括两个以上的分离的多重气体出口。
33.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
还包括处理腔，接收容纳在反应器主体中产生的等离子体气体。
34.根据权利要求33所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
反应器主体具有可搭载在处理腔上的结构，电源供给源具有与反应器主体物理分离的结构，
并且电源供给源与反应器主体由射频电缆在远处进行连接。
35.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
还包括与反应器主体一体地结合的处理腔。
36.根据权利要求17所述的电感耦合等离子体反应器，其特征在于，
流入到等离子体放电室中的气体从包括非活性气体、反应气体、以及非活性气体和反应气体的混合气体的组合中选择。
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